用於製造用於燃料存儲系統的帶有襯墊和內袋的燃料存儲罐的方法和設備的製作方法

2023-12-04 06:52:41

用於製造用於燃料存儲系統的帶有襯墊和內袋的燃料存儲罐的方法和設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於製造用於燃料存儲系統的帶有襯墊和內袋的燃料存儲罐的方法和設備。具體地，一種製造用於存儲各種加壓流體的燃料電池系統的燃料存儲罐的設備和方法，具有用於減少在各種溫度和壓力循環期間滲透洩漏的單獨滲透特徵。該燃料存儲罐包括成形的襯墊以限定內腔，以及連接到襯墊的凸臺，圍繞襯墊和凸臺的一部分形成的加強結構，被附連到第一固定部件並插入到襯墊的內腔中的滲透袋。該第一固定部件與凸臺耦接並且第二固定部件裝配到凸臺相鄰於第一固定部件以固定在滲透袋，襯墊和凸臺之間的不透流體連接。
【專利說明】用於製造用於燃料存儲系統的帶有襯墊和內袋的燃料存儲 罐的方法和設備
[0001] 相關申請交叉引用
[0002] 本申請要求2013年3月15提交的美國臨時申請號61/789, 589的權益。

【技術領域】
[0003] 本發明總體涉及燃料存儲系統，且更特別地涉及帶有單層襯墊的燃料存儲罐，該 襯墊具有單獨的滲透特徵和功能以減少由於在用於存儲加壓流體的燃料存儲罐內的溫度 和壓力循環的變化引起的滲透洩漏。

【背景技術】
[0004] 用於存儲高壓氣態介質（如氫，壓縮天然氣，或空氣）的壓力容器通常可為多層， 並包括內襯墊和外襯墊、至少一個接口（金屬凸臺），以及支撐壓力容器的細絲纏繞外殼。 例如，該壓力容器可結合到車輛中以供應氫到能夠驅動車輛的質子交換膜（PEM)燃料電池 組。存儲在該容器中的氫可被加壓到至少70MPa以提供符合消費者需求的車輛的行進範 圍。因此，在內襯墊和該至少一個凸臺之間的足夠密封是必要的，以阻礙氣體介質的損失。
[0005] 可通過任意常規工藝生產內襯墊，如旋轉模製、吹塑成型、注模或熱壓成形。作為 示例，TO1999/039896 ;TO2007/079971 ;DE19526154 ;以及 TO1999/013263 公開了包括內襯 墊的壓力容器，其每個通過引用全部併入本文。
[0006] 壓力容器可為多層，並包括至少內襯墊和外襯墊。內襯墊可由焊接在一起的多個 組件形成。通過使用焊接工藝，限制了用於形成內襯墊的材料類型，並且可導致存儲的流體 滲透通過焊接的內襯墊的焊縫。此外，多層襯墊包括界面層，其可在模具的內襯墊的吹塑成 型步驟期間形成的夾緊線上注射包覆成型，這可導致滲透洩漏的問題。
[0007] 氣態介質當進入和退出壓力容器之一時穿過凸臺。凸臺通常配置有螺紋或其他連 接設備之一以接收閥，傳感器，耦合器，管道或其他裝置。因此，凸臺為壓力容器提供了可靠 的和通用的耦合點。
[0008] 凸臺通常包括帶有縱向通道的圓柱形頸部，其在壓力容器和容器外環境之間提供 流體連接。縱向軸線在該頸部內被限定為基本平行於其開口端之間通道的方向。在某些設 計中，凸緣被固定到該頸部的一端。比壓力容器孔口大的凸緣被固定到壓力容器的襯墊以 阻礙凸臺和襯墊之間的相對運動。
[0009] 如壓合接頭和0形環的密封元件可設置在凸臺和塑料內襯墊之間以阻礙氣體介 質的無意損失。多件式凸臺設計，多個密封元件，或通過凸臺對襯墊的壓縮可用於在塑料內 襯墊和凸臺之間形成密封。壓力容器的多件式凸臺設計包括塑料內襯墊，其中在凸臺和襯 墊之間設置有密封件。除了需要複雜的裝配過程，多件式凸臺設計不調節由重複的熱循環 和壓力循環所引起的施加在密封件上的波動力。
[0010] 該壓力容器可同樣包括用細絲纏繞工藝形成的纏繞外殼。在纏繞工藝後，纏繞外 殼連接到襯墊並在使其受到高壓溫度載荷的高壓釜內固化。通常，用於滿足滲透要求的材 料不適於提供適當的外表面以最大化複合纏繞的性能。同樣，通常用於在容器襯墊上產生 平順外表面的材料對於存儲在壓力容器內的特定流體不會提供適合的滲透性。
[0011] 本領域已知的壓力容器不調節由重複的熱循環和壓力循環所引起的施加在襯墊 和凸臺之間形成的密封上的波動力。當壓力容器受到高壓並且容器內流體的溫度導致內襯 墊增加尺寸到擴展狀態，增加了由密封件在凸臺和襯墊上施加的力。相反地，當壓力容器受 到低壓並且容器內流體的溫度導致內襯墊從擴張狀態收縮尺寸，減少了由密封件在凸臺和 襯墊上施加的力。由於通過密封件和所形成襯墊的滲透洩漏，這種靈活特性對於汽車製造 商來說是持續問題。
[0012] 儘管這種壓力容器對於其預期目的工作良好，但是本發明人已經確定，存在開發 一種壓力容器以及一種製造該壓力容器的方法的需求，該壓力容器具有不同尺寸的單層襯 墊設計，具有在細絲纏繞和纏繞外殼、襯墊和凸臺的固化過程後增加的單獨的滲透特性和 功能。這種需求將避免由於在襯墊和凸臺之間形成的密封上所施加的力引起的滲透洩漏； 避免了由於在用於存儲各種加壓流體的壓力容器內的各種溫度和壓力循環引起的與多層 襯墊相關的夾緊線滲透洩漏。這種需求將允許壓力容器的製造更容易，在較短時間內完成 並降低成本。


【發明內容】

[0013] 在上述背景下，本發明涉及燃料存儲罐以及製造燃料電池系統的燃料存儲罐的方 法，其中，該燃料存儲罐和方法提供了一種帶有不同尺寸的單層襯墊的設計，包括在細絲纏 繞和纏繞外殼、襯墊和凸臺的固化過程後增加的單獨的滲透特性和功能，並且避免與多層 襯墊相關的夾緊線滲透洩漏，使得在用於存儲各種加壓流體的燃料存儲罐內的不同溫度和 壓力循環期間減少了滲透洩漏。
[0014] 在一個實施例中，一種製造用於燃料電池系統的氫存儲罐的方法可包括形成大體 軸對稱襯墊以限定氫存儲罐的內腔，以及將至少一個凸臺連接到在該襯墊的至少一端中形 成的開口，以及圍繞襯墊和該至少一個凸臺的至少一部分形成加強結構。將滲透袋附連到 第一固定部件，將滲透袋插入到內腔，將第一固定部件與該至少一個凸臺耦接，以及將第二 固定部件裝配到與至少一個凸臺相鄰於第一固定部件以固定在滲透袋、襯墊和該至少一個 凸臺之間的連接。
[0015] 在另一實施例中，一種製造用於燃料電池系統的燃料存儲罐的方法，使得燃料存 儲罐的成形部分可包括限定內腔的單層襯墊，在襯墊的開口中形成的至少一個凸臺以及圍 繞襯墊和該至少一個凸臺的至少一部分形成的加強結構。該方法可包括將滲透袋附連到第 一固定部件，將滲透袋插入到內腔，將第一固定部件與該至少一個凸臺耦接，以及將第二固 定部件裝配到至少一個凸臺相鄰於第一固定部件以固定在滲透袋和燃料存儲罐之間的連 接。
[0016] 在又一實施例中，用於燃料電池系統的氫存儲罐可包括被成形以限定氫存儲罐的 內腔的大體軸對稱襯墊，連接到在襯墊的至少一端中形成的開口的至少一個凸臺，以及圍 繞襯墊和該至少一個凸臺的至少一部分形成的加強結構。滲透袋被附連到第一固定部件， 其中滲透袋插入到內腔。第一固定部件與至少一個凸臺耦接並且第二固定部件被裝配到至 少一個凸臺相鄰於第一固定部件以固定在滲透袋、襯墊和所述至少一個凸臺之間的連接。
[0017] 本申請還提供以下解決方案：
[0018] 1. -種製造燃料電池系統的氫存儲罐的方法，所述方法包括：
[0019] 形成大體軸對稱襯墊以限定所述氫存儲罐的內腔；
[0020] 將至少一個凸臺連接到在所述襯墊的至少一端內中形成的開口；
[0021] 圍繞所述襯墊和所述至少一個凸臺的至少一部分形成加強結構；
[0022] 將滲透袋附連到第一固定部件；
[0023] 將所述滲透袋插入到所述內腔；
[0024] 將所述第一固定部件與所述至少一個凸臺耦接，以及
[0025] 將第二固定部件裝配到所述至少一個凸臺相鄰於所述第一固定部件以固定在所 述滲透袋、所述襯墊和所述至少一個凸臺之間的連接。
[0026] 2.根據解決方案1的方法，其特徵在於，所述襯墊限定出單層襯墊。
[0027] 3.根據解決方案1的方法，其特徵在於，所述至少一個凸臺包括第一組件和第二 組件，使得所述第二組件適於接收所述第一固定部件和所述第二固定部件。
[0028] 4.根據解決方案1的方法，其特徵在於，所述連接所述加強結構包括圍繞所述襯 墊和所述至少一個凸臺的至少一部分細絲纏繞所述加強結構。
[0029] 5.根據解決方案1的方法，其特徵在於，使用具有內層和外層的連續薄片擠壓平 坦或管狀膜工藝製造所述滲透袋。
[0030] 6.根據解決方案5的方法，其特徵在於，所述內層包括具有在約0. 012至0. 015毫 米之間的厚度的鋁複合平坦膜材料，以及外層包括高密度聚乙烯，使得所述內層和所述外 層的厚度為至少約0.1毫米。
[0031] 7.根據解決方案5的方法，其特徵在於，所述內層包括具有在約0.00005毫米之間 的厚度的鋁塗層環烯烴共聚物管狀膜薄片材料，以及外層包括高密度聚乙烯或聚乙烯，使 得所述內層和所述外層的厚度在約0. 013至0. 03毫米之間。
[0032] 8.根據解決方案5的方法，其特徵在於，所述內層包括具有在約0.00004至 0. 00009毫米之間厚度的塗敷有一氧化矽的聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚醯胺平坦薄膜薄片 材料，以及所述外層包括可密封的聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯，使得所述內層和外層 的厚度在約〇. 012至0. 075毫米之間。
[0033] 9.根據解決方案1的方法，其特徵在於，所述第一固定部件包括0形環以及所述第 二固定部件包括套筒，所述套筒包括用於與所述至少一個凸臺配合接合的螺紋。
[0034] 10.根據解決方案1的方法，其特徵在於，所述第一固定部件禁止所述滲透袋的旋 轉運動，而所述第二固定部件配合附接到所述至少一個凸臺。
[0035] 11. -種製造燃料電池系統的燃料存儲罐的方法，使得所述燃料存儲罐的所成形 的部分包括限定內腔的單層襯墊，在所述襯墊的開口中形成的至少一個凸臺，以及圍繞所 述襯墊和所述至少一個凸臺的至少一部分形成的加強結構，所述方法包括：
[0036] 將滲透袋附連到第一固定部件；
[0037] 將所述滲透袋插入到所述內腔；
[0038] 將所述第一固定部件與所述至少一個凸臺耦接，以及
[0039] 將第二固定部件裝配到所述至少一個凸臺相鄰於所述第一固定部件以固定在所 述滲透袋和所述燃料存儲罐之間的連接。
[0040] 12.根據解決方案11的方法，其特徵在於，還包括用壓縮天然氣或氫填充所述燃 料存儲罐。
[0041] 13.根據解決方案11的方法，其特徵在於，使用具有內層和外層的連續薄片擠壓 平坦或管狀膜工藝製造所述滲透袋。
[0042] 14.根據解決方案11的方法，其特徵在於，所述第一固定部件包括0形環以及所述 第二固定部件包括套筒，所述套筒包括用於裝配到所述至少一個凸臺的螺紋。
[0043] 15.根據解決方案11的方法，其特徵在於，所述第一固定部件禁止所述滲透袋的 旋轉運動，而所述第二固定部件配合附接到所述至少一個凸臺。
[0044] 16. -種用於燃料電池系統的氫存儲罐，所述氫存儲罐包括：
[0045] 大體軸對稱襯墊，其成形為限定所述氫存儲罐的內腔；
[0046] 至少一個凸臺，其連接到在所述襯墊的至少一端中形成的開口；
[0047] 加強結構，其圍繞所述襯墊和所述至少一個凸臺的至少一部分形成；
[0048] 滲透袋，其被附連到所述第一固定部件，其中，所述滲透袋插入到所述內腔，所述 第一固定部件與所述至少一個凸臺耦接，以及第二固定部件被裝配到所述至少一個凸臺相 鄰於所述第一固定部件以固定在所述滲透袋、所述襯墊和所述至少一個凸臺之間的連接。
[0049] 17.根據解決方案16的氫存儲罐，其特徵在於，所述襯墊限定出單層襯墊。
[0050] 18.根據解決方案16的氫存儲罐，其特徵在於，使用具有內層和外層的連續薄片 擠壓平坦或管狀膜工藝製造所述滲透袋。
[0051] 19.根據解決方案16的氫存儲罐，其特徵在於，所述第一固定部件包括0形環以及 所述第二固定部件包括套筒，所述套筒包括用於與所述至少一個凸臺配合接合的螺紋。
[0052] 20.根據解決方案16的氫存儲罐，其特徵在於，所述第一固定部件禁止所述滲透 袋的旋轉運動，而所述第二固定部件配合附接到所述至少一個凸臺。
[0053] 參照以下描述和附加權利要求，將更好地理解本發明的這些和其他特徵，方面和 優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0054] 儘管本說明書通過特別指出和清楚地要求保護本發明的權利要求做出結論，但是 相信從結合附圖的以下描述中將更好地理解本發明，其中：
[0055] 圖1A為在根據本發明一方面的燃料存儲罐內的凸臺區域的局部透視圖；
[0056] 圖1B為根據本發明另一方面的燃料存儲罐內的凸臺區域的局部剖視圖；
[0057] 圖2為圖1A的燃料存儲罐的凸臺區域的分解局部剖視圖；
[0058] 圖3A為在對其中設置有待被存儲流體的滲透袋加壓之前，圖1A所示的燃料存儲 罐的剖視圖；以及
[0059] 圖3B為帶有處於加壓狀態的滲透袋的圖3A的燃料存儲罐的剖視圖。

【具體實施方式】
[0060] 現在將偶爾參考特定實施例來描述本發明的特徵和優點。然而，本發明可以不同 的形式實施，並且不應視為被限制到本文所述的實施例。相反，提供這些實施例以便本發明 將是全面和完整的，並對於本領域技術人員充分地傳達本發明的範圍。
[0061] 本發明提供了用於製造具有不同尺寸的燃料存儲罐的設備和方法以提供具有在 細絲纏繞和固化工藝之後添加的單獨滲透特徵和功能的單層襯墊，並避免與多層襯墊相關 的夾緊線滲透洩漏，使得通過減少用於存儲各種加壓流體的燃料存儲罐內的滲透洩漏來確 保溫度和壓力範圍。因此新設計消除了與燃料存儲罐內滲透洩漏相關的當前問題，減少了 在不同溫度和壓力循環下的氣體介質的損失並允許燃料存儲罐的製造更容易，在較短時間 內完成以及減少製造成本。
[0062] 在本文中各種實施例中描述的加壓流體可為任意流體，例如如氫氣、壓縮天然氣 以及氧氣的氣體、液體、以及液體和氣體。
[0063] 現在參考附圖，圖1A為燃料存儲罐10內凸臺區域30的局部透視圖。其中，燃料 存儲罐10形成為適於用本文所述的以下元件保持加壓流體（未示出）的中空罐。
[0064] 圖1A示出了通常被稱為分隔凸臺的具有第一組件32和第二組件34的凸臺30。 凸臺30的第一組件32和第二組件34通過本領域已知的工藝連接到襯墊20的一部分上，例 如，頸部23和肩部25,使得第一組件32耦合到在吹塑成型領域中已知的吹杆（未示出）。 此外，在第一組件32的肩部36周圍引導襯墊20的型坯（未示出）。因此，本領域已知的吹 塑工具圍繞型坯關閉並且圍繞第一組件32的頸部38和肩部36的圓周"箍縮"或固定型坯。 第一組件32的肩部36包括突出部39,該突出部39接合襯墊20以最小化襯墊20的徑向伸 長和運動。此後，吹杆引入空氣到型坯內，從而使型坯擴展進入襯墊20以限定內腔22和開 口 24。在襯墊20具有期望形式後，吹塑工具釋放襯墊20並且型坯的任何廢料通過吹塑成 型領域的普通技術人員已知的切割工藝移除。因此，通過減少滲透洩漏而不使用將多個組 件焊接在一起的工藝或使用可在吹塑成型步驟期間形成的夾緊線上注塑包覆成型的多層， 單層襯墊20提供了在燃料存儲罐10內確保的溫度和壓力範圍。其他工藝如旋轉模製、注 模或熱壓成形可用於形成襯墊20。
[0065] 如本領域已知的，包括第二組件34的凸臺30與第一組件32接合以在其間固定襯 墊20。通過螺紋連接（未示出）將組件32, 34螺接在一起，第二組件34固定到第一組件 32。在本領域已知的某些實施例中，緊固裝置接合第一組件32以最小化第一組件32的轉 動運動，同時第二組件34螺紋連接到第一組件32 (未示出）。
[0066] 凸臺30的第一組件32和第二組件34配合以形成對襯墊20的基本不透流體密 封。凸臺30可具有任意尺寸和直徑，如適於與固定核心，螺紋套筒，噴嘴，閥，儀表，管，熱壓 力釋放裝置（TPRD)及引導和控制流體的類似固定工具耦合的尺寸和直徑。在一些實施例 中，本領域已知的其他密封元件可設置在凸臺30和襯墊20之間以阻礙氣體介質的無意損 失。
[0067] 加強結構40可圍繞襯墊20和凸臺30的至少一部分形成。加強結構40為用本領 域已知的細絲纏繞工藝，旋轉模製工藝和固化工藝所形成的纏繞外殼。在一種形式中，加強 結構40可由碳化纖維、玻璃纖維、複合纖維以及具有樹脂塗層的纖維之一所形成。需要理 解的是，用於形成該加強結構40的材料可基於用於將加強結構40附連到襯墊20的工藝以 及燃料存儲罐10的使用來選擇。也要理解的是，襯墊20、凸臺30和加強結構40可具有由 成型工藝所確定的任意形狀和尺寸。燃料電池系統的燃料存儲罐10需要能承受從至少約 20到70MPa的高內部壓力的加強結構40。
[0068] 襯墊20為具有基本圓柱形軸對稱形狀的單層襯墊；然而，襯墊20可根據需要具有 任意形狀。襯墊20可由熱塑性塑料製成，如聚甲醛（POM)、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物/聚 碳酸酯（ABS/PC)，或聚醯胺（PA)。襯墊20也可由任何可模製材料製成，如熱塑性彈性體或 熱固性塑料等。襯墊20具有至少兩個功能，以為加壓流體提供屏障，以及在纏繞過程中為 加強結構40提供心軸。
[0069] 包括滲透袋50的第二單獨或分隔的滲透層在襯墊20、凸臺30和加強結構40外 側製造。滲透袋50通過夾緊或焊接滲透袋50被附連到第一固定部件52的底面53並接合 在材料接頭接合表面58內。一旦滲透袋50附連到第一固定部件52,滲透袋50通過由襯 墊20形成的開口 24插入到內腔22內，從而允許第一固定部件52的底面53座置在第二組 件34的頂面間隙37上，使得第一固定部件52的頂面55位於在第二組件34的內表面35 上形成的螺旋螺紋或槽下。以這種方式，滲透袋50被擠壓、按壓或鉗位在第一固定部件52 的材料接頭接合表面58內並同時到第二組件34的頂面間隙37。第一固定部件52的使用 消除了不平坦密封表面或織物效應，從而避免了燃料存儲罐10內的滲透洩漏。具有在外表 面56,底面57和頂面59上形成的基本螺旋螺紋或槽的第二固定部件54配合地與在第二 組件34的內表面35上形成的基本螺旋螺紋或槽接合，使得第二固定部件54的底面57鄰 接第一固定部件52的頂面55以確保與附接有滲透袋50的第一固定部件52和凸臺30的 第二組件34的頂面間隙37的緊密或固定連接，以及第二固定部件54到凸臺30的第二組 件34。由於燃料存儲罐10受到燃料存儲罐10內流體（未示出）的高壓力和溫度，滲透袋 50在圖1A中以擴展的放大狀態示出，滲透袋50不粘附到襯墊20的內壁21，滲透袋50擴 展成襯墊20的內壁21的形狀。替代地，以下結合圖3B示出和描述的另一實施例，由於燃 料存儲罐10受到燃料存儲罐10內流體（未示出）的低壓力和溫度，滲透袋50可處於收縮 的捲曲狀態，鬆散地放置在襯墊20的內腔22內。同樣，當燃料存儲罐10內的流體受到高 壓力和溫度時，襯墊20的尺寸將增加到擴展狀態。相反，當燃料存儲罐10內的流體受到低 壓力和溫度時，襯墊20將從擴展狀態收縮尺寸。
[0070] 第一固定部件52可包括固定核心，例如但不限於0形環。第二固定部件54可包 括具有在外表面56上形成的基本螺旋螺紋或槽的套筒。第一固定部件52和第二固定部件 54由塑料或具有所需屬性的其他常規材料形成。第二固定部件54,其可具有任意尺寸和 直徑，如適於與噴嘴，閥、儀表，管，TPRD及引導和控制流體的類似固定工具耦合的尺寸和直 徑。第一固定部件52禁止滲透袋50的旋轉運動而第二固定部件54配合地附接到第二組 件34。
[0071] 使用具有內層和外層的連續薄片擠壓的平坦或管狀膜工藝製造滲透袋50。在一 個實施例中，滲透袋50的內層包括具有在至少0. 012至0. 015毫米厚度的鋁複合平坦膜材 料，以及滲透袋50的外層包括高密度聚乙烯，使得滲透袋50,內層和外層的厚度為至少約 0. 1毫米。在進一步實施例中，滲透袋50的內層包括具有在至少0. 00005毫米厚度的鋁塗 層環烯烴共聚物管狀膜薄片材料，以及滲透袋50的外層包括高密度聚乙烯或聚乙烯，使得 滲透袋50,內層和外層的厚度在約0. 013至0. 03毫米之間。在又一實施例中，滲透袋50的 內層包括具有至少〇. 00004至0. 00009毫米厚度的塗敷有一氧化矽的聚對苯二甲酸乙二醇 酯和聚醯胺平坦薄膜薄片材料，以及滲透袋50的外層包括可密封的聚丙烯或聚對苯二甲 酸乙二醇酯，使得滲透袋50,內層和外層的厚度在約0. 012至0. 075毫米之間。
[0072] 具有單獨第二滲透層的滲透袋50被製造並在加強結構40,襯墊20和凸臺30的細 絲纏繞和固化過程後插入，用於消除滲透袋50在高溫和壓力應力期間的滲透退化並允許 燃料存儲罐10的製造簡單，在較短時間內完成以及減少製造成本。
[0073] 由於滲透袋50受到各種壓力和溫度循環，滲透袋50被製造成長於襯墊20以確保 循環持久性。例如，滲透袋50可為至少約900毫米並且襯墊20可為至少約840毫米。在 優選的實施例中，燃料存儲罐10為長而細的設計，例如具有在約560毫米到870毫米之間 的長度。也為了與燃料存儲罐10的長度作比較，凸臺30的第二組件34和開口 24的寬度 可為約5至6英寸之間並且襯墊20的外寬度可為約9到10英寸之間。燃料存儲罐10尺 寸的優點是圓度公差，帶有更大直徑的襯墊通過較低脫模溫度減少公差，從而導致更長的 作用溫度和壓力循環。同時，滲透袋50的剖面取決於襯墊20的尺寸，其已被發現對於第一 和第二固定部件52,54到凸臺30的裝配工藝特別重要。
[0074] 在另一實施例（未示出）中，滲透袋50通過夾緊或焊接滲透袋50附連到第一固 定部件52的底面53並接合在材料接頭接合表面58內。具有材料接頭接合表面58a，頂面 55a和底面53a (未不出）的另一第一固定部件52a被附接到第一固定部件52,使得該第一 固定部件52a的底面53a可通過焊接工藝連接到在第一固定部件52, 52a的材料管接頭接 合表面58, 58a內固定滲透袋50的第一固定部件52的底面53。一旦滲透袋50附連到第一 固定部件52, 52a，滲透袋50通過由襯墊20形成的開口 24插入到內腔22,因此允許第一固 定部件52a的頂面55a鄰接第二組件34的頂面間隙37並且第一固定部件52的頂面55位 於在第二組件34的內表面35上形成的螺旋螺紋或槽以下。第一固定部件52, 52a的使用 消除了不平坦密封表面或織物效應，從而避免了燃料存儲罐10內的滲透洩漏。具有在外表 面56,底面57和頂面59上形成的基本螺旋螺紋或槽的第二固定部件54配合地與在第二組 件34的內表面35上形成的基本螺旋螺紋或槽接合，使得第二固定部件54的底面57鄰接 第一固定部件52的頂面55以確保與附接有滲透袋50的第一固定部件52, 52a的緊密或固 定連接，以及第二固定部件54到凸臺30的第二組件34。由於燃料存儲罐10受到燃料存儲 罐10內流體（未示出）的高壓力和溫度，滲透袋50可處於擴展的放大狀態，滲透袋50不 粘附到襯墊20的內壁21，滲透袋50擴展到襯墊20的內壁21的形狀。替代地，由於燃料存 儲罐10受到燃料存儲罐10內流體（未示出）的低壓力和溫度，滲透袋50可處於收縮的卷 曲狀態，鬆散地放置在襯墊20的內腔22內。同樣，當燃料存儲罐10內的流體受到高壓力 和溫度時，襯墊20的尺寸將增加到擴展狀態。相反，當燃料存儲罐10'內的流體受到低壓 力和溫度時，襯墊20將從擴展狀態收縮尺寸。
[0075] 圖1B示出了類似於圖1A所示的本發明另一實施例。關於圖1A的描述的類似結 構的附圖標記在圖1B中用符號（'）重複。
[0076] 圖1B為燃料存儲罐內10內凸臺區域30'的局部剖視圖。圖1B描述了具有第二組 件34'的凸臺30'。凸臺30'的第二組件34'通過本領域已知的工藝連接到襯墊20', 這樣第二組件34'耦接到在吹塑成型領域已知的吹杆（未示出）。此外，襯墊20'的型坯 (未示出）在第二組件的肩部3廣的周圍被引導。因此，本領域已知的吹塑工具在型坯 周圍關閉並將型坯箍縮或固定在第二組件34'的頸部33'和肩部31'的周圍。第二組件 34'接合襯墊20'的頸部23'和肩部25'以最小化襯墊20'的徑向伸長和運動。此後，吹 杆引入空氣到型坯內，從而使型坯擴展進入襯墊20'以限定內腔22'和開口 24'。在襯墊 20'具有期望形式後，吹塑工具釋放襯墊20'並通過吹塑成型領域的普通技術人員已知的 切割工藝移除型坯的任意廢料。因此，單層襯墊20'的使用確保了滲透洩漏被避免並且消 除了可在吹塑成型步驟期間使用多層襯墊形成的夾緊線上注塑包覆成型的已知界面層。其 他工藝如旋轉模製、注模或熱壓成形可用於形成襯墊20'。因此襯墊20'在沒有本領域已 知的任何額外層的情況下形成。
[0077] 第二組件34'的頸部33'的節段具有在內表面35'上形成的基本螺旋螺紋或 槽。凸臺30'的第二組件34'還包括頂面間隙37'和基本形成於其上並與襯墊20'的頂 頸表面23a'相鄰的底面間隙37a'，其可具有任意尺寸和直徑，如適於與固定核心，螺紋 套筒，噴嘴，閥，儀表，管，TPRD及引導和控制流體的類似固定工具耦合的尺寸和直徑。
[0078] 凸臺30'的第二組件34'配合以形成對襯墊20'的基本不透流體密封。此外，具 有第二組件34'的凸臺30'提供了一種將各種裝置和實用元件連接到第二組件34'和襯 墊2(V的手段。
[0079] 包括滲透袋50'的第二單獨或分隔的滲透層在襯墊20'，具有第二組件34'的 凸臺30'和加強結構40'外側製造。滲透袋50'通過夾緊或焊接被附連到第一固定部件 52'的底面53'並接合在材料接頭接合表面58'內。一旦滲透袋50'附連到第一固定部 件52'，滲透袋50'通過襯墊20'的開口 24'插入到內腔22'內，從而允許第一固定部件 52'的底面53'鄰接第二組件34'的頂面間隙37'，以及第一固定部件52'的頂面55' 座置於在第二組件34'的內表面35'上形成的螺旋螺紋或槽以下。以這種方式，滲透袋 50'被擠壓，按壓或鉗位在第一固定部件52'的材料接頭接合表面58'內並同時到第二 組件34'的頂面間隙37'，以及相鄰於襯墊20'的頂頸表面23a'。第一固定部件52'的 使用消除了不平坦密封表面或織物效應，從而避免了燃料存儲罐1(V內的滲透洩漏。具有 在外表面56'，底面57'和頂面59'上形成的基本螺旋螺紋或槽的第二固定部件54'配 合地與在第二組件34'的內表面35'上形成的基本螺旋螺紋或槽接合，使得第二固定部 件54'的底面57'鄰接第一固定部件52'的頂面55'以與具有附連有滲透袋50'的第一 固定部件52'固定連接，以及第二固定部件54'到凸臺30'的第二組件34'。由於燃料 存儲罐1(V受到燃料存儲罐1(V內流體（未示出）的高壓力和溫度，滲透袋50'在圖1B 中以擴展的放大狀態示出，滲透袋50'不粘附到襯墊20'的內壁21'，滲透袋50'擴展成 襯墊20'的內壁21'的形狀。替代地，未示出的另一實施例，由於燃料存儲10'受到燃料 存儲罐10'內流體（未示出）的低壓力和溫度，滲透袋50'可處於收縮的捲曲狀態，鬆散 地放置在襯墊20'的內腔22'內。同樣，當燃料存儲罐10'內的流體受到高壓力和溫度 時，襯墊20'的尺寸將增加到擴展狀態。相反，當燃料存儲罐10'內的流體受到低壓力和 溫度時，襯墊2(V將從擴展狀態收縮尺寸。
[0080] 在另一實施例（未示出）中，滲透袋50'通過夾緊或焊接被附連到第一固定部件 52'的底面53'並接合在材料接頭接合表面58'內。具有材料接頭接合表面58a'，頂面 55a'和底面53a'(未示出）的另一第一固定部件52a'被附接到第一固定部件52'，使 得第一固定部件52a'的底面53a'可通過焊接工藝連接到在第一固定部件52'，52a'的 材料接頭接合表面58'，58a'內固定滲透袋50'的第一固定部件52'的底面53'。一旦 滲透袋5(V附連到第一固定部件52'，52a'，滲透袋5(V通過襯墊2(V的開口 插入 到內腔22'，因此允許第一固定部件52a'的頂面55a'鄰接凸臺30'的第二組件34'的 頂面間隙37'，與襯墊20'的頂頸表面23a'相鄰，使得第一固定部件52'的頂面55'位 於在第二組件34'的內表面35'上形成的螺旋螺紋或槽以下。第一固定部件52'，52a' 的使用消除了不平坦密封表面或織物效應，從而避免了燃料存儲罐1(V內的滲透洩漏。具 有在外表面56'，底面57'和頂面59'上形成的基本螺旋螺紋或槽的第二固定部件54' 配合地與在第二組件的內表面35'上形成的基本螺旋螺紋或槽接合。第二固定部件 54'的底面57'鄰接第一固定部件52'的頂面55'以確保與具有附接有滲透袋50'的第 一固定部件52'和凸臺30'的第二組件34'的頂面間隙37'的緊密或固定連接，以及第 二固定部件54'到凸臺30'的第二組件34'。由於燃料存儲罐10'受到燃料存儲罐10' 內流體（未示出）的高壓力和溫度，滲透袋5(V可處於擴展的放大狀態，滲透袋5(V不粘 附到襯墊20'的內壁21'，滲透袋50'擴展到襯墊20'的內壁21'的形狀。替代地，由於 燃料存儲罐10'受到燃料存儲罐10'內流體（未示出）的低壓力和溫度，滲透袋50'可處 於收縮的捲曲狀態，鬆散地放置在襯墊20'的內腔22'內。同樣，當燃料存儲罐KV內的 流體受到高壓力和溫度時，襯墊20'的尺寸將增加到擴展狀態。相反，當燃料存儲罐10' 內的流體受到低壓力和溫度時，襯墊20'將從擴展狀態收縮尺寸。
[0081] 圖2為圖1A的燃料存儲罐10的凸臺區域30的分解局部剖視圖；圖2示出了第二 固定部件54,第一固定部件52以及通常被稱為分隔凸臺的凸臺30,該凸臺具有第一組件32 和第二組件34,加強結構40和襯墊20的一部分。
[0082] 第一固定部件52具有底面53,頂面55和材料接頭接合表面58。通過沿著底面53 夾緊或焊接並在第一固定部件52的材料接頭接合表面58內耦接，第一固定部件52能夠附 連在燃料存儲罐10外製造的滲透袋50 (未示出）。一旦滲透袋50 (未示出）附連到第一固 定部件52,滲透袋50 (未示出）通過襯墊20的開口 24插入到內腔22。第一固定部件52 的底面53能夠鄰接第二組件34的頂面間隙37,使得第一固定部件52的頂面55位於在第 二組件34的內表面35上形成的螺旋螺紋或槽以下。以這種方式，滲透袋50 (未示出）被 擠壓，按壓或鉗位在第一固定部件52的材料接頭接合表面58內並同時到第二組件34的頂 面間隙37。第一固定部件52的使用消除了不平坦密封表面或織物效應，從而避免了燃料存 儲罐10內的滲透洩漏。具有在外表面56,底面57和頂面59上形成的基本螺旋螺紋或槽的 第二固定部件54配合地與在第二組件34的內表面35上形成的基本螺旋螺紋或槽接合，使 得第二固定部件54的底面57鄰接第一固定部件52的頂面55以確保與具有附接有滲透袋 50的第一固定部件52到頂面間隙37的緊密或固定連接，以及第二固定部件54到凸臺30 的第二組件34。
[0083] 圖3A示出了在對其中設置有待被存儲的流體（未示出）的滲透袋50加壓之前， 圖1A的燃料存儲罐的剖視圖。圖3A示出和描述了圖1A中的燃料存儲罐10,使得，由於燃 料存儲罐10受到燃料存儲罐10內流體（未示出）的低壓力和溫度，滲透袋50被示出處於 收縮的捲曲狀態，鬆散地放置在襯墊20的內腔22內。
[0084] 在另一實施例（未示出）中，在該另一實施例中用雙撇號（"）符號重複地使用關 於圖1A的描述的類似結構的附圖標記。燃料存儲罐10"包括限定內腔22"的襯墊20"， 至少兩個凸臺30"，30a"，其具有被連接到在襯墊20"的每端上形成的開口 24"，24a" 的第一組件32"，32a"和第二組件34"，34a"，加強結構40"，該加強結構40"在具有第 一組件32"、32a"和第二組件34"，34a"的凸臺30"，30a"和襯墊20"的至少一部分周 圍連接。滲透袋50"在滲透袋50"的每端上附連到第一固定部件52"，52a"，並且滲透 袋50"的一端插入到內腔22"內。第一固定部件52"與凸臺30"的第二組件34"耦接並 且第二固定部件54"裝配到凸臺30"的第二組件34"相鄰於第一固定部件52"以固定在 滲透袋50"，襯墊20"和凸臺30"之間的連接。其次，被附連到第一固定部件52a"的滲 透袋50"的另一端或相對端移動到凸臺30"並且第一固定部件52a"與凸臺30a"的第二 組件34a"耦接。以與圖1A描述和示出的相同方式，第二固定部件54a"然後裝配到凸臺 30a"的第二組件34a"相鄰於第一固定部件52a"以固定在滲透袋50"，襯墊20"和凸臺 30a"之間的連接。類似於圖3A所示出和描述的實施例，由於燃料存儲罐10"受到燃料存 儲罐10"內流體（未示出）的低壓力和溫度，滲透袋50"也處於收縮的捲曲狀態，因此滲 透袋50"不粘附到襯墊20"的壁。
[0085] 圖3B示出了滲透袋50處於加壓狀態的圖3A的燃料存儲罐10的剖視圖。圖3B 示出和描述了圖3A的燃料存儲罐10,使得由於燃料存儲罐10受到燃料存儲罐10內流體 (未示出）的高壓力和溫度，滲透袋50被示出處於擴展的放大狀態，滲透袋50不粘附到襯 墊20的壁21，僅擴展成襯墊20的內壁的形狀。
[0086] 在另一實施例（未示出）中，在該另一實施例中用三撇號（"'）符號重複地使 用關於圖1A的描述的類似結構的附圖標記。燃料存儲罐10"'包括限定內腔22"'的 襯墊20"'，至少兩個凸臺30" '，30a"'，其具有被連接到在襯墊20"'的每端上形 成的開口 24"，，24a"，的第一組件32"，32a"和第二組件34"，，34a"，，加強結構 40"，，該加強結構40"，在具有第一組件32"，、32a"，和第二組件34"，，34a"， 的凸臺30" '，30a"'和襯墊20"'的至少一部分周圍連接。滲透袋50"'在滲透袋 50"'的每端上附連到第一固定部件52" '，52a"'，並且滲透袋50"'的一端插入到 襯墊20"'的內腔22"'內。第一固定部件52"'與凸臺30"'的第二組件34"'耦 接並且第二固定部件54"'裝配到與凸臺30"'的第二組件34"'相鄰於第一固定部件 52"'以固定在滲透袋50"'，襯墊20"'和凸臺30"'之間的連接。其次，被附連到第 一固定部件52a"'的滲透袋50"'的另一端或相對端移動到凸臺30"'並且第一固定 部件52a"'與凸臺30a"'的第二組件34a"'耦接，並且以與圖1A描述和示出的相同 方式，第二固定部件54a"'裝配到凸臺30a"'的第二組件34a"'相鄰於第一固定部件 52a"'以固定在滲透袋50"'，襯墊20"'和凸臺30a"'之間的連接。類似於圖3B所 示出和描述的實施例，由於燃料存儲罐10" ^受到燃料存儲罐10" ^內流體（未示出） 的高壓力和溫度，滲透袋50"'也處於擴展的放大狀態，因此滲透袋50"'不粘附到襯墊 20"'的壁，僅擴展成襯墊20"'內壁的形狀。
[0087] 需要指出的是，像"優選地"，"一般地"和"通常地"的術語在本文中並不用於限制 所要求保護公開內容的範圍或暗示某些特徵對所要求保護公開內容的結構或功能是關鍵 的，必不可少的，或甚至重要的。相反，這些術語僅用於突出在本發明的具體實施例中可以 使用或可以不使用的替代或額外的特徵。同樣，為了描述和限定本發明，需要指出的是，術 語"設備"在本文中用於表示組件的組合和單獨組件，無論組件是否與其他組件相結合。 [0088] 出於描述和限定本發明的目的，需要指出的是，在本文中"基本上"用於表示可歸 因於任意定量比較，值，測量值或其他表示的固有不確定度。在本文中術語"基本上"還用 來表示在不導致所討論的主題的基本功能的變化的情況下定量表示可以與給定的參考有 差異的程度。因此，它用於表示可歸因於任意定量比較，值，測量值，或其他表示的固有不確 定度，指的是雖然理論上預期顯示精確對應或行為，但實際上可略微欠精確地實施的元件 或特徵的布置。
[0089] 除非另有限定，本文使用的所有技術和科學術語具有本公開所屬領域的普通技術 人員通常理解的相同含義。在本說明書中所使用的術語僅用於描述特定實施例，而不旨在 限制。如在本說明書和附屬權利要求所使用的，單數形式"一個"，"一種"和"該"旨在包括 複數形式，除非上下文清楚地相反表示。
[0090] 雖然已經詳細地並通過參考其具體實施例描述了本公開，但是將明顯的是，修改 和變化是可能的，而不背離由附加權利要求所限定的本公開範圍。更具體地，儘管本公開的 某些方面在本文中被確認為優選的或特別有利的，但可預期的是，本公開不必被限制到本 公開的這些優選方面。
【權利要求】
1. 一種製造用於燃料電池系統的氫存儲罐的方法，所述方法包括： 形成大體軸對稱襯墊以限定所述氫存儲罐的內腔； 將至少一個凸臺連接到在所述襯墊的至少一端內中形成的開口； 圍繞所述襯墊和所述至少一個凸臺的至少一部分形成加強結構； 將滲透袋附連到第一固定部件； 將所述滲透袋插入到所述內腔； 將所述第一固定部件與所述至少一個凸臺耦接，以及 將第二固定部件裝配到所述至少一個凸臺相鄰於所述第一固定部件以固定在所述滲 透袋、所述襯墊和所述至少一個凸臺之間的連接。
2. 根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述襯墊限定出單層襯墊。
3. 根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述至少一個凸臺包括第一組件和第二組件， 使得所述第二組件適於接收所述第一固定部件和所述第二固定部件。
4. 根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述連接所述加強結構包括圍繞所述襯墊和 所述至少一個凸臺的至少一部分細絲纏繞所述加強結構。
5. 根據權利要求1的方法，其特徵在於，使用具有內層和外層的連續薄片擠壓平坦或 管狀膜工藝製造所述滲透袋。
6. 根據權利要求5的方法，其特徵在於，所述內層包括具有在約0. 012至0. 015毫米之 間的厚度的鋁複合平坦膜材料，以及外層包括高密度聚乙烯，使得所述內層和所述外層的 厚度為至少約〇. 1毫米。
7. 根據權利要求5的方法，其特徵在於，所述內層包括具有在約0. 00005毫米之間的厚 度的鋁塗層環烯烴共聚物管狀膜薄片材料，以及外層包括高密度聚乙烯或聚乙烯，使得所 述內層和所述外層的厚度在約0. 013至0. 03毫米之間。
8. 根據權利要求5的方法，其特徵在於，所述內層包括具有在約0. 00004至0. 00009毫 米之間厚度的塗敷有一氧化矽的聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚醯胺平坦薄膜薄片材料，以及 所述外層包括可密封的聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯，使得所述內層和外層的厚度在約 0.012至0.075毫米之間。
9. 一種製造用於燃料電池系統的燃料存儲罐的方法，使得所述燃料存儲罐的所成形的 部分包括限定內腔的單層襯墊，在所述襯墊的開口中形成的至少一個凸臺，以及圍繞所述 襯墊和所述至少一個凸臺的至少一部分形成的加強結構，所述方法包括： 將滲透袋附連到第一固定部件； 將所述滲透袋插入到所述內腔； 將所述第一固定部件與所述至少一個凸臺耦接，以及 將第二固定部件裝配到所述至少一個凸臺相鄰於所述第一固定部件以固定在所述滲 透袋和所述燃料存儲罐之間的連接。
10. -種用於燃料電池系統的氫存儲罐，所述氫存儲罐包括： 大體軸對稱襯墊，其成形為限定所述氫存儲罐的內腔； 至少一個凸臺，其連接到在所述襯墊的至少一端中形成的開口； 加強結構，其圍繞所述襯墊和所述至少一個凸臺的至少一部分形成； 滲透袋，其被附連到所述第一固定部件，其中，所述滲透袋插入到所述內腔，所述第一 固定部件與所述至少一個凸臺耦接，以及第二固定部件被裝配到所述至少一個凸臺相鄰於 所述第一固定部件以固定在所述滲透袋、所述襯墊和所述至少一個凸臺之間的連接。
【文檔編號】F17C1/16GK104048157SQ201410182434
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月15日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】L·斯特拉克, F·約彭, K·裡奇洛夫斯基 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司