DE102020104207A1

DE102020104207A1 - Sicherheitsventil

Info

Publication number: DE102020104207A1
Application number: DE102020104207.8A
Authority: DE
Inventors: Eike Willers; Jürgen Sohn; Daniel Hintzen; Kryszstof Kurowski; Alexander Link
Original assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Current assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-08-19
Also published as: JP2021131158A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil, insbesondere zum Öffnen einer Auslassöffnung (12) in einem Druckbehälter (11), der mit einem unter Druck stehenden gasförmigen oder flüssigen Medium befüllt ist, mit einem Gehäuse (25), welches eine Einlassöffnung (26) aufweist, die an einer Auslassöffnung (12) des Druckbehälters (11) anschließbar ist, mit einer im Gehäuse (25) vorgesehenen Durchlassöffnung (28), welche die Einlassöffnung (26) mit einer Auslassöffnung (27) des Gehäuses (25) zum Durchströmen des Mediums verbindet, mit einem an der Durchlassöffnung (28) angeordneten Ventilsitz (29), welcher mit einem Ventilschließglied (31) verschließbar ist, und mit einem in dem Gehäuse (25) angeordneten thermisch aktivierbaren Schließelement (35), durch welches das Ventilschließglied (31) in einer Schließposition zum Ventilsitz (29) gehalten ist und welches bei Überschreiten einer vorgegebenen Aktivierungstemperatur zerbricht, und einen Öffnungshub für das Ventilschließglied (31) freigibt, so dass das Ventilschließglied (31) aus der Schließposition in eine Öffnungsposition durch den auf die Durchlassöffnung (28) wirkenden Druck des Mediums im Druckbehälter (12) überführbar ist, wobei ein Wärmerohr (19) mit dem Gehäuse (25) verbunden ist, welches sich innerhalb und außerhalb des Gehäuses (25) erstreckt und ein in dem Gehäuse (25) angeordneter Endabschnitt 18 des Wärmerohres (19) benachbart zum Schließelement (35) vorgesehen ist. (Hierzu

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil, insbesondere zum Öffnen einer Auslassöffnung in einem Druckbehälter, der mit einem unter Druck stehenden gasförmigen oder flüssigen Medium gefüllt ist.
Aus der US 7,762,272 B2 ist ein mit Flüssigkeit gefüllter Tank eines Fahrzeugs bekannt, welcher mit einem Sicherheitsventil versehen ist. Dieses Sicherheitsventil umfasst ein Gehäuse, welches in einer Auslassöffnung des Tanks bzw. Druckbehälters einsetzbar ist. Das Gehäuse des Sicherheitsventils umfasst eine Einlassöffnung sowie eine Auslassöffnung, welche durch eine Durchlassöffnung miteinander verbunden sind. In der Durchlassöffnung ist ein Ventilsitz vorgesehen, welcher mit einem Ventilschließglied geschlossen ist. An dem Ventilschließglied greift ein thermisch aktivierbares Schließelement in Form einer Glasampulle an, durch welches das Ventilschließglied in einer Schließposition zum Ventilsitz gehalten ist. Beim Überschreiten einer vorgegebenen Aktivierungstemperatur zerbirst die Glasampulle, wodurch das Ventilschließglied durch den auf die Durchlassöffnung wirkenden Druck des Mediums in dem Druckbehälter in eine Öffnungsposition überführbar ist und das im Tank sich befindliche Medium abströmen kann.
Diese Ausgestaltung des Sicherheitsventils weist den Nachteil auf, dass aufgrund der Abschirmung der Glasampulle durch das Gehäuse eine Verzögerung in dem Auslösezeitpunkt gegeben ist. Zudem kann eine entfernt vom Sicherheitsventil am Druckbehälter bestehende Gefahr für den Druckbehälter, wie beispielsweise ein Brandherd, nicht oder nur verzögert erfasst werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil vorzuschlagen, welches verbessertes Auslöseverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitsventil gelöst, bei welchem ein Wärmerohr mit dem Gehäuse des Sicherheitsventils verbunden ist, welches sich innerhalb und außerhalb des Gehäuses erstreckt und ein in dem Gehäuse angeordneter Endabschnitt des Wärmerohres benachbart zum Schließelement vorgesehen ist. Durch ein solches Sicherheitsventil wird eine verbesserte Überwachung bei einer auftretenden Gefahr ermöglicht. Das Wärmerohr, welches sich außerhalb des Gehäuses erstreckt, kann beispielsweise entlang des Druckbehälters geführt werden, an welchem das Sicherheitsventil angeschlossen ist. Dadurch können Bereiche des Druckbehälters entfernt von der Anordnung des Sicherheitsventils überwacht werden, so dass auch lokal eine Gefahrenstelle oder eine Überhitzung erkennbar ist. Durch das Wärmerohr kann eine Überhitzung entlang des Druckbehälters erfasst und die erfasste Wärme in den Endabschnitt des Wärmerohres im Gehäuse des Sicherheitsventils übergeleitet werden. Durch die benachbarte Anordnung des Endabschnitts des Wärmerohres zum Schließelement wird die Wärme auf das Schließelement übertragen. Ab einer vorgegebenen Aktivierungstemperatur zerbricht das Schließelement, wodurch das Ventilschließglied in eine Öffnungsposition überführbar ist und das in dem Druckbehälter befindliche Medium über die Auslassöffnung des Druckbehälters, an welchem das Schaltventil angeschlossen ist, ins Freie abströmen kann. Insbesondere kann ein solches Sicherheitsventil bei Wasserstofftanks für Fahrzeuge vorgesehen sein, welche mit Brennstoffzellen betrieben werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse des Sicherheitsventils ein Arbeitsraum vorgesehen ist, in welchem der Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement angeordnet sind, wobei der Arbeitsraum durch einen vorzugsweise lösbaren Verschluss verschließbar ist. Dadurch ist der Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement gegenüber äußeren Einflüssen abgeschlossen. Zudem sind diese beiden Elemente durch das Gehäuse geschützt vorgesehen. Durch den vorzugsweise lösbaren Verschluss ist darüber hinaus eine vereinfachte Montage des Sicherheitsventils möglich.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem Ventilschließglied und dem Schließelement ein Ventilkolben angeordnet ist und zwischen dem Ventilschließglied und dem Ventilkolben ein Kraftspeicherelement vorgesehen ist. Vorzugsweise greift der Ventilkolben dem Ventilschließglied gegenüberliegend unmittelbar an dem Schließelement an. Durch diese Anordnung in dem Arbeitsraum des Gehäuses ist ermöglicht, dass das Ventilschließglied durch das Kraftspeicherelement mit einem Toleranzausgleich versehen ist, wodurch eine vereinfachte Montage gegeben sein kann. Zudem kann das Ventilschließglied auch unter einer Vorspannung in einer Schließposition gehalten werden.
Vorteilhafterweise ist das Schließelement zwischen dem Ventilkolben und dem Halteelement, das an dem Verschluss vorgesehen ist oder durch den Verschluss in den Arbeitsraum verschiebbar ist, axial gesichert eingespannt. Dieses Schließelement ist im Hinblick auf eine in dessen Längsachse wirkende axiale Druckkraft druckstabil. Dadurch kann über den Verschluss bzw. das Halteelement eine Druckkraft auf das Schließelement übertragen werden, welches wiederum über den Ventilkolben das Ventilschließglied in einer Schließposition sichert.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Schließelement als eine Glasampulle ausgebildet ist, welche mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Diese in die Glasampulle eingebrachte Flüssigkeit kann auf eine abweichende Auslösetemperatur eingestellt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Schließelement mit einer Flüssigkeit befüllt wird, welche beispielsweise eine Auslösetemperatur von 100° C oder 110° C aufweist, um die Glasampulle zu zerbersten.
Bei dem Sicherheitsventil ist bevorzugt vorgesehen, dass der Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement miteinander thermisch verbunden sind. Dies ermöglicht, dass die in das sich entlang dem Druckbehälter erstreckende Wärmerohr eingebrachte Wärme in den Endabschnitt des Wärmerohres auf das Schließelement übertragen werden kann, wodurch die Reaktionszeit oder die Auslösezeit des Schließelementes erheblich verkürzt wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des Sicherheitsventils ist vorgesehen, dass der Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement zumindest abschnittsweise aneinander anliegend positioniert sind. Durch die zumindest abschnittsweise Kontaktierung kann eine unmittelbare Wärmeübertragung von dem Endabschnitt des Wärmerohres auf das Schließelement erfolgen.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Arbeitsraum in dem Gehäuse, in dem der Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement zumindest abschnittsweise aneinanderliegend positioniert sind, durch eine Isolierschicht, insbesondere durch ein topfförmiges Isolierelement, thermisch isoliert sind. Dadurch kann eine thermische Abschirmung des Endabschnitts des Wärmerohreses und des Schließelementes gegenüber der äußeren Umgebung gegeben sein, so dass die Wärmeübertragung durch äußere Bedingungen am Sicherheitsventil nicht verzögert wird.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Endabschnitt des Wärmerohres zu dem Schließelement durch die Isolierschicht, insbesondere das topfförmige Isolierelement, ausgerichtet und gehalten ist. Dies ermöglicht eine einfache Positionierung und Anordnung des Endabschnitts des Wärmerohreses zu dem Schließelement in dem Arbeitsraum des Gehäuses. Das Schließelement in dem Arbeitsraum ist in einer axial gesicherten Position angeordnet, so dass auch das Aufbringen einer Kraft zur Kontaktierung des Endabschnitts des Wärmerohres mit dem Schließelement ermöglicht ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Sicherheitsventils ist vorgesehen, dass der Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement durch einen Wärmetauscher thermisch miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht eine flexible Anordnung und Positionierung des Endabschnitts des Wärmerohreses zum Schließelement, wobei wiederum eine schnelle Wärmeübertragung für kurze Reaktionszeiten durch den Wärmetauscher gegeben ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher zumindest ein Wärmeleitelement aus einem wärmeleitfähigen Material umfasst, welches an dem Schließelement und dem Endabschnitt des Wärmerohres anliegt oder dieses zumindest teilweise umgibt. Beispielsweise können wärmeleitfähige Materialien wie Aluminium, Kupfer oder dergleichen eingesetzt werden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmetauscher zwei klammerförmige Wärmeleitelemente umfasst, welche einen federnd nachgiebigen Klammerabschnitt für das Schließelement und den Endabschnitt des Wärmerohres aufweisen. Die Wärmeleitelemente können flächig an dem Schließelement und dem Endabschnitt des Wärmerohres anliegen und diese zumindest teilweise umgreifen. Die Wärmeleitelemente sind bevorzugt streifenförmig ausgebildet. Diese zwei klammerförmigen Wärmeleitelemente ermöglichen eine einfache Montage durch Anklipsen oder Aufstecken des Wärmetauschers auf den Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement.
Vorteilhafterweise weisen die zwei klammerförmigen Wärmeleitelemente zwischen den Klammerabschnitten einen Befestigungsabschnitt auf, durch welchen diese zwei klammerförmigen Wärmeleitelemente miteinander verbunden sind. Das Schließelement und/oder der Endabschnitt des Wärmerohres können in den Klammerabschnitt eingesteckt werden. Auch kann eine aufeinanderfolgende Montage erfolgen, so dass nach dem Positionieren des Endabschnitts des Wärmerohreses und des Schließelementes auf einem Klammerabschnitt das zweite Klammerelement zum ersten Klammerelement befestigt wird. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Befestigung der beiden Klammerelemente zueinander durch Kleben, Crimpen, Nieten, Umbördeln, Löten, Schweißen oder Anbringen einer Halteklammer an dem Befestigungsabschnitt ermöglicht ist.
Vorteilhafterweise ist das zumindest eine Wärmeleitelement in dem Arbeitsraum mit Abstand zum Gehäuse angeordnet. Dadurch kann eine störende Wärmeableitung von dem Wärmetauscher in das Gehäuse verhindert sein, so dass eine direkte und unmittelbare Wärmeübertragung von dem Endabschnitt des Wärmerohres auf das Schließelement hergestellt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Wärmeleitelementes sieht vor, dass der Wärmetauscher als eine Buchse mit einer Aufnahmeöffnung für den Endabschnitt des Wärmerohres und einer Aufnahmeöffnung für das Schließelement ausgebildet ist, welche jeweils darin anordenbar sind und vorzugsweise eine oder beide Aufnahmeöffnungen nach dem Einsetzen des Endabschnitts des Wärmerohreses und des Schließelementes in die Aufnahmeöffnungen der Buchse vorzugsweise mit einer Wärmeleitpaste befüllbar sind. Dies stellt eine einfache alternative Ausführungsform zu den zwei klammerförmigen Wärmeleitelementen dar.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die als Wärmetauscher ausgebildete Buchse von einer Isolierschicht umgeben und in den Arbeitsraum des Gehäuses einsetzbar ist. Dadurch kann wiederum eine Abschirmung ermöglicht sein, so dass die schnelle Wärmeübertragung von dem Endabschnitt des Wärmerohres auf das Schließelement erfolgt.
Eine weitere alternative Ausgestaltung des Wärmetauschers sieht vor, dass dieser als ein Topf ausgebildet ist, in welchem der Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement einsetzbar sind, wobei dieser Topf mit einer Wärmeleitpaste, insbesondere Graphitpaste, gefüllt ist und dieser Topf vorzugsweise mit einem Deckel geschlossen ist. Dieser Topf als auch der Deckel können bevorzugt aus einem wärmeisolierenden Material ausgebildet sein, da die Wärmeübertragung zwischen dem Endabschnitt des Wärmerohres und dem Schließelement durch die Wärmeleitpaste erfolgt, welche den Endabschnitt des Wärmerohres und das Schließelement umgibt, soweit diese von dem Topf umgeben sind. Zumindest ein Ende des Schließelementes ragt aus dem Topf heraus, welches an dem Ventilkolben angreift.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Druckbehälters mit einem Sicherheitsventil,
2 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des Sicherheitsventils gemäß 1,
3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in 2,
4 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II einer alternativen Ausführungsform zu 2,
5 eine schematische Ansicht auf eine alternative Ausführungsform eines Wärmetauschers zu 4,
6 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Sicherheitsventils zu 2,
7 eine schematische Schnittansicht des Sicherheitsventils entlang der Linie III-III in 5,
8 eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform des Sicherheitsventils zu 2.

In 1 ist eine schematische Ansicht eines Druckbehälters 11 dargestellt. An einer Auslassöffnung 12 des Druckbehälters 11 ist ein Sicherheitsventil 14 vorgesehen. Dieser Druckbehälter 11 ist mit einem unter Druck stehenden Medium befüllt. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Tank eines Fahrzeugs handeln, der mit Wasserstoff befüllt ist. Dieser Wasserstoff wird benötigt, um ein Brennstoffzellenfahrzeug anzutreiben. Der Druckbehälter 11 kann beispielsweise mit einem unter Druck stehenden Medium von bis zu 700 Bar gefüllt werden. Bevorzugt besteht der Druckbehälter aus einem Verbundmaterial, insbesondere Kevlar-verstärktem Kunststoffverbundmaterial, so dass dieser Druckbehälter 11 für den Wasserstoff diffusionsdicht ist. Benachbart zum Sicherheitsventil ist ein Befüllventil 16 vorgesehen, welches lediglich schematisch dargestellt ist.
Das Sicherheitsventil 14 umfasst ein Wärmerohr 19 und ist mit diesem verbunden. Dieses Wärmerohr 19 erstreckt sich zumindest teilweise entlang einer äußeren Umfangsfläche des Druckbehälters 11. Bevorzugt ist das Wärmerohr 19 durch Halteelemente 21 zum Außenumfang des Druckbehälters 11 fixiert gehalten. Diese Halteelemente 21 nehmen das Wärmerohr 19 mit einer thermischen Isolierung auf, um eine Wärmeableitung aus dem Wärmerohr 19 in die Halteelemente 21 zu verhindern.
Durch das Sicherheitsventil 14 kann im Falle einer Überhitzung, beispielsweise im Falle eines Brandes, ein gezieltes Abströmen des Mediums aus dem Druckbehälter 11 ermöglicht sein.
Eine erste Ausführungsform des Sicherheitsventils 11 gemäß 1 ist in einer Schnittansicht in 2 dargestellt. Die 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 2.
Das Sicherheitsventil 14 umfasst ein Gehäuse 25 mit einer Einlassöffnung 26. Über diese Einlassöffnung 26 ist das Sicherheitsventil 14 an die Auslassöffnung 12 des Druckbehälters 11 anschließbar. Das Gehäuse 25 umfasst ferner eine Auslassöffnung 27, die über eine Durchlassöffnung 28 mit der Einlassöffnung 26 verbunden ist. An der Durchlassöffnung 28 ist ein Ventilsitz 29 vorgesehen, an welchem in einer Schließposition ein Ventilschließglied 31 anliegt.
Das Gehäuse 25 umfasst des Weiteren einen Arbeitsraum 33, welcher durch einen vorzugsweise lösbaren Verschluss 34 geschlossen ist. In dem Arbeitsraum 33 ist ein Schließelement 35 vorgesehen, welches zwischen einem Halteelement 36 und diesem gegenüberliegend von einem Ventilkolben 37 eingespannt aufgenommen ist. Zwischen dem Ventilkolben 37 und dem Ventilschließglied 31 ist zumindest ein Kraftspeicherelement 38 vorgesehen. Durch dieses Kraftspeicherelement 38 kann einerseits ein Toleranzausgleich und andererseits eine Vorspannkraft auf das Ventilschließglied 31 erzeugt werden, so dass dieses mit einer einstellbaren oder vordefinierten Kraft die Durchlassöffnung 28 schließt.
Durch den Verschluss 34 kann die axiale Klemmung des Schließelementes 35 zwischen dem Halteelement 36 und dem Ventilkolben 37 einstellbar sein. Das Halteelement 36 weist bevorzugt eine Durchbrechung 39 auf, in welche ein Endabschnitt 41 des Schließelementes 35 eingreifen kann. Dadurch wird das Schließelement 35 zusätzlich auch in radialer Richtung fixiert gehalten.
Das Halteelement 36, welches vorzugsweise plattenförmig ausgebildet ist, kann Teil des Verschlusses 34 sein oder als separates Bauteil in den Arbeitsraum 33 einsetzbar sein.
Der Ventilkolben 37 ist bevorzugt in einem Gehäuseabschnitt 42 axial verschiebbar geführt. Vorteilhafterweise ist eine zusätzliche Dichtung 43 vorgesehen, um ein gezieltes Ausströmen des Mediums über die Auslassöffnung 27 zu erzielen. Zudem kann dadurch sichergestellt sein, dass einem Verklemmen des Ventilkolbens 37 bei einem Überführen des Ventilschließgliedes 31 in eine Öffnungsposition entgegengewirkt werden kann.
In dem Arbeitsraum 33 des Gehäuses 25 ist ein Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 positioniert. Das Wärmerohr 19 wird durch den Verschluss 34 nach außen geführt. In dem Verschluss 34 ist eine Öffnung 49 mit einer Dichtung 50 vorgesehen, durch welche das Wärmerohr 19 aus dem Gehäuse 25 herausgeführt ist.
Im Arbeitsraum 33 ist bevorzugt eine Isolierung 44 vorgesehen. Diese Isolierung 44 ist topfförmig ausgebildet und von außen über eine Öffnung 46 des Gehäuses 25 einsetzbar. An dieser Öffnung 46 des Gehäuses 25 greift der vorzugsweise lösbare Verschluss 34 an.
Diese topfförmige Isolierung 44 weist eine zentrale Durchbrechung 47 auf, so dass das Schließelement 35 durch die topfförmige Isolierung 44 hindurchführbar ist und an dem Ventilkolben 37 angreift. Des Weiteren ist bevorzugt eine weitere Ausnehmung 48 in der topfförmigen Isolierung 44 vorgesehen, durch welche der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 benachbart zum Schließelement 35 gehalten wird. Zumindest abschnittsweise steht der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 mit dem Schließelement 35 zur Wärmeübertragung in Kontakt. Dadurch kann eine unmittelbare Wärmeübertragung von dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 auf das Schließelement 35 und somit eine schnelle Reaktionszeit des Schließelementes 35 erzielt werden.
Bei Überschreiten einer vorbestimmten Auslösetemperatur zerbricht das Schließelement 35. Dadurch kann das Ventilschließglied 31 durch das druckbeaufschlagte Medium im Druckbehälter 11 in eine Öffnungsposition verfahrbar sein, wodurch die Durchlassöffnung 28 freigegeben wird und das Medium über die Auslassöffnung 27 aus dem Druckbehälter 11 abströmen kann. Dieses Sicherheitselement 14 ist in einer Ausgangsposition geschlossen und bleibt irreversibel geöffnet, nachdem die Aktivierungstemperatur überschritten ist.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 und 3 ist zwischen der Umfangswand der Isolierung 44 und dem Schließelement 35 sowie dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 ist ein Freiraum bzw. ein Luftspalt vorgesehen.
In 4 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in 2 einer alternativen Ausführungsform dargestellt. Diese Ausführungsform umfasst einen Wärmetauscher 51, um eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Schließelement 35 und dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 zu erzielen. Dieser Wärmetauscher 51 ist beispielsweise als ein Ring oder eine Hülse aus einem wärmeleitfähigen Material ausgebildet. Innerhalb dieses Wärmetauschers 51 kann das Schließelement 35 und der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 eingesetzt oder eingepresst gehalten werden. Dadurch wird zum einen die Kontaktierung zwischen den beiden Elementen sichergestellt und gleichzeitig zusätzlich durch den Wärmetauscher 51 eine Wärmeübertragung erzielt. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass in dem verbleibenden Freiraum dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 ein wärmeleitfähiges Material, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, eingebracht ist.
In 5 ist eine schematische Ansicht auf eine alternative Ausführungsform des Wärmetauschers 51 zu 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher 51 als eine Buchse ausgebildet ist, welche eine Bohrung 65 für das Schließelement 35 und eine Bohrung 66 für den Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 aufweist. Diese beiden Bohrungen 65, 66 greifen bevorzugt ineinander. Das Schließelement 35 ist in die Bohrung 65 einsteckbar. Der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 ist in die Bohrung 66 einsteckbar. Dadurch kann es zur Kontaktierung des Schließelementes 35 mit dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 kommen. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Das Wärmeübertragungselement 51, welches aus einem wärmeleitfähigen Material besteht, steht in Kontakt mit dem darin positionierten Schließelement 35 einerseits und dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 andererseits, so dass dadurch die Wärmeübertragung ermöglicht ist. Bevorzugt kann in dem verbleibenden Zwischenraum zwischen dem Schließelement 35 und dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 ein Wärmeleitelement, wie beispielsweise eine Wärmeleitpaste, in die Bohrungen 65, 66 eingebracht sein. Der Außendurchmesser des Wärmetauschers 51 entspricht vorzugsweise dem Innendurchmesser der topfförmigen Isolierung 44, so dass dieser Wärmetauscher 51 in der Isolierung aufgenommen werden kann. In diesem Fall ist die Bohrung 65 fluchtend zur Durchbrechung 47 in der Isolierung 44 vorgesehen.
In 6 ist eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Sicherheitsventils 14 zu 2 dargestellt. Der Aufbau des Sicherheitsventils 14 gemäß 6 entspricht prinzipiell dem in 2. Abweichend im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Wärmeübertragung von dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 auf das Schließelement 35 im Arbeitsraum 33 des Gehäuses 25. Diese abweichende Anordnung wird nachfolgend beschrieben.
Die 7 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III in 6 zur Verdeutlichung der Anordnung und des Aufbaus der Wärmeübertragung von dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 auf das Schließelement 35.
Bei dieser Ausführungsform des Sicherheitsventils 14 erfolgt die thermische Kopplung bzw. thermische Verbindung zwischen dem Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 und dem Schließelement 35 durch eine weitere Ausführungsform des Wärmetauschers 51. Dieser Wärmetauscher 51 umfasst zwei Wärmeleitelemente 52, 53, welche klammerförmig ausgebildet sind. Dabei umfasst jedes Wärmeleitelement 52, 53 zwei einander gegenüberliegende Klammerabschnitte 54 sowie einen dazwischen angeordneten Befestigungsabschnitt 55. Die beiden Wärmeleitelemente 52, 53 sind im Bereich des Befestigungsabschnitts 55 miteinander verbunden. Vorteilhafterweise kann eine unlösbare Verbindung 56 vorgesehen sein. Hierbei kann es sich um einen Schweißpunkt, eine Vercrimpung, eine Vernietung, eine Umbördelung oder dergleichen handeln. Auch kann diese Verbindung 56 lösbar sein, beispielsweise durch Schraubelemente. Die Wärmeleitelemente 52, 53 sind streifenförmig ausgebildet und bestehen aus einem wärmeleitfähigen Material. Durch die klammerartige Anordnung ist ermöglicht, dass sowohl der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 als auch das Schließelement 35 an dem Wärmetauscher 51 aufgesteckt oder angeklipst werden kann. Durch die abschnittsweise Anlage der Wärmeleitelemente 52, 53 an dem Endabschnitt des Wärmerohres 18 und dem Schließelement 35 kann eine schnelle Wärmeübertragung ermöglicht sein. Zur Positionierung des Endabschnitts 18 des Wärmerohres 19 in dem Arbeitsraum 33 ist ein Befestigungselement 58, insbesondere eine Befestigungsscheibe, vorgesehen, welche vorzugsweise aus Kunststoff als Isolierung besteht. Diese Befestigungsscheibe 58 umfasst eine Durchbrechung 61, in der ein O-Ring 63 vorgesehen ist, durch welchen in einfacher Weise eine Fixierung des Endabschnitts 18 des Wärmerohres 19 zum Befestigungselement 58 nach dem Einstecken in die Öffnung erfolgt.
Bei dieser Ausführungsform kann der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 und das Schließelement 35, die durch den Wärmetauscher 51 miteinander verbunden sind, sowie das Befestigungselement 58 als vormontierte Einheit in den Arbeitsraum 33 eingesetzt werden. Darauffolgend wird der lösbare Verschluss 34 auf die Öffnung 46 aufgesetzt und die Vorspannung auf das Ventilschließglied 31 aufgebracht. Darauffolgend wird der Verschluss 34 geschlossen. Der Arbeitsraum 33 kann mit Luft gefüllt sein.
Eine alternative Ausgestaltung des Wärmetauschers 51 zu den klammerartig ausgebildeten Wärmeleitelementen 52, 53 ist durch eine Buchse aus wärmleitfähigem Material vorgesehen, welche eine Bohrung für den Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 und eine Bohrung für das Schließelement 35 aufweist. Beide Elemente 18, 35 können darin eingesetzt oder eingesteckt werden. Diese Buchse kann beispielsweise auf dem scheibenförmigen Befestigungselement 58 aufliegen. Alternativ kann die Buchse in einer topfförmigen Isolierung 44 vorgesehen sein, welche nach dem Einbringen in den Arbeitsraum 33 wie das Befestigungselement 58 an einer Schulter im Gehäuse 25 aufliegt. Bevorzugt können die Bohrungen in der Buchse nach dem Einsetzen des Endabschnitts 18 des Wärmerohres 19 und des Schließelements 35 mit einer Wärmeleitpaste gefüllt werden, damit eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit erzielt wird.
In 8 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Sicherheitsventils 14 zu 2 dargestellt. Diese Ausführungsform gemäß 8 baut auf der Ausführungsform gemäß 2 auf. Anstelle eines Hohlraumes in der topfförmigen Isolierung 44 ist bei der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen, dass diese topfförmige Isolierung 44 mit einem Wärmeleitelement, insbesondere einer Wärmeleitpaste, gefüllt ist. Insbesondere kann eine Graphitfüllung oder eine Graphitpaste vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform ist ermöglicht, dass der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 und das Schließelement 35 zumindest abschnittsweise aneinanderliegen, als auch vollständig getrennt zueinander innerhalb der topfförmigen Isolierung 44 vorgesehen sind. Der Wärmetauscher 51 wird in dieser Ausführungsform durch die Wärmeleitpaste gebildet. Bevorzugt ist die topfförmige Isolierung 44 mit einem Deckel 59 geschlossen und vorzugsweise abgedichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Wärmerohr 19 eine Schnittstelle aufweist, durch welche der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 mit dem weiteren Abschnitt des Wärmerohres 19 verbindbar ist. Dadurch kann beispielsweise ein Sicherheitsventil 14 bereitgestellt werden, bei welchem der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 vollständig in dem Gehäuse 25 positioniert und montiert ist und ein Anschlussabschnitt durch die Öffnung 49 des Verschlusses 34 herausgeführt ist. Dies ermöglicht, dass das Sicherheitsventil 14 unmittelbar an den Druckbehälter 18 anschließbar ist und eine Länge des Wärmerohres 19 ausgewählt werden kann, welche der Länge und/oder Größe des Druckbehälters 11 entspricht. Der außerhalb des Sicherheitsventils 14 sich erstreckende Abschnitt des Wärmerohres 19 und der Endabschnitt 18 des Wärmerohres 19 können ineinander steckbar sein und eine geschlossene Schnittstelle bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7762272 B2 [0002]

Claims

Sicherheitsventil, insbesondere zum Öffnen einer Auslassöffnung (12) in einem Druckbehälter (11), der mit einem unter Druck stehenden gasförmigen oder flüssigen Medium befüllt ist, - mit einem Gehäuse (25), welches eine Einlassöffnung (26) aufweist, die an einer Auslassöffnung (12) des Druckbehälters (11) anschließbar ist, - mit einer im Gehäuse (25) vorgesehenen Durchlassöffnung (28), welche die Einlassöffnung (26) mit einer Auslassöffnung (27) des Gehäuses (25) zum Durchströmen des Mediums verbindet, - mit einem an der Durchlassöffnung (28) angeordneten Ventilsitz (29), welcher mit einem Ventilschließglied (31) verschließbar ist, und - mit einem in dem Gehäuse (25) angeordneten thermisch aktivierbaren Schließelement (35), durch welches das Ventilschließglied (31) in einer Schließposition zum Ventilsitz (29) gehalten ist und welches bei Überschreiten einer vorgegebenen Aktivierungstemperatur zerbricht und einen Öffnungshub für das Ventilschließglied (31) freigibt, so dass das Ventilschließglied (31) aus der Schließposition in eine Öffnungsposition durch den auf die Durchlassöffnung (28) wirkenden Druck des Mediums im Druckbehälter (12) überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, - dass ein Wärmerohr (19) mit dem Gehäuse (25) verbunden ist, welches sich innerhalb und außerhalb des Gehäuses (25) erstreckt und ein in dem Gehäuse (25) angeordneter Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) benachbart zum Schließelement (35) vorgesehen ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (25) ein Arbeitsraum (33) vorgesehen ist, in welchem der Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) und das Schließelement (35) angeordnet sind, wobei der Arbeitsraum (33) durch einen vorzugsweise lösbaren Verschluss (34) verschließbar ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilschließglied (31) und dem Schließelement (35) ein Ventilkolben (37) angeordnet ist und zwischen dem Ventilschließglied (31) und dem Ventilkolben (37) ein Kraftspeicherelement (38) vorgesehen ist und vorzugsweise der Ventilkolben (37) unmittelbar an dem Schließelement (35) angreift.
Sicherheitsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (35) zwischen dem Ventilkolben (37) und einem Halteelement (36), das an dem Verschluss (34) vorgesehen ist oder durch den Verschluss (34) in den Arbeitsraum (33) verschiebbar ist, axial gesichert in den Arbeitsraum (33) eingespannt ist.
Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (35) als eine Glasampulle ausgebildet ist, welche mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.
Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) und das Schließelement (35) miteinander thermisch verbunden sind.
Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) und das Schließelement (35) zumindest abschnittsweises aneinander anliegend positioniert sind.
Sicherheitsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (33) im Gehäuse (25) durch eine Isolierschicht (44), insbesondere durch ein topfförmiges Isolierelement, thermisch isoliert ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) zu dem Schließelement (35) durch die Isolierschicht (44), insbesondere das topfförmige Isolierelement, ausgerichtet und gehalten ist.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) und das Schließelement (35) durch einen Wärmetauscher (51) thermisch miteinander verbunden sind.
Sicherheitsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (51) zumindest ein Wärmeleitelement (52, 53) aus einem wärmeleitfähigen Material aufweist, welches an dem Schließelement (35) und dem Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) anliegt oder dieses zumindest teilweise umgreift.
Sicherheitsventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (51) zwei klammerförmige Wärmeleitelemente (52, 53) umfasst, welche einen federnd nachgiebigen Klammerabschnitt (54) für das Schließelement (35) und einen weiteren federnd nachgiebigen Klammerabschnitt (54) für den Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) aufweisen.
Sicherheitsventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die klammerförmigen Wärmeleitelemente (52, 53) zwischen den Klammerabschnitten (54) einen Befestigungsabschnitt (55) aufweisen und vorzugsweise die Befestigungsabschnitte der beiden Wärmeleitelemente (52, 53) durch eine Verbindung (56), vorzugsweise durch Kleben, Crimpen, Nieten, Umbördeln, Löten, Schweißen oder Anbringen einer Halteklammer, miteinander verbindbar sind.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (51) in dem Arbeitsraum (33) mit Abstand zum Gehäuse (25) angeordnet ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (51) als eine Buchse mit einer Bohrung (66) für den Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) und einer Bohrung (66) für das Schließelement (35) ausgebildet ist, die zumindest teilweise ineinandergreifen oder getrennt zueinander in die Buchse eingebracht sind und vorzugsweise die eine oder die beiden Aufnahmeöffnungen nach dem Einsetzen des Endabschnitts (18) des Wärmerohres (19) und des Schließelementes (35) mit einer Wärmeleitpaste befüllbar sind.
Sicherheitsventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der als Buchse ausgebildete Wärmetauscher (51) von einer Isolierschicht (44), insbesondere einem topfförmigen Isolierelement, umgeben ist und in den Arbeitsraum (33) des Gehäuses (25) einsetzbar ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (51) als ein Topf ausgebildet ist, in welchem der Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) und das Schließelement (35) einsetzbar sind, wobei der Topf mit einer Wärmeleitpaste, insbesondere Graphitpaste, gefüllt ist und vorzugsweise mit einem Deckel (59) geschlossen ist.
Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem in dem Gehäuse (25) angeordneten Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) und dem außerhalb des Gehäuses (25) sich erstreckenden Abschnitt des Wärmerohres (19) eine Schnittstelle vorgesehen ist, durch welche der Abschnitt des Wärmerohres (19) außerhalb des Gehäuses (25) mit dem Endabschnitt (18) des Wärmerohres (19) verbindbar ist.