液态氢存储罐的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及一种包括用于保持液态氢的低温容器的液态氢储存器，并且涉及一种用于操作这种液态氢储存器的方法。背景技术：2.众所周知，使用低温容器来存储液态氢，特别是在氢动力汽车中，例如在燃料电池汽车中运送液态氢。3.由于热量不可避免地输入到由液态氢提供动力的燃料电池车辆的低温容器中，氢被连续蒸发。如果没有为氢气消耗装置提取对应的大量氢气，则罐中的压力增加。4.为了保持罐中的压力低于特定的阈值，可以在这种液态氢储存器中打开阀门，即所谓的“汽化阀”(bov)，由此气态氢被排放到环境中。5.为了消除由于环境中过高的氢气浓度而导致的任何危险，例如爆炸，排出的气体可以与周围空气中的氧气进行催化转化，从而反应形成水蒸气。该系统被称为汽化管理系统(bms)。一旦bov打开，高压下的气态氢就会从低温罐中流出。然后通过喷嘴吹入混合室，进入的空气在混合室中与氢气混合，并向催化剂的方向输送。最后，放出的氢气在催化剂中发生放热催化转化。6.例如，de 10 2016 209 170 a1公开了一种用于检查车辆中用于转化燃料、尤其是氢的催化转化器的功能的方法，其中催化转化器通过连接管线流体连接到用于存储燃料的压力容器，其中安全阀布置在连接管线中并且被配置为当压力容器中的燃料压力超过压力值时允许燃料通到催化转化器。7.由于流出的氢气(汽化气体)非常冷(沸点约为20k)并且混合室中的压力很低，因此在不利的环境条件下，尤其是在环境温度刚好高于水的冰点和高大气湿度下，存在“汽化器结冰”的风险，也就是说，由于周围空气中包含的水蒸气而在混合室中形成冰，或者阻塞催化剂的气体供给。这将导致催化剂装载纯氢，从而导致系统故障。技术实现要素：8.本发明的目的是在这方面改进液态氢储存器，特别是提供一种即使在低环境温度下也能可靠操作的液态氢储存器。特别地，有效地防止了在液态氢储存器的汽化管理系统中冰的形成。此外，将提供一种用于操作这种液态氢储存器的方法，其中可以有效地防止在液态氢储存器的汽化管理系统中形成冰。9.该目的通过一种液态氢储存器来实现，该液态氢储存器包括用于保持液态氢的低温容器、用于排放气态氢的排放管线、在排放管线中用于选择性地打开和关闭排放管线与汽化管理系统的流动连接的汽化阀，其中汽化管理系统包括用于将气态氢与空气混合的混合室，其中汽化管理系统在混合室的下游包括用于气态氢与空气的催化转化的催化剂，其中汽化管理系统在催化剂的下游包括用于将气流排放到环境中的排气管线，其中返回管线将排气管线连接到混合室，使得排气管线的至少一部分流可以被馈送回到混合室中。10.根据本发明，液态氢储存器具有汽化管理系统，其中返回管线将用于将水蒸气-空气混合物排放到环境中的排气管线连接到混合室，用于将氢与用于汽化管理系统的催化剂的空气混合，使得排气管线的至少部分流可以被馈送回到混合室中。11.因此，由液态氢提供动力的车辆的汽化管理系统(bms)的部分热排气可以，特别是在接近0℃的环境温度下，优选通过文丘里抽吸，被馈送回到bms的混合室中，以便在内部加热混合室，从而避免冰的形成。12.为此，返回管线不必直接通向混合室。例如，返回管线可以经由额外的其它管线或者诸如阀的部件通向混合室，所述部件可以布置在混合室的上游。13.借助于本发明，被吸入bms的混合室的空气因此可以被加热，优选地完全被动地加热，也就是说特别是不需要电流。根据本发明，bms催化剂的废热用于此目的。bms的排气流优选地不被严重阻碍，以避免过高的反压力，从而损坏整个系统。为了可靠地防止流入喷嘴区域的点燃，也可以优选地采取措施，使得混合室中的温度不会变得太高。14.排放管线中用于选择性地打开和关闭排放管线到汽化管理系统的流动连接的汽化阀优选地被配置为自动地打开和关闭流动连接，也就是说以受控和/或调节的方式。为了保护罐，通常根据罐中的压力来控制阀。15.温度控制阀优选布置在返回管线中，用于根据温度打开和关闭返回管线。16.术语“温度控制阀”包括两种恒温阀，也就是说具有布置在阀上的基于温度的开关功能的阀，以及不具有直接布置在阀上的基于温度的开关功能但仍然可以通过温度值打开或关闭的传统阀。例如，该阀可以电致动或机械致动。17.温度控制阀优选适于根据混合室上游的空气供应管线处和/或混合室中的温度打开或关闭。为此，温度控制阀可以在混合室上游的空气供应管线处和/或混合室中配备温度探针或温度传感器。温度探针或温度传感器也可以是独立部件的形式，也就是说它们不必与阀形成一个结构单元。在这种情况下，阀通常根据检测到的测量温度值通过控制装置进行电控。18.返回管线优选将排气管线连接到混合室上游的空气供应管线，使得排气管线的部分流可以通过空气供应管线被馈送回到混合室中。19.优选地，空气被馈送到混合室中和/或排气管线的部分气流通过文丘里原理被供给到混合室中。加热的气体因此可以被动地馈送。20.返回管线优选经由分支管线连接到排气管线。分支管线可以完全由排气管线的分支形成，不具有阀功能。21.根据本发明的用于操作如上所述的液态氢储存器的方法可以包括当汽化管理系统中的温度下降到预定温度以下时打开返回管线，使得排气管线的至少一部分流被馈送回到混合室中。汽化管理系统中的温度可以优选地通过温度控制阀或该阀的测量探针，和/或通过适合于该目的的单独的测量探针/测量传感器来测量，并且优选地在混合室上游的空气供应管线处和/或混合室中测量。由此可以防止在低环境温度下混合室内结冰。22.一种用于操作这种液态氢储存器的方法可以包括当超过汽化管理系统中的预定温度时关闭返回管线，使得排气管线的部分流不会返回到混合室中。由此可以防止混合室中的过热。汽化管理系统中的温度可以再次优选地通过温度控制阀或该阀的测量探针，和/或通过适合于该目的的单独的测量探针/测量传感器来测量，并且优选地在混合室上游的空气供应管线处和/或混合室中测量。附图说明23.下面将参照附图以示例的方式描述本发明。24.图1是根据本发明的液态氢储存器的示意图。具体实施方式25.图1示出了根据本发明的液态氢储存器，并因此示出了用于加热供给到低温容器1的汽化系统的空气的装置。26.液态氢储存器包括用于保存液态氢的低温容器1。氢h2在低温容器1的下部区域呈液态，在容器1的上部区域呈气态。27.排放管线2适于从低温容器1的上部区域排放气态氢，并且在一些部分中穿过液态氢储存器的处于真空下的区域22并穿过液态氢储存器的包含空气的区域23延伸到外部。28.液态氢储存器还包括排放管线2中的汽化阀3，用于选择性地、优选地在过压的控制/调节下自动地打开和关闭排放管线2与汽化管理系统的流动连接。为了保护罐，通常根据罐中的压力来控制阀3。汽化管理系统包括用于将气态氢与空气混合的混合室5，其中汽化管理系统在混合室5的下游包括用于气态氢与空气的催化转化的催化剂6，其中汽化管理系统在催化剂6的下游包括用于将气流排放到环境中的排气管线7。29.根据本发明，返回管线20将排气管线7连接到混合室5，使得排气管线7的部分流可以被馈送回到混合室5中。30.返回管线20经由简单的分支管线21连接到排气管线7。31.温度控制阀8布置在返回管线20中，用于根据温度打开和关闭返回管线20。32.温度控制阀8使用温度探针10，以便根据混合室5上游的空气供应管线9和/或混合室5中的温度打开或关闭。33.返回管线20将排气管线7连接到混合室5上游的空气供应管线9，使得排气管线7的部分流可以通过空气供应管线9被馈送回到混合室5中。34.排气管线7的另一部分气流通过排气出口25排放到环境中。35.空气供应管线9允许周围的空气通过空气入口24进入。36.空气被馈送到混合室5中，排气管线7的部分流被供给到空气供应管线9中，并且借助于文丘里原理，通过在每种情况下流经的介质的抽吸作用，进一步被供给到混合室5中，并且因此被动地发生，而没有电气部件。37.因此，通过文丘里原理，汽化管理系统(bms)的排气的(小)部分通过空气供应管线9处的附图标记9附近的侧向抽吸被馈送回到混合室5中。排气被分流以使得排气流尽可能少地受到阻碍(即使在阀关闭的情况下)，此外，在分支返回管线20的入口处，排气的总流体动力压力可能存在于排气管线7处。一旦空气入口处或混合室中的温度超过某一阈值，温度控制阀8就阻断气流。38.因此，由液态氢提供动力的车辆的汽化管理系统(bms)的部分热排气可以在接近0℃的环境温度下，通过文丘里抽吸作用被馈送回到bms的混合室中，以便在内部加热混合室，从而避免冰的形成。39.附图标记列表40.1 低温容器41.2 排放管线42.3 汽化阀43.5 混合室44.6 催化剂45.7 排气管线46.8 温度控制阀47.9 空气供应管线48.10 温度探针49.20 返回管线50.21 分支管线51.22 真空52.23 空气53.24 空气入口54.25 排气出口55.h2 氢









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