[发明专利]用于70MPA氢存储系统中的O型环/支承环密封系统的复合支承环

说明书

技术领域

本申请涉及高压系统的密封，尤其涉及用于高压氢存储系统的改进型O型环/支承环密封系统。

背景技术

燃料电池通过处理第一和第二反应物产生电能。通常，这经过氢的氧化和氧的还原。由于多个燃料电池在被配置为″堆″时可为开动车辆提供合适的电压，所以对改进方式有不间断的需要以向机动车燃料电池提供反应物。

高压氢存储系统是满足这种需要的一种方式。在这种系统中，氢气被压缩至35MPa(350bar/5,000psi)或者70MPa(700bar/10,000psi)并且存储在钢制或者轻质复合罐中。虽然用于气体的各种存储系统是已知的(例如医用气体、工业气体、天然气和蛙人器具瓶)，但用于机动车应用的高压氢存储系统仍具有挑战。举例来说，这种系统必须包括在高压、低温、高温、腐蚀条件(储存器通常位于车身下)下工作并且具有长期使用期限的部件--调节器、传感器、联接器、阀、燃料管线、罐、连接器以及因此密封系统。另外，机动车应用的部件必须装配到相对有限的空间内，因此部件之间的间隙是紧密的，且更换是困难的。而且，因为这种系统位于车辆中，所以部件必须可靠地防止高压气体燃料的泄露。

帮助处理高压气体泄露的一种方式是通过使用O型环。O型环通常是弹性材料的，其设在形成于第一连接器主体(例如气缸表面)中的槽中并且被压缩在第一连接器主体和第二连接器主体的表面(例如外壳的内表面)之间。压缩和作用压力使O型环变形并且在第一和第二连接器主体之间形成密封。然而，作用在O型环上的压力可使其挤入存在于第一和第二连接器主体之间的间隙内。这种间隙主要是由制造公差和设计要求形成的，而挤出度是根据O型环硬度、配合部件的间隙、流体/气体压力和温度决定的。

因为O型环挤压是加压系统中密封失效的普遍原因，因此由相对硬材料制成的支承环一般也会插到第一连接器主体的槽中。支承环一般安装在与压力源相对的一部分槽中，而O型环与其相邻且最靠近压力源安装。在这种结构中，压力作用在O型环上，这将在支承环上施加压力并且使其延伸经过槽的边缘并接触第二连接器主体，因此桥接第一和第二连接器主体之间的间隙，从而防止O型环挤入这种间隙中。在大多数应用中，常规的支承环可允许第一和第二连接器主体的配合面之间有相对大的制造公差，因为这种环桥接了配合部件之间的间隙。

常规的支承环可用在实心的(未切的)、单圈(嵌接切割)和多圈(螺旋切割)结构中，通常使用这种支承环的示例包括配件到配件连接，配件-外壳连接、管-配件连接和阀应用(例如滑阀、活塞密封件、阀座和阀套)。

用于机动车应用的高压氢存储系统，尤其是70MPa系统是相对新的技术，其中在开发期间发现各种独特的问题和挑战。其中发现，广泛用于低压应用和工业高压应用的常规O型环/支承环系统易影响70MPa机动车应用中的失效。由于O型环挤入存在于常规支承环和连接器主体的槽的内圆周之间的间隙(即，槽本身内而非第一和第二连接器主体之间的间隙)而出现这种失效。该间隙尤其是由连接器主体直径、内槽直径和支承环宽度的制造公差决定的。这种类型的O型环挤压不是工业高压应用中遇到的问题，与机动车应用中相比，在工业高压应用中密封区域与间隙尺寸的比值相当大。这种类型的O型环挤压也不是低压应用中遇到的问题，在低压应用中较大的制造公差是可接受的。

考虑到上述内容，需要在两个连接器主体包括高压机动车系统中的连接器主体之间进行密封的新方式。更具体而言，显示需要克服现有技术中缺点的O型环/支承环密封系统。

发明内容

本申请公开了适合于用在高压应用包括高压机动车应用中的O型环/支承环密封系统。包含于本发明的各种实施例中的是与O型环一起使用以在第一和第二连接器主体之间形成密封的支承环；包括这种所提供的O型环/支承环密封系统的高压气体存储系统；和使用这种所提供的O型环/支承环密封系统来密封高压氢存储系统中的连接的方法。

在此公开的支承环包括基部部分和凸缘部分，其中，凸缘部分被配置为接合O型环。与常规支承环不同，所提供的支承环被配置为防止O型环挤入可存在于第一和第二连线器主体之间的空隙内，以及防止O型环挤入可存在于支承环和放置有支承环与O型环的槽之间的间隙内。因为其被设计为防止两种类型的O型环挤压，所以所提供的支承环适合于防止或者至少降低这类O型环在70MPa机动车氢存储系统中遇到的磨损。因此，还提供的是改进的氢存储系统和包括这种改进系统的车辆。

本申请还提供下列方案：

1.一种高压气体存储系统，包括：