CN110242855B - 柔性高压储氢罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压储氢罐，一种质量储氢密度高的柔性高压储氢罐。该高压储氢罐主体为圆柱筒形，创新设计下封头，柔性部分按“卷筒收口封头”三步法，用几种超高强薄型复合材料合并卷绕多层制造。第一类薄型材料是超高强纤维密织布料，第二类是气密阻燃耐光防UV薄膜，及其它。目前常规高压储氢罐质量储氢密度低，自重大，不具备便携可更换性。本发明提升高压储氢罐质量储氢密度，自重轻，易搬运更换，适用范围广，为“便携可更换式高压储氢罐”技术路线奠定必要基础。本发明优越之处在于：利用现代化工科技成果，发明柔性高压储氢罐，以使用便利性和推广低成本，促进氢能大面积推广使用，废罐还方便回收再利用，有助于环境保护。

Description

柔性高压储氢罐

【技术领域】

本发明涉及一种高压容器，具体涉及一种柔性高压储氢罐，制造其圆柱型筒壁需要轻柔高强宽温阻燃气密长效材料。高压储氢罐属于高压容器领域，制造其圆柱筒壁的柔性材料，采用超高强度化学纤维，涉及化纤领域，超强纤维要预先纺织成合适的织造物，还需复合特定功能和指标的气密、耐腐、耐光薄膜，并要按照创新造型和特殊工艺加以制造，涉及到纺织、化工和机械制造等诸多领域，都涉及新材料、新工艺等创新型高科技领域。

【背景技术】

氢气氧化释放化学能即为氢能，国际公认氢能是环保安全可再生清洁能源终极解决方案。推广氢能，离不开高效便捷的氢气储运，储氢和运氢是推广氢能非常重要的环节。氢气经高压大幅缩小体积，存储于高压储氢罐，可用于多种场合。便携可更换式高压储氢罐方便在一定范围运输周转，也方便多类用户使用，因此，高压储氢罐是推广氢能应用重要配套设备之一，而便携可更换式高压储氢罐对推广氢能具有便捷高效低成本优势，更具重要性。

内压型高压容器承受压力p，承压范围：10MPa≤p＜100MPa。在储氢高压容器领域，美、德、日已领先若干年，采用70MPa标准，通用于车载高压储氢罐和车辆加氢站。目前主要新能源汽车制造厂商，均沿用内置型高压储氢罐技术路线，其内置型高压储氢罐采用超高强碳纤维和成型树脂，以专利工艺制造，器型多为中心轴对称旋转体结构，中段为圆柱体，两端封头多为椭圆形或半球形，整体呈刚性。现流行产品质量储氢密度低，成本居高不下。

目前国际上70MPa丰田Mirai高压储氢罐暂居最高性能，容量60L，满罐储氢3.8kg，质量储氢密度5.7％，在商用领域，其指标当属上乘。然而储氢3.8kg，罐自重42.8kg，加封头、减压阀等配件，超66kg不具备“便携可更换性”，难以支撑“换罐”加氢技术路线。这一类型高压储氢罐只能采取车内固定式安装，需要加氢燃料时，依靠建好的加氢站提供服务。

坚持不依靠加氢站的“便携可更换式高压储氢罐”技术路线，可充分利用现有覆盖面广的加油站运行多年集聚的各种资源。加油站存放一定数量灌满氢的便携可更换式高压储氢罐，依靠物流云端大数据统计计算后统一配送各个站点；对加油站员工进行换罐系统技能培训，达到安全熟练掌握换罐服务和空罐回收要求。未来加油站逐渐减少的加油业务，通过逐渐增多的为客户更换“便携可更换式高压储氢罐”加氢服务获得效益平衡和不断提升，政府既不用斥巨资拨土地耗时间建加氢站，还可顺其自然让加油业务平稳转型而不会造成石化等行业震荡与无序竞争。另一方面，推广“分布式氢能热电联供”项目，必须将氢气低成本安全送到千家万户，除了花费巨资耗时费力建“输氢管道”，最合理方案就是“换罐”：更换“便携可更换式高压储氢罐”像老百姓换煤气罐一样方便。要实现这些比较优势，前提是必须将高压储氢罐质量储氢密度大幅提高而具备“便携可更换性”，这正是本专利发明点。

【发明内容】

分析表明，“换罐式”加氢技术路线难以推行，关键在于目前高压储氢罐自重太重、质量储氢密度低，国际先进水平仅5.7％，国内4％。储氢仅5kg，储氢罐重达80kg甚至120kg！如此沉重的高压储氢罐靠人工搬运并更换到车上确实有困难，谈何“换罐加氢”？

本发明要点是，采用超高强化纤面料+同材质气密薄膜合并卷绕成高压储氢罐圆柱型筒壁，结合创新封头设计，使高压储氢罐自重小、质量储氢密度大幅提高，具便携可更换性。

化工科技创造了辉煌成就，超强化纤一些品种的强度，按同直径比，达到钢丝的10倍！比重远轻于钢，与水相近，个别轻于水，这些材料无毒、环保、防腐、阻燃、防UV、长寿命，还可宽温应用，当这些材料经长期使用失效后，都可回收再利用，非常环保。

合理确定高压储氢罐的器型至关重要，目前主流罐型采用中心轴对称旋转体三段式：上下两段为“封头”，中段为圆柱型“圆筒”体。中段圆筒体是三段中对整体容积贡献最大部分，也是使用材料最多、自重占比最大的部分。减轻重量就先从这部分开始。

高压储氢罐为内压型高压容器，只要确保安全承受超高内压、安全储氢安全供氢即达标，至于供完氢的空罐是否保持器型并不重要。确认这点正是设计全新高压储氢罐思路的突破口：只考虑安全承压储氢供氢，无须考虑容器整体具有并保持“美观”的刚性外观。

根据力学分析，内压型高压容器之圆柱型筒壁受力，可分解为径向力和周向力，径向力是周向力的一半。圆柱型筒壁所受内部高压气体压力之大小，与气压值和圆筒壁中线半径R/直径D正相关，而筒壁材料承受拉应力强度大小，与筒壁厚度负相关。计算公式为：

σ_φ＝pR/2δ＝pD/4δ σ_θ＝pR/δ＝pD/2δ，σ_θ＝2σ_φ

式中：p内压(MPa)，R筒壁中线半径(mm)，D筒壁中线直径(mm)，

σ_φ径向力(MPa)，σ_θ周向力(MPa)，δ筒壁厚(mm)

目前超高强化纤有多系列多品种，出于材料成本和工业化生产效率考虑，结合优选的制造工艺和回收再用的环保要求，选用超高强聚乙烯纤维系列、芳香族聚酰胺纤维系列，还有高模量PBO、超高强芳纶III等，这些纤维拉伸强度普遍达到3.2GPa以上，最高达7.0GPa，材料密度均低于1.6g/cm³，其中3.43GPa超高强聚乙烯纤维仅0.97g/cm³，比水还轻。

本发明柔性高压储氢罐中段圆筒壁制造采用N多种面料，N≥1，面料包括经纬正交密织超高强化纤布料，包括与布料同质等宽气密薄膜，包括其它薄膜或布料以及粘合剂涂层。这些材料合并一起卷绕于成型圆柱，圆柱轴不断卷绕，筒壁料厚度不断增加，达到/超过指标要求即告一段落，再进行下一制造工序。各种面料既可合并一同卷绕，也可分先后顺序分别卷绕，例如内层先卷气密薄膜若干层，再卷高强化纤布，接着卷阻燃布，最后卷防UV薄膜，也可混合编排卷绕程序与混合组成及所需厚度等参数。卷绕如示意图1，设备如示意图2。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：高压储氢罐中段圆筒壁制造采用N多种面料，N≥1，面料包括经纬正交密织超高强化纤布料，包括实际效能与布料同质等宽气密薄膜，包括其它薄膜或布料以及粘合剂涂层；这些材料合并一起卷绕于成型圆柱，圆柱轴不断卷绕，筒壁料厚度不断增加，达到/超过指标要求即告一段落，再进行下一制造工序；各种面料既可合并一同卷绕，也可分先后顺序分别卷绕，如内层先卷气密薄膜若干层，再卷高强化纤布，接着卷阻燃布，最后卷防UV薄膜，也可混合编排卷绕程序与混合组成及所需厚度等参数。

制造筒壁料在卷绕的过程中，进料导引架相对于卷轴不发生轴向位移，所成筒壁料中各层化纤布间经纬线相互平行，筒壁料各处厚度均匀一致。为使筒壁料便于封头加工，在两端适当宽度处的厚度向两端口处逐渐变薄，可令进料导引架相对于成型滚轴发生所需幅度轴向往复式运动，使筒壁料各层化纤布纬线不再平行而有不断变化的夹角，筒壁料两端逐渐变薄。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：制造筒壁料的卷绕过程中，进料导引架相对于成型滚轴不发生轴向位移，所成筒壁料中各层化纤布间经纬线相互平行，筒壁料各处厚度均匀一致；为使筒壁料便于封头加工，在两端适当宽度处的厚度向两端口处逐渐变薄，可令进料导引架相对于成型滚轴发生所需幅度轴向往复式位移，使所成筒壁料各层间化纤布纬线不再平行而有不断变化的夹角，筒壁料两端口部分逐渐变薄。

高压储氢罐的封头很重要。除耐压指标外，其重量会影响储氢罐整体指标优劣。高压储氢罐封头分上下两部分，上封头有进出气阀门/开关，专门设计制造，在此不讨论，下封头应满足安全密封要求，还要尽量减轻重量。考虑到筒壁料结构特点和下封头指标要求，创新的下封头制造可归结为：先收再封，下面讨论筒壁料“收口”与筒壁料下端“封头”方案：

一、收口，即收紧筒壁料下端口以便后续“封头”工序

【1】“裙边穿针引线圆周收口法”如图4中(a)所示意，在筒壁料下端边口，用N，N≥3根针穿引超高强化纤线绳，沿筒壁料下端口周边适当距离如图中“针脚”所示意处，入针引线，针脚间距约为筒壁料厚度的H倍，H≥1，缝制一周后将外露线绳顺针脚圆周切线方向拉拽，逐渐拉紧实现筒壁料边口收紧效果。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：收紧筒壁料下边口采用“裙边穿针引线圆周收口法”，在筒壁料下端边口用N，N≥1根针穿引超高强化纤线绳，沿周边适当距离入针引线，针脚间距约为筒壁料厚度H倍，H≥3，缝制一周后将外露线绳顺针脚圆周切线方向拉拽，逐渐拉紧实现筒壁料边口收紧效果。

【2】“裙边穿针引线辐条收口法”如图4中(b)示意，按照筒壁料厚度的3至7倍长度，等间距沿筒壁料下端边口入针，用针穿引超高强化纤线绳，引向筒壁料边口对面再入针，如同编排车轮辐条，编好后，将每条线绳拉拽收紧，实现筒壁料边口收紧效果。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：用“裙边穿针引线辐条收口法”，按筒壁料厚3至7倍，等间距沿筒壁料下端边口入针，引超高强化纤线绳至边口对面相应位置入针，像编车轮辐条，编好后拉紧每条线绳，收紧筒壁料边口。

【3】“铁爪收拢法”，用N＝筒壁料边口周长/M，3δ≤M≤7δ，δ为筒壁料厚，N根强力钢针，沿筒壁料下端边口等间距刺入边口着力处，吃力之后向筒壁料中轴收紧，再采用其它方法保持筒壁料口收紧状态。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：高压储氢罐筒壁料下端边口收紧用“铁爪收拢法”，N＝筒壁料边口周长/M，3δ≤M≤7δ，δ为筒壁料厚，用N根钢针沿筒壁料下端边口等间距刺入，向筒壁料中轴收紧，再保持筒壁料口收紧状态。

【4】由于“穿针引线收口法”在筒壁料收口处留有孔洞，故采取“打补丁法”封住筒壁料下端收口孔洞：用筒壁料同等厚度或减半的相同材料，做直径合适的圆形料片当“补丁”，在筒壁料封口中心处的内外侧分别打补丁，两块补丁料片圆心从内外对准筒壁料收口处中心，再用成型夹具内外挤压住，确保位置无偏差后加压固定，最后用超声波焊或通电热压完成热熔成型；只用内侧一块补丁效果也很好。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：用“打补丁法”封住筒壁料下端收口孔洞：用筒壁料同等厚度或减半的相同材料，做直径合适的圆形料片当“补丁”，在筒壁料封口处内外侧分别打补丁，两块补丁圆心对准筒壁料收口处中心，再用成型夹具内外挤压住，确保位置无偏差后加压固定，最后用超声波焊或通电热压焊完成热熔成型；只用内侧一块补丁效果也很好。

【5】用“包包子收褶”式，先在筒壁料底端沿边口等间距收拉打褶至合拢，再用强力绳索/金属丝带在合拢口处拴牢，使其满足密封安全要求，参考图3；用专门制造的设备可高效加工：在筒壁料边口处以3至7倍筒壁料厚为等间距，用多对端部装有类似尖嘴钳或“挂钩”的拉杆夹/钩紧，再波浪形上拉收紧形成“褶子”并适度旋拧，最后将口收紧合拢，用高强纤维绳或金属丝带拴紧拧口处，最后用超声波焊或电热熔焊封口。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：储氢罐下段封头用“包包子收褶”式：在筒壁料底端沿边口等间距收拉打褶至合拢，再用强力绳索/金属丝带在合拢口拴牢；专用设备可高效加工：在边口处以3至7倍筒壁料厚为间距，用多对端部装有类似尖嘴钳或“挂钩”的拉杆，等间距夹/钩紧筒壁料边口，波浪形上拉收紧出“褶子”并适度旋拧，收紧口合拢，用高强纤维绳或金属丝带拴紧拧口处，最后超声波焊或电热熔焊封口。

除了采用热压焊外，还可用粘合剂，在筒壁料边口“包包子收褶”即将合拢前，涂在筒壁料边口最后捆扎部位面料上，捆扎后粘合剂粘连并固化，自动实现气密效果。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：高压储氢罐下段封头用“包包子收褶”式收拢筒壁料边口，在收口处面料上涂以粘合剂，之后筒壁料边口波浪形上拉并逐渐向筒壁料截面圆周中心轴收紧形成“褶子”并适度旋拧，最后将筒壁料下端口收紧合拢，用高强纤维绳或金属丝带拴紧扎牢，捆扎后粘合剂粘连并逐渐固化，实现气密效果。

二、封头，实现柔性筒壁料下端直接封头，上述“包包子收褶”封头方式，不再复述。

【1】采用内外双法兰盘紧咬合式密封，如图5所示。先从筒壁料收拢口内侧将内法兰盘螺柱从收口中心孔穿出，用配套外法兰盘从外穿入螺柱，内外法兰盘构成环形阴阳齿，咬合挤压住筒壁料合拢口处之后，旋拧螺栓压紧外法兰盘使之紧咬筒壁料合拢口实现密封。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：高压储氢罐下段封头，采用内外双法兰盘咬合压紧式密封，先从筒壁料收拢口内侧将内法兰盘螺柱从收口中心孔穿出，用配套外法兰盘从外穿入螺柱，内外法兰盘构成环形阴阳齿，咬合挤压住筒壁料合拢口处之后，旋拧螺栓压紧外法兰盘使之紧咬筒壁料合拢口实现密封。

【2】用超声波焊或热压焊，将收拢的筒壁料合拢口置于内外成型夹具中，可预先安放“补丁”，成型夹具可选半球、椭球台或非标准型等，内夹具从筒壁料内侧向外凸顶住收口处材料或补丁，外夹具则从筒壁料外侧向下凹压，以同轴相对运动方式压住封口处材料，适当的内外压合力产生收口处材料间摩擦阻力，使其不再滑移，即可开始通电/超声波加热，适当温度可使收口处材料熔融再造而强度不减，实现自成下端封头，根据加工进度调整压力温度及保压时间，确保最佳效果直至结束，使高压储氢罐的下端封口成型后外观紧凑重量更轻；除超声波外，熔融材料还有其它方式，如电热、热传导等。

一种柔性高压储氢罐，其特征是：高压储氢罐下段封头采用超声波焊或热压焊，将收拢的筒壁料合拢口置于内外成型夹具中，可预先安放“补丁”，成型夹具可选半球、椭球台或非标准型等，内夹具从筒壁料内侧向外凸顶住收口处材料或补丁，外夹具则从筒壁料外侧向下凹压，以同轴相对运动方式压住封口处材料，适当的内外压合力产生收口处材料间摩擦阻力，使其不再位移，即可开始通电/超声波加热，适当温度可使收口处材料熔融再造而强度不减，实现自成下端封头，按加工进度调整压力温度及保压时间，获最佳效果至结束，使高压储氢罐下端封口成型后紧凑轻便；除超声波外，熔融加工还有其它方式，如电热、热传导等。

本发明优越点在于：采用柔性筒壁设计高压储氢罐，材料省重量轻成本低，具备便携可更换性，为“换罐加氢”技术路线奠定基础，可为国家节省大量资金和土地，化解产业矛盾，为广大用户提供低成本高性能的氢燃料，多快好省地加速推广绿色环保的氢能。

本发明的关键点在于：高压储氢罐的柔性筒壁及其下端封头的创新设计和制造。

【附图说明】

图1是筒壁料卷绕简要示意图，1是1号面料卷；2是1号面料卷料轴；3是1号面料卷转轴；4是1号面料；5是进料导引架，由并列双滚轴组成；6是合并后的待卷面料；7是筒壁料成型滚；8是2号面料卷；在实际使用中，根据需要可以添加N多个面料卷，N≥1；筒壁料成型滚轴的外径，确定筒壁料的内径，面料在卷绕过程中受拉力伸长变形，会使刚卷绕好的筒壁料内径回缩变小，因此定型产成品筒壁料内径的标称值，根据标准使用/测试条件确定；作为加工设备部件的面料卷绕轴，其详细结构不在本文讨论范围；进料导引架主要由两根细长的滚柱并列组成，用于导引合并后待卷绕面料精准就位，在卷绕过程中，如果进料导引架位置保持不变，最终卷好的筒壁料整体厚度均匀；在卷绕过程中进料导引架相对于筒壁料成型滚作有计划地轴向往复式运动，可以达到绕制中段部分厚度均匀、靠近端口部位逐渐变薄的效果，如果左右对称往复运动，则两端变化相似，如果两端运动速率不一致，则两端边口厚度变化不一样，这一工艺特点可用于开发专用产品。

图2是筒壁料卷绕设备空间布局简要示意图，9是1号面料卷转轴；10是1号面料卷面料；11是2号(至N号)面料卷料轴；12是1号面料卷料轴；13是进料导引架；14是筒壁料成型滚轴；15是正在卷绕的筒壁料；16是筒壁料成型滚转轴。为较好地表现各主要部件相互之间的空间关系，图中没有安排卷绕中的各部分面料。

图3是筒壁料“包包子收褶”工艺示意图，(a)图中：17为拉杆及用力方向示意；18为尖嘴钳夹住或挂钩钩住部位；19为筒壁料；(b)图：20为高强纤维绳或金属丝带拴紧部位。

图4是“裙边穿针引线收紧封口法”示意图，左边(a)“圆周”图：21是筒壁料下端边口处；22是筒壁料边口穿针引线的针脚；23、24是1号线穿针引线一周汇合后向合拢口圆周切线两个方向用力收紧示意；25、26和27、28分别是2、3号线穿针引线用力收紧示意；图中仅画3条线，实际可按需要增删至N条，N≥1；29示意仅画出筒壁料封头处部分；30示意筒壁料端口未收拢的空洞区域。右边(b)“辐条”图：31是筒壁料封头处部分；32是未收拢的空洞区域；33是针脚；34是筒壁料边口沿；35是“辐条”线/绳。

图5是“内外双法兰盘嵌合压紧式筒壁料边口密封”示意图。36是内法兰盘；37是内法兰盘的螺柱；38是内法兰盘底部用于紧固的标准六角；39是正在穿入螺柱的外法兰盘；40是内外双法兰盘之间用于压紧筒壁料边口部位的空间，利用双法兰盘相互对位咬合的环形齿，紧紧咬住收拢紧的筒壁料边口部分，使其保持密封和耐受超高气压。由于氢气具有脆化金属作用，因此内法兰盘表层要进行气密处理以延长使用寿命。

【具体实施方式】

实施例一、为农用植保无人机配备氢能动力：氢燃料电池+柔性高压储氢罐

某品牌植保无人机，六轴驱动，机身长1600mm，机高500mm，自重13.5kg，载荷10kg，配备锂动力电池2块，每块16000mah，重1.9kg，电池总重3.8kg；无人机最大起飞重量30kg，连续作业时间≥15min，空载续航≥35min。

本植保无人机升级方案：去掉原电池，改配2KW氢动力装置，重800g/700ml，选柔性高压储氢罐供氢。根据设计，选超高强聚乙烯纤维密织布料为主要面料制造筒壁，筒壁料内径100mm，净空长300mm，确保强度2倍安全，筒壁料厚2.1mm，可储氢146.6g，等效储电4795wh，是原电池储能的34.05倍。该柔性高压储氢罐下封头采用“穿针引线收口打补丁超声焊”工艺，满罐总重仅2.35kg，加氢动力装置比原电池轻650g，续航能力提升30倍。

高压储氢罐采用本方案的“柔性高压储氢罐”，仅有上段封头配以减压阀管路，下段封头采用“裙边穿针引线收紧封口法+内侧单块补丁+超声波热压焊”制造方案，非常紧凑。

本高压储氢罐筒壁料为超强聚乙烯纤维密织布料及气密防腐防UV薄膜等辅料，容积2.3562升，初始高压70MPa，储氢146.6g，储电4.795kwh，是原配电池容量34.05倍，续航时间提升30倍；本高压储氢罐储氢后总重量2.33kg，加上氢动力装置比原电池还轻650g。如果初始高压将为35MPa以适应我国国标，续航时间仍可提高15倍，依然非常可观。

实施例二、为纯电动城际物流箱式小货车升级氢能动力：氢燃料电池+柔性高压储氢罐

某型号3吨货运纯电动箱式小货车主要参数：整备质量1950kg、总质量3150kg、电池总能量50.8kwh、电机额定功率30kw、峰值功率60kw。

根据推算，车辆动力电池重量约500kg，更换40kw氢电堆+超级电容的组合动力装置，重量约18kg，配70MPa柔性高压储氢罐，筒壁料采用高温阻燃、具成本效益的芳纶高强纤维，其抗拉力指标3.2GPa，密度1.45，设计筒壁料强度为内压标准2倍(140MPa)。该车采用“双罐”配置，每罐有效储氢圆柱空间：内径300mm、高700mm、有效容积49.48升、执行70MPa标准，储氢3.079kg，等效储电量100.688kwh，选用重约5kg的定制上封头，满储氢罐总重14.88kg，双罐配置则重29.76kg。

这样升级配置的3吨物流车，一罐氢气储电量接近原电池在全新状态储电量的2倍，电池长期使用导致衰减，相比会超过两倍，双罐配置则超过4倍，而双罐+擎动力装置的总重量47.76kg，可减轻原车重量450kg以上。显然经改造升级后，载货量可上升450kg，续航里程4倍远，无需充电等待，不担心动力电池衰减，经营效益提升，环保效果更好。

本例柔性高压储氢罐满罐重14.88kg，储氢3.079kg，质量储氢密度20.69％，远高于5.7％；14.88kg的满罐重量，既便于运输周转，也方便人工换罐操作，完全不需要加氢站。另外，一旦车辆跑到远离城市的荒漠戈壁等永远不可能建加氢站的地方，需要加氢怎么办？本型号储氢罐非常适合采用无人机远程空运派送服务：氢能驱动的无人机收到派送指令，根据荒漠戈壁中加氢求援车辆的定位导航信息，可快速方便地将柔性高压储氢罐送到待援车辆手中。如果初始高压将为35MPa以适应我国国标，续航能力仍提高两倍，也还非常可观。

实施例三、为纯电动重型自卸车改造升级到氢能动力：氢燃料电池+柔性高压储氢罐

某型号重型自卸车主要参数：整车质量17950kg、电池总能量435kwh、实际工况行驶里程≥280km。

取代据推算重4500kg的动力电池，更换重量约100kg的200kw氢电堆+超级电容组合动力装置，配定制柔性高压储氢罐。该罐筒壁料采用高温阻燃芳纶III超高强纤维，其抗拉强度为6.5GPa，材料密度1.56。该车采用“四罐”配置，每罐内径500mm、高1000mm，有效容积196.35升，执行70MPa标准，按标准强度2倍设计，筒壁料厚5.5mm，选用重约8kg的定制上封头，满储罐总重33.198kg。单罐有效储氢12.219kg，等效储电量399.5564kwh，为原电池储电量的91.852％，四罐配置则满罐总重132.792kg，储电量提升为原电池的3.6倍。

这样升级配置的重型自卸车，一罐氢气储电量是原电池在全新状态储电量的91.852％，长期使用会超过原电池，四罐配置则超原电池容量4倍，而四罐+擎动力装置的总重量不足240kg，可减轻原车总重量约4260kg。显然经改造升级后，重量大幅减轻则装载量大幅提升，储电量变成4倍，则续航里程4倍远，无需充电等待，不担心电池衰减，经营效益会提升，环保效果也更好。

本柔性高压储氢罐满罐重33.198kg，储氢12.219kg，质量储氢密度36.8％是5.7％的6.457倍，有较大提升；本型号柔性高压储氢罐满罐重33.198kg，虽运输周转不是问题，但人工换罐操作比较吃力，若配以简单机械则可大幅减轻工作量，为车辆加氢完全不需要加氢站。如果初始高压将为35MPa以适应我国国标，续航时间仍可提高两倍，也还非常可观。

Claims (9)

1.一种柔性高压储氢罐，其特征在于：所述柔性高压储氢罐中段圆筒壁制造采用N多种材料，N≥1，所述材料包括经纬正交密织超高强化纤布料、气密薄膜以及粘合剂涂层；将上述材料卷绕于成型圆柱，随圆柱轴卷绕，筒壁料厚度增加，达到/超过指标即告一段落，再进行下一工序；上述圆筒壁制造材料在卷绕时合并一同卷绕或者按照先后顺序分别卷绕，或者混合编排卷绕程序与混合组成及所需参数；

在制造筒壁料的卷绕过程中，进料导引架相对于成型滚轴不发生轴向位移，卷绕所形成的筒壁料中各层化纤布间经纬线相互平行，筒壁料各处厚度均匀一致；为使筒壁料下边口封头便于封口加工，在两端适当宽度处的厚度向两端口处逐渐变薄，将进料导引架相对于成型滚轴发生所需幅度轴向往复式位移，使所成筒壁料各层间化纤布纬线不再平行而有不断变化的夹角，筒壁料两端口部分厚度逐渐变薄；

筒壁料卷绕完成后对筒壁料下边口进行收紧，在收紧筒壁料下边口步骤中采用“裙边穿针引线圆周收口法”，在筒壁料下端边口用N根针穿引超高强化纤线绳，N≥1，沿筒壁料下端边口周边适当距离入针引线，针脚间距约为筒壁料厚度H倍，H≥3，缝制一周后将外露线绳顺针脚圆周切线方向拉拽，逐渐拉紧实现筒壁料边口的收紧；

对筒壁料下边口的封头进行封口，在封口步骤中采用“打补丁法”：用筒壁料同等厚度或减半的相同材料，做直径合适的圆形料片当“补丁”，在筒壁料封口处内侧设置一块补丁或者在内外侧分别打补丁，将所述补丁的圆心对准筒壁料收口处中心，再用成型夹具内外挤压住，确保位置无偏差后加压固定，最后用超声波焊或通电热压焊完成热熔成型。

2.根据权利要求1所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：在收紧筒壁料下边口步骤还可采用“裙边穿针引线辐条收口法”：按筒壁料厚3至7倍，等间距沿筒壁料下端边口入针，引超高强化纤线绳至边口对面相应位置入针，多条超高强化纤线绳在下端边排列呈车轮辐条状，所述超高强化纤线绳穿针引线完成后拉紧每条线绳，收紧筒壁料边口。

3.根据权利要求1所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：在收紧筒壁料下边口步骤还可采用“铁爪收拢法”，用N根钢针沿筒壁料下端边口等间距刺入，向筒壁料中轴收紧，再保持筒壁料口收紧状态，N＝筒壁料边口周长/M，3δ≤M≤7δ，δ为筒壁料厚，N取整数。

4.根据权利要求1所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：在收紧筒壁料下边口步骤还可采用“包包子收褶”法，在筒壁料底端沿边口等间距收拉打褶至合拢，再用超高强化纤线绳或金属丝带在合拢口拴牢；在边口处以3至7倍筒壁料厚为间距，用多对端部装有呈尖嘴钳状或挂钩状的拉杆，等间距夹/钩紧筒壁料边口，波浪形上拉收紧出“褶子”并适度旋拧，收紧口合拢，用超高强化纤线绳或金属丝带拴紧拧口处，最后超声波焊或电热熔焊封口。

5.根据权利要求1所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：在收紧筒壁料下边口步骤还可采用“包包子收褶”法，收拢筒壁料边口，在收口处面料上涂以粘合剂，之后筒壁料边口波浪形上拉，并逐渐向筒壁料截面圆周中心轴收紧形成“褶子”并适度旋拧，最后将筒壁料下端口收紧合拢，用超高强化纤线绳或金属丝带拴紧扎牢，捆扎后粘合剂粘连并逐渐固化，实现气密效果。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：在筒壁料下边口的封头封口步骤还可采用内外双法兰盘咬合压紧式密封方法对封头进行封口，先从筒壁料收拢口内侧将内法兰盘螺柱从收口中心孔穿出，用配套外法兰盘从外穿入螺柱，内外法兰盘构成环形阴阳齿，咬合挤压住筒壁料合拢口处之后，旋拧螺栓压紧外法兰盘使之紧咬筒壁料合拢口实现密封。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：所述柔性高压储氢罐筒壁料下边口的封头封口步骤中采用超声波焊或通电热压焊，将收拢的筒壁料合拢口置于内外成型夹具中，预先安放补丁，所述成型夹具为半球、椭球台或非标准型，内夹具从筒壁料内侧向外凸顶住筒壁料下边口收口处材料和补丁，外夹具从筒壁料外侧向下凹压，以同轴相对运动方式压住收口处材料和补丁，施加适当的内外压合力，收口处材料间产生摩擦阻力，使收口处材料和补丁不再位移，即进行超声波加热/通电加热，使所述收口处材料和补丁熔融再凝固而成下端封头；热熔过程中，随加工进度调整压力、温度及保压时间。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：所述柔性高压储氢罐的中段圆筒壁材料还包括卷绕阻燃布、防UV薄膜。

9.根据权利要求8所述的一种柔性高压储氢罐，其特征在于：所述柔性高压储氢罐的中段圆筒壁材料的卷绕顺序为先卷绕气密薄膜，再卷绕高强化纤布，随后卷绕阻燃布，最后卷绕防UV薄膜。