CN210532059U - 一种全缠绕储气瓶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全缠绕储气瓶，属于高压储气瓶技术领域，来源于中国交通部的《基于新能源汽车用碳纤维全缠绕氢燃料储运设备的研发与应用》项目，包括内胆和全覆盖在内胆外表面的缠绕层；所述缠绕层包括交叉层叠缠绕多层碳纤维层；相邻碳纤维层分别为环向缠绕层和螺旋缠绕层；所述全缠绕储气瓶的重容比在0.28和0.43之间或者在0.4和0.5之间。本实用新型通过高性能纤维全缠绕技术，为气瓶的内承压提供了足够的强度。

Description

一种全缠绕储气瓶

技术领域

本实用新型涉及高压储气瓶技术领域，具体涉及一种全缠绕储气瓶。

背景技术

燃料电池，是一种通过燃烧燃料气体来将其他能量转化为电能的一种电池。燃料电池是一种清洁能源，也是当下环境保护越来越受重视的情况下，用以解决能源污染的有效途径之一。

燃料电池，一般包括用来进行燃料气体存储的储气瓶。燃料电池的续航能力，直接跟储气瓶的气体储存能力相关。因此，为了增加燃料电池的续航能力，往往需要从提高储气瓶的气体储存能力进行研究。

目前，为了提高储气瓶的气体储存能力，通过在储气瓶的内胆外缠绕纤维材料来增加整个储气瓶的耐压能力，进而提高整个储气瓶的气体容纳能力。为了保持储气瓶内胆的各个位置都能够达到相同的耐压能力，缠绕纱在缠绕的时候一般都全面覆盖在内胆的外表面，我们称其为全缠绕。

然而，现在的储气瓶，其全缠绕仅仅是沿着同一个缠绕方向将内胆缠绕覆盖而已，极易因为缠绕方式单一，导致碳纤维层分布不均匀，使内胆各个位置上耐压能力不一致，进而降低整个储气瓶的耐压能力和气体存储能力。

此外，采用金属纤维材料，其缠绕形成的缠绕层对于内胆的增压保护有限，不能有效提高储气瓶的气体存储能力。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种全缠绕储气瓶，以解决现有全缠绕气瓶因为缠绕方式单一容易出缠绕分布不均匀的情况。

为了解决以上问题，提供如下方案：

本方案中的全缠绕储气瓶，包括内胆和全覆盖在内胆外表面的缠绕层；所述缠绕层包括交叉层叠缠绕多层碳纤维层；相邻碳纤维层分别为环向缠绕层和螺旋缠绕层；所述全缠绕储气瓶的重容比在0.28和0.43之间或者在0.4和0.5之间。

名词解释：

重容比：指的是气瓶的重量与满口容量之比，重容比越小，气瓶的轻量化越好。

本方案的优点在于：

本方案通过交叉层叠缠绕，比起单一的缠绕方式能够更加有效地避免缠绕分布不均的情况，能够有效保证被缠绕层全覆盖的内胆外表面上各个位置都能够有一致的耐压能力。

用碳纤维代替金属纤维，可以较大程度的降低储气瓶的整体重量，达到轻量化的目的，进而使单位重量的气体存储密度增加，间接达到提高气体存储能力的目的。因为储气瓶中的气体更多的是在进行环向运动，因此储气瓶的轴向位置上受力最多。而然纤维环向缠绕和螺旋缠绕，能够更好地增加储气瓶这些位置的受力能力，起到增强作用。

其次，本方案通过限定重容比，来限定全缠绕储气瓶整体的形状。重容比越小，在同样的规格下，单位重量气体储存密度越大，更有利于提高燃料电池的续航能力。

因为现在全缠绕储气瓶常分为无人机用和车用两种类型，因此对应的重容比也会有差异，当重容比在0.28和0.43之间时，为无人机用全缠绕储气瓶，当重容比在0.4和0.5之间时，为车用全缠绕储气瓶。

进一步，所述全缠绕储气瓶的重容比为0.292。

当重容比为0.292时，此时的全缠绕储气瓶最适合无人机轻量化和安全性的使用要求。

进一步，所述全缠绕储气瓶的重容比为0.44.

当重容比为0.44时，此时的全缠绕储气瓶最适合汽车使用。

进一步，所述内胆包括依次连接的瓶口端封头、内胆筒体和尾塞端封头；所述缠绕层中的每层碳纤维均匀分布在内胆筒体外部。

内胆筒体部分受力最多，每层碳纤维都均匀缠绕，有助于对内胆筒体部分提供一致的增强和支撑。

进一步，缠绕层中相邻两层碳纤维的缠绕方向不同。

通过不同的缠绕方式，尽可能避免出现缠绕不均匀而导致的受力不均匀的情况。

进一步，所述缠绕层外还设有光固化树脂层。

通过光固化树脂层来提高气瓶耐候性及美化外观。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图。

图2为本实用新型实施例三中的支撑座的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：轻质壳体10、内胆11、尾塞端封头21、尾塞端211、瓶口端封头22、瓶口端221、第一直径R1、第二直径R2、第三直径R3、第一轴长D1、第二轴长D2、第三轴长D3、封头深度H1、第二深度H2、第三深度H3、第一卡槽110、开口部120、第一卡板100、填充板200、支撑条b、第二卡板400、第二卡槽410。

实施例一

实施例一基本如附图1所示：全缠绕储气瓶，包括内胆11和紧贴并全覆盖内胆11上的轻质壳体10。轻质壳体10包括缠绕层和涂覆在缠绕层外表面的光固化树脂层。其中，光固化树脂层不是必须的，当没有光固化树脂层的时候，轻质壳体10就是缠绕层。其中，内胆11包括左边的尾塞端封头21和右边的瓶口端封头22。

尾塞端封头21的中心位置处焊接有向左伸出，穿过轻质壳体10的尾塞端211。尾塞端211与内胆11同轴，尾塞端211朝向外侧的方向上开有连接口，通过连接口能够使尾塞端211与其他固定结构连接，方便对内胆11或者整个全缠绕储气瓶的固定。

瓶口端封头22的中心位置处连通有向外伸出的管状瓶口端221。瓶口端221与内胆11和尾塞端211同轴。

内胆11轴线的中心点O为内胆筒体的重心，内胆11以过中心点O并垂直于轴线的横截面为分界面，内胆筒体部分从其两端向着分界面的壁厚逐渐地缓慢地减薄。封头(包括瓶口端封头22和尾塞端封头21)到内胆筒体之间的分别连接有瓶口端曲面和尾塞端曲面，瓶口端曲面和尾塞端曲面自身两个端部的距离相同，且分别称为前封头深度和后封头深度，两个封头深度都为H1。2*(H1+H2+H3)＝D1，D1为内胆11除去瓶口端221部分的轴线长度，称之为第一轴长D1。其中，第二深度H2和第三深度H3是内胆筒体分界面一端的近似分法，在此只是为了方便表示，实际上整个内胆筒体两端厚中间薄的过渡是十分均匀和缓慢的。

内胆筒体部分的内部平均直径为第一直径R1，内胆筒体部分的外部平均直径为第二直径R2，轻质壳体10与内胆筒体部分对应的结构外部的平均直径为第三直径R3，则内胆筒体部分的平均厚度为(R2-R1)/2≤1.5mm。

其中，第三圆筒的平均厚度(即H3长度内的内胆筒体壁平均厚度)要小于第二圆筒的平均厚度(即H2长度内的内胆筒体壁平均厚度)。其中，第三圆筒的壁厚最薄可以做到1.2mm。相比于现在储气瓶的壁厚通常在1.5mm以上，本方案生产出来的全缠绕储气瓶能够在保证内胆11质量变得更轻，有效容积更大，即单位重量储氢密度更高，本实施例中的单位重量储氢密度全部在7.5％以上。

轻质壳体10，为包裹在内胆11外表面，形成的与内胆11形状相匹配的结构。轻质壳体10与内胆11一样，同样具有尾塞端封头21和瓶口端封头22以及连接瓶口端封头22和尾塞端封头21之间的壳体筒体部分。本实施例中的轻质壳体10，采用按照一定规律缠绕的碳纤维-环氧体系复合材料缠绕后涂覆树脂而成。

内胆11的瓶口端封头22和尾塞端封头21外表面端部之间的距离为第二轴长D2，内胆11瓶口端封头22和尾塞端封头21的平均厚度为(D2-D1)/2。(D2-D1)/2≥1.5mm。

而轻质壳体10的瓶口端封头22和尾塞端封头21外表面端部之间的距离为第三轴长D3，轻质壳体10瓶口端封头22和尾塞端封头21的平均厚度为(D3-D2)/2。(D3-D2)/2≥1.5mm。

瓶口端封头22和尾塞端封头21距离第二圆筒的距离与即封头深度H1，为了使全缠绕储气瓶能够在相同有效容积的前提下，做到质量最轻，在制作内胆11时，使H1/R1≤0.3，当H1/R1＝0.3时，内胆11在容纳相同质量氢气的情况下，整个气瓶最轻。

全缠绕储气瓶的重容比大于0.28小于等于0.43。本实施例中，全缠绕储气瓶的重容比为0.292。相比于现有技术，本实施例的全缠绕储气瓶轻量化，重容比更小，更加有利于燃料电池的续航，有利于无人机等对燃料电池重量要求较为严格的应用环境使用。

本实施例中的缠绕层包括多层环向缠绕和螺旋缠绕交叉层叠的多层碳纤维。即下面一层的碳纤维为环向缠绕，则相邻的上面一层的碳纤维为螺旋缠绕，且每一层的缠绕方向相同。缠绕层中的每层碳纤维均匀分布在内胆筒体外部。内胆筒体部分受力最多，每层碳纤维都均匀缠绕，有助于对内胆筒体部分提供一致的增强和支撑。除了内胆筒体以外，瓶口端封头和尾塞端封头也采用环向缠绕和螺旋缠绕与内胆筒体一起进行缠绕，只是相比于内胆筒体的缠绕角度，在缠绕封头的时候，会因为曲面弯曲度而适当调整缠绕角度。

在缠绕碳纤维之前，需要将碳纤维浸润树脂，树脂可以是环氧、改性环氧、聚脂和乙烯类热固性树脂和聚乙烯、聚酰胺热塑性树脂，这样能够保证碳纤维在缠绕时的粘连性。本实施例中的碳纤维在浸润了环氧热固性树脂后形成了碳纤维-环氧体系复合材料后进行缠绕形成缠绕层。

实施例二

本实施例中，全缠绕储气瓶的重容比大于0.4小于等于0.5。本实施例中，全缠绕储气瓶的重容比为0.44。相比于现有技术，本实施例的全缠绕储气瓶轻量化，重容比更小，更加有利于燃料电池的续航，有利于车用燃料电池使用。本方案来源于中国交通部的《基于新能源汽车用碳纤维全缠绕氢燃料储运设备的研发与应用》项目，有利于新能源汽车领域使用。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，全缠绕储气瓶在加工的时候配套加工有用来支撑放置全缠绕储气瓶的支撑座。众所周知，高压储气瓶的运输是一个十分关键的环节，直接制约着高压储气瓶的运用。因此，在加工全缠绕储气瓶的时候，为了更好地实现移动和运输，配套加工形成了可以配合使用的支撑座。

支撑座如图2所示，包括上下分布的第一卡板100和第二卡板400。第一卡板100和第二卡板400之间通过多个(本实施例中是两个)支撑条b连接，支撑条b和第一卡板100和第二卡板400之间采用焊接方式连接。第一卡板100呈“U”型结构，具有横向开口的第一卡槽110，通过第一卡槽110能够卡紧全缠绕储气瓶的主体部分。第一卡板100在靠近全缠绕储气瓶的位置具有两个开口部120，开口部120为柔性材质具有弹性，两个开口部120之间的距离小于全缠绕储气瓶的主体部分直径，第一卡槽110的直径大于等于全缠绕储气瓶主体部分直径，这样使全缠绕储气瓶在被第一卡槽110卡紧后，第一卡槽110的内壁能够紧贴全缠绕储气瓶，同时两个开口部120能够起到阻止全缠绕储气瓶从第一卡槽110脱落作用。

本实施例中，两个开口部120为焊接在第一卡板100开口端端部的橡胶块。

在第一卡槽110的槽底，即第一卡槽110的中间位置中开有缺口，在该缺口处螺钉安装有柔性的填充板，通过填充板能够调节第一卡槽110的槽深，进而能够调节第一卡槽110卡住全缠绕储气瓶的松紧度。

填充板200的外侧为弧形凹槽，使填充板200能够第一卡槽110形成完整的用来卡紧全缠绕储气瓶的卡紧结构。

本实施例中填充板200采用在钢板外面涂覆柔性的橡胶层制成，这样既能够保证填充板200的刚性，也能够保证填充板200在接触全缠绕储气瓶时避免产生碰撞划伤。

第二卡板400的中心位置开有和第一卡槽110同轴的第二卡槽410，第二卡槽410为圆形卡槽，用来卡住后封头21，同时可以供尾塞端211放入。

在第二卡板400的底面安装有至少三个具有脚踏的万向轮，通过万向轮方便移动支撑座进而移动卡接在支撑座上的全缠绕储气瓶。踩下脚踏，能够使万向轮停止转动，方便通过支撑座静置全缠绕储气瓶，方便在使用时将支撑座作为放置工具使用。万向轮，采用现有市面上售卖的万向轮，其结构在此不再赘述。

以上说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种全缠绕储气瓶，包括内胆和全覆盖在内胆外表面的缠绕层；其特征在于：所述缠绕层包括交叉层叠缠绕多层碳纤维层；相邻碳纤维层分别为环向缠绕层和螺旋缠绕层；所述全缠绕储气瓶的重容比在0.28和0.43之间或者在0.4和0.5之间。

2.根据权利要求1所述的一种全缠绕储气瓶，其特征在于：所述全缠绕储气瓶的重容比为0.292。

3.根据权利要求2所述的一种全缠绕储气瓶，其特征在于：所述全缠绕储气瓶的重容比为0.44。

4.根据权利要求1所述的一种全缠绕储气瓶，其特征在于：所述内胆包括依次连接的瓶口端封头、内胆筒体和尾塞端封头；所述缠绕层中的每层碳纤维均匀分布在内胆筒体外部。

5.根据权利要求1所述的一种全缠绕储气瓶，其特征在于：缠绕层中相邻两层碳纤维的缠绕方向不同。

6.根据权利要求1所述的一种全缠绕储气瓶，其特征在于：所述缠绕层外还涂有光固化树脂层。

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