CN109996986B - 安全装置、储罐结构和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于承载加压气体的容器(12)的安全装置(100)，安全装置(100)包括在第一端(104)和第二端(106)之间延伸的导管(102)，第一端(104)包括入口开口(108)，其中，导管(105)适于布置成使入口开口(108)与容器(12)的内部流体连通。导管(102)包括适于将加压气体释放到环境空气中的位于导管壁中的多个出口开口(110)。本发明还涉及一种储罐结构(10)和包括这种储罐结构(10)的车辆(1)。

Description

安全装置、储罐结构和车辆
技术领域
本发明涉及一种用于承载加压气体的容器的安全装置、包括这种安全装置的储罐结构以及包括这种储罐结构的车辆。
背景技术
出于安全原因，承载可燃加压气体的容器(压力容器)通常包括某种压力释放装置，其布置成在紧急情况下释放气体。例如，在火灾的情况下，容器内的气体压力将随着气体温度的升高而升高。通过释放加压气体，容器内的压力降低，从而降低了容器爆裂的风险。通常已知的是使用适于根据温度或压力打开和释放气体的压力释放装置，例如热熔丝或压力释放阀。然而，在加压气体在火焰方向上被释放的情况下，取决于气体的压力，气体可能被点燃并引起大的火焰。由所释放的气体引起的这种火焰可能危及周围环境的安全。
在文献WO2012143740A2中解决了由所释放加压气体引起的大的火焰的问题。该文献公开了一种具有可变孔的压力释放装置，其中，孔以及由此的质量流率在释放开始时较小，而在压力降低时增大。文献US2012073680A1公开了一种用于加压气体的安全装置，包括限定用于释放气体的通道的主体，其中，翅片可布置成使气体旋转，从而使气体与空气混合。这样，由所释放的气体引起的火焰可以被缩短。
发明内容
尽管本领域已知的解决方案，仍然需要开发一种用于承载加压气体的容器的替代安全装置。
因此，本发明的目的是实现一种用于承载加压气体的容器的有利的安全装置，其增加了危险情况下的安全性。
根据独立权利要求，本文提到的目的通过用于承载加压气体的容器的安全装置、包括这种安全装置的储罐结构以及包括这种储罐结构的车辆来实现。
因此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于承载加压气体的容器的安全装置。安全装置包括在第一端和第二端之间延伸的导管，第一端包括入口开口。导管适于布置成使入口开口与容器的内部流体连通。该导管包括适于将加压气体释放到环境空气中的位于导管壁中的多个出口开口。
安全装置可以适于与承载可燃加压气体的容器相关联地布置。在危险情况下，例如火灾，加压气体应当从容器中被释放以降低容器爆裂的风险。因此，承载加压气体的容器通常包括用于在危险情况下释放气体的至少一个压力释放装置。因此，根据本发明的安全装置可以适于布置成使入口开口经由压力释放装置与容器流体连通。这种压力释放装置可以配置成基于温度或压力而打开，从而释放加压气体。因此，当温度或压力超过某一值时，压力释放装置可以打开，并且容器内的加压气体可以经由入口开口进入导管，并通过出口开口被释放到环境空气中。出口开口适当地总是向环境空气开放。容器中的压力可能非常高，并且随着压力释放装置打开，这可能导致通过导管的高质量流率。在导管只包括一个出口的情况下，出口的质量流率将与入口的质量流率相同。在容器中的高压下，通过出口开口的流出物将因此具有非常高的速度，在所释放的气体被点燃的情况下，这将导致大的火焰。根据本发明，通过提供具有位于导管壁中的多个(即多于两个)出口开口的导管，质量流率将在不同出口开口之间分配。因此，每个出口开口处的质量流率减小，并且在气体被点燃的情况下，从每个出口开口被释放的气体将由此引起较小尺寸的火焰。由此实现了一种安全装置，其减小了在所释放的气体被点燃的情况下可能产生的火焰的尺寸。由此提高了周围环境中的物体/人的安全性。
安全装置的导管可以包括第一部分和第二部分。第一部分可以包括第一端，第二部分可以包括第二端。第一部分和第二部分可以基本上彼此垂直地延伸。第二部分可以包括在第一部分和第二端之间纵向延伸的直管。出口开口可以仅布置在第二部分上。导管的横截面积可以是恒定的。也就是说，第一部分和第二部分的横截面面积适当地基本相同。导管的第二端可以借助于塞子/止动件或类似物封闭。
根据本发明，入口开口面积小于所有出口开口的组合面积。因此，入口开口面积小于所有出口开口的面积之和。通过具有比入口开口面积更大的用于释放气体的面积，与离开容器的气体的压力相比，导管的包括出口开口的部分中的气体的压力将降低。每个出口开口处的流出物的压力将减小，并且可能由所释放的气体引起的火焰的尺寸将由此减小。
根据本发明的实施例，出口开口沿着导管的纵向延伸部不均匀地分布。出口开口可以沿着导管的第二部分的纵向延伸部不均匀地分布。根据出口开口如何沿着导管布置，导管中的气体压力将不同，并且在不同出口开口处的质量流率可以相应地不同。由于沿着导管布置的出口开口，气体的压力在更靠近导管的第一端处比在第二端处更高。因此，布置在更靠近导管的第一端的出口开口处的质量流率可以高于布置在更靠近第二端的相同尺寸的不同出口开口处的质量流率。通过使出口开口沿着导管的纵向延伸部不均匀地分布，可以控制沿着导管的不同出口开口处的质量流率。出口开口适当地沿着导管的纵向延伸部设置，以便获得基本上均匀的质量流率。也就是说，出口开口适当地沿着导管的纵向延伸部设置，使得质量流率在不同的出口开口处基本相同。
根据本发明的实施例，与导管的第一端相比，导管在更靠近第二端处包括更多数量的出口开口。因此，出口开口的数量可以在更靠近导管的第二端处增加。沿着导管的纵向方向观察，各个出口开口之间的距离在靠近第二端处可以比在靠近导管的第一端处短。因此，在第二端处，出口开口之间可以更近。当压力释放装置打开并且气体从容器中被释放时，导管的第一端处的压力将基本上类似于容器中的初始压力。在导管在更靠近第一端处包括在比第二端处更多的出口开口的情况下，大部分气体将在第一端处被释放，并且通过这些出口开口的质量流率将相对较高。通过增加第二端处的出口开口的数量，较小的阻力导致朝向第二端的增加的气流，并且较少的气体通过更靠近第一端处的出口开口被释放。由此实现了沿着导管通过出口开口的更均匀的质量流率。
根据本发明的实施例，出口开口面积在更靠近第二端处比在导管的第一端处更大。因此，靠近第一端布置的出口开口可以具有比靠近第二端布置的出口开口更小的开口面积。因此，出口开口面积可以在更靠近第二端处增加。出口开口面积可以被称为出口开口的尺寸或横截面面积。因此，出口开口的尺寸可以在更靠近第二端处增加。如前所述，靠近第一端的气体的压力比在第二端处高。通过增加更靠近第二端处的出口开口面积，减小了气体阻力，并且即使第二端处的压力较低，质量流率也将类似于在更靠近第一端处的较小出口开口处的质量流率。由此实现了沿着导管通过出口开口的更均匀的质量流率。
根据本发明的实施例，出口开口布置成在使其损害最小的方向上释放和引导加压气体。适当地，出口开口布置成在任何产生的火焰将产生最小损害的方向上释放和引导加压气体。出口开口可布置成引导加压气体远离易燃材料。根据容器如何布置以及安全装置如何连接到容器，出口开口可以布置成使得它们沿安全方向引导所释放的气体。在一个示例中，与安全装置相关联的容器是用于CNG燃料的燃料罐，并且容器可以附接到车辆。在车辆是卡车的情况下，容器可以布置在车辆的支撑结构(框架)处，并且在车辆是公共汽车的情况下，容器可以布置在车辆的车顶处。在车辆是卡车的情况下，出口开口可以布置成使得它们将所释放的气体向下向内引导到车辆下方。也就是说，出口开口可布置成将所释放的气体倾斜向下引向车辆中心下方的地面。通过以这种方式引导所释放的气体，可产生的任何火焰被限制在车辆下方。由此降低了火焰对周围物体或人产生负面影响的风险。在车辆是公共汽车的情况下，出口开口可以布置成引导所释放的气体向上远离车辆。由此降低了火焰对周围物体或人产生负面影响的风险。在一个示例中，容器是固定容器，并且出口开口布置成将所释放的气体向下或倾斜向下引向容器所在的地面。替代地或附加地，导管配置成引导加压气体远离可燃材料。导管可以配置成在安全方向上引导所释放的气体。导管可以配置成沿任何产生的火焰将产生最小危害的方向引导和释放所释放的加压气体。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于承载加压气体的容器的安全装置。安全装置包括在第一端和第二端之间延伸的导管，第一端包括入口开口，第二端包括适于将加压气体释放到环境空气的出口开口。导管适于布置成使入口开口与容器的内部流体连通。导管适于布置成使得加压气体在其损害最小的方向上被释放。导管适于布置成使得加压气体被倾斜地向下释放。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括至少一个承载加压气体的容器的储罐结构。储罐结构包括根据本文所述的任何实施例的安全装置。储罐结构可以适于承载压缩天然气(CNG)燃料。因此，该至少一个容器可以是承载CNG的燃料罐。储罐结构可以包括多个容器。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的储罐结构。储罐结构包括承载加压气体的至少一个容器和根据本文所述的任何实施例的安全装置。储罐结构因此可以包括安全装置，该安全装置包括在第一端和第二端之间延伸的导管，第一端包括入口开口，其中导管适于布置成使得入口开口与容器的内部流体连通，其中导管包括适于将加压气体释放到环境空气中的位于导管壁中的多个出口开口，并且其中入口开口面积小于所有出口开口的组合面积。储罐结构还可以包括压力释放装置，其中安全装置布置成使得入口开口经由压力释放装置与容器的内部流体连通。压力释放装置可以配置成基于温度或气体压力而打开，从而确保加压气体可以经由出口开口释放。因此，当温度或压力超过某一值时，压力释放装置可以打开，并且容器内的加压气体可以经由入口开口进入导管，并通过出口开口被释放到环境空气中。出口开口适当地总是向环境空气开放。储罐结构可以适于布置在车辆的支撑结构上，其中安全装置可以适于布置成使得安全装置的出口开口将加压气体倾斜地向下释放到车辆下面。可选地，储罐结构可以适于布置在车辆的车顶上，并且安全装置可以适于布置成使得出口开口将加压气体向上远离车辆释放。
根据本发明的一方面，提供了一种车辆。车辆包括根据本文所述的任何实施例的安全装置。根据本发明的一个方面，提供了一种包括根据本文所述实施例的储罐结构的车辆。适当地，容器设置在车辆的支撑结构上，并且其中，安全装置的出口开口布置成使得加压气体被倾斜地向下释放到在车辆下面。可选地，容器可以布置在车辆的车顶上，并且安全装置的出口可以布置成使得加压气体被向上远离车辆释放。
通过下面的详细描述，并且通过将本发明付诸实践，本发明的其它目的、优点和新颖特征对于本领域技术人员将变得显而易见。而下面描述本发明的实施例，但是应当注意，本发明不限于所述的具体细节。可以访问这里的教导的专家将认识到在其它领域内的其它应用、修改和结合，它们在本发明的范围内。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其进一步的目的和优点，下面给出的详细描述应当与附图一起阅读，其中相同的附图标记表示各个附图中的类似项目，并且其中：
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的车辆；
图2示意性地示出了根据本发明实施例的储罐结构；
图3a示意性地示出了根据本发明实施例的安全装置；而且
图3b示意性地示出了根据本发明实施例的安全装置。
附图说明
图1示意性地示出了包括推进单元2的车辆1的侧视图。推进单元2可以是燃气发动机，例如奥托发动机。推进单元2由CNG(压缩天然气)燃料适当地驱动。CNG是可燃的。车辆1适当地包括具有承载CNG的至少一个容器(储罐)12的储罐结构10。储罐结构10可以包括承载加压气体的多个容器12。用于在紧急情况下将加压气体释放到环境空气中的安全装置适当地布置成与每个容器12相关联。在图2中进一步描述了储罐结构10，并且在图3a-3b中进一步描述了安全装置。车辆1可以是重型车辆，例如卡车或公共汽车。车辆1可以替代地是客车。车辆1可以手动操作、远程操作或自主操作。在该图中，车辆1被图示为卡车，并且储罐结构10布置在车辆1的框架处。仅示出了两个容器12，但是储罐结构10可以包括例如八个容器12。在车辆1是公共汽车的情况下，储罐构造10可布置在车辆1的车顶处。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的储罐结构10。储罐结构10包括至少一个承载加压气体的容器12。加压气体可以是CNG或任何其它加压可燃气体。储罐构造10可以如图1中公开的那样布置在车辆上。替代地，储罐结构10可以是固定的储罐结构10。储罐结构10进一步包括至少一个压力释放装置14，该至少一个压力释放装置布置成在危险情况下从容器12释放加压气体。压力释放装置14可以构成容器12的一部分。压力释放装置14可以适于在作用于压力释放装置14上的压力或温度超过某个值时打开。当压力释放装置14打开时，容器12内的加压气体被排放到环境空气中。图2示出了两个压力释放装置14，其中一个压力释放装置可以适于在压力超过一定值时打开，而另一个压力释放装置可以适于在温度超过一定值时打开。这样，降低了容器12由于过高的压力或温度而爆裂的风险。
安全装置100可以与每个压力释放装置14相关联地布置。每个安全装置100可以包括在第一端104和第二端106之间延伸的导管102，第一端104包括入口开口108。导管102适当地布置成使得入口开口108经由压力释放装置14与容器12的内部流体连通。导管102的第二端106可以是封闭的，并且导管102可以包括适于将加压气体释放到环境空气中的位于导管壁中的多个出口开口110。导管102的第二端106可以由塞子/塞子112封闭。因此，当压力释放装置14打开时，容器12中的加压气体将进入入口开口108，流过安全装置100的导管102，并通过出口开口110释放到环境空气中。通过关闭导管102的第二端106并为导管102提供位于导管壁中的多个出口开口110，气体质量流率在不同的出口开口110之间分配，并且在所释放的气体被点燃的情况下，可能出现的任何火焰的尺寸由此减小。
在该实施例中，储罐结构10还包括连接到至少一个压力释放装置14的至少一个排气导管16。排气导管16被倾斜地向下引导，并且安全装置100的导管102可以附接到排气导管16。安全装置100的导管102可以替代地直接附接到压力释放装置14。
应当理解，尽管图2仅示出了一个容器12，但是储罐结构10可以包括多个容器12，每个容器包括至少一个安全装置100。
图3a示意性地示出了根据本发明实施例的用于承载加压气体的容器12的安全装置100。安全装置100可以是如图2中公开的储罐构造10的一部分，并且安全装置100因此可以适用于包括CNG燃料的燃料罐。安全装置100可以适于运载加压可燃气体的任何压力容器。安全装置100可以包括在第一端104和第二端106之间延伸的导管102，第一端104包括入口开口108，其中导管102适于布置成使入口开口108与容器12的内部流体连通。导管102的第二端106可以是封闭的，并且导管102可以包括适于将加压气体释放到环境空气中的位于导管壁中的多个出口开口110。因此，安全装置100可以适于布置成使得加压气体可以经由入口开口108进入导管，流过导管102，并经由出口开口110被释放到环境空气中。导管102中的流动方向由图中的箭头示出。导管102的第二端106可以由塞子/止动件112封闭。
安全装置100的导管102可以包括第一部分102’和第二部分102”。第一部分102’可以包括第一端104，第二部分102”可以包括第二端106。第一部分102’和第二部分102”可以基本上彼此垂直地延伸。出口开口110可以仅布置在第二部分102”上。在该实施例中，第一部分102’可以包括多个弯曲部分，而第二部分102”可以包括笔直部分。
入口开口面积适当地小于所有出口开口110的组合面积。通过具有比入口开口面积更大的面积来释放气体，在导管102的第二部分102”中的压力将低于进入导管102的气体的压力，出口开口110布置在该第二部分中。由此将减小由所释放的气体引起的任何火焰的尺寸。
在该实施例中，出口开口110沿着导管102的第二部分102”的纵向延伸部不均匀地分布。出口开口110被适当地分布，以便实现从不同的出口开口110流出的基本上均匀的质量流率。与导管102的第一端104相比，导管的第二部分102”可以在更靠近第二端106处包括更多数量的出口开口110。在导管102的第二部分102”的纵向方向上看，与导管102的第一端104相比，各个出口开口110之间的距离可以在更靠近第二端106处更小。与第一端104相比，通过增加第二端106处的出口开口110的数量，较小的阻力将增加朝向第二端106的气流。由此实现了沿着导管102通过出口开口110的更均匀的质量流率。
出口开口面积在更靠近导管102的第二端106处也可比在更靠近第一端104处更大。因此，靠近第一端104布置的出口开口110可以具有比靠近第二端106布置的出口开口110小的开口面积。因此，出口开口面积可以在更靠近第二端106处增加。
出口开口110可以布置成沿任何产生的火焰将产生最小危害的方向引导和释放加压气体。在该实施例中，出口开口110沿着直线布置在导管102的第二部分102”的一侧上。然而，安全装置100可以包括沿着导管102的圆周的至少一部分布置的出口开口110。出口开口110可以布置成引导加压气体远离可燃材料。
图3b示意性地示出了根据本发明实施例的用于承载加压气体的容器12的安全装置100。安全装置100适当地配置成如图3a中所公开的安全装置100，不同之处在于导管102包括指向不同方向的出口开口110。出口开口110可以至少部分地围绕导管的圆周布置。因此，所释放的气体将根据气体从哪个出口110被释放而被引导到不同的方向。这样，减少了大的火焰的风险。而且，在该实施例中，导管102的第一部分102’可以包括基本上垂直于导管102的第二部分102”延伸的直段。
本发明的优选实施例的上述描述是为了说明和描述的目的而提供的。其不是穷举的，也不是将本发明限制于所述的变型。许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，导管的第一部分和第二部分可以其根据安全装置所布置的储箱布置以不同的方式构造。而且，出口开口的尺寸和位置可以变化。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，因此使得专业人员能够理解本发明的各种实施例以及适合于预期用途的各种修改。

Claims (8)

1.一种储罐结构(10)，包括用于可燃的加压气体的至少一个容器(12)，其特征在于，所述储罐结构包括用于承载可燃的加压气体的容器(12)的安全装置(100)，安全装置(100)包括在第一端(104)和第二端(106)之间延伸的导管(102)，第一端(104)包括入口开口(108)，其中，导管(102)布置为使得入口开口(108)经由压力释放装置(14)与容器(12)的内部流体连通，其中，导管(102)包括适于将加压气体释放到环境空气中的位于导管壁中的多个出口开口(110)，其中，入口开口面积小于所有出口开口(110)的组合面积。
2.根据权利要求1所述的储罐结构(10)，其中，出口开口(110)不均匀地分布在导管(102)的纵向延伸部上。
3.根据权利要求1或2所述的储罐结构(10)，其中，导管(102)的第二端(106)是封闭的。
4.根据权利要求1或2所述的储罐结构(10)，其中，与导管(102)的第一端(104)相比，导管(102)在更靠近第二端(106)处包括更多数量的出口开口(110)。
5.根据权利要求1或2所述的储罐结构(10)，其中，与导管(102)的第一端(104)相比，出口开口面积在更靠近第二端(106)处更大。
6.一种车辆(1)，其特征在于，其包括根据权利要求1-5中任一项所述的储罐结构(10)。
7.根据权利要求6所述的车辆(1)，其中，容器(12)布置在车辆(1)的支撑结构上，并且其中，安全装置(100)的出口开口(110)布置成使得加压气体被倾斜地向下释放到车辆(1)下面。
8.根据权利要求6所述的车辆(1)，其中，容器(12)布置在车辆(1)的车顶上，并且其中，安全装置(100)的出口开口(110)布置成使得加压气体被向上远离车辆释放。
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