CN111148933B - 用于排空具有流体控制系统的容器的用于将容器连接至通气口的阀的排空系统 - Google Patents

用于排空具有流体控制系统的容器的用于将容器连接至通气口的阀的排空系统 Download PDF

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Abstract

这种旨在用于排空容纳加压流体的至少一个容器的排空系统包括用于所述容器或每个容器的用于使流体排出容器的通气口以及用于将容器连接至通气口的排出阀。排空系统另外地包括用于所述排出阀或每个排出阀的用于使排出阀返回至其关闭构造的返回构件，以及用于通过操作流体在排出阀上的作用控制所述排出阀或每个排出阀移动至其打开构造的流体控制系统。该控制系统包括布置在所述容器或每个容器周围的危险区外部的操作站，以及用于所述排出阀或每个排出阀的将操作站流体地连接至排出阀的流体管道。操作站包括至少一个可逆自由连接部，其用于连接到用于向控制系统供应操作流体的装置的所述流体管道或每个流体管道。

Description

用于排空具有流体控制系统的容器的用于将容器连接至通气 口的阀的排空系统
技术领域
本发明涉及用于排空容纳加压流体的至少一个容器的排空系统，其中所述排空系统包括：通气口，其用于所述容器或每个容器，该通气口用于将流体排出容器；以及排出阀，其用于将容器连接至通气口，该排出阀可在打开构造和关闭构造之间移动，在所述打开构造中，排出阀将容器流体地连接到通气口，在所述关闭构造中，容器和通气口通过排出阀彼此流体地隔离；排空系统进一步包括：返回构件，其用于所述排出阀或每个排出阀，该返回构件用于使排出阀返回至关闭构造；以及流体控制系统，其用于通过操作流体在排出阀上的作用来控制所述排出阀或每个排出阀移动至打开构造，所述控制系统包括：操作站，其布置在所述容器或每个容器周围的危险区外部；以及流体管道，其用于所述排出阀或每个排出阀，该流体管道将操作站流体地连接至排出阀。
本发明还涉及一种包括这种排空系统的流体储存装置，以及一种化学形式的能量储存装置，其包括这样的流体储存装置，以用于储存通过电解至少一种初级流体而获得的次级流体。
背景技术
由可再生能量来源(比如太阳能发电厂或风力涡轮机)构成的间歇电力能量来源的推广已经使得有必要开发临时能量储存解决方案，使得可以使由这些来源供应的电能平滑至电力电网。一种探索的解决方案是以化学形式储存能量，其中至少一种初级流体被电解以产生次级流体，之后在次级流体之间产生氧化还原反应，从而产生电能。该解决方案的示例性应用特别地由结合了电解器和燃料电池的系统与氧化还原液流电池组成。
这种类型的解决方案遇到的一个问题是在它们的生产与它们的使用之间的次级流体的储存的安全性。通常，这些次级流体是危险流体，特别是由于它们可能存在爆炸风险，例如像是具有氢气的情况那样。
因此，次级流体的储存必须满足某些安全规则。特别地，关于引起爆炸风险的次级流体的储存，储存必须允许排空次级流体，使得这些次级流体扩散到大气中并且爆炸风险消失。万一储存场所发生了事故，这种排空必须是可以实现的，并且必须能够在保持人员的安全性的同时被完成。
存在这样的流体储存解决方案，其允许由操作者从位于容器周围的危险区外部的控制站处进行动作来排空储存爆炸性产品的容器。WO 2014/183841中公开了这种解决方案，其中用于可燃流体的储存容器的排空阀是使用气动系统来远程控制的。
该文献中公开的解决方案的一个缺点是它是不可靠的。实际上，未授权人员通常可以通过恶意的动作来容易地接合排空系统，从而导致所储存的能量的损失。此外，该系统只可以使用一定次数，该次数由供应气动系统的容器的容量限制。
发明内容
因此，本发明的一个目的是避免不合时宜和恶意地致动用于储存加压流体的装置的排空系统。本发明的另一目的是允许无限地使用排空系统。
为此，本发明涉及一种上述类型的排空系统，其中操作站包括至少一个可逆自由连接部，其用于连接至用于向控制系统供应操作流体的供应装置的一个或每个流体管道。
根据本发明的具体实施例，排空系统还包括单独考虑或根据任何技术上可行的组合考虑的以下特征中的一个或多个：
-流体控制系统由气动控制系统组成，操作流体由加压气体形成；
-操作站包括：控制阀，其用于所述流体管道或每个流体管道，该控制阀流体地插入在自由连接部与流体管道之间，该控制阀可在打开构造与关闭构造之间移动，在打开构造中，控制阀将自由连接部流体地连接至流体管道，在关闭构造中，自由连接部与流体管道通过控制阀彼此流体地隔离；并且
控制阀是手动控制的。
本发明还涉及一种包括容纳加压流体的至少一个容器的流体储存装置，储存系统还包括排空系统，其用于排空由如上所述的排空系统组成的所述容器，排空系统的所述排出阀或每个排出阀流体地连接至流体储存装置的相应容器，以便流体地插置在所述容器和排空系统的通气口之间。
根据本发明的具体实施例，单独考虑或根据任何技术上可行的组合考虑的,储存装置还具有以下特征中的一个或多个：
-流体储存装置包括至少两个容器；以及
-容纳在所述容器中的第一容器中的流体是氢气，和/或容纳在第二容器中的流体是氧气。
本发明进一步涉及一种能量储存系统，其包括用于通过电解至少一种初级流体来产生第一次级流体和第二次级流体的装置，以及用于次级流体以便单独地储存第一次级流体和第二次级流体的储存装置，以及用于通过第一次级流体和第二次级流体之间的氧化还原反应生成电能的燃料电池，其中，储存装置是上文所述的流体储存装置。
根据本发明的一个特定实施例，该能量储存系统还具有以下特征：
-第一次级流体是氢气。
本发明还涉及一种排空上文所述的流体储存装置的方法，其具有以下连续步骤：
-连接与可逆自由连接部兼容的操作流体供应装置的可逆自由连接部，
-建立供应装置与至少一个流体管道之间的流体联接，从而造成流体管道中的操作流体的压力上的增加，
-在流体管道中的操作流体的压力的作用下使流体地连接至流体管道的排出阀移动到打开位置，并且
-经由排空系统的通气口和所述排出阀排出排出阀流体地连接到的容器中容纳的流体。
附图说明
在阅读以下描述时，本发明的其它特征和优点将更清楚地呈现，所述以下描述仅作为非限制性示例提供，并且参考附图来实现，附图示出了根据本发明的能量储存系统的框图。
具体实施方式
在该图中示出的能量储存系统10包括用于通过电解初级流体来产生第一次级流体和第二次级流体的电解器12。储存系统10还包括：用于储存次级流体以便单独地储存第一次级流体和第二次级流体的装置14，以及用于通过氧化还原反应来生成电能并恢复第一次级流体与第二次级流体之间的初级流体的燃料电池16。优选地，储存系统10还包括用于储存初级流体的装置18，如图所示。
在示出的示例中，初级流体是水。那么，第一次级流体是氢气，并且第二次级流体是氢气。
电解器12具有电端子20、22，所述电端子电连接到通常由太阳能发电厂或风力涡轮机组成的电力能量源(未示出)。燃料电池16也具有电端子24、26，所述电端子24、26继而电连接到消耗电力能量的负载，例如电力电网。
用于次级流体的储存装置14以已知方式包括用于储存第一次级流体的第一容器30和用于储存第二次级流体的第二容器32。第一容器30由第一供应管道34流体连接到电解器12的第一流体出口36，并且第二容器32通过第二供应管道38流体连接到电解器12的第二流体出口40。第一容器30还通过第一出口管道42流体连接到燃料电池16的第一流体入口44，并且第二容器32通过第二出口管道46流体连接到燃料电池16的第二流体入口48。
第一流体入口46流体地供应燃料电池16的阳极室(未示出)，并且第二流体入口48流体地供应燃料电池16的阴极室(未示出)，所述阴极室和阳极室通过离子交换膜(未示出)彼此分开。
容器30、32被放置在通常由建筑物形成的外壳49内。
用于次级流体的储存装置14还包括用于排空容器30、32的系统50。排空系统50包括：通气口52，其用于所述容器30、32或每个容器30、32，该通气口用于将容纳在容器30、32中的流体排出到容器30、32外部，并且尤其是排出到腔室49外部；排出阀54，其用于将容器30、32流体连接至通气口52，其流体地插置在容器30、32与通气口52之间；以及有利地，隔膜55，其流体地插入在阀54与通气口52之间以使隔膜55与通气口52之间的流体压力保持在基本上等于大气压力的压力。
每个排出阀54可在打开构造和关闭构造之间移动，在打开构造中，排出阀54将容器30、32流体地连接到通气口52，在关闭构造中，容器30、32和通气口52通过排出阀54彼此流体地隔离。
排空系统50进一步包括：返回构件56，其用于每个排出阀54，该返回构件使排出阀54返回到其关闭构造。该返回构件56通常由弹簧形成。
排空系统50进一步包括流体控制系统57，以便通过操作流体在每个排出阀54上的作用来控制排出阀54移动到其打开构造。该控制系统57包括：共享操作站58，其在容器30、32周围的危险区外部；第一控制流体管道60，其将操作站58流体地连接到第一容器30的排出阀54；以及第二控制流体管道62，其将操作站58流体地连接到第二容器32的排出阀54。
“布置在容器30、32周围的危险区外部”意味着操作站58放置在距容器30、32足够的距离处，以便在容纳在这些容器30、32中的一个或另一个中的流体爆炸的情况下无法被波及。为此，操作站58优选地布置在外壳49外部。在变型中，在操作站58和容器30、32之间不存在分隔壁的情况下，操作站58优选地布置在距每个容器30、32的几十米的距离处。
根据本发明，操作站58包括用于连接到控制操作流体控制系统57的供应装置66的流体控制管道60、62的可逆自由连接部64。该可逆自由连接部64通常由可以由加压流体筒或由加压流体外部源供应的气体流体的快速和安全的连接部组成。因此，控制系统57的致动仅为配备有与自由连接部64兼容的供应装置66的人员保留，也就是说，其被构造成流体地连接到自由连接部64，这使得可以避免排空系统50的不合时宜的和恶意的启用。
优选地，供应装置66由储存加压操作流体的容器68形成，如图所示。其配备有连接端部69，该连接端部流体地连接到容器68并且与自由连接部64兼容，也就是说，其被构造成与自由连接部64配合，以便在所述端部69和自由连接部64之间产生流体联接。
有利地，流体控制系统57由气动控制系统组成。然后，操作流体由加压气体(例如空气或诸如氮气的惰性气体)组成。因此，供应装置66比操作流体已由液体形成的情况下更紧凑得多。
操作站58还包括：控制阀70、72，其用于每个控制管道60、62，所述控制阀流体地插置在自由连接部64与控制管道60、62之间。每个控制阀70、72可在打开构造与关闭构造之间移动，在打开构造中，其将自由连接部64流体地连接至相关联的流体管道60、62，在关闭构造中，自由连接部64与所述流体管道60、62通过控制阀70、72彼此流体地隔离。因此，操作者可以控制容器30、32的排空速度。操作者还可以独立地在每个容器30、32上执行这种控制。
优选地，每个控制阀70、72是手动控制的，也就是说，其被构造成由操作者通过手来完成。这样的阀是已知的并且通常被称为“手动分配器”。
现在将描述能量储存系统10的操作方法。
当由电源产生的电能超过电网需求的电能时，过量产生的电能被用于供应电解器12。在该电能的作用下，电解器12对通过储存装置18供应给它的水进行水解。水因此被分成氢气和氧气，氢气通过管道34被传导到第一容器30中，在该第一容器中，氢气被储存在压力下，氧气通过管道38被传导到第二容器32中，在该第二容器中，氧气也被储存在压力下。因此，只要由源产生的电能超过电网所需求的电能，则第一容器和第二容器30、32就继续用氢气和氧气填充。
当由源产生的电能小于由电网需求的电能时，燃料电池16就开始运行以供应缺少的电能。为此，燃料电池16经由管道42、46用储存在容器30、32中的氢气和氧气来供应。该氧气和该氢气在燃料电池中经历氧化还原反应，从而产生期望的电能，以及水。在预期到由电力源产生的电能再次变得大于由电网需求的电能的时刻，就在储存装置18中采集这些水。
当发生需要容器30、32减压的事件时，操作者握住与自由连接部64兼容的供应装置66，并将该供应装置66的端部69连接至自由连接部64。该操作者然后致动控制阀70、72，以便将它们切换到打开构造。由供应装置66供应的加压流体然后在每个控制管道60、62中传送至每个排出阀54，加压流体在排出阀上进行作用以将所述阀54移动至打开位置。容纳在容器30、32中的氢气与氧气然后可以通过通气口52逸出，直至容器30、32被排空。然后就消除了容器30、32的任何爆炸风险。
由于上述发明，可以完全安全地排空次级流体储存装置14。用于控制阀54的系统57是流体系统，这种排空可以在不增加电能的情况下完成，这使得可以甚至在短路和没有备用发电机的情况下进行操作。
本发明的一个额外优点是，其通过仅对配备有与自由连接部64兼容的供应装置66的人员保留对阀54的致动来避免对排空系统50的不合时宜的触发。由于使用了气动控制系统57来控制阀54，所以这些供应装置66保持紧凑，需要使用这种供应装置66并不妨碍有资格的人员的行动能力。
应当注意，尽管已经在由电解器-燃料电池对提供电能/化学能转换的情况下公开了本发明，但是本发明不仅仅限于该实施例。在变型(未示出)中，电能/化学能转换由可逆燃料电池提供，能量储存装置10然后构成氧化还原液流电池。然后，初级流体被储存在具有第二次级流体的第二容器32中，这种容器32未配备有排出阀54。这种初级流体通常由氢溴酸组成，那么第一次级流体为氢气，并且第二次级流体为Hbr3(氢溴酸盐和溴的络合物)。还应当注意，本发明不仅限于能量储存系统，而且还延伸到用于排空在其它应用中使用的容器的系统，例如在储存旨在供应生产线和工业转换线的化学产品的背景中。

Claims (10)

1.一种用于排空容纳加压流体的至少一个容器(30，32)的排空系统(50)，其中，所述排空系统(50)包括：通气口(52)，所述通气口用于所述容器(30，32)或每个容器(30，32)，所述通气口用于将所述流体排出所述容器(30，32)；以及排出阀(54)，所述排出阀用于将所述容器(30，32)连接至所述通气口(52)，所述排出阀(54)能够在打开构造和关闭构造之间移动，在所述打开构造中，所述排出阀(54)将所述容器(30，32)流体地连接到所述通气口(52)，在所述关闭构造中，所述容器(30，32)和所述通气口(52)通过所述排出阀(54)彼此流体隔离；所述排空系统(50)进一步包括：返回构件(56)，所述返回构件用于所述排出阀(54)或每个排出阀(54)，所述返回构件用于使所述排出阀(54)返回至所述关闭构造；以及流体控制系统(57)，所述流体控制系统用于通过操作流体在所述排出阀(54)上的作用来控制所述排出阀(54)或每个排出阀(54)移动至所述打开构造，所述控制系统(57)包括：操作站(58)，所述操作站布置在所述容器(30，32)或每个容器(30，32)周围的危险区外部；以及流体管道(60，62)，所述流体管道用于所述排出阀(54)或每个排出阀(54)，所述流体管道将所述操作站(58)流体地连接至所述排出阀(54)，
其特征在于，所述操作站(58)包括至少一个可逆自由连接部(64)，所述至少一个可逆自由连接部用于连接到供应装置(66)的所述流体管道(60，62)或每个流体管道(60，62)，以用于向所述控制系统(57)供应所述操作流体，并且所述至少一个可逆自由连接部(64)由可以由加压流体筒或由加压流体外部源供应的气体流体的快速和安全的连接部组成，并且所述控制系统(57)的致动仅为配备有与所述可逆自由连接部(64)兼容的供应装置(66)的人员保留。
2.根据权利要求1所述的排空系统(50)，其中，所述流体控制系统(57)由气动控制系统组成，所述操作流体由加压气体形成。
3.根据权利要求1或2所述的排空系统(50)，其中，所述操作站(58)包括：控制阀(70，72)，所述控制阀用于所述流体管道(60，62)或每个流体管道(60，62)，所述控制阀流体地插入在所述自由连接部(64)与所述流体管道(60，62)之间，所述控制阀(70，72)能够在所述控制阀(70，72)将所述自由连接部(64)流体地连接至所述流体管道(60，62)的打开构造和所述自由连接部(64)与所述流体管道(60，62)通过所述控制阀(70，72)彼此流体地隔离的关闭构造之间移动。
4.根据权利要求3所述的排空系统(50)，其中，所述控制阀(70，72)是手动控制的。
5.一种流体储存装置(14)，包括容纳加压流体的至少一个容器(30，32)，所述流体储存装置(14)还包括用于由根据前述权利要求中任一项所述的排空系统(50)组成的排空所述容器(30，32)的排空系统，所述排空系统(50)的所述排出阀(54)或每个排出阀(54)流体地连接到所述流体储存装置(14)的相应容器(30，32)，以便流体地插置在所述排空系统(50)的通气口(52)与所述容器(30，32)之间。
6.根据权利要求5所述的流体储存装置(14)，包括至少两个容器(30，32)。
7.根据权利要求6所述的流体储存装置(14)，其中，容纳在所述容器中的第一容器(30)中的流体是氢气，和/或容纳在第二容器(32)中的流体是氧气。
8.一种能量储存系统(10)，包括用于通过电解至少一种初级流体来产生第一次级流体和第二次级流体的装置(12)，以及用于次级流体以便单独地储存所述第一次级流体与第二次级流体的储存装置(14)，以及用于通过所述第一次级流体与第二次级流体之间的氧化还原反应来生成电能的燃料电池(16)，其中，所述储存装置(14)是根据权利要求5至7中任一项所述的流体储存装置。
9.根据权利要求8所述的能量储存系统(10)，其中，所述第一次级流体是氢气。
10.一种用于排空根据权利要求5至7中任一项所述的流体储存装置(14)的方法，其特征在于，所述方法包括以下连续步骤：
-连接与所述可逆自由连接部(64)兼容的操作流体供应装置(66)的可逆自由连接部(64)，
-建立所述供应装置(66)与至少一个流体管道(60，62)之间的流体联接，从而造成所述流体管道(60，62)中的操作流体的压力上的增加，
-在所述流体管道(60，62)中的操作流体的压力的作用下使流体地连接至所述流体管道(60，62)的排出阀(54)移动到打开位置，并且
-经由所述排空系统(50)的通气口(52)和所述排出阀(54)排出所述排出阀(54)流体地连接到的容器(30，32)中容纳的流体。
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