給罐填充加壓氣體的方法

2023-06-09 15:22:16

專利名稱：給罐填充加壓氣體的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於給罐填充加壓氣體/壓縮氣體的方法。 本發明更具體地涉及一種使用填充站給罐填充加壓氣體、特別是給車輛的罐內填 充氫的方法，所述填充站包括用於容納加壓氣體和通過相繼壓力平衡階段來填充該罐的多 個緩衝容器和用於產生加壓氣體以及用於從流體源填充所述緩衝容器的裝置。
背景技術：
通常通過利用多個處於高壓的緩衝容器的相繼壓力平衡來執行對安裝在車輛上 的處於高壓(特別是大於700bar)的罐的快速填充(通常小於15分鐘，例如(使用)用於 裝有燃料電池的車輛的氫氣)。 一般在待填充的目標罐和處於遞增的壓力下(例如200bar、 然後300bar、然後450bar然後850bar)的緩衝容器之間提供一系列壓力平衡來實現"分級" 填充。 這種公知的方法在文獻中有大量描述，特別是針對天然氣或氫的應用。 但是，已知的通過壓力平衡的填充方法需要大量高壓容器。這從而增加了洩露的
危險和必須儲存在站點內的氣體量。特別地，通過這種方法，固定的氣體量約是該站點使用
的每日平均消耗量的三倍。特別是在氣體是易燃或危險的情況下，這可能需要提交特別許
可請求。 此外，通過這種方法，為了對多個車輛相繼填充而無過長的等待時間，需要增加可 用的高壓緩衝容器的數量，並從而需要增大填充站的規模。 根據另一已知的被稱為"慢填充"(例如比15分鐘更長)的填充技術中，氣體被從 低壓氫源經由壓縮機直接引入罐中。 實際上，這種"直接壓縮"填充方法不能在少於15分鐘內實現罐的填充，除非使用 很大的壓縮機(或低溫泵)，這需要很高的電功率(例如對於液泵約為70KW，而對於壓縮機 大於300KW)。

發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術的全部或部分缺點。 為此，本發明的方法——該方法和上述介紹中給出的總體定義一致——的重要的
特徵在於，其包括通過從緩衝容器傳輸氣體和同時通過直接從所述源經由氣體發生裝置傳 輸氣體來填充罐的步驟。
此外，本發明的實施例可包括以下特徵中的一個或多個-在至少一個緩衝容器和罐之間的壓力平衡階段的至少部分期間內，加壓氣體發 生裝置直接給罐供給氣體，-加壓氣體發生裝置和緩衝容器並行地連接於用於連接至所述罐的公共供給管 路，-加壓氣體發生裝置包括壓縮機；所述源連接於加壓氣體發生裝置，且包括下列
3中的至少一個可動的加壓氣體容器、用於合成或生產所述氣體的系統、用於分配所述氣體 的網絡、緩衝容器中的至少一個， _加壓氣體發生裝置包括連接至緩衝容器的壓縮機；在至少一個第二緩衝容器 (3)和罐之間的壓力平衡階段的至少部分期間內，壓縮機從包括第一緩衝容器(2)的氣體 源給罐供應氣體，-在壓力平衡過程中，被壓縮機用作源的第一緩衝容器不同於第二緩衝容器，-緩衝容器在被用於與罐的壓力平衡後相繼地被壓縮機用作所述源，-緩衝容器的至少一部分經由包括至少一個截止閥的管路連接至壓縮機的吸入
□，-加壓氣體發生裝置包括低溫迴路，該低溫迴路包括泵和蒸發/加壓系統；所述源 連接至氣體發生裝置且包括處於低溫的液化氣體罐。


結合附圖，從以下描述中可顯見其它特徵和優點，其中-圖1在一個視圖中示出了根據本發明的填充系統的多個可供選擇的實施例的結 構和運行方式， _圖2示出了圖1的填充系統的替換實施例的結構和運行方式的示意圖，
-圖3示出了根據本發明的填充系統的第二實施例的結構和運行方式的示意圖，
-圖4示出了根據本發明的填充系統的第三實施例的結構和運行方式的部分示意 圖。
具體實施例方式
圖1中示出的填充系統站1通常包括兩個氣體緩衝容器2、3(或"緩衝罐")，這兩 個氣體緩衝容器並行地連接至用於連接至待填充的罐ll的入口的供給管路6。為簡化起 見，待填充的罐ll示意性地表示為車輛。每個緩衝容器2、3經由各自的閥V4、V5以及還包 括閥V3的公共管路16連接至供給管路6。 站1還包括位於填充管路6中的至少一個壓縮機5。壓縮機5的入口流體地連接 於至少一個氣體源14、24、34。壓縮機5的出口例如經由壓力控制器PCVl(壓力和/或流量 控制閥)流體地連接於填充管路6。壓縮機5通常設計成確保通過使用由源14、24、34供應 的低壓氣體來填充緩衝容器2、3。在圖1的示例中，三個源14、24、34經由各自的閥並行地 連接至壓縮機5的入口 (例如氣瓶半掛車或高壓氣瓶架的可動的加壓氣體容器14、用於合 成或生產所述氣體的系統24、用於分配所述氣體的網絡34)。 明顯地，且如圖2所示，通常需要單個氣體源(例如由管路表示的可用的網絡34)。
氣體源14、24、34也可經由包括閥V2的管路26直接連接至供給管路6 ("直接"表 示沒有經過壓縮機5)。例如，源管路26連接至閥V3上遊的緩衝容器2、3的公共管路16。 此源管路26在需要時用於在源34和緩衝容器2、3或罐11之間提供第一壓力平衡。
因此，提供壓縮機5以便以不同的存儲壓力加載緩衝容器2、3。當緩衝容器2、3被 填充時，可通過已知的相繼壓力平衡方法填充罐ll(以遞增的存儲壓力的順序一個接一個 地使用緩衝容器2、3)。在一次或多次填充後，緩衝容器2、3可通過上述方法被再次填充。通常也可填充緩衝容器2、3中的一個，而緩衝容器2、3中的另一個用於填充罐11。
根據本發明的有利的特徵，站l同時執行將氣體從緩衝容器2、3傳輸至罐11的操 作和從源34經由壓縮機5直接傳輸氣體的操作("直接"表示該氣體不經過緩衝容器)。 在壓力平衡階段期間，供給管路6因此同時接收由壓縮機5供應的氣體和由緩衝容器2、3 供應的氣體。 從而，本發明允許經由壓縮機5以及同時利用來自高壓容器2、3的附加氣體輸入 進行特別快速的填充。 因此，本發明用於執行利用壓縮機5的快速填充，該壓縮機5與設計成直接通過自 身來填充罐11的壓縮機器相比具有較小的尺寸和功率。本發明還用於減小緩衝容器2、3 的儲存容量的大小。根據本發明的站l還允許進行根據現有技術的被稱為"部分"的填充， 即，並不將壓縮機5作為輔助供應方式同時運行(特別是在維護或故障情況下)。
在結合圖2描述的運行方式的示例中，可按照以下步驟填充罐11。在第一階段中， 站1被控制成執行第一緩衝容器2 (具有最低壓力但是比罐11的壓力高的緩衝容器)和罐 11之間的第一壓力平衡。為了增加傳輸的氣體量，壓縮機5在此平衡階段期間運行且同時 供應填充管路6。 在第二階段中，站1控制罐11和第二緩衝容器3之間的第二壓力平衡。在第二階 段期間，壓縮機5也被啟動以便同時參與填充。 在本文描述的示例中，僅示出了兩個緩衝容器2、3。明顯地，本發明並不限於這種 構造，且例如可包括多於兩個緩衝容器2、3。 圖3示出了本發明的第二實施例的示例，其中，在緩衝容器3和罐11之間壓力平 衡的同時，壓縮機5從另一緩衝容器2 (且不再從上述"常規"源14、24、34之一 )供應補充 氣體。 例如，壓縮機5通過從"倒數第二高壓緩衝容器"2 (在壓力平衡期間已經和罐11 一起使用的那個緩衝容器)抽取氣體來執行同時的氣體補充。明顯地，為了提高效率，僅當 緩衝容器2容納有壓力甚至高於"常規"源34的壓力的氣體時，此緩衝容器2才優選地用 作壓縮機5的氣體源。根據這種方法實現由壓縮機提供補充填充氣體，該方法和已知的方 案相比有所改進，這是因為進入壓縮機的氣體的吸入壓力相對較高，且適於實時地適應各 個平衡階段以及可用的壓力。此外，這增加了壓縮機的傳輸量。 在此實施例中，站1可提供至少一個管路22、33，該管路將至少一個緩衝容器2、3
與壓縮機5的入口相連。這些管路22、33優選地包括各自的閥V7、 V8 (參見圖3)。 圖4示出了本發明的第三實施例，其中低壓氣體源和壓縮機5被液化氣體儲存罐
44代替，該液化氣體儲存罐與液化氣體的泵送系統15以及蒸發系統116相關聯。 通過迴路15從儲存罐44抽取低溫液體，該迴路自身為已知的，且為簡潔起見並未
詳細示出。然後低溫液體在供給管路6的上遊(熱交換器116)蒸發。 如上文所述，兩個緩衝容器2、3通過管路16連接於供給管路6。為簡化起見，此液
體儲存單元44的控制裝置和迴路由方塊144表示。類似地，為了簡化起見，並未在供給管
路6上示出已知的控制部件(閥、傳感器、過濾器、安全裝置等)。 因此，可很容易地理解，在具有簡單和並不昂貴的結構的同時，本發明用於增加在 填充過程中被傳輸的氣體的流率以縮短填充時間，並減小站點中的固定的填充氣體的日常
5容量。本發明特別用於改進現有站點的運行,
權利要求
一種使用填充站(1)給罐(11)填充加壓氣體、特別是給車輛的罐(11)內填充氫的方法，所述填充站包括-多個緩衝容器(2，3)，該多個緩衝容器用於容納加壓氣體和通過相繼壓力平衡階段來填充所述罐(11)；-用於產生加壓氣體和用於從流體源(14，24，34，44)填充所述緩衝容器(2，3)的裝置(5；15，16)；其特徵在於，該方法包括通過從緩衝容器(2，3)傳輸氣體和同時通過直接從所述源(14，24，34)經由氣體發生裝置(5；15，16)傳輸氣體來填充罐(11)的步驟；加壓氣體發生裝置包括連接至緩衝容器(2，3)的壓縮機(5)；在至少一個第二緩衝容器(3)和罐(11)之間的壓力平衡階段的至少部分期間內，壓縮機(5)從包括第一緩衝容器(2)的氣體源給罐(11)供應氣體，緩衝容器(2，3)在被用於與罐(11)的壓力平衡之後相繼被壓縮機用作所述源。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，在至少一個緩衝容器(2，3)和罐(11)之間的壓力平衡階段的至少部分期間內，加壓氣體發生裝置(5 ;15， 16)直接給罐(11)供給氣體。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，加壓氣體發生裝置(5 ;15,16)和緩衝容器(2，3)並行地連接於用於連接至所述罐(11)的公共供給管路(6)。
4. 根據權利要求1至3中任何一項所述的方法，其特徵在於，加壓氣體發生裝置包括壓縮機(5);所述源連接於加壓氣體發生裝置(5;15，16)，且包括下列中的至少一個可動的加壓氣體容器(14)、用於合成或生產所述氣體的系統(24)、用於分配所述氣體的網絡(34)、緩衝容器(2，3)中的至少一個。
5. 根據權利要求1至4中任何一項所述的方法，其特徵在於，在壓力平衡過程中，被壓縮機(5)用作源的第一緩衝容器(2，3)不同於第二緩衝容器(3，2)。
6. 根據權利要求1至5中任何一項所述的方法，其特徵在於，緩衝容器(2，3)的至少一部分經由包括至少一個截止閥(V7，V8)的管路連接至壓縮機(5)的吸入口。
7. 根據權利要求1至6中任何一項所述的方法，其特徵在於，加壓氣體發生裝置包括低溫迴路(15)，該低溫迴路包括泵和蒸發/加壓系統(116);所述源(44)連接至氣體發生裝置(15，16)，且包括處於低溫的液化氣體罐(44)。
全文摘要
本發明涉及一種使用填充站(1)給罐(11)填充加壓氣體、特別是給車輛的罐(11)內填充氫的方法，所述填充站包括多個緩衝容器(2，3)，該多個緩衝容器用於容納加壓氣體和通過相繼壓力平衡階段來填充所述罐(11)；用於產生加壓氣體和用於從流體源(14，24，34，44)填充所述緩衝容器(2，3)的裝置(5；15，16)；其中，該方法包括通過從緩衝容器(2，3)傳輸氣體和同時通過直接從所述源(14，24，34)經由氣體發生裝置(5；15，16)傳輸氣體來填充罐(11)的步驟，其特徵在於，加壓氣體發生裝置包括連接至緩衝容器(2，3)的壓縮機(5)；在至少一個第二緩衝容器(3)和罐(11)之間的壓力平衡階段的至少部分期間內，壓縮機(5)從包括第一緩衝容器(2)的氣體源給罐(11)供應氣體，緩衝容器(2，3)在被用於與罐(11)的壓力平衡之後相繼地被壓縮機用作所述源。
文檔編號F17C5/06GK101743429SQ200880024843
公開日2010年6月16日 申請日期2008年4月17日 優先權日2007年7月23日
發明者L·阿利迪熱斯 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司