用于儲存氣體物質(zhì)的吸著儲存器的制造方法
【專利說明】用于儲存氣體物質(zhì)的吸著儲存器
[0001] 本發(fā)明涉及用于儲存氣體物質(zhì)的吸著儲存器，其包含至少部分填充有吸附介質(zhì)的 密閉罐，并且包含進料裝置，所述進料裝置包含通過罐壁的通路，氣體可通過所述通路流入 罐。本發(fā)明還涉及填充本發(fā)明吸著儲存器的方法和將氣體從本發(fā)明吸著儲存器中除去的方 法。
[0002] 連同加壓氣罐一起，對于固定和移動應(yīng)用，吸著儲存器目前日益用于儲存氣體。吸 著儲存器通常包含具有大內(nèi)表面積的吸附介質(zhì)，氣體吸附于其上并由此存儲。盡管吸著儲 存器填充有氣體，吸附導(dǎo)致熱的釋放，必須將其從儲存器中除去。照此類推，當(dāng)將氣體從儲 存器中除去時，必須提供熱用于解吸方法。因此，在設(shè)計吸著儲存器時，熱管理是很重要的。
[0003] 專利申請US 2008/0168776 Al描述了用于氫氣的吸著儲存器，其包含對環(huán)境熱絕 緣且多個包含吸附介質(zhì)的壓力容器置于其內(nèi)部的外部罐。壓力容器之間的中間空間用冷卻 流體填充，以容許除去吸附期間出現(xiàn)的熱。
[0004] 專利申請DE 10 2007 058 673 Al描述了用于儲存氣態(tài)烴的設(shè)備，其包含填充有 吸附介質(zhì)的絕緣罐。在罐中提供加熱元件，其以一定方式通過控制系統(tǒng)激活，使得當(dāng)除去氣 體時，最小壓力保持盡可能長的時間。
[0005] 已知吸著儲存器的一個缺點是用氣體填充僅緩慢地進行。特別地，在移動應(yīng)用的 情況下，例如在機動車輛中，該缺點是特別嚴重的。
[0006] 本發(fā)明的目的是提供用于儲存氣體物質(zhì)的設(shè)備，其容許用氣體快速填充以及改進 的氣體脫除。同時，該設(shè)備應(yīng)具有簡單的結(jié)構(gòu)并且在操作期間要求很少的電能。本發(fā)明的 目的還有提供快速且有效地填充儲存器以及從儲存器中除去氣體的方法。
[0007] 該目的通過如權(quán)利要求1中再現(xiàn)的本發(fā)明主題實現(xiàn)。本發(fā)明的其它有利實施方案 可在從屬權(quán)利要求中找到。本發(fā)明的其它主題描述于方法權(quán)利要求12和14以及從屬于它 們的權(quán)利要求中。
[0008] 用于儲存氣體物質(zhì)的本發(fā)明吸著儲存器包含密閉罐和進料裝置，所述進料裝置包 含通過罐壁的通路，氣體可通過所述通路流入罐中。罐在其內(nèi)部具有至少一個分離元件，所 述分離元件以一定方式配置，使得罐的內(nèi)部分成至少一對通道，所述通道包含兩個平行延 伸的通道型隔室，所述隔室的末端每種情況下通過共用空間相互連接，各個通道型隔室至 少部分地填充有吸附介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，進料裝置以一定方式設(shè)計，使得流入氣體幾乎僅轉(zhuǎn) 移至每對通道的兩個隔室中的一個中。
[0009] 取決于本發(fā)明吸著儲存器的實際構(gòu)型，不能完全排除少量流入氣體流入不同于意 欲隔室的隔室中的可能性，例如由于湍流或回流的情況。因此，表述"幾乎僅"應(yīng)當(dāng)理解意 指最大10%，優(yōu)選最大5 %流入氣體可能流入另一隔室中。
[0010] 罐內(nèi)的空間分成成對相互連接的通道型隔室，以及進料裝置的本發(fā)明設(shè)計具有這 一效果：在罐的填充期間出現(xiàn)循環(huán)通過通道的流。這產(chǎn)生向罐壁的改進熱傳遞，其通常在填 充期間冷卻和/或在排空期間加熱。由于罐中的氣體在填充期間較快地冷卻，同時可實現(xiàn) 較大量的氣體，或者對于相同量的氣體可實現(xiàn)較短的填充時間。
[0011] 如果連同罐壁一起，至少一個分離元件，或者在大量分離元件的情況下，它們中的 一個或多個冷卻或加熱，則可實現(xiàn)熱傳遞的進一步改進。在本發(fā)明的有利構(gòu)型中，存在的至 少一個分離元件或者大量分離元件，特別是所有分離元件具有雙壁構(gòu)型，使得它們可使傳 熱介質(zhì)流過。在本發(fā)明的另一優(yōu)選構(gòu)型中，通道型隔室的通道壁具有雙壁構(gòu)型以使傳熱介 質(zhì)流過。取決于至少一個或者大量分離元件的排列，一部分罐壁還形成通道型隔室或者大 量通道型隔室的通道壁。罐壁在這種情況下也優(yōu)選具有雙壁構(gòu)型。在非常特別優(yōu)選的構(gòu)型 中，設(shè)計包括端面在內(nèi)的整個罐壁以使傳熱介質(zhì)流過，特別是具有雙壁構(gòu)型。
[0012] 罐和分離元件的壁厚度的選擇取決于罐中預(yù)期的最大壓力、罐的尺寸，特別是它 的直徑，和所用材料的性能。對于具有IOcm外徑的合金鋼罐和100巴最大壓力，例如最小 壁厚度估計為2mm(根據(jù)DIN 17458)。選擇雙壁之間的間距，使得它可使足夠大體積流的傳 熱介質(zhì)流過。它優(yōu)選為2-10mm，特別優(yōu)選3-6mm。
[0013] 取決于適于冷卻或加熱吸著儲存器中的氣體的溫度范圍，考慮各種傳熱介質(zhì)，例 如水、二醇、醇或其混合物。相應(yīng)的傳熱介質(zhì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0014] 發(fā)現(xiàn)有利的是各個通道型隔室中通道壁之間的距離為2-8cm。距離在此處應(yīng)當(dāng)理 解意指垂直于通道軸的橫截面中相對壁的兩點之間的最短距離。在具有圓形橫截面的通 道的情況下，例如距離相當(dāng)于直徑；在環(huán)形橫截面的情況下，它相當(dāng)于環(huán)的寬度，在矩形橫 截面的情況下，它相當(dāng)于平行邊之間的較短距離。特別在將所有通道壁冷卻或加熱的情況 下，指定范圍證明是熱傳遞與吸附介質(zhì)的填充體積之間的良好折中。以較大的距離，吸附介 質(zhì)與壁之間的熱傳遞劣化；以較小的距離，對于給定的罐外部尺寸，吸附介質(zhì)的填充體積降 低。此外，吸著儲存器的重量和它的生產(chǎn)成本提高，這在移動應(yīng)用的情況下是特別不利的。
[0015] 在一個優(yōu)選構(gòu)型中，每對通道的通道型隔室中通道壁之間的距離彼此相差不多于 40%，特別優(yōu)選相差不多于20%。所有通道型隔室中通道壁之間的距離優(yōu)選彼此相差不多 于40%，特別優(yōu)選相差不多于20%。該設(shè)計有益于填充期間熱的均勻脫除或者罐的排空期 間熱的均勻供應(yīng)。
[0016] 在另一優(yōu)選構(gòu)型中，選擇通道型隔室的橫截面面積，使得在將罐用氣體填充期間， 每對通道的通道型隔室中的流速彼此相差不多于20%。特別優(yōu)選，所有通道型隔室中的流 速彼此相差不多于20%。
[0017] 如下文基于實施例所進一步解釋的，關(guān)于盡可能相等的壁之間的距離以及盡可能 相等的通道型隔室的橫截面面積作為優(yōu)選提到的要求取決于罐的實際幾何設(shè)計可能相互 沖突。在這種情況下，優(yōu)選具有盡可能相等的壁之間的距離的構(gòu)型，因為熱的均勻脫除的效 果證明與流動效果相比是主要的，在排空罐時特別如此。
[0018] 當(dāng)以橫截面觀察時，罐內(nèi)壁和至少一個分離元件的輪廓是基本共形的。如果存在 大量分離元件，則所有分離元件的輪廓優(yōu)選與罐內(nèi)壁的輪廓共形。就這點而言，共形意指輪 廓在其形式方面是一致的，例如都是圓形、都是橢圓形或者都是矩形。表述"基本共形"應(yīng) 當(dāng)理解意指與基本形式的小偏差仍被認為是一致的。實例為在矩形基本形式的情況下的圓 角或者在生產(chǎn)容許度極限內(nèi)的偏差。
[0019] 在本發(fā)明一個實施方案中，吸著儲存器的罐為圓柱形設(shè)計，且至少一個分離元件 相對于圓柱軸基本同軸排列。至少一個分離元件的縱軸相對于圓柱軸傾斜幾度至最大10 度的實施方案仍被認為是"基本"同軸。該構(gòu)型確保通道橫截面沿著圓柱軸僅改變很少，使 得可形成在通道長度上的均勻流。
[0020] 取決于有效的安裝空間和罐中的最大容許壓力，不同的橫截面面積適于圓柱形 罐，例如圓形、橢圓形或矩形。例如如果罐安裝在車體的中空空間中，則還考慮不規(guī)則形狀 的橫截面面積。對于約100巴以上的高壓，圓形和橢圓形橫截面是特別合適的。
[0021] 在該實施方案中，特別優(yōu)選至少一個分離元件形成為管，使得管內(nèi)部的空間形成 第一通道型隔室且管外壁與罐內(nèi)壁之間或者可能管外壁與另一分離元件之間的空間形成 第二環(huán)形通道型隔室。罐和管式分離元件的橫截面面積優(yōu)選具有相同的形式，例如都是圓 形或者都是橢圓形。在本發(fā)明該構(gòu)型的一個發(fā)展中，存在大量分離元件，其都形成為具有不 同的直徑且同軸排列的管。它們的橫截面面積也優(yōu)選具有相同的形式。
[0022] 進料裝置包含至少一個通過罐壁的通路，氣體可通過所述通路流入罐中，并以一 定方式設(shè)計使得流入氣體幾乎僅轉(zhuǎn)移至每對通道的兩個隔室中的一個中。在一個優(yōu)選的構(gòu) 型中，進料裝置包含管式供應(yīng)管線，其一端與至少一個通路連接且另一端位于通道型隔室 中。作為選擇，另一端也可位于距離隔室的端面通道入口的一定距離處，所述距離以一定方 式定尺寸使得從管線末端發(fā)出的氣體幾乎僅流入該隔室中。
[0023] 在另一有利構(gòu)型中，進料裝置包含組件，組件將通過至少一個通路流入的氣體以 定向方式分布到每對通道的一個隔室中，例如偏轉(zhuǎn)元件或分配裝置。
[0024] 在本發(fā)明吸著儲存器的一個優(yōu)選構(gòu)型中，進料裝置包含管式供應(yīng)管線，其一端與 至少一個通路連接。供應(yīng)管線穿過第一隔室，且其另一端開放到連接隔室的共用空間中。在 本發(fā)明的另一設(shè)計中，管式供應(yīng)管線在其穿過第一隔室的區(qū)域中是多孔的，使得流入氣體 部分地流入該第一隔室中。通過該措施，在完全形成循環(huán)流以前，可實現(xiàn)更均勻的吸附，以 及因此沿著通道型隔室更均勻的溫度特征，特別是在填充操作開始時。
[0025] 進料裝置還可包含用于影響氣體流動的裝置，例如節(jié)流閥或控制閥。這些裝置可 提供于罐的內(nèi)部或外部。大量通路也可提供于罐壁中，例如以便將氣體在大量點供入通道 型隔室中，或者以便提供用于用氣體填充和除去氣體的不同通路。優(yōu)選一個或多個相同的 通路用于氣體的脫除以及將罐用氣體填充。
[0026] 各種材料適用作吸附介質(zhì)。吸附介質(zhì)優(yōu)選包含沸石、活性炭或金屬-有機骨架。
[0027] 吸附介質(zhì)的孔隙率優(yōu)選為至少0. 2。孔隙率定義為空隙體積與罐中的任何子體積 的總體積的比。在較低的孔隙率下，流過吸附介質(zhì)時的壓降提高，這對填充時間具有不利影 響。