CN219571604U - 一种ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，包括塑料内胆、金属瓶口、与金属瓶口连接的转接头；金属瓶口包括瓶口体、连接于瓶口体内端的内嵌底盘，在内嵌底盘端面从内往外设置有多个环形凹槽，在内嵌底盘的边缘环形间隔设有多个环向凹槽；塑料内胆端部设有嵌套于瓶口体内端内的胆口体、用于嵌套内嵌底盘的内嵌环槽，内嵌环槽设有与环形凹槽卡合的环形凸台、与环向凹槽卡合的环向凸台；提高了金属瓶口与塑料内胆之间的内嵌结合强度和可靠性，避免成型过程及成型后金属瓶口与塑料内胆之间的相对滑移和转动，能有效减少后期缠绕层在塑料内胆端部位置的受力集中，防止金属瓶口在承载时飞出，提高转接头与气瓶连接时的气密性。

Description

一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构

技术领域

本实用新型涉及压力容器及氢能源技术领域，特别涉及一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构。

背景技术

氢能源汽车的普及应用是实现“碳中和”的重要途径，储氢技术是发展新能源汽车的关键。传统金属内衬的III型气瓶开发及其应用技术在我国日趋成熟，但是这种气瓶存在明显的氢脆效应和疲劳性能差等缺点，使其在车载储氢气瓶的应用上存在巨大阻碍。近些年来逐渐发展起来的以塑料为内衬的IV型气瓶，为提高车载气瓶储氢密度、疲劳性能和氢气阻隔性能提供了一种可行的思路。为提高整体刚度，IV型气瓶塑料内胆的两端通常使用金属瓶口技术，以满足后续缠绕工艺中的内胆固定问题。由于金属瓶口与塑料内胆的材质存在明显差异，因此二者的界面连接质量成为决定气瓶气密性的关键。此外气瓶在充放气过程中塑料封头会产生微量形变，导致其与金属瓶口之间产生缝隙，容易出现氢气泄露等问题，存在较大的安全隐患。

检索发现，专利号为CN115405849A公开一种IV型储氢气瓶端部密封结构及其制备方法，密封结构主要包括金属内外瓶口、塑料内胆以及若干密封圈，其中金属内瓶口采用一体成型的方式预埋在塑料内胆中，金属外瓶口通过螺纹与金属内瓶口固定在一起并紧贴塑料内胆，密封圈套装在金属外瓶口与塑料内胆之间的环形凹槽中并被金属外瓶口压紧，由此实现气瓶内胆端部的增强和密封。此技术将瓶口设计成两个部分，虽然设计了密封条，但在气瓶充压放压过程中，会在接触位置产生缝隙导致气体渗漏，同时该结构的金属瓶口分成了两段，增加了转接头与外部连接的难度。

专利号为CN113464832A公开了一种气瓶瓶口结构、高密封性的储氢气瓶及其制造方法，该瓶口密封结构包括金属瓶口、塑料封头和紧固件，其中紧固件包括连接部和第一凸缘，在第一凸缘的前端面设置有带第一密封圈的密封槽；金属瓶口由颈部和第二凸缘构成，并且第二凸缘设有若干环形槽，在第二凸缘的前端设有若干缺口；通过注塑形成填充各缺口和各环形槽并包裹住第二凸缘和颈部后段的塑料封头后，紧固件旋紧于内螺纹段中。该方案中气体密封主要通过紧固件上的密封圈实现，然而安装紧固件时需从气瓶内胆中旋入，增加了制造和安装的难度，且在使用过程中容易因为紧固件与内胆之间充压放压导致产生间隙使密封圈失效，同时金属瓶口形状容易使缠绕层发生应力集中，导致瓶口飞出。

专利号为CN113188039A公开了一种塑料内胆复合气瓶接头，该接头包括接头本体和密封圈，在接头本体的一端设有环形安装槽，所述安装槽设于接头本体内、外侧壁之间，安装槽用于容置气瓶内胆的瓶口并与气瓶内胆的瓶口内外侧壁均密封接触固定连接，密封圈套设在接头本体内壁上。该技术公开的复合气瓶接头结构较为复杂，涉及外部、中间和内部三种安装筒，且各安装头与塑料内胆之间无密封装置，存在泄露的风险。

类似的产品还包括CN215061274U、CN214405590U、CN113775926A等，这些密封结构大多设置了大量密封圈、密封槽、密封台阶等结构，无论是结构复杂程度还是生产制造成本、装配难度都大幅增加，而且瓶口位置都未考虑缠绕层受力，容易导致瓶口飞出。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构、Ⅳ型气瓶制备方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本实用新型提供一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其包括：塑料内胆、通过注塑一体成型于塑料内胆端部的金属瓶口、与金属瓶口连接的转接头；

所述金属瓶口包括管状的瓶口体、连接于瓶口体内端外周且往外延伸的内嵌底盘，在所述内嵌底盘端面从内往外设置有多个环形凹槽，在所述内嵌底盘的边缘环形间隔设有多个环向凹槽；

所述塑料内胆端部设有嵌套于瓶口体内端内的胆口体、用于嵌套所述内嵌底盘的内嵌环槽，所述内嵌环槽设有与环形凹槽卡合的环形凸台、与环向凹槽卡合的环向凸台；

所述转接头的内端与胆口体内周密封套接。

本实用新型的有益效果是：在生产制造时，金属瓶口与塑料内胆通过注塑成型工艺一体成型，其中金属瓶口内端的内嵌底盘嵌套在塑料内胆端部的内嵌环槽，在内嵌底盘与内嵌环槽之间设置了多个环形凹槽与多个环形凸台卡合，在注塑工艺一体成型时，环形凹槽被熔融的塑料填充保证金属瓶口与塑料内胆之间紧密结合，以及设置多个环向凹槽与多个环向凸台卡合，提高金属瓶口与塑料内胆之间的环向结合度，也就是说提高了金属瓶口与塑料内胆之间的内嵌结合强度和可靠性，避免成型过程及成型后金属瓶口与塑料内胆之间的相对滑移和转动，同时内嵌底盘整体包裹住大部分的塑料内胆的端部位置，能有效减少后期缠绕层在塑料内胆端部位置的受力集中，防止金属瓶口在承载时飞出，在使用时，转接头的内端从金属瓶口伸入至胆口体内，并与胆口体密封套接，金属瓶口只对转接头进行连接固定的作用，转接头主要与胆口体进行密封，提高转接头与气瓶连接时的气密性。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述转接头的内端外周设有套装有内密封圈的密封槽，所述转接头通过内密封圈与胆口体内周壁密封接触。

本方案为了提高转接头与胆口体连接时的气密性，设置了内密封圈，这些内密封圈与胆口体直接接触，并且还设置了密封槽来对内密封圈进行限位安装，在使用时，直接套在密封槽上，之后转接头再套入胆口体内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述转接头的内端为阶梯台结构，在每一级阶梯的外周均设有所述密封槽。

为了进一步提高转接头与胆口体之间的密封性，本方案中的转接头通过阶梯台结构的内端套入胆口体中，对应地胆口体的内孔也采用阶梯孔结构，在每一级阶梯外周均套设有内密封圈，这样可实现多级并且不再同一轴面上的密封。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述瓶口体内周凸设有环形卡台，所述胆口体的外周设有与环形卡台套合的环形卡槽，所述环形卡台的位置与内密封圈位置对应。

本方案在胆口体与瓶口体之间设置了环形卡台与环形卡槽套合的结构，这样可使得金属瓶口与塑料内胆成型结合后该处位置的内胆材料不易发生变形，当转接头安装完成后，内密封圈挤压胆口体和环形卡台，提高整体的密封性能。

作为上述技术方案的进一步改进，所述环形卡台和环形卡槽的数量均有多个。这样可进一步提高胆口体与瓶口体成型结合的牢固性。

作为上述技术方案的进一步改进，所述瓶口体的外端口设有内螺纹，所述转接头外周设有与内螺纹螺纹配合的内接螺纹。

转接头通过内接螺纹与瓶口体内的内螺纹螺纹配合，以实现转接头的固定。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述转接头的外周设有外六角头，所述转接头外端设有外接螺纹。外六角头的设置方便转接头的拆装，在使用时，转接头通过外接螺纹与外部压力装置或阀门连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述转接头外周设置有密封台阶，所述密封台阶通过外密封圈与瓶口体外端密封抵触。

为了进一步提高转接头安装的密封性，转接头还通过密封台阶将外密封圈密封压紧在瓶口体的外端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述瓶口体外周削切有操作平台面。为了便于转接头旋动，在拧动转接头时，另一作用力作用在瓶口体上，而无需直接作用在塑料内胆上，操作平台面可便于对瓶口体的夹紧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述内嵌底盘为圆弧球面状，所述内嵌底盘的外径达到塑料内胆直径的60％～80％，这样金属瓶口的设计直径更大，给气瓶扩孔缠绕更多设计空间，有效避免缠绕层剪切作用破坏。

本实用新型还提供一种搭载有上述的密封结构的内胆制备方法，具体如下：

S1、原材料预处理：将颗粒状高密度聚乙烯或尼龙原料置于烘箱中干燥后的原料加入到注塑机；

S2、Ⅳ型气瓶内胆注塑成型：将上述的金属瓶口固定在模具的对应位置，将原料熔融后注入模腔并充分填充金属瓶口的各个凹槽、缺口以及模腔中，等待冷却，随后取出得到半边内胆；按照同样的方法成型另一半边内胆；

S3、塑料内胆焊接：将上述半边内胆的表面清理干净，然后将半边内胆放在烘箱中进行干燥，将两个半边内胆呈相对放置在焊接机上，将两个半边内胆接口端面推至加热板的两侧，进行加热并匀速旋转半边内胆，端部温度达到材料熔点后，取出加热板并推进两个半边内胆相互靠近，使两个半边内胆的接口充分压紧，接口隆起1±0.2mm，等候气瓶冷却，表面温度在50℃时取出，以得到气瓶内胆；

S4、将转接头对准金属瓶口拧紧即可。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明；

图1是本实用新型所提供的Ⅳ型气瓶，其一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型所提供的Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其一实施例的分解图；

图3是本实用新型所提供的Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其一实施例的剖面图；

图4是本实用新型所提供的转接头，其一实施例的示意图；

图5是本实用新型所提供的金属瓶口，其一实施例的示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本实用新型的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1～图5，本实用新型的Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构作出如下实施例：

如图1所示的一种Ⅳ型气瓶，Ⅳ型气瓶的两端均设有瓶口，在气瓶瓶口有设置本技术的密封结构，并且左右两端的密封结构相同，为了进一步说明问题，接下来以任意一侧为例进行详细介绍。

本实施例的密封结构包括塑料内胆100、金属瓶口200和为金属构件的转接头300。

如图2和图3所示，其中金属瓶口200通过注塑工艺成型预制在塑料内胆100的端部，具体地：如图5所示，金属瓶口200包括瓶口体210和内嵌底盘220，瓶口体210为管状结构，内嵌底盘220为圆环盘状结构，内嵌底盘220同轴连接在瓶口体210的内端外周，内嵌底盘220呈往外四周延伸设置。

而塑料内胆100的端部设有胆口体110和内嵌环槽120，其中胆口体110连通塑料内胆100内部，而内嵌环槽120镂空设置于胆口体110四周的塑料内胆100的壁体内，胆口体110和内嵌环槽120之间设有供瓶口体210穿过的环形间隙，内嵌底盘220嵌套在内嵌环槽120内，胆口体110就嵌套在瓶口体210的内端内。

在使用时，转接头300由外往内伸入瓶口体210，转接头300的内端就密封接在胆口体110，转接头300设置有用于内部介质流通的通道370。

为了加强金属瓶口200与塑料内胆100之间的结合度，如图3和图5所示，在所述内嵌底盘220的底部端面设有多个环形凹槽221，多个环形凹槽221从内往外依次间隔套设设置，在所述内嵌底盘220的边缘设置有多个环向凹槽222，多个环向凹槽222呈环形间隔排列设置，而在内嵌环槽120内设置有多个环形凸台121，多个环形凸台121也是从内往外依次间隔套设设置，环形凸台121与环形凹槽221一一对应地卡合，内嵌环槽120的四周设置有多个环向凸台122，多个环向凸台122也呈环形间隔排列设置，环向凸台122与环向凹槽222一一对应地卡合。

这样一来在注塑工艺一体成型时，环形凹槽221和环向凹槽222被熔融的塑料填充保证金属瓶口200与塑料内胆100之间紧密结合，提高金属瓶口200与塑料内胆100之间的环向结合度，也就是说提高了金属瓶口200与塑料内胆100之间的内嵌结合强度和可靠性，避免成型过程及成型后金属瓶口200与塑料内胆100之间的相对滑移和转动。

其中环形凸台121与环形凹槽221的数量为3～6个，而环向凸台122与环向凹槽222的数量为12～16个。

同时内嵌底盘220整体包裹住大部分的塑料内胆100的端部位置，能有效减少后期缠绕层在塑料内胆100端部位置的受力集中，防止金属瓶口200在承载时飞出，本实施例的内嵌底盘220的最大外径可达到所述塑料内胆100直径的60％～80％。

进一步地，在所述瓶口体210的内周壁设置有环形卡台211，在所述胆口体110的外周壁设置有环形卡槽111，环形卡台211与环形卡槽111套合，这样可使得金属瓶口200与塑料内胆100成型结合后该处位置的内胆材料不易发生变形，能提供更好的气密性。

其中环形卡槽111和环形卡台211的数量可设置多个，本实施例的环形卡槽111和环形卡台211设置有两个。

如图3和图4所示，本实施例的转接头300的内端外周设置有密封槽310，密封槽310套有内密封圈311，在所述转接头300安装时，转接头300的内端通过内密封圈311与胆口体110的内周壁实现密封套接，这些内密封圈311与胆口体110直接接触，并且还设置了密封槽310来对内密封圈311进行限位安装，在使用时，直接套在密封槽310上，之后转接头300再套入胆口体110内。

为了进一步提高转接头300与胆口体110之间的密封性，所述转接头300的内端采用阶梯台结构，对应地胆口体110的内孔也采用阶梯孔结构，在每一级阶梯外周均套设有内密封圈311，这样可实现多级并且不再同一轴面上的密封。

此外，所述环形卡台211的位置与内密封圈311的位置一一对应，当转接头300安装完成后，内密封圈311挤压胆口体110和环形卡台211，提高整体的密封性能。

密封槽310的尺寸根据《GB/T 3452.3-2005液压气动用O形橡胶密封圈、沟槽尺寸》进行确定，O形圈材质选自丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸脂橡胶、天然橡胶、聚氨脂橡胶中的任意一种，推荐一种以过氧化氢用做硫化剂的硫化三元乙丙或氟橡胶(非氢介质)，硬度邵氏A90±5。

在所述瓶口体210的外端口设置有内螺纹212，所述转接头300的外周设置有内接螺纹320，转接头300通过内接螺纹320与瓶口体210内的内螺纹212螺纹配合，以实现转接头300的固定。

在所述转接头300的外周设置有外六角头330，所述转接头300外端设置有外接螺纹340，外六角头330的设置方便转接头300的拆装，在使用时，转接头300通过外接螺纹340与外部压力装置或阀门连接。

为了进一步提高转接头300安装的密封性，所述转接头300的外周设有密封台阶350，所述密封台阶350通过外密封圈360与瓶口体210外端密封抵触。

以及所述瓶口体210外周削切出操作平台面213，为了便于转接头300旋动，在拧动转接头300时，另一作用力作用在瓶口体210上，而无需直接作用在塑料内胆100上，操作平台面213可便于对瓶口体210的夹紧。

本实施例的所述内嵌底盘220采用圆弧球面状。

其中塑料内胆100可选用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙(PA)及其他通用塑料或工程塑料中的任意一种，金属瓶口200和转接头300一般选用、铁、铝、钢或其合金中的一种加工制成，推荐一种金属瓶口200使用6061铝加工制成，推荐一种转接头300选用40CR加工制成。

推荐金属瓶口200与塑料内胆100之间，使用注塑成型后焊接或注塑成型后滚塑制备，该制备方法用于储氢气瓶具有更好的结构密封性和疲劳性能，用于成型的塑料颗粒在使用前需置于55-65℃下充分烘干，防止注塑时的水汽导致塑料内胆100中出现孔洞等缺陷。

本实施例还提供一种搭载有上述端部及转接头密封结构的内胆制备工艺方法，具体如下：

S1、原材料预处理：将颗粒状高密度聚乙烯或尼龙原料置于烘箱中，加热到60±2℃下烘1±0.2小时，尽可能除去水份，干燥后的原料加入到注塑机中准备成型；

S2、Ⅳ型气瓶内胆注塑成型：将上述的金属瓶口200固定在模具的对应位置，启动滚塑机，将原料熔融后注入模腔并充分填充金属瓶口200的各个凹槽、缺口以及模腔中，等待冷却，随后取出得到半边内胆；按照同样的方法成型另一半内胆。

S3、塑料内胆焊接：将上述半边内胆的表面清理干净，半边内胆的接口无灰尘杂质，然后将半边内胆放在烘箱中60±2℃下烘1±0.2小时，去除表面水分，将半边内胆放置在焊接机上，使半边内胆端口位置平行，将半边内胆端面推至与加热板约3±0.5mm左右位置，开启加热板，匀速旋转半边内胆，边加热边测试接口温度，加热180S左右，端部温度达到材料熔点后，取出加热板并推进两个半边内胆，使两个半边内胆的接口充分压紧，接口隆起1±0.2mm左右，等候气瓶冷却约3min，监测表面温度，约50℃时取出，得到焊接后气瓶内胆；

S4、将密封圈套在转接头300上，再将转接头300对准金属瓶口200拧紧即可。

与现有同类气瓶产品相比，按照本实用新型方法制得的气瓶内胆具有结构简单、生产装配容易、结构强度高等优点，提高了气瓶的整体安全性、可靠性、耐久性。

以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：其包括：塑料内胆(100)、通过注塑一体成型于塑料内胆(100)端部的金属瓶口(200)、与金属瓶口(200)连接的转接头(300)；

所述金属瓶口(200)包括管状的瓶口体(210)、连接于瓶口体(210)内端外周且往外延伸的内嵌底盘(220)，在所述内嵌底盘(220)端面从内往外设置有多个环形凹槽(221)，在所述内嵌底盘(220)的边缘环形间隔设有多个环向凹槽(222)；

所述塑料内胆(100)端部设有嵌套于瓶口体(210)内端内的胆口体(110)、用于嵌套所述内嵌底盘(220)的内嵌环槽(120)，所述内嵌环槽(120)设有与环形凹槽(221)卡合的环形凸台(121)、与环向凹槽(222)卡合的环向凸台(122)；

所述转接头(300)的内端与胆口体(110)内周密封套接。

2.根据权利要求1所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

在所述转接头(300)的内端外周设有套装有内密封圈(311)的密封槽(310)，所述转接头(300)通过内密封圈(311)与胆口体(110)内周壁密封接触。

3.根据权利要求2所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

所述转接头(300)的内端为阶梯台结构，在每一级阶梯的外周均设有所述密封槽(310)。

4.根据权利要求2所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

在所述瓶口体(210)内周凸设有环形卡台(211)，所述胆口体(110)的外周设有与环形卡台(211)套合的环形卡槽(111)，所述环形卡台(211)的位置与内密封圈(311)位置对应。

5.根据权利要求4所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

所述环形卡台(211)和环形卡槽(111)的数量均有多个。

6.根据权利要求1所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

所述瓶口体(210)的外端口设有内螺纹(212)，所述转接头(300)外周设有与内螺纹(212)螺纹配合的内接螺纹(320)。

7.根据权利要求6所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

在所述转接头(300)的外周设有外六角头(330)，所述转接头(300)外端设有外接螺纹(340)。

8.根据权利要求6所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

所述转接头(300)外周设置有密封台阶(350)，所述密封台阶(350)通过外密封圈(360)与瓶口体(210)外端密封抵触。

9.根据权利要求7所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

所述瓶口体(210)外周削切出操作平台面(213)，所述内嵌底盘(220)采用圆弧球面状。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种Ⅳ型气瓶端部及转接头密封结构，其特征在于：

所述内嵌底盘(220)的外径达到塑料内胆(100)直径的60％～80％。