CN103728092B - 用于高压存储设备的压力表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高压存储设备的压力表，其中壳体(10)具有一个腔，该腔带有在内可移动导引的指示元件(15)和至少一个压力弹簧(11)，其中所述可移动导引的指示元件(15)在其面向压力观测范围(21)的侧面上施加以压力并且因此克服至少一个压力弹簧(11)的弹力从起始位置可逆地移动到压力指示位置，其中所述可移动导引的指示元件(15)具有减压通道(25)，其中该减压通道(25)由不可逆工作的减压装置(23)关闭。本发明还涉及一种用于运输工具的高压存储设备，包括至少一个与之有效连接的、如上述权利要求其中任一项所述的压力表。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运输工具的高压存储设备的压力表。
背景技术
专利文件EP 1 219 942 A1公开了如权利要求1的前序部分所述的压力表。对于这种用于液压和/或气动压力系统的压力表，其包括(具有可与压力系统的压缩室连接的压力侧以及与之相反的指示侧的)壳体和在壳体中、位于压力侧和指示侧之间可被移动导引的指示元件，可向压力侧上的指示元件施加压力，因此它克服指示侧上的弹力从静止位置移动到压力指示位置。所述压力表可以通过非常简单的结构方式、成本低廉地制造而成，因此也适于批量生产。其组成部分优选以无螺纹连接的方式固定在壳体内部。它在指示侧上通过卷起的关闭元件实现。另外还设计了减震装置来减缓所述指示元件的移动。
这种压力表能够实现快速地从视觉/光学角度来识别每种压力状态。在无压力状态下，这种针形的指示元件处于受弹力限制的静止位置，在该静止位置处，该指示元件在指示侧以其端面大约与壳体齐平地关闭。在施加压力时，所述指示元件克服弹力地移动到其从视觉上来看超出壳体的压力指示位置。这种压力表大多仅适于相对小的压力。
如专利文件EP 1 219 942 A1所公开的压力表虽然原则上适用于更高的压力，但对于超压情况而言没有安全性并在低温时功能受限，因为密封圈可能夹住所述指示元件。由于将关闭元件用作用于密封圈的固定装置，所以需要附加的构件，这样一方面增加了费用，但也在压力非常大的时候降低安全性，因为它必须保持住所述密封圈的压力。
现有技术多次公开了针对容器结构和阀门的爆破片旋紧装置(Berstverschraubung)。爆破片是有效的、通过一次性薄膜爆炸保护容器和系统的压力保险装置受到超压或压力不足的损害。因此，爆破片是一种额定断裂点。这种薄膜一般是由钢或不锈钢制成的薄的金属膜。爆破片常常和安全阀一起使用，这样才能保证受保护的设备正常运行时的密封性。
不论是德国专利文件DE1 000 197 B还是德国专利文件DE 916 140 C都公开了与指示元件一起的爆破片的使用。当然，在这两种情况下，串联所述爆破片的指示元件，它也仅用于可靠地显示爆破片的反应及其破裂的情况。
在很多应用情况下需要可靠地保持蓄压器容器或高压存储设备的可靠的工作压力，尤其是在加注过程中，这样可以避免蓄压器容器或高压存储设备上出现损坏。通常符合预期的情况是它同时还可以准确地显示出工作压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在这一方面改善上述类型的压力表，并提供一种除压力指示功能之外还能执行减压功能的压力表，其(尤其是持续地)与高压存储设备连接并在没有电元件和电子元件的情况下工作。
这些元件都尽可能简单且价格低廉。在如本发明所述使用压力表的要求中，所储存的介质尤其是气态，并且在工作条件下一般能达到1000巴的压力，温度在-40℃至接近100℃，尤其是汽车底盘上持续受到污染。所述压力表必须满足在大约10年使用寿命中功能毫无缺陷，也就是在所有工作条件下、所有压力及温度范围内和整个使用寿命期间绝对密封。
此外，本发明所要解决的技术问题是能够实现具有更高的工作安全性的改善的高压存储设备。
该技术问题通过一种用于高压存储设备的压力表得以解决，其中壳体具有带有可在其中可移动导引的指示元件和至少一个压力弹簧，其中在面向压力观测区域的面上的、可移动导引的指示元件可施加以压力，并因此可克服至少一个压力弹簧的弹力从初始位置可逆地移动到压力指示位置中，其中可移动导引的指示元件具有减压通道(Entlastungskanal)，和其中所述减压通道由一个不可逆工作的减压设备关闭。
结构结实的、纯机械-光学的和可看见的压力表，其基于预先选定的弹力，从一确定的压力起将指示元件，例如指示针移动到高压存储设备使用者可见的指示位置。同样，还保护整个系统不发生爆破，并且存储在该高压存储设备中的介质在极端情况下会有目的地导出。
在此情况下，每个大于1巴的压力都被视为高压。
这种在机械-光学和可看见的压力表的创造性优点是该压力表对撞击不敏感，这种集成的、持续密封的减压设备只有在超过工作压力和/或超过许可环境温度的情况下不可逆地开启。将针对超压的机械指示器和不可逆的、与温度有关的超压保护装置整体组合起来的有利地应用在例如CNG或氢气的高压存储设备的螺旋塞中。
另外，该技术问题通过一种用于运输工具的、包括至少一个与之有效连接的压力表的高压存储设备得以解决。
除机动车外，运输工具这一概念还包括飞机、船舶和有轨机动车。
依据本发明的、单独的以及与一个或几个蓄压器组合使用的压力表的实施方式有助于提高安全性，防止高压存储设备在加入液体时被注满，也可以实现对高压存储设备的实时填充状态进行简单、快速和安全的诊断。这在高压存储设备假定发生故障和即将开展维修工作时是非常重要。
依据本发明的压力表特别适用于不同的介质，例如氢气、甲烷、天然气或由氢气和天然气组成的混合气。通过适当的变型，也可以使用液态气(LPG)或其他液态介质。
本发明的改进方案由各从属权利要求、说明书以及附图给出。
压力表优选实施为，使得减压通道作为轴向钻孔布置在指示元件中。因此，该减压通道以很直接和短的路径将压力表内部的压力观测区域和位于高压存储设备外部的指示区域连接起来，相应的指示元件可以简单地制造而成。所述减压通道不必通过钻孔制成，也可以考虑例如浇铸的方式制造。
在尤其优选的实施方案中，该可移动导引的指示元件具有至少一个密封元件。所述密封元件例如构造成与支承环连接的O形环。它要么布置在指示元件径向外侧的槽内，要么作为替换方案也可布置在压力表基体的腔的优选圆柱形的区域内。为了更好地移动指示元件以及提高气密性，优选抛光所述指示元件上的或基体的腔内的滑动面。
所述可移动导引的指示元件在一个端部上优选地具有直径增大的活塞头。该增大的活塞头特别适用于布置集成在指示元件中的减压设备。另外在密封区域中的直径和该活塞头增大直径之间存在的台阶可作为用于减震元件的支座和/或用于所述指示元件的挡块。
在依据本发明的压力表的实施方式中，这种不可逆工作的减压设备布置在可移动导引的指示元件的、面向压力观测区域的侧面上。在爆破片作为减压设备的示例中特别有利的是，在指示元件中的爆破片和减压通道之间设计一个膨胀腔。它构造为，使得优选构造为反转爆破片的爆破片可不受阻碍地发生爆破并且减压通道不会通过爆破片的部分阻挡。这一实施方式的另一优点是可以较好地保护该爆破片免受外部影响(污染、损坏)。
在依据本发明的压力表的另一个实施方式中，该不可逆工作的减压设备布置在可移动导引的指示元件的、与压力观测区域相背的侧面上。
在依据本发明的压力表的另一个实施方式中，该不可逆工作的减压设备是与温度有关反应的设备。这种类型的已知设备是由具有特定熔点的材料制成的釉质塞。但这种易燃的材料可使用在与温度有关地反应的设备中。在这一实施方式中特别有利的是，该减压设备已经能在不允许的升温情况下做出反应，而所述高压存储设备的内压力不会达到危险的高压。
在一个特别有利的实施方式中，该不可逆工作的减压设备是对增大的压力做出反应的设备。这种对增大的压力有所反应的设备在下列附图中显示为爆破片。在本发明的一个特别有利的实施方式中，这种爆破片材料接合式连接，尤其是焊接。但这种对增大的压力有所反应的设备也可与所述指示元件例如焊接、粘贴以及装配或卷折在一起。
所示压力表的开关压力基本上通过压力弹簧的弹力来确定，该开关压力是在压力监测区域内的压力，在该压力监测区域中，指示元件可见地移入指示区域内。这种指示压力有利地调节到低值，这样所述压力表也可以清楚地显示出高压存储设备中少量的剩余压力。
如果所述可移动导引的指示元件具有减震元件，尤其是膜片弹簧，则是特别有利的。该膜片弹簧优选地布置为，使得它首先在没有反作用力的情况下允许指示元件的一定的路径。例如如此设置其弹力，使其从至少2巴起有所反应，并且该指示元件在理想的10巴工作压力的状态下发生机械制动。它的优点为可能是两级的压力指示。另外，在指示元件和基体之间发生减震撞击时，该膜片弹簧作为减震元件作用。
在所述压力表的一个实施方式中，其中，增大的活塞头位于可移动导引的指示元件的、与所示压力观测区域相背的侧面上，可移动导引的指示元件优选具有保险环。该保险环在优选实施方式中用作用于该压力弹簧的支座和/或用于所述指示元件的在基体上的挡块。所述指示元件也不丢失地保持在所述压力表的基体中。
在一个有利的实施方式中，所述可移动导引的指示元件在面向指示区域的端部上具有指示针。在理想状态下，被旋入的或插入的指示针由低摩擦的塑料或带有塑料镀层的金属制造而成。由此与基体之间的缝隙可保持地很小，而不必害怕夹住所述指示元件。布置在可移动导引的指示元件中的减压通道在该指示针中至少延伸很远，以使得这种不可逆工作的减压设备做出反应后，可能流出的介质可以从压力观测区域中流出到指示区域。
在另一个有利的实施方式中，该活塞头或指示针具有至少一个标识，其中优选两个标识这样地布置在活塞头或指示针上，使得能以视觉感知的方式显示两个不同的工作压力水平。这些标识例如可设计成例如环形的槽口或切口(有色或无色)。因此，尤其在上文所述的压力弹簧和减震元件共同作用时，通过压力表可能在指示区域内以视觉可感知的方式显示出几个对于高压存储设备而言重要的工作压力水平，也就是没有超压(设备是空的)、剩余压力和/或工作压力。
在另一个有利的实施方式中，所述基体具有安装螺纹并且可与安装密封圈一起拧入容纳块的凹处中。这样可以实现该压力表尤其是模块式的结构及其简单和节省空间的安装。这种压力表例如可以用作例如运输工具油箱或油箱系统的进入区内的阀门组合，以便可以在加油或加注过程中防止蓄压器容器中的过充满。所述指示元件和/或基体优选地由平滑良好的材料制成。通过与非常大的压力(一般是200至1000巴)相配的材料选择可以优化其功能。本领域技术人员熟知优选的材料和材料组合。
根据本发明的另一个实施方式，所述减压通道与用于清除流出介质的管道连接。由此，可能流出的介质可以从该压力表的直接环境中输出并且适合的位置上，在对乘客不造成危险的情况下，在低压状态下继续处理这些介质。
附图说明
下文例如参考附图描述本发明。
图1：依据本发明的实施方式的截面图，其在压力指示元件的面朝压力观测区域的侧面上具有爆破片。
图2：依据本发明的另一个实施方式的截面图，其在压力指示元件的面朝指示区域的侧面上具有爆破片。
具体实施方式
图1中示范性显示的压力表由一体式的、不受腐蚀的钢制成的基体10构成。所述基体以理想方式构造为螺旋塞并分两级被钻成空心。在指示针16拧入或插入到所述指示元件15(附图没有显示)时，同样由不受腐蚀的钢制成的、可轴向移动的指示元件15在外直径上构造为至少两级。在所示的带有集成指示针16的指示元件15的一体式实施方式中，该指示针在外直径上显示为三级。所述指示元件15在内部连续地钻成空心25，该指示针16在一个实施方式中固定在所述指示元件中的情况是同样的。此外所述指示元件15也分两级被钻成空心并在更大的开口处具有密封安装的爆破片23。在附图所示的实施方式中，所述爆破片23与所述指示元件15焊接在一起26并且构造为反转爆破片(Umkehrberstscheibe)。所述爆破片23在其开关性能中构造为，使其在最大的环境温度时，从超过最大许可工作压力的至少5％起，但可靠地在整个设备最大许可工作压力之下，不可逆地开启。此外，所述爆破片23构造为，使它在超过最大许可环境温度时，降低其开启压力。这样的优点是避免在工作条件以内开启，但例如发生火灾时，设备会快速减压。此外，如果爆破片开启，那么就不再给所述高压存储设备施加压力，并因此迫切要求在超过工作压力时检测该高压存储设备。
指示元件15中的钻孔25构造为，使得能控制存储介质的流出速度。这可以通过孔的截面或横截面缩小部表示。
根据现有技术水平，使用一个或两个压力弹簧11作为所述指示元件的控制元件，使得在无压力的情况下，所述指示元件15与指示针16一起这样地固定在其初始位置，使指示针与基体10尽可能平坦地封闭。螺旋弹簧11作为压力弹簧以理想方式和膜片弹簧24组合在一起。所述压力弹簧11优选具有弹力，其相当于系统中非常小的超压并显示未推开的指示元件15，因此可能毫无危险地开启高压存储设备。所述膜片弹簧24安装在该位置处，使得它在没有反作用力的情况下允许指示元件仅移动一定的路径，并且反作用力设定为，使其只有从至少2巴起作出反应，在理想的10巴工作压力下，指示元件进行机械止动。然后，所述膜片弹簧支撑在所述指示元件15的(膜片弹簧)支座37和基体的减震挡块33上。它的优点是可能实现两级的压力表。此外，所述膜片弹簧在指示元件15和基体10之间的减震挡块33处充当减震元件。
根据现有技术，带有支承环13的O形环作为基体10和指示元件15之间的密封系统安装。在附图所示的实施方式中，指示元件克服弹力的固定装置一方面表示为基体(图1)中的挡块，一方面(图2中)与保险环12一起。
下文将描述图1所示压力表在工作中的功能流程。只要压力形成于压力观测区域21中并且到达压力表，则克服支承在弹簧支座(在基体10上)31和(在指示元件15上)35上的压力弹簧11的弹力，将所述指示元件15向外区域/指示区域22的方向按压，直至所述膜片弹簧24止动(自由冲程S1)，所示指示针16因此也被向外按压。根据现有技术，通过用颜色标出针的末端来表示系统中的超压。如果压力继续增大(压力至少大于2巴)，则克服膜片弹簧24的力，将所述指示元件15继续向外按压移动所述膜片弹簧24的冲程S2，直至活塞挡块36和基体挡块32的机械止动(整个冲程SG是S1和S2的和)。系统中增大的工作压力通过另一种颜色的标识，例如红圈来表示。对于自动应用的情况，所述膜片弹簧在指示元件止动点上的反作用力的理想值是10巴，最大工作压力一般在200至900巴之间，最小工作压力大于10巴。如果系统中的压力在最小和最大工作压力之间，则所述指示元件不移动。只有在维修情况下或在使用寿命终止时，如果压力从系统中释放出，那么所述指示元件15离开机械止动位置，并显示低于10巴的工作压力。
因为在自动高压存储设备中，出于技术原因，最小工作压力目前不会低于10巴，所以指示元件和指示针一起总是保持在机械止动状态(整个冲程SG)，这样不损伤所述密封元件13。
指示元件15开始移动的起始压力可以通过压力弹簧11和膜片弹簧24的每个弹力调节，上述数值均是示例。这也适用于爆破片23的爆破压力。在超过例如最大工作压力的5％时，爆破片开启，存储介质也将按照所实施的孔截面流出。
在图2中示出依据本发明的压力表的改进方案的截面图。在所示的实施方式中，如图1所示，构造指示元件15和基体10，其中定位所述爆破片以替代指示针16。这样的优点很多，一方面所述压力表的制造成本很低，另一方面它可以同时实现多种功能。
通过所显示的爆破片23的位置，它直接接触环境温度，这样在不许可的升温情况下，例如发生火灾时，所述爆破片23快速做出反应。因此依据本发明的压力表替代目前自动应用较为普遍的、受温度控制的减压器。但为保护常规的高压存储设备，受温度控制的减压器还不够。作为补充方案的是依赖于压力的开关装置，其要求在超压情况下，在达到高压存储设备的爆破压力前，开启该系统。为此在这种高压存储设备中大多使用一个单独的限压阀。但在依据本发明的压力表中不再需要该单独的限压阀，这是因为所述压力表与温度和/压力有关地开启(也就是说限制压力)，作为补充方案提供一种(两级)压力表。
与所述指示元件15的旋转轴对准的减压通道25使介质可以和支承环28中面朝外部区域22布置的以及焊接在活塞头27中的爆破片23进行气压或液压连通。
在施加压力时，所述活塞头27和针对爆破片的容纳部一起向外部区域22延伸出整个冲程SG，并因此是明显可见的指示器，而系统中的工作压力大于例如10巴。通过给活塞头27涂上信号色的方式提高可见度和信号效果，同时作为补充方案通过给用于(未示出的)爆破片的覆盖罩涂上相同颜色来提高可见度和信号效果。爆破片保护该压力系统，防止其超过许可的工作压力，其中通过这一定位可以实现另一种效果。
所述爆破片23布置为，使爆破压力在最大许可环境温度情况下大于最大工作压力。一旦发生火灾，环境温度上升，由此爆破片23的爆破压力下降。由此实现在火灾情况下的双重安全性。如果系统中的压力由于远离压力表的地方变热而升高，其中，安全阀没有受到热压，则安全阀在超过最大工作压力5％的情况下开启。如果所述压力表并因此不可逆的减压装置23直接接触热源，则爆破压力相应减小，并且它已在压力更小的时候抽空。由于活塞头和爆破片23一起在系统压力低的情况下处于突出的位置，这一功能得以优化。具有通过活塞头27闭合的形状的基体10的实施例能够实现，介质通过(未示出的)管道的连通性针对性地排出。但然后就不存在光学/可视的压力显示。
在无压力状态下，通过压力弹簧11的力使指示元件的活塞头27压靠在基体10中的静止垫片41上。
如果例如在加注过程中，整个高压存储设备中的压力升高成，使得由于力的关系，通过对指示元件15施加的力，消除支撑在保险环12和弹簧支座42之间的压力弹簧11的弹力，并抵靠所述基体10的挡块43推动所述指示元件15和保险环12(整个冲程SG)。这一压力和指示压力相符。
在(图1和图2所示的)两个实施方式中，所述基体10具有安装螺纹45并且可以和安装密封环14一起拧入所述高压存储设备的容纳块20的凹处部中。
依据本发明的压力表的结构变型可能非常节省空间。可以把所述压力表安装在每个阀体、油箱适配器、存储器或管道件中。可以任意混合所列举的实施方式。
所有给出的压力值都是示例，不限制本发明并且依据本发明的解决方案可以针对几乎任意压力范围实施。
附图标记列表
10 基体
11 压力弹簧(螺旋弹簧)
12 保险环
13 密封元件
14 安装密封环
15 指示元件(活塞)
16 指示针
20 容纳块(高压存储设备)
21 压力观测区域
22 指示区域
23 不可逆工作的减压装置(例如爆破片)
24 膜片弹簧
25 减压通道
26 焊缝
27 活塞头
28 支承环(例如爆破片)
29 膨胀腔
31 弹簧支座
32 基体挡块
33 减震挡块
35 弹簧支座
36 活塞挡块
37 支座
41 静止垫片
42 弹簧支座
43 挡块
45 安装螺纹
S1 自由冲程
S2 膜片弹簧的冲程
SG 整个冲程
Claims (14)
1.一种用于高压存储设备的压力表，其中，壳体(10)具有腔和至少一个压力弹簧(11)，所述腔带有在内可移动导引的指示元件(15)，其中，所述可移动导引的指示元件(15)在其面朝压力观测区域(21)的侧面上能够被施加以压力并且因此能够克服所述至少一个压力弹簧(11)的弹力从起始位置可逆地移动到压力指示位置，
其特征在于，
所述可移动导引的指示元件(15)具有减压通道(25)，其中，所述减压通道(25)通过不可逆工作的减压装置(23)关闭；
其中，通过减压通道(25)能够导出存储在所述高压存储设备中的介质,
其中，所述减压通道(25)作为基本轴向的孔布置在所述指示元件(15)中，并且所述减压通道(25)在所述指示元件(15)中至少延伸到这样远，以将压力表内部的压力观测区域(21)和位于高压存储设备外部的指示区域(22)相连接。
2.如权利要求1所述的压力表，其特征在于，所述可移动导引的指示元件(15)具有至少一个密封元件(13)。
3.如权利要求1所述的压力表，其特征在于，所述可移动导引的指示元件(15)在一个端部上具有直径增大的活塞头(27)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述不可逆工作的减压装置(23)布置在所述可移动导引的指示元件(15)面朝所述压力观测区域(21)的侧面上。
5.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述不可逆工作的减压装置(23)布置在所述可移动导引的指示元件(15)背向所述压力观测区域(21)的侧面上。
6.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述不可逆工作的减压装置(23)与所述指示元件(15)材料接合式地连接。
7.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述压力表的开关压力基本上由所述压力弹簧(11)的弹力确定。
8.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述可移动导引的指示元件(15)具有减震元件(24)。
9.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述可移动导引的指示元件(15)具有保险环(12)。
10.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述可移动导引的指示元件(15)在其面朝指示区域的端部上具有指示针(16)。
11.如权利要求3所述的压力表，其特征在于，所述活塞头(27)具有至少两个标识，其中两个不同的标识这样地布置在所述活塞头(27)上，使得以可视的方式显示出两个不同的工作压力水平。
12.如权利要求10所述的压力表，其特征在于，所述指示针(16)具有至少两个标识，其中两个不同的标识这样地布置在所述指示针(16)上，使得以可视的方式显示出两个不同的工作压力水平。
13.如权利要求1至3中任一项所述的压力表，其特征在于，所述壳体(10)具有安装螺纹(45)并且能与安装密封环(14)一起拧入容纳块(20)的凹处中。
14.一种用于运输工具的高压存储设备，包括至少一个如上述权利要求中任一项所述的压力表。
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