压缩气体的排出设备的制作方法

1.本发明涉及气体推进式交通工具，例如汽车、卡车、火车或船只。更具体而言，本发明涉及一种压缩气体的排出设备。本发明还涉及包括气体容器和这种压缩气体的排出设备的系统。


背景技术：

2.必需在气体推进式交通工具中储存和运输压缩气体。为此，气体容器被设置为用于容纳压强高于大气压的例如天然气(英文为“compressed natural gas”，即压缩天然气或cng)或氢气的气体。大多数气体容器具有柱形并在其端部之一处包括用于排出气体的开口。压力调节装置可连接到排出开口以在需要的情况下(例如当容器达到过高的温度时)受控地排出气体。
3.在现有技术中，尤其是根据文献us6786229，已知一种压缩气体的容器系统。该文献中所描述的每个容器都包括设有连接到连接轨道的开口的端部。这些开口与布置在连接轨道中的气体通道连通，以允许通过该通道向大气排出气体。容器固定安装在连接轨道上。
4.现有技术中的解决方案的缺陷在于不适合在需要更大型的气体容器的交通工具中使用。实际上，已知的是，例如iv类型的受压复合容器的外部尺寸根据容器的充装率而变化。由此，充满的容器的体积与空的容器的体积不同。示例性地，压缩至350bar(35mpa)的复合容器的尺寸比空的容器增大1％。当涉及大型容器时，必须考虑到该尺寸变化。例如，对于用于用在卡车类型的交通工具中、氢气的储存体积为200l、长度为2m并且直径为大约415mm的容器，1％的增大对应于容器沿着其纵轴线延长2cm。容器的该尺寸增大在容器支承装置(在现有技术中的情况下为连接轨道)上产生额外的压强，并可能会使其变形，甚至损坏。该压强还可施加在容器的一部分上，尤其是在气体排出开口处，并影响系统的密封性。


技术实现要素：

5.本发明的目的尤其在于提供一种鲁棒性更高并且具有改善的密封性的用于任何类型的气体推进式交通工具的压缩气体排出系统。
6.为此，本发明的主题在于一种用于压缩气体推进式交通工具的气体排出设备，其包括：
[0007]-具有空心主体的集气管，所述集气管包括：
[0008]
·
至少一个构造为与压缩气体容器流体连通的孔；和
[0009]
·
向大气排出气体的开口；
[0010]-构造为将所述孔连接到所述压缩气体容器的管道；
[0011]
所述管道能在所述孔中自由平移以允许所述管道的第一端在所述孔中沿着轴线a进行平移运动。
[0012]
管道的平移运动允许用管道的第一端部沿着轴线a的自由移动(另一端部保持在位)来抵消容器的膨胀，即容器的尺寸沿着其纵轴线的增大。为了避免其膨胀造成管道或集
气管的变形，甚至损坏，该抵消对于大尺寸容器而言是必不可少的。因此，如由本发明所提出的解决方案允许制造在任何情况下都安全、鲁棒性高且密封性更好的气体排出设备。
[0013]
根据所述压缩气体排出设备的单独或组合采用的可选的其它特征：
[0014]-所述管道在所述孔中的平移运动的幅度仅受限于所述容器的膨胀。这允许容器在其纵轴线上自由延长；
[0015]-所述集气管的空心主体是沿着纵轴线y延伸的管状空心主体。这允许将一系列容器流体连接到集气管；
[0016]-所述集气管的空心主体限定了向所述集气管的气体出口排出气体的通道。这允许通过集气管的单个气体出口排出气体；
[0017]-所述向大气排出气体的开口在所述集气管的气体出口处向大气开放。这允许以最小的压损将气体排出到大气中；
[0018]-向大气排出气体的开口在集气管的气体出口处不受阻碍地通向大气。“阻碍”通常是所排出的气体在通到大气中之前必须穿过的设备，例如阀门、压力调节器或调压器(法语d
é
tendeur)；
[0019]-所述集气管的气体出口位于管状空心主体的轴向延长部中，以引导所排出的气体背离大致水平的平面x。这允许具有尽可能短的向大气排气的通道。
[0020]-向大气排出气体的开口配备有保护塞。这允许一方面防止例如水、雨水的流体进入集气管，另一方面阻止例如昆虫、啮齿动物、尘埃、土、污泥、树叶、砂子的异物进入集气管；
[0021]-用于向大气排出气体的开口配备有过滤器以阻止例如昆虫、啮齿动物、尘埃、土、污泥、树叶、砂子的异物进入集气管；
[0022]-集气管的空心主体在集气管的气体出口处具有呈u形的弯曲部分以将所排出的气体引导向平面x。这允许更不容易让像例如水、雨水的流体和像例如昆虫、啮齿动物、尘埃、土、污泥、树叶、砂子的异物进入集气管。
[0023]-所述集气管包括设置在所述孔中的用于至少部分地接收所述管道的第一端部的中间元件。优选地，集气管和管道由不锈钢制成。中间元件允许在管道的第一端部的平移运动中引导该第一端部并避免金属零件之间的摩擦。中间元件可由弹性材料制成，这允许消除间隙以在管道与集气管之间获得更好的密封性。优选地，中间元件由弹性体、例如epdm(乙烯-丙烯-二烯单体)橡胶制成；
[0024]-所述集气管包括在所述集气管上支承压缩气体容器的支承装置。由此，可用单个元件实现排出气体功能和支承容器功能，这允许减少制造成本，以及简化和减轻设备。
[0025]
本发明的主题还在于一种用于气体推进式交通工具的压缩气体排出系统，其包括：
[0026]-如上述的气体排出设备；
[0027]-具有沿着轴线b延伸的形状并包括第一气体出口的压缩气体容器；
[0028]
所述管道包括第二端部，该第二端部连接到第一气体出口，以使得所述第二端部与所述第一气体出口流体连通。
[0029]
这允许在压缩气体容器与气体排出设备之间产生滑动连接。
[0030]
根据该压缩气体排出系统的单独或组合地采用的可选的其它特征：
[0031]-容器沿着轴线b在维持在轴向位置的第一端部与能够自由轴向平移的第二端部之间延伸，第一气体出口设置在容器的第二端部处；
[0032]-所述轴线a与所述容器的轴线b平行，并优选地与所述容器的轴线b重合。管道的第一端部的运动因此与容器的运动同步。在所述管道包括弯曲部分的情况下，所述轴线a可以不同于所述轴线b。当管道具有直线形时，轴线a还可与容器的轴线b重合；
[0033]-所述系统包括设置在所述第一气体出口处的允许受控地释放包含在所述容器中的气体的压力释放装置，所述第二端部连接到所述压力释放装置。例如，可考虑使用设计为快速地排出容器的全部内容物的热控压力释放装置(英文为“thermal and pressure reliefdevice”或tprd)。这样的装置在例如由火灾导致的高温情况下运行，以避免容器变弱和断裂，而断裂对设备和人员会造成灾难性后果。与tprd装置的打开相关的氢气的排出流率为70g/s，这允许在十几分钟内清空压缩至350bar(35mpa)的200l的氢气容器。在火灾的情况下，只有温度超过一定阈值的容器才会通过所关联的tprd装置的打开而被清空。只要它们的tprd装置没有打开，相邻的容器就保持受压；
[0034]-所述容器包括与第一气体出口相反设置的第二气体出口，以保证在火灾仅影响到容器的其中一个端部的情况下也能清空容器；
[0035]-所述系统包括设置在第二气体出口处的允许受控地释放包含在容器中的气体的第二压力释放装置。
[0036]-所述设备包括：
[0037]
·
第二集气管，其具有空心主体并包括构造为与所述第二气体出口流体连通的孔和向大气排出气体的开口；
[0038]
·
构造为将所述孔连接到所述第二气体出口的第二管道；
[0039]-所述第一集气管和所述第二集气管重合，在该情况下，在火灾情况下，气体仅由设备的单侧排出。容器则通过一侧的集气管和另一侧的固定框架来支承；
[0040]-所述容器与所述第二集气管平移连接，在该情况下，第一集气管和第二集气管设置在容器两侧、其两个端部处，以支承容器。容器固定安装在第二集气管上以提高稳定性；
[0041]-所述系统包括交错布置的多个容器。这允许减小系统在给定的方向上所占据的空间。
附图说明
[0042]
阅读以下仅作为示例提供的参照附图做出的说明，将更好地理解本发明，在附图中：
[0043]
图1是根据本发明的第一实施方式的压缩气体的排出系统的立体视图；
[0044]
图2是一组沿着图1的系统的一个平面(x)剖切的剖视图(图2a和2b)，其示出根据第一变型的布置；
[0045]
图3是一组示出根据第二变型的布置的剖视图(图3a和3b)；
[0046]
图4是根据本发明的第二实施方式的压缩气体的排出系统的立体视图；
[0047]
图5是一组示出本发明的其它实施方式的正面视图(图5a和5b)。
具体实施方式
[0048]
在图1中示出了用总附图标记10指代的根据本发明的第一实施方式的压缩气体排出系统。系统10包括气体排出设备1，该排出设备1包括集气管11。根据该实施方式的集气管11包括具有纵轴线y的管状空心体，该空心体形成了用于流体通过的内部体积并限定了向集气管11的气体出口7排出气体的通道。集气管11包括用于将设备1固定在例如卡车类型的交通工具的储存容置部中的固定装置3。设备1安装为垂直于在图1中可见的平面x，该平面是大致水平的平面，并且集气管11的气体出口7位于有纵轴线y的管状空心主体的轴向延长部中以引导所排出气体背离平面x。可替代地，集气管11的空心体在集气管11的气体出口7处具有呈u形的弯曲部(未示出)以引导所排出气体朝向平面x。
[0049]
在此所述的示例中，系统10包括一系列的压缩氢气容器2，该容器的数量为五个。容器2被竖直地并大致交错地布置以减小所占据的空间。每个容器2具有沿着轴线b延伸的形状并在容器2的末端处包括第一气体出口21。集气管11包括呈水平杆形式的支承装置16。例如通过滑动连接，每个水平杆16允许接收容器2的端部而不将该端部固定。
[0050]
如图1至3所示，集气管11包括构造为通过管道14与容器2流体连通的孔12。集气管11另外还包括朝大气排气的排气开口13，该开口13设置在集气管11的上方并在集气管11的气体出口7处向大气打开。开口13配备有允许防止像例如雨水的流体和尘埃进入集气管11的保护塞131。保护塞131起到了活门的作用，该活门当气体存在于集气管11中时打开。有利地，活门在所排出的气体的压强的作用下打开。可代替保护塞131的是，开口13配备有过滤器(未示出)以防止异物进入集气管11。
[0051]
每个容器2在第一气体出口21上包括otv阀(英文为“on-tank valve”即罐上阀)，该阀用于与容器的充装管道、氢气供给管道和氢气排出管道流体连通。otv阀包括防止氢气在容器2的充装管道中逆流的止回阀、用于通过调压器给氢气消耗设备(例如燃料电池)供给氢气的截止阀。截止阀通常是关闭的。如在图1中可见的那样，otv阀另外还包括设计为快速地排出容器的全部内容物的热控压力释放装置17(英文为“thermal and pressure reliefdevice”或tprd)。这涉及到为了满足关于《关于氢气动力车辆的安全规定的关于机动车辆及其构件的批准的统一规定》的unece第134号法规而不可或缺的三个功能。
[0052]
为了与容器2流体连通，集气管11包括管道14，每个管道14都具有可动地连接到孔12的第一端部141。将在下文中描述第一端部141相对于孔12的布置。管道14包括与第一气体出口21流体连通的第二端部142。优选地，第二端部142密封地固定在压力释放装置17上。由此，在高温情况下，压力释放装置以受控的方式排出包含在容器2中的氢气。穿过管道14，氢气达到由集气管11的空心主体限定的排出通道中，并通过集气管11的出口7处的排出开口13排向大气。
[0053]
图2a和2b示出了根据第一变型的管道14的第一端部141相对于集气管11的孔12的布置。该变型对应于在图1所示的气体排出系统中所实施的变型。在该变型中，集气管11包括设置在孔12中的中间元件15，例如具有轴线a的圆形密封件15。容器2安装为其轴线b与轴线a平行且不同于轴线a。为了连接孔12和容器2的第一气体出口21，管道14包括多个弯曲部分，以使得第一端部141能够在圆形密封件15中沿着轴线a滑动。由此，当容器2的尺寸在容器2清空期间减小时，管道14在如图2a和2b所示的方向d上移动，以使得第一端部141通过在孔12中沿着轴线a的平移运动而穿入集气管11的内部体积。
[0054]
图3a和3b示出了根据第二变型的管道14的第一端部141相对于集气管11的孔12的布置。在该变型中，容器2安装为使得其轴线b与轴线a平行且与轴线a重合，第一气体出口21与孔12相对。为了连接孔12和容器2的第一气体出口21，管道14可包括多个弯曲部分，以使得第一端部141能够沿着轴线a在圆形密封件15中滑动。优选地并且为了简化该系统，管道14可呈直线形。因此，当容器2的尺寸在容器2的充装期间增大时，管道14在如图3a和3b所示的方向d’上移动，以使得第一端部141通过在孔12中沿着轴线a的平移运动而穿入集气管11的内部体积。
[0055]
图4示出了本发明的第二实施方式，其中，气体排出设备1构造为固定在例如火车或公交车类型的交通工具的储存容置部中。设备1包括构造为接收多个、例如如图4所示的三个容器2的水平部分41，该水平部分包括容器2的支承装置16。设备1还包括呈弧形的并构造为接收另外多个的、例如如图4所示的五个容器2的中间部分42，该中间部分包括容器2的支承装置16。最后，设备1包括允许将容器2维持在位的上部部分43。
[0056]
设备1包括具有形成流体通道的空心主体的集气管11。集气管11形成了如图4所示的设备1的竖直部分。在该实施方式中，管道14(未示出)可连接到设置在集气管11上的孔12(未示出)以使得孔12与容器2流体连通。还可在水平部分41和/或中间部分42和/或上部部分43上设置孔，在该情况下，这些部分41、42、43本身与集气管11流体连通。本领域技术人员可以在没有特别困难的情况下在本发明的该第二实施方式中实施如图2和3所示的并在上文所述的管道14相对于孔12的布置。
[0057]
本发明不限于所说明的实施方式，其它实施方式对于本领域技术人员而言将是明显的。尤其可行的是，容器2包括设置为与第一气体出口21相反的第二气体出口22，并且设备1包括构造为与第二气体出口22流体连通的简化孔12’，并设置用于支承容器的支承装置(未示出)。在这种情况下，设备1包括第二管道14’，第二管道14’构造为将简化孔12’连接到第二气体出口22而无需在简化孔12’中滑动。这样的简化孔12’可设置在如在图5b中可见的单个集气管11中，或在不同的集气管11’中，该集气管11’可设置在容器2的另一端并如图5a中可见那样构造为固定地接收容器2。
[0058]
要指出的是，如图2和3所示并在上文所述的管道14的第一端部141相对于孔12的布置也可以用于管道14的第二端部142与容器2的第一气体出口21之间的连接。尤其可行的是，例如在压力释放装置17处，设置构造为接收中间元件15的、连接到第一气体出口21的流体通道，管道14的第二端部142会在该中间元件15中滑动，且第一端部141密封或非密封地连接到集气管11的孔12。
[0059]
尽管以上示出的示例提及氢气，本发明不限于该气体。实际上，本发明还适用于受压储存的例如天然气的其它气体。