一种储气瓶的制作方法

1.本技术属于高压容器领域，更具体地说，是涉及一种储气瓶。


背景技术：

2.储气瓶作为一种密闭容器，可以用于保存各类气体，根据储气瓶所保存的气体种类、存放容量等因素的不同，储气瓶的结构也不尽相同。其中，用于存储氢气、天然气和液化气等可作为燃料气体的储气瓶，因燃料气体的危险性较高，且保存的气体密度较大，使得此种储气瓶的设计较为严格。
3.现有的用于保存燃料气体的储气瓶，其一般通过金属瓶阀座与树脂内胆连接，并在其外部缠绕纤维层，以提高储气瓶的强度。现有的储气瓶，其瓶阀座和树脂内胆的连接处的结构较为复杂，装配精度要求较高，使得树脂内胆和瓶阀座的成型难度大且成型成本较高，不利于储气瓶的生产和装配。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种储气瓶，以解决现有技术中存在的储气瓶成型难度大且成型成本高的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案是：提供一种储气瓶，包括内胆和纤维层，所述内胆包括直筒部和封头部和，所述直筒部的端部沿轴向延伸以形成直筒插接部，所述封头部的端部沿所述直筒部的轴向延伸以形成封头插接部，所述直筒插接部伸入所述封头插接部的内腔中，所述纤维层包裹于所述封头部和所述直筒部的外侧。
6.可选地，所述直筒插接部的第一端与所述直筒部连接，所述直筒插接部的外径从第一端向第二端逐渐收缩，以使所述直筒插接部的外侧壁形成斜面。
7.可选地，所述封头插接部的第一端与所述封头部连接，所述封头插接部的内径从第一端向第二端逐渐增大，以使所述封头插接部的内侧壁形成斜面，并用于与所述直筒插接部的外侧壁相贴合。
8.可选地，所述封头插接部的外侧壁与所述直筒插接部的外侧壁相齐平。
9.可选地，所述直筒插接部的外侧壁和所述封头插接部的内侧壁为平面，或者，所述直筒插接部的外侧壁与所述封头插接部的内侧壁螺纹连接。
10.可选地，所述封头插接部的第一端与所述封头部连接，所述封头插接部的厚度从第一端向第二端减小。
11.可选地，所述直筒插接部与所述直筒部的端部之间形成有台阶面，所述封头插接部的端部与所述台阶面相抵接。
12.可选地，所述封头插接部的第二端的厚度与所述台阶面的宽度相同。
13.可选地，所述台阶面和所述封头插接部第二端的端面均为弧面或平面。
14.可选地，所述储气瓶还包括密封垫圈，所述密封垫圈的外侧壁贴附于所述封头插接部和所述直筒插接部的连接处。
15.可选地，所述密封垫圈的弹性模量大于所述直筒插接部且弹性模量小于或等于所述封头插接部。
16.可选地，所述纤维层包括第一纤维层和第二纤维层，所述第一纤维层包裹于所述直筒部和所述封头插接部的外侧壁，所述第二纤维层包裹于所述第一纤维层和所述封头部的外侧壁。
17.可选地，所述直筒部和所述直筒插接部的弹性模量大于所述封头部和所述封头插接部的弹性模量。
18.可选地，所述直筒部和所述直筒插接部为树脂件，所述封头部和所述封头插接部为金属件。
19.本技术实施例提供的一种储气瓶的有益效果在于：与现有技术相比，本技术实施例提供的储气瓶，利用直筒部端部位置处的直筒插接部伸入封头部的封头插接部中，使封头部与直筒部插接，简化储气瓶的结构，方便储气瓶的生产装配。当储气瓶内充入气体后，在气体压力的作用下，直筒插接部会向外膨胀变形，并且在内胆外部的纤维层的束缚下，直筒插接部能够与封头插接部紧密接触，进一步提高储气瓶的密闭性，这样便能够在保证储气瓶密闭性的前提下，降低储气瓶的成型难度和成型成本，有利于储气瓶的生产及装配。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术实施例提供的储气瓶的立体结构示意图；
22.图2为本技术实施例提供的储气瓶的爆炸结构示意图一；
23.图3为本技术实施例提供的储气瓶的爆炸结构示意图二；
24.图4为本技术实施例提供的剖视图一；
25.图5为本技术实施例提供的剖视图二；
26.图6为本技术实施例提供的剖视图三；
27.图7为本技术实施例提供的剖视图四。
28.其中，图中各附图标记：
29.10、直筒部；11、直筒插接部；12、台阶面；20、封头部；21、封头插接部；22、连接部；30、密封垫圈；40、纤维层；41、第一纤维层；42、第二纤维层。
具体实施方式
30.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
31.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
32.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例/实施方式的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本技术中各个具体技术特征/实施例/实施方式的各种可能的组合方式不再另行说明。
34.请一并参考图1至图4，本技术实施例提供了一种储气瓶，其可以用于存储各类气体，例如氢气、天然气及液化气等燃料气体，尤其适合在小尺寸下(外径小于200mm)存储车载或机载用氢气，当然也可以用于存储非燃料气体(例如氩气、氧气及二氧化碳等)。本实施例的储气瓶包括内胆和纤维层40，内胆包括直筒部10和封头部20，其中，请参考图3和图4，直筒部10的端部沿直筒部10的轴向延伸，以形成直筒插接部11，封头部20的端部沿直筒部10的轴向延伸，以形成封头插接部21。在储气瓶装配时，可以将直筒插接部11伸入封头插接部21的内腔中，使封头插接部21套于直筒插接部11的外周，有效简化储气瓶的结构设计，方便储气瓶的生产及装配。而后再将纤维层40包裹于封头部20和直筒部10的外侧，利用纤维层40强化储气瓶的整体强度，使储气瓶能够承受更高的内部压力。并且，在储气瓶内部气体的压力作用下，直筒插接部11会向外周膨胀变形，同时在外部纤维层40的束缚下，直筒插接部11的外壁与封头插接部21的内壁能够紧密相接，进一步提高储气瓶的密闭性，有效防止内部气体从两者的连接处外泄。
35.与现有的储气瓶相比，现有的储气瓶需要单独设计与瓶阀座连接的部分，该部分结构复杂，精度要求较高，导致储气瓶的设计成本和生产成本极高，而本实施例采用直筒插接部11和封头插接部21的设计，无需连接单独设计瓶阀座以及与瓶阀座连接的部分，这样能够大大降低储气瓶的设计成本和生产成本，同时也能够保证储气瓶的密闭性，具有结构简单、装配方便且成本低的特点，能够适应大批量且低成本的设计生产。
36.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图3和图4，直筒插接部11的第一端可以与直筒部10连接，直筒部10的第二端可以伸入封头插接部21的内腔中，直筒插接部11的外径可以从第一端向第二端收缩，使其形成类似圆台结构，并使直筒插接部11的外侧壁形成斜面。这样的设计，使得储气瓶在装配时，能够借助于直筒插接部11外侧壁的斜面引导作用，使直筒插接部11更顺畅地伸入封头插接部21中，有利于储氢瓶的生产装配。
37.进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请继续参考图3和图4，封头插接部21的第一端可以与封头部20连接，封头插接部21的第二端背离封头部20，封头插接部21的内径可以从第一端向第二端增大，使得封头插接部21的内壁形成“喇叭口”结构，并使封头插接部21的内侧壁形成斜面，以用于与直筒插接部11的外侧壁相贴合。如此，本实施方式的储气瓶一方面可以利用“喇叭口”结构来引导直筒插接部11伸入封头插接部21中，方便
储气瓶的装配；另一方面，封头插接部21的内壁为斜面，且可以与直筒插接部11外壁的斜面相贴合，有利于提高两者连接后的密闭性，并且在直筒插接部11伸入封头插接部21后，封头插接部21和直筒插接部11连接面各处的壁厚可以保持相对均匀，有利于提高内胆强度的均匀性。
38.需要说明的是，上述实施方式中的直筒插接部11的外侧壁和封头插接部21的内侧壁所形成的斜面，既可以指直筒插接部11的外侧壁和封头插接部21的内侧壁均为完整且连续的斜面，也可以至两者的侧壁存在部分的斜面(例如平面与斜面相接形成两侧的侧壁)。
39.进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4，封头插接部21的外侧壁可以与直筒插接部11的外侧壁相齐平。如此，在内胆装配完成后，直筒部10与封头部20的连接处可以保持平滑过渡，使得内胆在缠绕纤维层40时，直筒部10与封头部20的连接处不会出现锐利的边缘，有效防止纤维层40被划伤，有利于储气瓶的生产及装配。
40.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图5和图6，直筒插接部11的外侧壁和封头插接部21的内侧壁可以为平面，如此可以进一步简化储气瓶的结构设计，进一步降低储气瓶的成型难度及成型成本
41.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图7，直筒插接部11的外侧壁可以与封头插接部21的内侧壁螺纹连接，如此，利用螺纹连接可以方便两者的装配，同时也可以提高两者的连接强度。具体应用中，上述实施方式中的直筒插接部11和封头插接部21可以根据实际情况(例如储气瓶的尺寸、储存的气体等)进行合理选择。示例性的，以储气瓶储存氢气为例，当储气瓶的半径(内径)相对较小时，例如在50mm至65mm之间时，直筒插接部11与封头插接部21之间可以采用螺纹连接，而在储气瓶的半径相对较大时，例如在65mm至80mm之间时，可以采用封头插接部21与直筒插接部11直接插接的方式连接。
42.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，封头插接部21的第一端可以与封头部20连接，封头插接部21的厚度可以从第一端向第二端减小。这样的设计，可以降低封头插接部21与直筒插接部11连接处的总壁厚，使储气瓶占用的空间更小，提高空间利用率，并且在缠绕纤维层40时，可以在外径相对较小的位置处(即靠近封头插接部21的第二端位置处)缠绕相对较厚的纤维层40，以提高该位置处的强度。
43.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图3和图4，直筒插接部11与直筒部10的端部之间可以形成有台阶面12，在直筒插接部11伸入封头插接部21的内腔中后，封头插接部21的端部可以与该台阶面12相抵接，以提醒作业人员直筒插接部11与封头插接部21插接完成，有利于储气瓶的装配。同时，封头插接部21与该台阶面12相抵接能够增加封头部20与直筒部10连接处的接触面积，进一步防止气体从连接处外泄，提高储气瓶的密闭性。
44.进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，封头插接部21的第二端的厚度可以与台阶面12的宽度相同，使得封头插接部21与台阶面12抵接后，直筒部10的外壁与封头插接部21的外壁能够平滑过渡，避免在该位置处形成锐利的边缘，防止纤维层40被刮伤。
45.进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4和图5，台阶面12和封头插接部21第二端的端面可以均为弧面或者平面。
46.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图3和图4，储气瓶还包括密封垫圈30，密封垫圈30的外侧壁可以贴附于封头插接部21和直筒插接部11的连接处，利用密封
垫圈30进一步提高该连接处的密封性，防止内部的气体外泄。
47.具体应用中，密封垫圈30的外侧壁可以根据封头插接部21和直筒插接部11连接处的具体结构，选择设置为弧面、平面或者异形面，示例性的，请参考图6，密封垫圈30外侧壁的上半部可以与封头部20的内壁相贴，密封垫圈30外侧壁的下半部可以与直筒插接部11的第二端端面相贴，上半部与下半部之间形成一钝角(从纵向切面观察)。或者，请参考图4，密封垫圈30外侧壁的上半部可以与封头部20的内壁相贴，密封垫圈30的下半部与直筒插接部11的内侧壁相贴，上半部与下半部之间可以形成有一台阶面1，该条截面可以与直筒插接部11的第二端的端面相抵接。
48.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图4，纤维层40包括第一纤维层41和第二纤维层42，第一纤维层41可以包裹于直筒部10和封头插接部21的外侧壁，第二纤维层42可以包裹于第一纤维层41的外壁和封头部20的外壁。这样的设计，利用由里及外的双层纤维层40的设计，能够进一步提高储气瓶的强度，使其能够容纳更高压力的气体。具体应用中，第一纤维层41和第二纤维层42可以采用缠绕的方式对内胆进行包覆，并且第一纤维层41和第二纤维层42的缠绕方式可以不同，当然也可以相同。
49.示例性的，第一纤维层41可以沿直筒部10和封头插接部21的外壁周向缠绕，第二纤维层42可以绕直筒部10和封头部20的外周螺旋缠绕，这样的设计，一方面通过第一纤维层41的周向缠绕加强直筒部10(尤其封头插接部21的位置)的结构强度，另一方面，通过第二纤维层42的螺旋缠绕，可以使直筒部10和封头部20连接得更为紧密，有效提高直筒部10和封头部20之间的连接强度。当然，在别的实施方式中，第一纤维层41和第二纤维层42也可以采用其他合适的缠绕方式，例如纵向缠绕(即沿内胆的轴向)等。
50.具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，纤维层40可以采用碳纤维、碳纳米管纤维或由碳纤维与碳纳米管纤维组成的复合纤维中的至少一种纤维材料缠绕而成。具体应用中，第一纤维层41和第二纤维层42可以采用相同的纤维材料缠绕而成，当然，也可以选择采用不同的纤维材料缠绕而成，本实施方式不加以限制。
51.作为本实施例的其中一种可选实施方式，直筒部10和直筒插接部11可以采用的弹性模量大于封头部20和封头插接部21的弹性模量的材料制成，使得直筒部10和直筒插接部11的弹性模量大于封头部20和封头插接部21的弹性模量。这样的设计，当储气瓶内部充入气体后，气体会对内胆的内壁施加向外的压力，而本实施方式中，由于直筒插接部11和直筒部10的弹性模量大于封头部20和封头插接部21的弹性模量，封头部20和封头插接部21的弹性变形量会小于直筒部10和直筒插接部11的变形量，如此，便能够利用变形量较小的封头插接部21来限制直筒插接部11的变形，防止直筒插接部11因变形量过大而出现强度下降的问题，提高储气瓶的整体强度。
52.作为本实施例的其中一种可选实施方式，密封垫圈30可以采用弹性模量大于直筒插接部11，且弹性模量小于或等于封头插接部21的材料制成，这样的设计，能够可以使密封垫圈30在受压变形时，其变形量能够与封头插接部21的变形量相同或大于封头插接的变形量，使密封垫圈30能够紧贴于直筒插接部11与封头插接部21的连接处，提高储气瓶的密闭性。具体应用中，密封垫圈30可以采用过盈配合的方式与直筒插接部11及封头部20连接，使得密封垫圈30能够与其紧密连接，保证储气瓶的密闭性。
53.具体应用中，储气瓶的各部位可以根据存储气体的不同，而选用不同材料，示例性
的，以存储氢气为例，直筒部10和直筒插接部11可以为采用树脂材料制成的树脂件，例如采用高密度聚乙烯(high density polyethylene，简称hdpe)、尼龙(即聚酰胺，polyamide，简称pa)或者其他合适的材料，并且可以对上述材料加入碳纳米管或碳纤维等材料进行改性，以提高其性能。而封头部20和封头插接部21可以为采用金属材料制成的金属件，例如可以采用6061-t6铝合金、316l不锈钢等高强度且耐腐蚀的金属材料，并且直筒部10和直筒插接部11可以为一体成型，封头部20和封头插接部21可以为一体成型，有利于储气瓶的成型。而密封垫圈30可以选用epdm(ethylene propylene diene monomer，三元乙丙橡胶)密封胶圈、ptfe(poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)胶带，epdm材料具有较佳的弹性、耐老化性以及抗氢腐蚀性，而ptfe具有较佳的抗腐蚀性能，如此能够在保持密封性能的同时，防止因接触氢气而出现氢脆等腐蚀问题，提高储气瓶的可靠性和使用寿命。
54.需要说明的是，本技术对直筒部10、直筒插接部11、封头部20、封头插接部21及密封垫圈30材料的限制，是将已知材料应用于本技术的储气瓶中，这些材料均属于现有技术，并不是对材料本身的改进，因此属于实用新型的保护客体。
55.作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图2，封头部20和密封结构可以设置有两组，直筒部10的两端分别设置有直筒插接部11，两个封头部20可以均设置有封头插接部21，并分别连接于直筒部10的两端。具体地，直筒部10可以呈圆柱筒状结构，封头部20的外壁轮廓可以为球形或椭球形结构，以使封头部20的周向应力与轴向应力的比值相对合理，防止其中一个方向上的应力集中。请参考图3和图4，封头部20的中心位置处可以向外延伸以形成连接部22，连接部22具有内腔，该内腔用于与直筒部10的内腔相连通，连接部22的一端可以与封头部20一体成型，连接部22的另一端用于与管路连接。
56.具体应用中，储气瓶根据应用场景的不同，可以设置不同的封头部20，示例性的，当多个存储氢气的储气瓶阵列形成储气瓶组，相邻的储气瓶之间需要相互连通时，请参考图2，直筒部10两端连接的封头部20可以均设置有连接部22，相邻储气瓶之间的连接部22可以通过相应的连接组件连通，而对于末端位置处的储气瓶，其一端的封头部20可以设置有连接部22，另一端可以不设置有连接部22，当然，也可以两端的封头部20均设置连接部22，其中一端通过阀门或堵头封堵住。
57.作为本实施例的其中一种可选实施方式，内胆的半径(外径)可以为50mm至80mm之间，内胆的壁厚可以在3mm至5mm之间，内胆的长径比可以大于或等于10。具体地，本实施方式中，封头插接部21与直筒插接部11的长度可以在10mm至30mm之间，以使直筒插接部11与封头插接部21之间具有足够的接触面积，保证直筒部10与封头部20的连接强度。
58.具体应用中，本实施方式的储气瓶尤其适合用于存储氢气，并作为移动设施(例如车辆)上的燃料存储装置，对于用于存储氢气的储气瓶而言，随着储气瓶的半径增大，储气瓶的厚度也随之增大，储气瓶自身比重也变大，导致储气瓶的储氢密度变小，而本实施方式将储气瓶的尺寸限制在相对较小的范围内(相对于现有的氢气储气瓶)，其单个的储氢密度(氢气质量占储气瓶总质量的比重)可以达到7.6％左右。
59.在使用，可以根据应用的车辆或其他设施的空间，选择合适数量的储气瓶(各储气瓶的半径、长度可以不同)排列堆积，以形成储气瓶组(各储气瓶组的尺寸、数量可以相同，也可以不同)，储气瓶组内部可以相互连通，而各储气瓶组之间再通过管路连通，形成一个较大的“储气池”，满足车辆等设施的使用需求，并且车辆等设施无需更改自身的结构布局，
直接将本实施方式的储气瓶(或储气瓶组)安装于车辆等用气设施的各个位置上，具有适应性强且成本低的特点。
60.本技术实施例提供的一种储气瓶的有益效果在于：与现有技术相比，本技术实施例提供的储气瓶，利用直筒部10端部位置处的直筒插接部11伸入封头部20的封头插接部21中，使封头部20与直筒部10插接，简化储气瓶的结构，方便储气瓶的生产装配。同时，储气瓶通过直筒插接部11与封头部20之间的密封垫圈30提高密闭性，当储气瓶内充入气体后，在气体压力的作用下，直筒插接部11会向外膨胀变形，并且在内胆外部的纤维层40的束缚下，直筒插接部11能够与封头插接部21紧密接触，进一步提高储气瓶的密闭性，这样便能够在保证储气瓶密闭性的前提下，降低储气瓶的成型难度和成型成本，有利于储气瓶的生产及装配。
61.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。