CN109084171B - 一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，解决了现有技术中储氢量小，管阀件连接点多，泄漏风险高，生产成本高的问题。本发明包括支架，大容积储氢气瓶，前端瓶口抱箍、后端瓶口抱箍、瓶口护套，以及抱箍螺栓；大容积储氢气瓶的铝合金内胆的前端瓶口和后端瓶口的外周分别加设有加固外圈；前端瓶口抱箍设于前端瓶口加固外圈上并经抱箍螺栓固定于支架上，后端瓶口抱箍设于后端瓶口加固外圈上并经抱箍螺栓固定于支架上，后端瓶口加固外圈和后端瓶口抱箍的圆形箍孔之间衬设有瓶口护套，支架经穿过螺孔的螺栓固定于燃料电池车顶部。本发明最大限度提高整套装置的储氢重量，结构简单，安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置。
背景技术
现代工业中，氢能被公认为人类未来的理想能源。氢能是一种二次能源，具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料；氢不但燃烧放出的热量多，而且燃烧产物是水，不污染环境。近年来，随着氢能源行业的不断发展，基础设施的不断完善，越来越多的国家政府和企业开始关注和推进氢燃料电池汽车的发展。目前，国内的燃料电池客车用储氢***多数是用3～8个氢气瓶横向布置在车厢顶部，气瓶通过筒身段的两个抱箍和储氢装置的支架连接，储氢气瓶以35MPa铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶为主，容积多数在60L～145L，长度在2m以内。此种布置方式存在储氢量小，不能满足长途续驶里程的要求，而且气瓶数量越多，***连接点越多，泄漏的风险就越高，而且管阀件的增多也意味着成本相对较高。
因此，提供一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，结构简单，安全可靠，提高储氢重量，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，解决现有技术中储氢量小，管阀件连接点多，泄漏风险高，生产成本高的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，包括纵向固定于燃料电池车顶部的支架，并排固定于支架上的两个以上大容积储氢气瓶，用于将大容积储氢气瓶固定于支架上的前端瓶口抱箍和后端瓶口抱箍，以及若干个抱箍螺栓；
大容积储氢气瓶包括用于储存压缩氢气的铝合金内胆、缠绕于铝合金内胆外表面的碳纤维复合材料增强层、以及缠绕于碳纤维复合材料增强层外表面的玻璃纤维复合材料保护层，铝合金内胆的前端和后端分别设有前端瓶口和后端瓶口，前端瓶口和后端瓶口的外周分别铆接有前端瓶口加固外圈和后端瓶口加固外圈；
前端瓶口抱箍箍设于前端瓶口加固外圈上并通过抱箍螺栓固定于支架上，前端瓶口抱箍与前端瓶口加固外圈为刚性固定连接，后端瓶口抱箍箍设于后端瓶口加固外圈上并通过抱箍螺栓固定于支架上，后端瓶口加固外圈与后端瓶口抱箍为活动连接，有利于调节气瓶在充放气过程中的伸缩变化；
支架呈矩形，包括两根相互平行设置的纵向支架和两根相互平行设置的横向支架，两根纵向支架和两根横向支架首尾相接，纵向支架和横向支架相间且垂直分布，前端瓶口抱箍通过抱箍螺栓固定于一根横向支架上，后端瓶口抱箍通过抱箍螺栓固定于另一根横向支架上，每一根纵向支架的外侧底面分别设有一片安装翼片，安装翼片上等距分布有若干个螺孔，支架经穿过螺孔的螺栓固定于燃料电池车顶部。
进一步地，前端瓶口抱箍和后端瓶口抱箍均为方形结构，并且前端瓶口抱箍和后端瓶口抱箍均在中央开设有用于分别容纳并箍紧前端瓶口加固外圈和后端瓶口加固外圈的圆形箍孔，所述后端瓶口加固外圈和所述后端瓶口抱箍的圆形箍孔之间衬设有起缓冲作用的瓶口护套；
前端瓶口抱箍的两侧分别开设有一条与抱箍螺栓相匹配并且贯穿前端瓶口抱箍的前端抱箍通孔，后端瓶口抱箍的两侧分别开设有一条与抱箍螺栓相匹配并且贯穿后端瓶口抱箍的后端抱箍通孔，一根横向支架的顶面开设有与前端抱箍通孔相对应的前端支架通孔，抱箍螺栓从上至下依次穿过前端抱箍通孔和前端支架通孔将前端瓶口抱箍固定于支架上，另一根横向支架的顶面开设有与后端抱箍通孔相对应的后端支架通孔，抱箍螺栓从上至下依次穿过后端抱箍通孔和后端支架通孔将后端瓶口抱箍固定于支架上。
进一步地，同一支架上并排固定有四个大容积储氢气瓶，大容积储氢气瓶的公称工作压力为20-70MPa，公称水容积为150-450L，长度为1800-3800mm，工作温度不低于-40℃且不高于85℃，并且前端瓶口加固外圈和后端瓶口加固外圈的外露长度不小于45mm。
进一步地，前端瓶口抱箍的一侧开有一条3mm的间隙。
进一步地，前端瓶口的瓶口端面超出前端瓶口抱箍的外端面2-3mm。
进一步地，瓶口护套的外端面与后端瓶口抱箍平齐，瓶口护套为塑料材质。
进一步地，两条安装翼片上的螺孔对称分布。
进一步地，支架由碳钢制成，支架整体喷砂除锈后再喷漆，漆膜的厚度不小于80μm。
进一步地，横向支架的侧面开设有便于拧紧抱箍螺栓上螺母的条孔；横向支架与纵向支架的连接处均设置有一个吊耳。
进一步地，前端瓶口抱箍和后端瓶口抱箍均采用铝合金材质制成，前端瓶口抱箍和后端瓶口抱箍的内外表面均经阳极氧化处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学，结构简单，减少了气瓶的数量，最大限度的节省空间、减轻重量，提高整套装置的储氢重量，结构简单，安全可靠。
本发明的大容积储氢气瓶在燃料电池车顶部的排布方式为气瓶的瓶口朝向和车的运行方向一致，且大容积储氢气瓶的固定方式为两端瓶口固定于支架上，改变了传统筒身段抱箍固定的方式，可以最大限度的节省空间和减轻重量；在重量基本相等的情况下水容积能增加约14％；且采用瓶口固定方式可以有效控制气瓶的纵向位移。
本发明充分考虑到大容积储氢气瓶在充气过程中由于内部压力引起的气瓶膨胀，前端瓶口固定，后端瓶口可相对于后端瓶口抱箍前后移动，有效地提高了安全性能。
本发明4瓶组纵置长瓶管路***比传统8瓶组管路下同连接点减少了30多个，泄漏风险大大降低，提高了整个***的安全性。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
附图2为本发明的大容积储氢气瓶的结构示意图。
附图3为本发明的前端局部示意图。
附图4为本发明的后端局部示意图。
附图5为本发明的前端瓶口固定结构示意图。
附图6为本发明的后端瓶口固定结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-支架，2-大容积储氢气瓶，3-前端瓶口抱箍，4-后端瓶口抱箍，5-抱箍螺栓，6-瓶口护套，7-吊耳，11-纵向支架，12-横向支架，13-安装翼片，14-条孔，21-铝合金内胆，22-碳纤维复合材料增强层，23-玻璃纤维复合材料保护层，24-前端瓶口，25-后端瓶口，26-前端瓶口加固外圈，27-后端瓶口加固外圈，31-前端抱箍通孔，41-后端抱箍通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例
如附图1-6所示，本实施例公开了一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，设计科学，结构简单，减少了气瓶的数量，最大限度的节省空间、减轻重量，提高整套装置的储氢重量，结构简单，安全可靠。本发明包括纵向固定于燃料电池车顶部的支架1，并排固定于所述支架1上的两个以上大容积储氢气瓶2，用于将所述大容积储氢气瓶2固定于所述支架1上的前端瓶口抱箍3和后端瓶口抱箍4，以及若干个抱箍螺栓5；
所述大容积储氢气瓶2包括用于储存压缩氢气的铝合金内胆21、缠绕于所述铝合金内胆21外表面的碳纤维复合材料增强层22、以及缠绕于所述碳纤维复合材料增强层22外表面的玻璃纤维复合材料保护层23，所述铝合金内胆21的前端和后端分别设有前端瓶口24和后端瓶口25，所述前端瓶口24和所述后端瓶口25的外周分别铆接有前端瓶口加固外圈26和后端瓶口加固外圈27，所述前端瓶口24和所述前端瓶口加固外圈26、以及所述后端瓶口25和所述后端瓶口加固外圈27在铆接完后成为一个无相对位移的整体；
所述前端瓶口抱箍3箍设于所述前端瓶口加固外圈26上并通过所述抱箍螺栓5固定于所述支架1上，所述前端瓶口抱箍3与所述前端瓶口加固外圈26为刚性固定连接，所述后端瓶口抱箍4箍设于所述后端瓶口加固外圈27上并通过所述抱箍螺栓5固定于所述支架1上，所述后端瓶口加固外圈27与所述后端瓶口抱箍4为活动连接，有利于调节气瓶在充放气过程中的伸缩变化；
所述支架1呈矩形，包括两根相互平行设置的纵向支架11和两根相互平行设置的横向支架12，两根所述纵向支架11和两根所述横向支架12首尾相接，所述纵向支架11和所述横向支架12相间且垂直分布，所述前端瓶口抱箍3通过所述抱箍螺栓5固定于一根所述横向支架12上，所述后端瓶口抱箍4通过所述抱箍螺栓5固定于另一根所述横向支架12上，每一根所述纵向支架11的外侧底面分别设有一片安装翼片13，所述安装翼片13上等距分布有若干个螺孔，两条所述安装翼片13上的螺孔对称分布，所述支架1经穿过所述螺孔的螺栓固定于燃料电池车顶部；为了使支架1更加稳固，可在两根横向支架12之间设至少一根与纵向支架11相平行的加强杆。
为了保证大容积储氢气瓶2与支架1的固定效果，所述前端瓶口抱箍3和所述后端瓶口抱箍4均为方形结构，并且所述前端瓶口抱箍3和所述后端瓶口抱箍4均在中央开设有用于分别容纳并箍紧所述前端瓶口加固外圈26和所述后端瓶口加固外圈27的圆形箍孔，所述后端瓶口加固外圈27和所述后端瓶口抱箍4的圆形箍孔之间衬设有起缓冲作用的瓶口护套6，所述瓶口护套6的外端面与所述后端瓶口抱箍4平齐，所述瓶口护套6为塑料材质；
所述前端瓶口抱箍3的两侧分别开设有一条与所述抱箍螺栓5相匹配并且贯穿所述前端瓶口抱箍3的前端抱箍通孔31，所述后端瓶口抱箍4的两侧分别开设有一条与所述抱箍螺栓5相匹配并且贯穿所述后端瓶口抱箍4的后端抱箍通孔41，一根所述横向支架12的顶面开设有与所述前端抱箍通孔31相对应的前端支架通孔，所述抱箍螺栓5从上至下依次穿过所述前端抱箍通孔31和所述前端支架通孔将所述前端瓶口抱箍3固定于所述支架1上，另一根所述横向支架12的顶面开设有与所述后端抱箍通孔41相对应的后端支架通孔，所述抱箍螺栓5从上至下依次穿过所述后端抱箍通孔41和所述后端支架通孔将所述后端瓶口抱箍4固定于所述支架1上。
同一所述支架1上并排固定有四个大容积储氢气瓶2，所述大容积储氢气瓶2的公称工作压力为20-70MPa，公称水容积为150-450L，长度为1800-3800mm，工作温度不低于-40℃且不高于85℃，并且所述前端瓶口加固外圈26和所述后端瓶口加固外圈27的外露长度不小于45mm，以便于安装瓶口保护套。气瓶之间通过设有阀门的管路相连接。
本发明的前端瓶口抱箍3是固定式的，为了保证固定效果及安全性能，所述前端瓶口抱箍3的一侧开有一条3mm的间隙。所述前端瓶口24的瓶口端面超出所述前端瓶口抱箍3的外端面2-3mm，以保证前端瓶口24和前端瓶口抱箍3的接触面积和紧固力满足设计要求。
所述瓶口护套6的外端面与所述后端瓶口抱箍4平齐，所述瓶口护套6为塑料材质。
为了提高使用过程中的耐候性和耐老化性能，所述支架1由碳钢制成，所述支架1整体喷砂除锈后再喷漆，漆膜的厚度不小于80μm。
为了方便安装，所述横向支架12的侧面开设有便于拧紧抱箍螺栓5上螺母的条孔13；为了便于运输和安装，所述横向支架12与所述纵向支架11的连接处均设置有一个吊耳7。
所述端瓶口抱箍3和后端瓶口抱箍4均采用铝合金材质制成，所述前端瓶口抱箍3和所述后端瓶口抱箍4的内外表面均经阳极氧化处理。瓶口抱箍跟瓶口外圈的材质一致，防止发生因材质不一致而发生腐蚀。
本发明改变了传统筒身段抱箍固定的方式，采用瓶口固定的方式与支架连接，节省了整个装置的整体高度，可以在有限的空间内做到外径最大化，从而增加了气瓶的水容积和储氢量。
本发明的大容积储氢气瓶之间留有间隙，瓶口固定螺栓拆除后气瓶能够进行旋转方便检查瓶体。
本发明的大容积储氢气瓶储存装置固定于燃料电池车顶部后，在上、下、前、后、左、右六个方向上，能够承受8g的冲击力，保证大容积氢气瓶和支架不损坏，相对位移不超过13mm。
本发明的支架材料选用碳钢，通过螺栓固定在燃料电池车体顶部，能提高使用过程中的耐候性和耐老化性能；支架配置有吊装环，方便运输和安装；支架应喷砂除锈后再喷漆，漆膜厚度不小于80μm，能提高使用过程中的耐候性和耐老化性能。
本发明后端瓶口加固外圈与后端瓶口抱箍为活动连接，有利于调节气瓶在充放气过程中的伸缩变化；并且瓶口护套6可起到很好的缓冲作用，一方面可以满足气瓶充放气时瓶体在长度方向上的伸缩，另一方有利于调整安装时一组4个氢气瓶的长度差异。
本发明设计科学，结构简单，减少了气瓶的数量，最大限度的节省空间、减轻重量，提高整套装置的储氢重量。采用本发明，4个氢气瓶的储氢重量就高于现有技术中筒身段采用抱箍固定的8个氢气瓶的储氢重量。在同样储氢重量的条件下，本发明较现有技术减少了4个氢气瓶的30多个管路连接点，有效地降低了泄漏风险大，提高了整个***的安全性。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，包括纵向固定于燃料电池车顶部的支架（1），并排固定于所述支架（1）上的两个以上大容积储氢气瓶（2），用于将所述大容积储氢气瓶（2）固定于所述支架（1）上的前端瓶口抱箍（3）和后端瓶口抱箍（4），以及若干个抱箍螺栓（5）；
所述大容积储氢气瓶（2）包括用于储存压缩氢气的铝合金内胆（21）、缠绕于所述铝合金内胆（21）外表面的碳纤维复合材料增强层（22）、以及缠绕于所述碳纤维复合材料增强层（22）外表面的玻璃纤维复合材料保护层（23），所述铝合金内胆（21）的前端和后端分别设有前端瓶口（24）和后端瓶口（25），所述前端瓶口（24）和所述后端瓶口（25）的外周分别铆接有前端瓶口加固外圈（26）和后端瓶口加固外圈（27）；
所述前端瓶口抱箍（3）箍设于所述前端瓶口加固外圈（26）上并通过所述抱箍螺栓（5）固定于所述支架（1）上，所述前端瓶口抱箍（3）与所述前端瓶口加固外圈（26）为刚性固定连接，所述后端瓶口抱箍（4）箍设于所述后端瓶口加固外圈（27）上并通过所述抱箍螺栓（5）固定于所述支架（1）上，所述后端瓶口加固外圈（27）与所述后端瓶口抱箍（4）为活动连接，有利于调节气瓶在充放气过程中的伸缩变化；
所述支架（1）呈矩形，包括两根相互平行设置的纵向支架（11）和两根相互平行设置的横向支架（12），两根所述纵向支架（11）和两根所述横向支架（12）首尾相接，所述纵向支架（11）和所述横向支架（12）相间且垂直分布，所述前端瓶口抱箍（3）通过所述抱箍螺栓（5）固定于一根所述横向支架（12）上，所述后端瓶口抱箍（4）通过所述抱箍螺栓（5）固定于另一根所述横向支架（12）上，每一根所述纵向支架（11）的外侧底面分别设有一片安装翼片（13），所述安装翼片（13）上等距分布有若干个螺孔，所述支架（1）经穿过所述螺孔的螺栓固定于燃料电池车顶部；
所述大容积储氢气瓶（2）的公称工作压力为20-70MPa，公称水容积为150-450L，长度为1800-3800mm，工作温度不低于-40℃且不高于85℃，并且所述前端瓶口加固外圈（26）和所述后端瓶口加固外圈（27）的外露长度不小于45mm；
大容积储氢气瓶（2）在燃料电池车顶部的排布方式为气瓶的瓶口朝向和车的运行方向一致。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，所述前端瓶口抱箍（3）和所述后端瓶口抱箍（4）均为方形结构，并且所述前端瓶口抱箍（3）和所述后端瓶口抱箍（4）均在中央开设有用于分别容纳并箍紧所述前端瓶口加固外圈（26）和所述后端瓶口加固外圈（27）的圆形箍孔，所述后端瓶口加固外圈（27）和所述后端瓶口抱箍（4）的圆形箍孔之间衬设有起缓冲作用的瓶口护套（6）；
所述前端瓶口抱箍（3）的两侧分别开设有一条与所述抱箍螺栓（5）相匹配并且贯穿所述前端瓶口抱箍（3）的前端抱箍通孔（31），所述后端瓶口抱箍（4）的两侧分别开设有一条与所述抱箍螺栓（5）相匹配并且贯穿所述后端瓶口抱箍（4）的后端抱箍通孔（41），一根所述横向支架（12）的顶面开设有与所述前端抱箍通孔（31）相对应的前端支架通孔，所述抱箍螺栓（5）从上至下依次穿过所述前端抱箍通孔（31）和所述前端支架通孔将所述前端瓶口抱箍（3）固定于所述支架（1）上，另一根所述横向支架（12）的顶面开设有与所述后端抱箍通孔（41）相对应的后端支架通孔，所述抱箍螺栓（5）从上至下依次穿过所述后端抱箍通孔（41）和所述后端支架通孔将所述后端瓶口抱箍（4）固定于所述支架（1）上。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，同一所述支架（1）上并排固定有四个大容积储氢气瓶（2）。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，所述前端瓶口抱箍（3）的一侧开有一条3mm的间隙。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，所述前端瓶口（24）的瓶口端面超出所述前端瓶口抱箍（3）的外端面2-3mm。
6.根据权利要求2所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，所述瓶口护套（6）的外端面与所述后端瓶口抱箍（4）平齐，所述瓶口护套（6）为塑料材质。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，两条所述安装翼片（13）上的螺孔对称分布。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，所述支架（1）由碳钢制成，所述支架（1）整体喷砂除锈后再喷漆，漆膜的厚度不小于80μm。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，所述横向支架（12）的侧面开设有便于拧紧抱箍螺栓（5）上螺母的条孔（14）；所述横向支架（12）与所述纵向支架（11）的连接处均设置有一个吊耳（7）。
10.根据权利要求9所述的一种燃料电池车用大容积氢气瓶储氢装置，其特征在于，所述前端瓶口抱箍（3）和后端瓶口抱箍（4）均采用铝合金材质制成，所述前端瓶口抱箍（3）和所述后端瓶口抱箍（4）的内外表面均经阳极氧化处理。
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