CN109027676A - 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，其包括支撑内衬和端头，支撑内衬上设置有用于卡接高压复合容器的瓶口内壁的卡槽；端头上设置有安装槽，支撑内衬固定设置在安装槽中，安装槽的内侧壁与瓶口的外壁相抵接。本发明提供的用于高压复合容器的密封结构，通过支撑内衬和端头的配合，可以将瓶口包裹在卡槽中，即将瓶口的内壁和外壁同时进行挤压密封，从而既增加了对瓶口的密封界面，延长了泄露路径，防止了容器中高压气体的泄露和渗透，又增强了瓶口处的结构强度，避免了瓶口因容器内压力的变化而发生变形。

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，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；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：
支撑内衬，所述支撑内衬上设置有用于卡接高压复合容器的瓶口内壁的卡槽；
用于固定高压复合容器上的瓶口阀的端头，所述端头上设置有安装槽，所述支撑内衬固定设置在所述安装槽中，所述安装槽的内侧壁与所述瓶口的外壁相抵接。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述支撑内衬包括相互垂直的竖直段和水平段，所述水平段的外径大于所述竖直段的外径，所述竖直段上设置有凸台，所述凸台和所述水平段之间形成所述卡槽。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述水平段上设置有豁口。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述安装槽包括第一槽和第二槽，所述第一槽的内侧壁上设置有内螺纹，所述支撑内衬通过所述内螺纹与所述第一槽固定连接；
当所述支撑内衬与所述第一槽固定连接后，所述第二槽的内侧壁挤压在所述瓶口的外壁上。
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，所述固定部上设置有用于穿设所述瓶口阀的固定孔，所述固定孔的内壁上设置有第一限位台阶，所述第一限位台阶与所述支撑内衬上远离所述水平段的一端抵接；
所述第一槽和所述第二槽之间形成第二限位台阶，所述第二限位台阶与所述凸台抵接。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述固定部上设置有定位段，所述定位段的侧壁上设置有两个以上的切面，相邻两个所述切面之间成钝角。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述端头还包括过渡部，所述过渡部的外径大于所述固定部的外径，所述过渡部上设置有弧形的耐压力承载面；
所述固定部和所述过渡部为一体成型。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，还包括第一密封圈和第二密封圈，所述过渡部的底部设置有第一密封槽，所述第一密封圈设置在所述第一密封槽中；
所述第二槽的内侧壁上设置有第二密封槽，所述第二密封圈设置在所述第二密封槽中。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述固定部包括固定段和导向段，所述导向段和所述第一槽之间形成所述第一限位台阶；
所述用于高压复合容器的密封结构还包括第三密封圈，所述导向段的内侧壁上设置有第三密封槽，所述第三密封圈设置在所述第三密封槽中；
所述用于高压复合容器的密封结构还包括第四密封圈，所述固定段的远离所述导向段的端面上设置有第四密封槽，所述第四密封圈设置在所述第四密封槽中。
如上所述的用于高压复合容器的密封结构，其中，优选的是，所述端头上设置有定位结构。
本发明提供的用于高压复合容器的密封结构，通过支撑内衬和端头的配合，可以将瓶口包裹在卡槽中，即将瓶口的内壁和外壁同时进行挤压密封，从而既增加了对瓶口的密封界面，延长了泄露路径，防止了容器中高压气体的泄露和渗透，又增强了瓶口处的结构强度，避免了瓶口因容器内压力的变化而发生变形。
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；
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用于高压复合容器的密封结构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的用于高压复合容器的密封结构的剖视图；
图5为图4的局部放大图；
图6为图5中去除瓶口阀后的剖视图；
图7为支撑内衬的结构示意图；
图8为支撑内衬的剖视图；
图9为端头的结构示意图；
图10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-过渡部 130-固定孔
140-定位结构 150-切面 160-安装槽
161-第一槽 162-第二槽 163-第一限位台阶
164-第二限位台阶 200-支撑内衬 210-竖直段
220-水平段 230-凸台 240-豁口
250-卡槽 260-抗扭凸台 300-壳体
310-瓶口 400-瓶口阀 500-纤维复合材料层
a-第一密封圈 b-第二密封圈 c-第三密封圈
d-第四密封圈
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8，本发明实施例提供了一种用于高压复合容器的密封结构，其包括支撑内衬200和端头100，支撑内衬200上设置有用于卡接高压复合容器的瓶口310内壁的卡槽250；端头100上设置有安装槽160，支撑内衬200固定设置在安装槽160中，安装槽160的内侧壁与瓶口310的外壁相抵接。由此，通过支撑内衬200和端头100的配合，可以将瓶口310包裹在卡槽250中，即将瓶口310的内壁和外壁同时进行挤压密封，从而既增加了对瓶口310密封的界面长度，延长了泄露路径，防止了容器中高压气体的泄露和渗透，又增强了瓶口310处的结构强度，避免了瓶口310因容器内压力的变化而发生变形。其中，端头100和支撑内衬200的材质可以为金属，具体可以为铝合金或不锈钢。
具体地，如图7和图8所示，支撑内衬200包括相互垂直的竖直段210和水平段220，水平段220的外径大于竖直段210的外径，竖直段210上设置有凸台230，凸台230和水平段220之间形成卡槽250；由此，瓶口310可以卡设在凸台230和水平段220之间，从而实现了对瓶口310内侧的包裹，同时端头100可以对瓶口310的外侧壁进行包裹，从而实现了对瓶口310上各处壁面的包裹，保证了密封性。此外，水平段220可以延长气体的泄露路径，进一步防止了气体泄露。
需要说明的是，瓶口310通常设置在塑料壳体300上，而塑料壳体300与瓶口310一般通过吹塑或滚塑一体成型，当塑料壳体300成型后在与支撑内衬200组装时，支撑内衬200和塑料壳体300之间容易发生相对转动。为避免该问题，在本实施例中，如图7和图8所示，水平段220上可以设置有豁口240，当塑料壳体300的原料在模具挤压的情况下，熔融的原料挤压进入豁口240后，会使塑料壳体300和支撑内衬200之间形成耐周向相对转动的力量，从而可以使塑料壳体300和支撑内衬200之间不会周向分离转动，便于塑料壳体300的后续精密加工。其中，豁口240可以设置水平段220的表面或边缘上，为了保证水平段220上表面与壳体300之间紧密贴合以实现密封，豁口240设置在水平段220的边缘位置，且豁口240呈弧形，同时在水平段220的周向上均匀布置有多个豁口240。
而为了进一步防止塑料壳体300与支撑内衬200之间转动，如图7所示，在水平段220上可以设置有抗扭凸台260，该抗扭凸台260的周向上设置有两个以上的切面，相邻两个切面之间成钝角，由此，通过上述切面，可以实现对各个方向的支撑，从而有效防止了塑料壳体300与支撑内衬200之间的转动。
具体而言，如图9和图10所示，安装槽160包括第一槽161和第二槽162，第一槽161的内侧壁上设置有内螺纹，支撑内衬200通过内螺纹与第一槽161固定连接；当支撑内衬200与第一槽161固定连接后，第二槽162的内侧壁挤压在瓶口310的外壁上；由此，通过支撑内衬200与端头100之间的紧固力，实现了对瓶口310的挤压，保证了端头100、支撑内衬200及瓶口310之间密封界面的紧密配合，从而保证了密封性。
如图10所示，端头100包括固定部110，固定部110上设置有用于穿设瓶口阀400的固定孔130，固定孔130的内壁上设置有第一限位台阶163，第一限位台阶163与支撑内衬200上远离水平段220的一端抵接；第一槽161和第二槽162之间形成第二限位台阶164，第二限位台阶164与凸台230抵接。由此，通过第一限位台阶163和第二限位台阶164的设置，实现了端头100在轴向上的安装限位。
需要说明的是，在塑料壳体300的外表面一般需要缠绕纤维复合材料，如果塑料壳体300或端头100的表面为光滑的圆弧形表面，则会导致纤维复合材料层500和端头100之间发生相对转动。为了避免该问题，在本实施例中，如图9所示，固定部110上可以设置有定位段，定位段的侧壁上可以设置有两个以上的切面150，相邻两个切面150之间成钝角；由此，在使用纤维复合材料缠绕塑料壳体300及端头100的过程中，可以通过切面150在端头100和纤维复合材料层500之间形成耐周向相对转动的力量，从而使端头100和纤维复合材料层500之间不会周向分离转动，便于后续对瓶口阀400的高扭矩装配。
进一步，如图5、图6、图9和图10所示，端头100还包括过渡部120，过渡部120的外径大于固定部110的外径，过渡部120上设置有弧形的耐压力承载面；固定部110和过渡部120为一体成型。其中，该过渡部120的下表面可以与塑料壳体300紧密贴合，而弧形的耐压力承载面可以与塑料壳体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能够与塑料壳体300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。
进一步，如图5和图6所示，该密封结构还包括第一密封圈a和第二密封圈b，过渡部120的底部设置有第一密封槽，第一密封圈a设置在第一密封槽中；第二槽162的内侧壁上设置有第二密封槽，第二密封圈b设置在第二密封槽中。通过第一密封槽和第二密封槽，可以进一步防止气体从端头100和塑料壳体300之间的密封界面渗透。
进一步，如图5所示，固定部110包括固定段111和导向段112，导向段112和第一槽161之间形成第一限位台阶163；该密封结构还包括第三密封圈c，导向段112的内侧壁上设置有第三密封槽，第三密封圈c设置在第三密封槽中；该密封结构还包括第四密封圈d，固定段111的远离导向段112的端面上设置有第四密封槽，第四密封圈d设置在第四密封槽中。当端头100与瓶口阀400螺纹连接收紧时，第三密封圈c和第四密封圈d形成有效压缩，从而形成有效的防气体介质泄露和渗透的密封界面，构成优异的端头100和瓶口阀400之间的密封性能。
其中，上述各个密封圈的直径可以为2mm～4mm，压缩量可以为20％～30％；而密封圈的材质可以为FKM、EPDM、FVMQ、PTFE、硅树脂等具有耐氢气腐蚀性和耐低温特性的材质，优选地，密封圈的材质为FKM、EPDM、PTFE中的一种。
进一步地，如图9所示，为了便于瓶口阀400在安装时与端头100之间的定位，端头100上可以设置有定位结构140；其中，该定位结构140可以凹坑、卡槽250等结构，在本实施例中该定位结构140为设置在端头100端面边缘的豁口240。
本发明实施例提供的用于高压复合容器的密封结构，通过支撑内衬和端头的配合，可以将瓶口包裹在卡槽中，即将瓶口的内壁和外壁同时进行挤压密封，从而既增加了对瓶口的密封界面，延长了泄露路径，防止了容器中高压气体的泄露和渗透，又增强了瓶口处的结构强度，避免了瓶口因容器内压力的变化而发生变形。
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 (10)

1.一种用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，包括：
支撑内衬，所述支撑内衬上设置有用于卡接高压复合容器的瓶口内壁的卡槽；
用于固定高压复合容器上的瓶口阀的端头，所述端头上设置有安装槽，所述支撑内衬固定设置在所述安装槽中，所述安装槽的内侧壁与所述瓶口的外壁相抵接。
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，所述支撑内衬包括相互垂直的竖直段和水平段，所述水平段的外径大于所述竖直段的外径，所述竖直段上设置有凸台，所述凸台和所述水平段之间形成所述卡槽。
3.根据权利要求2所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述水平段上设置有豁口。
4.根据权利要求2所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述安装槽包括第一槽和第二槽，所述第一槽的内侧壁上设置有内螺纹，所述支撑内衬通过所述内螺纹与所述第一槽固定连接；
当所述支撑内衬与所述第一槽固定连接后，所述第二槽的内侧壁挤压在所述瓶口的外壁上。
5.根据权利要求4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，所述固定部上设置有用于穿设所述瓶口阀的固定孔，所述固定孔的内壁上设置有第一限位台阶，所述第一限位台阶与所述支撑内衬上远离所述水平段的一端抵接；
所述第一槽和所述第二槽之间形成第二限位台阶，所述第二限位台阶与所述凸台抵接。
6.根据权利要求5所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述固定部上设置有定位段，所述定位段的侧壁上设置有两个以上的切面，相邻两个所述切面之间成钝角。
7.根据权利要求5所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述端头还包括过渡部，所述过渡部的外径大于所述固定部的外径，所述过渡部上设置有弧形的耐压力承载面；
所述固定部和所述过渡部为一体成型。
8.根据权利要求7所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，还包括第一密封圈和第二密封圈，所述过渡部的底部设置有第一密封槽，所述第一密封圈设置在所述第一密封槽中；
所述第二槽的内侧壁上设置有第二密封槽，所述第二密封圈设置在所述第二密封槽中。
9.根据权利要求5所述的用于高压复合容器的密封结构，其特征在于，所述固定部包括固定段和导向段，所述导向段和所述第一槽之间形成所述第一限位台阶；
所述用于高压复合容器的密封结构还包括第三密封圈，所述导向段的内侧壁上设置有第三密封槽，所述第三密封圈设置在所述第三密封槽中；
所述用于高压复合容器的密封结构还包括第四密封圈，所述固定段的远离所述导向段的端面上设置有第四密封槽，所述第四密封圈设置在所述第四密封槽中。
10.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，所述端头上设置有定位结构。
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