一种Ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构

本发明属于高压储氢瓶，特别涉及一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构。

背景技术：

1、氢能作为一种清洁高效的能源形式，具有来源广泛、灵活高效的特点，氢能的开发利用已成为当前世界各国共同关注的重点领域。高压气态储氢因其充放速度快、技术简单，已成为目前最流行和成熟的技术。塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶(ⅳ型气瓶)由于其储氢重量比密度高、制造成本低和轻量化等特点，成为当前高压储氢气瓶领域的研究热点。然而，储氢气瓶在充、放氢过程中，内部的压力、温度会不断变化，由于塑料内胆与瓶口金属boss结构材料性能的差异，二者连接处在反复的温度压力变化和膨胀收缩过程中，容易产生疲劳，导致氢气的泄漏。

2、虽然目前已有研究提出了ⅳ型储氢气瓶的改良瓶口结构设计，但均存在密封性能差、结构成型难度高、结构稳定性差问题。例如专利cn 202110969781.5公开了一种纤维缠绕塑料内胆储氢气瓶瓶口结构，通过设置紧固连接结构达到金属瓶口与塑料内胆端口在一体成型时的紧固连接。然而，金属环形内衬与塑料内胆之间仅通过锥形结合面进行插接安装，结构稳定性难以保证，且无法避免塑料内胆与金属环形内衬之间发生相对转动，增加了结构的失效风险。又如专利cn 202110764292.6公开了一种用于ⅳ型储氢气瓶的boss结构，利用内衬与外衬之间紧固连接产生压紧力可以将塑料内胆夹紧安装。但该结构同样无法避免内外衬与塑料内胆之间发生相对转动，而且内外衬之间仅通过端口处的螺纹固定连接，整个塑料内胆夹持结构受力极不均匀，不仅难以保证预紧力发挥应有的作用，而且可能导致塑料内胆发生应力集中，引起失效。专利cn 201910439016.5和专利cn 202120139114.x虽然具有较好的密封效果，但瓶口处未对塑料内胆进行结构增强，在遭受轴向冲击时容易导致塑料内胆封头与金属boss结构瓶口之间发生剥离，即缺少塑料内胆的止退结构。

3、因此，如何在增强储氢气瓶金属boss结构瓶口与塑料内胆之间密封性能的同时，避免结构的失稳、塑料内胆剥离以及实现简易的装配拆卸，是iv型储氢气瓶结构研发亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了至少解决现有技术中存在的问题之一，本发明的目的是提供一种结构稳定、密封性能优异、装配简便、抗内胆扭转收缩的ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构。

2、为实现本发明目的，本发明提供一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，包括塑料内胆、金属boss结构、紧固夹和若干密封圈；

3、所述塑料内胆包括颈部与肩部；

4、金属boss结构包括内筒体、外筒体和底座，内筒体和外筒体之间形成环形中空结构，用于安装塑料内胆颈部，中空结构内表面和内端面分别设有与塑料内胆配合的轴向和径向密封的密封槽，设计尺寸按照o形橡胶密封圈沟槽尺寸的国家标准设计，内筒体内表面从端头处自下而上依次有内螺纹段和锁紧孔，底座内表面设置有用于塑料内胆止转的柱状的凹槽；

5、所述紧固夹包括内环、外环和尾部，内环与外环之间形成用于与所述金属boss结构内筒体嵌合的环槽，环槽内安装有密封圈，环槽内表面从端头处自上而下依次有锁紧结构和外螺纹段，分别与所述内筒体内表面的锁紧孔和内螺纹段配合，实现紧固夹的旋紧和锁定。紧固夹外环端头与塑料内胆颈部端头钩状结构之间形成过盈配合。紧固夹尾部设有密封槽，且与金属boss结构底座相互配合夹紧塑料内胆肩部。

6、对本发明的进一步改进，所述紧固夹的外环端头设计为锥形结构。

7、进一步地，所述塑料内胆的颈部的端头截面设计为钩状结构，所述紧固夹的外环的锥形结构截面形状为梯形，与塑料内胆颈部钩状结构紧密配合，将来自紧固夹旋紧时的预紧力分别传递至塑料内胆-金属boss结构之间用于轴向和径向密封的密封圈。

8、对本发明的进一步改进，所述锁紧孔距所述内筒体的端头的距离根据所需预紧力大小确定，锁紧结构和锁紧孔的数量为两个及以上，且设置位置需互相匹配。

9、对本发明的进一步改进，所述环形中空结构内表面和内端面的密封槽分别设置于紧固夹外环锥形结构梯形截面斜边和上底的中垂线上，将传递至对应密封圈的预紧力最大化，进一步增强密封性能。

10、对本发明的进一步改进，所述紧固夹尾部外表面沿环向位置开有三个及以上加工孔，以便于对紧固夹进行旋紧。

11、对本发明的进一步改进，所述紧固夹环槽内表面为光滑面，与所述内筒体外表面紧密接触。

12、对本发明的进一步改进，所述塑料内胆肩部设有柱状的凸台，与所述金属boss结构底座内表面的柱状的凹槽配合，实现塑料内胆的止转。

13、对本发明的进一步改进，所述锁紧结构包括锁头、锁把和弹簧，所述锁把与所述锁头上端固定连接，嵌装于紧固夹环槽内表面端头处的盲孔内，所述盲孔内部安装有弹簧，用于将锁头推入所述锁紧孔，实现紧固夹的锁定。

14、对本发明的进一步改进，所述锁定结构的锁头可完全下压至紧固夹环槽的盲孔内，在到达锁紧孔之前不影响紧固夹的旋紧过程。

15、与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：

16、一、紧固夹与金属boss结构之间通过螺纹配合，在旋紧的过程中可对塑料内胆施加预紧力，增强塑料内胆与紧固夹之间的密封，有效防止氢气泄漏；

17、二、紧固夹外环的锥形结构截面优化设计为梯形，与塑料内胆颈部钩状结构紧密配合，将来自紧固夹旋紧时的预紧力可分别传递至塑料内胆-金属boss结构之间用于轴向和径向密封的密封圈，且密封圈的密封槽分别设置于紧固夹外环锥形结构梯形截面斜边和上底的中垂线上，将传递至对应密封圈的预紧力最大化，进一步增强密封性能；

18、三、紧固夹外环与塑料内胆颈部钩状端头的配合还可以起到塑料内胆的止退作用，防止塑料内胆在加工和使用过程中发生的收缩，避免塑料内胆与金属boss结构之间脱离；

19、四、紧固夹环槽内表面端头处设计有锁紧结构，在紧固夹旋紧至指定位置后可进行锁定，防止后续加工及使用过程中紧固夹的松动，且该锁紧结构拆装简便，大大提高了加工效率。

技术特征：

1.一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，包括塑料内胆、金属boss结构、紧固夹和若干密封圈；

2.根据权利要求1所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，紧固夹的外环端头设计为锥形结构。

3.根据权利要求2所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，塑料内胆的颈部的端头截面设计为钩状结构，所述紧固夹的外环的锥形结构截面形状为梯形，与塑料内胆颈部钩状结构紧密配合。

4.根据权利要求1所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，所述锁紧孔距所述内筒体的端头的距离根据所需预紧力大小确定，锁紧结构和锁紧孔的数量为两个及以上，且设置位置互相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，所述环形中空结构的内表面和内端面的密封槽分别位于紧固夹外环锥形结构梯形截面斜边和上底的中垂线上。

6.根据权利要求1所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，所述紧固夹的尾部外表面沿环向位置开有三个及以上加工孔。

7.根据权利要求1所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，所述紧固夹的环槽内表面为光滑面，与所述内筒体外表面紧密接触。

8.根据权利要求1所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，所述塑料内胆的肩部设有凸台，与所述金属boss结构底座内表面的凹槽配合，实现塑料内胆的止转。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，所述锁紧结构包括锁头、锁把和弹簧，锁把与锁头固定连接，嵌装于紧固夹的环槽内表面端头处开设的盲孔内，弹簧设置在盲孔内部，用于将锁头推入内筒体上的所述锁紧孔，实现紧固夹的锁定。

10.根据权利要求9所述的一种ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，其特征在于，所述锁定结构的锁头能完全下压至紧固夹的环槽的盲孔内，在到达锁紧孔之前不影响紧固夹的旋紧过程。

技术总结
本发明公开了一种Ⅳ型储氢气瓶用高性能瓶口密封结构，包括塑料内胆、金属BOSS结构、紧固夹和若干密封圈，塑料内胆包括颈部与肩部；金属BOSS结构包括内筒体、外筒体和底座，内筒体和外筒体之间形成环形中空结构，中空结构设有与塑料内胆配合的密封槽，底座内表面设置有塑料内胆止转结构；紧固夹内环与外环之间形成用于与内筒体嵌合的环槽，环槽内安装有密封圈，内环与内筒体之间通过螺纹连接，且内环端头处设计有锁紧结构；紧固夹外环端头与塑料内胆颈部之间过盈配合；紧固夹尾部设有密封槽，且与底座相互配合夹紧塑料内胆肩部。本发明增强了塑料内胆与金属BOSS结构之间的密封，同时能够增大塑料内胆抵抗内压的能力，以及避免塑料内胆的收缩。

技术研发人员：周池楼,刘先晖,郑益然
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14