專利名稱：填充用于氣囊系統(tǒng)的氣體容器的兩步方法及用于兩步填充方法的氣體填充裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于填充高壓氣體容器的方法，以及一種用于填充高 壓氣體容器，特別是用于氣囊系統(tǒng)的氣體容器的裝置。
背景技術(shù)：
對于冷填充的壓力容器，根據(jù)DE101 07 895,在氣體被引入壓力容器 之前對其進(jìn)行冷卻，其中，在填充過程完成時，以耐壓密封的方式對該壓 力容器進(jìn)行密封。隨著氣體升溫，壓力容器中的壓力迅速升高。
根據(jù)DE 198 17 324,將氣體燃料充入利用纖維增強殼體內(nèi)的鉻鎳鋼襯 層制成的輕質(zhì)貯罐中，其中，燃料以深冷液體的形態(tài)被引入，并被存ji&在 高于300bar的壓力下。
根據(jù)WO 2005/043033，用氣體或氣體的混合物在高于其沸點的溫度下 填充例如氣嚢系統(tǒng)的受壓槽，封閉該低溫槽，通過將該被填充和密閉的槽 加熱至環(huán)境溫度而在該槽中產(chǎn)生一壓力。
根據(jù)WO 2005/059431,用氣體混合物填充壓力容器，其中，在冷卻的 壓力氣體容器中，氣體混合物在其氣態(tài)下或在其液態(tài)下被引入，或者氣體 混合物的至少一種氣體組分在其氣態(tài)下或在其液態(tài)下被引入。
US 1，414，359公開了一種用于填充壓縮氣體容器的方法，其中，將給 定量的液化氣體置于懸在所述容器內(nèi)的低比熱容的貯槽中，封閉該容器， 并保持該容器的壁在高于O'C的溫度下，直到封裝的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)形式。
DE 101 19 115/>開了一種特別適于在〗氐溫下用〗氐沸點的永久氣體或 氣體混合物填充的壓力容器，該壓力容器在其內(nèi)表面上具有低導(dǎo)熱系數(shù)的材料。
EP 0 033 386公開了一種用于在壓力容器中輸送和存貯有壓的永久氣 體、特別是氫氣的方法，其中，將氣體冷卻到高于其沸點的低溫，并輸送 和存貯在孤立的壓力容器中。
眾所周知，車輛中的氣嚢日益使用新型的氣體發(fā)生器，當(dāng)發(fā)生事故時， 氣體發(fā)生器在幾毫秒內(nèi)對氣嚢充氣。高壓氣體存貯系統(tǒng)用作氣體發(fā)生器。
目前使用三種不同類型的氣體發(fā)生器
-通過化學(xué)固體物質(zhì)與環(huán)境空氣的反應(yīng)產(chǎn)生氣體的化學(xué)發(fā)生器； -利用存貯在增壓的高壓氣體容器中的氣體和燃料固體的混合發(fā)生器； -在15。C時在壓力高達(dá)700bar的增壓氣體容器中存貯氣體的冷氣體發(fā) 生器。
用環(huán)境溫度下的各種氣體填充的氣體發(fā)生器在其制造方面和用高達(dá) 700bar或更高的壓力填充方面都具有相當(dāng)多的技術(shù)問題。特別是在迅速填 充過程中的壓縮熱將導(dǎo)致不確定的溫度條件，這通常會顯著地影響引入氣 體容器中的氣體量的計量精度。考慮到隨后氣嚢的充氣特性，達(dá)到高的計 量標(biāo)準(zhǔn)是重要的。需要非常昂貴和復(fù)雜的活塞式或隔膜式壓縮機，以產(chǎn)生 極高的壓力。這將需要高投資和高維護費用。此外，這些壓力還需要相應(yīng)
地復(fù)雜和昂貴的下游氣體供應(yīng)。
已知的冷填充技術(shù)避免了高壓填充所引發(fā)的問題，但是，這些技術(shù)通 常在極低的溫度下實施，這就需要多方面改動常規(guī)的處理步驟如氣體容器 的密封來適應(yīng)于所需的低溫條件，這在投資和維護費用方面是不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于分別提供一種用于以高達(dá)1000bar或更高的壓力填 充高壓氣體容器的方法或裝置，該方法或裝置有效、可靠且可重復(fù)而且又 經(jīng)濟、快速并允許精確計量引入容器中的氣體的量。
根據(jù)本發(fā)明，所述和其它問題通過所附權(quán)利要求中限定的用于填充高 壓氣體容器的方法或裝置得以解決。本發(fā)明還提供了可單獨地或以任意適
當(dāng)?shù)慕M合使用的其它有利的實施方式和改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明，用于填充高壓氣體容器的方法包括如下步驟
-在氣體容器被冷卻的同時，將液化的或固化的第 一 氣體供給該氣體容
器；
-在第一氣體的供給步驟完成后停止在該氣體容器中的冷卻；然后
-將第二氣體引入該氣體容器；
-封閉該氣體容器。
所述第一氣體可以低溫液化或者低溫固化，意味著在第一氣體的冷卻 過程中進(jìn)行從氣態(tài)到液態(tài)或固態(tài)的相變。
可通過壓力測量、體積測量、重量測量和/或通過閥的開啟時間確定和
控制充入氣體容器中的氣體的量。 所述高壓容器特別用于氣嚢系統(tǒng)。
所述第 一 氣體和/或第二氣體可以是不活潑的氣體，特別是稀有氣體。 與氣嚢系統(tǒng)一起使用的氣體可以是作為純氣體的氬氣、氧氣、氮氣、氫氣、
氦氣、 一氧化二氮(N20)或其混合物。有利地，所述第一氣體可以是氬 氣，所述第二氣體可以是氦氣。
所述高壓氣體容器還可與用于存貯燃料氣體如氫氣的燃料電池一起使用。
所述第一氣體的沸點溫度特別低于所述第二氣體的沸點溫度。
在已填充的氣體容器中，所述第一氣體的氣體粒子密度與所述第二氣
體的氣體微粒密度之比可以是l: 1至100: 1，特別是5: 1至10: 1。 所述第一氣體可以是純氣體或氣體混合物。所述第二氣體可以是純氣
體或氣體混合物。
在低溫下、尤其低于200。K、特別低于100。K時將所述第一氣體供入 氣體容器中。由于第一氣體是液化的或是固化的，因此，在將第一氣體引 入氣體容器的步驟中僅產(chǎn)生少量的壓縮熱，從而提高了填充過程的有效程 度。由于產(chǎn)生少得多的壓縮熱，因此，能更好地限定填充過程的溫度條件。 因而，可更加準(zhǔn)確地計量供給或引入氣體容器中的氣體的量。
可通過將氣體容器完全浸入液化的第一氣體的浴槽中而使第一氣體進(jìn) 入氣體容器，從而將液化的第一氣體引入氣體容器中。為此，在浸入氣體 容器之前，可在單獨的冷卻浴槽、如液氮冷卻浴槽中預(yù)冷該氣體容器。
由于氣體容器的冷卻，氣體容器的溫度以及容納在氣體容器中的氣體 的溫度非常明確。溫度的嚴(yán)格控制使得可以精確控制供入氣體容器的氣體 的量。
在將第一氣體供給氣體容器之后和在將第二氣體引入氣體容器之前， 可停止或至少中斷對氣體容器的冷卻。在供給步驟和引入步驟之間，可將 氣體容器從用于供給第一氣體的供給單元輸送至用于引入第二氣體的引入 單元。氣體容器以及供入該氣體容器的第 一氣體的熱容有助于穩(wěn)定氣體容
器及該氣體容器中的溫度；并且，第二氣體可以在較低的壓力下、特別是 低于200bar、有利地低于100bar時引入，盡管第二氣體的引入可能在環(huán) 境溫度下進(jìn)行。從而，有助于精確計量充入氣體容器的氣體的量。
通過這些措施，可以使用設(shè)計用于較低壓力、特別是低于200bar、有 利地低于100bar的常規(guī)引入單元，而無需對其進(jìn)行改動以適于在極低的溫 度如低于100。K下操作。
在一特定實施例中，第二氣體可在被引入氣體容器之前進(jìn)行預(yù)冷。第 二氣體的溫度可以大約是第一氣體的溫度，尤其可以低于200。K、特別低 于100oK。
在將第二氣體引入氣體容器的步驟之后，封閉氣體容器。該封閉可利 用膜片閥進(jìn)行和/或者通過焊接進(jìn)行。
在封閉氣體容器后，可將氣體容器升溫至環(huán)境溫度，從而在該氣體容 器中形成高壓。在15 。C時該氣體容器中的高壓可以是250bar至1300bar ， 特別是500bar至800bar。
氣體容器的冷卻可在冷卻浴槽、特別是液氮冷卻浴槽中進(jìn)行，可通過 使氣體容器與冷卻浴槽分開而停止冷卻?？蓪怏w容器完全浸入容納有第 一氣體的冷卻浴槽中。還可在第一氣體的供給步驟之前對氣體容器進(jìn)行預(yù) 冷。借助于冷卻浴槽，氣體容器的溫度得以嚴(yán)格控制。
在為大量氣體容器進(jìn)行成批填充時，該方法也能實現(xiàn)嚴(yán)格的計量控制。 這是很重要的，因為最終壓力對已填充的氣體容器在其使用時的工作特性 影響很大。
可將冷卻浴槽保持在不同于環(huán)境壓力的壓力下，特別是高于環(huán)境壓力，
如從1.4bar至50bar、特別是從2bar至10bar，以提供所需的冷卻浴槽中 的溫度。為此，可利用液化的第三氣體作為冷卻浴槽中的冷卻介質(zhì)。
在第一氣體的供給步驟之后、在第二氣體的引入步驟之前，可暫時封 閉氣體容器。暫時封閉氣體容器可有助于將氣體容器從將第一氣體供給氣 體容器的供給單元輸送至將第二氣體引入氣體容器的引入單元。暫時封閉 氣體容器有助于避免或至少減少蒸發(fā)損失，并有助于提高計量精度。
可利用輔助閥暫時封閉氣體容器。該輔助閥可以是浮球旋塞、球閥、 彎嘴旋塞、蝶岡、閘門閥、球心閥、止回閥、回轉(zhuǎn)閥、活塞閥或任何其它 能夠暫時地適當(dāng)?shù)胤忾]氣體容器的閥。
氣體容器的最終的或永久的封閉可通過焊接實現(xiàn)。
第 一氣體和/或第二氣體可以是純氣體的混合物。氣體容器可被改動并 指定用于氣囊系統(tǒng)中。氣體容器還可被改動并指定用于燃料電池中。
第一氣體的供給可在0.2bar至15bar、特別是在0.5bar至4bar的壓
力下進(jìn)行。
第二氣體的供給可在2bar至100bar、特別是在5bar至50bar、例如
在10bar至20bar的壓力下進(jìn)行。
所述壓力值是指絕對壓力，而不是相對于環(huán)境壓力而言。 在本發(fā)明的一特殊實施例中，第一氣體可在液態(tài)下供入氣體容器，并
在氣體容器中凝固。為此，需要氣體容器或第一氣體的溫度低于第二氣體
的凝固溫度。
第一氣體可在低于其沸點溫度，特別是低于其沸點溫度至少1。K、優(yōu) 選為至少2。K的溫度下供給；在高于其凝固溫度，特別是高于其凝固溫度 至少1°K、優(yōu)選為至少2°K的溫度下供給。
在第一氣體的供給步驟之后和在第二氣體的引入步驟之前，可將氣體 容器與一密封裝置、特別是焊接器件相連；在第二氣體的引入步驟之后， 通過所述密封裝置、特別是通過焊接來密封該氣體容器。
所述兩步方法為組織各過程步驟提供了較大的自由度?？梢允褂锰貏e 是比較簡單的裝置、特別是無需改動以適于高壓或低溫應(yīng)用的常規(guī)的密封 裝置或用于引入第二氣體的引入裝置。從而大大減少了填充過程的復(fù)雜性 以及投資和研發(fā)費用。由于兩步的結(jié)構(gòu)，冷填充技術(shù)仍然可以與從高溫填 充中已知的傳統(tǒng)密封技術(shù)相結(jié)合，而無需對常規(guī)的裝置進(jìn)行復(fù)雜改動以適 應(yīng)低溫環(huán)境。另一方面，仍然可以享有冷填充方法在其計量精度和其高熱 力效率方面的優(yōu)勢，因為盡管密封裝置在環(huán)境溫度下工作，但是氣體容器 可保持在低溫下。在填充過程中氣體容器中的壓力可因此被保持在遠(yuǎn)低于 250bar,特別是遠(yuǎn)低于100bar。
可利用液化的第三氣體、特別是液氮進(jìn)行氣體容器的冷卻，其中，特 別是第三氣體的溫度通過控制第三氣體中的壓力來進(jìn)行控制?？稍诘?一氣 體的供給步驟之前冷卻氣體容器。特別地，可在第一氣體的供給步驟之前 在冷卻浴槽中對氣體容器進(jìn)行預(yù)冷。
才艮據(jù)本發(fā)明，用于填充高壓氣體容器的裝置包括
-用于在氣體容器被冷卻的同時將液化的或固化的第 一氣體供給該氣 體容器中的供給單元；
-用于停止冷卻所述氣體容器的停止單元；
-用于在第一氣體的供給步驟之后將氣態(tài)的第二氣體引入所述氣體容 器中的引入單元；
-用于封閉所述氣體容器的單元。
所述裝置特別適用于實施本發(fā)明的方法。該裝置特別指定用于實施本 發(fā)明的方法。所述引入單元的位置可與所述供給單元不同，并從供給單元 的位置隔開。特別地，所述停止單元將氣體容器從供給單元輸送至引入單 元。所述停止單元可使氣體容器與用于冷卻氣體容器的冷卻單元分開。所 述冷卻單元可以是氣體容器至少部分地浸入其中的冷卻浴槽。用于封閉氣 體容器的單元可包括一焊接器件。
所述裝置還可包括用于輸送氣體容器通過冷卻浴槽的輸送機構(gòu)。有利 地，該輸送機構(gòu)在氣體容器與供給單元連接之前將氣體容器至少部分地浸
入；將氣體容器輸送至供給單元，在該供給單元中，用第一氣體填充該氣 體容器；以及，將氣體容器從供給單元輸送至引入單元，在該引入單元中， 氣體容器與引入單元相連并用第二氣體填充。有利地，該輸送機構(gòu)將氣體
容器從引入單元輸送至用于封閉氣體容器的單元。該用于封閉氣體容器的 單元可以是焊接器件。所述停止單元可設(shè)置成所述輸送機構(gòu)的一部分。 所述裝置可被用來填充用于氣嚢系統(tǒng)或用于燃料電池的高壓氣體容器。
所述裝置還可包括一供氣站和至少一個與供氣站形成流體連接的絕熱 的填充管，該填充管帶有一管頭(tube head),其中，該填充管用于向氣 體容器供給第一氣體。所述管頭是可移動的，并可通過定位裝置進(jìn)行定位。 填充管是柔性的并有助于建立起氣體容器和供氣站之間的連接。當(dāng)需要填 充大量的氣體容器并希望快速連接氣體容器和供氣站時，柔性填充管特別 有利。


結(jié)合下圖對其它可單獨地或以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合應(yīng)用的細(xì)節(jié)和有利 方面進(jìn)行說明，這些說明不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍，而是示意性地和示范性 地說明本發(fā)明。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的兩步方法； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的待使用的高壓氣體容器的斷面圖； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另 一待使用的高壓氣體容器的斷面圖； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的填充裝置的供給單元的詳圖；以及 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的填充裝置的供給單元的另一實施例。
具體實施例方式
圖1概略示出利用供給單元7和引入單元9、用氬氣作為第一氣體2 和氦氣作為第二氣體3填充高壓氣體容器1的兩步方法，供給單元7用于 將第一氣體2供入氣體容器1，引入單元9用于將第二氣體3供入氣體容 器1。該氣體容器1包括用于接納第一氣體2和第二氣體3的容器本體26， 并連接有輔助閥5。將氣體容器1放在含有液化的第三氣體6的冷卻浴槽4 中，以將氣體容器1預(yù)冷到略低于氬氣的沸點溫度的溫度86。K。第三氣體 6是在冷卻浴槽4中保持在低壓下的液氮(其在標(biāo)準(zhǔn)壓力下的沸點溫度是 77。K),以保證冷卻浴槽4中的86。K。利用預(yù)冷單元24將氣體容器1至 少部分地浸入冷卻浴槽4中進(jìn)行所述預(yù)冷。然后利用輸送機構(gòu)12將氣體容 器1輸送到供給單元7,以將液氬作為第一氣體2供入氣體容器1。然后關(guān) 閉輔助閥5，以減少第一氣體2的蒸發(fā)損失。隨后，通過利用停止單元8 使氣體容器1與冷卻浴槽4分離而停止冷卻氣體容器1,并將氣體容器1 輸送到一用于引入處于氣態(tài)的第二氣體3的引入單元。第二氣體3如氦氣 被從第二容器22中抽出，并通過蒸發(fā)器25蒸發(fā)，并通過輔助閥5引入。 引入完成后，暫時關(guān)閉輔助閥5，直到利用用于封閉氣體容器l的單元IO 永久地封閉氣體容器1。封閉用的單元10包括通過焊接來密封氣體容器1 的密封裝置11。引入單元9和封閉用的單元10均可以為常規(guī)的類型，也 就是說，它們無需被改動以適于低溫，也無需能夠承受高于300 bar的高 壓。在環(huán)境溫度下將第二氣體3引入氣體容器1。封閉氣體容器1之后， 允許將氣體容器1升溫到環(huán)境溫度，從而使容器本體26的內(nèi)部壓力升高到 600 bar左右的 一確定壓力。第 一 氣體2可在壓力為0.5bar至3 bar時供給， 第二氣體3可在15bar時引入。供給或引入氣體容器l的氣體的量可通過 體積測量、重量測量或通過計量閥的開啟時間進(jìn)行控制。第二氣體可根據(jù) 室溫下最終期望的分壓力來進(jìn)行計量。所述計量可以在冷卻浴槽4之外例 如在密封裝置11內(nèi)進(jìn)行。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的待使用的氣體容器1的斷面。氣體容器1包括 在連接到容器本體26的第一連接管線28中的輔助閥5和在與容器本體26 相連的第二連接管線29中的第一閥27。第一閥27在填充過程開始之前設(shè) 置在容器本體26上。第一閥27是膜片閥，并適于在氣體容器l操作時刻、
例如在氣嚢系統(tǒng)(未示出)工作期間打開。第一閥27不可逆地操作，即只 能打開一次。第一閥27可焊接到容器本體26或第二連接管線29。輔助閥 5是為了便于將第一氣體2供入或者將笫二氣體3引入容器本體26。輔助 閥5用于暫時封閉容器本體26,從而使得蒸發(fā)損失減少。在第一氣體2的 供給步驟后或者在第二氣體3的引入步驟后，關(guān)閉輔助閥5。也可在供給 和引入步驟之間關(guān)閉輔助閥5。 一旦容器本體26完全被氣體2、 3或氣體2、 3的混合物填充，則利用密封部31通過焊接封閉第一連接管線28。密封部 31確保在氣體容器1封閉后氣體不會通過第一連接管線28逸出容器本體 26。密封部31允許使用廉價的輔助閥5,而不會對暫時封閉容器本體26 的優(yōu)點有所限制。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的待使用的另一氣體容器1的斷面，其中，笫一 閥27和輔助閥5在流體串接部30中。在該情況下，容器本體26的永久封 閉通過第一閥27來實現(xiàn)，該第一閥27在用氣體2、 3或氣體2、 3的混合 物填充容器本體26后關(guān)閉。使用輔助閥5是為了便于供給第一氣體和/或 引入第二氣體3。
圖4概略地示出供給單元7，該供給單元7包括供氣站13，并具有待 與容器l相連的柔性填充管14。為了使填充管14與氣體容器1相連，設(shè) 有一管頭15，該前端包括一計量閥17。管頭15利用定位裝置16定位在氣 體容器1處。由于填充管14的柔性，可以在短時間內(nèi)建立起供氣站13或 供給單元7與氣體容器1間的氣密連接。填充管14是絕熱的，并包括用于 將第一氣體2供入氣體容器1的氣體通路18。借助于隔熱真空使氣體通路 18絕熱。為此，填充管14具有雙層壁。為了進(jìn)一步減少隔熱真空內(nèi)通過 輻射進(jìn)行的熱傳遞，引入一隔熱件19，該隔熱件19至少部分^L有效地 (actively)冷卻?？梢苿拥墓茴^15允許快速連接，這在需要填充多個氣 體容器1時非常重要。
圖5示出用于填充氣體容器1的裝置的供給單元7的另一實施例。液 態(tài)氬作為第一氣體2存貯在大的供給罐33中，并通過供給管32供入同時 用作相分離器20的第一容器21中。來自相分離器20的液態(tài)氬在用于預(yù)冷
第二氣體2的第二預(yù)冷單元35中進(jìn)行預(yù)冷。將液態(tài)氬冷卻到低于其沸點 2°K,以避免在液相中形成任何氣泡，氣泡的形成會影響對供入氣體容器1 的氣體量的計量精度。第二預(yù)冷單元35使用來自第三容器23的液態(tài)氮作 為第三氣體6，該第三容器23與第二預(yù)冷單元35通過導(dǎo)管34相連。然后 將經(jīng)預(yù)冷的液態(tài)氬通過填充管14供至氣體容器1。為此，填充管14包括 可移動的管頭15，該管頭15可在氣體容器1處準(zhǔn)確地定位。利用輸送機 構(gòu)12輸送氣體容器1通過冷卻浴槽。用蓋36封閉冷卻浴槽4，以在冷卻 浴槽4中形成一壓力，借助于該壓力可精確地控制冷卻浴槽中的溫度。
在下文中說明與本發(fā)明相關(guān)的其它方面。所述各個方面可以單獨地和 分開地、或者彼此之間或相互之間以任何適當(dāng)?shù)慕M合進(jìn)行利用。
一種用于填充高壓氣體容器l的有利方法包括如下步驟通過絕熱的
填充管14將來自供氣站13的液化的或固化的第一氣體2供至高壓氣體容 器l,所述充氣管14帶有可移動的管頭15。在第一氣體2的供給步驟中， 可以特別是通過冷卻浴槽4冷卻氣體容器1。特別地，特別是通過冷卻浴 槽4至少部分地沿填充管14的長度冷卻該填充管14?？衫脙刹教畛浞?法填充填充管14，其中在第一氣體2的供給步驟后，將氣態(tài)的第二氣體 3特別是氦氣引入氣體容器1中，其中特別是在第一氣體2的供給步驟中 特別是通過冷卻浴槽4來冷卻氣體容器1;在第二氣體3的引入步驟之前 或期間，停止冷卻氣體容器1，特別地，將氣體容器1從冷卻浴槽4中取 出。有利地，填充用于氣嚢系統(tǒng)或用于燃料電池的高壓氣體容器1。所迷 第一氣體2和/或第二氣體3可以是氣體的混合物。
有利地，用氣體成批填充高壓氣體容器1的方法包括并行地冷卻多個 氣體容器i的步驟，隨后利用根據(jù)本發(fā)明的方法填充該多個氣體容器1。
有利地，用氣體填充高壓氣體容器1的裝置包括一供氣站13和多個高 壓氣體容器l，其中，供氣站13包括至少一個用于氣體容器1的氣體填充 的絕熱填充管14，填充管14帶有可移動的管頭15;其中，該裝置可包括 用于將管頭15移動到各氣體容器1的定位裝置16。有利地，可在管頭15 中設(shè)有一用于控制通過填充管14的氣體流的計量閥17。供氣站13可包括
用于冷卻氣體容器1的冷卻浴槽4，其中，填充管14可至少部分地浸入冷 卻浴槽4中，且所述裝置還可包括一用于輸送氣體容器1通過冷卻浴槽4 的輸送機構(gòu)12。在一實用實施例中，填充管14可至少具有雙層壁，并可 包括用于隔熱的隔熱真空。填充管14可通過冷卻介質(zhì)特別是液化的第三氣 體6被有效地(actively)冷卻，并且/或者可包括氣體通路18和至少部分 地圍繞氣體通路18的管狀的隔熱件19，其中，隔熱件19由冷卻介質(zhì)冷卻。 管頭15可包括用于暫時封閉氣體容器1的輔助閥5。填充管14特別用于 向氣體容器1充入已液化的第一氣體2。供氣站13可包括一用于已液化的 第一氣體2的第一容器21。供氣站13可有利地包括一用于向氣體容器1 引入氣態(tài)的第二氣體3的引入單元9。供氣站13可包括一用于已液化的第 二氣體3的第二容器22，其中，供氣站13可包括一用于將已液化的第二 氣體3轉(zhuǎn)化成其氣態(tài)的蒸發(fā)器25。供氣站13可包括一用于作為冷卻介質(zhì) 的已液化的第三氣體6的第三容器23。
對一有利的用于用氣體填充高壓氣體容器1的供氣站13進(jìn)行改動，并 特別地將其指定用于根據(jù)本發(fā)明的裝置中。
有利地， 一種高壓氣體容器1包括用于存貯氣體的容器本體26和至少 一個用于放出存貯的氣體的第一閥27,其特征在于，還包括用于將氣體引 入容器本體26、暫時封閉容器本體26直到容器本體26被永久地密封的輔 助閥5，其中第一閥27和輔助閥5與容器本體26形成流體連接，其中， 特別地，笫一閥27和輔助閥5可通過單獨的流體連接管線28、 29與容器 本體26相連；或者，特別地，第一閥27和輔助閥5可通過流體串接部30 與容器本體26相連。第一閥27能夠不可逆地打開。可選擇地，輔助閥5 能夠可逆地打開和關(guān)閉。可在輔助閥5處"^殳置一密封部31,以永久地關(guān)閉 輔助岡5，其中，特別地，密封部31可設(shè)置在輔助閥5和容器本體26之 間的流體連接部中；或者，其中，特別地，輔助閥5可設(shè)置在密封部31 和容器本體26之間的流體互連部中。輔助閥5可以是下述閥之一浮球4t 塞、球?qū)澴煨?、蝶閥、閘門閥、球心閥、止回閥、回轉(zhuǎn)閥或活塞閥。 第一閥27可特別是膜片閥。有利地，所述高壓氣體容器1可被改動成適用于和/或者指定用于氣嚢系統(tǒng)；或者，所述高壓氣體容器1可被改動成適用 于和/或者指定用于燃料電池。
高壓容器1具有用于存貯氣體的容器本體26、至少一個用于放出存貯 的氣體的第一閥27和輔助閥5,其中，第一閥27和輔助閥5與容器本體 26形成流體連接， 一種用于填充該高壓氣體容器1的有利方法包括如下步 驟通過輔助閥5將氣體引入容器本體26;至少暫時地關(guān)閉輔助閥5;永 久密封輔助閥5,其中，特別地，可通過焊接來密封輔助閥5。輔助閥5 還可或者作為替換由第一閥27密封。在用氣體填充容器本體26之前，第 一閥27可設(shè)置和構(gòu)造在氣體容器1處。
本發(fā)明涉及一種用于填充高壓氣體容器1的方法或裝置，該方法包括 如下步驟在氣體容器l被冷卻的同時，將液化的或固化的第一氣體2供 給氣體容器l;在第一氣體的供給步驟之后，停止冷卻氣體容器l;然后將 氣態(tài)的第二氣體3引入氣體容器l，并封閉氣體容器l。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對 特別是用于氣嚢系統(tǒng)或燃料電池的高壓氣體容器1進(jìn)行有效的、可重復(fù)的、 可靠的和經(jīng)濟的填充，并且允許使用常規(guī)的、不經(jīng)特別地改動以適于低溫 或高壓應(yīng)用的、用于引入氣體或封閉氣體容器的裝置。
附圖標(biāo)記 1氣體容器
2第一氣體 3第二氣體 4冷卻浴槽 5輔助閥 6第三氣體 7供給單元 8停止單元 9引入單元 IO封閉用的單元 11密封裝置 12輸送機構(gòu) 13供氣站 14填充管 15管頭 16定位裝置 17計量閥 18氣體通路 19隔熱寸牛 20相分離器 21爭—~1容器 22第二容器 23第三容器 24預(yù)冷單元 25蒸發(fā)器 26容器本體 27第一閥28第一連接管線 29第二連接管線 30流體串接部 31密封部 32供給管 33供給罐 34導(dǎo)管
35第二預(yù)冷單元 36蓋
權(quán)利要求
1.用于填充高壓氣體容器(1)的方法，包括如下步驟在氣體容器(1)被冷卻的同時，將液化的或固化的第一氣體(2)供給所述氣體容器(1)；在第一氣體的供給步驟之后，停止冷卻所述氣體容器(1)；然后將氣態(tài)的第二氣體(3)引入所述氣體容器(1)；封閉所述氣體容器(1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體容器(1) 的冷卻在冷卻浴槽(4)、特別是液氮冷卻浴槽(4)中進(jìn)行；通過使所述 氣體容器(i)與冷卻浴槽(4)分開來停止所述冷卻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一氣體(2 ) 和/或第二氣體(3)是多種氣體的混合物。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一氣體 (2)和/或第二氣體(3)是不活潑的氣體，特別是稀有氣體。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在第一氣體(2 ) 的供給步驟之后和在第二氣體(3)的引入步驟之前，暫時封閉所述氣體容 器(1)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，利用輔助閥(5)暫 時封閉所述氣體容器(1)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述氣體容器 (1)的封閉通過焊接來進(jìn)行。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述氣體容器 (1)是用于氣嚢系統(tǒng)的。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述氣體容器(1) 是用于燃料電池的。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一氣體(2) 的供給在0.2bar至15bar、特別是0.5bar至4bar的壓力下進(jìn)行。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第二氣體(3 )的供給在2bar至100bar、特別是5bar至50bar、例如在10bar至 20bar的壓力下進(jìn)4亍。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一氣體 (2)在液態(tài)下供入氣體容器(1),并在氣體容器(1)中凝固。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一氣體 (2)在低于其沸點溫度，特別是低于其沸點溫度至少1。K、優(yōu)選至少2。K的溫度下供給；在高于其凝固溫度，特別是高于其凝固溫度至少1°K、優(yōu) 選至少2°K的溫度下供給。
14. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第一氣 體(2)的供給步驟之后和在所述第二氣體(3)的引入步驟之前，使所述 氣體容器(1)與密封裝置(11)、特別是焊接器件(12)相連；在所述第 二氣體(3)的引入步驟之后，通過密封裝置(11)、特別是通過焊接來密 封所述氣體容器(1)。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，利用液化的第 三氣體(6)、特別是液氮進(jìn)行所述冷卻，其中，特別地，該第三氣體(6) 的溫度通過控制第三氣體(6)中的壓力來進(jìn)行控制。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在第一氣體(2) 的供給步驟之前冷卻所述氣體容器(1)。
17. 用于填充高壓氣體容器(1)的裝置，包括 用于在氣體容器(1)被冷卻的同時將液化的或固化的第一氣體(2) 供給氣體容器(1)的供給單元(7);用于停止冷卻氣體容器(1)的停止單元(8); 用于在第一氣體的供給步驟之后將氣態(tài)的第二氣體(3 )引入氣體容器 (1)的引入單元(9);用于封閉氣體容器(1)的單元(10)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括用于冷卻所 述氣體容器(1)的冷卻浴槽(4)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括用于輸送所 述氣體容器(1)通過所述冷卻浴槽(4)的輸送機構(gòu)(12)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17至19之一所述的裝置，其特征在于，所述用于 封閉所述氣體容器(1)的單元(10)是焊接器件(12)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17至20之一所述的裝置，其特征在于，該裝置用 來填充用于氣嚢系統(tǒng)或用于燃料電池的高壓氣體容器(1)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17至21之一所述的裝置，其特征在于，還包括供 氣站(13)和至少一個與供氣站(13)形成流體連接的絕熱填充管(14)， 該填充管(14)具有一管頭(15)，其中，填充管(14)用于將第一氣體(2 )供給氣體容器(1 )。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，還包括用于將所述 管頭(15)定位在所述氣體容器(1)處的定位裝置(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于填充高壓氣體容器(1)的方法或裝置，該方法包括如下步驟在氣體容器(1)被冷卻的同時，將液化的或固化的第一氣體(2)供給該氣體容器(1)；在第一氣體的供給步驟之后，停止冷卻氣體容器(1)；然后將氣態(tài)的第二氣體(3)引入氣體容器(1)并封閉氣體容器(1)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對特別是用于氣囊系統(tǒng)或燃料電池的高壓氣體容器(1)進(jìn)行有效的、可重復(fù)的、可靠的和經(jīng)濟的填充，且允許使用常規(guī)的、不經(jīng)特別地改動以適于低溫或高壓應(yīng)用的、用于引入氣體或封閉氣體容器的裝置。
文檔編號F17C5/06GK101180495SQ200680013915
公開日2008年5月14日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者F·泰森, F·米歇爾, H·希勒, L·蒂德克, T·弗蘭克, U·克勒貝 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司