專利名稱：高壓流體安全閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及高壓下的流體儲存。其特別但不僅僅適用于道路車輛、例如裝有燃料
電池的車輛中的氣態氫的儲存和/或氣態氧的儲存。
背景技術：
在該領域中，儲存氣體的壓力通常為300巴(bar)。專利申請EP 1 591704描述了 這樣一種車輛及其安全排放系統。當著火或者儲罐的內部壓力異常增加時，該系統允許使 用數個安全閥對加壓氣罐進行排氣，所述安全閥中的一些對車輛的溫度升高敏感并且另一 些安全閥對內部氣體過壓敏感。所有閥均與車輛特有的雙層底板內配置的排放管路相通， 于是將被釋放的氫氣導向位于車輛頂后部的排出孔。因此，在所述文件EP 1 591 704中， 通過數個不同閥的聯合操作提供消除車輛儲罐爆炸的危險的安全性。
發明內容
本發明的一個目的在于提供一種至少相當而成本明顯更低的安全水平。
本發明的另一個目的在于使車輛更易于設計、組裝和維修。 本發明提出一種用于高壓下的流體管路的安全閥，所述閥包括本體、活塞、可熱變 形元件，所述活塞能夠相對于本體在關閉位置和排放位置之間移動，所述可熱變形元件在 高于和超過排放溫度時動作，以導致活塞從關閉位置移動到排放位置，從而使所述管路與 排出管道連通，活塞通過流體壓力壓靠在本體的支座上，可熱變形元件抵抗流體的壓力動 作，以將活塞提升離開所述支座而從關閉位置移動到排放位置，所述閥還包括過壓釋放裝 置，該過壓釋放裝置對流體的壓力敏感，并且被構造成當所述管路的壓力達到觸發(或泄 放)壓力時使所述管路與所述排出管道連通。
可熱變形元件優選為形狀記憶片。 優選地，過壓釋放裝置由膜片構成，該膜片被構造成在觸發壓力下屈服，以便朝向 排出管道打開過壓通道。 優選地，活塞被固定到承受所述可熱變形元件的作用(或動作)的莖部上。 優選地，膜片位于活塞上，過壓通道包括形成于活塞的莖部中的孔。 根據第一替代形式，過壓通道包括形成于所述莖部中的盲孔，膜片由表層形成，其
一個面相當于孔的端壁，膜片的另一個面相當于活塞承受流體壓力的表面。 根據第二替代形式，膜片由附接到活塞上的部件構成。 優選地，排出管道包括緊固地保持在本體的第一臺肩和螺紋連接到本體上的夾緊 環之間的班卓琴式(banjo)連接件。或者，通過作為整體件并且能夠被螺紋連接到管路上 的本體，班卓琴式連接件被緊固地保持在管路和本體的第二臺肩之間。 優選地，活塞還通過彈簧的作用被穩固地壓靠在支座上。再優選地，彈簧在本體和 活塞的莖部之間動作。 優選地，本體、活塞、支座、活塞的莖部和膜片均具有呈現出圍繞公共軸線旋轉對稱的總體形狀。
本發明的其他特征和優點將從一些優選實施例的說明中變得顯而易見。附圖分別 示出了 -圖1 :通過本發明第一實施例的閥的軸向截面；-圖2 :通過圖1的閥的軸向截面，其中活塞處于打開位置； _圖3 :圖1的閥的活塞的上部的放大軸向截面(細節B);-圖4 :示出了跟隨內部過壓的圖1的閥的膜片、類似于圖3的視圖； _圖5 :圖1的閥的軸向局部剖面的透視圖；-圖6 :通過本發明第二實施例的閥的軸向截面； _圖7 :圖6的細節B的放大視圖，示出了附接的膜片；-圖8 :根據本發明第三實施例的閥的軸向截面；-圖9 :裝備有本發明的安全閥的車輛的四分之三后部示意圖。 在不同的附圖中，相同或類似的元件具有相同的附圖標記，并且不再系統地描述。
具體實施例方式
參見圖l，其為通過與用于在壓力下儲存氣體的管路(或通路)C相連的安全閥1 的軸向截面。所述管路將閥與一個、或者優選多個儲罐R相連。閥l當然可以直接與儲罐 相連。閥的本體2為呈現出圍繞軸線A旋轉對稱的部件，并且還包括鉆孔和螺紋。在其與 管路C相連的端部處，閥的本體具有能夠與管路的帶螺紋外殼10配合的螺紋9。沿著其軸 線A，本體具有支座7，該支座具有設計成容納活塞3的錐形支承面，所述活塞同樣是錐形 的。活塞能夠相對于閥的本體在關閉位置和排放位置之間軸向移動(通過比較圖1和圖2 可清楚地看出)。0形密封件8確保在關閉位置中活塞在錐形座上的理想密封。活塞通過氣 體的壓力穩固地壓靠在支座上。支承或支靠在外殼10的臺肩上的預加載彈簧6在與氣體 壓力相同的方向上作用在活塞上，也就是說，彈簧也傾向于將閥保持在關閉位置。在其另一 個端部處，即用于經受溫度變化的端部處，閥包括可熱變形元件，在該例子中為形狀記憶片 5，其通過作用在活塞的莖部18上的推桿4的作用導致閥打開。如文件EP 1 591 704中所 解釋，形狀記憶片5對環境溫度敏感，也就是說，當其溫度超過給定的排放值(例如，80°C ) 時，形狀記憶片呈現更拱曲的形狀，從而導致活塞3離開其支座7，如可以在圖2中看到的那 樣。如上所述，抵抗或逆著由儲罐的內部壓力、例如300巴所產生的力實現該打開運動。形 狀記憶片的變形是穩定的，也就是說，是不可逆的(至少在熱力學上)。在其排放位置，活塞 經由排放管道17(圍繞莖部18設置)將氣體壓力釋放到排出管道16中。本體2中的徑向 鉆孔11將排放管道與排出管道16連通。 該操作允許閥針對超過排放溫度的溫度增加、例如由于在車輛下面或附近著火提 供防爆功能。 根據本發明的閥還提供針對管路內部的過壓的過壓保護，這還與過壓的來源無 關。為此，活塞3的莖部18是中空的，并且膜片22形成于活塞的表面處。如可以從詳細示 出活塞的該部分的圖3中清楚地看出，此處膜片為一表層，其一個面(圖中的底面)相當于形成于莖部中的孔181的端壁，并且另一個面(圖中的頂面)相應于活塞的水平表面，所 述表面永久地承受氣體的壓力。當管路的內部壓力(P)達到臨界值(以下簡稱為"觸發壓 力")時，膜片22確定地屈服，變得分離(如圖4中所示)或者撕開，以將氣體釋放到莖部 18中，并且通過將莖部的內部與排放管道17連通的徑向鉆孔13。該過壓釋放裝置甚至在 其它語言中通常以其英文名稱"爆裂盤"或者"破裂盤"而公知。例如，在活塞由斷裂強度 為550MPa左右的不銹鋼制成時，厚度為0. 05毫米并且直徑為2毫米的膜片限定出350巴 左右的觸發壓力。圖4示出了膜片已經被完全分離的情況，但是也可優選地使膜片保持部 分地附著到活塞上。 圖5是圖1至圖4的閥的透視剖開圖(處于圖1的關閉位置)。該視圖清楚地示 出排出管道16通過通常被稱為"班卓琴式連接器"的連接器20與閥相連。此處使用班卓 琴式連接器20的有利之處在于可以相對于閥的本體2任意定向排出管道16。因此，一旦閥 的本體已經被螺紋連接到管路中并且平坦墊圈14已經被夾緊以便進行密封，則班卓琴式 連接器被定位用于排出管道16的所需方向上。班卓琴式連接器則通過夾緊環19抵靠本體 緊固，具體地說，抵靠本體的第一臺肩27緊固。夾緊環19被旋擰到圍繞閥本體的下部的螺 紋上。于是，排出管道16被導向將排出氣體的選定位置處，例如，如在申請EP 1591704中 所推薦(參見所述文件的圖l)，被導向車輛的頂后部處。可以使用雙出口班卓琴式連接器， 以便可以沿同一個排出管道16互連若干個閥。 在夾緊環19下面螺紋連接的基座12將形狀記憶片5保持在適當的位置上，并且 優選具有下壁15，該下壁被穿孔，以便車輛的底板21 (圖1和圖2中以虛線示出)下面的環 境溫度被快速地傳遞至形狀記憶片。 如可以在這些附圖中清楚地看到的那樣，推桿4為相對于莖部18附接的部件的事 實允許例如通過去除材料或者鍛造形成孔181以及從而形成膜片22。可以理解，用于獲得 孔181和鉆孔13的其他技術(例如，利用失模鑄造)可能產生用于同等功能的不同結構。
圖6示出了本發明的安全閥的第二實施例。其與第一實施例(圖1至圖5)的不 同之處在于，膜片22附接到活塞3上而不是直接形成于其上表面中。過壓釋放裝置的工作 方式與第一實施例相同，但是因為膜片具有更大的表面積，所以其厚度也可以更大，從而使 得其更易于獲得。另外，因為膜片被附接，所以莖部18內的孔181可以通向莖部的頂部而 非底部，其可以省去如第一實施例的推桿4的閉合件。該第二實施例與第一實施例的不同 之處還在于預加載彈簧61被置于閥的底部處。其在本體2和固定到活塞的莖部上的止動 元件(彈性擋圈或簧環62)之間動作。除了其他優點之外，這可以在彈簧沒有頂出閥的傾 向的情況下從管路C中除去閥。恰恰相反，在拆卸期間不存在丟失或者破壞任何一個或其 他部件的風險的情況下，本體、彈簧和活塞保持連接在一起。另外，閥可以與更多種類的管 路或儲罐(不同形狀或材料)相連，因為不再需要如前面的實施例那樣的連接件來提供彈 簧可以支承在其上的臺肩。 圖7以更大的比例示出了圖6的細節B。其示出了附接到活塞3上的膜片22。其 還示出了按如下方式定位以阻擋可能與膜片分離的塊片(如果超過觸發壓力)并且阻塞氣 體通向活塞的莖部的內部181的通道的柵板23。附接的膜片22優選以不漏流體或液密方 式(例如，通過電子束焊接)固定到活塞上。 圖8示出了本發明的第三實施例。該實施例重復了第二實施例(圖6)的具體特征，即附接的膜片和位于閥下部的彈簧的原理。圖8的實施例還在以下方面區別于前面兩 個實施例，即本體2不是直接、而是僅僅通過階梯狀卡圈25支靠在密封件14上。該環形的 卡圈能夠沿本體2滑動，以允許在不需要移動班卓琴式連接器20的情況下軸向地抽出閥的 本體。因為現在可以沿相同方向(圖中向下)將閥從外殼10、密封件14和班卓琴式連接 器20中抽出，閥的底部部件也可以被制造成一個整體件而不是兩個螺紋連接在一起的部 件(參見圖6中的本體2和夾緊環19)。班卓琴式連接器20現在通過閥本體的第二臺肩 (28)被緊固地保持。可以使用針銷扳手(參見本體中的凹槽30)將閥夾緊在管路上。0形 密封件26在卡圈25和本體2之間提供密封。 圖8示出了獨立于班卓琴式連接器20的階梯狀卡圈25。然而，可以理解，可通過 專門改造過的班卓琴式連接器實現卡圈25的定中心和密封功能，從而使得所述卡圈變得 多余。 在所有附圖中，基座12和本體2或夾緊環19之間的連接被示出為螺紋連接。為 了更迅速地接近形狀記憶片5，也可以采用其它類型的連接(例如卡口接頭)。
圖9(局部地)示出了裝備有本發明的安全閥的車輛。該實例清楚地示出了多個 儲罐R，所述儲罐相互連接在一起并且通過管路C與兩個安全閥l相連。排出管道通過管 線35與外部連通，該管線35朝向位于車輛頂后部的排出孔40穿過車體延伸。可以理解， 根據發明的一個閥和一個單一管線可能便已足夠。然而，在同一管路上提供兩個閥和兩個 獨立的排出管道則確實擴展了對外部溫度的敏感性，并且還產生了進一步提升安全性的冗 余度。實際上，如果一個管線被阻塞，則管路仍然可以使用另一管線進行排放。另外，如果 (如上所述)來自兩個閥的排出管道通過一管線(此處未示出)彼此相連，則左側的閥將能 夠通過右側的管線排放，反之亦然。 構成本發明的安全閥的部件在大多數情況下具有呈現出旋轉對稱的總體形狀。因 此，制造各部件和組裝所述部件是相對簡和因此廉價的工藝。 以上已經參考在車輛中的使用描述了根據本發明的安全閥，但是，當然，其也可以 用于其他氣體儲存以及液體儲存管路中，例如，用于固定儲存設備或者轉換或生產單元中。 特別是，無論如何，其形狀呈現出旋轉對稱性并且其排出管道可以任意定向的事實允許閥 被安裝在任何位置和任何方向上。 可熱變形元件(5)也可以例如通過脫開閂鎖件釋放彈簧的作用導致活塞間接地 從關閉位置移動到排放位置，而不是直接地將活塞從其座上提升。 在此處所示出的構造中，隨著熱源的排放，所需做的是僅僅為替換形狀記憶片，或 者甚至通過機械方式使形狀記憶片返回其原始形狀，以便使閥變得可再次操作。然而，在某 些特定應用中，為了安全的原因，可能希望隨著熱源的排放使管路確定地報廢。為此，對于 活塞的打開運動，可以使膜片朝向確定地剌破該膜片的尖頭件移動，在此情況下，恢復至正 常的熱狀態并且替換形狀記憶片將不再足以允許管路被重新加壓。
權利要求
一種用于高壓(P)下的流體管路(C)的安全閥(1)，所述閥包括本體(2)、活塞(3)、可熱變形元件(5)，所述活塞(3)能夠相對于所述本體在關閉位置和排放位置之間移動，所述可熱變形元件(5)在高于和超過排放溫度時動作，以導致所述活塞從所述關閉位置移動到所述排放位置，從而將所述管路與排出管道(16)連通，所述活塞通過流體的壓力壓靠在所述本體的支座(7)上，所述可熱變形元件(5)抵抗流體的壓力動作，以將所述活塞提升離開所述支座而從關閉位置移動到排放位置，所述閥還包括過壓釋放裝置，該過壓釋放裝置對流體的壓力敏感，并且被構造成當所述管路的壓力(P)達到觸發壓力時將所述管路與所述排出管道連通。
2. 根據權利要求l所述的安全閥，其特征在于，所述可熱變形元件(5)是形狀記憶片。
3. 根據前述權利要求之一所述的安全閥，其特征在于，所述過壓釋放裝置由膜片(22) 構成，該膜片被構造成在所述觸發壓力下屈服，以便朝向所述排出管道(16)打開過壓通道 (181、13)。
4. 根據前述權利要求之一所述的安全閥，其特征在于，所述活塞被固定到承受所述可 熱變形元件(5)的作用的莖部(18)上。
5. 根據權利要求3和4所述的安全閥，其特征在于，所述膜片(22)位于所述活塞上，所 述過壓通道(181、13)包括形成于所述活塞的莖部中的孔(181)。
6. 根據權利要求3所述的安全閥，其特征在于，所述過壓通道包括形成于所述莖部中 的盲孔(181)，所述膜片(22)由一表層形成，其一個面相當于所述孔(181)的端壁，所述膜 片的另一個面相當于所述活塞(3)的承受流體的壓力(P)的表面。
7. 根據權利要求3至5之一所述的安全閥，其特征在于，所述膜片由附接到所述活塞上 的部件構成。
8. 根據前述權利要求之一所述的安全閥，其特征在于，所述排出管道(16)包括緊固地 保持在所述本體(2)的第一臺肩(27)和螺紋連接到所述本體上的夾緊環(19)之間的班卓 琴式連接件(20)。
9. 根據權利要求1至7之一所述的安全閥，其特征在于，所述排出管道(16)包括班卓 琴式連接件(20)，所述本體(3)為整體件并且能夠被螺紋連接到所述管路上，所述班卓琴 式連接件被緊固地保持在所述管路(C)和所述本體的第二臺肩(28)之間。
10. 根據前述權利要求之一所述的安全閥，其特征在于，所述活塞(3)還通過彈簧(6 ; 61)的作用被穩固地壓靠在所述支座(7)上。
11. 根據權利要求IO所述的安全閥，其特征在于，所述彈簧(61)在所述本體(2)和所 述活塞的莖部(18)之間動作。
12. 在結合權利要求4和5的情況下根據前述權利要求之一所述的安全閥，其特征在 于，所述本體(2)、所述活塞(3)、所述支座(7)、所述活塞的莖部(18)和所述膜片(22)均具 有呈現出圍繞公共軸線(A)旋轉對稱的總體形狀。
13. 根據前述權利要求之一所述的安全閥，其特征在于，所述活塞(3)和所述支座(7) 的支承表面為錐形支承表面。
全文摘要
本發明特別涉及一種用于壓力(P)下的流體管路的安全閥，所述閥包括本體(2)、活塞(3)、可熱變形元件(5)，所述活塞(3)可相對于本體在關閉位置和排放位置之間移動，所述可熱變形元件在超過排放溫度時動作，以導致活塞從關閉位置移動到排放位置，從而將所述管路與排出管道(16)連通，所述閥還包括過壓釋放裝置，該過壓釋放裝置對流體的壓力敏感，并且被構造成當所述管路中的壓力(P)達到觸發壓力時將所述管路與所述排出管道連通。
文檔編號F16K17/38GK101743422SQ200880024687
公開日2010年6月16日 申請日期2008年7月9日 優先權日2007年7月16日
發明者A·格朗讓, D·沃爾澤 申請人:米其林技術公司;米其林研究和技術股份公司