[发明专利]加强封头的压力容器

说明书

本发明涉及一种具有加强的封头(22)的压力容器(1)和制造所述压力容器(1)的方法，所述压力容器包括由筒状中部(21)形成的内容器(2)、两个分别在两侧封闭所述中部(21)的拱形封头(22)和缠绕在所述内容器(2)上的外层(3)，所述外层用于加强所述内容器(2)以抵抗压力负荷，其中，所述外层(3)包括由纤维复合材料(FVM)制成的至少一个封头加强层(31)和压力容器加强层(32)，其中，所述封头加强层(31)至少部分覆盖所述封头(22)，所述压力容器加强层(32)覆盖所述封头(22)和中部(21)，并且用做所述封头加强层(31)的轮廓稳定的预制件(5)被设置在至少一个所述封头(22)上，优选地，在两个所述封头(22)上。

技术领域

本发明涉及一种具有加强的封头的压力容器和制造这种压力容器的方法。

背景技术

由纤维复合材料制成的纤维加强的压力容器的市场在持续扩大。对天然气和水力压裂气(Fracking-Gas)的不断增长的需求，使得在压力容器中的储存成为必须，尤其是在没有相关管路系统的国家中。在着力发展燃料电池车的汽车领域也同样如此，其中在燃料电池车上，燃料会以气态氢的形式被高压储存在压力容器中。因为运输重体积的压力容器需要消耗许多不必要的能量，并由此产生高运输成本，所以在运输方面期待轻型的压力容器。

目前使用的压力容器具有筒状中部，在其两侧设有封头用以封闭中部，并例如通过纤维缠绕技术制造。其中使用了内容器(压力容器的内容器)，它一方面被用做缠绕核芯，另一方面也确保容器的气密性。此内容器将随后在制造压力容器时被纤维复合材料缠绕，以达到加强的目的，由此使得制造的压力容器具备稳定性。压力容器3型使用了铝制或者钢制的金属内容器，压力容器4型使用了塑料的内容器。

与缠绕技术相竞争的，还有所称的外编织技术。在该技术中，干燥的或者预浸渍的纤维(大多为碳纤维)被编织在内容器上，其中，内容器被不断地前后编织，直到达到所需的纤维加强效果。上述两种制造方法中，压层结构明显不同。

在外编织技术中，因为编织筒管的数量和所使用的纤维的厚度会形成确定的纤维角度，且该纤维角度只能在很小的范围内变化，所以纤维角度的变化可能性明显受限。外编织技术的缺点是，纤维摇摆和根据纤维放置方向(尤其是从小直径编织到大直径还是反而行之时形成的区别)而形成不同的压层质量。在这里，纤维摇摆是指，在其纤维束被交织并且通过经纱绑束在一起的织物(诸如纤维复合材料)中，发生纤维偏转。其中，可以由于经纱而引起纤维束的偏差，从而降低了织物的纤维平行强度。

缠绕技术被分为周向缠绕和径向缠绕。周向缠绕具有相对于容器轴为80-90°的纤维放置角度，轴向放置具有相对于轴为10-70°的角度。理论上，在压力容器筒状部分适用于所有0-90°之间的角度，但是这在实际中却没有任何意义，因为应力比预置出了特定的压层结构。在缠绕的压力容器的压层结构中存在着弱点，即在封头区域不可能实现周向方向上的加强，因为在周向方向上缠绕的纤维会滑脱，并且只有当内容器负载时才能保持住。该缺失的周向加强必须通过相应的径向缠绕来进行抵偿，否则该容器会在封头区域发生过早的损坏。由此带来的缺点是，所需的径向缠绕只是部分为封头区域所需，且其在压力容器的筒状区域的部分是多余的。尤其是在长形的容器上会由此被加工上许多不必要的纤维，从而增加了容器的成本和重量。

由此期待提供一种压力容器，它的制造材料消耗少，并且具有尽可能轻的重量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在具有同等强度性能的情况下制造成本较低的压力容器。

上述目的通过一种压力容器实现，该压力容器包括由筒状中部形成的内容器、两个分别在两侧封闭该中部的拱形封头和缠绕在内容器上的外层，该外层用于加强内容器以抵抗压力负荷，其中，该外层包括由纤维复合材料制成的至少一个封头加强层和压力容器加强层，其中，该封头加强层至少部分覆盖该封头，该压力容器加强层覆盖该封头和该中部。