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CN112393112B - 瓶口密封结构及高压复合容器 - Google Patents

瓶口密封结构及高压复合容器 Download PDF

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CN112393112B CN202011444759.0A CN202011444759A CN112393112B CN 112393112 B CN112393112 B CN 112393112B CN 202011444759 A CN202011444759 A CN 202011444759A CN 112393112 B CN112393112 B CN 112393112B
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Abstract

本发明公开了一种瓶口密封结构及高压复合容器，其中，该密封结构包括金属端头，金属端头上设置有第一孔道和第二孔道，第一孔道和第二孔道连通，且第一孔道与第二孔道的延伸方向相交。本发明提供的瓶口密封结构及高压复合容器，通过设置具有相互相交的第一孔道和第二孔道的金属端头，使第一孔道和第二孔道中的塑料壳体部分可以形成一体结构，且在金属端头中形成一种网状的结构，从而可以在金属端头中的各个部位提供紧固的力，使金属端头与塑料壳体能够紧密接触，保证了金属端头与塑料壳体连接的密封性，防止了长期使用后金属端头与塑料壳体之间的配合发生松动。

Description

瓶口密封结构及高压复合容器
技术领域
本发明涉及一种高压复合容器，尤其涉及一种瓶口密封结构及高压复合容器。
背景技术
大部分出租车改装压缩天然气(CNG)以代替燃油，一般CNG高压气瓶的工作压力为20MPa；部分车辆生产制造商已推广CNG或CNG与燃油混用的车辆。采用了氢介质电池汽车也是当前的热点，储氢高压气瓶的工作压力一般为35MPa、70MPa，且70MPa的IV型瓶(高压塑料内胆复合容器)是当前的研发热点。除了车用，高压气瓶在其他领域也得到充分的应用，例如欧洲的部分液化石油气采用塑料内胆复合容器(工作压力2MPa)。大量的高压容器在日常生活中得到广泛使用，传统的纯金属或金属内衬复合容器存在重量偏大的问题，不易运输；且存储压力越高，金属塑料内胆生产工艺越复杂，成本越高，还存在被高压气体腐蚀的风险。为了满足轻量化的要求，高压塑料内胆复合容器产生，因为塑料的特性，该类产品具备耐腐蚀、耐疲劳、重量轻等优越性能。相对于纯金属或金属内衬复合容器，高压塑料内胆复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆壳体与金属端头的材料不同，在反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降。
鉴于现状，金属端头与塑料内胆的连接成为了研究的热点与难点。图1为现有技术中的高压塑料内胆复合容器的示意图，其包括金属端头1、塑料内胆2和纤维复合材料层3，金属端头1安装在塑料内胆2上，之后通过纤维复合材料层3进行缠绕包裹形成。图2为图1所示高压塑料内胆复合容器中的密封结构，如图1和图2所示，金属端头1与塑料内胆2的大面接触在工艺上是不可行的，即使可行成本也是高昂的；该密封结构未考虑金属端头1与塑料内胆2轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内胆2的内压不断改变的充压，会导致金属端头1及塑料内胆2连接处产生缝隙引起泄漏，如图2中箭头所示的泄露路径4；该结构未考虑瓶口承受安装扭矩时的限位，安装后导致金属端头1与纤维复合材料层3的结合强度降低；该结构中压缩气体的逃逸路径P较短，会增加压缩气体逃逸的风险，尤其是小分子气体CNG、氢气、氦气等。因此，研究一种能够解决上述问题的密封结构十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种瓶口密封结构及高压复合容器，以防止容器中高压气体介质的泄露和渗透，保证容器的密封性。
本发明提供了一种瓶口密封结构，其中，包括：
金属端头，所述金属端头上设置有第一孔道和第二孔道，所述第一孔道和所述第二孔道连通，且所述第一孔道与所述第二孔道的延伸方向相交。
如上所述的瓶口密封结构，其中，优选的是，所述金属端头包括连接部和密封部，所述连接部凸出于所述密封部，所述第一孔道和所述第二孔道均设置在所述密封部上，且所述第一孔道和所述第二孔道垂直连通。
如上所述的瓶口密封结构，其中，优选的是，所述金属端头上设置有贯通所述连接部和所述密封部的安装孔，所述安装孔的侧壁上设置有延伸部，所述延伸部凸出于所述密封部的底部，所述延伸部的外侧面上设置有台阶。
如上所述的瓶口密封结构，其中，优选的是，还包括密封垫，所述密封垫套设在所述延伸部上，所述密封垫的外径大于所述台阶的外径，所述密封垫的一部分压紧在所述台阶上。
如上所述的瓶口密封结构，其中，优选的是，还包括锁紧结构，所述锁紧结构上设置有固定孔和压紧槽，所述压紧槽与所述密封垫配合，所述固定孔与所述延伸部固定连接。
如上所述的瓶口密封结构，其中，优选的是，所述金属端头上设置有贯通所述连接部和所述密封部的安装孔，所述安装孔包括安装段和连接段，所述安装段的内径小于所述连接段的内径。
如上所述的瓶口密封结构，其中，优选的是，所述第一孔道贯通所述连接段。
如上所述的瓶口密封结构，其中，优选的是，所述第一孔道设置有多条，且多条所述第一孔道在所述密封部的径向和周向上均匀分布；
所述第二孔道为环形。
本发明还提供了一种高压复合容器，其中，包括本发明提供的瓶口密封结构，所述高压复合容器还包括塑料壳体、瓶口阀和纤维缠绕增强层；
所述塑料壳体采用注塑或滚塑工艺将原料填充至所述第一孔道和所述第二孔道中后与所述金属端头固定连接；
所述瓶口阀固定设置在所述金属端头上的安装孔中；
所述纤维缠绕增强层固定缠绕在所述塑料壳体和所述金属端头上。
如上所述的高压复合容器，其中，优选的是，还包括用于与所述瓶口阀密封配合的密封圈，所述密封圈与填充在安装孔内壁上的塑料壳体相连。
本发明提供的瓶口密封结构及高压复合容器，通过设置具有相互相交的第一孔道和第二孔道的金属端头，使第一孔道和第二孔道中的塑料壳体部分可以形成一体结构，且在金属端头中形成一种网状的结构，从而可以在金属端头中的各个部位提供紧固的力，使金属端头与塑料壳体能够紧密接触，保证了金属端头与塑料壳体连接的密封性，防止了长期使用后金属端头与塑料壳体之间的配合发生松动。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为现有技术中的高压塑料内胆复合容器的示意图；
图2为图1所示高压塑料内胆复合容器中的密封结构；
图3为一种实施例中金属端头的结构示意图；
图4为图3的局部剖视图；
图5为本发明一种实施例提供的瓶口密封结构的结构示意图(一)；
图6为本发明一种实施例提供的瓶口密封结构的结构示意图(二)；
图7为图6的局部放大图；
图8为本发明另一种实施例提供的瓶口密封结构的结构示意图(一)；
图9为本发明另一种实施例提供的瓶口密封结构的结构示意图(二)。
附图标记说明：
1-金属端头 2-塑料内胆 3-纤维复合材料层
4-泄露路径
100-金属端头 110-密封部 111-第一孔道
112-第二孔道 120-连接部 121-延伸部
122-安装孔 123-台阶 124-连接段
125-安装段 200-塑料壳体 300-密封垫
400-锁紧结构 500-纤维缠绕增强层 600-瓶口阀
700-密封圈
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
请同时参照图3至图9，本发明实施例提供了一种瓶口密封结构，其包括金属端头100，金属端头100上设置有第一孔道111和第二孔道112，第一孔道111和第二孔道112连通，且第一孔道111与第二孔道112的延伸方向相交。
在高压复合容器成型过程中，塑料壳体200可以通过注塑或滚塑工艺与金属端头100相连，其中，采用注塑或滚塑工艺可以利用模具将可流动的原料成型，而在成型前可以将金属端头100预先固定在合适的成型位置，在成型过程中，塑料壳体200的原料可以填充至第一孔道111和第二孔道112中，由于第一孔道111和第二孔道112相交且相互连通，由此，在第一孔道111和第二孔道112中的原料可以相互连接，当冷却定型形成塑料壳体200后，第一孔道111和第二孔道112中的原料冷却后可以形成一体结构，且在金属端头100中塑料壳体部分形成一种网状的结构，从而可以在金属端头100中的多个部位提供紧固的力，使金属端头100与塑料壳体200能够紧密接触，保证了金属端头100与塑料壳体200连接的密封性，防止了长期使用后金属端头100与塑料壳体200之间的配合发生松动。
其中，金属端头100的材料可以为铝合金或不锈钢等金属材料，塑料壳体200的材质可以为PA、PE、PPA、聚酯、PP、POM或EVOH等，塑料壳体200也可以具有多层结构，其中每一层的材质均可以为上述各类材质中的一种，由此，该多层结构可以有效防止氢气分子等高压气体分子从材料中渗透。
进一步，金属端头100包括连接部120和密封部110，连接部120凸出于密封部110，第一孔道111和第二孔道112均设置在密封部110上，且第一孔道111和第二孔道112垂直连通。
密封部110和连接部120可为一体成型，连接部120用于连接高压复合容器的瓶口阀600，密封部110用于与塑料壳体200密封连接，而通过使第一孔道111和第二孔道112垂直连通，可以使金属端头100和塑料壳体200均能够正向承受来自容器内部气体的压力，即金属端头100与塑料壳体200之间的结合力与来自容器内部气体压力的方向一致，从而不会产生其他方向的分力，防止金属端头100长期受力不均而导致松动。
进一步，在一种具体的实施例中，如图5至图7所示，金属端头100上设置有贯通连接部120和密封部110的安装孔122，安装孔122的侧壁上设置有延伸部121，延伸部121凸出于密封部110的底部，延伸部121的外侧面上设置有台阶123。
其中，瓶口阀600可以固定安装至安装孔122中。延伸部121用于密封垫300的套设安装，以及与锁紧结构400的固定连接，锁紧结构400可以将密封垫300压紧在延伸部121的外侧面的台阶123上以及抵接在台阶123上的塑料壳体200上。
具体如图7所示，本实施例包括的密封垫300，其外径大于台阶123的外径，密封垫300的一部分压紧在台阶123上。也就是说，密封垫300的一部分压紧在台阶123的底面上，而台阶123的侧面与塑料壳体200抵接，此时，密封垫300的剩余部分可以压紧在塑料壳体200上，从而可以封堵塑料壳体200与台阶123的侧面抵接位置处的潜在缝隙，进一步保证密封性。
其中，密封垫300的材料可以为FKM、EPDM、FVMQ、PTFE或硅树脂等，而为了增强耐氢气腐蚀性和耐低温特性，本实施例中，密封垫300的材料优选为FKM、EPDM或PTFE。
进一步，如图6和图7所示，本实施例包括的锁紧结构400上设置有固定孔和压紧槽，压紧槽与密封垫300配合，固定孔与延伸部121固定连接。其中，压紧槽的内径大于固定孔的内径，从而使压紧槽和固定孔之间形成阻挡面，密封垫300安装至压紧槽中后可以抵接在阻挡面上，并通过锁紧结构400与延伸部121的固定连接实现对密封垫300的压紧。其中，为了便于锁紧结构400与延伸部121的连接，固定孔与延伸部121可以螺纹连接。
进一步，如图8和图9所示，金属端头100上设置有贯通连接部120和密封部110的安装孔122，安装孔122包括安装段125和连接段124，安装段125的内径小于连接段124的内径。
可以理解的是，连接段124和安装段125之间形成了一种台阶123结构，当金属端头100和塑料壳体200注塑或滚塑成型时，塑料壳体200的原料可以填充至该台阶123结构位置处，使原料成型后的表面与安装段125的内表面平齐，同时原料可以紧固在连接段124的内表面上，并与包裹在金属端头100底部的塑料壳体200一体成型，从而可以将金属端头100密封部110上与塑料壳体200相连的外侧面、底面和内侧面紧密包裹，有效防止了容器内高压气体的泄露，保证了密封效果。
其中，第一孔道111可以贯通连接段124，从而可以使各第一孔道111中的原料均与上述台阶123结构处的塑料壳体200一体成型，由此增强了结构整体的强度，保证了金属端头100与塑料壳体200连接的紧密性，避免了金属端头100长期使用后与塑料壳体200之间产生缝隙。
进一步，如图3和图4所示，第一孔道111可以设置有多条，且多条第一孔道111在密封部110的径向和周向上均匀分布；本实施例中，在密封部110的径向上可以设置有四条第一孔道111，以该四条第一孔道111为一组，在密封部110的周向上均匀设置有六组。
此外，第二孔道112为环形，该环形的第二孔道112从密封部110的底部沿其周向向内部延伸，从而可以与第一孔道111交叉连通，使注入各孔道中的原料可以成型为一体，使各孔道中的原料均能够与金属端头100紧密连接，保证金属端头100与塑料壳体200连接的可靠性。
本发明还提供了一种高压复合容器，其包括本发明任意实施例提供的瓶口密封结构，该高压复合容器还包括塑料壳体200、瓶口阀600和纤维缠绕增强层500；塑料壳体200采用注塑或滚塑工艺将原料填充至第一孔道111和第二孔道112中后与金属端头100固定连接；瓶口阀600固定设置在金属端头100上的安装孔122中；纤维缠绕增强层500固定缠绕在塑料壳体200和金属端头100上。
如图6和图9所示，当金属端头100和塑料壳体200固定后，纤维缠绕增强层500固定缠绕在塑料壳体200和金属端头100的外表面，以承担该高压复合容器的耐压力性能。
需要说明的是，在一种实施例中，当安装孔122中的连接段124和安装段125之间形成台阶123结构时，如图9所示，该容器还包括用于与瓶口阀600密封配合的密封圈700，密封圈700与填充在安装孔122内壁上的塑料壳体200相连。
具体地，当瓶口阀600安装至安装孔122中时，瓶口阀600可以与金属端头100螺纹连接，同时瓶口阀600可以延伸至安装孔122中的塑料壳体200处，从而与该塑料壳体200处的密封圈700配合，由此保证了瓶口阀600与该瓶口密封结构的密封效果，而不需要上述实施例中的密封垫300和锁紧结构400，简化了结构设计。
本发明实施例提供的瓶口密封结构及高压复合容器，通过设置具有相互相交的第一孔道和第二孔道的金属端头，使第一孔道和第二孔道中的塑料壳体部分可以形成一体结构，且在金属端头中形成一种网状的结构，从而可以在金属端头中的各个部位提供紧固的力，使金属端头与塑料壳体能够紧密接触，保证了金属端头与塑料壳体连接的密封性，防止了长期使用后金属端头与塑料壳体之间的配合发生松动。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种瓶口密封结构，其特征在于，包括：
金属端头，所述金属端头上设置有第一孔道和第二孔道，所述第一孔道和所述第二孔道连通，且所述第一孔道与所述第二孔道的延伸方向相交，其中所述第一孔道在所述金属端头上沿容器的径向水平向外延伸并伸出所述金属端头的表面。
2.根据权利要求1所述的瓶口密封结构，其特征在于，所述金属端头包括连接部和密封部，所述连接部凸出于所述密封部，所述第一孔道和所述第二孔道均设置在所述密封部上，且所述第一孔道和所述第二孔道垂直连通。
3.根据权利要求2所述的瓶口密封结构，其特征在于，所述金属端头上设置有贯通所述连接部和所述密封部的安装孔，所述安装孔的侧壁上设置有延伸部，所述延伸部凸出于所述密封部的底部，所述延伸部的外侧面上设置有台阶。
4.根据权利要求3所述的瓶口密封结构，其特征在于，还包括密封垫，所述密封垫套设在所述延伸部上，所述密封垫的外径大于所述台阶的外径，所述密封垫的一部分压紧在所述台阶上。
5.根据权利要求4所述的瓶口密封结构，其特征在于，还包括锁紧结构，所述锁紧结构上设置有固定孔和压紧槽，所述压紧槽与所述密封垫配合，所述固定孔与所述延伸部固定连接。
6.根据权利要求2所述的瓶口密封结构，其特征在于，所述金属端头上设置有贯通所述连接部和所述密封部的安装孔，所述安装孔包括安装段和连接段，所述安装段的内径小于所述连接段的内径。
7.根据权利要求6所述的瓶口密封结构，其特征在于，所述第一孔道贯通所述连接段。
8.根据权利要求2-7任一项所述的瓶口密封结构，其特征在于，所述第一孔道设置有多条，且多条所述第一孔道在所述密封部的径向和周向上均匀分布；
所述第二孔道为环形。
9.一种高压复合容器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的瓶口密封结构，所述高压复合容器还包括塑料壳体、瓶口阀和纤维缠绕增强层；
所述塑料壳体采用注塑或滚塑工艺将原料填充至所述第一孔道和所述第二孔道中后与所述金属端头固定连接；
所述瓶口阀固定设置在所述金属端头上的安装孔中；
所述纤维缠绕增强层固定缠绕在所述塑料壳体和所述金属端头上。
10.根据权利要求9所述的高压复合容器，其特征在于，还包括用于与所述瓶口阀密封配合的密封圈，所述密封圈与填充在安装孔内壁上的塑料壳体相连。
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