一种碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器和瓶式容器组
技术领域
本实用新型涉及重型汽车卡车的压缩天然气储装器械，具体地说，是涉及一种碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器和瓶式容器组。
背景技术
为改善大气环境，汽车改烧天然气已成为了发展趋势，这使得天然气气瓶的需求量在逐渐增加，同时对天然气气瓶的技术性能质量要求在升华。现在市场上的重型汽车卡车配装的是液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)气瓶，其虽在改善汽车排放条件、降低运输成本中发挥了积极的作用，但客观上，以液化方式存储天然气，仍然存在着以下四个缺点：一、液化天然气受环境影响在不断地进行气化，气化产生BOG(Boil-Off Gas蒸发气体，简称BOG)气体挥发排放污染环境，使得天气资源浪费；二、车辆停驶期间气化排放更为严重，往往会发生瓶内气体排空影响车辆运行，甚至会引发火灾安全事故；三、重型汽车卡车配装的液化天然气瓶容积最大在950升左右，自身瓶的质量约1000公斤，影响车辆运输实载效率，加大了运输成本，气瓶自身减重迫在眉睫。四、液天然气资源、价格受季节、天气、供货渠道等因素的影响市场波动较大。
因此，相对于液化天然气气瓶，目前出现了存储压缩天然气的瓶式容器，并配装在重型汽车卡车上，除可以克服上述液化天然气的容易气化的缺点并改善配装条件外，同时还具备以下三个优势：一是压缩天然气供应资源稳定，压缩天然气供应渠道主要来源于天然气管道管网母站供气，不受天气、季节等因素影响，供应渠道稳定；二是压缩天然气的价格稳定且低于液化天然气，有利于降低和稳定运输成本；三是加气站网点多、汽车加气便捷。
但是，现有的存储压缩天然气的瓶式容器，因为需要较大压力，瓶体会做的很厚，瓶的质量较大，影响车辆运输实载效率，加大了运输成本，气瓶自身的减重仍然迫在眉睫。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器和瓶式容器组，能够增加压缩天然气瓶式容器的抗压强度，减少压缩天然气瓶式容器的质量，减少运输成本。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器，包括：
金属内衬瓶，具有一体设置的左侧瓶底、左右方向延伸的瓶身和右侧瓶底；所述左侧瓶底具有左侧截止阀连接口，所述右侧瓶底具有右侧截止阀连接口；
碳纤维缠绕层，设置在所述瓶身的外表面。
优选的，上述的压缩天然气瓶式容器中，所述碳纤维缠绕层是经树脂热固化后粘贴固定在所述外表面的碳纤维壳体。
优选的，上述的压缩天然气瓶式容器中，所述瓶身为横置的圆筒形；
所述左侧瓶底为开口朝右的半球形；
所述右侧瓶底为开口朝左的半球形。
为了更好地实现本实用新型的目的，本实用新型还提供一种具有上述的压缩天然气瓶式容器的瓶式容器组，包括：
气瓶安装金属支架，设置在载重汽车上；
至少2个所述压缩天然气瓶式容器，设置在所述气瓶安装金属支架上。
优选的，上述的瓶式容器组中，所述压缩天然气瓶式容器套设有防磕碰软垫，所述防磕碰软垫上套设有钢制拉紧带。
优选的，上述的瓶式容器组中，
所述气瓶安装金属支架设置在所述载重汽车的驾驶室后方；
所述至少2个所述压缩天然气瓶式容器为上层压缩天然气瓶式容器和下层压缩天然气瓶式容器；
所述上层压缩天然气瓶式容器设置在所述下层压缩天然气瓶式容器的上方；
所述上层压缩天然气瓶式容器的左侧截止阀连接口通过串联管线连接所述下层压缩天然气瓶式容器的左侧截止阀；
所述串联管线上设置有截止球阀。
优选的，上述的瓶式容器组中，所述下层压缩天然气瓶式容器的左侧截止阀通过供气连接管线连接所述载重汽车的发动机。
优选的，上述的瓶式容器组中，所述供气连接管线上依次设置有气路三通、高压过滤器、电磁阀、减压阀和热交换器。
优选的，上述的瓶式容器组中，所述上层压缩天然气瓶式容器的右侧瓶底设置有上层安装支架，所述上层安装支架上设置有上层天然气加气装置和上层压力显示器；
所述下层压缩天然气瓶式容器的右侧瓶底设置有下层安装支架，所述下层安装支架上设置有下上层天然气加气装置和下层压力显示器；
优选的，上述的瓶式容器组中，所述气瓶安装金属支架设置在所述载重汽车的货箱的两侧；
所述至少2个所述压缩天然气瓶式容器为左侧压缩天然气瓶式容器和右侧压缩天然气瓶式容器；
所述左侧压缩天然气瓶式容器的左侧截止阀通过供气连接管线连接所述载重汽车的发动机。
采用本实用新型，可以使瓶式容器的耐压强度提升、质量减轻、容积增大，并且安全可靠，有力地改善了燃烧天然气重型汽车卡车的燃料容器配置。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
附图说明
图1为本实用新型实施例的压缩天然气瓶式容器的结构剖面示意图；
图2为本实用新型实施例的压缩天然气瓶式容器在重型汽车牵引车上的左侧配装示意图；
图3为本实用新型实施例的压缩天然气瓶式容器在重型汽车牵引车上的右侧配装示意图；
图4为本实用新型实施例的重型汽车厢式货车的左侧挂装碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器示意图；
图5为本实用新型实施例的重型汽车厢式货车的右侧挂装碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器示意图。
其中，附图标记说明如下：
本实用新型中：
金属内衬瓶 101
碳纤维缠绕层 102
左侧截止阀连接口 103
右侧截止阀连接口 104
上层压缩天然气瓶式容器 21
下层压缩天然气瓶式容器 22
左侧压缩天然气瓶式容器 23
右侧压缩天然气瓶式容器 24
气瓶安装金属支架 202
防磕碰软垫 204
截止球阀 210
气路三通 211
高压过滤器 212
电磁阀 213
减压阀 214
热交换器 215
供气连接管线 216
汽车车架 217
发动机 218
上层天然气加气装置 317
上层压力显示器 318
上层安装支架 319
下层天然气加气装置 327
下层压力显示器 328
下层安装支架 329
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本实用新型的目的、方案及功效，但并非作为本实用新型所附权利要求保护范围的限制。
图1为本实用新型实施例的压缩天然气瓶式容器的结构剖面示意图，如图1所示，本实用新型的一种碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器，包括：
金属内衬瓶101，具有一体设置的左侧瓶底、左右方向延伸的瓶身和右侧瓶底；所述左侧瓶底具有左侧截止阀连接口103，所述右侧瓶底具有右侧截止阀连接口104；
碳纤维缠绕层102，设置在所述瓶身的外表面。
可见，本实用新型实施例中，采用了碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器制造技术，充分利用了碳纤维的高强度(拉伸强度一般都在3500MPa以上，是钢的7-9倍)、高模量(抗拉弹性模量为230GPa以上亦高于钢)、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、抗蠕变、抗腐蚀(在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀)等诸多优异性能。因此，本实用新型实施例通过设置碳纤维缠绕层，从而增加了压缩天然气瓶式容器的抗压强度，在相同承载压力下可以减少瓶式容器的质量，从而减少运输成本。
本实用新型中，碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器采用塑性性能良好的金属材料为金属内衬瓶(又称为内衬或内胆)，并以强度理论中以最大正应变准则进行强度计算，内衬壁厚越薄越好，越薄越轻，越轻越有利于车辆配置使用。为使瓶式容器卸压时内衬不失稳。内衬与碳纤维缠绕层(碳纤维壳体)之间应有足够的粘接强度和合理的缠绕厚度，故碳纤维缠绕后应通过树脂热固化而成。因此，在本实用新型的一个实施例中，所述碳纤维缠绕层是经树脂热固化后粘贴固定在所述外表面的碳纤维壳体。
本实用新型的碳纤维缠绕的瓶式容器各项技术性能指标均优于玻璃纤维缠绕气瓶，故所述碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器替代现行的液化天然气气瓶、替代玻璃纤维缠绕小气瓶组是新材料、新技术、新工艺发展之必然。
参考图1所示，在本实用新型的一个实施例中，金属内衬瓶的所述瓶身101为横置的圆筒形；
所述左侧瓶底为开口朝右的半球形；
所述右侧瓶底为开口朝左的半球形。
本实用新型中，金属内衬瓶的制作工艺是：一、金属内衬瓶(内胆)为金属无缝管依靠旋压机热加工成型；二、采用热处理生产工艺消除应力，采用专用机床车削加工两端连接安装天然气截止阀的内螺纹；三、内胆热加工、冷加工及各项技术指标测试完成后，装卡在数控缠绕机上对内胆缠绕碳纤维；四、缠绕层厚度、密度及张紧度，在缠绕输送线中间设置张力辊进行调整以满足设计要求，碳纤缠绕固化温度依托树脂加热温度进行调整，合理选择固化炉窑、固化温度和固化时间。
鉴于应用于重型汽车配装的瓶式容器容积大体积也大，为便于用户在使用中充气方便及在使用过程中观察用气状态，故在气瓶两端均设置配装天然气截止阀的连接口，实施气瓶充气与供气口分设。配装的天然气截止阀(瓶阀)具有三个功能：开关功能；安全保护功能；通供气功能。
图2为本实用新型实施例的压缩天然气瓶式容器在重型汽车牵引车上的左侧配装示意图；参考图2所示，在本实用新型的一个实施例中，还提供具有所述的压缩天然气瓶式容器的瓶式容器组，包括：
气瓶安装金属支架202，设置在载重汽车上；至少2个所述压缩天然气瓶式容器，设置在所述气瓶安装金属支架202上。
所述压缩天然气瓶式容器套设有防磕碰软垫204，所述防磕碰软垫上套设有钢制拉紧带203。
所述气瓶安装金属支架202采用轻型型钢制作，底部骑装在汽车车架217上，与汽车车架217连接，防磕碰软垫204围裹在碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器与气瓶安装金属支架202连接部位一周，实施对压缩天然气瓶式容器的碳纤维层的保护，防止钢制拉紧带203碰伤碳纤维层。
参考图2所示，所述气瓶安装金属支架202设置在所述载重汽车的驾驶室后方；
所述至少2个所述压缩天然气瓶式容器为上层压缩天然气瓶式容器21和下层压缩天然气瓶式容器22；
所述上层压缩天然气瓶式容器21设置在所述下层压缩天然气瓶式容器22的上方；
所述上层压缩天然气瓶式容器21的左侧截止阀连接口通过串联管线连接所述下层压缩天然气瓶式容器22的左侧截止阀；
所述串联管线上设置有截止球阀210。
可见，本实用新型采用双瓶式容器串联，其功能有三，一是便于汽车加注天然气，任何一侧都能实现对两个瓶式容器的气体加注；二是对汽车发动机供气有了双回路的技术保障；三是在双气瓶串联管线中设置了截止球阀，为使用中的技术维护、输气管路检查、部件更换提供了便利。
参考图2所示，在本实用新型的一个实施例中，所述下层压缩天然气瓶式容器22的左侧截止阀通过供气连接管线216连接所述载重汽车的发动机218的气源输入口。
所述供气连接管线216上依次设置有气路三通211、高压过滤器212、电磁阀213、减压阀214和热交换器215。
电磁阀213与汽车电路连接，汽车点火开关开启，电磁阀213自动开启供气阀门，停车时汽车点火开关关闭，电磁阀213同时将供气阀门关闭。
图3为本实用新型实施例的压缩天然气瓶式容器在重型汽车牵引车上的右侧配装示意图；参考图3所示，在本实用新型的一个实施例中，所述上层压缩天然气瓶式容器21的右侧瓶底设置有上层安装支架319，所述上层安装支架319上设置有上层天然气加气装置317和上层压力显示器318；
所述下层压缩天然气瓶式容器22的右侧瓶底设置有下层安装支架329，所述下层安装支架329上设置有下层天然气加气装置327和下层压力显示器328。
图4为本实用新型实施例的重型汽车厢式货车的左侧挂装碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器示意图；图5为本实用新型实施例的重型汽车厢式货车的右侧挂装碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器示意图。
参考图4和图5所示，在本实用新型的一个实施例中，所述气瓶安装金属支架设置在所述载重汽车的货箱的两侧；
所述至少2个所述压缩天然气瓶式容器为左侧压缩天然气瓶式容器23和右侧压缩天然气瓶式容器24；
所述左侧压缩天然气瓶式容器23的左侧截止阀通过供气连接管线连接所述载重汽车的发动机。
所述供气连接管线上也依次设置有气路三通、高压过滤器、电磁阀、减压阀和热交换器。参考图5所示，右侧瓶底也设置有安装支架，安装支架上分别设置天然气加气装置和压力显示器。
其中，气路三通的两个进气口通过供气连接管线分别与两个瓶式容器配装的天然气截止阀连接，一个出气口通过供气连接管线连接高压过滤器，高压过滤器通过供气连接管线连接电磁阀，电磁阀通过供气连接管线连接减压阀，减压阀通过供气连接管线连接热交换器，热交换器通过供气连接管线与汽车发动机气源输入口连接。
由上可知，本实用新型具有以下优势：
1)本实用新型采用碳纤维缠绕的压缩天然气瓶式容器，依靠选用材料的先进和设计的优化，使该瓶式容器耐压强度提升、质量减轻、容积增大、安全可靠，有力地改善了燃烧天然气重型汽车卡车的燃料容器配置。
2)本实用新型采用双瓶式容器串联，其功能有三，一是便于汽车加注天然气，任何一侧都能实现对两个瓶式容器的气体加注；二是对汽车发动机供气有了双回路的技术保障；三是在双气瓶串联管线中设置了截止阀，为使用中的技术维护、输气管路检查、部件更换提供了便利。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
