CN106164459A - 车辆存储系统和用于这样的系统中的转化器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种车辆存储系统，其包括：适于包含蒸气或液体和蒸气的储箱(1)，以及用于将包含在储箱中的蒸气的至少一部分化学地转化成液体反应产物的气体转化器(3)；该气体转化器在使用时包含用于该蒸气转化的生物催化剂。

Description

车辆存储系统和用于这样的系统中的转化器
技术领域
本发明涉及一种车辆存储系统，该系统包括用于容纳蒸气或液体和蒸气的储箱。更具体地，本发明的实施例涉及一种具有压强降低装置的车辆存储系统，所述压强降低装置用于降低储箱中的压强。
背景技术
目前，为了遵守蒸发性排放法规，从汽油燃料存储系统(用于存储尤其主要呈液体形式的燃料的储箱)中出来的碳氢化合物蒸气在存储这些蒸气的碳罐中累积，以避免这些蒸气进入大气中。该碳罐通常包括活性炭或煤过滤器。通过在车辆的内燃机中燃烧所存储的蒸气而使该碳罐定期地被净化。随着混合动力车辆、更具体地插电式混合动力车辆的引进(这些车辆被设计为使得这些车辆可能潜在地数月都不使用燃料而运行)，为了限制蒸气产生，已经进行了各种努力。
为了克服该问题的第一努力在于使用密封的系统。尽管这样的系统可能可以良好地运行，但储箱中的压强可能会变得相对较高，从而要求具有增大的强度、因此具有增大的重量的储箱。由于所遇到的压强可能会升高到大约350mbar的高数值，密封的系统通常需要对储箱结构进行增强并需要调整后的构件。
也已经考虑了其它解决方案。已知一种用于使蒸气冷凝并将其送回到燃料储箱的系统。冷凝系统需要冷却装置；而且，被冷凝的蒸气一旦回到储箱中或甚至在正被送回储箱时就倾向于很快地蒸发。
发明内容
本发明的实施例的目的在于提供一种经改善的包括存储液体和蒸气的储箱的车辆存储系统，该系统允许在避免污染大气的同时将储箱中的压强保持在可接受的水平。
根据本发明的第一方面，提供了一种具有蒸气控制的车辆存储系统，该系统包括用于包含蒸气的储箱和用于将来自于储箱的蒸气转化成液体反应产物的气体转化器，其中，该气体转化器被配置为在使用时包含用于蒸气转化的生物催化剂。“液体反应产物”指的是雷德蒸气压强(RVP)低于15psi、从而使得在回到储箱的流体中存在大部分液体的流体。换句话说，返回的流体的挥发性比挥发性最强的燃料低。
根据本发明的第二方面，提供了一种气体转化器，该气体转化器包括蒸气入口和其上或其中固定有或可固定有生物催化剂的基底，所述生物催化剂用于蒸气的化学转化，其中，该基底被布置成使得流入气体转化器的蒸气需要穿过基底。由此，本发明的气体转化器起到化学反应器(也被称作填充床)的作用。在一个具体实施例中，本发明的气体转化器可仅包括一种类型的基底。在该具体实施例中，同类型的基底可被用于支承(即固定)生物催化剂和困住进入的蒸气。在另一具体实施例中，本发明的气体转化器可包括多种类型的基底(即至少两个不同的基底)。例如，本发明的气体转化器可包括适于支承生物催化剂的第一类型基底和适于困住(即留住)进入的蒸气的第二类型基底。例如，可根据相继层的布置将不同类型的基底布置在该气体转化器中。在另一例子中，可以以随机的方式将不同类型的基底散布在气体转化器中。
根据第三方面，本发明涉及生物催化剂在来自于储箱的蒸气的化学转化中的用途，尤其是在本发明的车辆存储系统中。
根据第四方面，本发明涉及一种操作包括包含蒸气的储箱的车辆存储系统的方法，所述方法包括以下步骤：
-将所述蒸气转移到包括生物催化剂的气体转化器；
-在该生物催化剂的催化作用下将所述蒸气化学地转化成反应产物；
-从气体转化器中取出该反应产物。
根据另一方面，本发明涉及一种车辆存储系统，包括包含蒸气的储箱和用于控制储箱中的压强的压强控制器，其中该压强控制器包括用于来自于储箱的蒸气的化学转化的气体转化器，所述气体转化器被配置成在使用时包含用于该蒸气转化的生物催化剂。
根据另一方面，本发明涉及一种包括包含蒸气的储箱的车辆存储系统的压强控制方法，该方法包括以下步骤：感测储箱中的压强参数；以及，如果压强高于预定水平，则启动气体转化器以在生物催化剂的催化作用下化学地转化来自于储箱的蒸气。
本发明的实施例基于这样的认识：能够借助于生物催化剂，非常有效地在气体转化器中使蒸气发生反应。这样的生物催化剂在室温温度下、尤其是在正好高于室温的温度下(例如在30至45℃的范围中)是活性的。可以合适地调节气体转化器以在想要转化时提供这些条件。而且，本发明人理解，该调节可能不是一直需要的。如果生物催化剂被保持在更低或更高的温度下，其催化作用可能不是有效的，可能会破坏催化剂。还可以维护催化剂以免受极端温度。而且，在一个具体实施例中，可以给气体转化器添加生物催化剂，以替换变得没有活性的生物催化剂。
在一个示例性实施例中，存在被配置为用于热学地调节气体转化器的调节装置(conditioning means)。尤其是在使用生物催化剂时，将转化器中的温度调节在对于进行蒸气的气体转化合适的温度范围中会是有利的。
调节装置可包括例如加热器。合适地，调节装置还包括绝热封装，使得能够在独立于外部温度和/或使用燃机时的热量产生的情况下容易地将温度保持在所想要的温度范围内。可选地，可存在冷却器，以在环境温度更高时降低气体转化器中的温度。在一个具体实施中，加热器包括阻性加热元件，其形式例如为金属加热丝(线)、柔性加热器(即包括一条或更多条被附接到膜上或布置在两层膜之间的阻性带的加热器)、或具有适于被插入气体转化器的形状、尺寸和柔性的任何其它类型阻性元件。PTC(正温度系数)元件更尤其适于加热。在另一实施例中，可从车辆内的热源(例如燃料电池、内燃机、排气管线)将热量传输给气体转化器。用于热量传输的装置本身是已知的，其包括例如热管、热泵、热交换器。
在另一实施中，气体转化器设有温度传感器，并且系统设有控制装置。控制装置在此被配置为用于控制调节装置。更优选地，控制装置还被联接到(coupled to)压强传感器。由此，控制装置能够通过激活调节装置提高气体转化器中的温度来启动气体转化器的运行。在一个实施例中，控制装置还能够被配置为用于将气体转化器中的温度控制在对应于生物催化剂的保存的第二预定温度范围中，以延长其寿命。在一个具体实施中，控制装置控制气体转化器中的温度保持高于最低温度。
如上所述，本发明的气体转化器起到化学反应器的作用。在一个具体实施例中，可将生物催化剂固定在纤维上。纤维可以被附接或维持在化学反应器中，以提高蒸气与生物催化剂接触的几率。在另一实施例中，可将生物催化剂固定在多孔支承件上和多孔支承件中，例如固定在无机多孔材料中。如本领域的技术人员所熟知的，合适的无机材料例如有沸石、氧化铝、氧化锆、二氧化硅。多孔支承件本身可被布置在可由任何合适材料制成的基底上。在另外的实施例中，可将生物催化剂固定在不同的树脂层上和膜上。
在一个实施例中，使用设有孔隙和/或通道并限定气体转化器中的蒸气室的基底。更优选地横向于蒸气的流动方向来布置基底。由此，所有蒸气都被带向基底表面，在基底表面处存在生物催化剂。更优选地，使用散热基底。由此，来自于加热器的热量能够以温和的方式被传输给生物催化剂。散热基底的一个例子是例如半导体基底，例如硅基底。这样的基底是更为有利的，这是因为半导体处理工艺能够产生具有多种形状的通道和孔隙并能够沉积覆层，从而调整表面特性。
而且，合适地，基底设有用于排走液体反应产物的排液通道。
在一个实施例中，储箱具有蒸气出口和入口；并且，气体转化器具有连接到储箱的蒸气出口的入口和连接到储箱入口的出口。在这样的实施例中，转化器通常会位于储箱外。在另一可行的实施例中，气体转化器可被设置在储箱中，优选地被设置在储箱的上部部分中。更具体地，转化器可被安装到被布置在储箱的上部部分中的安装凸缘上。要指出的是，转化器在理论上可位于储箱中的任何位置，只要其允许储箱中的蒸气进入转化器。
在一个优选的实施例中，气体转化器包括至少一种被配置为用于改变所接收的蒸气的分子构成的化学化合物。通过选择合适的化合物，能够转变所接受的蒸气的分子构成，合适地具有如下额外的效果：储箱中的压强不超过规定的极限或(在气体转化器不连续运行的情况下)被降低。如果气态或蒸气化合物的数量被减少和/或如果化合物的密度被增大，使得蒸气被有效地转化成液体反应产物，那么就尤其会存在转化所导致的压强降低效果。在此，不一定所有反应产物都是液态的或这些反应产物在气体转化器的运行温度下是液态的。可以存在冷却器和/或保持在比气体转化器更低的温度下的室，以液化反应产物。可替代地，可以选择某些反应产物以使得这些反应产物能够被转移走，例如在形成氢气的情况下(该氢气被引导向燃料电池)。
在一个实施例中，储箱是燃料储箱，并且蒸气包括碳氢化合物，更具体地是烷烃。在该实施例中，可以选择生物催化剂以催化预定的转化反应。优选地，该转化是从烷烃转化成更具有极性的烷烃衍生物。使用以下酶类型中的一种使烷烃羟化成醇：甲烷加单氧酶、烷烃羟化酶、P450酶：这些可被用于将烷烃转化到直至C24。可替代地，转化可以是多步骤的反应，其中烷烃首先羟化成醇，然后该醇被转化成醛，然后转化成脂肪酸；该醇还可以被进一步转化成相应的酮，该酮可以被进一步氧化成酯。而且，只要总的蒸气压强被降低，气体转化器就可产生轻的组分。
更具一般性地，选择生物催化剂以催化烷烃发生反应变成烷烃衍生物。烷烃衍生物的例子包括醇、酸、酯、酮、醛。
额外地和/或可替代地，选择生物催化剂以增大碳氢化合物的分子量，即将己烷或辛烷转化成脂肪酸(一般具有C14-C24链)。
在多步骤反应的情况下，生物催化剂可以是多种催化剂的混合物，其中每种催化剂通常都适于一种反应。可以提供混合物形式的生物催化剂。可替代地和/或额外地，气体转化器可包括串联地布置的第一和第二室，其中在第一室中设置用于第一反应步骤的第一催化剂，在第二室中设置用于第二反应步骤的第二催化剂。在此，不一定所有蒸气都完全被转化，即提供反应产物的混合物甚至都可以是合适的。
在该实施例中，特别合适之处在于，反应产物被供给回到燃料储箱。反应产物对于更好地平衡所导致的燃料混合物特性会是有利的。
在一个替代性的实施例中，储箱可以是氨前体(例如：尿素，或在水中具有至少10％的尿素、直至共晶的32.5重量％的尿素的浓缩尿素溶液，或称作氨水的混合物，该混合物通常包括氢氧化铵、氨前体的残余、以及可能地其它氨盐，例如碳酸氢铵(NH4HCO3))的储箱。在该实施例中，反应产物可例如是适于用在以下用途中的氨或氢：净化排放气体的选择性催化还原(SCR)方法或给基于氢工作的燃料电池供给燃料。合适的生物催化剂在此是尿素酶。
生物催化包括所有形式的催化，只要其中激活成分(即生物催化剂)是生物个体或其组合。其中包括酶、亚细胞器、完整的细胞和多细胞组织。
根据一个实施例，气体转化器位于这样的位置，该位置使得被转化的蒸气能够在重力的影响下从气体转化器流到储箱。在一个转化器位于储箱外的具体实施例中，气体转化器可位于高于储箱中的最大液位的位置，以使得被转化的蒸气能够在重力的影响下从气体转化器的出口流到储箱的入口。在一个示例性实施例中，转化器可以位于储箱的顶部上。这样的实施例的优点在于不需要泵来使被转化的燃料蒸气返回储箱。在一个转化器位于储箱外的实施例中，储箱的蒸气出口可以位于储箱的上部部分中，优选地位于高于对应于储箱高度的90％的水平的位置，更优选地位于储箱的顶壁中。气体转化器的出口就可以位于气体转化器的较低部分中，优选地位于低于对应于气体转化器的高度的10％的水平的位置，更优选地位于气体转化器的底壁中。
在一个优选实施例中，气体转化器还包括适于吸收和/或吸附燃料蒸气的吸收材料和/或吸附材料。吸附材料可包括例如活性炭和/或沸石。在一个进一步发展的实施例中，气体转化器可包括用于连接到车辆内燃机的出口和允许从环境中吸入空气的入口。由此，转化器可具有双重功能，即作为气体转化器的功能和作为碳罐的功能。根据内燃机的使用，转化器因此能够在化学转化模式中或碳罐净化模式中运行。
在一个可行的实施例中，该车辆存储系统还包括碳罐，并且储箱包括连接到该碳罐的入口的蒸气出口。在这样的实施例中，可设置用于调节通过蒸气出口进入碳罐的燃料蒸气流的阀门和用于控制所述阀门以允许燃料蒸气流在储箱加燃料期间进入碳罐的控制装置。控制装置可以是机械、液压或电气控制装置。控制装置可以是基于储箱中的燃料液位来运行的简单机械控制装置。控制装置还可适于根据储箱中的压强来控制阀门。例如，如果储箱中的压强上升到临界水平以上，就能够打开阀门。
在另一实施例中，车辆存储系统包括用于收集来自于转化器的被转化的蒸气的次级储箱，用于调节从该次级储箱流到储箱内部的被转化的蒸气流的阀门，以及被配置为用于控制该阀门的控制装置。控制装置可以是机械、液压或电气控制装置。控制装置可以是基于储箱中的燃料液位来运行的简单机械控制装置。由此，能够实现被转化的蒸气仅在储箱中的液位高于预定水平时才被允许回到储箱中的液体中。更具体地说，控制装置可以被配置为用于控制阀门以使得阀门在储箱中的燃料液位高于预定水平时打开，并使得该阀门在储箱中的燃料液位低于预定水平时关闭。由此，能够避免液体中的被转化的蒸气的量过高。次级储箱可以位于储箱内、储箱和气体转化器之间的连接管线中、或气体转化器中。在转化器位于储箱外的情况下，次级储箱可以位于储箱内，并可以与储箱的被转化的蒸气的入口联通。
由于汽油燃料储箱中可能存在的高压，本发明的实施例对于汽油燃料储箱是尤其有用的。然而，本发明的实施例也可用于其它燃料储箱、添加剂储箱(尤其是柴油添加剂储箱，例如尿素储箱)等中。而且，在可能发生负压的应用中，符合本发明的实施例的储箱会是有用的。术语“燃料储箱”指的是能够在各种多变的环境和使用条件下存储燃料的不可渗透的储箱。符合本发明的燃料储箱优选地由塑料制成，即由包括至少一种合成树脂聚合物的材料制成。在一个优选实施例中，储箱由聚酰胺(例如聚酰胺-6)制成。然而，所有类型的塑料都可以是合适的。特别合适的是属于热塑性塑料类别的塑料。术语“热塑性塑料”指的是任何热塑性聚合物，包括热塑性弹性体及其混合物。术语“聚合物”既指均聚物也指共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。优选地，储箱还包括燃料不可渗透的树脂、例如EVOH(部分水解的乙烯/乙烯醇共聚物)的层，例如位于两个HDPE层之间的EVOH层。可替代地，储箱可以经受表面处理(氟化或磺化)，以使其对于燃料是不可渗透的。
以上对于本发明的第一方面阐述的特征也可应用于其它方面。
附图说明
附图被用于示出本发明的设备实施例的目前优选的非限制示例性实施例。由以下详细的描述，在参照附图阅读该描述时，本发明的特征和主题的以上和其它优点将变得更加明显，并且将更好地理解本发明，在附图中：
图1示出了本发明的车辆存储系统的一个实施例的示意图；
图2A-2C示出了符合本发明的气体转化器的三个可行的实施例的示意图；
图3示出了本发明的车辆存储系统的一个包括蒸气存储功能的实施例的示意图；
图4示出了本发明的车辆存储系统的一个包括碳罐的实施例的示意图；
图5至图7示出了本发明的车辆存储系统的三个包括碳罐的变型的示意图；
图8示出了本发明的车辆存储系统的一个包括次级储箱的实施例的示意图；以及
图9示出了本发明的车辆存储系统的一个转化器位于储箱内的实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了车辆存储系统的第一实施例，该车辆存储系统包括用于容纳蒸气的储箱1。通常，该储箱用于存储组合物(例如主要包括液体的燃料)，蒸气倾向于从该组合物蒸发。图1还示出了被布置为用于接收来自于储箱的蒸气的气体转化器3，该气体转化器适于在生物催化剂的催化作用下化学地转化所述蒸气。在如图1所示的本例子中，该存储系统被配置和布置为用于至少部分地使该化学转化的反应产物返回储箱。考虑到反应产物能够增进燃料构成，这被认为是特别有益的。已知例如正丁醇的醇提供更高的辛烷值，这导致发动机例如在冷启动时能更好的点燃。在所示出的实施例中，转化器3位于储箱外，并且储箱具有蒸气出口11和用于使被转化的蒸气返回储箱的入口12。气体转化器3具有入口34和出口35，入口34经由联通管线2连接到储箱1的蒸气出口11，出口35经由联通管线4连接到储箱1的入口12。在另一具体实施例中，气体转化器3可被基于金属的催化剂代替。在该具体实施例中，基于金属的催化剂被布置为用于接收来自于储箱的蒸气，该基于金属的催化剂适于化学地转化所接收的蒸气并被布置为用于至少部分地使被化学地转化的蒸气返回储箱。
气体转化器3适于依赖于生物催化剂而将所接收的蒸气化学地转化成其他化合物。特定类型的生物催化剂(尤其是酶)会催化特定的化学转化反应。由此，能够鉴于蒸气构成和所想要的输出来调节转化。在蒸气是燃料蒸气的情况下，蒸气通常会包括烷烃，例如低级烷烃。反应产物则可以是醇、酸等。在蒸气包括氨的情况下，合适地选择催化剂以使其化学转化成例如氢。合适地，例如由于转化减少了处于蒸气相的分子的量，或由于反应产物能够更容易地被液化，或由于反应产物能够溶解在例如储箱中的燃料中，因此该转化和/或任何后期处理可以导致相应的压强降低。
在所示的实施例中，转化器3位于储箱上方，即处于这样的位置，该位置使得被转化的蒸气能够在重力的影响下经由管线4(即返回路径)从气体转化器3流到储箱1。为了进一步改善流动，出口35优选地位于转化器3的底部部分中。
通常，储箱充装有燃料(例如汽油)，并且转化器适于进行碳氢化合物转化。汽油是大量的沸点在30至200℃范围内的碳氢化合物的混合物。低沸点成分(通常为低级烷烃)特别具有挥发性，在室温下也如此。通气管线2连接到转化器3，转化器能够临时地存储蒸气并将其转化成挥发性更低的燃料蒸气或液体，这些燃料蒸气或液体在该实施例中通过管线4返回储箱1。转化器3优选地被配置为用于将燃料蒸气的分子转化成挥发性更低的分子，例如转化成更重的碳氢化合物或醇，这些更重的碳氢化合物或醇变成液体并返回燃料储箱1。
空气和蒸气能够被排到外部，或排到连接到外部的空气过滤器(未示出)，或穿过降低逃逸排放的设备(例如蜂窝件)，或经由可选的管线6排到车载诊断(OBD)阀门(未示出)。可选地，可设置设备5，用于确保系统内的压强保持在规定的边界内，例如相对于大气压在-40至100mbar之间或-150至+350mbar之间。该可选的设备5可以是与欠压释放阀门(UPR)并行设置的过压释放阀门(OPR)。
如图1所示，储箱1的出口位于储箱中的蒸气空间中，而不是位于储箱通常充装有液体的底侧。鉴于蒸气不应进入空气，储箱的直至气体转化器中的室的存储系统合适地是封闭的系统，蒸气不能够从该封闭的系统中逃出，可选地除所述过压释放阀门以外。有利地，气体转化器包括一个或更多个被配置为使得蒸气能够进入气体转化器以通达基底(存储在气体转化器内)的入口。合适地，在室包括基底的情况下，合适地存在面对基底的表面区域的、合适地跨越气体转化器宽度的入口空间，使得蒸气能够在宽的区域中进入基底。
在一个实施例中，存储系统设有压强控制器，气体转化器3构成该压强控制器的一部分。可存在一个或更多个传感器，以感测系统的状况，例如储箱中的温度、压强、装载水平等。传感器输出可被控制器用于确定气体转化器是否足够地具有活性以确保压强不超过预定的极限。控制器可随后(如果期望这样)提高气体转化器的活性。在一个实施例中，该活性的提高通过确定气体转化器中的温度以使得生物催化剂被激活并会催化转化反应来实现。在此，可使用分批次的操作，在该操作中，仅根据控制器的请求来实现激活。可替代地，可使用连续的操作，在该操作中，气体转化器中的温度在更长的时期内被监控并被保持在预定的范围内。在另一替代方案中，可使用半连续的操作。控制器可被配置为用于基于车辆的运行数据和/或(可选地)环境状况来确定操作模式(分批次、连续、半连续)。
而且，气体转化器的运行还可以通过将新鲜的生物催化剂添加到气体转化器中控制和驱动。已经发现，至少对于某些应用，存在单独的酶存储单元是有利的，在该单元中能够以这样的方式和形式来存储生物催化剂，以使得能够在更长的时期内保存催化剂。这样的酶存储单元合适地被配置为以适于其保存的方式来容纳生物催化剂。温度和pH值两者以及合适地额外的氧气浓度是被认为对于催化剂的寿命重要的参数。在此，温度合适地是处于适于保存的范围内的温度。这可以是低于其激活温度但至少等于或高于最低温度(例如催化剂会因为冻结而被破坏的温度)的温度。还可以以适于其保存的形式来提供生物催化剂。合适的形式是浓缩的液体和固体，例如粉末、粒料、珠、片和胶囊。合适的胶囊可以是已知的用于医药和/或食物成分的胶囊，或可替代地是用于固体洗涤剂中的胶囊。合适的水溶性胶囊例如是基于聚乙烯醇的胶囊。
图2A至图2C示出了适于用于本发明的车辆存储系统中的转化器的三个详细的实施例。转化器3包含基底31。预计该基底31具有存储功能和转化功能。存储功能在该例子中简单地由转化器3的自由体积来确保，该转化器在这里被实施为具有壳罩的单元。特别地，如果基底31包括多孔颗粒(例如沸石或甚至活性炭)，那么该基底适于存储碳氢化合物。转化是由基底31来实现的，该基底可由具有酶的基底构成，酶实现蒸气转化反应的催化，蒸气的转化在该例子中是从烷烃转化成烷烃衍生物，例如醇化合物、醛化合物、羧酸化合物、酮类化合物、酯化合物。
基底的存储和转化功能可以是分布式的，即第一部分——尤其是处于流动方向上的第一部分——主要或完全用作存储，而第二部分则用于转化。这样的分布可通过基底的设计而实现，该设计基于生物催化剂的位置、基底介质的选择(更具体地说，鉴于孔隙尺寸)和(可选地)其它专门用于存储的构件(例如活性炭)的存在。包含生物催化剂的基底31在下文中也被称作反应床。
在发表于2005年《Current Opinion in Biotechnology》第16卷第308-314页的文章“Expanding the alkane oxygenase toolbox：new enzymes and Applications(扩展烷烃加氧酶工具箱：新的酶和应用)”和发表于2013年3月《Frontiers in Microbiology》第4卷第1-13页的文章“Structural insights into diversity and n-alkanebiodegradationmechanisms of alkane hydroxylases(对烷烃羟化酶的多样性和正构烷烃降解机理的结构性认识)”中披露了合适的酶。这些是包含所有已知类别的烷烃羟化酶及其相应基底的综述。在发表于2006年7月《Journal of Bacteriology》第5220-5227页的文章“CYP153A6，a Soluble P450 Oygenase Catalyzing Terminal-Alkane Hydroxylation(CYP153A6，一种可溶解的催化终端烷烃羟化的P450加氧酶)”中披露了合适的酶。该文章的内容通过引用完全包括在本说明书中。
烷烃是天然气和石油的重要组成成分。烷烃羟化酶是一类将来自于氧分子的氧原子插入烷烃终端的不同位置(取决于酶的类型)的酶。已经发展出了数种用于在有氧条件下激活碳氢化合物的酶系：甲烷加单氧酶，丙烷、丁烷加氧酶，整合膜二铁烷烃羟化酶(例如AlkB)，细胞色素P450酶。可以使用上述类别中的一种或更多种酶成员。好的例子是甲烷加单氧酶、工程化P450cam酶和工程化P450BM-3酶。这些酶能够羟化短和中等链的正构烷烃。尽管烷烃羟化酶是优选的选择，但也可以替代地使用与厌氧烷烃降解相关的酶，例如烷基琥珀酸合成酶。
在一个示例性实施例中，转化器3可以适于实现用以下酶类别中的一种将烷烃羟化成醇：甲烷加单氧酶、烷烃羟化酶、P450酶。这些类别可被用于将烷烃转化到直至C24。
优选地，通过例如将酶附接到多孔基底31上来固定酶。液体流出物可被排液通道32收集并通过重力穿过管线4流回到储箱。反应床31可由调节系统33进行热学调节，其中该调节系统33包括例如电阻和相变材料，确保维持合适的反应温度以让转化发生。可替代地或额外地，该调节可由位于转化器3内部的调节系统(未示出)来处理。
在一个替代性实施例中，转化器3可以被配置为用于将碳氢化合物转化成更重的碳氢化合物。为此，可以使用如在美国专利US5019355中披露的系统，该专利通过引用而完全包括在本说明书中。
在另一可行的实施例中，转化器3可以被传统的催化剂(即基于金属的催化剂)代替，该传统的催化剂被配置为用于将轻的碳氢化合物转化成醇或醇前体。被转化的碳氢化合物然后会通过管线4(未画出)回到储箱。
根据另一变型，可以通过有氧或厌氧微生物细胞来实现转化。例如，可以使用应用于被碳氢化合物污染地点的生物修复中的微生物细胞。环境中的碳氢化合物主要被细菌、酵母和真菌进行生物降解。细菌是最具有活性的介质，例如，曾经发现固定到聚乙烯醇(PVA)晶胶中的来自于假单胞菌属的细菌在被碳氢化合物污染的地点的生物修复中的使用是成功的。一种或更多种细菌种类可被固定并用于降解烷烃。
可以通过在基底31中添加吸收或吸附成分来提高存储功能。这些成分的脱附则可以随着转化的进行而实现。这些成分可以是任何允许蒸气(尤其是燃料蒸气)的吸收和脱附的材料。例子有活性炭和沸石。酶基底和吸收或吸附成分可以由相同材料制成。例如，可以使用二氧化硅溶胶-凝胶多孔基质(“Enzymatic conversion of carbon dioxide tomethanol by dehydrogenases encapsulated in sol-gel matrix(通过封装在溶胶-凝胶基质中的脱氢酶进行的二氧化碳到甲烷的酶转化)”，参见：《Fuel Chemistry DivisionPreprints》，2002年，47(1)，306)，或可以将酶固定在炭或沸石上(“EnzymeImmobilization on Activated Carbon：Alleviation of Enzyme Deactivation byHydrogen Peroxide(活性炭上的酶固定：通过过氧化氢来减轻酶失活)”，参见：《Biotechnology and Bioengineering》，第19卷，第5期，769-775页，1977年5月；“Trypsinimmobilisation on zeolites(沸石上的胰蛋白酶固定)”，参见：INTERNATIONAL CHEMICALENGINEERING CONFERENCE：CHEMPOR，9，克英布拉，2005年——“CHEMPOR 2005-第九次国际化学工程会议，Departmento de Engenharia Quimica da Universidade de Coimbra”，[S.1.：s.n.]，2005年，ISBN 972-8055-13-7)。这些仅是用于证明能够将酶固定在该类型的材料上的例子。
图2B示出了转化器3的一个替代性实施例，其中吸收或吸附材料的床31b和31c被添加到转化器3中。在一个示例性实施例中，床31b、31c可以构成围绕反应床31的联合床。这些床中的数个可以被组合，参见图2C。这样的吸收或吸附床31b、31c在上游和下游的存在是优选的，但非强制的。如果存在吸收或吸附床31b、31c，则吸收/吸附的热量可被用于帮助激活反应床31中的化学反应。
图3示出了本发明的车辆存储系统的另一实施例。该实施例与图1的实施例类似，不同之处在于转化器3具有出口36，该出口通过管线7和所谓的净化阀门(未示出)连接到内燃机的进气。这允许燃料蒸气也通过在发动机中燃烧而被消除，就像针对传统汽油燃料系统的碳罐所做的那样。在净化期间，新鲜空气通过管线6进入，并经由入口37被吸入穿过包含在转化器3中的基底。这也允许清洁基底。
图4示出了本发明的车辆存储系统的另一实施例。该实施例与图1的实施例类似，不同之处在于设置了专用于加燃料蒸气的专用碳罐40。在加燃料期间，在管线2被例如过充装预防设备(未示出)关闭时，蒸气通过管线42被送到碳罐40。碳罐40可以通过管线41通过从管线43吸入空气而被净化，该管线41连接到内燃机的进气。
在正常运行期间，燃料蒸气可以部分地被送到转化器3并部分地被送到碳罐40。转化器3对包含在其自己的存储装置中的、通过管线2来自于储箱1的蒸气进行化学转化，而且还对包含在由管线42、43和41和碳罐40构成的歧管中的蒸气进行化学转化，该蒸气是由于在转化器3中将蒸气转化成液体/密度更大的蒸气而导致的吸入效应而通过设备44和管线6进入歧管中的。
储箱1包括连接到碳罐40的入口46的第一蒸气出口13和连接到转化器3的入口的第二蒸气出口11。设置了阀门14，用以调节通过第一蒸气出口13进入碳罐40的燃料蒸气流。设置了阀门15，用以调节通过第二蒸气出口11进入转化器3的燃料蒸气流。可以设置用于控制阀门以允许燃料蒸气流在储箱加燃料期间进入碳罐的控制装置50。尽管控制装置50被示出为是单独的构件，但本领域的技术人员理解，控制装置可以是集成在阀门14、15中的简单的机械装置。
在图4的实施例中，用于控制压强的装置44被管线6和43共用。可替代地，可在每条管线上使用单独的OPR/UPR设备。
图5示出了与图3的实施例类似的另一可行的实施例，不同之处在于转化器3包括碳罐单元40’和化学转化单元36。来自于储箱的燃料蒸气被存储在转化单元36中，如果转化单元36的转化速度过慢，蒸气也通过管线6而被存储在碳罐40’中。管线7通过如上针对图3所述的净化阀门(未示出)将转化单元36连接到发动机真空。管线46将碳罐40’连接到压强调节设备44，该压强调节设备通过管线45联通到外部大气。如上所述，可以在该管线上安装额外的设备。在该具体布局中，转化单元36能够转化来自于储箱1并存储在转化单元36中的燃料蒸气，而且还能够转化存储在碳罐40’中以及通过由将蒸气转化成液体/密度更大的蒸气而产生的相对真空效应或通过穿过45-44-46-40’-6-36-7进来的净化流的效应而被带回到转化单元36中的蒸气。碳罐40’可以是蜂窝件或可以包含蜂窝件，蜂窝件通常被布置在下游并与管线46直接联通。
图6示出了与图3的实施例类似的另一可行的实施例，其不同之处在于转化器3包括碳罐单元40和化学转化单元36。碳罐40被布置在转化单元36的上游。净化管线被标记为17。
图7示出了与图3的实施例类似的另一可行的实施例，其不同之处在于转化器3包括第一碳罐单元40、化学转化单元36、以及第二碳罐单元40’。碳罐40和40’被分别布置在转化单元36的上游和下游。
图8示出了本发明的车辆存储系统的一个进一步发展的实施例。该实施例与图1的实施例类似，其不同之处在于来自于气体转化器3的流出物被收集到中间缓冲器(即次级储箱)8中。在合适的时间，阀门9打开以使流出物(即反应产物)与存在于储箱1中的液体混合。这允许例如减小流出物对包含在储箱1中的燃料的质量的影响，这是因为阀门9能够例如仅在储箱1中的燃料液位足够高时打开。而且，该次级储箱8可以被用作包括添加剂的储箱。取决于发动机运行，该添加剂可以与燃料混合。例如，用添加剂(例如包含醇的添加剂)来在冷启动期间改善发动机的点火和/或在发动机以相对较低的每分钟转数运行的情况下(例如在高速公路上行驶期间)使用添加剂可能会是合适的。这可以通过电子或机械控制装置51来实现。在所示出的实施例中，控制装置51被示出为是储箱1外部的示意性方块，但本领域的技术人员理解，该控制装置可以例如是与阀门9集成在一起的机械装置。
图8的控制装置51可以与图4的控制装置50类似或不同。
最后，图9示出了车辆存储系统的一个实施例，该车辆存储系统包括储箱1和布置在储箱1内的气体转化器3。转化器3可以位于储箱的上部部分中，并可以例如被安装在储箱的上壁中的专门设计的隔室中。转化器3具有接收来自于储箱1的蒸气的入口34，和用于使被转化的蒸气回到储箱1的出口35。要指出的是，出口35可以一直延伸到储箱1的液体中。
在本发明的实施例中，转化器3可以被设计成使得该转化器能够被容易地拆除和更换。这允许容易地更新例如包含酶或其它催化剂的基底。转化器3可以是如在图1至图8中所示的储箱上的独立元件。该转化器也可以如在图9中所示地完全或部分地被集成到储箱中，或与燃料系统的其它构件组合。
转化器3也可以包含其它改善其性能的设备或材料；例如，该转化器可以包含特定的化学物，例如用以改善反应床性能的溶剂。在转化器3中进行的反应可以由多个步骤构成，并可能地具有数种催化剂：例如，碳氢化合物链可以首先被破坏，然后被转化成醇。用于将烷烃转化成液体中间物的多步骤反应的例子如下：将烷烃羟化成醇，然后将醇转化成醛，然后转化成脂肪酸；醇也可以进一步被转化成相应的酮，这些酮可以进一步被氧化为酯。这些进一步的转化中的每个都可以使用特定的酶，并对于更好地平衡所导致的燃料混合物特性会是有利的。
相应地，本发明涉及将生物催化剂用于蒸气的化学转化。在一个实施例中，本发明的系统设有气体转化器，该气体转化器合适地设有调节装置以实现对生物催化剂的热调节。该热学调节可以在系统控制器的控制下实现，以将转化器的室调节在生物催化剂被激活并能够催化转化反应的预定温度范围中，例如调节在20-50℃、优选地介于30和40℃之间的范围中，但可替代地调节在保存生物催化剂的温度下，例如调节在不低于-5℃的温度下。生物催化剂的该中等温度使得生物催化剂比碳氢化合物转化所使用的基于金属的催化剂(例如基于铂的催化剂)更适于使用。
合适地，转化的反应产物是更具有极性并优选地具有更高的分子量的化合物。由此，进入的蒸气被转化成处于液相的产物。这样的优点在于整体压强被降低，或至少被控制以不超过设定的最大值。蒸气优选地是燃料蒸气，例如烷烃。反应产物例如是酸、醇、酮和醛。反应产物的范围会取决于存在于气体转化器中的生物催化剂。气体转化器更具体地是气相反应器，在该反应器中转化是借助于通常设置(即固定)在基底上的生物催化剂的多相催化而被催化的。最合适地，反应产物被送回到储箱、尤其是燃料储箱中。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆存储系统，该车辆存储系统包括：储箱1，用于存储主要呈液体形式的组合物并用于容纳从所述组合物蒸发的蒸气；以及气体转化器3，被布置为用于接收来自于储箱的蒸气，且适于将所述蒸气化学地转化成反应产物，并被布置为至少部分地使反应产物返回储箱。借助于气体转化器，储箱中的压强可以被降低或被控制以免超过最大值。
根据本发明的另一方面，提供了一种操作车辆存储系统的方法，在该方法中借助于燃料成分的化学转化来增进燃料构成，所述化学转化被生物催化剂催化。在此，所述化学转化合适地在分离于燃料储箱的气体转化器中实现，该气体转化器优选地至少在进行所述化学转化期间被热调节在激活生物催化剂的温度范围中。
尽管本发明的原理在上文中是结合特定实施例来说明的，但要理解的是，该描述仅是示例性的而非作为对保护范围的限制，保护范围由所附权利要求确定。

Claims (13)

1.一种车辆存储系统，包括：
适于容纳蒸气或液体和蒸气的储箱(1)，以及：
气体转化器(3)，用于将包含在所述储箱中的蒸气的至少一部分化学地转化成液体反应产物，其中所述气体转化器被配置为在使用时包含用于蒸气转化的生物催化剂，其中所述蒸气到液体反应产物的转化被控制成使得所述储箱中的压强不超出规定的极限或被降低。
2.权利要求1所述的车辆存储系统，其中所述气体转化器包括出口(35)，所述出口(35)被布置成使得所述液体反应产物能够从所述气体转化器流到所述储箱。
3.权利要求1或2所述的车辆存储系统，其中所述压强降低气体转化器包括调节装置(33)，所述调节装置(33)被配置为用于对所述转化器进行热调节。
4.权利要求1至3中任一项所述的车辆存储系统，其中所述气体转化器包括基底，所述基底上固定有或能固定有生物催化剂。
5.权利要求4所述的车辆存储系统，其中所述基底被布置成使得流入所述气体转化器的蒸气必须穿过所述基底。
6.权利要求4至5中任一项所述的车辆存储系统，其中所述基底包括排液通道(32)，所述排液通道(32)用于将所述液体反应产物排到所述气体转化器的所述出口(35)。
7.权利要求1至6中任一项所述的车辆存储系统，其中所述气体转化器位于这样的位置，该位置使得所述液体反应产物能够在重力的影响下从所述气体转化器流到所述储箱。
8.上述权利要求中任一项所述的车辆存储系统，其中所述储箱是燃料储箱，并且其中所述气体转化器适于将包含烷烃化合物的燃料蒸气转化成烷烃衍生物化合物，优选地相比所述烷烃化合物具有更高的极性的烷烃衍生物化合物。
9.上述权利要求中任一项所述的车辆存储系统，其中所述气体转化器是固体吸收基质(31b、31c)，来自于所述储箱的蒸气在使用时通过收附被存储在所述固体吸收基质中。
10.上述权利要求中任一项所述的车辆存储系统，还包括碳罐(40)，其中所述储箱包括连接到所述碳罐(40)的入口(46)的蒸气出口(13)。
11.上述权利要求中任一项所述的车辆存储系统，还包括用于收集所述液体反应产物的次级储箱(8)、用于调节从所述次级储箱流到所述储箱内部的液体反应产物流的阀门(9)，以及被配置为用于控制所述阀门的控制装置(50、51)。
12.一种气体转化器，包括蒸气入口、其中固定有或能够固定有生物催化剂的基底，所述生物催化剂用于将所述蒸气化学地转化成液体反应产物，其中所述基底被布置成使得流入所述气体转化器的蒸气必须穿过所述基底。
13.一种车辆，包括如权利要求1至11中任一项所要求保护的车辆存储系统。
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