CN110337562B - 用于填充气体高压存储器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从存贮器填充气体高压存储器的方法，包括如下步骤：将气体从存贮器中取出、将气体通过气管运输至关联于气体高压存储器内部的喷射泵，且产生在气体高压存储器的壁的内侧处顺着引导的环流。本发明同样涉及一种适合用于执行该方法的气体高压存储器，其带有在内侧上具有热敏层(4)的外壳(5)且带有横穿外壳(5)和层(4)的进气口(1)，其中，关联于进气口(1)在外壳(5)内布置有喷射泵，且其中，喷射泵被定向用于产生到外壳(5)的与喷射泵相对而置的壁处的引导的流动，带有在该处的到在热敏层(4)处顺着流动的环流中的偏转。

Description

用于填充气体高压存储器的方法

技术领域

本发明的对象是一种用于填充气体高压存储器的方法、一种适合用于执行该方法的气体高压存储器以及一种带有相应的气体高压存储器的车辆。

背景技术

装备有燃料电池的车辆具有气体高压存储器，在其中存储对于燃料电池运行而言必要的氢气。气体高压存储器一般而言以CFK外壳(Hülle)形成，其在其内侧上具有衬垫(Liner)。该衬垫充当对于氢气而言的扩散阻隔(Diffusionssperre)且保护免受当气体在填充气体高压存储器的情形中在该气体高压存储器中被压缩时可能出现的大于摄氏85°的温度。在生效的协议SAEJ2601-1中对于加注过程因此作如下设置，即，将氢气预冷却到直至摄氏-40°，以便于避免在气体高压存储器中的衬垫材料的过热。

在现有技术中，由DE 28 04 550 A1已知一种用于带有用于液态燃料的燃料箱的内燃机的燃料装置，燃料经由吸管被输送至燃料泵。过量的燃料可经由回流管流回至燃料箱，其中，回流管的通口呈喷嘴状构造且如此指向，即，过量的量直接流动到吸管的入口中。

在US 2,930,197中公开了气体在地洞中的地下存储，其中，气体通过管道被挤压到被填充以油的地洞中。关联于管道的文丘里喷嘴在此被用于分解在油中的气体，从而在离开文丘里喷嘴的情形中不再存在自由的气体。

发明内容

本发明基于如下任务，即，提供一种用于填充气体高压存储器的方法，该方法相对根据SAEJ2601-1的协议被改善。此外如下是本发明的任务，即，提供一种适合用于执行该方法的气体高压存储器以及一种车辆。

该任务的涉及方法的部分通过一种用于从存贮器填充气体高压存储器的方法来解决，包括如下步骤：从存贮器中取出气体、通过气管将气体运输至关联于气体高压存储器内部的喷射泵和产生至少部分区段地在气体高压存储器的壁的内侧处顺着引导的环流。

在该方法的情形中得出如下大的优点，即，由于使用喷射泵由其通口出发产生引导的流动。在该流动撞击到气体高压存储器的壁上的情形中，该流动沿着壁走向被偏转且引起流动场(Strömungsfeld)沿着壁的构造。其由此构造环流，因为在流动场中被携带的气体同时同样形成用于喷射泵的吸取介质(Saugmedium)。供应给喷射泵的气体在喷射泵内被非常强地加速，从而使得强烈地被冷却的气体流束离开喷射泵，该气体流束是环流的载体。气体高压存储器的壁因此在填充的情形中有针对性地与产生的热区(Heißgebiet)屏蔽且因此有效预防衬垫的过热。喷射泵在不带有可移动零件的情形中够用且环流由于自然法则的约束自动出现，从而在气体高压存储器的整个寿命上存在优点。

在本发明的范围中此外如下是优选的，当在与喷射泵的通口相对而置的壁的区域中布置有圆锥状的碰撞面时，通过该碰撞面从通口中流动的气体被偏转以用于产生环流。该圆锥状的碰撞面确保如下，即，实现从喷射泵的通口中流动的气体在气体高压存储器的整个内面上的对称划分，即不可构造在其中冷却的气体仅在壁的部分面上顺着流动的流动模式。

如下是完全特别优选的，当喷射泵具有喷嘴、尤其拉瓦尔喷嘴(Lavaldüse)或柯恩达喷嘴(Coandadüse)时，利用其气体被加速且平行于纵轴线通过流束导向装置被偏转到与喷射泵相对而置的壁上。喷嘴输送且增强动力气体(Treibgas)的加速效果，以便于有针对性地设定流动，其优选地同样达到超声速度。

此外作如下设置，即，气体通过气管的运输在取消预冷却的情形下实现，即气体高压存储器以明显较低的能量投入和填充站的降低的复杂性的填充是可能的。备选地然而同样存在如下可能性，即，气体通过气管的运输在利用预冷却的情形下以相对于规模或取决于预冷却对应的压力提高实现，从而使得气体高压存储器在给定的能量投入的情形中可被更快速地填充且加注过程由此变得更用户友好。

该任务的涉及装置的部分通过一种气体高压存储器来解决，该气体高压存储器带有在内侧上具有热敏层的外壳，且带有横穿外壳和层的进气口(Einlassöffnung)，气管持久地或可逆地可与该进气口相连接，其中，与进气口相关联地在外壳内布置有喷射泵，且其中，喷射泵被定向用于产生到外壳的与喷射泵相对而置的壁处的引导的流动，带有在该处的到在热敏层处顺着流动的环流中的偏转。

该气体高压存储器通过如下方式出众，即，在其内部中集成有喷射泵，其由于其固有特性提供经强烈冷却的气体流束，该气体流束不任意地分散到已经存储在气体高压存储器中的气体中，而是有针对性地被用于主动冷却热敏层和其在气体高压存储器内的热区的屏蔽。在进气口与气管之间的每个连接应理解为可逆的，其可解开且可被重新再次连接。

在此如下已证实为有利的，即，喷射泵作为动力喷嘴(Treibdüse)具有拉瓦尔喷嘴或柯恩达喷嘴，且混合室(Mischkammer)被设计成用于气体的定向喷出的流束导向装置。

在此如下是优选的，即，该外壳被设计成带有作为热敏层的衬垫(作为内衬)的FK外壳且在其与喷射泵、尤其拉瓦尔喷嘴或柯恩达喷嘴相对而置的壁的区域中具有在柱塞(Stopfen)(英文：Boss)上的圆锥状的碰撞面。在此，“FK外壳”应理解为由纤维增强塑料(FK)形成的外壳。在此此外考虑碳纤维增强塑料(CFK)、玻璃纤维增强塑料(GFK)、尼龙纤维增强塑料(AFK)和钢纤维增强塑料(SFK)。

用于圆锥状的碰撞面的柱塞的使用具有如下优点，即，在制造FK外壳的情形中对于更复杂的三维设计方案而言的耗费无须被进行，而是以常规方式制成的FK外壳可附加地经由柱塞设有圆锥状的碰撞面。

如下是适宜的，当喷射泵、尤其拉瓦尔喷嘴或柯恩达喷嘴和混合室平行于外壳的纵轴线定向且混合室的长度与外壳的纵向伸展的5%与50%之间、优选25%与35%之间相符时。该设计方案促进环流的构造和维持，因为在两个通过混合室的长度分隔的区域中通过过压和负压提供驱动环流的力。

带有燃料电池和上面详细说明的气体高压存储器的车辆支持在基于氢气的能量管理(Energieregime)中的能量消耗的降低。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节由权利要求书、优选的实施形式的下面的说明以及借助附图得出。其中：

图1 显示了穿过在具有喷射泵的平面中的气体高压存储器的纵截面的示意性图示。

具体实施方式

在图1中以示意性图示形式显示了气体高压存储器，其由通过纤维增强塑料FK形成的外壳5构成。在FK外壳5的壁的内侧上布置有衬垫4，其形成热敏层，其超过摄氏85°的加热必须被避免。在附图中左侧上在气体高压存储器处构造有进气口1，其持久地或可逆地可与气管相连接。该进气口1关联有喷射泵，由形成拉瓦尔喷嘴或柯恩达喷嘴2的喷嘴和设计成流束导向装置的混合室3形成，其中，喷嘴2和混合室3平行于外壳5的纵轴线定向且混合室3的长度大约与外壳5的纵向伸展的三分之一相符。在与喷嘴2相对而置的壁的区域中，圆锥状的碰撞面布置在柱塞6上。

该根据本发明的气体高压存储器可以如下方式被填充，即，气体尤其氢气作为动力介质(Treibmedium，有时称为推动介质)通过气管被供应给喷嘴2，该气体在混合室3的方向上离开拉瓦尔喷嘴或柯恩达喷嘴，利用该喷嘴吸入已经处在气体高压存储器中的气体。

强烈加速和冷却的气体流束在平行于纵轴线定向的引导的流动中离开混合室3，该流动在撞击到圆锥状的碰撞面上的情形中被有针对性地偏转，由此构造通过箭头标记的环流，其至少部分区段地在壁处顺着流动。壁由此与在气体高压存储器的内部中的热区7屏蔽且被有效地保护以防太强烈加热到超过摄氏85°。

设有燃料电池的具有这样的气体高压存储器的车辆可被加注，而氢气的强烈的预冷却是不必要的，从而使得填充站的复杂性可被降低且用于填充过程的能量需求被明显降低。备选地，在保留预冷却的情形中可实现更快速的加注。

附图标记列表

1.进气口

2.喷嘴

3.混合室

4.衬垫

5.外壳

6.柱塞

7.热区。

Claims (12)

1.一种用于从存贮器填充气体高压存储器的方法，包括如下步骤：

-将所述气体从所述存贮器中取出，

-将所述气体通过气管运输至关联于所述气体高压存储器的内部的第一端部的喷射泵，且

-允许所述气体进入所述气体高压存储器的内部，使得所述气体从所述气体高压存储器的内部的第一端部行进到所述气体高压存储器的内部的第二端部，其中所述气体高压存储器的内部的第二端部沿所述气体高压存储器的内部的中心纵轴线与所述气体高压存储器的内部的第一端部相对而置；且

-允许所述气体在所述气体高压存储器的内部的第二端部处改变方向，使得所述气体相对于所述中心纵轴线径向向外流动，且然后以环绕所述中心纵轴线的环沿所述气体高压存储器的壁的内侧朝向所述气体高压存储器的内部的第一端部流动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述喷射泵的通口相对而置的壁的区域中布置有圆锥状的碰撞面，从所述通口中流动的气体通过所述碰撞面偏转以用于产生所述环流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷射泵具有喷嘴(2)，所述气体利用所述喷嘴被加速且平行于喷嘴轴线通过流束导向装置被偏转到与所述喷嘴(2)相对而置的壁上。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气体通过所述气管的运输在取消预冷却的情形下实现。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气体通过所述气管的运输在利用预冷却的情形下以对应于所述预冷却的规模的压力提高实现。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述喷嘴(2)是拉瓦尔喷嘴或柯恩达喷嘴。

7.一种气体高压存储器，带有在内侧上具有热敏层的外壳(5)且带有横穿所述外壳(5)和所述热敏层的进气口(1)，气管持久地或可逆转地可与所述进气口相连接，其特征在于，关联于所述进气口(1)在所述外壳(5)内布置有喷射泵，且所述喷射泵被定向用于产生到所述外壳(5)的与所述喷射泵相对而置的壁处的沿所述外壳的中心纵轴线的引导的流动，其中所述引导的流动在与所述喷射泵相对而置的所述壁处偏转到环绕所述中心纵轴线的环流中并且朝向所述喷射泵沿所述热敏层流动。

8.根据权利要求7所述的气体高压存储器，其特征在于，所述喷射泵作为动力喷嘴具有拉瓦尔喷嘴或柯恩达喷嘴，且所述喷射泵的混合室(3)设计成用于所述气体的定向喷出的流束导向装置。

9.根据权利要求7或8所述的气体高压存储器，其特征在于，所述外壳(5)设计成带有作为热敏层的衬垫(4)以作为内衬的纤维增强塑料外壳，且在其与所述喷射泵相对而置的壁的区域中具有在柱塞（ 6） 上的圆锥状的碰撞面。

10.根据权利要求8所述的气体高压存储器，其特征在于，所述喷射泵和所述混合室(3)平行于所述外壳(5)的中心纵轴线定向且所述混合室(3)的长度与所述外壳(5)的纵向伸展的5%与50%之间相符。

11.根据权利要求10所述的气体高压存储器，其特征在于，所述混合室(3)的长度与所述外壳(5)的纵向伸展的25%与35%之间相符。

12.一种带有燃料电池的车辆，其特征在于具有根据权利要求7至11中任一项所述的气体高压存储器。

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