CN117053081A - 一种一体化储氢瓶的生产工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，属于储氢生产技术领域。包括原材料准备步骤、瓶身制作步骤、放置换热结构步骤、旋压一体化收口步骤、热处理步骤、硬度和压力检测步骤、装配瓶阀步骤、气密试验步骤。本发明的储氢瓶为一体化设计，直接反挤、拉伸制成，无需通过拆卸、分割等方式填装内部结构和材料，且不含焊接、螺栓连接、螺纹配合等，有效减少氢脆，无内部结构摩擦、碰撞，可减震，提高所能承受压强，完全密封无缝隙，减少后期维护成本，有效提高安全性。

Description

一种一体化储氢瓶的生产工艺方法

技术领域

本发明涉及一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，属于储氢生产技术领域。

背景技术

氢气从生产到使用需要经过制取、纯化、储存、运输和使用五大步骤。其中氢气的储存是保证氢能安全高效运行的关键一步。目前世界上存在的储存氢气的方式主要为高压气态储氢、低温液态储氢、液氨储氢、无机化合物储氢和金属氢化物储氢。

然而高压气态储氢储量小、耗能大，需要耐压容器，存在氢气泄露与容器爆破等不安全因素。该技术的储氢密度受压力影响较大，压力又受储罐材质限制。高压气态储氢如何达到轻量化、高压化、质量稳定、成本低的目标，还需不断探索。

低温液态储氢为了保证低温、高压条件，不仅对储罐材质有要求，而且需要有配套且严格的绝热方案与冷却设备，故低温液态储氢的储罐容积一般较小，氢气质量密度为10％左右。低温液态储氢技术主要应用于军事与航天领域，商业化研究与应用才刚刚开始。

液氨储氢中，液氨具有较强腐蚀性与毒性，储运过程中对设备、人体、环境均有潜在危害风险；合成氨工艺在我国较为成熟，但过程转换中存在一定比例损耗；合成氨与氨分解的设备与终端产业设备仍有待集成。

无机物化合物储氢，反应一般以Pd作为催化剂，吸湿性强的活性炭作载体，因为Pd这种金属钯是价格昂贵，数量稀少的存在，其价格甚至不比铂金要低多少。因此这种材料储氢的成本是相当高的。

固态储氢相对于高压气态和液态储氢等储氢方式，具有体积储氢密度高、工作压力低、安全性能好等优势。如与燃料电池一体化集成，可充分利用燃料电池余热，吸热放氢，降低系统换热用能，使得整个燃料电池动力系统的能源效率得以提高。

现已有的储氢装置专利中，常采用机加工切割瓶体，填装内部换热结构和储氢材料，然后焊接罐体上盖，致使储氢瓶重复利用率低，加工成本高；或采用固定于罐体的螺栓与上盖配合，二者间采用线密封，即为分裂式上盖，整个储氢瓶非一体化设计，需拆卸、安装，过程繁琐，安全性差；故一种工艺简洁、紧凑，无需拆卸、安装的一体化储氢装置生产流程，是储氢装置产业化目前所急需的。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种一体化储氢瓶的生产工艺方法。

一种一体化储氢瓶，瓶身的上部与瓶肩连接，瓶肩与瓶阀连接，瓶身的内腔连接换热器结构。换热器结构为多页翅片结构，或者换热器结构为单元层叠结构，或者换热器结构为内部间隔结构。

一种一体化储氢瓶的生产工艺方法,包括原材料准备步骤、瓶身制作步骤、放置换热结构步骤、旋压一体化收口步骤、热处理步骤、硬度和压力检测步骤、装配瓶阀步骤、气密试验步骤等，实现储氢瓶一体化制作，无焊接、螺栓等内部结构的摩擦碰撞，减少氢脆等危险，提高了可承受压强和安全性，降低后期维护成本，且换热效果好，制造成本低。

本发明的优点是:储氢瓶为一体化设计，直接反挤、拉伸制成，无需通过拆卸、分割等方式填装内部结构和材料，且不含焊接、螺栓连接、螺纹配合等，有效减少氢脆，无内部结构摩擦、碰撞，可减震，提高所能承受压强，完全密封无缝隙，减少后期维护成本，有效提高安全性。针对现有的储氢装置常用螺栓、螺纹配合、焊接等加工方式，安全性差，加工成本高，需拆卸、装配，工艺流程繁琐等问题，一种一体化储氢瓶以及其生产工艺，可保证安全性高，工艺简单，结构紧凑，降低成本。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的结构之一示意图。

图2为本发明的结构之二示意图。

图3为本发明的结构之三示意图。

图4为本发明的生产工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图1、图2、图3及图4所示，一种一体化储氢瓶，瓶身1的上部与瓶肩3连接，瓶肩3与瓶阀4连接，瓶身1的内腔连接换热器结构2。如图1所示，换热器结构2为多页翅片结构，如图2所示，换热器结构2为单元层叠结构，如图3所示，换热器结构2为内部间隔结构。

一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，参照图4，步骤如下：

步骤1)、原材料准备：对原材料进行复检；

步骤2)、下料；

步骤3)、瓶身1制作；

步骤4)、平头、修磨内表面；

步骤5)、放置换热器结构2；

步骤6)、收口；

步骤7)、热处理；

步骤8)、硬度、压力检测；

步骤9)、酸洗、烘干，去除锈蚀产物；

步骤10)、填装储氢材料；

步骤11)、颈圈装配：提高气密性；

步骤12)、修磨外表面；

步骤13)、装配瓶阀4；

步骤14)、气密性试验。

上述步骤中的：

步骤3)的瓶身1制作包括:为双轴旋转冲压、反挤、拔伸。壁厚应采用超声波测厚仪或专用测量工具进行检测，合格标准:瓶身1任意一点的壁厚不应小于设计壁厚；并进行拉伸检测，拉伸检测取样部位为从筒体的中部纵向对称截取两个试样。

步骤4)的修磨内表面包括:内表面可采用内窥镜或内窥灯进行检查。合格标准:内表面不应有肉眼可见裂纹、凹坑、夹层、划伤或磕伤等局部影响强度的缺陷，可采用修磨的方法去除表面缺陷，缺陷消除后其部位应圆滑过渡，且壁厚不应小于设计壁厚。

步骤5)的放置换热器结构2包括:可采用多页翅片、单元层叠、内部间隔等换热结构，不限制所使用结构，不同结构对换热、支撑效果存在不同差异。

步骤6)的收口包括:为旋压一体化收口，使得该容器及内部结构为一体化设计。

步骤7)的热处理包括:包括固溶、淬火、后时效热处理等步骤；热处理后进行疲劳试验，循环压力上限应不低于气瓶的水压试验压力，循环压力下限应不高干水压试验压力的10％(最大不超过3MPa)，试验方法应符合GB/T 9252的规定，合格标准:压力循环试验至少12000次铝瓶无泄漏或爆破。

步骤8)的硬度、压力检测包括:其中硬度检测试验方法应符合GB/T2301或GB/T2311的规定，合格标准:硬度值应在铝瓶制造单位规定的范围内；其中水压试验按水压试验压力进行试验。试验方法应符合GB/T9251的规定，合格标准:在试验压力下，至少保压30s，压力表指针不应回降，瓶体不应泄漏或明显变形。容积残余变形率不应大于5％。

步骤12)的修磨外表面包括:表面抛光、修磨等，对外观检查；合格标准:外表面不应有肉眼可见裂纹、凹坑、夹层、划伤或磕伤等局部影响强度的缺陷，采用抛光、修磨的方法去除表面缺陷，缺陷消除后其部位应圆滑过渡，且壁厚不应小于设计壁厚。

步骤13)的装配瓶阀4包括:其中瓶阀4为含过滤、截止一体化瓶阀，过滤精度为5um，防止储氢合金泄露，并包含易熔合金塞。

步骤14)的气密性试验包括:应在水压试验后进行，试验压力为公称工作压力，试验方法应符合GB/T12137的规定。合格标准:在试验压力下，保压1min，不应有泄漏。

实施例2：如图1、图2、图3及图4所示一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，参照图4，步骤如下：

步骤1)、原材料准备：对原材料进行复检；可采用低密度、高强度的铝合金，其同时拥有与氢气的相容性和抗腐蚀性以及导热性，且意外燃烧时可将热量及时导出，不排除其他材料制造；并对其密度、成分进行复检，保证原料无掺杂。

步骤2)、下料。

步骤3)、瓶身1制作：通过冲压、反挤、拔伸等工艺，使整体结构无缝隙，可防泄漏；使瓶身1壁厚均匀，制作工艺简单、成本低廉；壁厚应采用超声波测厚仪或专用测量工具进行检测，合格标准:瓶身1任意一点的壁厚不应小于设计壁厚；并进行拉伸检测，拉伸检测取样部位，从筒体的中部纵向对称截取两个试样。

步骤4)、平头、修磨内表面：检查表面是否有褶皱、凹痕等缺陷，保持平整；内表面可采用内窥镜或内窥灯进行检查。合格标准:内表面不应有肉眼可见裂纹、凹坑、夹层、划伤或磕伤等局部影响强度的缺陷，可采用修磨的方法去除表面缺陷，缺陷消除后其部位应圆滑过渡，且壁厚不应小于设计壁厚。

步骤5)、放置换热器结构2：可采用多页翅片、单元层叠、内部间隔等换热结构，不限制所使用结构，不同结构对换热、支撑效果存在不同差异，内部可作氢气通道，保障氢气与储氢材料充分反应，并对储氢瓶身起到支撑作用；换热器结构2可采用图1中的多页翅片结构、图2中的单元层叠结构、图3中的内部间隔结构等，增强换热，提高吸、放氢反应速率。换热器结构2采用铜烧结体。

步骤6)的收口包括:旋压一体化收口，使得瓶体为一体化设计，无缝柱体；瓶口无需通过螺纹配合，瓶口加工便于后续瓶阀装配，无需焊接，避免氢脆，无螺栓、螺纹配合，无需拆卸、安装，减少摩擦和碰撞，提高安全性。修磨瓶肩3：在旋压收口热加工阶段，可能会对气瓶肩部3产生质量缺陷，需消除收口过程中瓶肩3处产生的氧化皮和折叠、划伤、硌坑、波纹等缺陷。

步骤7)、热处理包括:包括固溶、淬火、后时效热处理等步骤，热处理：因无缝铝合金瓶疲劳性较差，在长期充、放气条件下使用，内胆会产生疲劳震纹，故进行固溶热处理、淬火及后时效性处理，使其在很大温度范围内状态稳定，增强其强度和硬度；具体实施方式为将铝瓶瓶体1加热至适当温度并保温,使过剩相充分溶解到固溶体中,然后快速冷却以获得过饱和固溶体；铝瓶瓶体1经固溶处理后在适当的温度下保温,使强化相沉淀析出,以提高其屈服强度和拉伸强度；热处理后进行疲劳试验，循环压力上限应不低于气瓶的水压试验压力，循环压力下限应不高干水压试验压力的10％(最大不超过3MPa)，试验方法应符合GB/T 9252的规定，合格标准:压力循环试验至少12000次铝瓶无泄漏或爆破。

步骤8)的硬度、压力检测包括:硬度检测试验方法应符合GB/T2301或GB/T2311的规定，合格标准:硬度值应在铝瓶制造单位规定的范围内；其中水压试验按水压试验压力进行试验。试验方法应符合GB/T9251的规定，合格标准:在试验压力下，至少保压30s，压力表指针不应回降，瓶体不应泄漏或明显变形。容积残余变形率不应大于5％；硬度检测：应可抵抗一定碰撞，具有一定的抵抗损伤能力；硬度检测试验方法应符合GB/T2301或GB/T2311的规定，合格标准。

步骤9)、酸洗、烘干，去除锈蚀产物包括:去除锈蚀产物。

步骤10)、填装储氢材料。

步骤11)、颈圈装配：提高气密性。

步骤12)、修磨外表面：包括表面抛光、修磨等，对外观检查；合格标准:外表面不应有肉眼可见裂纹、凹坑、夹层、划伤或磕伤等局部影响强度的缺陷，采用抛光、修磨的方法去除表面缺陷，缺陷消除后其部位应圆滑过渡，且壁厚不应小于设计壁厚。

步骤13)、装配瓶阀4：瓶阀4为含过滤、截止一体化瓶阀，过滤精度为5um，防止储氢合金泄露且。还包含易熔合金塞。

步骤14)、气密性试验：在水压试验后进行，试验压力为公称工作压力，试验方法应符合GB/T12137的规定。合格标准:在试验压力下，保压1min，不应有泄漏。

上述水压试验包括：进行静水压试验，对瓶内加压至试验压力，保证气瓶安全使用，测试结束后称重、称容；水压试验按水压试验压力进行试验。试验方法应符合GB/T9251的规定，合格标准:在试验压力下，至少保压30s，压力表指针不应回降，瓶体不应泄漏或明显变形。容积残余变形率不应大于5％。

钢印标记：标记储氢瓶制造单位检验标记和制造年月日、制造单位代号、气瓶编号、水压试验压力(MPa)、实际重量(Kg)、实际容量(L)、瓶体设计厚度(mm)。

酸洗、烘干：除去表面氧化膜、氧化皮和锈蚀产物。颈圈装配：提高气密性。

修磨外表面：进行粗磨、精磨、抛光等工序；外表面不应有肉眼可见裂纹、凹坑、夹层、划伤或磕伤等局部影响强度的缺陷，采用修磨、抛光的方法去除表面缺陷，缺陷消除后其部位应圆滑过渡，且壁厚不应小于设计壁厚；钢瓶喷涂，进行内外观检查；装配瓶阀4：瓶阀4为过滤、截止一体化阀门，过滤精度为5um，防止储氢合金泄露；其中还含有易熔合金塞，意外燃烧时，通过铝合金瓶体1的良导热性，将热量传递至易熔合金塞处，使其熔化安全泄压放爆炸；气密性试验：检查瓶体及局部部位的气密性；应在水压试验后进行，试验压力为公称工作压力，试验方法应符合GB/T12137的规定。合格标准:在试验压力下，保压1min，不应有泄漏；包装出厂。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，包括原材料准备步骤、瓶身制作步骤、放置换热结构步骤、旋压一体化收口步骤、热处理步骤、硬度和压力检测步骤、装配瓶阀步骤、气密试验步骤。

2.根据权利要求1所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，还包括步骤如下：

步骤1)、原材料准备：对原材料进行复检；

步骤2)、下料；

步骤3)、瓶身制作；

步骤4)、平头、修磨内表面；

步骤5)、放置换热器结构；

步骤6)、收口；

步骤7)、热处理；

步骤8)、硬度、压力检测；

步骤9)、酸洗、烘干，去除锈蚀产物；

步骤10)、填装储氢材料；

步骤11)、颈圈装配：提高气密性；

步骤12)、修磨外表面；

步骤13)、装配瓶阀；

步骤14)、气密性试验。

3.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤3)的瓶身制作包括:为双轴旋转冲压、挤、拔伸，壁厚采用超声波测厚仪或专用测量工具进行检测，合格标准:瓶身任意一点的壁厚不应小于设计壁厚；并进行拉伸检测，拉伸检测取样部位为从筒体的中部纵向对称截取两个试样。

4.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤4)的修磨内表面包括:内表面可采用内窥镜或内窥灯进行检查，合格标准:内表面不应有肉眼可见裂纹、凹坑、夹层、划伤或磕伤局部影响强度的缺陷，可采用修磨的方法去除表面缺陷，缺陷消除后其部位应圆滑过渡，且壁厚不应小于设计壁厚。

5.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤5)的放置换热器结构包括:可采用多页翅片、单元层叠、内部间隔换热结构，不限制所使用结构，不同结构对换热、支撑效果存在不同差异。

6.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤6)的收口包括:为旋压一体化收口，使得该容器及内部结构为一体化设计，步骤7)的热处理包括:包括固溶、淬火、后时效热处理步骤；热处理后进行疲劳试验，循环压力上限应不低于气瓶的水压试验压力，循环压力下限应不高干水压试验压力的10％(最大不超过3MPa)，试验方法应符合GB/T9252的规定，合格标准:压力循环试验至少12000次铝瓶无泄漏或爆破。

7.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤8)的硬度、压力检测包括:其中硬度检测试验方法应符合GB/T2301或GB/T2311的规定，合格标准:硬度值应在铝瓶制造单位规定的范围内；其中水压试验按水压试验压力进行试验，试验方法应符合GB/T9251的规定，合格标准:在试验压力下，至少保压30s，压力表指针不应回降，瓶体不应泄漏或明显变形，容积残余变形率不应大于5％。

8.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤12)的修磨外表面包括:表面抛光、修磨，对外观检查；合格标准:外表面不应有肉眼可见裂纹、凹坑、夹层、划伤或磕伤局部影响强度的缺陷，采用抛光、修磨的方法去除表面缺陷，缺陷消除后其部位应圆滑过渡，且壁厚不应小于设计壁厚。

9.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤13)的装配瓶阀包括:其中瓶阀为含过滤、截止一体化瓶阀，过滤精度为5um，防止储氢合金泄露，并包含易熔合金塞。

10.根据权利要求2所述的一种一体化储氢瓶的生产工艺方法，其特征在于，步骤14)的气密性试验包括:应在水压试验后进行，试验压力为公称工作压力，试验方法应符合GB/T12137的规定，合格标准:在试验压力下，保压1min，不应有泄漏。