[发明专利]用于形成压力容器的基体衬里的方法和设备

说明书

技术领域

本公开总体上涉及用于形成燃料电池系统的压力容器的方法和设备，并且更特别地涉及用于与具有均质特性的压力容器的增强结构结合使用的衬里。

背景技术

用于存储高压力气体介质(比如氢气、压缩天然气或空气)的压力容器(在本文中也被称为存储罐，或更简单地罐体)通常包括一个或多个衬里、至少一个嘴部(通常呈金属凸台的形式)和纤维缠绕的外壳增强结构。压力容器可以被合并到交通工具中，以向能够为交通工具提供动力的燃料电池堆供应燃料(例如氢)或氧化剂(比如氧)。

衬里可以采用常规方法来形成，比如滚塑成型、吹塑成型、注射成型或热成型，原料是塑料，通常为热塑性塑料，比如聚乙烯、PET、聚甲醛(POM)、ABS/PC、乙烯乙烯醇共聚物或尼龙材料等，方法是通过在具有聚合物树脂的型腔中设置穿透元件、加热模具同时进行旋转以使聚合物树脂熔化并涂覆型腔壁、冷却模具、并移除已成型的衬里。

金属凸台通常构造有螺纹或其它联接机构之一，以接受用于为压力容器提供联接点的阀、传感器、联接器、导管或其它装置。当进入或离开压力容器时，气体介质穿过凸台。

缠绕外壳--其通常为压力容器提供支承或增强结构的体积--通常由纤维缠绕过程形成，并连接至衬里并在高压釜中固化。

当前，用于形成压力容器的材料和已知方法提供差的耐久性影响。例如，衬里通常不能承受罐体在其整个操作寿命内所暴露至的应力，比如与受到多次填充和清空循环以及温度极值相关联的那些。因此，在一个形态中，应该总是在罐体中维持最小压力，以确保衬里被增强结构牢固地支承。在低于最小压力的压力例如小于大约20巴时，衬里和增强结构可能彼此分离，造成“松动”衬里效果。如果加压流体在高压力下被快速地引入压力容器中，同时罐体内的压力低于指定的最小值，则衬里将非常厉害地冲撞增强结构，造成“翘曲”衬里。衬里可能破裂，从而允许内含物流动穿过外层到环境中。另外，滞留在衬里与增强结构之间的加压流体可能损伤衬里和增强结构中的一者或两者。显著的温度变化可能产生相同的有害效果。

发明内容

针对以上背景，本公开涉及用于形成燃料电池系统中的压力容器的方法和设备，所述压力容器包括使用消失模芯组件形成的均质基体，以改善耐久性影响，比如松动或翘曲的衬里并避免时间和温度满足上的困难，使得当压力容器被清空至环境压力时，压力容器不被损坏。值得注意的是，依据本文中公开内容制造的衬里和增强结构在结构上具备均质特性，其降低或避免比如以上提及的发生在压力容器被清空至低(例如环境)压力时的松动或翘曲衬里等耐久性影响，以及避免时间和温度满足上的困难。压力容器的均质性质的一个表现是基于纤维的增强结构与构成衬里的树脂的大致完全的结合。除了改善这种压力容器的耐久性之外，本公开的途径将允许为汽车制造商提供改善的交通工具范围或尺寸以及重量优点。

在一个实施例中，一种制造用于燃料电池系统的压力容器的方法包括：以具有大体轴对称形状的第一材料形成消失模芯组件；将一个或多个凸台连接至组件的模芯；将模芯浸渍到第二材料中；凝固第二材料；围绕衬里和凸台的至少一部分形成增强结构，以使形成于压力容器中的内部隔间在从消失模芯组件移除模芯后能够承受达到至少大约30巴(或更多)的压力，该压力由随后放置于其中的加压燃料电池系统反应物造成。

在另一实施例中，一种制造燃料电池系统的方法包括：组装存储容器；提供至少一个燃料电池堆；以及将容器通过导管流体地连接至电池堆。这样，一旦燃料电池反应物被放置在容器中后，容纳在容器内的反应物与电池堆的选择性流体连通得以建立。通过以第一材料、第二材料和一个或多个凸台形成消失模芯组件，来组装容器。第一材料限定出模芯，同时一个或多个凸台被连接至模芯上的优选位置。模芯被浸渍到第二材料中，使得在第二材料凝固以及后续从组件移除模芯后，形成于第二材料内的内部空间或隔间限定出用于容纳用于在燃料电池系统中使用的加压气体的衬里。然后围绕衬里和凸台的至少一部分形成增强结构，使得衬里和增强结构限定出大致整体的结构，使得松动衬里问题得到避免。在一个形态中，容器限定出复合结构，其中在本背景中，复合结构是指由两个或更多个离散部件构成，其在形成功能后，作为整体或单个完整体。在密切关联于本发明的一个特定示例中，增强结构围绕衬里形成为使得它们协同操作以使彼此保持实质性的整体接触，而不管罐体是处于完全加压状态(比如在它容纳氢气或某些其它相关燃料电池系统反应物时)还是处于相对未加压的状态(比如在罐体大致被耗尽反应物时)。