[发明专利]指示吸着储存器的填充水平的装置和方法

说明书

本发明涉及指示吸着储存器的填充水平的方法，其中所述填充水平由至少一个测 量温度值和至少一个测量压力值计算。本发明进一步涉及用于实施本发明方法的装置。储 存在吸着储存器中的气体总量基于经验模型或者在用于指示填充水平的至少两个步骤中 计算。在包含第一模型的第一步骤中，基于热力学物态方程计算存在于气相中的气体的量， 在包含第二模型的第二步骤中，基于例如由Dubinin-Astakhov方程描述的吸附平衡计算被 置于吸着储存器中的至少一种气体吸附剂介质吸附的气体的量。

由于油资源越来越缺乏，日益研究非常规燃料，例如甲烷、乙醇或氢气用于操作内 燃机或燃料电池。为此，车辆包含用于保持燃料原料的储存容器。对于固定和移动应用中的 气体储存，将气体储存在压力容器中，通常称为压缩天然气(CNG)技术，或者储存在吸着储 存器中，通常称为吸附天然气(ANG)技术。吸着储存器也称为ANG罐。

ANG具有在移动储存应用如车辆中代替压缩天然气CNG的潜势。尽管实质性的研究 努力专注于ANG，非常少的研究评估吸附的热对系统性能的影响。另外，在ANG应用中，将微 小粉末固体，例如活性炭包裹在容器中以提高储存密度，赋予以相同容量的较低压力操作。 吸附为放热过程。任何吸附或解吸伴随ANG储存系统的温度变化。吸附热对填充和排放循环 期间的性能具有有害影响。在填充循环中可能出现与80℃一样高的温度提高。填充循环通 常在燃料站进行，至少对移动应用而言如此，在那里可除去释放的吸附热。与填充循环相 反，排放速率由应用的能量需求规定。填充时间不能宽泛地变化以调整ANG储存容器使用期 间冷却的影响。

吸着储存器特别包含具有气体吸附于其上的大内表面积的吸附介质。气体通过吸 附在吸附介质上而储存在吸附介质的各个颗粒之间的空穴中和未被吸附介质填充的容器 部分中。填充的吸着储存器可加压和不加压而操作。合适容器的选择取决于施加的最大压 力。储存压力越高，单位体积可储存较多的气体。

吸附描述气体或液体流体的原子或分子附着在固体材料的表面上，就本发明而 言，所述固体材料称为吸附介质。同样已知术语如吸附剂、吸附器和吸附介质用于所述固体 材料的命名。吸附介质的吸附容量，由吸附的气体或液体的质量与吸附介质的质量的比定 义，强烈取决于温度并随着温度提高而降低。为了最大地利用储存空间，必须考虑填充程序 期间吸附介质中建立的温度特征。此外，有效的吸附容许降低的填充时间，因为相同量的气 体可在较短的时间内储存。因此，当有效填充时间是有限的时，储存气体的最大量可提高。 在将吸着储存器用气体填充期间，两个来源对容器中的温度提高而言是相关的。这些为由 于气体压缩导致的热和由于放热吸附而释放的热。产生的热直接取决于吸附气体的量。吸 附在吸附介质上的气体越多，释放的热越多。并且随着吸附介质上气体的吸附量提高，定义 为单位时间吸附的气体量的吸附速率降低。

除此之外，解吸为吸热方法，并且在将气体从储存器中取出时必须提供热。热管理 因此在使用吸着储存器时是很重要的。

移动应用中吸着储存器的关键方面是例如车辆上有限的可用空间。因此，追求吸 着储存器中高能量密度以使车辆可以以仅一次填充而覆盖的范围最大化。由于有限的空 间，在移动应用中包括过多的硬件以调整温度是不可行的。

US2007/180998A1涉及使用高多孔气体储存材料最佳地吸附和解吸气体的设备。 公开了分别用于在吸附过程期间吸附气体和在吸着过程期间将气体解吸的设备。管装配有 多孔侧壁，且在每一端，密封连接的末端接头与其连接。颗粒多孔气体储存材料位于管内， 其中孔隙率防止材料，但容许气体从其中通过。来自多孔管的所选择气体、位于管内的加热 线圈或换热器可提供用于解吸过程的热，且所选择的气体或换热器可在吸附过程期间提供 冷却。

US2008/0290645A1涉及安装在高压罐中的成型吸附剂介质。适于气体或热的吸 附剂介质在预定长度中提供或者在气体吸附剂介质装填在其中的多边形或曲线，以及优选 蜂巢(六边形)横截面形状的预定长度中提供。六边形管可沿着燃料罐的径向或纵向轴安 装。介质和/或介质管在罐制造期间安装，且包括指定物理和气体循环关系以保持其中具有 气体吸附剂介质的延伸管与开放或者充满热吸附剂介质的类似形状的相邻空间为预定相 互关系。