CN113056634B - 高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐，提供一种如下的高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐，该密封装置包括：内胆，用于收容高压流体；连接凸台，所述连接凸台为形成在所述内胆的注入口的金属连接凸台，包括第一连接凸台部和第二连接凸台部，所述第一连接凸台部与注入口的内侧面结合，所述第二连接凸台部与注入口的外侧面结合且呈上部侧窄且下部侧相对宽的锥形；以及结合部件，与所述第二连接凸台部的外侧面面接触，所述结合部件以与所述第二连接凸台部的形状相对应而具有下部侧的内径大于上部侧的内径的倾斜面。

Description

高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐
技术领域
本发明涉及一种高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐，更详细而言，涉及一种能够使气体燃料以稳定状态储存到在所有产业领域中使用的复合材料高压罐中而不会泄漏的高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐。
背景技术
一般而言，在天然气汽车或氢燃料电池汽车中设置有将气体状态的燃料高压压缩及储存的高压罐。
高压罐包括由塑料制作而实现轻量化的内胆(liner)、包围内胆的表皮的热固性纤维复合材和金属连接凸台。
用于实现内胆轻量化的材料由如聚烯烃树脂或聚酰胺树脂那样的塑料材质制作，复合材料层为了保持强度而混合碳纤维或玻璃纤维和如环氧树脂的高分子树脂并以包覆的方式结合到内胆的表面，喷嘴形式的连接凸台为了与由金属材质制作的调节器或阀门(下面统称为“阀门”)之间的牢固结合而由金属材质制作。
在这种高压罐上设置有能够使由氢等构成的气体燃料进出的注入口，在这种注入口中插入金属连接凸台，然而因塑料内胆和金属连接凸台材质的种类彼此不同，在结合性上存在问题，而且因在燃料的持续填充时的反复疲劳负荷，总是存在内部气体泄漏的危险。
因此，每个制造厂家分别研究并使用其固有的连接凸台，以免气体在塑料内胆与金属连接凸台之间泄漏，然而由于材料特性上难以实现内胆与连接凸台的完美结合，存在无法完全防止高压罐的内部气体泄漏的问题。
作为防止高压罐的内部气体泄漏的对策，已知有在连接凸台上设置螺纹或采用拧紧和插入部件的物理结合结构，还有一种方案为采用热熔及粘接剂等的化学结合结构。
但是，现有的内胆与连接凸台的物理结合结构不仅存在因连接凸台的形状复杂而增加制造费用且具有复杂的作业工时数的缺点，而且存在其结构不耐受如燃料填充那样的反复疲劳负荷的问题。
专利文献1：日本公表专利公报第2017-525902号(2017年09月07日)
专利文献2：现有技术文献的内胆与连接凸台的结合结构不耐受燃料填充的疲劳负荷，因此与本发明不同。
发明内容
本发明是为了解决如上所述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐，该高压罐通过在高压罐的注入口上设置连接凸台型密封装置，从而在如气体燃料的充电的反复疲劳负荷下也能保持充分的气密性能。
为了实现如上所述的目的，本发明的一实施例提供一种高压罐的密封装置，包括：内胆，用于收容高压流体；连接凸台，所述连接凸台为形成在所述内胆的注入口的金属连接凸台，包括第一连接凸台部和第二连接凸台部，所述第一连接凸台部与注入口的内侧面结合，所述第二连接凸台部与注入口的外侧面结合且呈上部侧窄且下部侧相对宽的锥形；以及结合部件，与所述第二连接凸台部的外侧面面接触，所述结合部件以与所述第二连接凸台部的形状相对应而具有下部侧的内径大于上部侧的内径的倾斜面。
根据本发明的实施例，所述第一连接凸台部和所述第二连接凸台部螺合到所述注入口的内外侧面。
根据本发明的实施例，所述第二连接凸台部的下部形成为与所述内胆的注入口的颈部的至少一部分接触。
根据本发明的实施例，所述第一连接凸台部和所述第二连接凸台部包括与所述注入口的内外侧面相接的至少一个O型圈。
本发明的另一实施例提供一种高压罐，所述高压罐包括高压罐的密封装置。
根据本发明的实施例，进一步包括包覆所述高压罐的外周的加强层，所述加强层以包覆所述内胆的表皮和所述第二连接凸台部的下部表面的方式结合到所述内胆和所述第二连接凸台。
根据如前所述的结构的本发明的高压罐的密封装置及包括该密封装置的高压罐具有如下的效果：由于在高压罐的注入口上设置有连接凸台型密封装置，并且通过连接凸台内部的高压气体膨胀压力提高密封力，因此在如气体燃料的填充那样的反复疲劳负荷下也能保持充分的气密性能。
此外，具有如下优点：由于连接凸台型密封装置由简单的结构形成，因此能够紧凑地设计连接凸台，进而能够减少连接凸台的零件数量及制造费用，还能缩短工时数来提高生产率。
附图说明
图1是表示本发明的高压罐的分解立体图。
图2是表示在安装有本发明的密封装置的高压罐中因罐压力引起的膨胀作用下密封装置工作的情况的结构图。
图3是图2中A部分的放大图。
具体实施方式
本发明可进行多种变更，可具有多种形式，在本说明书中详细说明实施例。但应理解的是，本发明并不限定于特定公开形式，包括包含在本发明的思想及技术范围内的所有变更、等同物以及替代物。在说明各图的时候，对类似的结构要素使用类似的附图标记。
所述用语仅为了将一个结构要素与其他结构要素区别而使用。在本申请中使用的用语仅用于说明特定实施例，并不用来限定本发明。关于单数形式的表述，除非在上下文中有明显不同的含义，则该单数形式的表述包括复数形式的表述。
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明如下。
图1是表示本发明的高压罐的分解立体图，图2是表示在安装有本发明的密封装置的高压罐中因罐压力引起的膨胀作用下密封装置工作的情况的结构图，图3是图2中A部分的放大图。
如图所示，本发明涉及一种用于储存汽车气体燃料的高压罐100，高压罐100由内部为空的圆筒形状的柱体形成，在高压罐100的内部形成有保持气体燃料气密的内胆110。
内胆110的内部空间用于储存高压气体燃料。为了轻量化，内胆110采用聚烯烃树脂或聚酰胺树脂等的塑料材料且通过吹塑成型或旋转成型等制造而成。
此外，为了承受气体燃料的较高的内压，在内胆110的表皮上以围绕高压罐100的外周的方式形成有加强层120，所述加强层120由结构强度及刚性高的纤维强化复合材料形成。
为了保持强度，加强层120由碳纤维与如环氧树脂的高分子树脂混合而成，加强层120以包覆内胆110和后述的连接凸台10的表面的方式与内胆110和连接凸台10结合。
由于高压罐100压缩及储存低密度气体，因此储存燃料的高压罐100的体积增加，在汽车中采用至少一个高压罐100。
此外，在高压罐100的上部和下部中的至少一者设置有圆筒形状的注入口11a，在注入口11a的内侧面和外侧面上形成有用于结合的螺纹。
在高压罐100的注入口11a上结合有用于气体燃料的流入和流出的金属连接体即连接凸台10，在连接凸台10上能够结合阀门等。
阀门可通过螺合方式或机械组装等的结合方式结合到连接凸台10。
连接凸台10为与塑料内胆110不同材质的金属材质，为了与由金属制造的阀门等牢固结合，可由同种材质的金属制造连接凸台10。
连接凸台10包括与注入口11a的内侧面结合的第一连接凸台部11和与注入口11a的外侧结合的第二连接凸台部12。
第一连接凸台部11呈中空的柱体形状，在第一连接凸台部11的外侧面上形成有与注入口11a的内螺纹结合的外螺纹，可通过中空来结合阀门等，以实现密封。
第二连接凸台部12也与第一连接凸台部11同样由中空柱体形状形成，在第二连接凸台部12的内侧面上形成有与注入口11a的外螺纹结合的内螺纹。
第二连接凸台部12呈上部侧窄且下部侧相对宽的锥形。即，第二连接凸台部12呈随着朝向上方逐渐变窄的形状。在第二连接凸台部12中未形成螺纹的下部形成为与内胆110的注入口11a的颈部的至少一部分接触。即在本发明的实施例中，注入口11a的颈部下部的局部区间形成为缓慢的弯曲状，而与之吻合地，第二连接凸台部12的下部也可以形成为缓慢的弯曲状。
如此在第二连接凸台部12的内侧下部形成为与注入口11a的颈部下部形状吻合的情况下，能够进一步提高注入口11a与第二连接凸台部12之间的结合性。
此时，加强层120以包覆内胆110的表皮和第二连接凸台部12的下部表面的方式与内胆110及第二连接凸台部12结合，从而能够保持结构强度及刚性。
为了能够防止气体燃料通过注入口11a的内外侧面泄漏，在第一连接凸台部11和第二连接凸台部12上形成有与注入口11a的内外侧相接且用于保持气密的至少一个O型圈30。
为了设置O型圈30，第一连接凸台部11和第二连接凸台部12在与注入口11a紧贴的侧面可形成有具有半圆形剖面的槽。
O型圈30为橡胶材质，能够防止内部的高压气体燃料通过注入口11a与第一连接凸台部11及第二连接凸台部12之间的缝隙泄漏，在因使用而耐久性下降时，只需从槽中拆卸O型圈30后仅替换新的O型圈30即可。
如图2及图3所示，在高压注入燃料并储存的状态下利用连接凸台10密封注入口11a的高压罐100与固定于汽车车体的其他结合部件20结合固定。
若如此将安装有由第一连接凸台部11和第二连接凸台部12构成的连接凸台10的高压罐100与汽车车体的结合部件20气密结合，则高压罐100不仅不会破裂，即使受到冲击也能持续保持耐压性能。
结合部件20能够在与结合到高压罐100的注入口11a的第二连接凸台部12保持气密性的情况下实现结合。即，锥形的第二连接凸台部12的外侧面可以与结合部件20的内侧结合面紧密抵接来实现面接触。
为了与能够插入的第二连接凸台部12的形状对应，在结合部件20上形成有具有下部侧的内径大于上部侧的内径的倾斜面的结合空间部21。
由于形成于结合部件20的结合空间部21的内侧倾斜面和第二连接凸台部12的外侧倾斜面形成为彼此吻合，因此当结合部件20和第二连接凸台部12彼此结合时，在无机械结合的情况下沿倾斜面相接结合，此时实现紧密接触的同时实现密封性。
在此，第二连接凸台部12和结合部件20的倾斜面的上部侧表示以高压罐100的平行的中心部为基准时朝向注入口11a的方向，该倾斜面的下部侧表示以高压罐100的平行的中心部为基准时朝向底面的方向。即使因高压罐100颠倒而改变上下部，第二连接凸台部12和结合部件20也遵守这种基准。
另外，在通过注入口11a填充气体燃料的情况下，高压罐100因高压罐100的内压而沿长度方向及宽度方向膨胀，此时，高压罐100的注入口11a也同时沿宽度方向膨胀，因此螺合到注入口11a的外侧面的第二连接凸台部12也会膨胀及伸展。
在第二连接凸台部12沿外侧方向膨胀及伸展的情况下，结合到第二连接凸台部12的结合部件20受到因气体燃料引起的膨胀压力，因此第二连接凸台部12与结合部件20之间的结合力进一步增加。因此，具有完全阻断高压气体燃料向外部泄漏的效果。
另外，第二连接凸台部12与结合部件20彼此接触的内外侧倾斜面因表面粗糙度足够小而容易滑动，因此当高压罐100受到由内压引起的膨胀压力时，能够提高内胆110与第一连接凸台部11及第二连接凸台部12的结合力及密封力。
本发明由于在高压罐100的注入口11a上设置有连接凸台型密封装置，并且通过连接凸台10的膨胀压力提高密封力，因此在如气体燃料的填充那样的反复疲劳负荷下也能保持充分的气密性能，不仅如此，由于连接凸台型密封装置由简单的结构形成，因此能够紧凑地设计连接凸台10，进而能够减少连接凸台10的零件数量及制造费用，还能缩短工时数来提高生产率。
以上，对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例的记载，应解释为在不脱离本发明的权利要求书的记载范围内由本发明所属技术领域的技术人员实施的多种变形实施也属于本发明的保护范围内。
附图标记说明
10 连接凸台 11 第一连接凸台部
12 第二连接凸台部 20 结合部件
30 O型圈 100 高压罐
110 内胆 120 加强层

Claims (6)

1.一种用于储存汽车气体燃料的高压罐的密封装置，其特征在于，包括：
内胆，用于收容高压流体；
连接凸台，所述连接凸台为设置在所述内胆的注入口的金属连接凸台，包括第一连接凸台部和第二连接凸台部，所述第一连接凸台部与所述注入口的内侧面结合，所述第二连接凸台部与所述注入口的外侧面结合且呈上部侧窄且下部侧相对宽的锥形，所述第二连接凸台部具有外侧倾斜面；以及
固定于汽车车体的结合部件，与所述第二连接凸台部的所述外侧倾斜面面接触，所述结合部件具有与所述第二连接凸台部的所述外侧倾斜面的形状相对应的内侧倾斜面，所述内侧倾斜面的下部侧的直径大于所述内侧倾斜面的上部侧的直径，
其中，所述结合部件的所述内侧倾斜面在无机械结合的情况下与所述第二连接凸台部的所述外侧倾斜面进行面接触并结合到所述外侧倾斜面。
2.根据权利要求1所述的高压罐的密封装置，其特征在于，
所述第一连接凸台部和所述第二连接凸台部螺合到所述注入口的内外侧面。
3.根据权利要求1所述的高压罐的密封装置，其特征在于，
所述第二连接凸台部的下部形成为与所述内胆的所述注入口的颈部的至少一部分接触。
4.根据权利要求1所述的高压罐的密封装置，其特征在于，
所述第一连接凸台部和所述第二连接凸台部包括与所述注入口的内外侧面相接的至少一个O型圈。
5.一种高压罐，包括权利要求1至4中任一项所述的高压罐的密封装置。
6.根据权利要求5所述的高压罐，其特征在于，
进一步包括包覆所述高压罐的外周的加强层，所述加强层以包覆所述内胆的表皮和所述第二连接凸台部的下部表面的方式结合到所述内胆和所述第二连接凸台部。
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