专利名称：氢燃料罐的制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种氢燃料罐的制造方法，特别是有关一种利用电磁脉冲成形(electromagnetic pulse forming)的方式密封氢燃料罐的方法。
背景技术：
燃料电池是利用氢气与氧气结合产生水而使化学能转换成电能，其中所需的氧气可直接取自于空气，但可携式燃料电池所需的氢气则通常需要由装有纯氢的氢燃料罐来供给。
图1A为习知氢燃料罐的部份剖面图，如图1A所示，习知的氢燃料罐10具有一中空圆柱11及一金属顶盖12，中空圆柱11具有一开口端113及一封闭端111，在封闭端11具有一凸出部112，用于设置一安全阀14；而金属顶盖12用于密封中空圆柱11的开口端113，使中空圆柱11形成一中空的密封腔体。金属顶盖12也具有一凸出部121，用于设置一通气阀13，使氢燃料罐10可简单插拔使用。
一般金属钢瓶的结合方法通常是以焊接的方式实施，但用于可携式燃料电池的氢燃料罐，为满足轻量化、高强度的要求，其所采用的材质以铝合金为主。图1B为氢燃料罐金属顶盖的焊道示意图，如图1A及图1B所示，在焊接时需先将金属顶盖12放入中空圆柱11中，在中空圆柱11的开口端113处具有一凸缘114，用于支撑金属顶盖12。因为铝合金的熔点温度较低、不易焊接，且焊接时在焊道15内易产生气泡或是包覆氧化物的缺陷151，使氢燃料罐10的结构强度大幅下降，当在氢燃料罐10内充入加压的氢气时，氢气会很容易泄漏而发生危险。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种简单且安全的氢燃料罐制造方法，使氢燃料罐在进行密封作业时，其加工时间短，且不会产生高热，使内部储氢合金变质，而影响氢燃料罐的品质。
为达成上述目的，本发明提供一种氢燃料罐的制造方法，包括下列步骤提供一金属锭，以金属锭形成一具有开口的中空圆柱，在中空圆柱内填充一储氢合金，再以电磁脉冲成形将一金属顶盖固定密封于中空圆柱的开口端。
在一较佳实施例中，中空圆柱是以挤出成形，并经热处理而形成；在中空圆柱的开口端形成一凸缘，当进行电磁脉冲成形时，可承载金属项盖。
在一较佳实施例中，中空圆柱的封闭端中央形成一第一通孔，以设置一安全阀，且在金属顶盖的中央形成一第二通孔，以设置一通气阀。
在一较佳实施例中，中空圆柱及金属顶盖的材质为铝合金。
在一较佳实施例中，储氢合金为镁镍合金、镧镍合金或是铁钛合金其中之一。
在一较佳实施例中，金属顶盖的侧面具有一倾斜角度，使中空圆柱的开口端于电磁脉冲成形内缩后，并贴合于金属顶盖的侧面。
又，在金属顶盖的侧面上形成复数个环形凹槽，并在金属顶盖与中空圆柱间及金属顶盖的环形凹槽内填充一粘合剂，以防止该氢燃料罐内的气体外泄。
又，该粘合剂以环氧树脂是较佳的。
利用上述氢燃料罐的制造方法，即可简单且安全的对氢燃料罐进行密封作业，其一方面不会产生焊接时的高热，而使内部储氢合金变质，或造成强度不足的问题，影响氢燃料罐的品质；另一方面其加工时间短，制造成本较低，所以非常适合量产制造的要求。
图1A为习知氢燃料罐的部份剖面图。
图1B为习知氢燃料罐金属顶盖焊接的示意图。
图2为本发明氢燃料罐制造方法的流程图。
图3为本发明氢燃料罐的剖面图。
图4A为本发明氢燃料罐实施电磁脉冲成形时的示意图。
图4B为本发明氢燃料罐成形后的示意图。
10 习知的氢燃料罐11 中空圆柱111 封闭端112 凸出部113 开口端114 凸缘12 金属顶盖 121 凸出部13 通气阀14 安全阀15 焊道 151 缺陷20 氢燃料罐 21 中空圆柱211 封闭端212 凸出部2121 通孔 213 开口端2131 凸缘 22 金属顶盖221 凸出部2211 通孔222 侧面 2221 环形凹槽23 通气阀231 阀件232 过滤器24 安全阀25 把手 261 气体收集管262 分隔盘263 储氢合金264 隔板 27 粘合剂30 线圈 31 外部电流
32感应电流A 放大区域具体实施方式
图2为本发明氢燃料罐制造方法的流程图。首先，在S201步骤中，提供一金属锭，以金属锭挤出成形出一端为开口的中空圆柱，并进行热处理；在S202步骤中，在中空圆柱的开口端以切削加工形成一凸缘；在S203步骤中，在中空圆柱的封闭端中央形成一第一通孔，并于第一通孔内攻螺牙，以安装一安全阀；接着在S204步骤中，在中空圆柱内填充储氢合金，以增加该氢燃料罐的储氢量。接着在S205步骤中，提供一金属顶盖，其外径小于中空圆柱的内径，并在金属顶盖的侧面切削出一倾角；在S206步骤中，在金属顶盖的中央形成一第二通孔，也于第二通孔内攻螺牙，以安装一通气阀；在S207步骤中，在金属顶盖的侧面上形成数个环形凹槽；在S208步骤中，在进行密封作业前，先在中空圆柱的开口端内缘及金属顶盖的环形凹槽内填充环氧树脂，在S209步骤中，再将金属顶盖放置于中空圆柱开口端的凸缘上；在S210步骤中，接着再以电磁脉冲成形(electromagnetic pulse forming)的方式将金属顶盖固定于中空圆柱的开口端；在S211步骤中，再将一安全阀安装于第一通孔，在S212步骤中，将一通气阀安装于第二通孔，最后S213步骤，即完成氢燃料罐的制造。
由上述方法所制造而得的氢燃料罐如图3所示，请参考图3，图3为本发明氢燃料罐的剖面图，其包括一中空圆柱21、一金属顶盖22、一通气阀23、一安全阀24及一方便握持的把手25，并在中空圆柱21中设置有储氢合金263及其承载结构。
如图3所示，中空圆柱21具有一封闭端211及一开口端213，在封闭端211的中央具有一凸出部212及一通孔2121，在此通孔2121内及凸出部212外缘均攻有螺牙，可分别安装安全阀24及把手25；此安全阀24具有一预设的压力安全值，当氢燃料罐20内部的氢气压力太大时，可将内部氢气导出，避免发生危险。
在中空圆柱21的内部设置有一隔板264、数个分隔盘262及一气体收集管261，隔板264及分隔盘262用于将储氢合金263分隔为数个区域，使储氢合金263不易因摇晃而破碎或是堆积在一起，而气体收集管261提供底部储氢合金263所产生的氢气一个传送管道。此外，储氢合金263是用来增加氢燃料罐20的储氢量，一般以镧镍合金、铁钛合金及镁镍合金为主，其中以铁钛合金较适合于可携式燃料电池的氢燃料罐20使用。
如图3所示，在中空圆柱21的开口端213以一金属顶盖22密封，金属顶盖22也具有一凸出部221及一通孔2211，在通孔2211内也攻有螺牙，以安装一通气阀23，在通气阀23内设置有一阀件231及一过滤器232，当阀件231被向后顶时，氢燃料罐20内储存的氢体就会泄出，提供燃料电池使用，而过滤器232则可防止氢燃料罐中的合金粉末逸出，造成外部设备的损坏。
由于氢燃料罐20的中空圆柱21及金属顶盖22的材质为铝合金，铝合金的熔点温度高，不易焊接且易产生缺陷，故本发明的制造方法是以电磁脉冲成形的方式，使中空圆柱21及金属顶盖22能快速结合，而且具有足够的强度。图4A为氢燃料罐实施电磁脉冲成形时的示意图，中空圆柱21的开口端213具有一凸缘2131，用于承接金属顶盖22，金属顶盖22的侧面222与开口端213管壁形成一倾斜角度，且在侧面222上具有数条环形凹槽2221，可用于安装防漏用的○形环或是填充粘合剂。以此实施例为例，在进行电磁脉冲成形前，在金属顶盖22与中空圆柱21开口端213之间及环形凹槽2221内填充粘合剂27，以防止氢气外泄，而此粘合剂27以环氧树脂较佳。
如图4S所示，当进行电磁脉冲成形时，电磁脉冲成形机的线圈30可在数毫秒之内产生数千安培的外部电流31，其线圈电流方向为垂直向上；在中空圆柱21的开口端213也会感应产生对抗的感应电流32，其方向也为向上。因为线圈30的外部电流31及开口端213的感应电流32分别会产生强大的互斥磁场，所以中空圆柱21开口端213的管壁会被一极大的作用力向内推挤，并贴合于金属顶盖22的侧面222上，使开口端213与金属顶盖22紧密结合。如图4B所示，氢燃料罐成形后，填充在金属顶盖22与开口端213之间的多余粘合剂27′会被挤出，而在环形凹槽2221内的粘合剂27会固化，以确保氢燃料罐内的氢气不会外泄出来。
此外，在本发明氢燃料罐的制造方法中，氢燃料罐的封闭端211也可用如开口端213与金属顶盖22的结合方法实施，以电磁脉冲成形将一直径略小于中空圆柱的金属底座结合于两端开口的中空圆柱的任一端，再进行上述实施例的步骤，也制造出本发明实施例中的氢燃料罐。
利用上述氢燃料罐20的制造方法，即可简单且安全的对氢燃料罐20进行密封作业，其一方面不会产生焊接时的高热，而使内部储氢合金263变质，或造成强度不足的问题，影响氢燃料罐20的品质；另一方面其加工时间短，制造成本较低，所以非常适合量产制造的要求。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定为准。
权利要求
1.一种氢燃料罐的制造方法，其特征在于包括下列步骤提供一中空圆柱，该中空圆柱具有一封闭端及一开口端；在该中空圆柱内填充一储氢合金，以增加该氢燃料罐的储氢量；提供一顶盖，该金属顶盖具有一侧面，且该金属顶盖的外径小于该中空圆柱的内径；以及以电磁脉冲成形将该金属顶盖固定于该中空圆柱的该开口端。
2.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于该中空圆柱是以一金属锭挤出成形，并经热处理而形成。
3.如权利要求2所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于该中空圆柱及该顶盖的材质为铝合金。
4.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于该储氢合金为镧镍合金。
5.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于该储氢合金为铁钛合金。
6.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于该储氢合金为镁镍合金。
7.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步骤在该中空圆柱的该开口端形成一凸缘，当进行电磁脉冲成形时，用于承载该金属顶盖。
8.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步骤于该中空圆柱的该封闭端中央形成一第一通孔，以设置一安全阀。
9.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步骤于该金属顶盖的中央形成一第二通孔，以设置一通气阀。
10.如权利要求1所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于该金属顶盖的该侧面具有一倾斜角度，使该中空圆柱的该开口端于电磁脉冲成形内缩后，贴合于该金属顶盖的该侧面。
11.如权利要求10所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于更包括下列步骤在该金属顶盖的该侧面上形成复数个环形凹槽，在该金属顶盖与该中空圆柱间及该金属顶盖的该等环形凹槽内填充一粘合剂或○型环，以防止该氢燃料罐内的气体外泄。
12.如权利要求11所述的氢燃料罐的制造方法，其特征在于该粘合剂为环氧树脂。
全文摘要
一种氢燃料罐的制造方法，包括下列步骤一铝锭以挤出成形的方式形成一具有开口的中空圆柱，在此中空圆柱内填充储氢合金以增加储氢量，再以电磁脉冲成形(electromagnetic pulse forming)的方式将一金属顶盖设置于中空圆柱的开口端，使氢燃料罐能完全密封，且具有足够的机械强度。
文档编号B21D26/00GK1506175SQ0215551
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月9日 优先权日2002年12月9日
发明者杨源生, 徐耀升 申请人:亚太燃料电池科技股份有限公司