DE69730467T2 - Verfahren und Struktur zur Beschickung von brennbarem und oxydierendem Gas und so beschicktes Material - Google Patents

Verfahren und Struktur zur Beschickung von brennbarem und oxydierendem Gas und so beschicktes Material Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die unabhängigen Ansprüche umfassen weitere Ausbildungen der Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß einem siebten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich zu dem ersten Aspekt ferner einen Kühlschritt zum Abkühlen des Behälters.
  • Gemäß einem achten Aspekt und Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner einen Erdungsschritt zur Erdung des Behälters.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß einem achtzehnten Aspekt und Merkmal der Erfindung enthält das Dichtungsglied zusätzlich zu dem siebzehnten Merkmal einen Teil, der weicher ist als der Behälter.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 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.
  • 2A zeigt in einer Seitenschnittansicht einen wesentlichen Teil einer Trenneinrichtung, die an dem Hochdruckbehälter gemäß einer ersten Modifikation angebracht ist.
  • 2B zeigt eine vordere Schnittansicht der Trenneinrichtung.
  • 3 zeigt eine Seitenschnittansicht eines wesentlichen Teiles der an dem Hochdruckbehälter angebrachten Trenneinrichtung gemäß einer zweiten Modifikation.
  • 4 zeigt eine Seitenschnittansicht eines wesentlichen Teiles der an dem Hochdruckbehälter angebrachten Trenneinrichtung gemäß einer dritten Modifikation.
  • 5A zeigt eine Seitenschnittansicht eines wesentlichen Teiles der an dem Hochdruckbehälter angebrachten Trenneinrichtung gemäß einer vierten Modifikation.
  • 5B zeigt eine vordere Schnittansicht der Trenneinrichtung.
  • 5C zeigt eine vordere Schnittansicht der mit einer Aufteilungsplatte versehenen Trenneinrichtung.
  • 6 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Hochdruckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • 7 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Hochdruckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Beschickungsanordnung für ein brennbares Gas und ein Oxidiergas mit einem Hochdruckbehälter (1), der mit zumindest einem der Gase zu beschicken ist, mit einen Beschickungsanschluss (11), durch den der betreffende Hochdruckbehälter (1) mit den genannten Gasen beschickt wird, mit einem Dichtungsglied (12) zur Abdichtung des genannten Beschickungsanschlusses (11) und mit einer Trenneinrichtung (15) zum Trennen des brennbaren Gases und des Oxidiergases in der Nähe des Beschickungsanschlusses (11) während einer bestimmten Zeitspanne, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (15) ein Aufteilungsglied (15) aufweist, welches den Hochdruckbehälter (1) in eine den genannten Beschickungsanschluss (11) umgebende kleinere Kammer (13) und in eine die betreffende kleinere Kammer (13) umgebende größere Kammer (14) aufteilt und welches zumindest ein feines Loch (15h) enthält, mit dessen Hilfe die betreffenden kleineren und größeren Kammern (13, 14) in Verbindung miteinander gebracht sind.
  2. Beschickungsanordnung für ein brennbares Gas und ein Oxidiergas nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der genannten Trenneinrichtung (15, 151, 152, 153, 153A, 153B, 154) mit einer Drosselungseinrichtung zur Drosselung einer Strömung des Gases versehen ist.
  3. Beschickungsanordnung für ein brennbares Gas und ein Oxidiergas nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Teil der genannten Trenneinrichtung (15, 151, 152) mit einem Absperr ventil zur Verhinderung einer Rückströmung des Gases versehen ist.
  4. Beschickungsanordnung für ein brennbares Gas und ein Oxidiergas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das genannte Dichtungsglied (12) für den Beschickungsanschluss (11) irgendein Element aus einen Stift, eine Kappe oder eine Platte umfassenden Elementen ist.
  5. Beschickungsanordnung für ein brennbares Gas und ein Oxidiergas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das genannte Dichtungsglied (12) einen Teil enthält, der weicher ist als der genannte Hochdruckbehälter (1).
  6. Beschickungsanordnung für ein brennbares Gas und ein Oxidiergas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die genannte Trenneinrichtung (15, 151, 152, 153, 153A, 153B, 154) einen Ausstoßanschluss (16, 42, 43) enthält, der mit einer Verteileinrichtung (21) zum Verteilen der Gasströmung versehen ist.
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