一种高压储气瓶的制作方法

1.本技术属于高压容器领域，更具体地说，是涉及一种高压储气瓶。


背景技术：

2.储气瓶(罐)是一种专门用于存储气体的装置，根据存储气体的不同，储气瓶的具体结构以及承受压力存在差异。例如，用于存储氢气的储气瓶，其为了能够存储高密度的氢气，需要设计足够强度的结构来承受源自内部氢气的压力。
3.目前，存储氢气的高压储气瓶，一般由内胆、封头以及纤维层组成，利用内胆和封头对接形成密闭的内腔，再将纤维层包覆于内胆和封头的外壁上，以提高高压储气瓶的整体结构强度。但现有的高压储气瓶，内胆和封头之间的连接结构复杂，装配的精度要求较高，导致高压储气瓶的成型难度大且生产成本高，不利于高压储气瓶的大规模生产。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种高压储气瓶，以解决现有技术中存在的高压储气瓶成型难度大且生产成本高的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案是：提供一种高压储气瓶，包括：
6.内胆；
7.封头，套接于所述内胆的端部处；
8.辅助外套，套设于所述内胆和所述封头的外壁，并连接于所述内胆和所述封头的连接处；
9.纤维层，连接于所述内胆和所述封头的外壁并覆盖所述辅助外套。
10.可选地，所述封头包括依次连接的管部、肩部和封头连接部，所述管部用于供气体进出所述高压储气瓶，所述封头连接部的侧壁连接于所述内胆的外壁。
11.可选地，所述高压储气瓶还包括辅助内套，所述辅助内套连接于所述封头和所述内胆的内壁，并将所述封头和所述内胆的连接处覆盖。
12.可选地，所述辅助内套具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端向所述管部方向延伸，并至少覆盖所述肩部二分之一轴向长度的内壁。
13.可选地，所述辅助内套靠近于所述封头的一侧形成有限位凸起，所述限位凸起的一侧抵接于所述内胆伸入所述封头内的端面处。
14.可选地，所述内胆包括内胆主体和连接于所述内胆主体的内胆连接部，所述内胆连接部的外壁与所述封头连接部的内壁连接。
15.可选地，所述内胆连接部与所述封头连接部之间形成有连接结构。
16.可选地，所述连接结构包括形成于所述内胆连接部的外壁和所述封头连接部的内壁的波浪面结构，所述内胆连接部的外壁和所述封头连接部的内壁相贴合。
17.可选地，所述辅助外套的杨氏模量大于所述内胆的杨氏模量，和/或，所述封头的杨氏模量大于所述内胆的杨氏模量。
18.可选地，所述纤维层包括第一纤维层和第二纤维层，所述第一纤维层连接于所述封头和所述内胆的外壁，并覆盖所述辅助外套，所述第二纤维层连接于所述第一纤维层的外壁。
19.本技术实施例提供的一种高压储气瓶至少具有如下有益效果：与现有技术相比，本技术实施例提供的高压储气瓶，通过将封头套接在内胆的端部，来形成相对密闭的内腔，并利用套设在内胆和封头外壁上的辅助外套，来将内胆和封头的连接处封闭，以提高封头和内胆的密闭性能，最后利用内胆和封头外壁的纤维层来提高高压储气瓶整体的结构强度。同时，在内壁气体的作用下，能够借助于纤维层的限制效果，使封头和内胆之间形成自紧效应，进一步提高高压储气瓶的密封效果。如此，便能够利用辅助外套和纤维层来保证高压储气瓶的密封性能，使高压储气瓶能够承受较大的压力，同时封头和内胆的套接设计，能够简化高压储气瓶的结构设计，进而降低高压储气瓶的成型难度和生产成本，有效解决了现有技术中高压储气瓶成型难度大且成本高的问题，有利于高压储气瓶的大规模生产。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术实施例提供的高压储气瓶的立体结构示意图；
22.图2为本技术实施例提供的高压储气瓶的俯视图；
23.图3为沿图2中a-a线的剖视结构图；
24.图4为图3中b处的局部放大图；
25.图5为本技术实施例提供的爆炸结构示意图。
26.其中，图中各附图标记：
27.10、内胆；11、内胆主体；12、内胆连接部；13、波浪面；131、凸起；132、凹面；20、封头；21、封头连接部；22、肩部；23、管部；231、气流通道；30、辅助外套；40、辅助内套；401、第一端；402、第二端；41、限位凸起；50、纤维层；51、第一纤维层；52、第二纤维层。
具体实施方式
28.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
30.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第
一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例/实施方式的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本技术中各个具体技术特征/实施例/实施方式的各种可能的组合方式不再另行说明。
32.目前，存储氢气的高压储气瓶，一般由内胆、封头以及纤维层组成，利用内胆和封头对接形成密闭的内腔，再将纤维层包覆于内胆和封头的外壁上，以提高高压储气瓶的整体结构强度。但现有的高压储气瓶，内胆和封头之间的连接结构复杂，装配的精度要求较高，导致高压储气瓶的成型难度大且生产成本高，不利于高压储气瓶的大规模生产。
33.由此，本技术实施例提供了一种高压储气瓶，其能够解决现有技术中高压储气瓶成型难度大且成本高的问题，有利于高压储气瓶的大规模生产。
34.请一并参考图1至图3，本技术实施例提供的高压储气瓶包括内胆10、封头20、辅助外套30和纤维层50。其中，封头20可以套接在内胆10的端部位置处，使封头20和内胆10之间形成相对密闭的内腔，从而容纳存储气体，请一并参考图4和图5，辅助外套30可以设置在内胆10和封头20的外壁上，并连接在内胆10和封头20的连接处，以将内胆10和封头20的连接处遮蔽覆盖。纤维层50连接在内胆10和封头20的外壁上，并将辅助外套30覆盖。具体应用中，本实施例的高压储气瓶可以用于存储各类气体，例如氢气或天然气等，使用时，可以先将封头20和内胆10对合连接，将辅助外套30连接在封头20和内胆10的连接处，提高封头20和内胆10的密封性能，最后将纤维层50缠绕在封头20、内胆10以及辅助外套30上，以提高高压储气瓶的整体结构强度。如此，当高压储气瓶内部充入氢气等高压气体后，气体会从内部对封头20和内胆10形成作用力，尤其是在封头20和内胆10的连接处会形成较大的应变，而本实施例中的辅助外套30作用在封头20和内胆10的连接处，能够显著降低封头20和内胆10的连接处的应变，有效改善高压储气瓶的应变分布不均的问题，保证高压储气瓶不会出现局部应变上升的情况，有效提高高压储气瓶的密封效果。同时，在内壁气体的作用下，能够借助于纤维层50的限制效果，使封头20和内胆10之间形成自紧效应，进一步提高高压储气瓶的密封效果。这样，便能够利用封头20和内胆10套接的结构来简化高压储气瓶的结构设计，降低高压储气瓶的设计成本和成型难度，同时又能够利用辅助外套30和纤维层50来保证高压储气瓶的封闭性能，有利于高压储气瓶的大规模生产。
35.具体应用中，本实施例的高压储气瓶的具体尺寸可以根据实际情况合适选择，本实施例的高压储气瓶尤其适合小直径设计，例如内胆10的内径可以在50mm至80mm之间，内胆10的壁厚可以在3mm至5mm之间。在使用时，可以将根据所需气体量，将合适数量的高压储气瓶阵列排布，尤其适合车辆和船舶等空间较为有效的移动设施，能够有效提高空间利用率。同时，对于压力容器，其壁厚与所承受大压力和内胆10直径成正比，与内胆10的材质强度成反比，由于本实施例的内胆10直径相对较小，可以降低纤维层50的厚度，有利于降低纤维层50的设计难度，减少封头20位置处所堆积的纤维层50和后，提高纤维的利用率。
36.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，封头20包括依次连接
的管部23、肩部22和封头连接部21，管部23可以用于供气体进出高压储气瓶，封头连接部21的侧壁可以连接在内胆10的外壁。具体地，管部23可以具有气流通道231，且管部23可以用于与气阀或管路连接，从而实现高压储气瓶的充放气，封头连接部21可以与内胆10的外壁抵接，在内部高压气体和外部辅助外套30及纤维层50的作用下，封头连接部21的内壁能够与内胆10的外壁紧紧贴合。肩部22可以呈曲面结构，例如可以为预设直径的球面结构，也可以由多个不同直径的球面结构依次相接而成。具体应用中，封头20可以为一体成型件，以提高封头20整体的结构强度。
37.具体应用中，封头20的最大外径可以小于内胆10轴向长度的三分之一，以避免在缠绕纤维层50时出现滑线的情况，有利于高压储气瓶的生产。封头20的最小外径(即管部23的直径)可以根据连接的管道、气阀的尺寸，以及所存储的气体压力要求，例如，管部23需承受70mpa的气体压力、87.5mpa的水压试验以及157.5mpa的爆破压力等。
38.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，高压储气瓶还包括辅助内套40，辅助内套40可以连接在封头20和内胆10的内壁，辅助内套40可以将封头20和内胆10的内壁的连接处覆盖。具体地，辅助内套40的一侧可以贴合在封头20和内胆10的内壁上，在高压储气瓶内部气体的作用下，辅助内套40可以紧紧贴在封头20和内胆10的内壁上，利用辅助内套40来进一步提高高压储气瓶的密封性能。同时，辅助内套40还能够稳定封头20和内胆10的相对位置，保证封头20和内胆10的同轴度。
39.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，辅助内套40具有相对设置的第一端401和第二端402，具体地，辅助内套40可以呈环形结构，辅助内套40的第一端401和第二端402可以分别位于辅助内套40的开口位置处，其中，第一端401可以向管部23方向延伸，并且辅助内套40的第一端401可以至少覆盖肩部22二分之一轴向长度的内壁，最多可以覆盖至与封头20的管部23位置处(但不遮盖封头20的气流通道231)，也即辅助内套40的第一端401可以沿着封头20的内壁延伸，至少覆盖封头20的肩部22的二分之一长度(高压储气瓶的轴向方向)。这样的设计，当高压储气瓶存储有高压气体时，高压储气瓶在轴向方向的应变会大于周向方向的应变，而本实施方式的辅助内套40的第一端401向管部23方向延伸，能够利用周向和轴向的内压实现自密封，确保内部的气体不会从封头20和内胆10的连接处外泄。
40.作为本实施例的其中一种可选实施方式，辅助内套40靠近于封头20的一侧可以形成有限位凸起41，限位凸起41的一侧可以抵接在内胆10伸入封头20内的端面处。具体地，当封头20套接在内胆10上后，内胆10伸入封头20内部的一端可以凸起131与封头20的内壁，而本实施方式辅助内套40的限位凸起41可以抵接在内胆10的该端的端面上。这样的设计，一方面能够利用辅助内套40的限位凸起41抵接在内胆10和封头20的连接处，在气体的作用下，能够保证辅助内套40与封头20及内胆10的相对位置，防止辅助内套40的偏移；另一方面，限位凸起41能够将内胆10和封头20的连接处封堵，进一步提高内胆10和封头20的密封性能。
41.具体应用中，辅助内套40的第一端401厚度可以在1mm至2mm之间，辅助内套40的外壁形状可以与封头20的内壁相契合，限位凸起41的高度可以在0.5mm至2mm之间，限位凸起41至辅助内套40的第二端402的长度可以在5mm至50mm之间，辅助内套40的第二端402的厚度可以在1mm至3mm之间，且辅助内套40的第二端402可以设置有圆角。
42.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，内胆10包括内胆主体11和内胆连接部12，内胆连接部12连接于内胆主体11，内胆连接部12的外壁可以与封头连接部21的内壁连接。具体地，内胆连接部12的外壁可以向内凹陷，以使得封头连接部21与内胆10连接对接后，两者的连接处能够平滑过度，一方面能够有利于辅助外套30的套接及纤维层50的缠绕，防止封头连接部21与内胆连接部12刮伤辅助外套30和纤维层50，另一方面，还能够有效降低封头连接部21与内胆连接部12连接处的厚度，增加高压储气瓶的容量。
43.作为本实施例的其中一种可选实施方式，内胆连接部12与封头连接部21之间可以形成有连接结构，如此，可以利用连接结构连提高内胆连接部12与封头连接部21之间的连接强度及密封性能。
44.作为本实施例的其中一种可选实施方式，连接结构可以为波浪面结构13，波浪面结构13可以形成在内胆连接部12的外壁和封头连接部21的内，内胆连接部12的外壁和封头连接部21的内壁可以相贴合。具体地，以内胆连接部12为例，内胆连接部12的外壁可以从连接于内胆主体11的一端到另一端上下起伏，以形成凸起131和凹面132的结构，并且凸起131和凹面132可以设置一组或多组，当然也可以仅设置一个凸起131或一个凹面132。对应地，封头连接部21的内壁上的波浪面结构13与内胆连接部12的波浪面13相契合，如此，便能够利用波浪面结构13来提高两者的连接强度和密封性能。
45.具体应用中，以封头连接部21的内壁上的波浪面结构13为例，波浪面13结构的最高点(即凸起131的最高点)所对应的虚拟圆形的半径，可以小于波浪面结构13末端(靠近肩部22位置处)所对应的虚拟圆形的半径(即封头连接部21与肩部22连接处所对应的虚拟圆形的蚌精)，波浪面结构13中的凹面132深度可以为封头20的肩部22厚度的25％至40％之间，以保证封头连接部21和内胆连接部12具有足够的强度，同时能够有效避免发生应力集中的问题。
46.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，辅助外套30可以呈环形结构，辅助外套30可以通过锻造、挤压成型等方式成型，辅助外套30的厚度可以在0.1mm至1mm之间，辅助外套30的宽度可以在10mm至50mm之间。具体应用中，在安装辅助外套30时，可以先将辅助外套30加热至设温度(例如100度至120度之间)，使辅助外套30扩张，再将其套接在内胆10和封头20的外壁上，当辅助外套30的温度恢复时，辅助外套30会收缩并紧紧套接在内胆10和封头20上，方便高压储气瓶的装配生产。
47.作为本实施例的其中一种可选实施方式，辅助外套30的杨氏模量可以大于内胆10的杨氏模量，或者，封头20的杨氏模量大于内胆10的杨氏模量；或者，辅助外套30的杨氏模量可以大于内胆10的杨氏模量，且封头20的杨氏模量大于内胆10的杨氏模量。具体应用中，封头20、内胆10及辅助外套30和辅助内套40可以根据存储气体的不同而选择合适的材料制成，示例性的，当高压储气瓶用于存储氢气时，封头20可以采用的铝合金t6061或者奥氏体不锈钢s31603，内胆10可以采用树脂材料(例如市售的树脂管材，高密度聚乙烯、尼龙6、及其改性材料)，以便于内胆10和封头20的成型及装配，而辅助外套30可以采用铝合金t6061(也可以将碳纤维带缠绕在至预设厚度形成辅助外套30)，如此，由于树脂材质的内胆10与铝合金材质的封头20在杨氏模量上的巨大差异，在内部气体的作用下，内胆10和封头20的连接处的应变会出现巨大差异，也即内胆10会出现明显的应变，若直接将纤维层50缠绕至内胆10和封头20的外壁上，会导致两者连接处的纤维层50因应变上升而出现限位断破等问
题，严重影响高压储气瓶的安全性。而本实施方式中，由于辅助外套30的杨氏模量要大于内胆10，能够有效降低因内胆10较低的杨氏模量所产生的较大应变的影响，避免纤维层50出现破断的问题，有效提高高压储气瓶的安全性能。同时，对于压力容器而言，当出现跌落情况时，封头20位置处最易出现损伤，而本实施方式采用金属材质的封头20，能够提高封头20的强度，降低出现损伤的可能。
48.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，纤维层50包括第一纤维层51和第二纤维层52，第一纤维层51可以缠绕并连接于封头20部和内胆10部的外壁，同时可以覆盖辅助外套30，第二纤维层52可以缠绕并连接于第一纤维层51的外壁。这样的设计，利用由里及外的双层纤维层50的设计，能够进一步提高高压储气瓶的强度，使其能够容纳更高压力的气体。具体应用中，第一纤维层51和第二纤维层52可以采用缠绕的方式对内胆10进行包覆，并且第一纤维层51和第二纤维层52的缠绕方式可以不同，当然也可以相同。
49.示例性的，第一纤维层51可以沿内胆10和封头20的外壁周向缠绕，第二纤维层52可以绕内胆10和封头20的外周螺旋缠绕，这样的设计，一方面通过第一纤维层51的周向缠绕加强内胆10的结构强度，另一方面，通过第二纤维层52的螺旋缠绕，可以使内胆10和封头20连接得更为紧密，有效提高内胆10和封头20之间的连接强度。当然，在别的实施方式中，第一纤维层51和第二纤维层52也可以采用其他合适的缠绕方式，例如纵向缠绕(即沿内胆10的轴向)等。
50.具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，纤维层50可以采用碳纤维、碳纳米管纤维或由碳纤维与碳纳米管纤维组成的复合纤维中的至少一种纤维材料缠绕而成。具体应用中，第一纤维层51和第二纤维层52可以采用相同的纤维材料缠绕而成，当然，也可以选择采用不同的纤维材料缠绕而成，本实施方式不加以限制。
51.本技术实施例提供的一种高压储气瓶至少具有如下有益效果：与现有技术相比，本技术实施例提供的高压储气瓶，通过将封头20套接在内胆10的端部，来形成相对密闭的内腔，并利用套设在内胆10和封头20外壁上的辅助外套30，来将内胆10和封头20的连接处封闭，以提高封头20和内胆10的密闭性能，最后利用内胆10和封头20外壁的纤维层50来提高高压储气瓶整体的结构强度。同时，在内壁气体的作用下，能够借助于纤维层50的限制效果，使封头20和内胆10之间形成自紧效应，进一步提高高压储气瓶的密封效果。如此，便能够利用辅助外套30和纤维层50来保证高压储气瓶的密封性能，使高压储气瓶能够承受较大的压力，同时封头20和内胆10的套接设计，能够简化高压储气瓶的结构设计，进而降低高压储气瓶的成型难度和生产成本，有效解决了现有技术中高压储气瓶成型难度大且成本高的问题，有利于高压储气瓶的大规模生产。
52.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。