IT202000003683A1 - Flangia per un serbatoio per idrogeno ad alta pressione - Google Patents

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tank
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Michele Bonetti
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Misal S R L
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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione si colloca nel settore dei componenti per autoveicoli a trazione elettrica, ed in particolare nel settore dei componenti per gli impianti di alimentazione idrogeno a celle a combustibile (fuel cells), installate a bordo del veicolo per la produzione di energia elettrica per l?autotrazione.
Tali impianti prevedono un serbatoio idrogeno in cui il gas ? stipato ad elevata pressione; il serbatoio, che ha generalmente forma di bombola, ? provvisto di una o due flange (in gergo denominate ?boss?), una a ciascuna estremit?. Ad una di tali flange ? applicata una valvola multifunzione (talvolta denominata OTV ? On Tank Valve ? oppure GHV ? Gas Handling Valve).
Tale valvola regola, ad esempio, l?immissione di gas nel serbatoio per il rifornimento e la fuoriuscita verso i gruppi utilizzatori e prevede, solitamente, alcuni sistemi di sicurezza. Ad esempio, ? usuale che tale valvola sia provvista di un sistema di sicurezza termica che provvede alla fuoriuscita repentina del gas quando la temperatura del serbatoio o di una regione circostante supera un valore soglia.
La progettazione e la produzione di tale valvola ? piuttosto complicata, poich? integra in un solo componente pi? funzioni, mantenendo ingombri molto ridotti, tali da consentirne l?applicazione alla flangia del serbatoio.
Scopo della presente invenzione ? quello di realizzare una flangia per serbatoio idrogeno che consenta di migliorare tali condizioni. A tale scopo, come sar? evidente dalla descrizione di seguito riportata, una flangia secondo la presente invenzione integra un dispositivo sicurezza termica, cos? che la valvola OTV, da applicare alla stessa flangia o all?altra flangia del serbatoio, abbia una configurazione semplificata.
Tale scopo ? raggiunto da una flangia realizzata secondo la rivendicazione 1. Le rivendicazioni dipendenti individuano ulteriori vantaggiose forme di realizzazione dell?invenzione.
Le caratteristiche ed i vantaggi della flangia secondo la presente invenzione saranno evidenti dalla descrizione di seguito riportata, data a titolo esemplificativo e non limitativo, in accordo con le figure delle tavole allegate, in cui:
- la figura 1 mostra un serbatoio provvisto di due corpi flangia secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 2 rappresenta un gruppo flangia secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
- le figure 3a e 3b illustrano sezioni a parti separate del gruppo flangia della figura 2;
- le figure 4a e 4b raffigurano sezioni del gruppo flangia della figura 2;
- la figura 5 mostra il gruppo flangia della presente invenzione, secondo una variante di realizzazione.
Con riferimento alle figure delle tavole allegate, con 1 si ? complessivamente indicato un serbatoio per lo stoccaggio di idrogeno ad alta pressione, destinato all?installazione a bordo di un veicolo, ad esempio un autoveicolo, un autobus o un veicolo commerciale per il trasporto di merci. Ad esempio, il serbatoio ? adatto a stoccare l?idrogeno a pressioni di 350 bar o 700 bar o anche maggiori.
Secondo una forma di realizzazione, il serbatoio 1 comprende una parete serbatoio 2, che delimita un vano serbatoio 4, provvisto di una prima bocca serbatoio 6 e, preferibilmente, di una seconda bocca serbatoio 8.
Il serbatoio 1 comprende inoltre almeno un gruppo flangia 10, applicato a tenuta d almeno una di dette bocche serbatoio 6, 8.
Secondo una variante di realizzazione, il serbatoio 1 prevede due bocche serbatoio 6, 8 e un solo gruppo flangia 10 applicato ad una di dette bocche serbatoio 6, 8; all?altra bocca serbatoio 8, 6 ? invece applicato un tappo (non rappresentato).
Il gruppo flangia 10 comprende un corpo flangia 12, un dispositivo sicurezza termica 14 e, preferibilmente, un gruppo collare 16.
Il corpo flangia 12, preferibilmente in un unico pezzo, ad esempio in alluminio, si estende lungo un asse corpo X, fra un?estremit? interna 12a, rivolta verso il vano serbatoio 4, e un?estremit? esterna 12b, rivolta verso l?ambiente esterno.
Il corpo flangia 12 comprende una porzione collegamento 18 per il collegamento alla bocca serbatoio 6, 8 del serbatoio 1. Ad esempio, la porzione collegamento 18 presenta una parete collegamento 20, assialsimmetrica, preferibilmente troncoconica, e una cava 22 affiancata alla parete collegamento, per l?alloggiamento di fasci di fibre utilizzati per l?avvolgimento della parete serbatoio 2.
Il corpo flangia 12 comprende inoltre una porzione funzionale 24, attigua alla porzione collegamento 18 e costituita da una parete che, applicato il corpo flangia 12 al serbatoio 1, affiora esternamente alla bocca serbatoio 6, 8.
Preferibilmente, la porzione funzionale 24 presenta due sedi tenuta 26, 28 anulari, distanziate assialmente; dette sedi tenuta 26, 28 alloggiano ciascuna un O-ring 26a, 28a adatti a realizzare una tenuta alla fuoriuscita dell?idrogeno in pressione.
Preferibilmente, inoltre, la porzione funzionale 24 presenta una filettatura 30, in corrispondenza dell?estremit? esterna 12b.
Il corpo flangia 12 presenta un condotto principale adatto a porre in comunicazione il vano interno 4 del serbatoio 1 con l?ambiente esterno. Ad esempio, il condotto principale presenta un primo tratto 32, avente estensione lungo un asse primo tratto, a partire dall?estremit? interna 12a con una luce interna 32a, ed un secondo tratto 34, avente estensione lungo un asse secondo tratto, collegato al primo tratto 32 e affiorante all?esterno con una luce esterna 34b posta sulla porzione funzionale 24.
Preferibilmente, detta luce esterna 34b ? disposta fra le sedi tenuta 26, 28 della porzione funzionale 24.
Ad esempio, il primo tratto 32 ? posto lungo l?asse centrale del corpo flangia 12, mentre il secondo tratto 34 intercetta il primo tratto 32 ed ? inclinato rispetto a detto asse centrale.
Secondo una forma di realizzazione, il primo tratto 32 presenta una sezione tenuta 32b avente un primo diametro, ed una sezione transito 32c, collegata con il secondo tratto 34, avente un secondo diametro, maggiore del primo diametro della sezione tenuta 32b.
Inoltre, preferibilmente, il corpo flangia 12 presenta una sede montaggio 36 che si estende dal primo tratto 32 lungo l?asse primo tratto, ad esempio l?asse centrale, e sbocca all?esterno sull?estremit? esterna 12b.
La sede montaggio 36 comprende, di preferenza, un risalto 38 anulare sporgente radialmente internamente, adatto a realizzare una guida per lo scorrimento di un pistone, disposto ad esempio in modo da delimitare assialmente la sezione transito 32c.
Inoltre, preferibilmente, la sede montaggio 36 presenta una sede tenuta 36a ove ? alloggiato un O-ring 40 adatto a realizzare una tenuta alla fuga di gas.
Infine, preferibilmente, la sede montaggio 36 comprende una sezione filettata 42.
Il dispositivo sicurezza termica 14 ? alloggiato nel corpo flangia 12 e opera nel condotto principale in modo che:
- in una prima configurazione o configurazione di riposo, impedisce il passaggio di idrogeno dal primo tratto 32 al secondo tratto 34, e
- in una seconda configurazione o configurazione attiva, realizza un passaggio fra il primo tratto 32 ed il secondo tratto 34, in modo da consentire il transito dell?idrogeno verso l?ambiente esterno.
Detto dispositivo sicurezza termica ? sensibile alla temperatura ed ? adatto a passare dalla configurazione di riposo alla configurazione attiva quando una temperatura di riferimento supera un predefinito valore soglia.
Ad esempio, il dispositivo sicurezza termica 14 comprende
- un pistone 50 avente una porzione funzionale 52 scorrevole a tenuta nella sezione tenuta 32b del primo tratto 32;
- un componente sensibile alla temperatura 54, ad esempio un bulbo, tarato per cedere, ad esempio andando incontro a rottura, quando la temperatura di riferimento supera il valore soglia predefinito; il componente 54 ? disposto a riscontro del pistone 50, da parte opposta alla porzione funzionale 52;
- un riscontro fisso 56, fissato al corpo flangia 12 in modo da mantenere il componente 54 a riscontro con il pistone 50; ad esempio, il riscontro fisso 56 ? avvitato alla sezione filettata 42 della sede montaggio 36 del corpo flangia 12.
Durante il normale utilizzo del serbatoio, nella configurazione di riposo del dispositivo sicurezza termica 14, l?idrogeno ? stoccato nel vano interno 4 ad alta pressione, ad esempio a 700 bar.
La pressione del gas, attraverso la luce interna 32a e la sezione tenuta 32b del primo tratto 32, insiste su un?area della porzione funzionale 52 del pistone 50, realizzando un?azione che tende a far fuoriuscire il pistone dalla sede montaggio 36. Tuttavia, il componente 54, che ? integro o resistente, poich? la temperatura di riferimento ? al di sotto del valore soglia, ? a riscontro del pistone 50 e del riscontro fisso 56, e si oppone alla traslazione del pistone 50.
Quando la temperatura di riferimento supera il valore soglia, il dispositivo sicurezza termica 14 passa nella configurazione attiva, in cui il componente 54 ? cedevole o rotto. In tale circostanza, l?azione della pressione del gas agente sul pistone 50 provoca la traslazione di detto pistone 50; la traslazione del pistone 50 realizza un passaggio fra la sezione tenuta 32b e la sezione transito 32c, cos? che il gas transita nel secondo tratto 34 del condotto principale e fuoriesce dalla luce esterna 34b.
Il gruppo collare 16 del gruppo flangia 10 ? adatto a direzionare il flusso di gas in uscita dalla luce esterna 34b.
Ad esempio, il gruppo collare 16 comprende un collare 60 costituito da una parete anulare avente internamente una scanalatura 62 anulare, ribassata radialmente rispetto a due superfici tenuta 64a, 64b che la affiancano assialmente.
Il collare 60 comprende inoltre un ugello 66 avente un passaggio uscita 68 verso l?ambiente esterno, in comunicazione con la scanalatura 62.
Il collare 60 ? calzato sulla porzione funzionale 24 del corpo flangia 12, in maniera orientabile; la scanalatura 62 ? cos? posta in corrispondenza della luce esterna 34b, mentre le superfici tenuta 64a, 64b si attestano a tenuta con gli O-ring 26a, 26b.
Il gruppo collare 16 comprende inoltre un anello 70, avvitabile all?estremit? esterna 12b del corpo flangia 12 per il bloccaggio del collare 60.
Secondo una variante di realizzazione, il primo tratto del condotto principale e la sede montaggio per il dispositivo sicurezza termica sono realizzati in posizione disassata rispetto all?asse centrale del corpo flangia.
Secondo una ulteriore variante di realizzazione, il corpo flangia prevede un ulteriore foro passante, per l?applicazione anche di una valvola multifunzione per la gestione del rifornimento e dell?erogazione del gas (valvola OTV).
Secondo una variante di realizzazione ancora ulteriore, una prima flangia prevede solo un foro passante per l?applicazione di una valvola multifunzione per la gestione del rifornimento del gas e dell?erogazione (valvola OTV), mentre un altro corpo flangia ? realizzato secondo quanto sopra descritto.
Secondo una variante di realizzazione (figura 5), il corpo flangia prevede un foro passante nel quale ? inseribile un corpo cartuccia 100 avente un condotto principale ed una sede montaggio come sopra descritti, nella quale ? alloggiato il dispositivo sicurezza termica. In tale variante, una sezione 34? del secondo tratto 34 ? realizzata nel corpo cartuccia 100 e una sezione rimanente 34?? nel corpo flangia 12.
Innovativamente, il gruppo flangia secondo la presente invenzione prevede un dispositivo sicurezza termica, cos? che la valvola multifunzione possa essere progettata senza tale dispositivo di sicurezza, rendendola pi? semplice nella progettazione e nella realizzazione.
E? chiaro che un tecnico del settore, al fine di soddisfare esigenze contingenti, potrebbe apportare modifiche al gruppo flangia sopra descritto, tutte contenute nell?ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims (13)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo flangia (10) applicabile ad una bocca serbatoio (6,8) di un serbatoio per idrogeno ad alta pressione, comprendente un corpo flangia (12) e un dispositivo sicurezza termica (14) tarato ad un predefinito valore soglia di una temperatura di riferimento, in cui il corpo flangia (12) presenta un condotto principale (32,34) configurato per porre in comunicazione un vano serbatoio (4) del serbatoio (1) con l?ambiente esterno al serbatoio (1) e il dispositivo sicurezza termica (14) ? almeno parzialmente alloggiato in detto condotto principale, cos? che - in una configurazione di riposo, in cui la temperatura di riferimento ? minore del predefinito valore soglia, detto dispositivo sicurezza termica intercetta il condotto principale e impedisce il transito del gas verso l?ambiente esterno; - in una configurazione di attivazione, in cui la temperatura di riferimento ? maggiore del predefinito valore soglia, il dispositivo sicurezza termica (14) realizza un passaggio nel condotto principale (32,34) per il transito del gas verso l?ambiente esterno.
  2. 2. Gruppo flangia (10) secondo la rivendicazione 1, in cui il condotto principale (32,34) presenta un primo tratto (32) che parte da un?estremit? interna (12a) del corpo flangia (12) con una luce interna (32a), ed un secondo tratto (34), collegato al primo tratto (32) e affiorante all?esterno con una luce esterna (34b) posta su una porzione funzionale (24) del corpo flangia (12).
  3. 3. Gruppo flangia secondo la rivendicazione 2, in cui la porzione funzionale (24) presenta due sedi tenuta (26, 28) anulari, distanziate assialmente, in cui alloggiano rispettivi O-ring (26a,28a) e in cui detta luce esterna (34b) ? disposta fra le sedi tenuta (26,28).
  4. 4. Gruppo flangia secondo la rivendicazione 3, comprendente un gruppo collare (16) applicabile al corpo flangia (12), comprendente un collare (60) calzabile sulla porzione funzionale (24) in maniera orientabile, provvista di una scanalatura (62) che intercetta la luce esterna (34b) e di un ugello (66) munito di un passaggio uscita (68) verso l?ambiente esterno.
  5. 5. Gruppo flangia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo tratto (32) si estende lungo un asse primo tratto e il secondo tratto (34) si estende lungo un asse secondo tratto, incidente all?asse primo tratto.
  6. 6. Gruppo flangia secondo la rivendicazione 5, in cui il primo tratto (32) comprende una sezione tenuta (32b) avente un primo diametro e una sezione transito (32c) avente un secondo diametro, in cui il secondo diametro ? maggiore del primo diametro.
  7. 7. Gruppo flangia secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il corpo flangia (12) presenta una sede montaggio (36) che si estende lungo detto asse primo tratto fino a sfociare nell?ambiente esterno.
  8. 8. Gruppo flangia secondo la rivendicazione 7, in cui il dispositivo sicurezza termica (14) comprende: - un pistone (50) avente una porzione funzionale (52) scorrevole a tenuta nella sezione tenuta (32b) del primo tratto (32); - un componente sensibile alla temperatura (54), tarato per cedere quando la temperatura di riferimento supera il valore soglia predefinito, detto componente (54) essendo disposto a riscontro del pistone (50), da parte opposta alla porzione funzionale (52); - un riscontro fisso (56), fissato al corpo flangia (12) in modo da mantenere il componente (54) a riscontro del pistone (50).
  9. 9. Gruppo flangia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui: - il primo tratto (32) del condotto principale e la sede montaggio (36) sono ricavate in un corpo cartuccia estraibile, inseribile in un foro passante del corpo flangia (12); - il secondo tratto (34) del condotto principale ? almeno parzialmente realizzato nel corpo flangia (12).
  10. 10. Gruppo flangia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo flangia (12) comprende una porzione collegamento (18) per il collegamento alla bocca serbatoio (6,8) del serbatoio (1), comprendente una parete collegamento (20) e una cava (22) affiancata alla parete collegamento (20).
  11. 11. Serbatoio (1) per lo stoccaggio di idrogeno ad alta pressione a bordo di veicoli, comprendente: - una prima bocca (6); e - un gruppo flangia (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, applicato alla prima bocca (6).
  12. 12. Serbatoio secondo la rivendicazione 11, in cui il corpo flangia (12) del gruppo flangia (10) presenta un ulteriore foro passante per l?applicazione di una valvola multifunzione.
  13. 13. Serbatoio secondo la rivendicazione 11, comprendente: - una seconda bocca (8); e - una flangia per l?applicazione di una valvola multifunzione, applicata alla seconda bocca (8).
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