一种设置有密封结构的高压复合容器的制作方法

本发明涉及一种复合容器，具体涉及一种设置有密封结构的高压复合容器，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(高压塑料内胆复合容器)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胆复合容器(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，高压塑料内胆复合容器产生，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，高压塑料内胆复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆与金属端头的材料不同，在反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降。

鉴于现状，金属端头与塑料内胆的连接成为了研究的热点与难点。图8所示为一个高压塑料内胆复合容器，金属端头1安装在塑料内胆2上，之后通过纤维复合材料层3进行缠绕包裹形成。图9对端面的密封结构进行说明：金属端头1与塑料内胆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与塑料内胆2轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内胆的内压不断改变的充压，会导致金属端头1及塑料内胆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。

技术实现要素：

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种设置有密封结构的高压复合容器，该技术方案设计巧妙、结构紧凑，整个方案采用密封垫与密封圈的方式进行密封，在保证塑料内胆与颈部件之间密封的同时，增强了颈部件与阀门等附件之间的密封，极大降低了容器内气体泄漏的风险。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；使容器端口附近内胆的腔体内壁或外壁与颈部件紧密贴合，采用密封垫的方式，在两者的配合面路径上阻止气体分子泄露，容器选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维和玻璃限位构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。对于塑料内胆，考虑目前商业中经常应用的热塑性塑料，例如尼龙、HDPE、聚酯、PP、POM等，同时塑料内胆可以采用多层结构，在中间加入阻隔层，防止氢气分子等小分子的渗透。

作为本发明的一种改进，在塑料内胆吹塑成型后从外部进行颈部件的装配，颈部件与塑料内胆配合面之间设有一个截面为L形的环状密封垫片，密封垫片的上半部分贴合塑料内胆开口端面，装配颈部件时被颈部件压紧产生一定的压缩量，从而在颈部件与塑料内胆之间形成密封效果；密封垫片的下半部分与塑料内胆开口内壁贴合，在装配阀门时被阀门压紧产生一定的压缩量，从而在压力容器与阀门之间形成密封效果。

作为本发明的一种改进，所述颈部件与塑料内胆采用螺纹连接的方式进行装配，在挤出吹塑成型时，塑料内胆的端口外侧设有外螺纹结构，在颈部件的端口内侧设有一个台阶，在台阶的上下分别布置有内螺纹结构，其中下方的内螺纹结构用来与塑料内胆进行装配，拧紧的同时台阶压紧L形密封垫片。此外，颈部件端口台阶上方的螺纹用于安装阀门等附件。

作为本发明的一种改进，在L形密封垫片的主要密封面都布置有多道周向凸起的结构，当然布置的间距及数量可以根据具体实施情况而定，在装配颈部件及阀门附件压紧垫片时，在周向凸起部分可以增大密封垫片的压缩量和压缩强度，从而增强了密封效果。

作为本发明的一种改进，所述塑料内胆在与颈部件圆片部分边缘处的配合点，设有内沉台阶，使得在将颈部件装配在塑料内胆上时，两者的外表面能有一个平滑的过度，便于后续纤维支承罩的缠绕。塑料内胆、密封垫片、颈部件及纤维支承罩构成了塑料内胆总成，考虑到阀门等附件与内胆总成的配合，阀门等附件的连接端头下部需设有一个台阶用于容纳L形密封垫片，同时使密封垫片产生一定的压缩量，形成密封效果。同时阀门等附件的连接端头的顶部外侧设有圆弧形倒角，使其便于安装及不至于损坏密封垫片。此种方式可以极大增加塑料内胆与颈部件的密封性，以及塑料内胆总成与阀门等附件的密封性，通过密封垫片的密封，使潜在的气体逃逸泄漏路径都可以被有效地密封，颈部件、内胆及阀门附件形成了有效的密封效果。

一种设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；使容器端口附近内胆的腔体内壁或外壁与颈部件紧密贴合，采用密封垫的方式，在两者的配合面路径上阻止气体分子泄露；容器选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维和玻璃限位构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中；在塑料内胆吹塑成型的同时，将颈部件置于塑料内胆内侧，在闭模后熔融状态塑料内胆料胚与颈部件压实，在颈部件圆片部分上表面，设有一定宽度的周向凹槽，闭模时料胚被挤压进入凹槽内，塑料内胆与颈部件形成一个整体，增强连接的可靠性。

作为本发明的一种改进，在塑料内胆与颈部件4配合的边缘上方设置状密封垫片，在密封垫片的上方设有一个金属垫圈，金属垫圈的上方用一个紧固套环压紧，紧固套环采用金属材料，金属套环通过螺纹配合的方式与颈部件连接，在拧紧紧固套环时，紧固套环底部通过金属垫圈作用于密封垫片，使密封垫片产生一定的压缩量，形成密封效果。

作为本发明的一种改进，在颈部件端口的内侧设有一个台阶，台阶下方设有一道密封圈，在安装阀门时，阀门下端面压紧密封圈，使密封圈产生一定的压缩量，形成密封效果，增强了阀门相对于内胆总成的密封性能。

作为本发明的一种改进，颈部件圆片部分与塑料内胆的表面贴合时，颈部件圆片部分的表面设计有多个圆周分布的圆形通孔，在闭模成型时，塑料内胆的材料料胚会被挤压进入圆孔内，冷却定性后可以加固颈部件与塑料内胆的连接，同时防止颈部件相对于塑料内胆周向转动。此外，圆形通孔的数量及尺寸可以根据实际需要进行调整，也容易想到，通孔形状也可设计成方形或者十字型等。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，本发明提出的压力容器颈部密封结构，考虑了瓶口阀门等附件的装配，在整体布置上采用密封垫和密封圈的方式，极大增强了容器的密封性能。在阀门与塑料内胆总成之间除了螺纹连接密封，增加了密封垫/圈的密封形式，有效避免了气体分子的逃逸泄露，提高了产品的安全性能。

附图说明

图1为根据本发明的压力容器的局部外观示意图，

图2是本发明实施例1的纵向剖面视图，

图3为图2中颈部连接区域的放大剖视图，

图4为图3在密封区域的放大示图，

图5是本发明实施例2的纵向剖面视图；

图6为图5在颈部连接区域的放大剖视图；

图7为图6在密封区域的放大示图；

图8现有技术中压力容器示意图；

图9为密封结构示意图；

图中：1压力容器，2塑料内胆，3纤维支承罩，4颈部件，5阀门等附件，6密封垫，7螺纹结构，8螺纹结构，9内沉台阶，10周向凸起结构，11圆弧倒角，12密封垫，13金属垫片，14紧固套环，15密封圈，16螺纹结构，17螺纹结构，18周向凹槽，19通孔，20周向凸起结构。

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1—图4,一种设置有密封结构的高压复合容器，所述容器包括塑料内胆2，所述塑料内胆2具有一个与塑料内胆连接的颈部件4，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩3，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；使容器端口附近内胆的腔体内壁或外壁与颈部件紧密贴合，采用密封垫的方式，在两者的配合面路径上阻止气体分子泄露，容器选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维和玻璃限位构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。对于塑料内胆，考虑目前商业中经常应用的热塑性塑料，例如尼龙、HDPE、聚酯、PP、POM等，同时塑料内胆可以采用多层结构，在中间加入阻隔层，防止氢气分子等小分子的渗透。纤维支承罩3可以由碳纤维、玻璃纤维或类似物构成。优先选用以树脂浸润的纤维或丝线来对塑料内胆进行缠绕制造纤维支承罩。

由图2至7中可以看出，本发明中压力容器1由塑料内胆2、优选铝合金制造的颈部件4、缠绕在塑料内胆外表面的纤维支承罩3构成。颈部件4包括圆筒部分和圆片部分其结构类似于法兰，颈部件4中的安装螺纹孔用于安装阀门等附件5，此外颈部件4的安装螺纹孔与塑料内胆2的容器开口同轴设置。颈部件优选由金属制成，是一体件，可以考虑使用铝合金等金属材料，在颈部件的内孔设计有适用于与阀门等附件连接螺纹，以螺纹密封的方式保证阀门与颈部件的密封。此外，本发明在阀门与压力容器之间设有另一道由密封垫片或者密封圈形成的密封，增强了容器与阀门之间的密封效果。本发明涉及到的颈部件也被称为连接件或金属端头，根据其外形特征，颈部件由圆筒部分及圆片部分构成，其中圆筒部分与塑料内胆端口贴合，圆片部分与容器端口附近内胆壁贴合。

在图2至4的压力容器具体实例中，塑料内胆2与颈部件4通过螺纹8进行连接，在塑料内胆2和颈部件4的配合端面之间设有一个截面为L形的环形密封垫6。此种实施例采用塑料内胆2吹塑成型后，由外部进行装配的方式安装颈部件4，装配时先放入密封垫片6与塑料内胆2的端面配合，然后安装颈部件4，在拧紧颈部件4时，颈部件4压紧密封垫6使其产生一定的压缩量，形成密封效果，最后缠绕纤维支承罩3，增强端口结构的稳定性。

由图3可以看到阀门等附件5的接头通过螺纹7与颈部件4连接，阀门等附件5的端头设有一个台阶用于容纳密封垫6，当装入阀门等附件5时，其端头外侧壁压紧密封垫6，形成密封效果。在颈部件4圆片部分的边缘与塑料内胆2配合处，塑料内胆2设有一个内沉台阶9，使得颈部件4与塑料内胆2的配合面可以平滑过渡，便于纤维支承罩3的缠绕。

由图4可以看到，密封垫6同塑料内胆2、颈部件4及阀门等附件5的主要接触面均设有周向凸起结构10，在密封垫6受压时，周向凸起结构10可以使其产生更大的压缩量，增强密封性能。阀门等附件5的端头设有圆弧形倒角11，增加安装便利性，防止损坏密封垫6。

塑料内胆、密封垫片、颈部件及纤维支承罩构成了塑料内胆总成，考虑到阀门等附件与内胆总成的配合，阀门等附件的连接端头下部需设有一个台阶用于容纳L形密封垫片，同时使密封垫片产生一定的压缩量，形成密封效果。同时阀门等附件的连接端头的顶部外侧设有圆弧形倒角，使其便于安装及不至于损坏密封垫片。此种方式可以极大增加塑料内胆与颈部件的密封性，以及塑料内胆总成与阀门等附件的密封性，如附图3所示，通过密封垫片的密封，使潜在的气体逃逸泄漏路径都可以被有效地密封，颈部件、内胆及阀门附件形成了有效的密封效果。

实施例2：参见图5—图7,一种设置有密封结构的高压复合容器，所述容器包括塑料内胆1，所述塑料内胆1具有一个与塑料内胆连接的颈部件4，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩3，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；使容器端口附近内胆的腔体内壁或外壁与颈部件紧密贴合，采用密封垫的方式，在两者的配合面路径上阻止气体分子泄露；容器选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维和玻璃限位构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中；在塑料内胆吹塑成型的同时，将颈部件置于塑料内胆内侧，在闭模后熔融状态塑料内胆料胚与颈部件压实，在颈部件圆片部分上表面，设有一定宽度的周向凹槽，闭模时料胚被挤压进入凹槽内，塑料内胆与颈部件形成一个整体，增强连接的可靠性。在塑料内胆2吹塑成型时置入颈部件4，吹塑过程中闭模时塑料内胆2的材料料胚被挤入颈部件4的凹槽18内，塑料内胆2与颈部件4形成一个整体。在塑料内胆2和颈部件4的配合边缘上方设有环形密封垫12，在密封垫12的上方设有一个金属垫片13，金属垫片13通过紧固套环14压紧密封垫12，紧固套环14通过螺纹16与颈部件4连接，紧固套环14拧紧时密封垫12产生一定的压缩量，形成密封效果。同样，密封垫片与塑料内胆及颈部件接触的下表面设有多道周向凸起的结构，增大了密封垫片的压缩量和压缩强度，从而增强了密封效果。颈部件的圆筒部分内外侧均设有螺纹结构，外侧螺纹用于安装紧固套环，颈部件与紧固套环夹紧塑料内胆，增强颈部件相对于塑料内胆的位置稳定性；内侧螺纹用于安装阀门等附件。如附图5所示，通过密封垫以及密封圈的密封，使潜在的气体逃逸泄漏路径被有效地密封，颈部件、塑料内胆、阀门形成了有效的密封效果，也就是整个内胆总成形成了有效的密封整体。由图6可以看出，阀门等附件5通过螺纹17与颈部件4连接，在颈部件4的端面设有一个台阶，台阶下方设有一个密封圈15，在装配时，先放入密封圈15，然后安装阀门等附件5，拧紧阀门等附件5时其端面压紧密封圈15使其产生一定的压缩量，形成密封效果。由图6可以看出，在颈部件4的圆片部分周向布置有多个通孔19，通孔数量为8个，在塑料内胆2吹塑成型时，其材料料胚挤入通孔19内，防止颈部件4相对于塑料内胆2转动。由图7可以看出，密封垫12的下表面设有4道周向凸起结构20，其中与塑料内胆2和颈部件4的接触面各有两道，在密封垫12倍压紧时，周向凸起结构20可以增加压缩量，提升密封性能。

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。