氢气供应系统技术方案

氢气供应系统，包括多个储罐，每个都设有阀，所述多个储罐包括一个或多个主储罐，每个主储罐设有主氢流量控制阀，所述多个储罐还包括设有次级氢流量控制阀的次级储罐，该氢气供应系统使得i)次级储罐比一个或多个主储罐中的每一个包含更小的加压氢最大工作量，和/或ii)来自次级储罐的氢的流量被限制，以便当仅次级阀打开时从次级储罐流入流动管路中的氢的最大质量流率小于当仅对应的主阀打开时从一个或多个主储罐中的每一个流入流动管路中的氢的最大质量流率，该氢气供应系统被至少设定为：i)第一、正常操作模式，其中至少一个主阀打开，和ii)第二、安全操作模式，其中，次级阀打开且所有主阀关闭。还涉及设有这种氢气供应系统的车辆和方法。统的车辆和方法。统的车辆和方法。

【技术实现步骤摘要】
氢气供应系统


[0001]本专利技术涉及一种氢气供应系统，用于布置到车辆上的耗氢能量转换器。本专利技术进一步涉及一种设有耗氢能量转换器和这样的氢气供应系统的车辆，并且涉及一种用于操作这样的氢气供应系统的方法。
[0002]本专利技术例如可以应用于车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备形式的重型车辆，其中，所述耗氢能量转换器是燃料电池或内燃发动机。

技术介绍

[0003]全球都希望减少化石燃料在车辆和其它应用中的使用。一种感兴趣的替代燃料是氢气，氢气可以用在耗氢能量转换器中，该耗氢能量转换器例如是用于发电的燃料电池(例如，用于推进电动车辆)或者是其中氢气可以代替化石燃料的内燃发动机。
[0004]与使用氢燃料相关的挑战在于与气体供应系统相关的安全性方面。WO2021018457A1示出了氢气供应系统的一个示例，该系统被呈现为能够在检测到太高温度时执行对气体储罐的紧急排空。US2020/0091525A1示出了另一示例，其中，重点放在了由于打开储罐截止阀时气体压力快速升高而对部件造成高冲击的问题。
[0005]关于氢气供应系统的安全性，例如关于这样的系统中的气体泄漏，仍然需要改进。在该气体供应系统布置在车辆上并且此车辆正在或将要在室内移动(例如进入车间进行维护)时，泄漏安全性特别重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种氢气供应系统，其能够在该系统中存在泄漏的情况下减少所释放的氢气量。在该气体供应系统布置在车辆上并且此车辆正在或将要在室内移动(例如进入车间进行维护)时，泄漏安全性特别重要。该目的通过下文所述的系统来实现。
[0007]本专利技术涉及一种用于布置到车辆上的耗氢能量转换器的氢气供应系统，其中，该氢气供应系统包括用于储存加压氢气的多个储罐，其中，所述多个储罐中的每一个都设有阀，该阀被配置成控制从对应的储罐流入与耗氢能量转换器连接的流动管路中的氢的流量，其中，所述多个储罐包括一个或多个主储罐，每个主储罐都设有对应的主氢流量控制阀，所述多个储罐还包括次级储罐，该次级储罐设有对应的次级氢流量控制阀，其中，该氢气供应系统被布置成使得i)次级储罐比所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐包含更小的加压氢最大工作量，和/或使得ii)来自次级储罐的氢的流量被限制，以便当仅次级阀打开时从次级储罐流入流动管路中的氢的最大质量流率小于当仅对应的主阀打开时从所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐流入流动管路中的氢的最大质量流率，其中，该氢气供应系统配置成被至少设定为：i)第一、正常操作模式，其中，至少一个主阀打开，和ii)第二、安全操作模式，其中，次级阀打开，并且其中所有主阀都关闭。
[0008]根据上文的系统可以在正常操作期间以第一模式操作，并且，为了增加安全性并减少与泄漏有关的后果，当车辆将要在室内移动(例如进入车间以进行车辆维修)时，模式
可以切换到第二模式。由于所有主阀在第二模式下都关闭，并且由于氢泄漏的风险主要与从储罐的阀到耗氢器的流动管路相关联，在第二模式下操作时的任何氢泄漏可能仅与次级储罐相关联。通过使次级储罐仅包含相对少量的氢(这可以通过使次级储罐相对小和/或通过使次级储罐中具有相对低的氢压力(与更大和/或更高加压的主储罐相比)来实现)，可以降低发生泄漏的情况下可能释放的总氢量(与一个或多个主阀已经打开时相比)。替代地，或者作为补充，可以限制从次级储罐流出的氢的流量，使得从次级储罐流出的氢的质量流率变成例如主储罐的质量流率的10％。然后，可以限制来自流动管路的任何氢泄漏的速率。
[0009]只要车辆位于室内，就优选维持第二模式。基于例如表明车辆已经移动到室外的车辆位置数据(例如GPS)或基于表明车辆以高于阈值最小速度(其被设定为高于任何合理室内速度)的速度移动的车辆速度数据，可以自动完成切换回第一模式。
[0010]“氢气供应系统被布置成使得次级储罐比所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐包含更小的加压氢最大工作量”意味着：与所有这些储罐被填充到预期的工作水平或额定水平时所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐相比，次级储罐包含更少量的氢，即，更少数量的氢原子/分子。
[0011]该系统可适于使得来自次级储罐的氢泄漏的最大量和/或速率符合例如由当局设定的法规。这样的法规可能取决于车辆将驶入其内的特定建筑物的通风率能力，这意味着可能的泄漏速率可以比可能的泄漏总量更相关。
[0012]通常，耗氢能量转换器是形成车辆的动力传动系的一部分的燃料电池系统或内燃发动机，其中，该燃料电池系统用来产生电力以驱动用于推进车辆的电动马达，并且其中，内燃发动机使用氢作为燃料(类似于传统发动机)，并产生机械力(经由曲轴等)来推进车辆。
[0013]在一个示例中，该氢气供应系统包含具有相同尺寸的多个主储罐和小于这些主储罐的一个次级储罐。然而，可以有各种变型例。例如，可以只有一个主储罐，或者这些主储罐的尺寸不同，或者可以有不止一个次级储罐，或者该系统可包含一些中间储罐，或者次级储罐可以具有与一个或多个主储罐相同的尺寸(但工作压力较低)，等等。
[0014]作为储罐尺寸和压力的示例，主储罐可以具有350或700巴的工作压力，以及用于乘用轿车的可能5kg的储氢容量以及用于卡车和建筑机械的10
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100kg的储氢容量。次级储罐可以被布置成包含足以在燃料电池中产生100kW电力的氢(例如，5
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10分钟)。假设每秒需要两克氢用于产生该电量，则每分钟消耗120克氢，这意味着次级储罐应包含0.6
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1.2kg氢。如果次级储罐的工作压力与主储罐相同，则其储气体积可远小于主储罐。即使次级储罐的工作压力较低，它也可以比主储罐小。
[0015]如果来自次级储罐的2g/s的氢质量流率被认为是足够的，则当仅所述次级阀打开时从次级储罐流入流动管路中的氢的最大质量流率可以设定为该值。相比之下，当仅对应的主阀打开时从所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐流入流动管路中的氢的最大质量流率可以高10倍，即，在这种情况下为20g/s。哪些质量流率和限制是合适的取决于具体应用。
[0016]该氢气供应系统可以包括与所述一个或多个主储罐连接的高压侧和与耗氢器连接的低压侧，在二者之间的某处布置有压力调节设备。也就是说，与靠近耗氢器的流动管路中的压力相比，靠近主储罐的流动管路中的压力更高。在这样的情况下，次级储罐可以布置
成在高压侧或低压侧上与流动管路流体连通。出于效率和安全性原因，相信将次级储罐布置成与流动管路的高压侧流体连通更有利。
[0017]在一个实施例中，次级储罐的储气体积小于所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐的储气体积。
[0018]在一个实施例中，当主储罐和次级储罐被填充有加压氢达到最大工作水平时，次级储罐中的氢气的压力比所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐中的氢气的压力低。
[0019]在一个实施例中，所述一个或多个主储罐中的每一个主储罐被设计成比次级储罐承受更高的内部气体压力。这意味着次级储罐被设计成承受较低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气供应系统(1)，用于布置到车辆(10)上的耗氢能量转换器(2)，其中，所述氢气供应系统(1)包括用于储存加压氢气的多个储罐(21
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26)，其中，所述多个储罐(21
‑
26)中的每一个都设有阀(31
‑
26)，所述阀被配置成控制从对应的储罐(21
‑
26)流入与所述耗氢能量转换器(2)连接的流动管路(3
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6)中的氢的流量，其中，所述多个储罐包括一个或多个主储罐(21
‑
25)，每个主储罐都设有对应的主氢流量控制阀(31
‑
35)，所述多个储罐还包括次级储罐(26)，所述次级储罐设有对应的次级氢流量控制阀(36)，其中，所述氢气供应系统(1)被布置成使得i)所述次级储罐(26)比所述一个或多个主储罐(21
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25)中的每一个主储罐包含更小的加压氢最大工作量，和/或使得ii)来自所述次级储罐(26)的氢的流量被限制，以便当仅所述次级阀(36)打开时从所述次级储罐(26)流入所述流动管路(3
‑
6)中的氢的最大质量流率小于当仅对应的主阀(31
‑
35)打开时从所述一个或多个主储罐(21
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25)中的每一个主储罐流入所述流动管路中的氢的最大质量流率，其中，所述氢气供应系统(1)配置成被至少设定为：i)第一、正常操作模式，其中，至少一个主阀(31
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35)打开，和ii)第二、安全操作模式，其中，所述次级阀(36)打开，并且其中所有主阀(31
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35)都关闭。2.根据权利要求1所述的氢气供应系统(1)，其中，所述次级储罐(26)的储气体积小于所述一个或多个主储罐(21
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25)中的每一个主储罐的储气体积。3.根据权利要求1或2所述的氢气供应系统(1)，其中，当所述主储罐和所述次级储罐被填充有加压氢达到最大工作水平时，所述次级储罐(26)中的氢气的压力比所述一个或多个主储罐(21
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25)中的每一个主储罐中的氢气的压力低。4.根据权利要求1或2所述的氢气供应系统(1)，其中，所述一个或多个主储罐(21
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25)中的每一个主储罐被设计成比所述次级储罐(26)承受更高的内部气体压力。5.根据权利要求1或2所述的氢气供应系统(1)，其中，所述次级储罐(26)设有喷嘴元件(27)，所述喷嘴元件被配置成当所述次级阀(36)打开时限制从所述次级...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰德，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：