CN110925590A - 一种车用高压气瓶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用高压气瓶，包括内胆和复合缠绕层，复合缠绕层由T800碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成，缠绕层最小厚度为22.22mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种车用高压气瓶，特别是涉及一种公路客车用高压气瓶。
背景技术
随着清洁能源的发展，氢燃料电池技术也得到了飞速的发展。作为储氢系统中的主要部件，车用压缩氢气内胆碳纤维全缠绕气瓶(以下简称储氢气瓶)具有质量轻、容积大、压力高等优点。目前车用储氢气瓶的充装压力已达到35MPa。
但是，对于公路客车而言，针对公路客车续驶里程长(500km)的特点，需要至少存储35kg氢气，才能满足10m客车里程要求。一般的35MPa储氢系统需要气瓶数量较多，难以实现在车上的布置。因此，公路客车需要更大容量的车载储氢瓶，而这势必要求进一步提高车用储氢气瓶的充装压力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种车用高压气瓶，其能够提高储氢气瓶的公称工作压力，大幅度增加气瓶的储氢量。
为实现上述目的，本发明提供了一种车用高压气瓶，包括内胆和复合缠绕层，其特征在于，所述复合缠绕层由T800碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成，缠绕层最小厚度为22.22mm。
本车用高压气瓶通过优化碳纤维铺层设计，使用最少的材料达到需要的强度，突破70MPa大容量气瓶的关键工艺。相对于现有技术中35MPa氢气瓶使用的T700系列碳纤维，本发明的70MPa氢气瓶选用更高强度的T800系列碳纤维。
可选的或优选的，所述T800碳纤维沿瓶体环向缠绕时，以与瓶体纵向呈88°的方式缠绕，所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，以与瓶体纵向呈12°、19°、28°的方式分别缠绕。
可选的或优选的，所述T800碳纤维沿瓶体环向缠绕时，共计缠绕至少50层；所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，共计缠绕至少18层。
可选的或优选的，所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，以与瓶体纵向呈12°、19°、28°的方式分别缠绕至少6层。
可选的或优选的，所述车用高压气瓶的充装压力为70MPa。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过优化碳纤维铺层设计，实现使用最少的材料达到需要的强度。相对于现有技术中的35MPa氢气瓶使用的T700系列碳纤维，本发明的70MPa氢气瓶选用更高强度的T800系列碳纤维，从而增加了强度；相对于现有技术中35MPa储氢气瓶碳纤维铺层设计方式为以与瓶体纵向呈90°的方式沿瓶体环向缠绕，以与瓶体纵向呈15°的方式沿瓶体纵向缠绕；本发明的70MPa氢气瓶的碳纤维铺层设计为所述T800碳纤维沿瓶体环向缠绕时，以与瓶体纵向呈88°的方式缠绕，所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，以与瓶体纵向呈12°、19°、28°的方式分别缠绕，从而实现了通过使用最少的材料来达到需要的强度。
附图说明
图1是本发明的实施例提供的一种车用高压气瓶的截面图。
图2是本发明的实施例提供的一种车用高压气瓶的截面图的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明实施例提供的一种车用高压气瓶，包括内胆1和复合缠绕层2。通过开展FEA仿真分析及有限元分析，优化碳纤维铺层设计，使用最少的材料达到需要的强度，突破70MPa大容量气瓶的关键工艺。具体地，通过优化纤维选型及多角度螺旋缠绕技术，提高储氢气瓶的公称工作压力，大幅度增加气瓶的储氢量。
示例性的，70MPa储氢气瓶可以包括铝内胆、钢套和复合缠绕层三部分：134L-70MPa气瓶结构为双瓶口，其中铝内胆设计长度为1765±20mm，铝内胆公称外径为352±3.5mm，两端瓶口螺纹为1.5-12UN-2B，内胆筒体过渡段长度为100mm，筒体最小壁厚为9.0mm；钢套材料为05Cr17Ni4Cu4Nb；复合层主要材料为T800碳纤维，缠绕层最小厚度为22.22mm。
相对于35MPa氢气瓶使用的T700系列碳纤维，70MPa氢气瓶选用更高强度的T800系列碳纤维。
35MPa储氢气瓶碳纤维铺层设计：
70MPa储氢气瓶碳纤维铺层设计：
如图2所示的纵向缠绕层3和环向缠绕层4，相对于35MPa储氢气瓶仅有15°与90°两个角度的线型，70MPa储氢气瓶纤维铺层由12°、19°、28°低角度与88°高角度相间缠绕，使缠绕过程中纤维层贴合更加紧密，增加复合层强度。
相对于现有技术中的35MPa氢气瓶使用的T700系列碳纤维，本发明的70MPa氢气瓶选用更高强度的T800系列碳纤维，从而增加了强度；相对于现有技术中35MPa储氢气瓶碳纤维铺层设计方式为以与瓶体纵向呈90°的方式沿瓶体环向缠绕，以与瓶体纵向呈15°的方式沿瓶体纵向缠绕；本发明的70MPa氢气瓶的碳纤维铺层设计为所述T800碳纤维沿瓶体环向缠绕时，以与瓶体纵向呈88°的方式缠绕，所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，以与瓶体纵向呈12°、19°、28°的方式分别缠绕。
示例性地，本发明的70MPa氢气瓶的碳纤维铺层设计为沿瓶体环向和瓶体纵向交替缠绕，其中，以与瓶体纵向呈88°的方式沿瓶体环向缠绕时，缠绕总层数至少为50层；以与瓶体纵向呈12°、19°、28°的方式沿瓶体纵向分别缠绕时，各个方式缠绕的层数至少需为6层。70MPa储氢气瓶通过不锈钢钢套增强瓶口强度，通过调整缠绕角度和缠绕层数实现储氢气瓶强度的提高，水压爆破试验压力大于157.5MPa，常温压力循环次数大于7500次。本发明实施例中的134L-70MPa高压大容积气瓶，车载储氢系统储氢量高达40kg～50kg，为续驶里程达到500～800km的车辆奠定技术基础。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
以上所述仅为本发明的示例实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种车用高压气瓶，包括内胆和复合缠绕层，其特征在于，所述复合缠绕层由T800碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成，缠绕层最小厚度为22.22mm。
2.根据权利要求1所述的车用高压气瓶，其特征在于，所述T800碳纤维沿瓶体环向缠绕时，以与瓶体纵向呈88°的方式缠绕，所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，以与瓶体纵向呈12°、19°、28°的方式分别缠绕。
3.根据权利要求1或2所述的车用高压气瓶，其特征在于，所述T800碳纤维沿瓶体环向缠绕时，共计缠绕至少50层；所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，共计缠绕至少18层。
4.根据权利要求3所述的车用高压气瓶，其特征在于，所述T800碳纤维沿瓶体纵向缠绕时，以与瓶体纵向呈12°、19°、28°的方式分别缠绕至少6层。
5.根据权利要求1所述的车用高压气瓶，其特征在于，所述车用高压气瓶的充装压力为70MPa。
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| CN201911311851.7A CN110925590A (zh) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | 一种车用高压气瓶 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114636093A (zh) * | 2020-12-15 | 2022-06-17 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种碳纤维缠绕气瓶及其制备方法 |
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2019
- 2019-12-18 CN CN201911311851.7A patent/CN110925590A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN114636093A (zh) * | 2020-12-15 | 2022-06-17 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种碳纤维缠绕气瓶及其制备方法 |
| CN114636093B (zh) * | 2020-12-15 | 2023-09-01 | 宇通客车股份有限公司 | 一种碳纤维缠绕气瓶及其制备方法 |
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