CN101743429A - 给罐填充加压气体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用填充站(1)给罐(11)填充加压气体、特别是给车辆的罐(11)内填充氢的方法，所述填充站包括：多个缓冲容器(2，3)，该多个缓冲容器用于容纳加压气体和通过相继压力平衡阶段来填充所述罐(11)；用于产生加压气体和用于从流体源(14，24，34，44)填充所述缓冲容器(2，3)的装置(5；15，16)；其中，该方法包括通过从缓冲容器(2，3)传输气体和同时通过直接从所述源(14，24，34)经由气体发生装置(5；15，16)传输气体来填充罐(11)的步骤，其特征在于，加压气体发生装置包括连接至缓冲容器(2，3)的压缩机(5)；在至少一个第二缓冲容器(3)和罐(11)之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，压缩机(5)从包括第一缓冲容器(2)的气体源给罐(11)供应气体，缓冲容器(2，3)在被用于与罐(11)的压力平衡之后相继地被压缩机用作所述源。

Description

给罐填充加压气体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于给罐填充加压气体/压缩气体的方法。
本发明更具体地涉及一种使用填充站给罐填充加压气体、特别是给车辆的罐内填充氢的方法，所述填充站包括用于容纳加压气体和通过相继压力平衡阶段来填充该罐的多个缓冲容器和用于产生加压气体以及用于从流体源填充所述缓冲容器的装置。
背景技术
通常通过利用多个处于高压的缓冲容器的相继压力平衡来执行对安装在车辆上的处于高压(特别是大于700bar)的罐的快速填充(通常小于15分钟，例如(使用)用于装有燃料电池的车辆的氢气)。一般在待填充的目标罐和处于递增的压力下(例如200bar、然后300bar、然后450bar然后850bar)的缓冲容器之间提供一系列压力平衡来实现“分级”填充。
这种公知的方法在文献中有大量描述，特别是针对天然气或氢的应用。
但是，已知的通过压力平衡的填充方法需要大量高压容器。这从而增加了泄露的危险和必须储存在站点内的气体量。特别地，通过这种方法，固定的气体量约是该站点使用的每日平均消耗量的三倍。特别是在气体是易燃或危险的情况下，这可能需要提交特别许可请求。
此外，通过这种方法，为了对多个车辆相继填充而无过长的等待时间，需要增加可用的高压缓冲容器的数量，并从而需要增大填充站的规模。
根据另一已知的被称为“慢填充”(例如比15分钟更长)的填充技术中，气体被从低压氢源经由压缩机直接引入罐中。
实际上，这种“直接压缩”填充方法不能在少于15分钟内实现罐的填充，除非使用很大的压缩机(或低温泵)，这需要很高的电功率(例如对于液泵约为70KW，而对于压缩机大于300KW)。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的全部或部分缺点。
为此，本发明的方法——该方法和上述介绍中给出的总体定义一致——的重要的特征在于，其包括通过从缓冲容器传输气体和同时通过直接从所述源经由气体发生装置传输气体来填充罐的步骤。
此外，本发明的实施例可包括以下特征中的一个或多个：
-在至少一个缓冲容器和罐之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，加压气体发生装置直接给罐供给气体，
-加压气体发生装置和缓冲容器并行地连接于用于连接至所述罐的公共供给管路，
-加压气体发生装置包括压缩机；所述源连接于加压气体发生装置，且包括下列中的至少一个：可动的加压气体容器、用于合成或生产所述气体的系统、用于分配所述气体的网络、缓冲容器中的至少一个，
-加压气体发生装置包括连接至缓冲容器的压缩机；在至少一个第二缓冲容器(3)和罐之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，压缩机从包括第一缓冲容器(2)的气体源给罐供应气体，
-在压力平衡过程中，被压缩机用作源的第一缓冲容器不同于第二缓冲容器，
-缓冲容器在被用于与罐的压力平衡后相继地被压缩机用作所述源，
-缓冲容器的至少一部分经由包括至少一个截止阀的管路连接至压缩机的吸入口，
-加压气体发生装置包括低温回路，该低温回路包括泵和蒸发/加压系统；所述源连接至气体发生装置且包括处于低温的液化气体罐。
附图说明
结合附图，从以下描述中可显见其它特征和优点，其中：
-图1在一个视图中示出了根据本发明的填充系统的多个可供选择的实施例的结构和运行方式，
-图2示出了图1的填充系统的替换实施例的结构和运行方式的示意图，
-图3示出了根据本发明的填充系统的第二实施例的结构和运行方式的示意图，
-图4示出了根据本发明的填充系统的第三实施例的结构和运行方式的部分示意图。
具体实施方式
图1中示出的填充系统站1通常包括两个气体缓冲容器2、3(或“缓冲罐”)，这两个气体缓冲容器并行地连接至用于连接至待填充的罐11的入口的供给管路6。为简化起见，待填充的罐11示意性地表示为车辆。每个缓冲容器2、3经由各自的阀V4、V5以及还包括阀V3的公共管路16连接至供给管路6。
站1还包括位于填充管路6中的至少一个压缩机5。压缩机5的入口流体地连接于至少一个气体源14、24、34。压缩机5的出口例如经由压力控制器PCV1(压力和/或流量控制阀)流体地连接于填充管路6。压缩机5通常设计成确保通过使用由源14、24、34供应的低压气体来填充缓冲容器2、3。在图1的示例中，三个源14、24、34经由各自的阀并行地连接至压缩机5的入口(例如气瓶半挂车或高压气瓶架的可动的加压气体容器14、用于合成或生产所述气体的系统24、用于分配所述气体的网络34)。
明显地，且如图2所示，通常需要单个气体源(例如由管路表示的可用的网络34)。
气体源14、24、34也可经由包括阀V2的管路26直接连接至供给管路6(“直接”表示没有经过压缩机5)。例如，源管路26连接至阀V3上游的缓冲容器2、3的公共管路16。此源管路26在需要时用于在源34和缓冲容器2、3或罐11之间提供第一压力平衡。
因此，提供压缩机5以便以不同的存储压力加载缓冲容器2、3。当缓冲容器2、3被填充时，可通过已知的相继压力平衡方法填充罐11(以递增的存储压力的顺序一个接一个地使用缓冲容器2、3)。在一次或多次填充后，缓冲容器2、3可通过上述方法被再次填充。通常也可填充缓冲容器2、3中的一个，而缓冲容器2、3中的另一个用于填充罐11。
根据本发明的有利的特征，站1同时执行将气体从缓冲容器2、3传输至罐11的操作和从源34经由压缩机5直接传输气体的操作(“直接”表示该气体不经过缓冲容器)。在压力平衡阶段期间，供给管路6因此同时接收由压缩机5供应的气体和由缓冲容器2、3供应的气体。
从而，本发明允许经由压缩机5以及同时利用来自高压容器2、3的附加气体输入进行特别快速的填充。
因此，本发明用于执行利用压缩机5的快速填充，该压缩机5与设计成直接通过自身来填充罐11的压缩机器相比具有较小的尺寸和功率。本发明还用于减小缓冲容器2、3的储存容量的大小。根据本发明的站1还允许进行根据现有技术的被称为“部分”的填充，即，并不将压缩机5作为辅助供应方式同时运行(特别是在维护或故障情况下)。
在结合图2描述的运行方式的示例中，可按照以下步骤填充罐11。在第一阶段中，站1被控制成执行第一缓冲容器2(具有最低压力但是比罐11的压力高的缓冲容器)和罐11之间的第一压力平衡。为了增加传输的气体量，压缩机5在此平衡阶段期间运行且同时供应填充管路6。
在第二阶段中，站1控制罐11和第二缓冲容器3之间的第二压力平衡。在第二阶段期间，压缩机5也被启动以便同时参与填充。
在本文描述的示例中，仅示出了两个缓冲容器2、3。明显地，本发明并不限于这种构造，且例如可包括多于两个缓冲容器2、3。
图3示出了本发明的第二实施例的示例，其中，在缓冲容器3和罐11之间压力平衡的同时，压缩机5从另一缓冲容器2(且不再从上述“常规”源14、24、34之一)供应补充气体。
例如，压缩机5通过从“倒数第二高压缓冲容器”2(在压力平衡期间已经和罐11一起使用的那个缓冲容器)抽取气体来执行同时的气体补充。明显地，为了提高效率，仅当缓冲容器2容纳有压力甚至高于“常规”源34的压力的气体时，此缓冲容器2才优选地用作压缩机5的气体源。根据这种方法实现由压缩机提供补充填充气体，该方法和已知的方案相比有所改进，这是因为进入压缩机的气体的吸入压力相对较高，且适于实时地适应各个平衡阶段以及可用的压力。此外，这增加了压缩机的传输量。
在此实施例中，站1可提供至少一个管路22、33，该管路将至少一个缓冲容器2、3与压缩机5的入口相连。这些管路22、33优选地包括各自的阀V7、V8(参见图3)。
图4示出了本发明的第三实施例，其中低压气体源和压缩机5被液化气体储存罐44代替，该液化气体储存罐与液化气体的泵送系统15以及蒸发系统116相关联。
通过回路15从储存罐44抽取低温液体，该回路自身为已知的，且为简洁起见并未详细示出。然后低温液体在供给管路6的上游(热交换器116)蒸发。
如上文所述，两个缓冲容器2、3通过管路16连接于供给管路6。为简化起见，此液体储存单元44的控制装置和回路由方块144表示。类似地，为了简化起见，并未在供给管路6上示出已知的控制部件(阀、传感器、过滤器、安全装置等)。
因此，可很容易地理解，在具有简单和并不昂贵的结构的同时，本发明用于增加在填充过程中被传输的气体的流率以缩短填充时间，并减小站点中的固定的填充气体的日常容量。本发明特别用于改进现有站点的运行。

Claims (7)

1.一种使用填充站(1)给罐(11)填充加压气体、特别是给车辆的罐(11)内填充氢的方法，所述填充站包括：
-多个缓冲容器(2，3)，该多个缓冲容器用于容纳加压气体和通过相继压力平衡阶段来填充所述罐(11)；
-用于产生加压气体和用于从流体源(14，24，34，44)填充所述缓冲容器(2，3)的装置(5；15，16)；其特征在于，该方法包括通过从缓冲容器(2，3)传输气体和同时通过直接从所述源(14，24，34)经由气体发生装置(5；15，16)传输气体来填充罐(11)的步骤；加压气体发生装置包括连接至缓冲容器(2，3)的压缩机(5)；在至少一个第二缓冲容器(3)和罐(11)之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，压缩机(5)从包括第一缓冲容器(2)的气体源给罐(11)供应气体，缓冲容器(2，3)在被用于与罐(11)的压力平衡之后相继被压缩机用作所述源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在至少一个缓冲容器(2，3)和罐(11)之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，加压气体发生装置(5；15，16)直接给罐(11)供给气体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，加压气体发生装置(5；15，16)和缓冲容器(2，3)并行地连接于用于连接至所述罐(11)的公共供给管路(6)。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，加压气体发生装置包括压缩机(5)；所述源连接于加压气体发生装置(5；15，16)，且包括下列中的至少一个：可动的加压气体容器(14)、用于合成或生产所述气体的系统(24)、用于分配所述气体的网络(34)、缓冲容器(2，3)中的至少一个。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于，在压力平衡过程中，被压缩机(5)用作源的第一缓冲容器(2，3)不同于第二缓冲容器(3，2)。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的方法，其特征在于，缓冲容器(2，3)的至少一部分经由包括至少一个截止阀(V7，V8)的管路连接至压缩机(5)的吸入口。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的方法，其特征在于，加压气体发生装置包括低温回路(15)，该低温回路包括泵和蒸发/加压系统(116)；所述源(44)连接至气体发生装置(15，16)，且包括处于低温的液化气体罐(44)。
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