CN103185156B - 带有膨胀激活的热泄压设备 - Google Patents

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Abstract

示出了一种热泄压设备（TPRD），并且其包括壳体，壳体具有带有第一孔的第一端和具有第二孔的第二端。第一和第二孔构造成允许流体流动通过该壳体。TPRD包括设置在壳体内触发构件，例如球。球侧向地安置在保持器内。保持器包括形成在壳体内支撑球的座的边沿。球从侧向地安置在保持器内的第一关闭位置到下降到保持器内的第二打开位置的运动由保持器的边沿的膨胀引起。保持器的边沿基本上由温度敏感材料形成，温度敏感材料适合于随着温度的升高而体积膨胀。温度敏感材料可线性地或非线性地膨胀。

Description

带有膨胀激活的热泄压设备
技术领域
本公开涉及热泄压设备（TPRD），并且更具体地，涉及用于高压容器的TPRD。
背景技术
燃料电池已经被提出作为清洁、高效、且环保的功率源而用于各种应用。多个燃料电池可被布置成形成能够为电动车辆供能的燃料电池组。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而氧作为氧化剂被供应到阴极。用于储存氢的通常技术是在轻质、高压容器中，该容器可抗刺穿。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，所述稳定性和整体性防止压缩气体由于内部压力而从压力容器的非受控释放。通常还期望使车辆上的压力容器轻质，从而不会显著影响车辆的重量要求。
已知的高压容器包括至少一个热激活安全阀或者泄压装置（TPRD）。TPRD定位在高压容器的容纳各种阀、调压器、管路连接器、溢流限制器等的凸台或端部处，以允许压力容器填充有压缩氢气。TPRD还可被定位在压力容器的另一开口处，但是该TPRD通常被定位在压力容器的一端或两端。TPRD在压力容器被暴露给高温时是有用的。在高温可能发生在与单个TPRD的位置隔开的局部区域时，可使用多于一个的TPRD。一个已知的TPRD包括联接到可燃细绳的细长、易碎球状物，细绳将热量从远离容器的区域传给TPRD。当被加热到预定温度时，球状物破裂，由此打开一个通风孔并致动该TPRD。不过，由可燃细绳向TPRD的热传递在某些应用中是不适合的并且有时是不可预测的。另外，细长的球状物要求大的封装尺寸，以及包括非常大量的温度敏感材料，为了致动该TPRD就得加热这些材料。因此，这种设备可能仅被操作一次。上述操作以后，TPRD被破坏并且必须被更换。
另一已知的TPRD是可重置的。不过，在操作之后必须对触发机构进行更换、重置和测试。
另一已知的TPRD具有热致动触发机构，其干涉了阀关闭元件的运动。触发机构由形状记忆合金形成，该合金在被加热到设定温度时膨胀，从而消除了对关闭元件的干涉并致动了该泄压设备。这种单向形状记忆触发机构是昂贵的并且涉及了若干个移动部分。
对可被安装在与燃料电池组一起使用的高压容器中的TPRD的需求一直存在。可取的是，TPRD包括最小化制造成本的触发机构。
发明内容
根据并按照本发明，已经令人惊奇地发现了带有最小化制造成本的膨胀激活的热泄压设备。
在一个实施例中，热泄压设备（TPRD）包括壳体，其具有第一端和第二端，第一端和第二端构造成允许流体从壳体流动通过；设置在该壳体内的保持器，保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，该温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀；和可移动的触发构件，其设置成邻近该保持器并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中可移动的触发构件的至少一部分构造成在可移动构件处在关闭位置时密封该壳体的第二端，并且其中在达到了温度敏感材料的预定温度时，保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
在另一实施例中，热泄压设备（TPRD）包括壳体，其包括具有第一孔的第一端和具有第二孔的第二端，第一孔和第二孔构造成允许流体从壳体流动通过；活塞，其可滑动地安装在壳体中并可在打开位置和关闭位置之间移动，在该活塞处于关闭位置时该活塞密封第二孔；保持器，其设置在壳体内，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，该温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀；以及可移动的触发构件，其设置在壳体内并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中当可移动的触发构件处于打开位置时，可移动的触发构件至少部分地安置在保持器内，并且其中当达到温度敏感材料的预定温度时，保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
在另一实施例中，热泄压设备（TPRD）包括壳体，其包括具有第一孔的第一端和具有第二孔的第二端，第一孔和第二孔构造成允许流体从壳体流动通过；活塞，其可滑动地安装在壳体中并可在打开位置和关闭位置之间移动，在该活塞处于关闭位置时该活塞密封第二孔；保持器，其固定设置在壳体内，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，该温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀；以及可移动的触发构件，其设置在壳体内并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中当可移动的触发构件处于关闭位置时，可移动的触发构件侧向地安置在保持器内，并且其中当达到温度敏感材料的预定温度从而允许活塞移向打开位置时，保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
本发明还提供了如下方案：
方案1.一种热泄压设备（TPRD），其包括：
壳体，其具有第一端和第二端，第一端和第二端构造成允许流体从壳体流动通过；
设置在该壳体中的保持器，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀；以及
可移动的触发构件，其被设置成邻近所述保持器并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中所述可移动的触发构件的至少一部分被构造成在可移动构件处于关闭位置时密封壳体的第二端，并且其中在达到温度敏感材料的预定温度时，所述保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
方案2.如方案1所述的TPRD，其特征在于，可移动的触发构件在关闭位置侧向地安置在保持器中。
方案3.如方案1所述的TPRD，保持器还包括边沿，其中该边沿由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
方案4.如方案3所述的TPRD，其特征在于，边沿由具有比保持器高的热膨胀率的材料形成。
方案5.如方案1所述的TPRD，其特征在于，保持器由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
方案6.如方案1所述的TPRD，其特征在于，触发构件是由玻璃和陶瓷中至少一种形成的球。
方案7.一种热泄压设备（TPRD），其包括：
壳体，其包括具有第一孔的第一端和具有第二孔的第二端，第一孔和第二孔构造成允许流体从壳体流动通过；
可滑动地安装在壳体内的活塞，活塞可在打开位置和关闭位置之间移动，当活塞处于关闭位置时该活塞密封第二孔；
设置在该壳体中的保持器，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀；以及
可移动的触发构件，其设置在壳体内并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中在可移动的触发构件处于打开位置时该可移动的触发构件至少部分地安置在保持器中，并且其中在达到温度敏感材料的预定温度时，保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
方案8.如方案7所述的TPRD，其特征在于，当可移动的触发构件处于打开位置时活塞处于打开位置。
方案9.如方案7所述的TPRD，其特征在于，当可移动的触发构件处于关闭位置时，可移动的触发构件侧向地安置在保持器中。
方案10.如方案8所述的TPRD，其特征在于，TPRD被构造成在活塞和可移动的触发构件两者都处于打开位置时允许流体从其流动通过。
方案11.如方案7所述的TPRD，保持器还包括边沿，其中该边沿由具有比触发机构高的热膨胀率的材料形成。
方案12.如方案11所述的TPRD，其特征在于，边沿由具有比保持器高的热膨胀率的材料形成。
方案13.如方案7所述的TPRD，其特征在于，保持器由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
方案14.如方案7所述的TPRD，其特征在于，触发构件是由玻璃和陶瓷中至少一种形成的球。
方案15.一种热泄压设备（TPRD），其包括：
壳体，其包括具有第一孔的第一端和具有第二孔的第二端，第一孔和第二孔构造成允许流体从壳体流动通过；
可滑动地安装在壳体内的活塞，活塞可在打开位置和关闭位置之间移动，当活塞处于关闭位置时该活塞密封第二孔；
固定地设置在该壳体中的保持器，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀；以及
可移动的触发构件，其设置在壳体内并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中在可移动的触发构件处于关闭位置时该可移动的触发构件侧向地安置在保持器中，并且其中在达到温度敏感材料的预定温度以允许活塞移向打开位置时，保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
方案16.如方案15所述的TPRD，其特征在于，当可移动的触发构件处于打开位置时活塞处于打开位置。
方案17.如方案15所述的TPRD，其特征在于，当可移动的触发构件处于打开位置时，可移动的触发构件安置在保持器中。
方案18.如方案15所述的TPRD，其特征在于，保持器由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
方案19.如方案15所述的TPRD，保持器还包括边沿，其中该边沿由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
方案20.如方案19所述的TPRD，其特征在于，边沿由具有比保持器高的热膨胀率的材料形成。
附图说明
本领域技术人员将通过结合附图理解下面对优选实施例的详细描述来容易地理解本发明的上述的以及其它的优点，附图中：
图1是根据本发明实施例的TPRD的示意截面立面图，示出了可移动的触发构件处在关闭位置；
图2是图1中图示的TPRD的示意截面立面图并示出了可移动的触发构件处于打开位置；
图3是根据本发明另一实施例的TPRD的示意截面立面图，示出了活塞处在关闭位置；以及
图4是图3中图示的TPRD的示意截面立面图并示出了活塞处于打开位置。
具体实施方式
下面的具体描述和附图描述并图示了本发明的各种示例性实施例。描述和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明，而决不是要限制本发明的范围。
在图1和2中，示出了热泄压设备（TPRD）10，其包括壳体12，壳体12具有带有第一孔16的第一端14和具有第二孔20的第二端18。第一孔16和第二孔20被构造成允许流体22流动通过壳体12。在一个示例中，当TPRD如图2所示地被激活时，流体22可从与第一孔16流体连通的高压容器（未示出）通过壳体12和第二孔20流到周围大气。壳体12例如可被构造成与高压容器能通过螺纹接合。
TPRD10包括设置在壳体12内的触发构件24。在示出的实施例中，触发构件24是球体或球。可以使用其它合适的触发构件。球24侧向地安置在保持器26中。保持器26包括形成用于在壳体12内支撑球24的座30的边沿28。球24由具有低热膨胀率的材料例如玻璃或陶瓷形成。保持器26和边沿28由具有比球24更高的热膨胀率的材料形成。在一个实施例中，保持器26和边沿28由金属形成。在另一个实施例中，至少边沿28由具有比球24和保持器26更高的热膨胀率的材料形成。其它合适材料可被用于球24和保持器26。另外，在保持器26和边沿28由相同的具有高热膨胀率的材料例如金属形成的情况下，保持器26可被成形为笼，以辅助传热，从而在TPRD10被触发时加快保持器26和边沿28的热膨胀。
在图1的TPRD10中，球24被示出为处于第一关闭位置，将壳体12的第一孔16和第一端14相对于壳体12的第二孔20和第二端18以及大气密封开。在第一关闭位置中，球24被侧向地安置在保持器26的边沿28内并基本上阻挡了第一孔16和第二孔20之间的通过壳体12的流体流动22。球24可移动到图2中所示的第二打开位置。球24落入保持器26并促进从高压容器的流体流动22。
球24从侧向安置在保持器26中的第一关闭位置到降落到保持器26内的第二打开位置的运动是至少由保持器26的边沿28的膨胀引起的。保持器26的边沿28基本上由温度敏感材料形成，该材料适合于随着温度的升高而体积膨胀。温度敏感材料可按需要线性地或非线性地膨胀。在一个实施例中，温度敏感材料可随着温度线性地膨胀并且主要在限定的范围内膨胀。在另一实施例中，边沿28由具有高热膨胀率的材料例如金属形成。在又一实施例中，边沿28和保持器26都由相同的具有高热膨胀率的材料例如金属形成。可以选择其它合适的温度敏感材料。壳体12由适合于从TPRD10附近的周围环境向温度敏感材料传热的导热材料形成。球24由具有低热膨胀率的材料例如玻璃或陶瓷形成。可以选择其它合适的材料。在示出的实施例中，球24的热膨胀率低于至少边沿28的热膨胀率。
在TPRD10的操作过程中，至少保持器26的边沿28在达到了期望温度时膨胀，从而使球24由于重力落入保持器26。可由本领域技术人员选择与特定的高压容器相关的合适期望温度。一旦球24落入保持器26，流体22流将从高压容器和第一孔16行进通过壳体12和第二孔20，从而被排放到周围空气中或被收集，视需要而定。
图3和4示出了TPRD100的另一实施例，其包括壳体112，壳体112具有带有第一孔116的第一端114和具有第二孔120的第二端118。第一孔116和第二孔120被构造成允许流体122流动通过壳体112。在一个示例中，当TPRD如图4所示地被激活时，流体122可从与第一孔116流体连通的高压容器（未示出）通过壳体112和第二孔120流到周围大气。壳体112例如可被构造成与高压容器能通过螺纹接合。
在示出的实施例中，TPRD100具有设置在壳体112内的触发构件124，其示出为球体或球。球124侧向地安置在保持器126中。保持器126包括形成用于在壳体112内支撑球124的座130的边沿128。球124由具有低热膨胀率的材料如玻璃或陶瓷形成。保持器126和边沿128由具有比球124更高的热膨胀率的材料形成。在一个实施例中，保持器126和边沿128由金属形成。在另一个实施例中，至少边沿128由具有比球124和保持器126更高的热膨胀率的材料形成。其它合适材料可被用于球124和保持器126。另外，在保持器126和边沿128由相同的具有高热膨胀率的材料例如金属形成的情况下，保持器126可被成形为笼，以辅助传热，从而在TPRD100被触发时加快保持器126和边沿128的热膨胀。
TPRD100包括可滑动地设置在壳体112内的活塞136。活塞136可在图3中所示的关闭位置和图4中所示的打开位置之间移动。活塞136可具有形成在其中的至少一个孔138，以在活塞136处于打开位置时促进流体122通过其流动。当处于关闭位置时，活塞136密封第一孔116。活塞136包括密封构件140，其在关闭位置形成活塞136和壳体112之间的基本上液密的密封。活塞136包括活塞弹簧142。活塞弹簧142朝着打开位置推压活塞136。可以采用用于密封和在关闭位置和打开位置之间移动活塞136的其它合适装置。
在图3的TPRD100中，球124被示出为处于第一关闭位置，将壳体112的第一孔116和第一端114相对于壳体112的第二孔120和第二端118以及大气密封开。在第一关闭位置中，球124被侧向地安置在保持器126的边沿128中并将活塞136保持在关闭位置，从而基本上阻挡流体122在第一孔116和第二孔120之间通过壳体112的流动。球124可移向如图4所示的第二打开位置。球124落入保持器126，从而释放活塞136。活塞弹簧142将活塞136推到第二打开位置并选择性地促进流体122从高压容器的流动。
在TPRD100的操作过程中，至少保持器126的边沿128在达到了期望温度时膨胀，从而使球124由于重力落入保持器126。可由本领域技术人员选择与特定的高压容器相关的合适期望温度。一旦球124落入保持器126，活塞136从图3所示的第一关闭位置移动到图4所示的第二打开位置。在打开位置，流体122流从高压容器和第一孔116行进通过壳体112和第二孔120，从而被排放到周围空气或被收集，视需要而定。
从前面描述，本领域技术人员可容易地确定本发明的主要特征，并且在不脱离本发明精神和范围的情况下，可对本发明进行各种改变和改进以使其适应各种用途和条件。

Claims (20)

1.一种热泄压设备（TPRD），其包括：
壳体，其限定了具有第一端和第二端的流体流动通道，所述流体流动通道构造成允许流体从其流动通过；
设置在该壳体中的保持器，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀，所述保持器包括边沿，所述边沿具有的内直径小于所述流体流动通道的直径，所述保持器具有形成在其里面的空腔；以及
可移动的触发构件，其可在打开位置和关闭位置之间移动，其中在所述关闭位置中所述可移动的触发构件与所述流体流动通道的中心轴线中心对准，并且所述可移动的触发构件的至少一部分被构造成接触所述边沿并密封所述流体流动通道的一端，并且其中在所述打开位置中所述可移动的触发构件移动到基本上位于所述保持器的所述空腔内的位置并且与所述流体流动通道的所述中心轴线侧向错开，并且其中在达到温度敏感材料的预定温度时，所述保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
2.如权利要求1所述的热泄压设备，其特征在于，可移动的触发构件在关闭位置侧向地安置在保持器中。
3.如权利要求1所述的热泄压设备，其中该边沿由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
4.如权利要求3所述的热泄压设备，其特征在于，边沿由具有比保持器其余部分高的热膨胀率的材料形成。
5.如权利要求1所述的热泄压设备，其特征在于，保持器由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
6.如权利要求1所述的热泄压设备，其特征在于，触发构件是由玻璃和陶瓷中至少一种形成的球。
7.一种热泄压设备（TPRD），其包括：
壳体，其包括具有第一孔的第一端和具有第二孔的第二端以及在第一孔和第二孔之间的流体流动通道，所述流体流动通道构造成允许流体从其流动通过；
可滑动地安装在所述流体流动通道内的活塞，活塞可在打开位置和关闭位置之间移动，当活塞处于关闭位置时该活塞密封第二孔；
设置在该壳体中的保持器，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀，所述保持器包括边沿，所述边沿具有的内直径小于所述流体流动通道的直径，所述保持器具有形成在其内的空腔；以及
可移动的触发构件，其设置在壳体内并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中所述可移动的触发构件在关闭位置中被所述活塞直接接触并且在可移动的触发构件处于打开位置时该可移动的触发构件自由地与所述活塞间隔开以至少部分地安置在保持器的所述空腔中并且与所述流体流动通道的中心轴线侧向错开，并且其中在达到温度敏感材料的预定温度时，保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置，所述可移动的触发构件在打开位置中位于所述保持器的所述空腔内。
8.如权利要求7所述的热泄压设备，其特征在于，当可移动的触发构件处于打开位置时活塞处于打开位置。
9.如权利要求7所述的热泄压设备，其特征在于，当可移动的触发构件处于关闭位置时，可移动的触发构件侧向地安置在保持器中。
10.如权利要求8所述的热泄压设备，其特征在于，热泄压设备被构造成在活塞和可移动的触发构件两者都处于打开位置时允许流体从其流动通过。
11.如权利要求7所述的热泄压设备，其中该边沿由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
12.如权利要求11所述的热泄压设备，其特征在于，边沿由具有比保持器其余部分高的热膨胀率的材料形成。
13.如权利要求7所述的热泄压设备，其特征在于，保持器由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
14.如权利要求7所述的热泄压设备，其特征在于，触发构件是由玻璃和陶瓷中至少一种形成的球。
15.一种热泄压设备（TPRD），其包括：
壳体，其包括具有第一孔的第一端和具有第二孔的第二端以及在第一孔和第二孔之间的流体流动通道，所述流体流动通道构造成允许流体从其流动通过；
可滑动地安装在壳体内的活塞，活塞可在打开位置和关闭位置之间移动，当活塞处于关闭位置时该活塞密封第二孔；
固定地沿着所述流体流动通道设置在该壳体中的保持器，该保持器的至少一部分由温度敏感材料形成，温度敏感材料构造成随着温度的升高而体积膨胀，所述保持器包括边沿，所述边沿具有的内直径小于所述流体流动通道的直径，所述保持器具有形成在其内的空腔；以及
可移动的触发构件，其设置在壳体内并可在打开位置和关闭位置之间移动，其中在可移动的触发构件处于关闭位置时该可移动的触发构件被所述活塞直接接触并且侧向地安置在所述边沿中，所述可移动的触发构件在打开位置中被移动到保持器的所述空腔内并且与所述活塞自由地间隔开并且与所述流体流动通道的中心轴线侧向错开，并且其中在达到温度敏感材料的预定温度以允许活塞移向打开位置时，保持器允许可移动的触发构件从关闭位置移动到打开位置。
16.如权利要求15所述的热泄压设备，其特征在于，当可移动的触发构件处于打开位置时活塞处于打开位置。
17.如权利要求15所述的热泄压设备，其特征在于，当可移动的触发构件处于打开位置时，可移动的触发构件安置在保持器中。
18.如权利要求15所述的热泄压设备，其特征在于，保持器由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
19.如权利要求15所述的热泄压设备，其中该边沿由具有比触发构件高的热膨胀率的材料形成。
20.如权利要求19所述的热泄压设备，其特征在于，边沿由具有比保持器其余部分高的热膨胀率的材料形成。
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