高压容器及其制造方法与流程

本发明涉及一种高压容器及其制造方法。更具体地，本发明涉及这样一种高压容器及其制造方法：该高压容器能够安全地存储高压气体，例如，天然气车辆的燃料箱或燃料电池车辆的氢气箱。

背景技术：

天然气(cng)车辆或氢燃料电池车辆装备有高压容器，以在高压下压缩气态燃料从而存储气态燃料。

通常，高压容器通过以下制造过程制造：内衬由合成树脂制成，以减轻重量；诸如碳纤维的复合材料缠绕在内衬上；保护垫再次附接在复合材料上，以对外表面进行减震，从而防止对内衬造成损坏；并且在保护垫上再次缠绕玻璃纤维，以防止保护垫脱落并防止碎裂。在缠绕时，将玻璃纤维利用聚合物树脂(环氧树脂)进行润湿，然后进行缠绕。最后，在玻璃纤维上施加耐火材料喷雾。

图1示出常用的高压容器的结构。

更具体地，参考图1，高压容器包括内衬10以及复合材料20，所述内衬10包括圆筒部分和设置于圆筒部分的两端的圆顶形空间，并且内衬10中存储高压流体；所述复合材料20设置于内衬的外表面。

此外，该容器进一步包括：在复合材料20的外表面上的用于保护高压容器的保护垫层30、玻璃纤维层40以及耐火材料层50。保护垫层30用于保护内衬免受外表面的震动的影响，并且玻璃纤维层40用于固定保护垫并防止碎裂。此外，外表面的耐火材料层50用于在起火的情况下提供耐火性。

然而，由于内衬10的外表面上的复合材料20在表面形状方面不均匀，所以存在当缠绕时复合材料的边缘部分是最薄的问题。因此，当将保护垫层30附接到该表面上时，复合材料20的表面不均匀，从而不能充分保证粘合强度。

此外，玻璃纤维层40是通过用于缠绕玻璃纤维(例如，细丝)的制造过程来制造的，并且缠绕所需的时间和成本较高，使得生产效率可能会不期望地降低。

另外，通过施加包含耐火成分的喷雾来制成耐火材料层50。然而，以均匀的施加量来施加喷雾是非常复杂的。此外，当外表面受到震动时，可能会损失所施加的耐火材料，从而使耐火性丧失。

也就是说，根据各个顺序的过程制造高压容器的过程所需的时间和成本不期望地较高，并且，尽管制造过程和时间较长，但是难以获得均匀的质量。

上述作为本申请的相关技术的说明仅用于帮助理解本发明的背景技术，不应被理解为包括在本领域技术人员已知的相关技术中。

已经提出了kr10-1161229b作为相关技术。

技术实现要素：

技术问题

本发明旨在解决上述问题和困难，并且本发明涉及一种具有耐震动性、耐热性和耐碎裂性的高压容器，并且本发明提供了一种高压容器的制造方法，该方法使制造过程简化并使生产效率提高。

技术方案

为实现以上目的，本发明提供了一种高压容器，其包括：内衬，其包括圆筒部分和设置在圆筒部分的两端的圆顶部分，并且所述内衬中存储高压流体，每个圆顶部分具有圆顶形状；复合材料层，其包围内衬的外表面；保护层，其包围复合材料层的外表面，并且包括依次层叠的减震层、耐热层以及表面保护层；其中，保护层的减震层可以由树脂材料制成并且可以通过注射成型方法或发泡方法而在耐热层的内表面上形成。

所述保护层的表面保护层可以由树脂材料制成，并且所述表面保护层可以通过注射成型或热成型而在所述耐热层的外表面上形成。

所述保护层可以包括：保护所述圆筒部分的圆筒保护部分以及保护所述圆顶部分的圆顶保护部分，从而包围所述复合材料层的外表面。

所述减震层可以包含聚氨酯材料。

所述耐热层可以包含陶瓷材料。

所述表面保护层可以包含聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)材料或低重量增强热塑性(lowweightreinforcedthermoplastic，lwrt)材料。

所述表面保护层的lwrt材料可以利用玻璃纤维(glassfiber，gf)进行增强。

为了实现以上目的，本发明提供了一种制造根据本发明的高压容器的方法，所述方法包括：通过将保护层附接到复合材料层的外表面来联接复合材料层与保护层，或者通过注射成型或发泡而在复合材料层的外表面与耐热层的内表面之间形成减震层从而联接复合材料层与保护层。

所述方法可以进一步包括：在联接复合材料层与保护层之前，通过注射成型或热成型而在耐热层的外表面上形成表面保护层。

在通过注射成型或热成型而在耐热层的外表面上形成表面保护层时，可以通过注射成型或热成型形成表面保护层以覆盖耐热层的侧面。

保护层包括：可以保护圆筒部分的圆筒保护部分和保护圆顶部分的圆顶保护部分，并且在联接复合材料层与保护层时，圆筒保护部分可以将保护层附接到复合材料层的外表面，圆顶保护部分可以通过注射成型或发泡而在复合材料层的外表面与耐热层之间形成减震层从而联接复合材料层与保护层。

在联接复合材料层与保护层时，可以通过注射成型或发泡形成减震层以填充圆筒保护部分和圆顶保护部分之间的间隙。

由减震层和耐热层组成的保护层可以包括保护圆筒部分的圆筒保护部分和保护圆顶部分的圆顶保护部分，并且在联接复合材料层与保护层时，圆筒保护部分和圆顶保护部分可以通过注射成型或发泡而在复合材料层的外表面与耐热层之间一体地形成减震层从而联接复合材料层与保护层。

有益效果

根据本发明的高压容器及其制造方法的优点在于：保护层在单个过程中完成，使得制造过程得到简化，从而降低了制造成本和时间，并且提高了生产效率。

此外，确保了高压容器的耐震动性、耐热性和耐碎裂性，从而确保了高压容器的安全性并降低了质量偏差。

此外，本发明具有解决由作用于外表面的震动而使耐火材料损失从而使耐火性丧失的问题的效果。

附图说明

图1示出常用的高压容器的结构。

图2示出根据本发明的实施方案的高压容器和保护层。

图3示出根据本发明的实施方案的高压容器的保护层联接结构。

图4示出制造根据本发明的实施方案的高压容器的方法的流程图。

图5至图7示出根据本发明的实施方案的高压容器的保护层的界面。

具体实施方式

在本说明书或本申请中引入的本发明的实施方案中的特定结构或功能描述仅用于描述本发明的实施方案。该描述不应当理解为限制于说明书或申请中描述的实施方案。

由于本发明可以实施为许多不同形式，因此在附图中示出并且在本文中详细描述具体的实施方案。然而，应当理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案，并且，本发明不仅旨在覆盖示例性实施方案，而且还旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的各种替代的实施方案、修改的实施方案、等价的实施方案和其他实施方案。

应当理解的是，尽管在本文中会使用术语“第一”、“第二”等描述各个元件，但是这些元件不应由这些术语进行限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不偏离本发明的主旨的情况下，下面讨论的第一元件可以称为第二元件。类似地，第二元件也可以称为第一元件。

应当理解的是，当一个元件称为“联接”或“连接”到另一个元件时，它可以直接联接或连接到另一个元件，或者在它们之间可以存在中间元件。相反，应当理解的是，当一个元件称为“直接联接”或“直接连接”至另一个元件时，不存在中间元件。解释元件之间的关系的其他表达应当以相同的方式理解，例如，“在……之间”，“直接在……之间”，“与……相邻”或“与……直接相邻”。

本文中所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并不旨在进行限制。在本发明中，单数形式旨在同样包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应当进一步理解，当在本说明书中使用“包含”、“包括”、“具有”等术语时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合，但是不排除存在或加入一种或多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

除非另外定义，本文中所使用的包括技术术语和科学术语的所有术语与本发明所属领域中的普通技术人员所通常理解的具有相同的含义。本文中使用的术语应该解释为具有与其在本说明书的上下文中和在相关领域的语境中的含义一致的含义，并且不应当解释为理想化的或过于正式的意义，除非在本文中明确定义。

下文中，将通过参考附图描述本发明的示例性实施方案来详细解释本发明。在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

图2示出根据本发明的实施方案的高压容器和保护层。

参考图2，根据本发明的实施方案的高压容器a包括内衬x、复合材料层y以及保护层z；内衬x包括圆筒部分和布置在圆筒部分的两端的圆顶部分，并且内衬x在其中存储高压流体，每个圆顶部分具有圆顶形状；复合材料层y包围内衬x的外表面；保护层z包围复合材料层y的外表面，并且包括依次层叠的减震层l1、耐热层l2和表面保护层l3。保护层z的减震层l1由树脂材料制成，并且通过注射成型方法或发泡方法在耐热层l2的内表面上形成。

存储高压流体的内衬x可以由诸如聚酰胺6(polyamide6，pa6)或聚乙烯(polyethylene，pe)的塑料材料形成。如图所示，内衬可以成形为具有圆筒部分和设置在圆筒部分两端的圆顶部分，每个圆顶部分具有圆顶形状。内衬x可以具有存储高压流体(例如，高压气体)的空间。

复合材料层y可以形成为包围内衬x的外表面。复合材料层y可以由通过将碳纤维(carbonfiber，cf)或玻璃纤维(glassfiber，gf)与树脂进行混合所获得的材料来形成。

复合材料层y可以通过缠绕复合纤维来制成。如图所示，在这种情况下，由于缠绕方法的特性，圆筒部分与圆顶部分之间的边缘部分可能最薄。因此，为了防止边缘部分容易受到震动或热的影响，保护层z可以在边缘部分处形成得更厚。具体地，减震层l1可以在边缘部分形成得更厚。

换句话说，诸如圆筒部分的平坦部分形成均匀的层，而复合材料层y和保护层z均具有一定厚度。然而，在边缘部分转移到圆顶部分的情况下，复合材料层y比圆筒部分更薄。因此，保护层z形成为比圆筒部分更厚，从而补偿厚度减小的复合材料层y。

保护层z可以包围复合材料层y的外表面，并且可以在复合材料层y的外表面上依次层叠减震层l1、耐热层l2和表面保护层l3。

减震层l1可以由树脂材料制成，并且减震层l1可以通过注射成型方法或发泡方法而在耐热层l2的内表面上形成。更具体地，可以通过注射成型在耐热层l2的内表面上形成减震层l1，然后将减震层l1附接到复合材料层y的外表面上，或者可以通过注射成型在耐热层l2与复合材料层y的外表面之间直接形成。减震层l1可以包含聚氨酯材料。即，减震层l1可以通过将陶瓷材料的耐热层l2插入模具中、然后在耐热层l2的内表面上进行注射成型或发泡来制成，或者通过将施加有内衬10和复合材料层y的高压容器和耐热层l2插入模具中、然后在它们之间进行注射成型或发泡来制成。

同时，耐热层l2可以包含陶瓷材料。

表面保护层l3可以包含聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)材料或低重量增强热塑性(lowweightreinforcedthermoplastic，lwrt)材料。表面保护层l3的lwrt材料可以通过玻璃纤维(gf)来增强。可以在插入了耐热层l2的状态下通过注射成型或热成型而在耐热层l2的外表面上形成表面保护层l3。

图3示出根据本发明的实施方案的高压容器的保护层联接结构。

参考图3，根据本发明的高压容器的保护层200和保护层300可以联接为包围复合材料层100的外表面，该复合材料层100的外表面包围内衬的外表面(未示出)。具体地，保护层200和保护层300可以包括：保护圆筒部分的圆筒保护部分200以及保护圆顶部分的圆顶保护部分300，从而包围复合材料层的外表面。

圆筒保护部分200包围圆筒部分，以保护高压容器的圆筒部分，并且可以形成为具有一体的结构。然而，如图所示，圆筒保护部分可以由多个部分组成，然后联接至复合材料层100的外表面。

圆顶保护部分300包围圆顶部分，以保护高压容器的圆顶部分，并且在圆筒部分的两端中的每一端上形成，以联接到复合材料层100的外表面。

图4示出制造根据本发明的实施方案的高压容器的方法的流程图。

参考图4，根据本发明的实施方案的高压容器的制造方法包括以下的步骤s300：通过将保护层z附接到复合材料层y的外表面，或者通过注射成型或发泡而在复合材料层y的外表面与耐热层l2之间形成减震层l1从而联接复合材料层y与保护层z。

在联接复合材料层y与保护层z的步骤s300之前，所述方法可以进一步包括以下的步骤s200：通过注射成型或热成型而在耐热层l2的外表面上形成表面保护层l3。

也就是说，可以首先在步骤s100中形成耐热层l2，并且在步骤s200中，可以在耐热层l2的外表面上形成表面保护层l3。通过注射成型或热成型而在耐热层l2的外表面上可以形成表面保护层l3。随后，在步骤s300中，通过注射成型或热成型而在耐热层l2的内表面上可以形成减震层l1，以附接到复合材料层y的外表面，或者通过注射成型或热成型而在复合材料层y的外表面上可以直接形成减震层l1。

根据实施方案，通过在耐热层l2的内表面上注射成型或发泡形成减震层l1以形成保护层z，然后利用粘合剂将保护层附接到包围内衬的外表面(未示出)的复合材料层y的外表面上，可以实现联接复合材料层y与保护层z的步骤s300。这种情况可能适合于将保护圆筒部分的圆筒保护部分联接到复合材料层y的外表面。在圆筒部分的情况下，在缠绕复合材料层y时易于具有相对平坦的表面。因此，可以仅通过附接而不需要插入注射来获得复合材料层y与减震层l1之间的所需结合强度。

根据另一个实施方案，通过将耐热层l2和在耐热层l2的外表面上的表面保护层l3放置在复合材料层y的外表面上，并且通过注射成型或发泡而在复合材料层y的外表面与耐热层l2之间形成树脂材料的减震层l1，从而可以实现联接复合材料层y与保护层z的步骤s300。这种情况可能适合于将保护圆顶部分的圆顶保护部分联接至复合材料层y的外表面。相反，由于圆顶部分具有曲率，并且在缠绕复合材料层y时形成精确的曲率存在限制，因此仅通过粘合难以获得所需的强度。因此，这时通过插入注射易于获得所需的结合强度。

保护层z可以包括：保护圆筒部分的圆筒保护部分和保护圆顶部分的圆顶保护部分。在联接复合材料层y与保护层z的步骤中，圆筒保护部分可以将保护层z附接到复合材料层y的外表面，并且圆顶保护部分可以在复合材料层y的外表面与耐热层l2之间通过注射成型或发泡形成减震层l1，从而联接复合材料层y与保护层z。

图5至图7示出根据本发明的实施方案的高压容器的保护层的界面。

参考图5，根据实施方案，在通过注射成型或热成型而在耐热层l2的外表面上形成表面保护层l3的步骤s200中，可以通过注射成型或热成型形成表面保护层l3以覆盖耐热层l2的侧面。

参考图6和图7，根据另一个实施方案，在联接复合材料层y与保护层z的步骤s300中，可以通过注射成型或发泡形成减震层l1以填充圆筒保护部分与圆顶保护部分之间的间隙。

更具体地，包含陶瓷材料的耐热层l2的绝热性能和耐热性优异，但是易受潮湿影响。因此，耐热层l2优选地被减震层l1和表面保护层l3包围，以不暴露在外部。

因此，如图5所示，在通过注射成型或热成型在耐热层l2的外表面上形成表面保护层l3的步骤s200中，可以通过注射成型或热成型形成表面保护层l3以覆盖耐热层l2的侧面，或者如图6所示，在联接复合材料层y与保护层z的步骤s300中，可以通过注射成型或发泡形成减震层l1以覆盖耐热层l2的侧面。由此，耐热层l2不暴露于潮湿，并且能够充分展现出耐热效果。

此外，如上所述，保护层z可以包括：保护圆筒部分的圆筒保护部分和保护圆顶部分的圆顶保护部分。在联接复合材料层y与保护层z的步骤中，圆筒保护部分可以将保护层z附接到复合材料层y的外表面，圆顶保护部分可以通过进行注射成型或发泡而在复合材料层y的外表面与耐热层l2之间形成减震层l1，从而联接复合材料层y与保护层z。在这种情况下，在首先将圆筒保护部分附接到复合材料层y的外表面之后，圆顶保护部分可以通过注射成型或发泡形成减震层l1从而联接到复合材料层y的外表面。

这是因为，在形成多个圆筒保护部分和圆顶保护部分中的每一个和将这些部分联接到复合材料层y的外表面的过程中可能会出现间隙，因此，通过注射成型或发泡最终形成减震层l1，该间隙可以由减震层l1填充。

更具体地，如图6所示，通过形成为使表面保护层l3之间不存在间隙，接着通过注射成型或发泡而在耐热层l2之间的间隙中形成减震层l1，从而可以填充圆筒保护部分之间的间隙。

如图7所示，通过注射成型或发泡而在表面保护层l3和耐热层l2之间的间隙中形成减震层l1，从而可以填充圆筒保护部分与圆顶保护部分之间的间隙。

根据另一个实施方案，回到图3，由耐热层和表面保护层组成的保护层200和保护层300可以包括保护圆筒部分的圆筒保护部分200和保护圆顶部分的圆顶保护部分300。在联接复合材料层与保护层的步骤s300中，圆筒保护部分200和圆顶保护部分300可以通过注射成型或发泡而在复合材料层100的外表面与耐热层之间一体地形成减震层，从而联接复合材料层100与保护层200和保护层300。

即，在由耐热层和表面保护层组成的保护层200和保护层300的内表面与复合材料层100的外表面之间通过注射成型或发泡可以一体地形成减震层，从而将圆筒保护部分200和圆顶保护部分300联接到复合材料层100的外表面。

尽管已经参考附图中所示的示例性实施方案对本发明进行具体描述，本领域普通技术人员应当理解，已经为说明性目的描述了示例性实施方案，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

[重要部件的附图标记的描述]

10：内衬20：复合材料层

30：保护垫层40：玻璃纤维层

50：耐火材料层

a：高压容器x：内衬

y：复合材料层z：保护层

l1：减震层l2：耐热层

l3：表面保护层