用于车辆中的驱动系统的储存单元的制作方法_2

文档序号:8500534阅读:来源:国知局
的。
[0025]用于储存气态燃料的吸附储存器可包括封闭式容器。该容器可在其内部具有至少一个分隔元件,该分隔元件构造成使得容器的内部被分隔成由两个平行的通道形子腔室构成的至少一对通道,并且每个通道形子腔室被至少部分地充装有吸附介质。子腔室的端部能彼此分离或分别经由接合空间彼此连接。
[0026]此外,吸附储存器可配备有进料装置,该进料装置包括贯穿容器壁的至少一个通路,气体可经该通路流入容器中。该进料装置可包括例如分别可借助于阻断装置封闭的入口和出口。该进料装置优选构造成使得流入的气体至少部分地被引入每对通道的两个子腔室中的一个中。
[0027]将容器的内部分隔成与进料装置结合的、成对的彼此连接的通道形子腔室导致在容器的充装或排空期间建立循环通过所述通道的流。这改善了向容器壁的热传递,所述容器壁通常在充装期间被冷却和/或在排空期间被加热。由于容器中的气体的快速冷却或加热,可同时吸附或解吸附较大量的气体。
[0028]当不仅容器壁而且所述至少一个分隔元件或在多个分隔元件中的一个或多个被冷却或加热时,可实现热传递的改善。出于此目的,该至少一个分隔元件或多个分隔元件一一尤其是所有存在的分隔元件一一可构造为双壁以使得制冷剂可流经它们。
[0029]在吸附储存器的又一个实施例中,通道形子腔室的通道壁构造为双壁以使制冷剂流经它们。根据该至少一个分隔元件或多个分隔元件的布置结构,容器壁的一个部段构成一个或多个通道形子腔室的通道壁。在此情况下,容器壁优选也构造为双壁。在一个尤其优选的实施例中,包括端面的整个容器壁构造成允许制冷剂流经它,尤其是构造为双壁。
[0030]吸附储存器的这种具有传送制冷剂的通道壁的结构使得可以从吸附介质或向吸附介质尽可能快地进行热传输。因此,储存器可在给定的时间段内被充装较大量的气体。当从储存器取出气体时,还确保了快速和恒定的气体供应。出于此目的,通道壁被加热,例如在双壁构型的情况下,冷却回路中的其温度高于通道形子腔室中的气体的温度的制冷剂流过所述通道壁。该吸附储存器在结构上简单,并且由于其紧凑的结构而特别适合于移动应用,例如用于车辆中。具有双壁式通道壁的构型还具有如下优点:为了从冷却切换到加热,仅需更换制冷剂或适当改变其温度。因此,此实施例在移动应用中同样适于充装燃料和适于行驶模式。
[0031]容器和分隔元件的壁厚的选择取决于容器中预期的最大压力、容器的尺寸一一尤其是其直径、和所使用的材料的特性。例如,在具有1cm的外径和100巴的最大压力的合金钢容器的情况下,最小壁厚已被估计为2mm (根据DIN 17458)。双壁的间隙宽度被选择成使得足够大的体积流量的制冷剂可流经它们。该间隙宽度优选为2_至10_,尤其优选3mm 至 6mm0
[0032]已发现,各通道形子腔室的通道壁的间距为2cm至8cm是有利的。这里,该间距是在垂直于通道轴线的截面中的相对壁上的两个点之间的最短距离。在具有圆形截面的通道的情况下,例如,该间距对应于直径,在环形截面的情况下,该间距对应于环面的宽度,而在矩形截面的情况下,该间距对应于平行的边之间的较短距离。尤其在冷却或加热所有通道壁的情况下,已发现上述范围是吸附介质的热传递和充装量之间的良好的折衷方案。在较大间距的情况下,吸附介质与壁之间的热传递变差,而在较小间距的情况下,在给定容器的外部尺寸下,吸附介质的充装量减小。此外,吸附储存器的重量及其制造成本增加,这尤其在移动应用中是不利的。
[0033]在一优选实施例中,通道形子腔室中的通道壁的间距在成对通道中相差不超过40 %,尤其优选不超过20 %。所有通道形子腔室中的通道壁的间距优选彼此相差不超过40%,尤其优选不超过20%。这种构型有利于热量在充装期间的均匀移除和在容器排空期间的均匀供应。
[0034]从截面中看出,容器的内壁和至少一个分隔元件的轮廓基本共形。如果存在多个分隔元件,则所有分隔元件的轮廓优选与容器的内壁的轮廓共形。在此上下文中,“共形”是指轮廓具有相同的形状,例如它们都是圆形的、都是椭圆形的或都是矩形的。术语“基本共形”意味着与基本形状的小的偏差并非指形状不再相同。例如在矩形基本形状中的圆角或在制造公差范围内的偏差。
[0035]在又一个实施例中,吸附储存器的容器具有圆柱形并且至少一个分隔元件设置成与圆柱形轴线基本共轴。至少一个分隔元件的纵向轴线相对于圆柱形轴线倾斜数度一一高至最大10度一一的实施例仍被认为是“基本”共轴的。此实施例确保了通道截面沿圆柱形轴线仅稍微变化,以使得可建立在通道长度上的均匀流动。
[0036]根据容器中的可用的安装空间和最大容许压力,不同的截面区域适于柱形容器,例如圆形、椭圆形或矩形。不规则形状的截面区域也是可以的,例如当容器要被安装在车体中的中空空间中时。对于约100巴以上的高压力而言,圆形和椭圆形的截面是特别适合的。在此实施例中,至少一个分隔元件尤其优选构造为管,以使得该管的内部空间构成第一通道形子腔室并且该管的外壁与容器的内壁之间或可选地该管的外壁与又一个分隔元件之间的空间构成第二环形通道形子腔室。容器和管状分隔元件的截面区域优选具有相同形状,例如都是圆形或都是椭圆形。在根据本发明的此实施例的又一个开发方案中,存在全都构造为具有不同直径并共轴地布置的管的多个分隔元件。它们的截面区域同样优选具有相同形状。
[0037]多种材料适合作为用于吸附储存器的吸附介质。该吸附介质优选包括沸石、活性碳或金属有机框架(MOF)材料。吸附介质优选包括金属有机框架(MOF)材料。
[0038]沸石是具有由AlO4IP S14四面体组成的多微孔框架结构的结晶铝硅酸盐。这里,铝和硅原子经由氧原子彼此结合。可能的沸石为A型沸石、Y型沸石、L型沸石、X型沸石、丝光沸石、ZSM(Zeolites Socony Mobil)_5或ZSM-11。合适的活性碳尤其为比表面积在500m2g—1以上、优选1500mi—1以上、非常特别地优选3000m Y1以上的活性碳。可获得例如品名为“Energy to Carbon”或“MaxSorb”的这种活性碳。
[0039]金属有机框架材料在本领域中是已知的并且例如在文献US5,648,508、EP-A-0790253、M.0' Keeffe 等人,J.Sol.State Chem.,152(2000),第 3 至 20 页、H.Li 等人,Nature 402,(1999),第 276 页、Μ.Eddaoudi 等人,Topics in Catalysis 9,(1999),第 105 至 111 页、B.Chen 等人,Science 291,(2001),第 1021 至 1023 页、DE-A-10111230、DE-A102005053430、W0-A2007/05458U W0-A2005/049892 和 TO-A2007/023134 中被描述。EP-A-2230288A2中提到的金属有机框架材料特别适合用于吸附储存器。优选的金属有机框架材料为 MIL-53、Zn-tBu-间苯二甲酸、Al-BDC、MOF 5、M0F-177、M0F-505、M0F-A520、HKUST-1、IRM0F-8、IRM0F-1U Cu-BTC, A1-NDC、Al-氨基 BDC、Cu-BDC-TEDA, Zn-BDC-TEDA,Al-BTC、Cu-BTC, Al-NDC、Mg-NDC, Al-富马酸、Zn~2~ 甲基咪唑、Zn~2~ 氨基咪唑、Cu-联苯双酯-TEDA、M0F-74、Cu-BPP、Sc-对苯二酸酯。更优选 M0F-177、M0F-A520、HKUST_l、Sc-对苯二酸酯、Al-BDC 和 A1-BTC。
[0040]吸附介质的孔隙率优选为至少0.2。在此将孔隙率定义为吸附储存器的容器中的任何子容积的中空容积与总容积的比率。在较低的孔隙率下,流经吸附介质时的压降增加,这对充装时间具有不利影响。
[0041]在本发明的一个优选实施例中,吸附介质以球粒层的形式存在,并且球粒的渗透率与最小球粒直径的比率为至少10_14m2/m。充装期间气体渗透到球粒中的速率取决于使球粒内部的压力变得与环境压力相同的速度。随着球粒的渗透率的减小和直径的增大,用于该压力均衡的时间且因而球粒的装载时间增加。这会对整个充装和释放的总过程产生限制作用。
[0042]在本发明的用于操作可集成在驱动系统中的储存单元的方法的一个实施例中,根据电池的充电状态、吸附储存器的充装水平或这两者来操作储存单元。这里,特别地,流经电池和吸附储存器的制冷剂流根据电池的充电状态、吸附储存器的充装水平或这两者而变化。
[0043]在本发明的方法的又一个实施例中,将用于充电至少一半的电池的制冷剂流设定成使得电池被供给充分的冷却功率。这里,用语“充电一半的电池”指的是具有总容量的约50%容量的电池。当通过冷却回路将电池的温度维持在_30°C至50°C、优选-10°C至40°C且尤其优选O °C至35 °C的范围内时,存在用于电池的充足的冷却功率。
[0044]在本发明的方法的又一个实施例中,将用于充电至总容量的四分之一以下、优选10%以下的电池的制冷剂流设定成使得基本上不向电池提供冷却功率。这里,用语“充电四分之一以下”指的是具有其总容量的25%以下的容量的电池。基本上无冷却功率意味着电池通过空气冷却并且可基本停止通过冷却回路进行的冷却。
[0045]为了执行操作该储存单元的方法,泵可在冷却回路中传送制冷剂,该制冷剂从电池或吸附储存器摄取热量并将热量分别传递到其它构件。这里,泵的泵送功率可根据电池的充电状态、吸附储存
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