防止IV类压力容器中的波纹管失效的方法技术

提供了一种压力容器和一种制造该压力容器的方法，其减少了IV类压力容器中的泄漏，该IV类压力容器具有带有波纹区段的内衬。该方法包括提供具有管状部的内衬，管状部具有带有周向波纹的波纹区段，周向波纹提供从波纹区段的一端到相对端交替布置的脊部和凹槽，将屏障从波纹区段的一端到相对端施加到波纹区段的外表面，使得在内衬和屏障之间的环形腔中形成气隙，以及将树脂施加到屏障的外表面。屏障防止树脂在波纹区段中侵入到屏障和内衬之间。树脂在波纹区段中侵入到屏障和内衬之间。树脂在波纹区段中侵入到屏障和内衬之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】防止IV类压力容器中的波纹管失效的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年3月5日提交的美国临时申请号62/814,007的优先权。


[0003]本专利技术涉及一种用于储存压缩气体的IV类压力容器。更具体地，本专利技术涉及一种具有波纹聚合物内衬的IV类压力容器，该波纹聚合物内衬具有在用纤维和树脂覆盖内衬之前被施加到内衬的屏障。

技术介绍

[0004]用于储存压缩气体的IV类压力容器包括用纤维和树脂基体完全包裹的非金属内衬。树脂基体通常包括聚酯或环氧树脂。IV类压力容器通常包括金属压力容器封盖，该金属压力容器封盖包括阀。
[0005]因为与其他类型的压力容器相比，IV类压力容器的每单位体积的重量较低，所以适合在车辆中使用。IV类压力容器由非金属内衬形成，并且用纤维和树脂覆盖。由于其他类型的压力容器比IV类压力容器包括更多的金属，因此其他类型的压力容器的单位体积通常比IV类压力容器的单位体积具有更大的重量。例如，I类压力容器包括金属筒。II类压力容器包括用纤维材料部分包裹的金属筒。III类压力容器包括用纤维完全包裹的金属内衬。因此，由于与使用聚合物内衬代替金属内衬相关联的低重量，IV类压力容器对于车辆而言更优。
[0006]在车辆包括氢燃料电池和/或在车辆使用压缩天然气作为燃料时，车辆可选地配备有IV类压力容器。虽然其他类型的压力容器(例如I
‑
III类)可用于车辆，但由于压力容器的重量低，优选IV类压力容器。
[0007]在美国出版物2016/363265中公开了一种已知的制造具有聚合物内衬的压力容器的方法，其中纤维围绕着波纹聚合物内衬进行编织，并且被树脂包覆。聚合物内衬大体具有管状形状，管状形状具有波纹部。该波纹部包括围绕内衬周向延伸的多个间隔开的脊部，在相邻的脊部之间具有凹槽。相邻的脊部之间的空气空间限定环形腔。在树脂固化以形成坚硬的外表面之前，用编织的纤维和液体树脂覆盖聚合物内衬。固化的包覆的聚合物内衬与金属压力阀组装，形成IV类压力容器。
[0008]然而，有时液体树脂不能完全填充波纹的环形腔，并且在环形腔中导致气穴。压力容器加压时，压力沿内衬的内表面被均匀施加。当环形腔中存在气穴时，特别是当气泡沿着凹槽的一侧壁被捕获时，施加到内衬上的压力无法由树脂均匀支撑。邻近气穴的内衬上的应变会导致内衬朝树脂向外鼓泡。内衬的变形会导致泄漏。在某些情况下，内衬会在气穴区域破裂，加速压缩气体通过内衬的泄漏。
[0009]因此，期望提供一种具有内衬的IV类压力容器，该内衬具有波纹区段，该波纹区段能够抵抗通过波纹区段的泄漏。还需要避免在树脂和内衬之间形成坚硬的气穴。此外，期望提供沿波纹的环形腔的均匀支撑，以减小内衬上的应变。最后，期望包括在内衬和覆盖内衬
的树脂之间的屏障，使得树脂不接触内衬的波纹区段。

技术实现思路

[0010]提供了一种用于减少IV类压力容器中泄漏的方法，该容器具有带波纹区段的内衬。该方法包括提供具有管状部的内衬，管状部具有包括周向波纹的波纹区段，周向波纹提供从波纹区段的一端到相对端交替布置的脊部和凹槽；将屏障从波纹区段的一端到相对端施加到波纹区段的外表面，使得在内衬和屏障之间的环形腔中形成气隙；以及将树脂施加到屏障的外表面。屏障防止在波纹区段中树脂侵入到屏障和内衬之间。
附图说明
[0011]当结合附图考虑时，通过参考以下详细的描述，本专利技术的优点将显而易见并且变得易于理解，其中：
[0012]图1是根据本专利技术一个实施例的IV类压力容器的一部分的横截面图；
[0013]图2是根据本专利技术一个实施例的内衬的局部侧视图；
[0014]图3是图2的内衬的一部分的横截面图；
[0015]图4是图3的内衬的放大图；
[0016]图5是被包覆有树脂和纤维的大体已知的波纹内衬的放大横截面图；
[0017]图6是图5的被包覆有树脂和纤维的大体已知的波纹内衬的放大横截面图，其中图示了内部加压；
[0018]图7是根据本专利技术一个实施例的图2的内衬的放大横截面图，该内衬具有施加到内衬上的屏障；
[0019]图8是图7的内衬的放大横截面图，该内衬具有施加到屏障上的树脂纤维复合材料；
[0020]图9是图2的内衬的放大横截面图，该内衬具有施加到内衬上的屏障和施加到屏障上的树脂纤维复合材料；
[0021]图10是根据本专利技术另一个实施例的图7的内衬的放大横截面图，该内衬具有施加到屏障上的树脂层和施加到树脂层上的纤维层；
[0022]图11是根据本专利技术另一个实施例的图7的内衬的放大横截面图，该内衬具有施加到屏障上的纤维层和施加到纤维层上的树脂层；
[0023]图12是图8的内衬的放大横截面图；
[0024]图13A和图13B分别是在制造时以及在经过多个压力循环后根据本专利技术另一实施例的图2的内衬的波纹区段的放大横截面图，该内衬具有施加到内衬上的热塑性屏障和施加到热塑性屏障上的树脂纤维复合材料；
[0025]图14A和图14B分别是在制造时以及在经过多个压力循环后根据本专利技术另一实施例的图2的内衬的波纹区段的放大横截面图，该内衬具有施加到内衬上的弹性屏障和施加到弹性屏障上的树脂纤维复合材料；
[0026]图15A和图15B分别是在制造时以及在经过多个压力循环后根据本专利技术另一个实施例的压力容器的一部分的放大横截面图，图示了内衬、施加到内衬上的弹性屏障和施加到屏障上的树脂纤维复合材料；
[0027]图16A和图16B分别是在制造时以及在经过多个压力循环后根据本专利技术另一个实施例的图2的内衬的波纹节段的放大横截面图，该内衬具有施加到内衬上的干纤维屏障和施加到干纤维屏障上的树脂；以及
[0028]图17A和图17B分别是在制造时以及在经历多个压力循环后根据本专利技术另一个实施例的图2的内衬的波纹节段的放大横截面图，该内衬被包覆有包括润湿剂的树脂，然后将纤维层施加到树脂。
具体实施方式
[0029]参考附图，相同的附图标记在所有附图中表示相同或相对应的部分。
[0030]根据本专利技术一个实施例，在图1中示出IV类压力容器10。压力容器10由内衬12形成，内衬12由屏障14、纤维16和树脂18覆盖，如图1所示。内衬12的一端或两端20通常与阀22流体连接，以形成密封的压力容器10。被包覆的内衬12的相对端20同样可以与阀22组装，或者可以通过其他公知方法被封闭。
[0031]一旦完全组装，压力容器10适合储存液体、压缩气体和/或压缩液体，如氢气、天然气、氦气、二甲醚、液化石油气、氙气等。用于车辆用途的储存氢气的压力容器10通常设计为，在正常使用期间的内部压力为约5000PSI至约10000PSI。相比之下，用于储存压缩天然气的压力容器10通常设计为，在正常使用期间的内部压力为约3000PSI。因此，基于压力容器10的所需的操作条件，选择内衬12的材料和尺寸以及树脂18和纤维16的种类和数量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造IV类压力容器的方法，IV类压力容器用于容纳处于压力下的液体和/或气体，所述方法包括：提供具有管状部的内衬，其中，所述管状部包括具有周向波纹的波纹区段，所述周向波纹提供从所述波纹区段的一端到相对端交替布置的脊部和凹槽，所述凹槽限定所述波纹区段的外表面上的环形腔；将屏障从所述波纹区段的所述一端到所述相对端施加到所述波纹区段的所述外表面，并且使屏障围绕所述波纹区段圆周延伸，使得在所述内衬和所述屏障之间的所述环形腔中形成气隙；以及将树脂施加到所述屏障的外表面；其中，所述屏障防止所述树脂在所述波纹区段中侵入到所述屏障和所述内衬之间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将纤维施加到所述屏障和/或所述树脂中的一种或更多种。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述内衬是非金属的。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述内衬包括聚合物材料。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述聚合物材料包括尼龙、乙烯
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醋酸乙烯酯(EVA)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯
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乙烯醇(EVOH)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)和/或聚氯乙烯(PVC)中的一种或更多种。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述树脂包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂和/或氨基甲酸乙酯中的一种或更多种。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述纤维包括碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维、金属和/或玻璃纤维中的一种或更多种。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述屏障是胶带、薄膜、薄片、包裹物和/或模制橡胶中的一种或更多种。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述屏障是聚硅氧烷、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙、合成橡胶、硅胶、乙丙二烯三元共聚物(EPDM)、聚乙烯(DPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和/或丙烯腈
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丁二烯橡胶(腈)中的一种或更多种。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述屏障为弹性材料。11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述压力容器加压后，所述内衬膨胀，直到所述内衬与自身和/或所述屏障接触，并且所述屏障填充所述环形腔。12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述屏障是热塑性材料。13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述压力容器加压后，所述内衬膨胀，直到所述内衬与自身和/或所述屏障接触。14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述屏障是自熔性的。15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述屏障包括丙烯酸背胶层。16.根据权利要求7所述的方法，其中，所述屏障包括一层或更多层干纤维，防止所述树脂侵入所述环形腔。17.一种用于容纳处于压力下的液体和/或气体的压力容器，所述压力容器包括：聚合物内衬，聚合物内衬具有在纵向方向上延伸的管状区段并且包括具有周向波纹的
波纹区段...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰米，
申请(专利权)人：莱纳玛公司，
类型：发明
国别省市：