在此公開的技術(shù)涉及一種包括低溫壓力容器的機動車和用于為機動車低溫壓力容器加燃料的方法。

背景技術(shù)：

低溫壓力容器由現(xiàn)有技術(shù)已知。這種壓力容器包括內(nèi)部容器和外部容器，該外部容器在形成超隔離(如真空的)(中間)空間的情況下包圍內(nèi)部容器。低溫壓力容器例如用于機動車，在這些機動車中，在環(huán)境條件下氣態(tài)的燃料被低溫地并且因此在液態(tài)或超臨界聚集態(tài)中基本上以明顯高于環(huán)境條件的密度地儲存。這種燃料、如氫或壓縮天然氣例如在約30K至360K的溫度下儲存于低溫壓力容器中。壓力容器因此需要極好的隔熱，以便盡可能防止不希望的熱滲透到被低溫儲存的介質(zhì)中。因此設(shè)有高效隔離套(如真空套)。例如EP 1546601 B1公開了這種壓力容器。此外，DE 102012218989 A1和DE 112010004462 T2是現(xiàn)有技術(shù)。

當(dāng)壓力容器的隔熱不令人滿意或者隔熱裝置損壞時，儲存的燃料緩慢加熱。在此，壓力容器內(nèi)的壓力同時慢慢上升。當(dāng)超過極限壓力時，則燃料必須通過適合的安全裝置逸出，以避免低溫壓力容器破裂。為此，例如使用所謂的放氣管理系統(tǒng)或者說蒸發(fā)管理系統(tǒng)(下面稱為BMS)。這種系統(tǒng)允許燃料逸出，排出的燃料例如在催化器中轉(zhuǎn)化。此外，可附加地使用機械安全閥(SVT)或減壓閥和破裂片，它們可在BMS下游釋放燃料。

當(dāng)壓力容器盡管隔熱裝置有缺陷但仍被以未損壞的壓力容器的最大存儲密度加燃料時，上述安全裝置逐漸激活。如果排出的燃料不能通過BMS轉(zhuǎn)化，則燃料未經(jīng)使用地被排放到環(huán)境中。于是會產(chǎn)生爆炸性的或至少可燃的混合物。因此，應(yīng)避免使用隔熱裝置有缺陷的車輛并且應(yīng)立即更換壓力容器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在此公開的技術(shù)的任務(wù)在于，改善低溫壓力容器或提供一種替代方案。所述任務(wù)通過獨立權(quán)利要求的技術(shù)方案來解決。從屬權(quán)利要求構(gòu)成優(yōu)選實施方式。

在此公開的技術(shù)涉及一種機動車。該機動車包括一個或多個低溫壓力容器。低溫壓力容器例如是開頭所描述的低溫壓力容器。這種壓力容器尤其是適于在超臨界范圍中、即優(yōu)選在約30K至約360K的設(shè)計或運行溫度窗中、特別優(yōu)選在約40K至約330K的溫度窗中存儲燃料、優(yōu)選為氫。優(yōu)選地，低溫壓力容器同時在約5巴至約1000巴的壓力范圍內(nèi)、優(yōu)選在約5巴至約700巴的壓力范圍內(nèi)、并且特別優(yōu)選在約20巴至約350巴的壓力范圍內(nèi)存儲燃料。低溫壓力容器尤其是適于在這樣的溫度下存儲燃料，該溫度顯著低于機動車的運行溫度(是指車輛運行應(yīng)當(dāng)所在的車輛環(huán)境溫度范圍)、例如低于機動車運行溫度至少50開爾文、優(yōu)選至少100開爾文或至少150開爾文(通常約為-40℃至約+85℃)。

低溫壓力容器還包括存儲流體的內(nèi)部容器以及包圍內(nèi)部容器的外部容器。內(nèi)部容器盡可能隔熱地保持在外部容器中。隔熱裝置V至少在部分區(qū)域上設(shè)置在內(nèi)部容器和外部容器之間。術(shù)語“隔熱”在此除了包括理想或完美隔離外也包括仍有少量熱交換發(fā)生的熱隔離。熱交換可以是任意形式，如熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流等。隔熱裝置V例如可構(gòu)造為真空空間V。

此外，可在壓力容器上設(shè)置至少一個用于監(jiān)控隔熱裝置V的傳感器。所述至少一個傳感器可以是壓力傳感器，其監(jiān)控真空空間V中的壓力。傳感器也可以是溫度傳感器，其監(jiān)控內(nèi)部容器的、隔熱裝置V的或外部容器的溫度并且可結(jié)合其它參數(shù)、如內(nèi)部容器中的流體密度和/或內(nèi)部容器壓力來推斷隔熱裝置V。但也可設(shè)置其它適合的監(jiān)控傳感器或者說監(jiān)控裝置。

機動車還包括一個或多個控制裝置。至少一個控制裝置構(gòu)造用于當(dāng)在隔熱裝置V損壞的情況下超過內(nèi)部容器中流體的流體密度下限值D_UB時中斷為機動車加燃料。

內(nèi)部容器中的流體密度D是內(nèi)部容器中的流體質(zhì)量除以內(nèi)部容器體積的商。內(nèi)部容器中流體的流體密度下限值D_UB是在為具有損壞的隔熱裝置的壓力容器加燃料時應(yīng)加以考慮的極限值。流體密度下限值D_UB表示內(nèi)部容器基于損壞的隔熱裝置而允許最大(并且尤其是低溫)加燃料至什么流體密度。

可這樣選擇流體密度下限值D_UB，使得在加燃料后即使當(dāng)車輛和/或壓力箱在溫度窗上邊緣的溫度下(例如在環(huán)境溫度下)運行(或在停車狀態(tài)中)時在內(nèi)部容器中也不會基于流體熱膨脹產(chǎn)生高于最大運行壓力的容器內(nèi)部壓力。

在一種有利方案中，流體密度下限值D_UB隨著隔熱裝置V的損壞而改變。當(dāng)例如存在隔熱裝置V的較小損壞時，控制裝置在相比于隔熱裝置V存在較大損壞的情況較高的流體密度下限值D_UB時中斷為機動車加燃料。

流體密度下限值D_UB小于流體密度上限值D_OB。流體密度上限值D_OB是在為具有完好隔熱裝置V的內(nèi)部容器低溫加燃料時內(nèi)部容器中流體的極限值。流體密度上限值D_OB例如可以是這樣的流體密度，其出現(xiàn)如下情況，即，以處于溫度窗下部范圍中的或低于其(例如約30K至約50K)的流體溫度為內(nèi)部壓力容器低溫加燃料直至在內(nèi)部壓力容器中產(chǎn)生內(nèi)部壓力容器的最大運行壓力。

完好的隔熱裝置V具有用于正常運行的原始或者說功能正常的隔熱效果。在此，這樣設(shè)計完好的隔熱裝置V，使得逐漸滲透到內(nèi)部容器中的熱量可使內(nèi)部容器中的溫度和內(nèi)部壓力緩慢上升。由于緩慢上升，BMS具有足夠的時間來轉(zhuǎn)化燃料。由于BMS可完全轉(zhuǎn)化燃料，因此機械安全閥(SVT)及破裂片在正常運行中不向環(huán)境中排放燃料。通過BMS轉(zhuǎn)化的氫量在此相對少。容器中的內(nèi)部壓力也不提高超過內(nèi)部容器的最大運行壓力。由此，這樣設(shè)計BMS，使得其可在正常運行中始終能夠轉(zhuǎn)化足夠的燃料，以避免由于熱滲透產(chǎn)生的壓力升高而超過最大運行壓力。為此，BMS設(shè)有一定的安全余量。換言之，BMS可轉(zhuǎn)化比實際在具有完好隔熱裝置V的正常運行中可能出現(xiàn)的燃料更多的燃料。由此也可補償少量退化。

然而，有故障或損壞的隔熱裝置V無法提供其功能正常的隔熱，該隔熱對于低溫壓力容器在燃料不通過安全閥排出的情況下在設(shè)計溫度窗中并且在設(shè)計壓力范圍中的正常運行是必要的。損壞的隔熱裝置V的隔熱以這樣的程度受損或以這樣的程度退化，使得BMS不能再在正常運行中充分轉(zhuǎn)化燃料。為了避免通過熱滲透產(chǎn)生超過最大運行壓力的壓力升高，必須通過安全閥排出燃料。

例如當(dāng)退化的隔熱特性小于完好隔熱裝置隔熱特性的約50％、優(yōu)選小于約75％并且特別優(yōu)選小于90％時，存在損壞的隔熱裝置V。

至少一個控制裝置可與所述至少一個傳感器連接。此外，至少一個控制裝置可構(gòu)造用于由所述至少一個傳感器或監(jiān)控裝置的信號確定隔熱裝置V的狀態(tài)。術(shù)語“控制裝置”在此包括用于控制和/或調(diào)節(jié)在此公開的組件的裝置，本文僅簡化地使用術(shù)語“控制裝置”。

機動車可包括加燃料閥，該加燃料閥構(gòu)造用于例如當(dāng)超過內(nèi)部容器中流體的流體密度下限值D_UB時中斷向內(nèi)部容器中的流體輸入。替代或附加地，機動車可包括通信接口，其適于向加燃料裝置傳送加燃料中斷信號和/或加燃料限制信號。例如機動車可直接和/或間距測量內(nèi)部容器中的流體密度。流體密度可在內(nèi)部容器體積不變的情況下通過內(nèi)部容器中壓力/溫度組合測量來確定。當(dāng)確定超過內(nèi)部容器中流體的流體密度下限值D_UB時，控制裝置可觸發(fā)加燃料閥的動作，從而閥關(guān)閉并且中斷或者說限制向內(nèi)部容器中的流體輸入。替代或附加地，控制裝置可向加燃料裝置發(fā)送中斷信號，加燃料裝置隨后本身關(guān)閉閥。

在此公開的技術(shù)還包括一種用于為機動車低溫壓力容器加燃料的方法。該方法包括下述步驟：

－確定隔熱裝置V的損壞，該隔熱裝置至少在部分區(qū)域上設(shè)置在低溫壓力容器的內(nèi)部容器和外部容器之間；并且

－當(dāng)在隔熱裝置V損壞的情況下超過內(nèi)部容器中流體的流體密度下限值D_UB時中斷為機動車加燃料，其中，流體密度下限值D_UB小于在為具有完好隔熱裝置V的內(nèi)部容器加燃料時內(nèi)部容器中流體的流體密度上限值D_OB。

該方法的特征還在于，這樣選擇流體密度下限值D_UB，使得內(nèi)部容器可在不隔熱狀態(tài)中存儲被低溫填充到容器中的流體并且最大允許的內(nèi)部容器壓力P_max不被超過。換言之，這樣選擇流體密度下限值D_UB，使得內(nèi)部容器可在整個溫度窗上存儲低溫填充的流體量并且最大允許的內(nèi)部容器壓力P_max不被超過。

附圖說明

現(xiàn)在借助圖1和2詳細(xì)說明在此公開的技術(shù)。附圖如下：

圖1為低溫壓力容器100的原理結(jié)構(gòu)；和

圖2示出在不同內(nèi)部容器壓力下內(nèi)部容器110中的流體密度D與溫度的關(guān)系。

具體實施方式

圖1所示低溫壓力容器100在其兩個端部上安裝于車輛車身50上。外部容器120相對于環(huán)境限定低溫壓力容器100。低溫壓力容器可能的附加組件(如熱交換器)在該簡化視圖中略去。內(nèi)部容器110與外部容器120間隔開地設(shè)置在外部容器120中。這里所示的內(nèi)部容器110包括其兩個端部上的突起。在內(nèi)部容器110和外部容器120之間設(shè)有在很大程度上抽真空或者說超隔離的空間V。內(nèi)部容器110在其突起上通過懸掛裝置與外部容器120連接。在內(nèi)部容器110的一個端部上供應(yīng)管路300與內(nèi)部容器110連接。通過供應(yīng)管路300為內(nèi)部容器110加燃料。傳感器130可測量真空空間V的壓力和/或溫度。

在供應(yīng)管路300的另一端部上設(shè)有接口150。該接口或者說注入管接頭150構(gòu)造用于與加燃料裝置的對應(yīng)接口200耦合。

此外，在此在接口150中設(shè)有通信接口160，該通信接口可與接口200中的相應(yīng)通信接口210連接。通過所述通信接口160/210可向加燃料裝置200傳送加燃料中斷信號和/或加燃料限制信號。除了該方案外，也可想到基于無線電的通信(接口)(如WiFi、WLAN、NFC等)，其并非必須安裝在接口200中。

加燃料閥180在此構(gòu)造用于中斷流體流、在此為氫流。加燃料閥180可設(shè)置在供應(yīng)管路300的任何位置上。

控制裝置140構(gòu)造用于控制低溫壓力容器的加燃料和運行。

圖2示出在不同內(nèi)部容器壓力下內(nèi)部容器110中的流體密度D與溫度的關(guān)系。當(dāng)為具有完好隔熱裝置V的低溫壓力容器100低溫加燃料時，氫被填充到內(nèi)部容器110中直至流體密度上限值D_OB。例如設(shè)計用于約250至約350巴最大容器內(nèi)部壓力(也稱為最大允許內(nèi)部容器壓力P_max或設(shè)計壓力)的內(nèi)部容器110可在約40K溫度T_KB下被低溫加燃料至約80克/升的流體密度上限值D_OB(圖2中的點P'_KB)。當(dāng)具有完好隔熱裝置V的內(nèi)部容器110中的流體被加熱時，相對少量的氫可通過BMS轉(zhuǎn)化。BMS設(shè)計用于這種氫量。因此，氫通過BMS轉(zhuǎn)化且不產(chǎn)生危險的混合物。

如果所述低溫壓力容器100現(xiàn)在具有損壞的隔熱裝置V，則壓力容器100必須相對快速地減少氫量，以使內(nèi)部容器110不因膨脹的氫氣而毀壞。因此，在圖2中必須從P'_KB起始終排出如此多的氫氣，使得內(nèi)部容器110在任何溫度T上都不具有高于約250至350巴設(shè)計壓力的壓力。壓力容器100的內(nèi)部容器110在加熱狀態(tài)中、例如在環(huán)境溫度下可在內(nèi)部容器110中存儲約21克/升的密度(在圖2中對于具有約350巴設(shè)計壓力的油箱為點P_UV)。因此，應(yīng)排出的氫量為約60克/升與容器內(nèi)部體積的乘積。該氫量有可能無法在相對短的時間內(nèi)通過BMS轉(zhuǎn)化，從而氫必須通過安全閥或破裂片直接排放到環(huán)境中。因此，有可能在機動車周圍環(huán)境中產(chǎn)生具有潛在危險的混合物。

如果現(xiàn)在確定隔熱裝置V損壞，則應(yīng)避免加燃料至流體密度上限值D_OB。但沒有必要完全放棄加燃料。相反，可這樣為內(nèi)部容器110低溫加燃料，使得在低溫注入的流體的加熱狀態(tài)中也不產(chǎn)生臨界的內(nèi)部容器壓力。為此，在低溫加燃料溫度下將流體密度D限制為內(nèi)部容器110中流體的流體密度下限值D_UB，這樣選擇該流體密度下限值D_UB，使得內(nèi)部容器110可在不隔熱狀態(tài)中存儲流體并且最大允許的內(nèi)部容器壓力P_max不被超過。對于具有約350巴最大允許內(nèi)部容器壓力P_max的內(nèi)部容器110而言，在氫作為燃料時產(chǎn)生約21克/升的流體密度下限值D_UB(圖2中的點P_KB)。如果允許為加熱使用而加燃料，則車輛的續(xù)駛里程雖然減小但仍可繼續(xù)安全地使用，且在此氫并未被無效率地消耗掉。當(dāng)使用纖維增強的內(nèi)部容器時、例如在內(nèi)部容器周圍具有編織和/或纏繞的纖維層，則續(xù)駛里程可達(dá)200km以上。因此，盡管具有損壞的隔熱裝置，仍可行駛較遠(yuǎn)的距離。駕駛員還可以自己將車輛送到服務(wù)商處并且不會滯留在半路上。

本發(fā)明的上述描述僅用于說明目的并且不用于限制本發(fā)明。在本發(fā)明的范圍中可在不背離本發(fā)明范圍及其技術(shù)等價物的情況下實現(xiàn)各種改進(jìn)和改型。盡管說明書主要涉及氫作為燃料，但也包括其它燃料、如壓縮天然氣。上述數(shù)值僅僅是優(yōu)選值。也可設(shè)置具有更高或更低設(shè)計壓力的內(nèi)部容器110。