CN102913674A - 热卸压装置 - Google Patents

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CN102913674A CN2012102748925A CN201210274892A CN102913674A CN 102913674 A CN102913674 A CN 102913674A CN 2012102748925 A CN2012102748925 A CN 2012102748925A CN 201210274892 A CN201210274892 A CN 201210274892A CN 102913674 A CN102913674 A CN 102913674A
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Abstract

本发明涉及热卸压装置TPRD，所述TPRD包括壳体，所述壳体将可动构件和保持件设置在其中。所述可动构件能够在打开位置和关闭位置之间移动。触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间。所述触发机构将所述可动构件保持在关闭位置，并且所述触发机构包括大致球形的本体以及设置在所述本体中的温度敏感材料。所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，直至达到预定温度并且发生所述本体的破裂时为止。当所述触发机构的本体破裂时，所述可动构件从所述关闭位置移位到所述打开位置，从而允许流体流动通过所述TPRD。

Description

热卸压装置
技术领域
本发明涉及卸压装置，并且更具体地，涉及包括热响应性触发机构的卸压装置。
背景技术
燃料电池已经作为用于各种应用的清洁、有效、且对环境负责的电源被提出。多个燃料电池能够被设置以形成燃料电池堆，所述燃料电池堆能够给电动车辆提供电力。燃料电池的一个示例是质子交换膜（PEM）燃料电池。在PEM燃料电池中，氢作为燃料被供应到阳极，并且氧作为氧化剂被供应到阴极。存储氢的常见技术是存储在防刺穿的轻型高压容器中。包含压缩氢气的高压容器必须具有期望的机械稳定性和整体性，该机械稳定性和整体性防止该压力容器由于内部压力而破裂或爆裂。通常还期望使得车辆上的压力容器是轻型的，以便不显著地影响车辆的重量要求。
公知的高压容器包括至少一个热启动的安全阀或卸压装置（PRD）。PRD定位在高压容器的凸台或端部处，所述高压容器容纳有各种阀、压力调节器、管件连接器、过流限制器等等，用于允许该压力容器被填充以压缩氢气。虽然PRD通常设置在压力容器的一端或两端处，但是PRD还可以定位在压力容器的另一开口处。当压力容器暴露于高温时，PRD是有用的。在高温可能发生在远离单个PRD部位的局部区域的情况下，可以使用不止一个PRD。一种已知的PRD包括联接到可点燃线缆的细长的易碎泡，所述可点燃芯从该容器的遥远区域传热到PRD。当被加热到预定温度时，所述泡破裂，由此打开排放孔并且启动所述PRD。然而，由可点燃线缆到PRD的热传递并不适于某些应用，并且有时是不可预测的，这会导致压力容器不期望地破裂或爆裂。此外，细长泡需要大的封装尺寸，并且包括显著量的用于启动PRD而被加热的温度敏感材料。
因此，一直都需要一种PRD，该PRD能够安装在用于燃料电池堆的高压容器中。期望地，该PRD包括这样的触发机构，所述触发机构最小化了封装尺寸、制造成本、以及PRD的启动时段。
发明内容
根据本发明且与本发明一致地，令人惊奇地披露了一种卸压装置（PRD），所述PRD包括这样的触发机构，所述触发机构最小化了封装尺寸、制造成本、以及PRD的启动时段。
在一个实施方式中，一种热卸压装置（TPRD）包括：中空壳体，所述中空壳体具有第一端和第二端，允许流体流动通过所述壳体；可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，当所述可动构件处于所述关闭位置时，所述可动构件的至少一部分密封所述壳体的所述第一端；保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中；以及触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，且其中，当达到所述温度敏感材料的预定温度时，所述触发机构允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
在另一实施方式中，一种热卸压装置（TPRD）包括：中空壳体，所述中空壳体具有第一端和第二端，允许流体流动通过所述壳体；可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述可动构件包括封闭部以及在所述可动构件中形成的孔阵列，从而允许流体从所述可动构件中流过，所述封闭部构造成与密封构件协作，以当所述可动构件处于所述关闭位置时，在所述可动构件和所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封，从而密封所述壳体的所述第一端；保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中，所述保持件具有在其中形成的中心孔，从而允许流体从其中流过；以及触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括大致球形的本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，且其中，当达到所述温度敏感材料的预定温度时，所述触发机构允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
在另一实施方式中，一种用于高压容器的热卸压装置（TPRD）包括：导热中空壳体，所述导热中空壳体包括第一端和第二端，所述第一端具有在其中形成的第一孔隙，所述第二端具有在其中形成的第二孔隙，这些孔隙允许流体流过所述壳体，其中，所述壳体的所述第一端被联接到高压容器的阀，所述壳体的所述第二端被联接到排放管；可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述可动构件包括大致T形的封闭部以及在所述可动构件中形成的孔阵列，从而允许流体从所述可动构件中流过，所述封闭部构造成与密封构件协作，以当所述可动构件处于所述关闭位置时，在所述可动构件与所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封，从而密封所述第一孔隙；保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中，所述保持件具有在其中形成的中心孔，从而允许流体从所述中心孔流过；以及触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括大致球形的玻璃本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述本体的至少一部分安置在形成于所述可动构件内的凹部中，并且所述本体的至少另一部分安置在所述保持件的所述中心孔中，且其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，直至达到预定温度并且发生所述本体的破裂从而允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动时为止。
本发明还包括以下方案：
1. 一种热卸压装置TPRD，所述TPRD包括：
中空壳体，所述中空壳体具有第一端和第二端，允许流体流动通过所述壳体；
可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，当所述可动构件处于所述关闭位置时，所述可动构件的至少一部分密封所述壳体的所述第一端；
保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中；以及
触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，且其中，当达到所述温度敏感材料的预定温度时，所述触发机构允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
2. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述壳体由导热材料形成，以有利于到所述触发机构的所述温度敏感材料的热传递。
3. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述可动构件包括在其中形成的多个孔，以当所述可动构件处于所述打开位置时有利于流体其中流过。
4. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述可动构件包括在其中形成的凹部，所述凹部构造成当所述可动构件处于所述关闭位置时在其中接收所述触发机构的至少一部分。
5. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述可动构件包括大致T形的封闭部，所述大致T形的封闭部构造成在其上接收至少一个密封构件，所述密封构件在所述可动构件和所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封。
6. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述触发机构的所述本体是大致球形的。
7. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述触发机构的所述本体由玻璃材料形成。
8. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述本体承受来自所述可动构件的挤压力。
9. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述温度敏感材料是甘油。
10. 根据方案1所述的TPRD，其中，所述保持件包括在其中形成的孔，以当所述可动构件处于所述打开位置时有利于流体从其中流过。
11. 根据方案1所述的TPRD，其中，当所述可动构件处于所述关闭位置时所述保持件将所述触发机构的至少一部分接收在其中。
12. 一种热卸压装置TPRD，所述TPRD包括：
中空壳体，所述中空壳体具有第一端和第二端，允许流体流动通过所述壳体；
可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述可动构件包括封闭部以及在所述可动构件中形成的孔阵列，从而允许流体从所述可动构件中流过，所述封闭部构造成与密封构件协作，以当所述可动构件处于所述关闭位置时在所述可动构件和所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封，从而密封所述壳体的所述第一端；
保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中，所述保持件具有在其中形成的中心孔，从而允许流体从其中流过；以及
触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括大致球形的本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，且其中，当达到所述温度敏感材料的预定温度时，所述触发机构允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
13. 根据方案12所述的TPRD，其中，所述壳体由导热材料形成，以有利于到所述触发机构的所述温度敏感材料的热传递。
14. 根据方案12所述的TPRD，其中，所述壳体被联接到高压容器的阀。
15. 根据方案12所述的TPRD，其中，所述壳体被联接到排放管，从而允许流体流动到遥远位置。
16. 根据方案12所述的TPRD，其中，所述可动构件包括在其中形成的凹部，所述凹部构造成将所述触发机构的至少一部分接收在其中。
17. 根据方案12所述的TPRD，其中，所述触发机构的所述本体由玻璃材料形成。
18. 根据方案12所述的TPRD，其中，所述本体承受来自所述可动构件的挤压力。
19. 一种用于高压容器的热卸压装置TPRD，所述TPRD包括：
导热中空壳体，所述导热中空壳体包括第一端和第二端，所述第一端具有在其中形成的第一孔隙，所述第二端具有在其中形成的第二孔隙，这些孔隙允许流体流动通过所述壳体，其中，所述壳体的所述第一端被联接到高压容器的阀，所述壳体的所述第二端被联接到排放管；
可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述可动构件包括大致T形的封闭部以及在所述可动构件中形成的孔阵列，从而允许流体从所述可动构件中流过，所述封闭部构造成与密封构件协作，以当所述可动构件处于所述关闭位置时在所述可动构件与所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封，从而密封所述第一孔隙；
保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中，所述保持件具有在其中形成的中心孔，从而允许流体从其中流过；以及
触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括大致球形的玻璃本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述本体的至少一部分安置在形成于所述可动构件内的凹部中，并且所述本体的至少另一部分安置在所述保持件的所述中心孔中，且其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，直至达到预定温度并且发生所述本体的破裂从而允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动为止。
20. 根据方案19所述的TPRD，其中，所述本体承受来自所述可动构件的挤压力，并且能够在所述温度敏感材料的所述预定温度下破裂。
附图说明
本发明的上述优势以及其他优势通过下述详细说明将对于本领域技术人员变得相当显而易见，尤其当结合下文描述的附图考虑时。
图1是根据本发明的一个实施方式的热卸压装置（TPRD）的局部侧视截面图，示出了整个触发机构以及处于关闭位置的主活塞；
图2是如图1所示的TPRD沿截面线2-2截取的截面图；
图3是TPRD的局部侧视截面图，示出了被致动的触发机构以及处于打开位置的主活塞；以及
图4是如图3所示的TPRD沿截面线4-4截取的截面图。
具体实施方式
下述详细说明和附图描述并示出了本发明的各个实施方式。该说明和附图用于使得本领域技术人员能够实现和利用本发明，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1-4示出了根据本发明的一个实施方式的热卸压装置（TPRD） 10。所示的TPRD 10包括筒形壳体12。要理解的是，壳体12能够根据需要具有任何形状和尺寸。还要理解的是，壳体12由任何合适材料（例如，导热材料）形成。壳体12包括第一孔隙14和第二孔隙16。第一孔隙14和第二孔隙16构造成允许流体（未示出）流过该壳体12。例如，当TPRD 10被致动时，流体能够从高压容器（未示出）流动通过TPRD 10并流至大气中。如图1和图3所示，壳体12的第一端17由螺纹连接部19联接到罐上阀（on-tank valve, OTV）18。OTV 18能够被安装到高压容器并且包括附加部件，例如自动截止阀、手动阀、温度传感器和压力传感器。还能够采用用于将TPRD 10放置成与高压容器流体连通的其他合适机构。壳体12的第二端20由螺纹连接部23联接到排放管22。贯穿排放管22形成的通路24构造成允许流体从TPRD 10流到大气中。如所示的，OTV 18、TPRD 10和排放管22设置成线性构造，但是也能够使用其他构造。
TPRD 10具有可动构件25，所述可动构件能够轴向移位地设置在壳体12中。要理解的是，可动构件25能够由任何合适材料（例如，铝或不锈钢）制成。可动构件25能够在如图1所示的关闭位置和如图3所示的打开位置之间运动。在非限制性示例中，可动构件25包括在其中形成的孔26的环形阵列，用于当可动构件25处于打开位置时，所述孔26的环形阵列有利于流体从其中流过。当孔26中一个孔被随着排放流体一起排出的颗粒阻塞时，多个孔26防止通过壳体12的流体流被阻塞。要理解的是，每个孔26能够根据需要具有任何直径，以允许期望质量流率的流体通过壳体12。
当处于关闭位置中时，可动构件25的封闭部28密封该第一孔隙14。虽然封闭部28被示出为具有大致T形截面，但是要理解的是，封闭部28根据需要能够具有任何形状。可动构件25能够包括设置在其上的至少一个密封构件30。当可动构件25处于关闭位置时，密封构件30在可动构件25和壳体12的内表面32之间形成大致防流体泄漏的密封。作为非限制性示例，密封构件30是O形环。密封构件30还能够设置在例如壳体12的形成第一孔隙14的内表面32上。根据需要能够采用比所示的情况更多或更少的密封构件30。
保持件38和触发机构40也都设置在壳体12中。所示的保持件38在壳体12内的位置借助于和所述排放管22抵接接合而被保持。然而，要理解的是，保持件38在壳体12内的位置能够根据需要由其他方式（例如，保持件38和壳体12之间的螺纹连接）来保持。保持件38包括在其中形成的中心孔42，当可动构件25处于打开位置时，所述中心孔有利于流体从其中流过。孔42的直径小于触发机构40的直径，但仍定尺寸成允许触发机构40的至少一部分设置在保持件38内，以保持该至少一部分。
如所示的，触发机构40是大致球形的玻璃本体44，所述本体具有被设置在其中的温度敏感材料46。要理解的是，本体44能够根据需要由任何合适材料制成。本体44是大致球形的，以最小化TPRD 10的封装尺寸以及最小化TPRD 10的启动时段。在非限制性示例中，本体44的大致球形形状使得TPRD 10的封装尺寸与使用触发机构的其他本体形状的常见已知TPRD相比减小大约50%。启动时段通常是从TPRD 10暴露于过多热量的时刻到TPRD 10致动的时刻之间的时间段。由于本体44的球形形状，因此为了致动TPRD 10而需要被加热的温度敏感材料46的体积被最小化。因此，温度敏感材料46的温度在暴露于热量时快速增加，由此最小化TPRD 10的启动时段。如图1和图3所示，触发机构40的至少一部分设置在形成于可动构件25内的凹部48中，以保持触发机构40的位置以及进一步最小化TPRD 10的封装尺寸。
本体44的直径和壁厚构造成使得该本体44能够承受来自可动构件25的由对抗可动构件25的流体的压力引起的挤压力。然而，本体44的壁厚还构造成使得：当达到了温度敏感材料46的预定温度时，该本体44破裂。温度敏感材料46随着温度升高而体积膨胀。温度敏感材料46能够根据需要线性膨胀或非线性膨胀。作为非限制性示例，温度敏感材料46能够是随着温度线性膨胀并且主要在限定的温度范围内膨胀的温度敏感材料。温度敏感材料46例如能够是甘油。还能够选择其他合适温度敏感材料46。
当TPRD 10暴露于过多热量时，导热壳体12将热量传递到设置在其中的触发机构40。因此，位于触发机构40的本体44内的温度敏感材料46的温度升高，从而使得温度敏感材料46体积膨胀。温度敏感材料46膨胀至本体44裂开并破裂的点，从而致动TPRD 10。本体44裂开并破裂的点与达到温度敏感材料46的预定温度的点是同一点。当触发机构40的本体44破裂时，高压容器中的流体压力使得可动构件25从关闭位置朝向保持件38轴向移位，直到可动构件25处于打开位置为止。随着可动构件25轴向移位，导致该可动构件的封闭部28移出所述第一孔隙14并且远离该第一孔隙14移动。一旦可动构件25与壳体12之间的大致防流体泄漏的密封被破坏，流体就被允许流动通过壳体12和孔26、42，从而将流体释放到大气中，或如所示地释放到排放管22中，从而释放到远离该过多热量的位置。
虽然为了描述本发明的目的而示出了一些代表性实施方式和细节，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，能够做出各种变化而不脱离本发明的范围，本发明的范围在所附权利要求书中被进一步描述。

Claims (10)

1.一种热卸压装置TPRD，所述TPRD包括：
中空壳体，所述中空壳体具有第一端和第二端，允许流体流动通过所述壳体；
可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，当所述可动构件处于所述关闭位置时，所述可动构件的至少一部分密封所述壳体的所述第一端；
保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中；以及
触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，且其中，当达到所述温度敏感材料的预定温度时，所述触发机构允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
2.根据权利要求1所述的TPRD，其中，所述壳体由导热材料形成，以有利于到所述触发机构的所述温度敏感材料的热传递。
3.根据权利要求1所述的TPRD，其中，所述可动构件包括在其中形成的多个孔，以当所述可动构件处于所述打开位置时有利于流体其中流过。
4.根据权利要求1所述的TPRD，其中，所述可动构件包括在其中形成的凹部，所述凹部构造成当所述可动构件处于所述关闭位置时在其中接收所述触发机构的至少一部分。
5.根据权利要求1所述的TPRD，其中，所述可动构件包括大致T形的封闭部，所述大致T形的封闭部构造成在其上接收至少一个密封构件，所述密封构件在所述可动构件和所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封。
6.根据权利要求1所述的TPRD，其中，所述触发机构的所述本体是大致球形的。
7.根据权利要求1所述的TPRD，其中，所述触发机构的所述本体由玻璃材料形成。
8.根据权利要求1所述的TPRD，其中，所述本体承受来自所述可动构件的挤压力。
9.一种热卸压装置TPRD，所述TPRD包括：
中空壳体，所述中空壳体具有第一端和第二端，允许流体流动通过所述壳体；
可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述可动构件包括封闭部以及在所述可动构件中形成的孔阵列，从而允许流体从所述可动构件中流过，所述封闭部构造成与密封构件协作，以当所述可动构件处于所述关闭位置时在所述可动构件和所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封，从而密封所述壳体的所述第一端；
保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中，所述保持件具有在其中形成的中心孔，从而允许流体从其中流过；以及
触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括大致球形的本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，且其中，当达到所述温度敏感材料的预定温度时，所述触发机构允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
10.一种用于高压容器的热卸压装置TPRD，所述TPRD包括：
导热中空壳体，所述导热中空壳体包括第一端和第二端，所述第一端具有在其中形成的第一孔隙，所述第二端具有在其中形成的第二孔隙，这些孔隙允许流体流动通过所述壳体，其中，所述壳体的所述第一端被联接到高压容器的阀，所述壳体的所述第二端被联接到排放管；
可动构件，所述可动构件设置在所述壳体中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述可动构件包括大致T形的封闭部以及在所述可动构件中形成的孔阵列，从而允许流体从所述可动构件中流过，所述封闭部构造成与密封构件协作，以当所述可动构件处于所述关闭位置时在所述可动构件与所述壳体之间形成大致防流体泄漏的密封，从而密封所述第一孔隙；
保持件，所述保持件被固定地设置在所述壳体中，所述保持件具有在其中形成的中心孔，从而允许流体从其中流过；以及
触发机构，所述触发机构设置在所述可动构件和所述保持件之间，所述触发机构包括大致球形的玻璃本体，所述本体具有设置在其中的温度敏感材料，其中，所述本体的至少一部分安置在形成于所述可动构件内的凹部中，并且所述本体的至少另一部分安置在所述保持件的所述中心孔中，且其中，所述温度敏感材料随着温度升高而体积膨胀，直至达到预定温度并且发生所述本体的破裂从而允许所述可动构件从所述关闭位置到所述打开位置的移动为止。
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