專(zhuān)利名稱(chēng)：用于高壓復(fù)合容器的高氣密性金屬?lài)娮熳闹谱鞣椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與優(yōu)選用作高壓容器的復(fù)合容器(compositevessel)的塑料襯套相結(jié)合的金屬?lài)娮熳?nozzle boss)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為了生產(chǎn)優(yōu)選用作天然氣車(chē)輛的燃料箱或燃料電池車(chē)輛的氫氣箱的高壓復(fù)合容器，必須首先采用聚合樹(shù)脂例如HDPE(高密度聚乙烯)成形塑料襯套。此后，繞塑料襯套纏繞用熱固性聚合樹(shù)脂例如環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的碳化纖維或玻璃纖維，由此提供輕型高壓復(fù)合容器。在生產(chǎn)輕型高壓復(fù)合容器的工藝過(guò)程中，金屬?lài)娮熳徊迦胨芰弦r套的端部并且與襯套端部相結(jié)合，使得調(diào)節(jié)器或閥可以通過(guò)噴嘴座連接在高壓容器的端部。
在相關(guān)技術(shù)中，已經(jīng)提出并采用包括金屬襯套和用熱固性聚合樹(shù)脂浸漬并繞金屬襯套纏繞的碳化纖維或玻璃纖維的重型高壓復(fù)合容器。但是，近年來(lái)，為了生產(chǎn)可以減少將氣體注入高壓容器內(nèi)所需時(shí)間的輕型高壓容器，通過(guò)注射模塑或旋轉(zhuǎn)模塑成形高密度聚乙烯塑料襯套，并且此后繞塑料襯套纏繞用環(huán)氧樹(shù)脂或聚脂樹(shù)脂浸漬的碳化纖維或玻璃纖維，由此提供輕型高壓容器。常規(guī)的具有金屬襯套的復(fù)合容器存在的問(wèn)題是容器較重、容易腐蝕并且增加了生產(chǎn)成本。然而，具有塑料襯套的復(fù)合容器的有利之處是容器較輕并且可以有效地抵制由氣體反復(fù)注入容器內(nèi)而產(chǎn)生的腐蝕和疲勞，以及減少將氣體注入容器內(nèi)所需的時(shí)間。因此，近年來(lái)，已經(jīng)積極地研究并提出了多種具有塑料襯套的復(fù)合容器。然而，這些采用塑料襯套的復(fù)合容器存在的問(wèn)題是塑料襯套和金屬?lài)娮熳g接合處的粘合強(qiáng)度降低。為了解決上述粘合強(qiáng)度降低的問(wèn)題，早期公開(kāi)號(hào)為2003-0041002(早期
公開(kāi)日期2003年5月23日)的韓國(guó)專(zhuān)利中披露了一種使金屬?lài)娮熳c塑料襯套牢固結(jié)合的方法，該方法通過(guò)在金屬?lài)娮熳念A(yù)定表面上提供微細(xì)粗糙表面并通過(guò)采用等離子體處理噴嘴座的粗糙表面并通過(guò)在等離子體處理的粗糙表面上涂敷熱固性粘合劑，此后通過(guò)形成與注射模塑工藝制成的金屬?lài)娮熳嘟Y(jié)合的塑料襯套來(lái)完成，在所述注射模塑工藝中金屬?lài)娮熳患訜岵⒈徊迦肽＞呖涨粌?nèi)并在將樹(shù)脂注入空腔內(nèi)之前被放置在空腔內(nèi)的預(yù)定位置上。
此外，當(dāng)在復(fù)合容器中采用金屬襯套時(shí)，金屬襯套與金屬?lài)娮熳Y(jié)合，使得氣體不會(huì)通過(guò)金屬襯套和金屬?lài)娮熳g的接合處泄漏。但是，當(dāng)在復(fù)合容器上采用塑料襯套時(shí)，由于接合處的層離，氣體可以通過(guò)金屬襯套和金屬?lài)娮熳g的接合處泄漏。常規(guī)復(fù)合容器的金屬襯套和金屬?lài)娮熳g接合處的層離是由塑料襯套的低表面能或由塑料襯套材料的彈性降低引起的，塑料襯套材料的彈性降低是由于長(zhǎng)期地將氣體反復(fù)注入容器內(nèi)產(chǎn)生的。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了防止氣體通過(guò)常規(guī)復(fù)合容器的塑料襯套和金屬?lài)娮熳g的接合處泄漏，該接合處可以經(jīng)過(guò)化學(xué)處理或可以涂敷有粘合劑，或者金屬?lài)娮熳梢栽谕庑紊媳粯?gòu)造成使得噴嘴座與塑料襯套牢固結(jié)合。
公開(kāi)號(hào)為10-0247116(登記日期1999年12月9日)的韓國(guó)專(zhuān)利披露了一種采用塑料緊固件使復(fù)合容器的金屬?lài)娮熳c塑料襯套相結(jié)合的方法。但是，上述方法需要在噴嘴座下面的位置將塑料緊固件定位在塑料襯套中并在緊固件和塑料襯套之間的接合處形成薄弱結(jié)構(gòu)這一困難的工藝，由此導(dǎo)致氣體通過(guò)緊固件和塑料襯套的薄弱接合處泄漏。
此外，當(dāng)復(fù)合容器一直被長(zhǎng)期反復(fù)使用時(shí)，金屬?lài)娮熳退芰弦r套之間的接合處會(huì)層離，使得氣體可以通過(guò)層離的接合處泄漏。因此，一直需要提供一種用于高壓復(fù)合容器的噴嘴座，即使在容器一直被長(zhǎng)期反復(fù)使用之后所述噴嘴座也可以防止氣體通過(guò)噴嘴座和塑料襯套之間的接合處泄漏。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種插入復(fù)合容器的塑料襯套內(nèi)并與其相結(jié)合的金屬?lài)娮熳?，所述金屬?lài)娮熳粯?gòu)造成使得噴嘴座可以防止氣體通過(guò)金屬?lài)娮熳退芰弦r套之間的接合處泄漏。
本發(fā)明的金屬?lài)娮熳捎糜蓮椥圆牧侠缦鹉z或硅樹(shù)脂制成的密封環(huán)和在復(fù)合容器的塑料襯套中的管狀緊固件，使得即使在復(fù)合容器一直被長(zhǎng)期反復(fù)使用之后氣體也不會(huì)通過(guò)噴嘴座和襯套之間的接合處泄漏。
發(fā)明人在對(duì)采用通常的金屬?lài)娮熳瞥傻某Ｒ?guī)復(fù)合容器和本發(fā)明的復(fù)合容器進(jìn)行反復(fù)壓力測(cè)試之后完成了本發(fā)明，其中本發(fā)明的復(fù)合容器的金屬?lài)娮熳哂胁捎妹芊猸h(huán)和管狀緊固件的密封裝置。上述壓力測(cè)試表明具有帶密封裝置的金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器即使在容器一直被長(zhǎng)期反復(fù)使用之后也不會(huì)使氣體從容器中泄漏。
圖1是示出氣體通過(guò)常規(guī)復(fù)合容器的金屬?lài)娮熳退芰弦r套之間的接合處泄漏的視圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的具有與塑料襯套相結(jié)合的金屬?lài)娮熳乃芰弦r套的剖視圖；圖3是示出設(shè)置在圖2所示的塑料襯套和金屬?lài)娮熳雍咸幍拿芊庋b置的放大視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的其上設(shè)有密封裝置的金屬?lài)娮熳囊徊糠值耐敢晥D；圖5是緊固在根據(jù)本發(fā)明的金屬?lài)娮熳拿芊庋b置上的管狀緊固件的透視圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有分別安裝在襯套突起和密封環(huán)安裝部上的密封環(huán)的密封裝置的剖視圖；圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器的剖視圖；以及圖8是相比較地表示具有根據(jù)本發(fā)明的金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器的使用壽命與具有常規(guī)金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器相比的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種與優(yōu)選用作高壓容器的復(fù)合容器的塑料襯套相結(jié)合的金屬?lài)娮熳?，更具體地涉及一種具有密封裝置以提高金屬?lài)娮熳退芰弦r套之間接合處的緊密性的金屬?lài)娮熳?br>
圖1是示出常規(guī)復(fù)合容器的噴嘴座周?chē)囊徊糠值氖疽鈭D。該視圖表示通過(guò)常規(guī)復(fù)合容器的金屬?lài)娮熳?和塑料襯套2之間層離的接合處3的氣體泄漏4。在圖1中，箭頭“→”表示氣體泄漏方向。通常，塑料產(chǎn)品的表面具有低表面能，使得塑料表面的具有減小的粘著力和減小的潤(rùn)濕力。特別是，塑料表面相對(duì)于金屬表面的粘著力非常低，并且當(dāng)熔融樹(shù)脂遇到金屬表面時(shí)，塑料表面相對(duì)于金屬表面的粘著力進(jìn)一步被降低。因此，為了解決這一問(wèn)題，金屬表面可以經(jīng)過(guò)化學(xué)處理以提高其粘著力，或者金屬表面可以被適當(dāng)?shù)貥?gòu)造成使得金屬表面在外形上(physically)牢固地與塑料表面相結(jié)合。然而，上述金屬表面的化學(xué)處理或外形構(gòu)造不能防止由金屬表面和塑料表面之間接合處的層離所導(dǎo)致的氣體從容器中的泄漏，所述接合處的層離是由于長(zhǎng)期反復(fù)地將氣體注入容器內(nèi)所產(chǎn)生的。因此，需要提供一種用于減輕接合處層離的附加裝置。
根據(jù)本發(fā)明的金屬?lài)娮熳榱朔乐箽怏w通過(guò)常規(guī)復(fù)合容器的噴嘴座和塑料襯套之間的接合處泄漏而采用密封環(huán)和緊固件的密封裝置。詳細(xì)描述，如圖2所示，本發(fā)明的金屬?lài)娮熳ň哂性谄渲行牡拇怪蓖?和在垂直通孔7的內(nèi)圓周表面的上部形成的內(nèi)螺紋8的圓柱形噴嘴頭部6，以及繞噴嘴頭部6下端的外側(cè)邊緣向外突出的盤(pán)形噴嘴葉片部9。金屬?lài)娮熳€包括設(shè)置在通孔7內(nèi)圓周表面下部的密封裝置12。
圖3是示出密封裝置12的放大視圖。密封裝置12包括將密封環(huán)24固定在其上的密封環(huán)安裝部13、與緊固件17嚙合的外部緊固螺紋15、以及向緊固件17施加預(yù)定的恒定壓力由此提供所需的密封作用的緊固臺(tái)肩14。密封安裝部13是設(shè)置在多級(jí)支承邊緣16上的環(huán)狀表面。密封環(huán)24被裝配在密封環(huán)安裝部13上并被緊固件17壓縮，由此對(duì)金屬?lài)娮熳?和塑料襯套2之間的接合處進(jìn)行密封。在上述狀態(tài)下，裝配在密封環(huán)安裝部13上的密封環(huán)24被緊固件17壓縮，由此在緊固件17的凹陷的密封環(huán)座21上變形并與噴嘴座1和襯套2之間的接合處緊密接觸。由此，密封環(huán)24封閉氣體泄漏通道。
由密封裝置12的緊固件17提供的密封作用按如下方式被實(shí)現(xiàn)。在緊固件17開(kāi)始與外部緊固螺紋15嚙合之后，緊固件17被旋轉(zhuǎn)以沿密封裝置12向上移動(dòng)直至緊固件17壓縮密封環(huán)24。在上述狀態(tài)下，緊固件17被旋轉(zhuǎn)并沿外部緊固螺紋15向上移動(dòng)，此后與螺紋15脫開(kāi)，使得緊固件17繞緊固臺(tái)肩14定位。當(dāng)緊固件17繞緊固臺(tái)肩14定位時(shí)，緊固件17利用預(yù)定的恒定作用力壓縮密封環(huán)24，使得被壓縮的密封環(huán)24在緊固件17凹陷的密封環(huán)座21上變形并與噴嘴座1和襯套2之間的接合處緊密接觸。因此，被壓縮的密封環(huán)24對(duì)氣體可以從容器中泄漏的氣體泄漏通道進(jìn)行封閉，由此提高了塑料襯套2的緊密性。
緊固臺(tái)肩14被設(shè)置在密封環(huán)安裝部13和外部緊固螺紋15之間并具有與密封環(huán)安裝部13的表面相似的圓柱形表面。緊固臺(tái)肩14的直徑等于或小于密封環(huán)安裝部13的直徑，并且等于或小于外部緊固螺紋15的根部直徑。由于緊固臺(tái)肩14的上述尺寸，緊固臺(tái)肩14可以與外部緊固螺紋15配合并且使緊固件17可以向密封環(huán)24施加預(yù)定的壓縮力。換句話說(shuō)，緊固臺(tái)肩14通過(guò)待壓縮的密封環(huán)24的應(yīng)變機(jī)械加工而成，使得緊固件17與緊固臺(tái)肩14和外部緊固螺紋15一起向密封環(huán)24施加預(yù)定的壓縮力而不需要單獨(dú)的工具。詳細(xì)描述，當(dāng)密封環(huán)24被緊固件17壓縮時(shí)，緊固件17用于密封環(huán)24的壓縮力由密封環(huán)24的材料和應(yīng)變決定。如果緊固件17在不變的預(yù)定位置上反復(fù)與外部緊固螺紋15脫開(kāi)，壓縮密封環(huán)24的壓縮應(yīng)變變得恒定，使得緊固件17可以向密封環(huán)24施加恒定的壓縮力。因此，可以在不采用單獨(dú)工具例如轉(zhuǎn)矩扳手的情況下有力地緊固緊固件17。此外，因?yàn)榫o固臺(tái)肩14使容器的內(nèi)壓力可以平均地作用在密封環(huán)24的內(nèi)部和外部，因此可以防止密封環(huán)24偏壓在一個(gè)方向上。
圖4是本發(fā)明的金屬?lài)娮熳姆糯笸敢晥D。如圖所示，盤(pán)形噴嘴葉片部9的上傾斜表面18和下傾斜表面19中的每一個(gè)都具有鎖定槽10，鎖定槽10具有燕尾形橫截面和多個(gè)鎖定脊11。詳細(xì)描述，鎖定脊11形成在燕尾形鎖定槽10的傾斜表面上。此后，熔融的塑性樹(shù)脂被注入到具有鎖定脊11的鎖定槽10內(nèi)并在槽10內(nèi)硬化。因此，金屬?lài)娮熳?和塑料襯套2之間的接觸表面增加并且使金屬?lài)娮熳?可以與塑料襯套2牢固地相結(jié)合。此外，在氣體被注入復(fù)合容器內(nèi)的同時(shí)，噴嘴座1使作用在噴嘴座1和塑料襯套2之間的接合表面上的載荷方向分散，因此使金屬?lài)娮熳?和塑料襯套2之間的接合表面的層離降至最小。
如圖6所示，可以根據(jù)密封環(huán)安裝部13的形狀和位置以不同的方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的密封裝置。圖6表示繞金屬?lài)娮熳?的多級(jí)支承邊緣16形成襯套突起20的實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，密封裝置12包括分別安裝在襯套突起20和噴嘴座1的密封環(huán)安裝部13上的兩個(gè)密封環(huán)24，使得密封環(huán)24更有效地封閉容器的氣體泄漏通道。
本發(fā)明的密封環(huán)24可以具有圓形或多邊形橫截面并且可以由橡膠、硅樹(shù)脂或軟質(zhì)塑料制成。
圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器的剖視圖。如圖所示，為了生產(chǎn)本發(fā)明的復(fù)合容器，采用切削機(jī)器對(duì)金屬?lài)娮熳?進(jìn)行機(jī)加工。此后，對(duì)插入在注射模具空腔內(nèi)通過(guò)機(jī)加工制成的噴嘴座1執(zhí)行嵌入注射模塑工藝，以形成圓頂22。在已經(jīng)形成圓頂22之后，包括密封環(huán)24和緊固件17的密封裝置被安裝在圓頂22的預(yù)定位置，使得圓頂22的緊密性得到提高。此外，通過(guò)擠壓工藝生產(chǎn)圓柱部分23，此后執(zhí)行切削工藝以提供所需尺寸的圓柱部分。兩個(gè)圓頂22通過(guò)熱焊接工藝與圓柱部分23的相對(duì)端部結(jié)合成一體，由此提供在細(xì)絲纏繞工藝中被用作芯的襯套。在制成襯套之后，繞襯套纏繞用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的碳化纖維并且所述碳化纖維被硬化以形成復(fù)合層5，由此制成所需的高壓復(fù)合容器壓力測(cè)試表明具有在本發(fā)明中提出的金屬?lài)娮熳?的高壓復(fù)合容器解決了氣體會(huì)通過(guò)金屬?lài)娮熳?和塑料襯套2之間的接合處泄漏的常規(guī)高壓復(fù)合容器存在的問(wèn)題，即使本發(fā)明的高壓復(fù)合容器長(zhǎng)期在塑料襯套2內(nèi)反復(fù)填充氣體。圖8是根據(jù)ISO11439在室溫下重復(fù)進(jìn)行的壓力測(cè)試的曲線圖。在于室溫下重復(fù)進(jìn)行的壓力測(cè)試過(guò)程中，在復(fù)合容器內(nèi)充滿(mǎn)水，此后反復(fù)向容器施加20巴-260巴的壓力。在壓力測(cè)試之后，對(duì)經(jīng)過(guò)壓力測(cè)試的容器執(zhí)行氣體泄漏測(cè)試，由此確定是否有氣體從容器中泄漏。此后，測(cè)試復(fù)合容器的使用壽命。如圖8所示，在容器被反復(fù)加壓48800次之后，具有設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的密封裝置的金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器泄漏氣體。這意味著本發(fā)明復(fù)合容器的使用壽命增加到具有常規(guī)金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器的使用壽命的2.8倍。因此，本發(fā)明通過(guò)以上述方式提高復(fù)合容器的緊密性而提供期望使用壽命與常規(guī)復(fù)合容器相比提高兩倍或多倍的復(fù)合容器。
有利的效果本發(fā)明在高壓復(fù)合容器中采用高度氣密性金屬?lài)娮熳?，使得即使在容器一直被長(zhǎng)期反復(fù)使用之后，本發(fā)明也可以防止氣體通過(guò)塑料襯套和金屬?lài)娮熳g的接合處從容器中泄漏。此外，即使容器反復(fù)經(jīng)受例如通過(guò)反復(fù)將氣體注入容器內(nèi)引起的疲勞載荷，本發(fā)明的復(fù)合容器也可以保持所需的緊密性，從而本發(fā)明提供了一種具有高使用壽命和高緊密性的復(fù)合容器。
權(quán)利要求
1.一種用于高壓復(fù)合容器的金屬?lài)娮熳?，所述金屬?lài)娮熳c高壓復(fù)合容器的塑料襯套(2)相結(jié)合并包括具有垂直通孔(7)和在垂直通孔(7)的內(nèi)圓周表面的上部形成的內(nèi)螺紋(8)的圓柱形噴嘴頭部(6)、繞噴嘴頭部(6)下端的外側(cè)邊緣向外突出的盤(pán)形噴嘴葉片部(9)、以及分別設(shè)置在噴嘴葉片部(9)的上表面和下表面上的上傾斜表面(18)和下傾斜表面(19)，所述金屬?lài)娮熳?1)包括密封環(huán)安裝部(13)，其在下傾斜表面(19)下方位置處凹入從噴嘴座(1)的外圓周表面向上并向外突出的多級(jí)支承邊緣(16)的下表面內(nèi)；密封裝置(12)，其從密封環(huán)安裝部(13)向下延伸并具有繞密封裝置的外圓周表面的下部形成的外部緊固螺紋(15)以及在外部緊固螺紋(15)的上端和密封環(huán)安裝部(13)之間形成的緊固臺(tái)肩(14)，緊固臺(tái)肩(14)的直徑等于外部緊固螺紋(15)的根部直徑；管狀緊固件(17)，其具有內(nèi)部緊固螺紋并與密封裝置(12)的外部緊固螺紋(15)嚙合，使得緊固件(17)的上表面與塑料襯套(2)的內(nèi)表面接觸，凹陷的密封環(huán)座(21)在與金屬?lài)娮熳?1)和塑料襯套(2)之間的接合處相應(yīng)的位置處設(shè)置在緊固件(17)的上表面上；以及密封環(huán)(24)，其座在緊固件(17)的密封環(huán)座(21)中，使得密封環(huán)(24)的下表面與密封環(huán)座(21)緊密接觸，并且密封環(huán)的第一表面與金屬?lài)娮熳?1)的密封環(huán)安裝部(13)緊密接觸，密封環(huán)的第二表面與塑料襯套(2)接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高壓復(fù)合容器的金屬?lài)娮熳涮卣髟谟?，繞噴嘴頭部(6)下端的外側(cè)邊緣向外突出的盤(pán)形噴嘴葉片部(9)的上傾斜表面(18)和下傾斜表面(19)中的每一個(gè)都具有鎖定槽(10)，鎖定槽(10)具有燕尾形橫截面，多個(gè)鎖定脊(11)形成在鎖定槽(10)的傾斜表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的用于高壓復(fù)合容器的金屬?lài)娮熳涮卣髟谟?，密封環(huán)(24)具有圓形或多邊形橫截面并由橡膠、硅樹(shù)脂或軟質(zhì)塑料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有密封裝置的金屬?lài)娮熳?，所述金屬?lài)娮熳哂懈叨忍岣叩木o密性并與用作高壓容器的復(fù)合容器的塑料襯套相結(jié)合。金屬?lài)娮熳谒芰弦r套中采用彈性密封環(huán)和緊固件，使得噴嘴座可靠地對(duì)噴嘴座和襯套的接合處進(jìn)行密封并防止氣體從容器中泄漏。噴嘴座的葉片部具有燕尾形鎖定槽，在鎖定槽中形成鎖定脊。因此，當(dāng)通過(guò)將熔融樹(shù)脂注入鎖定槽內(nèi)而生產(chǎn)塑料襯套時(shí)，塑料襯套牢固地與金屬?lài)娮熳嘟Y(jié)合。具有金屬?lài)娮熳膹?fù)合容器可被用作天然氣車(chē)輛的燃料箱或燃料電池車(chē)輛的氫氣箱。
文檔編號(hào)F17C13/06GK1926376SQ200480042375
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者李仲熙, 柳季亨 申請(qǐng)人:株式會(huì)社韓國(guó)復(fù)合材料研究所, 李仲熙, 柳季亨