CN105074317B - 包括冲击吸收装置的存储通过吸附而被存储的气体的储箱 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于存储气体的储箱(1)，所述气体通过在化合物上的吸附而被存储。该储箱包括能够容纳该化合物的蜂巢(2)。该蜂巢包括冲击吸收装置(3)。

Description

包括冲击吸收装置的存储通过吸附而被存储的气体的储箱

技术领域

本发明涉及一种用于存储气体的储箱。

更具体地，本发明涉及一种能够用于安装在机动车上的去除污染或能量存储系统中的储箱。

本发明尤其地但不限于适用于氨或氢气的存储。更具一般性地，本发明适用于任何类型的能够通过在化合物上的吸附来存储的气体。

背景技术

在本文档的以下部分中描述了用于存储氨的储箱的具体情况。氨例如被用于注入到车辆的排放线中以减少排放气体中的氮氧化物(NOx)的量。当然，本发明适用于任何其他类型的气体，尤其是氢气。

存在于车辆、尤其是柴油车辆的排放气体中的氮氧化物能够通过选择性催化还原(通常称为“Selective Catalytic Reduction”，缩写为SCR)技术来去除。根据该技术，在催化剂的上游处将一定剂量的氨(NH3)或氨前驱物注入到排放线中，还原反应发生于催化剂处。目前，氨通过前驱物(一般是尿素水溶液)的热分解来产生。标准化尿素溶液(例如以商品名销售的32.5％尿素共晶体水溶液)的车载存储、输配和定量系统同样已经投放到市场上。

另一技术在于通过在盐上的吸附来存储氨，该盐最通常是碱土金属氯化物。一般在该情况下，存储系统包括储箱，该储箱包括一个或多个被设计为包裹盐的蜂巢。

“蜂巢”指的是限定至少一个用于容纳盐的内体积的内室或空腔。

存储系统还包括配置为加热容纳在每个蜂巢中的盐的加热设备。由此，通过加热盐来释放氨。

已知多种类型的用于通过吸附来存储氨(或氢气)的储箱。这些已知储箱一般使用单一材料、双材料、多材料或复合材料的蜂巢。

一般性地，期望这些蜂巢具有对于氨(或氢气)的渗透性小，良好的抗压强度，以及良好的抗冲击强度。

越来越追求减小储箱的重量。一种解决方案可以在于减小蜂巢的厚度。然而，在减小这些蜂巢的厚度的同时减小了储箱的抗冲击强度。

因此，期望提供一种具有渗透性小、良好的抗压强度和良好的抗冲击强度的重量小的储箱。

还期望提供易于制造并且制造成本低的这样的储箱。

还期望提供尤其适于通过吸附来存储氨或氢气的这样的储箱。

发明内容

在本发明的一个具体实施例中，提出了一种用于存储气体的储箱，该气体通过在化合物上的吸附来存储，该储箱包括至少一个能够容纳该化合物的蜂巢。所述至少一个蜂巢包括冲击吸收装置。

本发明的蜂巢尤其适合于存储化合物(也称为反应基质(matrice réactive))，优选地为固体，其上通过吸附(优选地通过化学吸附)而固定有气体(氨、氢气等)。在氨的情况下，该化合物一般是碱金属、碱土金属或过渡金属的氯化物。该化合物可以处于粉末状态或呈粒料的形式。该化合物优选地为碱土金属氯化物，并特别优选地为Mg、Ba或Sr的氯化物。对于氢气的情况，该化合物可以例如是与其他元素、例如镁(Mg)、锂(Li)、钠(Na)或铝(Al)结合的硼(B，非金属)。与钾(K)、镍(Ni)或氯(Cl)的组合也是合适的。

例如，本发明的蜂巢可以是单一材料、双材料、多材料或复合材料、金属、塑料或它们的组合。

在一个优选的实施例中，本发明的蜂巢是单一材料(例如塑料)的。由此，原理在于给蜂巢配备冲击吸收装置，以能够在保证良好的抗冲击强度的同时减小蜂巢的厚度。换句话说，符合本发明的冲击吸收装置能够补偿由于蜂巢厚度减小所导致的抗冲击强度的减损。实际上，冲击吸收装置的尺寸被设计好并安装在蜂巢上和/或蜂巢内部，以使得为蜂巢提供保护和有效缓冲的界面，尤其是在储箱的冲击或撞击的情况下。

通过给蜂巢配备冲击吸收装置，这些蜂巢的厚度能够减小。例如，本发明的储箱可以包括复合材料的蜂巢(例如由填充玻璃纤维的聚邻苯二甲酰胺制成)。优选地，如在本说明下文中可见，冲击吸收装置由重量小的材料制成。由此，本发明的储箱不仅受益于传统储箱的优点(化学兼容性、渗透性小和良好的抗压强度)，而且该储箱还更轻(借助于其蜂巢的厚度减小)。

符合本发明的冲击吸收装置可以例如通过弹性甚至塑性变形来吸收冲击能量。

冲击吸收装置可以具有任意形式。

在一个具体的实施例中，冲击吸收装置可以为二维拉胀(auxétique)结构，例如三角形结构、梯形或正弦形结构。在该实施例中，二维结构(构成冲击吸收装置)可以例如分布在蜂巢外表面的不同点处。这些二维结构的分布图可以例如通过仿真来确定。

在另一具体实施例中，冲击吸收装置可以是三维拉胀结构，例如卷绕在圆柱形表面上的二维结构。此外，这些拉胀结构可以是连续或不连续的(包括开孔)。

拉胀结构为人所熟知。在例如以下文献中说明了这种结构：Choi,J.B.和Lakes,R.S.，“具有负泊松比的聚合物多孔材料的非线性特性”，《材料科学期刊》，27,4678-4684(1992)；Choi,J.B.和Lakes,R.S.，“负泊松比泡沫的泊松比的非线性分析”，《复合材料期刊》，29，(1)，113-128，(1995)；Dong,L和Lakes,R.S.，“黏弹性弹性体泡沫的泊松比的频率依赖性”，《多孔聚合物》，30,277-285，(2011)；Greaves,G.N.，Greer,A.L.，Lakes R.S.和Rouxel，T.，“泊松比和现代材料”，《自然材料》，10，823-83711月(2011)。

在另一具体实施例中，冲击吸收装置的形式可以是保护壳(或层)。保护壳(构成冲击吸收装置)可以配置为覆盖蜂巢的整个或一部分。保护壳的形状和尺寸优选地适于能够贴合蜂巢的外表面。在一个具体实施例中，保护壳的形式可以是在其中插入蜂巢的弹性的套(管、壳或罩)。

有利地，冲击吸收装置由塑料制成。热塑性聚合物材料在本发明的范围内提供了良好的结果，尤其是由于重量、机械和化学强度、便于实施(这允许获得复杂的形状)的优点。

特别地，可以使用热固性、热塑性或弹性体材料。

在热塑性材料中，聚乙烯和聚丙烯特别有利。

这些塑料制成的冲击吸收装置可以(例如机械地或化学地)粘附或不粘附在蜂巢结构上。粘附能够在保证整体更好的密封性的同时进一步增大抗冲击强度。

使用聚乙烯已经获得了良好的结果。例如，由聚乙烯制成的厚度大约为2mm至6mm的保护壳非常适合厚度大约为0.2mm至0.5mm的单一材料(例如金属)的蜂巢。

在另一具体实施例中，可以使用凝胶和硅酮制成的材料。

在另一具体实施例中，冲击吸收装置可以至少部分地用聚氨酯泡沫来实现。

在另一具体实施例中，冲击吸收装置还可以基于泡沫铝来实现。

优选地，冲击吸收装置通过包覆成型安装在蜂巢上。通过包覆成型来制造本发明的储箱是特别有利的，因为它简单而经济。包覆成型使得冲击吸收装置以完全密封的方式组装在蜂巢的外部周边上。此外，可以通过仅实施一次同样的包覆成型操作来给一组蜂巢配备冲击吸收装置。

替代地，还可以考虑布置由聚烯烃构成的粘附性聚合层，其中所述聚烯烃经过功能化处理，以使其具有极性并因此能够粘附在蜂巢上。

在一个具体实施例中，可以借助于经过功能化处理的聚乙烯或聚丙烯层，该功能化处理借助于例如丙烯酸酯和马来酸酐的极化特性。作为示例，可以使用接枝马来酸酐的聚丙烯或PEHD(例如：由Addcomp公司销售的PRIEX)。

当然，可以使用其他组装技术，例如卡接、螺接、粘接等技术。

有利地，冲击吸收装置的形状和/或其实施方式和/或其组装方式使得冲击吸收装置能够被用作组件的支撑。

本发明的储箱可以用于被安装在机动车上的去除污染或能量存储的系统。一般性地，这种系统包括功能组件和/或液压组件，例如歧管(用于将流体引向确定的点的管道组合)。

在一个有利的实施例中，歧管可以容置(或成型)在冲击吸收装置中。

在另一有利的实施例中，本发明的储箱包括一组蜂巢和保证蜂巢之间联通的管道网。该管道网可以容置(或成型)在冲击吸收装置中。

可以添加呈肋条或插件形式的增强件，以改善蜂巢的抗压强度和机械强度。有利地，这些增强件可以模制在冲击吸收装置中。

例如，玻璃纤维或碳纤维的织物或金属网格可以容置在冲击吸收装置的内部。

在一个有利的实施例中，本发明的储箱包括一个或多个加热元件和/或相变材料(MCP)。特别地，可以用已知的加热丝、正温度系数(英文为“positive temperaturecoefficient”，缩写为PTC)类型的热敏电阻或柔性加热器来加热容纳在每个蜂巢中的化合物。

使用加热(和/或冷却)元件或相变材料能够稳定包含在蜂巢中的反应物的温度，并由此确保稳定地产生氨。并且，在蜂巢之间使用差异化加热和/或相对不同的量的相变材料能够使某些蜂巢缺乏或富含氨；例如，当系统停止(例如在车辆停止之后)时，在冷却地更快的蜂巢(例如包含很少或不包含相变材料)中氨的含量会以不利于冷却地更慢的蜂巢(例如包含很多相变材料)的方式增大。这对于确保在车辆停止之后再快速地提供氨是特别有利的，例如在此时通过优选地激活富含氨的蜂巢。

例如，加热元件可以布置在蜂巢的外部。

通过在蜂巢之上包覆成型塑料保护层(构成冲击吸收装置)，该保护层使加热元件平铺并牢固地保持(在回缩之后)在蜂巢上。由此，该组装能够确保加热元件与蜂巢之间永久的接触，并因此改善加热元件与存储在蜂巢中的化合物之间的热交换。塑料保护层(构成冲击吸收装置)还能够使蜂巢和加热元件与外部热隔离。

有利地，冲击吸收装置包括能够将本发明的储箱安装在车辆上的固定装置。

固定装置可以具有任意形式。

在一个具体实施例中，冲击吸收装置包括构成固定爪的塑料材料余量。这些固定爪可以设置为能够接合在成型于车辆上的槽座中，然后通过任何已知方式(例如：紧固)组装。

在一个具体实施例中，冲击吸收装置包括构成固定爪的材料余量。这些固定爪通过任何已知方式(例如：螺接、卡接)组装在车辆上。

有利地，蜂巢至少部分的由金属网格构成或包括至少一个金属网格部分。借助于这些网格状部分，蜂巢可以具有复杂的形状。实际上，网格状部分可以折叠或弯曲。蜂巢的形状因此可以容易地与其在车辆上的环境匹配。

该网格可以通过连续金属结构的切割或穿孔来实现。由此获得的开孔可以允许在包覆成型之前组装这些金属结构。

网格状部分还可以通过任何其他方式(例如：金属丝的交织)来实现。这些元件还可以在包覆成型之前预先组装或不预先组装。

通过在蜂巢之上包覆成型塑料保护层(构成冲击吸收装置)，塑料材料可以有利地渗透到网格状部分中，以使其变得密封。该组装因此能够同时确保抗压强度、密封性和冲击的吸收。

在一个具体实施例中，蜂巢几乎整个或整个都可以由金属和/或塑料网格来实现。这能够显著减小蜂巢的、并因此储箱的重量。

附图说明

阅读以下示例性而非限制性地给出的说明和附图，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，在这些附图中：

-图1示意性地示出了符合本发明的第一具体实施例的储箱；

-图2示意性地示出了符合本发明的第二具体实施例的储箱；

-图3示意性地示出了符合本发明的第三具体实施例的储箱；

-图4示意性地示出了符合本发明的第四具体实施例的储箱；

-图5示意性地示出了符合本发明的第五具体实施例的储箱；

-图6示意性地示出了符合本发明的第六具体实施例的储箱；

-图7示意性地示出了符合本发明的第七具体实施例的储箱；

-图8示意性地示出了符合本发明的第八具体实施例的储箱。

在图1至图8中，相同的附图标记指示相同的元件。

具体实施方式

以下参照图1至图8描述了通过在化合物上的吸附而存储的气体为氨的实施例。当然，在实施例变型中，该气体可以是其他任何类型的，尤其是氢气。此外，参照图1至图8描述了包括由复合材料(例如填充玻璃纤维的聚邻苯二甲酰胺)、金属、或单层或多层的塑料制成的蜂巢的储箱的实施例。当然，在实施例变型中，蜂巢可以由其他任何类型的材料制成。

图1示意性地示出了符合本发明第一具体实施例的储箱。

储箱1包括蜂巢2。在该示例中，蜂巢2呈圆柱形。该圆柱形通过例如热或冷的模压、冲压、或锻压工艺来实现。在一个实施变型中，该圆柱形通过挤制后再热冲压或冷冲压的工艺实现。当然，在其他实施例中，蜂巢2可以具有其他形状。

呈任意形状的盖子51固定在蜂巢2之上。盖子51以密封的方式安装在蜂巢2上。例如，在金属蜂巢的具体情况下，盖子与蜂巢之间的组装尤其可以但不仅限于通过电弧焊、激光焊接、非熔化极惰性气体钨极保护焊(英文为“Tungsten Inert Gas”，缩写为TIG)或熔化极惰性气体保护焊(英文为“Metal Inert Gas”，缩写为MIG)来实现。有利地，盖子具有至少一个能够从气瓶充装氨的开孔52。在具体实施例中，盖子可以包括安全元件、通风元件、测量元件、或加固元件。例如，盖子51可以包括安全阀、压强传感器和过滤器。由此，能够获得紧凑并智能(即具有集成例如在盖子中的功能)的储箱。

蜂巢2的尺寸被设置为能够在其中引入并存储化合物(未示出)。该化合物例如为固体(优选地为盐)。氨通过吸附在该化合物上来存储。当加热化合物时，氨被释放。由此释放的氨经由例如开孔52逸出蜂巢。

储箱1包括包覆成型在蜂巢2上的由(例如)塑料制成的保护层3。保护层3构成能够吸收冲击的动能的冲击吸收装置。保护层3的塑性变形吸收冲击的能量。

受益于该保护层3的存在，蜂巢2的壁的厚度可以是相对小的。在金属蜂巢的具体情况下，蜂巢的厚度可以为大约0.4mm，而保护层3的厚度则可以大约为2mm。

图2示出了以上参照图1描述的储箱的一个实施变型。在该变型中，保护层3包括加固元件4。例如，玻璃纤维插件提供了良好的结果。在图2的示例中，加固元件4模制在保护层3中。这些加固元件4的使用有利于增大储箱的抗冲击强度以及抗压强度。

图3示出了以上参照图1描述的储箱的一个实施变型。在该变型中，储箱1包括加热元件5，例如加热丝或柔性加热器。加热元件5由车载控制单元(例如：车辆的ECU)来控制(开启/关闭)，以加热容纳在蜂巢2中的化合物。在一个实施例中，储箱1的组装可以通过以下方式来实现：围绕蜂巢2的外壁卷绕加热元件5，然后在其整体之上包覆成型保护层3。由此，保护层3能够保持加热元件5贴覆在蜂巢2上。保护层3还能够使蜂巢2和加热元件5与外部热隔离。由此，储箱具有更好的加热。

图4示出了以上参照图1描述的储箱的一个实施变型。在该变型中，储箱1包括拉胀结构6和7。这些拉胀结构6和7可以例如由与保护层3的材料相同或不同的热塑性材料实现。拉胀结构6和7能够增大储箱1的抗冲击强度。

在一个实施例中，储箱1的组装可以通过一个或多个相继的包覆成型操作来实现：在蜂巢2之上包覆成型第一拉胀结构6，然后包覆成型由热塑性材料制成的中间层3，在需要时在保护层3之上包覆成型另一拉胀结构。

在另一实施例中，储箱1的组装可以通过单一包覆成型步骤来实现。换句话说，保护层3和外拉胀结构7可以一次性实现。这种组装因此快速并经济。

在另一实施例中，拉胀结构6和7还可以被插入到保护层3中。

图5示意性地示出了符合本发明的第五具体实施例的储箱。

储箱10包括一组蜂巢21、22、23和24。优选地，蜂巢21、22、23和24是相同的。当然，在一个具体实施例中，这些蜂巢可以具有不同的形状和/或不同的存储体积。蜂巢21、22、23和24中的每个都包含通过吸附来存储例如氨的化合物。储箱10包括由(例如)塑料制成的保护层30，该保护层包覆成型在蜂巢组21、22、23和24之上。保护层30构成能够吸收冲击的动能的冲击吸收装置。在图5中示出的示例中，保护层30包括固定爪41、42、43和44。例如，这些固定爪41、42、43和44可以在保护层30包覆成型在蜂巢组之上的步骤期间成型。这些固定爪41、42、43和44能够容易并精确地将储箱10安装在车辆上。

图6示意性地示出了符合本发明的第六具体实施例的储箱。

储箱100包括蜂巢200。呈任意形状的盖子501固定在蜂巢200之上。盖子501具有开孔502，蜂巢200经由该开孔与外部联通。

在图6中示出的示例中，储箱100包括由(例如)塑料制成的保护层300，该保护层包覆成型在蜂巢200内部。

图7示出了以上参照图6描述的储箱100的一个实施变型。在该变型中，内保护层300包括加热金属元件400。这些金属元件400例如通过包覆成型来组装。该包覆成型有利于确保这些金属元件之间的密封连接。

图8示出了以上参照图7描述的储箱100的一个实施变型。在该变型中，储箱100包括由(例如)塑料制成的包覆成型在蜂巢200的内部的内保护层300和由(例如)塑料制成的包覆成型在蜂巢200之上的外保护层600。

可以例如组合以上参照图1至图8所述各个实施例的元件来构思其他实施变型而不超出本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于存储气体的储箱(1)，其中所述气体通过在化合物上的吸附而被存储，所述储箱(1)包括至少一个蜂巢(2)，所述至少一个蜂巢的尺寸被设置为能够在其中引入所述化合物，其特征在于，所述至少一个蜂巢(2)包括冲击吸收装置(3)，所述冲击吸收装置(3)组装在所述蜂巢(2)的外表面上。

2.如权利要求1所述的储箱，其特征在于，所述冲击吸收装置至少部分地由热塑性聚合物材料制成。

3.如权利要求2所述的储箱，其特征在于，所述冲击吸收装置由聚乙烯制成。

4.如权利要求2所述的储箱，其特征在于，所述冲击吸收装置由聚丙烯制成。

5.如权利要求1至4中任一项所述的储箱，其特征在于，所述冲击吸收装置被包覆成型在所述至少一个蜂巢之上。

6.如权利要求1至4中任一项所述的储箱，所述储箱被包含在去除污染或能量存储的系统中，该去除污染或能量存储的系统包括组件，其特征在于，所述冲击吸收装置包括所述组件的至少一部分。

7.如权利要求1至4中任一项所述的储箱，其特征在于，所述储箱包括至少一个被模制在所述冲击吸收装置中的加固元件(4)。

8.如权利要求1至4中任一项所述的储箱，其特征在于，所述储箱包括至少一个加热元件，并且，所述冲击吸收装置使所述加热元件保持与所述至少一个蜂巢相接触和抵靠。

9.如权利要求1至4中任一项所述的储箱，其特征在于，所述冲击吸收装置包括所述储箱的固定装置(41、42、43、44)。

10.如权利要求1至4中任一项所述的储箱，其特征在于，所述至少一个蜂巢包括至少一个网格状的金属部分。