[发明专利]具有改善热阻的陶瓷化聚合物的压力容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种容器，尤其涉及一种压力容器，其具有由可模制材料形成的中空内壳，在内壳上形成的中间壳，和在中间壳上形成的外壳，外壳浸渍有适用于当接触热能时形成围绕外层的陶瓷层的陶瓷化材料。

背景技术

燃料电池已被提议作为一种电动汽车和其他应用的动力源。在质子交换膜（PEM）型燃料电池中，氢气作为燃料提供给燃料电池的阳极以及氧气作为氧化剂提供给燃料电池的阴极。在燃料电池组中多个燃料电池叠放在一起以形成燃料电池系统。燃料和氧化剂通常储存在加压中空容器中，如燃料箱，例如，布置在车辆底盘上。

典型的加压容器10如图1a、1b和2所示。容器10包括三个壳：内壳12、形成在内壳12上的中间壳14、和形成在中间壳14上的外壳16。内壳12通常由聚合物材料形成，如聚乙烯，对苯二甲酸乙二醇聚酯（PET），乙烯-乙烯醇，或乙烯醋酸乙烯酯共聚物。内壳12也可由可模制材料形成，如金属、玻璃等等。中间壳14通常由从碳纤维和碳纤维复合物中的一种通过细丝缠绕工艺形成并为容器10提供结构强度。外壳16通常由绕中间壳14缠绕的玻璃纤维形成。外壳16通常浸渍有环氧树脂或其他合适的粘合剂以促进外壳16与中间壳14的粘合。

容器10的内壳12通常形成在便于与容器10的内部流体连通的终止部的外部或内部上。在图1a中，终止部是金属凸起部18。金属凸起部18与阀门20连通，但是金属凸起部18也与用于与其他容器配件流体连通（未示出）的任何装置连通，如泄压装置、喷嘴、管道等等。

为了减小热能对典型的容器的一个或多个内壳的影响，金属壳形成在容器的外壳周围。这种金属壳的形成是劳动密集型的、增加了重量、并最大化了容器的装配和材料成本。

开发一种适应于减小热能对容器的影响的中空压力容器是可取的，同时也最小化其装配和材料成本。

发明内容

与本发明相一致的，适合于减小热能对容器的影响，同时也最小化其装配和材料成本的中空压力容器已令人惊讶地被发现。

在一个实施例中，容器包括由可模制材料形成的内壳并在其中形成空腔；中间壳形成在所述内壳上；和外壳形成在所述中间壳上，所述外壳浸渍有陶瓷化材料。

在另一个实施例中，容器包括由可模制材料形成的内壳并在其中形成空腔；由碳纤维形成的中间壳形成在所述内壳上；和由浸渍有陶瓷化材料的玻璃纤维形成外壳，其中陶瓷化材料适合于当接触热能时形成围绕外层的陶瓷层。

在另一个实施例中，容器包括由可模制材料形成的中空内壳并在其中形成空腔；第一壳；形成在所述第一壳和所述外壳之间的第二壳；和形成在所述第一壳上并进入所述第一壳中的陶瓷壳，所述陶瓷壳由浸渍在所述第一壳的材料中的陶瓷化材料形成，其中所述陶瓷化材料当接触热能时形成所述陶瓷壳。

本发明还提供了如下方案：

方案1. 一种容器，包括：

由可模制材料形成并在其中形成空腔的内壳；

形成在所述内壳上的中间壳；和

形成在所述中间壳上的外壳，所述外壳浸渍有陶瓷化材料。

方案2. 如方案1的容器，其中陶瓷化材料适合于当与热能接触时形成环绕所述外壳的陶瓷层。

方案3. 如方案2的容器，其中热能的范围从大约300摄氏度到大约1000摄氏度。

方案4. 如方案1的容器，其中陶瓷层渗入所述外壳。

方案5. 如方案4的容器，其中陶瓷层将所述外壳粘合到所述中间壳。

方案6. 如方案1的容器，其中陶瓷化材料包括聚合物、至少一种耐火矿物和熔剂。

方案7. 如方案6的容器，其中陶瓷化材料进一步包括功能性添加剂。

方案8. 如方案7的容器，其中功能性添加剂是阻燃剂、抑烟剂、发泡剂、着色剂以及上述添加剂组合中的其中之一。

方案9. 如方案6的容器，其中聚合物是三元乙丙橡胶、聚酯、丙烯腈酸酯、氯乙烯、聚烯烃、聚酰胺、上述材料的衍生物、上述材料的共混物、及上述材料的共聚物中的至少一种。

方案10. 如方案6的容器，其中耐火矿物是陶瓷形成前体物和陶瓷的其中之一。

方案11. 如方案6的容器，其中耐火矿物是硅酸盐矿物。

方案12. 如方案11的容器，其中硅酸盐矿物是粘土和云母的其中之一。

方案13. 如方案6的容器，其中熔剂包括铅、硼、钠、钾、锂、钙、镁、钡、锌、锶和长石的其中之一。

方案14. 如方案13的容器，其中长石是钾长石和钠长石中的一种。

方案15. 如方案1的容器，其中所述中间壳由碳纤维形成。