专利名称：用于压力容器的衬套和方法
技术领域：
本发明涉及压力容器。更具体地，本发明涉及一种容器衬套以及一种用于加工容器衬套的方法。
背景技术：
用于存储流体介质(例如氢气)的压力容器通常包括压力腔，其中含有以受控的方式流入或流出容器的加压流体介质。在某些设计中，压力容器包括具有两个设置在相对端的金属接口(凸嘴)的内部塑料衬套，以及用于支撑内部容器衬套的纤维缠绕外壳。通常，容器衬套是利用常规的注塑、吹塑、旋转模塑或热成型工艺加工而成的。例如，以下的专利文献中介绍了容器衬套(W0 1999/039896 Dulisse, JMK; WO 2007/079971 Muller, Xperion; DE 19526154 Lange, Mannesmann 等；以及 WO 1999/013263 Jensen, Raufoss)，其中的每一篇都通过引用其全文而并入本文。为了允许流体流入或流出压力腔的受控流动，容器通常被设置为具有压力腔开口并且凸嘴被装在该开口内。凸嘴带有螺纹或以其他方式被成形用于连接至喷嘴、阀门、测量仪器、管路以及引导和控制流体流动的类似固定件。因此，凸嘴由金属或具有所需性质的其他常规材料构成。凸嘴通常包括圆柱形的颈部，具有在压力腔和容器以外的环境之间提供流体连通的纵向通道。在某些设计中，凸嘴包括固定至颈部一端的肩部。比压力腔开口更大的肩部被固定至压力容器的衬套以避免凸嘴和衬套之间的相对移动。在使用时，压力容器的组合结构必须要承受全部的作用力，在压力容器的衬套上设置光滑的外表面以确保组合结构的性能是很重要的。希望研发出一种容器衬套以及一种用于加工容器衬套的方法，其中容器衬套被成形为具有基本光滑的外表面。
发明内容
根据并且适合于本发明，令人惊讶地提出了一种容器衬套以及一种用于加工容器衬套的方法，其中容器衬套被成形为具有基本光滑的外表面。在一个实施例中，一种容器衬套具有基本光滑的外表面，包括在其中成形有开口的凸缘部分；还有连接至容器衬套以将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内的端盖。在另一个实施例中，一种容器衬套具有基本光滑的外表面，包括在其中成形有开口的凸缘部分；端盖被连接至容器衬套以将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内；以及连接至端盖的凸嘴，其中该凸嘴接纳实用设备并将其固定至端盖以引导并控制流体流入和流出压力容器。本发明还提供了用于加工压力容器的方法。一种方法包括以下步骤成形具有基本光滑的外表面的容器衬套，其中容器衬套包括在其中成形有开口的凸缘部分；成形端盖；然后将端盖连接至容器衬套以将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内。方案1 一种用于存储流体的压力容器，所述压力容器包括
容器衬套，具有基本光滑的外表面，包括在其中成形有开口的凸缘部分；以及端盖，连接至容器衬套用于将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内。方案2 如方案1所述的压力容器，其中端盖的第一表面与容器衬套的外表面一起构成了基本连续的表面。方案3 如方案1所述的压力容器，其中利用焊接过程和粘合剂中的至少一种方式将端盖连接至容器衬套。方案4:如方案1所述的压力容器，其中容器衬套的凸缘部分包括多个开口，并且端盖包括沿其密封边缘成形的多个固定夹，所述开口适用于接纳固定夹以对齐并连接端盖和容器衬套。方案5 如方案1所述的压力容器，其中端盖包括沿其内表面成形的多个接合齿， 所述接合齿适用于对齐并连接端盖和容器衬套。方案6 如方案1所述的压力容器，其中端盖包括围绕在其中成形的开口设置的接插件，接插件包括用于与端盖形成不透流体密封的至少一个密封元件和用于接纳并固定凸嘴的连接装置。方案7 —种用于存储流体的压力容器，所述压力容器包括
容器衬套，具有基本光滑的外表面，包括在其中成形有开口的凸缘部分； 端盖，连接至容器衬套用于将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内；以及连接至端盖的凸嘴，其中凸嘴接纳实用设备并将其固定至端盖以引导并控制流体流入和流出压力容器。方案8 如方案7所述的压力容器，其中端盖的第一表面与容器衬套的外表面一起构成了基本连续的表面。方案9 如方案7所述的压力容器，其中利用焊接过程和粘合剂中的至少一种方式将端盖连接至容器衬套。方案10 如方案7所述的压力容器，其中容器衬套的凸缘部分包括多个开口，并且端盖包括沿其密封边缘成形的多个固定夹，所述开口适用于接纳固定夹以对齐并连接端盖和容器衬套。方案11 如方案7所述的压力容器，其中端盖包括沿其内表面成形的多个接合齿， 所述接合齿适用于对齐并连接端盖和容器衬套。方案12 如方案7所述的压力容器，其中端盖包括围绕在其中成形的开口设置的接插件，接插件包括用于与端盖形成不透流体密封的至少一个密封元件和用于接纳并固定凸嘴的连接装置。方案13 如方案7所述的压力容器，其中凸嘴在端盖的成形过程期间即被整体地固定在端盖内。方案14:如方案7所述的压力容器，其中端盖包括凸缘部分用于将凸嘴固定至端盖。方案15 如方案7所述的压力容器，其中凸嘴包括密封元件用于与端盖以及连接至端盖的接插件中的至少一个形成不透流体的密封。
方案16 —种用于加工压力容器的方法，所述方法包括以下步骤
成形具有基本光滑的外表面的容器衬套，其中容器衬套包括在其中成形有开口的凸缘部分；
成形端盖；然后
将端盖连接至容器衬套以将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内。方案17 如方案16所述的方法，其中端盖的第一表面与容器衬套的外表面一起构成了基本连续的表面。方案18 如方案16所述的方法，其中利用焊接过程将端盖连接至容器衬套。方案19 如方案16所述的方法，其中容器衬套的凸缘部分包括多个开口，并且端盖包括沿其密封边缘成形的多个固定夹，所述开口适用于接纳固定夹以对齐并连接端盖和容器衬套。方案20 如方案16所述的方法，其中端盖包括沿其内表面成形的多个接合齿，所述接合齿适用于对齐并连接端盖和容器衬套。
对于本领域技术人员来说，根据以下按照附图理解本发明时对优选实施例的详细说明，本发明以上以及其他的优点将变得更加显而易见，在附图中
图1是根据本发明一个实施例的压力容器的部分透视图，以剖面示出了一部分压力容
器；
图Ia是图1中示出的并且在其中用圆圈Ia表示的一部分压力容器放大的部分截面正视图2是图1中压力容器的部分截面图3是根据本发明另一个实施例的压力容器的部分透视图，以剖面示出了一部分压力容器；
图3a是图3中示出的并且在其中用圆圈3a表示的一部分压力容器放大的部分截面正视图4是图3中压力容器的部分截面图5是根据本发明另一个实施例的压力容器的部分透视图，以剖面示出了一部分压力容器；
图fe是图5中示出的并且在其中用圆圈fe表示的一部分压力容器放大的部分截面正视图6是图5中压力容器的部分截面图7是根据本发明另一个实施例的压力容器的部分透视图，以剖面示出了一部分压力容器；
图7a是图7中示出的并且在其中用圆圈7a表示的一部分压力容器放大的部分截面正视图8是图7中压力容器的部分截面图9是根据本发明另一个实施例的压力容器的部分透视图，以剖面示出了一部分压力容器；图9a是图9中示出的并且在其中用圆圈9a表示的一部分压力容器放大的部分截面正视图10是图9中压力容器的部分截面图；以及图11是根据图1中实施例的压力容器衬套的截面侧部正视图。
具体实施例方式以下的详细说明和附图描述并介绍了本发明的各种实施例。说明内容和附图用于使本领域技术人员能够实现和利用本发明，而并不是为了以任何方式限制本发明的保护范围。关于公开的方法，给出的步骤实际上是示意性的，并且因此步骤的顺序并非必须或关键因素。图1，Ia和2根据本发明一个实施例示出了压力容器10。如图所示，压力容器10 包括容器衬套12、端盖14和凸嘴16。容器衬套12通常是通过现有技术中已知的吹塑工艺成形。但是，其他的模塑和成形方法也可以用于生产容器衬套12，例如注塑和旋转模塑。作为非限制性示例，容器衬套 12由热塑性材料构成。但是，其他的塑料和非金属材料也均可使用。如图所示，容器衬套 12包括界定出大致圆柱形形状的基本光滑的外表面18以及在容器衬套12的至少一端内界定出开口的凸缘部分20。应该理解容器衬套12可以具有任意的形状和尺寸，并且可以具有任意数量的穿透其中成形的开口。端盖14通过现有技术中已知的模塑或成形工艺成形。作为非限制性示例，端盖14 可以利用热成型工艺或注塑工艺成形。端盖14被连接至容器衬套12以将容器衬套12的凸缘20基本上封闭在所得的压力容器10内。应该理解例如用于将端盖14连接至容器衬套12的各种方式譬如焊接过程和多种接合设备均可使用。由此，端盖14的第一表面21与容器衬套12的外表面18 —起构成了基本连续的表面。如图所示，端盖14包括围绕在其第一表面21内成形的开口 23设置的接插件22。 接插件22通常由金属构成。但是，其他的材料例如塑料、橡胶和树脂也均可使用。接插件 22包括在其中成形的第一环形通道M，其中第一环形通道M适用于接纳第一密封元件26。 如图所示，接插件22包括单条通道。但是，任意数量的通道和密封元件均可使用。作为非限制性示例，第一密封元件沈是由合成橡胶和塑料中的至少一种构成的0形环。但是，例如具有所需特性的其他材料譬如橡胶、金属以及超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)也均可使用。作为进一步的示例，可以使用包覆防护层的0形环，其中包覆防护层的0形环例如包括由各种材料譬如聚全氟乙丙烯、氟橡胶(FKM)和甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)构成的多层。接插件22 还包括用于将接插件22接合并固定至凸嘴16的第一连接元件27。作为非限制性示例，第一连接元件27包括成形在接插件22表面上的基本为螺旋式的螺纹或凹槽。但是，用于将接插件22接合并固定至凸嘴16的其他方式也均可使用。凸嘴16通常由金属构成。但是，其他的材料例如塑料、橡胶和树脂也均可使用。如图所示，凸嘴16包括颈部28和肩部30。颈部28包括第二连接元件32和第三连接元件34。 第二连接元件32接合并固定各种固定件和实用设备例如压力调节器、喷嘴、阀门、测量仪器、管路以及引导和控制流体流入和流出压力容器10的类似固定件。作为非限制性示例， 第二连接元件32包括成形在颈部观内表面33上的基本为螺旋式的螺纹或凹槽。但是，用于接合并固定使用设备和凸嘴的其他方式也均可使用。第三连接元件34通常包括成形在颈部观外表面35上的基本为螺旋式的螺纹或凹槽用于接合接插件22中的第一连接元件。 但是，也可以使用其他的方式。凸嘴16的肩部30包括在其中成形的第二环形通道36，其中第二环形通道36适用于接纳第二密封元件38。如图所示，肩部30包括单条通道，通道内包含单个密封元件。 但是，任意数量的通道和密封元件均可使用。作为非限制性示例，第二密封元件38是由合成橡胶和塑料中的至少一种构成的0形环。但是，例如具有所需特性的其他材料譬如橡胶、 金属以及超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)也均可使用。作为进一步的示例，可以使用包覆防护层的0形环，其中包覆防护层的0形环例如包括由各种材料譬如聚全氟乙丙烯、氟橡胶 (FKM)和甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)构成的多层。在使用时，容器衬套12的型坯(未示出)被引导围绕进气杆，正如吹塑领域中已知的那样。由此，该领域内已知的吹塑工具包围型坯闭合并围绕容器衬套12的凸缘部分20 的周边“夹紧”或固定型坯。随后，进气杆向型坯内引入空气，由此将型坯膨胀成中空的容器衬套12。在容器衬套12具有所需形状后，吹塑工具释放成形的容器衬套12并通过吹塑领域内技术人员已知的切割工艺去除型坯中的所有废料。容器衬套12 —旦成形，至少一个端盖14即被连接至容器衬套12的至少一端。应该理解容器衬套12和端盖14之间的连接区域(例如焊缝)的直径取决于衬套材料结构的吹胀比。作为非限制性示例，预先确定容器衬套12和端盖14的形状以使两者之间的连接表面积最大化。应该理解可以利用焊接过程将容器衬套12连接至端盖14。但是，也可以例如使用其他的连接方式譬如粘合剂。这样一来，由于只有凸缘部分20具有来自于成形过程的夹痕，因此容器衬套12的外表面18基本上是“无夹痕”的。随后，凸嘴16被连接至端盖14。作为非限制性示例，凸嘴16被螺旋连接至接插件22，由此将接插件22和第一密封元件26 “拧紧”到容器衬套12上以形成不透流体的密封。作为进一步的示例，凸嘴16可以是由至少两个部件构成的分离式凸嘴(未示出)，并且端盖14可以被设置在这至少两个部件之间以连接端盖14和凸嘴16。图3，3a和4根据本发明另一个实施例示出了压力容器10’，压力容器10’除以下所述内容外均类似于图1和2中的压力容器10。与图1和2中的说明相重复的结构包括了相同的附图标记。图1和2中所示结构的变形包括了相同的附图标记和单引号(’)标记。如图3，3a和4中所示，容器衬套12’的凸缘部分20’包括以大致圆周的模式成形的多个开口 40。另外，端盖14’包括沿端盖14’的密封边缘43成形的多个固定夹42以及适用于接纳第三密封元件46的第三环形通道44，第三密封元件46邻近接插件22的第一连接元件27’设置。在使用时，将端盖14’的固定夹42与在容器衬套12’的凸缘20’内成形的开口 40 对齐。由此，开口 42接纳固定夹42以将端盖14’牢固地连接至容器衬套12’。应该理解固定夹42和开口 40的设置可以使得端盖14’的第一表面21与容器衬套12’的外表面18构成基本上连续的表面。图5，5a和6根据本发明另一个实施例示出了压力容器10’ ’，压力容器10’ ’除以下所述内容外均类似于图1和2中的压力容器10。与图1和2中的说明相重复的结构包括了相同的附图标记。图1和2中所示结构的变形包括了相同的附图标记和双引号(’’)标记。如图5，5a和6中所示，端盖14’，包括沿端盖14’，的内表面50成形的多个接合齿48。应该理解接合齿48可以是凸起、凸肋、钩等，用于将端盖14’，固定至容器衬套12’， 的一部分。应该理解接合齿可以具有任意的尺寸和形状。在使用时，接合齿48接合容器衬套12’’的凸缘部分20’’以将端盖14’’牢固地连接至容器衬套12’，。应该理解接合齿48的设置可以使得端盖14’，的第一表面21与容器衬套12’’的外表面18构成基本上连续的表面。进一步应该理解端盖14’’可以包括用于接纳接合齿48的通道或凹槽(未示出)。图7和8根据本发明另一个实施例示出了压力容器10’ ’ ’，压力容器10’ ’ ’除以下所述内容外均类似于图1和2中的压力容器10。与图1和2中的说明相重复的结构包括了相同的附图标记。图1和2中所示结构的变形包括了相同的附图标记和三引号(’’’) 标记。如图7，7a和8中所示，凸嘴16’’，被与端盖14’’，整体成形。如图所示，端盖 14’’’包括邻近凸嘴16’’’设置的凸缘部分52。如图7a中更加清晰地示出的那样，端盖 14’，，的凸缘部分52包括以与在凸嘴16’ ’ ’内成形的多个凸起56交替的方式设置的多个凸起54。作为非限制示例，凸缘部分52由具有至少20%纤维含量的玻璃纤维增强的热塑性材料构成。但是，具有所需线性热膨胀系数和纤维含量的其他材料也均可使用。进一步应该理解凸嘴16’’’可以具有用于牢固地接合端盖14’’’的任意形状、尺寸和特征。在使用时，凸嘴16’ ’ ’在端盖14’，，的成形过程期间即被与端盖14’，，整体成形。 作为非限制性示例，在用于成形端盖14’’’的注塑过程期间，模塑材料被引导围绕至少一部分凸嘴16’’’。另外，端盖14’’’的凸缘部分52被成形在凸嘴16’’’的凸起56附近。一旦完全成形，端盖14’，，即被整体地与凸嘴16’ ’ ’固定在一起。端盖14’，，的凸缘部分52将与端盖14’’’和凸嘴16’’’的热膨胀系数之间的不一致有关的问题最小化，同时允许将更多种不同的材料能用于成形端盖14’’’。图9，9a和10根据本发明另一个实施例示出了压力容器10’ ’ ’ ’，压力容器10’ ’ ’ ’ 除以下所述内容外均类似于图1和2中的压力容器10。与图1和2中的说明相重复的结构包括了相同的附图标记。图1和2中所示结构的变形包括了相同的附图标记和四引号 (，，，，)标记。如图9，9a和10中所示，容器衬套12’’’’是多层衬套，包括具有基本光滑的外表面18’ ’ ’ ’的外层58、内层60以及设置在外层58和内层60之间的隔离层62。但是，可以使用任意数量的层。作为非限制性示例，容器衬套12’，’’在外层58和隔离层62之间以及在内层60和隔离层62中之间的至少一种情况下可以包括结合层(未示出)。应该理解外层58和内层60可以由相同或类似的材料构成。进一步应该理解外层58和内层60可以由不同的材料或具有不同物理性质的类似材料构成。作为非限制性示例，隔离层62由共聚物例如EVOH构成。端盖14’，’’是多层端盖，包括外层64、内层66以及设置在外层64和内层66之间的隔离层68。但是，可以使用任意数量的层。作为非限制性示例，端盖14’’’’在外层64和隔离层68之间以及在内层66和隔离层68中之间的至少一种情况下可以包括结合层(未示出)。应该理解外层64和内层66可以由相同或类似的材料构成。进一步应该理解外层
864和内层66可以由不同的材料或具有不同物理性质的类似材料构成。在某些实施例中， 端盖14’ ’ ’ ’的内层66由与容器衬套12’ ’ ’ ’的外层58相同的材料构成。作为非限制性示例，端盖14’’’’的隔离层68由共聚物例如EVOH构成。在使用时，至少一个端盖14’，’ ’被连接至容器衬套12’ ’ ’ ’的至少一端。作为非限制性示例，预先确定容器衬套12’’’’和端盖14’’’’的形状以使两者之间的连接表面积最大化并提供经久耐用的连接。应该理解可以利用焊接过程将容器衬套12’’’’连接至端盖 14’ ’ ’ ’。作为非限定性示例，粘合剂可以用于将凸嘴16’，’ ’连接至端盖14’ ’ ’ ’。但是，也可以使用其他的手段以有助于图1至8中所述的连接。这样一来，由于只有凸缘部分20’ ’ ’ ’ 具有来自于成形过程的夹痕，因此容器衬套12’ ’ ’ ’的外表面18’ ’ ’ ’基本上是“无夹痕”的。 应该理解端盖14’’’’和容器衬套12’’’’之间较长的“重叠区域”与常规的对焊操作相比使气体透过得以最小化。随后，凸嘴16’’’’被连接至端盖14’’’’。作为非限制性示例，可以使用粘合剂将凸嘴16’ ’ ’ ’连接至端盖14’ ’ ’ ’。但是，也可以使用有助于连接的其他手段。图11示出了已成形的衬套12，包括固定在其相对端的多个端盖14和凸嘴16。在某些实施例中，凸嘴16具有类似的内径。但是，应该理解凸嘴16也可以具有任意的尺寸和直径例如适用于和阀件或热压释放设备(TPRD)连接的尺寸和直径。应该理解附加的涂层或料层例如合成物和纤维可以被施加至容器衬套12以构成最终的压力容器。作为非限制性示例，围绕容器衬套12成形的附加层可以通过现有技术中已知的缠绕工艺和固化工艺中的至少一种成形。进一步应该理解容器衬套12以及所得的压力容器可以具有由成形工艺确定的任意形状和尺寸。因此，压力容器10，10，，10，，，10，，，，10，，，，为容器内衬 12，12，，12，，，12，，，，
提供了基本光滑的外表面18，18’ ’ ’ ’，而没有在其上成形的夹痕、间隙和凹槽，由此提供了合适的表面用于确保适当的纤维缠绕。容器内衬12，12’，12’’，12’’’’可以利用多层或单层的材料结构成形并且可以使用现有技术中已知的各种模塑和成形方法成形。压力容器 10，10’，10’ ’，10’ ’ ’，10’ ’ ’ ’也在衬套-凸嘴密封的焊接和准静态加载之前提供了安全可靠的衬套到凸嘴的连接。根据上述说明，本领域技术人员能够轻易地确定本发明的实质特征，并且无需背离本发明的实质和保护范围即可对本发明进行各种修改和变形以使其适用于各种用途和情况。
权利要求
1.一种用于存储流体的压力容器，所述压力容器包括容器衬套，具有基本光滑的外表面，包括在其中成形有开口的凸缘部分；以及端盖，连接至容器衬套用于将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内。
2.如权利要求1所述的压力容器，其中端盖的第一表面与容器衬套的外表面一起构成了基本连续的表面。
3.如权利要求1所述的压力容器，其中利用焊接过程和粘合剂中的至少一种方式将端盖连接至容器衬套。
4.如权利要求1所述的压力容器，其中容器衬套的凸缘部分包括多个开口，并且端盖包括沿其密封边缘成形的多个固定夹，所述开口适用于接纳固定夹以对齐并连接端盖和容器衬套。
5.如权利要求1所述的压力容器，其中端盖包括沿其内表面成形的多个接合齿，所述接合齿适用于对齐并连接端盖和容器衬套。
6.如权利要求1所述的压力容器，其中端盖包括围绕在其中成形的开口设置的接插件，接插件包括用于与端盖形成不透流体密封的至少一个密封元件和用于接纳并固定凸嘴的连接装置。
7.一种用于存储流体的压力容器，所述压力容器包括容器衬套，具有基本光滑的外表面，包括在其中成形有开口的凸缘部分； 端盖，连接至容器衬套用于将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内；以及连接至端盖的凸嘴，其中凸嘴接纳实用设备并将其固定至端盖以引导并控制流体流入和流出压力容器。
8.如权利要求7所述的压力容器，其中端盖的第一表面与容器衬套的外表面一起构成了基本连续的表面。
9.如权利要求7所述的压力容器，其中利用焊接过程和粘合剂中的至少一种方式将端盖连接至容器衬套。
10.一种用于加工压力容器的方法，所述方法包括以下步骤成形具有基本光滑的外表面的容器衬套，其中容器衬套包括在其中成形有开口的凸缘部分；成形端盖；然后将端盖连接至容器衬套以将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内。
全文摘要
公开了用于压力容器的衬套和方法。一种用于存储流体的压力容器。该压力容器包括具有基本光滑的外表面的容器衬套，其包括在其中成形有开口的凸缘部分；还包括端盖，连接至容器衬套用于将凸缘部分基本上封闭在所得的压力容器内。
文档编号F17C13/00GK102192404SQ20111005723
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者L·施特拉克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司