CN115157716A - 一种无内胆高压储气罐的制备方法 - Google Patents

一种无内胆高压储气罐的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无内胆高压储气罐的制备方法，整个制备方法包括制作盐芯内胆、安装接口、缠绕碳纤维、固化碳纤维、去除盐芯等步骤，利用干燥后的盐料作为制备内胆的材料，其固化成型后作为支撑体，具有足够的结构强度，以能够在盐芯内胆外周侧缠绕碳纤维，保证碳纤维缠绕后的形状达到预期的设计目的，且保证碳纤维缠绕后的结构强度，在完成高压罐体的制备后，直接通过水将盐芯溶解，以实现碳纤维罐体内部的无内胆结构，整个高压罐罐体充分减重，方便运输，且其内侧体积增加，提高了高压罐罐体的储存量，进一步的盐芯内胆仅仅通过水即能够溶解，溶解后的盐芯溶液对碳纤维的结构强度无影响，进而保证了罐体的结构强度及其质量。

Description

一种无内胆高压储气罐的制备方法
技术领域
本发明涉及高压储气罐制作技术领域，特别是涉及一种无内胆高压储气罐的制备方法。
背景技术
现有技术中包括众多无内胆高压储气罐的制备方法，其中有以制作金属内胆作为高压储气罐的内胆，外侧设有金属外胆，还有以高分子材料制作的内胆，其外侧同样包覆金属外胆，导致整个高压储气罐的质量较大，不方便运输和移动等，而且高分子材料制作金属内胆，容易造成环保污染等问题，例如专利文件CN113551148A公开了一种复合内胆碳纤维全缠绕高压储氢罐及其制作方法，复合内胆碳纤维全缠绕高压储氢罐包括金属内胆、连接在金属内胆的内表面上的聚乙烯膜层、缠绕在金属内胆外表面上的碳纤维层。其克服了现有技术中复合内胆碳纤维全缠绕高压储氢罐的缺点，提高了复合内胆碳纤维全缠绕高压储氢罐的综合性能，降低了制造成本，但是即便是复合内胆，其本身仍然存在一定的质量，使得整个罐体的质量增加，而且影响物料的存储量。
发明内容
本发明的目的是提供一种无内胆高压储气罐的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过制备盐芯作为支撑体，进而在盐芯外周侧缠绕碳纤维，并将缠绕后的碳纤维固化，保证其缠绕后的强度，在完成罐体的制备后，直接通过水将盐芯溶解，溶解后的盐芯溶液对碳纤维的结构强度无影响，保证了整个罐体的质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种无内胆高压储气罐的制备方法，包括如下步骤：
制作盐芯内胆：准备用于成型盐芯的模具，所述模具的成型腔结构与待制备的高压储气罐内腔结构相匹配，将干燥后的盐料熔化后灌入所述成型腔中，对所述成型腔内的盐料加压，待盐料冷却后在所述成型腔中定型成与待制备的高压储气罐内腔结构相匹配的盐芯；
安装接口：准备两供高压气体进出的接口，并将两接口沿所述盐芯轴向固定在所述盐芯的两端；
缠绕碳纤维：利用碳纤维缠绕设备将碳纤维缠绕于整个所述盐芯的外周壁上，并覆盖所述盐芯和所述接口的连接处；
固化碳纤维：将缠绕有碳纤维的所述盐芯放入固化炉中加热固化，以保持碳纤维缠绕在所述盐芯上的形状；
去除盐芯：通过所述接口朝固化后所述碳纤维内侧填充用于溶解所述盐芯的水，溶解完毕后对固化后所述碳纤维的内部进行清洁，并烘干水分，完成高压储气罐的制备。
优选的，在制备盐芯的步骤中，所述盐芯的两端设有与其同轴的凹槽，所述接口嵌合在所述凹槽中，所述接口的边缘与所述凹槽的边缘平滑连接，所述成型腔对应所述盐芯的两端设有用于成型所述凹槽的凸台。
优选的，在制备盐芯的步骤中，所述盐芯的轴心处贯穿开设有中心通道，所述中心通道的两端开口分别与对应的所述凹槽相连通，所述中心通道内插接有用于可拆卸连接两所述接口的连接杆。
优选的，所述成型腔内设有用于成型所述中心通道的成型杆，所述成型杆沿所述成型腔的轴线方向延伸。
优选的，所述连接杆穿过所述接口内部，并伸出所述接口远离所述盐芯的一侧，所述连接杆伸出所述接口的端部可拆卸连接有用于抵紧所述接口的环形套筒。
优选的，所述环形套筒与所述连接杆螺纹连接。
优选的，在缠绕碳纤维的步骤中，在将各所述接口均安装在所述盐芯的端部后，在所述盐芯和所述接口的外周侧涂覆有环氧树脂层。
优选的，在制作盐芯步骤后，将成型后的所述盐芯放置在烧结炉中进行烧结，加强所述盐芯结构。
优选的，所述盐料为金属卤化盐，在制作盐芯步骤中，将金属卤化盐和补强剂先进行烘干,再将烘干的金属卤化盐、补强剂和粘结剂混匀至相互包容,然后将混合物料放置在所述成型腔内制成盐芯。
优选的，将溶解后的盐芯进行回收利用，用于下一次制备盐芯。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
第一，整个制备方法包括制作盐芯内胆、安装接口、缠绕碳纤维、固化碳纤维、去除盐芯等步骤，利用干燥后的盐料作为制备内胆的材料，其固化成型后作为支撑体，具有足够的结构强度，以能够在盐芯内胆外周侧缠绕碳纤维，保证碳纤维缠绕后的形状达到预期的设计目的，且保证碳纤维缠绕后的结构强度，在完成高压罐体的制备后，直接通过水将盐芯溶解，以实现碳纤维罐体内部的无内胆结构，整个高压罐罐体充分减重，方便运输，且其内侧体积增加，提高了高压罐罐体的储存量，进一步的盐芯内胆仅仅通过水即能够溶解，溶解后的盐芯溶液对碳纤维的结构强度无影响，进而保证了罐体的结构强度及其质量。
第二，在制备盐芯的步骤中，盐芯的两端设有与其同轴的凹槽，接口嵌合在凹槽中，接口的边缘与凹槽的边缘平滑连接，成型腔对应盐芯的两端设有用于成型凹槽的凸台，通过设置接口，可以通过选用材料使其能够与气体管路相牢固连通，避免直接用碳纤维制作接口，容易造成碳纤维接口与气体管路连接时磨损，进一步的通过在盐芯两端设置凹槽，使得接口能够嵌合在凹槽中，不仅能够对接口进行限位，避免其在碳纤维缠绕的过程中发生移位，而且接口与凹槽的边缘平滑连接，保证碳纤维缠绕在盐芯和接口上的均匀性，进而保证整个罐体结构的牢固性。
第三，在制备盐芯的步骤中，盐芯的轴心处贯穿开设有中心通道，中心通道的两端开口分别与对应的凹槽相连通，中心通道内插接有用于可拆卸连接两接口的连接杆，通过设置中心通道，进而方便插接连接杆，使其能够牢固连接接口，进一步保证接口连接的稳定性。
第四，成型腔内设有用于成型中心通道的成型杆，成型杆沿成型腔的轴线方向延伸，通过设置成型杆，方便对中心通道直接浇注成型，无需再后续对盐芯进行钻孔，提高了对盐芯的制备效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体碳纤维缠绕盐芯时的结构剖视图；
图2为本发明高压储气罐的结构剖视图；
图3为本发明盐芯的结构剖视图；
图4为本发明高压储气罐的制作流程图；
其中，1-碳纤维、2-连接杆、3-盐芯、4-中心通道、5-接口、6-高压储气罐、7-凹槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
本发明的目的是提供一种无内胆高压储气罐的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过制备盐芯作为支撑体，进而在盐芯外周侧缠绕碳纤维，并将缠绕后的碳纤维固化，保证其缠绕后的强度，在完成罐体的制备后，直接通过水将盐芯溶解，溶解后的盐芯溶液对碳纤维的结构强度无影响，保证了整个罐体的质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1至图4，其中，本实施例提供一种无内胆高压储气罐的制备方法，包括如下步骤：
制作盐芯内胆：准备用于成型盐芯3的模具，模具的成型腔结构与待制备的高压储气罐6内腔结构相匹配，将干燥后的盐料熔化后灌入成型腔中，优选的，高压储气罐6成品外观高680mm、直径238mm，那么成型腔及其制备的盐芯3同样为轴向长680mm、直径238mm的结构，对成型腔内的盐料加压，待盐料冷却后在成型腔中定型成与待制备的高压储气罐6内腔结构相匹配的盐芯3；优选的，在盐料熔化前对其进行干燥，使得盐料中掺杂的水分充分被去除，以保证盐料成型为结构紧密且牢固的盐芯3结构；
安装接口：准备两供高压气体进出的接口5，并将两接口5沿盐芯3轴向固定在盐芯3的两端，以保证在缠绕碳纤维1的过程中，使得接口5固定，避免发生移位导致缠绕工作失效；优选的两接口5分为进口和出口，进口结构为M18*1.5-6H，出口结构为M12*1.25，以提高进料效率和出料控制等，而且两接口5均为铝制结构，以保证其与气体管路连接的牢固性；
缠绕碳纤维：利用碳纤维1缠绕设备将碳纤维1缠绕于整个盐芯3的外周壁上，并覆盖盐芯3和接口5的连接处；优选的，在缠绕碳纤维1的过程中，以T700纤维按70MPa设计要求缠绕，保证碳纤维1缠绕后的强度；
固化碳纤维：将缠绕有碳纤维1的盐芯3放入固化炉中加热固化，以保持碳纤维1缠绕在盐芯3上的形状；优选的，将缠绕后的碳纤维1浸润在环氧树脂中，并通过固化炉150度加热完成固化成型；需要注意的是，本发明中通过将碳纤维1缠绕在盐芯3上后，无需提前将盐芯3去除，直接将整个碳纤维1结构进行固化，以保证碳纤维1在固化前的形状，进而保证制备完成的高压储气罐6的形状及质量；
去除盐芯：通过接口5朝固化后碳纤维1内侧填充用于溶解盐芯3的水，溶解完毕后对固化后碳纤维1的内部进行清洁，并烘干水分，完成高压储气罐6的制备，优选在烘干水分后对储气罐进行表面处理，保证储气罐表面的结构强度。
整个制备方法包括制作盐芯内胆、安装接口5、缠绕碳纤维1、固化碳纤维1、去除盐芯3等步骤，利用干燥后的盐料作为制备内胆的材料，其固化成型后作为支撑体，具有足够的结构强度，以能够在盐芯内胆外周侧缠绕碳纤维1，保证碳纤维1缠绕后的形状达到预期的设计目的，且保证碳纤维1缠绕后的结构强度，在完成高压罐体的制备后，直接通过水将盐芯3溶解，以实现碳纤维1罐体内部的无内胆结构，整个高压罐罐体充分减重，方便运输，且其内侧体积增加，提高了高压罐罐体的储存量，进一步的盐芯内胆仅仅通过水即能够溶解，溶解后的盐芯3溶液对碳纤维1的结构强度无影响，进而保证了罐体的结构强度及其质量。
优选的为了方便对盐料进行快速加热熔化，在盐料中混合添加强电解质物料，以降低盐料的熔点，例如盐料采用氯化钠，那么添加的强电解质物料为氯化钙等，在添加氯化钙时，氯化钠与氯化钙以4：6比例混合，使得两者的混合物的熔点能够达到400℃左右，且高于碳纤维1的固化温度，避免熔化盐芯3导致对碳纤维1支撑强度变差。盐料还可以其他类的金属卤化盐，具有水溶性的性质，除了氯化钠，还可以是水溶性的KCl、LiC1、CuCl2、CaCl2、MgCl2、BaCl2等。这类盐料在熔化至冷却后具有一定的结构强度，且在应用完之后，便于水溶解。进一步的，在制备盐芯3的过程中，为保证其结构强度，以金属卤化盐为基体,以硅酸盐胶体为粘结强化剂，例如Na2Si03˙12H20等，以矿物细粒为补强剂，例如滑石粉等，成型腔采用金属模，对盐芯3压制成型，有效保证了盐芯3的成型质量。
其中，在制备盐芯3的步骤中，盐芯3的两端设有与其同轴的凹槽7，接口5嵌合在凹槽7中，接口5的边缘与凹槽7的边缘平滑连接，成型腔对应盐芯3的两端设有用于成型凹槽7的凸台，通过设置接口5，可以通过选用材料使其能够与气体管路相牢固连通，避免直接用碳纤维制作接口5，容易造成碳纤维接口5与气体管路连接时磨损，进一步的通过在盐芯3两端设置凹槽7，使得接口5能够嵌合在凹槽7中，不仅能够对接口5进行限位，避免其在碳纤维缠绕的过程中发生移位，而且接口5与凹槽7的边缘平滑连接，保证碳纤维缠绕在盐芯3和接口5上的均匀性，进而保证整个罐体结构的牢固性。
而且，在制备盐芯3的步骤中，盐芯3的轴心处贯穿开设有中心通道4，中心通道4的两端开口分别与对应的凹槽7相连通，中心通道4内插接有用于可拆卸连接两接口5的连接杆2，通过设置中心通道4，进而方便插接连接杆2，使其能够牢固连接接口5，进一步保证接口5连接的稳定性。具体使用时如图4所示，依次为盐芯3穿设连接杆2并连接接口5的结构图、缠绕碳纤维后结构图、抽掉连接杆2后结构图和最终得到的储气罐结构图。
进一步的，成型腔内设有用于成型中心通道4的成型杆，成型杆沿成型腔的轴线方向延伸，通过设置成型杆，方便对中心通道4直接浇注成型，无需再后续对盐芯3进行钻孔，提高了对盐芯3的制备效率，且防止盐芯3的结构强度受损。优选的，成型杆安装在定模部分，动模部分与定模部分合模后将成型杆包覆在其内部。模具设有两侧板及上盖板等拼装可拆分连接的结构，通过各个板状结构拼接成型腔，且成型腔连通有压缩空气，通过推动各板状结构对盐料结构上的加压，在通过压缩空气进一步保证对盐料的加压效果，保证盐芯3的结构密实度。优选的在成型盐芯3之前在模具内壁上喷涂有脱模剂，方便对盐芯3的脱模。
而且，连接杆2穿过接口5内部，并伸出接口5远离盐芯3的一侧，连接杆2伸出接口5的端部可拆卸连接有用于抵紧接口5的环形套筒，通过环形套筒保证对接口5沿周向均匀施力，使其抵接在盐芯3上，避免接口5受力不均。
而且，环形套筒与连接杆2螺纹连接，以方便对环形套筒和连接杆2的拆装工作，且方便对环形套筒施力，保证环形套筒与连接杆2的牢固连接，优选的还可以采用其他的套接方式等。
进一步的，在缠绕碳纤维1的步骤中，在将各接口5均安装在盐芯3的端部后，在盐芯3和接口5的外周侧涂覆有环氧树脂层，保证接口5与碳纤维1的密实结合，且保证了在后续的固化过程中，能够保证接口5、碳纤维1和环氧树脂的充分结合，保证制备成型后的高压储气罐6能够防漏及阻隔氢气渗漏。
而且，在制作盐芯3步骤后，将成型后的盐芯3放置在烧结炉中进行烧结，加强盐芯3结构，优选在烧结炉中,设定温度600℃至700℃下，烧结9h至11h左右，烧结后的盐芯3抗拉强度达到100MPa,溃散时间不大于50min。在实际制备盐芯3的过程中，盐芯3会产生一定的收缩，那么在成型盐芯3时，其实际尺寸需较所制备的储气罐的内腔稍大，以平衡盐芯3的收缩率，保证储气罐制备的准确率。
进一步的，盐料为金属卤化盐，在制作盐芯3步骤中，将金属卤化盐和补强剂先进行烘干,再将烘干的金属卤化盐、补强剂和粘结剂混匀至相互包容,然后将混合物料放置在成型腔内制成盐芯3。为将盐料中的水分去除，可以设置烘箱，将盐料放置在烘箱中一定的时间，将其内部的水分挥发，还可以直接利用坩埚等装置对盐料和其他物料进行熔化过程中，充分将水分蒸发去除。
进一步的，将溶解后的盐芯3进行回收利用，用于下一次制备盐芯3，以减少盐料的浪费，具体的根据各物料的性质，利用溶剂的亲水性使溶液中的盐析出、结晶沉淀，经滤斗使盐液分离，对分离出的结晶盐干燥，达标后放入储盐桶；同时对分离液进行蒸馏，使溶剂、低盐水分离。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制作盐芯内胆：准备用于成型盐芯的模具，所述模具的成型腔结构与待制备的高压储气罐内腔结构相匹配，将干燥后的盐料熔化后灌入所述成型腔中，对所述成型腔内的盐料加压，待盐料冷却后在所述成型腔中定型成与待制备的高压储气罐内腔结构相匹配的盐芯；
安装接口：准备两供高压气体进出的接口，并将两接口沿所述盐芯轴向固定在所述盐芯的两端；
缠绕碳纤维：利用碳纤维缠绕设备将碳纤维缠绕于整个所述盐芯的外周壁上，并覆盖所述盐芯和所述接口的连接处；
固化碳纤维：将缠绕有碳纤维的所述盐芯放入固化炉中加热固化，以保持碳纤维缠绕在所述盐芯上的形状；
去除盐芯：通过所述接口朝固化后所述碳纤维内侧填充用于溶解所述盐芯的水，溶解完毕后对固化后所述碳纤维的内部进行清洁，并烘干水分，完成高压储气罐的制备。
2.根据权利要求1所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，在制备盐芯的步骤中，所述盐芯的两端设有与其同轴的凹槽，所述接口嵌合在所述凹槽中，所述接口的边缘与所述凹槽的边缘平滑连接，所述成型腔对应所述盐芯的两端设有用于成型所述凹槽的凸台。
3.根据权利要求2所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，在制备盐芯的步骤中，所述盐芯的轴心处贯穿开设有中心通道，所述中心通道的两端开口分别与对应的所述凹槽相连通，所述中心通道内插接有用于可拆卸连接两所述接口的连接杆。
4.根据权利要求3所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，所述成型腔内设有用于成型所述中心通道的成型杆，所述成型杆沿所述成型腔的轴线方向延伸。
5.根据权利要求4所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，所述连接杆穿过所述接口内部，并伸出所述接口远离所述盐芯的一侧，所述连接杆伸出所述接口的端部可拆卸连接有用于抵紧所述接口的环形套筒。
6.根据权利要求5所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，所述环形套筒与所述连接杆螺纹连接。
7.根据权利要求2至6任一项所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，在缠绕碳纤维的步骤中，在将各所述接口均安装在所述盐芯的端部后，在所述盐芯和所述接口的外周侧涂覆有环氧树脂层。
8.根据权利要求7所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，在制作盐芯步骤后，将成型后的所述盐芯放置在烧结炉中进行烧结，加强所述盐芯结构。
9.根据权利要求8所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，所述盐料为金属卤化盐，在制作盐芯步骤中，将金属卤化盐和补强剂先进行烘干,再将烘干的金属卤化盐、补强剂和粘结剂混匀至相互包容,然后将混合物料放置在所述成型腔内制成盐芯。
10.根据权利要求9所述的无内胆高压储气罐的制备方法，其特征在于，将溶解后的盐芯进行回收利用，用于下一次制备盐芯。
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