DE112008003549B4 - Sicherheitsventilvorrichtung, Ventilgerät, Hochdruck-Gastank und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Eine Sicherheitsventilvorrichtung 300 hat einen Sicherheitsventilaufbau 310, der so gestaltet ist, dass er einen Ventilmechanismus, der bei einer Temperatur von oder über einer voreingestellten Referenztemperatur öffnet, enthält. Die Sicherheitsventilvorrichtung 300 enthält außerdem einen Gasströmungsweg 332, der so angeordnet ist, dass ein Wasserstofffluss hergestellt wird, der aus einem Wasserstofftank mittels des Sicherheitsventilaufbaus 310 bei einer Ventiloffenstellung des Ventilmechanismus fließt, und eine Abgabeleitung 330, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Wasserstoffabgabeöffnung 334 aufweist, und so angeordnet ist, dass sie den Wasserstoff abgibt, der durch den Gasströmungsweg 332 nach außen fließt. Die Wasserstoffabgabeöffnung 334 der Abgabeleitung 330 ist so ausgebildet, dass der Wasserstoff in einer schrägen Richtung relativ zu einer Richtung einer axialen Mitte des Gasströmungswegs 332 abgegeben wird. Die Abgabeleitung 330 hat außerdem eine Nut 336, die so ausgebildet ist, dass eine Eingaberotationskraft auf die Abgabeleitung 330 aufgebracht wird, wobei sich die Abgabeleitung 330 um eine axiale Mitte des Gasströmungsweges 332 dreht. Bei einer typischen Anwendung eines Hochdruck-Gastanks mit einer derartigen Sicherheitsventilvorrichtung, die am Fahrzeug befestigt ist, ermöglicht es dieser Aufbau der Sicherheitsventilvorrichtung, die Abgaberichtung des Hochdruckgases auf einfache Weise einzustellen, das von der Sicherheitsventilvorrichtung abgegeben wird.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsventilvorrichtung, die für einen zur Speicherung eines Hochdruckgases gestalteten Hochdruck-Gastank verwendet wird, sowie ein Ventilgerät, den Hochdruck-Gastank und ein Fahrzeug, das mit dem Hochdruck-Gastank ausgestattet ist.
  • Stand der Technik
  • Vielfältige Fahrzeuge, wie Brennstoffzellenfahrzeuge und Wasserstofffahrzeuge, sind entwickelt worden, um mit einem Hochdruck-Gastank zum Speichern eines Hochdruckgases, wie komprimierten Wasserstoff, ausgestattet zu werden, und um mit einem Hochdruckgas, das in dem Hochdruck-Gastank als ein Brenngas gespeichert ist, gefahren zu werden.
  • Ein Ventilgerät ist generell mit dem Hochdruck-Gastank zum Speichern des Hochdruckgases verbunden (komprimiertes Gas oder verflüssigtes Gas), um das Hochdruckgas vom Inneren zum Äußeren des Hochdruck-Gastanks abzugeben, und um das Hochdruckgas vom Äußeren zum Inneren des Hochdruck-Gastanks einzufüllen. Eine Sicherheitsventilvorrichtung ist typischerweise mit dem Ventilgerät verbunden, um das Hochdruckgas, das in dem Hochdruck-Gastank gespeichert ist, in Reaktion auf einen Temperaturanstieg des Hochdruck-Gastanks auf oder über eine voreingestellte Temperatur, beispielsweise aufgrund eines Feuers, nach außen abzugeben und dabei eine übermäßige Zunahme des Innendrucks des Hochdruck-Gastanks zu vermeiden.
  • Es sind für den Hochdruck-Gastank, der mit einer derartigen Sicherheitsventilvorrichtung ausgestattet ist, verschiedene Technologien vorgeschlagen worden. Gemäß einer Technik, die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2007-106262 offenbart ist, wird beispielsweise ein Brenngas (Hochdruckgas) nach unten in eine vertikale Richtung von einem Brenngastank (Hochdruck-Gastank), der auf einem Fahrzeug befestigt ist, abgegeben. Andere relevante bekannte Techniken enthalten die Japanische Offenlegungsschriften Nr. 2000-193249 , Nr. H06-165803 , Nr. 2002-168399 , und Nr. 2004-263786 .
  • Bei einer typischen Anwendung des Hochdruck-Gastanks mit einer Sicherheitsventilvorrichtung, das in Übereinstimmung mit den Verordnungen des Gesetzes an einem Fahrzeug befestigt ist, ist eine derartige Ausgestaltung der Sicherheitsventilvorrichtung erforderlich, dass das Abgeben des Hochdruckgases in eine Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges bei einem aktiven Zustand der Sicherheitsventilvorrichtung unterbunden ist. Die Technik, die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2007-106262 offenbart ist, kann jedoch dazu führen, dass das Hochdruckgas in der Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges bei dem aktiven Zustand der Sicherheitsventilvorrichtung abgegeben wird. Die Technik, die in der Japanischen Offenlegungsschrift 2007-106262 offenbart ist, gibt das Hochdruckgas wie oben erläutert nach unten in die vertikale Richtung bei dem aktiven Zustand der Sicherheitsventilvorrichtung ab. Wenn das Fahrzeug auf einem Gefälle nach unten fährt, bedeutet das, dass das Hochdruckgas in die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs abgegeben wird. Wenn diese herkömmliche Sicherheitsventilvorrichtung in einer umgestürzten Stellung des Fahrzeuges aktiviert ist, führt die vertikal nach unten gerichtete Abgabe dazu, dass das Hochdruckgas in Richtung des Fahrzeugaufbaus freigegeben wird. Dies kann den Fahrer und die Passagiere des umgestürzten Fahrzeuges in Gefahr bringen. Die Technik, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2007-106262 offenbart ist, ist nämlich nicht in der Lage, die Abgaberichtung des Hochdruckgases im aktiven Zustand der Sicherheitsventilvorrichtung angemessen einzustellen.
  • JP H10-281 398 A beschreibt eine Sicherheitsventilvorrichtung, die für einen Hochdruck-Gastank, der Hochdruckgas speichert, verwendet wird. Die Sicherheitsventilvorrichtung öffnet sich bei einer Temperatur oberhalb einer voreingestellten Referenztemperatur durch das Aufschmelzen eines schmelzbaren Materials. Ferner ist die Gasabgabeöffnung der Sicherheitsventilvorrichtung so ausgebildet ist, dass das Hochdruckgas in einer schrägen Richtung, relativ zu einer Richtung einer axialen Mitte des Gasströmungsweges der Sicherheitsventilvorrichtung, abgegeben wird.
  • JP 2005-147 230 A , US 6 006 774 A und US 4 800 948 A beschreiben weitere Sicherheitsventilvorrichtungen mit einem schmelzbarem Material, welches bei Überschreiten einer voreingestellten Referenztemperatur schmilzt.
  • WO 2007/146 892 A2 beschreibt ein System zur Flüssigkeitszerstäubung mit einer Gasabgabeöffnung, die einen staubdichten Filter aufweist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Um das Problem des oben erläuterten Standes der Technik zu lösen, besteht für eine typische Anwendung eines Hochdruck-Gastanks mit einer Sicherheitsventilvorrichtung, die an einem Fahrzeug befestigt ist, ein Bedarf für eine Technik, die in der Lage ist, die Abgaberichtung eines Hochdruckgases, das durch die Sicherheitsventilvorrichtung abgegeben wird, auf einfache Weise einzustellen. Es ist Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Sicherheitsventilvorrichtung, ein entsprechendes Ventilgerät, einen entsprechenden Hochdruck-Gastank und ein entsprechendes Fahrzeug bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale eines der Patentansprüche 1, 5 bis 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt ist die Erfindung auf eine Sicherheitsventilvorrichtung gerichtet, die für einen Hochdruck-Gastank verwendet wird, der zur Speicherung eines Hochdruckgases ausgestaltet ist. Die Sicherheitsventilvorrichtung hat einen Sicherheitsventilaufbau, der zur Aufnahme eines Ventilmechanismus ausgestaltet ist, der sich bei einer Temperatur von oder über einer voreingestellten Referenztemperatur öffnet. Außerdem enthält die Sicherheitsventilvorrichtung einen Gasströmungsweg, der angeordnet ist, um einen Fluss des Hochdruckgases, das von dem Hochdruck-Gastank mittels Sicherheitsventilaufbau bei einer Ventilöffnungsstellung des Ventilmechanismus ausströmt, einzustellen, und eine Gasabgabeleitung, die mit einer Gasabgabeöffnung ausgestaltet und angeordnet ist, um das Hochdruckgas, das durch den Gasströmungsweg nach außen strömt, abzugeben. Die Gasabgabeöffnung der Gasströmungsleitung ist so ausgebildet, dass das Hochdruckgas in einer schrägen Richtung, relativ zu einer Richtung einer axialen Mitte des Gasströmungsweges, abgegeben wird. Die Gasabgabeleitung hat außerdem eine Rotationseingabestruktur, die ausgebildet ist, um eine Eingaberotationskraft auf die Gasabgabeleitung aufzubringen, und dabei die Gasabgabeleitung um die axiale Mitte des Gasströmungsweges zu drehen, um die Ausgabeeinrichtung des Hochdruckgases, das durch die Gasabgabeöffnung abgegeben wird, einzustellen.
  • Bei der Sicherheitsventilvorrichtung nach dem vorgenannten Aspekt der Erfindung ist die Abgaberichtung des Hochdruckgases von der Gasabgabeleitung in Reaktion auf die Aufbringung einer externen Eingaberotationskraft auf die Gasströmungsleitung durch die Rotationseingabestruktur mit einfachen Mitteln einstellbar. In der typischen Anwendung des Hochdruck-Gastanks mit der Sicherheitsventilvorrichtung, das am Fahrzeug befestigt ist, kann die Sicherheitsventilvorrichtung der Erfindung die Abgaberichtung des Hochdruckgases auf eine leichte Weise einstellen. Diese Maßnahme verbessert effektiv die Durchführung der Einstellung der Abgaberichtung des Hochdruckgases.
  • Erfindungsgemäß ist ein staubdichter Filter an der Gasabgabeöffnung angeordnet.
  • Bei der Sicherheitsventilvorrichtung dieser Ausführungsform ist der staubdichte Filter auf die Gasabgabeöffnung aufgesetzt. Der staubdichte Filter schützt die Gasabgabeöffnung effektiv vor Staubeintritt von der Außenseite der Gasabgabeleitung und verhindert dabei die mögliche Störung der Sicherheitsventilvorrichtung, die durch den Eintritt von Staub in die Gasabgabeöffnung verursacht wird.
  • Bei einer bevorzugten Anwendung der Sicherheitsvorrichtung dieser Ausführungsform besteht der staubdichte Filter aus einem wasserundurchlässigen, feuchtigkeitsdurchlässigen Material.
  • Bei der Sicherheitsventilvorrichtung dieser Anwendung schützt der staubdichte Filter aus dem wasserdichten, feuchtigkeitsdurchlässigen Material zusätzlich die Gasabgabeöffnung vor Wassereintritt von der Außenseite der Gasabgabeleitung und verhindert dabei die mögliche Störung der Sicherheitsventilvorrichtung, die durch den Wassereintritt in die Gasabgabeöffnungen verursacht wird.
  • Erfindungsgemäß enthält der Ventilmechanismus: ein Ventilelement; ein erstes schmelzbares Material, das angeordnet ist, um das Ventilelement zu unterstützen und dabei das Ventilelement in einer Ventilschließstellung zu halten, und so ausgestaltet ist, dass es bei einer Temperatur von oder über der voreingestellten Referenztemperatur schmilzt; und eine Schmelzmaterial-Abgabeöffnung, die angeordnet ist, um das geschmolzene erste schmelzbare Material nach außen abzugeben. Wenn das erste schmelzbare Material geschmolzen und durch die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung nach außen abgegeben ist, bewegt sich das Ventilelement des Ventilmechanismuses in eine Ventilöffnungsstellung. Die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung ist mit einem zweiten schmelzbaren Material gefüllt, das ausgestaltet ist, um bei einer Temperatur von oder über der voreingestellten Referenztemperatur geschmolzen zu werden.
  • Bei der Sicherheitsventilvorrichtung dieser Ausführungsform ist das zweite schmelzbare Material in die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung eingefüllt. Diese Maßnahme schützt die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung effektiv vor Eintritt von Staub und verhindert dabei die mögliche Störung der Sicherheitsventilvorrichtung, die durch den Staubeintritt in die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung verursacht wird. Eine niedrigschmelzende Legierung oder jedes andere Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt, wie ein niedrigschmelzendes Harz, kann für das erste schmelzbare Material und für das zweite schmelzbare Material verwendet werden. Das erste schmelzbare Material und das zweite schmelzbare Material können aus identischem Material bestehen oder können aus zueinander unterschiedlichen Materialen bestehen.
  • Bei einer bevorzugten Anwendung der Sicherheitsventilvorrichtung der vorgenannten Ausführungsform besteht das erste schmelzbare Material und/oder das zweite schmelzbare Material aus einer Legierung.
  • In einer Sicherheitsventilvorrichtung dieser Anwendung bestehen das erste schmelzbare Material und/oder das zweite schmelzbare Material aus einer Legierung. Eine Schmelztemperatur der Legierung kann leicht durch einfache Veränderung des Zusammmensetzungverhältnisses der Metalle der Legierung auf eine gewünschte Temperatur festgelegt werden.
  • In einer anderen bevorzugten Anwendung der Sicherheitsventilvorrichtung der vorgenannten Ausführungsform wird das zweite schmelzbare Material so in die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung gefüllt, dass es nicht von einer Außenoberfläche der Sicherheitsventilvorrichtung übersteht.
  • Bei der Sicherheitsventilvorrichtung dieser Anwendung wird die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung mit dem zweiten schmelzbaren Material gefüllt, so dass das zweite schmelzbare Material nicht von der Außenoberfläche des Sicherheitsventilaufbaus hervorsteht. Diese Maßnahme hindert das zweite schmelzbare Material effektiv daran, aus der Schmelzmaterial-Abgabeöffnung, wenn diese durch einen Fremdkörper getroffen wird, herauszufallen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt ist die Erfindung außerdem auf ein Ventilgerät gerichtet, das mit einem Hochdruck-Gastank verbunden ist, der gestaltet ist, um Hochdruckgas zu speichern. Das Ventilgerät ist mit einer Sicherheitsventilvorrichtung mit einer der oben erläuterten Strukturen und Anordnungen ausgestattet.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist die Erfindung ferner auf einen Hochdruck-Gastank gerichtet, der gestaltet ist, um ein Hochdruckgas zu speichern. Der Hochdruck-Gastank ist entweder mit der Sicherheitsventilvorrichtung mit einer der oben erläuterten Strukturen und Anordnungen oder mit dem Ventilgerät ausgestattet.
  • Gemäß einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf ein Fahrzeug mit dem Hochdruck-Gastank gerichtet, der unterhalb eines Bodens des Fahrzeugs installiert ist. In der Sicherheitsventilvorrichtung ist die Gasabgabeleitung an dem Sicherheitsventilaufbau befestigt und angeordnet, um in Reaktion auf eine Aufbringung der Eingaberotationskraft auf die Gasabgabeleitung durch die Rotationseingabestruktur, eine Abgaberichtung des Hochdruckgases, das durch die Gasabgabeöffnung abgegeben wird, derart einzustellen, dass diese diagonal nach rückwärts und nach unten vom Fahrzeug und in Richtung auf einen anderen Raum als einen Raum für den Hochdruck-Gastank und Räume für die Räder des Fahrzeuges, ausgerichtet ist.
  • Bei dem Fahrzeug nach diesem Aspekt der Erfindung ist der Hochdruck-Gastank unter dem Boden des Fahrzeuges installiert. Bei dieser Sicherheitsventilvorrichtung ermöglicht die Aufbringung einer externen Eingaberotationskraft auf die Gasabgabeleitung durch die Rotationseingabestruktur die Einstellung der Abgaberichtung des Hochdruckgases, das durch die Gasabgabeöffnung abgegeben wird, derart, dass diese diagonal nach rückwärts und nach unten vom Fahrzeug und in Richtung auf einen anderen Raum als der Raum für den Hochdruck-Gastank und den Räumen für die Räder des Fahrzeuges eingestellt wird. In der Struktur der Sicherheitsventilvorrichtung ist die Gasabgabeleitung an dem Sicherheitsventilaufbau befestigt. Bei einer normalen Ausrichtung des Fahrzeuges, die weder umgewälzt noch umgestürzt ist, und wenn die Sicherheitsventilvorrichtung aktiviert ist, um das Hochdruckgas von dem Hochdruck-Gastank auszulassen, ermöglicht es diese Maßnahme dem abgegebenen Hochdruckgas direkt gegen die Straßenoberfläche zu stoßen und dabei die Diffusion des Hochdruckgases zu beschleunigen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt beispielhafte schematische Darstellungen der Anordnung eines Fahrzeuges 1000 nach einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur eines Wasserstofftanks 100;
  • 3 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur einer Sicherheitsventilvorrichtung 300;
  • 4 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer Abgabeleitung 330 bzw. insbesondere die Peripherie einer Wasserstoffabgabeöffnung 334; und
  • 5 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung der Peripherie einer Schmelzmaterial-Abgabeöffnung 320, die in einem Sicherheitsventilaufbau 310 ausgebildet ist.
  • Beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung
  • Eine Art der Ausführung der Erfindung wird unten mit Bezug auf die erläuternden Darstellungen beschrieben.
  • A. Konfiguration eines Fahrzeuges
  • 1 zeigt beispielhafte schematische Darstellungen des Aufbaus eines Fahrzeuges 1000 nach einer Ausführungsform der Erfindung. 1(A) zeigt das Erscheinungsbild des Fahrzeuges 1000, von einer linken Seite gesehen. 1(B) zeigt das Erscheinungsbild des Fahrzeuges 100, von der Rückseite gesehen. 1(C) zeigt das Erscheinungsbild des Fahrzeuges 1000, von der Unterseite gesehen.
  • Das Fahrzeug 1000 ist als ein Elektrofahrzeug konstruiert, das mit einer Brennstoffzelle BZ und einer Batterie (nicht gezeigt) als Leistungsquelle ausgestattet ist. Ein im Fahrzeug 1000 eingebauter elektronischer Motor (nicht gezeigt) wird mit der elektrischen Leistung, die durch die Brennstoffzellen BZ erzeugt wird, und mit der elektrischen Leistungsausgabe von der Batterie angetrieben, und gibt Leistung aus, um Räder in Drehung zu versetzen und dabei das Fahrzeug 1000 anzutreiben. Die elektrische Leistung, die durch die Brennstoffzellen BZ erzeugt wird, kann in der Batterie gespeichert werden.
  • Bei dem Fahrzeug 1000 dieser Ausführungsform sind die Brennstoffzellen BZ unter dem Boden des Fahrzeuges 1000 angeordnet, wie in 1(A) gezeigt ist. Wasserstofftanks 100 sind zur Speicherung komprimierten Wasserstoffes unter dem Boden zwischen einem hinteren linken Rad (HLR) und einem hinteren rechten Rad (HRR) des Fahrzeuges 1000 angeordnet und werden verwendet, um Wasserstoff als ein Brenngas den Brennstoffzellen BZ zuzuführen. Vier Wasserstofftanks 100 sind am Fahrzeug 1000 in dieser Ausführungsform befestigt, obwohl die Anzahl der Wasserstofftanks 100, die am Fahrzeug befestigt sind, beliebig festgelegt werden kann. Der Wasserstofftank 100 entspricht dem Hochdruck-Gastank in den Ansprüchen der Erfindung. Verschiedene Komponenten sind für ein Brennstoffzellensystem erforderlich, wie die Brennstoffzellen BZ und die Batterie, den Motor für den Antrieb der Räder und eine Vielzahl von funktionalen Teilen, wobei diese in angemessener Weise unter dem Boden des Fahrzeuges 1000 und in anderen Fahrzeugaußenräumen vor und hinter einem Fahrzeuginneren, obwohl diese nicht ausdrücklich gezeigt werden, angeordnet sind.
  • Ein Ventilgerät 200 ist mit jedem der Wasserstofftanks 100, wie in 1(B) gezeigt wird, verbunden. Das Ventilgerät 200 ist verbunden mit einer Wasserstoffzuführleitung, die angeordnet ist, um eine Zufuhr des in jedem der Wasserstofftanks 100 gespeicherten komprimierten Wasserstoffes, in die Brennstoffzellen einzuführen, und einer Wasserstofffüllleitung, die angeordnet ist, um den komprimierten Wasserstoff durch einen Befülleinlass für den komprimierten Wasserstoff, der in dem Fahrzeug bereitgestellt ist, zu füllen. Das Ventilgerät 200 ist außerdem mit einer Sicherheitsventilvorrichtung 300 verbunden, die gestaltet ist, um in Reaktion auf einen Temperaturanstieg des Wasserstofftanks 100 auf oder über eine voreingestellte Referenztemperatur, beispielsweise aufgrund eines Feuers, den komprimierten Wasserstoff von dem Wasserstofftank 100 abzugeben und dabei eine übermäßige Zunahme des Innendrucks des Wasserstofftanks 100 zu verhindern. Das Ventilgerät 200 und das Sicherheitsventilgerät 300 werden später ausführlich beschrieben.
  • Die Sicherheitsventilvorrichtung 300 hat einen Gasströmungsweg, der zur Einstellung eines Wasserstoffflusses in einem aktiven Zustand der Sicherheitsventilvorrichtung 300 dient und eine Abgabeleitung mit einer Wasserstoffabgabeöffnung, die zur Abgabe des Wasserstoffes, der durch die Gasströmungsleitung nach außen fließt, dient, was später ausführlich beschrieben wird. Wie in 1(A) bis 1(C) mit Pfeilen gezeigt ist, wird eine Abgaberichtung des Wasserstoffs, der durch die Wasserstoffabgabeöffnung der Abgabeleitung bei einem aktiven Zustand der Sicherheitsventilvorrichtung 300 abgegeben wird, so eingestellt, dass diese diagonal rückwärts nach unten vom Fahrzeug 1000 und in Richtung eines anderen Raumes als den Raum für die Wasserstofftanks 100 und den Räumen für das hintere linke Rad (HLR) und das hintere rechte Rad (HRR) des Fahrzeuges 1000 gerichtet ist. Bei einer normaler Ausrichtung des Fahrzeuges, die weder umgewälzt noch umgestürzt ist, wenn die Sicherheitsventilvorrichtung aktiviert ist, um das Wasserstoff von dem Wasserstofftank auszulassen, ermöglicht es diese Maßnahme, den abgegebenen Wasserstoff direkt gegen die Straßenoberfläche zu stoßen und dabei eine Diffusion des Hochdruckgases zu beschleunigen.
  • B. Struktur des Wasserstofftanks
  • 2 zeigt beispielhafte schematische Darstellung der Struktur des Wasserstofftanks 100. Wie gezeigt, ist das Ventilgerät 200 mit dem Wasserstofftank 100 verbunden.
  • Ein erster Gasströmungsweg 210, der zur Abgabe des komprimierten Wasserstoffes vom Inneren zum Äußeren des Wasserstofftanks dient, und ein zweiter Gasströmungsweg 240, der zum Einfüllen des komprimierten Wasserstoffes vom Äußeren zum Inneren des Wasserstofftanks dient, sind wie dargestellt innerhalb des Ventilgeräts 200 ausgebildet. Der erste Gasströmungsweg 210 ist mit einem Magnetventil 220 ausgestattet, das betätigt wird, um den Durchfluss einer Erlaubnis und einem Verbot der Abgabe des komprimierten Wasserstoffs vom Inneren zum Äußeren des Wasserstofftanks 100 umzuschalten. Der zweite Gasströmungsweg 240 ist mit einem Absperrventil 250 ausgestattet, das betrieben wird, um einen Rückfluss des komprimierten Wasserstoffs von dem Inneren zum Äußeren des Wasserstofftanks 100 zu verhindern.
  • Ein Zweigströmungsweg 270 ist zwischen dem Absperrventil 250, das in dem zweiten Gasströmungsweg 240 angeordnet ist, und einem inneren Ende des zweiten Gasströmungsweges 240 auf einer Innenseite des Wasserstofftanks 100 ausgebildet. Die Sicherheitsventilvorrichtung 300 ist mit einem Ende des Zweigströmungsweges 270 verbunden, um den komprimierten Wasserstoff, der in dem Wasserstofftank 100 gespeichert ist, nach außen abzugeben, in Reaktion auf einen Temperaturanstieg des Wasserstofftanks 100 auf oder über eine voreingestellte Referenztemperatur, beispielsweise aufgrund eines Feuers. Die Sicherheitsventilvorrichtung 300 wird später ausführlich diskutiert.
  • Eine Verbindung 230 ist an einer Außenseite des Wasserstofftanks 100 an einem äußeren Ende des ersten Gasströmungsweges 210 befestigt, das innerhalb des Ventilgeräts 200 ausgebildet ist. Die Verbindung 230 verbindet den ersten Gasströmungsweg 210 mit einer Wasserstoffzufuhrleitung 400, die angeordnet ist, um Wasserstoff den Brennstoffzellen BZ zuzuführen. Bei einer Ventilöffnungsstellung des Magnetventils 220 wird der Wasserstoff, der in dem Wasserstofftank 100 gespeichert ist, durch den ersten Gasströmungsweg 210 und die Wasserstoffzuführleitung 400 in die Brennstoffzellen BZ eingeführt.
  • Eine Verbindung 260 ist an der Außenseite des Wasserstofftanks 100 an einem äußeren Ende des zweiten Gasströmungsweges 240 befestigt, der innerhalb des Ventilgeräts 200 ausgebildet ist. Die Verbindung 260 verbindet den zweiten Gasströmungsweg 240 mit einer Wasserstoffbefüllleitung 500, die zum Einfüllen des komprimierten Wasserstoffes durch einen Befülleinlass für komprimierten Wasserstoff dient, der in dem Fahrzeug 1000 bereitgestellt ist.
  • C. Struktur des Sicherheitsventilvorrichtung
  • 3 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur der Sicherheitsventilvorrichtung 300. Wie gezeigt hat die Sicherheitsventilvorrichtung 300 einen Sicherheitsventilaufbau 310 mit einem Ventilmechanismus, der sich bei einer Temperatur von oder über einer voreingestellten Temperatur öffnet. Die Sicherheitsventilvorrichtung 300 hat außerdem einen Gasströmungsweg 332, der zur Erzeugung eines Wasserstoffflusses dient, der vom Wasserstofftank 100 ausgegeben wird und durch den Sicherheitsventilaufbau 310 bei einer Ventilöffnungsstellung des Ventilmechanismuses, der in dem Sicherheitsventilaufbau 310 enthalten ist, fließt. Die Sicherheitsventilvorrichtung 300 hat ferner eine Ausgabeleitung 330 mit einer Wasserstoffausgabeöffnung 334, die zur Ausgabe des Wasserstoffes dient, der durch den Gasströmungsweg nach außen fließt, und einer Feststellmutter 340, die zur Befestigung der Ausgabeleitung 330 an den Sicherheitsventilaufbau 310 dient.
  • Der Ventilmechanismus, der innerhalb des Sicherheitsventilaufbaus 310 bereitgestellt ist, wird hier weder gezeigt noch ausführlich beschrieben. Der Ventilmechanismus hat ein Ventilelement, ein schmelzbares Material, das zur Unterstützung des Ventilelements dient und dabei den Ventilmechanismus in einer Ventilschließstellung hält und so ausgestaltet ist, dass es bei einer Temperatur von oder über der voreingestellten Temperatur geschmolzen wird, und Mehrfachschmelzmaterial-Ausgabeöffnungen 320, die angeordnet ist, um das geschmolzene schmelzbare Material nach außen abzugeben. Wenn das schmelzbare Material geschmolzen ist und durch die jeweiligen Materialausgabeöffnungen 320 nach außen abgegeben wird, schaltet das Ventilelement des Ventilmechanismuses auf die Ventilöffnungsstellung um. Das schmelzbare Element, das in dieser Ausführungsform verwendet wird, ist eine Zweistoff-Legierung aus Wismut (Bi) und Indium (In). Das Zusammensetzungsverhältnis von Wismut (Bi) zu Indium (In) der binären Legierung, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, wird in einem bestimmten Bereich eingestellt, der es ermöglicht eine Schmelztemperatur oder die voreingestellte Temperatur bei 110 ± 5 (°C) zu halten. In der nachstehenden Beschreibung wird eine derartige Legierung mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt „schmelzbare Legierung” genannt.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Ausgabeleitung 330 in einer zylindrischen Form ausgebildet. Die Wasserstoffausgabeöffnung 334 der Ausgabeleitung 330 ist ausgebildet, um den Wasserstofffluss in eine schräge Richtung, relativ zu der Richtung einer axialen Mitte des Gasströmungsweges 332, abzugeben. Eine Nut 336 ist an einer Kante der Ausgabeleitung 330 ausgebildet. Die Ausgaberichtung des Wasserstoffs, der durch die Wasserstoffausgabeöffnung 334 abgegeben wird, kann in einer gewünschten Richtung eingestellt werden durch Einsetzen eines geeignete Werkzeugeinsatzes, beispielsweise eines Flachkopfschraubendrehers, in die Nut 336, und durch Drehen der Ausgabeöffnung um die axiale Mitte des Gasströmungsweges 332. Die Nut 336 entspricht der Rotationseingabestruktur in den Ansprüchen der Erfindung.
  • 4 zeigt eine beispielhafte schematisch Darstellung einer Ausgabeleitung 330 bzw. insbesondere die Peripherie der Wasserstoffausgabeöffnung 334. In der Ausgabeleitung 330 dieser Ausführungsform wird die Wasserstoffausgabeöffnung 334 mit einem staubdichten Filter 350 abgedeckt. Der staubdichte Filter 350 ist mit der Ausgabeleitung 330 mittels eines Dichtungsfilms 360 verbunden, der ein Loch hat, das es ermöglicht, Wasserstoff von der Wasserstoffausgabeöffnung 334 mittels des staubdichten Filters 350 nach außen abzugeben. Der staubdichte Filter 350, der in dieser Ausführungsform verwendet wird, besteht aus einem wasserundurchlässigen, feuchtigkeitsdurchlässigen Material (beispielsweise Gore-Tex (eingetragenes Warenzeichen)). Der staubdichte Filter 350 schützt die Wasserstoffausgabeöffnung 334 vor Eintritt von Staub oder Wasser vom Äußeren der Ausgabeleitung 330 und verhindert dabei die mögliche Störung des Sicherheitsventilvorrichtung 330, die durch Eintritt von Staub oder Wasser in die Wasserstoffausgabeöffnung 334 verursacht wird.
  • 5 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung der Peripherie einer Schmelzmaterial-Ausgabeöffnung 320, die in einem Sicherheitsventilaufbau 310 ausgebildet ist. Wie beschrieben ist eine schmelzbare Legierung 312 als ein Teil des Ventilmechanismuses, der vorgenannt beschrieben wird, innerhalb des Sicherheitsventilaufbaus 310 angeordnet. In der Struktur dieser Ausführungsform, wie in der rechten erläuternden Darstellung der 5, ist eine schmelzbare Legierung 322 so in jede Mehrfachschmelzmaterial-Ausgabeöffnung 320 gefüllt, dass diese nicht von der Außenoberfläche des Sicherheitsventilaufbaus 310 übersteht. Die schmelzbare Legierung 312 entspricht dem ersten schmelzbaren Material in den Ansprüchen der Erfindung und die schmelzbare Legierung 322 entspricht dem zweiten schmelzbaren Material in den Ansprüchen der Erfindung. In dieser Ausführungsform wird eine identische Legierung sowohl für die schmelzbare Legierung 312 und der schmelzbare Legierung 322 verwendet. Die schmelzbare Legierung 322 ist mit jeder der Schmelzmaterial-Ausgabeöffnungen 320 mittels Schmiermittel (Grease) 324 befestigt. Alternativ kann die schmelzbare Legierung 322 an jeden der Schmelzmaterial-Ausgabeöffnungen 320 mittels jedem anderen kohäsiven (beispielsweise klebenden) Material an Stelle von dem Schmiermittel 324 befestigt werden. Diese Maßnahme schützt die jeweiligen Schmelzmaterial-Ausgabeöffnungen 320 vor Eintritt von Staub und verhindert dabei die mögliche Störung der Sicherheitsventilvorrichtung 300, die durch Eintritt von Staub in die Schmelzmaterial-Ausgabeöffnungen 320 verursacht wird. In der Struktur von dieser Ausführungsform wird die schmelzbare Legierung 322 so in jede Mehrfachschmelzmaterial-Ausgabeöffnung 320 gefüllt, dass sie nicht von der Außenoberfläche des Sicherheitsventilaufbaus 310 hervorstehen. Diese Maßnahme hindert die schmelzbare Legierung 322 effektiv daran, aus jeder der Schmelzmaterial-Ausgabeöffnungen 320, wenn diese durch einen Fremdkörper getroffen werden, herauszufallen.
  • Bei der Sicherheitsventilvorrichtung 300 der oben erläuterten Ausführungsform ist die Ausgabeleitung 330 am Sicherheitsventilaufbau 310 mittels der Feststellmutter 340 befestigt und mit einer Nut 336 ausgestaltet, die zur Aufbringung einer Eingaberotationskraft auf die Ausgabeleitung 330 dient. Diese Maßnahme stellt leichtes Einstellen der Ausgaberichtung von Wasserstoff, der durch die Ausgabeleitung 330 fließt, sicher. In dieser typischen Anwendung der Wasserstofftanks 100 mit der Sicherheitsventilvorrichtung 300, die am Fahrzeug befestigt ist, ist die Ausgaberichtung von Wasserstoff, der vom Wasserstofftank 100 mittels der Sicherheitsventilvorrichtung 300 ausgegeben wird, in jede geeignete Richtung leicht einstellbar, beispielsweise in die in 1 gezeigte Richtung. Dadurch verbessert diese Maßnahme die Einstellleistung der Ausgaberichtung des Hochdruckgases effektiv.
  • D. Andere Aspekte
  • Die Ausführungsform und ihre vorweg diskutierte Anwendungen sind in allen Aspekten, beispielhaft und nicht beschränkend. Es können viele Modifikationen, Veränderungen und Abänderungen vorgenommen werden ohne sich von dem Anwendungsbereich oder des Erfindungsgedankens der wichtigsten Merkmale der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Einige Beispiele der möglichen Modifikationen sind nachstehend angegeben.
  • D1. Modifiziertes Beispiel 1
  • Die Sicherheitsventilvorrichtung 300 der oben erläuterten Ausführungsform hat eine Nut 336, die ausgebildet ist, um als die Rotationseingabestruktur der Erfindung zu wirken. Die Rotationseingabestruktur kann generell jedes Element sein, das entworfen wird, um eine rotierende Kraft auf die Ausgabeleitung 330 aufzubringen und dabei die Ausgabeleitung 330 um die axiale Mitte des Gasströmungsweges 320 zu drehen. Beispielhaft kann ein Vorsprung oder ein Loch, das auf der Ausgabeleitung 330 ausgebildet ist, als Rotationseingabestruktur wirken. In einem anderen Beispiel kann die Ausgabeleitung 330 in einer mehrkantigen säulenartigen Form ausgebildet sein, die eine Aufbringung einer rotierenden Kraft an der Ausgabeleitung 330 mittels eines geeigneten Werkzeugelements, beispielsweise eines Schraubenschlüssels, angewandt zu werden ermöglicht.
  • D2. Modifiziertes Beispiel 2
  • Bei der Struktur der Ausführungsform, die vorgenannt beschrieben ist, ist die Ausgabeleitung 330 teilweise mit dem staubdichten Filter 350, der aus einem wasserundurchlässigen, feuchtigkeitsdurchlässigen Material besteht, bedeckt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. In einer modifizierten Anwendung kann der staubdichte Filter 350 aus beliebigem geeignetem Material mit keiner wasserundurchlässigen Eigenschaft oder Feuchtigkeitsdurchlässigkeit bestehen. In einer anderen modifizierten Anwendung kann der staubdichte Filter 350 je nach den Anforderungen weggelassen werden.
  • Bei der Struktur der Ausführungsform, die vorgenannt diskutiert ist, ist der staubdichte Filter 350 mit der Ausgabeleitung 330 mittels des Dichtungsfilms 360 verbunden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. In einer modifizierten Anordnung kann der staubdichte Filter 350 mit der Ausgabeleitung 330 mittels eines Klebstoffes verbunden sein. In einer anderen modifizierten Anordnung kann der staubdichte Filter 350 mit der Ausgabeleitung 330 mittels einer Kappe oder beliebigen anderen geeigneten Elementen befestigt sein.
  • D3. Modifiziertes Beispiel 3
  • Bei dem Ausführungsbeispiel, das vorgenannt beschrieben ist, wird die Zweistoff-Legierung aus Wismut (Bi) und Indium (In) sowohl für die schmelzbare Legierung 312 als auch die schmelzbaren Legierung 322 verwendet. Jede andere geeignete Legierung kann für die schmelzbare Legierung 312 und die schmelzbare Legierung 322 verwendet werden. In einer modifizierten Anwendung können verschiedene Legierungen für die schmelzbare Legierung 312 und die schmelzbare Legierung 322 verwendet werden. In einer anderen modifizierten Anwendung kann die schmelzbare Legierung 312 und/oder die schmelzbare Legierung 322 mit einem beliebig anderen geeigneten schmelzbaren Material, wie einem Harzmaterial, ausgetauscht werden.
  • D4. Modifiziertes Beispiel 4
  • Bei der Struktur der Ausführungsform, die vorgenannt diskutiert ist, wird die schmelzbare Legierung so in jeder Mehrfachschmelzmaterial-Abgabeöffnung 320 gefüllt, dass sie nicht von der Außenoberfläche der Sicherheitsventilaufbaus 310 übersteht. Diese Struktur ist jedoch weder erforderlich noch einschränkend.
  • D5. Modifiziertes Beispiel 5
  • Bei der Struktur der Ausführungsform, die vorgenannt diskutiert ist, ist die Sicherheitsventilvorrichtung mit dem Ventilgerät 200 verbunden. Diese Struktur ist jedoch weder erforderlich noch einschränkend. In einer modifizierten Struktur kann die Sicherheitsventilvorrichtung 300 direkt mit den Wasserstofftanks 100 verbunden werden.
  • D6. Modifiziertes Beispiel 6
  • Bei der Ausführungsform, die vorgenannt beschrieben ist, sind die Wasserstofftanks 100 am Elektrofahrzeug befestigt, das mit der elektrischen Leistung, die durch die Brennstoffzellen BZ (dem Brennstoffzellenfahrzeug) erzeugt wird, angetrieben wird. Diese Anordnung ist jedoch weder erforderlich noch einschränkend. In einer modifizierten Anwendung können die Wasserstofftanks 100 auf einem Wasserstofffahrzeug befestigt werden.
  • D7. Modifiziertes Beispiel 7
  • Die vorgenannte Ausführungsform beschreibt die Anwendung des Hochdruck-Gastanks nach der Erfindung des Wasserstofftanks 100. Das Prinzip der Erfindung ist außerdem an einem Hochdruck-Gastank, der gestaltet ist, um beliebig Hochdruckgas außer Wasserstoff zu speichern, anwendbar.

Claims (10)

  1. Sicherheitsventilvorrichtung, die für einen Hochdruck-Gastank, der Hochdruckgas speichert, verwendet wird, wobei die Sicherheitsventilvorrichtung aufweist: einen Sicherheitsventilaufbau, der zur Aufnahme eines Ventilmechanismus dient, der sich bei einer Temperatur von oder über einer voreingestellten Referenztemperatur öffnet; einen Gasströmungsweg, der angeordnet ist, um einen Fluss des Hochdruckgases einzustellen, das von dem Hochdruck-Gastank mittels des Sicherheitsventilaufbaus bei einer Ventilöffnungsstellung des Ventilmechanismus ausströmt; und eine Gasabgabeleitung, die mit einer Gasabgabeöffnung ausgestaltet und angeordnet ist, um das Hochdruckgas abzugeben, das durch den Gasströmungsweg nach außen strömt, wobei die Gasabgabeöffnung der Gasströmungsleitung so ausgebildet ist, dass das Hochdruckgas in einer schrägen Richtung, relativ zu einer Richtung einer axialen Mitte des Gasströmungsweges, abgegeben wird, die Gasabgabeleitung hat außerdem eine Rotationseingabestruktur, die ausgebildet ist, um eine Eingaberotationskraft auf die Gasabgabeleitung aufzubringen und dabei die Gasabgabeleitung um die axiale Mitte des Gasströmungsweges zu drehen, um die Ausgaberichtung des Hochdruckgases, das durch die Gasabgabeöffnung abgegeben wird, einzustellen, wobei die Gasabgabeöffnung mit einem staubdichten Filter ausgebildet ist, und wobei der Ventilmechanismus enthält: ein Ventilelement; ein erstes schmelzbares Material, das angeordnet ist, um das Ventilelement zu unterstützen und dabei das Ventilelement in einer Ventilschließstellung zu halten, und so ausgestaltet ist, dass es bei einer Temperatur von oder über der voreingestellten Referenztemperatur schmilzt; und eine Schmelzmaterial-Abgabeöffnung, die angeordnet ist, um das geschmolzene erste schmelzbare Material nach außen abzugeben; wobei sich das Ventilelement des Ventilmechanismuses in eine Ventilöffnungsstellung bewegt, wenn das erste schmelzbare Material geschmolzen und durch die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung nach außen abgegeben ist, und wobei die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung mit einem zweiten schmelzbaren Material gefüllt ist, das ausgestaltet ist, um bei einer Temperatur von oder über der voreingestellten Referenztemperatur geschmolzen zu werden.
  2. Sicherheitsventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der staubdichte Filter aus einem wasserundurchlässigen, feuchtigkeitsdurchlässigen Material besteht.
  3. Sicherheitsventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste schmelzbare Material und/oder das zweite schmelzbare Material aus einer Legierung bestehen.
  4. Sicherheitsventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite schmelzbare Material so in die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung gefüllt wird, dass es nicht von einer Außenoberfläche der Sicherheitsventilvorrichtung übersteht.
  5. Ventilgerät, das mit einem Hochdruck-Gastank, das ein Hochdruckgas speichert, verbunden ist, wobei das Ventilgerät mit der Sicherheitsventilvorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 4 ausgestattet ist.
  6. Hochdruck-Gastank, der ein Hochdruckgas speichert, wobei der Hochdruck-Gastank entweder mit der Sicherheitsventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder dem Ventilgerät nach Anspruch 5 ausgestattet ist.
  7. Fahrzeug, das aufweist: den Hochdruck-Gastank nach Anspruch 6, der unter einem Boden des Fahrzeuges installiert ist, wobei in der Sicherheitsventilvorrichtung die Gasabgabeleitung an dem Sicherheitsventilaufbau befestigt und angeordnet ist, um in Reaktion auf eine Aufbringung der Eingaberotationskraft auf die Gasabgabeleitung durch die Rotationseingabestruktur, eine Abgaberichtung des Hochdruckgases, das durch die Gasabgabeöffnung abgegeben wird, derart einzustellen, dass diese diagonal nach rückwärts und nach unten vom Fahrzeug und in Richtung auf einen anderen Raum als einen Raum für den Hochdruck-Gastank und Räume für die Räder des Fahrzeuges, ausgerichtet ist.
  8. Fahrzeug, aufweisend: Hochdruck-Gastank, der ein Hochdruckgas speichert und unter einem Boden des Fahrzeuges installiert ist, wobei der Hochdruck-Gastank eine Sicherheitsventilvorrichtung, die für einen Hochdruck-Gastank verwendet wird oder eine mit der Sicherheitsventilvorrichtung versehene Ventilvorrichtung aufweist; wobei die Sicherheitsventilvorrichtung aufweist: einen Sicherheitsventilaufbau, der zur Aufnahme eines Ventilmechanismus dient, der sich bei einer Temperatur von oder über einer voreingestellten Referenztemperatur öffnet; einen Gasströmungsweg, der angeordnet ist, um einen Fluss des Hochdruckgases einzustellen, das von dem Hochdruck-Gastank mittels des Sicherheitsventilaufbaus bei einer Ventilöffnungsstellung des Ventilmechanismus ausströmt; und eine Gasabgabeleitung, die mit einer Gasabgabeöffnung ausgestaltet und angeordnet ist, um das Hochdruckgas abzugeben, das durch den Gasströmungsweg nach außen strömt, wobei die Gasabgabeöffnung der Gasströmungsleitung so ausgebildet ist, dass das Hochdruckgas in einer schrägen Richtung, relativ zu einer Richtung einer axialen Mitte des Gasströmungsweges, abgegeben wird, die Gasabgabeleitung außerdem eine Rotationseingabestruktur hat, die ausgebildet ist, um eine Eingaberotationskraft auf die Gasabgabeleitung aufzubringen, und dabei rotiert die Gasabgabeleitung um die axiale Mitte des Gasströmungsweges, wobei die Gasabgabeleitung der Sicherheitsventilvorrichtung an dem Sicherheitsventilaufbau befestigt und angeordnet ist, um in Reaktion auf eine Aufbringung der Eingaberotationskraft auf die Gasabgabeleitung durch die Rotationseingabestruktur, eine Abgaberichtung des Hochdruckgases, das durch die Gasabgabeöffnung abgegeben wird, derart einzustellen, dass diese diagonal nach rückwärts und nach unten vom Fahrzeug und in Richtung auf einen anderen Raum als einen Raum für den Hochdruck-Gastank und Räume für die Räder des Fahrzeuges, ausgerichtet ist, und wobei der Ventilmechanismus aufweist: ein Ventilelement; ein erstes schmelzbares Material, das angeordnet ist, um das Ventilelement zu unterstützen und dabei das Ventilelement in einer Ventilschließstellung zu halten, und so ausgestaltet ist, dass es bei einer Temperatur von oder über der voreingestellten Referenztemperatur schmilzt; und eine Schmelzmaterial-Abgabeöffnung, die angeordnet ist, um das geschmolzene erste schmelzbare Material nach außen abzugeben; wobei sich das Ventilelement des Ventilmechanismuses in eine Ventilöffnungsstellung bewegt, wenn das erste schmelzbare Material geschmolzen und durch die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung nach außen abgegeben ist, und wobei die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung mit einem zweiten schmelzbaren Material gefüllt ist, das ausgestaltet ist, um bei einer Temperatur von oder über der voreingestellten Referenztemperatur geschmolzen zu werden.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das erste schmelzbare Material und/oder das zweite schmelzbare Material aus einer Legierung bestehen.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei das zweite schmelzbare Material so in die Schmelzmaterial-Abgabeöffnung gefüllt wird, dass es nicht von einer Außenoberfläche der Sicherheitsventilvorrichtung übersteht.
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