[发明专利]适用于高压塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶的密封结构及应用

说明书

一种适用于高压塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶的密封结构，包括均为环形的同轴内筒体、外筒体，所述外筒体具有环形的底座，与所需密封内胆的肩部契合；所述内筒体、外筒体之间设有中间环形中空结构用于嵌入所需密封内胆的瓶嘴；所述内筒体上与所需密封内胆的瓶嘴接触的一侧，设置密封槽，所述密封槽内设有密封件以阻隔气体从内筒体和所需密封内胆的瓶嘴之间的空隙泄漏。所述外筒体的底座内侧设有与所需密封内胆外表面上的凸椽相匹配的若干凹槽。本发明可大幅提升高压储气瓶密封的可靠性和稳定性，避免在使用工况下由于疲劳失效发生气体泄漏，同时具有装配简便的特点。本发明可应用于车载高压储氢瓶。

技术领域

本发明属于密封结构，涉及适用于高压气瓶的密封结构，尤其是适用于高压塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶的密封结构。

背景技术

近几年随着燃料电池汽车商业化进程的快速推进，汽车的续驶里程和成本因素逐渐受到重视，高压车载储氢系统，特别是车载高压储氢瓶是影响整车性能和成本的关键因素之一。我国已经实现70MPa铝合金内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶(Ⅲ型气瓶)的批量化生产，但是因为70MPaⅢ型气瓶由于储氢重量比密度低，制造成本高，阻碍了其在燃料电池汽车的批量化应用，开发新一代轻量化低成本的70MPa车载储氢瓶，是当前的研究热点。塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶(Ⅳ型气瓶)由于其储氢重量比密度高和制造成本低，成为当前高压储氢气瓶领域的研究热点。高压Ⅳ型储氢气瓶的主要技术难点在于解决70MPa高压使用工况下气瓶瓶口由于疲劳失效引发的氢气泄漏问题。

公开号为CN 102840440B的专利文件公开了以下内容：采用金属瓶口和注塑件结合，在注塑件和塑料内胆之间设置密封圈，防止氢气渗漏。该结构存在的缺点是：密封可靠性不高，金属瓶口和注塑件之间无密封结构设计，两者一体化注塑成型，仅依靠注塑成型过程中的结合，金属和塑料的模量不同，在气瓶反复充放工况下存在金属和注塑件的剥离，从而发生氢气泄漏的隐患。公开号为CN 111120864A的专利文件公开了以下内容：在金属瓶嘴处设置多处燕尾槽和多个加强槽，增加塑料内胆和金属瓶嘴之间的结合强度，避免出现塑料和金属分离问题。该结构存在的缺点是：设计复杂，但仍然无法协调塑料和金属的变相量，且金属瓶嘴必须与塑料内胆一体成型，加大了内胆制造的难度。

当前公开的专利，主要通过金属瓶口和塑料一体注塑成型、增强金属瓶口和塑料内胆结合强度的方面来解决气瓶瓶口静态条件下的氢气泄漏问题。然而，塑料内胆储氢瓶瓶口氢气泄漏的主要原因，在于气瓶在反复充装过程中导致的疲劳失效，导致原先结合紧密的金属瓶口和塑料内胆出现剥离，同时，因为塑料的弹性应变远大于金属的弹性应变，在高压氢气条件下会导致变形量差距较大，从而使两者之间原有的密封圈因为变形量不足，导致氢气泄漏。而且，现有专利的瓶口密封结构设计，未考虑气瓶在使用时瓶阀装卸过程相反扭矩作用力对密封结构破坏的影响。因此，塑料内胆储氢瓶瓶口的氢气泄漏问题，特别是在70MPa工作压力以上，客观上需要有一个系统解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高压气瓶的密封结构，尤其是可用于消除现有高压用塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶(Ⅳ型气瓶)瓶口结构在使用工况下由于疲劳失效容易发生氢气泄漏的缺点，提供一种密封结构可靠、装配简便，以及在气瓶的碳纤维缠绕制造过程和气瓶使用时瓶阀装卸过程均可以保持稳定密封的Ⅳ型储氢气瓶瓶口结构设计。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种适用于高压气瓶的密封结构，包括均为环形的同轴内筒体、外筒体，所述外筒体具有环形的底座，与所需密封内胆的肩部契合；所述内筒体、外筒体之间设有中间环形中空结构用于嵌入所需密封内胆的瓶嘴；所述内筒体上与所需密封内胆的瓶嘴接触的一侧，设置密封槽，所述密封槽内设有密封件以阻隔气体从内筒体和所需密封内胆的瓶嘴之间的空隙泄漏。

进一步，所述外筒体的底座内侧设有与所需密封内胆外表面上的凸椽相匹配的若干凹槽，所述凹槽沿着圆形底座对称均匀分布。