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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufbau eines Ventilsystems für einen Fahrzeug-Hochdrucktank.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein bekanntes Brennstoffzellen-Fahrzeug fährt mit elektrischer Leistung, die in einer Brennstoffzelle erzeugt wird. Der Brennstoffzelle wird Kraftstoff, wie Wasserstoffgas, zugeführt, damit sie die elektrische Leistung erzeugt. Ein solches Brennstoffzellen-Fahrzeug weist normalerweise einen Hochdrucktank auf, der unter hohem Druck den Kraftstoff enthält, der von der Brennstoffzelle verwendet werden soll. Ein Ventilsystem ist an einem Mündungsstück des Hochdrucktanks montiert. Das Ventilsystem weist einen Gasströmungsweg und verschiedene Ventile auf, die am Gasströmungsweg angeordnet sind. Der Gasströmungsweg und die verschiedenen Ventile sind gemeinsam in das Ventilsystem integriert.
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Die
JP 2006-242225 A offenbart ein Ventilsystem für einen Gasbehälter. Das Ventilsystem weist einen erste Kanal und einen zweiten Kanal auf, die den Gasbehälter mit der Außenumgebung verbinden. Der erste Kanal ist dafür ausgelegt, Gas in den Gasbehälter strömen zu lassen. Der zweite Kanal ist dafür ausgelegt, das Gas aus dem Gasbehälter strömen zu lassen. Das Ventilsystem weist ferner einen Verbindungskanal und ein Sperrventil auf. Der Verbindungskanal verbindet den ersten Kanal mit dem zweiten Kanal. Das Sperrventil befindet sich am Verbindungsweg. Das Sperrventil ist normalerweise geschlossen. Jedoch wird das Sperrventil im Notfall geöffnet, wenn ein Ventil am zweiten Kanal, das sich näher am Gasbehälter befindet als eine Mündungsstelle des zweiten Kanals und des ersten Kanals, den Dienst versagt und nicht geöffnet werden kann. Dadurch kann Gas im Gasbehälter nacheinander durch den ersten Kanal, den Verbindungskanal und den zweiten Kanal strömen, wodurch Druck von dem Gas im Gasbehälter abgenommen wird.
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Das Ventilsystem, das in
JP 2006-242225 A offenbart ist, weist auch einen Ablasskanal und ein Schmelzeinsatzventil auf. Der Ablasskanal ist dafür ausgelegt, Gas aus dem Gasbehälter nach außen abzulassen. Das Schmelzeinsatzventil befindet sich am Ablasskanal. Gemäß diesem Aufbau wird der Ablasskanal, wenn sich das Schmelzeinsatzventil bei einer hohen Temperatur öffnet, mit der Außenumgebung verbunden, wodurch Druck von dem Gas im Gasbehälter abgenommen wird.
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Die
JP 2008-232408 A offenbart ein Sicherheitsventil für einen Hochdruck-Gasbehälter. Das Sicherheitsventil hat die Aufgabe, Gas durch das Ventil abzugeben, das durch Bewegen eines Ventilelements geöffnet wird, wenn ein Schmelzeinsatz in dem Ventil bei einer hohen Temperatur schmilzt. Das Sicherheitsventil hat außerdem die Aufgabe, Gas durch das Ventil abzugeben, das durch manuelles Bewegen des Ventilelements geöffnet wird. Das Sicherheitsventil weist einen Hauptkörper und ein Ventilgehäuse auf. Der Hauptkörper enthält das Ventilelement und den Schmelzeinsatz. Das Ventilgehäuse enthält den Hauptkörper, der mit dem Ventilgehäuse verschraubt ist. In dem Sicherheitsventil, das aufgebaut ist wie oben beschrieben, wird der Hauptkörper manuell mittels eines Werkzeugs verdreht. Dies bewirkt, dass der Hauptkörper sich zusammen mit dem Ventilelement und dem Schmelzeinsatz, die im Hauptkörper enthalten sind, zur Außenseite des Ventilgehäuses bewegt, so dass das Ventil geöffnet wird und Gas abgeben kann.
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Wie in
JP 2006-242225 A offenbart, weist ein Hochdrucktank für ein Fahrzeug gemäß dem einschlägigen Stand der Technik ein Schmelzeinsatzventil auf. Das Schmelzeinsatzventil befindet sich an einer Ablassleitung (der Ablassleitung), die dafür ausgelegt ist, Gas aus dem Hochdrucktank nach außen abzulassen. Das Schmelzeinsatzventil lässt das Gas im Hochdrucktank bei einer hohen Temperatur nach außen ab. Wie in
JP 2006-242225 A offenbart, weist das Ventilsystem des Fahrzeug-Hochdrucktanks ferner ein manuelles Drucksenkungsventil auf. Das manuelle Drucksenkungsventil befindet sich am Verbindungskanal, der einen Einlasskanal (den ersten Kanal) mit einem Auslasskanal (dem zweiten Kanal) verbindet. Der Einlasskanal lässt das Gas in den Hochdrucktank strömen. Der Auslasskanal lässt das Gas aus dem Hochdrucktank strömen. Wenn ein Ventil, das sich am Auslasskanal befindet, beispielsweise ein Hauptsperrventil, den Dienst versagt, wird das manuelle Drucksenkungsventil manuell geöffnet, damit Gas aus dem Hochdrucktank strömen kann, um Druck von dem Gas im Hochdrucktank abzunehmen. Wie oben beschrieben, ist das Ventilsystem des Hochdrucktanks für ein Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik mit zwei Arten von Ventilen ausgestattet, die im Notfall zum Einsatz kommen: mit dem Schmelzeinsatzventil und dem manuellen Drucksenkungsventil. Darüber hinaus weist das Ventilsystem separate Kanäle auf, wo diese verschiedenartigen Ventile anzuordnen sind. Dadurch wird ein Hauptkörper des Ventilsystems tendenziell größer. Jedoch gibt es in dem Fahrzeug nur einen begrenzten Platz für die Installation des Hochdrucktanks, und somit sollte das Ventilsystem am Hochdrucktank nur wenig Platz einnehmen.
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JP 2008-232408 A offenbart ein Sicherheitsventil, in dem das Schmelzeinsatzventil und das manuelle Ventil miteinander kombiniert sind. Es ist vorstellbar, dass das Sicherheitsventil, das in
JP 2008-232408 A offenbart ist, in dem Ventilsystem des Hochdrucktanks für ein Fahrzeug verwendet wird, um die Größe des Ventilsystems zu verringern. Jedoch entstehen durch die Verwendung nur dieses Sicherheitsventils im Ventilsystem die folgenden Probleme. Das heißt, das Sicherheitsventil, das in
JP 2008-232408 A offenbart ist, ist so ausgelegt, dass es über das Ventilelement einen Gasdruck an den Schmelzeinsatz anlegt, wann immer das Ventil geschlossen ist. Falls das so ausgelegte Sicherheitsventil in dem Ventilsystem des Hochdrucktanks für ein Fahrzeug verwendet wird, bewirkt das Ventilelement, auf das der hohe Gasdruck (beispielsweise 70 MPa) vom Hochdrucktank angelegt wird, dass sich der Schmelzeinsatz verformt, so dass das Ventil geöffnet wird. Dies kann bewirken, dass das Gas auch bei einer normalen Temperatur aus dem Hochdrucktank nach außen abgelassen wird. Weitere gattungsgemäße Ventile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind Gegenstand der
JP 2005282764 A , der
DE 10 2009 019 833 A1 , der
JP 2008169929 A und der
US 2003/0102051 A1 .
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ventilsystems für einen Fahrzeug-Hochdrucktank, das einen einfachen Aufbau aufweist, wodurch es kleiner sein kann, und trotzdem eine Funktion eines Ventilsystems gemäß dem Stand der Technik erfüllen kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch das Ventilsystem nach Anspruch 1.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Ventilsystem eines Hochdrucktanks für ein Fahrzeug gerichtet. Das Ventilsystem ist am Hochdrucktank angebracht und weist auf: einen Einlasskanal, durch den Gas in den Hochdrucktank strömt; einen Auslasskanal, durch den Gas aus dem Hochdrucktank strömt; einen Ablasskanal, durch den Gas aus dem Hochdrucktank nach außen abgelassen wird, und ein Schmelzeinsatzventil, das entlang des Ablasskanals angeordnet ist. Das Schmelzeinsatzventil weist auf: einen Schmelzeinsatz, der oberhalb einer vorgegebenen Temperatur schmilzt; einen Stift, auf den in einer axialen Richtung Druck ausgeübt wird, so dass er auf den Schmelzeinsatz drückt, wobei eine Seitenfläche des Stifts einen eingetieften Abschnitt aufweist, der von einem Umfangsrand des Stiftes aus eingetieft ist; ein Ventilelement, das verschiebbar in den Ablasskanal eingepasst ist, um den Ablasskanal abzudichten, wobei Gasdruck vom Hochdrucktank das Ventilelement an die Seitenfläche des Stifts drückt; und einen manuellen Bewegungsmechanismus, der eine manuelle Verlagerung eines Kontaktteils zwischen dem Ventilelement und der Seitenfläche des Stifts zum Aussparungsabschnitt hin ermöglicht. In einem Fall, wo das Schmelzeinsatzventil als Schmelzeinsatzventil dient, bewegt sich der Stift, wenn das Schmelzeinsatzventil schmilzt, zu einem Raum, der durch Schmelzen des Schmelzeinsatzes entsteht, so dass das Schmelzeinsatzventil geöffnet wird und der Ablasskanal mit der Außenseite verbunden wird. In einem Fall, wo das Schmelzeinsatzventil als manuelles Ventil dient, bewegt sich das Schmelzeinsatzventil nach innen in Richtung auf den eingetieften Abschnitt, wenn der Teil, wo das Ventilelement und die Seitenfläche des Stifts miteinander in Kontakt stehen, durch den manuellen Bewegungsmechanismus zum eingetieften Abschnitt hin verlagert wird, so dass das Schmelzeinsatzventil geöffnet wird und der Ablasskanal mit der Außenseite verbunden wird.
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Der eingetiefte Abschnitt kann sich vom Außenrand des Stifts nach innen verjüngen. Das Maß, in dem der Kontaktteil durch den manuellen Verlagerungsmechanismus verlagert wird, kann angepasst werden, und daher kann auch ein Bewegungsumfang des Ventilelements, das sich nach innen zum eingetieften Abschnitt hin bewegt, angepasst werden, wodurch eine Ventilöffnung angepasst wird.
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Der Kontaktteil kann auf der Seitenfläche des Stifts entlang einer Umfangsrichtung verlagert werden. Der manuelle Bewegungsmechanismus kann den Stift in Umfangsrichtung drehen, um den Kontaktteil in Richtung auf den eingetieften Abschnitt zu verlagern, wodurch das Schmelzeinsatzventil als manuelles Ventil dient.
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Der Stift des Schmelzeinsatzventils kann einen Eingriffsteil aufweisen, der mit dem manuellen Bewegungsmechanismus in Eingriff kommt. Der manuelle Bewegungsmechanismus kann mit dem Eingriffsteil in Eingriff stehen, so dass der Stift Umfangsrichtung bewegt wird.
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Der Kontaktteil kann auf der Seitenfläche vorgesehen sein, die sich in axialer Richtung des Stifts bewegt. Der manuelle Bewegungsmechanismus kann den Stift in der axialen Richtung bewegen, um den Kontaktteil zum eingetieften Abschnitt hin zu verlagern, wodurch das Schmelzeinsatzventil als manuelles Ventil fungiert.
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Das Schmelzeinsatzventil kann einen Hauptkörper aufweisen. Der Hauptkörper kann einen Eingriffsteil aufweisen, der mit dem manuellen Bewegungsmechanismus in Eingriff steht, und kann durch den manuellen Bewegungsmechanismus in der axialen Richtung des Stifts bewegt werden. Der Stift und der Schmelzeinsatz können im Hauptkörper enthalten sein.
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Das Schmelzeinsatzventil kann ein Gehäuse und einen Hauptkörper aufweisen, der den Stift und den Schmelzeinsatz beinhaltet und der mit dem Gehäuse derart verschraubt ist, dass er in der axialen Richtung des Stifts vor- und zurück bewegt werden kann. Der Eingriffsteil, der mit dem manuellen Bewegungsmechanismus in Eingriff steht, kann im Hauptkörper ausgebildet sein. Der manuelle Bewegungsmechanismus kann mit dem Eingriffsteil in Eingriff stehen, um den Hauptkörper relativ zum Gehäuse zu bewegen, wodurch der Stift in der axialen Richtung bewegt wird.
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Das Ventilsystem eines Fahrzeug-Hochdrucktanks gemäß der vorliegenden Erfindung weist den einfachen Aufbau auf, der eine Verkleinerung ermöglicht, während gleichzeitig die Funktion des Ventilsystems gemäß dem Stand der Technik gewährleistet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die oben beschriebenen, sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich, wobei gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und wobei:
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1 einen Aufbau eines Ventilsystems eines Fahrzeug-Hochdrucktanks gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 einen Aufbau eines Systems darstellt, in dem ein Ventilsystem gemäß dem Stand der Technik untergebracht ist;
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3 einen Aufbau eines Systems darstellt, in dem das Ventilsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untergebracht ist;
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4 einen Aufbau eines Schmelzeinsatzventils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine Querschnittsdarstellung des Schmelzeinsatzventils entlang der Linie A-A von 4 ist;
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6 einen Betriebszustand des Schmelzeinsatzventils, wenn das Ventil als Schmelzeinsatzventil fungiert, darstellt;
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7 einen Betriebszustand des Schmelzeinsatzventils, wenn das Ventil als manuelles Ventil fungiert, darstellt;
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8 einen Querschnitt eines Schmelzeinsatzventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A von 1 darstellt;
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9 einen Aufbau des Schmelzeinsatzventils gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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10 einen Betriebszustand des Schmelzeinsatzventils, wenn das Ventil als manuelles Ventil fungiert, darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Ventilsystem eines Fahrzeug-Hochdrucktanks gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Ein Brennstoffzellen-Fahrzeug wird als Beispiel verwendet. Das Brennstoffzellen-Fahrzeug fährt mit elektrischer Leistung, die in einer Brennstoffzelle erzeugt wird. Das Ventilsystem eines Hochdrucktanks, der in einem solchen Brennstoffzellen-Fahrzeug eingebaut wird, wird nachstehend beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass das Ventilsystem gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf das Brennstoffzellen-Fahrzeug, sondern auch auf ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor angewendet wird, das Erdgas oder einen anderen gasförmigen Kraftstoff als Kraftstoffquelle verwendet.
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1 zeigt einen Aufbau des Ventilsystems eines Fahrzeug-Hochdrucktanks gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Ventilsystem 10 ist an einem axialen Ende eines Hochdrucktanks 12 an dem Tank 12 montiert. Der Hochdrucktank 12 ist in zylindrischer Form ausgebildet, um Druck eines Gases, das im Hochdrucktank 12 enthalten ist, zu verteilen. Der Druck des Gases, das im Hochdrucktank 12 gespeichert wird, liegt beispielsweise bei 70 MPa. Es sei klargestellt, dass dieser Zahlenwert nur ein Beispiel für den Druck des Gases ist, das im Hochdrucktank 12 gespeichert ist, und dass der Druck nicht auf diesen Wert beschränkt ist.
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Das Ventilsystem 10 weist einen Gaseinlass 14, einen Gasauslass 16, einen Einlasskanal 18, einen Auslasskanal 20 und ein Systemgehäuse 22 auf. Der Einlasskanal 18 ist dafür ausgelegt, Gas durch den Gaseinlass 14 in den Hochdrucktank 12 strömen zu lassen. Der Auslasskanal 20 ist dafür ausgelegt, das Gas aus dem Hochdrucktank 12 durch den Gasauslass 16 ausströmen zu lassen. Das Systemgehäuse 22 ist dafür ausgelegt, den Gaseinlass 14, den Gasauslass 16, den Gaseinlasskanal 18 und den Gasauslasskanal 20 aufzunehmen.
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Der Gaseinlass 14 ist dafür ausgelegt, den Hochdrucktank 12 mit Gas von einer externen Gasquelle zu füllen. Der Gaseinlass 14 ist im Systemgehäuse 22 vorgesehen, wobei er von einer Oberfläche des Systemgehäuses 22 freigelassen wird. Der Gaseinlass 14 ist mit einem externen Gasverbindungsstutzen (nicht dargestellt) verbunden, um Gas von der externen Gasquelle zum Hochdrucktank 12 zu liefern.
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Dagegen ist der Gasauslass 16 dafür ausgelegt, das Gas, das im Hochdrucktank 12 gespeichert wird, zu einer (nicht dargestellten) Brennstoffzelle zu liefern. Der Gasauslass 16 ist im Systemgehäuse 22 vorgesehen, wobei er von der Oberfläche des Systemgehäuses 22 freigelassen wird. Der Gasauslass 16 ist mit einem (nicht dargestellten) Gaszufuhrkanal verbunden, der Gas zur Brennstoffzelle führt, um das Gas aus dem Hochdrucktank 12 zur Brennstoffzelle zu liefern.
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Am Einlasskanal 18 sind ein manuelles Einlassventil 24 und ein Rückschlagventil 26 nacheinander in Richtung vom Gaseinlass 14 zum Hochdrucktank 12 angeordnet. Das manuelle Einlassventil 24 und das Rückschlagventil 26 sind im Systemgehäuse 22 enthalten.
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Das manuelle Einlassventil 24 weist ein Bedienungsteil 24a auf, das von Hand bedient werden kann. Das Bedienungsteil 24a wird betätigt, um ein (nicht dargestelltes) Ventilelement des manuellen Einlassventils 24 zu öffnen und zu schließen (auf EIN oder auf AUS zu schalten). Ebenso wird das Bedienungsteil 24a betätigt, um eine Öffnung des Ventilelements so anzupassen, dass das manuelle Einlassventil 24 eine Gasströmungsrate anpasst. Das manuelle Einlassventil 24 ist normalerweise offen.
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Das Rückschlagventil 26 ermöglicht einen Gasstrom in einer Richtung, ist aber so ausgelegt, dass es verhindert, dass das Gas in einer anderen Richtung strömt. Das Rückschlagventil 26 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dafür ausgelegt, einen Gasstrom vom Gaseinlass 14 zum Hochdrucktank 12 zuzulassen, aber zu verhindern, dass das Gas aus dem Hochdrucktank 12 zum Gaseinlass 14 strömt.
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Dagegen sind am Auslasskanal 20 ein Hauptstoppventil 28 und ein manuelles Auslassventil 30 hintereinander in Richtung vom Hochdrucktank 12 zum Gasauslass 16 angeordnet. Das Hauptstoppventil 28 und das manuelle Auslassventil 30 sind im Systemgehäuse 22 untergebracht.
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Das Hauptstoppventil 28 ist ein elektromagnetisches Ventil, das einen Elektromagneten ansprechend auf ein elektrisches Signal zum Öffnen oder Schließen des Ventils ansteuert. Das Hauptstoppventil 28 wird auf einen geschlossenen Zustand gesteuert, wenn das Fahrzeug halt, genauer, wenn ein Zündschalter auf AUS gestellt ist, und wird außerdem auf einen offenen Zustand gesteuert, wenn das Fahrzeug fährt, genauer wenn der Zündschalter auf EIN gestellt ist. Ein (nicht dargestellter) Drucksensor ist an der Gaszufuhrleitung angeordnet, die mit dem Gasauslass 16 verbunden ist. Wenn der Drucksensor ein Drucksignal bei oder über einem vorgegebenen Wert erfasst, empfangt das Hauptstoppventil 28 ein elektrisches Signal vom Drucksensor und schließt ein Ventilelement.
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Das manuelle Auslassventil 30 weist ein Betätigungsteil 30a auf, das manuell zu betätigen ist. Das Betätigungsteil 30a wird betätigt, um ein (nicht dargestelltes) Ventilelement des manuellen Auslassventils 30 zu öffnen oder zu schließen (auf Ein oder AUS zu schalten). Ebenso wird das Betätigungsteil 30a betätigt, um eine Öffnung des Ventilelements anzupassen, so dass das manuelle Auslassventil 30 eine Gasströmungsrate anpasst. Das manuelle Auslassventil 30 ist normalerweise offen.
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Ein Teil des Einlasskanals 18 ist zwischen dem Rückschlagventil 26 und dem Hochdrucktank 12 angeordnet. Ein Ablasskanal 32 ist mit diesem Teil des Einlasskanals 18 verbunden. Der Auslasskanal 32 ist dafür ausgelegt, Gas aus dem Hochdrucktank 12 zur Außenseite abzulassen. Ein Schmelzeinsatzventil 34 ist am Ablasskanal 32 angeordnet. Das Schmelzeinsatzventil 34 ist so vorgesehen, dass es von der Oberfläche des Systemgehäuses 22 teilweise vorsteht.
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Das Schmelzeinsatzventil 34 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Funktion, Gas aus dem Hochdrucktank durch das Ventil, das geöffnet wird, wenn eine Umgebungstemperatur eine vorgegebene Temperatur übersteigt, abzulassen. Das Schmelzeinsatzventil 34 hat außerdem die Funktion, Gas aus dem Hochdrucktank durch das Ventil, das manuell geöffnet wird, abzulassen. Wie oben beschrieben, hat das Schmelzeinsatzventil 34 nicht nur seine ursprüngliche Funktion, sondern dient auch als manuelles Drucksenkungsventil. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, im Ventilsystem 10 zwei Arten von Ventilen separat vorzusehen: nämlich ein Schmelzeinsatzventil und ein manuelles Drucksenkungsventil. Somit spart das Ventilsystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung verglichen mit einem Ventilsystem gemäß dem Stand der Technik Platz für ein Ventil. Dies ergibt eine Verkleinerung des Ventilsystems 10. Außerdem weist das Ventilsystem gemäß dem Stand der Technik separate Kanäle auf, die für diese beiden Arten von separat angeordneten Ventilen vorgesehen sind. Dagegen wird in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Schmelzeinsatzventil 34 verwendet, das sowohl die Funktion eines Schmelzeinsatzventils als auch die Funktion eines manuellen Drucksenkungsventils erfüllt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines Verbindungskanals, der den Einlasskanal mit dem Auslasskanal verbindet, und an dem das manuelle Drucksenkungsventil gemäß dem Stand der Technik angeordnet ist. Infolgedessen kann das Ventilsystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung viel kleiner sein als das Ventilsystem gemäß dem Stand der Technik.
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Mit Bezug auf 2 und 3 wird nachstehend beschrieben, wie das Ventilsystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sich in seiner Größe vom Ventilsystem gemäß dem Stand der Technik unterscheidet. 2 zeigt einen Aufbau eines Systemgehäuses des Ventilsystems gemäß dem Stand der Technik. 3 zeigt einen Aufbau des Systemgehäuses 22 des Ventilsystems 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 sind Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleich sind, der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszahlen versehen, und die Beschreibung gleicher Komponenten wird nicht wiederholt. Jedoch ist, wie oben beschrieben, das Systemgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kleiner als das Systemgehäuse gemäß dem Stand der Technik. Daher wird das Systemgehäuse gemäß dem Stand der Technik mit einer Bezugszahl 122 bezeichnet, um das Systemgehäuse 122 vom Systemgehäuse 22 zu unterscheiden. Außerdem weist das Schmelzeinsatzventil 34 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Schmelzeinsatzventil des Standes der Technik eine zusätzliche Funktion auf. Daher ist das Schmelzeinsatzventil gemäß dem Stand der Technik mit einer Bezugszahl 134 versehen, um das Schmelzeinsatzventil 134 vom Schmelzeinsatzventil 34 zu unterscheiden.
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2 ist eine Draufsicht auf das Systemgehäuse 122, betrachtet in einer Ebene, die senkrecht ist zu einer axialen Richtung des Hochdrucktanks 12, 3 ist eine Draufsicht auf das Systemgehäuse 22, betrachtet in einer Ebene, die senkrecht ist zur axialen Richtung des Hochdrucktanks 12. Eine Achse des Hochdrucktanks 12 verläuft in vertikaler Richtung mit Bezug auf die Ebene des Blatts, und der Hochdrucktank 12 befindet sich hinter der Blattebene. Das Hauptstoppventil 28 befindet sich am Auslasskanal 20 zwischen der Ebene der 2 und 3 und dem Hochdrucktank 12. Das Hauptstoppventil 28 ist daher in 2 und 3 nicht dargestellt.
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Wie in 2 dargestellt, sind ein Verbindungskanal 36 und ein manuelles Drucksenkungsventil 38 im Systemgehäuse 122 vorgesehen. Der Verbindungskanal 36 ist dafür ausgelegt, den Einlasskanal 18 mit dem Auslasskanal 20 zu verbinden. Das manuelle Drucksenkungsventil 38 ist am Verbindungskanal 36 angeordnet. Dagegen sind, wie in 3 dargestellt, keine solchen Komponenten wie der Verbindungskanal 36 und das manuelle Drucksenkungsventil 38 im Systemgehäuse 22 vorgesehen. Dadurch kann das Systemgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kleiner ausgebildet sein als das Systemgehäuse 122 gemäß dem Stand der Technik. In 3 ist ein Umriss des Systemgehäuses 122 gemäß dem Stand der Technik anhand einer gestrichelten Linie 40 dargestellt, und ein Umriss des Systemgehäuses 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist kleiner als der Umriss des Systemgehäuses 122. Wie oben beschrieben, ist das Ventilsystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kleiner ausgebildet als das Ventilsystem gemäß dem Stand der Technik, da der Verbindungskanal 36 und das manuelle Druckreduzierungsventil 38 des Ventilsystems des Standes der Technik weggelassen wurden.
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Nachstehend wird ein Aufbau des Schmelzeinsatzventils 34 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben. 4 zeigt den Aufbau des Schmelzeinsatzventils 34 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Schmelzeinsatzventil 34 weist ein Ventilgehäuse 40 auf, das an eine Oberfläche 22a des Systemgehäuses 22 montiert ist. Das Ventilgehäuse 40 weist eine innere zylindrische Behälterkammer 42 auf. In der Behälterkammer 42 sind ein Schmelzeinsatzventil 44, ein Bolzen bzw. Stift 46 und ein Federelement 48 enthalten und hintereinander angeordnet. Das Ventilgehäuse 40 weist eine durchgehende Öffnung 40a auf, die auf einer Achse der Behälterkammer 42 (einer Achse, die auf dem Zeichnungsblatt von oben nach unten verläuft) ausgebildet ist. Die durchgehende Öffnung 40 verläuft von der Behälterkammer 42 zur Außenseite.
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Die durchgehende Öffnung 40a des Ventilgehäuses 40 ist an der ersten Innenwand der Behälterkammer 42 ausgebildet. Das Schmelzeinsatzventil 44 steht in Kontakt mit der ersten Innenwand. Der Schmelzeinsatz 44 besteht aus einem Material, das schmilzt, wenn eine Umgebungstemperatur eine vorgegebene Temperatur (beispielsweise 110°C) überschreitet. Beispielsweise besteht der Schmelzeinsatz 44 aus Metall, wie Blei und Zinn. Der Schmelzeinsatz 44 weist eine durchgehende Bohrung 44a auf, die auf der Achse der Behälterkammer 42 oder konzentrisch mit der durchgehenden Bohrung 40a ausgebildet ist. Die durchgehende Bohrung 44a verläuft durch den Schmelzeinsatz 44.
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Der Stift 46 steht in Kontakt mit dem Schmelzeinsatz 44. Das Federelement 48 ist so angeordnet, dass ein Ende des Federelements 48 mit einer zweiten Innenwand der Behälterkammer 42 in Kontakt steht, während das andere Ende mit dem Stift 46 in Kontakt steht. Die zweite Innenwand der Behälterkammer 42 ist der ersten Innenwand, an der die durchgehende Öffnung 40a ausgebildet ist, gegenüber angeordnet. Das Federelement 48 ermöglicht es dem Stift 46, den Schmelzeinsatz 44 zur ersten Innenwand der Behälterkammer 42 zu drängen. Der Stift 46 weist ein Eingriffsloch 46a auf, das auf der Achse der Behälterkammer 42 oder konzentrisch mit den durchgehenden Öffnungen 40a und 44a ausgebildet ist. Ein manueller Bewegungsmechanismus (nicht dargestellt), beispielsweise ein Griff, steht mit dem Eingriffsloch 46a in Eingriff. Der manuelle Bewegungsmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein abnehmbares Element, das vom Schmelzeinsatzventil 34 abgenommen werden kann. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das abnehmbare Element beschränkt, und der manuelle Bewegungsmechanismus kann ein Element sein, das immer am Schmelzeinsatzelement befestigt ist. Der manuelle Bewegungsmechanismus steht im Eingriff mit dem Eingriffsloch 46a, um den Stift manuell in einer Umfangsrichtung zu drehen.
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Der Stift 46 weist einen Außenrand auf, der mit einer dritten Innenwand der Behälterkammer 42 in Kontakt steht, oder er weist eine Seitenfläche 46b an einem zylindrischen Teil des Stifts 46 auf. Der Stift 46 weist auch einen eingetieften Teil 50 auf, der von der Seitenfläche 46ba aus eingetieft ist. Der eingetiefte Teil 50 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist eine Querschnittsdarstellung des Schmelzeinsatzventils 34 entlang der Linie A-A von 4. Wie in 5 dargestellt, weist der Stift 46 einen zylindrischen Teil 52 mit einem kleineren Durchmesser auf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser eines Hauptkörpers des Stifts 46. Der zylindrische Teil 52 mit dem kleinere Durchmesser ist so vorgesehen, dass seine Seitenfläche 52a und die Seitenfläche 46b des Hauptkörpers des Stifts 46 an der Seite des Systemgehäuses 22 ausgerichtet sind, anders ausgedrückt, an einer Seite eines Ventilelements 54. Das Ventilelement 54 wird noch beschrieben. Kurz gesagt ist eine Achse des zylindrischen Teils 52 mit dem kleineren Durchmesser exzentrisch in Bezug auf eine Achse des Hauptkörpers des Stifts 46. Ein Teil der Seitenfläche 52a des zylindrischen Teils 52 mit dem kleineren Durchmesser steht mit dem Ventilelement 54 in Kontakt, während der in Bezug auf den Kontaktteil der Seitenfläche 52a gegenüberliegende Teil der Seitenfläche 52a den eingetieften Teil 50 bildet, der von der Seitenfläche 46b des Hauptkörpers des Stifts 46 aus eingetieft ist.
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Wie wiederum in 4 dargestellt ist, ist das Schmelzeinsatzventil 34 verschiebbar in den Ablasskanal 32 eingeführt. Das Schmelzeinsatzventil 34 weist das Ventilelement 54 auf, das den Ablasskanal 32 öffnet oder schließt. Das Ventilelement 54 weist ein Dichtelement 56 auf. Das Dichtelement 56 ist auf ringförmige Weise auf einer Außenumfangsfläche des Ventilelements 54 vorgesehen. Das Dichtelement 56 ist beispielsweise ein O-Ring. Wenn das Ventilelement 54 in den Ablasskanal 32 eingerührt wird, wird das Dichtelement 56 abdichtend auf die Innenumfangsfläche des Ablasskanals 32 gepasst, um eine Lücke zwischen der Außenumfangsfläche des Ventilelements 54 und der Innenumfangsfläche des Ablasskanals 32 abzudichten.
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Das Ventilelement 54 ist so vorgesehen, dass seine Achse (die auf dem Zeichnungsblatt von links nach rechts verlauft) senkrecht zur Achse des Stifts 46 ausgerichtet ist. Auf das Ventilelement 54 wird von Gasdruck innerhalb eines Teils des Ablasskanals 32 auf der Seite des Hochdrucktanks 12 Druck ausgeübt und es wird mit der Seitenfläche des Stifts 46 oder mit der Seitenfläche 52 des zylindrischen Teils 52 mit dem kleineren Durchmesser in Kontakt gebracht. Gemäß diesem Aufbau verhindert der Stift 46, dass direkt vom Ventilelement 45, auf das ein hoher Gasdruck (70 MPa) vom Hochdrucktank 12 ausgeübt wird, Druck auf den Schmelzeinsatz 44 ausgeübt wird. Dadurch wird zuverlässig verhindert, dass der Schmelzeinsatz 44 bei einer normalen Temperatur verformt wird, und somit wird zuverlässig verhindert, dass Gas, das im Hochdrucktank enthalten ist, nach außen abgelassen wird. Es sei klargestellt, dass zwar in der Beschreibung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Ventilelement 54 so angeordnet ist, dass seine Achse (die auf dem Zeichnungsblatt von links nach rechts verläuft) senkrecht zur Achse des Stifts 46 angeordnet ist, die vorliegende Erfindung aber nicht auf diesen Aufbau beschränkt ist. Solange der Gasdruck vom Hochdrucktank auf das Ventilelement 54 ausgeübt wird und über den Stift 46 indirekt auf den Schmelzeinsatz 44 ausgeübt wird, kann das Ventilelement 54 so angeordnet sein, dass seine Achse die Achse des Stifts 46 in einem beliebigen Winkel kreuzt.
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Mit Bezug auf 6 und 7 wird nachstehend eine Wirkungsweise des Schmelzeinsatzventils 34, das aufgebaut ist wie oben beschrieben, beschrieben. 6 zeigt einen Betriebszustand des Schmelzeinsatzventils 34, wenn das Ventil 34 als Schmelzeinsatzventil dient. 7 zeigt einen Betriebszustand des Schmelzeinsatzventils 34, wenn das Ventil 34 als manuelles Ventil dient.
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Mit Bezug auf 6 wird nachstehend zunächst die Funktionsweise des Schmelzeinsatzventils 34, wenn das Ventil 34 als allgemeines Schmelzeinsatzventil fungiert, beschrieben. Der Schmelzeinsatz 44 schmilzt, wenn die Umgebungstemperatur eine bestimmte Temperatur überschreitet, beispielsweise 110°C. Der so geschmolzene Schmelzeinsatz 44 wird mit einem Stift 46, an den eine elastische Kraft des Federelements 48 angelegt wird, durch die durchgehende Öffnung 40a hindurch aus dem Ventilgehäuse 40 freigegeben. Dadurch bewegt sich der Stift 46 in einen Raum, wo ursprünglich der Schmelzeinsatz 44 angeordnet war. Im Zusammenhang mit der Bewegung des Stifts 46 bewegt sich die Seitenfläche 52a, auf die vom Ventilelement 54 Druck ausgeübt wird. Somit bewegt sich das Ventilelement 54, auf das ein Gasdruck ausgeübt wird, zu einem Raum, wo ursprünglich der Stift 46 angeordnet war, oder in die Behälterkammer 42. Dadurch kann die Ablassleitung 32 mit der Außenseite verbunden werden, so dass das Gas vom Hochdrucktank 12 nach außen abgelassen wird, wie in 6 dargestellt.
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Nun wird mit Bezug auf 7 die Funktionsweise des Schmelzeinsatzventils 34, wenn das Ventil 34 als allgemeines manuelles Ventil fungiert, beschrieben. Der manuelle Bewegungsmechanismus steht mit dem Eingriffsloch 46a in Eingriff, und der Stift 46 wird manuell in der Umfangsrichtung bewegt, so dass ein Teil, wo das Ventilelement 54 und die Seitenfläche 52a des Stifts 46 miteinander in Kontakt stehen, in den eingetieften Teil 50 verlagert wird. Der eingetiefte Teil 50 ist von der Seitenfläche 46b des Hauptkörpers des Stifts 46 aus eingetieft. Daher bewegt sich das Ventilelement 54 in die Behälterkammer 42, da Gasdruck auf das Ventilelement 54 wirkt. Dadurch kann der Ablasskanal 32 mit der Außenseite verbunden werden, so dass das Gas aus dem Hochdrucktank 12 nach außen abgelassen wird, wie in 7 dargestellt.
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In dem Ventilsystem 10, welches das Schmelzeinsatzventil 34 aufweist, das in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, besteht keine Notwendigkeit, zwei Arten von separaten Ventilen, nämlich ein Schmelzeinsatzventil und ein manuelles Drucksenkungsventil, vorzusehen. Dadurch entfällt ferner die Notwendigkeit für einen Verbindungskanal, der den Einlasskanal 18 mit dem Auslasskanal 20 verbindet. Infolgedessen kann das Ventilsystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kleiner sein als das Ventilsystem des Standes der Technik.
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Wie in 5 dargestellt, ist bei dem Schmelzeinsatzventil 34 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Seitenfläche 52a des Stifts 46 so ausgebildet, dass der Teil, wo dieser mit dem Ventilelement 54 in Kontakt steht, während einer Zeit, über die das Ventil 34 aus dem geschlossenen Zustand heraus geöffnet wird, wenn es als manuelles Ventil dient, vom Hauptkörper des Stifts 46 allmählich nach innen verlagert wird. Gemäß diesem Aufbau wird der manuelle Bewegungsmechanismus verwendet, um ein Maß, in dem sich der Stift 46 in der Umfangsrichtung dreht, oder ein Maß anzupassen, in dem der Teil, wo das Ventilelement 54 und die Seitenfläche 52a des Stifts 46 miteinander in Kontakt stehen, verlagert wird. Daher wird ein Maß der Bewegung des Ventilelements 54, das sich vom Hauptkörper des Stifts 46 nach innen bewegt, oder das sich in Richtung auf den eingetieften Teil bewegt, angepasst, wodurch eine Ventilöffnung angepasst wird. Infolgedessen wird Gas im Hochdrucktank 12 von Druck entlastet und nach außen abgegeben. Dadurch wird die Arbeitssicherheit erhöht.
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In der Beschreibung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Seitenfläche 52a des Stifts 46, der teilweise mit dem Ventilelement 54 in Kontakt steht, so ausgebildet, dass die Seitenfläche 52a von der Position, in der das Schmelzeinsatzventil 34 geschlossen wird, zu der Position, in der das Schmelzeinsatzventil 54 geöffnet wird, wenn es als manuelles Ventil dient, vom Hauptkörper des Stifts 46 aus allmählich nach innen eingetieft ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Solange das Ventil manuell durch den manuellen Bewegungsmechanismus durch Drehen des Stifts 46 in der Umfangsrichtung geöffnet wird, braucht die Seitenfläche 46b des Stifts auch nur teilweise ausgeschnitten sein, um den eingetieften Teil 50 zu bilden, der vom Außenrand des Stifts 46 eingetieft ist, wie in 8 dargestellt. Jedoch weist gemäß diesem Aufbau das Ventilelement 54S nur zwei Betriebspositionen auf: eine EIN-Position und eine AUS-Position. Dadurch kann das Ventilelement 54 die Ventilöffnung nicht anpassen.
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In der Beschreibung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Stift 46 das Eingriffsloch 46a auf, in das der manuelle Bewegungsmechanismus eingreift. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Solange der manuelle Bewegungsmechanismus es möglich macht, dass der Stift 46 sich in der Umfangsrichtung dreht, kann der Schmelzeinsatz 44 ein Eingriffsloch aufweisen, in das der manuelle Bewegungsmechanismus eingreift. In diesem Fall können der Stift 46 und der Schmelzeinsatz 44 aneinander gefügt sein oder ihre Kontaktflächen können sich gegenseitig greifen. Dadurch kann der manuelle Bewegungsmechanismus bewirken, dass der Stift 46 sich zusammen mit dem Schmelzeinsatz 44 in der Umfangsrichtung bewegt.
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In der Beschreibung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Ablasskanal 32 zwischen dem Rückschlagventil 26 und dem Hochdrucktank 12 mit dem Einlasskanal 18 verbunden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Solange Gas aus dem Hochdrucktank 12 ungehindert nach außen abgelassen werden kann, kann der Ablasskanal 32 direkt mit dem Hochdrucktank 12 verbunden sein oder kann mit dem Auslasskanal zwischen dem Hauptstoppventil 28 und dem Hochdrucktank 12 verbunden sein.
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Nachstehend wird mit Bezug auf 9 und 10 ein Schmelzeinsatzventil 34 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 9 stellt einen Aufbau des Schmelzeinsatzventils 34 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 10 stellt einen Betriebszustand des Schmelzeinsatzventils 34, wenn das Ventil 34 als manuelles Ventil dient, dar. In 9 und 10 sind gleiche Komponenten wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung gleicher Komponenten wird nicht wiederholt.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung öffnet sich eine Behälterkammer 42 an einem ihrer axialen Enden nach außen. Ein Hauptkörper 60 des Schmelzeinsatzventils 34 ist in der Behälterkammer 42 enthalten und ist mit einer Innenwand eines zylindrischen Teils der Behälterkammer 42 verschraubt. Somit wird der Hauptkörper 60 in Bezug auf das Gehäuse 40 verdreht, wodurch der Hauptkörper 60 sich in der axialen Richtung der Behälterkammer 42 vor und zurück bewegt. Der Hauptkörper 60 weist einen zylindrischen Innenraum auf. In dem zylindrischen Innenraum sind ein Schmelzeinsatz 44 und ein Stift 46 enthalten. Der Hauptkörper 60 weist auch ein (nicht dargestelltes) Eingriffsloch auf, in das der manuelle Bewegungsmechanismus eingreift. Der Hauptkörper 60 weist ferner eine durchgehende Öffnung 60a auf, die von der Behälterkammer 42 zur Außenseite der Achse der Behälterkammer 42 durchgeht. Die durchgehende Öffnung 60a ist dafür ausgelegt, den Schmelzeinsatz 44, der bei einer hohen Temperatur geschmolzen wird, nach außen zu entlassen.
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Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Stift 46 so geformt, dass die Seitenfläche von dem Teil, wo er mit dem Ventilelement 54 im geschlossenen Zustand in Kontakt steht, in Umfangsrichtung des Stifts 46 zum eingetieften Teil 50 verläuft, Dagegen ist der Stift 46 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so geformt, dass er in der axialen Richtung des Stifts 46 verläuft. Genauer ist der Stift 46 konisch geformt, so dass ein zylindrischer Teil des Stifts 46 in Richtung auf das Federelement 48 allmählich schmäler wird.
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Nachstehend wird unter Bezug auf 9 die Funktionsweise des Schmelzeinsatzventils 34 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn das Ventil 34 als manuelles Ventil dient, beschrieben. Der manuelle Bewegungsmechanismus wird mit dem Eingriffsloch am Hauptkörper 60 in Eingriff gebracht, um den Hauptkörper 60 manuell in der Umfangsrichtung zu drehen, um den Hauptkörper 60 vom offenen Ende der Behälterkammer 42 vorstehen zu lassen. Dadurch kann der Stift 46 sich zusammen mit dem Hauptkörper 60 in axialer Richtung zum offenen Ende der Behälterkammer 42 bewegen, während er sich zusammen mit dem Hauptkörper 60 dreht. Im Zusammenhang mit dieser Bewegung bewirkt der Teil, wo das Ventilelement 54 und die Seitenfläche 46b des Stifts 46 einander berühren, dass die Seitenfläche 46b des Stifts 46 sich in der axialen Richtung bewegt. Dadurch kann das Ventilelement 54 am eingetieften Teil 50 mit der Seitenfläche des Stifts 54 in Kontakt stehen. Das Ventilelement 54 bewegt sich in die Behälterkammer 42, da Gasdruck an das Ventilelement 54 angelegt wird, so dass der Auslasskanal 32 mit der Außenumgebung verbunden wird und Gas aus dem Hochdrucktank 12 nach außen abgelassen wird, wie in 10 dargestellt.
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In dem Ventilsystem 10, welches das Schmelzeinsatzventil 34 aufweist, das in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, besteht keine Notwendigkeit, zwei Arten von separaten Ventilen, nämlich ein Schmelzeinsatzventil und ein manuelles Drucksenkungsventil, vorzusehen. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit eines Verbindungskanals, der den Einlasskanal 18 mit dem Auslasskanal 20 verbindet. Infolgedessen kann das Ventilsystem 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kleiner sein als das Ventilsystem gemäß dem Stand der Technik.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei klargestellt, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen oder Bauweise beschränkt ist. Vielmehr soll die Erfindung verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abdecken. Außerdem sind zwar die verschiedenen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen Beispielskombinationen- und Konfigurationen gezeigt, aber andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element beinhalten, liegen ebenso im Bereich der beigefügten Ansprüche.
