[发明专利]用于制造用于燃料存储系统的带有衬垫和内袋的燃料存储罐的方法和设备

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2013年3月15提交的美国临时申请号61/789,589的权益。

技术领域

本发明总体涉及燃料存储系统，且更特别地涉及带有单层衬垫的燃料存储罐，该衬垫具有单独的渗透特征和功能以减少由于在用于存储加压流体的燃料存储罐内的温度和压力循环的变化引起的渗透泄漏。

背景技术

用于存储高压气态介质(如氢，压缩天然气，或空气)的压力容器通常可为多层，并包括内衬垫和外衬垫、至少一个接口(金属凸台)，以及支撑压力容器的细丝缠绕外壳。例如，该压力容器可结合到车辆中以供应氢到能够驱动车辆的质子交换膜(PEM)燃料电池组。存储在该容器中的氢可被加压到至少70MPa以提供符合消费者需求的车辆的行进范围。因此，在内衬垫和该至少一个凸台之间的足够密封是必要的，以阻碍气体介质的损失。

可通过任意常规工艺生产内衬垫，如旋转模制、吹塑成型、注模或热压成形。作为示例，WO1999/039896；WO2007/079971；DE19526154；以及WO1999/013263公开了包括内衬垫的压力容器，其每个通过引用全部并入本文。

压力容器可为多层，并包括至少内衬垫和外衬垫。内衬垫可由焊接在一起的多个组件形成。通过使用焊接工艺，限制了用于形成内衬垫的材料类型，并且可导致存储的流体渗透通过焊接的内衬垫的焊缝。此外，多层衬垫包括界面层，其可在模具的内衬垫的吹塑成型步骤期间形成的夹紧线上注射包覆成型，这可导致渗透泄漏的问题。

气态介质当进入和退出压力容器之一时穿过凸台。凸台通常配置有螺纹或其他连接设备之一以接收阀，传感器，耦合器，管道或其他装置。因此，凸台为压力容器提供了可靠的和通用的耦合点。

凸台通常包括带有纵向通道的圆柱形颈部，其在压力容器和容器外环境之间提供流体连接。纵向轴线在该颈部内被限定为基本平行于其开口端之间通道的方向。在某些设计中，凸缘被固定到该颈部的一端。比压力容器孔口大的凸缘被固定到压力容器的衬垫以阻碍凸台和衬垫之间的相对运动。

如压合接头和O形环的密封元件可设置在凸台和塑料内衬垫之间以阻碍气体介质的无意损失。多件式凸台设计，多个密封元件，或通过凸台对衬垫的压缩可用于在塑料内衬垫和凸台之间形成密封。压力容器的多件式凸台设计包括塑料内衬垫，其中在凸台和衬垫之间设置有密封件。除了需要复杂的装配过程，多件式凸台设计不调节由重复的热循环和压力循环所引起的施加在密封件上的波动力。

该压力容器可同样包括用细丝缠绕工艺形成的缠绕外壳。在缠绕工艺后，缠绕外壳连接到衬垫并在使其受到高压温度载荷的高压釜内固化。通常，用于满足渗透要求的材料不适于提供适当的外表面以最大化复合缠绕的性能。同样，通常用于在容器衬垫上产生平顺外表面的材料对于存储在压力容器内的特定流体不会提供适合的渗透性。

本领域已知的压力容器不调节由重复的热循环和压力循环所引起的施加在衬垫和凸台之间形成的密封上的波动力。当压力容器受到高压并且容器内流体的温度导致内衬垫增加尺寸到扩展状态，增加了由密封件在凸台和衬垫上施加的力。相反地，当压力容器受到低压并且容器内流体的温度导致内衬垫从扩张状态收缩尺寸，减少了由密封件在凸台和衬垫上施加的力。由于通过密封件和所形成衬垫的渗透泄漏，这种灵活特性对于汽车制造商来说是持续问题。

尽管这种压力容器对于其预期目的工作良好，但是本发明人已经确定，存在开发一种压力容器以及一种制造该压力容器的方法的需求，该压力容器具有不同尺寸的单层衬垫设计，具有在细丝缠绕和缠绕外壳、衬垫和凸台的固化过程后增加的单独的渗透特性和功能。这种需求将避免由于在衬垫和凸台之间形成的密封上所施加的力引起的渗透泄漏；避免了由于在用于存储各种加压流体的压力容器内的各种温度和压力循环引起的与多层衬垫相关的夹紧线渗透泄漏。这种需求将允许压力容器的制造更容易，在较短时间内完成并降低成本。

发明内容

在上述背景下，本发明涉及燃料存储罐以及制造燃料电池系统的燃料存储罐的方法，其中，该燃料存储罐和方法提供了一种带有不同尺寸的单层衬垫的设计，包括在细丝缠绕和缠绕外壳、衬垫和凸台的固化过程后增加的单独的渗透特性和功能，并且避免与多层衬垫相关的夹紧线渗透泄漏，使得在用于存储各种加压流体的燃料存储罐内的不同温度和压力循环期间减少了渗透泄漏。