车辆用气体燃料存储系统技术方案

用于可逆地存储和释放比如氢气这样的气体的存储系统包括存储元件，每个存储元件都具有存储容积、气密性壳体以及至少一个非流体激活元件或激活层，其中，存储容积具有用于可逆地吸附或物理吸附气体的比如金属有机骨架(MOF)这样的存储材料，气密性壳体包围存储容积且具有与存储容积流体传导连通的气体入口/出口，非流体激活元件或激活层配置成当处于激活状态时释放存储在MOF中的气体和/或相对于未激活状态增加释放速率。激活元件或激活层可以包围和/或穿透存储材料。激活元件可以由相关联的控制装置控制以进入激活状态。关联的控制装置控制以进入激活状态。关联的控制装置控制以进入激活状态。

【技术实现步骤摘要】
车辆用气体燃料存储系统


[0001]本专利技术涉及用于可逆地存储和释放比如氢气这样的气体的机动车辆的存储系统，该气体用于操作车辆的推进装置。

技术介绍

[0002]对于氢气的存储，已知的做法是提供高压罐作为存储元件，氢气以比如≥500bar这样的非常高的压力存储在该高压罐中，以便一次充填为车辆的所需行驶里程提供足够的燃料。然而，提供这种高压氢气罐是非常复杂的，因为要求罐能承受在不同工作状况下的高工作压力。这样的高压存储装置具有非常大的结构体积，意味着在车辆中进行节省空间的配置通常是不可能的并且，例如，比如行李箱这样的其他操作空间必须相应地做得更小。此外，这样的存储装置通常需要冷却以便能够存储液化状态下的氢气，并且这需要非常复杂的结构和附加能量。
[0003]因此，存储系统已经提出用于将比如氢气这样的气体存储在存储材料中以降低存储系统的工作压力和冷却需求，同时为长的车辆行驶里程存储相对大量的气体，这样的系统的示例是金属氢化物存储系统或基于金属有机骨架(MOF)结构的存储系统。例如在文件US 8,426,624和US 2014/0213832 A1以及在文件EP 3 381 924 B1中描述这样的MOF材料。然而，使用这些存储材料具有相对于使用比如氢气这样的液化气体释放较慢的劣势。因此存储系统通常不能对变化的车辆工作状况快速地作出反应—例如如果必须在短时间内提供相对大量的比如氢气这样的工作气体以在不同的工作状况下提供所需的性能。
[0004]此外，对比如机动车辆这样的设备的情况下使用通用存储系统有要求，在此情况下比如机动车辆这样的设备的现有操作手段必须从比如汽油和柴油发动机这样的内燃发动机转换到比如具有(尤其与燃料电池结合)电动马达的设备的操作这样的替代推进设计。然而，例如，将大容量罐安装到比如机动车辆这样的设备中通常需要在设备内部进行复杂的结构变化以便能够集成这样的存储系统—例如，通常需要对机动车辆内部的结构进行改变。
[0005]此外，通常对存储系统施加要求：在部分排放或完全排放之后，系统可以快速地再充填存储的气体，更特别地充填到最大储气量。

技术实现思路

[0006]根据本公开的一个或多个实施例，存储系统具有非流体材料的激活元件或激活层，该激活元件或激活层配置成使得在其激活状态下存储元件(更特别地存储材料)释放存储在其中的气体和/或将气体释放到相对于非激活状态的增加的程度，在此情况下激活元件或激活层至少部分地包围和/或穿透存储材料。当连接到存储系统的消耗装置从存储系统要求—例如输送—气体时，增加的释放特别地可以是气体从存储元件和/或从存储材料的释放。因此通过激活元件或激活层的激活进行存储气体的该释放。激活元件或激活层可以配置成使得其可以转换成具有不同激活程度的多种激活状态。随着激活元件或激活层的
更高激活，存储的气体释放得更多。
[0007]激活元件或激活层可以通过3D(三维)打印制成，允许激活元件或激活层在其设计和功能上以特别的精度并且相对于几何形状进行调整，在适当的时候，甚至小的存储或壳体容积。
[0008]激活元件可以配置为激活层，该激活层可以提供增加的气体释放速率。激活层可以凭借其表面范围通过其表面或基于体积的范围提供特别有效的存储元件或存储材料的激活。激活层可以激活存储元件的存储材料的整个体积以增加存储气体的释放速率。如在本公开中所使用的，参考激活层通常也与激活元件有关。至少一个激活元件或激活层可以配置成激活存储元件的存储材料的整个体积。将要领会的是各个存储元件也可以包括多个激活元件。
[0009]可替代地或附加地，通过激活元件增加从存储元件释放存储气体可以可选地也导致存储元件中存储气体的气体压力增加和/或当存储元件清空残留物时导致存储元件中的气体含量减少。
[0010]凭借激活元件或激活层，具体地通过激活层的激活可以基本上增加存储材料中存储的气体的释放速率。例如，当消耗装置需要气体时，通过这种方式可以在相对较短的时间内从存储元件释放相对大量的存储气体并且将释放的气体供应给消耗装置。与没有这样的激活层的存储系统相比较，消耗装置因此能够在实质上更短的时间内改变其操作状态。消耗装置可以构成燃料电池或包括燃料电池，该燃料电池使用从存储系统释放的气体(比如特别是氢气)用于燃料电池的运行。在这种情况下，燃料电池可以产生操作电动马达所需的电力。因此，凭借本专利技术的存储系统，消耗装置能够特别快速地对负载变化作出反应，例如，负载变化更特别地包括负载增加。因此，消耗装置通常也可以包括或构成燃料电池和由该电池供电的电动马达(更特别地用于推进机动车辆的电动马达)的结合。例如，消耗装置也可以可选地将气体直接转化成用于设备的推进能量，比如通过在内燃发动机中直接燃烧气体。通常，在本公开的背景下，消耗装置配置为燃料电池。
[0011]在各种实施例中，激活层以壳的形式包围存储材料。在这种情况下激活层可以配置为层，该层在其表面范围上是连续的。以壳形式的激活层可以在其表面上(至少基本上在其整个外表面上，除了至少一个或恰好一个激活层中的穿孔(interruption)以外)包围存储材料。穿孔可以与存储材料流体传导连通并且该穿孔另一方面与存储元件的气体入口/出口流体传导连通以能够通过穿孔取走存储元件中释放的气体和/或在加载存储元件时向存储材料供应气体。通常在本公开的背景下，存储元件的气体入口/出口通过管路与消耗装置流体传导连通。通过流体传导管路，气体也可以从比如加气站或加氢站这样的外部供应源供应给存储材料，并且由存储材料存储或在气体从存储材料释放时供应给消耗装置。凭借包围存储材料的以壳形式的激活层，存储材料可以受到大体积激活，在存储元件的经度和/或纬度范围和/或在存储元件中的存储材料区域的横截面上均匀激活，在每种情况下至少基本上在存储材料区域的整个经度和/或纬度范围和/或整个横截面上均匀激活。作为该材料的不同或所有体积元件中的存储材料的均匀激活的结果，存储元件具有对存储气体的释放的相对较短的响应时间。此外，具有以壳形式设置的激活层的存储元件特别简单地制造。在提供存储材料的材料堆积或粘合体之后，可以在一个操作步骤或在几个操作步骤中在存储材料周围设置激活层，以便制造存储元件。可替代地或附加地，激活层也可以至少部
分地或完全地穿透存储材料，在此情况下激活层可以以层的形式、以条的形式、以管的形式、以棒的形式、或以另一种合适的方式配置。激活介质层也可以可选地由多个激活区域构造，该激活区域面积小或基本上以点的形式并且用传输激活信号的元件彼此连接。将要领会的是各个激活区域或激活元件也可以嵌入到合适材料的基体中，并且与基体材料一起形成相应的激活层。
[0012]在壳体上，存储材料可以采用粘合体的形式、多个或大量单独段的形式、粉末层或粉末堆积的形式等。
[0013]激活层或其子区域可以可选地将设置在存储元件中的存储材料细分成彼此分离的不同体积区域—例如，细分成段、象限等。设置在存储元件中的存储材料可以形成粘合的、整体的材料堆积，使存储元件特别容易地制造。
[0014]存储元件的激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可逆地存储和释放气体的存储系统，所述存储系统包括多个存储元件，每个所述存储元件都包括：具有用于可逆地存储所述气体的存储材料的存储容积；包围所述存储容积并且包括与所述存储容积流体连通的气体入口/出口的气密性壳体；至少一个非流体激活元件，所述非流体激活元件配置成使得当处于激活状态时相对于未激活状态所述存储元件释放存储气体的程度增加，其中所述激活元件包围或穿透所述存储材料。2.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述激活元件包括包围所述存储材料的激活层。3.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述激活元件设置在所述壳体内。4.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述存储材料是配置成化学吸附和/或物理吸附所述气体的金属有机骨架(MOF)材料。5.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述存储材料至少部分地以原子碎片或分子碎片的形式存储所述气体。6.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述气体是氢气并且其中所述存储材料至少部分地以原子形式存储所述氢气。7.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述激活元件配置成使得在所述激活元件激活时所述激活元件从所述存储材料中释放存储在所述存储材料中的气体，所述气体结合所述气体的原子碎片分子或分子碎片分子存在于所述存储元件中。8.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述激活元件包括选自以下中的至少一个的激活材料：a)催化剂，所述催化剂催化原子碎片气体或分子碎片气体重新组合以形成气体分子；b)在激活时发射电磁辐射的材料，在此情况下发射的电磁辐射具有导致所述气体从所述存储材料中解吸和/或气体碎片重新组合以形成气体分子的波长；以及c)在激活时发射声波的材料，在此情况下所述声波具有导致所述气体从所述存储材料中解吸和/或所述气体碎片重新组合以形成所述气体分子的波...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：