一种铝、钢复合层储氢罐及其为芯的纤维缠绕增强储氢瓶

  本发明公开“一种铝、钢复合层储氢罐及其为芯的纤维缠绕增强储氢瓶”。

  随着传统化石能源（煤、石油、天然气）储量的日益减少，以及由于使用化石能源带 来的环境污染问题，直接威胁着人类的生存和发展，重视和发展可再生、环保能源，减少CO2排放已成为各国政府的共识。

  氢是无污染的清洁能源，同时氢气还是理想的能源储存介质，当前以氢燃料电池为动力的电动车研发为世人所关注，以氢燃料电池为发电站的示范项目也已经做到单机组8MW，但是氢气的储存及运输技术目前尚不够完善，已成为上述氢燃料电池动力车、氢燃料电池发电站发展的障碍，成为氢能源经济发展的障碍。

  中国专利 .3提供了一种“全双层中、低压力容器”，用钢材制作，是全钢材储氢容器，因氢原子是已知元素中的最小原子，在高压工作状态下，氢原子易通过钢材晶格间隙进入钢材内部，聚集在钢材内部的裂纹缺陷中，在裂纹缺陷中氢浓度增大则容易破坏钢材的晶格结构，使钢材裂纹扩大，产生氢脆现象，则钢材强度降低而使容器损坏。

  中国专利6 .4提供了“50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶”，该技术数据；容积50升、承压35MPa，其容积50升偏小，容积小不适合用做氢气长途运输的储气罐，及氢气加注站的固定式储氢罐；承压35MP也与国际上现已公知的车载移动式储氢罐承压70MPa技术差距大，影响氢动力车一次加注氢气后的续航能力。

  本发明的目的是针对上述已公知技术缺陷，提供一种具有安全承压、储氢能力高的储氢罐、或车载式储氢瓶”。

  为实现上述目的，本发明储氢罐内层采用具有一定壁厚的筒状铝合金构成，其两端为连续连接的半球形壳体，园筒的中轴线与球面相交的两端，设置有园柱形管接头与球面园滑过渡为一体，管接头的内孔加工有标准内螺纹，铝合金内层外表面紧密并连续贴覆一层具有一定厚度的钢材，钢材贴覆层包括园筒形、半球形、管接头处的园柱形。

  筒状铝合金层的主要作用是在储氢时隔绝氢气与钢材的接触，避免钢材的氢脆发生，铝合金层的厚度可以选用已知技术t1=3 .4mm。筒状铝合金层紧密外覆的钢材层是储氢罐的主要承压结构层，当储氢罐的容积及最高承压上限确定以后，选用适宜的钢种，而覆钢层的厚度t2的具体数值可以通过已公知技术计算得到。

  进一步为提高储氢罐的安全使用系数及重复使用次数，以上述铝、钢复合层储氢罐为芯模，外部全缠绕“纤维与树脂构成的增强复合材料”，其缠绕层厚度t3在缠绕结构层中始终保持一致，t3的数值也可以通过已公知技术计算(计算时应当首先确定缠绕储氢罐的容积及最高承压上限)得到。

  进一步为了增强储氢罐的使用可靠性，了解储氢容器使用过程中的参数变化（容器的尺寸、工作温度、受力时材料的应变量），在所述铝、钢复合层储氢罐的外表面（即钢材层外表面）设置有贴片式压力应变传感器及贴片式温度传感器，传感器的电引线在纤维与树脂构成的增强复合材料缠绕时，引出于缠绕层之外。

  上述增强复合材料中的纤维采用玻璃纤维、或芳纶纤维、或碳纤维，所述增强复合材料中的树脂为环氧树脂、或增强环氧树脂、或乙烯热固性塑料、或聚脂、或聚乙烯、或聚酰胺热塑性树脂。

  本发明的“铝、钢复合层储氢罐”从内到外，采用铝合金层为内衬防止钢材的氢脆发生，钢材作为主承压层的屈服压力可达950MPa，使其储氢时的承压上限轻易达到70MPa以上，而以“铝、钢复合层储氢罐”为芯模，外部全缠绕“纤维与树脂构成的增强复合材料”，更可使本发明的储氢罐承压上限大于1000 MPa，且铝、钢复合层储氢罐及其为芯的纤维缠绕增强储氢瓶加工容易，适合大批量生产，本发明无疑将为氢能经济的到来起到促进作用。

  转让或合作该专利的PCT申请权 杨清萍