專利名稱：可吸附的氣態(tài)燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)及燃料的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)及分配系統(tǒng)，其中，可吸附的特定氣體是固態(tài)吸附媒體中的吸附性氣體，該可吸附的特定氣體包括但不限于氣態(tài)燃料、氣態(tài)烴、甲烷及氫氣。
背景技術(shù)：
天然氣(NG)是未來的替代性燃料。然而不幸的是，天然氣通常難以存儲(chǔ)，而且天然氣存儲(chǔ)需要極高的壓力及/或極低的溫度。到目前為止，在商業(yè)上通常采用二種NG存儲(chǔ)技術(shù)。
第一種存儲(chǔ)技術(shù)在極高壓下存儲(chǔ)被壓縮后的天然氣(CNC)，該高壓條件比如為正常環(huán)境溫度下，200-250巴。這些壓力需要特殊設(shè)計(jì)的加強(qiáng)罐，加強(qiáng)罐既大又重。此外，氣體壓縮需成本高昂，而且需要多級高壓壓縮處理。收容壓縮天然氣的高壓容器具有顯著的易燃易爆性。
此外，液化天然氣(LNG)重新冷卻到-161.5℃，且在中等壓力下存儲(chǔ)。為進(jìn)行液化及氣化，該技術(shù)采用復(fù)雜的高成本液化設(shè)備及保溫罐，還需要大量的能耗(原氣能量15-25％)。
CNG及LNG技術(shù)采用圓柱形或球形存儲(chǔ)罐，從而在相鄰的容器之間需要較大的空間。
被吸附的天然氣(ANG)是上述天然氣存儲(chǔ)技術(shù)的未來的替代產(chǎn)品，因?yàn)橥瑯拥腘G可以在室溫下以更低的壓力來存儲(chǔ)(35-40巴)，罐壁可以更薄，壓力可以更低。此外，該方法不需要昂貴且笨重的氣體壓縮或液化設(shè)備以及絕熱罐等。ANG罐與NG高壓罐的圓柱形狀相比，可以具有任意形狀。因而，罐子可以適于各種空間，比如當(dāng)今汽車所用的汽油或柴油罐。
ANG技術(shù)的顯著特性包括容器內(nèi)的高吸附性及熱量管理系統(tǒng)。ANG系統(tǒng)的特征在于，具有吸附能力，可以存放及輸送最大容量的氣體。當(dāng)今，基于活性碳的吸附劑是有前途的。吸附材料的微孔性(分散微孔體積)最好達(dá)到最大，從而使微孔材料的原子所占據(jù)的空間及晶體包裝所浪費(fèi)的空間均達(dá)到最小。
在天然氣吸附性存儲(chǔ)的特定場合下，在多數(shù)情況下，吸附效率的測定手段是在特定壓力及室溫下，吸附劑單位體積氣體的吸附容量。吸附劑單位體積氣體的吸附容量的計(jì)算公式是Vv＝(Vw)·(d)，式中，Vw表示單位體積吸附材料的吸附容量，d表示吸附粒的密度。在材料壓縮后，密度d便增加，因而單位體積Vv的吸附容量也增加。
活性碳吸附劑為粉末狀或粒狀。由于體積性能是決定因素，尤其是板上燃料罐，因而吸附劑需要壓縮(固定)。
將包裝后的吸附碳的直接放置到存儲(chǔ)容器內(nèi)，且具有足夠的吸附密度，這是一項(xiàng)繁重的任務(wù)。在成團(tuán)塊或固定后，碳便成為另一種形式。成團(tuán)塊的長處有二種。固定碳不會(huì)散開，而且/或不會(huì)在存儲(chǔ)容器內(nèi)流動(dòng)，從而在排放時(shí)不會(huì)被氣流帶走，與粒狀或粉末狀碳相比，利用固體碳，可以易于容器的高密度包裝。
因此，當(dāng)前所應(yīng)用的罐體設(shè)計(jì)基于多空間概念(圖1)，其中，罐殼1a包括多個(gè)空間6，各空間用作氣體存儲(chǔ)壓力容器，還用作吸附團(tuán)塊3a的容器。該概念面臨二個(gè)主要困難。
第一個(gè)困難是，罐殼設(shè)計(jì)復(fù)雜，其制造需要特殊的形狀，且需要采用復(fù)雜的設(shè)備。第二個(gè)困難是，需要具有高機(jī)械強(qiáng)度的碳團(tuán)塊。
為了使碳團(tuán)塊具有所需的機(jī)械強(qiáng)度，在吸附劑內(nèi)加進(jìn)大量的粘合劑。但化學(xué)粘合劑會(huì)影響吸附性能，因?yàn)檎澈蟿┮子谑辜淄榘萏嘉⒖?，從而降低存?chǔ)性及運(yùn)輸性。此外，粘接材料會(huì)增大吸附團(tuán)塊的體積，而不會(huì)同時(shí)增加各團(tuán)塊體內(nèi)氣體吸附材料的量。
對吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)的需要正在日益增加，包括存儲(chǔ)罐內(nèi)的機(jī)械穩(wěn)定吸附劑。當(dāng)前的技術(shù)不能為該需要提供明確的答案，因?yàn)橐环矫?，高?qiáng)度團(tuán)塊需要強(qiáng)大的粘接材料，另一方面，該粘接劑會(huì)降低吸附性。補(bǔ)償這一不足的其它化學(xué)技術(shù)極為復(fù)雜且成本高昂，還未產(chǎn)生出所希望的結(jié)果。
此外，對吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)的需要日益增長，從而降低甲烷對吸附劑的吸附及/或解吸所需的時(shí)間，以便減少充罐時(shí)間及/或氣體離罐時(shí)間。甲烷氣體吸附到吸附劑上，是一種放熱過程，當(dāng)氣體吸附到吸附劑上后，罐內(nèi)的環(huán)境溫度便上升，從而降低甲烷的吸附率。同樣，氣體的吸附會(huì)降低環(huán)境壓力及罐內(nèi)的溫度，從而增加從罐體傳送吸附氣體所需的時(shí)間。對氣體吸附期間的罐體除熱及氣體退吸期間的放熱的系統(tǒng)及方法有日益增長的需要。放熱及傳熱最好能在整個(gè)罐內(nèi)相對統(tǒng)一，從而對容器內(nèi)的所有吸附劑提供最佳的條件。
下列專利技術(shù)及公開的專利文獻(xiàn)在此被引用，它們提供相對的
背景技術(shù)：
US6019823公開一種固態(tài)物理吸附劑，其含有所吸附的液體，且收容于盒內(nèi)，用于基于吸附的液體存儲(chǔ)及分配系統(tǒng)；“甲烷存儲(chǔ)及運(yùn)輸?shù)男路椒ā币晃挠蒐.L.Vasiliev等在“熱管，熱泵及制冷器”Minsk，2000一文中公開，它公開了一種多空間甲烷存儲(chǔ)罐，包括處于罐內(nèi)的熱管；US4,744,21；US6,660,063；US4599,867。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面可滿足上述需要。
提供一種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括一個(gè)存儲(chǔ)罐，一種氣體燃料，包括在總氣體壓力下存儲(chǔ)于存儲(chǔ)罐內(nèi)的吸附氣體，以及多個(gè)處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的團(tuán)塊單元，用于吸附氣體燃料。
在某種實(shí)施方式中，各團(tuán)塊單元包括至少一個(gè)特定的開式容器，該開式容器的任何密封都會(huì)形成封閉的容器，其壓力小于罐內(nèi)的氣體總壓力，壓縮材料，用于吸附容器內(nèi)的氣體燃料。
氣體燃料示例包括但不限于氣體烴，比如甲烷氣體及氫氣。
在某些實(shí)施方式中，被壓縮的特定物質(zhì)包括甲烷，其吸附被壓縮的特定物質(zhì)，比如活性碳。此外，被壓縮的特定物質(zhì)包括氫-吸附壓縮特定物質(zhì)，比如可逆性金屬氫化物。
應(yīng)注意的是，本發(fā)明提供的開式容器或團(tuán)塊單元的襯壁可對被壓縮的氣體燃料吸附粉末提供內(nèi)部支撐，從而無需加進(jìn)粘接劑。否則，本發(fā)明的開式容器或襯壁無需具有任何余外的額外機(jī)械強(qiáng)度，從而可保持團(tuán)塊的形狀。這樣，本發(fā)明的開式容器或襯壁無需采用氣密式容器，開式容器或襯壁也無需具有壓力密封容器所需的機(jī)械強(qiáng)度，從而可承受等于或基本等于外存儲(chǔ)罐內(nèi)環(huán)境壓力或者氣體燃料的特定壓力的壓力差。這樣，與在壓縮罐內(nèi)產(chǎn)生壓縮罐的系統(tǒng)不同，本發(fā)明的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)不對團(tuán)塊單元產(chǎn)生這種要求，因而可降低襯壁的成本，從而可減小壁厚，進(jìn)而可節(jié)省空間。
在某些實(shí)施方式中，開式容器的任何密封可產(chǎn)生一種密閉容器，其壓力小于氣體燃料的特定壓力。
在某些實(shí)施方式中，開式容器的任何密封可產(chǎn)生一種密閉容器，其壓力至少小于指定氣體壓力及吸附氣體燃料的特定壓力的50％。
在某些實(shí)施方式中，在容器外表面與存儲(chǔ)罐的內(nèi)表面之間有一個(gè)間隙。不受限于任何理論，應(yīng)注意的是，該間隙可用于團(tuán)塊單元與存儲(chǔ)罐的外部環(huán)境熱絕緣。
在某些實(shí)施方式中，部分開啟的容器包括多個(gè)孔，用于向被壓縮的特定物質(zhì)擴(kuò)散吸附氣體燃料。
在某些實(shí)施方式中，被壓縮的特定物質(zhì)被壓縮為至少部分形成支撐顆粒。
在某些實(shí)施方式中，被壓縮的特定物質(zhì)被壓縮為超過等于局部壓力或開式容器的壓力。
各團(tuán)塊單元可以包括一個(gè)包裹層，其與容器相聯(lián)，用于形成一種包容特定物質(zhì)的氣孔，從而防止特定物質(zhì)產(chǎn)生流動(dòng)。
在某些實(shí)施方式中，被壓縮的特定物質(zhì)包括化學(xué)粘接劑材料。
在某些實(shí)施方式中，被壓縮的特定物質(zhì)至少包括被壓縮的粉末及被壓縮的顆粒。
在某些實(shí)施方式中，存儲(chǔ)系統(tǒng)還包括一種機(jī)構(gòu)，用于對至少一個(gè)團(tuán)塊單元供熱或排熱。
對傳熱機(jī)構(gòu)沒有要求。在某些實(shí)施方式中，傳熱機(jī)構(gòu)至少包括一個(gè)渠道，用于傳送氣體及/或液體，其中，該渠道穿過團(tuán)塊單元。
在某些實(shí)施方式中，傳熱機(jī)構(gòu)至少包括一個(gè)傳熱載體，其選自于氣體渠道、熱管或液體渠道。
在某些實(shí)施方式中，傳熱載體起著開式容器承載元件的作用。
在某些實(shí)施方式中，承載元件直接承載容器。
在某些實(shí)施方式中，承載元件通過匹配件來承載容器，其包括一個(gè)傳熱良導(dǎo)體。
在某些實(shí)施方式中，傳熱機(jī)構(gòu)至少包括一個(gè)熱源及一個(gè)散熱器，處于存儲(chǔ)罐的外部。
在某些實(shí)施方式中，至少一個(gè)熱源及散熱器可由一個(gè)電加熱器、一個(gè)液體燃料加熱器、一個(gè)氣體燃料加熱器、一個(gè)空氣熱交換器及一個(gè)水熱交換器來代表。
在某些實(shí)施方式中，被壓縮的特定物質(zhì)處于容器之內(nèi)，從而在容器內(nèi)表面與被壓縮顆粒的外表面與之間沒有空隙。不受限于任何理論，應(yīng)注意的是，被壓縮顆粒與外部顆粒傳熱容器之間的直接接觸可增強(qiáng)團(tuán)塊單元的傳熱，從而提高傳熱機(jī)構(gòu)的效率。
首次公開的這種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)罐，其具有壓力，而且多個(gè)團(tuán)塊單元處于該存儲(chǔ)罐內(nèi)，各團(tuán)塊單元包括至少部分開啟的容器，其結(jié)構(gòu)為開式容器的任何密封均會(huì)形成封閉容器，其壓力小于存儲(chǔ)罐的壓力，被壓縮顆粒用于吸附氣體燃料，包括容器內(nèi)的氣體烴燃料及氫氣。
在某些實(shí)施方式中，在開式容器的形成中，開式容器的任何密封均會(huì)形成密閉容器，其壓力至少小于存儲(chǔ)罐壓力的20％。
首次公開的這種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)罐及處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元。
在某些實(shí)施方式中，各團(tuán)塊單元包括一個(gè)襯壁及壓縮氣體燃料吸附顆粒，其中，襯壁包括多個(gè)孔，用于氣體擴(kuò)散，并對壓縮顆粒提供外部支撐。
在某些實(shí)施方式中，氣體燃料吸附顆粒被壓縮，從而形成至少部分自支撐集合體。
在某些實(shí)施方式中，襯壁用于保持團(tuán)塊單元的形式。
在某些實(shí)施方式中，對至少一個(gè)團(tuán)塊單元而言，襯壁的多個(gè)內(nèi)表面與壓縮顆粒的表面接觸。
在某些實(shí)施方式中，襯壁不形成壓力容器的一部分。
首次公開的這種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)具有壓力的存儲(chǔ)罐；多個(gè)團(tuán)塊單元處于存儲(chǔ)罐內(nèi)。在某些實(shí)施方式中，各團(tuán)塊單元包括至少部分開式容器及顆粒，用于吸附氣體燃料，該燃料包括容器內(nèi)的氣體烴及氫，顆粒物質(zhì)被壓縮，其壓力等于開式容器的局部壓力。
首次公開的這種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)罐及處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元。各團(tuán)塊單元包括壓縮氣體燃料吸附顆粒，襯壁用于對顆粒進(jìn)行外部支撐，包裹層與襯壁相聯(lián)，從而形成顆粒物質(zhì)的氣孔層，用于防止顆粒流動(dòng)。
首次公開的這種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)罐及處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元。各團(tuán)塊單元包括壓縮氣體燃料吸附顆粒，襯壁用于對壓縮顆粒進(jìn)行外部支撐，包裹層與襯壁相聯(lián)，從而形成顆粒物質(zhì)的氣孔層，用于防止顆粒流動(dòng)。
首次公開的這種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)罐及處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元。各團(tuán)塊單元包括壓縮氣體燃料吸附顆粒，氣孔層用于對顆粒進(jìn)行外部支撐。
首次公開的這種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)罐及處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元。各團(tuán)塊單元包括壓縮氣體燃料吸附顆粒，襯壁用于對壓縮顆粒進(jìn)行外部支撐，至少一個(gè)渠道穿過團(tuán)塊單元，用于流動(dòng)氣體或液體。應(yīng)注意的是，流經(jīng)渠道的液體或氣體用于對團(tuán)塊單元進(jìn)行傳熱或散熱。
本發(fā)明實(shí)施方式中的吸附天然氣技術(shù)的示例包括但不限于車載氣罐，比如卡車、汽車、公共汽車及裝甲車，用于商業(yè)及家庭消費(fèi)及海上氣體運(yùn)輸。
首次公開的這種技術(shù)中的機(jī)動(dòng)車包括燃料氣體機(jī)器，比如氣體烴、甲烷及氫，車載氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)罐及處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，還包括一個(gè)機(jī)構(gòu)，用于從氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)向機(jī)器傳送上述氣體燃料。在某些實(shí)施方式中，各團(tuán)塊單元包括一個(gè)襯壁及壓縮顆粒物質(zhì)，用于吸附氣體燃料，其中，襯壁對壓縮顆粒提供外部支撐。
首次公開的這種系統(tǒng)裝配方法用于存儲(chǔ)氣體燃料，包括氣體烴、甲烷及氫。該方法在支撐壁內(nèi)，向制?；騽傂灾颇Ｌ峁怏w燃料吸附顆粒，從而在支撐壁內(nèi)用顆粒來形成團(tuán)塊單元，使與上述支撐壁關(guān)聯(lián)的團(tuán)塊單元脫離上述制模，從而在存儲(chǔ)罐內(nèi)展開與支撐壁關(guān)聯(lián)的團(tuán)塊。
在某些實(shí)施方式中，成形過程包括對氣體燃料吸附顆粒施加壓縮力，從而形成團(tuán)塊。
在展開之后，該方法還包括向存儲(chǔ)罐內(nèi)加進(jìn)氣體燃料，從而吸附到團(tuán)塊上。
首次公開的這種系統(tǒng)裝配方法用于存儲(chǔ)氣體燃料，包括氣體烴、甲烷及氫。該方法在支撐壁內(nèi)提供氣體燃料吸附顆粒，從而在支撐壁內(nèi)用顆粒來形成團(tuán)塊單元，從而在存儲(chǔ)罐內(nèi)展開與支撐壁關(guān)聯(lián)的團(tuán)塊。在某些實(shí)施方式中，在展開過程中，向罐內(nèi)插入團(tuán)塊，然后在插入過程中使團(tuán)塊脫離吸附氣體燃料。
在展開之后，該方法還包括向存儲(chǔ)罐內(nèi)加進(jìn)氣體燃料，從而吸附到團(tuán)塊上。
通過說明書及示例，可以明曉這些實(shí)施方式。


圖1表示包括多個(gè)空間的多空間罐，其中，各空間用于氣體存儲(chǔ)加壓容器，且用作吸附團(tuán)塊的容器。
圖2表示本發(fā)明實(shí)施方式的吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)。
圖3表示建立吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)的多個(gè)示例制造過程。
圖4表示示例制模系統(tǒng)，用于壓縮特定物質(zhì)，從而使渠道穿過壓縮顆粒物質(zhì)。
圖5表示本發(fā)明實(shí)施方式的吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)。
圖6表示本發(fā)明實(shí)施方式的熱傳遞系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式，存儲(chǔ)罐包括一個(gè)或多個(gè)團(tuán)塊單元，其中，各團(tuán)塊單元包括與襯壁相關(guān)聯(lián)的壓縮氣體吸附顆粒，用于保持團(tuán)塊單元的形狀，該系統(tǒng)可用于存儲(chǔ)吸附氣體，比如天然氣及氫氣。盡管本發(fā)明不排除采用粘接劑，比如聚合物粘接劑或其它化學(xué)粘接劑，用于保持團(tuán)塊單元的整體性，然而應(yīng)注意的是，本發(fā)明不需要這種粘接劑。不受限于任何特定理論，應(yīng)注意的是，在某些實(shí)施方式中，粘接劑材料可降低吸附團(tuán)塊單元的吸附性能，因而可用于壓縮顆粒，比如壓縮吸附顆?；驂嚎s吸附粉末，用來產(chǎn)生外部支撐，從而用支撐殼體、襯壁、外殼、屏蔽層、容器或膜片來維持它的形狀。
任何具有適當(dāng)厚度且對壓縮顆粒提供機(jī)械支撐的已知材料對于團(tuán)塊單元的襯壁或開式容器都是適當(dāng)?shù)摹Ｔ谀承?shí)施方式中，襯壁或開式容器包括良好的熱導(dǎo)體，比如金屬或傳熱塑料。示例材料包括但不限于鋁、碳鋼、不銹鋼、鈦、鎂、鋅及銅。在某些實(shí)施方式中，襯壁或開式容器包括傳熱性不好或一般的層疊體，并配用傳熱性較高的材料。
此外，應(yīng)注意的是，本發(fā)明的原理可適用于任何壓縮氣體吸附顆粒物質(zhì)。比如，氣體吸附材料可包括但不限于碳，也可以是比如活性碳、沸石、粘土、鋁土及硅膠。
圖2表示用于存儲(chǔ)吸附氣體的存儲(chǔ)罐，比如吸附天然氣。盡管圖2中的存儲(chǔ)罐1為一體式罐體，但不限于本發(fā)明，在某些實(shí)施方式中，也可以采用多空間存儲(chǔ)罐。
對罐殼1b的材料沒有特別限制。示例材料包括但不限于金屬、合成物、聚合物材料及其組合物。
如圖2所示，罐殼1b為一體式棱形結(jié)構(gòu)，從一側(cè)用蓋子32來封閉。多個(gè)團(tuán)塊單元包括壓縮顆粒，處于罐殼1b之內(nèi)，在殼體外表面或襯壁與罐殼內(nèi)表面之間存在間隙42。不受任何理論限制，應(yīng)注意的是，本間隙42用于使團(tuán)塊單元與罐殼1b的外部環(huán)境相隔絕。
應(yīng)注意的是，團(tuán)塊單元可在罐殼1b內(nèi)展開。
與采用圓柱罐體的CNG系統(tǒng)相比，任何形狀及尺寸均適于存放多個(gè)團(tuán)塊的存儲(chǔ)罐1b。因而，棱形形狀罐1b只用于圖示，不限定罐的形狀。其它適當(dāng)?shù)男螤畎ǖ幌抻谇蛐渭皥A柱形，罐1b在某些實(shí)施方式中包括與其它形狀罐的組合。同樣，任何適當(dāng)?shù)男螤罨虺叽缫策m用于開式容器或壓縮顆粒產(chǎn)生機(jī)械支撐的襯壁。在某些實(shí)施方式中，開式容器或襯壁的形狀為，使熱管或渠道穿過團(tuán)塊單元。
圖2中的各團(tuán)塊單元3b包括傳熱材料的襯壁、殼體或開式容器4，以及吸附床15，其包括處于襯壁內(nèi)的壓縮顆粒。襯壁可以包括多個(gè)孔，其在容器或襯壁(不圖示)內(nèi)的直徑較小，用于增大對壓縮顆粒的氣體擴(kuò)散。容器上部可由蓋子7來封閉，從而防止氣體吸附顆粒在罐內(nèi)流動(dòng)，不過該封閉無需形成氣密密封，以產(chǎn)生壓力密封。襯壁、殼體或容器也可以包括二個(gè)分割件，通過焊接、熔接或其它方法來連接，其中，分割體可以是上下結(jié)構(gòu)，也可以是左右結(jié)構(gòu)(比如半圓柱形)。
各團(tuán)塊單元用包裹層來包裹，用于防止上述顆粒在罐內(nèi)流動(dòng)，其中，形成氣孔層的任何材料均適合于包裹層。示例材料包括但不限于織物及網(wǎng)狀物。不受任何特定理論的限制，在本實(shí)施方式中，存儲(chǔ)罐可能產(chǎn)生突然的運(yùn)動(dòng)，比如車輛上的車載存儲(chǔ)罐，最好對團(tuán)塊單元進(jìn)行包裹，從而防止壓縮顆粒從團(tuán)塊單元內(nèi)流出，并在存儲(chǔ)罐內(nèi)流動(dòng)。
不僅不特別要求與壓縮氣體吸附顆粒相關(guān)聯(lián)的開式容器或襯壁必須氣密，而且對容器或襯壁相對存儲(chǔ)罐內(nèi)氣體壓力或相對存儲(chǔ)罐本身的壓力的機(jī)構(gòu)性能也不限制。因此，在某些實(shí)施方式中，襯壁或開式容器各部位的局部壓力小于外存儲(chǔ)罐1b內(nèi)吸附氣體的環(huán)境壓力，及/或小于襯壁或開式容器所在的外存儲(chǔ)罐內(nèi)的總環(huán)境壓力。
襯壁、膜片及開式容器的內(nèi)表面及外表面的所謂“局部壓力”或“開式容器壓力”或“非封閉容器壓力”，是任何封閉壓力容器的最大壓力，該壓力容器通過整體密封來承受內(nèi)外表面之間的任何壓力差的作用力。
任何密封均包括對物體施用材料，從而使物體形成一種壓力密封容器，對“密封”材料的強(qiáng)度或厚度沒有限制。局部壓力系指形成封閉容器的最大壓力。此外，進(jìn)行密封從而形成密封容器這一概念不限于封閉的襯壁或開式容器，而物體的局部壓力被規(guī)定為施用任意數(shù)量的材料從而形成密封物體的最大壓力，其中，整個(gè)物體本身承受內(nèi)外表面之間的任何壓力差的作用力。
這樣，對壓縮顆粒產(chǎn)生外部機(jī)械支撐的襯壁或開式容器的局部壓力沒有特定要求。因此可利用具有小于吸附氣體及/或外存儲(chǔ)罐總環(huán)境壓力的局部壓力的襯壁或開式容器。
這樣，襯壁或開式容器的厚度可以承受小于吸附氣體及/或外存儲(chǔ)罐總環(huán)境壓力的局部壓力。
這樣，還可利用局部壓力小于團(tuán)塊單元所在的外存儲(chǔ)罐的壓力的襯壁或開式容器。對團(tuán)塊單元的襯壁或開式容器材料及厚度的唯一限制是對壓縮顆粒提供足夠的外部機(jī)械支撐。因此，在某些實(shí)施方式中，襯壁或開式容器的局部壓力與外部存儲(chǔ)罐內(nèi)的環(huán)境氣體壓力或者外存儲(chǔ)罐內(nèi)吸附氣體的部分壓力或者外存儲(chǔ)罐內(nèi)的總環(huán)境壓力或者外部存儲(chǔ)罐的壓力相比，小于20％或40％或50％或60％或80％。
對與襯壁相關(guān)聯(lián)或處于開式容器內(nèi)的壓縮顆粒的壓縮程度沒有特定限制。在特定實(shí)施方式中，壓縮顆粒的壓縮壓力超過團(tuán)塊單元的支撐襯壁或開式容器的局部壓力。
此外，應(yīng)注意的是，對外部存儲(chǔ)罐的壓力、罐內(nèi)吸附氣體的壓力、罐內(nèi)的總環(huán)境壓力沒有限制。在某些實(shí)施方式中，天然氣存儲(chǔ)于存儲(chǔ)罐內(nèi)，其壓力處于10巴至50巴之間。在某些實(shí)施方式中，天然氣存儲(chǔ)于壓力大于80巴的存儲(chǔ)罐內(nèi)。同樣，對吸附氣體的存儲(chǔ)于團(tuán)塊內(nèi)的溫度沒有限制。在某些實(shí)施方式中，天然氣在室溫下存儲(chǔ)。
團(tuán)塊單元的制造方法示例對制造上述吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)的過程沒有限制。但本發(fā)明的實(shí)施方式還提供一種形成該氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)的制造過程。
圖3A表示制造過程示例，包括提供襯壁、膜片或開式容器4(步驟1A)，設(shè)置氣體吸附顆粒53，比如襯壁或開式容器內(nèi)的天然氣吸附粉末(步驟2A)，對氣體吸附顆粒53施加壓力(步驟3A)，從而形成壓縮氣體吸附物質(zhì)43(步驟4A)。接著，將多個(gè)團(tuán)塊單元3B包括壓縮天然氣吸附顆粒43放置到存儲(chǔ)罐1B內(nèi)(圖3C，步驟5A)。
圖3B表示制造過程的另一示例，包括向加強(qiáng)模54內(nèi)提供襯壁或開式容器4(步驟1B)，設(shè)置氣體吸附顆粒53，比如襯壁或開式容器內(nèi)的天然氣吸附粉末(步驟2B)，對氣體吸附顆粒53施加壓力(步驟3B)，從而形成壓縮氣體吸附物質(zhì)43(步驟4B)。接著，將多個(gè)團(tuán)塊單元3B包括壓縮天然氣吸附顆粒放置到存儲(chǔ)罐1B內(nèi)(圖3C，步驟5B)。
襯壁或開式容器4也可以承受在步驟3A中提供的壓力而不會(huì)產(chǎn)生永久性變形。盡管在施加壓力的步驟中(步驟3B)，圖3B中的外模53對襯壁或開式容器4提供外部支撐，但無需在外存儲(chǔ)罐1B內(nèi)放置圖3B中的外模53，如果襯壁或開式容器足以對團(tuán)塊單元的壓縮氣體吸附物質(zhì)提供必要的機(jī)械支撐，則尤其如此。
圖2-3所示的形狀只是一種示例，團(tuán)塊單元的襯壁或開式容器4的任何合適形狀均適于本發(fā)明。對襯壁或開式容器4無特別尺寸限制。在一種實(shí)施方式中，采用被壓縮的活性碳粉在車上的罐內(nèi)吸附甲烷氣體，各團(tuán)塊單元內(nèi)被壓縮的特定物質(zhì)體積約為600立方厘米。
圖4表示示例制模系統(tǒng)，用于壓縮特定物質(zhì)，從而使渠道穿過團(tuán)塊單元或壓縮顆粒物質(zhì)。
圖5表示本發(fā)明實(shí)施方式的吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)。在某些實(shí)施方式中，圖5所示的存儲(chǔ)系統(tǒng)適于車載天然氣存儲(chǔ)。
圖6表示本發(fā)明實(shí)施方式的熱傳遞系統(tǒng)。
在本發(fā)明的權(quán)利要求說明中，各詞匯“含有”、“包括”、“以及”用于表示動(dòng)詞的對象不必用于動(dòng)詞的部件、元件或部分。
結(jié)合實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但不限于發(fā)明范圍。實(shí)施方式包括各種特性，本發(fā)明實(shí)施方式并非需要其全部。本發(fā)明的某些實(shí)施方式只采有一些特性或可能的特性組合。業(yè)內(nèi)人士可對本發(fā)明的各種變動(dòng)進(jìn)行不同的特性組合。發(fā)明范圍只限于下列權(quán)利要求所述。
權(quán)利要求
1.一種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐；b)一種氣體燃料，選自于一組氫氣及氣體烴燃料，其在總氣體壓力下存儲(chǔ)于存儲(chǔ)罐內(nèi)，上述氣體包括吸附氣體；以及c)多個(gè)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括i)至少一個(gè)特定的開式容器，上述開式容器的任何密封都會(huì)形成封閉的容器，其壓力小于上述氣體總壓力；ii)壓縮材料，用于吸附上述容器內(nèi)的上述氣體燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述被壓縮的特定物質(zhì)包括甲烷，其吸附被壓縮的特定物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述壓縮特定物質(zhì)包括氫氣，其吸附被壓縮的特定物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述氣體烴燃料包括甲烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述開式容器的任何密封可產(chǎn)生一種密閉容器，其壓力小于上述氣體燃料的特定壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述開式容器的任何密封可產(chǎn)生一種密閉容器，其壓力至少小于指定氣體壓力及上述吸附氣體燃料的特定壓力的50％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在上述容器外表面與上述存儲(chǔ)罐的內(nèi)表面之間有一個(gè)間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，部分開啟的容器包括多個(gè)孔，用于向上述被壓縮的特定物質(zhì)擴(kuò)散上述吸附氣體燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述被壓縮的特定物質(zhì)被壓縮為至少部分形成自支撐顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述被壓縮的特定物質(zhì)被壓縮為超過上述開式容器的局部壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述各團(tuán)塊單元還包括iii)一個(gè)包裹層，其與上述容器相聯(lián)，用于形成一種包容上述特定物質(zhì)的氣孔，從而防止上述特定物質(zhì)產(chǎn)生流動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述被壓縮的特定物質(zhì)包括化學(xué)粘接劑材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述被壓縮的特定物質(zhì)至少包括被壓縮的粉末及被壓縮的顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括d)一種機(jī)構(gòu)，用于對上述至少一個(gè)團(tuán)塊單元供熱或排熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，上述傳熱機(jī)構(gòu)至少包括一個(gè)渠道，用于傳送氣體及液體，上述渠道穿過上述團(tuán)塊單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，上述機(jī)構(gòu)至少包括一個(gè)傳熱載體，其選自于氣體渠道、熱管及液體渠道。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，上述傳熱載體起著上述開式容器承載元件的作用。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，上述承載元件直接承載上述容器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，上述承載元件通過匹配件來承載上述容器，其包括一個(gè)傳熱良導(dǎo)體。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，上述機(jī)構(gòu)至少包括一個(gè)熱源及一個(gè)散熱器，處于上述存儲(chǔ)罐的外部。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，上述至少一個(gè)熱源及散熱器可由一個(gè)電加熱器、一個(gè)液體燃料加熱器、一個(gè)氣體燃料加熱器、一個(gè)空氣熱交換器及一個(gè)水熱交換器來代表。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述被壓縮的特定物質(zhì)處于上述容器之內(nèi)，從而在上述容器內(nèi)表面與上述被壓縮顆粒的外表面之間沒有空隙。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，上述被壓縮特定物質(zhì)包括至少一種活性碳、沸石、粘土、鋁土及硅膠。
24.一種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐，其具有壓力；以及b)多個(gè)團(tuán)塊單元，處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)，上述各團(tuán)塊單元包括i)至少部分開啟的容器，上述容器結(jié)構(gòu)為上述開式容器的任何密封均會(huì)形成封閉容器，其壓力小于上述存儲(chǔ)罐的上述壓力；ii)被壓縮的特定物質(zhì)用于吸附氣體燃料，包括上述容器內(nèi)的氣體烴燃料及氫氣。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，上述開式容器的任何密封均會(huì)形成密閉容器，其壓力至少小于上述存儲(chǔ)罐的上述壓力的20％。
26.一種氣體燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐；以及b)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括i)一個(gè)襯壁；和ii)壓縮氣體燃料吸附顆粒，其中，上述襯壁包括多個(gè)孔，用于氣體擴(kuò)散，并對上述壓縮顆粒提供外部支撐。
27.一種天然氣存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐；以及b)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括i)一個(gè)襯壁；和ii)氣體燃料吸附顆粒被壓縮，從而形成至少部分自支撐集合體，上述襯壁用于對上述被壓縮顆粒物質(zhì)提供支撐。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，上述襯壁用于保持上述團(tuán)塊單元的形狀。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，對上述至少一個(gè)團(tuán)塊單元而言，上述襯壁的多個(gè)內(nèi)表面與上述壓縮顆粒的表面接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，上述襯壁不形成壓力容器的一部分。
31.一種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐；以及b)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括i)一個(gè)至少部分開啟的容器；ii)特定物質(zhì)，用于吸附氣體燃料，該燃料包括上述容器內(nèi)的氣體烴及氫，其中，上述顆粒物質(zhì)被壓縮，其壓力等于上述開式容器的局部壓力。
32.一種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐；以及b)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括i)一個(gè)襯壁；和ii)壓縮氣體燃料吸附顆粒，上述襯壁用于對上述壓縮顆粒進(jìn)行外部支撐；iii)一個(gè)包裹層，與上述襯壁相聯(lián)，從而形成上述顆粒物質(zhì)的氣孔層，用于防止上述顆粒流動(dòng)。
33.一種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐；以及b)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括i)一個(gè)氣孔層襯壁；ii)壓縮氣體燃料吸附顆粒，處于上述襯壁內(nèi)，上述襯壁用于對上述壓縮顆粒進(jìn)行外部支撐。
34.一種氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括a)一個(gè)存儲(chǔ)罐；以及b)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括i)一個(gè)襯壁；ii)壓縮顆粒物質(zhì)，處于上述襯壁內(nèi)，上述襯壁對上述壓縮顆粒提供外部支撐；iii)至少一個(gè)渠道，用于進(jìn)行熱動(dòng)力處理，包括加熱上述顆粒及冷卻上述顆粒，其方法是，使氣體及液體等物質(zhì)在從上述團(tuán)塊單元中穿過的上述渠道內(nèi)流通。
35.一種機(jī)動(dòng)車輛，包括a)發(fā)動(dòng)機(jī)，采用氣體燃料，包括氣體烴、甲烷及氫；b)車載氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括i)一個(gè)存儲(chǔ)罐；以及ii)處于上述存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元，上述各團(tuán)塊單元包括一個(gè)襯壁及壓縮顆粒物質(zhì)，用于吸附上述氣體燃料，上述襯壁對上述壓縮顆粒提供外部支撐；和c)一種機(jī)構(gòu)，用于從上述氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)將上述氣體燃料提供給上述發(fā)動(dòng)機(jī)。
36.一種用于存儲(chǔ)氣體燃料的系統(tǒng)裝配方法，包括氣體烴、甲烷及氫，該方法包括a)在支撐壁內(nèi)提供氣體燃料吸附顆粒；b)在上述支撐壁內(nèi)用顆粒來形成團(tuán)塊單元；c)使與上述支撐壁關(guān)聯(lián)的上述團(tuán)塊脫離上述制模；以及d)在存儲(chǔ)罐內(nèi)展開與上述支撐壁關(guān)聯(lián)的上述團(tuán)塊。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，上述形成過程包括對上述氣體燃料吸附顆粒施加壓縮力，從而形成上述團(tuán)塊。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括d)在上述展開之后，向上述存儲(chǔ)罐內(nèi)加進(jìn)氣體燃料，從而在上述團(tuán)塊上吸附上述氣體燃料。
39.一種用于存儲(chǔ)氣體燃料的系統(tǒng)裝配方法，包括氣體烴、甲烷及氫，該方法包括a)在支撐壁內(nèi)提供氣體燃料吸附顆粒；b)在上述支撐壁內(nèi)用上述顆粒來形成團(tuán)塊單元；c)在存儲(chǔ)罐內(nèi)展開與上述支撐壁關(guān)聯(lián)的上述團(tuán)塊。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，上述成形過程包括對上述氣體燃料吸附顆粒施加壓縮力，從而形成上述團(tuán)塊。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括d)在上述展開之后，向上述存儲(chǔ)罐內(nèi)加進(jìn)氣體燃料，從而在上述團(tuán)塊上吸附上述氣體燃料。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，上述展開過程包括在上述罐內(nèi)插入上述團(tuán)塊，上述團(tuán)塊在上述插入過程中基本脫離所吸附的氣體燃料。
全文摘要
一種吸附氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括處于存儲(chǔ)罐內(nèi)的多個(gè)團(tuán)塊單元。在某些實(shí)施方式中，各團(tuán)塊單元包括襯壁或開式容器，被壓縮的氣體吸附顆粒與襯壁相聯(lián)，用于外部支撐。在某些實(shí)施方式中，襯壁或容器保持團(tuán)塊單元的形式。襯壁或容器不形成壓力密封容器，在某些實(shí)施方式中，襯壁或容器的局部壓力小于罐內(nèi)的氣體壓力。氣體吸附材料包括但不限于甲烷和氫吸附材料，比如活性碳、沸石及其它烴氣體及/或氫吸附材料。各團(tuán)塊單元包括一個(gè)包裹層，用于防止上述顆粒在存儲(chǔ)罐內(nèi)流動(dòng)。存儲(chǔ)系統(tǒng)包括至少一個(gè)團(tuán)塊單元熱量散發(fā)吸附機(jī)構(gòu)。此外還公開了一種制造上述氣體吸附系統(tǒng)的方法。本發(fā)明的某些實(shí)施方式提供一種甲烷動(dòng)力車輛，包括但不限于汽車、公共汽車、卡車及船舶，包括配用壓縮甲烷吸附顆粒的存儲(chǔ)系統(tǒng)。
文檔編號F17C1/00GK1950138SQ200580012600
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者尤里·金茨堡, 瓦迪姆·貝林, 巴魯赫·富, 列夫·蔡登貝格 申請人:昂施托雷技術(shù)有限公司