CN108131558A - 一种高压复合容器塑料内胆密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压复合容器塑料内胆密封组件，所述密封组件由金属法兰接头、注塑件、碳纤维层、塑料内衬以及密封圈组成，所述塑料内衬通过挤出吹塑成型获得，压力容器外有碳纤维层包围，所述注塑件与金属法兰接头构成一个组合件，所述组合件与塑料内衬进行连接；该方案通过螺纹、凹槽使内胆和金属法兰接头可靠连接，有效的保证了在转动金属法兰的过程中，不会与注塑件的脱离。

Description

一种高压复合容器塑料内胆密封组件

技术领域

本发明涉及一种密封组件，具体涉及一种高压复合容器塑料内胆密封组件，属于油箱结构部件技术领域。

背景技术

大部分出租车改装压缩天然气(CNG)以代替燃油，一般CNG高压气瓶的工作压力为20MPa；部分车辆生产制造商已推广CNG或CNG与燃油混用的车辆，如奥迪、通用等。采用了氢燃料电池汽车也是当前的热点，储氢高压气瓶的工作压力一般为35MPa、70MPa，且70MPa的IV型瓶(高压塑料内衬复合容器)是当前的研发热点。除了车用，高压气瓶在其他领域也得到充分的应用，例如欧洲的部分液化石油气采用塑料内衬复合容器(工作压力2MPa)。大量的高压容器在日常生活中得到广泛使用，传统的纯金属或金属内衬复合容器存在重量偏大的问题，不易运输；且存储压力越高，金属内胆生产工艺越复杂，成本越高，还存在被高压气体腐蚀的风险。为了满足轻量化的要求，高压塑料内衬复合容器产生，因为塑料的特性，该类产品具备耐腐蚀、耐疲劳等优越性能，主要生产厂商为丰田、Hexagon(挪威)、Quantum(美国)等。相对于纯金属或金属内衬复合容器，高压塑料内衬复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内衬与金属端头的材料不同，在反复的使用过程中，塑料内衬与金属端头连接会松动，密封性能下降。

鉴于现状，金属端头与塑料内衬的连接成为了研究的热点与难点。图1所示为一个高压塑料内衬复合容器，金属端头1安装在塑料内衬2上，之后通过纤维复合材料层3进行缠绕包裹形成。图2对端面的密封结构进行说明：金属端头1与塑料内衬的大面接触在工艺上是不可行的，即使可行成本也是高昂的；该结构未考虑金属端头1与塑料内衬2轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内衬的内压不断改变的充压，会导致金属端头1及塑料内衬连接处产生缝隙引起泄漏；该结构未考虑瓶口承受安装扭矩时的限位，安装后导致金属端头1与复合层3的结合强度降低；该结构中压缩气体的逃逸路径P较短，会增加压缩气体逃逸的风险，尤其是小分子气体氢气、氦气。因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高压复合容器塑料内胆密封组件，该技术方案设计巧妙、结构紧凑，该方案是用于盛装高压气体的压力容器的密封结构，具有减少在加注、存储、释放过程中存储罐内因温度和压力循环的变化引起的渗透泄漏的优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述密封组件由金属法兰接头、注塑件、碳纤维层、塑料内衬以及密封圈组成，所述塑料内衬通过挤出吹塑成型获得，压力容器外有碳纤维层包围，通过控制碳纤维的宽度、张力、缠绕角度等使碳纤维层与塑料内衬紧密结合，作为用于塑料内衬的材料，考虑采用尼龙、HDPE、PP、POM、聚酯或类似物。所述注塑件与金属法兰接头构成一个组合件，所述组合件与塑料内衬进行连接。

作为本发明的一种改进，所述塑料内衬和注塑件之间使用激光焊接、或热板焊接、或超声波焊接等工艺方法进行连接，确保其气密性。

作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头与注塑件通过注塑方式连接在一起，金属法兰接头的颈部带有多道周向方形凸台，在凸台上沿金属法兰接头的纵向方向周向设有多个通孔，同时金属法兰的底盘表面延两个周向设有多个通孔，在注塑件成型时放入金属法兰接头一体成型，通过注塑件的材料注入金属法兰接头的凸台间隙以及通孔内，使两者完全紧固。

作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头与注塑件构成的组合件的上表面有一个凹槽，凹槽用于安装密封圈。当安装阀门组件时，阀门组件压紧密封圈，防止压力容器内的介质分子逃逸。

作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头及注塑件构成的组合件端头外表面设有两道凹弧面，用于压入碳纤维。在进行碳纤维层的缠绕时，碳纤维压入凹弧面，增强了接口的密封性能及结构稳定性。

作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头的内表面的设有螺纹连接结构，用于连接阀门组件。螺纹连接结构的作用是通过螺纹旋紧可有效连接阀门组件，使密封性更加稳定。

作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头与注塑件通过螺纹连接的方式进行装配，在金属法兰接头的端头外表面和注塑件的内孔表面均设有螺纹。

作为本发明的一种改进，在注塑件的底面周向布置有4个小方块件，同时金属法兰接头底面开有4个凹槽，小方块件与凹槽配合固定。小方块件可以保证金属法兰接头与注塑件的位置相对稳定。

作为本发明的一种改进，所述注塑件的下表面设有一道凹槽用于放置密封圈。在通过螺纹连接装配金属法兰接头与注塑件时，金属法兰接头压紧密封圈，放置存储介质分子的逃逸。

作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头端头的外表面设有螺纹，用于安装金属套环，金属套环通过螺纹与金属法兰接头连接后压紧注塑件。为了保证金属套环连接的稳定性，其外侧面设计成带有凹弧度的斜面，当进行碳纤维层的缠绕时，碳纤维压入凹弧面。金属法兰接头的内孔面设有螺纹连接结构，螺纹连接结构的作用是通过螺纹旋紧可有效连接阀门集成部件。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案整体结构设计紧凑、巧妙，该方案提供一种塑料内衬压力容器的密封结构，通过螺纹、凹槽使内胆和金属法兰接头可靠连接，有效的保证了在转动金属法兰的过程中，不会与注塑件的脱离；在注塑件与塑料内衬之间采用焊接方式保证紧密连接；2)为更好的防止气体的渗透泄漏，保证其安全性及密封性，本发明考虑了塑料内衬与阀门集成组件之间的连接并且在高压气体可能存在的泄漏路径上使用O型密封圈进行阻隔；3)本发明提出的高压容器的密封结构，利用焊接的方式使得内胆与注塑件连接，通过注塑件融于凹槽内，有效的防止了在转动金属法兰接头时与注塑件的脱离，并且在高压气体可能存在泄漏的路径上，开有凹槽，放置一个O型密封圈，阻断气体溢出的路径，起到更好的阻碍气体的溢出的作用，从而可以更好的保证高压气瓶的密封性。

附图说明

图1压缩容器示意图

图2密封结构

图3实施方案1

图4方案1金属端头图

图5方案1金属端头局部剖视放大图

图6方案1气体泄漏路径图

图7实施方案2

图8方案2金属端头图

图9方案2金属端头局部剖视放大图

图10方案2气体泄漏路径图

图中：1、阀门集成部件，2、金属法兰接头，3、注塑件，4、碳纤维层，5、塑料内衬，6、密封圈，7、凸台间隙，8、螺纹连接结构，9、小方块件，10、金属套。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图3—图6,一种高压复合容器塑料内胆密封组件，所述密封组件由金属法兰接头2、注塑件3、碳纤维层4、塑料内衬5以及密封圈6组成，所述塑料内衬5通过挤出吹塑成型获得，压力容器外有碳纤维层4包围，通过控制碳纤维的宽度、张力、缠绕角度等使碳纤维层4与塑料内衬5紧密结合，作为用于塑料内衬5的材料，考虑采用尼龙、HDPE、PP、POM、聚酯或类似物。所述注塑件3与金属法兰接头2构成一个组合件，所述组合件与塑料内衬5进行连接，所述塑料内衬5和注塑件3之间使用激光焊接、或热板焊接、或超声波焊接等工艺方法进行连接，确保其气密性，在图4所示的本发明的一个具体案例中，所述金属法兰接头2与注塑件3通过注塑方式连接在一起，金属法兰接头2的颈部带有多道周向方形凸台，在凸台上沿金属法兰接头2的纵向方向周向设有多个通孔，同时金属法兰2的底盘表面延两个周向设有多个通孔，在注塑件3成型时放入金属法兰接头2一体成型，通过注塑件3的材料注入金属法兰接头2的凸台间隙7以及通孔内，使两者完全紧固。

该方案通过焊接方法使塑料内衬与注塑件连接，保证其密封性；使用O型密封圈对气体泄漏路径进行密封，降低了气体泄漏的可能性。塑料内衬的材料使用尼龙，通过吹塑工艺成型，颈部金属法兰接头使用金属材料，优先考虑使用铝合金材料，在塑料内衬外部通过缠绕的方式包裹一层碳纤维层，该方案有效的防止气体的渗透泄漏，保证其安全性及密封性。

实施例2：作为本发明的一种改进，由图4可以看出，所述金属法兰接头2与注塑件3构成的组合件的上表面有一个凹槽，凹槽用于安装密封圈6。当安装阀门组件1时，阀门组件1压紧密封圈6，防止压力容器内的介质分子逃逸。金属法兰接头通过其中存在的凹槽与注塑件产生紧固连接，保证了在拧紧螺纹的过程中，金属法兰接头不会与注塑件之间发生脱离。在注塑时，在高压气体可能存在泄漏的路径上放置一个O型密封圈，也可以使用Y型、T型等其他截面形状的密封圈，只是相应改变其他凹槽的形状，此外凹槽与密封圈的数量根据实际容器尺寸也可增加或者减少。气体按图中虚线箭头指示位置向外溢出的过程中，会受到密封圈的阻隔。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例3：作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头2及注塑件3构成的组合件端头外表面设有两道凹弧面，用于压入碳纤维。在进行碳纤维层4的缠绕时，碳纤维压入凹弧面，增强了接口的密封性能及结构稳定性。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例4：作为本发明的一种改进，所述图4中，所述金属法兰接头2的内表面的设有螺纹连接结构8，用于连接阀门组件。螺纹连接结构8的作用是通过螺纹旋紧可有效连接阀门组件1，使密封性更加稳定。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例5：参见图7、图8，一种高压复合容器塑料内胆密封组件，所述密封组件由金属法兰接头2、注塑件3、碳纤维层4、塑料内衬5以及密封圈6组成，所述塑料内衬5通过挤出吹塑成型获得，压力容器外有碳纤维层4包围，通过控制碳纤维的宽度、张力、缠绕角度等使碳纤维层4与塑料内衬5紧密结合，作为用于塑料内衬5的材料，考虑采用尼龙、HDPE、PP、POM、聚酯或类似物。所述注塑件3与金属法兰接头2构成一个组合件，所述组合件与塑料内衬5进行连接，所述塑料内衬5和注塑件3之间使用激光焊接、或热板焊接、或超声波焊接等工艺方法进行连接，确保其气密性，该方案中，所述金属法兰接头2与注塑件3通过螺纹连接的方式进行装配，在金属法兰接头2的端头外表面和注塑件3的内孔表面均设有螺纹。

实施例6：参见图7、图8，作为本发明的一种改进，由图8可以看出，在注塑件3的底面周向布置有4个小方块件9，同时金属法兰接头2底面开有4个凹槽，小方块件与凹槽配合固定。小方块件9可以保证金属法兰接头2与注塑件3的位置相对稳定。该方案中，在金属法兰接头底部采用中空设计，十字方向上设置四个小方块，与注塑件接触，起支撑作用，便于固定金属法兰接头，同时也能也节省材料。其余结构和优点与实施例5相同。

实施例7：参见图7、图8，作为本发明的一种改进，在图8中，所述注塑件3的下表面设有一道凹槽用于放置密封圈6。在通过螺纹连接装配金属法兰接头2与注塑件3时，金属法兰接头2压紧密封圈6，放置存储介质分子的逃逸。在注塑件上开有凹槽，使得金属法兰接头与注塑件组成一个整体，并气体可能存在的路径上放置O型密封圈，通过O型密封圈对气体泄漏路径进行密封。其余结构和优点与实施例5相同。

实施例8：参见图7、图8，作为本发明的一种改进，所述金属法兰接头2端头的外表面设有螺纹，用于安装金属套环10，金属套环10通过螺纹与金属法兰接头2连接后压紧注塑件3。为了保证金属套环10连接的稳定性，其外侧面设计成带有凹弧度的斜面，当进行碳纤维层4的缠绕时，碳纤维压入凹弧面。由图8可以看出，金属法兰接头2的内孔面设有螺纹连接结构8，螺纹连接结构8的作用是通过螺纹旋紧可有效连接阀门集成部件。其余结构和优点与实施例5相同。

本发明还可以将实施例2、3、4所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式；本发明还可以将实施例6、7、8所述技术特征中的至少一个与实施例5组合形成新的实施方式

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (10)

1.一种高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述密封组件由金属法兰接头、注塑件、碳纤维层、塑料内衬以及密封圈组成，所述塑料内衬通过挤出吹塑成型获得，压力容器外有碳纤维层包围，所述注塑件与金属法兰接头构成一个组合件，所述组合件与塑料内衬进行连接。

2.根据权利要求1所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述塑料内衬和注塑件之间使用激光焊接、或热板焊接、或超声波焊接等工艺方法进行连接，确保其气密性。

3.根据权利要求1所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述金属法兰接头与注塑件通过注塑方式连接在一起，金属法兰接头的颈部带有多道周向方形凸台，在凸台上沿金属法兰接头的纵向方向周向设有多个通孔，同时金属法兰的底盘表面延两个周向设有多个通孔，在注塑件成型时放入金属法兰接头一体成型，通过注塑件的材料注入金属法兰接头的凸台间隙以及通孔内，使两者完全紧固。

4.根据权利要求2所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述金属法兰接头与注塑件构成的组合件的上表面有一个凹槽，凹槽用于安装密封圈。

5.根据权利要求2所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述金属法兰接头及注塑件构成的组合件端头外表面设有两道凹弧面，用于压入碳纤维。

6.根据权利要求3所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述金属法兰接头2的内表面的设有螺纹连接结构8，用于连接阀门组件。

7.根据权利要求1或2所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述金属法兰接头与注塑件通过螺纹连接的方式进行装配，在金属法兰接头的端头外表面和注塑件的内孔表面均设有螺纹。

8.根据权利要求7所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，在注塑件的底面周向布置有4个小方块件，同时金属法兰接头底面开有4个凹槽，小方块件与凹槽配合固定。

9.根据权利要求7所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述注塑件的下表面设有一道凹槽用于放置密封圈。

10.根据权利要求7所述的高压复合容器塑料内胆密封组件，其特征在于，所述金属法兰接头端头的外表面设有螺纹，用于安装金属套环，金属套环通过螺纹与金属法兰接头连接后压紧注塑件。