CN210800696U - 一种高压储氢气瓶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压储氢气瓶，属于高压储气瓶技术领域，来源于四川省科技厅的《基于玄武岩纤维缠绕增强的35MPa高压天然气储运设备研制》项目，其包括拉深成型的内胆筒体以及包裹内胆筒体的轻质壳体；所述内胆筒体包括依次连接的瓶口端封头、内胆筒体和尾塞端封头；所述内胆筒体为两端开口的筒状结构；所述内胆筒体的平均厚度小于等于1.5毫米。本实用新型使储气瓶与传统气瓶相比，具有质量轻、相同体积下储气质量大，可容纳更多的燃料气体，增加燃料电池的续航能力。

Description

一种高压储氢气瓶

技术领域

本实用新型涉及高压储气瓶技术领域，具体涉及一种高压储氢气瓶。

背景技术

随着无人机技术的深入发展，无人机已经在民用市场普及和推广。传统无人机均采用锂电池保证续航时间，但是传统锂电池续航时间只有30分钟左右，应用范围有限，因此2016 年4月无人机制造商科比特航空正式发布了全球首款氢燃料多旋翼工业级无人机，续航时长可达273分钟。至此，国内多家厂商开始研究燃料电池无人机技术，其中氢燃料的充装量和储气瓶的质量是决定无人机续航里程的关键因素。

已经有多家厂商开发出了应用于无人机的储气瓶，申请人第一代的高压储氢气瓶能够将工作压力提高到35MPa及以上，可使单位重量储氢密度达到7％以上，相比于同行已经做到了小体积、大容量，轻重量。但是人们对于无人机续航能力的需求从未停止，因此如何打造续航能力更强的无人机，使为无人机提供燃料原料储存的储气瓶应该改进的方向。

为了保证储气瓶不增加重量的基础上，可以存储更多的氢气，在四川省科技厅的《基于玄武岩纤维缠绕增强的35MPa高压天然气储运设备研制》项目的研究中，特针对第一代高压储氢气瓶的结构进行了改变。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种质量更轻，储存容量更大的高压储氢气瓶。

高压储氢气瓶，包括拉深成型的内胆以及包裹内胆的轻质壳体；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；所述内胆筒体为两端开口的筒状结构；所述内胆筒体的平均厚度小于等于1.5毫米。

本方案的优点在于：

将内胆筒体的做得尽可能薄，才能保证高压储氢气瓶足够轻，在装载氢气后能够减少气瓶的整体重量。本实用新型使储气瓶与传统气瓶相比，具有质量轻、相同体积下储气质量大，可容纳更多的燃料气体，增加燃料电池的续航能力。

进一步，还包括阀门；所述阀门包括用来盖住瓶口端的帽体和用来调节帽体与瓶口端连接处的旋钮。

通过帽体使阀门与瓶口端连接，用来盖住瓶口端，通过旋钮能够调节帽体与瓶口端的连接处，进而调节阀门与瓶口端之间的相对位置。

进一步，所述帽体包括盖顶和连接在盖顶底端的环形盖壁，所述盖壁内滑动连接有与盖顶相对的盖底；所述旋钮连接有穿过盖壁的螺杆；所述螺杆位于盖顶和盖壁之间，所述螺杆伸进帽体的一端上连接有凸轮组合。

调节旋钮，使螺杆转动，使螺杆伸进端的凸轮组转动，使盖底在盖壁上相对盖顶滑动，调节盖底的相对位置。

进一步，所述盖壁的下端连接有围罩，所述围罩的形状与瓶口端封头的轮廓相匹配。

围罩和盖壁一起罩住瓶口端封头，盖底、盖壁和围罩之间的空间，就是气瓶瓶口端与阀门之间的接触空间，当调节盖底相对位置的时候，可以增大或减小这个接触空间，进而能够起到微调储氢气瓶中压力的作用。

进一步，所述凸轮组合包括多个大小不同的凸轮。

通过不同大小的凸轮，组合成凸轮组合，能够使旋钮在转动的时候，增大其调节的范围，使盖底的位置变化范围更大，实现更多档位的调节。

进一步，所述瓶口端设有用来封盖瓶口端的阀门，所述阀门内具有中空的泄压腔，所述泄压腔内存储有氮气。

直接在泄压腔内高压存储氮气，能够通过氢气和氮气的中和反应，有效减轻氢气泄漏带来的不利影响，避免出现爆炸事故。

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二中阀门的结构示意图。

图3为图2的仰视图。

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、阀门100、盖顶110、盖壁112、旋钮120、围罩130、密封圈132、连接腔140、膨胀口142、支撑座150、密封条 152。

实施例一

实施例一基本如附图1所示：高压储氢气瓶，包括内胆11和紧贴内胆11并包裹在内胆 11上的轻质壳体10。其中，内胆11包括近似半球面的尾塞端封头21和瓶口端封头22。

尾塞端封头21的中心位置处焊接有向外伸出，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，方便对整个高压储氢气瓶的固定。

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，如图1所示，分界面两侧的内胆11(除开瓶口端221)和轻质壳体10的形状大小都相对于分界面对称。其中，内胆11连接在瓶口端封头22和尾塞端封头21之间的内胆筒体部分可以近似分为至少四个圆筒状的结构，把与封头部分(包括瓶口端封头22和尾塞端封头21)连接的圆筒结构称为第二圆筒，其长度为第二深度H2，与第二圆筒连接的圆筒结构称为第三圆筒，其长度为第三深度H3，第二圆筒和第三圆筒相对于分界面对称连接有相同的圆筒结构，即尾塞端封头21、第二圆筒、第三圆筒、第三圆筒、第二圆筒和瓶口端封头22依次连接形成了内胆11。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。

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，本方案生产出来的高压储氢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形状相匹配的囊状结构。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，为了使高压储氢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。

高压储氢气瓶的重容比大于0.28小于等于0.43。本实施例中，高压储氢气瓶的重容比为0.292。相比于现有技术，本实施例的高压储氢气瓶轻量化，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。

本实施例中的高压储氢气瓶，不仅能够在无人机上使用，也能在摩托车、野外露营等应用环境中进行使用。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，高压储氢气瓶具有瓶口端和用来封盖瓶口端的阀门 100。如图2所示，阀门100包括圆形的盖顶110以及与盖顶110一体成型成环状结构的盖壁112，在盖壁112上开孔，用来调节阀门100松紧度的旋钮120伸进到阀门100中。在盖壁112的下方一体成型连接有围罩130。在围罩130和盖壁112之间安装有盖底。盖底与盖顶110形状相同。旋钮120焊接有伸进盖顶110和盖底之间的螺杆。螺杆伸进阀门100的端部上连接有多个凸轮组成的凸轮组合，使转动旋钮120能够使盖顶110和盖底彼此靠近或者彼此远离，进而使盖底相对盖顶110上下沿着盖壁112上下移动。

盖底与盖壁112的接触位置上一体成型有向外的突起，盖壁112的内侧面上针对盖底的突起竖直开有多个与突起一一对应的凹槽，这样既方便盖底与盖壁112的连接，又方便多个突起沿着凹槽竖直滑动。

如图3所示，盖底的底面上安装有两个支撑座150，通过调节旋钮120，使盖底的支撑座150更加靠近储气瓶的瓶口端，用来加强盖底与储气瓶瓶口端的接触强度，起到密封瓶口端的作用。同时，因为调节旋钮，可以使阀门100中盖底与储气瓶瓶口端之间存在一定空间，达到调节储气瓶压力的作用。

围罩130倾斜布置，围罩130的顶端与盖壁112一体成型无缝连接，围罩130的底端密封焊接有用来与储气瓶轻质壳体粘接的密封圈132。当在使用阀门100时，将阀门100盖在储气瓶瓶口端部分时，通过调节旋钮120，使盖底与瓶口端接触，围罩130紧贴储气瓶的封头的曲面部分，而通过密封圈132能够使整个阀门100和储气瓶之间形成密封空间。

为了增加阀门100和储气瓶之间的密封性，在围罩130的内侧面上安装有与密封圈同样材质的密封条152。通过密封圈132和密封条152，能够使围罩130与储气瓶轻质壳体紧密连接。本实施例中密封圈132、密封条152以及支撑座150都采用具有一定粘黏性的软质材料，如橡胶、凝胶等。

此外，在围罩130的一侧上还焊接有连接腔140，连接腔140与围罩130之间有一个能够容纳气体的空间，连接腔140与围罩130之间通过一个气嘴连通。连接腔140的外侧开有供其他管道与气嘴连通的膨胀口142。气嘴结构为现有的，就是现在常用的储气瓶与其他用气机构连接的器件，在此不赘述。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于，在连接腔140内分割安装有密封的泄压腔，泄压腔内存储有氮气。泄压腔安装在围罩130和膨胀口142之间。若储气瓶发生泄漏的时候，打开泄压腔能够使氢气等可燃性气体在从膨胀口142漏出之前与氮气反应。泄压腔与围罩130之间的接触位置上开有用来使泄压腔与围罩130连通的气阀，气阀结构为现有的，打开这个气阀可以使泄压腔和围罩130内围起来的空间连通。直接在泄压腔内高压存储氮气，能够通过氢气和氮气的中和反应，有效减轻氢气泄漏带来的不利影响，避免出现爆炸事故。

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)

1.一种高压储氢气瓶，包括冲压拉深成型的内胆以及增强内胆的轻质壳体；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；所述内胆筒体为两端开口的筒状结构；所述内胆筒体的平均厚度小于等于1.5毫米。

2.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶，其特征在于：还包括阀门；所述阀门包括用来盖住瓶口端的帽体和用来调节帽体与瓶口端连接处的旋钮。

3.根据权利要求2所述的高压储氢气瓶，其特征在于：所述帽体包括盖顶和连接在盖顶底端的环形盖壁，所述盖壁内滑动连接有与盖顶相对的盖底；所述旋钮连接有穿过盖壁的螺杆；所述螺杆位于盖顶和盖壁之间，所述螺杆伸进帽体的一端上连接有凸轮组合。

4.根据权利要求3所述的高压储氢气瓶，其特征在于：所述盖壁的下端连接有围罩，所述围罩的形状与瓶口端封头的轮廓相匹配。

5.根据权利要求4所述的高压储氢气瓶，其特征在于：所述凸轮组合包括多个大小不同的凸轮。

6.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶，其特征在于：所述瓶口端设有用来封盖瓶口端的阀门，所述阀门内具有中空的泄压腔，所述泄压腔内存储有氮气。

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