CN116105060B - 一种轻质阻氢高压容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型轻质阻氢高压容器，包括金属筒体，端盖，设置在金属筒体端部，端盖的一侧具有内部空间，且内部空间与金属筒体配合构成高压腔体；密封组件，密封组件包括内衬件和外包件，内衬件具有一封堵部，封堵部设置在端盖与金属筒体配合构成的密封槽内，封堵部远离密封槽的一侧分别沿端盖与金属筒体方向延伸有内包覆结构，内包覆结构与内部空间和金属筒体内壁面适配；外包件用于将高压腔体外壁面包覆。本发明能够简化结构形式以及加快制造效率，并且能够有效保持容器气障性和密封性。

Description

一种轻质阻氢高压容器
技术领域
本发明属于高压容器技术领域，压力介质主要为氢气，尤其涉及一种轻质阻氢高压容器。
背景技术
中国授权公告号CN109386612B的专利（授权公告日2021.03.16）描述了一种高压容器技术，该压力容器包括：由尼龙树脂制成的气障衬套，衬套外裹纤维固定层，分体设计的封头，外缠绕纤维增强层。封头与衬套的密封采用挡圈、O型圈结构方式，并采用保持板对密封结构进行支撑，此保持板采用四个周向均布的螺栓固定在封头插入部上。
在上述相关技术中，首先其结构较为复杂，其保持板需要螺栓固定到封头上，安装工序较为繁琐，浪费时间成本。并且尼龙树脂薄壁件的弹性模量较小，受到缠绕张力时筒体容易失稳，宏观表现为向内凹陷，所以其在缠绕时需要充气设备对内胆进行充压以抵消缠绕张力带来的内压，然而充压值是随缠绕过程的变化而变化的，需要通过计算得的，操作也较为繁琐。而且尼龙树脂的气障层的气障效果不如金属气障层，容易由于氢渗透而产生的氢鼓泡。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻质阻氢高压容器，以解决上述问题，能够实现结构形式以及制造工艺简单，并且能够有效保持容器气障性和密封性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种轻质阻氢高压容器，包括金属筒体，
端盖，设置在所述金属筒体端部，所述端盖的一侧具有内部空间，且所述内部空间与所述金属筒体配合构成高压腔体；
密封组件，所述密封组件包括内衬件和外包件，所述内衬件具有一封堵部，所述封堵部设置在所述端盖与所述金属筒体配合构成的密封槽内，所述封堵部远离所述密封槽的一侧分别沿所述端盖与所述金属筒体方向延伸有内包覆结构，所述内包覆结构与所述内部空间和所述金属筒体内壁面适配；
所述外包件用于将所述高压腔体外壁面包覆。
优选的，所述金属筒体靠近所述端盖的一端设置有支撑凸，所述端盖与所述支撑凸对应设置有连接凸，所述支撑凸与所述连接凸之间设置有空隙，所述封堵部用于将所述空隙封堵，所述内包覆结构将所述封堵部、所述端盖和所述金属筒体覆盖。
优选的，所述封堵部为高压密封环，所述高压密封环周向设置在所述端盖与所述金属筒体的连接处，所述高压密封环的外周侧两端分别与所述支撑凸和所述连接凸固接。
优选的，所述高压密封环远离所述支撑凸和所述连接凸的一侧与所述内包覆结构之间设置有内压腔。
优选的，所述内包覆结构为内搪塑层，所述内搪塑层内壁面为平整面，且所述内搪塑层位于所述内部空间的层厚小于位于所述金属筒体内壁面的层厚。
优选的，所述外包件包括碳纤维缠绕外增强层和玻璃纤维外保护层，所述碳纤维缠绕外增强层固接在所述端盖和所述金属筒体外壁面，所述玻璃纤维外保护层固接在所述碳纤维缠绕外增强层外壁面。
优选的，所述端盖包括封头，所述封头一侧为内凹结构，所述封头另一侧设置有突出部，所述突出部的一端伸出所述外包件将所述高压腔体与外部连通。
优选的，所述连接凸为与所述封头一体成型的封头台阶，所述支撑凸为与所述金属筒体一体成型的筒体台阶。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明通过将整体高压容器分体设计，并且将端盖和金属筒体分别通过内衬件和外包件进行密封，提高装置的整体性，而且内衬件分别包括设置在密封槽内的封堵部以及将整体高压腔体内壁面适配的内包覆结构，通过封堵部以及内包覆结构共同作用将端盖以及金属筒体的连接处进行密封，外包件将整体结构强度进行强化，利用分设的多个密封组件，使得装置在使用过程中可根据实际需要将内包覆结构采用轻质材料减轻结构重量，外包件采用高强度连接材质增强整体装置的结构稳定性，并且分体结构可以有针对性进行单一工艺制造，进而减少装置的生产用时，降低使用成本。
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为整体装置的结构示意图；
图2为图1A处的局部细化图；
其中，1、内搪塑层；2、封头；3、高压密封环；4、金属筒体；5、碳纤维缠绕外增强层；6、玻璃纤维外保护层；7、密封槽；8、封头台阶；9、筒体台阶。
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。
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。
实施例：
参照图1-2，本发明提出一种轻质阻氢高压容器，包括金属筒体4，
端盖，设置在金属筒体4端部，端盖的一侧具有内部空间，且内部空间与金属筒体4配合构成高压腔体；
密封组件，密封组件包括内衬件和外包件，内衬件具有一封堵部，封堵部设置在端盖与金属筒体4配合构成的密封槽7内，封堵部远离密封槽7的一侧分别沿端盖与金属筒体4方向延伸有内包覆结构，内包覆结构与内部空间和金属筒体4内壁面适配；
外包件用于将高压腔体外壁面包覆。
本发明通过将整体高压容器分体设计，并且将端盖和金属筒体4分别通过内衬件和外包件进行密封，提高装置的整体性，而且内衬件分别包括设置在密封槽7内的封堵部以及将整体高压腔体内壁面适配的内包覆结构，通过封堵部以及内包覆结构共同作用将端盖以及金属筒体4的连接处进行密封，外包件将整体结构强度进行强化，利用分设的多个密封组件，使得装置在使用过程中可根据实际需要将内包覆结构采用轻质材料减轻结构重量，外包件采用高强度连接材质提高整体装置的结构稳定性，并且分体结构可以有针对性进行单一工艺制造，进而减少装置的生产用时，降低使用成本。
本发明的一个实施例中，端盖可根据实际需要设置两个或多个，对应金属筒体4存在的多个端面进行结构密封。
进一步的，金属筒体4靠近端盖的一端设置有支撑凸，端盖与支撑凸对应设置有连接凸，支撑凸与连接凸之间设置有空隙，封堵部用于将空隙封堵，内包覆结构将封堵部、端盖和金属筒体4覆盖。
通过端盖连接凸形成第一伸出端，金属筒体4支撑凸形成第二伸出端，通过两伸出端与端盖与金属筒体4端面配合构成密封槽7，同时封堵部设置在密封槽7将端盖与金属筒体4的连接空隙封堵，提高密封效果。
进一步的，封堵部为高压密封环3，高压密封环3周向设置在端盖与金属筒体4的连接处，高压密封环3的外周侧两端分别与支撑凸和连接凸固接。
进一步的，高压密封环3远离支撑凸和连接凸的一侧与内包覆结构之间设置有内压腔。
本技术方案中高压密封环3优选但不限于采用B型密封环，采用径向过盈方式产生初始密封比压，通过高压密封环3与支撑凸、连接凸以及内包覆结构配合构成内压腔，相较于传统技术中一体形成的高压内胆，能够提高结构刚度的同时有效保障密封性。
进一步的，内包覆结构为内搪塑层1，内搪塑层1内壁面为平整面，且内搪塑层1位于内部空间的层厚小于位于金属筒体4内壁面的层厚。
本技术方案中内包覆结构为内搪塑层1，通过搪塑工艺使其整体贴附于高压腔体内壁面，保障密封性同时减轻结构重量，减少生产耗时，并且内搪塑层1对应内部空间的区域层厚较小，使得端盖厚度增加提高分体设计结构的连接强度，而金属筒体4区域内搪塑层1层厚较高，使得金属筒体4厚度减少有效减低结构重量。
进一步的，外包件包括碳纤维缠绕外增强层5和玻璃纤维外保护层6，碳纤维缠绕外增强层5固接在端盖和金属筒体4外壁面，玻璃纤维外保护层6固接在碳纤维缠绕外增强层5外壁面。
本技术方案中碳纤维缠绕外增强层5采用精细化的CAE模型进行力学有限元分析，采用遗传算法进行铺层结构的优化设计，得到了满足轻量化条件的铺层设计，减轻传统技术中缠绕时需要充气设备对内胆进行充压以抵消缠绕张力带来的内压所进行的繁琐施工步骤，提高制造、生产效率。
进一步的，端盖包括封头2，封头2一侧为内凹结构，封头2另一侧设置有突出部，突出部的一端伸出外包件将高压腔体与外部连通。
本技术方案中封头2优选但不限于采用模压、旋压工艺制备，降低工艺成本，而金属筒体4可直接采用铝管简单加工，只需对应封头2开设连接凹槽即可。
本发明的一个实施例中，封头2上设置的突出部将高压腔体与外部连通为现有技术，不做过多陈述。
进一步的，连接凸为与封头2一体成型的封头台阶8，支撑凸为与金属筒体4一体成型的筒体台阶9。
本实施例的工作过程如下：
将封头2一端的封头台阶8与金属筒体4一端的筒体台阶9对应连接，将高压密封环3采用径向过盈方式产生初始密封比压，通过高压密封环3与支撑凸、连接凸以及内包覆结构配合构成内压腔，随后通过搪塑法将塑形溶胶制备成与高压腔体内壁面适配的内搪塑层1，将内搪塑层1贴附固定后，通过精细化的CAE模型进行力学有限元分析，采用遗传算法进行铺层结构的优化设计，得到了满足轻量化条件的铺层设计，进而依次安装碳纤维缠绕外增强层5以及玻璃纤维外保护层6，制造整体高压容器。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种轻质阻氢高压容器，其特征在于：包括金属筒体（4），
端盖，设置在所述金属筒体（4）端部，所述端盖的一侧具有内部空间，且所述内部空间与所述金属筒体（4）配合构成高压腔体；
密封组件，所述密封组件包括内衬件和外包件，所述内衬件具有一封堵部，所述封堵部设置在所述端盖与所述金属筒体（4）配合构成的密封槽（7）内，所述封堵部远离所述密封槽（7）的一侧分别沿所述端盖与所述金属筒体（4）方向延伸有内包覆结构，所述内包覆结构与所述内部空间和所述金属筒体（4）内壁面适配；
所述外包件用于将所述高压腔体外壁面包覆；
所述金属筒体（4）靠近所述端盖的一端设置有支撑凸，所述端盖与所述支撑凸对应设置有连接凸，所述支撑凸与所述连接凸之间设置有空隙，所述封堵部用于将所述空隙封堵，所述内包覆结构将所述封堵部、所述端盖和所述金属筒体（4）覆盖。
2.根据权利要求1所述的轻质阻氢高压容器，其特征在于：所述封堵部为高压密封环（3），所述高压密封环（3）周向设置在所述端盖与所述金属筒体（4）的连接处，所述高压密封环（3）的外周侧两端分别与所述支撑凸和所述连接凸固接。
3.根据权利要求2所述的轻质阻氢高压容器，其特征在于：所述高压密封环（3）远离所述支撑凸和所述连接凸的一侧与所述内包覆结构之间设置有内压腔。
4.根据权利要求1所述的轻质阻氢高压容器，其特征在于：所述内包覆结构为内搪塑层（1），所述内搪塑层（1）内壁面为平整面，且所述内搪塑层（1）位于所述内部空间的层厚小于位于所述金属筒体（4）内壁面的层厚。
5.根据权利要求1所述的轻质阻氢高压容器，其特征在于：所述外包件包括碳纤维缠绕外增强层（5）和玻璃纤维外保护层（6），所述碳纤维缠绕外增强层（5）固接在所述端盖和所述金属筒体（4）外壁面，所述玻璃纤维外保护层（6）固接在所述碳纤维缠绕外增强层（5）外壁面。
6.根据权利要求1所述的轻质阻氢高压容器，其特征在于：所述端盖包括封头（2），所述封头（2）一侧为内凹结构，所述封头（2）另一侧设置有突出部，所述突出部的一端伸出所述外包件将所述高压腔体与外部连通。
7.根据权利要求6所述的轻质阻氢高压容器，其特征在于：所述连接凸为与所述封头（2）一体成型的封头台阶（8），所述支撑凸为与所述金属筒体（4）一体成型的筒体台阶（9）。
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