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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Gas unter hohem Druck, und insbesondere einen Aufbau zur Sicherstellung einer Gasabdichtung eine Düseneinheit, die der Gefahr eines Gaslecks in einem Druckbehälter zur Speicherung von Hochdruckgas ausgesetzt ist, und einen Druckbehälter mit der Düseneinheit.
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(b) Beschreibung des verwandten Sachstandes
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Ein Gasspeicherungsbehälter muss verschiedene Typen von Gasen speichern, wie beispielsweise Wasserstoff, Stickstoff und natürliches Gas, und muss das gespeicherte Gas je nach Notwendigkeit abgeben. Insbesondere muss Gas in einem Hochdruckzustand gespeichert werden, weil die Speicherdichte von Gas in einem Behälter gering ist, und unter dieser Umgebung mit hohem Druck ist es essenziell einen Druckbehälter zu verwenden.
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Zum Beispiel sind für den Fall von Fahrzeugen mit einem alternativen Brennstoffgas (Fahrzeuge mit einer Brennstoffzelle oder Fahrzeuge mit komprimiertem natürlichem Gas) die Aufbauten von Speichersystemen in Abhängigkeit von einem Verfahren zur Speicherung des Brennstoffgases unterschiedlich und vor kurzem ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, welches Gas in der Form von komprimiertem Gas im Hinblick auf die Kosten, das Gewicht und die Einfachheit des Speichersystems speichert. Weil jedoch die Energiespeicherdichte von gasförmigen Brennstoff gering ist, muss die Speichermenge oder der Speicherdruck erhöht werden, um längere Fahrentfernungen sicherzustellen. Für den Fall eines Fahrzeugs ist der Platz zur Anbringung eines Gasspeichersystems begrenzt und hinsichtlich einer Erhöhung einer Größe eines Speichertanks bestehen Beschränkungen. Infolgedessen ist es äußerst wichtig für die Tanktechnologie Gas mit höherem Druck sicher zu speichern.
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Für den Fall eines Verbundtanks unter den Brennstoffgas-Speichertanks wird eine äußere Verkleidung durch ein faserverstärktes Verbundmaterial mit einer hohen spezifischen Festigkeit und einer spezifischen Steifheit verstärkt, und eine Auskleidung bzw. Umkleidung („Liner”) zur Aufrechterhaltung einer Gasabdichtung wird in den Verbundtank eingefügt, um den internen Druck, der von dem komprimiertem Gas verursacht wird, auszuhalten. Auf Grundlage eines Materials der Auskleidung wird die Form des Brennstoffgas-Speichertanks in einen Typ 3 Tank klassifiziert, bei dem eine Auskleidung, die aus einem metallischen Material wie beispielsweise Aluminium gebildet ist, eingefügt wird, und in einen Typ 4 Tank, bei dem eine Auskleidung mit einem Polymer hohe Dichte eingefügt ist. Der Typ 3 Tank weist eine relativ hohe Stabilität auf, ist aber teuer und weist geringe Antiermüdungseigenschaften auf. Im Gegensatz dazu ist der Typ 4 Tank teuer und weist bessere Antiermüdungseigenschaften im Vergleich mit dem Typ 3 Tank auf, könnte aber ein Sicherheitsproblem entwickeln, wie beispielsweise ein Leck von Wasserstoff und eine Verschlechterung des Anti-Permeations-Verhaltens. Weil insbesondere ein Unterschied in dem Material zwischen einer metallischen Düse und einem Plastikkörper, der zur Anbringung eines externen Ventils angewendet wird, besteht, ist die Sicherstellung einer Gasabdichtung (der Qualität davon) an einem Kopplungsabschnitt kritisch.
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Die obige Information, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart ist, dient nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und kann deshalb Information enthalten, die nicht den Stand der Technik bildet, der in diesem Land bereits für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Düsenaufbau bereit, der im Vergleich mit einer herkömmlichen Düse mit einem komplizierten Aufbau (zum Beispiel einer existierenden Typ 4 Auskleidung) einfach ist und eine Gasabdichtung und eine hohe Zuverlässigkeit sicherstellt, und sie stellt einen Druckbehälter mit diesem Aufbau bereit.
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In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Düse für einen Druckbehälter bereit, umfassend einen Düsenkörper, der mit einem Behälterkörper gekoppelt ist, der eine Innenwandoberfläche des Druckbehälters bildet, und einen inneren Flusspfad, durch den Gas innerhalb und außerhalb von dem Druckbehälter fließt; und eine Verriegelung, die an einem unteren Abschnitt des Düsenkörpers befestigt ist, aufweist, wobei die Verriegelung einen Befestigungsabschnitt, der an dem Düsenkörper befestigt ist, einen Erstreckungsabschnitt, der sich von dem Befestigungsabschnitt nach außen erstreckt, und ein Druckende, das an einer Seite des Erstreckungsabschnitts gebildet ist und eine ringförmige geneigte Oberfläche, die nach innen geneigt ist, aufweist, aufweist, das Druckende konfiguriert ist, um den Behälterkörper zu drücken, während es in Kontakt mit dem Behälterkörper entlang der ringförmigen geneigten Oberfläche ist, wenn die Verriegelung an dem Düsenkörper befestigt ist, und die Düse ferner ein erstes Abdichtungselement umfasst, um zu verhindern, dass Gas von einem Gaseinlassflusspfad, der entlang der ringförmigen geneigten Oberfläche gebildet ist, fließt.
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In einer bevorzugten Ausführungsformen kann die Verriegelung mit dem inneren Flusspfad des Düsenkörpers über einen Befestigungsabschnitt über ein Gewinde befestigt sein.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann eine ringförmige Nut in der Verriegelung durch die geneigte Oberfläche des Druckendes und eine obere Oberfläche des Erstreckungsabschnitts gebildet sein, und ein Teil des Düsenkörpers und ein Teil des Behälterkörpers können in der Ausnehmung untergebracht werden, so dass sie in Kontakt mit dem Erstreckungselement sind.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsformen kann dann, wenn die Verriegelung an dem Düsenkörper befestigt ist, das erste Abdichtungselement in der Ausnehmung der Verriegelung in einem Zustand angeordnet werden, bei dem das erste Abdichtungselement zwischen dem Düsenkörper und dem Behälterkörper angeordnet ist.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die geneigte Oberfläche des Druckendes eine geneigte Oberfläche sein, die unter einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf eine Befestigungseinrichtung des Befestigungsabschnitts geneigt ist.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann ein Erstreckungseinfügungsabschnitt, der sich in einer Längsrichtung des inneren Flusspfads des Düsenkörpers erstreckt, auf einer oberen Seite des Befestigungsabschnitts der Verriegelung gebildet sein, und ein zweites Abdichtungselement kann zwischen dem sich erstreckenden Einfügungsabschnitt und dem Düsenkörper angeordnet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Behälterventil in den inneren Flusspfad des Düsenkörpers eingefügt und dort angebracht sein, und ein drittes Abdichtungselement kann zwischen einer äußeren Oberfläche des Behälterventils und einer inneren Oberfläche des sich erstreckenden Einfügungsabschnitts angeordnet sein.
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In einer anderen bevorzugten weiteren Ausführungsform kann das dritte Abdichtungselement näher zu einer Behältereinlassseite als zu dem zweiten Abdichtungselement positioniert sein.
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In noch einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das erste Abdichtungselement ein O-Ring sein.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann eine ringförmige Ausnehmung, die die obere Oberfläche des Erstreckungsabschnitts umfasst, in der Verriegelung gebildet sein, und das erste Abdichtungselement kann in der Ausnehmung angeordnet sein.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das erste Abdichtungselement ein Dichtungsring sein, der in Kontakt mit einem Teil der metallischen Düse und einem Teil des Behälterkörpers ist.
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In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Düsenkörper und der Behälterkörper konfiguriert sein, um eine Kontaktoberfläche parallel zu der geneigten Oberfläche der Verriegelung aufzuweisen, und der Düsenkörper kann so gebildet sein, dass er einen ringförmigen vorstehenden Abschnitt aufweist, der unter den Behälterkörper von einer Kontaktoberfläche mit dem ersten Abdichtungselement vorsteht.
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In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Druckbehälter bereit, umfassend: einen Düsenkörper, der einen inneren Flusspfad aufweist, durch den Gas nach innen und nach außen von dem Druckbehälter fließt; einen Behälterkörper, der mit dem Düsenkörper gekoppelt ist, um eine Innenwandoberfläche des Druckbehälters zu bilden; und eine Verriegelung, die an einem unteren Abschnitt des Düsenkörpers befestigt ist, wobei die Verriegelung einen Befestigungsabschnitt, der mit dem Düsenkörper befestigt ist, einen Verlängerungsabschnitt, der sich von dem Befestigungsabschnitt nach außen erstreckt, und ein Druckende, das an einer Seite des Verlängerungsabschnitts gebildet ist und eine ringförmige geneigte Oberfläche, die nach innen geneigt ist, aufweist, aufweist, das Druckende konfiguriert ist, um den Behälterkörper zu drücken, während es in Kontakt mit dem Behälterkörper entlang der ringförmigen geneigten Oberfläche ist, die Verriegelung an dem Düsenkörper befestigt ist, und wobei der Druckbehälter ferner ein erstes Abdichtungselement umfasst, um zu verhindern, dass Gas von einem Gaseinflusspfad, der entlang der ringförmigen geneigten Oberfläche gebildet ist, einfließt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Verriegelung an dem inneren Flusspfad des Düsenkörpers durch den Befestigungsabschnitt über ein Gewinde befestigt sein.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann eine ringförmige Ausnehmung in der Verriegelung durch die geneigte Oberfläche des Druckendes und eine obere Oberfläche des Erstreckungsabschnitts gebildet sein, und ein Teil des Düsenkörpers und ein Teil des Behälterkörpers können in der Ausnehmung aufgenommen sein, sodass sie in Kontakt mit dem Erstreckungselement sind.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann dann, wenn die Verriegelung an dem Düsenkörper befestigt wird, das erste Abdichtungselement in der Ausnehmung der Verriegelung in einem Zustand angeordnet werden, bei dem das erste Abdichtungselement zwischen dem Düsenkörper und den Behälterkörper angeordnet ist.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die geneigte Oberfläche des Druckendes eine geneigte Oberfläche sein, die unter einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf eine Befestigungsrichtung des Befestigungsabschnitts geneigt ist.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann ein sich erstreckenden der Einfügungsabschnitt, der sich in einer Längsrichtung des inneren Flusspfads des Düsenkörpers erstreckt, an einer oberen Seite des Befestigungsabschnitts der Verriegelung gebildet sein, und ein zweites Abdichtungselement kann zwischen dem sich erstreckenden Einfügungsabschnitt und dem Düsenkörper angeordnet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Behälterventil in den inneren Flusspfad des Düsenkörpers eingefügt und dort angebracht sein, und ein drittes Abdichtungselement kann zwischen einer äußeren Oberfläche des Behälterventils und einer inneren Oberfläche des sich erstreckenden Einfügungsabschnitts angeordnet sein.
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In einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das dritte Abdichtungselement näher zu einer Behältereinlassseite als zu dem zweiten Abdichtungselement positioniert sein.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das erste Abdichtungselement ein O-Ring sein.
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In noch einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine ringförmige Ausnehmung, die die obere Oberfläche des Erstreckungsabschnitts umfasst, in der Verriegelung gebildet sein, und das erste Abdichtungselement kann in der Ausnehmung gebildet sein.
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In noch einer anderen bevorzugten weiteren Ausführungsform kann das erste Abdichtungselement ein Dichtungsring sein, der in Kontakt mit einem Teil der metallischen Düse und einem Teil des Behälterkörpers ist.
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In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Düsenkörper und der Behälterkörper konfiguriert sein, um eine Kontaktoberfläche parallel zu der geneigten Oberfläche der Verriegelung aufzuweisen, und der Düsenkörper kann gebildet sein, sodass er einen ringförmigen vorstehenden Abschnitt aufweist, der unter den Behälterkörper von einer Kontaktoberfläche mit dem ersten Abdichtungselement vorsteht.
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In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Düsenkörper aus Metall gebildet sein und der Behälterkörper kann eine Polymerauskleidung sein.
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Die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Düsenaufbau für einen Druckbehälter bereit, der eine Form vereinfachen kann, indem ein Nachteil eines gasdichten Aufbaus des existierenden Auskleidungs-Anschlagabschnitts gelöst wird, kann eine Größe und ein Gewicht reduzieren und kann die Wahrscheinlichkeit eines Lecks von Wasserstoff durch Verbesserung der Gasabdichtung stark verringern.
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Insbesondere wird gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Mehrfach-Gasabdichtungs-Struktur durch einen Oberfläche-zu-Oberfläche Kontakte zwischen einer Polymerauskleidung und einer metallischen Verriegelung innerhalb einer gasdichten Struktur implementiert, die nur von einem allgemeinen O-Ring abhängt, und infolgedessen ist es möglich die Gasabdichtung durch einen vereinfachten Aufbau ohne Verwendung einer zusätzlichen Komponente zu verbessern.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Abstoßungskraft der Düse und der Auskleidung unter Verwendung eines Anzugdrucks der Verriegelung zu verwenden, wodurch die Gewichte von Produkten verringert werden und die Herstellbarkeit und Produkteffizienz des Druckbehälters durch Vereinfachung eines Aufbaus verbessert werden.
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Andere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend diskutiert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, die hier nur zur Illustration beigefügt sind und somit für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend sind, beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Druckbehälters mit einer mehrfach-abgedichteten Düseneinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine Querschnittsansicht der mehrfach-abgedichteten Düseneinheit gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine teilweise vergrößerte Ansicht der Düseneinheit, die in 2 gezeigt ist;
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4 eine teilweise vergrößerte Ansicht der Düseneinheit, die in 3 dargestellt ist;
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5 eine Querschnittsansicht, die eine mehrfach-abgedichtete Düseneinheit gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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6 eine Querschnittsansicht, die eine mehrfach-abgedichtete Düseneinheit gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass sie bei beiliegenden Zeichnungen nicht notwendigerweise im Maßstab dargestellt sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darbieten, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, so wie sie hier offenbart sind, einschließlich zum Beispiel spezifischer Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden teilweise durch die bestimmte beabsichtigte Anwendung und die Verwendungsumgebung bestimmt werden.
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In den Figuren bezeichnen Bezugszeichen die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den mehreren Figuren der Zeichnung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „fahrzeuggebunden” oder andere ähnliche Ausdrücke, so wie sie hier verwendet werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen, wie beispielsweise Passagierautomobile einschließlich von Sports Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastwägen, verschiedenen kommerziellen Fahrzeugen, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen umfassen und hybride Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Fahrzeuge mit Verbrennung, plug-in (einsteckbare) elektrische Hybridfahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit einem anderen alternativen Brennstoff bzw. Kraftstoff (z. B. Brennstoffen/Kraftstoffen, die aus anderen Ressourcen außer Erdöl gewonnen werden) umfassen. Wie hier definiert ist ein hybrides Fahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl mit Benzin angetriebene Fahrzeuge als auch Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck einer Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und ist für die Erfindung nicht als Einschränkung gedacht. Wie hier verwendet sollen die Singular-Formen „eine”, „einer”, „eines” und „der”, „die”, „das” genauso die Plural-Formen umfassen, außer wenn der Kontext dies deutlich anders anzeigt. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke „umfasst” und/oder „umfassend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht die Anwesenheit oder die Hinzufügung von ein oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen ausschließen. Wie hier verwendet umfasst der Ausdruck „und/oder” irgendwelche und sämtliche Kombinationen von ein oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Einzelteile. Überall in der Beschreibung soll, außer wenn dies explizit gegensätzlich beschrieben wird, der Begriff „umfassen” und Variationen wie beispielsweise „umfasst” oder „umfassend” so verstanden werden, dass er den Einschluss von angegebenen Elementen, aber nicht den Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen impliziert. Zusätzlich bedeutet der Ausdruck „Einheit”, „-er”, oder „-or” und „Modul” oder dergleichen, die in der Beschreibung beschrieben werden, eine Einheit mit einer bestimmten und verständlichen Konfiguration, die wenigstens eine Funktion oder einen Betriebsvorgang ausführt und kann durch Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten und Kombinationen davon implementiert werden.
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Ferner kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als ein nicht-flüchtiges von einem Computer lesbares Medium auf einem von einem Computer lesbaren Medium umgesetzt werden, das ausführbare Programmbefehle enthält, die von einem Prozessor, einem Controller oder dergleichen ausgeführt werden können. Beispiele von Computer-lesbaren Medien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ein ROM, RAM, Festplatten-(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smartkarten und optische Datenspeichereinrichtungen. Das von einem Computer lesbare Medium kann auch mit einem Netz gekoppelten Computersystemen verteilt sein, sodass das von einem Computer lesbare Medium gespeichert und ausgeführt wird, zum Beispiel durch einen Telematik-Server oder durch ein Controller-Gebiets-Netz (Controller Area Network, CAN).
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Nachstehend wird mit näheren Einzelheiten auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Beschreibung nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen gedacht ist. Im Gegenteil, die Erfindung soll/nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, äquivalente Ausführungsformen und andere Ausführungsformen abdecken, die in dem Grundgedanken und den Umfang der Erfindung, so wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter, der ein Gas mit hohem Druck speichert, und insbesondere eine Düseneinheit, die eine Gasabdichtung dadurch sicherstellen kann, dass verhindert wird, dass Gas mit hohem Druck, das in einem Gefäß bzw. einem Behälter gespeichert ist, leckt, und die einfachen Aufbau aufweist, und sie betrifft einen Druckbehälter, die die Düseneinheit einschließt.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Druckbehälter zum Speichern von Brennstoffgas eines Fahrzeugs, und die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel auf einen Druckbehälter wie beispielsweise den Typ 4 Druckbehälter angewendet werden.
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Für die Typ 4 Auskleidung, die gegenwärtig verwendet wird, wird eine Kopplungsstruktur zwischen einer metallischen Düse und einem Plastikkörper grob in einen integrierten Spritzgussaufbau und einen zusammengesetzten Aufbau klassifiziert, und für das Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Gasabdichtung gibt es die folgenden Verfahren: ein Verfahren zur Abdichtung der metallischen Düse und des Plastikkörpers durch einen O-Ring oder einen Dichtungsring, und ein Abdichtungsverfahren, bei dem ein Tankventil-O-Ring, der mit einem Tank gekoppelt ist, in einen direkten Kontakt mit einem Plastikauskleidungskörper gebracht wird.
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Jedoch sei darauf hingewiesen, dass der Druckbehälter, der als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, nicht auf den voranstehend erwähnten Typ von Behälter beschränkt ist, und irgendein Aufbau ohne Beschränkung verwendet werden kann, solange der Behälter Körper und die Düseneinheit durch eine vorgegebene Kopplungsstruktur gekoppelt sind.
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Hierbei bedeutet die vorgegebene Kopplungsstruktur eine Struktur bzw. ein Aufbau, der einen Düsenkörper, einen Behälterkörper, der mit dem Düsenkörper zum Definieren einer Innenwandoberfläche eines Druckbehälters gekoppelt ist, und eine Verriegelung, die an irgendeinem des Düsenkörpers und des Behälterkörpers befestigt ist, umfasst.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beispielhafte Ausführungsformen und die Zeichnungen, die als die beispielhafte Ausführungsform dargeboten werden, beschränkt ist und verschiedene Beispiele, die die vorgegebene Kopplungsstruktur für die Düseneinheit aufweisen, umfasst.
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In der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Behälterkörper auf eine Konfiguration, die mit der Düseneinheit durch die vorgegebene Kopplungsstruktur gekoppelt ist und einen Teil des Behälters diffamiert. Deshalb wird der Behälterkörper nicht so interpretiert, dass er auf die Bedeutung des Behälters bzw. Gefäß selbst beschränkt ist, und zum Beispiel kann der Behälterkörper die Umkleidung bzw. Auskleidung des Typ 4 Druckbehälters sein.
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Der Druckbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Druckbehälter mit einer Düseneinheit, die nachstehend beschrieben werden wird, und der Druckbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Konfiguration der Düseneinheit und kann zusätzliche Konfigurationen, wie beispielsweise eine Verstärkungsschicht und den Behälterkörper, der ein äußeres Erscheinungsbild des Druckbehälters definiert, umfassen.
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Hierbei wird eine mehrfach-abgedichtete Düseneinheit und ein Druckbehälter mit dieser gemäß einer ausbesserten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch Einbau eines dualen Gasabdichtungsaufbaus, der durch Anwenden sowohl einer Oberfläche-zu-Oberfläche Kontakt Abdichtungsstruktur zwischen der Verriegelung und dem Behälterkörper als auch der existierenden Abdichtungsstruktur wie einem O-Ring oder einem Dichtungsring gebildet ist.
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Insbesondere erlaubt die vorliegende Erfindung, wie der Typ 4 Behälter, eine stabile Abdichtung sogar dann, wenn eine metallische Verriegelung und eine Polymerauskleidung, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, zusammengebracht werden, und infolgedessen ist die vorliegende Erfindung sehr nützlich für den Druckbehälter, der den gleichen Aufbau wie der Typ 4 Behälter aufweist.
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1 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Druckbehälters mit einer mehrfach-abgedichteten Düseneinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und die 2–4 sind Ansichten, die jeweils die mehrfach-abgedichtete Düseneinheit oder einen Teil der Düseneinheit gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wie in 1 dargestellt weist der Druckbehälter gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Düseneinheit auf, die ausgebildet ist, um einen Gasfluss in den Behälter hinein zu ermöglichen oder zu ermöglichen, dass Gas von dem Behälter nach außen abgegeben wird.
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Bezugnehmend auf ein Beispiel, das in 1 dargestellt ist, weist die Düseneinheit einen metallischen Düsenkörper 110 auf, der konfiguriert ist, um an einer Polymerauskleidung befestigt zu werden, die einen Behälterkörper 200 bildet, und die Düseneinheit weist einen Aufbau auf, bei dem eine Verriegelung 120 in dem Behälter an dem Düsenkörper 110 befestigt ist, wodurch eine Gasabdichtung eines Befestigungsaufbaus zwischen der Polymerauskleidung und dem Düsenkörper 110 sichergestellt wird.
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Zum Beispiel kann der Düsenkörper 110 so hergestellt sein, dass er einen Spritzgussaufbau integriert mit der Polymerauskleidung oder einen Aufbau gebildet durch Zusammensetzen von getrennten Komponenten aufweist, oder er kann einen hybriden Aufbau mit dem integrierten Spritzgussaufbau und dem zusammengesetzten Aufbau umfassen.
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Die Verriegelung 120 kann so konfiguriert sein, dass sie einen Gewindeaufbau aufweist, der mit einer Innenwandoberfläche eines inneren Flusspfads des Düsenkörpers 110 befestigt ist. Zusätzlich kann gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verstärkungsschritt 300, die aus einem Verbundmaterial gebildet ist, an einer äußeren Seite der Polymerumkleidung bzw. Auskleidung gebildet sein.
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2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Düseneinheit in dem Druckbehälter in 1 und illustriert einen dualen Abdichtungsaufbau, der durch Befestigung der Verriegelung 120 an dem Düsenkörper gebildet ist.
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Insbesondere und wie in 2 dargestellt umfasst die Düseneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung den Düsenkörper 110 und den Behälterkörper 200, die integral hergestellt sind, und die Verriegelung 120, die an dem Düsenkörper 110 befestigt ist.
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Wie in 2 dargestellt kann ein Tankventil fest in einen oberen Teil des Düsenkörpers 110 eingefügt sein und die Verriegelung 120 ist an einem unteren Teil des Düsenkörpers 110 befestigt. Der Düsenkörper 110 kann einen inneren Flusspfad 113 aufweisen, der ausgebildet ist, um das Tankventil aufzunehmen und um mit dem Innenraum des Behälters zu kommunizieren, um so einen Gasfluss dadurch zu ermöglichen, und der Düsenkörper 110 umfasst einen Düsenhals 111, der in Richtung auf die Außenseite des Behälters vorsteht, während er eine äußere Wand des inneren Flusspfads 113 definiert. Zusätzlich ist eine Düsenschulter 112, die sich entlang eines äußeren Umfangs des Düsen Halses 111 nach unten erstreckt, auf einer unteren Seite des Düsenkörpers 110 enthalten.
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Der Düsenkörper 110 ist integral mit dem Behälterkörper 200 über eine integrierte Spritzguss-Vorgehensweise oder eine zusammengesetzte Vorgehensweise, wie voranstehend beschrieben, gebildet und, wie in 2 dargestellt, definiert ein Ende der Schulter 112 eine Kontaktoberfläche mit dem Behälterkörper 200 entlang eines Umfangs des Behälters.
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Zudem ist die Verriegelung 120, die den Behälterkörper 200 und den Düsenkörper 110 drückt und fixiert, während sie einen Teil des Behälterkörpers 201 des Düsenkörpers 110 umgibt, an einem Bodenabschnitt des Düsenkörpers 111 befestigt.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Verriegelung 120 die Form eines hohlen Bolzens auf, wie in 1 gezeigt, und eine ringförmige Ausnehmung ist an einem Kopfabschnitt (einer unteren Struktur in 2) der Verriegelung 120 so gebildet, dass die Verriegelung 120 befestigt werden kann, während sie einen Teil des Düsenkörpers 110 und einen Teil des Behälterkörpers 200 aufnimmt.
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Wie in 2 dargestellt umfasst die Verriegelung 120 einen Befestigungsabschnitt 121, der an dem Düsenkörper 110 befestigt ist, einen Erstreckungsabschnitt 122, der sich von dem Befestigungsabschnitt 121 nach unten erstreckt, und ein Druckende 123, das auf einer Seite des Verlängerungsabschnitts 122 gebildet ist und eine ringförmige geneigte Oberfläche, die nach innen geneigt ist, aufweist.
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Insbesondere ist die Verriegelung 120, die die Form eines hohlen Bolzens aufweist, konfiguriert, um an einer Muttern-Struktur an dem unteren Abschnitt des Düsenkörpers 110 durch den Befestigungsabschnitt 121 befestigt zu werden. Der Befestigungsabschnitt 121 ist konfiguriert, um in den inneren Flusspfad 113 des Düsenkörpers 110 eingesetzt zu werden, und ist an inneren Gewindewindungen auf der inneren Wandoberfläche des inneren Flusspfads befestigt, und der Befestigungsabschnitt 121 weist eine ringförmige Form auf, wie in 1 dargestellt.
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Der Erstreckungsabschnitt 122 ist auf einer unteren Seite des Befestigungsabschnitts 121 in einer radialen Richtung der Verriegelung 120 ausgebildet, und das Druckende 123 ist an einem Ende auf der anderen Seite des Erstreckungsabschnitts 122 gebildet.
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Der Erstreckungsabschnitt 122 weist eine Länge auf, sodass der Erstreckungsabschnitt 122 nach unten vorstehende Abschnitte des Düsenkörpers 110 und des Behälterkörpers 200 aufnehmen kann.
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Zudem umfasst das Druckende 123 einen Abschnitt, der allgemein parallel zu dem Befestigungsabschnitt 121 ist und nach oben vorsteht, sodass die Verriegelung 120 die ringförmige Ausnehmung aufweist.
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Insbesondere und wie in 2 und 3 dargestellt weist das Druckende 123 eine ringförmige geneigte Oberfläche, die nach innen geneigt ist, auf und die ringförmige geneigte Oberfläche bildet zusammen mit einer Befestigungsoberfläche des Befestigungsabschnitts 121 und einer oberen Oberfläche des Erstreckungsabschnitts 122 die ringförmige Ausnehmung. Die geneigte Oberfläche kann als eine geneigte Oberfläche ausgebildet sein, die unter einem vorgegebenen Winkel in Bezug zu einer Befestigungsrichtung des Befestigungsabschnitts 121 geneigt ist.
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Das Druckende 123 ist konfiguriert, um den Behälterkörper 200 zu drücken, während es in Kontakt mit dem Behälterkörper 200 entlang der ringförmigen geneigten Oberfläche in einem Zustand ist, bei dem die Verriegelung 120 an dem Düsenkörper 110 befestigt ist. Da das Druckende 123 der Verriegelung 120 die Düsenkörper 110 und den Behälterkörper 200 durch eine Befestigungskraft der Verriegelung 120 wie voranstehend beschrieben drückt, ist es möglich, eine primäre Gasabdichtung gegenüber dem gespeicherten Fluids sicherzustellen.
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Insbesondere drückt das Druckende 123 der Verriegelung 120 die Kontaktoberfläche des Behälterkörpers 200, wenn die Verriegelung 120 an dem Düsenkörper 110 befestigt wird, und die Bewegung des Fluids kann beschränkt werden, wenn die Kontaktoberfläche des Behälterkörper 200 durch das Druckende 123 ausreichend angezogen wird, wodurch eine Gasabdichtung durch eine mechanische Kopplung sichergestellt wird.
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Ein feiner Flusspfad, durch den Gas sich bewegen kann, ist in einer Kontaktoberfläche, die durch die Verriegelung 120 und den Düsenkörper 110 oder durch die Verriegelung 120 und den Behälterkörper 200 gebildet ist, gebildet und die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein anderes Merkmal dahingehend auf, dass ein erstes Abdichtungselement 130 in der Düseneinheit installiert ist, um die Bewegung des Gases abzublocken.
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In dieser Hinsicht ist 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils (eines gestrichelten Kreises, der in 2 dargestellt ist) der in 2 dargestellten Düseneinheit, und in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform illustriert 3 insbesondere Gasflusspfade, die in einem Zustand existieren, bei dem die Verriegelung 120 befestigt ist.
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Wie in 3 dargestellt wird ein erster Gaseinflusspfad A in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Druckende 123 und dem Behälterkörper 200 gebildet, und ein zweiter Gaseinflusspfad B wird zwischen dem Behälterkörper 200 und dem Befestigungsabschnitt 121 gebildet. Zudem leckt das einfließende Gas durch einen Gasleckpfad, der entlang einer Kontaktoberfläche zwischen dem Düsenkörper 110 und dem Behälterkörper 200 gebildet ist, nach außen.
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Deshalb ist in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das erste Abdichtungselement 130, das verhindert, dass Gas von dem Gaseinflusspfad, der entlang der ringförmigen geneigten Oberfläche gebildet ist, hereinfließt, in der Düseneinheit enthalten, um das Gasleck zu verhindern.
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Das heißt, wie in 3 dargestellt, in einem Zustand, bei dem die Verriegelung 120 an dem Düsenkörper 110 befestigt ist, wird das erste Abdichtungselement 130 in die Ausnehmung der Verriegelung 120 in einem Zustand gebracht, bei dem das erste Abdichtungselement 130 zwischen dem Düsenkörper 110 und dem Behälterkörper 200 angeordnet ist.
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D. h., um eine exzellente Gasabdichtung bereitzustellen, weist sowohl der Düsenkörper 110 als auch der Behälterkörper 200 die vorstehenden Abschnitte auf, die in Richtung auf die untere Seite vorstehen, an der die Verriegelung 120 befestigt ist, und das erste Abdichtungselement 130 ist zwischen den vorstehenden Abschnitten eingefügt.
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Wenn die Verriegelung 120 befestigt wird kommt das eingefügte erste Abdichtungselement 130 in direkten Kontakt mit der oberen Oberfläche des Erstreckungsabschnitts 122 des Verriegelungsteils 120, das heißt der ringförmigen Ausnehmung, und infolgedessen wird eine Gasabdichtung an einer Position gebildet, wo sich der Düsenkörper 110, der Behälterkörper 200 und die Verriegelung 120 treffen.
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Deshalb ist es möglich zu verhindern, dass Gas von dem Gaseinflusspfad A oder B zu dem Gasleckpfad C leckt.
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Zudem ist 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils (eines gestrichelten Kreises in 3) der in 3 dargestellten Düseneinheit, und erläutert einem Zustand, bei dem eine doppelte bzw. duale Gasabdichtung gebildet wird, wenn der Behälterkörper 200 von der Verriegelung 120 gedrückt wird. Das Druckende 123 der Verriegelung 120, insbesondere die geneigte Oberfläche des Druckendes 123, bildet die duale Gasabdichtung, während sie komplementär mit dem ersten Abdichtungselement arbeitet.
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Insbesondere dann, wenn die Verriegelung 120 befestigt wird, drückt das Druckende 123 auf den Behälterkörper 200, während es in einen Kontakt mit dem Behälterkörper 200 kommt, und infolgedessen wird eine primäre Gasabdichtung zwischen dem Behälterkörper 200 und dem Druckende (der Verriegelung) gebildet. Zusätzlich drückt der gedrückte Behälterkörper 200 auf das erste Abdichtungselement 130 durch eine radiale Komponente der Druckkraft, wodurch eine sekundäre Gasabdichtung durch das erste Abdichtungselement 130 sichergestellt wird.
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Wie in 4 dargestellt ist das erste Abdichtungselement 130 als ein O-Ring konfiguriert und kann zusammen mit einem Backup-Ring 140 (Reserve- bzw. Stützring) verwendet werden.
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5 ist eine Querschnittsansicht, die eine mehrfach abgedichtete Düseneinheit gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wie in 5 dargestellt ist die gegenwärtige beispielhafte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein zusätzliches Abdichtungselement, zusätzlich zu dem ersten Abdichtungselement 130, umfasst.
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Insbesondere ist ein Erstreckungseinfügungsabschnitt 124, der sich in einer Längsrichtung des inneren Flusspfads 113 des Düsenkörpers 110 erstreckt, an einer oberen Seite des Befestigungsabschnitts 121 der Verriegelung 120 gebildet, und ein zweites Abdichtungselement 160 ist konfiguriert, um zwischen dem Erstreckungseinfügungsabschnitt 124 und dem Düsenkörper 110 angeordnet zu werden. Das zweite Abdichtungselement 160 dient dazu zu verhindern, dass Gas von einem inneren Flusspfad der Düse hereinfließt.
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In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Behälterventil 150 in den inneren Flusspfad 113. Düsenkörpers 110 eingefügt und dort angebracht, und ein drittes Abdichtungselement 170 ist konfiguriert, um zwischen einer äußeren Oberfläche des Behälterventils 150 und einer inneren Oberfläche des Erstreckungseinfügungsabschnitts 124 angeordnet zu werden.
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D. h., das Ventil kann auf der Seite der Düseneinheit des Behälters installiert sein, um so einen Ausfluss und einen Einfluss von Gas zu unterbrechen, und das Behälterventil 150 ist in den inneren Flusspfad 113 des Behälterkörpers 110 hinein eingefügt und erstreckt sich in den Behälter hinein.
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Deshalb verhindert das dritte Abdichtungselement 170, das Gas von einem Flusspfad, der zwischen dem Behälterventil 150 und einer inneren Wand des Düsenkörpers 110 existiert, leckt.
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Jedoch kann das dritte Abdichtungselement 170 so konfiguriert werden, dass es näher zu einer Behältereinlassseite als zu dem zweiten Abdichtungselement 160 positioniert ist. Dies dient dazu die Gasabdichtung des zweiten Abdichtungselements 160 durch Verwendung des Drucks von Gas, das in dem Druckbehälter existiert, zu verbessern. Das dritte Abdichtungselement 170 ist näher zu der Behältereinlassseite, d. h. näher zu einem Abschnitt des Düsenkörpers 110, der in Richtung auf die Außenseite des Behälters vorsteht, positioniert (das heißt, das dritte Abdichtungselement 170 ist an einer oberen Seite in 5 positioniert), und infolgedessen ist es möglich eine Gasabdichtung durch Verwendung eines Drucks in dem Behälter sicherzustellen. Deshalb, wie in 5 dargestellt, werden Gasabdichtungspunkte der jeweiligen Abdichtungselemente so eingerichtet, dass eine vorgegebene Höhendifferenz ΔH vorhanden ist.
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6 ist eine Querschnittsansicht, die eine mehrfach-abgedichtete Düseneinheit gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Die in 6 dargestellte Konfiguration ist grundlegend ähnlich zu den in den 1 bis 4 dargestellten Beispielen, weist aber den Unterschied dahingehend auf, dass eine Dichtung bzw. ein Dichtungsring für das erste Abdichtungselement 130 verwendet wird, und ein deformierbarer Aufbau vorgesehen ist, um eine Gasabdichtung durch Drücken eines Teilbereichs des Dichtungsrings zu bilden.
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Das heißt, wie in 6 dargestellt, die ringförmige Ausnehmung, die die obere Oberfläche des Erstreckungsabschnitts 122 umfasst, ist in der Verriegelung 120 gebildet, und das erste Abdichtungselement 130 ist in der Ausnehmung platziert.
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Das Druckende 123 der Verriegelung 120 umfasst identisch die geneigte Oberfläche, die nach innen gerichtet ist, und der Düsenkörpers 110 weist einen ringförmigen vorstehenden Abschnitt auf, der weiter nach unten von der Kontaktoberfläche mit dem ersten Abdichtungselement 130 im Vergleich mit dem Behälterkörper 200 vorsteht, d. h., der Düsenkörpers 110 weist einen Abschnitt auf, der in Richtung auf eine untere Seite der Verriegelungsschulter 112 vorsteht.
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In diesem Fall ist der Dichtungsring, der das erste Abdichtungselement 130 ist und aus einem elastischen Material gebildet ist, konfiguriert, um gleichzeitig in Kontakt mit einem Teil der metallischen Düse und einem Teil des Behälterkörpers 200 zu sein, und der Dichtungsring in einem Teilbereich wird durch den vorstehenden Abschnitt des Düsenkörpers 110 komprimiert, wodurch eine Abdichtung gebildet wird.
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In diesem Fall kann eine Kontaktoberfläche X', die zwischen dem Behälterkörper 200 und dem Düsenkörpers 110 in der Nähe des ersten Abdichtungselements 130 gebildet ist, konfiguriert werden, um einen Winkel α der Kontaktoberfläche aufzuweisen, der gleich oder ähnlich zu einem Winkel α der geneigten Oberfläche X des Druckendes 123 ist, und in diesem Fall ist es möglich zusätzlich eine Gasabdichtung des Gasleckpfads C durch Verwendung einer Befestigungskraft der Verriegelung 120 sicherzustellen.
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Insbesondere weist, wie in 6 gezeigt, der vorstehende Abschnitt des Düsenkörpers, der sich erstreckt, während er die Kontaktoberfläche X' zwischen dem Behälterkörper und dem Düsenkörpers bildet, einen Aufbau auf, der unter den Behälterkörper vorsteht, umso eine Form aufzuweisen, die den Dichtungsring auszureichend drücken kann. Deshalb übt der vorstehende Abschnitt des Düsenkörpers einen Druck in einem Raum S1 aus, in dem der Dichtungsring unter den vorstehenden Abschnitt des Düsenkörpers positioniert ist, und der Dichtungsring, der eine Elastizität aufweist, ist an einem Raum S2 deformiert, sodass eine Abdichtung in rechten und oberen Bereichen der Dichtung gebildet wird.
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Wie voranstehend beschrieben ist es gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um eine Gasabdichtung der Düseneinheit des Druckbehälters sicherzustellen, möglich eine primäre Gasabdichtung auf der Kontaktoberfläche durch eine mechanische Kopplungskraft sicherzustellen und eine zusätzliche Gasabdichtung durch Verwendung des Abdichtungselements sicherzustellen, wodurch eine Gasabdichtung stark verbessert wird und wodurch eine Produktivität durch Verwendung eines einfachen Aufbaus zur Befestigung der Verriegelung stark verbessert wird.
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Die Erfindung ist ausführlich unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben worden. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet Änderungen an diesen Ausführungsformen durchführen können, ohne von den Grundgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wobei der Schutzumfang in den beigefügten Ansprüchen und deren äquivalenten Ausführungsformen definiert ist.
