一種用于儲存和輸送壓力下的液態(tài)和/或氣態(tài)介質(zhì)的裝置以及燃料能量轉換裝置和用于 ...的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于儲存和輸送壓力下的液態(tài)和/或氣態(tài)介質(zhì)的裝置，其具有由塑料材質(zhì)制成的容納該介質(zhì)的介質(zhì)容器、至少一個與該介質(zhì)容器連接的閥連接元件和至少一個可與該閥連接元件連接的閥元件，其中，介質(zhì)容器具有一體成型且從介質(zhì)容器伸出的具有套管外壁和套管內(nèi)壁的套管。在此，套管的端部限定介質(zhì)容器的開口的自由截面，其中，閥連接元件布置在該開口的區(qū)域中并且套管外壁的部分區(qū)域與閥連接元件的壁部的部分區(qū)域相對布置。
【背景技術】
[0002]例如由EP 2 115 343 BI已知這種用于儲存和輸送壓力下的液態(tài)和/或氣態(tài)介質(zhì)的裝置。在此，閥元件的一部分穿過開口并且被套管壁包圍。為了防止壓力下的液態(tài)和/或氣態(tài)介質(zhì)可能從介質(zhì)容器的內(nèi)部泄露，在此設置成，在該部分的區(qū)域中在該部分和套管內(nèi)壁之間設有多個O型密封環(huán)?；贠型環(huán)的變形特性可持久地防止介質(zhì)的泄漏。然而在此不利的是，由于O型環(huán)的設計尺寸僅能夠在非常微小的、即圓形環(huán)繞的區(qū)域中實現(xiàn)在閥元件的部分和套管內(nèi)壁之間的密封。因此由該文件可得出，為了增大密封面積需要至少第二個O型環(huán)，以保證持久的介質(zhì)密封性。此外，O型環(huán)相對于介質(zhì)容器的套管內(nèi)壁密封，從而必須保證O型環(huán)相對于塑料材質(zhì)的持久密封性，塑料材質(zhì)的長久變形或其蠕變變形很可能會導致非泄漏。
[0003]而文獻EP O 821 104 BI提出，可將夾緊環(huán)擰入閥連接元件中，該夾緊環(huán)過渡到截錐形區(qū)段中。于是，最后提及的截錐形區(qū)段將介質(zhì)容器(其設有對應于該部分的斜面)的頸部的內(nèi)壁壓緊在閥連接元件的內(nèi)壁上。在此不利的是，截錐形區(qū)段的斜面和套管內(nèi)壁的對應的斜面必須非常精確地彼此匹配，以保證足夠的密封性，使得處于壓力下的介質(zhì)不從夾緊環(huán)和閥連接元件的內(nèi)壁之間(以及因而從閥連接元件的內(nèi)壁和套管外壁之間)擴散過去或流過去且不從介質(zhì)容器逸出。特別是當涉及由熱塑性塑料材質(zhì)制成的介質(zhì)容器時，則難以實現(xiàn)持久的密封性。由于在由熱塑性塑料材質(zhì)制成的套管和截錐形部分之間產(chǎn)生的剪應力/壓應力，因此熱塑性塑料材質(zhì)趨向于避開施加的剪應力/壓應力。在此，這就是所謂的塑料材質(zhì)的流動或蠕變。這導致該壓縮部隨著時間松動或松開并且由此不可避免地產(chǎn)生非密封性。
[0004]因此現(xiàn)有技術的缺點是，特別是為了持久地保證介質(zhì)容器的在閥連接元件和介質(zhì)容器套管之間的密封性需要高成本的且特別是附加的密封元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于儲存和輸送壓力下的液態(tài)和/或氣態(tài)介質(zhì)的裝置，其在使用很少數(shù)量的密封元件的情況下確保改善的且持久的密封性。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，通過具有以下部件的用于儲存和輸出在壓力下的液態(tài)和/或氣態(tài)介質(zhì)的裝置實現(xiàn)該目的:
[0007]-容納介質(zhì)的介質(zhì)容器，其由塑料材質(zhì)制成、特別是由熱塑性塑料材質(zhì)制成、優(yōu)選由聚酰胺制成，
[0008]-至少一個與介質(zhì)容器連接的閥連接元件，
[0009]-至少一個可與閥連接元件連接的閥元件，
[0010]其中，介質(zhì)容器具有一體形成且從介質(zhì)容器優(yōu)選向外伸出的具有套管外壁和套管內(nèi)壁的套管，其中，套管的端部限定介質(zhì)容器的開口的自由截面，其中，閥連接元件設置在開口的區(qū)域中并且套管外壁的部分區(qū)域與閥連接元件的壁部的部分區(qū)域相對布置，并且其中，閥元件具有壓縮部，該壓縮部在裝置的裝配狀態(tài)下與套管內(nèi)壁的部分區(qū)域相對布置，其中，在壁部的部分區(qū)域和壓縮部之間附加地布置有至少一個復位元件，使得在裝配閥元件時套管和復位元件共同壓縮在壁部的部分區(qū)域和壓縮部之間，其中，復位元件由交聯(lián)的塑料材質(zhì)制成、優(yōu)選由交聯(lián)聚乙烯制成，并且其中，壓縮部、套管和復位元件相互匹配且構造成使得通過套管和復位元件的共同壓縮可調(diào)節(jié)復位元件的彈性變形，該彈性變形大于套管在裝置的使用期限中的最大蠕變變形，從而套管的蠕變變形可通過復位元件補償并且在壓縮部、套管、復位元件和壁部的部分區(qū)域之間產(chǎn)生持久的壓配合。因此，對于復位元件貼靠在壁部的部分區(qū)域處的情況，能夠相對于處于壓力下的介質(zhì)而密封在壁部的部分區(qū)域和復位元件之間的密封區(qū)域與在復位元件和套管之間的密封區(qū)域。同樣對于套管貼靠在壁部的部分區(qū)域處的情況，也能夠相對于處于壓力下的介質(zhì)而密封在壁部的部分區(qū)域和套管之間的密封區(qū)域。就此而言，持久的壓配合意指至少在根據(jù)本發(fā)明的裝置的通常的使用期限中并且在通常的使用條件下保持得到該壓配合。使用期限特別是可相當應于5000次數(shù)量的從20bar到875bar的裝置填充周期，其中，將一個介質(zhì)或多個介質(zhì)的填充率和溫度調(diào)節(jié)為使得在填充時閥元件、特別是壓縮部和/或閥連接元件的溫度達到最高85°C的數(shù)值。在具有用于500km行程范圍的油箱填充容量的機動車所用的裝置中，五千次填充周期的數(shù)量例如相應于機動車的250000km的常規(guī)使用期限。根據(jù)本發(fā)明，套管的塑料材質(zhì)的蠕變變形可通過由交聯(lián)的塑料材質(zhì)制成的復位元件來補償。交聯(lián)塑料、特別是熱塑性交聯(lián)塑料顯示沒有或僅可忽略不計的少量流動過程(蠕變)并且在很大程度上表現(xiàn)為純彈性。因此，交聯(lián)的塑料材質(zhì)本身不受到或僅受到明顯較少的蠕變變形并且在一定程度上進行回彈，從而補償套管的蠕變變形，使得在壓縮部、套管、復位元件和壁部的部分區(qū)域之間產(chǎn)生持久的壓配合，該壓配合相對于處于壓力下的介質(zhì)進行密封。
[0011]在此，使用交聯(lián)聚乙烯用于復位元件的交聯(lián)塑料材質(zhì)已證實是特別有利的。在此，作為交聯(lián)，特別是聚乙烯在高溫下通過形成自由基的過氧化物的交聯(lián)(PE-Xa)已證實是有利的。此外，還可應用聚乙烯的硅烷交聯(lián)(PE-Xb)或聚乙烯的輻射交聯(lián)(PE-Xc)。根據(jù)本發(fā)明，熱塑性塑料或聚乙烯的交聯(lián)度可為20 %至95 %，優(yōu)選為50 %至90 %，并且特別優(yōu)選為75%至85%。至少70%的交聯(lián)度已證實特別適用于具有明顯高于500bar的介質(zhì)允許壓力的介質(zhì)的裝置。原理上閥元件還稱為油箱閥(On-Tank-Valve，簡寫為0TV)。處于壓力下的介質(zhì)特別是可為氫(H2)。則裝置用于儲存和輸送壓力下的液態(tài)和/或氣態(tài)氫。在根據(jù)本發(fā)明的裝置內(nèi)部的介質(zhì)允許壓力可位于200bar至1500bar之間，優(yōu)選位于400bar和1250bar之間，更優(yōu)選位于600bar和100bar之間，特別優(yōu)選位于600bar和800bar之間。
[0012]介質(zhì)容器可由塑料材質(zhì)制成，優(yōu)選由熱塑性塑料材質(zhì)制成。對此適用的特別是聚酰胺(優(yōu)選聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺12、PA 6.10, PA 6.12, PA 10或PA 11)或者彈性體改性的聚酰胺(優(yōu)選PA 6.66)、聚丙烯、聚乙烯(優(yōu)選具有高密度的聚乙烯“HDPE”)、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯、類似的技術材料或高溫塑料材質(zhì)或者前述塑料材質(zhì)的組合。作為替代，介質(zhì)容器還可由交聯(lián)的、優(yōu)選比復位元件的塑料材質(zhì)更少交聯(lián)的塑料材質(zhì)制成。例如可為具有在5%和50%之間、優(yōu)選在5%和25%之間的交聯(lián)度的交聯(lián)聚乙烯。
[0013]壓縮部、套管和復位元件優(yōu)選彼此匹配和構造為使得通過套管和復位元件的共同壓縮可調(diào)節(jié)復位元件的彈性變形，該彈性變形相當于在裝配閥元件之前套管壁厚的至少
0.3倍、優(yōu)選至少0.5倍、更優(yōu)選至少0.8倍、更加優(yōu)選至少1.0倍、特別優(yōu)選至少1.2倍。復位元件的壁厚相對于套管的壁厚或在復位元件的彈性變形和套管的壁厚之間的相應匹配的尺寸或設計尺寸已證實是特別有利的。這對于在保證裝置的足夠的介質(zhì)密封性和在裝配閥元件時須施加的裝配力之間的平衡方面可以看出。
[0014]復位元件的壁厚優(yōu)選比套管的壁厚大至少1.0倍、優(yōu)選至少1.2倍、更優(yōu)選至少
1.5倍、更加優(yōu)選至少1.8倍、更加優(yōu)選至少2.2倍、更加優(yōu)選至少2.5倍。在此，套管的壁厚特別是相應于由套管外壁的部分區(qū)域和套管內(nèi)壁的部分區(qū)域包圍的壁厚。
[0015]壓縮部可具有柱形或截錐形幾何形狀。特別是柱形幾何形狀或連續(xù)階梯式柱形幾何形狀在這種裝置的制造中已證實是特別優(yōu)選的，因為可最簡單地實現(xiàn)且遵循在此須符合的公差。此外，柱形幾何形狀沿著在壓縮部和套管或復位元件(根據(jù)設置復位元件的位置)之間的整個接觸面(密封面)具有均勻的壓配合和均勻的壓應力分布。
[0016]復位元件和套管可構造為套筒形并且在此可插入彼此之中或插在彼此上面。在此，套筒形還指在縱截面中構造為梯形或者矩形和梯形的幾何形狀。在此，套管和/或復位元件可具有漏斗形。在此，壓縮部可