CN110168275B - 用于机动车的压力容器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的压力容器系统(8)，其具有至少一个压力容器(9)，在该压力容器上衔接有提取管路(10)。所述提取管路(10)具有连接部位，在该连接部位上衔接有通向消耗器的连接管路(17)。所述提取管路(10)的所述连接部位包括快速联接器(13)的第一联接部件(12)，所述快速联接器(13)的设置在所述连接管路(17)上的第二联接部件(14)衔接到所述连接部位上。第一联接部件(12)包括止回阀(15)，该止回阀在第二联接部件(14)脱联的情况下封闭所述提取管路(10)。

Description

用于机动车的压力容器系统
技术领域
在此公开的技术涉及一种用于机动车的压力容器系统。
背景技术
根据现有技术的压力容器系统或具有服务接口的压力箱储存系统要参照图1进行阐释。
提取管路1从(在图1中未示出的)压力容器经由压力调节器2通向连接部位3。连接部位3构造成螺纹连接部位，在该螺纹连接部位上提取管路1的一个端部与连接管路4的一个端部相互用螺纹连接。所述连接管路4通向燃料电池堆5。以这种方式，燃料电池堆5的阳极室能以来自压力容器的氢气被加载。服务接口6或服务端口在此构造成T形件，即构造成提取管路1或供应管路的分支。当没有服务装置要衔接到提取管路1上时，在当前情况中拧入到提取管路1的分支中或服务接口6中的盲塞7封闭该服务接口6。
在维修情况下例如可设置，放出压力容器的贮料，即从压力容器排出氢气。为此，相应的提取装置可衔接到服务接口6上。燃料电池堆5也可经由服务端口或者服务接口6通过外部供应，例如在燃料电池堆5的维护或消耗测量的范畴内。此外，压力容器可经由加料路径被加入惰性气体，并且所述惰性气体可经由服务接口6再被排出或放出储箱。以这种方式，防止了本身包含处于压力容器中的空气中的氧气与引入到压力容器中的氢气一起形成能爆炸的混合物。此外，通过服务接口6可使压力调节器2下游的部件(例如燃料电池堆5)惰化。在压力容器系统的变型方案中，供应装置或提取装置也可通过快速联接器衔接在服务接口6上。
如果具有包括连接部位3的提取管路1的压力容器系统在装配时例如要与燃料电池堆5连接，则压力容器例如可填充惰性气体或填充氢气。然则如果为了将连接管路4衔接到提取管路1上而在连接部位3的区域中移除(未示出的)盲塞，则压力必须首先被排出。因为要确保：螺纹连接或类似连接不在压力下被打开。因此，惰性气体或氢气受到损失。相应地，必须设置提高装配花费的过程步骤(即卸压和重新惰化，因为压力容器系统已被打开)，或消耗性气体在装配或修理时遭受损失。这是不利的。
发明内容
在此公开技术的一种优选任务是，减少或消除已知解决方案的至少一个缺点或提出一种替代的解决方案。尤其是，在此公开的技术的一种优选任务是提供一种压力容器系统，该压力容器系统在装配或维修时给自身带来减少花费。其它优选的任务可从在此公开的技术的有利效果中得出。
为此，本发明提出一种用于机动车的压力容器系统，其具有至少一个压力容器，在该压力容器上衔接有提取管路，其中，所述提取管路具有连接部位，在该连接部位上衔接有通向消耗器的连接管路，其特征在于，所述提取管路的连接部位包括快速联接器的第一联接部件，所述快速联接器的设置在所述连接管路上的第二联接部件衔接到所述连接部位上，其中，所述第一联接部件包括止回阀，该止回阀在第二联接部件脱联的情况下封闭所述提取管路，其中，在所述连接部位的上游设置有减压装置，所述减压装置包括减压阀，尽管入口压力不同，所述减压阀确保在出口侧不超过确定的输出压力。
按照本发明的用于机动车的压力容器系统包括至少一个压力容器，在该压力容器上衔接有提取管路。所述提取管路具有连接部位，在该连接部位上衔接有通向消耗器的连接管路。所述提取管路的连接部位包括快速联接器的第一联接部件，快速联接器的设置在所述连接管路上的第二联接部件衔接到所述连接部位上。快速联接器在这里公开的技术的意义上是软管联接器或管联接器或通常是流体管路联接器，其将两个流体管路以能脱开的方式相互连接。在下文中，简称为术语“快速联接器”。第一联接部件包括止回阀，该止回阀在第二联接部件脱联的情况下封闭所述提取管路。以这种方式，所述提取管路的连接部位可选择性地被用作服务接口或用于衔接通向用消耗器的连接管路。因此，可通过与参照图1描述的现有技术相比更少的构件来提供各种不同的功能。此外，与所述现有技术相比存在较少的泄漏部位。因为取消在提取路径中或者说在提取管路中的螺纹连接件以及T形件。此外，所联接的联接部件通常比未被衔接的(并且借助止回阀密封的)联接部件更紧密。
因此，这里公开的技术涉及一种用于机动车的压力容器系统(英文：compressedstorage system(＝CS系统)。所述压力容器系统用于储存在环境条件下气态的燃料。所述压力容器系统例如可被用于机动车中，所述机动车利用压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)或氢气运行。
这种压力容器系统包括至少一个压力容器。该压力容器例如可以是低温压力容器(其中氢气＝CcH2)或高压气体容器(其中氢气＝CGH2)。
高压气体容器系统(＝CGH2系统)构造成，基本上在环境温度下在超过约350巴过压(barü)(＝相对于大气压的过压)、此外优选超过约500巴过压并且特别优选超过约700巴过压的标称运行压力(也称为标称工作压力或NWP)情况下持续地储存燃料(例如氢气)。
低温压力容器系统(＝CcH2系统)包括低温压力容器。该低温压力容器可储存液态或超临界聚集态的燃料。比临界点具有更高温度和更高压力的物质的热力学状态被称为超临界聚集态。临界点表示材料的气体和液体的密度一致时的热力学状态，也就是说材料单相地存在。蒸汽压力曲线的一端在p-T图表中通过三相点标记，而临界点表示另一端。在氢气的情况中，临界点为33.18K和13.0巴。低温压力容器尤其是适合储存如下温度的燃料，该温度明显低于机动车的(指的是汽车应当运行的车辆周围环境的温度范围)运行温度，例如低于机动车运行温度(通常大约-40℃至大约+85℃)至少50开尔文、优选至少100开尔文或者说至少150开尔文。所述燃料例如可以是氢气，该氢气在大约34K至360K的温度时被储存在低温压力容器中。低温压力容器可尤其包括内部容器，该内部容器设计用于大约350巴过压(＝相对于大气压的过压)、优选大约500巴过压并且特别优选大约700巴过压或更大的标称运行压力(也称为标称工作压力或NWP)。燃料储存在所述内部容器中。优选地，外部容器向外封闭压力容器。优选地，低温压力容器包括具有在10-9毫巴至10-1毫巴范围内、还优选在10-7毫巴至10-3毫巴范围内并且特别优选大约10-5毫巴的绝对压力的真空，所述真空至少局部地在内部容器与外部容器之间设置在抽真空的(中间)空间或真空部V中。在(刚刚)高于临界点的温度情况下的储存相对于低于临界点的温度情况下的储存具有如下优点：储存介质单相地存在。因此，例如不存在在液态和气态之间的分界面。
在该情况中，压力容器系统在重量和所要求的安装空间方面得到优化。此外，可实现特别快速的、即少花费的装配，因为通过以快速联接器形式的连接件代替螺纹连接接口。
此外，在压力容器系统的带端测试中实现特别大的灵活性，更确切地说不仅在装配诸如燃料电池堆或内燃机的总成作为消耗器时而且在构造机动车时实现特别大的灵活性。这是因为快速联接器已经被集成到提取管路或供应管路中。
因此，压力容器可以已经利用惰性气体填充地或利用燃油或燃料、尤其是利用氢气填充地被提供用于装配，而不需要在提取管路或供给管路的连接部位上安装盲塞或类似的封闭部件。因为提取管路的端部已经通过快速联接器的具有止回阀的第一联接部件封闭。因此，去除这种盲塞的步骤被省略。与此对应地，不会损失惰性气体或者说燃油或燃料。因此，不仅节省了工艺步骤，而且也在装配或在修理压力容器系统时节省了消耗气体。
此外，就此可取消在带端、即在制造结束时对压力容器进行耗费的首次充气(只要压力容器已经被提供燃烧气体或燃料用于装配)。因而，不仅减少在投入运行时的过程时间，而且也减轻基础设施(用于在带端处的加燃料)的负担或者说是花费特别少。
尤其是，在消耗器构造为燃料电池堆的阳极室时能够拆卸燃料电池堆，而不需要使压力容器系统沿上游方向、即朝向压力容器惰化。因为在快速联接器的第二联接部件与第一联接部件脱联的情况下，提取管路通过止回阀封闭。
优选地，第二联接部件也包括止回阀，该止回阀在第一联接部件脱联的情况下封闭所述连接管路。因此，在快速联接器脱开之后也不会有燃油或燃料从消耗器中逸出。
优选地，第一联接部件尤其是在压力容器的下游构造成所述提取管路的唯一的自由端部，替代于设置在连接管路上的第二联接部件，如下第二联接部件能衔接到所述自由端部上，该第二联接部件衔接到一提取装置的管路上。换句话说，因此可选择性地将消耗器或提取装置或卸载装置借助第二联接部件衔接到第一联接部件上。所述提取装置设计用于从压力容器接收燃油或燃料。压力容器系统还设计用于将燃料运送到提取装置中。这简化了压力容器系统、尤其是燃料电池系统的服务或者说维护和装配。
已证明还有利的是，所述快速联接器的如下联接部件能衔接到设置在所述连接管路上的第二联接部件上，该联接部件衔接到一供应装置和/或提取装置的管路上。因此，例如可在服务情况中或在维护或检查情况中通过外部供应(即不是利用来自压力容器而是来自另一来源的氢气)消耗器、尤其是燃料电池堆。另一方面，通过供应装置可给压力容器系统的部件例如填充惰性气体，如氮气或氦气。
如果例如构造成燃料电池堆的阳极室的消耗器要从外部供应氢气，则可将连接管路从提取管路取下，该连接管路尤其是可构造成柔性管路或者说软管。并且相应的以快速联接器的联接部件形式的配合件则可衔接到连接管路上。所述联接部件衔接到供应装置和/或提取装置的管路上。类似地，这在消耗器例如构造为机动车内燃机时是可行的，所述内燃机利用压缩气体或液化气体运行。
优选地，止回阀构造成以与第二联接部件和第一联接部件的耦联无关的方式打开的止回阀。以这种方式，可首先通过这两个联接部件将提取管路与连接管路连接，并且然后在第二步骤中打开止回阀。由此，当在提取管路中存在高于大气压的压力时，也可在提取管路和连接管路之间建立连接(或者说建立提取管路与供应装置或提取装置的管路的连接)。但是因此不会出现储存在压力容器系统中的介质逸出。此外，在这两个联接部件联接或者说连接时所需的力则不需要通过手动的过压来施加。
当在另一有利实施方案中快速联接器构造为插接联接器时，这两个联接部件可特别快地被相互连接。在此，所述两个联结部件中的一个联结部件可被插入到所述两个联结部件中的另一个联结部件中。
替代地，所述两个联接部件可具有相应的螺纹并且可以通过螺纹连接相互连接。这降低在联接部件相互连接时的力消耗。这尤其是适用于，止回阀构造成以与第二联接部件和第一联接部件的联接无关的方式打开的止回阀，也就是说构造成可在提取管路与连接管螺纹连接之后被打开的止回阀。在这种情况下，在操纵快速联接器时也仅需要较小程度地注意好的人体工学或可接近性。
已证明还有利的是，连接管路的衔接到第二联接部件上的子区域构造成柔性管路，该柔性管路尤其是比压力容器系统的其它管路、尤其比提取管路更柔软。尤其是，所述柔性管路可构造成软管。这例如有利的是消耗器在机动车中使用。因为这样能够特别好地实现消耗器与压力容器系统(尤其是压力容器系统的各管路)之间的相对运动。在服务情况下，该柔性的软管可被取出并且软管端部优选地被自动封闭。
以类似的方式，提取管路的通向第一联接部件的子区域可构造成柔性管路、尤其是构造成软管。此外，这简化了快速联接器的操作。
至少所述第一联接部件可集成到一阀装置中。以这种方式，实现特别紧凑的压力容器系统，其中，由特别少的构件提供特别多的功能。这尤其适用于，所述阀装置包括安全阀，通过该安全阀可将压力从压力容器中排出。
所述阀装置可包括至少一个在提取管路中设置在第一联接部件上游的减压装置。如果所述减压装置或者说压力调节器被装入到以所述阀装置或阀块为形式的相同单元中，则这有利于压力容器系统的紧凑性。然而，压力调节器也可在提取管路中位于更上游。
最后已证明有利的是，所述消耗器构造成燃料电池堆的阳极室，并且连接管路构造成通向燃料电池堆的阳极入口的阳极输入管路。
在所述实施方案中，优选所述减压装置或者说减压器或者说压力调节器构造用于将在减压器的入口处存在的燃料输入压力降低到在减压器的出口处存在的燃料输出压力或出口压力。
通常，减压器包括减压阀，尽管入口压力不同，所述减压阀确保在出口侧不超过确定的输出压力。燃料在减压器中膨胀。优选使用第一减压器(＝HPR，高压调节器)并且在下游使用第二减压器(＝HSV，例如燃料喷射器)。
本发明的其它特征由附图以及附图说明得出。在上文中在说明中提到的特征和特征组合以及在下文中在附图说明中提到的和/或仅在附图中仅示出的特征和特征组合不仅能以分别给出的组合、而且也能以其它的组合或者独自地应用。
附图说明
现在借助一种优选的实施例以及参考附图详细阐释本发明。附图中：
图1以示意图示出根据现有技术的压力容器系统的部件；
图2示出改进的压力容器系统的局部部件；
图3示意性示出具有根据图2的部件的压力容器系统；以及
图4示出根据图2的压力容器系统的快速联接器的联接部件，所述快速联接器构造成插接联接器。
具体实施方式
为了解释涉及图1的事实情况，参见本说明书引言部分中的说明。
图2示出改进的并且设置用于机动车的压力容器系统8的部件，该压力容器系统在图3中示意性示出。该压力容器系统8包括压力容器9，在该压力容器中在当前情况中例如可储存有压力约为700巴的氢气。提取管路10从压力容器9通向压力调节器11或者说减压器。在提取管路10的一个自由端部上设置有快速联接器13的第一联接部件，所述快速联接器在一种示例性实施方案中作为插接联接器，在图4中示出两个联接部件12、14的连接状态和脱联状态。
第一联接部件12例如可构造用于第二联接部件14的插入。然而，第一联接部件12也可插入到第二联接部件14中。此外，在变型方案中，快速联接器13的联接部件12、14可具有螺纹并且通过螺纹连接相互连接。
第一联接部件12包括止回阀15。以类似的方式，第二联接部件14包括止回阀16。以这种方式确保：当第二联接部件14与第一联接部件12脱联时，提取管路10被封闭。此外，当第二联接部件14与第一联接部件12脱联时，连接管路17也由止回阀16封闭。在压力容器系统8的当前示例性示出的实施方案中，连接管路17通向燃料电池堆18的阳极室。在当前情况中，连接管路17的衔接到第二联接部件16上的子区域构造成柔性的软管19。
快速联接器13的第一联接部件12也可用作服务接口。供应装置21的对应于第二联接部件14的联接部件20可连接到所述服务接口上。然而，供应装置21也可构造成提取装置，在将联接部件20衔接到快速联接器13的联接部件12上之后，则要从压力容器9排出氢气。
供应装置21例如可构造成惰性气体源，以便使燃料电池堆18利用惰性气体、例如氮气或氦气惰化。此外，例如当燃料电池堆18要通过外部供给氢气时，供应装置21的联接部件20可构造用于衔接到连接管路17的联接部件14上。这例如可在服务情况下、在维护或者说检查时或在维修燃料电池堆18的范畴内设置。
压力容器系统8的阀装置22可具有安全阀23，该阀装置可包括压力调节器11和提取管路10的具有第一联接部件12的自由端部。
通过将快速联接器13设置成用于将提取管路10与连接管路17耦联的连接部位或者说接口，可选择性地将消耗器例如当前示出的燃料电池堆18衔接到提取管路10上。替代地，在将第一联接部件12用作服务接口时，供应装置21或提取装置可被衔接到提取管路10上。在该情况中，供应装置21的联接部件20也包括止回阀24。
此外，联接部件20经由管路25与供应装置21或提取装置连接。此外，通向供应装置21或提取装置的管路25也可具有柔性子区域或者说柔性的软管26。然而，在联接部件12、14、20彼此脱开时，通过止回阀15、16、24始终将衔接到联接部件12、14、20上的管路保持封闭。
与此对应地，在联接部件14与联接部件12脱联时，通过止回阀15、16使得提取管路10和连接管路17保持封闭。以类似的方式，当联接部件20与联接部件12(或联接部件14)脱联时，管路25通过止回阀24保持封闭。由此，不需要设置盲塞或类似物，并且降低在装配或维护时的花费。此外，例如在惰化时或在填充氢气时没有气体能从压力容器系统8中逸出。
由图3可看出，提取管路10可通过设置在压力容器9上的阀27(也被称作储箱上阀(On-Tank-Valve))衔接到压力容器9上。储箱截止阀28可集成到该阀27中。
所述储箱上阀是直接装配在压力容器9的一个端部上并且与压力容器的内部直接流体连接的阀单元。委员会于2010年4月26日的用于实施欧洲议会和理事会的(EG)第79/2009号关于用氢运行的机动车的型号批准的法令的(EU)第406/2010号法令中，这种储箱截止阀也被称作第一阀。此外，压力容器系统8可包括卸压装置29、尤其是TPRD装置(TPRD＝Thermal Pressure Release Device，热激活压力释放装置)。
代替在图4中示例性示出的作为快速联接器13的插接联接器，联接部件12、14、20也可通过螺纹连接相互连接，其中，优选在螺纹连接之后相应的止回阀15、16、24可被打开。
对本发明的以上描述仅用于解释说明的目的并不用于限制本发明的目的。在本发明的范围内，在不偏离本发明及其等效方案的范围的情况下，不同的变化和变型是可行的。
附图标记列表
1 提取管路
2 压力调节器
3 连接部位
4 连接管路
5 燃料电池堆
6 服务接口
7 盲塞
8 压力容器系统
9 压力容器
10 提取管路
11 压力调节器
12 联接部件
13 快速联接器
14 联接部件
15 止回阀
16 止回阀
17 连接管路
18 燃料电池堆
19 软管
20 联接部件
21 供应装置
22 阀装置
23 安全阀
24 止回阀
25 管路
26 软管
27 阀
28 储箱截止阀
29 卸压装置

Claims (12)

1.用于机动车的压力容器系统，其具有至少一个压力容器(9)，在该压力容器上衔接有提取管路(10)，其中，所述提取管路(10)具有连接部位，在该连接部位上衔接有通向消耗器的连接管路(17)，其特征在于，该压力容器是低温压力容器或高压气体容器，所述消耗器构造成燃料电池堆(18)的阳极室，并且所述连接管路(17)构造成通向所述燃料电池堆的阳极入口的阳极输入管路，所述提取管路(10)的连接部位包括快速联接器(13)的第一联接部件(12)，所述快速联接器(13)的设置在所述连接管路(17)上的第二联接部件(14)衔接到所述连接部位上，其中，所述第一联接部件(12)包括止回阀(15)，该止回阀在第二联接部件(14)脱联的情况下封闭所述提取管路(10)，其中，在所述连接部位的上游设置有减压装置(11)，所述减压装置(11)包括减压阀，尽管入口压力不同，所述减压阀确保在出口侧不超过确定的输出压力，所述第一联接部件(12)和所述减压装置(11)集成到一阀装置(22)中。
2.根据权利要求1所述的压力容器系统，其中，所述阀装置(22)包括安全阀(23)。
3.根据权利要求2所述的压力容器系统，其中，所述第一联接部件(12)与安全阀(23)和/或与减压装置(11)构成一个结构单元。
4.根据权利要求1或2所述的压力容器系统，其中，所述第一联接部件(12)在所述至少一个压力容器的下游构造成所述提取管路(10)的唯一的自由端部，替代于设置在所述连接管路(17)上的第二联接部件(14)，如下联接部件(20)能衔接到所述自由端部上，该联接部件衔接到一用于从所述压力容器接收燃料的提取装置的管路(25)上。
5.根据权利要求1或2所述的压力容器系统，其中，所述第二联接部件(14)包括止回阀(16)，该止回阀在第一联接部件(12)脱联的情况下封闭所述连接管路(17)。
6.根据权利要求1或2所述的压力容器系统，其中，所述快速联接器(13)的如下联接部件(20)能衔接到设置在所述连接管路(17)上的第二联接部件(14)上，该联接部件衔接到一供应装置(21)和/或提取装置的管路(25)上。
7.根据权利要求1或2所述的压力容器系统，其中，所述第一联接部件(12)的止回阀(15)构造成以与所述第二联接部件(14)和所述第一联接部件(12)的耦联无关的方式打开的止回阀。
8.根据权利要求5所述的压力容器系统，其中，所述第二联接部件(14)的止回阀(16)构造成以与所述第二联接部件(14)和所述第一联接部件(12)的耦联无关的方式打开的止回阀。
9.根据权利要求1或2所述的压力容器系统，其中，所述快速联接器(13)构造成插接联接器。
10.根据权利要求1或2所述的压力容器系统，其中，所述第一联接部件(12)和第二联接部件(14)具有相应的螺纹并且能通过螺纹连接相互连接。
11.根据权利要求1或2所述的压力容器系统，其中，所述连接管路(17)的衔接到所述第二联接部件(14)上的子区域和/或所述提取管路(10)的通向所述第一联接部件(12)的子区域构造成柔性管路。
12.根据权利要求11所述的压力容器系统，其中，所述柔性管路是软管(19)。
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