用于制造器皿和雙壁罐的方法技術

本發明專利技術提供了一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿的方法，所述方法包括：提供兩個纖維增強聚合物結構，使得當FRP結構彼此聯接時限定內部容積，這些FRP結構被塑形為具有被配置成彼此相匹配的互補聯接界面；將FRP結構彼此聯接，使得限定內部容積；以及在將FRP結構彼此聯接之后將這些FRP結構緊固。結構彼此聯接之后將這些FRP結構緊固。結構彼此聯接之后將這些FRP結構緊固。

【技術實現步驟摘要】
用于制造器皿和雙壁罐的方法


[0001]本專利技術屬于流體儲存系統和其制造方法的領域。具體地，本專利技術涉及一種借助于整合在之后被組裝和裝備在一起的部件來制造器皿的方法。
[0002]更具體地，本專利技術涉及一種用于制造雙壁罐的方法，該雙壁罐在內器皿與雙壁罐的外壁之間設置有隔熱件，該內器皿在低溫條件下容納比如液態氫等流體。

技術介紹

[0003]由于環境原因，必須不斷地面臨減少化石燃料的使用的挑戰。在這種場景下，基于可再生能源生產的綠氫是高效能源供應的合理候選者。綠氫的高能量密度使其成為飛行器應用的新興替代燃料。
[0004]特別地，氫對于高空飛行器來說是有吸引力的燃料，因為與傳統的烴燃料相比，氫包含每磅約2.8倍的能量。因此，在飛行器應用中，氫的所述高比能可能是關鍵的實現因素。然而，實際考慮已極大地妨礙了其使用。雖然氫的比能非常高，但每單位體積的能量相對低。相對于氣態形式，液態氫提高其能量密度，同時由于在液體狀態下的較低壓力而允許降低將氫封閉在內所需的罐的質量。與氣態氫在88K和700巴下具有40g/l的密度相比，液態氫在20K和1巴壓力下具有70g/l的密度。只有經低溫壓縮的氫才具有更高密度，在38K和300巴下的值為80g/l。根據這些參數，液化低溫形式允許在低壓下進行高效儲存，并且是長飛行持續時間的飛行器的可行選項。
[0005]在這方面，LH2低溫罐是未來幾代的重型運載火箭、太空探索結構和新綠色飛行器的結構的關鍵部件之一。在飛行器中，最大的挑戰在于開發氫儲存系統，因為需要在結合最長的休眠時間要求的情況下降低重量從而產生良好的隔絕和滲透性質。關鍵挑戰中的一些挑戰是幾何結構、溫度、壓力、滲透、隔熱和氫脆、真空嚴密性、系統在罐內部的整合和罐在飛行器結構中的整合。
[0006]為了利用氫的高比能，相關聯的罐應優選地輕量并且使罐隔絕的方法必須處理若干類型的熱傳遞：通過固體的傳導、通過氣體的傳導和約定、和輻射。一些實現高性能隔絕的方法依賴于真空以幾乎消除傳導和對流氣體熱傳遞。
[0007]考慮到前述條件，由行業開發的當前在用的解決方案由包括比如以下各項的結構和元件的罐構成：
[0008]?
雙壁罐，這些雙壁罐包括外護套和內金屬壓力器皿。這些器皿通常由鋁或鋼制成，并且是所使用的最常規的罐之一，主要因為它們是經濟且可靠的。然而，它們也是用于封閉低溫壓縮氫的最重類型的罐。
[0009]?
具有復合增強外包件的金屬壓力器皿/內襯。金屬和復合材料分擔結構載荷。制造成本相對于先前的替代性方案降低，而且重量顯著降低。

技術實現思路

[0010]本專利技術通過根據權利要求1所述的一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿
的方法以及根據權利要求9所述的一種用于制造雙壁罐的方法來提供針對前述問題的解決方案。在從屬權利要求中限定了本專利技術的優選實施例。
[0011]在第一專利技術方面中，本專利技術提供了一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿的方法，所述方法包括：
[0012]a)提供至少兩個內纖維增強聚合物(FRP)結構，使得當這些內FRP結構彼此聯接時限定內部容積，這些內FRP結構被塑形為具有被配置成彼此相匹配的互補聯接界面；
[0013]b)將內FRP結構彼此聯接；
[0014]c)提供至少兩個外FRP結構，使得當這些外FRP結構彼此聯接時限定護套，這些外FRP結構被塑形為具有被配置成彼此相匹配的互補聯接界面，所述護套的大小被確定成包圍內FRP結構，從而在這些內FRP結構根據步驟b)已聯接之后在這些內FRP結構的外表面上接觸這些內FRP結構；
[0015]d)將外FRP結構彼此聯接，從而包圍內FRP結構，使得內FRP結構的相對位置由此鎖定；以及
[0016]e)在將外FRP結構彼此聯接之后將這些外FRP結構緊固。
[0017]貫穿整個文件，“預浸料”應被理解為是由“預浸漬的”纖維以及部分固化的聚合物基體(比如環氧樹脂或酚醛樹脂)制成的復合材料。基體用于將纖維結合在一起。固化工藝誘發化學反應，這些化學反應在聚合物鏈之間產生廣泛交聯以產生不熔化且不溶解的聚合物網格結構。在足夠高的溫度下進行交聯期間，材料從液體經由凝膠轉變成玻璃狀固體。
[0018]貫穿本文件提到的鋪疊技術(即，自動鋪帶(ATL)或自動纖維鋪放(AFP)，這兩種工藝在功能上是類似的)包括應用浸漬有樹脂的纖維材料(所謂的“預浸料”)。
[0019]然而，每種工藝以不同方式來使用以實現特定結構構造目標以在需要之處提供強度或硬度。特別地，一種或另一種工藝的使用主要取決于要制造的零件的幾何結構復雜度，其中，AFP允許較高的曲率。
[0020]“工藝裝備”應被理解為所使用的并且有助于優化FRP結構或復合材料的制造工藝操作的性能的成套儀器和工具。“工藝裝備”的示例包括：
[0021]?
模具；
[0022]?
真空袋；
[0023]?
隔板(caul plate)；
[0024]?
加熱設備。
[0025]通常，將多個復合片層或帶彼此上下地鋪疊在模具上，從而產生片層堆疊體。在這方面，“片層”應被理解為要鋪在制件上的單個連續復合材料區，其中，同一層中的兩個片層通常不重疊。片層的鋪疊形成被稱為“層壓件”或整個“預制件”的堆疊體。模具、芯軸或陽模應被視為用于在模具上制造物品的塑形表面，使得該物品至少在其與模具接觸的面上獲取模具的形狀。
[0026]另外，纖維材料增強件可以是玻璃(針對玻璃纖維增強聚合物“GRFP”)、碳(針對碳纖維增強聚合物“CRFP”)、聚合物纖維或用作增強件的任何其他常規材料。在這些材料當中，碳是優選的。
[0027]另一方面，成型步驟(所謂的“預成型”)可以通過兩種不同的技術來進行，即，熱成型或壓制成型。簡要地，熱成型使用膜和熱，而壓制成型使用按壓和力。
[0028]因此，可以使用制造工藝的多個組合(即，與工具選項相關)。
[0029]氫脆是一種氫損害形式，其源于由于以液體狀態保持氫的低溫溫度范圍而使原子氫擴散到某些類型的金屬中。在存在氫的情況下，金屬材料失去其韌性性質且變得容易脆性斷裂。裂紋的起始和擴展可能發生在部件內部和表面上。
[0030]在步驟a)中提供的FRP結構可以以限定旨在封閉流體的內部容積的方式進行組裝(即，彼此聯接)。在這個意義上來說，應理解，FRP結構具備互補幾何結構或形狀，使得這些FRP結構可以根據步驟b)借助于聯接界面彼此聯接，在實施例中，該聯接界面可以是外形被確定成彼此相匹配的FRP結構的輪廓和界限。
[0031]進而，在步驟c)中提供的外FRP結構在內FRP結構上閉合為第二表皮或護套。即，一旦聯接，外FRP結構就通過對應界面(即，內FRP結構(關于內容積)的外表面和外FRP結構的內表面)與內FRP結構接觸。以這種方式，外FRP結構有助于將內FRP結構固持在一起，由此鎖定內FRP結構的相對位置，同時還增加器皿的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿(10)的方法，所述方法包括：a)提供至少兩個內纖維增強聚合物(FRP)結構(11，12)，使得當所述內FRP結構(11，12)彼此聯接時限定內部容積，這些內FRP結構被塑形為具有被配置成彼此相匹配的互補聯接界面(11.1，12.1)；b)將這些內FRP結構(11，12)彼此聯接；c)提供至少兩個外(110，120)FRP結構，使得當這些外FRP結構(110，120)彼此聯接時限定護套，這些外FRP結構被塑形為具有被配置成彼此相匹配的互補聯接界面(110.1，120.1)，所述護套的大小被確定成包圍這些內FRP結構(11，12)，從而在這些內FRP結構根據步驟b)已聯接之后在這些內FRP結構的外表面上接觸這些內FRP結構；d)將這些外FRP結構(110，120)彼此聯接，從而包圍這些內FRP結構(11，12)，使得這些內FRP結構(11，12)的相對位置由此鎖定；以及e)在將這些外FRP結構(110，120)彼此聯接之后將這些外FRP結構緊固。2.根據前述權利要求中任一項所述的方法，該方法進一步包括至少在限定于內FRP結構(11，12)之間的接合部的一部分上設置第一接合型材(14)。3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，該方法進一步包括至少在限定于這些外FRP結構(110，120)之間的接合部的一部分上的第二接合型材。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，這些內FRP結構(11，12)和/或這些外FRP結構(110，120)包括設置在對應聯接界面(11.1，12.1；110.1，120.1)上的互補聯接裝置；當分別地根據步驟b)將這些內FRP結構(11，12)聯接和/或根據步驟e)將這些外FRP結構(110，120)緊固時，所述互補聯接裝置被配置為彼此互鎖。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟a)中提供的這些內FRP結構(11，12)中的至少一個包括至少一個隔板和/或壁型元件(13)，該至少一個隔板和/或壁型元件從所述FRP結構(11，12)的表面朝向在根據步驟b)將這些內FRP結構(11，12)彼此聯接時限定的該內部容積突出。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟c)中提供的這些外FRP結構(110，120)是部分固化的；并且其中，步驟e)包括在所述外FRP結構(110，120)已根據步驟d)彼此聯接之后，在真空下應用固化周期以固化這些外FRP結構。7.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，這些內FRP結構(11，12)和這些外FRP結構(110，120)是部分固化的；并且其中，步驟e)進一步包括在所述內FRP結構(11，12)已根據步驟b)聯接且所述外FRP結構(110，120)已根據步驟d)聯接之后，在真空下應用固化周期以固化這些內FRP結構和這些外FRP結構。8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，聯接這些外FRP結構(110，120)，使得限定于這些外FRP結構之間的接合線與限定于這些內FRP結構(11，12)之間...

【專利技術屬性】
技術研發人員：瑪蒂爾德，
申請(專利權)人：空中客車西班牙有限責任公司，
類型：發明
國別省市：