CN112313106A

CN112313106A - 箱组件

Info

Publication number: CN112313106A
Application number: CN201980042469.2A
Authority: CN
Inventors: H-U·斯塔尔; P·巴特尔
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: US20210347249A1; WO2020015991A1; DE102018212137A1; CN112313106B

Abstract

本发明涉及一种箱组件，其包括箱、泄压阀、传热路径和传热元件，所述传热元件关于在传热路径与泄压阀之间的传热可改变。由此可防止热量从泄压阀被不希望地带走。

Description

箱组件

技术领域

本发明涉及一种箱组件。这种箱组件通常具有箱，该箱例如可以是用于机动车气态燃料的储气箱。箱组件具有泄压阀，该泄压阀构造用于当在泄压阀处超过温度阈值时释放箱的泄压。此外，箱组件具有传热路径和至少一个传热元件，通过该传热元件连接所述传热路径与泄压阀。

背景技术

用于在压力下存储气态燃料的箱本身是已知的。此外已知，设置可被热激活的泄压阀或泄压装置用以释放这种箱的压力。这些泄压阀或泄压装置也以英文名称“ThermalPressure Relief Devices(TPRDs)”众所周知。当超过这种泄压阀的触发温度时，通常会引发所存储的燃料从箱受控地释放到环境中。因此例如可防止箱基于否则过高的压力而爆裂。

问题在于，如果仅使用泄压阀，则只有泄压阀所在位置的温度才能触发泄压阀。在此未考虑远处的热源。因而，已知使用传热路径，其在较大区域上或沿较长路径吸收热量并将该热量传输至泄压阀。因此，远离泄压阀发生的局部温度升高也可通过传热路径导致泄压阀处的温度升高并因此触发泄压阀。这种传热路径例如可以是热管，其可构造用于将热能传输到至少一个泄压阀。

热管(英文“heat pipe”)通常是利用介质的蒸发热被动地传输热量的热交换器。换句话说，热管是其中存储有物质的元件，该物质至少部分地经历相变以便将局部事件的热量传递到泄压阀。这种热管可不同地构造并且原则上是已知的。有利的是，可借助这种热管以相对低的热阻传递相对高的热流。因此，尤其是与通过金属棒进行纯传热相比可节省重量和/或安装空间。

典型的热管在处于水平位置时在两个方向上的传热效果相同。但在倾斜位置中，传热与地球重力场相反地、即通常优选向上进行。因此，根据热管的布置和连接，也可能从泄压阀带走热量。与没有热管的泄压阀相比，这会导致触发时间延长。出于安全原因，这是不希望的。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种箱组件，该箱组件例如在泄压阀和传热路径之间的相互作用方面设计为现有技术的替代方案。

根据本发明，这通过根据权利要求1的箱组件来解决。有利的实施方式例如可由从属权利要求获知。权利要求的内容通过明确引用而成为本说明书的内容。

本发明涉及一种箱组件。该箱组件具有箱。在此这尤其可以是构造用于处于压力下的箱。箱尤其是可设置用于气态燃料，气态燃料例如可在燃料电池或机动车燃气发动机中使用。

箱组件具有至少一个泄压阀，其构造用于当在泄压阀处超过温度阈值时释放箱的泄压。因此，在超过温度阈值时泄压阀确保例如包含在箱中的燃料被定义地排出。由此也可在较高温度下防止箱爆裂。

箱组件具有至少一个传热路径。这尤其可以是细长的管线或细长的管，这种传热路径通常位于箱周围和/或沿箱延伸。由此对于泄压阀的触发而言可考虑远离泄压阀、但更靠近这种传热路径的热源。

此外，箱组件还具有至少一个传热元件，通过其连接所述传热路径和泄压阀。

根据本发明规定，所述传热元件关于在传热路径与泄压阀之间的传热可改变。

传热元件的可改变设计在此尤其是应理解为一种基于传热元件的构造而可主动改变的设计。这并不意味着材料热阻的纯粹变化，这种变化原则上基于环境条件、如温度出现。更多地，这样构造传热元件，使得传热可改变。也可以说，在传热路径与泄压阀之间的传热可切换。借助根据本发明的箱组件，传热元件可在其传热方面改变并且因此可有针对性地控制热流。因此，尤其是例如可实现，防止或阻止热量从泄压阀流走，并且更多地将热量传输至泄压阀。泄压阀触发时的安全性大大提高。

箱组件优选具有一定数量的另外的泄压阀，所述另外的泄压阀分别构造用于当在相应泄压阀处超过相应温度阈值时释放箱的泄压。由此可进一步改善由单个泄压阀提供的安全性，因为实现了冗余设计并且例如可考虑更多部位的温度，以便在必要时释放泄压。

优选箱组件具有一定数量的另外的传热路径并且还优选具有一定数量的另外的传热元件，通过所述另外的传热元件分别连接一个另外的传热路径和一个泄压阀。所述另外的传热元件在此关于在相应另外的传热路径和相应泄压阀之间的传热优选可改变。

通过所述另外的传热路径可在更多部位上捕获可能在局部产生的热量并将其用于触发泄压阀。通过更上面描述的传热元件所描述的优点也相应适用于所述另外的传热元件。由此，整体上大大提高了灵活性。

根据一种实施方式，一定数量的泄压阀分别与多个传热路径连接。由此允许将热量从多个传热路径传导到一个相应的泄压阀并用于其触发。

根据一种实施方式，一定数量的泄压阀分别仅与一个传热路径连接。这可实现每个泄压阀及其传热路径的特别简单的设计。

应当理解，分别与多个传热路径连接的泄压阀和分别仅与一个传热路径连接的泄压阀可以以任意数量在箱组件中彼此组合。

根据一种扩展方案，一定数量的传热路径分别具有一定数量的附加的传热元件。所述附加的传热元件在此优选关于在相应传热路径内的传热可改变。

通过附加的传热元件也可将传热路径例如分成多个区段，这些区段可通过传热元件彼此分开或彼此热连接。由此允许进一步结构化通过传热路径到泄压阀的热流。

根据一种实施方式，传热元件构造成可响应于施加于其上的温差而改变。传热优选在此响应于向泄压阀下降的温差而释放。此外，传热优选响应于向泄压阀升高的温差而中断。由此可实现，传热仅在或至少恰好在如下情况下才特别好地进行，即，施加在传热元件上的温差形成为使得在通过传热元件良好传热的情况下热量被传递至泄压阀。否则，可中断或至少减弱传热。

应当理解，在此描述的实施方式不仅可相应地用于上述传热元件而且也可用于所述另外的传热元件和附加的传热元件。这些在此被认为是等效的。

此外不言而喻，术语“释放”和“中断”在此可这样理解：传热元件完全或至少几乎在通/断开关的意义上切换传热，但也可实现相应的中间级，即也可连续地调节传热。这取决于传热元件的具体实现。更下面说明适合的可能的实施方式。

根据一种优选实施方式，相应传热元件具有相应凸部和相应凹部，进一步优选，凸部嵌入凹部中并且凸部和/或凹部的尺寸根据施加于传热元件上的温差这样改变，使得凸部与凹部接触或不接触。尤其是在应释放传热时，即尤其是在传热元件上出现向泄压阀下降的温差时，凸部可与凹部接触。

根据一种有利的实施方式，相应传热元件具有相应双金属元件。双金属元件在此优选根据施加于传热元件上的温差这样改变，使得双金属元件释放或中断传热。相应的功能性也可由此实现，在此双金属元件是已知的热敏元件，其以相对大的几何变化响应温度变化。

根据一种实施方式，传热元件构造成可响应于空间位置而切换。此处的说明也适用于上述传热元件以及所述另外的传热元件和附加的传热元件。这些在此被认为是等效的。应当理解，如上所述可响应于温差而改变的传热元件以及可响应于空间位置而改变的传热元件也可彼此组合。由此可灵活地设计箱组件的功能性。

通过传热元件对空间位置的可能响应尤其是可考虑下述事实：出事故的车辆经常位于与正常道路位置不符的位置中。例如车辆可能在事故中倾翻，在此情况下可激活与车辆具体位置有关的特殊保护机构。

根据一种可能的实施方式，相应传热元件具有相应可运动的传热介质，该传热介质根据空间位置释放或中断传热。这相应于可响应于空间位置而改变的传热元件的一种可能的实施方式，在此可基于作用到传热介质上的重力实现对空间位置变化的简单响应。由此能实现可靠的运行。

应指出，空间位置在此尤其是指传热元件相对于地球表面或地球重力场的定向。因此，传热元件例如是略高还是略低通常不起作用或仅起次要作用，相反，起决定性作用的是传热元件如何定向。为此例如可在相应传热元件中定义一个优选方向，其定向或空间位置可在相应情况下看到。

传热介质例如可以是液体或固体。重力作用在这种传热介质上并且由此可实现希望的功能性。

优选，相应传热元件构造用于当传热路径从泄压阀出发向上延伸时中断传热，和/或当传热路径从泄压阀出发向下延伸时释放传热。如上面已经结合温差控制的传热元件所解释的那样，在此相应的中间值也是可能的，这取决于具体设计。通过上述重力相关性考虑了热管的典型特性，即优选与重力相反地传导热量。热管的这一特性通过传热的相应设计的特性这样补充，使得作为产品仍优选的是向泄压阀的热流并阻止热流离开泄压阀。换句话说，通过刚刚描述的传热元件的实施方式，热量应优选从下方、即从地球中心或从传热路径向泄压阀传导。换句话说，附加或替代地，应防止从泄压阀向上向传热路径传热。由此可防止热量从泄压阀经由从泄压阀出发向上定向的热管或向上定向的传热路径被带走。传热路径的这种方向例如可基于事故产生，该事故导致车辆占据与正常道路位置不同的空间位置。在此提到的传热路径尤其是那些通过相应传热元件与泄压阀连接的相应传热路径。

根据一种优选实施方式，相应传热路径构造为热管或热管序列(Abfolge)。但也可使用其它实施方式，例如可使用简单的金属管或由其它导热性良好的材料制成的管。相应的实施方式也可在箱组件的不同传热路径中任意组合。

优选箱是用于机动车的储气箱和/或燃料箱。它尤其可以是用于机动车气态燃料的燃料箱。在这种箱实施方式中已经证明根据本发明的箱组件的设计特别有效。

应指出，尽管初看出于在物理学上被称为“麦克斯韦妖”的技术偏见，定向传热的要求似乎会失败，但还是找到了本文描述的实施方式。然而已表明，可用于麦克斯韦妖的原理在当前情况下不适用并且可实现向泄压阀的定向或可控的传热。

附图说明

本领域技术人员可从下面参照附图描述的实施例中获知其它特征和优点。附图如下：

图1示出箱组件；

图2和3示出根据第一种实施方式的传热元件；

图4和5示出根据第二种实施方式的传热元件；和

图6示出包括一个泄压阀和三个传热路径的布置。

具体实施方式

图1示出根据本发明一种实施例的箱组件5。应当理解，这仅仅是示意图。

箱组件5具有箱10。在当前这是用于处于压力下的气态燃料的压力箱。例如氢可存储其中。

箱组件5具有两个泄压阀20，它们分别安装在箱10的侧面。泄压阀20分别构造用于当在相应泄压阀20处超过相应温度阈值时，释放箱10内部空间的压力，也就是说使气体定义地流出箱10。

箱组件5还具有两个传热路径30，它们在当前构造为相应热管。此外，箱组件5具有两个传热元件40，如图所示，在相应传热路径30和相应泄压阀20之间分别设置一个传热元件40。

传热路径30如图所示沿箱10铺设并因此吸收侧向于箱10产生的热量。该热量首先向分别连接的泄压阀20方向传导。

传热元件40关于其在相应泄压阀20和相应传热路径30之间的相应传热可改变。因此可选择是否进行传热。为此可使用下面参照图2至5描述的传热元件的实施方式。但也可使用其它实施方式。

图2和3示出根据第一种实施例的传热元件40。传热元件40具有凸部42和凹部44，凸部42嵌入凹部44中。凸部42在此具有温度T₁，环绕凹部44的材料45具有第二温度T₂。

图2示出第一温度T₁低于第二温度T₂的状态。基于热膨胀，凸部42径向收缩并且因此不接触环绕凹部44的壁。这阻碍了凸部42和环绕凹部44的材料45之间的传热。

图3示出第一温度T₁高于第二温度T₂的状态。基于热膨胀，凸部42的尺寸径向增大，使得它接触环绕凹部44的材料。由此可通过传热元件40实现良好的传热。

在图3所示状态中也可以说是热压配合，其能实现强化的机械接触并因此实现直接传热。

所描述的实施方式例如可这样应用：凸部42与传热路径30连接或由传热路径30形成，并且凹部44或环绕凹部44的材料45直接与相应泄压阀20连接。由此，可在传热路径具有比泄压阀更高的温度时将相应热量传导至泄压阀20并因此引发可能的触发。这相应于图3所示的状态。同时却在相反的情况下，即当传热路径30的温度低于泄压阀20时，防止从泄压阀20带走热量。这相应于图2所示的状态。

凸部42和环绕凹部44的材料45可由相同材料或也可由具有不同热膨胀系数的材料制成。

图4和5示出根据第二种实施例的传热元件40。这并非如第一种实施例那样受温差控制，而是受重力控制的。

在根据第二种实施例的传热元件40中，第一部分46和第二部分48在材料方面仅非常弱地彼此连接。在这两个部分46、48之间存在以液体形式的传热介质50和位于其上的气体52。代替气体也可使用真空。传热介质50和气体52位于气密的空腔54中。

在图4所示状态中，第一部分46至少部分地位于第二部分48上方。在这种状态下，传热介质50在两个部分46、48之间仅建立非常低的导热连接。因此，传热基本上中断。

在图5所示状态中，第一部分46至少部分地位于第二部分48下方并且尤其是第一部分46相较于传热元件40的其余部分位于比图4所示的状态更下方。在此如图所示，与第一部分46邻接的空腔54内的明显更大的表面被传热介质50覆盖，因而在两个部分46、48之间发生明显更好的传热。最终，以此方式控制与位置有关的传热。

借助根据第二种实施例的传热元件40可实现位置控制的传热。因此，尤其是可防止热量在不利的位置中、例如在事故中车辆倾翻之后垂直向上从泄压阀20被带走。例如第一部分46可与热管连接或由热管形成，并且第二部分48例如可与泄压阀20连接。在此情况下，当传热路径30从泄压阀20向上延伸时，可防止传热。这相应于图4所示的状态。在另一种情况下，当传热路径30向下延伸时，相反可释放传热。这相应于图5所示的状态。在此在泄压阀20触发时的安全性大大提高，因为防止了热量被不希望地带走并且相反有针对性地将热量传导至泄压阀20。

代替(例如可以是或包含汞、铟或足够液态的导热膏的)液态传热介质50，原则上也可使用一个固体如金属块、或大量固体如金属粉末。通常，传热介质50基于重力而改变其位置，该位置有利于或不利于传热。

图6示意性示出包括一个泄压阀20和总共三个传热路径30的布置。每个所述传热路径30通过一个相应传热元件40连接到泄压阀20上，但在其各自的延伸内还具有两个附加的传热元件40。所述附加的传热元件40在其传热方面也可与用于与泄压阀20接触的传热元件40一样改变。以此方式已经可在相应传热路径内确保热量仅在一个特定方向上、尤其是向泄压阀20传递。

在图6中仅示意性地在每个传热元件40上示出一个相应凸部和一个相应凹部，这示意性地相应于参照图2和3描述的实施方式。由此表明作用方式。

应当理解，可使用任何其它数量的传热路径来与泄压阀20连接。

如图6所示，一条传热路径30因此可分为多个区段，这些区段分别通过可改变的传热部连接。根据热源所在位置，只有将热量向相应泄压阀20方向传导的传热部或者说传热元件40会很好地传热。在此有效地防止了向相反方向的传热。

应当理解，原则上也可完全省却位于传热元件40或传热部之间的热管。

关于基本问题应指出，在热管(其例如通常可用于传热路径30)内，基于重力的作用，向上的传热比向下的传热更强烈。因此，泄压阀20应因此优选安装在相应热管或传热路径30的上端部上。但由于根据统计，所有车辆起火中约有3％由碰撞和倾翻引起，因而通常需要考虑所有可能的车辆定向。因此有意义的是，使用多个传热路径30，其中一部分在车辆的正常位置中从泄压阀20出发向下并且另一部分向上延伸。

借助图4和5所示的传热元件40实施方式可将那些在发生火灾时在车辆当前位置中向上延伸并且因此可从泄压阀20带走热量的传热路径30热分离。

Claims

1.箱组件(5)，包括：

-箱(10)，

-至少一个泄压阀(20)，该泄压阀构造用于当在泄压阀(20)处超过温度阈值时释放箱(10)的泄压，

-至少一个传热路径(30)，以及

-至少一个传热元件(40)，通过该传热元件连接所述传热路径(30)与泄压阀(20)，

其特征在于，所述传热元件(40)关于在传热路径(30)与泄压阀(20)之间的传热能够改变。

2.根据权利要求1所述的箱组件(5)，还包括：

-一定数量的另外的泄压阀(20)，所述另外的泄压阀分别构造用于当在相应泄压阀(20)处超过相应温度阈值时释放箱(10)的泄压。

3.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，还包括：

-一定数量的另外的传热路径(30)，和

-一定数量的另外的传热元件(40)，通过所述另外的传热元件分别连接一个另外的传热路径(30)和一个泄压阀(20)，

-所述另外的传热元件(40)关于在相应另外的传热路径(30)和相应泄压阀(20)之间的传热能够改变。

4.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，其中，一定数量的泄压阀(20)分别与多个传热路径(30)连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，其中，一定数量的泄压阀(20)分别仅与一个传热路径(30)连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，其中，一定数量的传热路径(30)分别具有一定数量的附加的传热元件(40)，所述附加的传热元件(40)关于在相应传热路径(30)内的传热能够改变。

7.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，其中，所述传热元件(40)构造成能够响应于施加于其上的温差而改变，所述传热响应于向泄压阀(20)下降的温差而释放，并且所述传热响应于向泄压阀(20)升高的温差而中断。

8.根据权利要求7所述的箱组件(5)，其中，相应传热元件(40)具有相应凸部和相应凹部，所述凸部嵌入凹部中并且凸部和/或凹部的尺寸根据施加于传热元件(40)上的温差而改变，使得凸部与凹部接触或不接触。

9.根据权利要求7或8所述的箱组件(5)，其中，相应传热元件(40)具有相应双金属元件，该双金属元件根据施加于传热元件(40)上的温差而改变，使得该双金属元件释放或中断传热。

10.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，其中，所述传热元件(40)构造成能够响应于空间位置而改变。

11.根据权利要求10所述的箱组件(5)，其中，相应传热元件(40)具有相应可运动的传热介质，该传热介质根据空间位置而释放或中断传热。

12.根据权利要求11所述的箱组件(5)，其中，所述传热介质是液体或固体。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的箱组件(5)，其中，相应传热元件(40)构造用于当传热路径从泄压阀出发向上延伸时中断传热，和/或当传热路径从泄压阀出发向下延伸时释放传热。

14.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，其中，相应传热路径(30)构造为热管或热管序列。

15.根据前述权利要求中任一项所述的箱组件(5)，其中，所述箱(10)是用于机动车的储气箱和/或燃料箱。