[發明專利]一種Ⅳ型高阻隔塑料-金屬封頭結構

在審

• 申請號: 202210152836.8
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114484258A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 謝鵬程;楊嘉寧;王修磊;丁玉梅;楊衛民
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F17C1/00
• 分類號: F17C1/00;F17C13/06;F17C1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種Ⅳ型高阻隔塑料?金屬封頭結構，包括金屬BOSS結構和塑料內膽封頭，金屬BOSS結構為嵌件，其軸線與塑料內膽封頭軸線重合，其幅板外表面與塑料內膽封頭的外表面所形成的曲面重合，金屬BOSS結構內部設計的結構由塑料充分填充；金屬BOSS結構的近瓶口位置處設有連接內螺紋，用于和瓶閥連接，內螺紋按照相關標準設計為密封管螺紋形式；所述金屬BOSS結構下端面為錐面，錐面的軸心與內膽軸線重合，錐面的錐尖朝向筒體方向。本發明所述的金屬BOSS結構的幅板邊緣與塑料內膽封頭呈包覆夾層式結構，防止在碳纖維纏繞或工作過程中出現金屬BOSS結構與塑料內膽封頭剝離的問題。通過防泄漏結構和止轉結構的特殊設計，實現低泄漏、高結構穩定性、保護金屬BOSS的目標。

技術領域

本發明涉及特種壓力容器領域，具體涉及一種高壓儲氫容器的瓶閥座結構。

技術背景

目前，Ⅳ型氣瓶因質量輕、耐疲勞、儲氫密度高等特點正成為未來儲氫的重要載體。然而，受限于塑料內膽的結構開發設計，高阻隔防泄漏、止轉、防剝離、高連接強度的金屬瓶閥座與塑料內膽封頭的連接結構仍然是儲氫瓶內膽設計的一大難點。當前，瓶閥座的結構仍然需要采用金屬材料制造，而為了減重，內膽的主體材料已采用塑料制造。其原因是金屬具有更高的模量和抗磨損能力，可在瓶閥座與瓶閥反復安裝的過程中保持良好的精度；同時在高壓環境中保持較低的收縮率，以提供較好的密封效果。

目前，對于金屬BOSS結構(BOSS也稱作瓶口凸臺)與塑料內膽連接的設計方案種類很多。專利201710086665.2使用了迷宮密封的結構，滿足了封頭結構固定的穩定性，然而對金屬BOSS結構的抗氫腐蝕保護仍然存在較大的問題；專利201510440522.8使用了沉肩和過盈配合等，使得結構的定位精確，并實現了氣瓶有效的密封，但金屬BOSS結構的體積較大，無法實現輕量化的效果；專利201920773836.3采用O形圈加擋圈和迷宮密封的組合方式，并對儲氫瓶瓶口處的塑料內膽的結構強度進行了加強，增加了封頭裝置的可靠性；專利202120256563.2對金屬BOSS結構和塑料內膽采用了螺紋密封連接，提高了儲氫瓶的承壓能力和密封性能。

針對目前存在的金屬BOSS-塑料內膽結構連接強度低、成型后金屬與塑料易收縮率不同而易剝離、金屬與氫氣長期接觸易氫脆、工作過程中BOSS與塑料內膽易發生相對旋轉等問題，需要設計一種可靠的Ⅳ型高阻隔塑料-金屬封頭結構。

發明內容

針對上述問題，以大容量高壓儲氫瓶用塑料內膽為對象，本發明設計了一種Ⅳ型高阻隔塑料-金屬封頭結構，可實現結構簡單、止轉、易加工、適用于高壓儲氫、快速充放氫等要求，具有較好的密封效果和結構穩定性。

本發明一種Ⅳ型高阻隔塑料-金屬封頭結構包括金屬BOSS結構和塑料內膽封頭。所述塑料內膽封頭為主體結構，其外觀和壁厚按照儲氫瓶塑料內膽設計要求設計。作為Ⅳ型儲氫瓶內膽的一部分，主要承擔氣體阻隔作用。塑料內膽封頭的成型方式可選擇：注塑成型，反應成型，與筒體一起滾塑(旋轉/旋塑)成型，或者與筒體一起吹塑成型。

所述金屬BOSS結構為嵌件，其軸線與所述塑料內膽封頭軸線重合，其幅板外表面與塑料內膽封頭的外表面所形成的曲面重合。BOSS結構內部設計的結構由塑料充分填充。金屬BOSS結構在成型前先安裝于模具內，與塑料內膽封頭一起成型，進而嵌入所述塑料內膽封頭中。

本發明一種Ⅳ型高阻隔塑料-金屬封頭結構，所述的金屬BOSS結構的幅板邊緣與塑料內膽封頭呈包覆夾層式結構，塑料可包覆在幅板邊緣。當塑料封頭成型冷卻時，由于塑料收縮率大，塑料可以緊密包覆幅板邊緣，防止在碳纖維纏繞或工作過程中出現金屬BOSS結構與塑料內膽封頭剝離的問題。所述幅板邊緣與塑料接觸角均采用圓角結構，防止應力集中。

所述金屬BOSS結構下端面為錐面，錐面的軸心與內膽軸線重合，錐面朝向筒體方向。作為備選，錐面上可開設環狀梯形槽或方形槽等提高內膽與BOSS的結合強度。