CN115789500A - 一种双道径向密封的高压复合容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双道径向密封的高压复合容器，所述复合容器包括内胆组件、纤维复合增强层以及瓶口阀，所述纤维复合增强层缠绕于内胆组件的外侧后与瓶口阀装配形成高压复合容器；所述内胆组件包括注塑总成、金属端头以及密封圈组件，所述注塑总成与金属端头装配后形成周向定位，所述金属端头和密封圈组件装配后形成两处径向密封；该技术方案设计巧妙，在上侧，金属端头和注塑总成设计为相互匹配的结构，形成周向定位，在下侧，金属端头和和密封圈组件装配后形成两处径向密封，进一步提高了复合容器的密封性能。

Description

一种双道径向密封的高压复合容器

技术领域

本发明涉及一种复合容器，具体涉及一种双道径向密封的高压复合容器，属于高压复合容器技术领域。

背景技术

大部分出租车改装压缩天然气(CNG)以代替燃油，一般CNG高压气瓶的工作压力为20MPa；部分车辆生产制造商已推广CNG或CNG与燃油混用的车辆，如奥迪、通用等。采用了氢介质电池汽车也是当前的热点，储氢高压气瓶的工作压力一般为35MPa、70MPa，且70MPa的IV型瓶(高压塑料内胆复合容器)是当前的研发热点。除了车用，高压气瓶在其他领域也得到充分的应用，例如欧洲的部分液化石油气采用塑料内胆复合容器(工作压力2MPa)。大量的高压容器在日常生活中得到广泛使用，传统的纯金属或金属内衬复合容器存在重量偏大的问题，不易运输；且存储压力越高，金属塑料内胆生产工艺越复杂，成本越高，还存在被高压气体腐蚀的风险。为了满足轻量化的要求，高压塑料内胆复合容器产生，因为塑料的特性，该类产品具备耐腐蚀、耐疲劳、重量轻等优越性能，主要生产厂商为丰田、Hexagon(挪威)、Quantum(美国)等。相对于纯金属或金属内衬复合容器，高压塑料内胆复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆壳体与金属端头的材料不同(因为塑料内胆需要和瓶口阀进行密封连接，因此塑料内胆的端头需要是金属材料)，在气瓶反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降。因此，如何使塑料壳体和金属端头形成优异耐久的密封和耐气体渗透性能，是塑料内胆的高压复合容器突破的核心技术。

鉴于现状，金属端头与塑料内胆的连接成为了研究的热点与难点。图1所示为一个高压塑料内胆复合容器，金属端头1安装在塑料内胆2上，之后通过纤维复合材料层3进行缠绕包裹形成。图2对端面的密封结构进行说明：金属端头1与塑料内胆的大面接触在工艺上是不可行的，即使可行成本也是高昂的；该结构未考虑金属端头1与塑料内胆2轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内胆的内压不断改变的充压，会导致金属端头1及塑料内胆连接处产生缝隙引起泄漏；该结构未考虑瓶口承受安装扭矩时的限位，安装后导致金属端头1与复合层3的结合强度降低；该结构中压缩气体的逃逸路径P较短，会增加压缩气体逃逸的风险，尤其是小分子气体CNG、氢气、氦气等，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种双道径向密封的高压复合容器，该容器用于盛装高压气体的高分子材料，该方案中通过周向定位和径向密封，提高了容器的密封性能，大大减少了泄漏量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种双道径向密封的高压复合容器，所述复合容器包括内胆组件、纤维复合增强层以及瓶口阀，所述纤维复合增强层缠绕于内胆组件的外侧后与瓶口阀装配形成高压复合容器；

所述内胆组件包括注塑总成、金属端头以及密封圈组件，所述注塑总成与金属端头装配后形成周向定位，所述金属端头和密封圈组件装配后形成两处径向密封。

作为本发明的一种改进，所述注塑总成以金属内衬为注塑嵌件，通过塑料本体与金属内衬的注塑形成注塑包胶件，其中金属内衬为环形，其截面设置为U形，注塑总成呈现U形密封槽。

作为本发明的一种改进，注塑总成的口部呈多边形设计，与金属端头多边形的定位结构装配后形成两者之间的周向定位。

作为本发明的一种改进，所述密封圈组件包括密封圈一和密封圈二，所述金属端头设置有密封头部，其中密封头部设置有内外侧密封槽，所述内外侧密封槽与注塑总成截面的U形密封槽通过密封圈一和密封圈二形成在U形密封通道上的两处径向密封。

作为本发明的一种改进，所述金属内衬中设置有多孔，使得注塑时塑料在金属内衬的两侧之间相互贯穿，进一步确保塑料本体和金属内衬紧密包裹在一起。

作为本发明的一种改进，所述塑料本体，根据不同承载高压气体的分子量渗透特性，选择性采用目前工业应用的热塑性塑料，包括PA、PE、PPA,PPS,聚酯、PP、POM、EVOH中的一种或者一种以上的组合。同时塑料壳体也可以采用如上材料的多层结构(含气体阻隔层)，防止氢气分子等承载气体小分子从材料的渗透。

作为本发明的一种改进，根据耐不同承载气体介质的腐蚀性和耐高压性能，金属端头优选由金属制成，采用铝合金，不锈钢等金属材料中的一种或多种组合；金属内衬采用不锈钢材料。

作为本发明的一种改进，所述密封圈组件选用的材料为FKM、EPDM、FVMQ、PTFE、硅树脂中的一种或者多组组合,均具有耐氢气腐蚀性和耐低温特性。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案整体结构简单，具有优异的密封性能，2)该技术方案设计巧妙，在上侧，金属端头和注塑总成设计为相互匹配的结构，形成周向定位，在下侧，金属端头和注塑总成的塑料本体装配后通过密封圈组件形成在同一泄露通道上的两处径向密封，进一步提高了复合容器的密封性能；3)该技术方案在U型密封通道上形成了两处径向密封，容器内介质压力作用在塑料总成的U型密封槽的外侧，通过具有弹性的U型密封槽进行压力传递，介质压力越大，注塑总成对密封圈一和密封圈二的压力越大，越有利于密封，这样形成密封自紧功能。

附图说明

图1为本发明高压复合容器整体结构示意图；

图2为金属端头结构示意图；

图3-1—图3-3为注塑总成结构示意图；

图4-1、图4-2为金属端头和注塑总成装配示意图；

图5为密封通道结构示意图；

图6密封自紧状态示意图；

图7为本发明安装后整体结构示意图。

图中：1、金属端头，11、定位结构，12、密封头部，2、注塑总成，21、金属内衬，211、小孔，22、U型密封槽，23、塑料本体，3、纤维复合增强层，4、瓶口阀，5、密封圈组件，51、密封圈一，52、密封圈二。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1—图7，一种双道径向密封的高压复合容器，所述复合容器包括内胆组件、纤维复合增强层3以及瓶口阀4，所述纤维复合增强层3缠绕于内胆组件的外侧后与瓶口阀4装配形成高压复合容器，该瓶口阀中设置有密封圈结构，进一步确保瓶口的密封效果；所述内胆组件包括注塑总成、金属端头1以及密封圈组件，所述注塑总成与金属端头装配后形成周向定位，所述金属端头1和密封圈组件装配后形成两处径向密封。

参见图3-1—图3-3，该方案中，所述注塑总成2以金属内衬21为注塑嵌件，通过塑料本体23与金属内衬21的注塑形成注塑包胶件，其中金属内衬设置为U形，注塑总成呈现U形密封槽，注塑总成2的口部呈多边形设计，与金属端头1多边形的定位结构11装配后形成周向定位。

参见图4-1、图4-2，所述密封圈组件5包括密封圈一51和密封圈二52，所述金属端头设置有密封头部12，其中密封头部12设置有内外侧密封槽，参见图5、图6，所述内外侧密封槽与注塑总成的U形密封槽通过密封圈51和密封圈二52形成一个在U形密封通道上的两处径向密封。U型密封通道，箭头方向为容器内介质潜在泄漏通道，可以看出，这个通道呈现U型，并且有两道径向密封，大大减少了泄漏量。参见图6,容器内介质压力，作用在“塑料总成”的“U型密封槽”的外侧，介质压力越大，由于”U型密封槽”的弹性及压力的传递，对内侧“密封圈”的压力越大，越利于密封，这样形成自紧密封，图7中显示内胆外侧缠绕纤维复合层，装配瓶阀，最终形成瓶阀和金属端头的密封，金属端头和注塑总成之间的密封。

上述方案中，其中金属内衬21中设置有多个小孔211，使得注塑时塑料在金属内衬的两侧之间相互贯穿，进一步确保塑料本体和金属内衬紧密包裹在一起。

在本发明中，所述塑料本体，根据不同承载高压气体的分子量渗透特性，选择性采用目前工业应用的热塑性塑料，包括PA、PE、PPA,PPS,聚酯、PP、POM、EVOH中的一种或者一种以上的组合。同时塑料壳体也可以采用如上材料的多层结构(含气体阻隔层)，防止氢气分子等承载气体小分子从材料的渗透。

在本发明中，根据耐不同承载气体介质的腐蚀性和耐高压性能，金属端头优选由金属制成，采用铝合金，不锈钢等金属材料中的一种或多种组合；金属内衬采用不锈钢材料。

在本发明中，所述密封圈组件选用的材料为FKM、EPDM、FVMQ、PTFE、硅树脂中的一种或者多组组合,均具有耐氢气腐蚀性和耐低温特性。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (8)

1.一种双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，所述复合容器包括内胆组件、纤维复合增强层以及瓶口阀，所述纤维复合增强层缠绕于内胆组件的外侧后与瓶口阀装配形成高压复合容器；

所述内胆组件包括注塑总成、金属端头以及密封圈组件，所述注塑总成与金属端头装配后形成周向定位，所述金属端头和密封圈组件装配后形成两处径向密封。

2.根据权利要求1所述的双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，所述注塑总成以金属内衬为注塑嵌件，通过塑料本体与金属内衬的注塑形成注塑包胶件，其中金属内衬为环形，其截面设置为U形，注塑总成呈现U形密封槽。

3.根据权利要求1所述的双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，注塑总成的口部呈多边形设计，与金属端头多边形的定位结构装配后形成两者之间的周向定位。

4.根据权利要求2所述的双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，所述密封圈组件包括密封圈一和密封圈二，所述金属端头设置有密封头部，其中密封头部设置有内外侧密封槽，所述内外侧密封槽与注塑总成截面的U形密封槽通过密封圈一和密封圈二形成在U形密封通道上的两处径向密封。

5.根据权利要求2或3或4所述的双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，所述金属内衬中设置有多孔，使得注塑时塑料在金属内衬的两侧之间相互贯穿。

6.根据权利要求2或3或4所述的双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，所述塑料本体，根据不同承载高压气体的分子量渗透特性，选择性采用目前工业应用的热塑性塑料，包括PA、PE、PPA,PPS,聚酯、PP、POM、EVOH中的一种或者一种以上的组合。

7.根据权利要求2或3或4所述的双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，所述金属端头由金属制成，采用铝合金，不锈钢金属材料中的一种或多种组合；金属内衬采用不锈钢材料。

8.根据权利要求2或3或4所述的双道径向密封的高压复合容器，其特征在于，所述密封圈组件选用的材料为FKM、EPDM、FVMQ、PTFE、硅树脂中的一种或者多组组合,均具有耐氢气腐蚀性和耐低温特性。

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