[发明专利]用于给吸附储存器充装气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于给吸附储存器充装气体的方法，其中至少一种气 体吸附介质配置在至少一个容器内，该方法包括最后步骤，其中以最大进 给速率进给全部要充装到吸附储存器中的气体的量的最后部分，将所述进 给速率定义为单位时间充装到吸附储存器中的气体的量，并且其中全部要 充装到吸附储存器中的气体的量的最后部分与要储存的气体的总重量按气 体的重量计相差至少30％到100％之间，尤其是相差至少50％到100％之 间。本发明还涉及一种包括用于实施所述充装方法的控制系统的吸附储存 器和一种包括所述吸附储存器的车辆。

背景技术

由于油资源的日益短缺，越来越多地对将诸如甲烷、乙醇或氢的非常 规燃料用于运转内燃发动机或燃料电池进行研究。为此，车辆包括用于保 持燃料储备的储存容器。对于静止和移动应用中的气体储存而言，气体被 储存在通常称为压缩天然气(CNG)技术的压力容器中或通常称为吸附天然 气(ANG)技术的吸附储存器中。吸附储存器也称为ANG罐。

ANG具有替代诸如车辆的移动储存应用中的压缩天然气CNG的潜 力。尽管已对ANG进行了大量的研究工作，但很少有研究评估吸附热对 系统性能的影响。进而，在ANG应用中，诸如活性碳的微粉末固体被填 塞在容器中以增加储存密度，从而以相同容量实现较低压力的运转。吸附 是一种放热过程。任何吸附或解吸都伴随着ANG储存系统中的温度变化。 吸附热对充装周期和释放周期两者期间的性能有不利的影响。在充装周期 期间会发生高达80℃的升温。充装周期通常将在至少用于移动应用的燃料 站中执行，其中可除去释放的吸附热。与充装周期相反，释放速率由该应 用的能量需求决定。充装时间不能大幅变动以缓和ANG储存容器的使用 期间的冷却的影响。

吸附储存器尤其包括具有大的内表面积的吸附介质，气体被吸附在所 述吸附介质上。气体通过在吸附介质上的吸附而被储存在吸附介质的各个 颗粒之间的腔中和容器的未被充装以吸附介质的各部分中。充装后的吸附 储存器可以在加压和未加压的情况下操作。合适的容器的选择取决于所施 加的最大压力。储存压力越高，则单位体积可储存的气体越多。

吸附描述了气态或液态流体的原子或分子在固体材料的表面上的附 着，所述固体材料出于本发明的目的被称为吸附介质。用语如吸附剂、吸 着剂和吸附介质同样被已知用于所述固体材料的命名。由吸附气体或液体 的质量与吸附介质的质量的比率限定的吸附介质的吸附能力在很大程度上 取决于温度并且随着温度升高而下降。为了最大限度地利用储存空间，必 须考虑充装过程中在吸附介质中建立的温度曲线。此外，高效的吸附允许 缩短的充装时间，因为可在更短的时间内储存等量气体。因此，当可用的 充装时间有限时，可增加最大储气量。在给吸附储存器充装气体期间，两 个来源与容器中的升温有关。这些来源是归因于气体的压缩的热和由于放 热吸附而释放的热。所产生的热直接取决于吸附气体的量。被吸附在吸附 介质上的气体越多，释放的热就越多。而且，随着吸附介质上的气体吸附 量增加，定义为单位时间的气体吸附量的吸附速率下降。

此外，解吸是一种吸热过程并且在从吸附储存器取气时必须供热。因 此，当使用吸附储存器时，热管理非常重要。

移动应用中的吸附储存器的一个关键方面是例如车辆上可获得的有限 空间。因此，追求吸附储存器中的高能量密度以使车辆在仅一次加注中可 获得的燃料量最大化。

DE102009030155公开了一种基于纳米结构碳和金属有机框架材料 (MOF)的非加压氢储存器。储氢量在盒(cartridge)内被量化。

WO2009/071436A1涉及一种用于将气态碳氢化合物储存在吸附储器 中的方法。储存的碳氢化合物的温度在吸附储器的充装条件下低于常温且 高于碳氢化合物的蒸发温度。描述了一种用于储存气态碳氢化合物的装置， 该装置包括与周围隔离的吸附储器。该吸附储器包含沸石、活性碳或金属 有机框架材料化合物。

DE102009000508描述了一种配备有冷却套的吸附储存器。此方案解 决了充装和释放过程的温度依存性以最大限度地利用储存空间。

DE102008043927公开了一种用于储存气体的设备和一种用于从吸附 储存器释放气体的方法，其中气体在恒定温度下被提取且此后被压缩至一 定工作压力。该方法允许在气体不发生耗能的发热的情况下完全清空储存 容器。