CN113696519B - 一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，所述工装包括双层柔性袋，在双层柔性袋之间设有支撑网，在双层柔性袋内设有中心支撑杆，中心支撑杆上设有多个铰接套，铰接套与中心支撑杆滑动配合，铰接套与若干根伞骨的一端铰接，伞骨的另一端与固定条铰接，固定条与双层柔性袋中的内层柔性袋内壁呈轴向固定连接。该用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装具有够确保储氢罐内胆壁厚均匀，内腔形状规则，成型工艺简单，便于加工制作等特点。

Description

一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装
技术领域
本发明涉及氢储罐的加工制作技术领域，具体涉及一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装。
背景技术
随着社会的发展，煤、石油、天然气等化石燃料已无法满足人类日益增长的需求，同时化石燃料的使用又造成了生态环境的恶化，如温室效应。另外，煤、石油、天然气等为不可再生资源，且在地球上的储量有限，人类不可能一直依赖于它们。因此许多国家都在研究和开发新的替代能源，如风能、太阳能、氢能、核能、生物质能、水能、海洋能等。氢的燃烧热值高，每千克氢燃烧后的能量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；氢燃烧的产物是水，对环境零污染；氢是宇宙中分布最广泛的物质，其构成了宇宙总质量的75％，在地球的储量极其丰富，可再生和重复利用，因此氢能被认为是人类最理想的能源，并得到了全世界的广泛关注。
在整个氢能系统中，储氢是关键环节。氢气的储存主要有三类：(1)高压气态储氢；(2)低温液态储氢；(3)以储氢材料为介质的固态储氢。
其中：
低温液态储氢的体积储氢密度大，约70kg/m3，但存在液氢蒸发(汽化)问题，因此对储罐的绝热性能要求高，此外，为达到要求的低温而需要制冷，能耗很大，因此其应用受到限制。
高压气态储氢的充装和排放速率很快，但是其体积储氢密度相对较低，通过提高氢气压力可增加氢气的体积密度，但增加有限，在常温下，即使氢压增加到70MPa，氢气的体积密度也仅40kg/m3左右。
利用储氢材料(如：金属氢化物)的固态储氢是将储氢材料存入密闭容器中，利用储氢材料的吸氢能力实现氢气的固态储存，其具有高的体积储氢密度，甚至比液氢的体积储氢密度还要高，如LaNi5储氢合金的体积储氢密度可达到100kg/m3以上，但是其重量储氢率相对较低(一般不超过3wt％)，且吸放氢过程受到传热的限制，使得固态储氢装置的充装和排放速率较慢。
高压气态储氢的储罐，目前国内外车用储氢瓶的类型主要以铝内胆纤维缠绕(三型)和塑料内胆纤维缠绕(四型)为主，并朝着轻量化、高压力、大容量的方向发展，以无内胆纤维缠绕类型(五型)作为下一代储氢瓶的研发重点。
其中塑料内胆纤维缠绕型储罐中的内胆形成方案是，在外部缠绕层缠绕完成后，将塑料颗粒原料填充到外部缠绕层内，然后通过对外部缠绕层的加热，同时对外部缠绕层进行旋转和摆动驱动，塑料颗粒通过加热熔融，并通过罐体的旋转和摆动使得熔融后的塑料附着在纤维缠绕层的内表面。但采用这种方案附着在纤维缠绕内表面的塑料层壁厚不均匀，内腔形状不规则，使得储氢罐整体承受的压力不构均匀。因此。有必要对现有的储氢罐内胆成型方法和成型所使用的工装进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种更够确保储氢罐内胆壁厚均匀，内墙形状规则，成型工艺简单，便于加工制作的一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是提供了一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，所述工装包括双层柔性袋，在双层柔性袋之间设有支撑网，在双层柔性袋内设有中心支撑杆，中心支撑杆上设有多个铰接套，铰接套与中心支撑杆滑动配合，铰接套与若干根伞骨的一端铰接，伞骨的另一端与固定条交接铰接，固定条与内层柔性袋内壁呈轴向固定连接。
为了尽量避免填充到双层柔性袋内流体的泄漏，便于流体进入或排出双层柔性袋内，而且便于中心支撑杆穿过双层柔性袋，优选的技术方案是，所述双层柔性袋的一端呈封闭结构，双层柔性袋的另一端呈开口结构，在开口结构端上设有流体进出口，中心支撑杆分别由双层柔性袋的封闭结构端和开口结构端穿过，且向两端的外部延伸。
为了尽量避免填充到双层柔性袋内流体的泄漏，便于流体进入或排出双层柔性袋内，而且便于中心支撑杆穿过双层柔性袋，进一步优选的技术方案是，在所述开口结构端设有端盖，端盖通过卡箍与双层柔性袋紧密连接，端盖上设有中心支撑杆穿过的通孔和流体进出口。
为了确保双层柔性袋具有足够的强度和耐高温性能，优选的技术方案还有，所述双层柔性袋包括用碳纤维材料编辑成的碳纤维布袋。
为了确保被流体填充撑起后的双层柔性袋外形规则均匀，具有一定的挺阔度，而且在双层柔性袋内的流体被排除后，能够使得双层柔性袋恢复到收缩后的原形，优选的技术方案还有，所述支撑网为菱形网孔的弹性网。
为了使得中心支撑杆、铰接套、伞骨和固定条具有设定的强度和耐高温性能，优选的技术方案还有，所述中心支撑杆、铰接套、伞骨和固定条均用金属材料制成。
为了使得中心支撑杆、铰接套、伞骨和固定条具有设定的强度和耐高温性能，优选的技术方案还有，所述中心支撑杆、铰接套、伞骨和固定条均用聚四氟乙烯塑料制成通。
为了便于双层柔性袋顺利的由储氢罐的收缩瓶口部位进如到双层柔性袋内部，并能由双层柔性袋内部经收缩瓶口部位顺利取出，优选的技术方案还有，所述伞骨与中心支撑杆在伞骨撑开状态下的夹角小于85°，且伞骨撑开方向朝向双层柔性袋的封闭结构端。
为了使得储氢罐的轴心与双层柔性袋的轴心同心，即确保内胆的轴心与储氢罐纤维缠绕层的轴心同心，优选的技术方案还有，所述中心支撑杆在使用状态下其两端安装在支架上，支架使得中心支撑杆的轴线与储氢罐的中心轴线同轴。
为了便于将双层柔性袋在使用的状态下撑起，在不使用的状态下收缩成可由储氢罐瓶口部位进出的轴形部件，优选的技术方案还有，所述流体包括气体、液体、固体颗粒物之一或其组合物。
本发明的优点和有益效果在于，该用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装具有够确保储氢罐内胆壁厚均匀，内腔形状规则，成型工艺简单，便于加工制作等特点。
采用双层柔性袋是为了在双层柔性袋内填充进流体之前，可以将双层柔性袋由缩口型的储氢罐的罐口部位插入到罐体内，而在加工制作内胆的过程中，双层柔性袋内被填充有流体，这是即可在双层柔性袋的外袋与纤维缠绕层的内壁之间形成内胆壁的空腔，在未加热前塑料颗粒被挤压在空前内，通过在纤维缠绕层外部和/或对流体的加热，使得塑料颗粒熔融形成壁厚均匀、形状规则的塑料内胆，然后将流体由双层柔性袋的内袋中抽出，然后再将双层柔性袋由缩口型储氢罐的罐口部位抽出。其中，支撑网就如同植入心脑血管内的支架，当双层柔性袋的内袋中填充满流体后，支撑网就会膨胀张开将双层柔性袋均匀地支撑起来，当双层柔性袋的内袋中填充的流体被抽出后，支撑网在弹性的作用下就会收缩复位，使得双层柔性袋恢复初始状态。中心支撑杆的作用是为了使得双层柔性袋的中心与储氢罐的中心同心。铰接套与伞骨的作用就如同撑开与合起的雨伞，同样是为了使得双层柔性袋的中心与储氢罐的中心同心。
附图说明
图1是本发明用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装的轴向剖视结构示意图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是图1中B部的局部放大图；
图4是图1中C部的局部放大图。
图中：1、双层柔性袋；1.1、内层柔性袋；1.2、流体进出口；1.3、端盖；2、支撑网；3、中心支撑杆；4、铰接套；5、伞骨；6、固定条；7、支架；8、储氢罐；8.1、纤维缠绕层；8.2、内胆层；8.3、瓶口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-4所示，本发明是一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，所述工装包括双层柔性袋1，在双层柔性袋1之间设有支撑网2，在双层柔性袋1内设有中心支撑杆3，中心支撑杆3上设有多个铰接套4，铰接套4与中心支撑杆3滑动配合，铰接套4与若干根伞骨5的一端铰接，伞骨5的另一端与固定条6铰接，固定条6与双层柔性袋1中的内层柔性袋1.1内壁呈轴向固定连接。
为了尽量避免填充到双层柔性袋1内流体的泄漏，便于流体进入或排出双层柔性袋1内，而且便于中心支撑杆3穿过双层柔性袋1，本发明优选的实施方案是，所述双层柔性袋1的一端呈封闭结构，双层柔性袋1的另一端呈开口结构，在开口结构端上设有流体进出口1.2，中心支撑杆3分别由双层柔性袋1的封闭结构端和开口结构端穿过，且向两端的外部延伸。
为了尽量避免填充到双层柔性袋1内流体的泄漏，便于流体进入或排出双层柔性袋1内，而且便于中心支撑杆3穿过双层柔性袋，本发明进一步优选的实施方案是，在所述开口结构端设有端盖1.3，端盖1.3通过卡箍与双层柔性袋1紧密连接，端盖1.3上设有中心支撑杆3穿过的通孔和流体进出口1.2。
为了确保双层柔性袋1具有足够的强度和耐高温性能，本发明优选的实施方案还有，所述双层柔性袋1包括用碳纤维材料编辑成的碳纤维布袋。
为了确保被流体填充撑起后的双层柔性袋外形规则均匀，具有一定的挺阔度，而且在双层柔性袋1内的流体被排除后，能够使得双层柔性袋1恢复到收缩后的原形，本发明优选的实施方案还有，所述支撑网2为菱形网孔的弹性网，菱形网孔的弹性网用弹簧钢制成。
为了使得中心支撑杆3、铰接套3、伞骨5和固定条6具有设定的强度和耐高温性能，本发明优选的实施方案还有，所述中心支撑杆3、铰接套4、伞骨5和固定条6均用金属材料制成，如不锈钢。
为了使得中心支撑杆3、铰接套4、伞骨5和固定条6具有设定的强度和耐高温性能，本发明优选的实施方案还有，所述中心支撑杆3、铰接套4、伞骨5和固定条6均用聚四氟乙烯塑料制成通。
为了便于双层柔性袋1顺利的由储氢罐的收缩瓶口部位进如到双层柔性袋1内部，并能由双层柔性袋1内部经收缩瓶口部位顺利取出，本发明优选的实施方案还有，所述伞骨5与中心支撑杆3在伞骨撑开状态下的夹角小于85°，且伞骨5撑开方向朝向双层柔性袋1的封闭结构端。
为了使得储氢罐的轴心与双层柔性袋1的轴心同心，即确保内胆的轴心与储氢罐纤维缠绕层的轴心同心，本发明优选的实施方案还有，所述中心支撑杆3在使用状态下其两端安装在支架7上，支架7使得中心支撑杆3的轴线与储氢罐的中心轴线同轴。
为了便于将双层柔性袋1在使用的状态下撑起，在不使用的状态下收缩成可由储氢罐瓶口部位进出的轴形部件，本发明优选的实施方案还有，所述流体包括气体、液体、固体颗粒物之一或其组合物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，其特征在于，所述工装包括双层柔性袋，在双层柔性袋之间设有支撑网，在双层柔性袋内设有中心支撑杆，中心支撑杆上设有多个铰接套，铰接套与中心支撑杆滑动配合，铰接套与若干根伞骨的一端铰接，伞骨的另一端与固定条铰接，固定条与双层柔性袋中的内层柔性袋内壁呈轴向固定连接，所述双层柔性袋的一端呈封闭结构，双层柔性袋的另一端呈开口结构，在开口结构端上设有流体进出口，中心支撑杆分别由双层柔性袋的封闭结构端和开口结构端穿过，且向两端的外部延伸，在所述开口结构端设有端盖，端盖通过卡箍与双层柔性袋紧密连接，端盖上设有中心支撑杆穿过的通孔和流体进出口，所述伞骨与中心支撑杆在伞骨撑开状态下的夹角小于85°，且伞骨撑开方向朝向双层柔性袋的封闭结构端。
2.根据权利要求1所述用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，其特征在于，所述支撑网为菱形网孔的弹性网。
3.根据权利要求1所述用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，其特征在于，所述中心支撑杆、铰接套、伞骨和固定条均用金属材料制成。
4.根据权利要求1所述用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，其特征在于，所述中心支撑杆在使用状态下其两端安装在支架上，支架使得中心支撑杆的轴线与储氢罐的中心轴线同轴。
5.根据权利要求1所述用于控制储氢罐内胆壁厚均匀的工装，其特征在于，所述流体包括气体、液体、固体颗粒物之一或其组合物。
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