本發(fā)明涉及一種儲氫氣瓶，具體是一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、氫能源被公認(rèn)為是二十一世紀(jì)重要的二次能源，具有資源豐富、燃燒值高、清潔和可再生等優(yōu)點，隨著燃料電池和燃料電池汽車的發(fā)展，安全、高效的儲氫技術(shù)成為氫能應(yīng)用的關(guān)鍵。

2、加氫站作為氫能應(yīng)用的重要保障，是氫燃料電池汽車實現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，加氫站的建設(shè)數(shù)量和普及程度決定了氫燃料電池汽車的商業(yè)化進(jìn)程。加氫站之于燃料電池汽車，猶如加油站之于傳統(tǒng)燃油汽車、充電站之于純電動汽車，是支撐氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展必不可少的基石。

3、目前的加氫站主要是高壓壓縮氫氣加氫站，根據(jù)供氫方式的不同，加氫站各系統(tǒng)的設(shè)備略有差異，但大致相同。加氫站的主要設(shè)備有卸氣柱、壓縮機、儲氫罐、加氫機、管道、控制系統(tǒng)、氮氣吹掃裝置以及安全監(jiān)控裝置等，其主要的核心設(shè)備是壓縮機、站用儲氫罐和加氫機。

4、站用儲氫罐是加氫站的核心設(shè)備之一，很大程度上決定了加氫站的氫氣供給能力。對于70mpa加注能力的加氫站內(nèi)配備的儲氫罐，其公稱壓力要達(dá)到99mpa以上。當(dāng)下市場，具有70mpa加注能力的加氫站，其99mpa站用儲氫瓶由兩種方式生產(chǎn)制造而成，一種是用無縫厚壁30珞鉬鋼經(jīng)過熱收口、調(diào)制等工序加工而成，這種制造方式占據(jù)90%的市場占有率；另一種生產(chǎn)制造方式是用鋼帶多層錯扎纏繞焊接而成，這種方式占據(jù)10%的市場占有率。這兩種方式制成的站用儲氫瓶，其瓶體受力材質(zhì)是碳鋼，存在著材料氫脆造成的安全隱患，并且使用壽命短。為了保證氫氣純度，并且制造成型過程中瓶體內(nèi)壁還要經(jīng)過研磨處理，內(nèi)壁粗糙度達(dá)到6.3um，不允許有超過0.6mm的缺陷存在，研磨制造周期長且良品率低，存在著重容比偏大，生產(chǎn)周期長，金屬材料容易發(fā)生氫脆和疲勞失效的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶，包括內(nèi)膽和纏繞在內(nèi)膽外部的碳纖維復(fù)合纏繞層，內(nèi)膽包括中間部位筒狀的內(nèi)膽擠出段和內(nèi)膽擠出段兩端覆蓋的半球形的內(nèi)膽注塑段，各內(nèi)膽注塑段的中心分別設(shè)置有金屬閥座，內(nèi)膽注塑段與內(nèi)膽擠出段通過焊接焊縫固定連接形成一體，碳纖維復(fù)合纏繞層包裹內(nèi)膽注塑段與內(nèi)膽擠出段。

3、進(jìn)一步地，碳纖維復(fù)合纏繞層外部還纏繞有玻璃纖維復(fù)合纏繞層。

4、進(jìn)一步地，金屬閥座采用鍛鋁加工后經(jīng)陽極處理而成。

5、進(jìn)一步地，內(nèi)膽擠出段以及內(nèi)膽注塑段采用聚酰胺材料制成。

6、進(jìn)一步地，內(nèi)膽擠出段以及內(nèi)膽注塑段厚度控制在毫米到毫米。

7、本實用新型的儲氫氣瓶可以制作成超大容積103mpa高壓iv型站用儲氫氣瓶，本實用新型內(nèi)層是塑料內(nèi)膽，中間是碳纖維纏繞增強層，外表是玻璃纖維保護(hù)層，塑料單瓶容積≥2000l，具有抗疲勞性能好、耐氫脆、使用壽命長等優(yōu)點，以解決當(dāng)下市場現(xiàn)有的99mpa站用儲氫瓶存在的材料易氫脆和疲勞失效的安全隱患，以及重容比偏大，生產(chǎn)周期長，使用壽命短的缺點。其中目前的不銹鋼多層包扎焊接成型制造方式存在機械自動化程度、產(chǎn)品質(zhì)量一致性不高等問題，批量生產(chǎn)效率不高；而如果采用單層旋壓無縫鋼管旋壓制造99mpa儲氫容器，需要增加容器容積和容器的承載能力，設(shè)計容器的壁厚會很厚，帶來了一系列的技術(shù)難題。首先遇到的技術(shù)瓶頸是大容積無縫鋼管軋制過程的均一問題，熱處理設(shè)備及工藝上無法完全保證鋼瓶厚度方向上全部淬透形成統(tǒng)一的回火索氏體，導(dǎo)致臨氫環(huán)境下裂紋擴展太快，極易造成氫脆現(xiàn)象的產(chǎn)生；而旋壓設(shè)備的熱旋壓工藝難度增大，因此這種結(jié)構(gòu)對大型設(shè)備加工能力提出了更大的挑戰(zhàn)。

8、通過本實用新型的設(shè)置，即內(nèi)膽包括中間部位筒狀的內(nèi)膽擠出段和內(nèi)膽擠出段兩端覆蓋的半球形的內(nèi)膽注塑段，各內(nèi)膽注塑段的中心分別設(shè)置有金屬閥座，內(nèi)膽注塑段與內(nèi)膽擠出段通過焊接焊縫固定連接形成一體，碳纖維復(fù)合纏繞層包裹內(nèi)膽注塑段與內(nèi)膽擠出段，具有以下優(yōu)點：

9、1）、相對于現(xiàn)有的99mpa站用儲氫容器，實用新型的結(jié)構(gòu)特點可以制成超大容積2000l以上高壓103mpa站用iv型儲氫瓶，使用高強度碳纖維和鋁合金材料，能實現(xiàn)減少重量35%，提升產(chǎn)品性能的一致性、穩(wěn)定性及同外形尺寸下的儲氫量；

10、2）相對于現(xiàn)有的99mpa站用儲氫容器，本實用新型大容積2000l以上高壓103mpa站用iv型儲氫瓶，內(nèi)膽使用改性聚酰胺材料，更有利于大幅降低臨氫環(huán)境下的氫脆現(xiàn)象，減小了安全隱患，提高了產(chǎn)品疲勞強度和使用年限；

11、3）采用塑料內(nèi)膽焊接成型制法，適于多規(guī)格、批量設(shè)計、連續(xù)自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率；

12、4）采用碳纖維復(fù)合纏繞固化，作為氣瓶的承壓層，設(shè)計靈活，可通過鋪層設(shè)計提高更大的壓力范圍，更適合加氫站未來的需求。

技術(shù)特征：

1.一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶，包括內(nèi)膽和纏繞在內(nèi)膽外部的碳纖維復(fù)合纏繞層（1），其特征在于：內(nèi)膽包括中間部位筒狀的內(nèi)膽擠出段（2）和內(nèi)膽擠出段（2）兩端覆蓋的半球形的內(nèi)膽注塑段（3），各內(nèi)膽注塑段（3）的中心分別設(shè)置有金屬閥座（4），內(nèi)膽注塑段（3）與內(nèi)膽擠出段（2）通過焊接焊縫（5）固定連接形成一體，碳纖維復(fù)合纏繞層（1）包裹內(nèi)膽注塑段（3）與內(nèi)膽擠出段（2）。

2.如權(quán)利要求1所述的一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶，其特征在于：碳纖維復(fù)合纏繞層（1）外部還纏繞有玻璃纖維復(fù)合纏繞層（6）。

3.如權(quán)利要求1所述的一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶，其特征在于：金屬閥座（4）采用6061鍛鋁加工后經(jīng)陽極處理而成。

4.如權(quán)利要求1所述的一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶，其特征在于：內(nèi)膽擠出段（2）以及內(nèi)膽注塑段（3）采用聚酰胺材料制成。

5.如權(quán)利要求1所述的一種超大容積高壓iv型站用儲氫氣瓶，其特征在于：內(nèi)膽擠出段（2）以及內(nèi)膽注塑段（3）厚度控制在3毫米到10毫米。

技術(shù)總結(jié)
一種超大容積高壓IV型站用儲氫氣瓶，包括內(nèi)膽和纏繞在內(nèi)膽外部的碳纖維復(fù)合纏繞層，內(nèi)膽包括中間部位筒狀的內(nèi)膽擠出段和內(nèi)膽擠出段兩端覆蓋的半球形的內(nèi)膽注塑段，各內(nèi)膽注塑段的中心分別設(shè)置有金屬閥座，內(nèi)膽注塑段與內(nèi)膽擠出段通過焊接焊縫固定連接形成一體，碳纖維復(fù)合纏繞層包裹內(nèi)膽注塑段與內(nèi)膽擠出段。相對于現(xiàn)有的99Mpa站用儲氫容器，技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點可以制成超大容積2000L以上高壓103MPa站用IV型儲氫瓶，使用高強度碳纖維和鋁合金材料，能實現(xiàn)減少重量35%，提升產(chǎn)品性能的一致性、穩(wěn)定性及同外形尺寸下的儲氫量。

技術(shù)研發(fā)人員：張志國,鞠修龍,范暉,李揚,孫潔瑜,臧金鑫,田利,于魁一
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東奧揚新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240527
技術(shù)公布日：2025/1/6