专利名称：压力容器上的温度-压力释放装置的通风孔对准的制作方法
技术领域：
本公开涉及压力容器，更具体地，涉及压力容器上的温度-压力释放装置。
背景技术：
燃料电池功率系统已经被提出作为用于电动车辆和各种其它应用的一种清洁、有效和环保的功率源。一种类型的燃料电池功率系统使用质子交换膜(PEM)来催化地促进燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气或氧气)的反应从而产生电。通常，燃料电池功率系统具有一个以上的燃料电池，该燃料电池包括阳极和阴极，PEM位于阳极和阴极之间。阳极接收氢气，阴极接收氧。氢气在阳极中离子化，以产生自由氢离子和电子。氢质子通过电解质到达阴极。氢离子与阴极中的氧和电子反应，产生作为副产物的水。来自阳极的电子不能够通过PEM，在被送到阴极之前被引导通过负载来做功。所述功用于操作车辆。在燃料电池堆中组合很多燃料电池以产生所需的功率。用于燃料电池功率系统的氢气可以与车辆分开处理并存储在填充站等。氢气可以从填充站被输送至车辆上的高压容器或贮存器，以根据需要提供所需的氢气给燃料电池发动机。高压容器通常分成以下四种类型之一具有全金属结构的I型容器；具有金属衬垫结构的II型容器，带有纤维玻璃环箍包绕；具有金属衬垫结构的III型容器，带有复合全包绕；和具有塑料衬垫结构的IV型容器，带有复合全包绕。容纳压缩氢气的高压容器必须具有机械稳定性和完整性，以防止压力容器由于内部压力而破裂或爆破。通常也希望使得车辆上的压力容器是轻质的，从而不会显著地影响车辆的重量要求。行业中的当前趋势是采用IV型压力容器在车辆上存储压缩氢气。如Immel在美国专利No. 6，742，554 (其通过引用而整体结合于本文中)中公开的那样，行业中所设想的用于存储氢气的IV型压力容器是圆柱形以提供期望的完整性，且包括外部结构壁和在其中限定贮存器腔室的内部衬垫。外壁和衬垫的结合以轻重量和有成本效益的方式提供了期望的结构完整性、压力包容性和气密性。IV型压力容器通常包括接头，该接头提供用于容纳于其中的氢气的入口和出口开口。接头通常容纳各种阀、压力调节器、管道连接器、过流限制器等，这些允许压力容器填充压缩的氢气，并且允许压缩气体以环境压力或接近环境压力或更高的压力从压力容器排出，发送到燃料电池发动机。接头通常由钢制成，以提供用于存储压缩氢气的期望结构强度。采用适当的粘合剂、密封环等将衬垫以气密的方式密封到接头上，并且将接头固定到外壁上。高压容器还通常设计有热激励的安全阀或温度-压力释放装置(TPRD)，它们通常位于压力容器的接头处或开口处。由于各种原因，TPRD是必备的构件。在一些情况下，使用位于压力容器上的其它区域的附加TPRD。当被激励时，希望TPRD以大致向下的方向从压力容器释放压力。迄今为止，在 TPRD的安装过程中确保多个TPRD的所有释放方向向下(即，大致垂直于路面)是复杂的。已知的概念包括采用热屏障来最小化对多个TPRD的需求，带有用于调整通风孔朝向的装置的复杂TPRD设计，或非常复杂的安装过程来确保每个TPRD的释放方向基本相同。对TPRD结构和安装TPRD的方法具有持续的需求，以简化调整TPRD、促进TPRD的通风孔的对准以及最小化对热屏障的需求。期望地，TPRD结构和安装方法提供在维护(包括TPRD的重用和/或更换)期间的简单调整，以及在压力容器制造期间的快速组装时间。
发明内容
根据本公开，提供了一种TPRD结构和用于安装TPRD的方法，其简化了 TPRD的调节，促进了 TPRD的通风孔的对准，最小化了对热屏障的需求，并且在维护期间提供简单的调节，包括TPRD的重用和/或更换，以及在压力容器制造期间的快速组装时间。在第一实施例中，用于制造压力容器的方法首先包括提供压力容器和第一温度-压力释放装置的步骤。温度-压力释放装置具有壳体。然后将第一温度-压力释放装置固定到压力容器。在第一温度-压力释放装置固定到压力容器之后，在第一温度-压力释放装置的壳体中形成通风孔。由此使得通风孔选择性地定向在期望方向上。在另一实施例中，压力容器的温度-压力释放装置包括温度-压力敏感单元和壳体。温度-压力敏感单元构造成在预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放压力容器的压力。温度-压力敏感单元具有出口，压力通过该出口释放。壳体设置在温度-压力敏感单元的出口之上。壳体构造成具有形成于其中的通风孔。在温度-压力释放装置固定到压力容器之后，通风孔选择性地定向在期望的方向上。在另一实施例中，压力容器的温度-压力释放装置包括温度-压力敏感单元和出口弓I导单元。温度-压力敏感单元构造成在预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放压力容器的压力。温度-压力敏感单元具有出口，压力通过该出口释放。出口弓I导单元设置在温度-压力敏感单元的出口之上。出口引导单元具有主体和可旋转的套筒，通风孔形成于该套筒中。可旋转的套筒可旋转地设置在出口引导单元上。通风孔与形成于出口引导单元中的主要通风通道流体连通，并且与温度-压力敏感单元流体连通。可旋转的套筒构造成选择性地将通风孔定向在期望方向上。此外，本发明还涉及以下技术方案。I. 一种用于制造压力容器的方法，所述方法包括以下步骤
提供压力容器和第一温度-压力释放装置，所述温度-压力释放装置具有壳体；
将所述第一温度-压力释放装置固定到所述压力容器；以及
在将所述第一温度-压力释放装置固定到所述压力容器之后，在所述第一温度-压力释放装置的壳体中形成通风孔，所述通风孔选择性地定向在期望方向上。2.如技术方案I所述的方法，其中，将所述温度-压力释放装置固定到所述压力容器的步骤包括将所述温度-压力释放装置拧入所述压力容器的螺纹套管中。3.如技术方案I所述的方法，其中，所述温度-压力释放装置的壳体是旋转对称的。4.如技术方案I所述的方法，其中，在所述壳体中形成所述通风孔的步骤包括在所述壳体中钻所述通风孔。5.如技术方案I所述的方法，进一步包括如下步骤
提供具有预先形成的通风孔的第二温度-压力释放装置；以及在与所述第一温度-压力释放装置隔开的位置处将所述第二温度-压力释放装置固定到所述压力容器。6.如技术方案5所述的方法，其中，形成在所述第一温度-压力释放装置的壳体中的通风孔的期望方向与所述第二温度-压力释放装置中的预先形成的通风孔的朝向相同。7.如技术方案I所述的方法，其中，形成在所述第一温度-压力释放装置的壳体中的通风孔的期望方向是大致向下方向。8. 一种用于压力容器的温度-压力释放装置，包括
温度-压力敏感单元，所述温度-压力敏感单元构造成当预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放所述压力容器的压力，所述温度-压力敏感单元具有出口，压力通过该出口释放；以及
覆盖所述温度-压力敏感单元的出口的壳体，所述壳体构造成具有形成在其中的通风孔，在所述温度-压力释放装置固定到所述压力容器之后，所述通风孔选择性地定向在期望方向上。9.如技术方案8所述的温度-压力释放装置，其中，所述温度-压力释放装置的壳体是旋转对称的，并且形成在所述第一温度-压力释放装置的壳体中的通风孔的期望方向是大致向下方向。10. 一种用于压力容器的温度-压力释放装置，包括
温度-压力敏感单元，所述温度-压力敏感单元构造成当预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放所述压力容器的压力，所述温度-压力敏感单元具有出口，压力通过该出口释放；以及
设置在所述温度-压力敏感单元的出口之上的出口引导单元，所述出口引导单元具有主体和可旋转的套筒，通风孔形成在所述可旋转的套筒中，所述可旋转的套筒可旋转地设置在所述出口引导单元上，所述通风孔与形成在所述主体中的主要通风通道流体连通，并且与所述温度-压力敏感单元流体连通，所述可旋转的套筒构造成将所述通风孔选择性地定向在期望方向上。11.如技术方案10所述的温度-压力释放装置，其中，环状通风通道形成在所述出口引导单元上，所述环状通风通道与形成在所述可旋转的套筒中的通风孔对准。12.如技术方案11所述的温度-压力释放装置，其中，所述环状通风通道通过形成在所述出口引导单元中的至少一个通风孔而与所述主要通风通道流体连通。13.如技术方案12所述的温度-压力释放装置，其中，至少一个密封件设置在所述可旋转的套筒和所述出口引导单元之间。14.如技术方案13所述的温度-压力释放装置，其中，所述至少一个密封件是设置在至少一个环状凹槽中的O型环，所述至少一个环状凹槽在所述环状通道和所述主体的自由端与所述温度-压力释放单元中的一个之间形成在所述主体中。15.如技术方案13所述的温度-压力释放装置，其中，所述至少一个密封件包括第一 O型环和第二 O型环，所述第一 O型环设置在第一环状凹槽中，所述第一环状凹槽设置在所述环状通道和所述出口引导单元的自由端之间，所述第二 O型环设置在第二环状凹槽中，所述第二环状凹槽设置在所述环状通道和所述温度-压力释放单元之间。
16.如技术方案10所述的温度-压力释放装置，其中，所述可旋转的套筒利用保持环固定到所述主体。17.如技术方案16所述的温度-压力释放装置，其中，所述主体具有形成于其中的阶梯，所述可旋转的套筒在所述保持环和所述阶梯之间固定到所述主体。18.如技术方案17所述的温度-压力释放装置，其中，所述保持环设置在临近所述出口引导单元的自由端的凹槽中。19.如技术方案10所述的温度-压力释放装置，还包括罐上阀，所述罐上阀构造成固定到所述压力容器。20.如技术方案19所述的温度-压力释放装置，其中，所述温度-压力敏感单元设置在所述罐上阀和所述出口引导单元之间并且与所述罐上阀和所述出口引导单元流体连通，当所述预先确定的温度和所述预先确定的压力中的至少一个被超过时，所述温度-压力敏感单元允许流体从所述罐上阀流到所述出口引导单元。
本公开的上述益处以及其它益处对于本领域技术人员来说从以下详细说明尤其是结合下文所述的附图考虑时将变得清楚。图I是根据本公开的一个实施例的带有温度-压力释放装置的压力容器系统的示意性侧视图2A是图I所示的温度-压力释放装置的放大示意性局部侧面截面图，显示的是在温度-压力释放装置的壳体中形成通风孔之前的情况；
图2B是图I和图2A所示的温度-压力释放装置的放大示意性局部侧面截面图，显示的是在温度-压力释放装置的壳体中形成通风孔之后的情况；
图3是根据本公开的另一实施例的温度-压力释放装置的放大侧面截面图，该温度-压力释放装置包括出口引导装置；以及
图4是图3中所示的出口引导装置的放大局部侧面截面图。
具体实施例方式以下详细说明和附图描述和图示了本发明的各个实施例。描述和附图用于能够让本领域技术人员制造和使用本发明，且并不以任何方式限制本发明的范围。对于公开的方法，所给出的步骤实质上仅为示例性的，因此并不是必须的或者关键性的。在图I和图2A-2B所示的一个实施例中，本公开包括用于制造压力容器2的方法。 该方法首先包括提供压力容器2和第一温度-压力释放装置(TPRD)4的步骤。压力容器2 可以是例如氢存储系统(HSS)。在本公开的范围内也可以使用其它类型的压力容器2。TPRD4具有温度-压力敏感单元6和壳体8。温度-压力敏感单元6构造成在预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放压力容器2的压力。温度-压力敏感单元6可以是任何类型的温度-压力敏感单元。作为说明性示例，温度-压力敏感单元 6可以是Suess的美国专利申请11/622518,Pechtold的美国专利申请12/116321、Lindner 等的美国专利申请12/138544中所描述的温度和/或压力释放装置，这些文献的完整公开通过引用结合于本文中。本领域技术人员可以根据需要而选择用于TPRD4的温度-压力敏感单元6的其它结构和设计。温度-压力敏感单元6在其自由端12处具有出口 10，压力通过该出口 10释放。 壳体8覆盖该温度-压力敏感单元6的自由端10。TPRD4的壳体8可以是例如旋转对称的。 由于是旋转对称的，壳体8可以绕壳体8的中央轴线表现为对称。壳体8初始不设有形成于其中的通风孔14。应该认识到，由于没有通风孔14，所以TPRD4在压力容器的安装过程中的朝向不是关键性的。通过将第一 TPRD4固定到压力容器2，将第一 TPRD4安装到压力容器2中。作为非限制性示例，将TPRD4固定到压力容器2的步骤可包括将TPRD4拧入压力容器2的螺纹套管中。或者，TPRD4可以密封地插入形成于压力容器2的孔口中，并利用粘合剂等固定。如果需要的话，也可以采用将TPRD4固定到压力容器2的其它装置。在安装第一 TPRD4之后，在第一 TPRD4的壳体8中形成通风孔14。作为非限制性示例，可以通过将通风孔14钻通壳体8的壁而形成通风孔14。在替代性实施例中，通风孔 14可以从壳体8的壁冲孔或戳出。当形成通风孔14时，通风孔14有选择地朝向期望的方向。在一个特别有说明性的实施例中，通风孔14朝向大致向下的方向，使得通风孔14设置为大致垂直于带有压力容器2的车辆(未示出)所操作于的路面(未示出)。本领域技术人员应该认识到，在安装TPRD4之后将通风孔14形成于压力容器2中有利地最小化在安装之后调整TPRD4以适当使通风孔14定向的需要。按照本公开的方法， 通风孔14总是形成为朝向期望方向。本方法还可包括提供第二 TPRD16的步骤。与第一 TPRD4不同，第二 TPRD16可以设置有预先形成的通风孔18。当第二 TPRD16安装到压力容器2中时，预先形成的通风孔 18朝向大致向下的方向。然后第二 TPRD16在压力容器2上的与第一 TPRD4间隔开的位置固定到压力容器2。例如，第一 TPRD4和第二 TPRD16可以设置在压力容器2的相对端。或者，第二 TPRD16可以在将第一 TPRD4安装到压力容器2中的步骤之前被安装到压力容器2 中。应该认识到，如果需要的话，多个附加的TPRD4U6也可以安装到压力容器2中。当采用第二 TPRD16时，形成在第一 TPRD4的壳体8中的通风孔14的期望方向与第二 TPRD16中的预先形成的通风孔18的朝向相同。在特别有说明性的实施例中，通风孔 14和预先形成的通风孔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优选的。根据本公开的另一实施例的TPRD6’示出在图3和图4中。为了清楚，相对于图I 和图2A-2B,显不于图3和图4中的相似或相关的结构以相同的标号和撇(’)符号来表不。TPRD4’构造成当预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放压力容器2’的压力。TPRD4’包括具有出口 10’的温度-压力敏感单元6’，压力通过出口 10’释放。TPRD4’还包括出口引导单元20。类似于图I和图2A-2B显示的壳体8，出口引导单元20设置在温度-压力敏感单元6’的出口 10’之上。出口引导单元20具有主体22 和可旋转的套筒24，通风孔14’形成于套筒24中。可旋转的套筒24可旋转地设置在主体 22上。通风孔14’与形成于主体22中的主要通风通道26流体连通。因此通风孔14’与温度-压力敏感单元6’流体连通。应该认识到，可旋转的套筒24构造成有选择地使通风孔 14’朝向期望的方向。参考图4，TPRD4’可包括环状通风通道28。环状通风通道28可以形成在主体22上。环状通风通道28与形成在可旋转套筒24中的通风孔14’对准。环状通风通道28还通过至少一个通风孔30与主要通风通道26流体连通，该至少一个通风孔30也形成在主体 22中。为了提供用于释放压力的基本流体密封的路径，出口引导单元20还可包括至少一个密封件32、34。该至少一个密封件32、34设置在可旋转的套筒24和主体22之间。例如，该至少一个密封件32可以是设置在形成于主体22中的至少一个环状凹槽36、38中的 O型环。在特定实施例中，该至少一个密封件32、34包括第一 O型环32和第二 O型环34。 第一 O型环32设置在第一环状凹槽36中，该第一环状凹槽36设置在环状通风通道28和主体22的自由端12’之间。第二 O型环34设置在第二环状凹槽38中，该第二环状凹槽38 设置在环状通风通道28和温度-压力释放单元6’之间。O型环密封件32、34还消除套筒 24的不期望的旋转。摩擦扭矩与O型环密封件32、34的直径和O型环密封件32、34的预加应力有关，其允许O型环32、34发挥双重功能，即，密封和固定。在另一实施例中，可旋转的套筒24利用保持环40固定到主体22。保持环40可以设置在凹槽42中，该凹槽42设置为例如临近主体22的自由端12’。主体22还可具有形成于其中的阶梯44。因此可旋转的套筒24可在保持环40和阶梯44之间固定到主体22。如果需要的话，也可以采用将可旋转套筒24固定到主体22的其它装置。重新参考图3，本公开的TPRD4’还可包括罐上阀(0TV)46。0TV46可以构造成固定到压力容器2。例如，0TV46可以是螺纹的并构造成螺纹地接合压力容器2的套管。如图3 所示，0TV46可设有一个或多个密封件48，这些密封件48构造成提供与压力容器2的流体密封的密封。在本公开的范围内也可以采用其它已知类型的0TV46。在特定实施例中，温度-压力敏感单元6’设置在0TV46和出口引导单元20之间并与0TV46和出口引导单元20流体连通。应该认识到，当预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时，温度-压力敏感单元6’允许流体从0TV46、温度-压力敏感单元 6’流到出口引导单元20。本公开的方法和TPRD4、4’有利地提供确保通风孔14、14’的最优方向或朝向以便以期望的方式(即，大致向下)释放压力的装置。该方法和TPRD4、4’还促进在压力容器上的不同位置处的不同TPRD4、4’、16的各自的通风孔14、14’、18的对准。在安装TPRD4之后形成通风孔14尤其减小了对可调整部件的需要、消除了通常很费力的调整本身、并且节省了用于调整系统的密封件。类似地，在安装TPRD4’之后在可旋转的套筒24上调整通风孔14’ 是简单的并且能够在压力容器2的制造过程中快速地执行。尽管为了解释本发明的目的已经示出了某些代表性实施例和细节，但本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离进一步由在后面的所附权利要求中描述的本发明的范围的情况下可作出各种改变。
权利要求
1.一种用于制造压力容器的方法，所述方法包括以下步骤提供压力容器和第一温度-压力释放装置，所述温度-压力释放装置具有壳体；将所述第一温度-压力释放装置固定到所述压力容器；以及在将所述第一温度-压力释放装置固定到所述压力容器之后，在所述第一温度-压力释放装置的壳体中形成通风孔，所述通风孔选择性地定向在期望方向上。
2.如权利要求I所述的方法，其中，将所述温度-压力释放装置固定到所述压力容器的步骤包括将所述温度-压力释放装置拧入所述压力容器的螺纹套管中。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所述温度-压力释放装置的壳体是旋转对称的。
4.如权利要求I所述的方法，其中，在所述壳体中形成所述通风孔的步骤包括在所述壳体中钻所述通风孔。
5.如权利要求I所述的方法，进一步包括如下步骤提供具有预先形成的通风孔的第二温度-压力释放装置；以及在与所述第一温度-压力释放装置隔开的位置处将所述第二温度-压力释放装置固定到所述压力容器。
6.如权利要求5所述的方法，其中，形成在所述第一温度-压力释放装置的壳体中的通风孔的期望方向与所述第二温度-压力释放装置中的预先形成的通风孔的朝向相同。
7.如权利要求I所述的方法，其中，形成在所述第一温度-压力释放装置的壳体中的通风孔的期望方向是大致向下方向。
8.一种用于压力容器的温度-压力释放装置，包括温度-压力敏感单元，所述温度-压力敏感单元构造成当预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放所述压力容器的压力，所述温度-压力敏感单元具有出口，压力通过该出口释放；以及覆盖所述温度-压力敏感单元的出口的壳体，所述壳体构造成具有形成在其中的通风孔，在所述温度-压力释放装置固定到所述压力容器之后，所述通风孔选择性地定向在期望方向上。
9.如权利要求8所述的温度-压力释放装置，其中，所述温度-压力释放装置的壳体是旋转对称的，并且形成在所述第一温度-压力释放装置的壳体中的通风孔的期望方向是大致向下方向。
10.一种用于压力容器的温度-压力释放装置，包括温度-压力敏感单元，所述温度-压力敏感单元构造成当预先确定的温度和预先确定的压力中的至少一个被超过时释放所述压力容器的压力，所述温度-压力敏感单元具有出口，压力通过该出口释放；以及设置在所述温度-压力敏感单元的出口之上的出口引导单元，所述出口引导单元具有主体和可旋转的套筒，通风孔形成在所述可旋转的套筒中，所述可旋转的套筒可旋转地设置在所述出口引导单元上，所述通风孔与形成在所述主体中的主要通风通道流体连通，并且与所述温度-压力敏感单元流体连通，所述可旋转的套筒构造成将所述通风孔选择性地定向在期望方向上。
全文摘要
本发明提供一种用于制造压力容器的方法。该方法包括以下步骤提供压力容器和第一温度-压力释放装置，所述温度-压力释放装置具有壳体；将所述第一温度-压力释放装置固定到所述压力容器；以及在将第一温度-压力释放装置固定到压力容器之后，在第一温度-压力释放装置的壳体中形成通风孔。通过用于制造压力容器的方法将通风孔选择性地定向在期望方向。还提供一种用于通风孔对准和选择性定向的温度-压力释放装置。
文档编号H01M8/04GK102593486SQ20121000584
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者J.舒尔策, O.迈尔, T.约宁 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司