專利名稱：氫燃料罐的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種氫燃料罐的制造方法，特別是有關(guān)一種利用電磁脈沖成形(electromagnetic pulse forming)的方式密封氫燃料罐的方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是利用氫氣與氧氣結(jié)合產(chǎn)生水而使化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，其中所需的氧氣可直接取自于空氣，但可攜式燃料電池所需的氫氣則通常需要由裝有純氫的氫燃料罐來(lái)供給。
圖1A為習(xí)知?dú)淙剂瞎薜牟糠萜拭鎴D，如圖1A所示，習(xí)知的氫燃料罐10具有一中空?qǐng)A柱11及一金屬頂蓋12，中空?qǐng)A柱11具有一開口端113及一封閉端111，在封閉端11具有一凸出部112，用于設(shè)置一安全閥14；而金屬頂蓋12用于密封中空?qǐng)A柱11的開口端113，使中空?qǐng)A柱11形成一中空的密封腔體。金屬頂蓋12也具有一凸出部121，用于設(shè)置一通氣閥13，使氫燃料罐10可簡(jiǎn)單插拔使用。
一般金屬鋼瓶的結(jié)合方法通常是以焊接的方式實(shí)施，但用于可攜式燃料電池的氫燃料罐，為滿足輕量化、高強(qiáng)度的要求，其所采用的材質(zhì)以鋁合金為主。圖1B為氫燃料罐金屬頂蓋的焊道示意圖，如圖1A及圖1B所示，在焊接時(shí)需先將金屬頂蓋12放入中空?qǐng)A柱11中，在中空?qǐng)A柱11的開口端113處具有一凸緣114，用于支撐金屬頂蓋12。因?yàn)殇X合金的熔點(diǎn)溫度較低、不易焊接，且焊接時(shí)在焊道15內(nèi)易產(chǎn)生氣泡或是包覆氧化物的缺陷151，使氫燃料罐10的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大幅下降，當(dāng)在氫燃料罐10內(nèi)充入加壓的氫氣時(shí)，氫氣會(huì)很容易泄漏而發(fā)生危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種簡(jiǎn)單且安全的氫燃料罐制造方法，使氫燃料罐在進(jìn)行密封作業(yè)時(shí)，其加工時(shí)間短，且不會(huì)產(chǎn)生高熱，使內(nèi)部?jī)?chǔ)氫合金變質(zhì)，而影響氫燃料罐的品質(zhì)。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種氫燃料罐的制造方法，包括下列步驟提供一金屬錠，以金屬錠形成一具有開口的中空?qǐng)A柱，在中空?qǐng)A柱內(nèi)填充一儲(chǔ)氫合金，再以電磁脈沖成形將一金屬頂蓋固定密封于中空?qǐng)A柱的開口端。
在一較佳實(shí)施例中，中空?qǐng)A柱是以擠出成形，并經(jīng)熱處理而形成；在中空?qǐng)A柱的開口端形成一凸緣，當(dāng)進(jìn)行電磁脈沖成形時(shí)，可承載金屬項(xiàng)蓋。
在一較佳實(shí)施例中，中空?qǐng)A柱的封閉端中央形成一第一通孔，以設(shè)置一安全閥，且在金屬頂蓋的中央形成一第二通孔，以設(shè)置一通氣閥。
在一較佳實(shí)施例中，中空?qǐng)A柱及金屬頂蓋的材質(zhì)為鋁合金。
在一較佳實(shí)施例中，儲(chǔ)氫合金為鎂鎳合金、鑭鎳合金或是鐵鈦合金其中之一。
在一較佳實(shí)施例中，金屬頂蓋的側(cè)面具有一傾斜角度，使中空?qǐng)A柱的開口端于電磁脈沖成形內(nèi)縮后，并貼合于金屬頂蓋的側(cè)面。
又，在金屬頂蓋的側(cè)面上形成復(fù)數(shù)個(gè)環(huán)形凹槽，并在金屬頂蓋與中空?qǐng)A柱間及金屬頂蓋的環(huán)形凹槽內(nèi)填充一粘合劑，以防止該氫燃料罐內(nèi)的氣體外泄。
又，該粘合劑以環(huán)氧樹脂是較佳的。
利用上述氫燃料罐的制造方法，即可簡(jiǎn)單且安全的對(duì)氫燃料罐進(jìn)行密封作業(yè)，其一方面不會(huì)產(chǎn)生焊接時(shí)的高熱，而使內(nèi)部?jī)?chǔ)氫合金變質(zhì)，或造成強(qiáng)度不足的問(wèn)題，影響氫燃料罐的品質(zhì)；另一方面其加工時(shí)間短，制造成本較低，所以非常適合量產(chǎn)制造的要求。


圖1A為習(xí)知?dú)淙剂瞎薜牟糠萜拭鎴D。
圖1B為習(xí)知?dú)淙剂瞎藿饘夙斏w焊接的示意圖。
圖2為本發(fā)明氫燃料罐制造方法的流程圖。
圖3為本發(fā)明氫燃料罐的剖面圖。
圖4A為本發(fā)明氫燃料罐實(shí)施電磁脈沖成形時(shí)的示意圖。
圖4B為本發(fā)明氫燃料罐成形后的示意圖。
10 習(xí)知的氫燃料罐11 中空?qǐng)A柱111 封閉端112 凸出部113 開口端114 凸緣12 金屬頂蓋 121 凸出部13 通氣閥14 安全閥15 焊道 151 缺陷20 氫燃料罐 21 中空?qǐng)A柱211 封閉端212 凸出部2121 通孔 213 開口端2131 凸緣 22 金屬頂蓋221 凸出部2211 通孔222 側(cè)面 2221 環(huán)形凹槽23 通氣閥231 閥件232 過(guò)濾器24 安全閥25 把手 261 氣體收集管262 分隔盤263 儲(chǔ)氫合金264 隔板 27 粘合劑30 線圈 31 外部電流
32感應(yīng)電流A 放大區(qū)域具體實(shí)施方式
圖2為本發(fā)明氫燃料罐制造方法的流程圖。首先，在S201步驟中，提供一金屬錠，以金屬錠擠出成形出一端為開口的中空?qǐng)A柱，并進(jìn)行熱處理；在S202步驟中，在中空?qǐng)A柱的開口端以切削加工形成一凸緣；在S203步驟中，在中空?qǐng)A柱的封閉端中央形成一第一通孔，并于第一通孔內(nèi)攻螺牙，以安裝一安全閥；接著在S204步驟中，在中空?qǐng)A柱內(nèi)填充儲(chǔ)氫合金，以增加該氫燃料罐的儲(chǔ)氫量。接著在S205步驟中，提供一金屬頂蓋，其外徑小于中空?qǐng)A柱的內(nèi)徑，并在金屬頂蓋的側(cè)面切削出一傾角；在S206步驟中，在金屬頂蓋的中央形成一第二通孔，也于第二通孔內(nèi)攻螺牙，以安裝一通氣閥；在S207步驟中，在金屬頂蓋的側(cè)面上形成數(shù)個(gè)環(huán)形凹槽；在S208步驟中，在進(jìn)行密封作業(yè)前，先在中空?qǐng)A柱的開口端內(nèi)緣及金屬頂蓋的環(huán)形凹槽內(nèi)填充環(huán)氧樹脂，在S209步驟中，再將金屬頂蓋放置于中空?qǐng)A柱開口端的凸緣上；在S210步驟中，接著再以電磁脈沖成形(electromagnetic pulse forming)的方式將金屬頂蓋固定于中空?qǐng)A柱的開口端；在S211步驟中，再將一安全閥安裝于第一通孔，在S212步驟中，將一通氣閥安裝于第二通孔，最后S213步驟，即完成氫燃料罐的制造。
由上述方法所制造而得的氫燃料罐如圖3所示，請(qǐng)參考圖3，圖3為本發(fā)明氫燃料罐的剖面圖，其包括一中空?qǐng)A柱21、一金屬頂蓋22、一通氣閥23、一安全閥24及一方便握持的把手25，并在中空?qǐng)A柱21中設(shè)置有儲(chǔ)氫合金263及其承載結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，中空?qǐng)A柱21具有一封閉端211及一開口端213，在封閉端211的中央具有一凸出部212及一通孔2121，在此通孔2121內(nèi)及凸出部212外緣均攻有螺牙，可分別安裝安全閥24及把手25；此安全閥24具有一預(yù)設(shè)的壓力安全值，當(dāng)氫燃料罐20內(nèi)部的氫氣壓力太大時(shí)，可將內(nèi)部氫氣導(dǎo)出，避免發(fā)生危險(xiǎn)。
在中空?qǐng)A柱21的內(nèi)部設(shè)置有一隔板264、數(shù)個(gè)分隔盤262及一氣體收集管261，隔板264及分隔盤262用于將儲(chǔ)氫合金263分隔為數(shù)個(gè)區(qū)域，使儲(chǔ)氫合金263不易因搖晃而破碎或是堆積在一起，而氣體收集管261提供底部?jī)?chǔ)氫合金263所產(chǎn)生的氫氣一個(gè)傳送管道。此外，儲(chǔ)氫合金263是用來(lái)增加氫燃料罐20的儲(chǔ)氫量，一般以鑭鎳合金、鐵鈦合金及鎂鎳合金為主，其中以鐵鈦合金較適合于可攜式燃料電池的氫燃料罐20使用。
如圖3所示，在中空?qǐng)A柱21的開口端213以一金屬頂蓋22密封，金屬頂蓋22也具有一凸出部221及一通孔2211，在通孔2211內(nèi)也攻有螺牙，以安裝一通氣閥23，在通氣閥23內(nèi)設(shè)置有一閥件231及一過(guò)濾器232，當(dāng)閥件231被向后頂時(shí)，氫燃料罐20內(nèi)儲(chǔ)存的氫體就會(huì)泄出，提供燃料電池使用，而過(guò)濾器232則可防止氫燃料罐中的合金粉末逸出，造成外部設(shè)備的損壞。
由于氫燃料罐20的中空?qǐng)A柱21及金屬頂蓋22的材質(zhì)為鋁合金，鋁合金的熔點(diǎn)溫度高，不易焊接且易產(chǎn)生缺陷，故本發(fā)明的制造方法是以電磁脈沖成形的方式，使中空?qǐng)A柱21及金屬頂蓋22能快速結(jié)合，而且具有足夠的強(qiáng)度。圖4A為氫燃料罐實(shí)施電磁脈沖成形時(shí)的示意圖，中空?qǐng)A柱21的開口端213具有一凸緣2131，用于承接金屬頂蓋22，金屬頂蓋22的側(cè)面222與開口端213管壁形成一傾斜角度，且在側(cè)面222上具有數(shù)條環(huán)形凹槽2221，可用于安裝防漏用的○形環(huán)或是填充粘合劑。以此實(shí)施例為例，在進(jìn)行電磁脈沖成形前，在金屬頂蓋22與中空?qǐng)A柱21開口端213之間及環(huán)形凹槽2221內(nèi)填充粘合劑27，以防止氫氣外泄，而此粘合劑27以環(huán)氧樹脂較佳。
如圖4S所示，當(dāng)進(jìn)行電磁脈沖成形時(shí)，電磁脈沖成形機(jī)的線圈30可在數(shù)毫秒之內(nèi)產(chǎn)生數(shù)千安培的外部電流31，其線圈電流方向?yàn)榇怪毕蛏?；在中空?qǐng)A柱21的開口端213也會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生對(duì)抗的感應(yīng)電流32，其方向也為向上。因?yàn)榫€圈30的外部電流31及開口端213的感應(yīng)電流32分別會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的互斥磁場(chǎng)，所以中空?qǐng)A柱21開口端213的管壁會(huì)被一極大的作用力向內(nèi)推擠，并貼合于金屬頂蓋22的側(cè)面222上，使開口端213與金屬頂蓋22緊密結(jié)合。如圖4B所示，氫燃料罐成形后，填充在金屬頂蓋22與開口端213之間的多余粘合劑27′會(huì)被擠出，而在環(huán)形凹槽2221內(nèi)的粘合劑27會(huì)固化，以確保氫燃料罐內(nèi)的氫氣不會(huì)外泄出來(lái)。
此外，在本發(fā)明氫燃料罐的制造方法中，氫燃料罐的封閉端211也可用如開口端213與金屬頂蓋22的結(jié)合方法實(shí)施，以電磁脈沖成形將一直徑略小于中空?qǐng)A柱的金屬底座結(jié)合于兩端開口的中空?qǐng)A柱的任一端，再進(jìn)行上述實(shí)施例的步驟，也制造出本發(fā)明實(shí)施例中的氫燃料罐。
利用上述氫燃料罐20的制造方法，即可簡(jiǎn)單且安全的對(duì)氫燃料罐20進(jìn)行密封作業(yè)，其一方面不會(huì)產(chǎn)生焊接時(shí)的高熱，而使內(nèi)部?jī)?chǔ)氫合金263變質(zhì)，或造成強(qiáng)度不足的問(wèn)題，影響氫燃料罐20的品質(zhì)；另一方面其加工時(shí)間短，制造成本較低，所以非常適合量產(chǎn)制造的要求。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求范圍所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氫燃料罐的制造方法，其特征在于包括下列步驟提供一中空?qǐng)A柱，該中空?qǐng)A柱具有一封閉端及一開口端；在該中空?qǐng)A柱內(nèi)填充一儲(chǔ)氫合金，以增加該氫燃料罐的儲(chǔ)氫量；提供一頂蓋，該金屬頂蓋具有一側(cè)面，且該金屬頂蓋的外徑小于該中空?qǐng)A柱的內(nèi)徑；以及以電磁脈沖成形將該金屬頂蓋固定于該中空?qǐng)A柱的該開口端。
2.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于該中空?qǐng)A柱是以一金屬錠擠出成形，并經(jīng)熱處理而形成。
3.如權(quán)利要求2所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于該中空?qǐng)A柱及該頂蓋的材質(zhì)為鋁合金。
4.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于該儲(chǔ)氫合金為鑭鎳合金。
5.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于該儲(chǔ)氫合金為鐵鈦合金。
6.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于該儲(chǔ)氫合金為鎂鎳合金。
7.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步驟在該中空?qǐng)A柱的該開口端形成一凸緣，當(dāng)進(jìn)行電磁脈沖成形時(shí)，用于承載該金屬頂蓋。
8.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步驟于該中空?qǐng)A柱的該封閉端中央形成一第一通孔，以設(shè)置一安全閥。
9.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步驟于該金屬頂蓋的中央形成一第二通孔，以設(shè)置一通氣閥。
10.如權(quán)利要求1所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于該金屬頂蓋的該側(cè)面具有一傾斜角度，使該中空?qǐng)A柱的該開口端于電磁脈沖成形內(nèi)縮后，貼合于該金屬頂蓋的該側(cè)面。
11.如權(quán)利要求10所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步驟在該金屬頂蓋的該側(cè)面上形成復(fù)數(shù)個(gè)環(huán)形凹槽，在該金屬頂蓋與該中空?qǐng)A柱間及該金屬頂蓋的該等環(huán)形凹槽內(nèi)填充一粘合劑或○型環(huán)，以防止該氫燃料罐內(nèi)的氣體外泄。
12.如權(quán)利要求11所述的氫燃料罐的制造方法，其特征在于該粘合劑為環(huán)氧樹脂。
全文摘要
一種氫燃料罐的制造方法，包括下列步驟一鋁錠以擠出成形的方式形成一具有開口的中空?qǐng)A柱，在此中空?qǐng)A柱內(nèi)填充儲(chǔ)氫合金以增加儲(chǔ)氫量，再以電磁脈沖成形(electromagnetic pulse forming)的方式將一金屬頂蓋設(shè)置于中空?qǐng)A柱的開口端，使氫燃料罐能完全密封，且具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B21D26/00GK1506175SQ0215551
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2002年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者楊源生, 徐耀升 申請(qǐng)人:亞太燃料電池科技股份有限公司