CN1846094A - 供气装置 - Google Patents

Abstract

用于供应氢气的输气管线(120)和用于供应电力至电磁阀的电气配线(110)被连接至电磁阀机构(200)。从连接件(111)至固定器(160)的电气配线(110)的长度以字母“n”表示，从连接件(121)至固定器(170)的输气管线(120)的长度以字母“m”表示(n＜m)。在车辆的碰撞过程中，氢气罐(100)移动，从而在电气配线(110)和输气管线(120)上施加张力。该张力导致电气配线(110)和输气管线(120)拉伸。在连接件和固定器之间较短的电气配线(110)的拉伸量的极值较小，从而电气配线在输气管线(120)破坏之前就断裂了。结果，提供至电磁阀机构(200)的电力被切断，并且电磁阀在输气管线(120)破坏之前就关闭了，因而防止了气体的泄漏。

Description

供气装置

合并参考

2003年8月28日申请的日本专利申请No.2003-303991，其公开的内容，包括说明书、附图和摘要的全部被合并于此作为参考。

技术领域

本发明涉及在供气装置中防止气体燃料的泄漏。

背景技术

燃料电池近来作为车辆的驱动源而受到关注。燃料电池是一种借助于氢与氧之间的电化学反应产生电的装置。作为可燃气体的氢，从在高压下储存氢的氢气罐供应至燃料电池。控制氢气流量的阀门被设置在氢气罐和将该气体供至燃料电池的输气管线之间。一个这样的阀门具有电磁控制的电磁阀，以便当其接通时阀门开启，并且当其断开时阀门关闭。

公开于JP(A)7-301359的技术通过将电磁阀机构的结构制成阀门在正常运转时是关闭的，因而在出现电气故障或阀体损坏时阀门关闭，从而防止氢气的泄漏。

但是，通过该技术，如果连接至氢气罐的输气管线在车辆碰撞的过程中由于冲击而破坏，例如，存在一种可能性，即电磁阀机构可被接通并且阀门可以开启，从而导致可燃气体泄漏，除非电磁阀机构发生电力故障或也被破坏。

这种问题不仅限于燃料电池系统，也出现在各种气体存储容器中。鉴于前述问题，本发明的一个目的就是通过使用简单的结构来防止气体泄漏。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种供气装置，其设置有用于供气的输气管线，设置在输气管线中并在接通时开启的电磁阀，和用于提供电力以接通电磁阀的供电线。根据本发明的该方面，供气装置被构造成这样，即用于抵抗施加在供电线上的张力的供电线的抗张强度小于用于抵抗施加在输气管线上的张力的输气管线的抗张强度。

根据该结构，供电线在输气管线由于张力而破坏之前，因该张力而断裂。当供电线断裂时，提供至电磁阀的电力被切断，并且电磁阀关闭。这使得即使是在输气管线在稍后即破坏的情况下，也有可能防止气体的泄漏。

根据本发明的前述方面，供气装置也可以在供电线的至少一个部分内具有连接器，该连接器在小于破坏输气管线的张力作用下断开。

根据该结构，连接器断开，由此在破坏输气管线之前，可切断提供至电磁阀的电力。因此，使用简单的结构即可更可靠地防止气体泄漏是可能的。

在本发明的前述方面中，供气装置也可以在供电线的至少一个部分内具有低抗张强度的易断部分。该易断部分可以例如，具有较小的横截面积或由易脆的材料制成。同样，供电线的全部或部分可由具有低抗张强度的材料制成。

根据该结构，使供电线在特定的部分断裂是可能的，即，在预定的位置断裂供电线使可能的，这对于维修和维护以及类似情况而言更为便利。该易断部分可定位在阀门附近。这样做，使得在输气管线破坏之前，更可靠地切断提供至电磁阀的电力成为了可能，这是因为易断部分越靠近电磁阀，断裂供电线所需要的张力就越小。

本发明的第二方面涉及一种供气装置，其设置有用于供气的输气管线，设置在输气管线中并在接通时开启的电磁阀，用于供应电力以接通电磁阀的供电线，和用于调节张力开始施加至供电线的定时的调节机构。

根据该结构，有可能调节张力施加至供电线的定时。能够灵活地设置供电线断裂的定时和位置等增加了便利性。

在本发明的第一或第二方面中，供气装置可被安装在车辆中。

而且，在根据本发明第一或第二方面的供气装置中，张力可以是在车辆碰撞过程中产生的预定量或更大的冲击所产生的力。

根据该结构，供电线可断裂，以便电力在输气管线破坏之前就被切断。结果，可防止气体泄漏，从而增加了安全性。

在本发明的第一方面中，供气装置还设置有储气容器，并且电磁阀可设置在该储气容器与输气管线之间。而且，供气装置可被构造成这样，即用于抵抗施加在供电线上的张力的供电线的抗张强度小于用于抵抗施加在输气管线上的张力的输气管线的抗张强度，其中施加在供电线上的张力和施加在输气管线上的张力是根据储气容器的移动量产生的。

根据该结构，在输气管线因张力破坏之前，供电线就因基于储气容器的移动量所产生的张力而断裂。当供电线断裂时，提供至电磁阀的电力被切断并且电磁阀关闭。这使得即使是在输气管线随后即破坏的情况下，也有可能防止气体的泄漏。

在本发明的第二方面中，供气装置还设置有储气容器。此外，输气管线可从储气容器供应气体，电磁阀可被设置在储气容器和输气管线之间。而且，作用在供电线上的张力可根据储气容器的移动量产生。根据该结构，有可能调节根据储气容器的移动量而产生的张力施加至供电线的定时。能够灵活地设定供电线断裂的定时和位置等增加了便利性。

同样根据本发明的第二方面，供气装置中的调节机构可以是将供电线固定至储气容器之外的一部分的固定器，从而张力以比破坏输气管线所需的储气容器的移动量小一些的储气容器的移动量施加至供电线。

当储气容器开始移动时，供电线是柔性的并且在其中没有张力的情况下呈弯曲状。根据本发明所述，通过使用固定器来固定供电线，并且在张力开始被施加时调节定时，从而供电线在输气管线破坏之前断裂，有可能以简单的结构更可靠地防止气体的泄漏。

在本发明的第一或第二方面中，供气装置也可装配有用于固定储气容器的固定器。该固定器确定了储气容器的移动方向。根据该结构，有可能在一定程度上控制储气容器如果发生移动时的移动方向。

附图说明

图1是一示意图，示出了根据本发明的一个示例性实施例的位于车辆中的氢气罐；

图2是一视图，示出了根据示例性实施例的电磁阀的周围结构；

图3是一截面图，以框架形式示出了根据示例性实施例的电磁阀机构的结构；

图4是一视图，示出了在示例性实施例中断电结构的例子；

图5是一图表，示出了在示例性实施例中张力与电气配线的拉伸量之间的关系；

图6是一视图，示出了根据一个改进示例的断电装置的例子；

图7是一截面图，以框架形式示出了根据一改进示例的电磁阀机构的结构；

图8是一视图，示出了根据改进示例的断电机构的例子。

图9是一个视图，示出根据另一改进示例的断电机构的另一个例子。

具体实施方式

本发明示例性实施例的下述说明将被划分为下述部分。

A.示例性实施例

A1.概要

A2.电磁阀结构

A3.断电机构

B.改进示例

A.示例性实施例

A1.概要

图1是根据本发明的一个示例性实施例所述的位于车辆内部的氢气罐的示意图。如附图所示，车辆10装配有燃料电池系统140，该车辆10使用作为燃料的氢和氧之间的电化学反应所产生的电能，它包括三个氢气罐100，101和102，其内存储有高压氢气，和固定器150，用于将氢气罐固定至车辆10。将氢气供至燃料电池系统140的输气管线120连接至氢气罐100。固定器150不仅用于将氢气罐固定至车辆，还用于在罐体的移动是由于车辆碰撞的冲击所导致的情况下沿虚线箭头所示的方向引导氢气罐的移动。在车辆的碰撞过程中，冲击力视碰撞的类型而定地作用在不同的方向上，因此很难预测氢气罐100的运动方向。在该示例性实施例中，固定器150不仅将罐体固定至车辆，而且一定程度上控制其移动的方向。氢气罐101和102同样连接至输气管线，但由于它们具有与氢气罐100相同的结构，因此为简单起见其在附图中被省略了。

氢气罐100包括电磁阀机构200。当接通时，在电磁阀机构200中的阀门开启以允许氢气流出，并进入输气管线120。该氢气罐100借助于电气配线110接收来自电源130的电力。图2是从图1箭头A的方向(即，侧面)看去的氢气罐100和周围部件的视图。

用于供应氢气的输气管线120和用于将电力供应至电磁阀的电气配线110均连接至电磁阀机构200，这将在后面加以描述。

输气管线120借助于连接件121连接至电磁阀机构200，并且电气配线110借助于连接件111连接至电磁阀机构200。电气配线110通过固定器160固定至车辆10，并且输气管线120通过固定器170固定至车辆10。

在附图中，电气配线110自连接件111至固定器160的长度以字母“n”表示，输气管线120自连接件121至固定件170的长度以字母“m”表示(n＜m)。在车辆碰撞的过程中，氢气罐100逆向于固定器150滑动，自附图的前部向附图的后部移动(即，沿图1中箭头A的方向移动)，以致张张力被施加到电气配线110和输气管线120上。该张力导致电气配线110和输气管线120拉伸。电气配线110和输气管线120具有不同的截面积，且由不同的材料制成，因而具有不同的拉伸比。然而，在该示例性实施例中，通过使自连接件121至固定器170的输气管线120的长度“m”充分地长于自连接件111至固定器160的电气配线110的长度“n”而抵消了这一拉伸比的差异，以使得输气管线120在氢气罐100的移动方向上的弯曲量充分地长于长度“n”。结果，在连接件和固定件之间较短的电气配线110的拉伸量的极值较小，以致电气配线110在输气管线120破坏之前就会断裂。图3是截面图。

A2.电磁阀结构

图3是沿图2中的箭头B切开的截面图，并且以框架的形式示出了电磁阀机构200的结构。图3A是氢气罐100的截面图。氢气罐100包括气体容器100’和电磁阀机构200。电磁阀机构200包括阀头201，两个电磁线圈203a和203b，回转弹簧204，和支承元件202，该支承元件用于支承回转弹簧204以及电磁线圈203a和203b。电磁阀机构200借助于连接件111连接至电气配线110，并借助于连接件121连接至输气管线120。输气管线120设置有阀门300，该阀门300控制进入电磁阀机构200的氢气流。电气配线110在电磁阀机构200的内部分为两条管路。一条管路连接至电磁线圈203a，另一条管路连接至电磁线圈203b。

图3B详细示出了在图3A中用虚线圈出的以字母“C”所示部分的操作。附图的左手部分示出了当电力自电气配线110供应时，阀门处于开启状态。附图的右手部分示出了当电力供应断开时，阀门处于关闭状态。

在附图的左手部分中，将描述电磁阀机构被接通。当其借助于电气配线110被接通时，电磁线圈203a和203b变成了产生周围磁场的电磁铁。这些磁场作用于回转弹簧204，因此其被压缩，从而沿虚线箭头的方向向下牵引阀头201。由于阀头201被向下拉动，因而阀门300开启并允许氢气流入输气管线120。

接着，在附图的右手部分中，将描述电磁阀机构被断路。当来自电气配线110的电力被切断时，电磁线圈203a和203b周围的电磁场消失，因此，回转弹簧204返回至其原始的延伸状态。由于回转弹簧204返回，因而阀头201被沿箭头的方向向上提起，从而阀门300关闭。

A3.断电机构

在该示例性实施例中，由氢气罐100的移动所产生的张力继续拉紧输气管线120和电气配线110，这导致电气配线110在输气管线120破坏之前就断裂。当电气配线110断裂时，提供至电磁线圈的电力被切断，并且阀门300关闭，由此防止了气体的泄漏。图4是一视图，示出了当氢气罐100移动时，电气配线110是如何断裂的，并由此切断提供至电磁阀机构200的电力。

图4是沿图2中箭头D的方向的视图。图4A示出了通过氢气罐100的移动所产生的力。为简单起见，输气管线120在此处未详细示出。由于车辆碰撞过程中的冲击，沿黑体箭头方向的力将作用在氢气罐100上，以致其如虚线所示地那样移动氢气罐100a。此时，由于电气配线110通过固定器160固定至车辆10，并且电磁阀机构200的侧面通过氢气罐100的移动而被牵引，如附图所示，产生了沿氢气罐100的移动方向的拉力P1和沿向上方向的拉力P2。因此，电气配线110被拉力P1和P2的组合拉力P3拉动，从而该电气配线110如图所示地被虚线所示的电气配线110a拉伸。如附图所示，电气配线110在车辆碰撞前的长度为“n”，并且氢气罐100由于车辆碰撞过程中的冲击而移动距离“d”，电气配线110在张力作用下被拉伸至“n1”的长度。

图4B示出了电气配线110断裂且电力被切断的情形。冲击导致氢气罐100从图4A中氢气罐100a所示的位置移动至氢气罐100b所示的位置。此时，移动的距离以“d1”表示。沿氢气罐100的移动方向的拉力P10和向上的拉力P20随着距离“d1”而增加。电气配线110a通过组合拉力P30拉至拉伸量“n2”的极值，并随后如附图中短划线圆圈E所示的那样断裂。此时，输气管线120仍旧具有拉伸的空间，因而其没有破坏。当电气配线110断裂时，提供至电磁阀机构200的电力被切断，从而关闭阀门300并停止向输气管线120供应氢气。因此，即使输气管线在后来破坏，氢气也不会泄漏。

图5是一图表，示出了氢气罐100的移动量与由于这种移动而施加在电气配线110上的张力之间的关系。图表的纵轴表示施加在电气配线110上的张力，横轴表示氢气罐100的移动量。线400-430表示电气配线从连接件110至固定器160的拉伸量，其中线400表示的最短，并依次增加至由线430表示的最长的拉伸量。电气配线110依照虎克定律与张力成比例拉伸。当电气配线110由附图中虚线所示的张力T拉伸时，其将断裂。

图表中的线400表示在车辆的碰撞过程中，当氢气罐100的移动量为“R1”时，电气配线110开始被牵引。张力随着氢气罐100移动而增加，当氢气罐100的移动量为“S1”时，该张力达到“T”，在该处，电气配线110断裂并且电力被切断。类似地，图表中的线410表示在车辆的碰撞过程中，当氢气罐100的移动量为“R2”时，电气配线110开始被牵引。张力随着氢气罐100移动而增加，当氢气罐100的移动量为“S2”时，该张力达到“T”，在该处，电气配线110断裂并且电力被切断。线420和430类似。由于从连接件111至固定器160的距离在如线400所示的电气配线中是最短的，因此存在很少的松弛度，从而当氢气罐100一开始移动时张力就开始作用。相反，由于从连接件111至固定器160的距离在如线430所示的电气配线中是最长的，因而存在很大的松弛度，从而直到氢气罐100的移动量达到“R4”时张力才会作用。

在图中以交替的长短划线示出的氢气罐100的移动量“U”为一极值，当超过该极值时，输气管线120将被破坏。如图中的400和410所示，电气配线110由于比移动量“U”小的移动量(S1，S2)而断裂，从而使得防止氢气的泄漏成为了可能。另一方面，对于图中的线430，由于张力在氢气罐100没有移动并超过移动量“U”之后时甚至并不开始施加至电气配线110，因此在电气配线110断裂之前输气管线就被破坏而终止，这就很难防止气体的泄漏。对于图中的线420，电气配线110开始被拉伸小于移动量“U”的移动量“R3”。但是，由于断裂电气配线110所需要的移动量“S3”大于移动量“U”，因而在电气配线110断裂之前输气管线被破坏而终止，就像线430那样，也很难防止气体的泄漏。

通过以这种方式调节施加于电气配线110的该部分的长度，设定电气配线110断裂的定时是有可能的。

如上所述，当氢气罐由于车辆碰撞过程中的冲击而移动时，输气管线和电气配线将接收所产生的张力。根据上述示例性实施例，通过下述方式在随车携带的氢气罐上构造输气管线和电气配线，以一种简单的结构防止氢气的泄漏是可能的。即，通过使张力作用的电气配线部分短于张力作用的输气管线的部分的长度，电气配线断裂，于是在输气管线被破坏之前，切断提供至电磁阀的电力，从而关闭阀门。

而且，通过调节张力作用的电气配线部分的长度，调节电气配线开始被牵引的定时是可能的，从而在氢气罐有预定移动量时施加张力。

B.改进示例

在参照示例性实施例描述本发明时，应该理解本发明并不限定于那些示例性实施例或结构。相反，本发明试图涵盖各种改进和等效的配置。下面是这些改进中的一些例子。

B1.改进示例1

前述实施例被构造成这样，即从阀门至将电气配线固定至车辆的固定器的电气配线的长度比从阀门至将输气管线固定至车辆的固定器的输气管线的长度要短。根据该结构，如果氢气罐由于车辆碰撞过程中的冲击而移动，电气配线将断裂，从而在输气管线破坏之前切断提供至电磁机构的电力，以防止气体泄漏。然而本发明并不局限于此。例如，根据预定量的冲击或更大的冲击而断开的连接器可设置在电磁阀机构中，或设置于具有调节器的电磁阀机构中，或在电气配线的任意位置上设置类似物。

图6示出了使用连接器的断电装置的示例。调节器500包括电磁阀机构560。入口侧输气管线510a借助于连接件511a连接至调节器500，并且出口侧输气管线510b借助于连接件511b连接至调节器500。

图7为一截面图，以框架的形式示出了根据一改进示例的电磁阀机构560的结构。电磁阀机构560被设置于调节器500的内侧。入口侧输气管线510a和出口侧输气管线510b借助于阀门501相互连接。用于开启和关闭阀门501的阀头502具有与前述示于图3的示例性实施例中的阀头201相似的结构。图7中示出了阀门501处于打开状态。当通过电气配线520提供的电力接通时，电磁线圈503a和503b变成了产生周围磁场的电磁铁。这些磁场作用于回转弹簧505上，以便其压缩，由此向下牵引阀头502。由于阀头502被向下推动，因而阀门501开启并允许气体从入口侧输气管线510a流至出口侧输气管线510b。

现在回到图6，图中示出的入口侧输气管线510a和出口侧输气管线510b通过固定器540固定至车辆10。电气配线520通过固定器550固定至车辆，并且在该固定器550和电磁阀机构560之间设置有连接器530。当由于预定量或更大的冲击使调节器500相对于车辆10移动，而致使连接器530移动预定量或更大时，连接器530断开。结果，电力被切断并且电磁阀机构560的阀门501关闭，由此防止了气体的泄漏。调节器500的预定移动量是在如果调节器500移动并拉紧输气管线的情况下不足以破坏输气管线的预定移动量。当调节器500由于车辆碰撞过程中的冲击而移动时，力施加到连接器530上，这示于图8中。

图8示出了根据示例性实施例的在车辆碰撞过程中断电状态的示例。在车辆的碰撞过程中，冲击力沿附图中箭头所示的方向向上作用。实线示出了在车辆碰撞之前的断电状态，虚线示出了在车辆碰撞后的断电状态。

如图所示，在向上的冲击力作用下，调节器500移动至调节器500a。由于调节器500移动，入口侧输气管线510a和出口侧输气管线510b拉伸，并变形为如虚线所示的入口侧输气管线512a和出口侧输气管线512b。电气配线520也被向上推动并且拉伸至电气配线520a所示的那样，这导致连接器530断开至如连接器530a所示的那样。放大的视图示出了作用在连接器530上的张力。

由调节器500的移动所产生的向上的拉力P50和由固定器550所固定的电气配线110所产生的向下的拉力P60均作用在连接器530上。这两个力的作用结果是，连接器530断开，并且提供至电磁阀机构560的电力被切断。

由于连接器530的断开并从而在输气管线破坏之前切断电力，因此即使当调节器500在车辆碰撞过程中受冲击而移动时，这种结构也使得防止气体的泄漏是有可能的。

在该改进的示例中，电气配线借助于固定器固定至车辆，但其并不是必须如此。考虑电气配线和输气管线的拉伸比，通过调节连接器的位置可获得同样的效果，因此可在输气管线破坏之前断开连接器。

同样在该改进的示例中，附图示出了连接器定位在相对靠近电磁阀机构的位置，但本发明并不局限于此。连接器仅需要被设置成使其在输气管线破坏之前就断开。在该改进的示例中，在电磁阀机构的附近设置连接器，使得连接器在车辆的碰撞过程中，在输气管线破坏之前更可靠地断开成为了可能，这是优选的。

B2.改进示例2

在与前述示例性实施例相似的结构中，容易断裂的易断机构可设置在电气配线的部分。图9示出了在该改进示例中的断电机构的示例。电气配线600是一引线，其内部铜线通常被覆盖在用于吸收冲击和类似物的防护层中。然而，如图所示，在电气配线600的一部分中，也可以设置不被防护层覆盖的易断部分601。图9B是由图9A中的虚线圈出的部分F的放大图。电气配线600被构造成使得防护层602覆盖住铜线603的除了易断部分601之外的各个地方，铜线603在该易断部分处暴露出来。

因此，当氢气罐移动以便张力施加在连接器和输气管线上时，薄弱的易断部分将断裂，以便在输气管线破坏之前切断电力。该易断部分可被设置在任何位置，只要其在输气管线破坏之前断裂即可。然而，将其设置在电磁阀机构附近，可以更可靠地切断电力。也优选的是，在考虑各种因素，例如环境、以及由于使用不同的材料导致的输气管线和电气配线的拉伸比地不同的情况下适当地设置易断部分。

B3.改进示例3

同样在前述示例性实施例中，移动方向由作为导向器的固定器所控制，但本发明并不限定于此。即，气体罐可沿任意方向移动，但是通过使用根据本发明的结构，有可能在不考虑移动方向的情况下以高的可靠性防止气体泄漏。

Claims (12)

1、一种供气装置，包括用于供气的输气管线，设置在输气管线中并在接通时开启的电磁阀，和用于提供电力以接通电磁阀的供电线，其特征在于，该装置被构造成使得，用于抵抗施加在供电线上的张力的供电线的抗张强度小于用于抵抗施加在输气管线上的张力的输气管线的抗张强度。

2、根据权利要求1所述的供气装置，还包括连接器，其在比破坏输气管线的张力小的张力作用下断开，该连接器被设置在供电线的至少一部分中。

3、根据权利要求1所述的供气装置，还包括具有低抗张强度的易断部分，该易断部分被设置在供电线的至少一部分中。

4、一种供气装置，包括用于供气的输气管线，设置在输气管线中并在接通时开启的电磁阀，和用于提供电力以接通电磁阀的供电线，其特征在于，还包括调节机构，其调节张力开始施加到供电线的定时。

5、根据权利要求1至5中任意一项所述的供气装置，其中供气装置安装在车辆中。

6、根据权利要求5所述的供气装置，其中张力是由在车辆碰撞过程中产生的预定量或更大的冲击所产生的力。

7、根据权利要求1所述的供气装置，还包括储气容器，其中电磁阀设置在该储气容器和输气管线之间，其特征在于，该装置被构造成使得用于抵抗施加在供电线上的供电线的抗张强度小于用于抵抗施加在输气管线上的输气管线的抗张强度，其中施加在供电线上的张力和施加在输气管线上的张力是根据储气容器的移动量产生的。

8、根据权利要求4所述的供气装置，还包括储气容器，其中输气管线从储气容器供应气体，并且电磁阀被设置在该储气容器和输气管线之间，其特征在于，作用在供电线上的张力是根据储气容器的移动量产生的。

9、根据权利要求8所述的供气装置，其中位于供气装置中的调节机构是将供电线固定至储气容器之外的一部分的固定器，从而张力以比破坏输气管线所需的储气容器的移动量小一些的储气容器的移动量施加至供电线。

10、根据权利要求7或8所述的供气装置，还包括用于固定储气容器的固定器，其中该固定器确定了储气容器的移动方向。

11、根据权利要求7或8所述的供气装置，其中供气装置被安装在车辆中。

12、根据权利要求11所述的供气装置，其中张力是由在车辆碰撞过程中产生的预定量或更大的冲击所产生的力。

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