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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Beschickungsverfahren
und auf eine Beschickungsanordnung für ein brennbares Gas und ein Oxidiergas
sowie auf ein Material, welches durch das Beschickungsverfahren
und die Beschickungsanordnung abzuführen ist.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Wie
in der offengelegten japanischen Patenanmeldung Nr. 5-278554 angegeben,
enthält
eine Gaserzeugungsvorrichtung für
eine Airbag-Vorrichtung in ihrem Hochdruckbehälter ein brennbares Gasgemisch
zum Aufblasen des Airbags. Der Hockdruckbehälter ist an beziehungsweise
in seiner einen Stirnwandfläche
mit einer Öffnung
ausgestattet, an der eine Kappe angebracht ist. Die Kappe ist mit
einem Durchgang versehen, durch den verschiedene Gase unter einem
bestimmten Druck in den Hochdruckbehälter abgeführt werden. Nachdem die verschiedenen
Gase in den Hochdruckbehälter
eingefüllt
sind, wird der Durchgang der Kappe verschlossen.
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Ein
derartiges brennbares Gasgemisch wird dadurch hergestellt, dass
das brennbare Gas und das Oxidiergas in einer bestimmten Zusammensetzung
zum Verbrennen gemischt werden. Eine untere Grenze und eine obere
Grenze der Zusammensetzung des brennbaren Gases, welches zum Verbrennen
erforderlich ist, werden eine entflammbare beziehungsweise entzündbare untere
Grenze be ziehungsweise eine entflammbare beziehungsweise entzündbare obere
Grenze genannt. Ein Bereich zwischen diesen entflammbaren unteren
und oberen Grenzen wird ein entflammbarer Bereich oder Verbrennungsbereich
genannt. Ferner beträgt
eine minimale Zündungsenergie
des brennbaren Gases und des Oxidiergases mit dem entflammbaren
Bereich jeweils 0,02 mJ (Milli-Joule), falls Wasserstoff als brennbares Gas
und Sauerstoff als Oxidiergas verwendet werden.
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Wenn
der Hochdruckbehälter
unter Druck mit einem Gas beschickt bzw. gefüllt wird, steigt die Gastemperatur
durch die Wärme
an, die aufgrund der Kompression des Gases erzeugt wird. Wenn eine Beschickung
durch das brennbare Gas und das Oxidiergas erfolgt, beginnt das
Gas unbeabsichtigt sogar dann zu brennen, wenn keine Zündquelle
vorhanden ist, falls die Gastemperatur eine Temperatur für eine spontane
Verbrennung erreicht (400°C
oder höher
im Falle von Wasserstoff).
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Dies
bedeutet, dass es in einer Gaserzeugungsvorrichtung für eine Airbagvorrichtung
in dem Fall, dass das brennbare Gas und das Oxidiergas in den Hochdruckbehälter eingeführt werden
und dass der Einführungsanschluss
verschlossen ist, erwünscht
ist, solche Charakteristiken der Gase zu berücksichtigen und eine hinreichend
praktische Beschickungstechnik festzulegen.
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In
US 5.427.160 als dem am
nächsten
kommenden Stand der Technik ist ein Verfahren zur Beschickung eines
Hochdruckbehälters
mit zumindest einem brennbaren Gas und einem Oxidiergas unter Heranziehung
einer Beschickungsanordnung angegeben, die Trenneinrichtungen aufweist,
welche die beiden Gase lediglich außerhalb des Hochdruckbehälters in
der Rohrleitung trennen, die dazu verwendet wird, die beiden Gase
von Zwischengasbehältern zu
dem Hochdruckbehälter
nacheinander, d.h. jeweils einzeln hinzuleiten. Um die beiden Gase
zu trennen, bevor die Rohrleitung benutzt wird, und um damit eines
der Gase weiterzuleiten, wird das jeweils andere Gas durch einen
Unterdruck aus der Rohrleitung evakuiert. Die beiden Gase treten
in den Hoch druckbehälter
durch einen Beschickungsanschluss ein, der außerdem ein Absperrventil darstellt,
welches zum Verschließen
des Beschickungsanschlusses genutzt wird.
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In
US 5.427.160 ist allerdings
ein Verfahren zur Beschickung eines Hochdruckbehälters weder angegeben noch
nahegelegt, welches einen Kühlschritt
zum Abkühlen
des betreffenden Hochdruckbehälters
umfasst. Es ist daher nicht möglich,
den Hochdruckbehälter
zu kühlen,
und ein Gasgemisch, welches sich in den entflammbaren Bereich erstreckt,
kann in nachteiliger Weise einer spontanen Verbrennung ausgesetzt
sein, die durch eine überhöhte Temperatur
des Hochdruckbehälters
hervorgerufen wird.
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Gemäß der
US 5.348.344 enthält eine
Vorrichtung zum Aufblasen eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems
eine Behältniseinrichtung
zur Aufnahme von Gasen, um ein brennbares Gemisch der Gase bereitzustellen.
Ein Zünder
wird aktiviert, um eine Zündung
des Gemisches der Gase auf eine plötzliche Fahrzeugverlangsamung
hin zu bewirken. Eine Führungs-
beziehungsweise Leiteinrichtung leitet eine Strömung des Gases von der Behältniseinrichtung
in das aufblasbare Insassen-Rückhaltesystem
ein. Außerdem
könnte
ein mageres Gemisch eines Brenngases und eines Oxidiergases verwendet werden.
Ein verbesserter Zünder überträgt Energie durch
einen unperforierten Teil einer Wand der Behältniseinrichtung, um eine Ladung
in der Behältniseinrichtung
zu zünden.
Der Zünder
kann einen langgestreckten Kern enthalten, der in einer zerbrechlichen
Hülle angeordnet
ist, die zerplatzt, wenn der Kern brennt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Hochdruckbehälter mit
zwei hoch reaktiven Gasen sicher zu beschicken, ohne dass es zu
einer spontanen Verbrennung beim Prozess des Beschickens und Verschließens des
Hochdruckbehälters
kommt.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die
unabhängigen Ansprüche umfassen
weitere Ausbildungen der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird bei einem Schritt zum Beschicken eines Hochdruckbehälters mit
einem brennbaren Gas und einem Oxidiergas durch einen Beschickungsanschluss
die Zusammensetzung des gemischten Gases außerhalb eines entflammbaren
Bereichs in der Nähe
des Beschickungsanschlusses festgelegt. Daher ist es möglich, das
brennbare Gas und das Oxidiergas zuverlässig in den Behälter einzufüllen.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
ist gemäß einem
ersten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Beschickungsverfahren
für ein
brennbares Gas und ein Oxidiergas geschaffen, umfassend einen Beschickungsschritt
für das
brennbare Gas zum Einfüllen
des betreffenden brennbaren Gases und einen Beschickungsschritt
für das
Oxidiergas zum Einfüllen
des betreffenden Oxidiergases, und zwar in einen Behälter durch
einen Beschickungsanschluss, der an beziehungsweise in dem Behälter vorgesehen
ist, wobei während
zumindest eines der beiden Beschickungsschritte eine Zusammensetzung
eines brennbaren Gasgemisches, welches in der Nähe des Beschickungsanschlusses
hervorgerufen wird, in einen Bereich gesteuert ist, von dem ein
entflammbarer Bereich ausgenommen ist. Deshalb ist sogar dann, wenn
zum Zeitpunkt des Verschließens
des Beschickungsanschlusses ein Funke oder Wärme erzeugt werden, keine Auswirkung
auf das Gasgemisch gegeben.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt und Merkmal der Erfindung wird zusätzlich zu
dem ersten Aspekt bei zumindest einem der beiden Beschickungsschritte
ein Schutzgas hinzugemischt und eingefüllt.
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Gemäß einem
dritten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich zu dem
ersten Aspekt ferner einen Schutzgas-Beschickungsschritt zur Zuführung bzw.
zum Einfüllen eines Schutzgases,
wobei während
zumindest eines der drei Beschickungsschritte eine Zusammensetzung aus
einem brennbaren Gasgemisch, welches in der Nähe des Beschickungsanschlusses
gebildet wird, in einen Bereich gesteuert wird, von dem ein entflammbarer
Bereich ausgenommen ist.
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Gemäß einem
vierten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich zu dem
ersten, zweiten oder dritten Aspekt ferner einen Schritt zum Abführen bzw.
Einfüllen
eines Gases in einen Beschickungspfad und/oder zum Absaugen zu einem
Unterdruck hin, wobei der Schritt zumindest zwischen dem Beschickungsschritt
für das
brennbare Gas und dem Beschickungsschritt für das Oxidiergas ausgeführt wird.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt und Merkmal der Erfindung werden zusätzlich zu dem ersten, zweiten,
dritten oder vierten Aspekt der Beschickungsschritt für das brennbare
Gas und der Beschickungsschritt für das Oxidiergas in umgekehrter
Reihenfolge ausgeführt.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt und Merkmal der Erfindung wird zusätzlich zum
ersten, zweiten, dritten, vierten oder fünften Aspekt der Beschickungsschritt
des Schutzgases nach dem Beschickungsschritt für das brennbare Gas und/oder
dem Beschickungsschritt für
das Oxidiergas ausgeführt.
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Gemäß einem
siebten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich zu dem
ersten Aspekt ferner einen Kühlschritt
zum Abkühlen
des Behälters.
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Gemäß einem
achten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner
einen Erdungsschritt zur Erdung des Behälters.
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Gemäß einem
neunten Aspekt und Merkmal der Erfindung wird eine Beschickungsanordnung
für ein
brennbares Gas und ein Oxidiergas bereitgestellt, umfassend eine
Trenneinrichtung, mit der das brennbare Gas und das Oxidiergas zumindest
in der Nähe des
Beschickungsanschlusses während
einer bestimmten Zeitspanne im wesentlichen getrennt werden, beginnend
ab einem Zeitpunkt nach der Beschickung des brennbaren Gases und
des Oxidiergases in den Behälter
durch einen in dem Behälter
vorgesehenen Beschickungsanschluss, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem
der Beschickungsanschluss mittels eines Verschluss- beziehungsweise
Dichtungsgliedes verschlossen wird. Daher ist sogar dann, wenn ein Funke
oder Wärme
zur Zeit des Verschließens
beziehungsweise des Abdichtens des Beschickungsanschlusses erzeugt
werden, keine Auswirkung auf das Gasgemisch gegeben.
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Gemäß einem
zehnten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst die Trenneinrichtung
zusätzlich
zu dem neunten Aspekt ein Aufteilungsglied, welches den Behälter in
eine den Beschickungsanschluss umgebende kleinere Kammer und in
eine die kleinere Kammer umgebende größere Kammer aufteilt und welches
ein feines Loch enthält,
mit dessen Hilfe die kleinere Kammer und die größere Kammer in Verbindung miteinander
gebracht werden beziehungsweise sind.
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Gemäß einem
elften Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst die Trenneinrichtung
zusätzlich
zu dem neunten Aspekt ein spiralrohrartiges Glied, welches einen
Raum festlegt, der mit dem Beschickungsanschluss in dem Behälter spiralförmig zusammenhängt.
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Gemäß einem
zwölften
Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst die Trenneinrichtung zusätzlich zu
dem neunten Aspekt ein zylindrisches Glied, welches einen Raum festlegt,
der mit dem Beschickungsanschluss in dem Behälter spiralförmig zusammenhängt.
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Gemäß einem
dreizehnten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst die Trenneinrichtung
zusätzlich
zu dem neunten Aspekt eine Umlenkplatte, die so angeordnet ist,
dass sie dem Beschi ckungsanschluss in dem Behälter gegenüberliegt, um einen Gasströmungspfad
um- bzw. abzulenken.
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Gemäß einem
vierzehnten Aspekt und Merkmal der Erfindung ist die Ablenkplatte
zusätzlich
zu dem dreizehnten Aspekt mit einer Aufteilungsplatte versehen,
durch die das Gas gedreht wird und herausströmt.
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Gemäß einem
fünfzehnten
Aspekt und Merkmal der Erfindung ist zusätzlich zu dem neunten, zehnten,
elften, zwölften,
dreizehnten oder vierzehnten Aspekt zumindest ein Teil der Trenneinrichtung mit
einer Drosselungseinrichtung zur Drosselung einer Strömung des
Gases versehen.
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Gemäß einem
sechzehnten Aspekt und Merkmal der Erfindung ist zusätzlich zu
dem neunten, zehnten, elften, zwölften,
dreizehnten, vierzehnten oder fünfzehnten
Aspekt zumindest ein Teil der Trennvorrichtung mit einem Absperrventil
zur Verhinderung einer Rückströmung des
Gases versehen.
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Gemäß einem
siebzehnten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu dem
neunten, zehnten, elften, zwölften,
dreizehnten, vierzehnten, fünfzehnten
oder sechzehnten Aspekt das Dichtungsglied für den Beschickungsanschluss irgendein
Element aus einen Stift, eine Kappe oder eine Platte umfassenden
Elementen.
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Gemäß einem
achtzehnten Aspekt und Merkmal der Erfindung enthält das Dichtungsglied zusätzlich zu
dem siebzehnten Merkmal einen Teil, der weicher ist als der Behälter.
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Gemäß einem
neunzehnten Aspekt und Merkmal der Erfindung enthält die Trenneinrichtung zusätzlich zu
dem neunten, zehnten, elften, zwölften, dreizehnten,
vierzehnten, fünfzehnten,
sechzehnten Aspekt einen Ausstoßanschluss,
der mit einer Verteileinrichtung zum Verteilen der Gasströmung versehen
ist.
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Gemäß einem
zwanzigsten Aspekt und Merkmal der Erfindung enthält die Trenneinrichtung zusätzlich zu
dem neunzehnten Aspekt einen Ausstoßanschluss, der mit einer Verteileinrichtung
zum Verteilen der Gasströmung
versehen ist.
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Gemäß einem
einundzwanzigsten Aspekt und Merkmal der Erfindung ist ein Material
vorgesehen, umfassend ein brennbares Gas und ein Oxidiergas, wobei
ein Behälter
mit den betreffenden Gasen unter Heranziehung des Beschickungsverfahrens gemäß irgendeinem
der ersten bis achten Aspekte beschickt wird.
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Gemäß einem
zweiundzwanzigsten Aspekt und Merkmal der Erfindung wird ein Material
bereitgestellt, umfassend ein brennbares Gas und ein Oxidiergas,
die mittels der Beschickungsanordnung gemäß irgendeinem der neunten bis
achtzehnten Aspekte geladen bzw. eingefüllt werden.
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Gemäß einem
dreiundzwanzigsten Aspekt und Merkmal der Erfindung wird das Material,
welche ein brennbares Gas und ein Oxidiergas gemäß einem Aspekt des neunzehnten
Aspekts oder zwanzigsten Aspekts umfasst, für eine Gaserzeugungsvorrichtung
für eine
Airbagvorrichtung verwendet.
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Die
obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen näher ersichtlich
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 veranschaulicht ein System,
welches für
ein Beschickungsverfahren mit einem brennbaren Gas und einem Oxidiergas
verwendet wird, sowie einen Hochdruckbehälter, der mit einer Beschickungsanordnung
für das
brennbare Gas und das Oxidiergas gemäß der vorliegenden Erfindung
versehen ist.
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2A zeigt in einer Seitenschnittansicht
einen wesentlichen Teil einer Trenneinrichtung, die an dem Hochdruckbehälter gemäß einer
ersten Modifikation angebracht ist.
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2B zeigt eine vordere Schnittansicht
der Trenneinrichtung.
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3 zeigt eine Seitenschnittansicht
eines wesentlichen Teiles der an dem Hochdruckbehälter angebrachten
Trenneinrichtung gemäß einer
zweiten Modifikation.
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4 zeigt eine Seitenschnittansicht
eines wesentlichen Teiles der an dem Hochdruckbehälter angebrachten
Trenneinrichtung gemäß einer
dritten Modifikation.
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5A zeigt eine Seitenschnittansicht
eines wesentlichen Teiles der an dem Hochdruckbehälter angebrachten
Trenneinrichtung gemäß einer
vierten Modifikation.
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5B zeigt eine vordere Schnittansicht
der Trenneinrichtung.
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5C zeigt eine vordere Schnittansicht
der mit einer Aufteilungsplatte versehenen Trenneinrichtung.
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6 zeigt eine Seitenschnittansicht
eines Hochdruckbehälters
gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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7 zeigt eine Seitenschnittansicht
eines Hochdruckbehälters
gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt das Gesamtsystem,
welches für ein
Beschickungsverfahren mit einem brennbaren Gas und einem Oxidiergas
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In 1 ist mit einem Bezugszeichen 1 ein Hochdruckbehälter bezeichnet,
mit einem Bezugszeichen 11 ist ein Beschickungsanschluss
des Hochdruckbehälters 1 bezeichnet,
mit einem Bezugszeichen 12 ist ein Dichtungsglied zum Abdichten
des Beschickungsanschlusses 11 bezeichnet, und mit einem
Bezugszeichen 2 ist ein an dem Hochdruckbehälter 1 mittels
Schraubeinrichtungen oder Druckeinrichtungen anzubringender Beschickungsausleger bezeichnet.
Mit einem Bezugszeichen 3 ist ein Dichtungsglied-Betätigungsmechanismus
zum Einschrauben des Dichtungsgliedes 12 in den Beschickungsanschluss 11 mittels
eines Kolbenmechanismus oder eines Schraubmechanismus bezeichnet. Mit
einem Bezugszeichen 4 ist eine ein brennbares Gas enthaltende
Quelle oder eine Gasgemischquelle bezeichnet, die das brennbare
Gas und ein Schutzgas enthält;
mit einem Bezugszeichen 5 ist eine Oxidiergasquelle oder
eine Gasgemischquelle bezeichnet, die ein Oxidiergas und ein Schutzgas
enthält;
mit einem Bezugszeichen 6 ist eine Vakuum- bzw. Unterdruckpumpe
bezeichnet. Mit einem Bezugszeichen 7 ist ein Beschickungspfad
zur Verbindung jeder der Gasquellen 4 und 5, der
Unterdruckpumpe 6 und des Hochdruckbehälters 1 durch den
Beschickungsausleger 23 bezeichnet. Dadurch, dass der Beschickungspfad 7 mit
EIN-AUS-Ventilen 81, 82, 83 und 84 sowie
mit Druckanzeigegeräten 91, 92 und 93 versehen
ist, wird die Beschickungsgeschwindigkeit gesteuert, wenn ein Gas
in den Hochdruckbehälter 1 eingefüllt wird.
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Als
brennbares Gas wird zumindest ein Stoff der Wasserstoff, eine Kohlenwasserstoffgruppe
und eine Alkoholgruppe umfassenden Stoffe verwendet. Als Oxidiergas
wird zumindest ein Stoff der Sauerstoff und ein Halogen umfassenden
Stoffe verwendet. Als Schutzgas wird zumindest ein Gas der Helium,
Stickstoff und Argon umfassenden Gase verwendet. Luft kann als Gasgemisch
des Oxidiergases und des Schutzgases verwendet werden.
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In 1 ist der Hochdruckbehälter mit
einer Beschickungsanordnung für
das brennbare Gas und das Oxidiergas gemäß der Ausführungsform vorliegender Erfindung
versehen. Mit einem Bezugszeichen 15 ist ein bodenseitiges
zylindrisches Aufteilungsglied bezeichnet, welches zur Aufteilung
des Beschickungsanschlusses 11 des Hochdruckbehälters 1 in
eine kleinere Kammer 13, welche den Beschickungsanschluss 11 umgibt,
und in eine größere Kammer 14 dient,
welche die kleinere Kammer 13 umgibt. Das Aufteilungsglied 15 ist
in einem Bereich mit einem Ausstoßanschluss 16 gebildet,
der zumindest ein feines Loch 15h umfasst, durch das die
kleinere Kammer 13 und die größere Kammer 14 miteinander
in Verbindung gebracht sind.
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Anschließend wird
ein Verfahren zum Beschicken des Hochdruckbehälters 1 mit dem brennbaren
Gas und dem Oxidiergas unter Verwendung des oben beschriebenen Systems
und unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Hier wird angenommen, dass Wasserstoff als brennbares Gas verwendet
wird und dass Sauerstoff als Oxidiergas verwendet wird. In 1 ist der Beschickungsausleger 2 an dem
Hochdruckbehälter 1 durch
ein bekanntes Verfahren, wie mittels einer Schraubeinrichtung oder
einer Druckeinrichtung angebracht. In einem Zustand, in welchem
der Hochdruckbehälter 1 und
der Beschickungsausleger 2 miteinander in Verbindung sind, sind
die EIN-AUS-Ventile 82 und 83 geschlossen. Anschließend werden
die EIN-AUS-Ventile 81 und 84 geöffnet. Die
Unterdruck- beziehungsweise Vakuumpumpe 6 wird betätigt, um
im Beschickungspfad 7, dem Beschickungsausleger 2 und
dem Hochdruckbehälter 1 jeweils
einen Unterdruck beziehungsweise ein Vakuum hervorzurufen. Nachdem
der Unterdruck beziehungsweise das Vakuum hervorgerufen ist, wird das
EIN-AUS-Ventil 84 geschlossen, und das EIN-AUS-Ventil 83 wird
geöffnet,
um den Wasserstoff von der das brennbare Gas enthaltenden Quelle 4 durch
den Beschickungsanschluss 11 in den Hochdruckbehälter 1 einzufüllen. Hier
gelangt der Wasserstoff von dem Beschickungsanschluss 11 in
die kleinere Kammer 13, und er wird von dem Ausstoßanschluss 16 in
die größere Kammer 14 des
Hochdruckbehälters 1 gefüllt. Wenn
durch Überwachung mit
dem Druckmessgerät 93 festgestellt
wird, dass ein Druck innerhalb der größeren Kammer 14 einen bestimmten
Druck erreicht, werden beide EIN-AUS-Ventile 81 und 83 geschlossen.
Auf diese Weise wird der Wasserstoff zuerst in den Hochdruckbehälter 1 innerhalb
eines Bereiches mit Ausnahme eines entflammbaren Bereiches eingefüllt. Zu
diesem Zeitpunkt ist der Dichtungsglied-Betätigungsmechanismus 3 noch
nicht betätigt
worden; der Beschickungsanschluss 11 ist durch das Dichtungsglied 12 noch
nicht abgedichtet worden.
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Anschließend wird
das EIN-AUS-Ventil 84 geöffnet, um lediglich in einem
durch die Ventile 81, 82 und 83 festgelegten
Bereich aus dem Gesamtbereich des Beschickungspfades 7 einen
Unterdruck beziehungsweise ein Vakuum durch die Vakuumpumpe 6 hervorzurufen.
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Nachdem
der Unterdruck beziehungsweise das Vakuum hervorgerufen ist, wird
das EIN-AUS-Ventil 84 geschlossen, und die EIN-AUS-Ventile 81 und 82 werden
geöffnet,
um den Sauerstoff von der Oxidiergasquelle 5 in den Hochdruckbehälter 1 einzufüllen. Der
Sauerstoff tritt in die kleinere Kammer 13 von dem Beschickungsanschluss 11 her
ein und wird in die größere Kammer 14 des
Hochdruckbehälters 1 eingeleitet,
während der
Wasserstoff innerhalb der kleinen Kammer 13 ausgestoßen wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist das feine Loch 15h hinreichend
klein, und eine Rückströmung des
Wasserstoffs tritt kaum auf. In der kleineren Kammer 13 ist
der Wasserstoff durch den Sauerstoff ersetzt worden, was bedeutet,
dass der Sauerstoff in einen Bereich mit Ausnahme des entflammbaren
Bereichs eingefüllt
worden ist. Wenn der Druck innerhalb des Hochdruckbehälters 1 einen
bestimmten Druck erreicht, wird der Dichtungsglied-Bestätigungsmechanismus 3 betätigt, um
dem Dichtungsglied 12 zu ermöglichen, den Beschickungsanschluss 11 des
Hochdruckbehälters 1 abzudichten. Danach
wird der Sauerstoff innerhalb des Beschickungsauslegers 2 und
des Beschickungspfades 7 jeweils von einem Atmosphären-Abführungsventil, welches
nicht dargestellt ist, abgeführt,
und der Beschickungsausleger 2 wird abgenommen.
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Um
sicherzustellen, dass das Beschickungsverfahren für das brennbare
Gas und das Oxidiergas sowie die Anordnung des Hochdruckbehälters 1 in
sicheren Zuständen
sind, wurde ein Experiment zum Beschicken beziehungsweise Einfüllen des
Gases nach demselben Beschickungsverfahren unter Verwendung von
Helium anstelle von Wasserstoff durchgeführt, und die Gaszusammensetzung
in der Nähe des
Beschickungsanschlusses 11 des Hochdruckbehälters 1 wurde
gemessen. Unmittelbar nach dem Beschicken wurde von dem Gas innerhalb
der kleineren Kammer 13 des Hochdruckbehälters 1 eine
Probe genommen, und die Zusammensetzung des Heliums wurde unter
Verwendung eines Quadrupol-Massenspektrometers überprüft; es wurde festgestellt, dass
die Dichte 1% oder weniger betrug. Dies heißt, dass unter Berücksichtigung
des obigen Ergebnisses durch den Ersatz des Heliums durch Wasserstoff
bestimmt werden kann, dass die Dichte des Gases in der Nähe des Beschickungsanschlusses 11 geringer ist
als der entflammbare Bereich des Wasserstoffs.
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Daher
befindet sich durch das beschriebene Beschickungsverfahren für das brennbare
Gas und das Oxidiergas die Dichte des Gasgemisches in der Nähe des Beschickungsanschlusses 11 in
einem Bereich, von dem der entflammbare Bereich ausgenommen ist,
und zwar beim Beschickungsschritt zur Beschickung beziehungsweise
zum Einfüllen
des brennbaren Gases und des Oxidiergases. Daher wird sogar dann,
wenn ein Funke oder Wärme
zum Zeitpunkt der Abdichtung beziehungsweise des Verschlusses des
Beschickungsanschlusses 11 erzeugt werden, keine Auswirkung
auf das Gasgemisch hervorgerufen, und ein Nutzen kann sichergestellt
werden.
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Entsprechend
der Beschickungsanordnung zum Einfüllen des brennbaren Gases und
des Oxidiergases, die innerhalb des Hochdruckbehälters angeordnet ist, und zwar
in der Nähe
des Beschickungsanschlusses 11, sind die beiden Gase durch die
kleinere Kammer in der Nähe
des Beschickungsanschlusses 11 voneinander getrennt, und
die Zusammensetzung der Gase wird in einen Bereich gesteuert, von
dem der entflammbare Bereich ausgenommen ist. Daher wird sogar dann,
wenn ein Funke oder Wärme
zum Zeitpunkt der Abdichtung beziehungsweise des Verschließens des
Beschickungsanschlusses 11 erzeugt werden, auf das Gasgemisch keine
Auswirkung hervorgerufen, und ein Nutzen kann sichergestellt werden.
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Obwohl
bei der oben beschriebenen Ausführungsform
die verschiedenen Gase unter der Drucksteuerung eingefüllt werden, sei
darauf hingewiesen, dass die Drucksteuerung durch eine Gewichtssteuerung
oder eine Strömungsratensteuerung
ersetzt werden kann. Bei der obigen Ausführungsform wird das brennbare
Gas zuerst eingefüllt,
und das Oxidiergas wird danach eingefüllt; es gibt indessen keine
besondere Reihenfolge. Ferner kann der Ausführungsform die Schutzgasquelle
hinzugefügt
werden. Auch in einem solchen Fall gibt es keine besondere Reihenfolge,
in der das zuerst eingefüllt
werden sollte. Falls das brennbare Gas zum Schluss eingefüllt wird, ist
es indessen vorzuziehen, ein Vakuum beziehungsweise einen Unterdruck
nach dem Einfüllen des
brennbaren Gases hervorzurufen.
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Ferner
ist es bei jedem der Beschickungsschritte möglich, die Beschickung durchzuführen, während der
Hochdruckbehälter 1 und/oder
der Beschickungsausleger 2 gekühlt werden. Da dieses Verfahren
wirksam ist hinsichtlich der Steuerung einer Wärme, die während jedes der Beschickungsschritte
durch Kompression erzeugt wird, ist es möglich, die Temperatur in dem
Gasgemisch unter die Temperatur einer spontanen Verbrennung zu steuern.
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Obwohl
bei der beschriebenen Ausführungsform
der Beschickungsanschluss 11 durch das Dichtungsglied 12 zum
Schluss abgedichtet wird, kann eine derartige Abdichtung auch zu
jeder Zeit durchgeführt
werden, wenn der Gasbeschickungsschritt ausgeführt wird. In einem solchen
Falle ist es durch Verschließen
des Beschickungsanschlusses 11 unter Verwendung des Dichtungsgliedes 12 möglich, einen Unterdruck
beziehungsweise ein Vakuum nicht nur in dem Beschickungspfad 7 sondern
auch in dem Beschickungsausleger 2 hervorzurufen. Es sei
darauf hingewiesen, dass es bevorzugt wird, einen Unterdruck beziehungsweise
ein Vakuum hervorzurufen, nachdem das Schutzgas eingefüllt ist,
um die Einfüll- bzw.
Beschickungsgenauigkeit bezüglich
des Gases zu verbessern anstatt eine Sicherheit.
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Ein
Verfahren zur Abdichtung beziehungsweise zum Verschließen des
Beschickungsanschlusses 11 unterscheidet sich in Abhängigkeit
davon, welches Element als Dichtungsglied 12 verwendet wird. Genauer
gesagt wird 1) dann, wenn ein Dichtungsstift als Dichtungsglied 12 verwendet
wird, die Dichtung dadurch vorgenommen, dass der Dichtungsstift in
den Beschickungsanschluss 11 zur Anlage gebracht wird,
dass 2) dann, wenn eine Schraube verwendet wird, die Dichtung dadurch
vorgenommen wird, dass die Schraube in den Beschickungsanschluss 11 eingeschraubt
wird, dass 3) in dem Fall, dass eine Kappe verwendet wird, die Dichtung
dadurch vorgenommen wird, dass die Klappe in den Beschickungsanschluss
11 zum Abdichten eingebracht wird, und dass 4) in dem Fall, dass
eine Platte verwendet wird, die Abdichtung durch Anschweißen der Platte
an dem Beschickungsglied 12 durchgeführt wird. Es sei darauf hingewiesen,
dass es bei Verwendung des Stifts, der Schraube oder der Kappe als Dichtungsglied 12 bevorzugt
wird, dass ein derartiges Element einen Teil beziehungsweise Bereich aufweist,
der weich gegenüber
dem Hochdruckbehälter 1 ist.
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Wenn
der Beschickungsanschluss 11 durch das Dichtungsglied 12 abgedichtet
wird beziehungsweise ist, kann in dem Fall, dass der Hochdruckbehälter 1 und/oder
der Dichtungsglied-Betätigungsmechanismus 3 geerdet
wird beziehungsweise werden (nicht dargestellt), eine höhere Sicherheit
gewährleistet
werden.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
ist das Aufteilungsglied 15 als Einrichtung verwendet,
mit der die verschiedenen Gase in der Nähe des Beschickungsanschlusses 11 während jedes
der Beschickungsschritte zum Einfüllen des brennbaren Gases und
des Oxidiergases im Wesentlichen getrennt sind. Das Aufteilungsglied 15 kann
irgendeine beliebige Form annehmen. Eine Form der kleineren Kammer 13 kann
in einer kubischen Form, einer quadratisch-prismatischen Form oder
einer Kugelform ausgebildet sein. Eine bevorzugte Form ist jedoch eine
ohne einen Winkel. Der Grund hierfür liegt darin, dass sich dann,
wenn die Form der kleineren Kammer 13 einen Winkel aufweist,
ein Gas an beziehungsweise in dem winkligen Bereich sammeln kann.
Die Anzahl des Ausstoßanschlusses 16 und
einer axialen Anordnung des betreffenden Anschlusses kann beliebig gewählt werden.
Als Trenneinrichtung können
ferner die folgenden verschiedenen Trenneinrichtungen verwendet
werden.
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2A und 2B zeigen eine erste Modifikation der
Trenneinrichtung. Diese Trenneinrichtung umfasst ein Spiralrohr 151,
dessen eines Ende an dem Beschickungsanschluss 11 innerhalb
des Hochdruckbehälters 1 angebracht
ist. Das Spiralrohr 151 bildet einen Strömungspfad,
der eine hinreichend große
Länge sowie
einen hinreichend kleinen Durchmesser aufweist, um eine Rückströmung des
Gases zu verhindern. Ein eingefülltes
Gas drückt
ein zuerst eingefülltes
Gas aus dem Rohr 151 in die größere Kammer 14 heraus,
wodurch die Zusammensetzung des Gases mittels des Spiralrohres 151 in
der Nähe des
Beschickungsanschlusses 11 in einen Bereich, von dem der
entflammbare Bereich ausgenommen ist, gesteuert ist.
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3 zeigt eine zweite Modifikation
der Trenneinrichtung. Diese Trenneinrichtung ist ein zylindrisches
Rohr 152, dessen eines Ende an dem Beschickungsanschluss 11 innerhalb
des Hochdruckbehälters 1 angebracht
ist. Ein später
eingefülltes
Gas drückt
ein zuerst eingefülltes
Gas aus dem Rohr 152 in die größere Kammer 14 heraus,
wodurch die Zusammensetzung des Gases in der Nähe des Beschickungsanschlusses 11 in
einen Bereich gesteuert ist, von dem der entflammbare Bereich ausgenommen ist.
Bei dieser Modifikation ist das Rohr 152 gerade; das Rohr 152 ist
jedoch mit zumindest einem gebogenen Bereich ausgebildet.
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4 zeigt eine dritte Modifikation
der Trenneinrichtung. Diese Trenneinrichtung umfasst das zylindrische
Rohr 152 gemäß der zweiten
Ausführungsform,
ist jedoch an dessen vorderem Ende beziehungsweise Spitzenende mit
einer Verteileinrichtung 21 versehen. Diese Verteileinrichtung 21 besteht
aus einem Material mit einer Luftdurchlässigkeit, wie aus einem filzartigen
Metall, welches durch Laminieren von gesinterten Metallen oder feinen
Metallfasern gebildet ist.
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Ein
Gas, welches später
eingefüllt
wird, drückt
ein Gas, welches zuerst eingefüllt
ist, aus dem Rohr 152 in die größere Kammer 14 heraus.
Zu diesem Zeitpunkt wird das zuerst eingefüllte Gas in die größere Kammer 14 heraus
gedrückt,
während
es verteilt wird. Diese Anordnung ermöglicht es, die Zusammensetzung
des Gases in der Nähe
des Beschickungsanschlusses 11 in einen Bereich zu steuern, von
dem der entflammbare Bereich ausgenommen ist. Auch bei dieser Modifikation
ist das Rohr 152 mit einem gebogenen Bereich beziehungsweise
Teil gebildet.
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5A und 5B zeigen eine vierte Modifikation der
Trenneinrichtung. Diese Trenneinrichtung umfasst eine Ablenkplatte 153 mit
einer ersten kreisförmigen
Platte 153A, die kontinuierlich an einem Umfang des Beschickungsanschlusses 11 des
Hochdruckbehälters 1 gebildet
ist und die sich zu einem äußeren Umfang
des Beschickungsanschlusses 11 erstreckt, und mit einer
zweiten kreisförmigen
Platte 153B, die so angeordnet ist, dass ein kleiner Zwischenraum
von der ersten kreisförmigen
Platte 153A verbleibt. Die Ablenkplatte 153 bildet
einen Strömungspfad,
um in dem Hochdruckbehälter 1 ein
Gas abzulenken, welches von dem Beschickungsanschluss 11 zum äußeren Umfang
hin strömt
(in Richtung der in 5A und 5B angegebenen Pfeile). Die zweite
kreisförmige
Platte 153B kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Sogar mit bzw.
bei einer solchen zweiten kreisförmigen
Platte 153B drückt
ein später
eingefülltes
Gas ein zuerst eingefülltes
Gas in der Nähe
des Beschickungsanschlusses 11 des Hochdruckbehälters 1 durch
einen Gasströmungspfad
der Ablenkplatte 153 heraus, und infolgedessen sind die
beiden Gase im Wesentlichen voneinander getrennt. Daher ist es möglich, die
Zusammensetzung des Gases in der Nähe des Beschickungsanschlusses 11 in
einen Bereich zu steuern, von dem der entflammbare Bereich ausgenommen
ist.
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Hier
kann, wie in 5C veranschaulicht, eine
gebogene beziehungsweise gekrümmte
Aufteilungsplatte 154 zwischen den beiden kreisförmigen Platten 153A und 153B vorgesehen
sein. Mit dieser Anordnung ist es möglich, dass das Gas strömt, wäh rend es
sich um eine Achse rechtwinklig zur Ebene von 5C dreht, wodurch dem Gas ermöglicht ist, in
dem Hochdruckbehälter 1 schnell
verteilt zu werden.
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Bei
jeder der Trenneinrichtungen des Hochdruckbehälters 1 kann jeder
der Strömungspfade, durch
die das Gas tritt, mit einer Einrichtung zur Verengung des Strömungspfades
oder mit einem Absperrventil versehen sein, um die Rückströmung des Gases
zu verhindern. Mit einer derartigen Anordnung kann die Rückströmung des
Gases zuverlässiger verhindert
werden, und die Gase können
außerdem zuverlässiger getrennt
werden. Ferner kann der Ausstoßanschluss 16,
abgesehen von jenem bei der dritten Modifikation, mit der in 4 dargestellten Verteileinrichtung
versehen sein.
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Anschließend wird
ein Mischschritt zum Mischen der verschiedenen eingefüllten Gase
innerhalb des Hochdruckbehälters 1 beschrieben.
Es wird angenommen, dass der Hochdruckbehälter 1 in eine Vielzahl
von Regionen beziehungsweise Zonen unterteilt ist und dass ein Mischungsverhältnis der
Gase in jedem Bereich innerhalb der Region und außerdem in
jeden Regionen gleichmäßig sein
sollte. 6 zeigt einen
Hochdruckbehälter 31,
der in zwei Regionen aufgeteilt ist. Jegliches Element, welches dasselbe
ist wie jenes, das in 1 dargestellt
ist, trägt
dasselbe Bezugszeichen. Der Hochdruckbehälter 31 ist in eine
erste Region beziehungsweise Zone 32 und in eine zweite
Region beziehungsweise Zone 33 aufgeteilt; beide Regionen
stehen durch eine Entlüftungsöffnung 34 miteinander
in Verbindung. Es wird hier angenommen, dass ein zuerst einzufüllendes
Gas Wasserstoff ist und dass ein später einzufüllendes Gas Sauerstoff ist.
Obwohl irgendeine Trenneinrichtung, wie sie oben beschrieben worden
ist, verwendet werden kann, zeigt 6 ein
Beispiel, bei dem das Aufteilungsglied 15 als Trenneinrichtung verwendet
wird. Da der Sauerstoff so eingefüllt wird, dass er den Wasserstoff
herausdrückt,
ist zu dem Zeitpunkt, unmittelbar nachdem beide Gase eingefüllt sind,
der Wasserstoff in der Zusammensetzung in der ersten Region 32 stärker, und
der Sau erstoff ist in der Zusammensetzung in der zweiten Region 33 stärker. Da
die beiden Regionen miteinander in Verbindung stehen, wird das Mischungsverhältnis von Gasen
in beiden Regionen indessen nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne
gleich sein.
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Wie
oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
Gase in den Hochdruckbehälter
einzufüllen,
der in eine Vielzahl von Regionen beziehungsweise Zonen aufgeteilt
ist. Bei einem solchen Hochdruckbehälter wird jedoch eine Zeitspanne
länger,
die erforderlich ist, das Mischungsverhältnis der Gase zu vergleichsmäßigen, und
zwar im Vergleich zu einem Hochdruckbehälter mit einer einzigen Zone.
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7 zeigt einen Hochdruckbehälter 31,
der so ausgelegt ist, dass er die Zeitpanne verkürzt, welche zur Vergleichmäßigung des
Mischungsverhältnisses
der Gase erforderlich ist. Mit einem Bezugszeichen 41 ist
ein Rohr bezeichnet, dessen eines Ende an dem Beschickungsanschluss 11 angebracht ist.
Das Rohr 41 ist an seinem anderen Ende mit Ausstoßanschlüssen 42 und 43 versehen,
die Öffnungen sind.
Mit Hilfe dieser Anordnung kann mit Rücksicht darauf, dass Gase in
die ersten und zweiten Regionen beziehungsweise Zonen 32 und 33 gleichmäßig eingefüllt werden
können,
das Mischungsverhältnis der
Gase in den beiden Regionen beziehungsweise Zonen im Wesentlichen
einander gleich gemacht werden. Ferner kann in der Nähe des Beschickungsbereiches 11 mit
Rücksicht
darauf, dass das später eingefüllte Gas
das zuerst eingefüllte
Gas herausdrückt,
die Gaszusammensetzung so festgelegt werden, dass sie außerhalb
des entflammbaren Bereiches liegt. Die Ausstoßanschlüsse 42 und 43 wirken außerdem als
Entlüftungsöffnungen.
Ein Durchmesser, eine Anbringungsposition und eine Ausrichtung einer
Achse jedes der Ausstoßanschlüsse 42 und 43 können beliebig
gewählt
werden.
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Ferner
ist es auch wirksam, die Trenneinrichtung mit einer zusätzlichen
Einrichtung zu versehen, um die Vermischung der Gase zu fördern. Der
in 2 dargestellte Hochdruckbehälter verwendet
ein Spiralrohr 151, und daher strömt das von dem Ausstoßanschluss 16 ausgestoßene Gas
spiralförmig (wie
durch die Pfeile veranschaulicht), was die Vermischung der Gase
innerhalb des Hochdruckbehälters 1 fördert. 4 zeigt den Ausstoßanschluss 16,
der mit der Verteileinrichtung 21 versehen ist, die aus
einem porösen
Material hergestellt ist, welches eine Luftdurchlässigkeit
aufweist, wie ein gesintertes Material. 5C zeigt eine Einrichtung zur Ab- bzw. Umlenkung
eines Gasstromes, der von der Trenneinrichtung 153 abgegeben
wird, in dem Hochdruckbehälter 1.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
und bei sämtlichen
Modifikationen ist der Beschickungsanschluss auf einer Mittelachse
des Hochdruckbehälters
angeordnet. Der Beschickungsanschluss kann jedoch an einer von der
Mittelachse abweichenden Position oder an einer Position auf einer
Achse angeordnet sein, welche die Längsachse des Hochdruckbehälters schneidet.
Ferner können eine
Anzahl der Ausstoßanschlüsse der
Trenneinrichtung, die Ausrichtung der Achse des Ausstoßanschlusses
und eine Form des betreffenden Anschlusses beliebig gewählt werden.
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Das
oben beschriebene Beschickungsverfahren, die oben beschriebene Beschickungsanordnung
und das oben beschriebene Material, das einzufüllen ist beziehungsweise mit
dem eine Beschickung erfolgt, können
jeweils auch bei einem Hochdruckbehälter angewandt werden, der
in einer Gaserzeugungsvorrichtung für eine Airbagvorrichtung vorgesehen
ist, wie dies im Abschnitt der "Beschreibung
der bekannten Technik" beschrieben
ist, wobei auch derselbe Effekt hervorgerufen wird.
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Es
dürfte
einzusehen sein, dass die Erfindung auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
nicht beschränkt
ist und dass verschiedene Modifikationen und Gestaltungen ohne Abweichung vom
Erfindungsgedanken vorgenommen werden können, wie er in den Patentansprüchen festgelegt ist.