【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于压力容器的封头(boss，或译作凸台)组件，该压力容器具有限定流体储存室的衬里和围住或包住该衬里的复合壳体。流体或者是压缩气体，例如压缩二氢气(cgh2)、压缩天然气(cng)，或者是液化气体，例如液化石油气(lpg)、液化天然气(lng)，或者是其它各种加压物质。本专利技术还涉及一种包括不同构件的压力容器，这些构件包括根据本专利技术的封头组件。本专利技术还涉及一种制造根据本专利技术的封头组件的方法。本专利技术还涉及一种制造根据本专利技术的压力容器的方法。本专利技术还涉及一种车辆，其包括根据本专利技术的压力容器。
技术介绍
1、用于储存高压流体的典型压力容器包括限定流体储存室的衬里。衬里一般包括沿着纵轴线延伸的大致柱形的中心部分，在其两侧设置有用于封闭流体储存室的穹顶状盖(也称作“穹顶部”)。设置至少一个配备极封头的极开口，用于给流体储存室充装流体和从中排走流体。
2、为了加固衬里和使其能够耐受当压力容器充装有加压物质时流体储存室内的高压，衬里被围在或包在复合壳体中。
3、已知通过使用纤维缠绕(filament-winding)方法获得复合壳体。纤维缠绕方法是这样的方法，其中，用树脂预先浸渍增强纤维束(纱线)，以制备拉丝状(tow shaped)预浸料，并通过将拉丝状预浸料缠绕在衬里上形成复合壳体；或是这样的方法，其中，用树脂浸渍在预定方向上供给的纤维束以将其缠绕在衬里上。
4、在配备有通过纤维缠绕制造的复合壳体的压力容器中，使用大量增强纤维。实际上，复合壳体既包括周向层
5、通过螺旋层缠绕纤维以增强压力容器的穹顶部要求比轴向增强柱形中心部分所需的更多的纤维材料。然而，连续缠绕工艺涉及将螺旋层连续放置在穹顶部上和中心部分上，因此需要在中心部分中使用大量纤维材料，这增大压力容器的重量，延长其生产时间，并增加其生产成本。
6、国际专利申请wo2017137278a公开了一种极盖增强层，其允许在维持相同强度特性的同时使用更少的纤维材料来制造复合壳体。然而，该方案意味着要在将极盖增强层施加到穹顶部上之前先将极封头安装在衬里上，这并不令人满意，因为它使得组装间隙的数量和组装操作的数量增加，令压力容器的生产复杂化。
7、因此，需要能够既成本高效又时间高效地使用尽可能少量的纤维材料在穹顶区域中有效进行增强、同时避免增加组装间隙和组装操作的这样的压力容器，以及制造该容器的对应方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用于压力容器的封头组件，该压力容器具有限定流体储存室的衬里和围住或包住该衬里的复合壳体，封头组件包括耦接到封头部分的由纤维增强复合材料制成的穹顶增强部分，该穹顶增强部分设置为被复合壳体覆盖并设置为覆盖衬里的穹顶部分，其中，在穹顶增强部分制造期间将穹顶增强部分机械地耦接到封头部分，并且其中，通过紧固装置将穹顶增强部分固定地耦接到封头部分，该紧固装置包括设置在封头部分上的用于阻止穹顶增强部分相对于封头部分的轴向移动的轴向止挡部分。
2、与现有技术相比，根据本专利技术的封头组件制造成在封头部分与穹顶增强部分之间没有任何组装间隙。该设置允许减少制造压力容器所需的组装间隙和组装操作的总数。而且，在穹顶增强部分制造期间将穹顶增强部分机械地耦接到封头部分，意味着根据本专利技术的封头组件是独立的封头组件，与现有技术相比，这允许通过一个单一步骤将封头组件安装在衬里上，而在现有技术中极封头部分和极盖增强层是一个在另一个之后安装在衬里上的分开的两个部分。紧固装置允许将穹顶增强部分紧固到封头部分，使得封头组件能够被作为单个单元操作，从而缩短生产时间。
3、在一个优选实施例中，衬里是由热塑性材料制成的塑料衬里。这允许制造iv类型的压力容器。
4、在一个优选实施例中，复合壳体是纤维增强复合壳体。这允许在纤维增强复合壳体的减重与机械强度之间良好的折中。
5、封头部分是极封头(polar boss)或盲封头(blind boss)。封头部分是附接到衬里的配件，其在极封头的情况下设置为提供与阀门系统的连接，在盲封头的情况下设置为将衬里维持在纤维缠绕机器中。
6、在一个优选实施例中，封头部分由选自由金属、塑料和陶瓷构成的集合的材料制成。优选地，封头部分由铝制成。这允许在封头部分的减重与机械强度之间良好的折中。
7、在一个优选实施例中，纤维增强复合材料的复合材料选自由热固性树脂和热塑性聚合物构成的集合。优选地，纤维增强复合材料的复合材料是热固性树脂。
8、热固性树脂是通过混合形成反应性热固性前驱物的两种或更多种反应成分形成的，其在暴露于固化条件(例如加热、uv或其它辐射、或者仅通过使它们相互接触等)时起反应以形成热固性树脂。热固性基质必须完全固化，以产生高性能复合材料。一旦固化，热固性树脂是固态的，无法被进一步加工或重新成型，因为树脂不能够再流动。热固性树脂的示例包括不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基酯、聚脲、异氰脲酸酯和聚氨酯树脂。可生产由浸渍有仅部分固化以使其发粘但仍然柔软的反应性树脂的这样的纤维制成的热固性预浸料。该预浸料可被储存，并在之后通过加热该树脂或使其暴露于uv来在压强下将其进一步加工以完成固化和强化预浸料。
9、通过分别升高和降低温度，热塑性聚合物能够从固态(或非可流动态)转换成液态(或可流动态)和反向转换。在半结晶聚合物的情况下，降低热塑性材料的温度将驱动晶体的形成和热塑性材料的固化。相反地，将半结晶聚合物加热到其熔融温度以上会使晶体熔融和热塑性材料能够流动。半结晶热塑性材料的示例包括：聚醚酮，例如peek、pekk、pekkek；聚酰胺，例如pa6、pa66、pa10、pa11、pa12；聚烯烃，例如pe、pp等。无定形热塑性材料不形成晶体并且没有熔融温度。取决于材料温度是否低于或高于其玻璃化转变温度，无定形热塑性材料固化或变得能够流动。无定形热塑性材料的示例包括pei、psu、pes、pc、ps、tpu等。因此，半结晶和无定形热塑性材料两者都能够通过将其加热到其熔融或玻璃化转变温度以上和通过相应地降低温度使其冻结成新的形状而被重新成型。尽管从物理学角度看并不严格正确，但为了简单起见，本文将液态的半结晶和无定形热塑性材料两者都称作“热塑性熔融物”。
10、在一个优选实施例中，纤维增强复合材料的纤维是选自由碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维构成的集合的纤维。这允许在纤维增强复合材料的减重与机械强度之间良好的折中。
11、在一个优选实施例中，用于制造穹顶增强部分的纤维增强复合材料的纤维是具有高模量的连续纤维。这进一步改善纤维增强复合材料的机械强度。
12、在一个优选实施例中，使用选自由缠绕、包裹、编织和带铺放技术构成的集合的技术中的至少一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于压力容器(2)的封头组件(1)，所述压力容器具有限定流体储存室的衬里(3)和围住或包住所述衬里(3)的复合壳体(4)，所述封头组件(1)包括耦接到封头部分(1b)的由纤维增强复合材料制成的穹顶增强部分(1a)，所述穹顶增强部分(1a)设置为被所述复合壳体(4)覆盖并设置为覆盖所述衬里(3)的穹顶部分(3a)，其中，在所述穹顶增强部分的制造期间将所述穹顶增强部分(1a)机械地耦接到所述封头部分(1b)，并且其中，通过紧固装置将所述穹顶增强部分(1a)固定地耦接到所述封头部分(1b)，所述紧固装置包括布置在所述封头部分(1b)上的用于阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的轴向移动的轴向止挡部分(8)。
2.如权利要求1所述的封头组件，其中，使用选自由缠绕、包裹、编织和带铺放技术构成的集合的技术中的至少一种来制造所述穹顶增强部分(1a)，并且将所述封头部分(1b)用作用于制造所述穹顶增强部分(1a)的芯轴的一部分。
3.如权利要求2所述的封头组件，其中，使用缠绕技术制造所述穹顶增强部分(1a)，并且将所述封头部分(1b)用作用于制造
4.如权利要求1至3中任一项所述的封头组件，其中，所述封头部分(1b)是包括颈部部分(11)的极封头(10)，所述颈部部分包括提供流体连通端口的轴向柱形空心部分，所述颈部部分(11)的一个轴向端部(11b)设置为提供用于将所述封头部分(1b)耦接到所述衬里(3)的第一耦接表面。
5.如权利要求4所述的封头组件，其中，所述极封头(10)还包括从所述颈部部分(11)向外径向延伸的凸缘部分(12)，所述凸缘部分(12)具有内表面(12a)和外表面(12b)，所述凸缘部分(12)的内表面(12a)设置为提供用于将所述封头部分(1b)耦接到所述衬里(3)的第二耦接表面，所述凸缘部分(12)的外表面(12b)提供用于在所述穹顶增强部分的制造期间将所述穹顶增强部分(1a)耦接到所述封头部分(1b)的第三耦接表面。
6.如权利要求1至3中任一项所述的封头组件，其中，所述封头部分(1b)是包括颈部部分的盲封头。
7.如权利要求5所述的封头组件，其中，所述紧固装置包括固定到所述凸缘部分(12)的外表面(12b)的至少一个螺钉(5)或销(6)，所述至少一个螺钉(5)或销(6)穿入所述穹顶增强部分(1a)，以阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的径向、轴向和旋转移动。
8.如4、6或7所述的封头组件，其中，所述紧固装置包括布置在所述封头部分(1b)的颈部部分(11)的外表面(11a)上的具有非圆形横截面形状(7a)的柱形表面部分(7)，所述具有非圆形横截面形状(7a)的柱形表面部分(7)被所述穹顶增强部分(1a)围住或包住，以阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的径向和旋转移动，并且，所述紧固装置的轴向止挡部分(8)布置在所述封头部分(1b)的颈部部分(11)上，以阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的轴向移动。
9.如权利要求8所述的封头组件，其中，所述非圆形横截面形状(7a)选自由多边形、椭圆形和截圆形横截面形状构成的集合，并且其中，所述轴向止挡部分(8)选自由槽(8a)、翼部(8b)、销(8c)等中的至少一种构成的集合。
10.一种压力容器(2)，其包括限定流体储存室的衬里(3)、围住或包住所述衬里(3)的复合壳体(4)、和如权利要求1至9中任一项所述的封头组件(1)，其中，所述穹顶增强部分(1a)被所述复合壳体(4)覆盖并覆盖所述衬里(3)的穹顶部分(3a)。
11.一种车辆，其包括如权利要求10所述的压力容器。
12.一种制造封头组件(1)的方法，所述封头组件(1)用于压力容器(2)，所述封头组件(1)具有穹顶增强部分(1a)和封头部分(1b)，所述方法包括以下步骤：
13.如权利要求12所述的制造封头组件的方法，其中，通过在所述芯轴和所述封头部分(1b)上缠绕增强纤维的层来制造所述穹顶增强部分(1a)的步骤包括在所述封头部分(1b)的固定耦接部分上缠绕增强纤维以将所述穹顶增强部分(1a)固定地耦接到所述封头部分(1b)的步骤。
14.如权利要求12至13中任一项所述的制造封头组件的方法，其中，所述增强纤维浸渍有液态基质，所述方法包括以下额外步骤：
15.如权利要求14所述的制造封头组件的方法，其中，使所述液态基质固化或聚合化的步骤是使所述液态基质完全固化或完全聚合化的步骤。
16.如权利要求12至13中任一项...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于压力容器(2)的封头组件(1)，所述压力容器具有限定流体储存室的衬里(3)和围住或包住所述衬里(3)的复合壳体(4)，所述封头组件(1)包括耦接到封头部分(1b)的由纤维增强复合材料制成的穹顶增强部分(1a)，所述穹顶增强部分(1a)设置为被所述复合壳体(4)覆盖并设置为覆盖所述衬里(3)的穹顶部分(3a)，其中，在所述穹顶增强部分的制造期间将所述穹顶增强部分(1a)机械地耦接到所述封头部分(1b)，并且其中，通过紧固装置将所述穹顶增强部分(1a)固定地耦接到所述封头部分(1b)，所述紧固装置包括布置在所述封头部分(1b)上的用于阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的轴向移动的轴向止挡部分(8)。
2.如权利要求1所述的封头组件，其中，使用选自由缠绕、包裹、编织和带铺放技术构成的集合的技术中的至少一种来制造所述穹顶增强部分(1a)，并且将所述封头部分(1b)用作用于制造所述穹顶增强部分(1a)的芯轴的一部分。
3.如权利要求2所述的封头组件，其中，使用缠绕技术制造所述穹顶增强部分(1a)，并且将所述封头部分(1b)用作用于制造所述穹顶增强部分(1a)的芯轴的缠绕部分。
4.如权利要求1至3中任一项所述的封头组件，其中，所述封头部分(1b)是包括颈部部分(11)的极封头(10)，所述颈部部分包括提供流体连通端口的轴向柱形空心部分，所述颈部部分(11)的一个轴向端部(11b)设置为提供用于将所述封头部分(1b)耦接到所述衬里(3)的第一耦接表面。
5.如权利要求4所述的封头组件，其中，所述极封头(10)还包括从所述颈部部分(11)向外径向延伸的凸缘部分(12)，所述凸缘部分(12)具有内表面(12a)和外表面(12b)，所述凸缘部分(12)的内表面(12a)设置为提供用于将所述封头部分(1b)耦接到所述衬里(3)的第二耦接表面，所述凸缘部分(12)的外表面(12b)提供用于在所述穹顶增强部分的制造期间将所述穹顶增强部分(1a)耦接到所述封头部分(1b)的第三耦接表面。
6.如权利要求1至3中任一项所述的封头组件，其中，所述封头部分(1b)是包括颈部部分的盲封头。
7.如权利要求5所述的封头组件，其中，所述紧固装置包括固定到所述凸缘部分(12)的外表面(12b)的至少一个螺钉(5)或销(6)，所述至少一个螺钉(5)或销(6)穿入所述穹顶增强部分(1a)，以阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的径向、轴向和旋转移动。
8.如4、6或7所述的封头组件，其中，所述紧固装置包括布置在所述封头部分(1b)的颈部部分(11)的外表面(11a)上的具有非圆形横截面形状(7a)的柱形表面部分(7)，所述具有非圆形横截面形状(7a)的柱形表面部分(7)被所述穹顶增强部分(1a)围住或包住，以阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的径向和旋转移动，并且，所述紧固装置的轴向止挡部分(8)布置在所述封头部分(1b)的颈部部分(11)上，以阻止所述穹顶增强部分(1a)相对于所述封头部分(1b)的轴向移动。
9.如权利要求8所述的封头组件，其中，所述非圆形横截面形状(7a)选自由多边形、椭圆形和截圆形横截面形状构成的集合，并且其中，所述轴向止挡部分(8)选自由槽(8a)、翼部(8b)、销(8c)等中的至少一种构成的集合。
10.一种压力容器(2)，其包括限定流体储存室...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·克里尔，格特·诺文，德赖斯·德维斯切，K·H·阮，
申请(专利权)人：法国全耐塑料新能源公司，
类型：发明
国别省市：
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