CN113405016A - 一种内密封结构高压复合气瓶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内密封结构高压复合气瓶，解决现有技术结构复杂、制作工艺繁琐导致生产效率降低的技术问题。本发明包括铝合金内胆，设于铝合金内胆外壁上的碳纤维复合层，以及设于碳纤维复合层外壁上起保护作用的玻璃纤维复合层；铝合金内胆头端设有高强度内胆瓶嘴，高强度内胆瓶嘴内密封连接有气瓶阀门。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，依靠铝合金内胆上高强度内胆瓶嘴中瓶嘴本体本身强度和刚度就能满足气瓶阀门装配需求，可有效简化高压复合气瓶结构，减少高压复合气瓶制作工序和材料，降低高压复合气瓶制作成本，提高高压复合气瓶生产效率。

Description

一种内密封结构高压复合气瓶
技术领域
本发明属于高压气瓶结构技术领域，具体涉及一种内密封结构高压复合气瓶。
背景技术
随着以石化能源为燃料的汽车不断增加，石化能源被大量消耗，同时排出大量温室气体，影响人类的生存环境，因此，近年来世界各国都在探索清洁能源用于汽车之上，其中，氢燃料电池车可有效实现去石化能源汽车，其用储存的氢气通过电堆转化成电能，驱动汽车行驶。目前市面上普及的储存氢气方式，是采用高压储氢瓶进行氢气存储，即将氢气压缩到储氢瓶内至高压状态。传统高压复合气瓶，不仅结构复杂导致生产成本高，同时制作工序还繁琐，生产效率低。
因此，设计一种内密封结构高压复合气瓶，以至少解决上述部分技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种内密封结构高压复合气瓶，以至少解决上述部分技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种内密封结构高压复合气瓶，包括铝合金内胆，设于铝合金内胆外壁上的碳纤维复合层，以及设于碳纤维复合层外壁上起保护作用的玻璃纤维复合层；铝合金内胆头端设有高强度内胆瓶嘴，高强度内胆瓶嘴内密封连接有气瓶阀门。
进一步地，高强度内胆瓶嘴包括平顺连接于铝合金内胆头端并呈圆盘状的瓶嘴本体，瓶嘴本体中央开设有与气瓶阀门相适配的密封内孔，气瓶阀门套装于密封内孔内。
进一步地，瓶嘴本体外径为120mm，瓶嘴本体厚度为25mm，密封内孔内径为33mm。
进一步地，瓶嘴本体外侧向外平顺延伸有与密封内孔相连通的瓶嘴凸环，气瓶阀门螺纹连接于瓶嘴凸环内。
进一步地，瓶嘴凸环外径为60mm。
进一步地，气瓶阀门与密封内孔内壁之间留有空隙。
进一步地，气瓶阀门上套装有O型密封圈，O型密封圈位于密封内孔内。
进一步地，碳纤维复合层由高强度碳纤维浸渍环氧树脂后全缠绕于铝合金内胆外表面上，再经过加热固化后形成。
进一步地，碳纤维复合层抗内压强度为200MPa。
进一步地，铝合金内胆尾端设有尾塞，尾塞在高压复合气瓶生产过程中用于对铝合金内胆进行托起、夹持、项紧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，依靠铝合金内胆上高强度内胆瓶嘴中瓶嘴本体本身强度和刚度就能满足气瓶阀门装配需求，可有效简化高压复合气瓶结构，减少高压复合气瓶制作工序和材料，降低高压复合气瓶制作成本，提高高压复合气瓶生产效率。
本发明主要包括铝合金内胆、碳纤维复合层、玻璃纤维复合层、气瓶阀门和尾塞，铝合金内胆作为高压复合气瓶的密封部件和内压传递部件，致密铝合金材料可密封住高压气体(如氢气，但不限于氢气)，气体不会穿透金属材料外逸；同时内胆在高压时发生弹性膨胀后会将内压传递给外层高强度的碳纤维复合层，使得气瓶可承受高内压；另外，铝合金内胆还能充当内模，碳纤维浸渍树脂后可全缠绕铝合金内胆外表面。碳纤维复合层为气瓶承压层，由高强度碳纤维浸渍环氧树脂后全缠绕于铝合金内胆外表面，再加热固化后形成，如此高压复合气瓶内压强度可超过200MPa。玻璃纤维复合层为气瓶保护层，主要保护碳纤维复合层，保证碳纤维复合层在安装运输及使用过程中遇到偶发的轻微磕碰等状况时不会损坏，玻璃纤维复合层不承受内压。尾塞用于T型结构气瓶(参照GB/T 35544-2017)的生产过程辅助，连接工装，将铝合金内胆托起、夹持、项紧，辅助生产过程。气瓶阀门，与铝合金内胆中高强度内胆瓶嘴的瓶嘴凸环螺纹连接，位于气瓶阀门前端的O型密封圈与密封内孔内密封面配合将高压气密封在气瓶里面。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明高强度内胆瓶嘴处放大视图(装配有气瓶阀门)。
图3为本发明高强度内胆瓶嘴处放大视图(未装配气瓶阀门)。
图4为本发明高强度内胆瓶嘴示意图。
图5为本发明O型密封圈处放大视图。
图6为本发明尾塞处放大视图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-铝合金内胆、2-碳纤维复合层、3-玻璃纤维复合层、4-气瓶阀门、5-高强度内胆瓶嘴、6-O型密封圈、7-空隙、8-尾塞、51-瓶嘴本体、52-密封内孔、53-瓶嘴凸环。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-6所示，本发明提供的一种内密封结构高压复合气瓶，包括铝合金内胆1，设于铝合金内胆1外壁上的碳纤维复合层2，以及设于碳纤维复合层2外壁上起保护作用的玻璃纤维复合层3；铝合金内胆1头端设有高强度内胆瓶嘴5，高强度内胆瓶嘴5内密封连接有气瓶阀门4。本发明碳纤维复合层2由高强度碳纤维浸渍环氧树脂后全缠绕于铝合金内胆1外表面上，再经过加热固化后形成。碳纤维复合层2抗内压强度为200MPa。
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，依靠铝合金内胆上高强度内胆瓶嘴中瓶嘴本体本身强度和刚度就能满足气瓶阀门装配需求，可有效简化高压复合气瓶结构，减少高压复合气瓶制作工序和材料，降低高压复合气瓶制作成本，提高高压复合气瓶生产效率。
本发明高强度内胆瓶嘴5包括平顺连接于铝合金内胆1头端并呈圆盘状的瓶嘴本体51，瓶嘴本体51中央开设有与气瓶阀门4相适配的密封内孔52，气瓶阀门4套装于密封内孔52内。本发明瓶嘴本体51外径为120mm，瓶嘴本体51厚度为25mm，密封内孔52内径为33mm。
本发明高强度内胆瓶嘴5中瓶嘴本体51呈圆盘状，其外径为120mm、厚度为25mm，密封内孔52内径为33mm，如此设计，高强度内胆瓶嘴5的抗内压性能强，直接装配上气瓶阀门4后即能满足该处密封内压高强度要求，无需再在瓶嘴处设计增强结构，可有效简化高压复合气瓶结构，减少高压复合气瓶制作工序和材料，降低高压复合气瓶制作成本，提高高压复合气瓶生产效率。
本发明瓶嘴本体51外侧向外平顺延伸有与密封内孔52相连通的瓶嘴凸环53，气瓶阀门4螺纹连接于瓶嘴凸环53内。瓶嘴凸环53外径为60mm，瓶嘴凸环53内径为33mm。如此设计，可有效保证气瓶阀门4牢固安装于铝合金内胆1上。同时，60mm外径的瓶嘴凸环53，其外径与尾塞8外径更加接近，使得瓶嘴口缠绕极孔更小，与尾塞缠绕极孔相差更小，更利于缠绕工艺，纤维强度发挥率更高。
本发明气瓶阀门4与密封内孔52内壁之间留有空隙7。气瓶阀门4上套装有O型密封圈6，O型密封圈6位于密封内孔52内。本发明铝合金内胆内存储的高压气通过气瓶阀门4与密封内孔52内壁之间空隙7将O型密封圈压缩在密封内孔与气瓶阀门4之间，阻止铝合金内胆内高压气体通过，从而实现密封作用。
在气瓶内压增加(比如气瓶自紧时压力达到150MPa)和气瓶在疲劳过程中(反复多次升泄压)时，铝合金内胆密封内孔的内径会膨胀增大，当密封内孔内径增大到无法压缩O型密封圈时，铝合金内胆内高压气体就会从O型密封圈密封处泄漏，气瓶即失去存储气体功能。本发明高强度内胆瓶嘴5中瓶嘴本体51呈圆盘状，其外径为120mm、厚度为25mm，密封内孔52内径为33mm，如此设计，高强度内胆瓶嘴5的抗内压性能强，直接装配上气瓶阀门4后即能满足该处密封内压高强度要求，无需再在瓶嘴处设计增强结构，也能保证高压复合气瓶在内压增加(比如气瓶自紧时压力达到150MPa)或者气瓶在疲劳过程中(反复多次升泄压)时密封内孔内密封面紧密压缩O型密封圈，防止铝合金内胆内存储的高压气泄漏，保证高压复合气瓶存储气体功能。
本发明铝合金内胆1尾端设有尾塞8，尾塞8在高压复合气瓶生产过程中用于对铝合金内胆1进行托起、夹持、项紧。本发明尤其适用于T型结构气瓶(参照GB/T 35544-2017)。本发明尾塞8配合60mm外径的瓶嘴凸环53，如此瓶嘴凸环53外径与尾塞8外径更加接近，使得瓶嘴口缠绕极孔更小，与尾塞缠绕极孔相差更小，更利于缠绕工艺，纤维强度发挥率更高。
本发明主要包括铝合金内胆、碳纤维复合层、玻璃纤维复合层、气瓶阀门和尾塞，铝合金内胆作为高压复合气瓶的密封部件和内压传递部件，致密铝合金材料可密封住高压气体(如氢气，但不限于氢气)，气体不会穿透金属材料外逸；同时内胆在高压时发生弹性膨胀后会将内压传递给外层高强度的碳纤维复合层，使得气瓶可承受高内压；另外，铝合金内胆还能充当内模，碳纤维浸渍树脂后可全缠绕铝合金内胆外表面。碳纤维复合层为气瓶承压层，由高强度碳纤维浸渍环氧树脂后全缠绕于铝合金内胆外表面，再加热固化后形成，如此高压复合气瓶内压强度可超过200MPa。玻璃纤维复合层为气瓶保护层，主要保护碳纤维复合层，保证碳纤维复合层在安装运输及使用过程中遇到偶发的轻微磕碰等状况时不会损坏，玻璃纤维复合层不承受内压。尾塞用于T型结构气瓶(参照GB/T 35544-2017)的生产过程辅助，连接工装，将铝合金内胆托起、夹持、项紧，辅助生产过程。气瓶阀门，与铝合金内胆中高强度内胆瓶嘴的瓶嘴凸环螺纹连接，位于气瓶阀门前端的O型密封圈与密封内孔内密封面配合将高压气密封在气瓶里面。
本发明铝合金内胆作为高压气瓶的密封部件和内压传递部件，致密的铝合金材料可密封住高压气体(如氢气，但不限于氢气)，气体不会穿透金属材料；同时铝合金内胆在高压时发生弹性膨胀将内压传递给外层高强度的碳纤维复合层，使得气瓶可承受高内压；另外，铝合金内胆还充当内模，碳纤维浸渍树脂后全缠绕于铝合金内胆表面。
本发明尾塞用于T型结构气瓶(参照GB/T 35544-2017)的生产过程辅助，连接工装，将铝合金内胆托起、夹持、项紧，辅助生产过程。
本发明碳纤维复合层为气瓶承压层，由高强度碳纤维浸渍环氧树脂后全缠绕在铝合金内胆外表面，再加热固化后形成，气瓶内压强度可超过200MPa。
本发明玻璃纤维复合层为气瓶保护层，主要保护碳纤维复合层在安装运输及使用过程中免受偶发轻微磕碰而损坏，设计不承受内压。
本发明气瓶阀门与铝合金内胆螺纹连接，其前端O型密封圈与铝合金内胆密封内孔内密封面配合将高压气密封在气瓶里面。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，包括铝合金内胆(1)，设于铝合金内胆(1)外壁上的碳纤维复合层(2)，以及设于碳纤维复合层(2)外壁上起保护作用的玻璃纤维复合层(3)；铝合金内胆(1)头端设有高强度内胆瓶嘴(5)，高强度内胆瓶嘴(5)内密封连接有气瓶阀门(4)。
2.根据权利要求1所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，高强度内胆瓶嘴(5)包括平顺连接于铝合金内胆(1)头端并呈圆盘状的瓶嘴本体(51)，瓶嘴本体(51)中央开设有与气瓶阀门(4)相适配的密封内孔(52)，气瓶阀门(4)套装于密封内孔(52)内。
3.根据权利要求2所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，瓶嘴本体(51)外径为120mm，瓶嘴本体(51)厚度为25mm，密封内孔(52)内径为33mm。
4.根据权利要求2所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，瓶嘴本体(51)外侧向外平顺延伸有与密封内孔(52)相连通的瓶嘴凸环(53)，气瓶阀门(4)螺纹连接于瓶嘴凸环(53)内。
5.根据权利要求4所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，瓶嘴凸环(53)外径为60mm。
6.根据权利要求2所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，气瓶阀门(4)与密封内孔(52)内壁之间留有空隙(7)。
7.根据权利要求2所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，气瓶阀门(4)上套装有O型密封圈(6)，O型密封圈(6)位于密封内孔(52)内。
8.根据权利要求1所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，碳纤维复合层(2)由高强度碳纤维浸渍环氧树脂后全缠绕于铝合金内胆(1)外表面上，再经过加热固化后形成。
9.根据权利要求1所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，碳纤维复合层(2)抗内压强度为200MPa。
10.根据权利要求1所述的一种内密封结构高压复合气瓶，其特征在于，铝合金内胆(1)尾端设有尾塞(8)，尾塞(8)在高压复合气瓶生产过程中用于对铝合金内胆(1)进行托起、夹持、项紧。
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