阅读说明：本技术 用于使可流动的流体脱气的装置 (Device for degassing a flowable fluid ) 是由 A·顺克 M·黑格曼 于 2018-03-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于使可流动的流体、尤其是用于储氢的液体脱气的装置(10),包括：-可被待脱气的流体填充且可被其穿流的解吸器(12)；-用于在解吸器(12)中在脱气过程期间使流体循环的循环泵(48)；-用于在流体填充过程中在解吸器(12)中产生负压且在脱气过程中从解吸器(12)中排出气体的真空泵(38)；-至少一个用于测量解吸器(12)中的压力和/或用于测量时间的传感器(44a、44b)；和-控制单元,其在通过相应的传感器(44a、44b)测量到预定压力时和/或在测量到流体在解吸器(12)中的预定停留时间时终止脱气过程。(The invention relates to a device (10) for degassing a flowable fluid, in particular a liquid for storing hydrogen, comprising: -a desorber (12) fillable with and traversable by the fluid to be degassed; -a circulation pump (48) for circulating the fluid during the degassing process in the desorber (12); -a vacuum pump (38) for generating a negative pressure in the desorber (12) during fluid filling and for evacuating gas from the desorber (12) during degassing; -at least one sensor (44a, 44b) for measuring the pressure in the desorber (12) and/or for measuring time; and a control unit which terminates the degassing process when a predetermined pressure is measured by the respective sensor (44a, 44b) and/or when a predetermined residence time of the fluid in the desorber (12) is measured.)

用于使可流动的流体脱气的装置

技术领域

本发明涉及一种用于使可流动的流体、尤其是用于储氢的液体脱气的装置以及这种用于使可流动的流体脱气的装置的应用。

背景技术

可在市场上获得不同实施方式的且针对不同应用目的的用于分离流体混合物的装置。DE 195 10 023 C1公开了一种用于分离流体混合物、尤其是油和水的装置，该装置包括真空容器，可借助雾化装置向该真空容器中喷射流体混合物。流体混合物中的至少一种液体成分可在分离之后借助液压泵排出真空容器并且相应另一种成分可以气体和/或蒸气形式借助真空泵从真空容器中吸走。通过包括雾化装置、真空容器和相配的泵的结构单元提供一种用于分离流体混合物的装置，该装置在小的结构尺寸下允许最佳的成分分离并在制造和运行方面具有经济优势。

DE 101 35 420 A1公开了一种用于将流体混合物分离成其至少两种成分的装置，该装置具有工作室和静态室，静态室用于容纳流体混合物及从其沉降的成分。借助马达-泵单元可将流体混合物从静态室中经错流过滤器输送到工作室。马达-泵单元由潜水泵构成，该潜水泵与错流过滤器一起作为结构单元容纳在工作室中，由此实现包括静态室和工作室的双容器方案。从而提供一种可多功能装置，其占用较少空间并且特别适合于移动应用。

DE 10 2014 012 094 A1公开了另一种用于处理包含气体、尤其是氢、空气、氮气或天然气以及液体、尤其是离子液体、液压油或工艺液体的流体混合物的装置。该已知装置具有至少一个分离级，用于将流体混合物分离成液体成分和气体成分，气体成分被残留的液体成分污染，借助至少另一分离级从气体成分中除去该残留的液体成分。借助所述另一分离级进行精细分离，从而可以按使用所需的纯度提供相关的液体成分、如离子液体并且在所获得的气体成分中不含这种液体。

氢不仅作为工业气体而且也越来越多地作为能量载体例如用于农业、工业和住宅以及车辆中。为了避免在运行高度易挥发且易爆的气体时的风险，将氢存储在液体中。被称为“液态有机氢载体”的液体能实现运行安全、无损失的氢存储以及在商用油罐中的简单存储和简单运输，以便例如供应加油基础设施。为了存储氢，例如使用柴油状的液体二苄基甲苯，其可简单、安全且低成本地运行、存储和运输。

用于分离流体混合物的已知装置在从储氢器中分离氢时达到其极限。从液态载体材料释放存储的氢尤其是需要运行在脱出储氢器之后的易挥发且易燃的氢。为了将氢用作例如用于燃料电池车辆的燃料或用于供应加氢站，需要从液态储氢器中安全地分离氢气。

发明内容

本发明所基于的任务在于允许以简单、可靠且安全的方式从液态储氢器中分离氢气，在此应有效防止分离出的氢燃烧。

所述任务通过根据权利要求1的特征所述的用于使可流动的流体脱气的装置以及通过根据权利要求8的特征所述的用于使可流动的流体脱气的装置的应用来解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求的技术方案。

根据本发明的用于使可流动的流体、尤其是用于储氢的液体脱气的装置包括可被待脱气的流体填充且可被其穿流的解吸器、用于在解吸器中在脱气过程期间使流体循环的循环泵、用于在流体填充过程中在解吸器中产生负压且在脱气过程中从解吸器中排出气体的真空泵、至少一个用于测量解吸器中的压力和/或用于测量时间的传感器和控制单元，其在通过相应的传感器测量到预定压力时和/或在测量到流体在解吸器中的预定停留时间时终止脱气过程。

根据本发明的装置的核心组成部件是解吸器，该解吸器被待脱气的流体填充并被该流体穿流以便从流体中分离出相应气体。相关的流体流由循环泵产生，该循环泵通常在回路中使流体从解吸器流出并再次流入解吸器。真空泵的功能在于通过相应的负压确保安全地填充解吸器并在解吸器中产生保护气氛，在该气氛下气体从流体中的、尤其是氢从存储液体中的分离过程运行安全地进行。在脱气过程中从流体中脱出的气体通过真空泵导出解吸器。以这种方式防止气体和流体的重新混合。

一旦所述至少一个传感器测量到与流体的预定脱气相对应的预定压力，则通过控制单元终止在解吸器中的脱气过程。为了确保达到特定的脱气阈值，优选另外测量时间并且当在预定时间内测量到预定压力时终止脱气过程。替代或附加地，当达到流体在解吸器中的预定停留时间时，与流体脱气进程无关地终止脱气过程。

在根据本发明的装置的一种优选实施方式中，在所述解吸器中加入用于增加有效分离面的介质，优选柱形、球形或锥形的不锈钢填充体，所述介质至少部分地填充解吸器的内部空间。所述介质、尤其是柱形的不锈钢填充体在脱气过程中被待脱气的流体绕流。例如通过催化过程从液态储氢器(在行话中称为“液态有机氢载体”)中释放氢，所述催化过程在相关表面上开始。

优选用作存储介质的二苄基甲苯是液态有机烃，其在-39℃至390℃的温度范围内为液态并且可在环境压力下存储和运输。在脱氢过程中所存储的氢的释放是吸热过程。通过根据本发明的装置可完全控制地连续释放氢。特别优选通过气体洗涤来确保氢纯度，在脱气过程中从解吸器排出的气体被供应至气体洗涤。为此例如可使用由开头提到的DE 102014 012 094 A1公开的装置。

在根据本发明装置的另一种优选实施方式中，预分离器连接在流体储存器和解吸器之间并且可被来自流体储存器的流体填充。这样做的优点在于，在第一过程步骤中分离从填充到预分离器中的流体中脱出的气体并且在第二过程步骤中在特定的脱气过程中从流入到解吸器中的流体中分离气体。根据本发明的装置可在具有预分离和中心分离过程的两级设施运行中运行。预分离器的另一优点在于以来自预处理过程的待脱气流体、如液态有机氢载体连续填充解吸器。预分离同时也构成一个收集罐。

根据本发明的装置可用于各种可流动流体的脱气。在此可从流体中分离出单独的气体，但也可分离出气体混合物。根据相应应用按需要选择装置的尺寸、尤其是解吸器和预分离器的大小。脱气装置可固定安装在设施中并且与流体储存器、气体出口和流体出口固定连接。但也可想到，将该装置设计为移动单元，其为了脱气过程而连接到相关设施、如加氢站上。

特别优选地，在预分离器和/或解吸器中设置液位传感器，所述液位传感器具有至少一个与填充、排空和/或脱气过程相关的与相应液位相对应的开关点。适宜的是，通过相应的液位传感器预设用于根据本发明的装置的运行的流体最小和最大液位。当超过最大液位或低于最小液位时，通过控制单元停止或开始流体的填充。作为替代方案，当超过最大值时，至少一部分流体未经处理地从相应容器中导出。特别优选地，通过相应的液位传感器调节在填充过程中供应的或在排空过程中排出的流体量并通过根据本发明的装置确保最佳工艺流程。

在根据本发明的装置的一种优选实施方式中，设置与预分离器和/或解吸器连接的气体接口，用于在排空期间的压力平衡。特别优选地，在气体接口上连接有用于将氮气作为惰性气体供应到预分离器或解吸器中的氮气瓶。除了排空所需的压力之外，还在相应的内部空间中产生气体气氛，其有效防止分离出的、可能残留在解吸器中的氢残留量的燃烧。

在根据本发明装置的另一种优选实施方式中，在解吸器上设置有气体出口和流体出口，所述气体出口连接到一个阀装置和真空泵上，所述流体出口连接到循环泵和一个阀装置上。从流体中脱出的气体在脱气过程期间经由气体出口导出。特别优选地，在气体出口上连接过滤和/或纯化单元，以便对分离出的气体进行可能需要的气体洗涤。在脱气过程结束后，经脱气的流体通过流体出口从解吸器中导出并且优选供应给收集装置或进一步使用。

另外有利的是，在配置给流体供应管路的预分离器和解吸器之间设置有一个阀装置和配置给另一流体供应管路的另一阀装置、优选多通阀，并且解吸器可根据所述另一阀装置的位置通过流体供应管路和预分离器或通过所述另一流体供应管路被待脱气的流体填充。这样做的优点在于可选择性地通过预分离器或直接从流体储存器填充解吸器。

本发明还涉及根据本发明的用于使可流动的流体脱气的装置的应用，其中，在解吸器中在脱气过程期间待脱气的流体借助循环泵循环并且气体借助真空泵从解吸器中导到气体出口，并且在测量到预定压力和/或测量到流体在解吸器中的预定停留时间时终止脱气过程。

在根据本发明的应用中，在设备中将流体供应给容器、在此为解吸器并排出，在解吸器中通过真空泵产生真空并且流体通过负压脱气。基于解吸器中的负压从流体中脱出的气体被真空泵吸走并在气体出口处排出。在脱气过程期间使流体在解吸器中循环并测量解吸器中的压力，以便能够从测得的压力推导出流体中的气体含量。根据本发明在达到预定气体含量或相关压力时或在达到预定时间时终止脱气过程。

在根据本发明的应用的一种优选变型方案中，为了排空过程，将另一种气体、优选氮气通过一个供应管路导入解吸器中以实现压力平衡，并且随后借助循环泵使经脱气的流体从解吸器中导到流体出口。以这种方式确保在脱气过程结束后安全、无故障地排空解吸器。

在根据本发明的应用的另一种优选变型方案中，在填充过程中借助真空泵在解吸器中产生真空并且随后使待脱气的流体从流体储存器通过流体供应管路和预分离器或通过所述另一流体供应管路流入解吸器中。基于真空泵用于在填充过程和脱气过程中产生负压的双重功能，实现所用装置的紧凑的设计和简单的结构。

此外有利的是，在所述装置的第一运行模式中，在填充过程中，打开配置给流体供应管路的阀装置并且将待脱气的流体从流体储存器中导入预分离器中直至达到相配的液位传感器的第一开关点，打开设置在预分离器和解吸器之间的阀装置并且将至少部分脱气的流体从预分离器中导入解吸器中直至达到相配的另一液位传感器的第二开关点，并且关闭连接在预分离器上游的阀装置以及连接在预分离器和解吸器之间的阀装置。此外有利的是，在所述装置的第二运行模式中，在填充过程中，打开配置给所述另一流体供应管路的、连接在解吸器上游的阀装置并且将待脱气的流体从流体储存器中导入解吸器中直至达到相配的另一液位传感器的第二开关点，并且关闭所述相配的阀装置。

通过相应打开和关闭阀装置，在根据本发明的应用中控制填充过程并在预分离器和解吸器中调节相应过程步骤所需的液位。特别优选地，在排空过程中从解吸器中排出的流体体积相应于在填充过程中所供应的流体体积。以这种方式特别简单地实现根据本发明的应用的设施运行。

在根据本发明的应用的另一种优选变型方案中，所述流体是用于储氢的介质，优选二苄基甲苯，借助所述装置从所述介质中分离氢。所述应用可在储存或运输储氢器之后进行。特别优选地，在应用中使用的根据本发明的装置固定集成在设施中或设计为移动单元。

附图说明

本发明的其它优点和特征由附图和下述附图说明给出。上述和下面提到的特征根据本发明可单独或以任意组合实现于装置以及相关应用中。附图中所示的特征仅是示意性的，而不是按比例的。

唯一的附图示出根据本发明的用于使可流动的流体脱气的装置的线路图。

具体实施方式

附图示出用于使可流动的流体脱气的装置10，该装置包括解吸器12和预分离器14。预分离器14通过流体供应管路18与流体储存器16连接。在流体供应管路18中设置有构造为方向阀的第一阀装置20。在第一阀装置20的第一阀位置中，流体储存器16与预分离器14连接，在第二阀位置中与紧急溢流口22连接。

在预分离器14和解吸器12之间的连接管路中设置有构造为方向阀的第二阀装置24。相关的流体路径在第二阀装置24的第一阀位置中打开，在第二阀位置中关闭。在预分离器14中设置有具有开关点L3、L4和L5的液位传感器26。在预分离器14中从待脱气的流体中脱出的气体在气体出口28处离开预分离器14。在从预分离器14到气体出口28的连接管路中设置有止回阀30。此外，在预分离器14处设置有用于测量预分离器14中的压力的压力传感器32。装置10具有在其中设置有浮子开关34的滴水盘(图中未示出)。

在解吸器12上设置有具有开关点L1、L2和L6的另一液位传感器36并且另外在通往另一气体出口40的连接管路中设置真空泵38。在解吸器12和真空泵38之间设置有构造为方向阀的第三阀装置42。相关的流体连接在第三阀装置42的第一阀位置中被释放，在第二阀位置中被阻断。为了测量解吸器12中的压力，设置两个另外的压力传感器44a和44b。此外，在解吸器12上还设有温度传感器46。

在一个管路回路中设置有解吸器12、循环泵48和构造为方向阀的第四阀装置50。在第四阀装置50的第一阀位置中，来自循环泵48的管路与通向解吸器12的回流管路连接并且因此用于使穿流解吸器12的流体循环的回路闭合。在第四阀装置50的第二阀位置中，来自循环泵48的管路与流体出口52连接并且因此释放用于将流体从解吸器12中导到流体出口52的流体路径。真空泵38和循环泵48可分别通过马达M驱动。

此外，气体接口54通向解吸器12，在气体接口54和解吸器12之间的供应管路58中设置有构造为方向阀的第五阀装置56。第五阀装置56在第一阀位置中释放通过供应管路58的流体路径并且在第二阀位置中阻断该流体路径。另一供应管路60从气体接口54通向预分离器14，在所述另一供应管路60中设置有另一止回阀62。

在预分离器14和解吸器12之间的连接管路中设置有构造为多通阀的另一阀装置64，通过该另一阀装置分离预分离器14并且通过另一流体供应管路66可将来自流体储存器16的流体导入解吸器12中。除了流体出口52之外，在解吸器12上还构造有可通过截止阀68阻断和打开的流体导出管路70。

在附图中可见其液压线路图的装置10可在三种不同的运行模式中运行、即设施运行、从流体储存器中脱气和手动运行。可通过控制单元选择各个运行模式。

运行模式“设施运行”要求这样调节在预分离器14和解吸器12之间的构造为二位三通球阀的所述另一阀装置64，使得预分离器14引导流体地与解吸器12连接。可流动的流体、如液态储氢介质通过相关设施中的超压被供应给装置10的预分离器14。为此第一阀装置20通电并进入图中所示的第一阀位置A-B。一旦通过液位传感器26检测到与预分离器14中的第二开关点L4相对应的液位，则第二阀装置24打开并进入图中所示的第一阀位置。

通过真空泵38在解吸器12中产生负压。通过预分离器14和解吸器12之间的压力差在第二阀装置24打开的情况下使流体流入解吸器12中。设置在所述另一供应管路60中的所述另一止回阀62使预分离器14中的压力保持恒定，从而预分离器14可排空。代替该止回阀62可选地也可使用压力调节器(未在图中示出)。第二阀装置24在填充过程期间保持打开，直至通过解吸器12中的所述另一液位传感器36测量到与第三开关点L6相对应的液位。由真空泵38从解吸器12输送的气体通过适合的排气系统排出，该排气系统连接到所述另一气体出口40上。

如果在故障情况下流体应该不能从预分离器14流向解吸器12，则达到与预分离器14中的第三开关点L5相对应的液位。液位传感器26的第三开关点L5相应于预分离器14中的流体的最大液位。在此情况下，第一阀装置20的电源被中断并且进入第二阀位置A-C。流体未经处理地通过紧急溢流口22、优选通过连接到那里的软管流回到流体储存器16或单独的收集罐中。

待脱气的流体在解吸器12中通过循环泵48循环。循环泵48仅在通过解吸器12中的所述另一液位传感器36测量到超过与第一开关点L1相对应的液位时才运转。所述另一液位传感器36的第一开关点L1相应于解吸器12中的流体的最小液位。在穿流解吸器12并绕流设置在解吸器12中的用于增加有效分离面/面积的介质时气体从流体中脱出，该气体经由真空泵38泵出。温度传感器46测量脱出的气体、如氢的温度。如果温度应超过所用部件的关键温度、如40摄氏度，则为了安全起见在防爆意义中关闭装置10。流体在此情况下未经处理地流回到流体储存器16中、如罐中，因为第一阀装置20的电源也被中断并且进入第二阀位置A-C。

流体在解吸器12中循环，直至所述另一压力传感器44b在设定的保持时间内测量到预设的目标压力并且流体在解吸器12中停留了设定的停留时间。可通过装置10的控制单元来设定目标压力、保持时间和停留时间。在用于使可流动的流体脱气的装置10的应用的一种特别简单的实施方式中，可省却保持时间。关闭连接在真空泵38上游的第三阀装置42以终止脱气过程并且随后打开配置给气体接口54的第五阀装置56，直到在解吸器12中建立压力平衡为止。例如通过来自氮气瓶的氮气实现压力平衡。在通过解吸器12中的所述另一压力传感器44a测量到达到约1000mbar的压力之后，再次关闭第五阀装置56。如果应该不能在解吸器12中实现压力平衡，则通过控制单元输出相应的错误消息。在可选地设置压力调节器(未在图中示出)时，阀装置56保持打开并且解吸器12中的压力通过压力调节器保持恒定。

在建立压力平衡之后操作第四阀装置50并且通过循环泵48将流体从解吸器12泵出，直到达到解吸器12中的与第二开关点L2相对应的液位。此后，第四阀装置50再次回到所显示的第一阀位置A-B并且配置给真空泵38的第三阀装置42再次打开。当再次达到预分离器14中的与第二开关点L4相对应的液位时，循环重新开始。

在从流体储存器16脱气的第二运行模式中，装置10本身从流体储存器16、如罐中抽吸待脱气的流体到解吸器12中。为此流体储存器16必须通过所述另一流体供应管路66——其尤其是构造为管或软管——与所述另一阀装置64上的相配入口连接。第二运行模式要求这样调节在预分离器14和解吸器12之间的构造为二位三通球阀的所述另一阀装置64，使得流体储存器16引导流体地与解吸器12连接。

解吸器12中的填充、脱气和排空过程相应根据第一运行模式进行。第一和第二运行模式的区别在于分离级数不同。在第一运行模式中执行两级分离，一级在预分离器14中并且一级在解吸器12中，而在第二运行模式中，仅在解吸器12中执行一级分离。在第二运行模式中不使用预分离器14并且相配的液位传感器26的开关点L3和L4在该运行模式中不起作用。但为了保护预分离器14不被过度填充，第三开关点L5在第二运行模式中也起作用。

在第三运行模式中，手动地切换配置给预分离器14、解吸器12、所述另一气体出口40、气体接口54和流体出口52的阀装置20、24、42、46和50。也手动地接通和关闭真空泵38和循环泵48。

在接通真空泵38之前，必须在解吸器12中实现压力平衡。为此打开第三阀装置42和第五阀装置56，直到在解吸器12中已产生压力平衡为止。相关测量通过所述另一压力传感器44a进行。在真空泵38启动期间不能手动切换两个阀装置42、56。

前两个段落涉及使用隔膜泵，但不涉及使用旋片泵。

当在解吸器12中应该达到第三开关点L6时，关闭第二阀装置24并且就此而言绕开手动运行。当在预分离器14中应该达到第三开关点L5时，第一阀装置20断电并且流体未经处理地经由紧急溢流口22流回到流体储存器16中。第一阀装置20于是位于第二阀位置A-C。

设置在滴水盘中的浮子开关34在流体排出时起作用。在这种情况下，真空泵38断开并且第二阀装置24关闭并且第一阀装置20断电。为了防止解吸器12被过度填充，第二阀装置24在达到解吸器12中的与第三开关点L6相对应的液位时关闭。预分离器14或解吸器12上的液位传感器26、36构造为常开触点。在液位传感器26、36或传感器32、44a、44b和46的电缆中断的情况下，装置10关闭。

特别优选地，在用于使可流动的流体脱气的装置10中、尤其是用于卸载液态储氢器的应用中设置测量数据记录装置。可随时间记录阀装置20、24、42、50和56的开关位置。也可随时间记录循环泵48和真空泵38的马达M的状态。作为测量数据还检测解吸器12中的压力和温度。借助第一另外的压力传感器44a在0至1000mbar的测量范围内测量高于400mbar的压力，借助第二另外的压力传感器44b在0-400mbar的测量范围内测量低于400mbar的压力。可通过装置10的控制单元调节测量间隔和记录时间。适宜的是，将所记录的测量数据存储在装置10中并且通过介质接口、如USB接口作为CSV文件输出并传输到外部存储介质。但也可想到在装置11运行时进行在线测量数据记录。

在所示实施例中，在预分离器14中的液位传感器26的第一和第二开关点L3、L4之间的流体体积ΔV_V为10.5l。在解吸器12中的所述另一液位传感器36的第二和第三开关点L2、L6之间的流体体积ΔV_D3也为10.5l。因此，在填充时从预分离器14流入解吸器12中的流体体积相应于在排空时从解吸器12排出的流体体积。在所述另一液位传感器36的第一和第二开关点L1、L2之间的流体体积ΔV_D2为1.10l。与所述另一液位传感器36的第一开关点L1相对应的最小液位ΔV_D1为1.05l。可以理解的是，根据装置10的构造以及预分离器14和解吸器12的容器尺寸改变并按需要选择相应的流体体积。

代替利用压差通过所述另一阀装置64和第二阀装置24进行填充，解吸器12可利用泵、如循环泵48进行填充。在根据本发明的用于使可流动的流体脱气的装置10的这种变型方案中，第六阀装置72设置在从解吸器12通往循环泵48的流体管路中并且还引导流体地与预分离器14连接。在构造为二位三通阀的第六阀装置72的如图所示的第一阀位置中，根据在脱气期间的循环运行，解吸器12与循环泵48连接。在第六阀装置72的第二阀位置中，预分离器14根据填充过程与循环泵48连接，从而流体可从预分离器14经由第四阀装置50被泵入解吸器12中。从第六阀装置72和循环泵48之间的连接管路分支出另一流体管路，该另一流体管路在第五阀装置50下游通入通往流体出口52的流体管路中并且具有限压阀74作为用于循环泵48的安全阀。