JP2023543955A - 圧力リリーフ装置 - Google Patents

Abstract

バッテリと共に使用され得るような圧力リリーフ装置が開示される。一実施形態によれば、圧力リリーフ装置は、支持ストリップによって支持されるポリマー又は可撓性グラファイト膜であり得る圧力保持膜を含み得る。圧力保持膜における所定の圧力に応じて、支持ストリップを変形させ、圧力保持膜を開口することを可能にし得る。圧力保持膜は、開口領域を規定するため、及び／又は膜が開口し得る圧力状況を決定するために、１つ又は複数の脆弱ラインを含み得る。膜を開口させるために、１つ又は複数の応力印加装置又は穿孔機構を備え得る。

Description

本開示は、圧力リリーフ装置の分野に指向される。さらに詳細には、本開示は、爆発中に又は所定の圧力差に応じて開口し、損傷を軽減するように設計された再閉鎖不可能である圧力保持膜に関する。さらに、本開示は、自動車、他のｅ－モビリティ、及びリチウムイオンバッテリ装置などの非可動バッテリ装置に圧力軽減を提供するために使用され得るような膜に関する。

電気自動車は、電力を供給するためにバッテリ装置に依存する。一般的に、そのようなバッテリ装置は、バッテリパックの構成に配置される数個のバッテリセルを含む。安全性及び他の理由のため、バッテリパック及び／又は個々のバッテリセルは、内圧を軽減して制御されていないバッテリ又はバッテリパックの破損を回避するように設定される圧力リリーフ機構を備え得る。

自動車用バッテリのための１つの従来の圧力リリーフ機構は、ねじ付き再閉鎖可能であるスプリング式安全バルブアセンブリの形態をとる。そのようなアセンブリは、多数の欠点がある。例えば、そのようなアセンブリは、特に動作温度の変化に応じて、漏れる又は不正確な応答圧力を提供する場合がある。このようなバルブアセンブリはまた、比較的遅い応答時間を有し、動作中に望ましくなく低い流量を提供し得る。さらに、そのようなアセンブリは、内部のバッテリ圧力が低下した後に正確に元の位置に戻ることが困難である。その結果、従来のバッテリ安全バルブアセンブリは、繰り返しバルブ作動の後に良好なシールを維持することができない。従って、従来のバッテリ安全バルブは、電気自動車に一般的に使用されるリチウムバッテリパックと使用される場合にいくつかの欠点がある。

ポップアップ式バルブアセンブリの代替として、リチウムバッテリパックのための他の従来の圧力リリーフ機構は、破壊可能であるプラスチック膜の圧力リリーフ装置を使用し、それは、プラスチック膜の融点を超える温度（一般的に２００℃以上）に応答して開口するように設計されている。その従来の設計は、バッテリ筐体内の初期圧力応答から、通常環境動作条件を超えて高められた温度が達せられると、開口して高温バッテリガスが流れるようになるまでの時間を必要とする。別の従来の設計は、圧力が高くなるにつれて（引っ張って）膨らみ、ピンホールタイプの開口を与えるバッテリの外側の少なくとも１つの穿孔点に当たるように設計された平坦なプラスチックフィルムの形をした膜を含み得る。時間と共に、その開口は、バッテリから高温ガスが届くにつれて溶融することによって拡大する。しかしながら、プラスチック膜が溶融するのを待っている間、バッテリパック内の圧力は上昇し、特に低温周囲温度条件下では、従来の単純なプラスチック膜の引張強度を大きく上昇させ、安全性の課題を提示し得る。

前記欠点に加えて、従来の引張負荷がかけられた圧力リリーフ装置の作動圧力は、装置のプラスチックフィルムを形成する材料の強度によって決定される。しかしながら、作動圧力を決定するために材料強度に依存することは、特に広い周囲温度範囲（－４０°Ｆ／－４０℃から＋１５０°Ｆ／＋６５℃など）に亘ってプラスチックで起こる機械特性の大きな変化のため、またバッテリ用途において一般的である小さな公称寸法のため、高程度の不正確及び不明確を引き起こす。加えて、小さい公称寸法の圧力リリーフ機構は、作動後に小さい開口領域を提供し、それは圧力の解放を望ましくなく妨げる場合がある。

前記のことを考慮して、低圧の自動車、ｅ－モビリティ、及び静止バッテリの用途において使用するのに適した改善された圧力リリーフ装置の必要性が存在する。さらに、そのような装置が、従来の装置によって達成され得るよりも、より大きくより即時の開口を用いて、より迅速に圧力をベント（vent）する必要性が存在する。また、高容量の自動車及びｅ－モビリティ用途の設置条件を満たすことができる改善された圧力リリーフ装置が必要である。本開示は、これらの必要性の１つ又は複数を満たす及び／又は他の利点を提供する。

本明細書において具体化され広く説明されるように、前記又は他の利点の１つ又は複数を達成するために、本開示は、圧力保持膜を有する圧力リリーフ装置に指向される。支持ストリップは、前記膜の表面に隣接して配置されてもよく、支持ストリップは、前記膜が加圧可能容積（pressurizable volume）から圧力を受けるときに前記膜を支持するように構成される。支持ストリップは、前記膜に作用する所定の圧力に応じて変形することによって作動するように構成されてもよく、前記膜は、アーチ形の支持ストリップが変形したときに応力印加装置に接触するように構成されてもよい。

本開示はさらに、圧力リリーフ装置であって、入口ハウジングと、少なくとも１つの支持ストリップを有する支持リングと、入口ハウジングと支持リングの間にシールされた可撓性グラファイト膜とを有し、少なくとも１つの支持ストリップが可撓性グラファイト膜のための構造的支持を提供する、圧力リリーフ装置に指向される。可撓性グラファイト膜は、脆弱ラインを備えてもよい。

別の態様において、本開示はまた、ハウジングと、穿孔機構と、支持ストリップを有する支持部材とを有する圧力リリーフ装置に指向される。穿孔機構は、ハウジングと支持部材との間に保持され得る。膜は、支持部材と保護層との間に保持されてもよく、支持ストリップは、膜を介して支持ストリップに与えられる所定の圧力に応じて破損（fail）するように構成されてもよい。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示のいくつかの実施形態を示し、説明とともに本開示の原理を説明するのに役立つ。

圧力リリーフ装置の一実施形態の断面図を示す。 図１Ａに示された実施形態における図１Ａの図に垂直な別の断面図を示す。 図１Ａ及び図１Ｂに示される実施形態の分解部品図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の斜視図を示す。 図２Ａの実施形態の別の斜視図を示し、透明な圧力保持膜をさらに表す。 図２Ａ－図２Ｂの実施形態の別の斜視図を示し、不透明な圧力保持膜をさらに表す。 図２Ｃの実施形態の底面斜視図を示す。 図２Ａ－図２Ｄに表された圧力リリーフ装置の分解部品図を示す。 圧力リリーフ装置の一実施形態の分解図を示す。 圧力リリーフ装置の一実施形態の分解図を示す。 図３Ａ－図３Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの上面図を示す。 図３Ａ－図３Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの前面図を示す。 図３Ａ－図３Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの底面図を示す。 図３Ａ－図３Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの側面図を示す。 図３Ａ－図３Ｂに表された実施形態の代替構成の分解部品図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の分解図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の分解図を示す。 図４Ａ－図４Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの上面図を示す。 図４Ａ－図４Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの前面図を示す。 図４Ａ－図４Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの底面図を示す。 図４Ａ－図４Ｂの組み立てられた圧力リリーフ装置のハウジングの側面図を示す。 図４Ａ－図４Ｂに表された実施形態の代替構成の分解部品図を示す。 図４Ａ－図４Ｂに表された実施形態の代替構成の分解部品図を示す。 一実施形態の上面斜視図を示す。 図５Ａの実施形態の底面斜視図を示す。 図５Ａの実施形態の断面図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態を表す。 図６Ａの実施形態の断面図を表す。 図６Ａの実施形態の断面図を表す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態を表す。 図７Ａの実施形態の断面図を表す。 一実施形態によるハウジング、穿孔機構及び支持ストリップの斜視図を表す。 別の実施形態によるハウジング及び穿孔機構の斜視図を示す。 脆弱ラインを有する膜の一実施形態を示す。 脆弱ラインを有する膜の別の実施形態を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の斜視図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の斜視図を示す。 図１１Ａ－図１１Ｂに示された実施形態の断面図を示す。 図１１Ａ－図１１Ｂに示された実施形態の断面図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の斜視図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の斜視図を示す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の斜視図を示す。 図１２Ａ－図１２Ｃに示される実施形態の分解部品図を示す。 一実施形態によるねじ付き支持ハウジングの斜視図を示す。 一実施形態によるねじ付き支持ハウジングの斜視図を示す。 別の実施形態によるタブ付き及び溝付き支持ハウジングの斜視図を示す。 別の実施形態によるタブ付き及び溝付き支持ハウジングの斜視図を示す。 圧力リリーフ装置の更なる実施形態の斜視図を示す。 図１５Ａの実施形態の分解図を表す。 図１５Ａの実施形態の分解図を表す。 圧力リリーフ装置の別の実施形態の斜視図を示す。 図１６Ａの実施形態の断面図を表す。 図１６Ａの実施形態の断面図を表す。 図１６Ｃに示された断面の詳細図を表す。 グラファイト膜を有する圧力リリーフ装置の別の実施形態の分解図である。 図１７Ａの組み立てられた装置の斜視図である。 図１７Ａの組み立てられた装置の斜視図である。

次に、その例が添付図面に示されている例示的な実施形態について詳細に言及する。

図１Ａ－図１Ｃは、圧力リリーフ装置１００の一実施形態を示す。図示されるように、破裂ディスクであり得るドーム形圧力保持膜１１０は、支持ハウジング１２０の出口部分１２２と入口部分１２４との間に保持される。ドーム形膜は、凸側と凹側とを有する。支持ストリップ１３２を有する支持部材１３０は、膜の凹側に配置される。支持ストリップ１３２は、アーチ形を形成し、膜１１０を支持する。図示されるように、膜１１０の凸側は、圧力“Ｐ”を有する制御容積に面するように設計される。例えば、使用時、図１Ａの圧力リリーフ装置１００は、膜１１０の凸側がバッテリ筐体の内部に面した状態でバッテリ筐体の開口部に設置され得る。圧力リリーフ装置１００の構成要素の更なる詳細は、図１Ｃに示される分解図に示される。

図１Ａに示されるように、支持ストリップ１３２は、圧力リリーフ装置１００の作動圧力（activation pressure）を設定するように構成される。例えば、支持ストリップ１３２は、所定の機械的強度を有する固定プロファイル（例えば、厚さ、長さ、材料、形状）で設計され得る。支持ストリップの他の態様は、作動圧力を設定するために、及び／又は応答力、応答圧力、及び撓み位置（例えば、過圧状況及び／又は変形の程度に応じて変形するストリップの１つ（複数）の部分）などの特性を制御するために変更され得る。例えば、支持ストリップは、穴、刻み目（indentation）、ピンチ（pinch）ポイント、切欠き（notch）、脆弱ライン、強化／補強構造（例えば、リブ又はエンボス）、又は支持ストリップがどのように、どこで、どの条件下で変形及び／又は破損するかを制御する他の特徴を備えることができる。

膜１１０を介して伝達される圧力が所定のレベル（すなわち、作動圧力）に達するとき、支持ストリップ１３２の機械的強度が乗り越えられ、支持ストリップ１３２が崩壊又は反転することを引き起こす。その結果、膜１１０も崩壊又は反転することが許容される。

図１Ａ及び図１Ｂは、逆動作の圧力リリーフ装置を示しているが、別の実施形態では、１つ又は複数の支持ストリップ（例えば、１３２）はまた順動作の圧力リリーフ装置と共に使用され得る。そのような実施形態では、１つ又は複数の支持ストリップは、システム圧力が支持ストリップに所定の引張歪みを与えるときに変形又は破損するように構成され、それによって、シール（例えば、プラスチック又はグラファイト）が開口し（例えば、引き裂きのため、穿孔機構との接触など）、システムから圧力を解放することを可能にし得る。そのような実施形態では、１つ又は複数の支持ストリップは、（例えば、バネ又はベルビルワッシャの形で）破壊することなく第１の位置からはね起きるように構成され得る。他の実施形態では、１つ又は複数の支持ストリップは、（後述されるように）支持体と一体的に形成され、（例えば、溶接又は機械的留め具を介して）支持体に各端部において保持されるモジュール式プラスチック又は金属構成要素として提供され、及び／又は破裂圧力を設定するように構成された少なくとも１つの特徴（例えば穴、切欠き、刻み目、又は脆弱領域）を有する金属又はプラスチック構成要素として提供され得る。

図１Ａ及び図１Ｂはさらに、圧力保持膜１１０の凹側（すなわち、下流側）に配置された、穿孔機構１４０の形をした応力印加装置を示す。支持ストリップ１３２が崩壊する又は反転するとき、システム圧力は、膜１１０を穿孔機構１４０に接触させ、穿孔機構は、膜１１０に穿孔する。膜１１０に穿孔することは、圧力を解放し、それによって、潜在的に危険な過圧状況を防ぐことができる。図示されるように、穿孔機構１４０は、穿孔要素が圧力保持膜１１０に向かって指向された状態で、ハウジング１２０内に取り付けられる又は一体化される別体又は一体の構成要素（例えば、ブレード、鋭い留め具、又は開口応力を与えるために膜に作用し得る任意の他のそのような装置）である。穿孔機構１４０は、必要に応じて又は所望に応じて、製造業者又は他のオペレータによって交換され得るモジュール式構成要素であってもよい。モジュール式穿孔機構１４０を使用する実施形態では、１つ又は複数の穿孔機構１４０は、所定の用途のために性能を最適化するように選択され得る。例えば、低流量条件は、小さい開口のみが作られることが必要であり得るが、大流量条件は、より大きい開口が必要になり得る。穿孔機構は、１つ以上を適用する、又は円形である、又は他の非線形形状であるなど適宜選択され得る。

穿孔機構は、ハウジング構成要素の１つと同じ材料から構成されることを含み、ハウジングに一体化され得る。一実施形態では、穿孔機構とハウジング構成要素とは、一部品としてともに製造され得る。例えば、図８及び図９に示される代替実施形態では、穿孔機構８４０、９４０は、ハウジング８２０、９２０に直接的に組み込まれる。図示されるように、射出成形されたハウジングは、圧力保持膜に向かって指向されるように構成された円錐形の射出成形された先端を含み得る。

図１Ａ～図１Ｃ、図８、及び図９は、単一の穿孔機構又は応力印加装置を示しているが、複数の穿孔機構又は応力印加装置が、圧力保持膜を穿孔するために使用され、シール材料がその開口を広める少なくとも１つの引き裂きエッジを提供し得ることが考えられる。そのような特徴は、圧力保持膜内に穿刺穴（すなわち、引き裂きではない）を形成する従来の装置を超える利点を提供する。複数の応力印加装置が、例えば、図２Ａ及び図４Ｇに表されている。個々の装置は、他の装置と同一である必要はない。

一実施形態によれば、穿孔機構は、一体型圧力リリーフ装置アセンブリ（例えば、衛生ガスケットを有する装置における一体型ナイフブレード）において圧力保持膜及びハウジングと共に提供され得る。一体構成は、安全ヘッドなしに圧力保持膜又は破裂ディスクを有することが望ましい一般工業用途に特に適している場合がある。例えば、一体構成は、一体型破裂ディスクアセンブリが、例えば衛生ガスケットを介して、標準的な配管取付部品に直接適合できる衛生配管取付部品（ＡＳＭＥ－ＢＰＥ、ＤＩＮ、又はIＳＯトリクランプ取付部品など）にとって望ましいかもしれない。別の例として、一体型アセンブリは、安全ヘッドなしに工業配管フランジの間に直接設置され得る。

穿孔機構（又は他の応力誘導機構）の使用を通じて、本開示は、圧力保持膜に相対的に大きい開口を切断することによって、瞬間的な開口特性を実現することができる。そのため、本開示は、バッテリからの放出がより熱くなるにつれてよりゆっくり開口して熱関連収縮又は溶融によって膜が変形することを可能にする従来のリチウムバッテリパックの（通気性又は非通気性）圧力リリーフベントを超える進歩を表す。

図１Ａに戻ると、圧力リリーフ装置１００は、円形であり、圧力保持膜１１０は、一定の直径を有する円形ドームを形成する。膜及び圧力リリーフ装置のための他の形状が考えられる。例えば、図２Ａ－図２Ｅに示されるように、圧力リリーフ装置２００は、矩形ハウジング２２０内に矩形膜２１０を備え、矩形ハウジングは、それらの間にシールガスケット２５２（図２Ｅに見える）を有する入口本体２２４及び出口本体２２２によって構成されている。図２Ａ－図２Ｅの実施形態では、支持ストリップ２３２は、膜２１０の支持を提供し、穿孔機構２４０は、反転時に膜２１０を穿孔するために設けられる。更なる例として、本開示は、楕円形、正方形、多角形（例えば、三角形、五角形、六角形、八角形）、対称又は非対称の形を有する圧力リリーフ装置を企図する。また、不規則又は非対称な形状は、通常はベントされない表面（例えば、曲面又はプロファイル面）に圧力リリーフ装置を設置することを可能にし得ることが考えられる。図１Ａは、ドーム形の圧力保持膜を表しているが、別の実施形態では、圧力保持膜は、平坦又は実質的に平坦であってもよい。平坦な圧力保持膜は、例えば、支持ストリップ（例えば、１３２）及び／又は穿孔機構若しくは応力印加装置（例えば、１４０）を含む、本明細書に記載の他の特徴と共に使用され得る。

１つの圧力リリーフ装置（又は複数の装置）の形状は、圧力解放のために利用可能な領域を十分に利用するように選択され得る。圧力解放のために利用可能である領域を十分に利用することは、特定のベント要求を満足させるために必要である装置の数のより効率的な選択を可能にすることによってコストを低減することができる。例えば、図２Ａ－図２Ｅの矩形構成は、薄い矩形筐体が、最大解放領域を提供するためにともに配置された１つ又は複数の圧力矩形リリーフ装置を用いてベントされることとなる状況において好適であり得る。別の例として、圧力リリーフ装置の形状は、（複数の最適化されていない装置に代えて）単一装置の使用を可能するように最適化され得る。さらに別の例として、圧力リリーフ装置は、一般的にベント位置として使用に適さないと考えられる不規則な形状の領域に適合するように特に調整され得る。

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、穿孔機構１４０は、単一の穿孔要素（すなわち、レザーエッジ（razor edge））を有する。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、及び図２Ｅに示されるような他の実施形態では、穿孔機構２４０は、複数の穿孔点を有し得る。複数の穿孔点を設けることは、いくつかの利点を提供し得る。例えば、複数の穿孔点は、複数の開口を確立し得る、又は圧力保持膜が作動するとき単一のより大きい開口を形成するように組み合わせ得る。加えて、複数の穿孔点は、膜が不均一に反転した場合でさえも作動させることを確保することができる。例えば、膜２１０は、図示された３つの穿孔点のうちのいずれか１つに接触すると穿孔されることになる。このように、圧力リリーフ装置２００は、最初は膜の一部が反転しない場合でも作動することとなる。

図１Ａに戻って、ハウジング１２０は、ハウジング本体１２２の出口部分にベントホール１２６を備えて示され、ベントホールは、圧力リリーフ装置が作動するときに流体が逃げることを可能にする。ハウジング１２０は、意図された使用（例えば、バッテリパックとの使用）に適した任意の材料から作ることができる。例えば、ハウジングは、ポリマー、金属、又は要求に応じたあらゆる他のそのような材料であり得る。一実施形態では、ポリマーのハウジングは、重量を最小限にするために、及び／又は射出成形などの量産技術の使用を可能にするために使用され得る。出口ハウジングは、環境ごみの侵入に対抗し、さらに膜１１０への加圧噴霧洗浄のアクセスを防止するためのルーバーを備えて構成され得る。

圧力保持膜１１０は、ポリマー、金属、複合材料、又はそれらの任意の組合せなどの１つ又は複数の材料から形成され得る。ポリマー膜は、バッテリに共通する低圧用途の使用に特に望ましい。膜は、代替的に、必要に応じて他の材料から作られることができることが考えられる。例えば、インコネル（登録商標）は、膜の温度安定性を向上させるために使用され得る。別の例として、ニッケル基合金は、ステンレス鋼のように環境危険に対する耐性を向上させた膜を提供し得る。

一実施形態では、圧力保持膜は、不透過性材料から作られ得る。あるいは、膜は、通気性、すなわち、ある気体に対して浸透性を有し得る。例えば、圧力保持膜は、焼結されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は他の材料から作ることができ、通気性を提供する一方、他の流体（例えば、水）が通過することを防止する。自動車用途では、バッテリパックへの水の浸入は許されず、バッテリパックは一般的に、水１メートル（３フィート）の深さにおいて水中に少なくとも３０分、水の浸入がなしに乗り切ることができなければならない。通気性、ガス透過性を有する膜を備えた開示された装置は、そのような要件を満たすことが実証され、それはまた、規格ＩＥＣ６０５２９（国際電気標準会議）及びその欧州での同等規格ＥＮ６０５２９に記載されるようなＩＰ６７又はさらにＩＰ６８の侵入保護を達成すると説明され得る。

ガス透過性膜を使用することは、極端な通常作動温度又は圧力において装置の望ましくない作動を防止することができる。具体的には、ガス透過性は、破裂ディスク膜を挟んでいずれの方向の空気流において圧力を安定させることを可能にする。このように、開示された膜は、バッテリパックが大気圧の変化、又は冷却又は加熱時に内部真空又は過圧の経験を受けるときでさえ、周囲大気圧条件付近（±１０ミリバール又は±２０ミリバールなど）の通常の動作圧力を望ましく維持することを可能にする。

一実施形態によれば、圧力保持膜は、１つ又は複数の脆弱（weakness）ラインを備え得る。過圧状態に応じて、圧力保持膜は、脆弱ラインに沿って開口を開始するように構成され得る。従って、脆弱ラインは、それに沿って圧力保持膜が開口するパターンを設計するために使用することができる。さらに、脆弱ライン（又は圧力保持膜に与えられる他の特徴－刻み目、リブ、補強など）は、膜が反転、開口、又は破裂する圧力を制御する、又は別の方法で影響を及ぼすために使用することができる。

一実施形態では、脆弱ラインは、穿孔機構又は圧力印加装置（例えば、１４０）と位置調整され、それによって、穿孔機構又は圧力印加装置が、作動時に脆弱ラインと（又はその近傍と）接触する。あるいは、脆弱ラインは、いかなる穿孔機構又は圧力印加装置と位置調整されない場合がある。脆弱ラインは、スタンピング（stamping）、切れ目付け、エッチング、刻み目付け、アブレーション、レーザアブレーション、又は圧力保持膜の一部を弱めるように設計された他のプロセスを含む、任意の適切な方法によって形成され得る。

例示的な脆弱ライン１０１１，１０１１’は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されている。図示されるように、脆弱ライン１０１１，１０１１’は、実質的に平坦な膜１０１０，１０１０’の中央にＸ字形を形成する２つの交差する切れ目（score）ラインから構成されている。

一実施形態によれば、Ｘ字形の切れ目脆弱ラインは、平坦で可撓性を有するグラファイト（例えば、炭素樹脂複合材料）膜とともに使用するのに特に有益であり得る。グラファイト材料は、特に高温用途において、圧力保持膜に漏れ止め及び可撓性を付与するのに特に有益であり得る。本開示によれば、可撓性炭素樹脂タイプの膜に切れ目付けすることは、より高い性能を達成し得る。切れ目ライン（例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されたＸ字形切れ目ライン）は、開口された膜の「花弁（petal）」を収容するために膜の下流側に必要であるスペースを最小限にする一方、有益な開口領域を達成し得る。さらに、可撓性炭素樹脂グラファイトの材料特性は、破裂を防止する（すなわち、「花弁」が膜の残りの部分から分離されることを防止する）ことができる。このように、開示された切れ目付き膜は、作動時に割れて多くの部品に破砕する傾向があり、そのため、バッテリパック、自動車用途、又は断片が人又は機器に損傷又は損害のリスクを生じさせ得る用途などの用途に適さない可能性がある、一般的な脆性グラファイト破裂ディスクを超える利点を提供する。

図１０Ａ及び図１０Ｂは実質的に平坦な膜を示しているが、可撓性グラファイト膜が、形成されたドーム形に設けられてよく、さらに本明細書に開示された他の特徴（例えば、支持ストリップ及び／又は穿孔機構／応力印加装置など）と組み合わせてもよいことが考えられる。形成されたドーム形構造（対称又は非対称でもよい）の追加は、振動又は風に対する改善された耐性を提供することができる。支持ストリップ又は他の支持部材の追加は、真空又は背圧に抵抗する可撓性グラファイト膜の能力を高めることができる。加えて、支持ストリップ又は他の支持部材を設けることは、１つ又は複数の切れ目ラインの有無にかかわらず、可撓性グラファイト膜の使用を可能にすることができる。さらに、可撓性グラファイト膜（切れ目が付けられても付けられなくてもよい）は、張力負荷がかけられた圧力リリーフ装置のためのシールとして使用することができ、破裂圧力は、所定の引張応力下で破損するように構成された平坦又はドーム形の穿孔金属又はプラスチック部材（例えば、支持ストリップ）によって制御される。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、Ｘ字形を形成する複数の脆弱ラインを表しているが、本開示は、直線又は曲線であり得る単一の脆弱ライン、又は交差しない複数の脆弱ラインをさらに企図する。さらに、Ｔ字形パターン、Ｙ字形パターン、５点（又はそれ以上）の星形パターン、不規則な交差パターン、複数の曲線を組み合わせたパターン、直線と曲線を組み合わせたパターンを含む、Ｘ字形パターンとは異なる交差又は非交差パターンを形成する脆弱ラインが提供され得る。さらに、脆弱ライン１０１１，１０１１’は、膜１０１０，１０１０’の中心と交差するように表されているが、代替実施形態では、１つ又は複数の脆弱ラインは、圧力保持膜の中心からオフセットされてもよく、例えば、膜の外周付近に配置されてもよい。

図１Ａ及び図２Ａ－図２Ｅに示されるように、単一の圧力保持膜が使用される。また、複数の膜が、改善された性能を付与するために組み合わせることができることが考えられる。例えば、一実施形態では、第１のステンレス鋼又は他の金属膜は、第２のＰＴＦＥ膜とともに使用することができ、金属膜は、圧力解放を提供し、ＰＴＦＥ膜は、空気流を許容することによって通常圧力安定化を提供する。さらに、第１及び第２の膜は、第１の膜が少なくとも１つの穴を有する状態で、圧力解放とガス透過性を提供するために組み合わせることができる。第３のＰＴＦＥ膜は、金属膜が２つのＰＴＦＥ膜の間に効果的に挟まれた状態で設けられ得る。そのような組合せは、破裂圧力を制御するためにステンレス鋼の望ましい機械的特性を保持しながら、高度の耐食性を提供することができる。

図１Ａに戻ると、支持部材１３０は、支持部材のフランジ１３４に両端が結合されたアーチ形の支持ストリップ１３２を有する。そのような支持部材は、予め形成されたドームから材料を除去して、フランジ及び支持ストリップのみを残すことによって製造することができる。本実施形態によれば、支持モジュールのフランジ１３４は、ハウジングの１つ又は複数のフランジに対して所定の位置に保持され得る。あるいは、支持モジュールのフランジ１３４は、筐体（バッテリなど）の合わせられるフランジに対して所定の位置に保持され得る。支持ストリップ７３２及びフランジ７３４を有する支持部材７３０の更なる詳細は、図７に示されている。

代替設計では、支持ストリップは、個々のモジュール構成要素であってもよく、それは、それを収容するように設計されたハウジングの領域に挿入される。モジュール式支持ストリップ６３２、８３２、１０３２の例は、図６、図８、図１０に示されている。モジュール設計は、意図された用途に望まれるように異なる支持ストリップを使用することを可能にする。例えば、製造業者又はオペレータは、異なる支持ストリップを使用することによって圧力リリーフ装置の作動圧力を調整することができる。追加的に又は代替的に、製造者又はオペレータは、意図された環境において性能を最適化するために支持ストリップを選択することができる。例えば、圧力保持膜は、腐食の懸念があるため新種の材料を必要とするかもしれないが、支持ストリップは、従来の材料から作ることができる。あるいは、支持ストリップは、（例えば、構造上の理由のため）新種の材料を必要とするかもしれないが、圧力保持膜のためにより安価な従来の材料を使用することができる。このように、コストを最小限にしつつ性能を最適化することができる。

さらに、作動後に、ハウジング全体を交換する必要なく、支持ストリップ及びシール膜を交換し、それによって交換時間及びコストを低減することが望ましい。

支持ストリップは、金属から作ることができるが、他の材料（例えば、ポリマー及びセラミック）も考えられ、性能を最適化するために選択することができる。図６に示されるように、支持ストリップは、単一のストリップから形成され、それは、圧力リリーフ装置への設置前又は設置中に、湾曲したアーチに形成することができる。図６の支持ストリップは、一定の矩形断面領域を有するが、別の実施形態では、支持ストリップの断面領域は、ストリップに沿って変化し得る。

支持ストリップの幾何学的特性は、所望の性能を達成するために調整することができる。一実施形態では、支持ストリップは、ハウジングに取り付けるための２つ又はそれ以上の取付ポイントを有し得る。別の実施形態では、支持ストリップは、ストリップをハウジング、圧力保持膜、又は圧力リリーフ装置の他の構成要素に接続することを容易にするために、他の構造的特徴を備えることができる。刻み目、ディンプル、穴、切欠き、屈曲、湾曲、リブ、脆弱ライン、長さに沿った幅の変化及び他の特徴など、支持ストリップの特定の部分において弱さ又は強さを誘発する（それによって作動圧力又は意図された作動ポイントを制御する）種々の機構を実施することができる。一実施形態では、図８に示された刻み目８３６のように、支持ストリップに頂点において刻み目を適用することができる。頂点の刻み目は、例えば、支持ストリップが崩壊する作動圧力を調整するために使用され得る。

支持ストリップの設計を変更することによって、製造業者は、支持ハウジング又は圧力保持膜などの他の構成要素に変更を加える必要なしに、より幅広いプロセス用途に応じるように圧力リリーフ装置を構成することができる。このように、本開示は、主要な変化が支持ストリップにのみ由来する基本構成要素の大量生産を容易にする。

支持ストリッププロファイル及びストリップの数を変更することは、特定のプロセスのシナリオに装置の性能を合わせることも可能にする。例えば、支持ストリップの反転（reversal）を制御するために１つ（又は）複数の支持ストリップを戦略的に弱める又は強めることは、既存の仕様の性能を高めることができる。このように、より小さなサイズの装置は、一般的な大型の同等品と同じ又はより良い性能を提供することができる。

図１Ａ－図２Ｅに示されるように、単一の支持ストリップが使用され得る。別の実施形態では、複数の支持ストリップ（異なる設計であってもよい）は、所望の性能又は機能を達成するために接触の有無にかかわらず組み合わせることができる。このような組み合わせは、同一又は同一でない部材から構成され得る。一実施形態では、異なるプロファイルの支持ストリップは、性能を調整するために組み合わせることができる。

一実施形態では、支持ストリップ－特に金属支持ストリップ－は、圧力リリーフ装置の温度非依存性を改善し得る。例えば、既存のベント解決策は一般的に、プラスチックの張力負荷がかけられた膜に依存する。このような膜の引張強度は、温度に依存して大きく変化し、それは、作動時に作動圧力が広範囲に及ぶことを引き起こす。対照的に、開示された支持ストリップ（例えば、図１Ａに示されるように）は、圧力リリーフ装置のための作動圧力を設定することができる。一般的な使用条件下では、金属支持ストリップを崩壊させるのに必要である機械力は、通常のプラスチック装置が達成できなかったあるレベルの温度非依存性を提供する。図示されるように、車両用途の構成部品は、－４０℃から＋８５℃の通常使用温度範囲を経験し得る。このような温度に応じて、一般的なプラスチック圧力保持膜の作動圧力は、周囲条件において公称作動圧力の１５０％から５０％まで幅広く変化し得る。対照的に、本開示によるステンレス鋼支持ストリップは、この範囲を公称作動圧力の１３０％～７０％の間に又はそれ以上に低減することが認められた。ニッケル合金６００シリーズの支持ストリップは、この範囲の作動圧力を１２０％～８０％の間に又はそれ以上に低減することが認められた。リチウムバッテリパックなどの薄肉圧力筐体を保護するために、この破裂圧力のより厳密な制御が望ましい。

さらに、モジュール式支持ストリップは、周囲温度にかかわらず一貫した破裂圧力を提供するために、予想される環境条件に応じて変更することができる。

一実施形態では、支持ストリップは、プレス機又は大量生産を可能にするような他の方法を使用した連続スタンピングプロセス（例えば、材料コイルからのスタンピング）によって製造することができる。別の実施形態では、レーザ切断、化学エッチング、又は何か他のそのような切断機構などの他の製造プロセスは、必要な部品を生産するために別の成形プロセスと組み合わせることができる。

図１Ａ～図２Ｅはモジュール式支持ストリップを表しているが、支持ストリップ又は他の支持構造は、圧力リリーフ装置の別の構成要素と一体的に形成、成形（例えば、射出成形）又は組み立てられ得ることが考えられる。例えば、支持ストリップは、ハウジング本体の一部として形成又は成形され得る。あるいは、支持ストリップは、ストリップのみがフランジに取り付けられたままになるようにフランジ付きドーム構造から断片を除去することによって形成することができる。このような構成は、特に（例えば、一体化されたナイフブレード及び衛生ガスケットを備えた）衛生的用途に適しているかもしれない。他の例として、支持ストリップと穿孔機構とはともに、支持ハウジング本体に一体的に設けられ得る。一体形成は、圧力リリーフ装置の大量生産に利点を提供し得る。モジュール式支持ストリップと同様に、一体型支持ストリップは、穴、刻み目、ピンチポイント、切欠き、脆弱ライン、強化／補強構造（例えば、リブ又はエンボス）、又は支持ストリップがどのように、どこで、どの条件下で変形及び／又は破損するかを制御する他の特徴を含み得る。

圧力リリーフ装置のハウジングに戻ると、ハウジングは、いくつかの代替方法においてバッテリなどの筐体に取り付けられ得る。例えば、ハウジングは、機械的留め具（例えば、リベット、ネジ、多部品カムロック機構、締り嵌め機構、ボルト）、溶接（金属又は非金属）、又は接着を介して筐体に取り付けられ得る。一実施形態では、ハウジング（及び圧力リリーフ装置の他の構成要素）は、高度な化学的適合性及び耐食性を必要とする医薬品又は食品生産などの衛生的用途で使用するために構成され得る。

ハウジングは、取付機構が、支持ストリップ及び圧力保持膜、並びに前記ストリップ及び膜を保持する任意の構造から独立し得るように構成され得る。このように、圧力リリーフ装置の主要構造及び機能を変えることなく、異なる取付方法を導入することができる。同様に、同一ベース装置の設計は、多数の異なる用途に亘って使用することができ、取付機構に対する顧客の幅広い要求を満たすことができる。

圧力リリーフ装置３００のハウジングの一例が、図３Ａ－図３Ｇに示されている。図示されるように、ハウジング３２０は、出口部分３２２と入口部分３２４とを有する。破裂ディスクなどの圧力保持膜３１０は、ハウジング３２０の入口部分３２４と出口部分３２２との間に保持される。図３Ｃ及び図３Ｅに示されるように、ハウジング３２０は、ボア穴３２６を備え、それは、ボルト又はハウジングを筐体又はプロセスに取り付けるための他の機構を収容し得る。代替実施形態では、圧力リリーフ装置は、結合ネジ、クランプ、スナップ嵌合、タブ、接着、溶接などの他の取付機構によって筐体又はプロセスに取り付けることができる。

図３Ａ及び図３Ｅに最もよく示されるように、ガスケットの形をしたシール３５０は、ハウジングと、ハウジングが取り付けられる筐体又はプロセス（バッテリなど）との間にシールを作成するために設けられ得る。Ｏリング、噛み込みシール、又はフランジに使用され得るような同心／螺旋セレーション（serration）などの他のシール機構が考えられる。一実施形態では、膜自体は、シール機構を形成し得る。例えば、膜は、圧力リリーフ装置のハウジングとそれが取り付けられる筐体との間にシールを形成するために使用され得るフランジ部分を含み得る。膜及びハウジングと同様に、シールの形状は、円形、多角形、規則的、不規則的、対称的、又は非対称的であり得る。

一実施形態では、ハウジングは、圧力リリーフ装置の主要機能を妥協することなく、異なるシール機構を収容するように変更することができる。例えば、Ｏリングを収納するための溝部又はガスケットを支持するための表面を加えることができる。別の実施形態では、ハウジング自体の要素は、シール機構の一部となり得る。例えば、ハウジングは、筐体（例えば、バッテリパック）上の適切なシール面と結合することができ、好適な締結方法を用いて係合される同心／螺旋セレーション又は隆起部を備え得る。

取付機構と同様に、顧客は、圧力リリーフ装置を筐体にシールする異なる好ましい手段を有することができる。可変シール機構を提供することは、製品が多数の異なる顧客設定に適合することを可能にする。さらに、Ｏリング及びガスケットなどの場合、異なる材料は、意図したプロセス条件に対して最適な性能を提供するように選択することができる。さらに、交換可能なシールはまた、メンテナンス性を助け、製品の再利用を促進し、潜在的な廃棄を取り除く。

圧力リリーフ装置３００に戻ると、更なる特徴は、図３Ａ－図３Ｇに示されている。例えば、図３Ａ及び図３Ｂは、圧力リリーフ装置３００の一構成を示す分解部品図を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、支持リング３２８は、膜３１０をハウジング入口３２４に対して所定の位置に保持するために使用され得る。この構成では、膜３１０は、プラスチックハウジング３２０内に保持された金属膜であってもよい。さらに、支持リング３２８は、プラスチックから作られてもよく、膜の脆弱ライン（図示せず）と係合するように構成された少なくとも１つの応力集中点を含む。金属の出口支持リングに依存する従来のシステムとは対照的に、図３Ａ及び図３Ｂに示されるプラスチックリングの構成は、低コスト、軽量化、及び製造が容易であるという利点を達成する。

図３Ａ及び図３Ｂの構成の更なる詳細は、組み立てられた構成を上部（図３Ｃ）、前部（図３Ｄ）、底部（図３Ｅ）及び側部（図３Ｆ）から示す図３Ｃ－図３Ｆに表されている。

図３Ｇは、図３Ａ－図３Ｆに示される圧力リリーフ装置３００の代替構成を示す。具体的には、図３Ｇは、穿孔機構（ブレード３４０）及び支持ストリップ３３２のための一体支持体を含む代替支持リング３２８’を表している。また、シール３５２が示され、それは、ハウジング入口３２４と、金属、プラスチック又は材料の組合せであり得る圧力保持膜３１０との間にシールを形成するために提供され得る。

圧力リリーフ装置４００の別の実施形態は、図４Ａ－図４Ｈに示されている。図示されるように、圧力リリーフ装置４００は、矩形形態を有する。圧力リリーフ装置４００は、圧力リリーフ装置３００に含まれ同様の方法で配置されるものと同様の特徴を含むことができる。例えば、圧力リリーフ装置４００は、ハウジング入口４２４及び出口４２２を有するハウジング４２０、並びにシールガスケット４５０（図４Ｅ及び図４Ｈ）及び圧力保持膜４１０を含む。ボルト穴４２６も示されている。

図４Ａ及び図４Ｂに示される１つの構成では、支持リング４２８が提供され、それは、膜４１０をハウジング入口４２４に対して所定の位置に保持するために使用され得る。この構成では、膜４１０は、プラスチックハウジング４２０内に保持された金属膜であり得る。さらに、支持リング４２８は、プラスチックから作られ、膜の脆弱ライン（図示せず）と係合するように構成され得る少なくとも１つの応力集中点４４０を含み得る。金属の出口支持リングに依存する従来のシステムとは対照的に、図４Ａ及び図４Ｂに示されるプラスチックリングの構成は、低コスト、軽量、及び製造が容易という利点を達成する。図４Ａ及び図４Ｂの構成の更なる詳細は、組み立てられた装置を上部（図４Ｃ）、前部（図４Ｄ）、底部（図４Ｅ）及び側部（図４Ｆ）から示す図４Ｃ－図４Ｆに表される。

図４Ｇ及び図４Ｈに示される別の構成では、代替支持リング４２８’は、穿孔機構（ブレード４４０）及び支持ストリップ４３２のための一体支持体を含む。また、シール４５２が示され、それは、ハウジング入口４２４と圧力保持膜４１０との間にシールを形成するために提供され得る。この構成の更なる実施形態では、支持リング４２８’、穿孔機構４４０、及び／又は支持ストリップ４３２は、単一の構成要素として一体化されてもよい－例えば、構成要素は一体部品として射出成形されてもよい。

図５Ａ－図５Ｃは、別の実施形態を示す。図示されるように、圧力リリーフ装置は、入口ハウジング５２４と支持部材５２８とを含み、それらの間に圧力保持膜５１０が保持される。図５Ｂに示すように、穿孔機構５４０は、支持部材５２８に取り付けられ得る。あるいは、穿孔機構５４０は、支持部材５２８と一体的に形成されてもよく、又は別に設けられた構成要素（例えば、ナイフブレード）であってもよい。図５Ｂはまた、膜５１０の下流側に配置された支持ストリップ５３２を表す。支持ストリップ５３２は、所定のシステム圧力に応じて破壊を誘発するように構成された特徴（穴５３３など）を備えることができ、それによって、膜５１０が穿孔機構５４０に崩壊して開口することを可能にする。

図５Ａ及び図５Ｂはさらに、出口ハウジング５２２を示し、それは、図５Ｂに示されるように、支持部材５２８に結合する。このように、出口ハウジング５２２及び支持部材５２８は、図５Ｃに示すように、筐体又はプロセス境界５８０の開口内に組み立てられた圧力リリーフ装置を取り付けることができる。ガスケット５５０は、装置と境界５８０との間に漏れ止めシールを形成するために設けられ得る。

図６Ａ－図６Ｃは、更なる実施形態を示す。図示されるように、圧力リリーフ装置は、入口ハウジング６２４と支持部材６２８とを含み、それらの間に圧力保持膜６１０が保持される。図６Ａに示すように、支持部材６２８は、穿孔機構６４０を含む。支持ストリップ６３２は、支持部材６２８に取り付けられ、膜６１０に対する支持を提供する。１つ又は複数の穴６３３又は他の特徴は、支持ストリップ６３２が破損し、膜６１０が穿孔機構６４０に接触して開口することを可能にする負荷を制御するために設けられ得る。

図６Ｂは、図６Ａの装置の断面図を示し、入口ハウジング６２４、支持部材６２２、膜６１０、穿孔機構６４０、及び支持ストリップ６３２を表す。図示されるように、ガスケット６５０は、入口ハウジング６２４と膜６１０のフランジとの間に漏れ止めシールを提供する。さらに、支持部材６２２は、支持ストリップ６３２の端部が適合し得る１つ又は複数の切欠き６２３を含む。

図６Ｃは、図６Ｂに示される実施形態による、ガスケット６５０と膜６１０のフランジ６１１との間の相互作用の更なる詳細を提供する。

図７Ａ－図７Ｂは、別の実施形態を示す。図示されるように、圧力リリーフ装置７００は、入口ハウジング７２４と支持部材７２８とを含み、（図７Ｂに最もよく示されるように）それらの間に圧力保持膜７１０が保持される。図７Ｂに示すように、ガスケット７１５は、入口ハウジング７２４と支持部材７２８との間に漏れ止めシールを形成するために提供され得る。別のガスケット７５０は、装置７００とそれが取り付けられるプロセス又は筐体（図示せず）との間に漏れ止めシールを形成するために提供され得る。図７Ｂはさらに、支持部材７２８が穿孔機構７４０を含み、膜７１０を支持する支持ストリップ７３２を保持することを表す。膜にかかる圧力が所定の限界に達するとき、支持ストリップ７３２は、変形又は破損し、膜７１０が穿孔機構７４０と接触することができ、膜７１０を開口させてシステムから加圧流体を解放させる。

図１１Ａ－図１１Ｄは、更なる実施形態を示す。図１１Ａに示されるように、圧力リリーフ装置１１００は、ハウジング１１２０内に保持された圧力保持膜１１１０を含む。アーチ形の支持ストリップ１１３２は、膜が除去された図１１Ｂに最もよく示されるように、膜の背後に配置される。支持ストリップ１１３２は、動作時に、支持ストリップ１１３２が崩壊させられるまで、膜を穿孔機構１１４０から離れて保持する。圧力リリーフ装置１１００の更なる詳細は、図１１Ｃ及び図１１Ｄに提供される断面図に示される。この構成の更なる実施形態では、穿孔機構１１４０及び／又は支持ストリップ１１３２は、単一構成要素としてハウジング１１２０に一体化され得る。

図１２Ａ－図１２Ｄは、圧力リリーフ装置１２００の別の実施形態を示す。図１２Ｄに最もよく示されるように、圧力リリーフ装置１２００は、支持ストリップ１２３２及びフランジ１２３４を有する支持部材１２３０、並びに穿孔機構１２４０を含む。圧力リリーフ装置１２００は、３つの層１２１０、１２１２、１２１４から構成される複合圧力保持膜アセンブリを含む。第１層１２１０は、ポリマー膜であり得る。第２層１２１２及び第３層１２１４は、膜１２１０に更なる保護又は強度を提供し得る。層１２１２は、例えば、層１２１４からの摩耗に対して膜１２１０を保護することができ、特に摩耗が膜１２１０の意図しない破壊又は漏れを引き起こし得る用途において、膜１２１０を保護することができる。装置１２００の種々の構成要素は、支持ハウジング１２２０上に組み立てられる。図１２Ａは、組み立てられた装置１２００を上方から表し、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、組み立てられた装置１２００を下方から表す。構成要素１２１０、１２１２、１２１４は、両方向において制御された破裂圧力を実現するために製造業者によって調整され得る。

代替実施形態では、１つ又は複数の層は、圧力リリーフ装置１２００から省略され得る。例えば、圧力リリーフ装置１２００は、構成要素１２１２及び／又は１２１４なしで提供され得る。そのような構成は、両方向からの圧力保護が必要ない場合（すなわち、一方向の圧力リリーフ装置で十分である場合）に望ましい。付加的に及び／又は代替的に、要素１２１２は、要素１２１０と１２１４との間に保護層１２１２が必要ない場合、コストを節約するために省略され得る。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、圧力リリーフ装置のハウジングの別の実施形態を示す。図示されるように、ハウジングは、結合されるねじ切りパターンを備える入口部材１３２４（図１３Ｂ）及び出口部材１３２２（図１３Ａ）を有する。本実施形態によれば、入口及び出口部材１３２４、１３２２は、ハウジングを形成するためにともにねじが付けられ得る。このように、支持ストリップ、穿孔機構、及び圧力保持膜（図１３Ａ及び図１３Ｂに示されていない）などの圧力リリーフ装置の種々の構成要素は、ハウジング内に保持され得る。従って、圧力リリーフ装置のすべての要素は、設置が容易なように予め組み立てられたユニットとして提供され得る。

図１４Ａ及び図１４Ｂは、圧力リリーフ装置のハウジングのまた別の実施形態を示す。図示されるように、ハウジングは、入口部材１４２４（図１４Ｂ）及び出口部材１４２２（図１４Ａ）を有する。入口部材１４２４は、タブ１４２５を備え、それは、出口部材１４２２内に形成された溝１４２３内に適合するように構成される。本実施形態によれば、入口及び出口部材１４２４、１４２２は、ハウジングを形成するために互いに適合されてロックされ得る。このように、支持ストリップ、穿孔機構、及び圧力保持膜（図１４Ａ及び図１４Ｂに示されていない）などの圧力リリーフ装置の種々の構成要素は、ハウジング内に保持され得る。従って、圧力リリーフ装置の全ての要素は、設置が容易なように予め組み立てられたユニットとして提供され得る。

図１５Ａ－図１５Ｃは、更なる実施形態を示す。図示されるように、圧力リリーフ装置１５００は、スクリーン１５６２によって保護された入口を備えた入口ハウジング１５６０を含む。スクリーン１５６２は、流体がまだ通過することを可能にしながら破片をブロックすることができる。図１５Ｂ及び図１５Ｃに表された分解図に最もよく示されるように、装置１５００は、出口ハウジング１５２２及び支持部材１５２４を含む。穿孔機構１５４０は、ハウジング１５２２又は支持部材１５２４の一部として形成されてもよく、ハウジング１５２２又は支持部材１５２４に取り付けられた別の構成要素であってもよい。支持ストリップ１５３２は、膜１５１０を支持するために支持部材１５２４に取り付けられ得る。第１のガスケット１５５０は、膜１５１０と入口ハウジング１５６０との間にシールを形成するために提供され得る。第２のガスケット１５６１は、入口ハウジング１５６０と筐体又はプロセスとの間のシールを形成するために提供され得る。

図１６Ａ－図１６Ｄは、更なる実施形態を示す。図示されるように、圧力リリーフ装置１６００は、スクリーン１６６２によって保護された出口を備えた出口ハウジング１６２２を含む。スクリーン１６６２は、流体がまだ通過することを可能にしながら破片をブロックすることができる。図１６Ｂ及び図１６Ｃに表された断面図に最もよく示されるように、装置１６００は、出口ハウジング１６２２及び支持部材１６２４を含み、それらは、それらの間に圧力保持膜１６１０を備えてともに結合される。支持ストリップ１６３２は、ある所定のシステム圧力が達せられるまで、圧力保持膜１６１０を穿孔機構１６４０と接触しないように維持する。図１６Ｄに最もよく示されるように、ガスケット１６５０は、出口ハウジング１６２２と、支持ストリップ１６３２及び穿孔機構１６４０の１つ又は複数が延在し得るフランジ１６３２との間にシールを形成するために提供され得る。図１６Ｄはさらに、入口ハウジング１６２４とフランジ１６３２との間に保持された膜１６１０のフランジ１６１１を示す。

図１７Ａ－図１７Ｃは、更なる実施形態を示す。図示されるように、圧力リリーフ装置１７００は、ロッキングリング１７２４及び出口リング１７２２を含み、それらの間に入口本体１７２８がある。可撓性グラファイト膜（例えば、炭素樹脂複合体から形成される）であり得る膜１７１０は、ロッキングリング１７２４と入口本体１７２８との間に保持され、ガスケット１７１３が膜１７１０と支持リング１７２８との間に漏れ止めシールを形成する。支持リング１７２８は次に、第２のガスケット１７２５を使用して出口リング１７２２にシールされる。別の実施形態では、噛み込みシールは、ガスケットに代わるものとして又はガスケットに加えて、使用され得る。図示されるように、出口リング１７２２は、流れを拡散させる、及び／又は膜１７１０を衝撃から保護する構造を提供し得る。

図示されたロッキングリング１７２４、入口本体１７２８、及び出口リング１７２２は、「バヨネット式（bayonet-style）」取付機構を有するものとして、すなわち結合されるスロット内に適合し、その後にロック位置に回転するタブを備えて表される。１つ又は複数のそのような構成要素は、ねじ切り（例えば、図１３Ｂに示されるように）、溶接／はんだ付け、接着、スナップ嵌め、又は他の適切な機構などの異なる機構を介してともに保持され得る。同様に、圧力リリーフ装置１７００は、バヨネット式ロック機構、ねじ切り、スナップ嵌め、接着、又は他の機構を含む、任意の数の適切な機構によってプロセス境界に取り付けられ得る。

図１７Ａ－図１７Ｃに表されるように、一体型支持ブレース１７３２は、膜１７１０の入口側に星パターンを形成するが、ブレースの他の構成（単一ブレース、交差ブレース、又は平行若しくは角度のあるブレースなど）を使用することができる。支持ブレース１７３２は、膜１７１０の構造的支持を提供し得る。システム圧力が安全レベルを超えるとき、膜１７１０は、破れ、流体が支持ブレース１７３２の間を漏れてシステムから外に出ることを可能にする。膜１７１０は、その開口パターン又は膜１７１０が開口する圧力を制御するために、１つ又は複数の脆弱ラインを備えてもよいし、備えなくてもよい。

図１７Ａ－図１７Ｃは、平坦なグラファイト膜１７１０を示し、別の実施形態では、圧力保持膜は、ドーム形であってもよい。そのような実施形態では、支持ブレースもまた、ドーム形であって、概括的に圧力保持膜の形状に沿うことができる。

本開示による圧力リリーフ装置は、既知の装置を超えて改善された性能を提供することが認められる。例えば、圧力リリーフ装置の一実施形態は、設定破裂圧力の±１０％の破裂公差を達成することができ、設定破裂圧力の±３７.５％の破裂公差を有する既知の装置に対して有利に比較される。さらに、本開示の原理は、改善された温度補正係数を提供し得る。別の例として、圧力リリーフ装置の開示された実施形態は、８５℃の温度で０.６２５の温度補正係数を提供し、－４０℃の温度で１.０８の温度補正係数を提供し得る。これらの温度補正係数は、一般的なプラスチック製圧力リリーフ装置で達成されるよりもはるかに優れている。改善された温度安定性は、特に低温用途において顕著であり、一般的な装置の破裂圧力は、引張負荷のかかる平坦なプラスチック膜装置の２倍（～２.０である温度補正係数）であり得る。改良された性能のさらに別の例として、開示された実施形態は、作動後に改善された「最小実流面積（ＭＮＦＡ）」を実現し得る。ＭＮＦＡは、作動後に流れるために開口し得る圧力リリーフ装置の面積の割合に言及し、作動後に流体を効率的に放出する装置の能力を示す基準である。実施形態は、５０％を超える、６０％を超える、又は７０％を超えるＭＮＦＡの値を実現することができる。

前述の図示された実施形態のいくつかは、バッテリのための圧力リリーフ装置に指向されているが、本開示は、そのように限定されるものではない。例えば、開示された圧力リリーフ装置は、破裂ディスクなどの破裂可能な圧力リリーフ装置が筐体又はプロセスから圧力を軽減するために使用され得るいくつもの用途において使用され得ることが考えられる。

前述した実施形態は、例示的なものとしてのみ開示され、特定の実施形態に本開示の範囲を限定するものではない。前記に開示された全ての実施形態は、排他的又はスタンドアロンであることを意図していない。例えば、任意の１つの実施形態における特定の特徴が、（そのような特定の実施形態が明示的に開示されていないとしても）いくつもの実施形態の特徴と置換できる又は交換できることが考えられる。

他の実施形態は、本明細書の開示の検討及び実践から当業者に明らかであろう。本明細書及び実施例は、例示的なものとしてのみ考慮されることが意図されている。

Claims (26)

1. 圧力リリーフ装置であって、
   圧力保持膜と、
   前記圧力保持膜の表面に隣接して配置された支持ストリップであって、前記膜が加圧可能容積から圧力を受けるときに前記支持ストリップが前記膜を支持するように構成される、支持ストリップと、
   応力印加装置であって、前記支持ストリップが前記膜に作用する所定の圧力に応じて変形することによって作動するように構成され、前記支持ストリップが変形したときに前記膜が前記応力印加装置に接触するように構成される、応力印加装置とを有する、
   圧力リリーフ装置。
2. 前記膜は、ポリマー材料から形成される、
   請求項１に記載の圧力リリーフ装置。
3. 前記支持ストリップは、アーチ形である、
   請求項１記載の圧力リリーフ装置。
4. 前記膜に作用する圧力は、前記支持ストリップに圧縮力を付与する、
   請求項３に記載の圧力リリーフ装置。
5. 前記膜に作用する圧力は、前記支持ストリップに引張力を付与する、
   請求項３に記載の圧力リリーフ装置。
6. 前記圧力保持膜は、第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面は、前記加圧可能容積に面するように構成され、前記支持ストリップは、前記膜の第２の表面に隣接して配置される、
   請求項１記載の圧力リリーフ装置。
7. 前記圧力保持膜は、第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面は、前記加圧可能容積に面するように構成され、前記支持ストリップは、前記膜の第１の表面に隣接して配置される、
   請求項１記載の圧力リリーフ装置。
8. 前記圧力保持膜は、ドーム形である、
   請求項３に記載の圧力リリーフ装置。
9. 支持リングをさらに備え、前記支持ストリップ及び穿孔機構の少なくとも一方は、前記支持リングに取り付けられる、
   請求項１記載の圧力リリーフ装置。
10. 支持リングをさらに備え、前記支持ストリップ及び穿孔機構の少なくとも一方は、前記支持リングと一体的に形成される、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
11. 前記支持ストリップは、少なくとも１つの穴を規定し、前記少なくとも１つの穴は、前記支持ストリップが変形する所定の圧力を設定するように構成される、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
12. 前記支持ストリップは、少なくとも１つの刻み目を規定し、前記少なくとも１つの刻み目は、前記支持ストリップが変形する所定の圧力を設定するように構成される、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
13. 前記支持ストリップは、前記支持ストリップが変形する所定の圧力を設定するように構成された少なくとも１つの切欠きを規定する、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
14. 前記応力印加装置は、穿孔機構である、
    請求項１に記載の圧力リリーフ装置。
15. 前記膜は、脆弱ラインを含む、
    請求項１に記載の圧力リリーフ装置。
16. 前記膜は、開口後に５０％を超える最小実流面積を達成するように構成される、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
17. 前記膜は、開口後に６０％を超える最小実流面積を達成するように構成される、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
18. 前記膜は、開口後に７０％を超える最小実流面積を達成するように構成される、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
19. 前記圧力リリーフ装置は、バッテリのベント装置である、
    請求項１記載の圧力リリーフ装置。
20. 前記膜は、ガス透過可能である、
    請求項１８に記載の圧力リリーフ装置。
21. 圧力リリーフ装置であって、
    入口ハウジングと、
    少なくとも１つの支持ストリップを有する支持リングと、
    前記入口ハウジングと前記支持リングの間にシールされた可撓性グラファイト膜であって、前記少なくとも１つの支持ストリップが前記可撓性グラファイト膜のための構造的支持を提供し、前記可撓性グラファイト膜が、少なくとも１つの脆弱ラインを備えている、可撓性グラファイト膜とを有する、
    圧力リリーフ装置。
22. 前記可撓性グラファイト膜を穿孔するように構成された穿孔機構をさらに有する、
    請求項２１に記載の圧力リリーフ装置。
23. 前記少なくとも１つの支持ストリップは、前記可撓性グラファイト部材に作用する所定の圧力に応じて変形するように構成される、
    請求項２１記載の圧力リリーフ装置。
24. 前記可撓性グラファイト膜は、ドーム形である、
    請求項２１に記載の圧力リリーフ装置。
25. 前記可撓性グラファイト膜は、中心を有し、前記ドーム形のものが前記可撓性グラファイト膜の中心からオフセットされた頂点を有する、
    請求項２３に記載の圧力リリーフ装置。
26. 圧力リリーフ装置であって、
    ハウジングと、
    穿孔機構と、
    支持ストリップを有する支持部材であって、前記穿孔機構が前記ハウジングと前記支持部材との間に保持される、支持部材と、
    膜であって、前記膜が前記支持ストリップによって支持される、膜と、
    保護層であって、前記膜が前記支持部材と前記保護層との間に保持される、保護層とを有し、
    前記支持ストリップは、前記膜を介して前記支持ストリップに与えられる所定の圧力に応じて破損するように構成される、
    圧力リリーフ装置。

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