[发明专利]压力容器

说明书

本发明涉及一种具有纤维复合组件和金属组件的混合压力容器。此外，本发明涉及一种用于这种混合压力容器的制造方法。根据本发明的混合压力容器具有带有内表面和外表面、带有外径DL的衬里，和带有外径DB的金属凸台，该金属凸台适于容纳阀门，该混合压力容器在内部具有存储容积，该衬里是管状的，并且凸台的外径DB至少与衬里的外径DL一样大。

技术领域

本发明涉及一种具有纤维复合组件和金属组件的混合压力容器。本发明进一步涉及一种制造这种混合压力容器的方法。

背景技术

压力容器，特别是用纤维复合材料(这里和以下缩写为“FCM”)增强的压力容器的市场持续增长。天然气和压裂气的产量增加使得需要储存在压力容器中，特别是在没有相应管道网络的国家中。另外，大量参与燃料电池车辆开发的汽车工业要求燃料在高压下以气态氢的形式储存在压力容器中。使用氢气的其它类型车辆可以是铁路车辆、飞机或船只。即使在航天器中，应用也是可以想象的。关于压力容器的运输，希望它们应该是重量轻的压力容器，因为运输重量重的压力容器与不必要的大量能量的消耗相关联，从而导致过高的运输成本。

目前使用的圆柱形纤维增强压力容器具有由FCM组成的增强层，该FCM由嵌入在基质材料中的纤维制成，该基质材料通过缠绕方法作为外层缠绕在压力容器的内容器(被称为衬里)上，该内容器用作缠绕芯。缠绕是用于制造纤维复合层的优选工艺，这在时间和成本方面是有效的。虽然内容器例如保证了压力容器的气密性，但是由FCM制成的增强层为压力容器提供了必要的机械稳定性。对于类型3的压力容器，采用例如由铝或钢组成的金属内容器(金属衬里)；在类型4的压力容器的情况下，非承重内容器(衬里)由塑料制成。塑料衬里通常通过吹塑、滚塑或单独组件的焊接来生产。由于特定的制造方法，最常用的材料是热塑性塑料，例如聚酰胺，或聚乙烯，特别是高密度聚乙烯。

金属凸台用于连接阀门或作为类型4容器的端部；在该情况下，它可以体现为封闭的凸台。凸台的外径比衬里的外径小得多。

压力容器必须承受非常高的内压力。当前，例如，汽车的氢罐以大约700巴的压力被填充。特别地，压力容器即使在碰撞的情况下也不会爆裂。因此，这种压力容器被设计为具有在两侧由所谓的“极帽”封闭的圆柱形中心部分。FCM作为增强层缠绕在圆柱形中心部分和极帽上。增强层可以例如用纤维缠绕方法制造，其中，压力容器的缠绕在一个单独的操作中进行。换句话说，纤维在一个操作中被周向地或交叉地或以螺旋层的形式缠绕到塑料衬里上。

凸台和压力容器之间的连接是特别重要的。凸台必须以耐压的方式连接到压力容器，因为它必须承受高内压力；这同样适用于其与压力容器的连接。凸台也必须紧密连接到压力容器。氢气是具有非常小的分子的高度爆炸性气体；因此，尤其对于氢的运输特别重要的是，压力容器是完全密封的，即使对于高压下的氢也是如此。

根据德国专利申请DE102016221978A1，已知一种由中空纤维复合组件和至少一个金属力传递组件制成的混合组件，该至少一个金属力传递组件用于将力经由力传递组件传递到纤维复合组件，纤维复合组件包括沿着提供的主轴的第一端和第二端，其中，至少第一端是开口端。开口端的至少一个第一部分具有面向主轴的内表面和沿着主轴延伸的相对的外表面，第一部分在第一端的方向上逐渐变细。力传递组件包括相应形成的用于靠在第一部分的内表面上的内芯和具有适于内芯和第一部分的内力传递面的用于至少部分地靠在第一部分的外表面上的金属外轮缘，内芯和外轮缘被适当地调整，使得在外轮缘已经放置在第一部分上之后，内芯可以由牵引连接在外轮缘的方向上通过第一开口端而被拉动，使得以该方式，可以在第一部分的FCM上产生外轮缘的合适的压配合，以便能够经由力传递组件将力传递到纤维复合组件。然而，混合组件不适合作为压力容器，因为它不具有衬里和凸台，通过该衬里和凸台可以填充和抽空混合组件。

出于安装几何形状的原因，期望具有带有小外径的相应的压力容器。在具有小外径的压力容器中，凸台的外径与衬里的外径之间的比率小得多或几乎相等。一方面，必须容纳阀门，要求凸台的最小外径；另一方面，非常长的衬里的制造不是没有缺点，特别是在大量生产的方法中，诸如吹塑或滚塑。

发明内容