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CN108131555B - 一种设置有密封结构的高压复合容器 - Google Patents

一种设置有密封结构的高压复合容器 Download PDF

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CN108131555B
CN108131555B CN201711494393.6A CN201711494393A CN108131555B CN 108131555 B CN108131555 B CN 108131555B CN 201711494393 A CN201711494393 A CN 201711494393A CN 108131555 B CN108131555 B CN 108131555B
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Yapp Automotive Parts Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种设置有密封结构的高压复合容器，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；所述颈部件在塑料内胆成型后进行安装，在容器开口区域设置在容器颈部上，采用外部装配的方式安装于塑料内胆开口处；所述颈部件在塑料内胆成型后进行安装，在容器开口区域设置在容器颈部上，采用外部装配的方式安装于塑料内胆开口处，由此不需要复杂的方式来对使塑料内胆相对于颈部件或者颈部件相对于塑料内胆密封，所述塑料内胆与颈部件之间设计有密封结构，保证了容器的密封性能。

Description

一种设置有密封结构的高压复合容器
技术领域
本发明涉及一种复合容器，具体涉及一种设置有密封结构的高压复合容器，属于油箱结构部件技术领域。
背景技术
大部分出租车改装压缩天然气(CNG)以代替燃油，一般CNG高压气瓶的工作压力为20MPa；部分车辆生产制造商已推广CNG或CNG与燃油混用的车辆，如奥迪、通用等。采用了氢燃料电池汽车也是当前的热点，储氢高压气瓶的工作压力一般为35MPa、70MPa，且70MPa的IV型瓶(高压塑料内胆复合容器)是当前的研发热点。除了车用，高压气瓶在其他领域也得到充分的应用，例如欧洲的部分液化石油气采用塑料内胆复合容器(工作压力2MPa)。大量的高压容器在日常生活中得到广泛使用，传统的纯金属或金属内衬复合容器存在重量偏大的问题，不易运输；且存储压力越高，金属内胆生产工艺越复杂，成本越高，还存在被高压气体腐蚀的风险。为了满足轻量化的要求，高压塑料内胆复合容器产生，因为塑料的特性，该类产品具备耐腐蚀、耐疲劳等优越性能，主要生产厂商为丰田、Hexagon(挪威)、Quantum(美国)等。相对于纯金属或金属内衬复合容器，高压塑料内胆复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆与金属端头的材料不同，在反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降。
鉴于现状，金属端头与塑料内胆的连接成为了研究的热点与难点。图9所示为一个高压塑料内胆复合容器，金属端头1安装在塑料内胆2上，之后通过纤维复合材料层3进行缠绕包裹形成。图10对端面的密封结构进行说明：金属端头1与塑料内胆的大面接触在工艺上是不可行的，即使可行成本也是高昂的；该结构未考虑金属端头1与塑料内胆2轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内胆的内压不断改变的充压，会导致金属端头1及塑料内胆连接处产生缝隙引起泄漏；该结构未考虑瓶口承受安装扭矩时的限位，安装后导致金属端头1与复合层3的结合强度降低；该结构中压缩气体的逃逸路径P较短，会增加压缩气体逃逸的风险，尤其是小分子气体氢气、氦气；因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种设置有密封结构的高压复合容器，该技术方案设计巧妙、结构紧凑，所述颈部件在塑料内胆成型后进行安装，在容器开口区域设置在容器颈部上，采用外部装配的方式安装于塑料内胆开口处，由此不需要复杂的方式来对使塑料内胆相对于颈部件或者颈部件相对于塑料内胆密封，所述塑料内胆与颈部件之间设计有密封结构，保证了容器的密封性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；所述颈部件在塑料内胆成型后进行安装，在容器开口区域设置在容器颈部上，采用外部装配的方式安装于塑料内胆开口处。由此不需要复杂的方式来对使塑料内胆相对于颈部件或者颈部件相对于塑料内胆密封。所述塑料内胆与颈部件之间设计有密封结构，保证了容器的密封性能。颈部件优选由金属制成，可以考虑使用铝合金等金属材料，所述颈部件设有用于连接阀门等附件的螺纹结构，以螺纹密封的形式保证颈部件与阀门间的密封性，所述螺纹结构可以设于颈部件端头内侧即内螺纹，也可设于颈部件端头外侧即为外螺纹。颈部件也可被称作为连接件或金属端头，其外形类似于一种法兰结构，其底面压于塑料内胆外表面，因此由于颈部件与塑料内胆的配合关系，两者的外形特征具有相关性
作为本发明的一种改进，所述压力容器的塑料内胆通过挤出吹塑成型获得，塑料内胆定型后，再将颈部件与其进行连接，即采用外装的方式，两者的相互连接可以考虑使用焊接、螺纹连接等方式。所述塑料内胆与颈部件外部包围纤维支承罩，增加容器强度的同时强化了塑料内胆与颈部件的连接。压力容器优先选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。作为用于塑料内胆2的材料，考虑采用尼龙、HDPE、PP、POM、聚酯或类似物。
作为本发明的一种改进，所述塑料内胆可以考虑采用多层结构，例如，塑料内胆由三层结构构成，分别是塑料内胆内层、塑料内胆中间阻隔层以及塑料内胆外层，通过多层共挤的方式实现制造。纤维支承罩可以由碳纤维、玻璃纤维或类似物构成。优先选用以树脂浸润的纤维或丝线来对塑料内胆进行缠绕制造纤维支承罩。
作为本发明的一种改进，塑料内胆与颈部件直接装配，塑料内胆端口外表面设有两道周向凹槽，用于放置密封圈，装配时颈部件内表面压紧密封圈使密封圈产生一定的压缩量，这样颈部件和套环之间就可以通过密封圈形成了密封效果。同时在塑料内胆端口内侧装配有嵌件，嵌件相对于塑料内胆通过过盈配合的方式安装。特别有利的是，装配于塑料内胆开口内侧的嵌件和装配于开口外侧的颈部件同时反方向作用于塑料内胆，相互挤压，增强了接口强度和容器密封性能，同时由于塑料内胆端口在装配颈部件时受压，内侧使用嵌件支承可以防止口径变小密封性能降低。嵌件材料优先选择由金属制成，也可选用具有较高强度和结构稳定性的塑料制成。在塑料内胆表面设有凸台，颈部件表面设有通孔，两者相互配合，防止颈部件相对于塑料内胆或者塑料内胆相对于颈部件发生相对转动。在颈部件外侧设有螺纹，此外螺纹用于安装阀门等附件，以螺纹密封的形式防止容器内气体的泄露。通过在塑料内胆与颈部件的装配面之间设置密封圈，使得潜在的气体逃逸泄露路径被有效的密封，颈部件和内胆形成了有效的密封效果，也就是整个内胆总成形成了有效的密封整体。
作为本发明的一种改进，塑料内胆与颈部件之间采用螺纹连接，在塑料内胆吹塑成型时在开口外侧形成螺纹特征，同时在颈部件底部设有凹槽，凹槽侧面有螺纹，两者相互配合使塑料内胆和颈部件连接。颈部件的内孔设有螺纹用于安装阀门等附件。在塑料内胆开口表面设有两道放置密封圈的凹槽，凹槽用于放置密封圈，在通过螺纹装配颈部件时，颈部件压紧密封圈使密封圈产生一定的压缩量，这样颈部件与塑料内胆之间就通过密封圈形成了密封效果。此种方式可以极大的增强塑料内胆与颈部件的密封性，通过在塑料内胆与颈部件的接触面之间设置密封圈，使得潜在的气体逃逸泄露路径被有效的密封，颈部件和内胆形成了有效的密封效果，也就是整个内胆总成形成了有效的密封整体。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案提出的高压容器的密封结构，在塑料内胆吹塑成型后从外部装入颈部件，以螺纹连接或过盈配合的方式实现两者的连接，在装配面之间加入密封圈增强了容器密封性能，同时以外部缠绕的高强度纤维材料增强了结构的稳定性。该方案通过较为简单的结构实现了压力容器端口的高效密封，简化工序降低了生产制造成本的同时保证了密封的有效性。
附图说明
图1为实施例4的压力容器局部视图，
图2为实施例5的压力容器局部视图，
图3为实施例4的压力容器纵向剖面视图，
图4为实施例5的压力容器纵向剖面视图，
图5为图3局部剖视结构示意图；
图6为图5中标记区域的局部放大视图，
图7为图4局部剖视结构示意图；
图8为图7中标记区域的局部放大视图；
图9为现有技术压缩容器结构示意图；
图10为现有技术密封结构示意图。
图中：1、压力容器，2、塑料内胆，3、纤维支承罩，4、颈部件，5、嵌件，6、塑料内胆内层，7、塑料内胆阻隔层，8、塑料内胆外层，9、密封圈，10、凹槽，11、外螺纹，12、凸台，13、通孔，14、拐角，15、第一密封圈，16、第二密封圈，17、第一凹槽，18、内螺纹，19、第二凹槽，20、连接螺纹，21、凹弧面，22、颈部件底面，23、塑料内胆端面，24、塑料内胆端面台阶。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1—图8,一种设置有密封结构的高压复合容器，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；所述颈部件在塑料内胆成型后进行安装，在容器开口区域设置在容器颈部上，采用外部装配的方式安装于塑料内胆开口处。由此不需要复杂的方式来对使塑料内胆相对于颈部件或者颈部件相对于塑料内胆密封。所诉塑料内胆与颈部件之间设计有密封结构，保证了容器的密封性能。
实施例2：作为本发明的一种改进，附图中图1和图2中所示的压力容器1优先选用挤出吹塑成型获得塑料内胆2，所述塑料内胆2由增强纤维构成的纤维支承罩3包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。作为用于塑料内胆2的材料，考虑采用尼龙、HDPE、PP、POM、聚酯或类似物。
实施例3：作为本发明的一种改进，所述塑料内胆2可以考虑采用多层结构，在图5所示实施例中，塑料内胆由三层结构构成，分别是塑料内胆内层6、塑料内胆中间阻隔层7以及塑料内胆外层8，通过多层共挤的方式实现制造。为了简化视图，在其他实施例中，塑料内胆2并未图示出多层材料结构。纤维支承罩3可以由碳纤维、玻璃纤维或类似物构成。优先选用以树脂浸润的纤维或丝线来对塑料内胆进行缠绕制造纤维支承罩。
实施例4：参见图1、3、5、6，作为本发明的一种改进，所述颈部件4与塑料内胆2通过过盈配合的方式进行装配，在两者的配合面之间设有两道密封圈9，在塑料内胆2开口孔内设有一个圆筒状的嵌件5，塑料内胆2与嵌件5采用过盈配合。在颈部件表面设有多个通孔13，通孔周向布置，在塑料内胆2的开口附近的外表面设有多个凸台12，在装配塑料内胆2和颈部件4时，通孔13与凸台12相互配合，如此可以防止塑料内胆2相对于颈部件4或者颈部件4相对于塑料内胆发生相对转动。在塑料内胆2的表面设有周向的拐角14，使塑料内胆2的表面形成台阶，在装配颈部件4时使其上表面与塑料内胆2的表面贴合，便于纤维支承罩3的缠绕，在塑料内胆2的开口表面设有两道凹槽10，用于放置密封圈 9，在装配时先将密封圈9装入凹槽 10，然后将嵌件5装配入塑料内胆2的开口孔内，最后装配颈部件4。在颈部件4的端口外表面设有外螺纹11，用于安装阀门等附件。
实施例5：参见图 2、图 4、图 7、图8,作为本发明的一种改进，在图7及图8所示的压力容器的方案2中，根据介质分子的逃逸路径，所述颈部件4与塑料内胆2螺纹连接的方式进行装配，利用螺纹20实现连接；在塑料内胆2在吹塑成型时，其开口端面设有一个台阶24，在台阶表面装配有一个第一密封圈15，在台阶下装配有一个第二密封圈16，在安装颈部件4时，颈部件4会压紧第一密封圈15和第二密封圈16形成密封结构，在塑料内胆2的端面，设有第一凹槽17和第二凹槽19，分别用于放置第二密封圈16和第一密封圈15。在颈部件4对于塑料内胆2进行装配时，颈部件底面22与塑料内胆端面23重合并压紧，所述颈部件4的端口侧面设计成凹弧面21，如此便于纤维支承罩3的缠绕，同时增强了压力容器端口结构的可靠性。在颈部件4的内孔表面设有内螺纹18，用于安装阀门等附件。
本发明还可以将实施例2、3、4或5所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (6)

1.一种设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；所述颈部件在塑料内胆成型后进行安装，在容器开口区域设置在容器颈部上，采用外部装配的方式安装于塑料内胆开口处，所述颈部件与塑料内胆螺纹连接的方式进行装配，利用螺纹(20)实现连接；在塑料内胆(2)吹塑成型时，其开口端面设有一个台阶(24)，在台阶表面装配有一个第一密封圈(15)，在台阶下装配有一个第二密封圈(16)，在安装颈部件(4)时，颈部件(4)会压紧密封圈第一密封圈(15)和第二密封圈(16)形成密封结构，在颈部件(4)对于塑料内胆(2)进行装配时，颈部件底面(22)与塑料内胆端面(23)重合并压紧。
2.根据权利要求1所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，容器选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。
3.根据权利要求2所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述塑料内胆采用多层结构。
4.根据权利要求3所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述塑料内胆由三层结构构成，分别是塑料内胆内层、塑料内胆中间阻隔层以及塑料内胆外层，通过多层共挤的方式实现制造。
5.根据权利要求4所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，在塑料内胆(2)的端面，设有第一凹槽(17)和第二凹槽(19)，分别用于放置第二密封圈(16)和第一密封圈(15)。
6.根据权利要求5所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述颈部件的端口侧面设计成凹弧面。
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