一种塑料内衬纤维增强复合材料高压储氢气瓶

本实用新型涉及一种高压氢气储存设备，特别是涉及一种塑料内衬纤维增强复合材料高压储氢气瓶。

背景技术：

随着新能源汽车的不断发展，氢能作为一种清洁高效的可再生能源得到了越来越广泛的应用。高压储氢仍是当前的一种主要储氢方式，目前使用较多的气瓶内衬多为金属内衬，外层缠绕碳纤维玻璃纤维等。随着单位质量储氢密度要求的提高，塑料内衬复合材料储氢气瓶得到了发展。

有关ⅳ型气瓶结构的专利有很多，如韩国复合材料研究有限公司的美国专利us7648042b2“一种用于复合材料高压储气瓶的金属气瓶端口设计”，美国沃新顿工业公司的美国专利us20170276294a1“highgas-tightenedmetallicnozzle-bossforahighpressurecompositevessel”，us20170276294a1“bossandlinerinterfaceforapressurevessel”，丰田公司jp2006060484“高压气瓶密封”，丰田自动车株式会社的国际专利pct/jp2009/060067“贮气罐和贮气罐”，中材科技（成都）有限公司的实用新型专利cn201721786654.7“塑料内胆外径大于200mm高压储气瓶的瓶口瓶尾结构”等。这些专利均对气瓶的结构及密封方法做出了相关设计，结构形式多种多样，在储气使用过程中均可实现密封。但是这些结构制造复杂，加工精度要求高，成本偏高。

技术实现要素：

为了克服背景技术领域中存在的问题，本实用新型的目的在于提供结构、制造简单，密封可靠的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压储氢气瓶。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括：塑料内衬、金属气瓶开口端和金属气瓶尾端；塑料内衬外侧缠绕有预应力的纤维增强层，塑料内衬开口端与金属气瓶开口端的轴向下端面用胶粘剂粘合，塑料内衬下端与金属气瓶尾端的上端面贴合，塑料内衬上端的纤维增强层与金属气瓶开口端的轴向上端面贴合，塑料内衬下端的纤维增强层与金属气瓶尾端的轴向下端面贴合，纤维增强层的外侧缠绕有玻璃纤维保护层，金属气瓶两端封头的玻璃纤维保护层的外侧设有气瓶封头防撞层；

塑料内衬开口端与金属气瓶开口端的轴向下端面间设有o型圈，o型圈与内侧的内挡圈和外侧的外档圈置于金属气瓶开口端轴向下端面的o型圈槽内；o型圈依次通过塑料内衬、防松垫片和弹簧垫片用压紧螺母与金属气瓶开口端下端的螺纹拧紧；防松垫片沿外圆周均布有多个金属片；金属气瓶开口端下端有螺纹的外侧开有一个槽，槽的宽度大于防松垫片上的金属片宽度。

所述金属气瓶开口端是一个两端小而中部大的轴对称圆柱状结构，金属气瓶开口端中心开有通孔；金属气瓶开口端的上端口外侧有一个防止纤维缠绕时溢出的凸起止口，上端孔内侧有螺纹。

所述防松垫片是一个金属圆环，防松垫片环形内侧径向有一个凸起，防松垫片环形外圆周有多个能折弯的凸起。

所述压紧螺母大端是圆柱形、小端是六角螺母的柱形金属，压紧螺母圆柱形大端的外圆周上开有一个凹槽，凹槽宽度大于防松垫片环形外圆周上的凸起宽度，凹槽深度3-5mm。

所述金属气瓶尾端，置于塑料内衬与的纤维增强树脂基复合材料层之间，金属气瓶尾端轴中心下端设有不贯穿气瓶厚度方向的凹孔。

所述纤维为碳纤维、硼纤维、凯夫拉纤维或玻璃纤维。

所述纤维增强层基体为环氧树脂、酚醛树脂或双马树脂。

所述金属气瓶开口端和金属气瓶尾端材料为铝合金或不锈钢。

所述塑料内衬材料为尼龙6或尼龙66。

所述o型圈材料为丁晴橡胶或硅橡胶。

本实用新型具有的有益效果是：

1)质量轻、储气密度高：本实用新型采用尼龙6、尼龙66等来制作气瓶内衬，内衬采用注塑成型后再利用焊接的方法加工而成，相比于吹塑等其它工艺，采用注塑工艺得到的内衬精度高、致密性好，孔隙率较低。与金属内衬的ⅲ型气瓶相比重量更轻。

2)金属气瓶开口端处采用轴向端面上的密封，密封性能好，在金属气瓶开口端轴向端面和塑料内衬接触面之间采用多重密封确保密封可靠，第一层密封采用金属气瓶开口端轴向端面上的o型圈密封，用内档圈和外档圈对o型圈进行约束防止挤压破坏，与o型圈接触的塑料内衬上面有防松垫片、弹簧垫片及压紧螺母压紧，并有防松垫片锁住压紧螺母防止运行中松脱，有效保障了气密性。第二重密封，在金属气瓶开口端轴向端面和塑料内衬接触面之间采用特种胶粘剂将金属气瓶开口端与塑料内衬接触部位粘结，进一步加强了密封效果，有效的避免了因材质不同而导致变形过大、密封失效的问题。第三重密封是采用自紧式密封设计，当气瓶内的压力越高，气体压力对塑料内衬作用力越大，塑料内衬与金属气瓶开口端之间压得越紧，气体通过塑料内衬与金属气瓶开口端之间的间隙泄漏越难。

附图说明

图1是本实用新型的结构剖面图。

图2是图1中a处放大图。

图3是金属气瓶开口端的主视剖面图。

图4是防松垫片俯视图。

图5是压紧螺母俯视图。

图中：1、气瓶封头防撞层，2、玻璃纤维保护层，3、纤维增强层，4、金属气瓶开口端，5、内挡圈，6、外挡圈，7、塑料内衬，8、o型圈，9、防松垫片，10、弹簧垫片，11、压紧螺母，12、金属气瓶尾端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图2所示，本实用新型包括塑料内衬7、金属气瓶开口端4和金属气瓶尾端12；塑料内衬7外侧缠绕有预应力的纤维增强层3，塑料内衬7开口端与金属气瓶开口端4的轴向下端面用胶粘剂粘合，塑料内衬7下端与金属气瓶尾端12的上端面贴合，塑料内衬7上端的纤维增强层3与金属气瓶开口端4的轴向上端面贴合，塑料内衬7下端的纤维增强层3与金属气瓶尾端12的轴向下端面贴合，纤维增强层3的外侧缠绕有玻璃纤维保护层2，金属气瓶两端封头的玻璃纤维保护层2的外侧设有气瓶封头防撞层1。

塑料内衬7开口端与金属气瓶开口端4的轴向下端面间设有o型圈8，o型圈8与内侧的内挡圈5和外侧的外档圈6置于金属气瓶开口端4轴向下端面的o型圈槽内；o型圈8依次通过塑料内衬7、防松垫片9和弹簧垫片10用压紧螺母11与金属气瓶开口端4下端的螺纹拧紧；防松垫片9沿外圆周均布有多个金属片；金属气瓶开口端4下端有螺纹的外侧开有一个槽，槽的宽度大于防松垫片9上的金属片宽度1mm以上。

如图1、图2、图3所示，所述金属气瓶开口端4是一个两端小而中部大的轴对称圆柱状结构，金属气瓶开口端4中心开有通孔；金属气瓶开口端4的上端口外侧有一个防止纤维缠绕时溢出的凸起止口，上端孔内侧有螺纹；金属气瓶开口端4轴向下端面与塑料内衬7贴合的面上开有o型圈槽。

如图1、图2、图4所示，所述防松垫片9是一个金属圆环，防松垫片9环形内侧径向有一个凸起金属片，防松垫片9环形外圆周有多个(3-8个)能折弯的凸起金属片。

如图1、图2、图5所示，所述压紧螺母11大端是圆柱形、小端是六角螺母的柱形金属，压紧螺母11圆柱形大端的外圆周上开有一个凹槽，凹槽宽度大于防松垫片9环形外圆周上的凸起宽度1mm以上，凹槽深度3-5mm。

如图1所示，所述金属气瓶尾端12，置于塑料内衬7与的纤维增强树脂基复合材料层3之间，金属气瓶尾端12轴中心下端设有不贯穿气瓶厚度方向的凹孔进行减重。

所述纤维为碳纤维、硼纤维、凯夫拉纤维或玻璃纤维等。

所述纤维增强层基体为环氧树脂、酚醛树脂或双马树脂等。

所述金属气瓶开口端4和金属气瓶尾端12材料为铝合金或其他不锈钢或者高强钢。

所述塑料内衬7材料为尼龙6或尼龙66或聚丙烯等高分子聚合材料。

所述o型圈8材料为丁晴橡胶或硅橡胶或氟橡胶等具有耐氢腐蚀的密封材料。

塑料内衬纤维增强复合材料高压储氢气瓶的制造工艺如下：

1)塑料内衬7的结构分为两半，每一半通过注塑成型工艺加工而成，再利用焊接的方法进行环缝拼接成一个完整的塑料内衬。

2)将内挡圈5、o型圈8和外档圈6依次放入金属气瓶开口端4轴向下端面的o型圈槽内，将金属气瓶开口端4装有o型圈的一端压入塑料内衬7的开口端处，金属气瓶开口端4的轴向下端面与塑料内衬7外边贴紧后胶合在一起。

3)将防松垫片9和弹簧垫片10依次放入金属气瓶开口端4的下端圆柱形螺纹上，用压紧螺母11的圆柱端开口拧紧到金属气瓶开口端4的下端圆柱形螺纹上，使o型圈8与塑料内衬7压紧密封，然后将防松垫片9外圆周上的金属片折弯嵌入压紧螺母11的外侧槽内。