JP2023551664A - Ammonia storage system temperature control process - Google Patents
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Abstract
- スタート塩に吸収された形でのアンモニアの少なくとも1つのスタート貯蔵カートリッジ(8)と、- メイン塩に吸収された形でのアンモニアの少なくとも1つのメイン貯蔵カートリッジ(10)であって、スタート塩のアンモニア脱着温度の方がメイン塩のアンモニア脱着温度よりも高い、少なくとも1つのメイン貯蔵カートリッジ(10)と、- スタートカートリッジを加熱するように配置された加熱器(34)と、- アンモニア消費装置(6)と、- 伝熱流体と、スタートカートリッジ(8)、メインカートリッジ(10)および装置(6)のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも1つの伝熱流体循環ライン(22)と、- スタートカートリッジ(8)と、メインカートリッジ(10)と、装置(6)とをつなぐアンモニア循環管路(12)とを備えることを特徴とする、車両用アンモニア貯蔵システム(2)。- at least one start storage cartridge (8) of ammonia in adsorbed form in a start salt; - at least one main storage cartridge (10) of ammonia in an adsorbed form in a main salt; at least one main storage cartridge (10), the ammonia desorption temperature of which is higher than the ammonia desorption temperature of the main salt; - a heater (34) arranged to heat the starter cartridge; and - an ammonia consumption device. (6); - at least one heat transfer fluid circulation line arranged to provide heat exchange between the heat transfer fluid and each of the start cartridge (8), the main cartridge (10) and the device (6); (22); and - an ammonia circulation line (12) connecting a start cartridge (8), a main cartridge (10) and a device (6). ).
Description
本発明は、車両上でのアンモニア貯蔵システムの熱管理に関する。より詳細には、本発明は、車両用アンモニア貯蔵システムおよびそのシステムの熱管理プロセスに関する。 The present invention relates to thermal management of ammonia storage systems on vehicles. More particularly, the present invention relates to a vehicle ammonia storage system and a thermal management process for the system.
アンモニアには、自動車両の車上で果たすことができる幾つかの機能がある。特に普及しているものとして、アンモニアを直接用いて動作する燃料電池または二水素を用いて動作する燃料電池(後者の場合には、電池への供給前にアンモニアをクラッキングする必要あり)におけるエネルギー担体としての利用が挙げられる。さらに、熱機関車両における排気ガスの触媒還元を挙げることもできる。 Ammonia has several functions that can be performed on the vehicle of a motor vehicle. Particularly popular are energy carriers in fuel cells that operate directly with ammonia or with dihydrogen (in the latter case it is necessary to crack the ammonia before supplying it to the cell). It can be used as a. Furthermore, mention may also be made of the catalytic reduction of exhaust gas in heat engine vehicles.
アンモニアを車上で貯蔵するためには、貯蔵カートリッジ内で塩に吸収または吸着された気体の形で貯蔵することが知られている。これはアンモニアの安全な貯蔵法の1つである。その場合、アンモニアを消費できるようにするためには、アンモニアをまず脱着させる必要がある。特許文献1は、請求項8のプリアンブルでアンモニア貯蔵システムを開示している。本発明の説明の文脈では、簡潔のため、吸収および脱着という用語は、それぞれ気体アンモニアの塩への貯蔵と塩からの放出をいうために使用し、その貯蔵が吸収によるものであると、吸着によるものであるもとを問わないことにする。 In order to store ammonia on board a vehicle, it is known to store it in the form of a gas adsorbed or adsorbed on salt in storage cartridges. This is one of the safe storage methods for ammonia. In that case, ammonia must first be desorbed before it can be consumed. Patent Document 1 discloses an ammonia storage system in the preamble of claim 8. In the context of the description of the present invention, for brevity, the terms absorption and desorption will be used to refer to the storage and release of gaseous ammonia into and from the salt, respectively; if the storage is by absorption, then by adsorption. I will not question the origin of this.
アンモニアの脱着反応は吸熱反応であるため、アンモニアの脱着を可能にするためには貯蔵カートリッジを加熱する必要がある。そのため、車両がアンモニアを消費する必要があるときには、伝熱流体を使うなどしてカートリッジを加熱することが知られている。それでも、カートリッジ内のアンモニアの脱着に必要な熱移動の慣性により、アンモニアの脱着が十分迅速に進まない可能性があり、車両の発進時に燃料電池に供給されるものとしてアンモニアが使われる場合などでは、それによって車両の動作に悪影響が及ぶ可能性がある。 Since the ammonia desorption reaction is endothermic, it is necessary to heat the storage cartridge to enable ammonia desorption. Therefore, when a vehicle needs to consume ammonia, it is known to heat the cartridge, such as by using a heat transfer fluid. Still, the inertia of heat transfer required for desorption of ammonia in the cartridge may prevent it from proceeding quickly enough, such as when the ammonia is used as a feed to a fuel cell when the vehicle is started. , which may adversely affect the operation of the vehicle.
本発明は、アンモニアの迅速な脱着を可能にすること、特に車両の発進時に可能にすることによってその問題を解決することをとりわけ目的とする。 The present invention aims inter alia to solve that problem by allowing rapid desorption of ammonia, in particular when starting the vehicle.
そこで、本発明では、車両用アンモニア貯蔵システムにおける熱管理プロセスであって、そのシステムが、
- スタートカートリッジと呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
- メインカートリッジと呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、所与の圧力下でのアンモニア脱着温度はスタート塩の方が高い、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
- 該少なくとも1つのスタートカートリッジを加熱して、スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着させるように配置された加熱器と、
- 燃料電池などからなるアンモニア消費装置と、
- 伝熱流体と、該少なくとも1つのスタートカートリッジ、該少なくとも1つのメインカートリッジおよびアンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも1つの伝熱流体循環ラインと、
- 該少なくとも1つのスタートカートリッジと、該少なくとも1つのメインカートリッジと、アンモニア消費装置とをつなぐアンモニア循環管路と
を備え、熱管理プロセスでは、
- スタート態勢で、加熱器を起動して該少なくとも1つのスタートカートリッジを加熱し、該少なくとも1つのスタートカートリッジに向かう伝熱流体の循環を制限し、伝熱流体をラインに循環させて該少なくとも1つのメインカートリッジを加熱するステップと、
- 供給態勢で、加熱器を停止し、伝熱流体を引き続きラインに循環させて該少なくとも1つのメインカートリッジを加熱し、アンモニアが管路内を該少なくとも1つのスタートカートリッジの方に循環できるようにするステップと
が実行される、熱管理プロセスを企図する。
Therefore, the present invention provides a heat management process in a vehicle ammonia storage system, which system includes:
- at least one ammonia storage cartridge, referred to as a starter cartridge, of ammonia in salt-absorbed form, referred to as a starter salt;
- at least one ammonia storage cartridge, called main cartridge, in which the ammonia desorption temperature under a given pressure is higher for the starting salt, and a storage cartridge for ammonia in salt-absorbed form, called main salt; ,
- a heater arranged to heat the at least one starter cartridge to desorb ammonia stored in the starter salt;
- an ammonia consumption device such as a fuel cell;
- at least one heat transfer fluid circulation line arranged to perform heat transfer between the heat transfer fluid and each of the at least one start cartridge, the at least one main cartridge and the ammonia consumer;
- an ammonia circulation line connecting the at least one start cartridge, the at least one main cartridge and an ammonia consumption device, in the thermal management process:
- in a start configuration, activating a heater to heat the at least one start cartridge, restricting circulation of heat transfer fluid toward the at least one start cartridge, and circulating heat transfer fluid in a line to heat the at least one start cartridge; heating two main cartridges;
- in the feed configuration, the heater is stopped and the heat transfer fluid continues to be circulated in the line to heat the at least one main cartridge, so that ammonia can be circulated in the line towards the at least one starter cartridge; A thermal management process is contemplated in which steps are performed.
そのため、貯蔵システムは、少なくとも1つのスタートカートリッジであって、該少なくとも1つのメインカートリッジがアンモニアの脱着を開始するまでの間、素早くそのスタートカートリッジの加熱を行うことで、消費装置に供給するためのアンモニアの素早い脱着を可能にする加熱器を装備したスタートカートリッジを備える。 Therefore, the storage system includes at least one starter cartridge for supplying the consuming device by quickly heating the starter cartridge until the at least one main cartridge starts desorbing ammonia. Equipped with a starter cartridge equipped with a heater that allows quick removal of ammonia.
供給態勢の間、該少なくとも1つのメインカートリッジから放出されるアンモニアの一部は、該少なくとも1つのスタートカートリッジを満たす役割を果たす。実際、加熱器が停止されると、供給態勢時には所与の圧力下におけるメイン塩のアンモニア脱着温度とスタート塩のアンモニア脱着温度との間の温度にある伝熱流体の循環などによって、該少なくとも1つのスタートカートリッジ内の温度は供給態勢時のスタート塩の脱着温度未満に下がる。すると、該少なくとも1つのスタートカートリッジのスタート塩は該少なくとも1つのメインカートリッジからのアンモニアを吸収することができる。それにより、該少なくとも1つのスタートカートリッジは、車両の次なるスタートのための待機状態となる。 During the feeding configuration, a portion of the ammonia released from the at least one main cartridge serves to fill the at least one starting cartridge. In fact, when the heater is turned off, the at least one part of the at least one The temperature within the two start cartridges drops below the desorption temperature of the start salt when ready for feeding. The starting salt of the at least one starting cartridge can then absorb ammonia from the at least one main cartridge. Thereby, the at least one start cartridge is ready for the next start of the vehicle.
一方、供給態勢の間は、伝熱流体は該少なくとも1つのメインカートリッジを加熱するように、同時に該少なくとも1つのスタートカートリッジを冷却するように構成されるため、スタート態勢時に加熱器から少なくとも1つのスタートカートリッジに与えられた熱量を供給態勢時には伝熱流体によって該少なくとも1つのメインカートリッジに改めて配給することができる。そうすることで、熱管理プロセスのエネルギー収支が最適化される。 Meanwhile, during the feed configuration, the heat transfer fluid is configured to heat the at least one main cartridge and at the same time cool the at least one start cartridge, so that during the start configuration the heat transfer fluid The amount of heat imparted to the starting cartridge can be redistributed to the at least one main cartridge by means of a heat transfer fluid when ready for delivery. By doing so, the energy balance of the thermal management process is optimized.
有利には、該少なくとも1つのスタートカートリッジのアンモニア貯蔵容量は、該少なくとも1つのメインカートリッジのアンモニア貯蔵容量よりも小さい。 Advantageously, the ammonia storage capacity of the at least one start cartridge is smaller than the ammonia storage capacity of the at least one main cartridge.
そのため、該少なくとも1つのスタートカートリッジにおけるアンモニアの脱着はその分だけ加速される。 Therefore, the desorption of ammonia in the at least one start cartridge is accelerated accordingly.
有利には、アンモニア貯蔵システムは、アンモニア循環管路内に圧力センサをさらに備え、圧力センサが、2バールまたは3バールというような所定の閾値を超えるアンモニア圧力を測定したときにスタート態勢から供給態勢への移行が行われる。 Advantageously, the ammonia storage system further comprises a pressure sensor in the ammonia circulation line and switches from the start configuration to the supply configuration when the pressure sensor measures an ammonia pressure above a predetermined threshold, such as 2 bar or 3 bar. The transition will take place.
態勢の切換えは、こうして圧力センサの測定値によって駆動することができ、容易に実装することができる。 The attitude change can thus be driven by pressure sensor measurements and can be easily implemented.
有利には、
- 供給ピーク態勢で、加熱器を起動して該少なくとも1つのスタートカートリッジを加熱し、該少なくとも1つのスタートカートリッジに向かう伝熱流体の循環を制限し、伝熱流体を引き続きラインに循環させて該少なくとも1つのメインカートリッジを加熱するステップ
がさらに実行される。
Advantageously,
- in a supply peak regime, activating a heater to heat the at least one starter cartridge, restricting circulation of heat transfer fluid toward the at least one starter cartridge, and continuing to circulate heat transfer fluid through the line to heat the at least one starter cartridge; A step of heating the at least one main cartridge is further performed.
これにより、本発明は消費装置によるアンモニア消費の瞬間的なピークにも対応することができる。つまり、該少なくとも1つのスタートカートリッジは、車両のスタートのためのバッファとしても、アンモニアを非常に迅速に放出することができる補完的なアンモニアタンクとしても機能する。 This allows the invention to cope with momentary peaks in ammonia consumption by the consumer. That is, the at least one starting cartridge acts both as a buffer for starting the vehicle and as a complementary ammonia tank that can release ammonia very quickly.
有利には、加熱器は誘導加熱器を備える。 Advantageously, the heater comprises an induction heater.
このタイプの加熱器は、該少なくとも1つのスタートカートリッジを素早く加熱するのに適している。 This type of heater is suitable for quickly heating the at least one starter cartridge.
有利には、スタート塩は、塩化マグネシウムもしくは塩化マンガン、または両者の混合物を含む。 Advantageously, the starting salt comprises magnesium chloride or manganese chloride or a mixture of both.
有利には、メイン塩は、塩化カルシウムもしくは塩化ストロンチウム、または両者の混合物を含む。 Advantageously, the main salt comprises calcium chloride or strontium chloride or a mixture of both.
これらの塩は互いに十分に離れた脱着温度を有しており、そのため、該少なくとも1つのスタートカートリッジを冷却する場合でも、該少なくとも1つのメインカートリッジを加熱する場合でも、伝熱流体とそれらのカートリッジとの間の熱移動の効率を高めることができる。 These salts have desorption temperatures well apart from each other so that the heat transfer fluid and their cartridges, whether cooling the at least one starter cartridge or heating the at least one main cartridge, It is possible to increase the efficiency of heat transfer between
本発明の1つの実施形態によれば、供給態勢の間、該少なくとも1つのスタートカートリッジに、所与の圧力下におけるメイン塩のアンモニア脱着温度とスタート塩のアンモニア脱着温度との間の温度にある伝熱流体をさらに循環させて、該少なくとも1つのスタートカートリッジを冷却する。 According to one embodiment of the invention, during the feeding regime, the at least one starting cartridge is at a temperature between the ammonia desorption temperature of the main salt and the ammonia desorption temperature of the starting salt under a given pressure. Heat transfer fluid is further circulated to cool the at least one starter cartridge.
それにより、伝熱流体は、該少なくとも1つのスタートカートリッジが次なるスタートまたは次なる消費ピークのためにアンモニアを吸収できるように行う該少なくとも1つのスタートカートリッジの冷却と、アンモニア消費装置への供給のためにアンモニアを脱着できるように行う該少なくとも1つのメインカートリッジの加熱とを、供給態勢時に同時に行うことができる。そのため、貯蔵システムにおける熱移動の編成を単純化することができ、したがってシステムの構造を、とりわけ伝熱流体の循環ラインを、単純化することができる。さらに、スタート態勢の間に加熱器によって該少なくとも1つのスタートカートリッジに与えられた熱エネルギーが失われないこともわかる。これは、その熱エネルギーが供給態勢の間に伝熱流体の再加熱に役立てられ、その伝熱流体が今度は該少なくとも1つのメインカートリッジの加熱を行うことになるためである。こうして、貯蔵システムのエネルギー消費を最適化することができる。 Thereby, the heat transfer fluid cools the at least one starter cartridge to enable the at least one starter cartridge to absorb ammonia for the next start or next consumption peak, and supplies the ammonia consumer to the at least one starter cartridge. Heating of the at least one main cartridge so as to allow ammonia to be desorbed can be performed at the same time in the delivery configuration. Therefore, the organization of the heat transfer in the storage system can be simplified, and thus the structure of the system, in particular the circulation lines of the heat transfer fluid, can be simplified. Furthermore, it can be seen that the thermal energy imparted to the at least one starting cartridge by the heater during the starting condition is not lost. This is because the thermal energy is utilized to reheat the heat transfer fluid during the dispensing configuration, which heat transfer fluid will in turn provide heating of the at least one main cartridge. In this way, the energy consumption of the storage system can be optimized.
本発明の別の実施形態によれば、アンモニア貯蔵システムは、
- 伝熱流体と該少なくとも1つのスタートカートリッジとの間で熱量交換を行えるように配置された第1の伝熱流体循環ラインと、
- 伝熱流体と、該少なくとも1つのメインカートリッジおよびアンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された第2の伝熱流体循環ラインと
を備え、
アンモニア貯蔵システムは、第1のラインの伝熱流体と第2のラインの伝熱流体との間の熱量交換を、好ましくは2つのラインの伝熱流体が混ざり合うことなく行えるように配置された熱交換器をさらに備える。
According to another embodiment of the invention, the ammonia storage system comprises:
- a first heat transfer fluid circulation line arranged for heat transfer between the heat transfer fluid and the at least one starter cartridge;
- a second heat transfer fluid circulation line arranged to exchange heat between the heat transfer fluid and each of the at least one main cartridge and the ammonia consuming device;
The ammonia storage system is arranged to allow exchange of heat between the heat transfer fluid in the first line and the heat transfer fluid in the second line, preferably without intermixing of the heat transfer fluids in the two lines. It further includes a heat exchanger.
そのため、本発明は、該少なくとも1つのスタートカートリッジと該少なくとも1つのメインカートリッジの個別の熱管理を、熱交換器によって熱エネルギーの損失を防ぎながら行うことができる。さらに、スタート態勢の間に加熱器によって該少なくとも1つのスタートカートリッジに与えられた熱エネルギーが失われないこともわかる。これは、その熱エネルギーが供給態勢の間に第1のラインの伝熱流体の再加熱に役立てられ、その伝熱流体が今度は熱交換器によって第2のラインの伝熱流体を加熱し、該少なくとも1つのメインカートリッジを間接的に加熱することになるためである。こうして、貯蔵システムのエネルギー消費を最適化することができる。 Therefore, the present invention allows separate thermal management of the at least one start cartridge and the at least one main cartridge while preventing loss of thermal energy by means of a heat exchanger. Furthermore, it can be seen that the thermal energy imparted to the at least one starting cartridge by the heater during the starting condition is not lost. This means that the thermal energy is utilized to reheat the heat transfer fluid in the first line during the delivery regime, which heat transfer fluid in turn heats the heat transfer fluid in the second line by the heat exchanger; This is because the at least one main cartridge will be heated indirectly. In this way, the energy consumption of the storage system can be optimized.
有利には、本プロセスは車両上で実行される。 Advantageously, the process is performed on a vehicle.
本発明では、
- スタートカートリッジと呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
- メインカートリッジと呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、所与の圧力下でのアンモニア脱着温度はスタート塩の方が高い、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
- 該少なくとも1つのスタートカートリッジを加熱して、スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着するように配置された加熱器と、
- アンモニア消費装置と、
- 伝熱流体と、該少なくとも1つのスタートカートリッジ、該少なくとも1つのメインカートリッジおよびアンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも1つの伝熱流体循環ラインと、
- 該少なくとも1つのスタートカートリッジと、該少なくとも1つのメインカートリッジと、アンモニア消費装置とをつなぐアンモニア循環管路と
を備える車両用アンモニア貯蔵システムも企図する。
In the present invention,
- at least one ammonia storage cartridge, referred to as a starter cartridge, of ammonia in salt-absorbed form, referred to as a starter salt;
- at least one ammonia storage cartridge, called main cartridge, in which the ammonia desorption temperature under a given pressure is higher for the starting salt, and a storage cartridge for ammonia in salt-absorbed form, called main salt; ,
- a heater arranged to heat the at least one starter cartridge to desorb ammonia stored in the starter salt;
- an ammonia consumption device;
- at least one heat transfer fluid circulation line arranged to perform heat transfer between the heat transfer fluid and each of the at least one start cartridge, the at least one main cartridge and the ammonia consumer;
- An ammonia storage system for a vehicle is also contemplated, comprising an ammonia circulation line connecting the at least one starter cartridge, the at least one main cartridge and an ammonia consumption device.
有利には、貯蔵システムは、上に説明したような熱管理プロセスを実行するように配置された制御ユニットをさらに備える。 Advantageously, the storage system further comprises a control unit arranged to carry out a thermal management process as described above.
本発明の1つの実施形態によれば、加熱器は、導体材料、好ましくは強磁性体材料で製作されたパイプを含み、そのパイプは、
- 誘導によって加熱され、
- 伝熱流体循環ラインの一区間を形成する
ように構成される。
According to one embodiment of the invention, the heater comprises a pipe made of a conductive material, preferably a ferromagnetic material, the pipe comprising:
- heated by induction,
- configured to form a section of a heat transfer fluid circulation line;
好ましくは、該少なくとも1つのスタートカートリッジの容器、つまりジャケットを形成する該少なくとも1つのスタートカートリッジの外側部分は、誘導加熱されることのない、プラスチックなどの材料で製作される。 Preferably, the outer part of the at least one starter cartridge forming the container or jacket of the at least one starter cartridge is made of a material, such as plastic, which is not subject to induction heating.
本発明によれば、上に説明したようなアンモニア貯蔵システムを備える自動車両も企図される。 According to the present invention, a motor vehicle comprising an ammonia storage system as described above is also contemplated.
ここからは、本発明について、添付の図面を参照しながら例としてのみ行う以下の説明を通して紹介する。 The invention will now be introduced through the following description, given by way of example only and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.
図1に本発明の第1の実施形態による車両4用のアンモニア貯蔵システム2を示した。 FIG. 1 shows an ammonia storage system 2 for a vehicle 4 according to a first embodiment of the invention.
アンモニア貯蔵システム2はアンモニア消費装置6を備える。アンモニア消費装置6とは、動作のためにアンモニアの供給を受ける必要のある車両4の装置である。それは、アンモニア型燃料電池であることも、アンモニアをクラッキングして二水素を含む気体混合物に変えるように構成されたクラッキングモジュールを備える水素型燃料電池であることもできる。また、車両の排気ガスの触媒還元装置であることもできる。こうした様々なタイプのアンモニア消費装置は既知のものであり、この先これ以上説明することはしない。 The ammonia storage system 2 comprises an ammonia consumption device 6. Ammonia consumption device 6 is a device of vehicle 4 that needs to be supplied with ammonia for operation. It can be an ammonia-type fuel cell or a hydrogen-type fuel cell with a cracking module configured to crack ammonia into a gas mixture comprising dihydrogen. It can also be a catalytic reduction device for vehicle exhaust gas. These various types of ammonia consuming devices are known and will not be described further.
アンモニア貯蔵システム2は、スタートカートリッジ8と呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジを備える。アンモニア貯蔵システム2は、ここでは1つのみのスタートカートリッジ8を備えるが、アンモニア貯蔵システムが2つまたはそれ以上というように複数のスタートカートリッジを備えることを企図することができる。スタートカートリッジ8は、気体の形でのアンモニアの貯蔵を可能にする。そのため、スタートカートリッジ8はスタート塩を含んだマトリックスを備え、アンモニアはそのスタート塩に吸収される。ここでは、スタート塩は、塩化マグネシウムもしくは塩化マンガン、または両者の混合物を含む。 The ammonia storage system 2 comprises at least one ammonia storage cartridge, referred to as a starter cartridge 8, of ammonia in salt-absorbed form, referred to as a starter salt. Although the ammonia storage system 2 here comprises only one starting cartridge 8, it can be envisaged that the ammonia storage system comprises a plurality of starting cartridges, such as two or more. The starter cartridge 8 allows storage of ammonia in gaseous form. For this purpose, the starting cartridge 8 is provided with a matrix containing a starting salt, into which the ammonia is absorbed. Here, the starting salt comprises magnesium chloride or manganese chloride, or a mixture of both.
アンモニア貯蔵システム2は、メインカートリッジ10と呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジを備える。アンモニア貯蔵システム2は、ここでは2つのメインカートリッジ10を備えるが、アンモニア貯蔵システムがそれ以上の数のメインカートリッジを備えることを企図することができる。メインカートリッジ10は、気体の状態でのアンモニアの貯蔵を可能にする。そのため、メインカートリッジ10は、メイン塩を含んだマトリックスをそれぞれ備え、アンモニアはそのメイン塩に吸収される。ここでは、メイン塩は、塩化カルシウムもしくは塩化ストロンチウム、または両者の混合物を含む。スタート塩は、2バールまたは3バールなどの所与の圧力下で、メイン塩のアンモニア脱着温度Tpよりも高いアンモニア脱着温度Tdをもつ。この性質のメリットについては後述する。
The ammonia storage system 2 comprises at least one ammonia storage cartridge, called
アンモニア貯蔵システム2は、スタートカートリッジ8と、メインカートリッジ10と、アンモニア消費装置6とをつなぐアンモニア循環管路12を備える。アンモニア循環管路12は、スタートカートリッジ8およびメインカートリッジ10から放出されたアンモニアをアンモニア消費装置6へと導くことができる。
The ammonia storage system 2 includes an
アンモニア循環管路12は、カートリッジ8、10からアンモニア消費装置6に向けて送り出されるアンモニアの量を計ることができる定量計量ユニット14を備える。アンモニア循環管路12は、アンモニア循環管路12内のアンモニアの圧力を測定することができる圧力センサ16をさらに備える。
The
アンモニア循環管路12は、スタートカートリッジ8のアンモニア出口に電気制御可能に構成されたオンオフ弁18aを備える。オンオフ弁18aは、弁を通して両方向のアンモニアの流通を可能にする開位置と、弁を通して両方向のアンモニアの流通を妨げる閉位置とを占めることができる。
The
アンモニア循環管路12は、各々のメインカートリッジ10のアンモニア出口に受動弁20を備える。「受動」とは、そのバルブがエネルギー供給を受けることも、そのために設けられた機器による制御を受けることもなしに動作することをいう。各々の受動弁20は、それぞれが接続されているメインカートリッジ10にアンモニア循環管路12内のアンモニアが入り込むのを阻止するように構成される。各々の受動弁20は、それぞれが接続されているメインカートリッジ10内のアンモニア圧力が十分に高いときには、そのメインカートリッジ10のアンモニアがアンモニア循環管路12に向けて流通するのを許可するように構成される。
The
アンモニア貯蔵システム2は、伝熱流体と、スタートカートリッジ8、メインカートリッジ10およびアンモニア消費装置6のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された伝熱流体循環ライン22を備える。図1では、循環ライン22内の伝熱流体の循環方向が矢印で示されている。
Ammonia storage system 2 includes a heat transfer
伝熱流体循環ライン22は、4つの区間を画定する四方弁24を有する。第1の区間26は、アンモニア消費装置6の伝熱流体出口に対応する。第2の区間28は、スタートカートリッジ8の伝熱流体入口に対応する。第3の区間30は、メインカートリッジ10の伝熱流体入口に対応する。第3の区間30は、各々のメインカートリッジ10について、電気制御可能に構成されたオンオフ弁18bを備える。第3の区間30は、スタートカートリッジ8の伝熱流体出口からも供給を受ける。第4の区間32は、アンモニア消費装置6の伝熱流体入口に対応する。第4の区間32は、メインカートリッジ10の伝熱流体出口からさらに供給を受ける。
Heat transfer
図2は、アンモニア貯蔵システム2におけるスタートカートリッジ8の配置を示している。この図に示すように、アンモニア貯蔵システム2は、スタートカートリッジ8を加熱して、スタート塩に貯蔵されているアンモニアを脱着するように構成された加熱器34を備える。ここでは、加熱器34は誘導式の加熱器である。加熱器は、導体材料、ここでは強磁性体材料で製作されたパイプ36であって、交流電源38に接続されたパイプ36を備える。パイプ36はスタートカートリッジ8の周りにコイル状に巻き付けられる。パイプ36をおのずと明らかな形で誘導加熱によって加熱することにより、スタートカートリッジ8も加熱される。スタートカートリッジ8の外側ジャケットは、誘導加熱が起こらないようにプラスチックで製作される。パイプ36は、誘導加熱が停止されたときにパイプ36が冷却されるように構成された冷却流体の供給源に連結される。
FIG. 2 shows the arrangement of the starter cartridge 8 in the ammonia storage system 2. As shown in this figure, the ammonia storage system 2 includes a
本発明の1つの具体的実施形態によれば、パイプ36は、伝熱流体循環ライン22に接続されて伝熱流体循環ライン22の1つの区間を形成する。その場合、パイプ36は、誘導による熱源を形成するとともに、伝熱流体循環ライン22の一区間として熱交換器を形成することにもなる。つまり、加熱器34は、スタートカートリッジ8に熱量を与えるとともに、スタートカートリッジ8の熱量を吸収することもできる。これは、アンモニア貯蔵システム2の構成要素数の低減に資するものであり、それはまた、設計を容易にし、製造コストを抑制することにつながる。
According to one specific embodiment of the invention, the
アンモニア貯蔵システム2は、アンモニア貯蔵システム2の各要素の動作、とりわけ定量計量ユニット14、オンオフ弁18a、18bおよび加熱器34の動作を制御するように構成された制御ユニット40を備える。
The ammonia storage system 2 comprises a
ここからは、車両4上で制御ユニット40によって実行されるアンモニア貯蔵システム2の熱管理プロセスについて説明する。
The thermal management process of the ammonia storage system 2 carried out by the
車両4は、初めは停止状態にあるものと仮定する。車両が始動するとき、プロセスはスタート態勢から始まる。 It is assumed that the vehicle 4 is initially in a stopped state. When a vehicle is started, the process begins with a starting position.
スタート態勢では、加熱器34が起動され、スタートカートリッジ8と、アンモニアを吸収したスタート塩とが加熱される。この加熱の間、スタートカートリッジ8に向かう伝熱流体の循環は制限されて、スタートカートリッジ8が無用に冷却されることがないようにする。加熱により、スタート塩はアンモニア脱着温度Tdに至る。すると、スタート塩からのアンモニアの脱着が始まる。スタート態勢時には、オンオフ弁18aは開放され、スタート塩から脱着されたアンモニアは、それによってスタートカートリッジ8を出て、アンモニア循環管路12に供給され得る。定量計量ユニット14によってアンモニアが計量され、アンモニア消費装置6に提供される。
In the start mode, the
スタート態勢の間、オンオフ弁18bは開かれ、伝熱流体が循環ライン22内に循環されてメインカートリッジ10を加熱する。初めは伝熱流体の温度は低いが、装置6がアンモニアを消費するにつれてこれが熱を放出し、その熱は伝熱流体によって吸収されて伝熱流体の温度が上がる。この条件では、伝熱流体は、加熱器34がスタートカートリッジ8を加熱するよりもゆっくりとメインカートリッジ10を加熱し、そのため、アンモニアはまずはスタートカートリッジ8から脱着する。
During the start condition, on-off
スタート態勢の間、伝熱流体はメインカートリッジ10の加熱を続け、メインカートリッジ10のメイン塩はそのアンモニア脱着温度Tpへと至る。すると、スタート塩からのアンモニアの脱着が始まる。この脱着されたアンモニアは、メインカートリッジ10を出て、受動弁20を通ってアンモニア循環管路12に供給され、それによってアンモニア循環管路12内のアンモニア圧力が上昇する。
During the start condition, the heat transfer fluid continues to heat the
スタート態勢の間、装置6は、主にスタートカートリッジ8からアンモニアの供給を受ける。 During the start condition, the device 6 is supplied with ammonia primarily from the start cartridge 8 .
圧力センサ16が、2バールまたは3バールというような所定の閾値を超えるアンモニア圧力を測定すると、スタート態勢から供給態勢に移行する。
When the
供給態勢の間は、加熱器34は停止され、伝熱流体がスタートカートリッジ8に向けて循環される。そのとき、伝熱流体の温度Tfは、メイン塩のアンモニア脱着温度Tpとスタート塩のアンモニア脱着温度Tdとの間にある。そのため、伝熱流体はスタートカートリッジ8を冷却することができ、それによってスタート塩はアンモニアの脱着を終える。したがって、スタート塩が、メイン塩のアンモニア脱着温度Tpよりも高いアンモニア脱着温度Tdをもつことは、同時にスタートカートリッジ8とメインカートリッジ10を同じ伝熱流体で冷却することを可能にするものであることがわかる。
During the feed configuration,
供給態勢では、オンオフ弁18aを開放状態に保って、メインカートリッジ10からのアンモニアがスタートカートリッジ8を満たすことができるようにする。伝熱流体によるスタート塩の温度低下によってスタート塩によるアンモニアの吸収が可能になる。スタートカートリッジ8が十分にアンモニアを吸収したところでオンオフ弁18aを閉ざす。それにより、スタートカートリッジ8は、車両4の次なるスタートなどのためのアンモニア放出に備えることができる。
In the feed configuration, the on-off
供給態勢では、伝熱流体を循環ライン22に循環させ続けることによってメインカートリッジ10を加熱して、装置6が必要とする限りメインカートリッジ10がアンモニアを放出し続けるようにする。この管理の制御は制御ユニット40および定量計量ユニット14によって行われる。
In the feed configuration, the
供給態勢の間は、装置6は、主としてメインカートリッジ10によってアンモニアの供給を受ける。
During the feeding configuration, the device 6 is primarily supplied with ammonia by the
装置6にアンモニア消費のピークがある場合には供給ピーク態勢が実行されるが、その場合には、加熱器34を起動して、供給態勢の間にアンモニアが改めて充填されたスタートカートリッジ8を加熱する。この加熱の間、スタートカートリッジ8に向かう伝熱流体の循環は制限されて、スタートカートリッジ8が無用に冷却されることがないようにする。加熱により、スタート塩はアンモニア脱着温度Tdに至る。すると、スタート塩からのアンモニアの脱着が始まる。供給ピーク態勢時には、オンオフ弁18aは開放され、スタート塩から脱着されたアンモニアは、それによってスタートカートリッジ8を出て、アンモニア循環管路12に供給され得る。定量計量ユニット14によってアンモニアが計量され、アンモニア消費装置6に提供される。供給ピーク態勢の間、メインカートリッジ10は、供給態勢の間と同じように伝熱流体によって加熱される。そのため、供給ピーク態勢の間は、装置6は、スタートカートリッジ8からもメインカートリッジ10からもアンモニアの供給を受ける。
If there is a peak of ammonia consumption in the device 6, the feed peak mode is carried out, in which case the
図3に、本発明の第2の実施形態によるアンモニア貯蔵システム2’を示した。 FIG. 3 shows an ammonia storage system 2' according to a second embodiment of the invention.
アンモニア貯蔵システム2’は、伝熱流体循環ライン22が、伝熱流体とスタートカートリッジ8との間で熱量交換が可能となるように配置された第1の伝熱流体循環ライン22aを備え、さらに、伝熱流体と、メインカートリッジ10およびアンモニア消費装置6のそれぞれとの間で熱量交換が可能となるように配置された第2の伝熱流体循環ライン22bを備える点で、第1の実施形態のアンモニア貯蔵システムとは異なる。第1のライン22aにおける伝熱流体の循環は、ポンプ42によって行われる。アンモニア貯蔵システム2’は、第1のライン22aの伝熱流体と第2のライン22bの伝熱流体との間の熱量交換を、2つのライン22a、22bの伝熱流体が混ざり合うことなく行えるように構成された熱交換器44をさらに備える。
The ammonia storage system 2' includes a first heat transfer
アンモニア貯蔵システム2’は、第1の実施形態のアンモニア貯蔵システムの四方弁に代えて三方弁25を備える。実際、第2のポートは熱交換器44に置き換えられている。残る3つのポートは、第1の実施形態と同じように構成されている。 The ammonia storage system 2' includes a three-way valve 25 instead of the four-way valve of the ammonia storage system of the first embodiment. In fact, the second port has been replaced by a heat exchanger 44. The remaining three ports are configured in the same way as in the first embodiment.
アンモニア貯蔵システム2’は、第1の実施形態のものと同様のアンモニア貯蔵システム2’の熱管理プロセスを実行するように構成された制御ユニット40を備える。
The ammonia storage system 2' comprises a
本発明は、紹介した実施形態だけに限定されるものではなく、当業者にはそれ以外の実施形態もおのずと明らかとなろう。 The invention is not limited to the embodiments introduced, but other embodiments will be obvious to those skilled in the art.
とりわけ、伝熱流体の温度Tfが供給態勢におけるメイン塩のアンモニア脱着温度Tpとスタート塩のアンモニア脱着温度Tdとの間にあることを確認するために、伝熱流体循環ライン内に温度センサを設けることを企図することができる。 In particular, a temperature is set in the heat transfer fluid circulation line to ensure that the temperature T f of the heat transfer fluid is between the ammonia desorption temperature T p of the main salt in the feed configuration and the ammonia desorption temperature T d of the starting salt. It can be envisaged to provide a sensor.
それぞれの実施形態において、スタート態勢から供給態勢への移行のタイミングを判断するためのものとして、圧力センサ以外の手段を用いることができよう。たとえば、スタート態勢から供給態勢への移行を行うタイミングを判断するための基準として、アンモニア貯蔵システムのデータについてあらかじめ策定されたアバカス(abaque)を用いることができる。より一般的には、スタート態勢から供給態勢への移行を行うタイミングを判断するためには、アンモニア循環管路内のアンモニアの量を直接または間接的に測定することができるあらゆる手段または方法が適当である。 In each embodiment, means other than a pressure sensor could be used to determine the timing of transition from start to feed configuration. For example, a predefined abaque of ammonia storage system data can be used as a criterion for determining when to transition from start to feed. More generally, in order to determine when to make the transition from the start condition to the feed condition, any means or method that can directly or indirectly measure the amount of ammonia in the ammonia circulation line is suitable. It is.
2、2’ アンモニア貯蔵システム
4 車両
6 アンモニア消費装置
8 スタートカートリッジ
10 メインカートリッジ
12 アンモニア循環管路
14 定量計量ユニット
16 圧力センサ
18a、18b オンオフ弁
20 受動弁
22 伝熱流体循環ライン
22a 第1の伝熱流体循環ライン
22b 第2の伝熱流体循環ライン
24 四方弁
25 三方弁
26 第1の区間
28 第2の区間
30 第3の区間
32 第4の区間
34 加熱器
36 パイプ
38 交流電源
40 制御ユニット
42 ポンプ
44 熱交換器
2, 2' Ammonia storage system 4 Vehicle 6 Ammonia consumption device 8
Claims (11)
- スタートカートリッジ(8)と呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
- メインカートリッジ(10)と呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、所与の圧力下でのアンモニア脱着温度は前記スタート塩の方が高い、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
- 前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)を加熱して、前記スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着させるように配置された加熱器(34)と、
- アンモニア消費装置(6)と、
- 伝熱流体と、前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)、前記少なくとも1つのメインカートリッジ(10)および前記アンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも1つの伝熱流体循環ライン(22)と、
- 前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)と、前記少なくとも1つのメインカートリッジ(10)と、前記アンモニア消費装置(6)とをつなぐアンモニア循環管路(12)と
を備え、前記熱管理プロセスでは、
- スタート態勢で、前記加熱器(34)を起動して前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)を加熱し、前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)に向かう伝熱流体の循環を制限し、前記伝熱流体を前記ライン(22)に循環させて前記少なくとも1つのメインカートリッジ(10)を加熱するステップと、
- 供給態勢で、前記加熱器(34)を停止し、前記伝熱流体を引き続き前記ライン(22)に循環させて前記少なくとも1つのメインカートリッジ(10)を加熱し、アンモニアが前記管路(12)内を前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)の方に循環できるようにするステップと
が実行される、熱管理プロセス。 A thermal management process in a vehicle ammonia storage system (2, 2'), said system comprising:
- at least one ammonia storage cartridge, referred to as a starter cartridge (8), of ammonia in salt-absorbed form, referred to as a starter salt;
- at least one ammonia storage cartridge, called main cartridge (10), containing ammonia in the form absorbed in a salt, called main salt, in which the ammonia desorption temperature under a given pressure is higher for said starting salt; a storage cartridge;
- a heater (34) arranged to heat said at least one starting cartridge (8) to desorb ammonia stored in said starting salt;
- an ammonia consumption device (6);
- at least one heat transfer device arranged to allow an exchange of heat between a heat transfer fluid and each of said at least one start cartridge (8), said at least one main cartridge (10) and said ammonia consuming device; a fluid circulation line (22);
- an ammonia circulation line (12) connecting said at least one start cartridge (8), said at least one main cartridge (10) and said ammonia consumption device (6), said thermal management process comprising:
- in a starting configuration, activating said heater (34) to heat said at least one starting cartridge (8) and restricting circulation of heat transfer fluid towards said at least one starting cartridge (8); circulating a thermal fluid through the line (22) to heat the at least one main cartridge (10);
- in the supply mode, the heater (34) is stopped and the heat transfer fluid continues to circulate in the line (22) to heat the at least one main cartridge (10), and ammonia is in the line (12); ) to the at least one start cartridge (8).
が実行される、請求項1または2に記載の熱管理プロセス。 - activating the heater (34) to heat the at least one starting cartridge (8) and restricting circulation of the heat transfer fluid towards the at least one starting cartridge (8) in a supply peak regime; Thermal management process according to claim 1 or 2, wherein the step of continuously circulating the heat transfer fluid through the line (22) to heat the at least one main cartridge (10) is carried out.
- 前記伝熱流体と前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)との間で熱量交換を行えるように配置された第1の伝熱流体循環ライン(22a)と、
- 前記伝熱流体と、前記少なくとも1つのメインカートリッジ(10)および前記アンモニア消費装置(6)のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された第2の伝熱流体循環ライン(22b)と
を備え、
前記アンモニア貯蔵システム(2’)が、前記第1のライン(22a)の前記伝熱流体と前記第2のライン(22b)の前記伝熱流体との間の熱量交換を、好ましくは2つのラインの前記伝熱流体が混ざり合うことなく行えるように配置された熱交換器(44)をさらに備える、
請求項1から4のいずれか一項に記載の熱管理プロセス。 The ammonia storage system (2') comprises:
- a first heat transfer fluid circulation line (22a) arranged to allow an exchange of heat between the heat transfer fluid and the at least one starter cartridge (8);
- a second heat transfer fluid circulation line (22b) arranged to allow exchange of heat between said heat transfer fluid and each of said at least one main cartridge (10) and said ammonia consuming device (6); and
The ammonia storage system (2') facilitates the exchange of heat between the heat transfer fluid in the first line (22a) and the heat transfer fluid in the second line (22b), preferably in two lines. further comprising a heat exchanger (44) arranged to allow said heat transfer fluids to do so without intermixing;
Thermal management process according to any one of claims 1 to 4.
- メインカートリッジ(10)と呼ぶ少なくとも1つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
- 前記少なくとも1つのスタートカートリッジを加熱して前記スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着するように配置された加熱器(34)と、
- アンモニア消費装置(6)と、
- 前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)と、前記少なくとも1つのメインカートリッジ(10)と、前記アンモニア消費装置(6)とをつなぐアンモニア循環管路(12)と
を備えることを特徴とし、
- 伝熱流体と、前記少なくとも1つのスタートカートリッジ(8)、前記少なくとも1つのメインカートリッジ(10)および前記アンモニア消費装置(6)のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも1つの伝熱流体循環ライン(22)をさらに備えること、ならびに
前記スタート塩が、所与の圧力下で、前記メイン塩のアンモニア脱着温度よりも高いアンモニア脱着温度をもつこと
を特徴とする、車両用アンモニア貯蔵システム(2、2’)。 - at least one ammonia storage cartridge, referred to as a starter cartridge (8), of ammonia in salt-absorbed form, referred to as a starter salt;
- at least one ammonia storage cartridge, called main cartridge (10), of ammonia in salt-absorbed form, called main salt;
- a heater (34) arranged to heat the at least one starter cartridge to desorb ammonia stored in the starter salt;
- an ammonia consumption device (6);
- characterized in that it comprises an ammonia circulation line (12) connecting said at least one start cartridge (8), said at least one main cartridge (10) and said ammonia consumption device (6),
- at least one arranged for heat exchange between a heat transfer fluid and each of said at least one start cartridge (8), said at least one main cartridge (10) and said ammonia consumer (6); for a vehicle, further comprising two heat transfer fluid circulation lines (22), and characterized in that the starting salt has an ammonia desorption temperature higher than the ammonia desorption temperature of the main salt under a given pressure. Ammonia storage system (2, 2').
- 誘導によって加熱され、
- 前記伝熱流体循環ライン(22)の一区間を形成する
ように構成されている、請求項8または9に記載のアンモニア貯蔵システム(2)。 Said heater (34) comprises a pipe (36) made of a conductive material, preferably a ferromagnetic material, said pipe (36) comprising:
- heated by induction,
- Ammonia storage system (2) according to claim 8 or 9, configured to form a section of the heat transfer fluid circulation line (22).
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