CN101484744B - 存储罐系统和对存储罐系统减压的方法 - Google Patents

存储罐系统和对存储罐系统减压的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种存储罐系统(1)，包括：高压存储罐(4)；用于检测高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高的检测单元(5)；用于对高压存储罐(4)减压的减压单元(8)；以及控制单元(14)，用于控制减压装置(8)以在检测单元(5)检测出高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高时对高压存储罐(4)减压。

Description

存储罐系统和对存储罐系统减压的方法
技术领域
本发明涉及存储罐系统和对存储罐系统减压的方法。
背景技术
用于在高压下存储气态或液态存储物的存储罐具有安全阀以防止存储罐爆裂。现有技术中已知的安全阀示例包括用于防止存储罐内的压力超出允许压力的弹簧式安全阀、以及用于在存储罐的温度超出允许温度之前向空气释放存储罐存储物的易熔塞式安全阀。
提出的用于在存储罐的温度超出允许温度之前降低存储罐内的压力的方法包括利用改进的易熔塞式安全阀和不同于易熔塞式安全阀的安全阀的方法(例如参见日本专利申请公开No.JP-A-2005-69417、日本实用新型申请公开No.JP-U-26-6447、日本专利申请公开No.JP-A-2001-283343、以及日本专利申请公开No.JP-A-2005-315294)。
然而，根据现有技术，仅在一个位置检测存储罐的温度；由此，当在高压存储罐发生局部温度升高时，由于在外界空气温度等的影响下局部温度的升高所产生的热可能不会传递到存储罐温度被检测的位置，以至于不能对存储罐减压。
发明内容
本发明提供一种检测高压存储罐的至少一部分的温度升高并降低存储罐的压力而不受外界空气温度影响的存储罐系统、以及一种用于存储罐系统的减压方法。
根据本发明的第一方面，提供了用于检测高压存储罐的至少一部分的温度升高的检测装置，并且在检测到高压存储罐的温度升高时，控制减压装置对高压存储罐减压。这使得能够检测高压存储罐的至少一部分的温度升高，并降低存储罐的压力而不受外界空气温度的影响。
根据本发明的一个实施例，提供了一种存储罐系统。该存储罐系统包括高压存储罐和用于对高压存储罐减压的减压装置，还包括：检测装置，用于检测高压存储罐的至少一部分的温度升高；以及控制装置，用于控制减压装置以在检测装置检测出高压存储罐的至少一部分的温度升高时对高压存储罐减压。所述存储罐系统安装在车辆中，并且还包括：温度传感装置，用于检测车辆的至少一部分的温度。当所述温度传感装置检测到的温度超出预定温度时，所述控制装置增加检测装置的检测灵敏度。
具体地，本发明提供一种存储罐系统，包括：高压存储罐；用于检测高压存储罐的至少一部分的温度升高的检测装置；用于对高压存储罐减压的减压装置；以及控制装置，用于控制减压装置以在检测装置检测出高压存储罐的至少一部分的温度升高时对高压存储罐减压。
上述存储罐系统配置为即使仅在高压存储罐的一部分发生温度升高也能够检测到，并且控制装置控制减压装置对高压存储罐减压。因此，能够检测高压存储罐的至少一部分的温度升高，并降低存储罐的压力而不受外界空气温度的影响。
在上述存储罐系统中，检测装置从高压存储罐的至少两个或更多个位置处的温度检测高压存储罐的至少一部分的温度升高。
上述存储罐系统可配置为检测装置具有围绕在高压存储罐的周围的热熔导线，并且当所述热熔导线断开时，检测装置检测出高压存储罐的至少一部分发生温度升高，控制装置控制减压装置对高压存储罐减压。
即，为了检测高压存储罐的至少一部分的温度升高，提供由于温度升高而会熔化的热熔导线覆盖高压存储罐的表面。对热熔导线的加电状态进行测量，当由于断路引起加电中断时，确定在高压存储罐的至少一部分发生了温度升高。这使得能够检测高压存储罐的至少一部分的温度升高而不受外界空气温度的影响。
上述存储罐系统可配置为检测装置具有置于高压存储罐的表面上的至少两个热敏电阻，并且检测装置比较由热敏电阻检测到的温度，当存在温度差时检测出高压存储罐的至少一部分发生温度升高，控制装置控制减压装置对高压存储罐减压。
即，为了检测高压存储罐的至少一部分的温度升高，在高压存储罐的表面上的至少两个位置处提供用于检测温度的热敏电阻。对热敏电阻的电阻值进行测量，并且比较各个热敏电阻的温度。如果在各个热敏电阻之间存在温度差，则确定存储罐的至少一部分发生了温度升高。这是因为如果在高压存储罐发生局部温度升高时，高压存储罐的表面上的温度分布不均匀。这使得能够检测高压存储罐的至少一部分的温度升高而不受外界空气温度的影响。
上述存储罐系统可配置为存储罐系统安装在车辆中并且进一步包括用于检测车辆的碰撞的碰撞传感装置，如果检测到车辆的碰撞，则控制装置增加检测装置的检测灵敏度。
当包括存储罐系统的车辆处于碰撞时，存在的很大风险是高压存储罐将暴露于高温中。因此，在车辆碰撞上障碍物等时，检测装置的检测灵敏度增加。这使得能够在较早的阶段检测到高压存储罐的温度升高。
上述存储罐系统可配置为存储罐系统安装在车辆中并且进一步包括用于检测车辆的至少一部分的温度的温度传感装置，当温度传感装置检测到车辆的至少一部分的温度超出预定温度时，控制装置增加检测装置的检测灵敏度。
通常，车辆配备有大量的温度传感装置，例如外界温度传感器、轮胎温度传感器、以及催化剂温度传感器。因此，当来自这些温度传感器的信号输入到控制装置并且例如温度传感装置检测到异常高温时，检测装置的检测灵敏度提高。这使得能够在较早的阶段检测到高压存储罐的温度升高。应注意的是预定温度是指燃料电池、驱动马达等正常工作时达不到的高温。
上述存储罐系统可配置为存储罐系统还包括用于检测高压存储罐的压力的压力传感装置，在检测出高压存储罐的至少一部分的温度升高之后，当检测到的内部压力等于或高于第一阈值压力时，控制装置控制减压装置对高压存储罐减压。
存在这样的情况，其中尽管高压存储罐的温度已经增加到需要使压力下降，但仍不需要减压，因为存储罐的压力较低。此外，当仅仅依赖检测装置时，存在例如由于错误检测等可能导致执行不必要的减压的情况。从经济和对周围环境的影响的角度看，优选地甚至在这种情形下也不释放存储罐的存储物。
考虑到这一点，还可提供用于检测高压存储罐的压力的压力传感装置，以使得当检测到高压存储罐的至少一部分的温度升高时，并且高压存储罐的内部压力变为等于或高于第一阈值压力时，控制减压装置以对高压存储罐减压。根据如此配置的存储罐系统，能够防止由于检测装置的错误检测造成的存储罐存储物的不必要释放。应注意的是第一阈值压力是指高压存储罐内的压力，并且定义为在保持高压存储罐的内部压力的状态下，如果在高压存储罐发生局部温度升高可造成存储罐爆裂的压力。
上述存储罐系统可配置为在控制减压装置对高压存储罐减压之后，当压力传感装置检测到高压存储罐的内部压力等于或低于第二阈值压力时，控制装置控制减压装置停止对高压存储罐减压。
即，尽管对存储罐的减压开始时存储罐的压力高于第一阈值压力，但是随着对存储罐的减压进行，存储罐的压力逐渐降低。从经济和对周围环境的影响角度看，优选地在存储罐的压力已经充分降低到或低于不必要进行减压的压力点时，不继续释放存储罐的存储物。
因此，当高压存储罐的压力变为等于或低于第二阈值压力时，控制减压装置停止对高压存储罐的减压。根据如此配置的存储罐系统，能够防止存储罐存储物的不必要释放。应注意的是第二阈值压力是指高压存储罐内的压力，并且定义为在保持高压存储罐的内部压力的状态下，即使在高压存储罐的一部分发生局部温度升高也一般不会造成存储罐爆裂的压力。
上述存储罐系统可配置为减压装置具有易熔塞阀门以及用于对易熔塞阀门加热的加热装置，并且控制装置通过加热易熔塞阀门以熔化易熔塞阀门对高压存储罐减压。
当易熔塞阀门暴露于高温下时熔化以打开。另外，本发明旨在检测高压存储罐的局部温度升高以对存储罐减压，因此两者实现的功能类似。相应地，减压装置配置为包括加热时熔化的易熔塞阀门。这使得甚至在存储罐系统的控制装置不工作时，当高压存储罐的温度升高时也能够对存储罐减压。
本发明的第二方面提供一种用于存储罐系统的减压方法，包括：检测高压存储罐的至少一部分的温度升高；以及当检测到高压存储罐的至少一部分的温度升高时对高压存储罐减压。
附图说明
本发明的上述和进一步特征和优点将从随后参照附图对示例实施例进行的描述中变得明显，其中类似的附图标记用于代表类似的元件，其中：
图1是根据第一实施例的车辆的示意图；
图2是根据第一实施例的存储罐系统的示意图；
图3是根据第一实施例的存储罐系统的控制流程图；
图4是示出根据第一实施例的存储罐系统中热熔导线的电阻值、高压存储罐的内部压力以及电加热器的加电状态随时间变化的图；
图5是根据修改后的第一实施例的存储罐系统的示意图；
图6是根据第二实施例的存储罐系统的示意图；
图7是根据第二实施例的存储罐系统的控制流程图；以及
图8是示出根据第二实施例的存储罐系统中热熔导线的电阻值、高压存储罐的内部压力以及电子阀的加电状态随时间变化的图。
具体实施方式
下面将描述本发明的示例实施例。应理解的是下面描述的实施例仅是示例，并且本发明不限于示例实施例。
图1是根据第一实施例的车辆3的示意图，其中包括根据第一实施例的存储罐系统1和燃料电池2。如果将根据本发明的存储罐系统用于存储用作燃料电池车辆的燃料气体的氢气的存储罐，将能够更有效地获得本发明的效果。这是因为安装在车辆中的存储罐与安装于地面的存储罐相比更有可能处于未预料的环境变化中。因此，在第一实施例中，假设存储罐系统1安装于燃料电池车辆3，并且存储用作燃料电池2的燃料气体的氢气。当然，根据本发明的存储罐系统也可以安装在地面上。
图2是根据第一实施例的存储罐系统1的示意图。如图2所示，缠绕用于检测高压存储罐4的温度升高的单个热熔导线5(与根据本发明的“检测装置”对应)，以覆盖高压存储罐4的表面。高压存储罐4具有减压装置8(与根据本发明的“减压装置”对应)、以及用于检测高压存储罐4的压力的电压力表9，减压装置8包括用于降低高压存储罐4的压力的易熔塞阀门6和电加热器7(与根据本发明的“加热装置”对应)。此外，包括连接到热熔导线5的检测电路10、连接到电加热器7和电压力表9的电源电路11、以及连接到扬声器12的音频发生电路13的控制装置14(与根据本发明的“控制装置”对应)可附加到高压存储罐4。燃料电池16连接到位于高压存储罐4的下游侧的通路15。
作为对来自热熔导线5和电压力表9的输入的响应，控制装置14向电加热器7和扬声器12输出信号。尽管在第一实施例中假设控制装置14中的检测电路10、电源电路11以及音频发生电路13的每一个用电路形成，但是它们也可通过包括CPU(中央处理单元)或存储器、输入/输出接口(I/O)等的计算机形成。在检测到存储罐的至少一部分的温度升高时(具体地，当存储罐表面或其附近的温度等于或高于存储罐的允许温度或与允许温度对应的阈值温度时)，控制装置14向致动器(电加热器7)发出电信号，以强迫减压装置对高压存储罐4减压。
下面将详细描述用于控制如上配置的存储罐系统1的方法。下面描述的各个控制是通过控制装置14中的检测电路10和电源电路11之间的协作实现的。图3示出存储罐系统的控制流程图。图4是示出热熔导线5的电阻值、高压存储罐4的内部压力以及电加热器7的加电状态随时间变化的图。
当存储罐系统1启动时(图4中的“T0”时刻；此后也适用)，控制装置14使得电流在连接到检测电路10的热熔导线5中流动，并且测量热熔导线5的电阻值(图3中的步骤S101；此后也适用)。当高压存储罐4的温度升高(T1)，热熔导线5熔化并最终断开(T2)时，热熔导线5的导电电阻值变化。具体地，电阻值从代表正常值的约0Ω变化到代表异常值的∞Ω。控制装置14由此确定在高压存储罐4的至少一部分发生了温度升高，处理进入下一步骤(S102)。
当热熔导线5断开时，控制装置14用电压力表9检查高压存储罐4的内部压力(S102)。如果高压存储罐4的内部压力低于第一阈值压力，控制装置14确定不需要对存储罐减压。相反，如果高压存储罐4的内部压力等于或高于第一阈值压力(可允许的内部压力阈值)，则控制装置14确定对存储罐的减压是必须的。应注意的是第一阈值压力是指高压存储罐4内的压力，在第一实施例中压力定义为在保持高压存储罐4的内部压力的状态下，如果在高压存储罐4的一部分发生局部温度升高可造成存储罐爆裂的压力。
如果控制装置14在步骤S102确定对存储罐的减压是必须的，则控制装置14对电加热器7加电(T3)以加热并熔化易熔塞阀门6，并使得扬声器12产生警报声音(S103)。随着加热并熔化易熔塞阀门6，高压存储罐4得到减压(T4)。
在对电加热器7加电之后，控制装置14通过电压力表9检查高压存储罐4的内部压力(步骤S104)。如果高压存储罐4的内部压力等于或高于第一阈值压力，则控制装置14继续对电加热器7加电(S103)。相反，如果高压存储罐4的内部压力是略低于第一阈值压力的压力(如果是位于图4所示的“内部压力下限阈值”)，则控制装置14确定易熔塞阀门6已经打开，并且停止(T5)对电加热器7加电(S105)。
如上所述，用根据第一实施例的存储罐系统1，能够检测高压存储罐4的至少一部分的温度升高，并降低存储罐内的压力而不受到外界温度的影响。此外，当存储罐内的存储物释放时，在释放存储罐内的存储物时发出声音形式的警报，由此警示位于其附近的人。
在第一实施例中，存储罐系统包括扬声器12和音频发生电路13，并且在对电加热器7加电的同时产生警报声音。然而，本发明不限于此。即，警报可以以指示灯等形式进行，或者可忽略这种警报装置。
此外，如图5所示，可采用以下配置，其中在高压存储罐4的表面上的至少两个位置分别提供热敏电阻17，代替热熔导线5或与热熔导线5共存。各个热敏电阻17的温度相互比较，如果在各个热敏电阻17检测的温度之间存在差异(例如，如果各个热敏电阻17之间的温度差超出预定阈值)，则确定已经在高压存储罐4的至少一部分发生温度升高。这一检测的焦点在于如果高压存储罐4发生局部温度升高，则高压存储罐4的表面上的温度分布变得不均匀。即，如果在高压存储罐4的表面上的多个位置提供热敏电阻17，则可以检测到由于局部温度升高引起的温度分布的变化。如果在高压存储罐4的表面上的温度分布发生变化，则确定高压存储罐4发生了局部温度升高。这使得能够检测到高压存储罐的至少一部分的温度升高，而不受外界温度的影响。
此外，可采用以下配置，其中存储罐系统还包括用于检测车辆3的任何碰撞的加速度传感器18，加速度传感器18连接到检测电路10。如果加速度传感器18检测到车辆3碰撞时的加速度，则可以通过改变热熔导线5的电阻值的阈值或热敏电阻17的检测温度的阈值等增加检测灵敏度。这使得能够在更早的阶段检测到高压存储罐的温度升高。对于热熔导线5，可通过降低在检测导线断开时用作参考的电阻值的阈值增加检测灵敏度。对于热敏电阻17，可通过降低在检测高压存储罐4的温度升高时用作参考的各个热敏电阻之间的温度差的阈值增加检测灵敏度。
此外，可采用以下配置，其中提供温度传感器19以用作用于检测车辆3的至少一部分的温度(例如，燃料电池或驱动马达的温度、刹车油的油温、车厢内的温度等)的温度传感装置，并且如果温度传感器19检测到高于预定温度的温度，则确定在高压存储罐4的至少一部分发生了温度升高。在此，预定温度是指如果燃料电池、驱动马达等正常工作时达不到的高温。这使得能够在更早的阶段检测高压存储罐的温度升高。
尽管在第一实施例中对高压存储罐4的减压是通过打开易熔塞阀门6实现的，然而本发明不限于此。即，还能够通过打开或增大位于引向燃料电池12的路径15上并位于高压存储罐14的下游侧的的阀门20的开口来向下游侧提供高压存储罐4的气体，由此降低高压存储罐14内的压力。这使得能够有效地利用在对高压存储罐4减压时释放的气体，由此使得能够减少气体损失。
下面将描述本发明的第二实施例。用相同的附图标记代表功能与上述部件相同的部件和控制流程处理，并且不再重复对其描述。
图6示出根据第二实施例的存储罐系统21的示意图。尽管第一实施例采用通过用电加热器7熔化易熔塞阀门6对高压存储罐4减压的减压装置8，而第二实施例采用通过打开和关闭电磁阀22代替易熔塞阀门6对高压存储罐4减压的减压装置23。此外，电磁阀22电气连接到电源电路24，并通过来自电源电路24的信号打开和关闭。这将消除提供电加热器7的必要。
图7是示出根据第二实施例的存储罐系统21的控制的流程图。图8是示出热熔导线5的电阻值、高压存储罐4的内部压力以及电子阀22的开/关状态随时间变化的图。
在根据第二实施例的存储罐系统21的控制流程中，直至步骤S102的处理与上述第一实施例的相同。
当在步骤S102中确定对存储罐的减压是必须的，控制装置25向电磁阀22发送信号以打开电磁阀22(T3)，并且还使得扬声器12产生警报声音(S203)。当电磁阀22打开时，对高压存储罐4的减压开始(T4)。
在打开电磁阀22之后，控制装置25通过电压力表9检查高压存储罐4的内部压力(S104)。如果高压存储罐4的内部压力超出第二阈值压力(内部压力下限阈值)，则控制装置25保持电磁阀22打开(S203)。相反，如果高压存储罐4的内部压力等于或低于第二阈值压力，则控制装置25关闭(T5)电磁阀23(S205)。应注意的是第二阈值压力是指高压存储罐4内的压力，并且在第二实施例中定义为在保持高压存储罐4的内部压力的状态下，即使在高压存储罐4的一部分发生局部温度升高也一般不会造成存储罐爆裂的压力。
根据第二实施例，当高压存储罐4的内部压力变为等于或低于第二阈值压力时停止从高压存储罐4释放气体，由此使得能够防止存储罐的存储物的不必要释放。
根据本发明的各个示例实施例，能够检测高压存储罐的至少一部分的温度升高，并降低存储罐的压力而不受外界空气温度的影响。

Claims (10)

1.一种存储罐系统，包括高压存储罐(4)和用于对高压存储罐(4)减压的减压装置(8)，所述存储罐系统还包括：
检测装置(5)，用于检测高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高；以及
控制装置(14)，用于控制减压装置(8)以在检测装置(5)检测出高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高时对高压存储罐(4)减压，
其中，所述存储罐系统安装在车辆中，并且还包括：温度传感装置(19)，用于检测车辆的至少一部分的温度；
其中，当所述温度传感装置(19)检测到的温度超出预定温度时，所述控制装置(14)增加检测装置(5)的检测灵敏度。
2.根据权利要求1所述的存储罐系统，其中所述检测装置(5)从高压存储罐(4)的多于两个位置处的温度检测高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高。
3.根据权利要求1或2所述的存储罐系统，其中所述高压存储罐(4)的至少一部分包括高压存储罐(4)的表面或高压存储罐(4)的表面的附近。
4.根据权利要求1或2所述的存储罐系统，其中所述检测装置(5)包括围绕高压存储罐(4)的周围的热熔导线(5)，并且当所述热熔导线(5)断开时，检测装置(5)检测出高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高。
5.根据权利要求1或2所述的存储罐系统，其中所述检测装置(5)具有置于高压存储罐(4)的表面上的至少两个热敏电阻(17)，并且所述检测装置(5)比较由所述热敏电阻(17)检测到的温度，当检测到的温度之间存在温度差时检测出高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高。
6.根据权利要求5所述的存储罐系统，其中当检测到的温度的差超出预定值时，所述检测装置(5)检测出高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高。
7.根据权利要求1或2所述的存储罐系统，其中所述存储罐系统安装在车辆中，还包括：
碰撞传感装置(18)，用于检测车辆的碰撞；
其中，当所述碰撞传感装置(18)检测到车辆的碰撞时，所述控制装置(14)增加检测装置(5)的检测灵敏度。
8.根据权利要求1或2所述的存储罐系统，还包括：
压力传感装置(9)，用于检测高压存储罐(4)中的压力；
其中，所述控制装置(14)被进一步配置为：当检测出在高压存储罐(4)的至少一部分的温度升高并且检测到的压力等于或高于第一阈值压力时，控制减压装置(8)对高压存储罐(4)减压。
9.权利要求8所述的存储罐系统，其中当检测到的内部压力等于或低于第二阈值压力时，所述控制装置(14)控制所述减压装置(8)停止对高压存储罐(4)减压。
10.根据权利要求1或2所述的存储罐系统，其中所述减压装置(8)具有易熔塞阀门(6)以及用于对易熔塞阀门(6)加热的加热装置(7)，并且所述控制装置(14)通过加热易熔塞阀门(6)以熔化易熔塞阀门(6)对高压存储罐(4)减压。
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