[发明专利]具有增强元件的复合材料压力容器

说明书

本发明涉及一种用于复合材料压力容器的增强元件，所述增强元件设置为插入并填充所述复合材料压力容器的塑料衬里的空心轴，所述空心轴连接所述衬里的相对的壁，所述增强元件包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成的中央部分和两个外部部分，所述增强元件的中央部分具有与所述空心轴的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，所述两个外部部分能够展开并固定在所述衬里的相对的壁的外表面上。本发明还涉及包括增强元件的复合材料压力容器和用于制造所述复合材料压力容器的方法。

技术领域

本发明涉及包括封闭在增强纤维聚合物壳体中、由塑料材料制成并形成内部腔体的内衬类型的复合材料压力容器，这样的复合材料压力容器通常用作压缩天然气(CNG)储罐、压缩氢气(CHG)储罐、液化石油气(LPG)储罐等。具体地说，本发明的复合材料压力容器特别能够抵抗变形。本发明还涉及用于所述复合材料压力容器的增强元件，用于制造所述复合材料压力容器的方法，和包括它们中至少一个的车辆。

背景技术

用于存储高压流体的复合材料压力容器由于相对于金属压力容器重量更轻，而是有利的，尤其是在容器可动的情况下，例如交通领域(机动车辆、航空、铁道等)中的用于存储作为燃料的压缩流体的压力容器。复合材料压力容器通常包括由例如PA或HDPE的聚合物制成的内衬。内衬限定内部腔体(内腔)，并一般包括沿着纵轴线X1的大致柱形的部分，在该部分两侧有封闭内部腔体的穹顶(圆顶)状的盖。设置有至少一个配置有对应连接件的开口，用于将加压流体注入内腔和从内腔提取出加压流体。为了加固结构并使其能够抵抗当压力容器充装有加压流体时内腔中的高压，内衬封闭在纤维增强壳体中。例如在WO2018007367中描述了复合材料压力容器的一个示例。不幸的是，复合材料压力容器由于它们的柱形形状，将其插入交通工具的结构十分困难。

文献EP1067300公开了一种具有不同于柱形形状的、能够更容易集成在车辆上(例如位于目前汽油储箱的位置)的复合材料压力容器。该复合材料压力容器包括多个管状元件，管状元件包括贯穿管状元件并与管状元件相邻的内罩的面连接的增强带。然而，这样的复合材料压力容器在压力周期变化过程中会经受高剪切应力，尤其是层间剪切应力，这可能会导致复合材料压力容器过早破裂(断裂)，并降低抗爆破压力的强度。而且，将相同的带布置成穿过两个不同的管状元件并不容易。

因此需要能够承受高度压强变化的、可具有不同于柱形形状的、能够更容易集成到车辆上并易于制造的复合材料压力容器。

本发明提出一种针对复合材料压力容器的形状限制问题的解决方案，其能够减小在压力周期变化过程中产生的复合材料压力容器中的剪切应力。

发明内容

具体地说，本发明涉及一种用于复合材料压力容器的增强元件，所述增强元件设置为插入并填充复合材料压力容器的塑料衬里的空心轴，所述空心轴包括中央部分并连接塑料衬里的相对的壁，所述增强元件包括中央部分和两个外部部分，增强元件由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成，增强元件的中央部分具有与空心轴的中央部分的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，两个外部部分能够展开并固定在衬里的相对的壁的外表面上。优选地，增强元件的中央部分和两个外部部分由(或主要由)浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成。

术语“连续纤维”是指增强元件的纤维沿着与衬里接触的整个表面是一体的，并且与衬里表面的轮廓平行，外部部分在端部处的纤维的长度使得它们能够填充空心轴的向外扩大并在衬里的外表面上形成凹陷的外部部分。换句话说，设置为展开的外部部分的端部可优选地具有锥形的(倾斜的)形状，以使得与衬里的接触最大化。术语“两个外部部分能够展开”是指处于增强元件的两个外部部分处的浸渍有第一树脂的多条连续纤维中的所有纤维都具有足够的柔性以能够展开，从而贴合空心轴的外部部分的轮廓并覆盖与空心轴的外部部分的轮廓相邻的相对的壁的外表面。应理解的是，增强元件的两个外部部分展开并覆盖在外部部分上。这类似于一只手拿着剥了皮的香蕉，香蕉皮展开以贴合抓握的拇指和食指的轮廓并覆盖手的与抓握的拇指和食指的轮廓相邻的其余部分。术语“满实的部分”是指位于增强元件的中央部分处的浸渍有第一树脂的多条连续纤维不展开。