一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体地说，涉及一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶。
背景技术
进入21世纪以来，全球污染问题越来越严重，我国经济快速增长与社会环境的保护之间的冲突日益尖锐。因此，新能源的开发与利用成为重要发展方向，在交通领域，新能源汽车技术逐渐提高，人们对新能源汽车的接受程度也逐步增强。新能源汽车中，氢能源汽车具有明显优势，与充电汽车相比，氢动力加氢效率极高，而续航里程和传统的燃油车大体相当，综合考虑压缩能耗、续驶里程、基础设施建设投资等因素，车载供氢系统比较理想的储存压力为35-70MPa。为利用压力差实现快速充氢，加氢站用储氢容器的压力达到40-75MPa。为提高续驶里程，70MPa高压储氢是国内外氢能储存的发展目标和研究重点。然而，随着储氢压力逐渐提高，储氢瓶现有结构与强度设计无法满足超高压要求，同时会出现耐疲劳性更差、氢脆问题更严重等问题，特别是压力由35到70MPa的过程中，氢脆的现象尤为明显。现有的储氢瓶技术无法很好地在尽可能环保的情况下，应对多次充放气产生过多热量对内胆的损坏，满足储氢瓶的超高压需求，而且防治氢脆问题的效果也不尽如人意。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶，能够解决铝合金内胆氢脆现象严重、充放气时温度过高引起损伤、轻量化程度低、所需温度条件高、储氢密度低、无法承受超高压、不可回收等的一系列问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶，包括从内到外依次设置的防氢脆层、承压隔热层、膨胀珍珠岩隔热板、憎水气凝胶真空隔热板和高分子层；所述承压隔热层外侧粘连膨胀珍珠岩隔热板以及憎水气凝胶真空隔热板
所述防氢脆层和承压隔热层之间的隔腔内设有高压压缩空气，所述憎水气凝胶真空隔热板和高分子层之间的隔腔内设有水蒸气含量70％至90％的压缩空气；所述承压隔热层由铝合金制成。
上述方案中，所述防氢脆层包括内层的储氢金属和外层的铝合金，内层与外层的厚度比为0.23-0.26：1；
储氢金属是20％-25％Mg2Ni+4％-6％份稀土元素在高温800℃-850℃进行热熔制成；
外层的铝合金在700℃热熔制成。
上述方案中，所述高分子层由三元聚合复合材料进行形成，其制备方法如下：
将3％的聚丙烯酸(PAA)溶液和2％-5％的支化聚乙烯亚胺-聚环氧乙烷(bPEI-PEO)按照体积比1:1比例混合搅拌，配置成溶液用蠕动泵缓慢滴入烧杯中；滴加溶液完毕后继续搅拌，使高分子聚合物充分作用；将高分子聚合物通过离心铸造的方法制作为高分子层，离心铸造机的表面为疏水玻璃，疏水玻璃外围安装加热烘干器。
上述方案中，还包括导气管、输气管和瓶塞，所述瓶塞安装在瓶口内，瓶口处设有金属垫圈。
上述方案中，导气管上设有分流管，分流管上安装冷却器。
上述方案中，缠绕层的材料为氧化石墨烯-玄武岩纤维/聚乳酸复合材料。
实施本发明的新型车载多层内胆高密度储氢瓶，具有以下有益效果：
第一层内胆防氢脆层可以避免氢气直接与铝合金接触，并通过气压缓解氢气对内层的压力有效抑制氢脆对铝合金的损伤，可有效将储氢密度提高至5.4％；
第二层内胆承压隔热层通过两层材料，其中膨胀珍珠岩隔热板主要提高承压能力，憎水气凝胶真空隔热板隔绝充放气产生的热量，缓解充放气速度过快造成内部温度过高对内胆的影响，可以起到隔绝热量以及增加承压能力的作用。
第三层内胆高分子层承压可达98MPa，有效提高了气瓶的承压能力，多层结构保证了气瓶的气密性，提高其安全系数，双通道气管提高了充气速度，且材料绿色可回收。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶的结构示意图；
图2是本发明一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶瓶身的剖视图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
具体实施方式一
35MPa的储氢瓶：
如图1所示，一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶，包括：导气管，输气管，瓶塞，防氢脆层，高压压缩空气，承压隔热层，膨胀珍珠岩隔热板，憎水气凝胶真空隔热板，含水蒸气的压缩空气，高分子层，缠绕层以及金属垫圈；所述内胆的三层材料分别由储氢合金，铝合金以及高分子材料，通过旋压、喷涂，干燥工艺成型，所述导气管和输气管通过瓶塞进入内胆。
在本实施例中，防氢脆层是由两层金属采用高压惰性气体介质传递载荷，贴靠模具以达成内胆形状，壁厚16mm，里面一层为3.2mmMg2Ni+稀土元素(Sm)合金，外面一层为12.3mm左右铝合金，采用高压惰性气体介质传递载荷，贴靠模具以达成内胆形状，直径为150mm，长度500mm，体积约为40L。稀土元素质量百分比为19％，Mg2Ni质量百分比81％。这样可以有效抑制铝合金内胆的氢脆现象，减少对铝合金内胆的损伤，增加内胆可承压能力。防氢脆层与承压隔热层之间由高压机充入5Mpa的压缩气体，进一步缓解氢气对防氢脆层铝合金板的压力，从而减小氢脆的影响。
在本实施例中，承压隔热层由铝合金之间冲压制成，旋压收口，壁厚19mm，在其外层粘连5mm的膨胀珍珠岩板以及5mm憎水气凝胶真空隔热板，膨胀珍珠岩板以及憎水气凝胶真空隔热板均可起到很好的隔热效果，且膨胀珍珠岩板可以增加气瓶的承压能力，憎水气凝胶隔热板可以夹层中的水蒸气，保证其内部的干燥。承压隔热层与高分子层之间由空压机充入0.1MPa的含水蒸气含量75％的空气。
在本实施例中，高分子层由三元聚合高分子材料构成，首先分别配置的PAA溶液和bPEI-PEO(bPEI含量为2.5％)混合溶液，然后在搅拌下，将相同体积的PAA和bPEI-PEO溶液用缓慢滴入烧杯中。滴加完毕后继续搅拌，使溶液中的聚合物充分作用。对实际中的沉淀采用离心铸造的方式，其外表面用疏水玻璃，玻璃外围安装加热烘干器，烘干温度大约70℃，壁厚16mm，可一次成型。该材料具有高强度、高拉伸性、高韧性，且在水蒸气70％至90％的环境下，可以进行室温下的自修复，很好的改善了高分子材料不能循环利用的缺点。
在本实施例中，导气管上安装由涡流装置，根据涡流管制冷原理，温度低的气体通过涡流板中心的孔板引出，温度高的一部分气体将进入分流管中，通过冷却器进行冷却后，再一次输入至储氢瓶中，该装置很好的解决了快速充放气时产生的高温对内胆的损伤。
在本实施例中，瓶塞与瓶口内处使用金属垫圈，垫圈采用7.7mm厚度的优质不锈钢垫圈，使用自紧式密封，随着内部压力增大，垫片与瓶口贴合的更紧，保证气瓶的密封性。
在本实施例中，由于氢气密度较低，为了提高充气效率，特意将导气管(1)增长至475mm，输气管缩短至150mm，加快充气速度。
在本实施例中，外部纤维缠绕层的材料选择氧化石墨烯-玄武岩纤维/聚乳酸复合材料，这类材料绿色可回收，节约能源。
具体实施方案二
70MPa的储氢瓶：
如图1所示，一种新型车载多层内胆高密度储氢瓶，包括：导气管，输气管，瓶塞，防氢脆层，高压压缩空气，承压隔热层，膨胀珍珠岩隔热板，憎水气凝胶真空隔热板，含水蒸气的压缩空气，高分子层，缠绕层以及金属垫圈；所述内胆的三层材料分别由储氢合金，铝合金以及高分子材料，通过旋压、喷涂，干燥工艺成型，所述导气管和输气管通过瓶塞进入内胆。
在本实施例中，防氢脆层是由两层金属采用高压惰性气体介质传递载荷，贴靠模具以达成内胆形状，壁厚34mm，第一部分是6mmMg2Ni+稀土元素(Sm)合金在高温800℃-850℃进行热熔，第二部分为27.9mm铝合金在700℃热熔，采用高压惰性气体介质传递载荷，通过4.5-6.5MPa热气压作用成型，直径为175mm，长度625mm，体积约为60L。稀土元素质量百分比为20％，Mg2Ni质量百分比80％。这样可以有效抑制铝合金内胆的氢脆现象，减少对铝合金内胆的损伤，增加内胆可承压能力。防氢脆层与承压隔热层之间由高压机充入10Mpa的压缩气体，进一步缓解氢气对防氢脆层铝合金板的压力，从而减小氢脆的影响。
在本实施例中，承压隔热层由铝合金之间冲压制成，旋压收口，壁厚43mm，在其外层粘连7mm的膨胀珍珠岩板以及7mm憎水气凝胶真空隔热板，膨胀珍珠岩板以及憎水气凝胶真空隔热板均可起到很好的隔热效果，且膨胀珍珠岩板可以增加气瓶的承压能力，憎水气凝胶隔热板可以夹层中的水蒸气，保证其内部的干燥。承压隔热层与高分子层之间由空压机充入0.1MPa的含水蒸气含量90％的空气。
在本实施例中，高分子层的内胆由三元聚合高分子材料构成，首先分别配置的PAA溶液和bPEI-PEO(bPEI含量为4.3％)混合溶液，然后在搅拌下，将相同体积的PAA和bPEI-PEO溶液用缓慢滴入烧杯中。滴加完毕后继续搅拌，使溶液中的聚合物充分作用。对实际中的沉淀采用离心铸造的方式，其外表面用疏水玻璃，玻璃外围安装加热烘干器，烘干温度大约70℃，壁厚37mm,可一次成型。该材料具有高强度、高拉伸性、高韧性，且在水蒸气70％至90％的环境下，可以进行室温下的自修复，很好的改善了高分子材料不能循环利用的缺点。
在本实施例中，导气管上安装由涡流装置，根据涡流管制冷原理，温度低的气体通过涡流板中心的孔板引出，温度高的一部分气体将进入分流管中，通过冷却器进行冷却后，再一次输入至储氢瓶中，该装置很好的解决了快速充放气时产生的高温对内胆的损伤。
在本实施例中，由于氢气密度较低，为了提高充气效率，特意将导气管增长至575mm，输气管缩短至200mm，加快充气速度。
在本实施例中，外部纤维缠绕层的材料选择氧化石墨烯-玄武岩纤维/聚乳酸复合材料，这类材料绿色可回收，节约能源。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
