專利名稱：用于壓縮介質的存儲裝置和為交通工具供給燃料的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于存儲例如為氫的壓縮介質的存儲裝置。
本發明還涉及一種通過可變階梯式方法(variable pilgrim step method) 為交通工具供給氣態氫燃料的方法。
背景技術：
在下文中，術語"交通工具"指的是可以實現壓縮介質、特別是氫的 燃料供給的所有類型的陸上運輸工具、空中運輸工具和水上運輸工具。在 下文中，術語"介質"特別地指的是氣體和氣體混合物。
對消耗器或消耗設備分別進行的壓縮介質的供應，例如對氫燃料供給 站進行的壓縮氣態氫的供應、對消耗設備進行的不同類型的壓縮氣態氮的 供應等等，目前都通過在壓縮氣瓶中、流體罐中或者借助于所謂的高壓拖 車輸送壓縮介質而實現。特別地,對氫燃料供給站進行的壓縮氣態氫的供 應成本相對較高。其原因在于，氫在運輸之前被液化、以所述被液化的狀 態從液化器被運輸到氫燃料供給站、在氫燃料供給站處被氣化并且隨后被 壓縮。盡管希望就地直接進行氧的生產，但是還沒有在實踐中可以利用合 理方式實現的方法可用。
液化氫的運輸一般在昂貴的隔熱存儲罐/存儲容器中進行，但是可能必 須處理在所述存儲罐中由于來自于環境的熱量所不可避免的傳入而造成的 排汽損失。
在其備選方案中，壓縮氣態氫的運輸可以借助于高壓拖車執行。由此 氫在多個圓柱形的存儲罐中被運輸，所述存儲罐優選地永久地安裝在拖車 上。氫在這些存儲罐中的存儲在200到300巴的壓力下執行。對應于所述 壓力，這種高壓拖車的存儲容積為3000到5000 Nm3。但是，利用這種類 型的氫的運輸，缺點是借助于具有總重量40噸的卡車或拖車，其僅可分別 運輸300到500kg的氫。
發明內容
本發明的一個目的是具體地限定出一種避免前面所提到的問題的、用 于存儲例如為氫的壓縮介質的通用存儲裝置。本發明的另一目的是具體地 限定出一種借助于可變階梯式方法為交通工具供給氣態氫燃料的通用方 法。
為了達到該目的，提出了一種通用存儲裝置，其特征在于其具有多個 存儲罐和所述存儲罐布置于其中的容器。
參照所述方法，所提出的目的如此被解決，即氣態氫從存儲裝置被排 出，然后被供應到待供給燃料的交通工具，所述存儲裝置根據本發明被設 計并且被分成至少兩個部分、優選地分成四個或多于四個部分。
根據本發明的用于存儲壓縮介質的存儲裝置以及根據本發明的借助于 可變階梯式方法為交通工具供給氣態氫燃料的方法的其它優選實施方式的 特征在于
一至少九個存儲罐布置在容器中，其中所述至少九個存儲罐優選地分 成四個部分，術語"分成四個部分"在此以這樣的方式來理解，即 所述至少九個存儲罐以在容器中可以實現四個不同壓力水平的存 儲的方式而通過管線彼此連接，
一所述容器和/或所述存儲罐具有防火隔離層，
一所述存儲罐至少部分地由碳纖維材料構成，
—所述存儲罐被實施成用于容納被壓縮到最髙達1000巴的壓力的介 質，
—所述容器具有至少一個氣體傳感器和/或用于所述容器的內部通風 的裝置，
—所述容器被實施成用于在特別是卡車或軌道車輛的運輸交通工具 上的運輸，
—所述容器具有架立(set-up)裝置，其中這些架立裝置優選地被實 施成高度可調，其中架立輔助件優選地被設計成其能夠在所述容器 的兩個縱向側上被向外拉出，直到運輸交通工具能夠在借助于其氣 動懸架而降低之后從所述容器的下方退出的程度，
一所述容器具有用于建立與例如為氫燃料供給站的其架立位置的勢能均衡/補償(potential equalization)的傳導連接的裝置， 一供應到待供給燃料的交通工具的氫在供應到待供給燃料的交通工 具之前被釋放，
一響應于氫的所述釋放而獲得的軸功率和冷卻能力在燃料供給過程 中被使用，以及
一供應到待供給燃料的交通工具的氫的中間存儲被執行。
根據本發明的存儲裝置現由一個容器構成，所述容器中布置有多個存 儲罐。這些存儲罐優選地具有圓柱形狀。當前的碳纖維技術使得可以實現 這種具有非常低重量的存儲罐。由于所述一個或多個存儲罐的重量與現有 技術狀況相比來說較低，所以對應于40噸的總交通工具重量，所存儲的氫 的重量增加到了2100kg。
在設計為使用氣態氫在壓力700巴且在溫度15'C供給燃料的情況下， 有利地將氫以約900巴的壓力存儲在本發明的存儲裝置中。如果將本發明 的一個或多個存儲裝置布置在卡車或拖車上，那么在所述壓力下和在40噸 的卡車或拖車總重量的情況下可以存儲并運輸2100 kg的氫。
下面將借助于附圖中示出的示例性實施方式來更詳細地說明根據本發 明的用于存儲壓縮介質、特別是氫的存儲裝置及其其它有利的實施方式， 以及根據本發明的為交通工具供給壓縮氣態氫燃料的方法。
圖1示出了穿過本發明的存儲裝置的可能的實施方式而截取的未按比 例繪制的剖視圖。
圖2示出了在運輸交通工具4上布置有兩個或多個存儲裝置或容器2 的優選實施方式。
圖3示意性地示出了本發明的為交通工具供給壓縮氣態氫燃料的方法 的典型實施方式。
具體實施例方式
圖1示出了穿過本發明的存儲裝置的可能的實施方式而截取的未按比 例繪制的剖視圖。所述存儲裝置由容器2構成，容器2優選地具有防火隔離層3。在圖1中示出的實施方式中，九個存儲罐1布置在容器2內。提供 防火隔離層可以將例如用于氫燃料供給站的所堆放的容器周圍的安全間隙 減小到最小。
根據本發明的存儲裝置的優選實施方式，所述九個存儲罐1現分成四 個部分。術語"分成四個部分"在此以這樣的方式來理解，即所述至少九 個存儲罐以在一個容器中可以實現四個不同壓力水平的存儲的方式而借助 于管線彼此連接。在其備選方案中，也可以提供更少或更多的存儲罐，禾口/ 或可以實現更少或更多的壓力水平。每個部分或者單個存儲罐對于部分的 從屬關系分別由字母A、 B、 C和D表示。
除了一般地設置的防火隔離層3之外，如果可行，可以提供氣體傳感 器和/或用于容器內部通風的通風可能性或通風裝置。它們提供了這種存儲 裝置的架立和操作，而不需要分別觀察所述存儲裝置或容器2周圍的防護 區域。
優選地，容器2具有5m的長度、2.5m的寬度和2.5m的高度。在設置 了將容器2的內部基本上完全填裝的九個存儲罐1的情況下，對于900巴 的存儲壓力來說這種容器可以容納約700 kg的氫。
如圖2所示，優選地，在運輸交通工具4上布置有兩個或多個存儲裝 置或容器2。布置在容器2中的存儲罐1由虛線示出。
為了進一步改進本發明的存儲裝置，提出每個存儲裝置或容器2被實 施為所謂的可拆卸容器。這需要存儲裝置或容器2具有架立裝置，其中所 述裝置優選地被實施成高度可調。通過該實施方式，容器2可以由卡車2 本身裝載或卸載，而不需要起重機來完成。其中架立輔助件因此優選地被 實施成其能夠在所述容器2的兩個縱向側上被向外拉出，直到運輸交通工 具能夠在借助于其氣動懸架而降低之后從所述容器2的下方退出的程度(可
拆卸集裝箱原理)。
有利地，所有的填裝和/或拆卸裝置位于本發明的存儲裝置或容器2中
的兩側。
特別地，前面描述的布置在容器2中的存儲罐1分成多個部分的劃分 方式借助于可變階梯式方法而提供用于存儲罐1的排空以及用于待供給燃 料的交通工具的填裝。與普通的燃料供給方法相比，這種方法具有非常小的功率消耗。
需要強調的是，前面描述的本發明的存儲裝置不僅適合于壓縮氫的運 輸以及(中間)存儲，同樣適合于每種其它(可壓縮)介質。
下面將借助于圖3中示出的示例性實施方式更詳細地限定本發明的為 交通工具供給壓縮氣態氫燃料的方法。
圖3示出了已經借助于圖1限定的本發明的存儲裝置，其具有容器2 以及布置在容器2中的九個存儲罐1。如同樣已經借助于圖1所限定的那樣， 所述存儲罐1被分成A至D四個部分。
前面提到的四個部分A至D中的每一個都可以經由單獨的管線a至d 連接到氫燃料供給站網絡。優選地，這通過合適的快動作聯接器5進行。
在燃料站處，四條前面提到的本發明的存儲裝置的管線a至d以管線 a'至d'延續。這四條管線a'至d'中的每一條都分支成三條管線，在合并時形 成三條主管線7、 8和9。由于明顯的原因，在前面提到的管線或管線分支 中分別設有(鎖閉)閥6。
正如已經提到的那樣，存儲罐1中的氣態氫可以以最高達900巴的壓 力存儲。 一般地，為交通工具供給氫燃料在700巴的壓力和15'C的溫度下 完成。由于在燃料供給過程中產生的待供給燃料的交通工具的存儲燃料箱 中的氫加熱到最高85-C的溫度，所以必須在至少一個存儲罐1中或者在四 個部分A至D中的至少一個中保持875巴的持久壓力。
在交通工具將立即被供給氫燃料的情況下，其存儲燃料箱通常具有非 常低的僅50巴的內部壓力。所述待供給燃料的交通工具分別經由管線或者 管線段a、 a'、 7、 11和13與部分A的三個存儲罐1相連接。 一旦獲得部分 A與車輛燃料箱之間的壓力補償，就轉換到下一個部分B、 C或D。
由于在燃料供給過程開始時部分A與車輛燃料箱之間存在大的壓力 差，所以在膨脹機構10上可以獲得相對多的、有時甚至是過多的冷卻能。 為了進一步改進本發明的方法，因此提出了提供冷卻回路14形式的冷存儲 器，其用于存儲在膨脹機構10上獲得的冷卻能的目的。借助于所述冷卻回 路14,在燃料供給過程中被供應到車輛燃料箱的氫的溫度可以得到平均。 所述冷存儲器14因此確保了在整個燃料供給過程中熱交換器12的出口處 能夠保持約-4(TC的氫溫度。
8由于平均的燃料供給過程，所以借助于膨脹機構io可以在各種情況下
獲得約24 kJ/s的軸功率以及冷卻能力。所述軸功率在發電機模式中可以反
饋到電力系統中，為此設有發電機n。然而，以有利的方式，所獲得的功
率用于驅動壓縮機15。
(中央)壓縮機15用于壓縮氫的目的，所述氫例如從部分A中被排出， 經由管線段a、a'和9被供應到壓縮機15，并且經由管線段8、x'(其中x'=b'、 c'和/或d')和x (其中x-b、 c和/或d)被導入三個其它部分B、 C和/或D 的至少一個中。以有利的方式，氫始終在燃料供給過程中從具有最低壓力
的部分中被排出，并且借助于壓縮機15在具有下一個更高壓力的部分中被 壓縮。僅設有一個壓縮機15顯著地增加了本發明的燃料供給方法的功率效 率。與提供液體形式的待壓縮的氫的燃料供給方法相比，本發明的燃料供 給方法僅具有十分之一的功率需求。
優選地，膨脹機構10與壓縮機15布置在共用的軸上，以便于能夠將 在膨脹機構10中獲得的軸功率直接傳遞到壓縮機15。優選地，所述膨脹機 構10以及壓縮機15設有空轉閥(freewheel valve),以使得每條管線能夠 被暫時地短路。
在膨脹操作期間會產生峰值電功率。由于其可能只能以相對大范圍的 方式反饋到電路中，所以可能有利的是，使用所獲得的功率為氫燃料供給 站的另外的系統部件供電和/或為燃料電池或待供給燃料的電動交通工具 的蓄電池再充電。
以有利的方式設有附加的高壓存儲器16，其用作分別響應存儲裝置單 元或容器2的變化的緩沖器，并且同時確保了待供給燃料的交通工具在本 發明的存儲裝置的存儲罐1被排空時也能夠被完全地供給燃料。
借助于上述可變階梯式方法或上述可變階梯式排空，現在可以實現利 用相對小的能量輸入而從本發明的存儲裝置或者其存儲罐1進行交通工具 的燃料供給。
權利要求
1.一種用于存儲例如為氫的壓縮介質的存儲裝置，其具有多個存儲罐(1)和所述存儲罐(1)布置于其中的容器(2)。
2. 根據權利要求1所述的存儲裝置，其特征在于，在容器(2)內布 置有至少九個存儲罐(1),其中所述至少九個存儲罐(1)優選地分成四個 部分(A、 B、 C和D)。
3. 根據權利要求1或2所述的存儲裝置，其特征在于，所述容器(2) 和/或所述存儲罐(1)具有防火隔離層(3)。
4. 根據前述權利要求l-3之一所述的存儲裝置，其特征在于，所述存 儲罐(1)至少部分地由碳纖維材料構成。
5. 根據前述權利要求l-4之一所述的存儲裝置，其特征在于，所述存 儲罐(1)被實施成用于容納被壓縮到最高達1000巴的壓力的介質。
6. 根據前述權利要求l-5之一所述的存儲裝置，其特征在于，所述容 器(2)具有至少一個氣體傳感器和/或用于所述容器內部通風的裝置。
7. 根據前述權利要求l-6之一所述的存儲裝置，其特征在于，所述容 器(2)被實施成用于特別是卡車(4)或軌道車輛的運輸交通工具上的運 輸。
8. 根據前述權利要求l-7之一所述的存儲裝置，其特征在于，所述容 器(2)具有架立裝置，其中所述架立裝置優選地被實施成高度可調。
9. 根據前述權利要求l-8之一所述的存儲裝置，其特征在于，所述容 器(2)具有用于建立與例如為氫燃料供給站的其架立位置的勢能均衡的傳 導連接的裝置。
10. —種運輸交通工具，特別是卡車或軌道交通工具，其特征在于， 所述運輸交通工具設計成容納至少一個根據前述權利要求之一所述的存儲 裝置。
11. 一種用于借助于可變階梯式方法為交通工具供給氣態氫燃料的方 法，其特征在于，所述氣態氫從根據前述權利要求1-9之一而設計的存儲 裝置(2)中被排出，然后被供應到待供給燃料的交通工具，所述存儲裝置 分成至少兩個部分，優選地分成四個或者多于四個部分(A、 B、 C和D)。
12. 根據權利要求ll所述的方法，其特征在于，供應到待供給燃料的 交通工具的氫在被供應到待供給燃料的交通工具(10)之前被釋放。
13. 根據權利要求12所述的方法，其特征在于，響應于氫的所述釋放 (10)而獲得的軸功率和冷卻能力在燃料供給過程中被使用。
14. 根據前述權利要求11-13之一所述的方法，其特征在于，供應到 待供給燃料的交通工具的氫的中間存儲(16)被執行。
全文摘要
本發明涉及一種用于存儲例如為氫的壓縮介質的存儲裝置。根據本發明，所述存儲裝置具有多個存儲罐(1)和所述存儲罐(1)布置于其中的容器(2)。本發明還涉及一種借助于可變階梯式方法為交通工具供給氣態氫燃料的方法，其中所述氣態氫從存儲裝置(2)被排出并被供應到待供給燃料的交通工具，所述存儲裝置(2)被分成至少兩個部分，優選地分成四個或多于四個部分(A、B、C和D)。
文檔編號F17D1/04GK101634397SQ20091016160
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月22日 優先權日2008年7月24日
發明者A·奧普費爾曼, M·施特爾萊茵, R·阿德勒 申請人:林德股份公司