[发明专利]一种制造具有坚固隔板的非柱形压力容器的方法

说明书

技术领域

本公开涉及制造具有坚固隔板(hardybulkhead)的非柱形的压力容器 (pressurevessel，加压罐)的方法。更具体地，本公开涉及一种制造新型 压力容器的方法，该方法通过在形成非柱形压力容器的隔板时将热塑性碳 纤维复合材料板插入到具有分隔空间的衬里形状中，而以简单和经济的方 式使得压力容器能够形成坚固隔板而同时具有高的刚性。

背景技术

通常，使用具有隔板的压力容器充注高压下的气体，已开发和使用装 配成形(fabricated-shaped)或柱形的压力容器，并且近来，已有积极推动 非柱形压力容器的个别相关研究。

在装配的(fabricated)压力容器的情况下，由于工作压力为高压，在 连接部位的接合或密封位置会出现问题，因此优选的是应用整体式结构。 具体地，由于多数的现有压力容器的形状是基于金属材料构造的，因此将 它们应用于客车(对于客车来说轻质是重要的)是不理想的。此外，尽管 车辆需要安装具有恒定或更大体积的压力容器以确保续航距离，然而由于 安装空间有限，只能将两个或更多个小容量压力容器用作柱形的压力容 器，这存在这样的问题，即，由于安装这样两个或更多个柱体时会出现不 必要的空间，从而降低了安装效率。

因此，相比于常规已知的柱形的压力容器，非柱形的压力容器具有以 下优点：具有良好的空间利用率；通过整体成形而解决上述的柱形压力容 器的问题，从而在接合和密封方面不存在问题；并且通过减少阀和配件 (fitting)可减轻重量并降低成本。

关于压力容器的现有技术，美国专利公开第2009/0050635号的压力容 器具有整体式形状，并且其保持既有的柱形的形状，且具有存在不必要空 间的问题。美国专利RE41,142E(2010)公开了彼此呈不同形状的压力容 器，但存在的问题是消耗大量的生产成本且压力容器被制造为高重量级 别。除此之外，在工作压力为150bar或更大的高压力的情况下，存在的 问题为，连接部位的接合和密封状态不能确保装配成形的压力容器的安全 性。

考虑已常规开发的非柱形的压力容器，ThiokolPropulsion的容器由碳 纤维环氧树脂复合材料和塑料衬里构成，并通过使用连续纤维执行纤维缠 绕来制造外部，相比于使用多个柱形形状的情况而言，其提出了提供高空 间效率结构的压力容器，并且提出了通过内部结构的改变来保证最大负载 容量的技术。另外，近来，在2009-2013SAGANEProject[FrenchGov.(法 国政府)]中，已由法国工业-大学合作开发部(Frenchindustry-university cooperationdevelopment)尝试开发构造成矩形安装形状的压力容器，该压 力容器通过借助吹塑模制形成衬里并使用玻璃纤维材料和增强材料(比如 环氧树脂)形成压力容器外部。通过采用衬里雕刻凸起(linerengraving projection)分散压力，而在分散性方面对所设计的容器进行改进。

然而，尽管这样的现有压力壁的容器在一定程度上表现出开发的成 功，然而它们仍未曾投入实际应用，并且由于制造工艺是不经济的，未来 大规模生产的可能性似乎较小。

根据材料和结构，这样的压力容器通常分为四种形式。也即，它们分 为以下形式：仅使用现有金属材料的形式(类型1)，在金属材料衬里中 使用玻璃纤维材料选择性地仅加强柱体部分的形式(类型2)，在由金属 材料(诸如铝)制成的衬里中使用玻璃纤维和碳纤维复合材料加强整个外 层的容器形式(类型3)，以及在由聚合物材料制成的衬里中使用玻璃纤 维和碳纤维复合材料加强整个外层的形式(类型4)。

尽管成本最低且最常用的类型1已普遍和广泛使用，然而由于最近根 据重量减轻和稳定性问题已积极开发类型4的相关技术，因此现有的趋势 是类型4的使用已显著增加。作为与此相关的现有技术，美国专利第 8732929号涉及一种用于制造重量减轻的车辆高压气罐的方法，并提出了 这样一种容器，在该容器中，内部由聚酰胺6树脂形成，外周表面通过加 强纤维层的纤维缠绕而形成。韩国专利公开第2014-0041868号提出一种 通过以下步骤制造压力容器的技术：由聚酰胺树脂而非金属材料形成中空 容器、使用纤维材料在表面进行纤维缠绕模制，以及进行紫外线辐射。然 而，该容器具有单个柱形的结构，在该柱形的结构的内部具有隔板。