專利名稱：可復位的熱泄壓裝置的制作方法
技術(shù)領域：
0001本發(fā)明的公開內(nèi)容涉及一種熱泄壓裝置(TPRD)，特別是一 種用于高壓容器的可復位的熱泄壓裝置。
背景技術(shù)：
0002燃料電池已被推薦為一種清潔、高效和環(huán)保的多用途動力源。
可安排多個燃料電池形成能驅(qū)動電動汽車的燃料電池堆。燃料電池的 一個例子是質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池。在PEM燃料電池中，氫氣作 為燃料供應至陽極且氧氣作為氧化劑供應至陰極。儲存氫氣的通常技 術(shù)是儲存在重量輕、耐穿刺的高壓容器中。
0003典型的高壓容器包括熱泄壓裝置。該熱泄壓裝置流體連通容 器內(nèi)部并被構(gòu)造成在受致動時排放容器中的氫氣，例如，當達到預定 的溫度時。該預定溫度可在容器的工作過程中獲得。
0004典型的熱泄壓裝置是"單程，，的，也就是說該設備只可以工 作一次。在這種工作之后，該熱泄壓裝置就壞掉了，必須要更換。然 而，該熱泄壓裝置的正確運行卻需要采用質(zhì)量控制測試和檢驗加以驗 證。目前不可能先測試熱泄壓裝置、復位熱泄壓裝置，再將測試后的 熱泄壓裝置安裝在高壓容器中。
0005在美國專利5788212中公開了另一種已知的泄壓裝置，在此通 過參考將其全部引入到本文中。該泄壓裝置具有干涉閥門關閉元件的 移動的熱致動觸發(fā)機構(gòu)。該觸發(fā)機構(gòu)在加熱至設定溫度時被拉長和縮 短，從而消除對關閉元件的干涉并致動該泄壓裝置。
0006對可以被測試、復位、然后再裝入與燃料電池堆一起使用的 高壓容器中的熱泄壓裝置的需求一直存在。希望熱泄壓裝置在測試后
可手動復位，可以提高高壓容器的安全性，并具有基本不超過現(xiàn)有壓 力釋放裝置成本的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
0007根據(jù)以下公開內(nèi)容，令人驚喜地發(fā)現(xiàn)一種熱泄壓裝置，這種熱泄壓裝置可被測試、手動復位，并安裝在高壓容器中，其提高了高 壓容器的安全性，并具有基本不超過現(xiàn)有壓力釋放裝置成本的制造成 本。0008在一種實施方式中， 一種可復位的熱泄壓裝置(TPRD)包括 具有第一孔和第二孔的外殼。該外殼允許流體從其中流過，例如來自 高壓容器的流體。該熱泄壓裝置包括活塞，該活塞可滑動地安裝在外 殼中，并在打開位置和關閉位置之間可移動?；钊谖挥陉P閉位置時 密封第二孔。外殼中布置有桿，該桿具有實質(zhì)在活塞之上的笫一位置， 該桿選擇性地阻止活塞移入打開位置。該熱泄壓裝置中進一步包括具 有溫度敏感材料的致動器。該致動器適于隨溫度上升發(fā)生體積膨脹。 當達到預期溫度時，致動器促使桿從第一位置移動到第二位置。由此 允許活塞移動到打開位置以便流體流動。0009在進一步的實施方式中，該熱泄壓裝置包括桿彈簧，其適于 偏移桿并選擇性地阻止桿移離第 一位置。致動器被構(gòu)造成當達到允許 活塞移動至打開位置的預期溫度時將桿從第一位置移動到第二位置。0010在另一種實施方式中，該熱泄壓裝置包括桿彈簧，其適于使 桿偏移靠著外殼并選擇性地將桿移動至第二位置。當達到允許活塞移 動至打開位置的預期溫度時，致動器促使桿移動至第二位置。


0011通過以下的詳細描述，特別是參考附圖，上述以及本公開內(nèi) 容的其他優(yōu)點對于本領域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。0012圖l是可復位的熱泄壓裝置的橫截側(cè)面立視圖，顯示活塞在關 閉位置；0013圖2是圖1中例示的可復位的熱泄壓裝置的橫截側(cè)面立視圖并 顯示活塞在打開位置；0014圖3是圖1和2中例示的可復位的熱泄壓裝置的頂面俯視圖，其 中去除了殼帽并顯示桿將活塞保持在關閉位置；0015圖4是圖1和2中例示的可復位的熱泄壓裝置的頂面俯視圖，其中去除了殼帽并顯示了釋放的桿和活塞在打開位置；0016圖5是根據(jù)另一種實施方式的圖1和2中例示的可復位的熱泄壓裝置的頂面俯視圖，其中去除了殼帽并顯示桿將活塞保持在關閉位置；0017圖6是根據(jù)另一種實施方式的圖1和2中例示的可復位的熱泄壓 裝置的頂面俯視圖，其中去除了殼帽并顯示釋放的桿和在打開位置的 活塞；0018圖7是根據(jù)又一種實施方式的圖1和2中例示的可復位的熱泄壓 裝置的頂面俯視圖，其中去除了殼帽并顯示桿將活塞保持在關閉位置； 和0019圖8是根據(jù)又一種實施方式的圖1和2中例示的可復位的熱泄壓 裝置的頂面俯視圖，其中去除了殼帽并顯示桿將活塞保持在開啟位置。
具體實施方式
0020以下詳細的說明和附圖描述和圖示了本發(fā)明的各種實施方式。 說明和附圖用于使本領域技術(shù)人員作出并使用本發(fā)明，沒有意圖以任 何方式限制本發(fā)明的范圍。0021在圖1和2中，示出了包括外殼4的可復位的熱泄壓裝置2。外 殼4包括第一孔6和第二孔8。笫一和第二孔6、 8被構(gòu)造為允許流體10流 過外殼4。例如，當如圖2所示致動熱泄壓裝置2時，流體10可從流體連 通第二孔8的高壓容器(未圖示)流至周圍大氣。0022熱泄壓裝置2具有可滑動地置于外殼4中的活塞12。桿14和致 動器16也置于外殼4中?；钊?2可在圖1所示的打開位置和圖2所示的關 閉位置之間移動?；钊?2可具有形成于其中的至少一個孔，以在活塞 12在打開位置時促使流體10從其中流過?；钊?2在關閉位置時密封第 二孔8?；钊?2可包括密封構(gòu)件18，在關閉位置時該構(gòu)件在活塞12和外 殼4之間形成實質(zhì)的防流體密封。作為非限定性的例子，密封構(gòu)件18是 一個O形圏。例如，密封構(gòu)件18可放置在外殼4的形成第二孔8的表面上。 可按需采用其它合適的密封構(gòu)件18。0023在一種實施方式中，熱泄壓裝置2包括活塞彈簧20?；钊麖椈?20促使活塞12移向打開位置。本領域技術(shù)人員應該認識到，可采用其 他合適方法使活塞12在關閉和打開位置之間移動。0024在本公開內(nèi)容的熱泄壓裝置2中，桿14可具有實質(zhì)位于活塞12 上方的笫一位置。第一位置阻止活塞12移入打開位置。桿14可移動到 第二位置。例如，在活塞彈簧20的彈力之下，桿14的第二位置允許活 塞12移動到打開位置。由此活塞12可選擇性地促使來自高壓容器的流體10流過。0025桿14從第一位置移動到第二位置可以是由致動器16的移動直 接或間接導致的。在特別例示的實施方式中，本公開內(nèi)容的致動器16 包括溫度敏感材料。溫度敏感材料適于在溫度增加時產(chǎn)生體積膨脹。 溫度敏感材料可按需線性或非線性膨脹。作為非限定性的例子，溫度一r例如，"溫度敏感材^可為蠟。也可選擇其他適合的溫度敏感材料。外殼4可由導熱材料形成，該導熱材料適于將熱量從鄰近熱泄壓裝置2 的周圍環(huán)境傳遞給溫度敏感材料。0026在熱泄壓裝置2工作期間，當達到預期溫度時，致動器16將桿 14從第一位置移動到笫二位置。例如，預期溫度可為引起高壓容器的 不期望的高內(nèi)壓或減小結(jié)構(gòu)完整性的溫度。本領域技術(shù)人員可按需選 擇與特定高壓容器相關的適當預期溫度。0027應該理解的是，由活塞12從關閉位置到打開位置的移動帶來 的流體10的流動基本為非破壞性。在流體流過或排放后，可復位熱泄 壓裝置2，用于再利用，例如通過手動移動活塞12至關閉位置。作為非 限定性的例子，外殼4可包括殼體22，其可拆卸地連接殼帽24。例如， 殼體22被構(gòu)造為與高壓容器可螺紋接合。例如，如本領域眾所周知的， 熱泄壓裝置2可布置成流體連通位于罐上的閥。該閥可安裝在高壓容器 上并包括額外的組件，如自動截止閥、手動閥、溫度傳感器和壓力傳 感器。也可采用其他合適方法將熱泄壓裝置2與高壓容器流體連通。0028殼體22和殼帽24可包括促使它們之間形成螺紋配合的螺紋。 如果需要，殼體22和殼帽24可壓配在一起。應該理解的是，不管連接 殼體22和殼帽24的特定方法如何，根據(jù)需要，在殼體22與殼帽24之間 可以形成防流體密封，也可以不形成。在一種特別實施方式中，兩者 之間實質(zhì)形成防流體密封以阻止流體10通過第一孔6之外的途徑離開 熱泄壓裝置2。0029流體流過后，可從殼體22上拆下殼帽24，以便于手動復位熱 泄壓裝置2。在非限定性的例子中，第一孔6布置為鄰近活塞12以許可 流體10流過后手動復位活塞12?？赏ㄟ^人工推動活塞12到關閉位置和 以足夠高的流速向熱泄壓裝置2內(nèi)吹入壓縮空氣以迫使活塞12進入關 閉位置中的至少一種方法，來執(zhí)行手動復位熱泄壓裝置。0030本領域技術(shù)人員應當進一步認識到，熱泄壓裝置2可包括流體 連通第一孔的排放管(未圖示)。該排放管被構(gòu)造為依靠熱泄壓裝置2 的致動引導流體10離開熱泄壓裝置2。例示地，排放管可拆卸以便于工 作后復位熱泄壓裝置2。0031根據(jù)本公開內(nèi)容，熱泄壓裝置2的不同實施方式在圖3-8中示 出。出于清楚的目的，在圖1至8間重復的相同或相似的結(jié)構(gòu)以單引號 (')、雙引號(〃 )或三引號("O示出。0032如圖3所示，熱泄壓裝置2'包括在第一位置的桿14'。桿14'第 一位置位于活塞12'之上。桿14'阻止活塞12'移動至打開位置，在該打 開位置會產(chǎn)生來自高壓容器的流體1(K。如圖4所示，致動器16'移動桿 14'至第二位置以允許活塞12'移動到打開位置。0033熱泄壓裝置2'包括桿彈簧300。桿彈簧300可連接至桿14'和外 殼4'之一。例如，桿彈簧300使桿14'偏移靠到外殼^上。桿彈簧300阻 止桿14'從第一位置移動至第二位置。當致動熱泄壓裝置2'時，桿彈簧 300受到致動器16'的壓縮，直到致動器16'充分壓縮桿彈簧300以使桿 14'進入第二位置。0034熱泄壓裝置2'可包括導向件302。作為非限定性的例子，導向 件302連接至桿彈簧300和外殼4'至少之一。例如，導向件302可使用一 個或多個緊固件303連接至外殼。當致動器16'將導向件從第一位置移 向第二位置時，導向件300可促使桿14'作基本線性移動。作為非限定 性的例子，桿14'可包括洞304。例如，洞304可為形成在桿14'中的凹 槽或切口。洞可容納導向件302和桿彈簧300中的至少之一。0035應當認識到，致動器16'可放置在外殼4'中的任何位置，只要 致動器16'能夠向桿14'施加力并移動桿14'。作為非限定性的例子，致 動器16'包括管子306。管子306可具有基本弧形的形狀，盡管也可采用 其他形狀。在某些實施方式中，管306放置鄰近外殼4'的外圍邊緣。由 于鄰近于外圍邊緣，管306可合理布置為便于通過外殼4'向溫度敏感材 料傳遞熱量。0036例如，管子306可由彈性材料形成。溫度敏感材料可置于管子 306內(nèi)并適于響應溫度上升而使管子306的長度伸長。由此伸長管子306 的長度以在第一和第二位置之間移動桿14'。0037在進一步的實施方式中，致動器16'包括伸縮管308。應該i人識到，如果需要，可采用致動器活塞取代伸縮管308。伸縮管308可放 置鄰近桿14'。在一個例子中，將伸縮管308置于管子306和桿14'之間。 伸縮管308可流體連通管子306以在溫度敏感材料由于溫度升高而產(chǎn)生 體積增大時容納該溫度敏感材料。因此，伸縮管308適于依靠溫度敏感 材料的體積增大而伸展和移動桿14'。0038現(xiàn)在參考圖5和6，熱泄壓裝置2〃包括桿14〃 ，該桿14〃在第 一位置置于活塞12〃之上并在第二位置樞轉(zhuǎn)到活塞12〃的一側(cè)。如上 所述，桿14"的笫二位置允許活塞12〃從關閉位置移動到打開位置。0039熱泄壓裝置2〃包括連接到外殼4"上的鉸鏈板500，例如通過 一個或多個鉸鏈板緊固件502。桿14〃鉸鏈連接鉸鏈板500。作為非限 定性的例子，桿14〃可通過鉸鏈銷503鉸鏈連接鉸鏈板500。鉸鏈銷503 可置為穿過桿14"并連接至鉸鏈板500。當致動器16M申展并接觸桿 14〃時，鉸鏈板500促4吏桿14〃的樞轉(zhuǎn)移動。例如，桿14〃部分置于外 殼開口 504中，該開口能使致動器16"在引起桿14"樞轉(zhuǎn)移動的位置上 接觸桿14"。鉸鏈板500進一步密封外殼開口 504，阻止流體10在熱泄 壓裝置2〃工作時逃出該熱泄壓裝置。0040熱泄壓裝置2〃包括偏移桿14〃的桿彈簧30(K 。熱泄壓裝置2〃 可包括偏移板506，桿14"和桿彈簧30(K可置于其間。偏移板506可與 外殼4〃形成一體。在另一種實施方式中，偏移板506通過至少一個偏 移板緊固件508連接至外殼4〃 ?？刹捎闷渌线m方法將外殼偏移板506 連接至外殼4〃。0041在圖7和8所示的另一種實施方式中，熱泄壓裝置2'"包括構(gòu) 造為偏移桿14'''靠到外殼4'''上的桿彈簧30(K '。桿彈簧30(K '選擇性 將桿lf從第一位置移至第二位置，在第一位置桿14'〃阻止活塞 12'〃移離關閉位置，在第二位置允許活塞12〃'移動到打開位置。0042致動器16"'促使桿14'〃從第一位置移動到第二位置。作為 非限定性的例子，致動器16〃'包括連接到其上的套環(huán)700。當致動器 16'''導致套環(huán)700移動到容納位置時，套環(huán)700適于容納桿14'''的一 部分702。通過將套環(huán)700移動到容納位置，桿彈簧300〃引起桿14'〃 移動，例如通過將桿部分702滑入套環(huán)700。由此導致桿14'〃移動到活 塞12"'的一側(cè)并允許活塞12'''移動到打開位置。0043相比于已知專門在高內(nèi)壓下工作的熱泄壓裝置，本領域4支術(shù)人員應該理解，本公開內(nèi)容的熱泄壓裝置2、 2'、 2〃、 2'"在典型高 壓容器遇到的壓力范圍內(nèi)都是可工作的。作為非限定性的例子，該范 圍可在大約10巴到1000巴之間，然而本領域技術(shù)人員應該認識到確切 值是依賴于高壓容器的設計和其他已知的限制。特別是，即使在相對 較低的內(nèi)壓下，熱泄壓裝置2、 2'、 2〃、 2'〃也可以工作并開啟以允 許來自壓力容器的流體IO。還應該理解的是，本公開內(nèi)容的活塞彈簧 20可以選擇成即使在預期的最小內(nèi)壓下也能開啟，在該情況下內(nèi)壓不 足，其本身并不足以將活塞12, 12'， 12〃12'〃移動到打開位置。0044本公開內(nèi)容的熱泄壓裝置2、 2'、 2〃、 2'〃允許在其組裝后 對單獨的TPRD2、 2'、 2〃、 2'〃單元進行測試，作為生產(chǎn)線的終端。 測試后的熱泄壓裝置2、 2\ 2〃、 2'〃隨后通過迫^f吏活塞12、 12'、 12〃、 12〃'回至關閉位置得到復位。桿14、 14"、 14'〃例如通過桿彈簧300'， 300'、 300'"之力或手動地移回第一位置以將活塞12、 12'、 12〃、 12'〃鎖在關閉位置，直到以后讓熱泄壓裝置2、 2'、 2"、 2'〃 工作。由此改善了對具有熱泄壓裝置2、 2'、 2〃、 2'〃的高壓容器的 安全性信心。0045意外地發(fā)現(xiàn)，熱泄壓裝置2、 2'、 2"、 2'〃的成本基本沒有 不同于現(xiàn)有的"單程，，熱泄壓裝置。熱泄壓裝置2、 2\ 2〃、 2'〃的 設計也很容易調(diào)整以配合各種高壓容器的設計。0046為了例示本發(fā)明，雖然已顯示了某些代表性的實施方式和細 節(jié)，在不背離本公開內(nèi)容的范圍之內(nèi)做出各種更改，對本領域技術(shù)人 員是顯而易見的，本公開內(nèi)容在下附的權(quán)利要求書中得到進一步描述。
權(quán)利要求
1、一種可復位的熱泄壓裝置，包括外殼，其具有第一孔和第二孔，該第一孔和第二孔允許流體流過該外殼；活塞，其可滑動地安裝在外殼中，并在打開位置和關閉位置之間可移動，活塞在處于關閉位置時封住第二孔；桿，其被置于外殼中并具有第一位置，該第一位置選擇性地阻止活塞移入打開位置；以及致動器，其具有適于隨溫度上升產(chǎn)生體積膨脹的溫度敏感材料，當達到允許活塞移動到打開位置的預期溫度時，致動器促使桿從第一位置移動到第二位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，包括適于偏移桿 的桿彈簧，該桿彈簧適于阻止桿移動離開第一位置和移動桿至第二位 置之一。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中第一孔形 成鄰近活塞并許可手動復位活塞至關閉位置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中外殼具有 殼帽和殼體，該殼帽可拆卸地附著于殼體以許可手動復位活塞至關閉 位置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中活塞具有 形成于其中的孔，當活塞處在打開位置時，該孔促使流體從該孔中流 過。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中致動器包 括管子，該管子置于鄰近外殼的外圍邊緣，置于該管子中的溫度敏感 材料隨溫度上升體積增大以將桿移入第二位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中該致動器 包括鄰近桿的伸縮管，該伸縮管適于依靠溫度敏感材料的體積增加而 伸展并移動桿。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中該外殼的 第二孔選擇性地容納處于關閉位置的活塞，該活塞包括密封件，該密 封件在活塞和外殼之間形成實質(zhì)的防流體密封。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中該外殼由適于向溫度敏感材料傳遞熱量的導熱材料制成。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，包括活塞彈簧，當桿從第一位置移動到笫二位置時，該活塞彈簧適于將活塞從關閉位 置移動到打開位置。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中當達到預 期溫度時，致動器將桿從第一位置移動到第二位置，從而允許活塞移 動到打開位置。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中溫度敏感 材料是蠟。
13、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可復位的熱泄壓裝置，其中第一孔被 構(gòu)造成引導流體從其中流過離開熱泄壓裝置。
14、 一種可復位的熱泄壓裝置，包括外殼，其具有第一孔和第二孔，該第一孔和第二孔允許流體流過 該外殼，該第一孔在流體流過后提供復位該裝置的通道；活塞，其可滑動地安裝在外殼中，并在打開位置和關閉位置之間 可移動，活塞在處于關閉位置時封住第二孔；桿，其置于外殼中并具有第一位置，該第一位置選擇性地阻止活 塞移入打開位置；桿彈簧，其適于偏移該桿并選擇性地阻止桿移離第一位置；以及致動器，其具有適于隨溫度上升產(chǎn)生體積膨脹的溫度敏感材料， 當達到允許活塞移動到打開位置的預期溫度時，致動器將桿從第一位 置移動到第二位置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的可復位的熱泄壓裝置，包括連接至桿彈簧的導向件，桿還具有容納導向件和桿彈簧的洞，當桿從第一位置 移動到第二位置時，該洞促使桿沿該導向件作線性移動。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的可復位的熱泄壓裝置，包括置于外殼 上的鉸鏈板，該鉸鏈板連接桿并促使其樞轉(zhuǎn)的移動。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的可復位的熱泄壓裝置，包括穿過桿并 連接鉸鏈板的鉸鏈銷。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的可復位的熱泄壓裝置，其中殼體被構(gòu)造為可螺紋接合高壓容器。
19、 一種可復位的熱泄壓裝置，包括外殼，其具有第一孔和第二孔，該第一孔和第二孔允許流體流過該外殼，該第一孔在流體流過后提供復位該裝置的通道；活塞，其可滑動地安裝在外殼中，并在打開位置和關閉位置之間可移動，活塞在處于關閉位置時封住第二孔；桿，其置于外殼中并具有實質(zhì)位于活塞之上的第一位置，該第一位置選擇性地阻止活塞移入打開位置；桿彈簧，其適于使桿偏移靠著外殼，并選擇性地將桿移動至第二位置；以及致動器，其具有適于隨溫度上升產(chǎn)生體積膨脹的溫度敏感材料， 當達到允許活塞移動到打開位置的預期溫度時，致動器促使桿移動到 第二位置。
20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的可復位的熱泄壓裝置，進一步包括連 接致動器的套環(huán)，當達到預期溫度且彈簧將桿從第一位置移動到第二 位置時，致動器移動套環(huán)至容納位置，桿在第二位置被該套環(huán)容納。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可復位的熱泄壓裝置(TPRD)。該熱泄壓裝置包括活塞，適于容納該活塞并允許其在打開和關閉位置之間移動的外殼。該外殼包括其中具有溫度敏感材料的致動器。該溫度敏感材料體積膨脹，增加了該致動器的長度，從而迫使桿從第一位置移動到第二位置。處于第一位置的桿將活塞保持在關閉位置。當桿移動到第二位置，允許活塞移動到打開位置，從而允許流體從與熱泄壓裝置連通的高壓容器流過該熱泄壓裝置。
文檔編號H01M2/12GK101576171SQ20091013913
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者R·佩奇托爾德 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司