压力容器内衬、压力容器以及方法与流程

本发明涉及一种压力容器的内衬，包括该内衬的压力容器，以及压力容器内衬及保形压力容器的制造方法。

背景技术：

1、作为一种可再生能源，近年来，氢在已成为具有前景的候选能源。与电池技术相比，由于氢具有固有优势，因此其在运输行业中的应用尤为受到极大关注。例如，与电池技术相比，储氢系统的加氢时间更快且重量更轻。

2、氢可以以下三种状态储存：借助吸附或吸收材料的固态储存；低温液态储存；以及高压气态储存。在汽车应用领域，除其他要求之外，还要求有高的体积能量密度和重量能量密度。在固态储存设备和液态储存设备中，往往需要设置温度管理及控制系统。此类系统会增大储存系统的复杂度和重量，并减小其有效能量密度。因此，压缩氢气系统成为该行业中的首选。

3、压缩氢气系统的储存压力极高。例如，iso14687-2和iso12619-1:2014标准要求的表压为700巴。其他标准要求的压力为300巴、350巴以及500巴。高压无疑能够提高压缩气体的体积能量密度以及重量能量密度。然而，在高压下，容纳压缩气体的压力容器必须进行额外加固，以确保其机械强度。此类加固往往会导致容器厚度增大，从而导致重量和总体积增大，进而可能会使得压力容器的总体能量密度有所下降。

4、除了氢的极高易燃性之外，高压一般还会带来重大的安全风险。在运输领域，这一风险还会因压力容器与乘客的接近程度而变得更加复杂。此外，常规压力容器基于圆柱形或圆球形设计，此类设计不但难以操作，而且容易翻滚。因此，此类形状的压力容器往往需要通过支撑结构将压力容器固定到位。

5、图1a所示为现有技术中的常规压力容器100。压力容器100包括由外覆物104环绕的内衬102(以虚线示出)。压力容器限定出用于容纳气体的容积106。图1b为沿aa'的截面图，该图示出了常规压力容器100的双壁结构。内衬102为非结构性构件，用于作为容纳气体的屏障。外覆物104为结构性构件，用于承受加压气体的作用力。常规压力容器100的两端一般盖有半球形端盖。图中未示出半球形端盖。在复合材料柱罐的开发中，图1a和图1b所示构造称为“iii型”或“iv型”。iii型柱罐的内衬102为金属类内衬，如铝或铝合金，外覆物104一般为对角包裹式纤维增强复合材料。iv型柱罐的内衬102为热塑性内衬，外覆物104为纤维增强复合材料。由于纤维的各向异性特质，绕丝工艺较为复杂，而且高度依赖于包裹角度和绕制图形。这种制造方法必然使得iii型和iv型复合材料压力容器仅限于圆柱形或圆球形等简单形状。

6、us-a-2016061381公开一种压力容器，该压力容器具有用于降低施加于压力容器外覆物上压力的内部支撑结构。该支撑结构的内部连接件主要连接至中央支撑件。us-a-2016061381公开一种隔间式或蜂窝式设计。该设计中，将每个开孔连接至中央支撑件的开孔可限制过流能力，从而降低容器外部损坏导致的爆炸风险。

7、us2006/0261073公开一种压力容器内衬，该内衬包括管状主干以及封闭该主干相对两端的封头板。该内衬中设有加固壁，用于提高针对纵向作用力的抵抗强度。

技术实现思路

1、根据本发明第一方面，提供一种压力容器的分段式内衬，所述压力容器包括该分段式内衬以及设于该分段式内衬周围的外层，所述分段式内衬包括：至少两个内衬段，其中，每一内衬段均包括内部网络结构；以及至少两个盖帽段，其中，所述至少两个盖帽段和至少两个内衬段用于组装成所述分段式内衬。

2、所述至少两个内衬段可包括设于相对的各开口端的互锁部分，这些互锁部分在形状上既可相同也可互补。所述至少两个盖帽段可包括互锁部分，该互锁部分与所述至少两个内衬段的互锁部分在形状上既可相同也可互补。如此，所述盖帽段和内衬段即可用于通过所述互锁部分进行组装。所述互锁部分可通过粘合剂粘合和/或焊接固定到位。

3、每一内衬段和盖帽段均可以为单个模制件。

4、所述内衬段的外表面所限定的该分段式内衬的截面形状为正方形或圆角正方形中的一种。此外，也可以为其他形状。

5、所述分段式内衬的内部网络结构可包括：包括多个第一支撑构件的第一组支撑构件，其中，每一所述第一支撑构件延伸跨过所述内衬段的内部拐角。可选地，还包括：包括多个第二支撑构件的第二组支撑构件，其中，每一所述第二支撑构件延伸于延伸跨过所述内衬段的相邻拐角的两个所述第一支撑构件之间。可选地，还包括：包括多个第三支撑构件的第三组支撑构件，其中，每一所述第三支撑构件延伸于两个相邻第二支撑构件之间，以形成正方形或圆角正方形截面。可选地，还包括：包括多个第四支撑构件的第四组支撑构件，其中，每一所述第四支撑构件径向延伸于所述内衬段的内表面所限定的面与所述第三组支撑构件形成的所述正方形或圆角正方形的顶点之间。可选地，其中，所述第四组支撑构件中的每一所述支撑构件将一个或多个所述第二支撑构件平分。可选地，还包括：包括多个第五支撑构件的第五组支撑构件，其中，每一所述第五支撑构件径向延伸于所述内衬段的内部拐角与一个或多个所述第一支撑构件之间。可选地，其中，所述第五组支撑构件中的每一所述支撑构件将一个或多个所述第一支撑构件平分。

6、所述分段式内衬的内部网络结构可一体式地形成于所述内衬段的壁体厚度内，而且可选地，其中，所述内衬段的壁体厚度沿其拐角棱最大，沿其每一面的中心最小。所述内衬段壁体厚度的变化可限定出截面形状基本上与所述内衬段壁体外表面类似的容积。所述内部网络结构可包括位于所述内衬段每一拐角棱上的一个或多个开孔。可选地，所述一个或多个开孔为部分圆周孔。

7、根据本发明第一方面，提供一种压力容器，包括：上述分段式内衬；以及设于该分段式内衬周围的外层。

8、所述外层可包括灌注树脂的编织碳纤维布或碳纤维缠绕的外覆物。

9、根据本发明第一方面，提供一种制造上述分段式内衬的方法，包括：注塑成型或模铸所述至少两个内衬段和所述至少两个盖帽段；以及将各段组装在一起。

10、将各段组装在一起可包括粘合剂粘合或焊接。

11、所述分段式内衬可例如通过增材制造法制造。所述分段式内衬可通过电子方式表示为设计文件的形式。设计文件或计算机辅助设计(cad)文件为一种配置文件，该文件编码了产品形状的表面或体积构造当中的一种或多种。也就是说，设计文件代表产品的几何形状安排或形状。

12、一旦获得设计文件后，可将设计文件转换成一组计算机可执行指令，这些指令在由处理器执行时，使得处理器控制增材制造设备根据设计文件中指定的几何形状安排制造产品。所述转换操作可将设计文件转换成待由增材制造设备依次形成的片或层。所述指令(也称几何形状代码或“g码”)可针对特定增材制造设备进行校准，并且可精确指定制造过程中每一阶段所要形成的材料位置和材料量。

13、增材制造设备可根据所述计算机可执行指令进行控制，以指示该增材制造设备打印出内衬的一个或多个部分。这些部分既可打印为已组装的形式，也可打印为未组装的形式。例如，内衬各段可(作为一组未组装部件)分别打印，然后将其组装在一起。或者，不同部分也可以以已组装的形式打印。