專利名稱：具有改善熱阻的陶瓷化聚合物的壓力容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種容器，尤其涉及一種壓力容器，其具有由可模制材料形成的中空內(nèi)殼，在內(nèi)殼上形成的中間殼，和在中間殼上形成的外殼，外殼浸漬有適用于當(dāng)接觸熱能時(shí)形成圍繞外層的陶瓷層的陶瓷化材料。
背景技術(shù)：
燃料電池已被提議作為一種電動(dòng)汽車和其他應(yīng)用的動(dòng)力源。在質(zhì)子交換膜(PEM) 型燃料電池中，氫氣作為燃料提供給燃料電池的陽(yáng)極以及氧氣作為氧化劑提供給燃料電池的陰極。在燃料電池組中多個(gè)燃料電池疊放在一起以形成燃料電池系統(tǒng)。燃料和氧化劑通常儲(chǔ)存在加壓中空容器中，如燃料箱，例如，布置在車輛底盤上。典型的加壓容器10如圖la、Ib和2所示。容器10包括三個(gè)殼內(nèi)殼12、形成在內(nèi)殼12上的中間殼14、和形成在中間殼14上的外殼16。內(nèi)殼12通常由聚合物材料形成，如聚乙烯，對(duì)苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)，乙烯-乙烯醇，或乙烯醋酸乙烯酯共聚物。內(nèi)殼12 也可由可模制材料形成，如金屬、玻璃等等。中間殼14通常由從碳纖維和碳纖維復(fù)合物中的一種通過(guò)細(xì)絲纏繞工藝形成并為容器10提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。外殼16通常由繞中間殼14纏繞的玻璃纖維形成。外殼16通常浸漬有環(huán)氧樹(shù)脂或其他合適的粘合劑以促進(jìn)外殼16與中間殼14的粘合。容器10的內(nèi)殼12通常形成在便于與容器10的內(nèi)部流體連通的終止部的外部或內(nèi)部上。在圖Ia中，終止部是金屬凸起部18。金屬凸起部18與閥門20連通，但是金屬凸起部18也與用于與其他容器配件流體連通(未示出)的任何裝置連通，如泄壓裝置、噴嘴、管
道等等。為了減小熱能對(duì)典型的容器的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)殼的影響，金屬殼形成在容器的外殼周圍。這種金屬殼的形成是勞動(dòng)密集型的、增加了重量、并最大化了容器的裝配和材料成本。開(kāi)發(fā)一種適應(yīng)于減小熱能對(duì)容器的影響的中空壓力容器是可取的，同時(shí)也最小化其裝配和材料成本。

發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明相一致的，適合于減小熱能對(duì)容器的影響，同時(shí)也最小化其裝配和材料成本的中空壓力容器已令人驚訝地被發(fā)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，容器包括由可模制材料形成的內(nèi)殼并在其中形成空腔；中間殼形成在所述內(nèi)殼上；和外殼形成在所述中間殼上，所述外殼浸漬有陶瓷化材料。在另一個(gè)實(shí)施例中，容器包括由可模制材料形成的內(nèi)殼并在其中形成空腔；由碳纖維形成的中間殼形成在所述內(nèi)殼上；和由浸漬有陶瓷化材料的玻璃纖維形成外殼，其中陶瓷化材料適合于當(dāng)接觸熱能時(shí)形成圍繞外層的陶瓷層。在另一個(gè)實(shí)施例中，容器包括由可模制材料形成的中空內(nèi)殼并在其中形成空腔；第一殼；形成在所述第一殼和所述外殼之間的第第一殼中的陶瓷殼，所述陶瓷殼由浸漬在所述第述陶瓷化材料當(dāng)接觸熱能時(shí)形成所述陶瓷殼。
本發(fā)明還提供了如下方案 方案1. 一種容器，包括 由可模制材料形成并在其中形成空腔的內(nèi)殼； 形成在所述內(nèi)殼上的中間殼；和
形成在所述中間殼上的外殼，所述外殼浸漬有陶瓷化材料。
殼；和形成在所述第一殼上并進(jìn)入所述殼的材料中的陶瓷化材料形成，其中所方案2.
外殼的陶瓷層。方案3.劑。
i
案案案方方方
如方案1的容器，其中陶瓷化材料適合于當(dāng)與熱能接觸時(shí)形成環(huán)繞所述
如方案2的容器，其中熱能的范圍從大約300攝氏度到大約1000攝氏度。
如方案1的容器，其中陶瓷層滲入所述外殼。
如方案4的容器，其中陶瓷層將所述外殼粘合到所述中間殼。
如方案1的容器，其中陶瓷化材料包括聚合物、至少一種耐火礦物和熔
方案7.如方案6的容器，其中陶瓷化材料進(jìn)一步包括功能性添加劑。 方案8.如方案7的容器，其中功能性添加劑是阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、著色劑以及上述添加劑組合中的其中之一。 方案9.如方案6的容器，其中聚合物是三元乙丙橡膠、聚酯、丙烯腈酸酯、氯乙烯、聚烯烴、聚酰胺、上述材料的衍生物、上述材料的共混物、及上述材料的共聚物中的至少
一種。方案10如方案6的容器，其中耐火礦物是陶瓷形成前體物和陶瓷的其中之一。方案11如方案6的容器，其中耐火礦物是硅酸鹽礦物。方案12 如方案11的容器，其中硅酸鹽礦物是粘土和云母的其中之一。方案13 如方案6的容器，其中熔劑包括鉛、硼、鈉、鉀、鋰、鈣、鎂、鋇、鋅、鍶和長(zhǎng)石的其中之一。
方案14如方案13的容器，其中長(zhǎng)石是鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石中的一種。方案15 如方案1的容器，其中所述中間殼由碳纖維形成。方案16 如方案1的容器，其中所述外殼由玻璃纖維形成。方案17一種容器，包括 由可模制材料形成并在其中形成空腔的內(nèi)殼； 由碳纖維形成在所述內(nèi)殼上的中間殼；和
由浸漬有陶瓷化材料的玻璃纖維形成的外殼，其中陶瓷化材料適合于當(dāng)與熱能接觸時(shí)形成環(huán)繞所述外殼的陶瓷層。方案18.如方案17的容器，其中陶瓷化材料包括聚合物、至少一種耐火礦物和熔劑。方案19. 一種容器，包括
由可模制材料形成并在其中形成空腔的中空內(nèi)殼；
第一殼；形成在所述第一殼和所述外殼之間的第二殼；和
形成在所述第一殼上并滲入形成所述第一殼的材料內(nèi)的陶瓷殼，所述陶瓷殼由浸漬在所述第一殼的材料內(nèi)的陶瓷化材料形成，其中當(dāng)與熱能接觸時(shí)所述陶瓷化材料形成所述陶ο方案20.如方案19的容器，其中陶瓷化材料包括聚合物、至少一種耐火礦物和熔劑。


當(dāng)結(jié)合參考附圖，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)將從以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中變得顯而易見(jiàn)。圖Ia為現(xiàn)有技術(shù)中已知的容器的部分截面立體圖Ib為圖Ia中由圓b強(qiáng)調(diào)的容器的不完整的橫截面放大視圖； 圖2為圖Ia的容器的橫截面端部正視圖； 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的容器的橫截面端部正視圖； 圖4為圖3中容器在接觸熱能之后的橫截面端部正視圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)和附圖描述和闡述了本發(fā)明的各種具體實(shí)施例。說(shuō)明書(shū)和附圖作用為使得本領(lǐng)域技術(shù)人員制造并使用本發(fā)明，且不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在所披露的方法方面，提出的步驟在本質(zhì)上是具體的，因此，這些步驟的順序不是必要或關(guān)鍵的。圖3和圖4說(shuō)明了中空壓力容器310，其具有內(nèi)殼312、中間殼314和外殼316。如圖la、Ib和2中說(shuō)明的容器10 —樣，容器310具有大致圓柱的形狀且適合于容納加壓流體 (未示出)?？梢岳斫?，容器310可以具有所需的任何形狀，且容器310可包括額外的層，如所需的屏障層、箔層、多孔滲透層等等，和共同擁有的申請(qǐng)?zhí)枮?1/847,007的美國(guó)專利申請(qǐng)以及申請(qǐng)?zhí)枮?1/956,863的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)的類似，其因此在這里以整體合并作為參考。加壓流體可以是任意流體，例如，氫氣和氧氣、液體、以及同時(shí)為液體和氣體。容器310的內(nèi)殼312是適合于儲(chǔ)存加壓流體的中空容器，如圖所示，內(nèi)殼312由一層聚合物材料形成，但是內(nèi)殼312也可按要求由多層形成。內(nèi)殼312可通過(guò)吹塑、擠出吹塑、 旋轉(zhuǎn)成型或任意其他合適的加工過(guò)程形成。在所示實(shí)施例中，內(nèi)殼312大致為圓柱形狀。然而，內(nèi)殼312可具有所需要的任意形狀。如同容器10 —樣，內(nèi)殼312的第一端(未示出)可容納至少一部分凸起部(未示出)。內(nèi)殼312可由塑料形成，如聚乙烯，對(duì)苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)，乙烯-乙烯醇，或乙烯醋酸乙烯酯共聚物。內(nèi)殼312也可由其他模制材料如金屬、 玻璃等等形成。容器310的中間殼314在內(nèi)殼312和外殼316之間布置內(nèi)殼312上。中間殼314 具有大致圓柱的形狀。如圖所示，中間殼314基本鄰接內(nèi)殼312。中間殼314可由任意可模制的材料形成，如金屬和塑料，例如，或中間殼314可由細(xì)絲纏繞工藝形成。如果中間殼314 通過(guò)細(xì)絲纏繞工藝形成，那么中間殼314可例如由碳纖維、玻璃纖維、復(fù)合纖維和具有樹(shù)脂涂料的纖維等等形成?？梢岳斫?，使用來(lái)形成中間殼314的材料可基于用來(lái)將中間殼314粘貼到內(nèi)殼312的工藝、容器310的使用以及待儲(chǔ)存在容器310內(nèi)的流體的性質(zhì)來(lái)選擇。容器310的外殼316布置在至少一部分中間殼314上。外殼316具有大致圓柱的形狀。如圖3和4所示，外殼316基本鄰接中間殼314。外殼316由浸漬有或以其他方式涂覆有陶瓷化材料322的玻璃纖維通過(guò)細(xì)絲纏繞工藝形成。由于陶瓷化材料322，外殼316 具有比典型容器的玻璃纖維外殼更大的厚度，如容器10的外殼16。外殼316也可浸漬有環(huán)氧樹(shù)脂以促進(jìn)外殼316與中間殼314的粘合?？梢岳斫猓鈿?16可由碳纖維、復(fù)合纖維、 具有樹(shù)脂涂層的纖維和其他任何適合于以細(xì)絲纏繞的材料形成。額外的陶瓷化材料322可通過(guò)噴涂工藝、涂覆在工藝、浸蘸工藝以及其他適合于將陶瓷化材料322填充到外殼316的纖維之間的空隙空間的工藝布置在外殼316的表面上。陶瓷化材料322是一種復(fù)合材料，其包括基體、至少一種耐火礦物和熔劑。陶瓷化材料322也可選擇性地包括功能添加劑。在圖3所示的實(shí)施例中，基體是一種聚合物材料， 如聚酯，丙烯腈酸酯，氯乙烯，聚烯烴，聚酰胺，上述材料的衍生物，上述材料的共混物，及上述材料的共聚物。基體也可以是橡膠，如三元乙丙橡膠(EPDM)。耐火礦物可以是陶瓷形成前體物或陶瓷的其中之一，如硅酸鹽礦物。硅酸鹽礦物可以是粘土或云母。熔劑可以是任意用來(lái)降低耐火材料的熔點(diǎn)的材料。熔劑可以是鉛、硼、鈉(soda)、鉀、鋰、鈣、鎂、鋇、鋅、鍶和包括上述任意材料的化合物，如二硅酸鉛。熔劑還可以是長(zhǎng)石，如鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石。功能性添加劑可以是阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、著色劑以及上述添加劑組合中的其中之一。在使用中，容器310連接到燃料電池動(dòng)力車輛?？梢岳斫?，容器310可連接到以任何方式驅(qū)動(dòng)的車輛。當(dāng)容器310在正常操作條件下并處于環(huán)境溫度時(shí)，容器310如上所述。 然而，當(dāng)容器310與具有從大約150攝氏度到大約300攝氏度的溫度的熱能接觸時(shí)，聚合物基體降解。當(dāng)聚合物基體降解時(shí)和容器310與溫度從大約300攝氏度到大約1000攝氏度的熱能接觸時(shí)，耐火礦物進(jìn)入液態(tài)相并形成多孔陶瓷殼324，稱為陶瓷化過(guò)程，如圖4所示。 陶瓷化涉及處于液態(tài)相的耐火礦物顆粒的粘結(jié)或熔合，以及耐火礦物顆粒的反應(yīng)燒結(jié)。耐火礦物這樣選擇以至于形成的陶瓷當(dāng)與具有溫度從大約750攝氏度到大約1000攝氏度的熱能接觸時(shí)不會(huì)發(fā)生收縮。耐火礦物的熔點(diǎn)通過(guò)熔劑材料降低以促進(jìn)陶瓷殼324的形成。 熔劑和耐火礦物，以及它們每種使用的量是基于它們每種的性質(zhì)選擇的，以確保液態(tài)相的耐火材料具有所需的粘度且在與溫度從大約300攝氏度到大約1000攝氏度的熱能接觸時(shí)不從外殼316中的空隙空間流走。由于容器310與熱能接觸的結(jié)果，陶瓷殼324圍繞外殼 316形成且陶瓷殼3 滲入外殼316中。陶瓷殼3 適合于最小化容器310的中間殼314 和內(nèi)殼312與熱能接觸。從前面的描述中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地確定本發(fā)明的本質(zhì)特征，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下，可以改變和改進(jìn)本發(fā)明以使其適用于不同的用途和條件。
權(quán)利要求
1.一種容器，包括由可模制材料形成并在其中形成空腔的內(nèi)殼； 形成在所述內(nèi)殼上的中間殼；和形成在所述中間殼上的外殼，所述外殼浸漬有陶瓷化材料。
2.如權(quán)利要求1的容器，其中陶瓷化材料適合于當(dāng)與熱能接觸時(shí)形成環(huán)繞所述外殼的陶瓷層。
3.如權(quán)利要求2的容器，其中熱能的范圍從大約300攝氏度到大約1000攝氏度。
4.如權(quán)利要求1的容器，其中陶瓷層滲入所述外殼。
5.如權(quán)利要求4的容器，其中陶瓷層將所述外殼粘合到所述中間殼。
6.如權(quán)利要求1的容器，其中陶瓷化材料包括聚合物、至少一種耐火礦物和熔劑。
7.如權(quán)利要求6的容器，其中陶瓷化材料進(jìn)一步包括功能性添加劑。
8.如權(quán)利要求7的容器，其中功能性添加劑是阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、著色劑以及上述添加劑組合中的其中之一。
9.一種容器，包括由可模制材料形成并在其中形成空腔的內(nèi)殼； 由碳纖維形成在所述內(nèi)殼上的中間殼；和由浸漬有陶瓷化材料的玻璃纖維形成的外殼，其中陶瓷化材料適合于當(dāng)與熱能接觸時(shí)形成環(huán)繞所述外殼的陶瓷層。
10.一種容器，包括由可模制材料形成并在其中形成空腔的中空內(nèi)殼；第一殼；形成在所述第一殼和所述外殼之間的第二殼；和形成在所述第一殼上并滲入形成所述第一殼的材料內(nèi)的陶瓷殼，所述陶瓷殼由浸漬在所述第一殼的材料內(nèi)的陶瓷化材料形成，其中當(dāng)與熱能接觸時(shí)所述陶瓷化材料形成所述陶ο
全文摘要
本發(fā)明涉及具有改善熱阻的陶瓷化聚合物的壓力容器。本發(fā)明公開(kāi)了一種盛放加壓流體的容器，該容器具有由可模制材料形成的中空內(nèi)殼，其中形成有空腔，在內(nèi)部容器殼上形成的中間殼，和在所述中間殼上形成的外殼，所述外殼具有形成在其外表面的陶瓷層。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102163727SQ20111004051
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者A.弗勒利希, M.布呂格爾曼, M.林德納, P.布羅伊爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司