CN214306472U - 一种储氢容器 - Google Patents

Abstract

本申请为一种储氢容器，属于高压氢气储存装置领域，它包括容器主体和形成于容器主体上的通气口，容器主体包括内胆，内胆具有内腔，通气口形成于内胆并与内腔连通；碳纤维层，碳纤维层由碳纤维缠绕于内胆形成；保护壳，保护壳包围于碳纤维层的外围，保护壳覆盖通气口之外的碳纤维层的区域；通过设置保护壳，并将保护壳包裹在碳纤维层的整体外围形成保护层，用于保护缠绕在内胆外的碳纤维不受损坏，防止储氢容器在使用或运输过程中与外界部件发生勾挂或磨损，保证碳纤维层不因外部因素导致缠绕强度降低而不满足高压储氢的要求。

Description

一种储氢容器

技术领域

本实用新型涉及高压氢气储存装置领域，尤其涉及一种储氢容器。

背景技术

目前，储氢罐制造普遍采用的是Ⅲ型和Ⅳ型，由于Ⅳ型储氢罐的抗氢脆腐蚀性能、安全性能优于目前的Ⅲ型储氢罐，因此，Ⅳ型储氢罐被广泛应用在目前的高压氢储存行业。Ⅳ型储氢罐是塑料内胆纤维缠绕瓶，塑料内胆抗氢脆腐蚀性能强，纤维缠绕用于增强塑料内胆的承压能力，故此Ⅳ型储氢罐结构更为简单、成本更低，成为引领高压储氢容器发展方向的新宠。然而，也正是因为Ⅳ型储氢罐塑料内胆外壁采用全纤维缠绕的方式，所以，纤维缠绕形成的纤维缠绕层被完全裸露在整个储氢罐的外部，由于纤维层质软又通过缠绕而形成，因此，在长时间使用或运输情况下，容易被外界部件勾挂或与外界部件发生磨损现象，进而发生纤维层刮破或纤维丝束起毛现象，久而久之，降低纤维层抗拉强度和缠绕强度，进而降低储氢罐的承压能力，使其不符合高压氢储存的要求。

实用新型内容

本申请是为了解决现有的储氢罐由于外部的纤维缠绕层裸露在整个储氢罐的外部，导致纤维层在长时间使用或运输的情况下被外界部件勾挂或与外界部件发生磨损的问题，进而导致纤维层刮破或纤维层发生纤维丝束起毛现象，久而久之，降低纤维层的抗拉强度和缠绕强度，使其不符合高压氢储存的要求，本申请设计一种储氢容器，其具体采用的技术方案为：

一种储氢容器，包括容器主体和形成于容器主体上的通气口，容器主体包括：

内胆，内胆具有内腔，通气口形成于内胆并与内腔连通；

碳纤维层，碳纤维层由碳纤维缠绕于内胆形成；

保护壳，保护壳包围于碳纤维层的外围，保护壳覆盖通气口之外的碳纤维层的区域。

优选的，上述保护壳为塑料壳。

优选的，保护壳通过吸塑工艺设置于碳纤维层的外围。

在一个实施例中，还包括：

玻璃纤维层，玻璃纤维层设置于碳纤维层与保护壳之间，玻璃纤维层由玻璃纤维缠绕于碳纤维层外围形成。

在一个实施例中，上述内胆为塑料内胆，还包括：

铝壳，铝壳设置于内胆与碳纤维层之间，碳纤维层由碳纤维缠绕于铝壳形成。

优选的，内胆通过滚塑或吹塑形成于铝壳的内壁。

优选的，铝壳内壁设有楔形槽或布满微孔，内胆通过滚塑或吹塑的方式形成于铝壳内壁的楔形槽内或微孔内。

优选的，玻璃纤维层与碳纤维层之间还埋设有应变片式传感器。

优选的，铝壳包括第一铝壳段、第二铝壳段和第三铝壳段，第二铝壳段为直筒段，第一铝壳段和第三铝壳段分别为弧形段，第一铝壳段和第三铝壳段与第二铝壳段的两端连接形成铝壳。

优选的，玻璃纤维与碳纤维之间埋设有应变片式传感器，应变片式传感器至少设置两个，其中一个应变片式传感器设置于第一铝壳段与第二铝壳段的连接处，另外一个应变片式传感器设置于第三铝壳段与第二铝壳段的连接处。

本实用新型采用上述技术方案，取得的技术效果为：

通过设置保护壳，并将保护壳包裹在碳纤维层的整体外围形成保护层，用于保护缠绕在内胆外的碳纤维不受损坏，防止储氢容器在使用或运输过程中与外界部件发生勾挂或磨损，保证碳纤维层不因外部因素导致缠绕强度降低而不满足高压储氢的要求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中I处的放大图。

图中，1、铝壳，101、第一铝壳段，102、第二铝壳段，103、第三铝壳段，2、楔形槽，3、内胆，4、碳纤维层，5、玻璃纤维层，6、保护壳，7、应变片式传感器，8、通气口。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本实用新型进行详细阐述。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明的限制。

如图1-2所示，本申请为一种储氢容器，具体为一种储氢罐，其包括容器主体和形成于容器主体上的通气口8，通气口8作为整个储氢罐的罐口，储氢罐内氢气的装入和泄出均是通过该通气口8实现的。

而本申请主要是对容器主体的改进，具体的，容器主体包括内胆3、碳纤维层4和保护壳6。

其中，内胆3可以为塑料内胆或金属内胆，例如铝内胆，该内胆3具有内腔，上述通气口8则是形成在内胆3上并与内腔连通。上述通气口8可以设置一个，也可以设置两个，当设置一个时，该通气口8既作为储氢罐的进气口，也作为储氢罐的泄气口；当设置两个时，其中一个通气口8可作为储氢罐的进气口，另一个可作为储氢罐的泄气口。

上述碳纤维层4是由碳纤维缠绕在内胆3的外壁形成，碳纤维层4缠绕除通气口8之外的内胆3外壁的所有区域。在本申请中，碳纤维层4是由碳纤维或碳纤维与其他材料形成的碳纤维复合材料，例如碳纤维与树脂组成的碳纤维复合材料，由于碳纤维树脂的抗拉强度在3500Mpa以上，对于储氢罐这种高压储氢容器而言，需要配备高抗拉强度的碳纤维树脂材料缠绕，因为碳纤维树脂的拉伸强度较高，所以储氢罐能够承受内部高压氢气的压力，减小爆破的可能性。

上述保护壳6包围在碳纤维层4的外围，其覆盖通气口8之外的所有碳纤维层4的区域，保护壳6能够保护缠绕在内胆3外的碳纤维不受损坏，防止储氢容器在使用或运输过程中与外界部件发生勾挂或磨损，保证碳纤维层4不因外部因素导致缠绕强度或抗拉强度降低而不满足高压储氢的要求。

进一步的，在一个实施例中，上述保护壳6设置为塑料壳，一则，塑料壳质轻，能够降低整个储氢罐的重量；二则，塑料壳容易加工和安装，在安装时能够通过自身的热胀冷缩性质设置在碳纤维层4的外围，增大保护壳6与碳纤维层4的贴合性。

进一步的，对于塑料壳在碳纤维层4外部的安装和固定具体是通过吸塑工艺设置在碳纤维层4的外围的，吸塑工艺是对塑料壳加热变软，采用真空吸附于碳纤维层4表面，最后冷却形成包裹在碳纤维层4外侧的保护壳6，塑料壳与碳纤维层4之间真空吸附，对于塑料壳而言，外侧在大气压下作用下压向碳纤维层4，将塑料壳牢牢贴附于碳纤维外侧，固定牢靠，不易开裂，同时，吸塑工艺还具有安装过程简单、表面平整度好，无需封边的优点。

在一个实施例中，储氢罐的容器主体除上述之外，还包括玻璃纤维层5。该玻璃纤维层5是由玻璃纤维缠绕在碳纤维层4外围形成，其设置在碳纤维层4与保护壳6之间，玻璃纤维层5具有良好的耐热性，更加适用于保护壳6为塑料壳以及该塑料壳通过吸塑的方式固定的工况，因为，塑料壳是通过加热变软、真空吸附的方式安装，为了防止温度较高的塑料壳影响内部的碳纤维层4，玻璃纤维层5的耐热性好，其可以降低碳纤维层4受温度较高的塑料壳的影响。

在一个实施例中，上述内胆3为塑料内胆，在此基础上，上述储氢罐的容器主体还包括一铝壳1，该铝壳1设置在内胆3与碳纤维层4之间，此处的碳纤维层4则是缠绕在铝壳1外壁形成碳纤维层4。铝壳1的存在能够弥补内胆3为塑料内胆所存在的不足，即铝壳1具有一定的刚性支撑性能，使得碳纤维树脂能够紧紧的缠绕在其外壁，相较于直接在内胆3上缠绕纤维层的方式，铝壳1能够承受一定的外部压力，不易变形，因此，可以在缠绕碳纤维树脂时，增加铝壳1与碳纤维树脂之间缠绕的预紧力，降低了缠绕的难度。

进一步的，上述塑料内胆通过滚塑或吹塑形成于铝壳1的内壁，铝壳1不仅能够作为滚塑或吹塑的塑料内胆的模具，使得内胆3直接在其内壁滚塑或吹塑成型，在加工容器主体时，减少了中间转运塑料内胆环节，增强了内胆3与铝壳1之间的结合性，在储氢罐泄压时，降低塑料内胆与铝壳1之间发生剥离现象的可能，泄压耐久性好，降低传统的Ⅳ型储氢罐出现塑料内胆与碳纤维层4剥离的现象的可能，因为，储氢罐在泄压时，塑料内胆与铝壳1的收缩速度不同导致两者之间的出现轻微剥离现象，或者还可能因为塑料的热胀冷缩比大于铝的热胀冷缩比，在储氢罐受热时，塑料热胀大于铝壳1的热胀，因此，利用铝壳1对塑料内胆进行刚性支撑和作为骨架能够阻碍塑料发生过热胀，提高整个复合储氢罐的稳定性。

进一步的，为了增强塑料内胆与铝壳1之间的结合性，在铝壳1内壁设有楔形槽2，该楔形槽2布满整个铝壳1的内壁，楔形槽2的槽口朝向各有不同，在通过滚塑或吹塑的方式形成塑料内胆的过程中，由于热塑料的变形或者塑料的流动性能，塑料会渗入楔形槽2内并充满整个楔形槽2，待塑料冷却后，塑料内胆便于铝壳1形成连接，增强内胆3与铝壳1的结合力度，因为，塑料冷缩系数大于铝壳1的冷缩系数，塑料内胆的冷缩速度一般快于铝壳1的冷缩速度，这难免会造成塑料内胆会与铝壳1发生轻微剥离，而楔形槽2恰恰能够起到铝壳1与塑料内胆的连接作用，避免塑料内胆与铝壳1在不同的热胀冷缩速度下产生的轻微剥离，使其之间牢牢结合，提高了结合强度。

或者，在一个实施例中，上述楔形槽2也可以通过在铝壳1内壁通过喷砂工艺在铝壳1内壁形成微孔来代替(此处微孔肉眼几乎很难看到)，同样的，通过滚塑或吹塑的方式形成塑料内胆的过程中，热塑料会渗入微孔内与铝壳1形成连接，来增强与铝壳1的结合力度。

进一步的，为了实时监测到储氢罐的内部压力导致的铝壳1变形情况，在玻璃纤维层5与碳纤维层4之间还埋设有应变片式传感器7，该应变片式传感器7能够在铝壳1受到内部高压氢的压力作用或泄压时发生变形时，其上的电阻值发生变化，从而实时得知铝壳1的变形情况。

进一步的，为了方便加工，上述铝壳1的结构具体的包括第一铝壳段101、第二铝壳段102和第三铝壳段103。

其中，第二铝壳段102为直筒段，第一铝壳段101和第三铝壳段103分别为弧形段，第一铝壳段101和第三铝壳段103与第二铝壳段102的两端焊接形成铝壳1。通过分段方式的加工，可以直接在加床上对铝壳1内壁的楔形槽2加工，加工工艺简单；另外分段方式的加工原材料提供方便，可以将现成的铝管切割为三部分，然后焊接，也可以利用多来铝板先加工成多个铝管段然后再焊接的方式。

进一步的，在一个实施例中，上述应变片式传感器7至少设置两个，在本申请中应变片式传感器7设置四个，其中两个应变片式传感器7设置于第一铝壳段101与第二铝壳段102的连接处，此处的两个应变片式传感器7在储氢罐的周向方向上间隔设置，另外两个应变片式传感器7设置于第三铝壳段103与第二铝壳段102的连接处，该处两个应变片式传感器7在储氢罐的周向方向上间隔设置。因为，铝壳1在反复受到内部高压氢的压力作用和泄压的过程中，其压力变形最大可能发生的位置则位于第一铝壳段101与第二铝壳段102的连接处和第三铝壳段103和第二铝壳段102的连接处，所以，这两处对于铝壳1变形最为敏感，因此主要将应变片式传感器7放置在此位置是最快也最准确的获得铝壳1变形的信号。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种储氢容器，包括容器主体和形成于所述容器主体上的通气口，其特征在于，所述容器主体包括：

内胆，所述内胆具有内腔，所述通气口形成于所述内胆并与所述内腔连通；

碳纤维层，所述碳纤维层由碳纤维缠绕于所述内胆形成；

保护壳，所述保护壳包围于所述碳纤维层的外围，所述保护壳覆盖所述通气口之外的所有碳纤维层的区域。

2.根据权利要求1所述的一种储氢容器，其特征在于，所述保护壳为塑料壳。

3.根据权利要求2所述的一种储氢容器，其特征在于，所述保护壳通过吸塑工艺设置于所述碳纤维层的外围。

4.根据权利要求2或3所述的一种储氢容器，其特征在于，还包括：

玻璃纤维层，所述玻璃纤维层设置于所述碳纤维层与所述保护壳之间，所述玻璃纤维层由玻璃纤维缠绕于所述碳纤维层外围形成。

5.根据权利要求4所述的一种储氢容器，其特征在于，所述内胆为塑料内胆，还包括：

铝壳，所述铝壳设置于所述内胆与所述碳纤维层之间，所述碳纤维层由碳纤维缠绕于所述铝壳形成。

6.根据权利要求5所述的一种储氢容器，其特征在于，所述内胆通过滚塑或吹塑形成于所述铝壳的内壁。

7.根据权利要求6所述的一种储氢容器，其特征在于，所述铝壳内壁设有楔形槽或布满微孔，所述内胆通过滚塑或吹塑的方式形成于所述铝壳内壁的所述楔形槽内或微孔内。

8.根据权利要求4所述的一种储氢容器，其特征在于，所述玻璃纤维层与所述碳纤维层之间还埋设有应变片式传感器。

9.根据权利要求5所述的一种储氢容器，其特征在于，所述铝壳包括第一铝壳段、第二铝壳段和第三铝壳段，所述第二铝壳段为直筒段，所述第一铝壳段和所述第三铝壳段分别为弧形段，所述第一铝壳段和所述第三铝壳段与所述第二铝壳段的两端连接形成所述铝壳。

10.根据权利要求9所述的一种储氢容器，其特征在于，所述玻璃纤维与所述碳纤维之间埋设有应变片式传感器，所述应变片式传感器至少设置两个，其中一个所述应变片式传感器设置于所述第一铝壳段与所述第二铝壳段的连接处，另外一个所述应变片式传感器设置于所述第三铝壳段与所述第二铝壳段的连接处。

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