CN110925589A - 塑料内胆纤维全缠绕气瓶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶，包括：金属瓶口、塑料内胆和瓶尾，塑料内胆的下封头顶部向内凹进形成容纳槽，容纳槽槽底中部向外凸出形成凸块，在瓶尾顶部设置有与容纳槽匹配的连接块，在连接块中部设置有供凸块嵌入的凹槽，连接块嵌于容纳槽中后，凸块嵌于凹槽中，连接块底部轮廓与下封头外轮廓拼接成一个球面；金属瓶口和瓶尾安装于塑料内胆上后在金属瓶口、塑料内胆和瓶尾上缠绕包裹有碳纤维缠绕层。上述结构便于纤维缠绕、塑料内胆强度高。

Description

塑料内胆纤维全缠绕气瓶
技术领域
本发明涉及储氢技术领域，尤其涉及一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶。
背景技术
氢能是公认的清洁能源，因具有资源丰富、燃烧值高、清洁和可再生等优点而得到人们重视。随着燃料电池和电池汽车技术的迅速发展，安全、高效的储氢技术成为氢能应用的关键。
车用储氢方式采用气瓶高压常温储氢，目前气瓶有四种类型：全金属气瓶、金属内胆纤维环向缠绕气瓶、金属内胆纤维全缠绕气瓶和塑料内胆纤维全缠绕气瓶。其中，全金属气瓶、金属内胆纤维环向缠绕气瓶和金属内胆纤维全缠绕气瓶重容比较大，难以满足单位质量储氢密度要求，用于车载供氢系统并不理想。而塑料内胆纤维全缠绕气瓶，受塑料自身强度等因素限制，内胆强度不够，易屈曲。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是：提供一种便于纤维缠绕、塑料内胆强度高的塑料内胆纤维全缠绕气瓶。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，包括：金属瓶口、塑料内胆和瓶尾，塑料内胆的下封头顶部向内凹进形成容纳槽，容纳槽槽底中部向外凸出形成凸块，在凸块上设置有外螺纹段；在瓶尾顶部设置有与容纳槽匹配的连接块，在连接块顶面中部向内开设有与凸块上的外螺纹段匹配的螺纹盲孔，瓶尾通过外螺纹段与螺纹盲孔旋合旋于凸块上，从而使连接块嵌于容纳槽中；连接块嵌于容纳槽中后、连接块底部轮廓与下封头外轮廓拼接成一个球面；金属瓶口和瓶尾安装于塑料内胆上后在金属瓶口、塑料内胆和瓶尾上缠绕包裹有碳纤维缠绕层。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，瓶尾下段为周向凸出的棱柱结构，在瓶尾底面中部向内开设有安装盲孔。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，塑料内胆的上封头顶部向内凹进形成嵌入槽，在嵌入槽中部设置有向外凸出、并与塑料内胆同轴线的连接管，连接管与塑料内胆的内腔连通，且连接管与上封头一体成型，在连接管外管壁上设置有第一外连接螺纹段；所述的金属瓶口由外接头和内衔头构成，在外接头底部设置有嵌入块，嵌入块底面轮廓与嵌入槽轮廓对应匹配，外接头中的接头内螺纹孔向下贯穿嵌入块底面，外接头通过接头内螺纹孔与第一外连接螺纹段旋合旋于连接管上，从而使嵌入块固定于嵌入槽中；嵌入块固定于嵌入槽中后、嵌入块顶部轮廓与上封头外轮廓拼接成一个球面；在内衔头中设置有上下贯通的安装孔，在安装孔上段设置有与瓶口阀的连接件旋合的内螺纹段；所述的内衔头由上至下依次由同轴线的上柱体和下柱体一体成型构成，在上柱体上设置有与接头内螺纹孔匹配的第二外连接螺纹段，下柱体与连接管内孔匹配，内衔头通过上柱体上的第二外连接螺纹段与接头内螺纹孔旋合旋于外接头上，下柱体伸入连接管内孔中、将连接管夹持于下柱体与接头内螺纹孔之间；在下柱体与连接管内孔之间还设置有第一密封结构。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，所述的第一密封结构为：在下柱体上由上至下依次间隔开设有至少一个第一密封槽，在各第一密封槽中分别放置有第一密封圈。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，容纳槽槽底为圆形平面，容纳槽轮廓为自圆形平面边缘由上至下逐渐向外扩张后与下封头外轮廓光滑过渡连接的碗状轮廓；嵌入槽槽底为圆形平面，嵌入槽轮廓为自圆形平面边缘由下至上逐渐向外扩张后与上封头外轮廓光滑过渡连接的碗状轮廓。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，安装孔中的内螺纹段下端所处水平面高于密封结构上端所处水平面。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，在内螺纹段下端所处水平面与密封结构上端所处水平面之间的安装孔中设置有第二密封结构。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，所述的第二密封结构为：在内螺纹段下端所处水平面与密封结构上端所处水平面之间的安装孔中、由上至下依次间隔开设有至少一个第二密封槽，在各第二密封槽中分别放置有第二密封圈。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，金属瓶口和瓶尾安装于塑料内胆上后在金属瓶口、塑料内胆和瓶尾上由内向外依次缠绕包裹有碳纤维缠绕层、玻璃纤维保护层。
进一步地，前述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其中，金属瓶口和瓶尾安装于塑料内胆上后在金属瓶口、塑料内胆和瓶尾上由内向外依次缠绕包裹有碳纤维缠绕层、玻璃纤维保护层和耐高温隔热保温涂层。
本发明的有益效果是：①向内凹进的容纳槽和向外凸出的凸块使下封头表面呈凹凸不平的曲面，凹凸不平的曲面能加强下封头的强度；同样，向内凹进的嵌入槽和连接管使上封头表面呈凹凸不平的曲面，凹凸不平的曲面能加强上封头的强度；因而塑料内胆不易屈曲；②通过内衔头与外接头两者配合将连接管密封夹住，金属瓶口安装方便，金属瓶口与塑料内胆两者连接可靠，且两者连接的可靠性受金属和塑料两种材料的模量和热膨胀率差异的影响基本可以忽略不计；此外，塑料内胆纤维全缠绕气瓶充装后，高压气体的高压作用力作用于安装孔壁，使下柱体外侧壁更贴于连接管管壁，实现自密封，因而高压气体不易泄漏；③瓶尾的安装盲孔和金属瓶口两者配合，方便操作人员缠绕纤维层。
附图说明
图1是本发明所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶的结构示意图。
图2是图1中塑料内胆与金属瓶口的连接结构示意图。
图3是图1中塑料内胆与瓶尾的连接结构示意图。
图4是图1中塑料内胆的结构示意图。
图5是金属瓶口分解结构示意图。
图6是图5中分解后的外接头与内衔头的内部结构示意图。
图7是图5中外接头俯视方向的结构示意图。
图8是图5中内衔头俯视方向的结构示意图。
图9是瓶尾的结构示意图。
图10是图9中瓶尾的内部结构示意图。
图11是图9仰视方向的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
实施例一
如图1、图3、图4所示，本实施例中所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，包括：金属瓶口1、塑料内胆2和瓶尾5，塑料内胆2的下封头26顶部向内凹进形成容纳槽27，容纳槽槽底中部向外凸出形成凸块28，在凸块28上设置有外螺纹段29。如图9和图10所示，在瓶尾5顶部设置有与容纳槽27匹配的连接块51，连接块51可与瓶尾5一体成型。在连接块51顶面中部向内开设有与凸块28上的外螺纹段29匹配的螺纹盲孔52，瓶尾5通过外螺纹段29与螺纹盲孔52旋合旋于凸块28上，从而使连接块51嵌于容纳槽27中。接块51嵌于容纳槽27中后、连接块底部轮廓510与下封头26的外轮廓拼接成一个球面。其中，容纳槽27和凸块28的设置，不仅便于瓶尾5后续的定位固定，还进一步增强了下封头26的强度。
如图4所示，本实施例中，容纳槽槽底270为圆形平面，容纳槽轮廓为自圆形平面边缘由上至下逐渐向外扩张后与下封头26的外轮廓光滑过渡连接的碗状轮廓。
如图1所示，金属瓶口1和瓶尾5安装于塑料内胆2上后，在金属瓶口1、塑料内胆2和瓶尾5上缠绕包裹有碳纤维缠绕层6。为保护碳纤维缠绕层6，防止碳纤维缠绕层6被划伤，可以在碳纤维缠绕层6上再缠绕包裹玻璃纤维保护层7。为进一步提高气瓶的隔热性能，减少气瓶受外界温度影响的影响率，可在玻璃纤维保护层7上再缠绕包裹耐高温隔热保温涂层8。耐高温隔热保温涂层8可以采用ZS-1耐高温隔热保护涂层。
如图10和图11所示，瓶尾5下段为周向凸出的棱柱结构50，瓶尾下段棱柱结构50可以是正六棱柱结构，瓶尾下段棱柱结构50的设置，便于操作人员抓握瓶尾5。在瓶尾5底面中部向内开设有安装盲孔53，瓶尾安装盲孔53和金属瓶口1两者配合，方便操作人员缠绕碳纤维缠绕层6、玻璃纤维保护层7以及涂覆ZS-1耐高温隔热保护涂层。安装盲孔53也可以是安装螺纹盲孔。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上对金属瓶口1与塑料内胆2两者的具体连接进行设计。如图1、图2和图4所示，塑料内胆2的上封头21顶部向内凹进形成嵌入槽22，在嵌入槽22中部设置有向外凸出、并与塑料内胆2同轴线的连接管23，连接管23与塑料内胆2的内腔连通，且连接管23与上封头21一体成型，在连接管23的外管壁上设置有第一外连接螺纹段24。本实施例中塑料内胆2、上封头21、下封头26、凸块28、连接管23由尼龙吹塑一体成型。
如图4所示，本实施例中所述的嵌入槽槽底220为圆形平面，嵌入槽轮廓为自圆形平面边缘由下至上逐渐向外扩张后与上封头21的外轮廓光滑过渡连接的碗状轮廓。
如图5和图6所示，所述的金属瓶口1由外接头3和内衔头4构成，在外接头3底部设置有嵌入块31，嵌入块31的底面轮廓与嵌入槽22的轮廓对应匹配，嵌入块31可与外接头3一体成型。外接头3中的接头内螺纹孔32向下贯穿嵌入块31底面，外接头3通过接头内螺纹孔32与第一外连接螺纹段24旋合旋于连接管23上，从而使嵌入块31固定于嵌入槽22中。嵌入块31固定于嵌入槽22中后、嵌入块31顶部轮廓310与上封头21的外轮廓拼接成一个球面。其中，嵌入槽22的设置，不仅便于外接头3后续的定位固定，还进一步增强了上封头21的强度。
如图5和图6所示，在内衔头4中设置有上下贯通的安装孔41，在安装孔41上段设置有与瓶口阀的连接件旋合的内螺纹段42。所述的内衔头4由上至下依次由同轴线的上柱体43和下柱体44一体成型构成，在上柱体43上设置有与接头内螺纹孔32匹配的第二外连接螺纹段45，下柱体44与连接管内孔25匹配，内衔头4通过上柱体43上的第二外连接螺纹段45与接头内螺纹孔32旋合旋于外接头3上，下柱体44伸入连接管内孔25中、将连接管23夹持于下柱体44与接头内螺纹孔32之间。在下柱体44与连接管内孔25之间还设置有第一密封结构。所述的第一密封结构为：在下柱体44上由上至下依次间隔开设有至少一个第一密封槽46，在各第一密封槽46中分别放置有第一密封圈（图中第一密封圈未示出，第一密封圈型号可根据实际需要进行选择）。
本实施例中，安装孔41中的内螺纹段42下端所处水平面高于密封结构上端所处水平面，即内螺纹段42与密封结构两者之间留有一定的间距H。当塑料内胆纤维全缠绕气瓶充装后，高压气体的高压作用力作用于安装孔壁，使下柱体44外侧壁更贴于连接管管壁，实现自密封。
如图7所示，外接头3上段为周向突出的棱柱结构30，棱柱结构可以是正六棱柱结构，外接头3上段棱柱结构30的设置，便于操作人员将外接头3旋紧塑料内胆2上。如图8所示，在上柱体43上端设置有圆板40，圆板40与上柱体43一体成型，在圆板40上对称切割有一对切割平台401。在接头内螺纹孔32上端向下开设有引导槽301，内衔头4通过上柱体43上的第二外连接螺纹段45与接头内螺纹孔32旋合旋于外接头3上后，圆板40下段嵌于引导槽301中。圆板40的设置，便于操作人员将内衔头4旋紧于外接头3中。
对于瓶口阀的连接件与安装孔41之间需要增加密封结构的，可在内螺纹段42下端所处水平面与密封结构上端所处水平面之间的安装孔41中还设置有第二密封结构。所述的第二密封结构为：在内螺纹段42下端所处水平面与密封结构上端所处水平面之间的安装孔41中、由上至下依次间隔开设有至少一个第二密封槽47，在各第二密封槽47中分别放置有第二密封圈（图中第二密封圈未示出，第二密封圈型号可根据实际需要进行选择）。安装孔内径根据选用不同压力瓶口阀设定，匹配70MPa瓶口阀时，安装孔内径为1.5英寸（即33.34毫米）。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。
本发明的优点是：①向内凹进的容纳槽27和向外凸出的凸块28使下封头26表面呈凹凸不平的曲面，凹凸不平的曲面能加强下封头26的强度；同样，向内凹进的嵌入槽22和连接管23使上封头21表面呈凹凸不平的曲面，凹凸不平的曲面能加强上封头21的强度；因而塑料内胆2不易屈曲；②通过内衔头4与外接头3两者配合将连接管23密封夹住，金属瓶口1安装方便，金属瓶口1与塑料内胆2两者连接可靠，且两者连接的可靠性受金属和塑料两种材料的模量和热膨胀率差异的影响基本可以忽略不计；此外，塑料内胆纤维全缠绕气瓶充装后，高压气体的高压作用力作用于安装孔壁，使下柱体44外侧壁更贴于连接管管壁，实现自密封，因而高压气体不易泄漏；③瓶尾的安装盲孔53和金属瓶口1两者配合，方便操作人员缠绕纤维层。

Claims (10)

1.塑料内胆纤维全缠绕气瓶，包括：金属瓶口和塑料内胆，其特征在于：还包括瓶尾，塑料内胆的下封头顶部向内凹进形成容纳槽，容纳槽槽底中部向外凸出形成凸块，在凸块上设置有外螺纹段；在瓶尾顶部设置有与容纳槽匹配的连接块，在连接块顶面中部向内开设有与凸块上的外螺纹段匹配的螺纹盲孔，瓶尾通过外螺纹段与螺纹盲孔旋合旋于凸块上，从而使连接块嵌于容纳槽中；连接块嵌于容纳槽中后、连接块底部轮廓与下封头外轮廓拼接成一个球面；金属瓶口和瓶尾安装于塑料内胆上后在金属瓶口、塑料内胆和瓶尾上缠绕包裹有碳纤维缠绕层。
2.根据权利要求1所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：瓶尾下段为周向凸出的棱柱结构，在瓶尾底面中部向内开设有安装盲孔。
3.根据权利要求1所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：塑料内胆的上封头顶部向内凹进形成嵌入槽，在嵌入槽中部设置有向外凸出、并与塑料内胆同轴线的连接管，连接管与塑料内胆的内腔连通，且连接管与上封头一体成型，在连接管外管壁上设置有第一外连接螺纹段；所述的金属瓶口由外接头和内衔头构成，在外接头底部设置有嵌入块，嵌入块底面轮廓与嵌入槽轮廓对应匹配，外接头中的接头内螺纹孔向下贯穿嵌入块底面，外接头通过接头内螺纹孔与第一外连接螺纹段旋合旋于连接管上，从而使嵌入块固定于嵌入槽中；嵌入块固定于嵌入槽中后、嵌入块顶部轮廓与上封头外轮廓拼接成一个球面；在内衔头中设置有上下贯通的安装孔，在安装孔上段设置有与瓶口阀的连接件旋合的内螺纹段；所述的内衔头由上至下依次由同轴线的上柱体和下柱体一体成型构成，在上柱体上设置有与接头内螺纹孔匹配的第二外连接螺纹段，下柱体与连接管内孔匹配，内衔头通过上柱体上的第二外连接螺纹段与接头内螺纹孔旋合旋于外接头上，下柱体伸入连接管内孔中、将连接管夹持于下柱体与接头内螺纹孔之间；在下柱体与连接管内孔之间还设置有第一密封结构。
4.根据权利要求3所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：所述的第一密封结构为：在下柱体上由上至下依次间隔开设有至少一个第一密封槽，在各第一密封槽中分别放置有第一密封圈。
5.根据权利要求3所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：容纳槽槽底为圆形平面，容纳槽轮廓为自圆形平面边缘由上至下逐渐向外扩张后与下封头外轮廓光滑过渡连接的碗状轮廓；嵌入槽槽底为圆形平面，嵌入槽轮廓为自圆形平面边缘由下至上逐渐向外扩张后与上封头外轮廓光滑过渡连接的碗状轮廓。
6.根据权利要求3、4或5所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：安装孔中的内螺纹段下端所处水平面高于密封结构上端所处水平面。
7.根据权利要求6所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：在内螺纹段下端所处水平面与密封结构上端所处水平面之间的安装孔中设置有第二密封结构。
8.根据权利要求7所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：所述的第二密封结构为：在内螺纹段下端所处水平面与密封结构上端所处水平面之间的安装孔中、由上至下依次间隔开设有至少一个第二密封槽，在各第二密封槽中分别放置有第二密封圈。
9.根据权利要求1所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：金属瓶口和瓶尾安装于塑料内胆上后在金属瓶口、塑料内胆和瓶尾上由内向外依次缠绕包裹有碳纤维缠绕层、玻璃纤维保护层。
10.根据权利要求1所述的塑料内胆纤维全缠绕气瓶，其特征在于：金属瓶口和瓶尾安装于塑料内胆上后在金属瓶口、塑料内胆和瓶尾上由内向外依次缠绕包裹有碳纤维缠绕层、玻璃纤维保护层和耐高温隔热保温涂层。
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