三维编织车载气氢瓶制造技术

本发明专利技术提供了一种三维编织车载气氢瓶，三维编织车载气氢瓶包括从内到外依次设置的内胆、压力编织层和外胆，内胆和外胆的材料为钢化玻璃，压力编织层为三维编织结构，压力编织层的材料为S玻璃纤维。采用该方案，将三维编织车载气氢瓶的内胆、压力编织层和外胆设置为了实质相同的玻璃材料，玻璃可以进行软化后再迅速制冷钢化成型，在不改变热膨胀系数和密度的情况下将纤维材料变成复合材料，这样S玻璃纤维可以和自己热膨胀系数一致的低膨胀钢化玻璃组成纤维增强复合材料。因此该方案实现了不同的材料层保持相同的整体热膨胀系数，从而可严格控制裂纹的滋生和成长，并且三维编织结构有高抗拉强度和高比强度，保证了结构强度和使用寿命。用寿命。用寿命。

【技术实现步骤摘要】
三维编织车载气氢瓶


[0001]本专利技术涉及气氢燃料乘用车
，具体而言，涉及一种三维编织车载气氢瓶。

技术介绍

[0002]在大面积量产期，气氢储存无论在车载、运输还是能源储备领域其经济性都不如液氢(地质结构的大规模氢气储存除外)。然而由于规定和安全的原因，气氢模式是目前唯一可以进入乘用车领域的储氢办法，因为目前规定液氢乘用车不可以进入地下室和密闭结构(低温燃料挥发问题)，而其他中大型以上新能源交通工具均可以通过液氢解决，包括重卡、大巴、船舶、飞机等。
[0003]现有的气氢瓶在寿命、抗裂纹增长能力、安全性、能重比等方面仍有很多缺陷。其中，裂纹和变形的产生来自于温差和材料热膨胀系数差的乘积，以及乘积的函数带来的大量不同材料之间的冷热膨胀应力和变形应力。
[0004]传统的气氢瓶大多采用不同的材料设计，例如在铝合金或高密度聚乙烯材质内胆上缠绕碳纤维层的设计。如果选用多种材料，即便厂商给出的热膨胀系数字相等，但其实每种材料在不同温度的热膨胀系数并非固定不变而是完全不一样的线性增长，即每种材料的线性增长率均不同且在不同温度并非均匀线性增长。气氢瓶从出厂的热处理到冬季使用温度可以横跨接近200K的温差，而热膨胀系数可以从碳纤维线膨胀系数的
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1.6μm到铝合金23.6μm(几十倍)，再到高密度聚乙烯的110
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130μm(上百倍)，由此产生的巨大变形应力甚至会高于气体内部压力并在内部造成内胆和基体的裂纹和剧烈变形，然后伴随着气体泄漏的变形和裂纹会一直持续直到气氢瓶失效。因此现有的气氢瓶在使用中抗裂纹增长能力差，影响使用安全性和使用寿命。
[0005]另外由于气氢瓶大量使用的碳纤维再加上燃料电池固有的高成本也造成了很大的成本压力，在对比电动汽车价格时，终端客户对氢燃料乘用车望而却步，造成销量不佳。气氢乘用车的燃料系统结构设计(更多因素是成本)以及气氢瓶的能重比也是一个大问题，目前最高的非性能气氢轿车的续航里程约为650公里，然而性能轿跑也能轻松实现这一续航，且无论动力还是价格都更有优势，这与氢和电池的能量密度比非常不匹配(前者是后者的几十倍)。一般来说，氢乘用车的最大续航至少可以完成同价位电动汽车的3
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4倍，虽然说大多数客户平常并不需要太高的续航，然而在假期高速上动辄拥堵十几小时排队充电的新能源社会，人们购买汽车时会考虑综合能力而不只是城市代步，因此快速充能和高续航仍是决胜的重要因素，现在的气氢乘用车只解决了前者而对后者仍然无能为力；对于后者，在液氢无法普及的当下情况(液氢的能量密度是70mpa高压气氢的两倍)，解决乘用车三维编织车载气氢瓶的续航问题仍然是关键所在之一。
[0006]因此，研发新式乘用车三维编织车载气氢瓶有着很深远的社会意义，是氢能源进入千家万户的一个关键所在。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种三维编织车载气氢瓶，以提高气氢瓶的性能，推动气氢燃料乘用车的普及。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种三维编织车载气氢瓶，三维编织车载气氢瓶包括从内到外依次设置的内胆、压力编织层和外胆，内胆和外胆的材料为钢化玻璃，压力编织层为三维编织结构，压力编织层的材料为S玻璃纤维。
[0009]进一步地，压力编织层为三维正交无褶皱编织结构，压力编织层包括多个周向编织线、多个轴向编织线和多个径向编织线，径向编织线的直径小于周向编织线、轴向编织线的直径。
[0010]进一步地，内胆的至少一部分渗透到压力编织层内侧的孔隙内，外胆的至少一部分渗透到压力编织层内侧的孔隙内，压力编织层未被内胆和外胆渗透的部分为中间层，中间层的厚度占压力编织层的厚度的50％至80％，中间层的孔隙率为20％至40％，压力编织层的弧形位置的曲率半径不小于40mm。
[0011]进一步地，内胆在制备过程中施加残余压应力，施加的残余压应力的值为90至140mpa，内胆的厚度为压力编织层的厚度的10％至25％，内胆的致密度大于98％。
[0012]进一步地，内胆由钢化玻璃加热到软化温度680℃至720℃，并使用快速压力渗透法对浸泡在制冷剂中的未封口的压力编织层的内侧进行一次加压成型而成。
[0013]进一步地，外胆在制备过程中施加残余压应力，施加的残余压应力的值为90至140mpa，外胆的厚度为压力编织层的厚度的10％至25％，外胆的致密度大于98％。
[0014]进一步地，外胆由钢化玻璃加热到软化温度680℃至720℃，并使用快速压力渗透法对浸泡在制冷剂中的已封口的压力编织层的外侧进行一次加压成型而成。
[0015]进一步地，气氢瓶还包括内压铸钢化膜、外压铸钢化膜，内压铸钢化膜设置在内胆的内壁，外压铸钢化膜设置在外胆的外壁，内压铸钢化膜、外压铸钢化膜的材料均为钢化玻璃，内压铸钢化膜、外压铸钢化膜的厚度为0.05至0.15mm。
[0016]进一步地，三维编织车载气氢瓶还包括阀门结构，阀门结构包括阀门座、阀门芯和阀门钢化玻璃层，阀门芯设置在阀门座内，阀门钢化玻璃层设置在阀门座上，阀门座和阀门芯的材料均为不锈殷钢，阀门钢化玻璃层和内胆熔接，阀门座被压力编织层包围。
[0017]进一步地，阀门座和阀门芯均采用夹芯结构一次性模具压锻成型，压锻的残余压应力不低于20mpa，阀门座和阀门芯均的表面均采用激光喷丸或滚压处理，阀门座和阀门芯均的表面均喷涂有环形涂层，阀门结构的重量不大于三维编织车载气氢瓶总重量的5％。
[0018]进一步地，三维编织车载气氢瓶的内压为70至140mpa，压力编织层的厚度为4至20mm；
[0019]其中，三维编织车载气氢瓶为圆筒形，三维编织车载气氢瓶的内直径不低于80mm，三维编织车载气氢瓶的内长度为500至2800mm；或，三维编织车载气氢瓶为扁筒形，三维编织车载气氢瓶的内宽度为1200至1800mm，三维编织车载气氢瓶的内长度为1000至2800mm，三维编织车载气氢瓶的内厚度不低于80mm。
[0020]应用本专利技术的技术方案，提供了一种三维编织车载气氢瓶，三维编织车载气氢瓶包括从内到外依次设置的内胆、压力编织层和外胆，内胆和外胆的材料为钢化玻璃，压力编织层为三维编织结构，压力编织层的材料为S玻璃纤维。采用该方案，将三维编织车载气氢
瓶的内胆、压力编织层和外胆设置为了实质相同的玻璃材料，玻璃可以进行软化后再迅速制冷钢化成型，在不改变热膨胀系数和密度的情况下将纤维材料变成复合材料，这样S玻璃纤维可以和自己热膨胀系数一致的低膨胀钢化玻璃组成纤维增强复合材料。因此该方案实现了不同的材料层保持相同的整体热膨胀系数，从而可严格控制裂纹的滋生和成长，并且三维编织车载气氢瓶中部采用三维编织结构而不是简单的缠绕，这样可保证三维编织车载气氢瓶有高抗拉强度和高比强度，并且玻璃材料没有氢脆和腐蚀反应，保证了三维编织车载气氢瓶的结构强度和使用寿命。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维编织车载气氢瓶，其特征在于，所述三维编织车载气氢瓶包括从内到外依次设置的内胆(10)、压力编织层(20)和外胆(30)，所述内胆(10)和所述外胆(30)的材料为钢化玻璃，所述压力编织层(20)为三维编织结构，所述压力编织层(20)的材料为S玻璃纤维。2.根据权利要求1所述的三维编织车载气氢瓶，其特征在于，所述压力编织层(20)为三维正交无褶皱编织结构，所述压力编织层(20)包括多个周向编织线(21)、多个轴向编织线(22)和多个径向编织线(23)，所述径向编织线(23)的直径小于所述周向编织线(21)、所述轴向编织线(22)的直径。3.根据权利要求1所述的三维编织车载气氢瓶，其特征在于，所述内胆(10)的至少一部分渗透到所述压力编织层(20)内侧的孔隙内，所述外胆(30)的至少一部分渗透到所述压力编织层(20)内侧的孔隙内，所述压力编织层(20)未被所述内胆(10)和所述外胆(30)渗透的部分为中间层，所述中间层的厚度占所述压力编织层(20)的厚度的50％至80％，所述中间层的孔隙率为20％至40％，所述压力编织层(20)的弧形位置的曲率半径不小于40mm。4.根据权利要求1所述的三维编织车载气氢瓶，其特征在于，所述内胆(10)在制备过程中施加残余压应力，施加的残余压应力的值为90至140mpa，所述内胆(10)的厚度为所述压力编织层(20)的厚度的10％至25％，所述内胆(10)的致密度大于98％。5.根据权利要求1所述的三维编织车载气氢瓶，其特征在于，所述内胆(10)由钢化玻璃加热到软化温度680℃至720℃，并使用快速压力渗透法对浸泡在制冷剂中的未封口的压力编织层(20)的内侧进行一次加压成型而成。6.根据权利要求1所述的三维编织车载气氢瓶，其特征在于，所述外胆(30)在制备过程中施加残余压应力，施加的残余压应力的值为90至140mpa，所述外胆(30)的厚度为所述压力编织层(20)的厚度的10％至25％，所述外胆(30)的致密度大于98％。7.根据权利要求1所述的三维编织车载气氢瓶，其特征在于，所述外胆(30)由钢化玻璃加热到软化温度680℃至...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宗立，
申请(专利权)人：北京海神动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：