專利名稱：壓力容器上的溫度-壓力釋放裝置的通風孔對準的制作方法
技術領域：
本公開涉及壓力容器，更具體地，涉及壓力容器上的溫度-壓力釋放裝置。
背景技術：
燃料電池功率系統已經被提出作為用于電動車輛和各種其它應用的一種清潔、有效和環保的功率源。一種類型的燃料電池功率系統使用質子交換膜(PEM)來催化地促進燃料(例如氫)和氧化劑(例如空氣或氧氣)的反應從而產生電。通常，燃料電池功率系統具有一個以上的燃料電池，該燃料電池包括陽極和陰極，PEM位于陽極和陰極之間。陽極接收氫氣，陰極接收氧。氫氣在陽極中離子化，以產生自由氫離子和電子。氫質子通過電解質到達陰極。氫離子與陰極中的氧和電子反應，產生作為副產物的水。來自陽極的電子不能夠通過PEM，在被送到陰極之前被引導通過負載來做功。所述功用于操作車輛。在燃料電池堆中組合很多燃料電池以產生所需的功率。用于燃料電池功率系統的氫氣可以與車輛分開處理并存儲在填充站等。氫氣可以從填充站被輸送至車輛上的高壓容器或貯存器，以根據需要提供所需的氫氣給燃料電池發動機。高壓容器通常分成以下四種類型之一具有全金屬結構的I型容器；具有金屬襯墊結構的II型容器，帶有纖維玻璃環箍包繞；具有金屬襯墊結構的III型容器，帶有復合全包繞；和具有塑料襯墊結構的IV型容器，帶有復合全包繞。容納壓縮氫氣的高壓容器必須具有機械穩定性和完整性，以防止壓力容器由于內部壓力而破裂或爆破。通常也希望使得車輛上的壓力容器是輕質的，從而不會顯著地影響車輛的重量要求。行業中的當前趨勢是采用IV型壓力容器在車輛上存儲壓縮氫氣。如Immel在美國專利No. 6，742，554 (其通過引用而整體結合于本文中)中公開的那樣，行業中所設想的用于存儲氫氣的IV型壓力容器是圓柱形以提供期望的完整性，且包括外部結構壁和在其中限定貯存器腔室的內部襯墊。外壁和襯墊的結合以輕重量和有成本效益的方式提供了期望的結構完整性、壓力包容性和氣密性。IV型壓力容器通常包括接頭，該接頭提供用于容納于其中的氫氣的入口和出口開口。接頭通常容納各種閥、壓力調節器、管道連接器、過流限制器等，這些允許壓力容器填充壓縮的氫氣，并且允許壓縮氣體以環境壓力或接近環境壓力或更高的壓力從壓力容器排出，發送到燃料電池發動機。接頭通常由鋼制成，以提供用于存儲壓縮氫氣的期望結構強度。采用適當的粘合劑、密封環等將襯墊以氣密的方式密封到接頭上，并且將接頭固定到外壁上。高壓容器還通常設計有熱激勵的安全閥或溫度-壓力釋放裝置(TPRD)，它們通常位于壓力容器的接頭處或開口處。由于各種原因，TPRD是必備的構件。在一些情況下，使用位于壓力容器上的其它區域的附加TPRD。當被激勵時，希望TPRD以大致向下的方向從壓力容器釋放壓力。迄今為止，在 TPRD的安裝過程中確保多個TPRD的所有釋放方向向下(即，大致垂直于路面)是復雜的。已知的概念包括采用熱屏障來最小化對多個TPRD的需求，帶有用于調整通風孔朝向的裝置的復雜TPRD設計，或非常復雜的安裝過程來確保每個TPRD的釋放方向基本相同。對TPRD結構和安裝TPRD的方法具有持續的需求，以簡化調整TPRD、促進TPRD的通風孔的對準以及最小化對熱屏障的需求。期望地，TPRD結構和安裝方法提供在維護(包括TPRD的重用和/或更換)期間的簡單調整，以及在壓力容器制造期間的快速組裝時間。

發明內容
根據本公開，提供了一種TPRD結構和用于安裝TPRD的方法，其簡化了 TPRD的調節，促進了 TPRD的通風孔的對準，最小化了對熱屏障的需求，并且在維護期間提供簡單的調節，包括TPRD的重用和/或更換，以及在壓力容器制造期間的快速組裝時間。在第一實施例中，用于制造壓力容器的方法首先包括提供壓力容器和第一溫度-壓力釋放裝置的步驟。溫度-壓力釋放裝置具有殼體。然后將第一溫度-壓力釋放裝置固定到壓力容器。在第一溫度-壓力釋放裝置固定到壓力容器之后，在第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中形成通風孔。由此使得通風孔選擇性地定向在期望方向上。在另一實施例中，壓力容器的溫度-壓力釋放裝置包括溫度-壓力敏感單元和殼體。溫度-壓力敏感單元構造成在預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放壓力容器的壓力。溫度-壓力敏感單元具有出口，壓力通過該出口釋放。殼體設置在溫度-壓力敏感單元的出口之上。殼體構造成具有形成于其中的通風孔。在溫度-壓力釋放裝置固定到壓力容器之后，通風孔選擇性地定向在期望的方向上。在另一實施例中，壓力容器的溫度-壓力釋放裝置包括溫度-壓力敏感單元和出口弓I導單元。溫度-壓力敏感單元構造成在預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放壓力容器的壓力。溫度-壓力敏感單元具有出口，壓力通過該出口釋放。出口弓I導單元設置在溫度-壓力敏感單元的出口之上。出口引導單元具有主體和可旋轉的套筒，通風孔形成于該套筒中。可旋轉的套筒可旋轉地設置在出口引導單元上。通風孔與形成于出口引導單元中的主要通風通道流體連通，并且與溫度-壓力敏感單元流體連通。可旋轉的套筒構造成選擇性地將通風孔定向在期望方向上。此外，本發明還涉及以下技術方案。I. 一種用于制造壓力容器的方法，所述方法包括以下步驟
提供壓力容器和第一溫度-壓力釋放裝置，所述溫度-壓力釋放裝置具有殼體；
將所述第一溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器；以及
在將所述第一溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器之后，在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中形成通風孔，所述通風孔選擇性地定向在期望方向上。2.如技術方案I所述的方法，其中，將所述溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器的步驟包括將所述溫度-壓力釋放裝置擰入所述壓力容器的螺紋套管中。3.如技術方案I所述的方法，其中，所述溫度-壓力釋放裝置的殼體是旋轉對稱的。4.如技術方案I所述的方法，其中，在所述殼體中形成所述通風孔的步驟包括在所述殼體中鉆所述通風孔。5.如技術方案I所述的方法，進一步包括如下步驟
提供具有預先形成的通風孔的第二溫度-壓力釋放裝置；以及在與所述第一溫度-壓力釋放裝置隔開的位置處將所述第二溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器。6.如技術方案5所述的方法，其中，形成在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中的通風孔的期望方向與所述第二溫度-壓力釋放裝置中的預先形成的通風孔的朝向相同。7.如技術方案I所述的方法，其中，形成在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中的通風孔的期望方向是大致向下方向。8. 一種用于壓力容器的溫度-壓力釋放裝置，包括
溫度-壓力敏感單元，所述溫度-壓力敏感單元構造成當預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放所述壓力容器的壓力，所述溫度-壓力敏感單元具有出口，壓力通過該出口釋放；以及
覆蓋所述溫度-壓力敏感單元的出口的殼體，所述殼體構造成具有形成在其中的通風孔，在所述溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器之后，所述通風孔選擇性地定向在期望方向上。9.如技術方案8所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述溫度-壓力釋放裝置的殼體是旋轉對稱的，并且形成在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中的通風孔的期望方向是大致向下方向。10. 一種用于壓力容器的溫度-壓力釋放裝置，包括
溫度-壓力敏感單元，所述溫度-壓力敏感單元構造成當預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放所述壓力容器的壓力，所述溫度-壓力敏感單元具有出口，壓力通過該出口釋放；以及
設置在所述溫度-壓力敏感單元的出口之上的出口引導單元，所述出口引導單元具有主體和可旋轉的套筒，通風孔形成在所述可旋轉的套筒中，所述可旋轉的套筒可旋轉地設置在所述出口引導單元上，所述通風孔與形成在所述主體中的主要通風通道流體連通，并且與所述溫度-壓力敏感單元流體連通，所述可旋轉的套筒構造成將所述通風孔選擇性地定向在期望方向上。11.如技術方案10所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，環狀通風通道形成在所述出口引導單元上，所述環狀通風通道與形成在所述可旋轉的套筒中的通風孔對準。12.如技術方案11所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述環狀通風通道通過形成在所述出口引導單元中的至少一個通風孔而與所述主要通風通道流體連通。13.如技術方案12所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，至少一個密封件設置在所述可旋轉的套筒和所述出口引導單元之間。14.如技術方案13所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述至少一個密封件是設置在至少一個環狀凹槽中的O型環，所述至少一個環狀凹槽在所述環狀通道和所述主體的自由端與所述溫度-壓力釋放單元中的一個之間形成在所述主體中。15.如技術方案13所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述至少一個密封件包括第一 O型環和第二 O型環，所述第一 O型環設置在第一環狀凹槽中，所述第一環狀凹槽設置在所述環狀通道和所述出口引導單元的自由端之間，所述第二 O型環設置在第二環狀凹槽中，所述第二環狀凹槽設置在所述環狀通道和所述溫度-壓力釋放單元之間。
16.如技術方案10所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述可旋轉的套筒利用保持環固定到所述主體。17.如技術方案16所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述主體具有形成于其中的階梯，所述可旋轉的套筒在所述保持環和所述階梯之間固定到所述主體。18.如技術方案17所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述保持環設置在臨近所述出口引導單元的自由端的凹槽中。19.如技術方案10所述的溫度-壓力釋放裝置，還包括罐上閥，所述罐上閥構造成固定到所述壓力容器。20.如技術方案19所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述溫度-壓力敏感單元設置在所述罐上閥和所述出口引導單元之間并且與所述罐上閥和所述出口引導單元流體連通，當所述預先確定的溫度和所述預先確定的壓力中的至少一個被超過時，所述溫度-壓力敏感單元允許流體從所述罐上閥流到所述出口引導單元。


本公開的上述益處以及其它益處對于本領域技術人員來說從以下詳細說明尤其是結合下文所述的附圖考慮時將變得清楚。圖I是根據本公開的一個實施例的帶有溫度-壓力釋放裝置的壓力容器系統的示意性側視圖2A是圖I所示的溫度-壓力釋放裝置的放大示意性局部側面截面圖，顯示的是在溫度-壓力釋放裝置的殼體中形成通風孔之前的情況；
圖2B是圖I和圖2A所示的溫度-壓力釋放裝置的放大示意性局部側面截面圖，顯示的是在溫度-壓力釋放裝置的殼體中形成通風孔之后的情況；
圖3是根據本公開的另一實施例的溫度-壓力釋放裝置的放大側面截面圖，該溫度-壓力釋放裝置包括出口引導裝置；以及
圖4是圖3中所示的出口引導裝置的放大局部側面截面圖。
具體實施例方式以下詳細說明和附圖描述和圖示了本發明的各個實施例。描述和附圖用于能夠讓本領域技術人員制造和使用本發明，且并不以任何方式限制本發明的范圍。對于公開的方法，所給出的步驟實質上僅為示例性的，因此并不是必須的或者關鍵性的。在圖I和圖2A-2B所示的一個實施例中，本公開包括用于制造壓力容器2的方法。 該方法首先包括提供壓力容器2和第一溫度-壓力釋放裝置(TPRD)4的步驟。壓力容器2 可以是例如氫存儲系統(HSS)。在本公開的范圍內也可以使用其它類型的壓力容器2。TPRD4具有溫度-壓力敏感單元6和殼體8。溫度-壓力敏感單元6構造成在預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放壓力容器2的壓力。溫度-壓力敏感單元6可以是任何類型的溫度-壓力敏感單元。作為說明性示例，溫度-壓力敏感單元 6可以是Suess的美國專利申請11/622518,Pechtold的美國專利申請12/116321、Lindner 等的美國專利申請12/138544中所描述的溫度和/或壓力釋放裝置，這些文獻的完整公開通過引用結合于本文中。本領域技術人員可以根據需要而選擇用于TPRD4的溫度-壓力敏感單元6的其它結構和設計。溫度-壓力敏感單元6在其自由端12處具有出口 10，壓力通過該出口 10釋放。 殼體8覆蓋該溫度-壓力敏感單元6的自由端10。TPRD4的殼體8可以是例如旋轉對稱的。 由于是旋轉對稱的，殼體8可以繞殼體8的中央軸線表現為對稱。殼體8初始不設有形成于其中的通風孔14。應該認識到，由于沒有通風孔14，所以TPRD4在壓力容器的安裝過程中的朝向不是關鍵性的。通過將第一 TPRD4固定到壓力容器2，將第一 TPRD4安裝到壓力容器2中。作為非限制性示例，將TPRD4固定到壓力容器2的步驟可包括將TPRD4擰入壓力容器2的螺紋套管中。或者，TPRD4可以密封地插入形成于壓力容器2的孔口中，并利用粘合劑等固定。如果需要的話，也可以采用將TPRD4固定到壓力容器2的其它裝置。在安裝第一 TPRD4之后，在第一 TPRD4的殼體8中形成通風孔14。作為非限制性示例，可以通過將通風孔14鉆通殼體8的壁而形成通風孔14。在替代性實施例中，通風孔 14可以從殼體8的壁沖孔或戳出。當形成通風孔14時，通風孔14有選擇地朝向期望的方向。在一個特別有說明性的實施例中，通風孔14朝向大致向下的方向，使得通風孔14設置為大致垂直于帶有壓力容器2的車輛(未示出)所操作于的路面(未示出)。本領域技術人員應該認識到，在安裝TPRD4之后將通風孔14形成于壓力容器2中有利地最小化在安裝之后調整TPRD4以適當使通風孔14定向的需要。按照本公開的方法， 通風孔14總是形成為朝向期望方向。本方法還可包括提供第二 TPRD16的步驟。與第一 TPRD4不同，第二 TPRD16可以設置有預先形成的通風孔18。當第二 TPRD16安裝到壓力容器2中時，預先形成的通風孔 18朝向大致向下的方向。然后第二 TPRD16在壓力容器2上的與第一 TPRD4間隔開的位置固定到壓力容器2。例如，第一 TPRD4和第二 TPRD16可以設置在壓力容器2的相對端。或者，第二 TPRD16可以在將第一 TPRD4安裝到壓力容器2中的步驟之前被安裝到壓力容器2 中。應該認識到，如果需要的話，多個附加的TPRD4U6也可以安裝到壓力容器2中。當采用第二 TPRD16時，形成在第一 TPRD4的殼體8中的通風孔14的期望方向與第二 TPRD16中的預先形成的通風孔18的朝向相同。在特別有說明性的實施例中，通風孔 14和預先形成的通風孔18的各自的朝向大致向下。也可以使用其它的朝向，但向下的方向通常是優選的。根據本公開的另一實施例的TPRD6’示出在圖3和圖4中。為了清楚，相對于圖I 和圖2A-2B,顯不于圖3和圖4中的相似或相關的結構以相同的標號和撇(’)符號來表不。TPRD4’構造成當預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放壓力容器2’的壓力。TPRD4’包括具有出口 10’的溫度-壓力敏感單元6’，壓力通過出口 10’釋放。TPRD4’還包括出口引導單元20。類似于圖I和圖2A-2B顯示的殼體8，出口引導單元20設置在溫度-壓力敏感單元6’的出口 10’之上。出口引導單元20具有主體22 和可旋轉的套筒24，通風孔14’形成于套筒24中。可旋轉的套筒24可旋轉地設置在主體 22上。通風孔14’與形成于主體22中的主要通風通道26流體連通。因此通風孔14’與溫度-壓力敏感單元6’流體連通。應該認識到，可旋轉的套筒24構造成有選擇地使通風孔 14’朝向期望的方向。參考圖4，TPRD4’可包括環狀通風通道28。環狀通風通道28可以形成在主體22上。環狀通風通道28與形成在可旋轉套筒24中的通風孔14’對準。環狀通風通道28還通過至少一個通風孔30與主要通風通道26流體連通，該至少一個通風孔30也形成在主體 22中。為了提供用于釋放壓力的基本流體密封的路徑，出口引導單元20還可包括至少一個密封件32、34。該至少一個密封件32、34設置在可旋轉的套筒24和主體22之間。例如，該至少一個密封件32可以是設置在形成于主體22中的至少一個環狀凹槽36、38中的 O型環。在特定實施例中，該至少一個密封件32、34包括第一 O型環32和第二 O型環34。 第一 O型環32設置在第一環狀凹槽36中，該第一環狀凹槽36設置在環狀通風通道28和主體22的自由端12’之間。第二 O型環34設置在第二環狀凹槽38中，該第二環狀凹槽38 設置在環狀通風通道28和溫度-壓力釋放單元6’之間。O型環密封件32、34還消除套筒 24的不期望的旋轉。摩擦扭矩與O型環密封件32、34的直徑和O型環密封件32、34的預加應力有關，其允許O型環32、34發揮雙重功能，即，密封和固定。在另一實施例中，可旋轉的套筒24利用保持環40固定到主體22。保持環40可以設置在凹槽42中，該凹槽42設置為例如臨近主體22的自由端12’。主體22還可具有形成于其中的階梯44。因此可旋轉的套筒24可在保持環40和階梯44之間固定到主體22。如果需要的話，也可以采用將可旋轉套筒24固定到主體22的其它裝置。重新參考圖3，本公開的TPRD4’還可包括罐上閥(0TV)46。0TV46可以構造成固定到壓力容器2。例如，0TV46可以是螺紋的并構造成螺紋地接合壓力容器2的套管。如圖3 所示，0TV46可設有一個或多個密封件48，這些密封件48構造成提供與壓力容器2的流體密封的密封。在本公開的范圍內也可以采用其它已知類型的0TV46。在特定實施例中，溫度-壓力敏感單元6’設置在0TV46和出口引導單元20之間并與0TV46和出口引導單元20流體連通。應該認識到，當預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時，溫度-壓力敏感單元6’允許流體從0TV46、溫度-壓力敏感單元 6’流到出口引導單元20。本公開的方法和TPRD4、4’有利地提供確保通風孔14、14’的最優方向或朝向以便以期望的方式(即，大致向下)釋放壓力的裝置。該方法和TPRD4、4’還促進在壓力容器上的不同位置處的不同TPRD4、4’、16的各自的通風孔14、14’、18的對準。在安裝TPRD4之后形成通風孔14尤其減小了對可調整部件的需要、消除了通常很費力的調整本身、并且節省了用于調整系統的密封件。類似地，在安裝TPRD4’之后在可旋轉的套筒24上調整通風孔14’ 是簡單的并且能夠在壓力容器2的制造過程中快速地執行。盡管為了解釋本發明的目的已經示出了某些代表性實施例和細節，但本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離進一步由在后面的所附權利要求中描述的本發明的范圍的情況下可作出各種改變。
權利要求
1.一種用于制造壓力容器的方法，所述方法包括以下步驟提供壓力容器和第一溫度-壓力釋放裝置，所述溫度-壓力釋放裝置具有殼體；將所述第一溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器；以及在將所述第一溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器之后，在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中形成通風孔，所述通風孔選擇性地定向在期望方向上。
2.如權利要求I所述的方法，其中，將所述溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器的步驟包括將所述溫度-壓力釋放裝置擰入所述壓力容器的螺紋套管中。
3.如權利要求I所述的方法，其中，所述溫度-壓力釋放裝置的殼體是旋轉對稱的。
4.如權利要求I所述的方法，其中，在所述殼體中形成所述通風孔的步驟包括在所述殼體中鉆所述通風孔。
5.如權利要求I所述的方法，進一步包括如下步驟提供具有預先形成的通風孔的第二溫度-壓力釋放裝置；以及在與所述第一溫度-壓力釋放裝置隔開的位置處將所述第二溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器。
6.如權利要求5所述的方法，其中，形成在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中的通風孔的期望方向與所述第二溫度-壓力釋放裝置中的預先形成的通風孔的朝向相同。
7.如權利要求I所述的方法，其中，形成在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中的通風孔的期望方向是大致向下方向。
8.一種用于壓力容器的溫度-壓力釋放裝置，包括溫度-壓力敏感單元，所述溫度-壓力敏感單元構造成當預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放所述壓力容器的壓力，所述溫度-壓力敏感單元具有出口，壓力通過該出口釋放；以及覆蓋所述溫度-壓力敏感單元的出口的殼體，所述殼體構造成具有形成在其中的通風孔，在所述溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器之后，所述通風孔選擇性地定向在期望方向上。
9.如權利要求8所述的溫度-壓力釋放裝置，其中，所述溫度-壓力釋放裝置的殼體是旋轉對稱的，并且形成在所述第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中的通風孔的期望方向是大致向下方向。
10.一種用于壓力容器的溫度-壓力釋放裝置，包括溫度-壓力敏感單元，所述溫度-壓力敏感單元構造成當預先確定的溫度和預先確定的壓力中的至少一個被超過時釋放所述壓力容器的壓力，所述溫度-壓力敏感單元具有出口，壓力通過該出口釋放；以及設置在所述溫度-壓力敏感單元的出口之上的出口引導單元，所述出口引導單元具有主體和可旋轉的套筒，通風孔形成在所述可旋轉的套筒中，所述可旋轉的套筒可旋轉地設置在所述出口引導單元上，所述通風孔與形成在所述主體中的主要通風通道流體連通，并且與所述溫度-壓力敏感單元流體連通，所述可旋轉的套筒構造成將所述通風孔選擇性地定向在期望方向上。
全文摘要
本發明提供一種用于制造壓力容器的方法。該方法包括以下步驟提供壓力容器和第一溫度-壓力釋放裝置，所述溫度-壓力釋放裝置具有殼體；將所述第一溫度-壓力釋放裝置固定到所述壓力容器；以及在將第一溫度-壓力釋放裝置固定到壓力容器之后，在第一溫度-壓力釋放裝置的殼體中形成通風孔。通過用于制造壓力容器的方法將通風孔選擇性地定向在期望方向。還提供一種用于通風孔對準和選擇性定向的溫度-壓力釋放裝置。
文檔編號H01M8/04GK102593486SQ20121000584
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者J.舒爾策, O.邁爾, T.約寧 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司