CN108870076B - 用于高压复合容器的密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高压复合容器的密封结构，其包括端头和卡接在高压复合容器的瓶口外圈的支撑内衬，端头上设置有用于固定瓶口阀的固定孔，端头上还设置有安装槽，端头通过安装槽卡接在支撑内衬的外圈。本发明提供的用于高压复合容器的密封结构，通过端头与支撑内衬的配合，从而可以将支撑内衬及瓶口的翻边包裹在端头上的安装槽中，由此增强了结构的密封性，延长了端头与壳体之间的配合界面，有效防止了容器中高压气体的泄漏或渗透，保证了容器的密封效果。

Description

用于高压复合容器的密封结构
技术领域
本发明涉及一种复合容器，尤其涉及一种用于高压复合容器的密封结构。
背景技术
大部分出租车改装压缩天然气(CNG)以代替燃油，一般CNG高压气瓶的工作压力为20MPa；部分车辆生产制造商已推广CNG或CNG与燃油混用的车辆，如奥迪、通用等。采用了氢介质电池汽车也是当前的热点，储氢高压气瓶的工作压力一般为35MPa、70MPa，且70MPa的IV型瓶(高压塑料内胆复合容器)是当前的研发热点。除了车用，高压气瓶在其他领域也得到充分的应用，例如欧洲的部分液化石油气采用塑料内胆复合容器(工作压力2MPa)。大量的高压容器在日常生活中得到广泛使用，传统的纯金属或金属内衬复合容器存在重量偏大的问题，不易运输；且存储压力越高，金属塑料内胆生产工艺越复杂，成本越高，还存在被高压气体腐蚀的风险。为了满足轻量化的要求，高压塑料内胆复合容器产生，因为塑料的特性，该类产品具备耐腐蚀、耐疲劳、重量轻等优越性能。相对于纯金属或金属内衬复合容器，高压塑料内胆复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆壳体与金属端头的材料不同，在反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降。
鉴于现状，金属端头与塑料内胆的连接成为了研究的热点与难点。图1为现有技术中的高压塑料内胆复合容器的示意图，其包括金属端头1、塑料内胆2和纤维复合材料层3，金属端头1安装在塑料内胆2上，之后通过纤维复合材料层3进行缠绕包裹形成。图2为图1所示高压塑料内胆复合容器中的密封结构，如图1和图2所示，金属端头1与塑料内胆2的大面接触在工艺上是不可行的，即使可行成本也是高昂的；该密封结构未考虑金属端头1与塑料内胆2轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内胆2的内压不断改变的充压，会导致金属端头1及塑料内胆2连接处产生缝隙引起泄漏，如图2中箭头所示的泄露路径4；该结构未考虑瓶口承受安装扭矩时的限位，安装后导致金属端头1与纤维复合材料层3的结合强度降低；该结构中压缩气体的逃逸路径P较短，会增加压缩气体逃逸的风险，尤其是小分子气体CNG、氢气、氦气等。因此，研究一种能够解决上述问题的密封结构十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压复合容器的密封结构，以解决上述现有技术中的问题，防止高压复合容器中高压气体介质的泄漏和渗透，保证容器的密封性。
本发明提供了一种用于高压复合容器的密封结构，其中，包括：
卡接在高压复合容器的瓶口外圈的支撑内衬；
端头，所述端头上设置有用于固定瓶口阀的固定孔，所述端头上还设置有安装槽，所述端头通过所述安装槽卡接在所述支撑内衬的外圈。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述支撑内衬包括第一半环内衬和第二半环内衬，所述支撑内衬由所述第一半环内衬和所述第二半环内衬固定扣合后形成。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述第一半环内衬上的两个端面上分别设置有第一凸起和第一凹槽，所述第二半环内衬上的两个端面上分别设置有第二凸起和第二凹槽，所述第一凸起与所述第二凹槽卡接配合，所述第二凸起与所述第一凹槽卡接配合。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述第一半环内衬和所述第二半环内衬的内圈上均设置有限位凸起。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述端头包括固定部和安装部，所述固定孔设置在所述固定部中，所述安装槽设置在所述安装部中；
所述固定部包括固定段和导向段，所述安装槽和所述导向段之间形成限位台阶面。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述限位台阶面上设置有限位挡圈，所述限位挡圈向远离所述固定部的方向延伸，且所述限位挡圈与所述安装槽的侧壁之间保持有距离。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，还包括密封圈，所述限位台阶面上设置有用于卡设所述密封圈的环形槽。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述安装部上设置有弧形过渡段。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述支撑内衬的外圈上设置有与所述安装槽螺纹连接的外螺纹。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述支撑内衬的材质为金属或为POM、PA、PE、PP中的一种。
本发明提供的用于高压复合容器的密封结构，通过端头与支撑内衬的配合，从而可以将支撑内衬及瓶口的翻边包裹在端头上的安装槽中，由此增强了结构的密封性，延长了端头与壳体之间的配合界面，有效防止了容器中高压气体的泄漏或渗透，保证了容器的密封效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为现有技术中的高压塑料内胆复合容器的示意图；
图2为图1所示高压塑料内胆复合容器中的密封结构；
图3为本发明实施例提供的密封结构应用在高压复合容器上的剖视图；
图4为图3的局部放大图；
图5为图4中去除瓶口阀后的剖视图；
图6为支撑内衬装配在高压复合容器上的爆炸图；
图7为端头的剖视图。
附图标记说明：
1-金属端头 2-塑料内胆 3-纤维复合材料层
4-泄露路径
100-端头 110-固定部 111-固定段
112-导向段 120-安装部 121-弧形过渡段
122-安装槽 123-限位台阶面 130-固定孔
140-限位挡圈 200-支撑内衬 210-第一半环内衬
211-第一凸起 212-第一凹槽 213-限位凸起
220-第二半环内衬 300-壳体 310-瓶口
311-翻边 400-瓶口阀 500-纤维复合材料层
a-密封圈 b-密封圈
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
请同时参照图3至图5所示，本发明实施例提供了一种用于高压复合容器的密封结构，其包括端头100和卡接在高压复合容器的瓶口310外圈的支撑内衬200，端头100上设置有用于固定瓶口阀400的固定孔130，端头100上还设置有安装槽122，端头100通过安装槽122卡接在支撑内衬200的外圈。
其中，高压复合容器的瓶口310设置在其壳体300上，该瓶口310的端部设置有翻边311，该翻边311和壳体300之间形成一种凹槽结构，支撑内衬200可以卡设在该凹槽结构中，从而可以强化瓶口310的侧壁、翻边311以及瓶口310周围的壳体300的结构强度，同时，由于端头100与支撑内衬200的外圈配合，从而可以将支撑内衬200及瓶口310的翻边311包裹在安装槽122中，由此增强了结构的密封性，延长了端头100与壳体300之间的配合界面，有效防止了容器中高压气体的泄漏或渗透，保证了容器的密封效果。
需要说明的是，支撑内衬200的外圈上可以设置有与安装槽122螺纹连接的外螺纹，当支撑内衬200装配到瓶口310上后，端头100可以通过支撑内衬200上的外螺纹与支撑内衬200固定连接，从而实现对端头100的装配固定，同时保证了端头100固定的可靠性。
其中，为了保证支撑内衬200具有一定的支撑强度，支撑内衬200的材质可以为金属或为POM、PA、PE、PP中的一种。
可以理解的是，容器中的气体具有较大的压力，瓶口310长期受气压的作用会发生微量的变形，这种变形会传递到支撑内衬200上，导致支撑内衬200与瓶口310间产生不均匀的配合界面，易发生气体泄漏；如果支撑内衬200一体成型到瓶口310上，若瓶口310或支撑内衬200发生变形，便难以对支撑内衬200进行切割拆卸，同时也无法对瓶口310进行修复，甚至造成高压复合容器的整体报废。为了解决该问题，在本实施例中，如图6所示，支撑内衬200可以包括第一半环内衬210和第二半环内衬220，支撑内衬200由第一半环内衬210和第二半环内衬220固定扣合后形成，由此实现了支撑内衬200的拆装更换。
其中，第一半环内衬210与第二半环内衬220之间的配合界面上可以通过涂胶实现两者的扣合固定，但涂胶时也易造成将胶误涂抹到配合界面以外的部件上，玷污了容器，另外，胶封后的第一半环内衬210和第二半环内衬220也不易分离，导致拆卸不便。因此，在本实施例中，第一半环内衬210上的两个端面上可以分别设置有第一凸起和第一凹槽，第二半环内衬220上的两个端面上可以分别设置有第二凸起和第二凹槽，第一凸起与第二凹槽卡接配合，第二凸起与第一凹槽卡接配合；由此，通过对应的凸起和凹槽的卡接配合，方便了第一半环内衬210和第二半环内衬220的拆装，同时也可以保证第一半环内衬210和第二半环内衬220配合的紧凑性。
而为了防止第一半环内衬210和第二半环内衬220在瓶口310的周向发生转动，第一半环内衬210和第二半环内衬220的内圈上均可以设置有限位凸起，而瓶口310上可以设置有与限位凸起配合的卡槽，当第一半环内衬210和第二半环内衬220安装完成后，限位凸起可以卡接到瓶口310上的卡槽中，从而可以实现对第一半环内衬210和第二半环内衬220的安装定位，防止转动。
具体而言，如图7所示，端头100包括固定部110和安装部120，固定孔130设置在固定部110中，安装槽122设置在安装部120中；固定部110包括固定段111和导向段112，导向段112的内径分别小于固定段111的内径和安装槽122的内径，固定段111、导向段112和安装槽122依次连通，安装槽122和导向段112之间形成限位台阶面123。如图4所示，在装配端头100时，可以使限位台阶面123抵接到瓶口310的翻边311上，由此实现了端头100在轴向上的安装限位，同时可以将支撑内衬200和翻边311均包裹在安装槽122中，使容器内高压气体的泄漏路径变得曲折，也延长了泄漏路径，从而有效防止了气体的泄漏及渗透。另外，如图4所示，固定段111上可以设置有内螺纹，瓶口阀400可以通过该内螺纹与固定段111固定连接；其中，为了保证瓶口阀400与端头100之间配合后的密封性，如图4所示，固定段111的端面上设置有密封圈a。
需要说明的是，壳体300一般采用塑料材质，当受低温环境影响时，塑料壳体300会向内侧收缩，导致瓶口310收窄变形，为了避免该问题，在本实施例中，如图7所示，限位台阶面123上可以设置有限位挡圈140，限位挡圈140向远离固定部110的方向延伸，且限位挡圈140与安装槽122的侧壁之间保持有距离；在安装端头100后，限位挡圈140可以卡设在瓶口310内孔的内侧，从而可以限制瓶口310收缩变形。
进一步地，为了保证限位台阶面123与支撑内衬200之间配合界面的密封性，限位台阶面123上可以设置有环形槽，以供密封圈b卡设在该环形槽中。其中，该密封圈b可以设置有两个，当瓶口阀400和端头100螺纹连接收紧后，两个密封圈b可以形成有效压缩，形成有效的密封界面，以防止气体介质泄漏和渗透，构成优异的金属端头100和瓶口阀400之间的密封性能。其中，密封圈b的直径可以为2mm～4mm，压缩量可以为20％～30％。
进一步地，如图4、5、7所示，安装部120上设置有弧形过渡段121，该弧形过渡段121的下表面可以与壳体300紧密贴合，而弧形过渡段121的上端面为弧形，从而可以与壳体300上的弧面对接形成完整的弧度过渡，使纤维复合材料层500能够同时与壳体300和安装部120紧密贴合，保证了结构的紧凑性，同时可以使端头100和支撑内衬200能够承受较高的容器内部压力，避免其变形、飞出等破坏。
本发明实施例提供的用于高压复合容器的密封结构，通过端头与支撑内衬的配合，从而可以将支撑内衬及瓶口的翻边包裹在端头上的安装槽中，由此增强了结构的密封性，延长了端头与壳体之间的配合界面，有效防止了容器中高压气体的泄漏或渗透，保证了容器的密封效果。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，包括：
卡接在高压复合容器的瓶口外圈的支撑内衬；
端头，所述端头上设置有用于固定瓶口阀的固定孔，所述端头上还设置有安装槽，所述端头通过所述安装槽卡接在所述支撑内衬的外圈；
所述支撑内衬包括第一半环内衬和第二半环内衬，所述支撑内衬由所述第一半环内衬和所述第二半环内衬固定扣合后形成；
所述第一半环内衬上的两个端面上分别设置有第一凸起和第一凹槽，所述第二半环内衬上的两个端面上分别设置有第二凸起和第二凹槽，所述第一凸起与所述第二凹槽卡接配合，所述第二凸起与所述第一凹槽卡接配合。
2.根据权利要求1所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述第一半环内衬和所述第二半环内衬的内圈上均设置有限位凸起。
3.根据权利要求1所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述端头包括固定部和安装部，所述固定孔设置在所述固定部中，所述安装槽设置在所述安装部中；
所述固定部包括固定段和导向段，所述安装槽和所述导向段之间形成限位台阶面。
4.根据权利要求3所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述限位台阶面上设置有限位挡圈，所述限位挡圈向远离所述固定部的方向延伸，且所述限位挡圈与所述安装槽的侧壁之间保持有距离。
5.根据权利要求3所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，还包括密封圈，所述限位台阶面上设置有用于卡设所述密封圈的环形槽。
6.根据权利要求3所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述安装部上设置有弧形过渡段。
7.根据权利要求1所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述支撑内衬的外圈上设置有与所述安装槽螺纹连接的外螺纹。
8.根据权利要求1所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述支撑内衬的材质为金属或为POM、PA、PE、PP中的一种。
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