【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，尤其是一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构及制造方法。
技术介绍
1、液态储氢(和储氮)需采用双层或多层结构，在最内层内胆和最外层壳体之间的中间部分为真空或绝热填充物形成的隔热层。由于氢的饱和蒸汽曲线的温度区间在摄氏零下259度(-259℃)到摄氏零下240度(-240℃)；当液态储氢在摄氏-253℃左右，此时为维持氢处于液态或气-液两相饱和状态，所需的压力为一个大气压；当由于外界的热量流入导致氢的温度升高到摄氏-240℃时，氢的饱和大气压约为12.8个大气压，此时容器内的压力将相应地升高到12.8个大气压；当容器内的温度继续升高，超过摄氏-240℃以上时，即使将压力加大，氢也将完全变为气态或超临界态。液态储氢的正常温度工作范围为摄氏-253℃到摄氏-240℃，相应的压力范围在1到12.8个大气压。
2、液态储氢容器的结构需要保证具有良好的绝热性能，也需要具有满足具体应用场景下行业或国标要求的结构强度和刚度，储氢容器的壳体结构设计和真空绝热方式为主要技术手段，保障储氢容器的安全。目前液态储氢现已有了广泛的应用，但罐体结构主要采用奥氏体合金钢或铝合金材料制成，容器较重。近年来，随着高压气态储氢和超低温液态储氢容器在车载领域内的逐步应用，如何进行液态储氢容器的轻量化设计和制造已成为一个需突破的关键技术。
技术实现思路
1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构及制造方法，从而以真空绝热方式为基础优化容器壳体结构，实现液态储氢容器的轻量
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，包括内胆，所述内胆外表面设置阻热层，所述阻热层外套设有阻隔层，所述阻隔层为与所述内胆外形匹配的壳体结构，所述阻隔层与内胆之间形成第一真空区，所述阻隔层为防气体渗透的非金属材质；
4、所述阻隔层外层设置隔热层，所述隔热层外套设有外壳体，所述外壳体为非金属材质，所述外壳体和所述阻隔层之间形成第二真空区；
5、所述第二真空区的真空度高于所述第一真空区的真空度。
6、其进一步技术方案在于：
7、所述所述内胆的材质为铝合金，所述内胆的结构包括圆柱壳和设置于圆柱壳两端的弧形封头，所述圆柱壳外表面沿轴向间隔设置有多个环向加强筋，所述弧形封头为回转壳体，所述弧形封头的回转曲面线型为等张力曲线。
8、所述内胆和阻隔层之间设置有多个用于支撑所述阻隔层的固定构件，单个固定构件的结构为：包括块状结构的插环，所述插环的材质为金属，所述插环焊接于所述内胆外表面，所述插环的内部设置有插孔，还包括块状结构插头，所述插头的外表面为锥面，所述锥面与所述插孔的开口端为线接触；
9、所述插头的一端穿过所述阻隔层上的开孔后与所述插环配合，所述插头的另一端位于所述开孔处，所述开孔处的所述阻隔层外表面固定有封闭板，所述封闭板与所述插头的端部配合用于将所述插头的位置固定。
10、所述插头为四棱锥，所述插孔为方形孔，所述插头的四个锥面分别与所述插孔的开口端的四条边线接触。
11、所述阻热层为外包有聚酯薄膜的泡沫塑料填充物，泡沫塑料材质为聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料。
12、所述阻隔层分为依次沿内胆轴向设置于所述阻热层外部的上段壳体、中段壳体和下段壳体，所述上段壳体、中段壳体和下段壳体通过焊接方式连接，所述上段壳体、中段壳体和下段壳体的材质为超高分子量的聚乙烯，并通过滚塑或注塑的方法成型。
13、所述隔热层由多层绝热材料铺设在所述阻隔层表面形成。
14、所述外壳体的结构包括内衬壳，所述内衬壳用于防气体渗漏，所述内衬壳的结构包括为依次沿内胆轴向设置于所述隔热层外部的上段内衬、中段内衬和下段内衬，上段内衬、中段内衬和下段内衬之间通过焊接连接，所述隔热层与所述内衬壳之间的空间为所述第二真空区，所述内衬壳内壁设置有多条与所述隔热层接触的加筋件，所述上段内衬、中段内衬和下段内衬均采用滚塑或注塑的方法成型；
15、所述内衬壳的外部为复合材料外壳，所述复合材料外壳由碳纤维加树脂制备的预浸带或预浸布铺贴制备而成。
16、所述阻隔层和所述外壳体上分别设置有第一管路接口和第二管路接口，第一管路接口和第二管路接口与所述内胆上的功能管路对应，所述第一管路接口和第二管路接口的结构相同；
17、所述第二管路接口的结构为：包括帽状结构的内接头，所述内接头的开口端边沿设置第一六角形凸台，所述第一六角形凸台与所述外壳体的内表面配合，用于限制所述内接头相对于所述外壳体转动，所述内接头的底部设置有内接口，还包括管状结构的外接头，所述外接头的内部为通道，所述外接头的一端穿过所述外壳体后与所述内接头螺纹连接，所述通道与所述内接口连通，所述外接头的另一端位于所述外壳体的外侧并设置有第二六角形凸台，所述第一六角形凸台和第二六角形凸台均通过垫片与所述外壳体密封配合；
18、所述功能管路的末端与所述第一管路接口的内接口连接，所述第一管路接口的通道通过中间接管和所述第二管路接口的内接口连接。
19、一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构的制造方法，包括以下步骤：
20、步骤一、制作金属内胆；
21、步骤二、将插环焊接于相邻两个环向加强筋之间的内胆外表面，并使沿内胆轴向同一位置的多个插环在内胆外壁等间距分布；
22、步骤三、根据插环的位置和内胆的尺寸在内胆外表面铺贴聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料填充物后外包聚酯薄膜，形成阻热层；
23、步骤四、用超高分子量的聚乙烯通过滚塑或注塑的方法成型三段回旋体的塑料薄壳，分别为上段壳体、中段壳体和下段壳体，上段壳体和下段壳体对应弧形封头；
24、步骤五、在阻隔层上开与插环对应的开孔，在阻隔层上开与内胆上的功能管路对应的通孔，并在通孔处安装第一管路接口；
25、步骤六、将上段壳体、中段壳体和下段壳体套在阻热层外部并将内胆上的功能管路与第一管路接口连接，再将开孔与插环对齐，将插头穿过阻隔层上的开孔后插入插环的插孔中，用与阻隔层材料相同的封闭板通过粘接或焊接的方法将开孔封堵，此时插头的位置固定，上段壳体、中段壳体和下段壳体贴合在阻热层外部，然后通过焊接的方式连接并在阻隔层和内胆之间形成密闭的第一真空区；
26、步骤七、在阻隔层外表面铺设隔热层；
27、步骤八、用高密度聚乙烯或尼龙制作位于外壳体内侧的内衬壳，采用滚塑或注塑的方法成型三段壳体，分别为上段内衬、中段内衬和下段内衬，上段内衬和下段内衬对应弧形封头，并在中段内衬上成型加筋件；
28、步骤九、在内衬壳上开孔并安装第二管路接口，将上段内衬、中段内衬和下段内衬套在隔热层外后将第一管路接口和第二管路接口用中间接管连接，然后将上段内衬、中段内衬和下段内衬焊接形成一个密闭的壳体，在内衬壳和阻隔层之间形成第二真空区；
29、步骤十、在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：包括内胆(1)，所述内胆(1)外表面设置阻热层(3)，所述阻热层(3)外套设有阻隔层(4)，所述阻隔层(4)为与所述内胆(1)外形匹配的壳体结构，所述阻隔层(4)与内胆(1)之间形成第一真空区，所述阻隔层(4)为防气体渗透的非金属材质；
2.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述所述内胆(1)的材质为铝合金，所述内胆(1)的结构包括圆柱壳(12)和设置于圆柱壳(12)两端的弧形封头(11)，所述圆柱壳(12)外表面沿轴向间隔设置有多个环向加强筋(13)，所述弧形封头(11)为回转壳体，所述弧形封头(11)的回转曲面线型为等张力曲线。
3.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述内胆(1)和阻隔层(4)之间设置有多个用于支撑所述阻隔层(4)的固定构件(2)，单个固定构件(2)的结构为：包括块状结构的插环(21)，所述插环(21)的材质为金属，所述插环(21)焊接于所述内胆(1)外表面，所述插环(21)的内部设置有插孔(211)，还包括块状结构插头(22)，所述插头
4.如权利要求3所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述插头(22)为四棱锥，所述插孔(211)为方形孔，所述插头(22)的四个锥面分别与所述插孔(211)的开口端的四条边线接触。
5.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述阻热层(3)为外包有聚酯薄膜的泡沫塑料填充物，泡沫塑料材质为聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料。
6.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述阻隔层(4)分为依次沿内胆轴(1)向设置于所述阻热层(3)外部的上段壳体(41)、中段壳体(42)和下段壳体(43)，所述上段壳体(41)、中段壳体(42)和下段壳体(43)通过焊接方式连接，所述上段壳体(41)、中段壳体(42)和下段壳体(43)的材质为超高分子量的聚乙烯，并通过滚塑或注塑的方法成型。
7.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述隔热层(5)由多层绝热材料铺设在所述阻隔层(4)表面形成。
8.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述外壳体(7)的结构包括内衬壳(71)，所述内衬壳(71)用于防气体渗漏，所述内衬壳(71)的结构包括为依次沿内胆(1)轴向设置于所述隔热层(5)外部的上段内衬、中段内衬和下段内衬，上段内衬、中段内衬和下段内衬之间通过焊接连接，所述隔热层(5)与所述内衬壳(71)之间的空间为所述第二真空区(6)，所述内衬壳(71)内壁设置有多条与所述隔热层(5)接触的加筋件(711)，所述上段内衬、中段内衬和下段内衬均采用滚塑或注塑的方法成型；
9.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述阻隔层(4)和所述外壳体(7)上分别设置有第一管路接口和第二管路接口(8)，第一管路接口和第二管路接口(8)与所述内胆(1)上的功能管路对应，所述第一管路接口和第二管路接口(8)的结构相同；
10.一种如权利要求3所述的液氢储氢瓶壳体轻量化结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：包括内胆(1)，所述内胆(1)外表面设置阻热层(3)，所述阻热层(3)外套设有阻隔层(4)，所述阻隔层(4)为与所述内胆(1)外形匹配的壳体结构，所述阻隔层(4)与内胆(1)之间形成第一真空区，所述阻隔层(4)为防气体渗透的非金属材质；
2.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述所述内胆(1)的材质为铝合金，所述内胆(1)的结构包括圆柱壳(12)和设置于圆柱壳(12)两端的弧形封头(11)，所述圆柱壳(12)外表面沿轴向间隔设置有多个环向加强筋(13)，所述弧形封头(11)为回转壳体，所述弧形封头(11)的回转曲面线型为等张力曲线。
3.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述内胆(1)和阻隔层(4)之间设置有多个用于支撑所述阻隔层(4)的固定构件(2)，单个固定构件(2)的结构为：包括块状结构的插环(21)，所述插环(21)的材质为金属，所述插环(21)焊接于所述内胆(1)外表面，所述插环(21)的内部设置有插孔(211)，还包括块状结构插头(22)，所述插头(22)的外表面为锥面，所述锥面与所述插孔(211)的开口端为线接触；
4.如权利要求3所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述插头(22)为四棱锥，所述插孔(211)为方形孔，所述插头(22)的四个锥面分别与所述插孔(211)的开口端的四条边线接触。
5.如权利要求1所述的一种液氢储氢瓶壳体轻量化结构，其特征在于：所述阻热层(3)为外包有聚酯薄膜的泡沫塑料填充物，泡沫塑料材质为聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆萌，丁华，朱甜甜，胡东海，赵影影，叶林，
申请(专利权)人：江苏集萃复合材料装备研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。