CN110036231A - 加氢系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种加氢系统，该加氢系统能够在FCV进入HRS时足够快地冷却H2预冷却换热器，使得在开始加注之前对顾客而言没有或只有非常少的等待时间。加氢系统包括：冷却器(11)，该冷却器包括通过冷却介质来冷却循环制冷剂的冷却单元(11)；分配器(20)，该分配器为车辆供应H2，该分配器包括换热器(21)，该换热器利用从该冷却器(10)提供的循环制冷剂来冷却H2；循环管线(30)，该循环管线使该循环制冷剂在该冷却单元(11)与该换热器(21)之间循环；冷却器压缩机(12)，该冷却器压缩机设置在该冷却器(10)中；产冷阀(31)，该产冷阀被设置成靠近该循环管线(30)中的换热器(21)的入口。

Description

加氢系统
技术领域
本发明涉及一种加氢系统，例如加氢站(HRS)。
背景技术
根据加注协议的当前标准，为了实现以70MPa标称加氢压力对燃料电池车辆(FCV)罐进行快速加注，氢需要在分配器出口处预冷却至-33℃以下，以便通过绝热压缩来避免FCV罐中过热。
现在，这通过具有一个换热器(通常是紧凑型扩散连接换热器)来完成，该换热器安装在分配器520中并且被供以通常是盐水的携热流体(参见图3，现有技术)。携热流体借助于泵在使用制冷剂的传统冷却器510与分配器520之间循环。
为了使HRS保持准备填充即将到来的车辆，换热器永久保持在大约-40℃。由于系统(携热流体回路、换热器、冷却器510)上的制冷损失(frigorific loss)，因此特别是在夏季期间，电力消耗大。考虑到一个HRS的FCV负载通常是非常不规律的，在FCV没有来的时间段期间，这是非常低效的。但是，不可能停止冷却器并且让系统回到环境温度，因为整个系统的冷却时间不能被作为即将到来的顾客的等待时间而接受。
发明内容
之前，FCV中的标称H2加注压力限制为35MPa。在这种形势下，在加注时很少存在由绝热压缩引起的FCV罐过热，并且没有必要进行H2预冷却。为了增大FCV自主性，标称H2加注压力已经增大到70MPa。在新形势下，并且为了根据加注协议的当前标准实现快速FCV加注，在FCV罐的上游需要进行H2预冷却，因为否则的话，FCV罐的过热将超过当前用于制造FCV罐的复合材料(例如聚乙烯)的能力。在预冷却中，对于最低的分配器燃料供给温度分类(与最快加注相对应)而言，需要冷却H2以使分配器出口处的温度在-33℃与-40℃之间。
70MPa FCV加注的目标是在大约3分钟内针对5kg H2加注量在FCV罐中达到与在15℃下70MPa相对应的标称H2密度(即40.2g/l)。在没有预冷却的情况下，标称填充FCV罐不可能足够快地实现。
在图3的现有技术系统中，因为虚线内所有的元件必须处于低温下，因此在启动时冷却系统所需的时间较长。此外，因为系统的制冷损失，即使H2加注不需要冷却，在HRS的打开时间期间仍观察到永久功率消耗。这导致即使很长一段时间没有执行FCV加注，电力成本仍然是高的。
这不是有效的并且如果能够在HRS的空闲时间期间停止冷却器，则可以节省开支。在当前形势下，这是不可能的，因为将图3的虚线内的所有元件冷却所需的时间不能被作为顾客的等待时间而接受。事实上，将H2预冷却换热器的金属质量冷却是开始加注的必要初步条件。
此外，WO 2016/067780描述的其他现有技术是已知的，但不能解决上述问题。
本发明的目的是提供一种加氢系统，该加氢系统能够在FCV进入HRS时足够快地冷却H2预冷却换热器，使得在开始加注之前对于顾客而言没有或只有非常少的等待时间。
作为第一发明，加氢系统包括：
冷却器，该冷却器包括冷却单元，该冷却单元通过冷却介质来冷却循环制冷剂；
分配器，该分配器为车辆供应H2，该分配器包括换热器，该换热器利用从该冷却器提供的循环制冷剂来冷却H2；
循环管线，该循环管线使该循环制冷剂在该冷却单元与该换热器之间循环；
冷却器压缩机，该冷却器压缩机设置在该冷却器中并且将该循环制冷剂供应至该冷却单元；
产冷阀，该产冷阀设置成靠近该循环管线中的换热器的入口。
在第一发明中，操作该加氢系统的方式可以是，在该系统的一部分空闲时间期间，利用从该冷却器提供的循环制冷剂来冷却H2的换热器在FCV加注期间升温超过标称温度7℃以上，并且该换热器在要再填充的车辆到达时被冷却下来。
在第一发明中，该系统进一步可以包括：
车辆检测系统，该车辆检测系统检测到待加注H2的车辆正在进入加氢站(HRS)；以及
控制器，该控制器基于该车辆检测系统的检测结果并且基于特定控制策略来控制该产冷阀的打开、并且还控制该冷却器压缩机的启动。
在第一发明中，特定控制策略可以包括一个或多个控制类型，例如温度控制、压力控制、液位控制或预定的固定打开值。
在第一发明中，控制器控制产冷阀的打开的方式可以是，在该系统的一部分空闲时间期间，利用从该冷却器提供的循环制冷剂来冷却H2的换热器在FCV加注期间升温超过标称温度7℃以上，并且该换热器在要再填充的车辆到达时被冷却下来。
在第一发明中，控制产冷阀的打开可以包括打开和关闭产冷阀。
在第一发明中，“产冷阀”可以位于循环管线处、在分配器内或外，只要产冷阀定位成靠近换热器的入口。
通过将产冷阀定位成靠近换热器的入口，冷却器与分配器之间的大多数管线循环有环境温度加压制冷剂并且不需要被冷却。当产冷阀打开时，循环制冷剂部分地汽化并且通过阀的压力减小而冷却。由于靠近，在阀与换热器入口嘴口之间仅有小部分制冷剂制冷功率损失。因此，换热器冷却时间最小。
在第一发明中，产冷阀与换热器入口嘴口之间的循环管线的管的长度可以小于5m、优选地大于0.05m至小于4m、进一步优选地大于0.05m至小于3m。优选地，考虑到安装限制，产冷阀尽可能靠近换热器的入口安装。
在第一发明中，该系统进一步可以包括：
温度测量单元，该温度测量单元测量该换热器的温度；
阀控制单元，该阀控制单元对该产冷阀的开口率进行调节，使得该温度测量单元测得的温度维持在预定温度范围内或接近目标温度。
在第一发明中，该控制器可以包括阀控制单元。
在第一发明中，该系统进一步可以包括：
温度比较单元，该温度比较单元确定该温度测量单元测得的换热器的温度是否在预定温度范围内或足够接近目标温度；以及
输出单元，当该温度比较单元确定所测得的温度在该预定温度范围内或足够接近该目标温度时，该输出单元输出准备填充信号。
在第一发明中，该控制器进一步可以包括加注控制单元，该加注控制单元控制通向车辆的H2加注流；其中，从该输出单元接收准备填充信号是该加注控制单元用以允许通向车辆的H2加注流的一个条件。
在第一发明中，该系统进一步可以包括高压接收器(HPR)，该高压接收器储存一定量的从该冷却单元供应并且被该冷却单元冷却的循环制冷剂。这是为了使得稳定操作冷却器更容易。
高压接收器(HPR)可以进一步被设计成蓄积一些液相的循环制冷剂以具有在有限时间段中提供高冷却功率的能力(即在短时间段中使穿过换热器的循环制冷剂的流量高于压缩机的流量)。较高的冷却功率可以用于实现在检测到FCV进入HRS时以压缩机的给定功率和尺寸更快地冷却换热器。
在第一发明中，该系统进一步可以包括低压接收器(LPR)，该低压接收器设置在循环制冷剂的管线上并且被供以从该分配器的换热器返回的循环制冷剂以便如果该循环制冷剂具有气相和液相，就将该循环制冷剂分离成气相和液相。
在换热器的出口处的循环制冷剂具有气相和液相的情况下，LPR可以分离出循环制冷剂的气相和循环制冷剂的液相。液相制冷剂可以储存在LPR的底部。
当车辆检测系统检测到车辆时，启动压缩机并且气相的循环制冷剂可以在穿过压缩机之后被供应至冷却单元。
低压接收器可以进一步被设计成蓄积一部分气相的循环制冷剂以便具有在有限时间段中向换热器提供较高冷却功率的能力(即在短时间段中使穿过换热器的循环制冷剂的流量高于压缩机的流量)。较高的冷却功率可以用于实现在检测到FCV进入HRS时以压缩机的给定功率和尺寸更快地冷却换热器。
在第一发明中，该系统进一步可以包括低压气袋(替代LPR或加上LPR)，该低压气袋设置在该循环制冷剂的管线上并且被供以从该换热器返回的气相循环制冷剂。
根据第一发明，在HRS空闲时间期间在没有将换热器维持在冷温度的情况下，当检测到车辆进入HRS时，开始冷却换热器。通过打开被定位成靠近分配器的换热器的产冷阀，循环制冷剂通过阀中的压力减小而冷却并且接着被供应到换热器中。利用这种方法，换热器是唯一一个需要冷却以达到开始加注的条件的设备。这可以足够快地完成以在开始加注之前没有或只有最小的顾客等待时间。在开始加注时，通过打开H2控制阀将H2供应到预冷却换热器中，通过冷制冷剂的循环来维持换热器冷温度。冷却到预定温度的H2可以加注到车辆。
在第一发明中，控制器可以调节打开产冷阀以便一旦达到目标温度就实现换热器的快速冷却和温度调节。
在第一发明中，温度测量单元(或探针)可以测量表示换热器金属质量平均温度的温度(t1)。
阀控制单元可以对产冷的开口率进行调节，使得该温度测量单元测得的温度(t1)维持在预定温度范围内或接近目标温度。
通过调节产冷阀的开口率，换热器被快速冷却到预定目标温度，并且在加注期间H2的温度可以在达到预定温度范围之后保持在期望温度范围内。
阀控制单元可以根据运行条件使用不同的控制策略，例如温度控制单元、压力控制单元、液位控制单元或预定的固定打开值。
温度控制单元可以例如使用PID算法根据测得的温度(例如t1)来调节产冷阀开口率。
在第一发明中，阀控制单元可以用于控制换热器金属质量的温度(t1)或控制循环管线中的换热器的出口处的循环制冷剂的温度。
压力控制单元可以例如使用PID算法根据测得的压力(例如产冷阀出口处的制冷剂压力)来调节产冷阀开口率。
在第一发明中，压力控制单元可以用于控制产冷阀下游的压力。
液位控制单元可以例如使用PID算法根据测得的液位(例如接收器(例如LPR或HPR)中的制冷剂液位)来调节产冷阀开口率。在第一发明中，液位控制单元可以用于控制LPR中和/或HPR中的液位。
例如，阀控制单元可以在检测到FCV进入HRS时使用第一策略来实现快速冷却、并且在测得的温度(t1)达到预定温度范围之后可以使用第二策略使换热器温度(t1)或交换器的出口处的循环制冷剂的温度(t2)维持在预定温度范围内、接着在将H2加注到FCV期间使用第三策略、并且在加注结束之后最后使用第四策略。
例如，在第一发明中，阀控制单元可以在检测到FCV进入HRS时使用固定开口率，直到HPR中的液位达到低值并且接着可以使用液位控制单元来使测得的HPR中的液位维持在预定液位范围内。
例如，在第一发明中，阀控制单元可以在接收到加注结束的信号之后关闭产冷阀。
在第一发明中，循环制冷剂可以是例如R717(氨)、R22、R134a、R404a、R507；优选地R404A或R507，因为其沸腾压力在-40℃下超过大气压力。
在第一发明中，冷却介质的温度必须低于处于压缩机排出压力的循环制冷剂的沸腾点。冷却介质可以是冷却水、环境空气循环或其他介质。
在第一发明中，温度测量单元可以设置在换热器的壁处、在换热器内或换热器金属质量内的循环管线的通道处。
替代性地，温度测量单元可以设置在制冷剂循环管线中的换热器的出口处，因为一旦该换热器被冷却，换热器的出口处的循环制冷剂温度就表示换热器的金属质量的平均温度。
在第一发明中，换热器温度(t1)或换热器的出口处的循环制冷剂的温度的预定温度范围可以是例如-45℃到-35℃、目标温度在这二者之间。
在第一发明中，在加注期间分配器出口处的H2的期望温度范围可以是例如-40℃到-33℃。
在第一发明中，在H2加注期间，加注控制单元可以控制分配器H2管线上的H2控制阀的开口率，该管线通过换热器、分配器软管以及加注嘴口将一个高压H2源连接至FCV罐。加注控制单元可以具有带过渡条件的联锁逻辑和/或顺序逻辑。
在第一发明中，输出单元可以向加注控制单元发送准备填充信号。当从输出单元接收到准备填充信号时，加注控制单元可以通过释放相应联锁和/或影响H2加注顺序的过渡条件的状态来允许打开H2控制阀。
在第一发明中，加注控制单元可以显示关于换热器温度条件的状态的信息以开始对车辆加注H2。当禁止开始对车辆加注H2的所有条件和/或联锁被释放时，加注控制单元可以发送信号以显示可以开始对车辆加注H2的信息和/或通过音频装置通知。
在第一发明中，当检测到加注终止时，加注控制单元可以向控制器或向阀控制单元发送加注结束信号。
在第一发明中，控制器可以包括车辆排队计算单元，该车辆排队计算单元使用来自车辆检测系统的信号来计算出指示没有车辆在等待加注的信号。
在第一发明中，车辆排队计算单元可以进一步包括操作者人工输入没有车辆在等待加注的可能性。
在第一发明中，车辆排队计算单元可以进一步使用加注结束信号来计算出指示没有车辆在等待加注的信号。
在第一发明中，控制器或阀控制单元可以在接收到加注结束信号之后控制关闭产冷阀并且停止冷却器压缩机。
在第一发明中，控制器或阀控制单元可以进一步仅在从车辆排队计算单元接收到没有车辆在等待加注的信号之后控制关闭产冷阀并且停止冷却器压缩机。
在第一发明中，低压接收器(LPR)可以被设计成在启动压缩机所需的时间期间收集汽化的循环制冷剂。
在第一发明中，高压接收器(HPR)可以被设计成具有某种液位指示的压力容器。
在第一发明中，低压接收器可以被设计成具有某种液位指示的容器。
在第一发明中，低压接收器可以包括低压气袋，该低压气袋被设计用于蓄积低压气相制冷剂、具有某种液位指示。
在第一发明中，低压和/或高压接收器的压力和/或液位指示可以被产冷阀控制单元用于实现制冷循环的适当运行。
在第一发明中，车辆检测系统由例如具有图像处理系统的相机、IR检测器、地面上的压力检测器、地面中的磁环、或几种检测器和/或技术的组合而组成。
作为第二发明，一种对车辆加注H2的方法包括：
检测到待加注H2的车辆正在进入加氢站；
打开产冷阀，该产冷阀设置成靠近循环管线中的换热器的入口；
启动冷却器以通过冷却介质来冷却循环制冷剂；
通过冷循环制冷剂来冷却该换热器，该冷循环制冷剂通过该产冷阀中的压力减小而冷却；并且
将由该换热器冷却的冷H2加注到该车辆，同时将该换热器的温度维持在预定温度范围内或接近目标温度。
在第二发明中，该方法进一步可以包括：
测量该换热器的温度(t1)；
确定所测得的温度(t1)是否在预定温度范围内或足够接近目标温度；
当确定所测得的温度(t1)在该预定温度范围内或足够接近该目标温度时，输出准备填充信号；并且
释放H2控制阀上的相应的联锁条件和/或影响H2加注顺序的过渡条件的状态。
在第二发明中，操作该方法的方式可以是，在一部分空闲时间期间，利用从液氮罐提供的冷和/或液氮来冷却H2的换热器在FCV加注期间升温超过标称温度7℃以上，并且该换热器在要再填充的车辆到达时被冷却下来。
在第二发明中，与第一发明相同，产冷阀与换热器入口嘴口之间的循环管线的管的长度可以小于5m、优选地大于0.05m至小于4m、进一步优选地大于0.05m至小于3m。优选地，考虑到安装限制，产冷阀尽可能靠近换热器的入口安装。
附图说明
[图1]图1展示了示出根据实施例1的加氢系统的解释性图。
[图2]图2展示了示出根据实施例1的加氢系统的解释性流程图。
[图3]图3展示了示出加氢系统的现有技术的解释性图。
具体实施方式
下面将解释本发明的若干实施例。以下解释的实施例用于解释本发明的一个实例。本发明完全不限于以下实施例，并且包括在不改变本发明的主旨的范围内进行的各种类型的修改。以下解释的所有配置不一定是本发明的必要配置。
(实施例1)
通过参考图1和图2来解释第一实施例的加氢系统1。加氢系统1包括冷却器10、分配器20、以及循环管线30。
首先，在下文解释冷却器10。低压接收器(LPR)14设置在冷却器10内。LPR 14被供以从分配器20的换热器21返回的循环制冷剂。LPR 14可以从循环制冷剂中分离出气相和液相。在循环制冷剂是具有循环制冷剂的气相和液相的流体混合物的情况下，LPR 14可以分离出循环制冷剂的气相和循环制冷剂的液相。液相制冷剂可以储存在LPR 14的底部。当车辆检测系统40检测到车辆时，启动冷却器压缩机12并且气相的循环制冷剂可以在穿过压缩机12之后被供应至冷却单元11。
LPR 14可以蓄积气相的循环制冷剂以便具有高冷却功率以在有限时间段期间(短时间内)冷却H2。
LPR 14优选地被设计用于在启动压缩机12所需的时间期间收集汽化的循环制冷剂。
冷却器压缩机12设置在冷却器10中。冷却器压缩机12可以在预定压力范围内将气相的循环制冷剂从LPR 14供应至冷却单元11。
在本实施例中，冷却器压缩机12是例如螺杆压缩机类型的、并且用于将循环制冷剂压缩直至例如1.7至1.9MPa的预定压力范围。
LPR 14可以被设计成具有某种液位指示的压力容器。LPR 14可以包括低压气袋，该低压气袋被设计用于蓄积低压气相制冷剂。
冷却单元11通过冷却介质来冷却循环制冷剂。
在本实施例中，循环制冷剂是R404a。
冷却介质的温度低于处于压缩机排出压力的循环制冷剂的沸腾点。在本实施例中，冷却介质是冷却水。
高压接收器(HPR)13设置在冷却器10内。HPR 13可以储存一定量的从冷却单元11供应的循环制冷剂，以便使稳定操作冷却器10更容易。HPR 13被设计用于蓄积一些液相的循环制冷剂以具有在有限时间段期间提供高冷却功率的能力。
HPR 13优选地被设计成具有某种液位指示的压力容器。
LPR 14和/或HPR 13的压力和/或液位指示可以被阀控制单元51用来实现制冷回路的适当运行。
接下来，在下文解释分配器20。分配器20包括换热器21，该换热器利用从冷却器10提供的循环制冷剂来冷却H2。分配器20包括分配器软管以及用于向车辆加注H2的加注嘴口。
在本实施例中，温度测量单元51测量表示换热器金属质量的温度(t1)。温度测量单元51可以测量换热器21的壁处的、换热器21内的循环管线30的通道处的温度。
在其他实施例中，温度测量单元51测量循环管线30中的换热器的出口处的循环制冷剂的温度。
接下来，在下文解释循环管线30。循环管线30是使循环制冷剂在冷却单元11与换热器21之间循环的管线。循环管线30被配置成可以是常用管或隔热管。
产冷阀31设置成靠近循环管线30中的换热器21的入口。在本实施例中，产冷阀31是例如用于减小循环制冷剂的压力的节流型阀。产冷阀31可以是球型阀或针型阀。
在本实施例中，产冷阀31可以位于循环管线30处、在分配器20内或外，只要产冷阀31定位成靠近换热器21的入口。
在本实施例中，产冷阀31与换热器入口嘴口之间的循环管线30的管的长度小于5m。
在另一实施例中，产冷阀31与换热器入口嘴口之间的循环管线30的管的长度可以是大于0.05m至小于4m、或可以是大于0.05m至小于3m。
不希望产冷阀与换热器入口嘴口之间存在长管，因为该管线将需要用于冷却的制冷功率并且沿循环管线30将发生制冷损失。
车辆检测系统40检测到待加注H2的车辆正在进入HRS(加氢站)。车辆检测系统40由例如具有图像处理系统的相机、IR检测器、地面上的压力检测器、地面中的磁环、或几种检测器和/或技术的组合而组成。
接下来，在下文解释控制器50。控制器50可以由硬件与软件程序、固件、专用线路或其组合之间的组合构造而成。控制器50包括一个或多个功能单元(也被称为功能模块)。
控制器50基于车辆检测系统40的检测结果并且基于特定控制策略来控制产冷阀31的打开、并且还控制冷却器压缩机12的启动。更具体地，控制器50包括以下功能。
阀控制单元56可以调节产冷阀31开口率使得温度测量单元51测得的温度(t1)维持在预定温度范围内或接近目标温度。通过调节产冷阀31的开口率，换热器21被快速冷却到预定目标温度，并且在加注期间H2的温度可以在达到预定温度范围之后保持在期望温度范围内。
阀控制单元56在检测到FCV进入HRS时可以使用第一策略来实现快速冷却、并且在测得的温度(t1)达到预定温度范围之后可以使用第二策略使换热器温度(t1)维持在预定温度范围内、接着在将H2加注到FCV期间使用第三策略、并且在加注结束之后最后使用第四策略。
在本实施例中，阀控制单元56在检测到FCV进入HRS时以固定开口率打开，直到HPR中的液位达到低值并且接着使用液位控制单元来使测得的HPR中的液位维持在预定液位范围内。
在本实施例中，阀控制单元56还可以用于控制循环管线或出口管线中的换热器的出口处的循环制冷剂的温度，其方式为使得制冷剂略微过热并且没有液态制冷剂离开换热器。
在其他实施例中，替代或附加于以上控制，阀控制单元56可以包括压力控制单元、液位控制单元或预定的固定打开值。压力控制单元可以例如使用PID算法根据压力计测得的循环管线或出口管线中的换热器的出口处所提供的压力来调节产冷阀开口率。液位控制单元可以例如使用PID算法根据液位计器测得的LPR中所提供的液位来调节产冷阀开口率。
温度比较单元52确定温度测量单元51测得的温度(t1)是否维持在预定温度范围内或足够接近目标温度。
当温度比较单元52确定测得的温度(t1)在预定温度范围内或足够接近目标温度时，输出单元53输出准备填充信号。
在本实施例中，换热器温度(t1)的预定温度范围可以是例如-45℃至-35℃、目标温度在这二者之间。
在加注期间分配器出口处的H2的期望温度范围可以是例如-40℃到-33℃。
输出单元53向加注控制单元54发送准备填充信号。
加注控制单元54通过分配器20控制通向车辆的H2加注流。在H2加注期间，加注控制单元54控制分配器H2管线25上的H2控制阀23的开口率，该管线连接一个高压H2源26，以便将H2从H2源26供应至换热器21。
加注控制单元54具有带过渡条件的联锁逻辑和/或顺序逻辑。通常，H2控制阀23不能通过联锁逻辑和/或顺序逻辑的功能来打开或关闭。可以通过释放相关的联锁和/或影响H2加注顺序过渡条件来加注H2。
在本实施例中，在从输出单元53接收到准备填充信号之后，加注控制单元54释放H2控制阀23上的相应联锁条件和/或影响H2加注顺序的过渡条件的状态。随后，当禁止开始对车辆加注H2的所有其他条件和/或联锁被释放时、并且当操作者或顾客人工下达指令时，加注控制单元开始加注并且打开H2控制阀23。
加注控制单元54显示关于换热器温度条件的状态的信息以开始对车辆加注H2。当禁止开始对车辆加注H2的所有条件和/或联锁被释放时，加注控制单元54发送信号以显示可以开始对车辆加注H2的信息和/或通过音频装置通知。
加注控制单元54发送加注结束信号。加注结束信号是例如用于指示(通知)已经达到填充终止条件并且H2控制阀23已经关闭的信号。
在本实施例中，车辆排队计算单元55通过使用来自车辆检测系统40的(多个)检测信号来计算出指示没有车辆在等待加注的信号。车辆排队计算单元55可以包括操作者人工输入没有车辆在等待加注的可能性。车辆排队计算单元55可以使用加注结束信号来计算出指示没有车辆在等待加注的信号。
在本实施例中，在从加注控制单元54接收到加注结束信号并且从车辆排队计算单元55接收到没有车辆在等待加注的信号之后、并且只要HPR13中的液位已经达到高值，阀控制单元56就控制关闭产冷阀31并且停止冷却器压缩机12。
接下来，在下文解释图2的流程图。
在HRS空闲时间中，当HPR13中的液位已经达到高值时，冷却器10停止，产冷阀31关闭，系统1回到环境温度(步骤S1)。
作为另一个实施例，代替系统1回到环境温度的是，控制器50可以控制产冷阀31的打开，其方式为使得在系统1的一部分空闲时间期间，利用从冷却器10提供的循环制冷剂来冷却H2的换热器21在FCV加注期间升温超过标称温度7℃以上，并且该换热器在要再填充的车辆到达时被冷却下来。
车辆检测系统40检测到待加注H2的车辆正在进入HRS(过渡T1)。
控制器50控制产冷阀31的打开并且控制启动冷却器10(步骤S2)。冷却器压缩机12开始被供以来自LPR 14的气相循环制冷剂并且将该循环制冷剂排放至冷却单元11。循环制冷剂通过冷却单元11利用冷却水来冷却。循环制冷剂被送至HPR 13并且接着穿过循环管线30到达产冷阀31。
在本实施例中，一定量或液相的循环制冷剂之前已经储存在HPR 13中以便具有在有限时间段期间提供高冷却功率的能力。
循环制冷剂通过产冷阀31中的压力减小而冷却并且接着被供应至换热器21。换热器21内的温度快速下降。循环制冷剂穿过循环管线30从换热器21被送至LPR 14。
首先，阀控制单元56在检测到FCV进入HRS时将产冷阀31控制在固定高开口率上，因此提供高冷却功率。超过压缩机12的能力的汽化的制冷剂流储存在LPR 14中。接着，当HPR 13中测得的液位达到低值时，阀控制单元56改变策略以将HPR 13中的液位控制在预定液位范围内。
换热器21的温度由温度测量单元51测出。温度比较单元52确定温度测量单元51测得的温度(t1)是否在预定温度范围内或足够接近目标温度。
同时，待加注的车辆定位在分配器前方。接着，操作者或顾客使用分配器软管和嘴口将FCV容器连接至分配器。
当温度比较单元52确定测得的温度(t1)在预定温度范围内或足够接近目标温度时，输出单元53输出准备填充信号。在从输出单元53接收到准备填充信号之后，加注控制单元54释放H2控制阀23上的相应联锁条件和/或影响H2加注顺序的过渡条件的状态。
在从输出单元53接收到准备填充信号之后，阀控制单元56改变策略以控制循环管线或出口管线中的换热器的出口处的循环制冷剂的温度，其方式为使得制冷剂略微过热并且没有液态制冷剂离开换热器。在这种运行模式下，冷却器的大小确定成具有一些过量的制冷功率，其方式为使得冷却器维持在高制冷功率下直到HPR中的制冷剂的液位达到高值。
随后，当满足其他准备填充条件时(例如检测到分配器嘴口已经连接到FCV容器)，系统前进到步骤S3(过渡T2)。
HRS处于准备填充状态并且制冷剂继续循环以便使换热器温度维持在预定温度范围内或接近目标温度(步骤S3)。阀控制单元56继续使用相同的策略以使换热器温度(t1)维持在预定温度范围内。
加注控制单元54显示关于换热器温度条件的状态的信息以开始对车辆加注H2。加注控制单元54发送信号以显示可以开始对车辆加注H2的信息和/或通过音频装置通知。
操作者或顾客给出对车辆加注H2的开始指令(过渡T3)。
加注控制单元54根据填充协议控制H2控制阀23，以便将氢从氢高压源26输送至FCV的罐；并且制冷剂继续循环，以便使换热器维持在预定温度范围内或接近目标温度(步骤S4)。阀控制单元56继续使用相同的策略以使换热器温度(t1)维持在预定温度范围内。
加注控制单元54发送指示(通知)已经达到填充终止条件并且H2控制阀23已经关闭的加注结束信号(过渡T4)。
如果车辆排队计算单元55发送没有其他车辆在等待加注的信号，则系统前进到上文已经描述过的步骤S1。
如果车辆排队计算单元55发送另一个车辆正在等待加注的信号，则系统前进到在下文描述的步骤S5。
待加注的下一个车辆定位在分配器前方。接着，操作者或顾客使用分配器软管和嘴口将FCV容器连接至分配器(步骤S5)。阀控制单元56继续使用相同的策略以使换热器温度(t1)维持在预定温度范围内。
随后，当满足其他准备填充条件时(例如检测到分配器嘴口已经连接到FCV容器)，系统前进到上文已经描述过的步骤S3(过渡T2)。
(实例1)
当前，H2分配器中使用的紧凑型不锈钢扩散连接换热器的重量可以是大约150kg。需要大约5000kJ来将换热器的质量从30℃冷却到-40℃。
这在大约30kW制冷功率的情况下可以在3分钟内完成。利用小尺寸紧凑型冷却器可实现此功率。较短的冷却时间或减小的冷却器制冷功率可以通过使用如上所述的在HPR中储存一定量的液态制冷剂的策略来实现。

Claims (14)

1.一种加氢系统，包括：
冷却器，该冷却器包括冷却单元，该冷却单元通过冷却介质来冷却循环制冷剂；
分配器，该分配器为车辆供应H2，该分配器包括换热器，该换热器利用从该冷却器提供的循环制冷剂来冷却H2；
循环管线，该循环管线使该循环制冷剂在该冷却单元与该换热器之间循环；
冷却器压缩机，该冷却器压缩机设置在该冷却器中并且将该循环制冷剂供应至该冷却单元；
产冷阀，该产冷阀设置成靠近该循环管线中的换热器的入口。
2.根据权利要求1所述的加氢系统，其中，操作该加氢系统的方式是，在该系统的一部分空闲时间期间，利用从该冷却器提供的循环制冷剂来冷却H2的换热器在FCV加注期间升温超过标称温度7℃以上，并且该换热器在要再填充的车辆到达时被冷却下来。
3.根据权利要求1或2所述的加氢系统，该系统进一步包括：
车辆检测系统，该车辆检测系统检测到待加注H2的车辆正在进入加氢站(HRS)；以及
控制器，该控制器基于该车辆检测系统的检测结果并且基于特定控制策略来控制该产冷阀的打开、并且还控制该冷却器压缩机的启动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加氢系统，该系统进一步包括：
温度测量单元，该温度测量单元测量该换热器的温度；
阀控制单元，该阀控制单元对该产冷阀的开口率进行调节，使得该温度测量单元测得的温度维持在预定温度范围内或接近目标温度。
5.根据权利要求4所述的加氢系统，该系统进一步包括：
温度比较单元，该温度比较单元确定该温度测量单元测得的换热器的温度是否在预定温度范围内或足够接近该目标温度；以及
输出单元，当该温度比较单元确定所测得的温度在该预定温度范围内或足够接近该目标温度时，该输出单元输出准备填充信号。
6.根据权利要求5所述的加氢系统，其中，该控制器包括加注控制单元，该加注控制单元控制通向车辆的H2加注流；其中，从该输出单元接收准备填充信号是该加注控制单元用以允许通向车辆的H2加注流的一个条件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的加氢系统，其中，该产冷阀与该换热器入口嘴口之间的循环管线的管的长度小于5m。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的加氢系统，该系统进一步包括：
高压接收器，该高压接收器储存一定量的从该冷却单元供应并且被该冷却单元冷却的循环制冷剂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的加氢系统，该系统进一步包括：
低压接收器，该低压接收器设置在循环制冷剂的管线上并且被供以从该分配器的换热器返回的循环制冷剂以便如果该循环制冷剂具有气相和液相，就将该循环制冷剂分离成气相和液相。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的加氢系统，该系统进一步包括：
低压气袋，该低压气袋设置在该循环制冷剂的管线上并且被供以从该换热器返回的气相循环制冷剂。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的加氢系统，该产冷阀是节流型阀。
12.一种对车辆加注H2的方法，该方法包括：
检测到待加注H2的车辆正在进入加氢站；
打开产冷阀，该产冷阀设置成靠近循环管线中的换热器的入口；
启动冷却器以通过冷却介质来冷却循环制冷剂；
通过冷循环制冷剂来冷却该换热器，该冷循环制冷剂通过该产冷阀中的压力减小而冷却；并且
将由该换热器冷却的冷H2加注到该车辆，同时将该换热器的温度维持在预定温度范围内或接近目标温度。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
测量该换热器的温度(t1)；
确定所测得的温度(t1)是否在预定温度范围内或足够接近该目标温度；
当确定所测得的温度(t1)在该预定温度范围内或足够接近该目标温度时，输出准备填充信号；并且
释放H2控制阀上的相应的联锁条件和/或影响H2加注顺序的过渡条件的状态。
14.根据权利要求12或13所述的方法，
其中，操作该方法的方式是，在一部分空闲时间期间，利用从该液氮罐提供的该冷和/或液氮来冷却H2的换热器在FCV加注期间升温超过标称温度7℃以上，并且该换热器在要再填充的车辆到达时被冷却下来。
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