车辆的非圆柱型复合材料压力容器的制作方法

本公开涉及一种车辆的非圆柱型(non-cylinder type，非圆柱体类型)复合材料压力容器(composite pressure vessel，复合压力容器)，并且更具体地，涉及车辆的提供均匀强度的非圆柱型复合材料压力容器。

背景技术：

复合材料压力容器是容纳预定压力水平的气体或液体(其高于大气压力)的容器。由于高比刚度、比强度和耐疲劳性，复合材料压力容器通常已被用于氢燃料电池车辆、天然气车辆、环保车辆等。这样的复合材料压力容器通常被制造为具有金属增强的复合纤维，该纤维围绕具有预定形状且由聚合物材料制成的内侧衬里(liner)卷绕并层压并且在高温和压力下被模制。

当上述复合材料压力容器以圆柱形状形成时，复合纤维可均匀地卷绕在整个内侧衬里周围。出于这个原因，容器的强度可均匀地分布，并且任何应力可均匀地分布。因此，当存储高压气体时，压力可被有效地分布，由此提供最大强度。然而，由于圆柱型复合材料压力容器具有圆形的横截面，所以在安装在车辆的封装空间(例如，车辆的车厢内)中之后，可能在内部仍保留有不必要的空间。可能不会获得和剩余空间一样多的存储容量，所以圆柱型复合材料压力容器可以非圆柱形状形成，具有对应于封装空间的预定空间。

由于上述非圆柱型复合材料压力容器的顶部以扁平形状形成(不能用正常复合纤维围绕其进行卷绕)，所以复合纤维的卷绕应被执行以改变其顶部的形状。

本节中公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明背景的理解，且因此它可能包含不形成本领域的普通技术人员在该国家已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供一种车辆的非圆柱型复合材料压力容器，该容器可对非圆柱型压力容器提供均匀的强度，以在非圆柱型复合材料压力容器中的应力集中所在位置的衬里外侧的加固区域处形成多个同心阶梯。

因此一方面，非圆柱型复合材料压力容器可包括喷嘴座(nozzle boss，喷嘴凸起部)，该喷嘴座包括具有中空部分的颈部、和从颈部向外延伸的凸缘部分；和衬里，衬里与喷嘴座接合以在其内部形成流体填充空间，其中衬里沿着形成于流体填充空间的端部处的加固区域的外侧的边缘以阶梯式(例如，阶梯方式或以阶梯水平方式)形成。

上述衬里可包括柱体部分(cylinder part)，该柱体部分具有四边形的横截面；和拱顶部分(dome part)，该拱顶部分将柱体部分和喷嘴座互连且以拱顶形状形成并包括扁平地形成于其上表面上的加固区域。特别地，衬里可进一步包括复合材料卷绕部分(composite winding part)，复合材料卷绕部分围绕喷嘴座是同心形状的且沿着加固区域的外侧的边缘形成阶梯。此外，复合材料卷绕部分可围绕喷嘴座以相同阶梯高度形成，且多个复合材料可沿阶梯表面被层压。复合材料卷绕部分可被配置为通过调节在阶梯表面上层压的复合材料的层压高度来抵消阶梯高度。此外，阶梯表面中的每个的高度可等于或大于约2mm。

有益效果

根据本发明的非圆柱型复合材料压力容器具有以这样的方式对非圆柱型压力容器提供均匀强度的效果：可通过在非圆柱型复合材料压力容器中的应力集中所在的衬里外侧的加固区域处形成多个同心阶梯，而使局部复合材料卷绕相对于加固区域可用。由于可在加固区域处在结构上获得所期望的强度，所以可能能够预先防止加固区域那里由于应力集中在加固区域上而破裂的任何现象。

附图说明

现在将参考附图所示的本发明的示例性实施例详细描述本发明的上述和其它特征，在下文中仅通过说明的方式给出描述，因此不限制本发明，并且在附图中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的视图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的配置的视图；

图3是示出关于根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的复合材料卷绕部分的上表面的视图；

图4是示出关于根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的复合材料卷绕部分的侧面的视图；以及

图5是示出关于根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的复合材料卷绕部分的阶梯表面的视图。

应理解的是，附图不必按比例绘制，呈现了说明本发明的基本原理的各种示例性特征的略微简化表示。如本文所公开的本发明的特定设计特征(包括例如，具体尺寸、定向、位置和形状)将由特定预期应用和使用环境部分地确定。在图中，参考数字在整个附图中的几个图中指的是本发明的相同或等效部分。

具体实施方式

应理解的是，术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或如本文所使用的其它类似术语包括广义的机动运载工具，诸如：包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客运汽车；包括各种船只和船舶在内的水运工具；飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、充电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，从非石油资源衍生的燃料)。如本文所提到，混合动力车辆是具有两种或更多种动力的车辆，例如汽油动力和电动动力车辆。

本文所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并非旨在限制本发明。如本文中所使用，单数形式“a(一)”、“an(一个)”和“the(该)”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。应进一步理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”，当本说明书中使用时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如本文中所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任意组合和所有组合。

除非特别说明或从上下文显而易见，否则如本文所使用，术语“约”应理解为在本领域中的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差的范围内。“约”可被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文中另外明确指出，否则本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。

现在将详细做出对本发明的各种示例性实施例的以下参考，其实例在附图中示出并在下面进行描述。虽然将结合示例性实施例描述本发明，但是应理解的是，本描述并非旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且也涵盖各种替代、修改、等同物和其它示例性实施例，这些可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的示意图，且图2是示出根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的配置的视图。

如图1和图2所示，车辆的非圆柱型复合材料压力容器可包括喷嘴座100和衬里200。喷嘴座100是用以排放储存在流体填充空间中的流体的出口，并且可包括具有中空部分的颈部和从颈部分向外延伸的凸缘部分。衬里200可与喷嘴座100接合以在衬里200内形成流体填充空间。衬里200可沿着在流体填充空间的端部处所形成的加固区域“A”的外侧的边缘形成阶梯(例如，以不同高度水平)。

衬里200可包括柱体部分210和拱顶部分220。柱体部分210可具有四边形的横截面(其中可形成流体填充空间)。更具体地，柱体部分210可以包括在其内部的流体填充空间并且可具有四边形的横截面以与圆柱形相比存储更多流体。此外，柱体部分210可被模制为具有四边形的横截面。当柱体部分210安装在车辆上时，柱体部分210可被安装，而不在车辆后备箱内的封装空间中留下任何死空间或未使用空间，因此，封装空间可更有效地使用。

因此，柱体部分210可通过使用没有留下任何死空间的封装空间来获得增加的存储容量。因此，即使封装空间基于柱体部分210的形状而减小时，也有可能获得相同的存储容量。此外，拱顶部分220可以拱顶形状形成并且可将柱体部分210和喷嘴座100互连。加固区域“A”可扁平地形成拱顶部分220的上表面。由于拱顶部分220可将具有四边形横截面的柱体部分210和喷嘴座100互连，所以具有预定区域的扁平加固区域“A”可由于其结构配置而形成于喷嘴座100附近。

更具体地，当柱体部分210具有圆柱形的横截面时，拱顶部分220可以半球形状形成。当如本示例性实施例中柱体部分210形成为具有四边形形状时，加固区域“A”可扁平地形成以互连柱体部分210和喷嘴座100。由于应力通常集中在上述加固区域“A”上，所以需要进行结构增强，即，在围绕柱体部分210和拱顶部分220卷绕复合材料10时，相对于加固区域“A”进行局部卷绕。

当复合材料10围绕衬里200的外侧卷绕时，可使用卷绕机器人和用于旋转衬里200的装置。由于加固区域“A”可形成为扁平的，有可能难以层压复合材料10。因此，根据本发明的示例性实施例，复合材料卷绕部分230可形成于衬里200处。在复合材料卷绕部分230中，加固区域“A”可形成为包括多个阶梯表面，如图2中的线I-I'所指示。具体地，复合材料10可与卷绕有复合材料10的阶梯表面接合。因此，复合材料10可有效地层压在衬里200上。因此，可获得相对于加固区域“A”的局部加固物。

图3是示出关于根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的复合材料卷绕部分的上表面的视图，图4是示出关于根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的复合材料卷绕部分的侧面的视图；而图5是示出关于根据本发明的示例性实施例的车辆的非圆柱型复合材料压力容器的复合材料卷绕部分的阶梯表面的视图。

如图3和图4所示，衬里200可包括复合材料卷绕部分230，其围绕喷嘴座100是同心的(例如，形成于其周围，同时共享相同中心)。复合材料卷绕部分230可沿着扁平形成的加固区域“A”的外边缘以阶梯式(例如，以不同高度)形成。此外，形成于复合材料卷绕部分230处的每个阶梯表面可具有约相同的阶梯高度。在如上所述形成的复合材料卷绕部分230中，当卷绕复合材料时，多层复合材料10可沿阶梯表面层压。阶梯表面的高度可基于复合材料压力容器的尺寸而改变。

此外，复合材料卷绕部分230的阶梯表面的高度可等于或大于约2mm。更具体地，由于在卷绕复合材料10时层压一次的高度可以是约0.7mm，阶梯表面高度可以是约2mm或更大，并且因此复合材料10可绕每个阶梯表面卷绕多于三次。同时，如上所述层压在复合材料卷绕部分230的阶梯表面上的复合材料10可形成为在复合材料10的层压结束之后不具有任何阶梯表面。

换言之，如图5所示，复合材料卷绕部分230可形成为最终的复合材料压力容器的形状，其中阶梯高度通过调节层压在阶梯表面上的复合材料10的层压高度而抵消。因此，在卷绕复合材料10时，复合材料10可在阶梯表面的入口部分附近卷绕较少。复合材料可在阶梯表面的内侧周围比阶梯表面的入口部分卷绕更多(例如，更多次)。以这种方式，有可能抵消阶梯表面的阶梯高度，且阶梯表面可填充有复合材料10。

在本发明的示例性实施例中，由于通过围绕复合材料卷绕部分230卷绕复合材料10使局部卷绕可相对于扁平加固区域“A”可用，所以可能能够预先防止当应力集中在加固区域“A”(应力通常集中在其中)上时可能发生的任何破裂现象。在本发明的示例性实施例中，由于局部卷绕相对于加固区域“A”可用，所以与加固区域“A”相比，可能能够减少复合材料10围绕柱体部分210层压(应力不集中在其中)。其结果是，复合材料压力容器的重量可减小。

在本发明中，能够以如下方式相对于加固区域进行局部复合材料卷绕：在非圆柱型压力容器中的应力集中所在位置的衬里外侧的加固区域处形成多个同心阶梯，且因此该非圆柱型压力容器可具有均匀的强度。此外，由于根据本发明的示例性实施例可在加固区域上在结构上获得所需强度，所以可能能够预先防止由于应力集中在加固区域上而可能发生的任何破裂现象。

已经参考本发明的示例性实施例详细描述了本发明。然而，本领域的技术人员应理解的是，在不脱离本发明原理和精神的情况下，可在这些示例性实施例中做出改变，本发明的范围在所附权利要求及其等同物中限定。