压力状态或开关状态指示器的制作方法

本文公开的技术涉及一种压力状态或开关状态指示器。

背景技术：

压力容器或者说压力罐由现有技术公开。压力容器例如是高压气体容器或低温压力容器。复合材料压力容器通常也称为复合材料容器或纤维复合容器。II型、III型和IV型压力容器完全或部分具有包围(内)衬里的纤维增强材料层。作为纤维增强塑料(FVK)例如使用碳纤维增强塑料(CFK)和玻璃纤维增强塑料(GFK)。衬里在II型和III型容器中由金属(通常为铝或钢)制成。压力容器容纳压缩流体，如压缩空气、氧气、甲烷、氢气、二氧化碳等。此外已知塑料衬里(全复合容器、IV型容器)。高压气体容器例如可用在借助压缩天然气(CNG)或氢气运行的车辆中。

压缩流体在几百巴的压力下被储存在高压气体容器中。根据2010年4月26日的委员会第406/2016号条例(EU)(其用于实施欧洲议会和理事会关于氢动力汽车的型式核准的第79/2009号条例(EG)(以下简称EC79))，III型或IV型氢气高压容器的破裂压力必须超过其最大运行压力的2.25倍。因此必须这样设计700bar的高压气体容器，使得其能承受1575bar的压力。

在压力容器中在热事件(如车辆火灾)作用于压力容器时存在破裂危险。因此，法规(如EC79或GTR(全球技术法规ECE/TRANS/WP.29/2013/41))要求为每个压力容器安装至少一个热泄压阀(也称为热压力释放装置或TPRD)。泄压阀在热事件中在出现容器壁热损伤之前通过排出压力容器气体来减小压力容器中的压力。因此能够可靠避免压力容器的破裂。

了解压力容器的压力状态对于到达事故地点的救援人员而言至关重要。当车辆燃烧并且已经发生泄压时，救援人员可以为了抢救或灭火而靠近车辆。但如果尚未通过TPRD泄压，则救援人员在靠近车辆时承担着较高的风险。破裂事件可能导致严重伤害。目前的压力容器技术没有为救援人员提供关于压力容器压力状态的可靠信息。

此外，在具有电动牵引电机的机动车中设有用于高压保护的安全电路，其另外包括安全继电器或保护器。当车辆损坏时，救援人员须知道安全继电器或保护器是否已触发。否则在救援时存在相当大的健康危险。

技术实现要素：

本文公开技术的任务在于，减小或消除由现有技术产生的缺点。该任务通过独立权利要求的技术方案来解决。从属权利要求构成优选方案。其它任务由本文公开技术的优点得出。

本文公开的技术涉及一种尤其是用于压力容器和/或与安全有关的阀、开关和/或保护器的压力状态和/或开关状态指示器(下面用术语“指示器”简单表示)。

压力容器例如可以是高压气体容器或低温压力贮箱，如在背景技术中所描述的那样。指示器可直接设置在高压容器上。此外，指示器可间隔开距离地构造。优选的是，指示器一并集成在泄压阀中。泄压阀通常设置在压力容器的一端上。在长压力容器中，各泄压阀可沿压力容器的纵向方向彼此间隔开约1m设置。

但指示器不局限于指示压力容器内部压力。相反，本文公开的关于指示器的技术也可指示其它与安全有关的阀、开关和/或保护机构的开关状态。救援人员可从指示器的反馈推断出阀、开关和/或保护器的状态(第一状态还是第二状态)。例如，指示器可指示机动车高压电路元件的开关状态。

指示器包括辐射源，其适用于尤其是连续地发出辐射。它例如可以是连续释放辐射的材料。它优选是自给自足的辐射源，其可在没有附加能量源的情况下并且优选无其它构件的情况下发出辐射。自给自足的辐射源的优点在于，该辐射源在机动车严重损坏后仍能发出辐射。有利的是车辆火灾期间的高温也不影响辐射源。因此优选耐火辐射源。

指示器还包括辐射防护装置。这样构造辐射防护装置，使得其可在指示器的第一状态中屏蔽辐射源。优选地，没有或仅可以忽略的少量的辐射到达车辆环境中。优选这样设计辐射防护装置，使得周围或环境不暴露在可测量辐射下。根据辐射源，在此可使用不同材料和不同壁厚用来形成辐射防护装置。

例如作为辐射源可使用有轻微放射性的辐射器。辐射防护装置例如可包括铅板，所述铅板在第一状态中包围辐射材料。

指示器还包括致动器，其适用于使指示器从第一状态转变到第二状态中。尤其是，致动器可优选当压力容器中的压力下降到极限压力P_BHGmin以下的值时和/或当存在热事件、例如当超过约50℃至约400℃、进一步优选约75℃至约300℃并且特别优选约85℃至约200℃的指示器极限温度或者说触发温度时，使指示器从第一状态转变到第二状态中。

尤其是当存在损害高压安全的事件时，致动器能够使指示器从第一状态转变到第二状态中。这除了上述压力降低和热事件外例如还包括由事故引起的短路。

优选这样构造辐射防护装置，使得其在第一状态中屏蔽发出的辐射。此外这样构造指示器，使得在第二状态中不屏蔽发出的辐射的至少一部分。换言之，在第二状态中指示器发出与屏蔽的第一状态相比高出数倍的辐射(必要时在限定的频谱中)。因此，与在第一状态中相比，在第二状态中更多辐射可到达环境中。

在第二状态中，射线强度尤其是使得检测装置可检测到发出的辐射。救援人员于是优选可借助简单的检测装置测量并且定位在指示器第二状态中发出的辐射。因此，救援人员可以很容易确定压力容器是否是无压的。同样，救援人员可简单地确定与安全有关的阀、开关和/或保护器的开关状态。

此外，救援人员可以定位指示器的位置并且在使用多个指示器或压力贮箱的情况下可以将被触发的指示器与安装在车辆中的指示器/压力贮箱数量进行比较。本文公开的技术优选使用这样的辐射源，其极为稳定并且独立于机动车状态可靠地发出辐射。因此，非常可靠地向救援人员指示当前的压力或开关状态。以此可估算救援人员在救援时承担的风险。此外，指示器自给自足地工作并且在任何事故情况下均可使用。

有利的是，这样确定辐射源在第二状态中的辐射强度大小，使得能够通过检测装置在安全距离中、如约30m至约2km、进一步优选约50m至约1km、并且特别优选约100m至约200m的安全距离中可靠检测辐射。因此有利的是，可与车辆状态无关地从安全距离外检测辐射。

当压力容器用于机动车中时，本文公开的压力容器通常存储氧化燃料。因此，压力贮箱在实践中从未完全排空，这是因为否则存在氧气进入压力容器中的危险。于是可能在贮箱中形成爆炸性混合物。由运行决定的空贮箱因此始终具有显著的最小容器压力P_BHmin。目前例如已知这样的压力容器，其具有约3bara(即相对于大气2barg)的工作－最小容器压力P_BHmin。在由运行决定的空状态中目前通常规定约20barg的最小压力。此外，在IV型压力容器中还存在这样的制造要求，即，应防止或至少在很大程度上避免完全排空，以避免损坏压力容器结构。因此，空压力容器始终应存储有处于压力下的惰性气体。因此，应区分由运行决定的、具有等于或大于最小容器压力P_BHmin的压力的空压力容器和完全泄压的压力容器(即处于约1bara环境压力下的压力容器)。

当多个指示器/压力贮箱安装在车辆中时，有利的是，将相应指示器的各个辐射源的辐射强度相加并且救援人员可根据该强度识别是否所有指示器/压力容器已被触发/是无压的。在固体辐射器(与液体辐射器相比)的情况下可明确确定辐射最大值。亦即，固体辐射器可在空间中被明确定位。当多个压力贮箱安装在车辆中时，可以按这种方式确定被触发指示器的数量并与安装在车辆中的压力容器的数量进行比较。

本文公开的技术还包括一种用于指示压力容器压力状态的方法，包括下述步骤：

－提供本文所示压力状态指示器，并且

－当压力容器中的压力下降到极限压力P_BHGmin以下的值时，压力状态指示器从第一状态转变到第二状态中，使得在第二状态中不屏蔽发出的辐射的至少一部分。

本文公开的技术为救援人员提供了一种简单且可靠的功能，该功能可靠指示压力容器或处于压力下的管路的泄压状态。

致动器优选能实现辐射源和辐射防护装置之间的相对运动和/或辐射防护装置的各部件之间的相对运动。指示器优选可通过该相对运动从第一状态转变到第二状态中。

相对运动在此可以是平移运动、如辐射源和辐射防护装置的移动或辐射防护盒盖的移动。替代或附加地，可进行旋转运动、如圆形辐射防护装置的至少两个半部的扭转。

在第一状态中，辐射源可被辐射防护装置包围。在第二状态中辐射源的至少一部分可露出。“露出”在此情况下表示辐射源的至少一部分未被屏蔽材料遮挡。当然，非屏蔽材料也可保护露出部分免于天气影响等。

优选的是，致动器是纯机械操作的致动器，其优选包括至少一个弹簧装置和至少一个气动装置，以便产生相对运动。换言之，致动器不包括电动或电子构件。

致动器可包括弹簧和活塞。尤其是可这样构造活塞，使得当压力容器中的压力下降到极限压力P_BHGmin以下的值时，活塞进行相对运动。

例如活塞可设置在气缸中。在气缸中，活塞例如可从第一位置运动到第二位置中。当活塞例如保持在第一位置中时，指示器可处于第一状态中。在第二活塞位置中，指示器例如可具有第二状态。

气动压力F_G作用于活塞，该气动压力可指示压力容器中的压力或安全元件的开关状态。

例如，所述压力可与压力容器中的压力成正比。尤其是可这样构造指示器、尤其是弹簧和活塞，使得当压力容器中的压力下降到极限压力P_BHGmin以下的值时，弹簧力(优选连同下面还将说明的环境压力)大于气动压力F_G。弹簧力(必要时下面提到的环境压力)和气动压力F_G作用于活塞。但所述各力作用方向相反。当气动压力大于弹簧力加上环境压力时，则呈现第一状态。

活塞也可通过囊状件保持在第一位置或者说第一状态中。尤其是囊状件可这样定位在气缸中并且这样构造，使得当压力容器中的压力未下降到极限压力以下的值时，所述囊状件使活塞保持在第一状态中。

当作为辐射源使用尤其是有轻微放射性的辐射器(优选β或γ辐射器)时，可借助常见的检测装置(如电离室、正比计数管或盖革米勒计数器)根据频谱、尤其是伽马频谱或辐射剂量检测在第二状态中发出的辐射。这种检测装置相对便宜并且目前已经属于许多救援人员的装备。具有高半衰期的放射性辐射器提供无限制的能量源。也就是说，可与时间无关地使用检测功能。优选β辐射器、特别优选γ辐射器。γ辐射器是高能的，因此车辆部件不会轻易地屏蔽这种辐射器。例如辐射器可包括同位素钴60。在此也可优选直接在其能谱上识别各个同位素。这些同位素都具有所谓的“指纹”。所述识别可借助伽玛射线频谱绝对唯一地进行。优选还可借助编码传输其它例如关于车辆或贮箱的信息。

本文公开的技术还涉及一种压力容器，其具有本文所示的指示器。本文所示的指示器优选与压力容器的内部空间气动连接或者说可连接。本文所示的指示器还可设置在压力容器中。

本文公开的技术还涉及一种机动车，其包括至少一个本文公开的压力容器。

致动器可包括活塞，并且在活塞中或上设置辐射源。在活塞中还可设置至少一个活塞辐射防护装置。壳体辐射防护装置可设置在指示器壳体中或附近。壳体辐射防护装置和活塞辐射防护装置优选可屏蔽发出的辐射的至少一部分。气动压力F_G可作用于活塞，该气动压力可指示压力容器中的压力。活塞可通过囊状件保持在第一状态中。指示器可构造为泄压阀。辐射防护装置可以是所述致动器和/或一个附加(熔化)致动器。辐射防护装置可由这样的材料制成并且这样设置在指示器中，使得辐射防护装置在热事件中熔化。可熔化的辐射防护装置以及辐射源可以是囊状件的组成部分、尤其是泄压阀囊状件的组成部分。可熔化的辐射防护装置以及辐射源例如可包含这样的材料，该材料在高于极限温度的温度时熔化。主体例如可由铅或铅合金制成。

附图说明

现在参考附图详细说明本文公开的技术。附图如下：

图1为处于第一状态中的压力状态指示器100；

图2为处于第二状态中的压力状态指示器100；

图3为处于第一状态中的压力状态指示器100；

图4为处于第一状态中的指示器100；

图5为处于第二状态中的指示器100；和

图6为处于第一状态中的指示器100。

具体实施方式

图1所示指示器是压力状态指示器100并且包括辐射源110，该辐射源在此容纳在辐射防护装置120中。辐射防护装置120在此包括由铅板120制成的铅罩，所述铅板吸收由辐射源110连续发出的辐射。基于该屏蔽，没有辐射从辐射防护装置120中透出。辐射源110固定在活塞132的活塞杆上。活塞132在壳体138的活塞井131中被导向。壳体138还包括流体通道135，该流体通道将活塞132至少间接地与压力容器内部连通。例如该压力状态指示器100可通过贮箱自带阀(On-Tank-Ventil)与压力容器200连接(在图1和2仅示意性以虚线示出压力容器200)。活塞132的一侧由弹簧134加载弹簧力。在活塞的相反侧上作用气动压力F_G。气动压力F_G在此直接受到压力容器200的贮箱内部压力影响。这两个力作用方向相反。此外，在活塞杆的端面上还作用环境压力，该环境压力与弹簧力作用方向相同。

只要压力容器200中的压力不下降到极限压力P_BHGmin以下的值，由弹簧力和环境压力产生的力就小于气动压力F_G。因此，活塞132保持在其端部位置(第一位置)中，并且辐射源110保持在辐射防护装置120中。因此没有辐射可以进入环境中。

在活塞井131中可设置密封装置137，该密封装置相对于环境密封活塞杆。活塞井131可通入压力补偿间隙139中。优选的是，在流体通道135中设置减压器133、如节流阀133。为了使活塞132运动，优选不需要大的质量流。为了在密封装置137失效时将泄漏减少至不重要的最小值，在高压侧在压力容器200和活塞132之间设置节流阀133。作为替代方案也可设置透气的膜片133。质量流在此可通过节流阀/膜片133这样调节，使得质量流本身在无密封装置的情况下满足目前每小时10Ncm³氢的法律要求(如根据EC79或GTR)。

图2示出处于第二状态(第二位置)中的压力状态指示器100。当压力容器内部压力下降到环境压力时、如通过TPRD泄压时，存在低于极限压力P_BHGmin的压力值。同样，气动压力F_G也下降到一个低值。气动压力F_G于是小于由弹簧力和环境压力产生的力。因此，弹簧134将活塞132从其端部位置或者说第一位置压出(参见图1)。同时，安装在活塞杆上的辐射源110移出辐射防护装置。压力状态指示器100到达第二状态。在压力状态指示器100的第二状态中，由辐射源110发出的辐射几乎不受阻碍地射出。在此很显然的是，发出的辐射的至少一部分在第二状态中未被屏蔽。借助适合的测量设备，救援人员能够从安全距离外可靠检测该辐射。

图3示出压力状态指示器100的另一种方案。触发在此通过囊状件140、如玻璃囊状件140的损坏进行。压力状态指示器100在此设置在压力容器200内部。玻璃囊状件140由于其提供抵抗弹簧134(在压缩状态中)的反作用力而防止触发。在玻璃囊状件140中封入气体G。囊状件内部压力P_IK高于环境压力、但低于压力贮箱的排空压力或者说最小容器压力P_BHGmin。

当压力容器200中的内部压力下降到环境压力时，例如通过TPRD泄压至约1bar时，封入玻璃囊状件140中的气体G基于其相对高的囊状件内部压力P_IK而损坏玻璃囊状件140。玻璃碎片在此可落入至少一个空腔136中。基于玻璃囊状件140的损坏，弹簧134的反作用力消失，该反作用力将活塞132保持在第一状态或者说第一位置中。弹簧134现在将活塞132压入第二状态中。辐射源110离开辐射防护装置120并且辐射可从外部检测到。在此有利的是，不需要与环境连通。可省却活塞井131中或者说在高压侧和环境之间的密封装置137。不存在泄漏危险。优选的是，压力状态指示器100这样安装在贮箱自带阀的内侧上，使得该指示器伸入压力容器的内部。

图4示出处于第一状态中的指示器。辐射防护装置120在此包括活塞辐射防护装置120b和壳体辐射防护装置120a。例如可设置多个辐射防护板和/或辐射防护环120a、120b。壳体辐射防护装置120a在此设置在壳体138附近。所述壳体辐射防护装置120a可与壳体隔开一定距离或直接贴靠在壳体138上地设置。此外，所述壳体辐射防护装置也可一并集成在壳体138中。

壳体辐射防护装置120a可屏蔽发出的辐射的至少一部分。此外，活塞辐射防护装置120b在此集成在活塞132中。所述活塞辐射防护装置也可包括辐射防护板或辐射防护环。活塞辐射防护装置设置在辐射源110附近。所述活塞辐射防护装置可如环一样包围辐射源110。活塞辐射防护装置120b可屏蔽发出的辐射的至少一部分。在第一状态中，壳体辐射防护装置120a和活塞辐射防护装置120b优选能够基本上完全屏蔽辐射源110。活塞132气动地与压力容器200的内部空间或与压力管路直接或间接连接。气动压力F_G作用于活塞132，该气动压力指示压力容器200中的压力。活塞通过囊状件140保持在第一状态中。囊状件140因此施加气动压力F_G的反作用力。泄压口150在第一状态或者说在活塞132的第一位置或者说初始位置中被挡住/封闭，从而没有流体能从压力容器200泄出。

图5示出处于第二状态中的指示器。囊状件140基于容器200附近的热事件而破裂并且因此不再施加对于压力F_G的反作用力。因此，活塞132从其第一或者说初始位置(参见图4)(在该第一或者说初始位置中辐射源110被辐射防护装置120屏蔽并且泄压口150被挡住)运动到第二或者说端部位置中(第二状态)。在活塞132的该第二位置中，不再屏蔽发出的辐射的至少一部分。因此，救援人员可(与容器隔开安全距离地)检测辐射信号。同时，通过活塞移动来释放泄压口150，从而尤其是在发生热事件时在容器中可泄压。因此，图4和5中所示的指示器也有利地构造为泄压阀。

如果指示器100集成在泄压阀中，则两个系统彼此直接机械耦合或者说是一体的。因此减小了系统单独失效的概率(指示器触发，而泄压阀却没有)。此外，这种解决方案的制造成本可以较低并且需要较少的安装空间。当指示器集成在泄压阀中时，总体上需要少量的构件并且产生少量的密封部位。这额外降低了泄漏危险。

在根据图4和5的实施方式中，辐射防护装置120设置在壳体138中并且辐射源110设置在活塞中。也可以的是，辐射源110设置在壳体138中并且当活塞移动时，活塞132使辐射防护装置120相对于辐射源110移动。

图6示出指示器100集成在泄压阀100中的另一种方式。辐射源110集成在泄压阀的囊状件140中。囊状件140的铅块、如铅包围辐射源110并且因此构成辐射防护装置120。泄压口150在第一状态或者说在活塞132的第一或者说初始位置中被挡住，从而没有流体可从压力容器泄出。

当囊状件140、更确切地说铅块或者说辐射防护装置120基于热事件熔化时，辐射源110露出并且可检测辐射源110的射线(第二状态)。同时通过活塞移动来露出泄压口150，从而尤其是在发生热事件时在容器200中可发生泄压。

在本实施例中，辐射防护装置120是致动器，其使指示器100从第一状态(在该第一状态中辐射防护装置120屏蔽发出的辐射)转变到第二状态中(在该第二状态中不屏蔽发出的辐射的至少一部分)。辐射防护装置120因此于是尤其是可由这样的材料制成并且这样设置在指示器中，使得辐射防护装置120在热事件中熔化。例如，辐射防护装置可由铅或铅合金制成或包含铅或铅合金。

该熔化致动器然而也可以用在图4和5的指示器中。尤其是除了图4和5的机械致动器外也可使用附加的熔化致动器。此外，一般也可以在压力容器上或附近设置囊状件或者说熔化致动器140，该囊状件或者说熔化致动器基于热事件而触发。熔化致动器在此可以具有任何适合的形状，只要所述熔化致动器在热事件时使囊状件从第一状态转变到第二状态中。在本文公开的技术的意义上，致动器是状态转换器。

在图1至6中示出与压力容器200结合的指示器。但本文公开的技术不局限于压力容器200的压力状态指示器。相反，所示致动器也可用于其它与安全有关的线路中，例如与安全有关的阀、开关和/或保护器可具有本文公开的指示器。辐射源和辐射防护装置例如可如本文公开的指示器那样集成在壳体中和这种与安全有关的阀、开关和/或保护器的可动部件中。可动部件于是可作为活塞起作用，该活塞包括辐射源并且从第一状态转变到第二状态中。用于运动的能量来自阀、开关和/或保护器的已知的触发机构。替代和/或附加地，例如可在与安全有关的(高压)元件附近设置熔化致动器，只要在该元件触发时出现升高的温度。

本文公开的指示器的突出之处在于简单的机械装置，该机械装置包括弹簧/活塞系统。该系统在任何事故情况下(即也在车辆火灾、车身严重变形等情况下)可靠工作。

本发明的上述描述仅用于说明目的并且不用于限制本发明。在本发明的范围中可在不背离本发明范围及其技术等价物的情况下实现各种改进和改型。例如代替平移往复活塞运动可通过弹簧力和气动压力实现旋转运动。此外，例如辐射防护装置120或辐射防护装置120的部件可相对于辐射源110运动。尤其是，指示器可用于指示不同压力容器和管路或管路局部区域的压力状态。