CN206904561U - 一种70MPa的高压储氢气瓶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种70MPa的高压储氢气瓶，包括圆筒形的内胆，所述内胆包括主体部分和设置在所述主体部分两端的封头，所述主体部分至少一端的所述封头的尾部设有瓶嘴，所述瓶嘴的内径为30mm，所述瓶嘴的壁厚为15mm；所述瓶嘴四周设置有瓶嘴保护装置，所述内胆和所述瓶嘴保护装置的弧面尾端的外侧绕设有缠绕层。本实用新型提供了的一种70MPa的高压储氢气瓶，通过在瓶嘴四周设置瓶嘴保护装置，用以加强瓶嘴的强度，有效解决了现有技术中储氢气气瓶安装时对瓶嘴的破坏；另外通过在内胆和瓶嘴保护装置的弧面尾端的外侧绕设有缠绕层，避免了储氢气瓶充气后压力升高产生安全隐患，提升了储氢气瓶的疲劳性能和气密性能。

Description

一种70MPa的高压储氢气瓶

技术领域

本实用新型涉及储氢容器技术领域，具体涉及一种70MPa的高压储氢气瓶。

背景技术

氢能随着氢能源的广泛应用，特别是氢气燃机汽车和以氢气为动力的燃料电池汽车技术日趋大规模商业应用，氢燃料电池汽车以其清洁、能量利用率高和无温室气体排放等优点被广泛视为解决能源、环境问题的下一代机动车，因此对储氢容器综合性能的要求也越来越高。人们使用的储氢气瓶以钢瓶为主，但这种容器安全性能和重量存在很大缺陷。高压气态储氢由于具有结构简单、质量储氢密度高、充装和排放速度快等突出优点成为占主导地位的车载储氢方式。为提高燃料电池车的续驶里程(500km)，采用70MPa的高压气态储氢气瓶成为一种趋势。

为了提高容器的承载能力，并减轻质量，出现了金属内胆纤维缠绕结构的储氢容器，金属内胆材料通常是铝合金，其内胆不承担载荷，仅仅是为防止氢气泄露，对氢气起密封作用。

由于内胆材料为铝合金材料，现有100升铝合金内胆筒身壁厚5mm，工作压力70MPa的高压储氢气瓶的瓶嘴采用铝合金收口制成，瓶嘴壁厚大于25mm。由于筒身壁厚只有5mm，因此要实现瓶嘴壁厚25mm以上，储氢气瓶生产工艺难度大，成品率低。而且气瓶成型后不对瓶嘴做任何处理，导致气瓶采用瓶嘴固定的方式安装在汽车上时，铝质材料和钢质材料的固定装置直接接触，气瓶的瓶嘴会被破坏，给气瓶使用带来安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种70MPa的高压储氢气瓶，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，一方面将瓶嘴的壁厚设置为15mm，降低储氢气瓶生产工艺难度，提升成品率；另一方面在瓶嘴的壁厚为15mm 的基础上，通过安装瓶嘴保护装置避免储氢气瓶安装时对瓶嘴的破坏，产生安全隐患。

一种70MPa的高压储氢气瓶，包括内胆，所述内胆包括主体部分和设置在所述主体部分两端的封头，所述主体部分至少一端的所述封头的尾部设有瓶嘴，所述瓶嘴的内径为30mm，所述瓶嘴的壁厚为15mm；所述瓶嘴四周设置有瓶嘴保护装置，所述内胆和所述瓶嘴保护装置的弧面尾端的外侧绕设有缠绕层；所述内胆外表面与所述缠绕层之间设有弹性界面粘结剂层。

进一步地，所述内胆由经过阳极氧化处理的铝合金6061材料制成。

进一步地，所述瓶嘴保护装置为合金钢套。

进一步地，所述瓶嘴为内螺纹结构，所述内螺纹为M30。

进一步地，所述主体部分与所述封头的椭圆曲面肩部光滑无缝连接；所述封头的尾部与所述瓶嘴光滑无缝连接。

进一步地，所述缠绕层由碳纤维制成。

进一步地，所述缠绕层外表面还设置有外保护层。

进一步地，所述外保护层由玻璃纤维和改性环氧树脂制成。

进一步地，所述内胆的容积为100L。

与现有技术相比，本实用新型的70MPa的高压储氢气瓶的有益效果是：

(1)本实用新型提供了的一种70MPa的高压储氢气瓶，一方面将瓶嘴的壁厚设置为15mm，降低储氢气瓶生产工艺难度，提升成品率；另一方面在瓶嘴的壁厚为15mm的基础上，通过在瓶嘴四周设置瓶嘴保护装置，用以加强瓶嘴的强度，有效解决了现有技术中储氢气气瓶安装时对瓶嘴的破坏；另外通过在内胆和瓶嘴保护装置的弧面尾端的外侧绕设有缠绕层，避免了储氢气瓶充气后压力升高产生安全隐患，提升了储氢气瓶的疲劳性能和气密性能。

(2)进一步地，本实用新型的70MPa的高压储氢气瓶的内胆由经过阳极氧化处理的铝合金6061材料制成，提高了内胆的抗介质腐蚀能力和抗电化学腐蚀能力。

(3)进一步地，本实用新型的70MPa的高压储氢气瓶通过在缠绕层外表面设置外保护层，实现储氢气瓶结构的综合性能优化，具有高的绝缘性，可防止金属与碳纤维缠绕层接触产生电化学反应，提高储氢气瓶的使用寿命和安全可靠性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本实用新型的70MPa的高压储氢气瓶的结构示意图。

附图标号说明：

100 内胆

110 主体部分

120 封头

200 瓶嘴

300 瓶嘴保护装置

310 弧面尾端

400 缠绕层

500 外保护层

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对70MPa的高压储氢气瓶进行更全面的描述。附图中给出了多屏显示设备的首选实施例。但是， 70MPa的高压储氢气瓶可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对70MPa的高压储氢气瓶的公开内容更加透彻全面。

在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本实用新型的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本实用新型的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。

实施例

参阅图1，本实用新型实施例的一种70MPa的高压储氢气瓶，包括内胆100，所述内胆100包括主体部分110和设置在所述主体部分110两端的封头120。所述主体部分110至少一端的所述封头120的尾部设有瓶嘴200，即在所述主体部分两端的封头的尾部设有瓶嘴，或者在所述主体部分的一端的封头的尾部设有瓶嘴。所述瓶嘴200的内径为30mm，所述瓶嘴200 的壁厚为15mm。所述瓶嘴200四周设置有瓶嘴保护装置300，所述内胆100 和所述瓶嘴保护装置300的弧面尾端的外侧绕设有缠绕层400。

优选地，本实用新型实施例中，所述内胆100由经过阳极氧化处理的铝合金6061材料制成。

可以理解的是，所述内胆100是充装介质的直接载体，具有主要起密封闭气的作用，承担很小部分的内压，同时起到缠绕层400的成型模具作用。本实用新型实施例的内胆100采用整体连续变形的无缝结构，没有任何焊点和焊缝，保证了内胆100具有较高的气密性。所述内胆100采用具有抗晶间腐蚀和应力腐蚀的铝合金6061材料制成，保证内胆100在使用过程中不产生晶间腐蚀和应力腐蚀。同时，所述内胆100经过阳极氧化处理，其氧化膜具有高绝缘性，进一步提高了内胆100的抗介质腐蚀能力和抗电化学腐蚀能力。

所述缠绕层400铺设缠绕在所述内胆100外表面，包括按优化设计所得地铺层次序交替缠绕的环向缠绕层(增强方向和储氢气瓶纵向对称轴的夹角为90°)和纵向螺旋缠绕层(增强方向和储氢气瓶纵向对称轴的夹角为15～19°)。例如，所述缠绕层4的铺层次序可列举为4层环向缠绕层+2 层纵向螺旋缠绕层+4层环向缠绕层+4层纵向螺旋缠绕层+1层环向缠绕层 +1层纵向螺旋缠绕层，其中最外面的一层环向缠绕层和一层纵向螺旋缠绕层可作为抗冲击保护层。当然所述缠绕层400的铺层次序还可列举为其它形式。

优选地，本实用新型实施例中，所述瓶嘴保护装置300为合金套。

优选地，本实用新型实施例中，所述瓶嘴200为内螺纹结构，所述内螺纹为M30。

优选地，本实用新型实施例中，所述主体部分110与所述封头120的椭圆曲面肩部光滑无缝连接；所述封头120的尾部与所述瓶嘴200光滑无缝连接。

优选地，本实用新型实施例中，所述缠绕层400由碳纤维制成。

碳纤维具有高强度、高弹性模量、高耐热性，优良的抗压缩性、低密度、热膨胀系数小、耐化学腐蚀性能高等优点，特别是具有良好的高温形状和尺寸稳定性。

碳纤维缠绕成型的优点在于：能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；比强度高：一般来讲，碳纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻40～60％；可靠性高：碳纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定，精确；生产效率高：采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快(240m/min)，故劳动生产率高；成本低：在同一产品上，可合理配选若干种材料，使其再复合，达到最佳的技术经济效果。

优选地，本实用新型实施例中，所述缠绕层400外表面还设置有外保护层500。

优选地，本实用新型实施例中，所述外保护层500由玻璃纤维和改性环氧树脂制成。

需要理解的是，玻璃纤维的主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，其是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20～1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维具有耐热性强、不燃、抗腐蚀性强，抗拉强度高，绝缘性好，隔音性好等优点；但是玻璃纤维性脆，耐磨性差。本实用新型通过将玻璃纤维和改性纤维混合制成外保护层500不仅弥补了玻璃纤维性脆及耐磨性差而导致的失效破坏，达到复合材料结构优化的目的，实现储氢气瓶结构的综合性能优化，而且具有高的绝缘性，可防止金属与碳纤维缠绕层400接触产生电化学反应，提高储氢气瓶的使用寿命和安全可靠性。

优选地，本实用新型实施例中，所述内胆100的容积为100L。该容积可满足多种汽车的需要。

优选地，本实用新型实施例中，所述内胆100外表面与所述缠绕层400 之间设有弹性界面粘结剂层(图中未示出)。

需要理解的是，本实用新型实施例中通过内胆100外表面涂覆弹性界面粘结剂层，既可使缠绕层400很好地吸附在内胆100表面，还具有用以消除缠绕层400缠绕于内胆100外表面时可能产生的静电，保护内胆100 不受缠绕层400的电化学腐蚀的作用。

所述弹性界面粘结剂层的材质可列举为丙烯酸清漆或聚氨酯清漆。其中，丙烯酸清漆可常温干燥且干燥迅速，具有良好的耐候性、耐光性、耐热性、防霉性及附着力，丙烯酸清漆形成的漆膜坚硬光亮，能绝缘。聚氨酯清漆漆膜丰满光亮，坚硬耐磨，附着力强，并且具有耐湿，耐潮，耐化学腐蚀等特点。

按照本实用新型实施例制造的100L铝合金内胆100碳纤维复合材料缠绕储氢气瓶，具有轻质、容重比大、耐腐蚀、抗疲劳性能强，瓶嘴强度高等优点，其具体的指标为：

(1)工作压力：70MPa；

(2)气瓶容积：100L；

(3)最小爆破压力：≥164.5MPa；

(4)重量储氢率：≥4％；

(5)疲劳次数：≥10000次；

(6)通过相关型式实验。

综上所述，本实用新型的70MPa的高压储氢气瓶的有益效果是：

(1)本实用新型提供了的一种70MPa的高压储氢气瓶，一方面将瓶嘴的壁厚设置为15mm，降低储氢气瓶生产工艺难度，提升成品率；另一方面在瓶嘴的壁厚为15mm的基础上，通过在瓶嘴四周设置瓶嘴保护装置，用以加强瓶嘴的强度，有效解决了现有技术中储氢气气瓶安装时对瓶嘴的破坏；另外通过在内胆和瓶嘴保护装置的弧面尾端的外侧绕设有缠绕层，避免了储氢气瓶充气后压力升高产生安全隐患，提升了储氢气瓶的疲劳性能和气密性能。

(2)进一步地，本实用新型的70MPa的高压储氢气瓶的内胆由经过阳极氧化处理的铝合金6061材料制成，提高了内胆的抗介质腐蚀能力和抗电化学腐蚀能力。

(3)进一步地，本实用新型的70MPa的高压储氢气瓶通过在缠绕层外表面设置外保护层，实现储氢气瓶结构的综合性能优化，具有高的绝缘性，可防止金属与碳纤维缠绕层接触产生电化学反应，提高储氢气瓶的使用寿命和安全可靠性。

尽管以上较多使用了表示结构的术语，例如“瓶嘴保护装置”、“缠绕层”、“外保护层”等，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：包括内胆，所述内胆包括主体部分和设置在所述主体部分两端的封头，所述主体部分至少一端的所述封头的尾部设有瓶嘴，所述瓶嘴的内径为30mm，所述瓶嘴的壁厚为15mm；所述瓶嘴四周设置有瓶嘴保护装置，所述内胆和所述瓶嘴保护装置的弧面尾端的外侧绕设有缠绕层；所述内胆外表面与所述缠绕层之间设有弹性界面粘结剂层。

2.根据权利要求1所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述内胆由经过阳极氧化处理的铝合金6061材料制成。

3.根据权利要求1所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述瓶嘴保护装置由不锈钢材料制成。

4.根据权利要求1所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述瓶嘴设有内螺纹结构，所述内螺纹为M30。

5.根据权利要求1所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述主体部分与所述封头的椭圆曲面肩部光滑无缝连接；所述封头的尾部与所述瓶嘴光滑无缝连接。

6.根据权利要求1所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述缠绕层由碳纤维制成。

7.根据权利要求1所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述缠绕层外表面还设置有外保护层。

8.根据权利要求7所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述外保护层由玻璃纤维和改性环氧树脂制成。

9.根据权利要求1所述的70MPa的高压储氢气瓶，其特征在于：所述内胆的容积为100L。