一种集储氢、承载于一体的压力容器的制作方法

一种集储氢、承载于一体的压力容器
【技术领域】
1.本发明涉及压力容器技术领域，具体涉及一种集储氢、承载于一体的压力容器。


背景技术：

2.氢气作为一种清洁能源，在新能源领域中占据重要的位置，随着氢燃料电池和电车的迅速发展与产业化，车载储氢技术的研究受到国内外广泛关注。目前储氢用压力容器为圆柱罐状，对乘用车有较高的空间和布置格局要求，影响氢能源汽车底盘设计和布局，容易造成空间的浪费。
3.轻量化已经成为汽车发展的趋势，当前工程应用中对于储氢器件和一些承载结构多是分开设计，没有实现结构和功能集成以及轻量化的要求，因此急需研发一种可以用于高压储氢和承载的一体化结构。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对现有技术的缺陷提供一种集储氢、承载于一体的压力容器，所述压力容器设计为扁平式结构，既节约了车体内部空间，增加了空间利用率，又提高了氢气的储存量，实现了高压储氢与承载的一体化。
5.本发明采用如下技术方案：一种集储氢、承载于一体的压力容器，包括并排设置的多组空心梁及连接在空心梁端部的封头，所述空心梁包括第一空心梁、第二空心梁及设置在第一空心梁和第二空心梁之间的若干中间空心梁，所述封头包括分别设置在第一空心梁一端的前封头、设置在第二空心梁端部的后封头及连接在相邻两空心梁端部的中间封头，所述封头内均设置有用于连接空心梁的腔体，空心梁插入封头内的长度小于封头内腔体的长度，所述前封头的端部设置一与其内腔体连通的充气嘴，后封头和中间封头不与空心梁连接的一端封堵。
6.优选地，所述空心梁的截面为圆角梯形、圆角矩形、圆角正方形等圆角四边形结构。
7.优选地，所述空心梁包括内膜层及包覆在内膜层外的复合材料层，所述内膜层为具有良好气密性、耐腐蚀性及耐温性的硅橡胶类或烯烃类可塑性聚合物；复合材料层为用树脂浸渍连续纤维或织物制得的预浸料。
8.优选地，所述预浸料中的树脂选自热固性树脂或热塑性树脂，其含量为30～45％。
9.优选地，所述预浸料中的纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维等高模量纤维中的一种。
10.优选地，所述复合材料层的厚度为20～50mm，进一步优选为20～45mm。
11.优选地，所述封头选用金属材质，前封头上的充气嘴与前封头一体成型。
12.优选地，所述中间封头内设置一隔板，将中间封头内腔体分为左右两部分，分别用于连接相邻的两空心梁，且所述隔板上设置有通孔，用于将左右两部分腔体连通，保证各空心梁内气体的流通。
13.优选地，所述封头内每一腔体与空心梁连接处设置有密封圈放置槽，用于放置密封圈对其连接处进行密封。
14.优选地，所述封头上设置有与其内腔体相通的胶黏剂注射孔，用于注射胶黏剂，使得封头与空心梁粘接在一起。
15.优选地，所述压力容器还包括设置在空心梁及封头外围的纤维缠绕层，用于对整体结构进行补强，其厚度为2～10mm，进一步优选为2～8mm。
16.优选地，所述纤维缠绕层采用缠绕成型工艺制备，具体为将浸渍过树脂胶液的连续纤维按照一定角度缠绕到空心梁及封头的外围。
17.优选地，所述纤维缠绕层中纤维的缠绕角度为90
°
和0
°
。
18.优选地，所述压力容器还包括设置在纤维缠绕层外围的保护层，在整体结构件表面起到保护作用，防止在使用或运输过程中产生磨损或勾丝。
19.优选地，所述保护层选用高分子膜材料，如聚乙烯、聚氨酯等耐磨性较好的材料。
20.本发明的有益效果：
21.本发明所述压力容器相比与传统圆柱形或球型结构，容积更大，储存量更高，占用空间小，提高了空间利用率；且其具有高的承载能力，实现了高压储氢与承载的一体化；
22.本发明所述压力容器中间空心梁的数量可以根据实际情况进行调整，适用范围广，也可用于储存其他气体或液体；
23.本发明所述压力容器通过纤维缠绕层进行整体补强，有利于结构整体的内压承受和载荷增强。
【附图说明】
24.图1是实施例1所述压力容器的结构示意图；
25.图2是实施例1所述压力容器中空心梁与封头的结构示意图；
26.图3是实施例1所述压力容器的截面示意图；
27.图4是图3中a部分的放大示意图；
28.图5是实施例1所述后封头的结构示意图；
29.图6是实施例1所述中间封头的结构示意图；
30.图7是实施例1所述中间封头与空心梁连接的剖视图；
31.图8是实施例2所述空心梁截面为圆角矩形的空心梁与封头连接的结构示意图；
32.图9是实施例3所述空心梁截面为圆角正方形时的空心梁与封头连接的结构示意图；
33.其中，1-第一空心梁；101-内膜层；102-复合材料层；2-第二空心梁；3-中间空心梁；4-前封头；401-充气嘴；5-后封头；6-中间封头；601-隔板；602-通孔；603-凸台；7-腔体；8-密封圈放置槽；9-胶黏剂注射孔；10-纤维缠绕层；11-保护层。
【具体实施方式】
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本发明用以下具体实施例进行说明，但绝非仅限于此。以下所述为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的限制，应当指出的是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同
替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
35.实施例1
36.如图1～3所示，本发明提供了一种集储氢、承载于一体的压力容器，包括并排设置的多组空心梁及连接在空心梁端部的封头，所述空心梁包括设置在两侧的第一空心梁1和第二空心梁2以及设置在第一空心梁1与第二空心梁2之间的若干中间空心梁3，所述封头包括设置在第一空心梁1一端的前封头4、连接在相邻两空心梁端部的中间封头6及连接在第二空心梁2一端的后封头5，所述后封头5连接在第二空心梁2不设置中间封头的一端；所述第一空心梁远离前封头4的一端与与其相邻的中间空心梁的一端共用一个中间封头，与第一空心梁相邻的中间空心梁的另一端与与其相邻的中间空心梁的一端共用一个中间封头，以此类推；所述封头内设置有用于连接空心梁的腔体7，空心梁插入封头内的长度小于封头内腔体的长度，使得空心梁的端部与封头封堵的一端之间留有一定距离，保证气体的流通；所述前封头4不与空心梁连接的端部设置有充气嘴401，后封头5和中间封头6不与空心梁连接的一端封堵。
37.所述第一空心梁1、第二空心梁2及中间空心梁3的结构相同，其截面为圆角梯形、圆角矩形、圆角正方形等圆角四边形结构，本实施例给出了所述空心梁截面为圆角梯形的结构，且所述空心梁的上底和下底交错设置，使得相邻两空心梁相邻的一面互相平行。
38.如图4所示，本实施例所述空心梁包括内膜层101及包覆在内膜层101外的复合材料层102，所述内膜层101为具有良好气密性、耐腐蚀性以及耐温性的硅橡胶类或烯烃类可塑性聚合物；所述复合材料层102为用树脂浸渍连续纤维或织物后制得的预浸料。
39.所述空心梁采用气囊成型工艺制备，空心梁的外形和尺寸由刚性成型模具控制，内部气囊通过充气提供成型压力。具体地，空心梁复合材料平面以及圆角位置铺贴厚度经过仿真模拟确定，将裁剪好的预浸料铺贴在其内含有芯模的气囊上，根据理论计算的厚度进行铺贴，铺贴完毕后装入下模具中，取出支承气囊的芯模，将气囊的两端分别连接模具封头，将上下模具合模，紧固好所有的螺栓以后，将模具推入烘箱，再向气囊内充压，最后按照预浸料的固化工艺要求完成固化；固化完成后经冷却、脱模即可得到成型好的复合材料空心梁，最终气囊留在空心梁内作为内膜层101，起到一定的密封作用。
40.作为优选，所述预浸料中的树脂选自热固性树脂或热塑性树脂，其含量为30～45％，所述纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维等高模量纤维中的一种或几种。
41.作为优选，所述复合材料层的厚度为20～50mm。
42.本实施例中所述预浸料用树脂为环氧树脂，其含量为35％，纤维为高模量碳纤维；预浸料的铺贴厚度为37mm。
43.本实施例所述封头采用金属材质，前封头4上的充气嘴401与前封头一体成型；如图5～7所示，所述封头内的腔体7与空心梁的外表面形状相同；所述中间封头6内设置一隔板601，将中间封头内的腔体分为左右两部分，分别用于连接相邻的两空心梁，且所述隔板601上设置有通孔602，用于将左右两部分腔体连通，保证各空心梁内气体的流通。
44.所述封头内每一腔体的内侧壁上均设置有凸台603，用于限制空心梁插入封头腔体7内的长度。
45.如图6和7所示，所述封头内每一腔体与空心梁连接处均设置有密封圈放置槽8，用于放置密封圈对其连接处进行密封，防止储存物品的泄露；作为优选，本实施例中每一腔体
内的密封圈放置槽8平行设置有两处，分别位于封头腔体的开口处及靠近603凸台的一侧。
46.作为优选，所述封头上设置有与其内腔体相通的胶黏剂注射孔9，用于注射胶黏剂，利用胶黏剂将封头与空心梁粘接在一起，将两者连接后利用胶黏剂将胶黏剂注射孔9封住。
47.如图4所示，所述压力容器还包括设置在空心梁及封头外围的纤维缠绕层10，用于对整体结构进行补强；所述纤维缠绕层的厚度为2～10mm。
48.作为优选，所述纤维缠绕层10采用缠绕成型工艺制备，具体为将浸渍过树脂胶液的连续纤维按照一定角度缠绕到空心梁及封头的外围。
49.作为优选，所述连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维等高模量纤维中的一种或几种；所述树脂选自热固性树脂或热塑性树脂中的一种。
50.进一步优选地，本实施例中纤维缠绕层10使用的树脂为环氧树脂，纤维为碳纤维，所述纤维的缠绕角度为90
°
和0
°
，其厚度为5mm。
51.如图4所示，所述压力容器还包括设置在纤维缠绕层外围的保护层11，在整体结构件表面起到保护作用，防止在使用或运输过程中产生磨损或勾丝。
52.作为优选，所述保护层11选用高分子膜材料，如聚乙烯、聚氨酯等耐磨性较好的材料。
53.本实施例制备的压力容器可承受70mpa的工作压力且在承受100mpa内压时，该压力容器不会受到破坏。
54.实施例2
55.如图8所示，本实施例给出了所述空心梁截面为圆角矩形时的结构；
56.本实施例中所述空心梁中的复合材料层102为用环氧树脂浸渍连续碳纤维后制得的预浸料；其中环氧树脂的含量为35％；所述复合材料层的铺贴厚度为45mm；
57.所述纤维缠绕层中使用的纤维为高模量玻璃纤维，树脂为环氧树脂，纤维的缠绕角度为90
°
和0
°
；所述纤维缠绕层的厚度为2mm。
58.本实施例制备的压力容器可承受70mpa的工作压力且在承受100mpa内压时，该压力容器不会受到破坏。
59.实施例3
60.如图9所示，本实施例给出了所述空心梁截面为圆角正方形时的结构；
61.本实施例中所述空心梁中的复合材料层102为用环氧树脂浸渍连续玻璃纤维后制得的预浸料；其中环氧树脂的含量为45％；所述复合材料层的铺贴厚度为20mm；
62.所述纤维缠绕层中使用的纤维为高模量碳纤维，树脂为环氧树脂，纤维的缠绕角度为90
°
和0
°
；所述纤维缠绕层的厚度为8mm。
63.本实施例制备的压力容器可承受70mpa的工作压力且在承受100mpa内压时，该压力容器不会受到破坏。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。