CN101946114B - 气体填充和分配装置、包括一孔口的加压气体容器以及组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体填充和分配装置，包括：体部，该体部用于定位在加压气体储存容器的开口中；气体引出回路，该气体引出回路在用于与容器内部相连的上游的第一端和用于与气体用户相连的下游的第二端之间延伸，其中该气体引出回路包括第一隔离阀；该装置还包括安全卸载阀，该安全卸载阀承受容器压力，用于根据容器内气体的温度和/或压力相对于至少一个预定阈值关闭或选择性地开启从容器到排放区的气体通道；该装置的特征在于，所述安全卸载阀的排放区位于第一隔离阀的上游。

Description

气体填充和分配装置、包括一孔口的加压气体容器以及组件
技术领域
本发明涉及一种气体填充和分配装置、设有这种装置的容器和用户回路。 
更加具体地，本发明涉及一种气体填充和分配装置，包括：体部，该体部用于定位于加压气体储存容器的孔口内；气体引出回路，该气体引出回路在用于与储存容器内部相连的上游的第一端和用于与气体用户相连的下游的第二端之间延伸，该引出回路包括第一隔离阀；该装置还包括安全卸载阀，该安全卸载阀设计成承受储存容器内的压力，以根据容器内气体的温度和/或压力相对于至少一个设定阈值选择性地关闭或开启从容器到排放区的气体通道。 
背景技术
已知用于气体应用的装置或阀，特别是具有内置调节器的装置或阀。特别地，对于涉及氢气的车辆或燃料应用，设计在很高压力(700巴及以上)下的气体储存。一种方法特别地使用户以空容器换取充满的容器(特别是在不适合建设填充站的地区)。 
根据当前或将来的法规预测到需要安全排气阀(PRD)，以在震动或燃烧的情况下释放容器内储存的气体(特别是考虑到在车辆中的应用)。 
然而，申请人公司已经注意到，当多个这种类型的容器在使用前存放于储存区时，这种安全排气阀(PRD)会发生问题。该问题是，当气体可燃或为危险气体例如氢气时，一个安全压力卸载阀的致动以及火焰的产生会通过“多米诺”或“连锁反应”效应使得相邻容器的安全卸载阀致动。 
为解决该问题，一个可能的方案是在容器上或在其存放区中设置隔热屏。但是，这些方案很昂贵且不十分令人满意。 
发明内容
本发明的目的是减轻现有技术的上述的全部或一些不利之处。 
为此，根据本发明的气体填充和分配装置——其它方面依照上文前序部分中对其给出的一般性限定——的特征主要在于，所述安全卸载阀的排放区位于第一隔离阀的上游。 
另外，本发明的一些实施例可包括一个或者多个下述特征： 
-引出回路包括从上游端到下游端依次串联布置的压力调节阀、低压室和第一隔离阀，安全卸载阀的排放区位于压力调节阀的下游， 
-安全卸载阀位于一管路内，该管路具有下游端和上游端，该下游端与第一隔离阀的上游相连，当位于安装在容器上的位置时，该上游端与容器内部相连， 
-气体引出回路包括第二隔离阀， 
-第二隔离阀设置在压力调节器和第一隔离阀之间， 
-安全卸载阀的排放区位于第一隔离阀和第二隔离阀之间， 
-安全卸载阀包括一可熔元件，该可熔元件抵靠一元件，该元件能在当可熔元件未被致动时的关闭通向排放区的通道的位置和当可熔元件被致动时的打开通向排放区的通道的位置之间选择性地移动， 
-安全卸载阀的移动元件包括可在装置体部内平移的活塞和可与形成在所述体部内的座部协作的密封件系统， 
-通向排放区的气体通道包括一槽，通向排放区的通道关闭和打开的位置由密封件系统相对于所述槽的位置限定， 
-安全卸载阀的移动元件包括差动类型的活塞，该活塞只有预定部分的工作表面承受容器内的压力，从而将通过活塞传递至可熔元件的力限制为一设定值。 
本发明还提出了一种加压气体容器，该容器包括设置在其孔口内的根据上文或下文任一特征所述的气体填充和分配装置。 
根据另一个可能的方面，申请人公司还提出了一种组件，该组件包括用于使用加压气体的回路和根据上文或下文任一特征所述的加压气体容器，该容器可经由气体填充和分配装置与用户回路选择性地连接，该回路包括形成高压安全卸载阀的机构，该高压安全卸载阀能将加压排气排放至大气或设定的安全区域。 
根据一个可能的有利特征，用户回路包括具有第一位置和第二位置的元件(例如轴)，在第一位置，第一阀选择性地打开(第二阀关闭)，在第二位置，第一阀和第二阀都打开。 
根据另一个可能的有利特征，所述安全卸载阀包括PRD(卸压装置)类型的阀。根据又一个可能的有利特征，所述安全卸载阀包括对温度敏感和/或对震动敏感的元件，以便在温度过高或者震动过强的情况下打开所述通道。 
本发明还可涉及包括上文或下文所述的方法和/或装置特征的任何组合的任何替换装置或方法。 
附图说明
通过阅读下述结合附图进行的说明，本发明的其它细节和优点会变得明显，其中： 
-图1示出了根据本发明的气体填充和分配装置的一个可能的实施例的示意性透视图； 
-图2至图4示意性地示出了根据本发明的气体填充和分配装置的三个可能的非限制性实施例的结构和操作； 
-图5是图1中气体填充和分配装置沿第一剖面的纵剖图； 
-图6示出了图1中的气体填充和分配装置在安装于容器中的位置时沿第二剖面(在图5中由线A-A表示)的纵剖图； 
-图7示出了图1和图5中的气体填充和分配装置沿第一剖面(在图5中由线B-B表示)的剖视图； 
-图8示出了图1和图5中的气体填充和分配装置沿第二剖面(在图5中由线C-C表示)的剖视图； 
-图9示出了图1、2和图5-9中的气体填充和分配装置在与用户部件联接的位置时的部分纵剖图。 
具体实施方式
现在参照图1-9对本发明进行说明，图1-9示出了完全非限制性的实施例。特别地，本发明还可应用于任何其它类型的装置和阀。特别是本发明可用于文件WO2007/048954A1或WO2007/048957中说明的装置。 
气体填充和分配装置包括长形的体部1，体部的下端用于优选部分地安置在一容器内。该装置特别地包括气体卸压部分(压力调节器50)和用于将其固定在容器的颈部中的联接区101(例如螺纹或类似物)(参见图1、5和6)。装置的上端形成头部111(例如位于容器外面)，该头部特别地包括安全卸载阀55、气体填充/引出孔口301和用于与用户系统的互补连接件(图1中未示出)相配合的连接件201。 
参照图5，该装置包括引出回路20，该引出回路沿从下游到上游的方向(即，从外部孔口301到容器)包括：第一阀160，第二隔离阀60和压力调节器50。 
当然，该装置可包括其它元件，为了简洁，不再对这些元件进行说明。特别地，关于装置1的内部结构细节(调节器、过滤器、阀)，例如但完全非限制性地可参阅文件WO2007048957。 
图2示意性地示出了根据本发明的一个可能的结构。引出回路20沿从上游到下游的方向包括过滤器120、止回阀220、调节器50、第二隔离阀60和第一隔离阀160(后者优选与快速安装连接结构联接，该快速安装连接结构用于与用户系统40的填充/引出口相配合)。装置1包括优选与引出回路20不同的填充管路240。填充回路240包括阀140，且一端例如与过滤器120的上游连接，另一端与第一阀160的上游连接。 
装置1还包括位于管路155内的安全卸载阀55，该安全卸载阀一方面与容器30内部(过滤器120的上游)相连，另一方面与第一阀160的上游相连。 
由此，任何可能通过安全卸载阀55释放的气体都被导向通过第一阀160与外界隔离的低压室内。这避免了将危险/可燃气体释放到外界并减少了外部燃烧的危险。经安全卸载阀55释放的气体经由出口孔口301(用于 引出且优选地也用于填充的孔口)以受控的方式释放到外界。例如，当(例如通过为此目的设置的系统)打开第一阀160时，这种排放气体通过与所述装置相连的用户元件进行排放。从安全角度考虑，这特别有利，尤其是在使用含有气态氢的燃料的应用情况下(车辆)。 
图5-9更加详细地示出了一个非限制性的例子。 
容器30内容纳的气体G通过管路155(参见图7和8)进入装置体部，管路155包括管口37并且径向地开口于构成安全卸载阀55机构的一部分的移动活塞6的区域内。 
活塞6在端部止动件的方向上承受气体压力，该端部止动件包括由可熔材料例如共晶合金制成的部件8和多孔塞子9，所述共晶合金例如由锡和/或铋和/或铅制成。 
如上所述，活塞6优选为差动类型的，也就是说，只有其部分表面(横截面)承受气体压力，从而限制向可熔材料8传递的力。当然，可以设想活塞6和可熔材料8的任何其它类型的结构和几何形状。 
气体在活塞6周围出现在环形槽255内(参见图8)。在正常情况下，通过分别与防蠕动环11、13相关的一对O形密封件10、12将气体限制在该槽255内。密封件10、12和防蠕动环11、13由活塞6承载并沿活塞6的纵向间隔开。位于可熔材料侧的第一密封件12的尺寸优选大于第二密封件10。该第二密封件10通过防止气体向外界泄露而提供与外界的密封。第一密封件12提供了相对于装置体部的内部回路的密封。更加具体地，第一密封件12防止气体到达第二槽80，该第二槽与位于引出回路20的两个阀60、160之间的低压室连通(在示出的例子中，活塞6沿大致垂直于引出回路20的纵向方向的方向滑动)。活塞6可具有位于可熔元件8侧的第三密封件14和防蠕动环的组件。 
因此，当(例如通过构成用户系统的一部分的下沉元件(organeplongeur，dip element))打开第二阀60时，位于第二阀60下游的低压室也接收经调节器50膨胀的气体(参见图9)。 
如图6所示，这种低压室通过第一阀160与外界隔离，该第一阀由能 平移且受到回位弹簧22作用的开关阀件(shutter)33构成，该回位弹簧使其朝向出口孔口301关闭的位置回位。使这种阀160工作所需的所有密封可由O形密封件24、25、26和126提供，这些密封件分别与防蠕动环27、127、28和128相关，这些密封件/环对(24；27)，(25；127)，(26；28)，(126；128)分别容纳在套管23的通道内。该套管23经由通过固定元件401与装置1的体部相连的盖4容纳在装置的体部内(参见图1)。密封件/环对(26；28)和(126；128)位于套管23的外圆柱表面上、位于在套管23内形成的径向孔231的每一侧，以确保装置1的体部和套管23之间的填充管路240的密封连续性。密封件/环对(25；127)和(24；27)位于套管23的内圆柱表面上、位于在套管23内形成的径向孔口231的每一侧，以确保容器填充工具(当连接时)和套管23之间的填充管路240的密封连续性，或者在密封件/环对(24；127)的情况下形成用于开关阀件33——当其通过回位弹簧22被回位至孔口301关闭的位置时——和套管23之间的气体的第二屏障。 
当安全卸载阀55被致动时(压力和/或温度已经超过阈值)，可熔材料8不能再承受活塞6传递的力并移向旁侧。由此，在气体压力的作用下，活塞6朝向通过可熔元件8打开的空间移动(至图8的左侧)，然后活塞6的第一密封件12进入第二槽80，破坏相对于内部回路的密封。然后来自管路155的气体G被允许进入槽80并到达第一阀160上游的低压室。 
活塞6的尺寸被设计成防止第二密封件10进入第一槽255，从而保持活塞6另一端的密封。 
当装置1不与用户系统连接时，密封件24和移动的开关阀件33防止气体逸出到外界。相反，当装置与用户系统连接时，轴44可进入装置的孔口301。该轴44例如可在其端部具有与低压室连通的径向孔口144。然后气体例如经由形成在轴44内的中心通道传输。密封件24密封轴44。 
图9示出了与用户系统40连接的装置1，其中安装在孔口301内的轴44靠着O形环/防蠕动环对(24；27)密封。轴44的端部与移动的开关阀件33的端部接触，通过克服回位弹簧22的力使其沿第二阀60的方向移动。 轴44可具有两个稳定的不同位置。在第一稳定位置，轴44在不打开第二阀60的情况下使移动的开关阀件33移动(来自调节器50的膨胀气体不被输送至用户系统)，在第二位置，轴44导致移动的开关阀件33移动并打开第二阀60(来自调节器50的膨胀气体被输送至用户系统)。一旦装置1与用户系统40连接，无论轴44位于上述两个稳定位置中的任一位置，通过管路155从安全卸载阀55到达低压室的任何气流都通过径向孔口144和轴44的中心通道被排放到外界。 
图3示意性地示出了容器30/装置1组件与包括安全机构950的用户40回路100之间的连接。 
当用户元件40打开第一阀160时，从容器逸出的高压气体(在过热或非正常情况下容纳在低压室内)被用户回路100管理。这些高压排放气体可被排放至安全卸载阀950，该安全卸载阀借助于排放竖井或类似物将流体导向已知的受控区中的大气(特别是当回路100形成为车辆的一部分时)。 
当用户元件打开第二阀60时，膨胀气体被允许进入用户回路10。 
由此，任何被排放的气体(在压力升高或非正常高温的情况下)通过孔口301(优选为单个孔口)离开，该孔口也用于填充和可能用于引出。 
因此，在压力过高的情况下，气体使用同一个孔口301进行填充/引出/排放。这允许对容器的单一连接，并由此简化了用户操作。在容器内压力过高的情况下被排放的气体因此可通过通向用户回路100的孔口向安全区收集。当气体是危险气体例如氢气时，该特征特别有利。 
当然，本发明并不限于图5-9的示例性实施例，也不限于图2和3的结构。因此，例如图4示出了实施方式的变型，其中所述装置仅具有一个隔离阀60。在这种情况下，可通过安全卸载阀55释放的任何气体均可在调节器50和阀60之间被引导。 
当然，也可以设想其它类型的构造(其中安全卸载阀55的排放区位于图2的两个阀60、160的上游)。 
同样，本发明可用于不具有压力调节器50的气体填充和分配装置。 

Claims (14)

1.一种气体填充和分配装置，包括：体部，该体部用于定位在加压气体储存容器(30)的孔口中；气体引出回路(20)，该气体引出回路在用于与容器(30)的内部相连的上游的第一端和用于与气体用户(40)相连的下游的第二端之间延伸，该引出回路(20)包括第一隔离阀(160)；该装置还包括安全卸载阀(55)，该安全卸载阀承受容器(30)内的压力，以便仅在装置的安全卸载阀(55)承受高于阈值的温度和/或压力的情况下选择性地将气体释放至排放区，该安全卸载阀根据容器内气体的温度和/或压力相对于至少一个设定阈值选择性地关闭或开启从容器到排放区的气体通道，该装置的特征在于，所述安全卸载阀(55)的排放区位于第一隔离阀(160)的上游；所述引出回路(20)包括从上游端到下游端依次串联布置的压力调节器(50)、所述安全卸载阀(55)的排放区和第一隔离阀(160)，所述安全卸载阀(55)的排放区位于压力调节器(50)的下游。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述安全卸载阀(55)位于一管路(155)内，所述管路具有一与第一隔离阀(160)的上游相连的下游端和一当位于安装在容器上的位置时与容器(30)的内部相连的上游端。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述气体引出回路(20)包括第二隔离阀(60)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二隔离阀(60)设置在压力调节器(50)和第一隔离阀(160)之间。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述安全卸载阀(55)的排放区位于第一隔离阀(160)和第二隔离阀(60)之间。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述安全卸载阀(55)包括一可熔元件(8)，该可熔元件与一能够在当可熔元件(8)未被致动时的关闭通向排放区的通道的位置和当可熔元件(8)被致动时的打开通向排放区的通道的位置之间选择性地移动的元件的抵接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述安全卸载阀(55)的移动元件包括能够在装置的体部内平移的活塞(6)和能够与形成在体部内的座部配合的密封件系统(10，12)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，通向排放区的气体通道包括一槽(80)，通向排放区的通道关闭和打开的位置由密封件系统(10，12)相对于该槽(80)的位置进行限定。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述安全卸载阀(55)的移动元件包括差动类型的活塞(6)，该差动类型的活塞只有确定部分的工作表面承受容器(30)内的压力，从而将通过活塞传递至可熔元件(8)的力限制为一设定值。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，当该装置处于当安全卸载阀承受低于阈值的温度和/或压力的状态时，安全卸载阀(55)关闭通向排放区的气体通道。
11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述安全卸载阀(55)包括卸压装置类型的阀。
12.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述安全卸载阀(55)包括对温度敏感和/或对震动敏感的元件，以便在温度过高或者震动过强的情况下打开所述通道。
13.一种包括一孔口的加压气体容器，其特征在于，该容器包括设置在其孔口内的根据权利要求1-12中任一项所述的气体填充和分配装置(1)。
14.一种组件，该组件包括用于使用加压气体的回路(100)和根据权利要求13所述的加压气体容器，该容器能经由气体填充和分配装置选择性地与用户回路相连，该用于使用加压气体的回路(100)包括形成高压安全卸载阀的机构(950)，该高压安全卸载阀能将加压排气排放至大气或设定的安全区。
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