CN111853540B - 用于压力容器系统的维保设备和维保方法 - Google Patents

用于压力容器系统的维保设备和维保方法 Download PDF

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Abstract

在此公开的技术涉及一种用于机动车的压力容器系统的维保设备。该设备包括：维保设备侧的加注联接件，该加注联接件设置为用于与机动车的机动车侧加注联接件连接；和用于对压力容器系统进行操控的控制装置。该维保设备不是为了对压力容器系统进行加注而构造的加注站。所述控制装置设置为用于处理关于压力容器系统的状态的信息，从这些信息中能生成用于压力容器系统的控制指令。此外，还公开了一种用于对压力容器系统进行维保的方法。

Description

用于压力容器系统的维保设备和维保方法
本申请是申请日为2016年8月3日、申请号为201680054738.3(国际申请号为PCT/EP2016/068496)、发明名称为“用于压力容器系统的维保设备和维保方法”的原申请的分案申请。
技术领域
在此公开的技术涉及一种用于压力容器系统、特别是低温压力容器系统的维保设备。此外，还公开了一种用于对压力容器系统进行维保的方法。
背景技术
由现有技术已知低温压力容器系统。它们例如用于机动车，其中深冷地并因而以液态或超临界聚集态存储着在环境条件下呈气态的动力原料或者说燃料。例如，EP1546601B1公开了一种这样的压力容器。为了进行加注，而使用专门的加注联接装置，正如它们例如在文献DE19727652A1和WO05/077812A1中所披露的那样。DE112013002339T5、WO2011/092562A2和US2013/01239897A1公开了贮罐加注设备。
在对具有压力容器系统的机动车进行保养时，必须特别小心地进行某些作业操作。最终应该防止：与燃料(例如氢)形成可燃性混合气体。(这些作业操作)例如是指：
-排空燃料管道系统，例如压力容器与燃料电池之间的前行供给管路；
-排空压力容器(抽出贮料)；
-将压力容器惰性化；
-对压力容器的密封性进行检查；
通过对维修员工的培训认证可以降低误操作的风险。然而，如果是人工手动进行这些保养作业，不可能完全排除误操作。另外各个步骤也是很耗时的。目前，为了降低冷灼伤危险，必须在开始保养作业之前将低温压力容器系统或者低温存储的燃料加温到环境温度。
发明内容
在此公开的技术所要达成的目的是，减少或者消除已知解决方案的缺点。由在此公开的技术的有益效果可以得出其他一些目的。
在此公开的技术涉及一种用于机动车压力容器系统的维保设备，其包括：
-维保设备侧的加注联接件，该维保设备侧的加注联接件设置为用于与机动车侧的加注联接件和/或与机动车的维保端口连接；和
-用于对压力容器系统进行操控的控制装置；
其中，该维保设备不是为了对压力容器系统进行加注而构造的加注站；
其中，所述控制装置设置为，
-用于按下述方式操控压力容器系统，即：将存储于压力容器系统内的燃料至少部分地从机动车中排出；和/或
-用于检验压力容器系统的密封性。
所述目的还通过一种用于机动车的压力容器系统的维保设备达到，其包括：
-维保设备侧的加注联接件，该维保设备侧的加注联接件设置为用于与机动车侧的加注联接件和/或与机动车的维保端口连接；和
-用于对压力容器系统进行操控的控制装置；
其中，该维保设备不是为了对压力容器系统进行加注而构造的加注站；
其中，所述控制装置设置为用于处理关于压力容器系统的状态的信息，从这些信息中生成用于压力容器系统的控制指令。
所述目的还通过一种用于对机动车的压力容器系统进行维保的方法达到，其包括如下步骤：
-建立按本发明的维保设备与压力容器之间的流体连接；和
-对压力容器系统进行操控，其中，处理关于压力容器系统的状态的信息，从这些信息中能生成用于压力容器系统的控制指令。
这样的压力容器系统包括至少一个用于存储机动车用燃料的压力容器。这样的压力容器例如可以是低温压力容器或高压气体容器。
高压气体容器系统(下文也称为“CGH2-系统”)构造为，主要用于在环境温度下在高于约350barü(巴(表压))、进一步优选高于约500barü(巴(表压))以及特别优选高于约700barü(巴(表压))的压力下持久地存储燃料。
低温压力容器(也称为“CcH2-压力容器”)可以存储液态的或者超临界聚集态的燃料。低温压力容器特别适合在低冷温度下存储燃料，所述低冷温度比机动车的运行温度(指的是：车辆应该在其内运行的车辆周围环境的温度范围)低得多，例如在机动车的运行温度(通常约-40℃至约+85℃)以下至少50K、优选至少100K或者至少150K。所述燃料例如可以是氢，其在约34K至360K的温度下存储于低温压力容器中。所述压力容器可以置入例如利用压缩天然气(“Compressed Natural Gas”＝CNG)或者液化天然气(LNG)运行的机动车中。所述低温压力容器特别是可以包括一个内部容器，该内部容器是针对高达约350barü(巴(表压))、优选高达约500barü(巴(表压))并且特别优选高达约700barü(巴(表压))的存储压力设计的。特别是，所述维保设备可以设置为用于与低温压力容器系统相接。为此必须规定可以在低冷温度窗口中应用的材料和部件(例如燃料贮器(参见下文)和加注联接装置)。此外，附加的保护措施诸如附加的绝缘措施也是适宜的。
维保设备是一种用于对机动车进行维保的设备，例如在修理作业和/或保养作业或者定期检查时。维保设备的概念并不包括在加注站对压力容器系统的正常加注。
所述维保设备包括一个维保设备侧的联接件(下面也简化地使用“加注联接插头”的概念，尽管联接插座也可视为维保设备侧的联接件)，该联接件设置为用于与机动车的对应的机动车侧的联接件(下面也简化地使用“加注插座”的概念，尽管联接插头也可视为维保设备侧的联接件)连接。当然，在此可以涉及加注联接装置的加注联接件，如其由加注站处的加注系统(CcH2和/或CGH2)已知的那样，例如一种插头，正如其在DE 19727652A1或WO05/077812A1中所披露的那样。
此外，CcH2-加注联接装置可以具有冷指(Cold Finger)。加注联接件在联接之后有益地构成一个封闭的空间。维保设备侧的联接件可以适宜包括一个冷手指，该冷指至少部分地插入机动车侧的联接件中。在此，该冷指是维保设备侧联接件所接纳的并且相对于周围环境绝热的一个棒，该棒在其内部引导低温燃料。它可以设置为在联接过程期间在联接件内向后移位，然后，它在联接之后移入机动车侧联接件中。因此，适宜的是，还设置有一个用于冷指的(电动和/或气动)驱动装置。由此能够减少甚至避免在加注联接装置区域内形成冷凝物甚至结冰。此外，还可以有益地设置一个加注联接装置加热设备。
此外，所述维保设备还包括用于对压力容器系统进行操控的控制装置。该控制装置可以包括一种开环控制和/或一种闭环控制。优选在该控制装置是维保设备的组成部分。因此适宜涉及一种电气或电子操控。该操控例如可以是这样的：维保设备将调节信号(闭环控制信号)或者控制信号(开环控制信号)发送给压力容器系统的控制器，接着，该压力容器系统的控制器然后就对压力容器系统的执行机构(例如可能的阀门)进行开环控制或闭环控制。有益的是，由此利用已经组装的执行机构便可以在维保情况中影响压力容器的状态(例如加压、卸压等等)。作为备选方案，控制功能也可以整合集成在机动车中或者一个带有相应软件的外部计算机单元中。所述维保设备或者所述控制装置可以特别是设置为用于处理车辆数据(例如贮罐信息)和/或用于操控机动车的执行机构及传感机构或者优选在两个系统(机动车和维保设备)上的执行机构及传感机构。特别是将相应的电调节信号(闭环控制信号)或者控制信号(开环控制信号)发送给压力容器系统的执行机构。在此，不应将通过加压加注管道对压力容器进行的加注算作控制信号。
所述控制装置特别是可以设置为用于操控压力容器的截止阀或者压力容器系统的另一阀门。
所述控制装置可以设置为用于处理关于压力容器系统的状态的信息。例如压力信息、温度信息和/或填充料位信息或者其他信息有益地由控制装置进行处理。从这些信息中例如可以生成用于压力容器系统的控制指令。此外，这些信息还可以用于诊断。为此目的，所述维保设备可以有益地具有燃料分析设备。该燃料分析设备设置为用于对存储于压力容器系统内的燃料进行分析。例如，所述维保设备可以包括至少一个传感器，该传感器测定燃料的纯度(例如：氢纯度)。在保养作业时，可以给压力容器填充一种惰性气体。而对于机动车利用燃料电池实现的正常运行来说，确定的氢含量或者说纯度是必要的。为了达到这个氢含量或者说纯度，将压力容器系统通过压力交变冲洗在一定程度上进行“清洁”。压力交变冲洗是这样一种过程，在该过程中，多次地(例如重复三次或五次)给压力容器系统注入燃料，直至一定的充填度或者说充填压力，然后再将其重新排空。
从上述状态信息以及其他信息，例如燃料分析数据或者压力容器系统的历史(车辆)数据，必要时能够推断出压力容器系统的状态(例如：真空绝缘的品质、内部容器的加强状态、车辆故障的类型或者原因、剩余使用寿命等等)。可将所获得的或者测定的数据进一步加以分析处理、存储和/或显示。
如果所述控制装置未被集成在机动车中，那么它设置为用于从机动车的控制器(常常称为“贮罐主管(Tankmaster)”)中、例如从压力容器系统的控制装置中读出信息。这一点通过已知的通讯连接也有可能无线地实现。
所述控制装置可以设置为用于如此操控压力容器系统，即：使得存储于压力容器系统内的燃料至少部分地从机动车中排出。优选将压力容器排空直至最低限度的最小压力，或者完全排空。该最低限度的最小压力例如可以是如下所述的最低限度的压力，该压力应该始终存在于压力容器内部，为的是使压力容器不受损伤。因此优选涉及一种用于对压力容器进行半自动卸载的设备。
所述控制装置可以设置为用于在维保应用之后对压力容器系统至少部分地重新填充燃料。为此，维保设备本身可以包括一个燃料贮器，优选为低温高压容器。作为另选或补充方案，维保设备可以与一外部的燃料贮器相接，例如维保车间的一个贮器。该燃料贮器与加注联接装置流体连接。在车辆侧，燃料从加注联接装置通过前行供给流路(Vorlauf)流入压力容器中。
所述控制装置可以设置为用于检验压力容器系统的密封性。为此例如可以规定：维保设备直接或者间接地测定容器压力在时间上的变化。此外，所述控制装置可以构造为用于在压力容器系统内建立和/或保持一定的试验压力。例如在维保干预工作之后，也就是在压力系统重新以正常工作压力运行之前，这样的测试是有意义的。
此外，所述控制装置可以设置为用于将压力容器惰性化。控制装置为此例如可以具有气体供应系统(例如：在高压贮瓶中)。例如，作为惰性气体可以使用氮气或者二氧化碳。为了实现惰性化，优选多次地(例如重复三次或五次)给压力容器系统注入惰性气体直至一定的充填度或者充填压力，然后将其重新排空。优选地，在惰性化之后和/或在以参考压力进行密封性测试之后，对压力容器予以填注。如果压力容器系统是惰性化的，那么系统就不含可燃气体或者含有仅仅少量的可燃气体。由此显著降低或者排除了火灾危险。
此外，所述设备可以设置为用于存储氦气、氮气和/或氢气，或者一般来说用于存储检测气体。例如可以利用所述三种气体中的一种来实施密封性测试，优选利用氦气。
优选地，所述设备包括用于向周围环境中排出燃料的连接口。例如，所述设备可以与车间侧的燃料排放系统(例如烟囱)相接。
所述设备可以有益地构造为用于对燃料的纯度进行测定。如若燃料是不纯净的，那么就可以将其例如引到通向燃料排出或者燃料净化单元或者使用单元(例如：热转换、涡轮机运行等等)的连接口。如果燃料足够纯净(例如：适合于在燃料电池内运行)，那么可以将燃料存储在一燃料贮器中。
所述维保设备可以包括其他一些部件，诸如过滤器、阀门、操作面板、传感器、管线。
所述维保设备可以有益地包括蓄电池和燃料电池或者内燃发动机(有可能带有用于给蓄电池充电的发电机)。所述燃料电池和内燃发动机适宜设计为，使得它们提供该维保设备运行所需的能量。优选地，于是便可以摒弃外部供能系统。所述内燃发动机或者燃料电池可以利用来自要抽出贮料之系统的燃料进行运行，并且将过剩的能量存储起来(HV贮器)或者馈送到电网中。
利用在此公开的技术，能够可靠且可复现地实施修理作业和保养干预。此外，可以有益地缩短维保时间。可以简单地将所测定的车辆数据存储起来供将来使用，例如在以后进行维保作业时。
在此公开的技术还通过下述方法进行阐释：
用于对机动车的(CcH2-或CGH2-)压力容器系统进行维保的方法，其包括如下步骤：
-建立在维保设备(特别是如其在此所公开的那样一种维保设备)与压力容器之间的流体连接，优选通过将维保设备侧加注联接件联接到机动车的机动车侧加注联接件上；和
-对压力容器系统进行操控，优选通过在此所公开的控制装置。
另外，该方法还可以具有下列步骤中的至少一个步骤：
-对关于压力容器系统的状态的信息进行处理，特别是压力信息、温度信息和填充料位信息；
-从机动车的控制器中读出信息；
-操控压力容器系统，使得至少部分地将存储于压力容器系统内的燃料从机动车中排出；
-在维保之后给压力容器系统至少部分地填充燃料；
-对压力容器系统的密封性进行检验；
-使压力容器系统惰性化并且对其进行压力交变冲洗；
-对取自压力容器系统的燃料进行分析；和/或
-根据燃料的质量(例如：纯度)将燃料传输给用于燃料排出的连接口或者传输给燃料贮器。
优选通过在此公开的维保设备(特别是其控制装置)来实施在此公开的方法。在此所公开的方法的各个步骤可以按任意顺序实施。在说明书中针对各个步骤设置的描述是非限制性的。若在此处所公开的技术中谈及：控制装置设置为用于执行某一功能或者某一过程，那么应该同时囊括了如下含义：维保设备总体上设置为用于执行该功能或者过程。
附图说明
图1示意性地示出在这里公开的压力容器系统。
具体实施方式
在压力容器100中存储有燃料，例如在700bar压力下的氢。压力容器100为一个具有大量燃料电池单元的燃料电池堆300提供氢，所述燃料电池单元在较低的压力水平上运行，例如0.5至1barü(＝相对于大气压力的过压)。在压力容器100的一端设置有一个截止阀210。代替带有一个截止阀210的仅仅一个压力容器100，同样也可以设置带有多个截止阀210的多个压力容器100。在此处示出的系统中，此外还设置了两个压力阶段(压级)，它们分别利用一个减压器211、212运行工作。第一压力阶段将700bar的压力降低到例如11至13bar(中等压力范围)的中等压力水平。第二压力阶段将压力从中等压力降低到燃料电池的低压。在此使用一种机械式比例压力调节器(定比调压阀)作为第一减压器211。在第二压力阶段中可以针对第二压力调节器212采用不同的技术，例如注射器、文丘里喷嘴和机械式压力调节器。为了防止管道在减压器211、212功能故障时爆裂，在中等压力侧和低压侧分别设置有一个卸压阀213、214。在对压力容器系统进行加注期间，燃料通过机动车侧的加注联接件221和加注管道区段220流入压力容器100中。此外，设置有一个维保端口219。该维保端口219设置在中等压力范围内并且用于抽出压力容器系统的贮料。所述维保设备的维保设备侧加注联接件K可以接到机动车侧的加注联接件221上和/或接到维保端口219上。在此示出的具有附图标记211、212、213、214、215、219、220和221(以及部分)300的部件都是阳极子系统A的组成部分。在此利用一个箭头表示出燃料的流动方向。
此外，在此示出的压力容器系统包括一个控制器400，该控制器设置为用于控制压力容器系统。控制器400与机动车的上一级控制器500连接或者集成在该控制器中。关于压力容器系统的信息可以由控制器400或者由上一级控制器500传递给诊断接口600，维保设备可以与该诊断接口相接。作为另选或补充方案，维保设备可以与控制器400、500之一相接。
处于维保设备侧的加注联接件K可以构造为，用于将机动车侧加注联接件221的或者维保端口219的止回阀打开，使得可以抽出至少一个压力容器的贮料。例如，可以以机械方式实现这一点，例如通过如下方式：加注联接件K中的一个销针逆着止回阀的关闭方向抵压封堵机构。
所述维保设备可以有益地按如下方式操控压力容器系统，即：使阳极子系统的阀门中断对至少一个燃料电池单元的燃料供应。此外，压力容器可以有益地经由该加注管道区段可靠地抽出贮料，而无须抽出整个系统的贮料。同时(并列地)，阳极子系统的设置在所述阀门下游的部分可以经由维保端口219继续运行。例如，可以针对其他测试运行燃料电池单元。在后来的某一时刻，也可以单独地将阳极子系统的这个部分的贮料抽出。
在图1中示出的是CGH2-系统(压缩气态氢系统)。然而该公开的技术也可以应用于CcH2-系统。
前面对本发明的说明仅仅用于解释性目的，而非用于限制本发明之目的。在本发明的框架下，可以实现一些不同的改变和变型，而并不脱离本发明及其等同方案的范围。

Claims (14)

1.用于机动车的压力容器系统的维保设备，所述维保设备包括：
-维保设备侧的加注联接件(K)，该维保设备侧的加注联接件设置为用于与机动车侧的加注联接件(221)和/或与机动车的维保端口(219)连接；和
-用于对压力容器系统进行操控的控制装置；
其中，该维保设备不是为了对压力容器系统进行加注而构造的加注站；
其中，所述维保设备的控制装置设置为用于处理关于压力容器系统的状态的信息，从这些信息中能生成用于压力容器系统的控制指令；
其中，所述维保设备不是机动车的组成部分，所述维保设备的控制装置未被集成在机动车中，所述维保设备的控制装置设置为用于从压力容器系统的控制装置中读出信息。
2.如权利要求1所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备的控制装置设置为用于操控压力容器系统的至少一个执行机构。
3.如权利要求2所述的维保设备，其特征在于，所述执行机构是所述压力容器系统的压力容器(100)的截止阀(210)。
4.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备的控制装置设置为，用于将所述压力容器系统的压力容器(100)排空，直至最低限度的最小压力或者完全排空。
5.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备的控制装置构造为用于在压力容器系统内建立和/或保持试验压力。
6.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备的控制装置设置为，
-用于将压力容器系统惰性化；
-用于进行压力交变冲洗；和/或
-用于低温压力容器系统的维保。
7.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备具有燃料分析设备。
8.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述信息是压力信息、温度信息和填充料位信息。
9.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备是能够用于修理作业、保养作业和/或定期检查的维保设备。
10.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备具有用于向周围环境中排出燃料的连接口。
11.如权利要求2或3所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备的控制装置构造为，将控制信号发送给机动车的控制器(400，500)，以便根据这些控制信号操控所述至少一个执行机构。
12.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备的控制装置能够与机动车的诊断接口(600)相接，该诊断接口同样用作与压力容器系统无关的其他车辆参数的诊断接口。
13.如权利要求1至3之任一项所述的维保设备，其特征在于，所述维保设备侧的加注联接件(K)构造为，用于将所述机动车侧的加注联接件(221)的或者所述维保端口(219)的止回阀打开，使得能够抽出压力容器系统的贮料。
14.用于对机动车的压力容器系统进行维保的方法，其包括如下步骤：
-建立如权利要求1至13之任一项所述的维保设备与压力容器之间的流体连接；和
-对压力容器系统进行操控，其中，处理关于压力容器系统的状态的信息，从这些信息中生成用于压力容器系统的控制指令。
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