CN111609308B - 用于为储罐充填加压气体的方法和装置 - Google Patents

用于为储罐充填加压气体的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于为储罐充填加压气体的方法和装置，站包括至少一个加压气体源和用于输送气体的流体线路，线路包括连接到气体源的第一端，设有旨在与储罐结合的输送管的第二端，第一第二端之间的第一阀、流量或压力调节构件和第二阀，其中在第一与第二储罐的充填之间对第二储罐进行密闭度测试，在第一储罐充填结束时将第二储罐置于压力下，测量捕集在两个阀之间的线路中的气体供给的压力，当压力大于阈值时，打开第二阀利用气体供给对第二储罐进行泄漏测试，当压力低于阈值时，打开第一阀利用气体源充填两个阀之间的线路，当两个阀之间的线路中的压力达到或超过阈值时关闭第一阀，随后打开第二阀利用气体供给对第二储罐进行泄漏测试。

Description

用于为储罐充填加压气体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于为储罐充填压力气体的方法和装置。
更具体地，本发明涉及一种用于经由充填站为储罐充填加压气体、特别是加压氢气的方法，所述充填站包括至少一个加压气体源和用于将所述气体从所述至少一个源输送到所述储罐的流体线路，所述线路包括第一端和第二端，所述第一端连接到所述至少一个气体源，所述第二端设置有输送管，所述输送管旨在以可移除的方式与待充填储罐结合，所述线路包括位于所述第一端与所述第二端之间的第一隔离阀、用于调节流量或压力的构件以及第二隔离阀，所述方法包括依次充填第一储罐，然后充填第二储罐，所述方法在所述第一储罐的充填与所述第二储罐的充填之间包括对以密封方式与所述线路的第二端结合的第二储罐的密闭度测试，泄漏测试包括在所述第一储罐的充填结束时通过打开所述第二阀来将所述第二储罐置于压力下，所述第一隔离阀和第二隔离阀关闭，以便将加压气体的供给(即一定量的加压气体)捕集/限制/截留在这两个阀之间的线路中。
本发明有利地适用于快速(几分钟)充填加压氢气储罐(例如，在200巴至1000巴之间)。本发明尤其适用于车辆燃料储罐的充填。
背景技术
一些标准(尤其是SAEJ2601标准)要求在充填储罐之前对储罐进行密闭度测试。该泄漏测试包括对待充填储罐(以密封的方式与充填线路结合)加压，并测量一个或多个压力，以便检测储罐、其线路(其范围)、站点喷嘴、软管和分配器之间的泄漏。
然而，此解决方案在某些情况下可能无效。
一种已知的方法包括使用源压力存储器来执行此泄漏测试。然而，此方法可能会导致过大的压力峰值(单位时间输送的气体量)。
文献EP 3 271 637描述了使用在前一次充填期间捕集的气体来执行泄漏测试。文献WO2011/049466A1也描述了将管道中可用的一定体积的气体用于充填。
然而，这些解决方案在某些情况下是无效的。这是因为，如果捕集在线路中的气体的压力低于待充填储罐中占主导的压力，则可能由于对待充填储罐中的初始压力的不当评估而导致泄漏测试无效(适合的阀没有打开)和/或不当充填。
发明内容
本发明的一个目的是克服上述现有技术的全部或一些缺点。
为此，根据本发明的方法——此外根据在以上前序部分中对该方法给出的一般定义——的特征主要在于，该方法包括对被捕集在这两个阀之间的线路中的气体供给的压力进行测量，并且当测定压力大于预定阈值时，通过打开第二阀利用该气体供给执行对第二储罐的泄漏测试，而当该测定压力小于预定阈值时，该方法包括以下阶段：通过打开第一阀利用气体源充填两个阀之间的线路，当这两个阀之间的线路中的该测定压力达到或超过预定阈值时关闭第一阀，随后通过打开第二阀利用该气体供给执行对第二储罐的泄漏测试。
因此，泄漏测试仅利用线路部分的一定体积的气体并且在确保有足够的压力的情况下执行。这样既可以避免过大的压力峰值，又可以避免在压力不足以执行该测试的情况下的不当操作。
此外，本发明的实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征：
-所述预定阈值在300bar至900bar之间，尤其是700bar至860bar之间，
-所述预定阈值是大于在所述第二储罐被充填之前在第二储罐中存在的压力的压力值，
-所述源包括至少一个加压气体储存储罐，通过与所述加压气体储存储罐的压力平衡来执行充填所述两个阀之间的线路的阶段，
-所述线路至少在第一隔离阀和第二隔离阀之间包括一个或多个带有绝热层的管道，
-所述线路在所述第一隔离阀与所述第二隔离阀之间包括用于冷却输送到待充填储罐的气体的热交换器，
-所述第一隔离阀以邻近所述热交换器的方式定位在所述线路中，也就是说，与到所述线路的第一端的距离相比，所述第一隔离阀更靠近所述热交换器，并且优选地，所述第一隔离阀位于所述热交换器的入口处，
-所述第二隔离阀以邻近所述线路的第二端的方式定位在所述线路中，也就是说，与到所述热交换器的距离相比，所述第二隔离阀更靠近所述线路的第二端，
-位于第一和第二隔离阀之间的线路的容积在0.00005m3至0.01m3之间，
-所述第一和第二隔离阀之间的线路的长度在1米至50米之间，优选在2米至30米之间。
本发明还涉及一种用于为储罐充填加压气体、特别是加压氢气的装置，所述装置包括充填站，所述充填站包括至少一个加压气体源和用于将气体从所述至少一个源输送到所述储罐的流体线路，所述线路包括第一端和第二端，所述第一端连接到所述至少一个气体源，所述第二端设置有输送管，所述输送管旨在以可移除的方式与待充填储罐结合，所述线路包括位于所述第一端与所述第二端之间的第一隔离阀、用于调节流量或压力的构件以及第二隔离阀，所述站适合且构造成用于执行第一储罐和然后第二储罐的依次充填，所述充填站包括电子数据处理和存储构件，以便控制所述充填并且特别是控制所述阀，所述电子数据处理和存储构件构造成在所述第一储罐的充填与所述第二储罐的充填之间执行对以密封方式与所述线路的第二端结合的第二储罐的密闭度测试，泄漏测试包括在所述第一储罐的充填结束时通过打开所述第二阀来将所述第二储罐置于压力下，所述电子数据处理和存储部件构造成关闭所述第一和第二隔离阀以便将加压气体的供给捕集在这两个阀之间的线路中，所述装置在这两个阀之间的线路中包括压力传感器，所述电子数据处理和存储构件构造成，当被捕集在这两个阀之间的线路中的气体供给的压力大于预定阈值时，通过打开所述第二阀利用该气体供给执行对所述第二储罐的泄漏测试，而当该测定压力低于预定阈值时打开所述第一阀，以便利用所述源充填所述两个阀之间的线路，直至达到或超过所述预定阈值，然后关闭所述第一阀并打开所述第二阀，以便利用充填的气体供给执行对所述第二储罐的泄漏测试。
根据一个可能的区别性特征：所述线路在所述第一隔离阀与所述第二隔离阀之间包括用于冷却输送到待充填储罐的气体的热交换器。
本发明还可以涉及权利要求的范围内的包括以上或以下特征的任何组合的任何替代装置或方法。
附图说明
在阅读以下参考附图所作的描述后，其它区别性特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1示意性且部分地表示本发明可以实施的气体充填站的一个示例。
具体实施方式
示意性地示出的充填站100包括至少一个加压气体源2、3、4和用于将气体从所述至少一个源输送到要充填的储器1的流体线路5。
所述至少一个源2、3、4可以包括例如以下中的至少一者：平行设置的一个或多个加压气体存储器、一个或多个压缩机等。站100可以特别地使用多个加压储罐，以通过与待充填储罐1(任选地由压缩机补充或辅助)的连续(级联)压力平衡操作来执行充填。
例如，可以参考文献FR 2 928 716 A1和WO 2015001208 A2，它们更详细地描述了充填站的结构和操作示例。
线路5包括至少一个第一端(上游侧)和一个第二端(下游侧)，所述第一端连接到至少一个气体源2、3、4，所述第二端设置有旨在以可移除的方式与待充填储罐1结合的输送管6，特别是软管。
线路5在第一端和第二端之间包括优选地从上游到下游串联布置的：第一隔离阀7，用于调节流量或压力的构件8(减压阀、流量调节阀、受控调节器、比例类型的阀或任何其它合适的构件)，用于冷却输送至待充填储罐1的气体的热交换器9，以及第二隔离阀11。
交换器9(其是任选的)是气体在其中被冷却到目标温度的构件。当然，可以设想具有使得可以执行这种冷却的不同结构的数个交换器的布置结构。
在冷却构件9和第二隔离阀11之后，线路的下游端可以以已知的方式包括传感器、软管和用于与要充填的车辆的储罐1结合的连接件。
图1的概略表示描述了最少的部件。当然，线路5通常可以包括插入或不插入附图所示的部件之间的其它设备，例如阀、传感器等。同样，可以修改部件的次序。例如，第一隔离阀7可以位于调节构件8与交换器9之间，实际上甚至位于交换器9的下游。
该站可以以如下方式使用。
在第一车辆的被称为“第一储罐”的储罐1的充填期间，充填储罐1的过程通常在最大充填压力附近(例如，在700bar至875bar之间)结束，冷却温度在建议范围内(例如-17℃至-40℃之间)。一旦第一储罐1被完全充填，充填站100可以命令关闭分配管线的隔离阀7、11。
冷却构件9优选处于等待下一车辆的预定操作模式。这就是说，相对于其最大冷却，能够停止或以最大冷却速率或减小的冷却速率来维持冷却线路向交换器9提供制冷量。
这样，在等待下一车辆的阶段中，位于两个隔离阀7、11之间的线路5的整个一条或多条管线保持处于压力下并且任选地处于冷却的温度下。
这就是说，加压的冷气体供给在充填的最后时刻(或几秒钟)(充填结束)的条件下被捕集在线路5中。
因此，当下一车辆出现时，线路5的管线保持冷态(热损失除外)。该第二车辆的储罐1(“第二储罐”1)可以被充填。
可以使用捕集的气体进行常规的初步测试(在根据文件SAE J2601的推荐或者按照其它任何充填实践或充填站的每名操作人员特有的充填标准进行充填之前)。特别地，该气体用于在充分的压力下(并且还在低温下)执行常规的密闭度测试。
因此，这使得可以利用捕集在线路5中的气体开始为下一储罐充填。已经处于压力下的该气体可以有利地已经被冷却。以此方式，线路5的管线的很大一部分因此已经被预冷却。
这使得可以避免或限制起动冷却系统和预备阶段的时间，在该阶段中，要冷却的气体与交换器之间的交换尚未稳定。
这也使得可以限制能够在充填之前准备预冷气体的装置，例如在最大运行条件下维护冷却系统或存在永久运行的预冷却环路。
在例如第一储罐1的充填在3分钟至5分钟之间的时间之后结束的情况下，在充填结束时隔离阀7、11关闭。
连接到车辆的分配管线(尤其是软管)的下游端可以排空其气体(第二隔离阀11的下游)。
另一方面，在两个隔离阀7、11之间，线路的长度通常可以在两米至三十米之间。因此，该部分被充填例如处于700bar至875bar之间的压力以及通常可以在-40℃至-17℃之间的温度下的氢气。该管线优选地覆盖有绝热层。该绝热层适合于尽可能地限制热损失，并且可以最大化和延长本发明的效果。
在通常为一到二十分钟的等待时间之后，气体可能会被稍微加热，但仍保持在低温范围内(例如-40℃至-17℃)。
第二车辆可以出现在站100处。用户可以执行连接和认证其车辆的操作。随后例如通过按压按钮或起动指示器来开始充填。
第一充填阶段——例如包括泄漏测试和/或储罐的特性和充填管线的条件的确定——可以利用隔离阀7、11之间包含的气体来执行(特别是通过打开第二阀11)。
在使用所捕集的气体之后或期间，可以继续用加压气体充填第二储罐11的过程。
特别地，该站利用捕集在两个阀7、11之间的线路中的气体对以密封方式与线路的第二端结合的第二储罐1执行密闭度测试。
因此，在第一储罐1的充填结束时，第一隔离阀7和第二隔离阀11关闭，以便将加压气体供给捕集在这两个阀7、11之间的线路5中。
可以执行被捕集在这两个阀7、11之间的线路5中的气体供给的压力的测量。该压力测量可以经由线路中的一个或多个压力传感器13和/或经由推定或任何其它方式进行。这是因为该捕集的气体压力通常基本上等于前一个储罐的充填结束时的压力(特别是在通过压力平衡或“级联”进行充填的情况下)。该压力例如是在充填结束时储罐1的压力和/或在充填结束时源的压力。
当该测定压力大于预定阈值时，通过打开第二阀11(第一阀7保持关闭)利用该气体供给执行对第二储罐1的泄漏测试。
另一方面，当该测定压力低于预定阈值时，该站事先执行通过打开第一阀7(另一个阀11保持关闭)利用气体源2、3、4对两个阀7、11之间的线路进行充填(或压力上升)的阶段。该充填例如可以通过与高压源储罐2的压力平衡来执行。
当该充填或压力上升充分时(当这两个阀7、11之间的线路5中的该压力达到或超过预定阈值时)，可以关闭第一阀7。随后，可以通过打开第二阀11(第一阀7保持关闭)利用气体供给对第二储罐1进行泄漏测试。
预定的压力阈值可以是在300bar至900bar之间并且特别是在700bar至860bar之间的固定值。
同样，该预定阈值可以是可变压力值，该可变压力值被选择为大于在充填第二储罐1之前第二储罐1中的压力。
因此，即使第一储罐1的充填是部分的(例如，充填结束时的压力为300bar)并且第二待充填储罐的压力已经达到较高的压力(例如400bar)，上述方法也可以确保泄漏测试可行并且令人满意。
因此，根据该解决方案，源(特别是处于高压下的储罐2)不直接连接到待充填储罐1以进行泄漏测试。这可以避免过大的压力峰值，并且还可以避免流量峰值(特别是受SAEJ2601标准限制)。
此外，上述解决方案可以保证线路中足够的压力，以进行有效且完全安全的泄漏测试。

Claims (18)

1.一种用于经由充填站(100)为储罐(1)充填加压气体的方法，所述充填站包括至少一个加压气体源和用于将所述气体从所述至少一个加压气体源输送到所述储罐(1)的流体线路(5)，所述流体线路(5)包括第一端和第二端，所述第一端连接到所述至少一个加压气体源，所述第二端设置有输送管(6)，所述输送管旨在以可移除的方式与待充填储罐结合，所述流体线路(5)包括位于所述第一端与所述第二端之间的第一隔离阀(7)、用于调节流量或压力的构件(8)以及第二隔离阀(11)，所述方法包括依次充填第一储罐，然后充填第二储罐，所述方法在所述第一储罐的充填与所述第二储罐的充填之间包括对以密封方式与所述流体线路的第二端结合的第二储罐的泄漏测试，泄漏测试包括在所述第一储罐的充填结束时通过打开所述第二隔离阀(11)来将所述第二储罐置于压力下，所述第一隔离阀(7)和所述第二隔离阀(11)关闭，以便将加压气体的供给捕集在所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路(5)中，所述方法的特征在于，所述方法包括对被捕集在所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路(5)中的气体供给的压力进行测量，并且当测定压力大于预定阈值时，通过打开所述第二隔离阀(11)利用该气体供给执行对所述第二储罐的泄漏测试，而当该测定压力低于预定阈值时，所述方法包括：通过打开所述第一隔离阀(7)利用所述加压气体源充填所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路的阶段，以及以下阶段：当所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路(5)中的该测定压力达到或超过预定阈值时关闭所述第一隔离阀(7)，随后通过打开所述第二隔离阀(11)利用该气体供给执行对所述第二储罐的泄漏测试。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定阈值在300bar至900bar之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预定阈值是大于在所述第二储罐被充填之前在所述第二储罐中占主导的压力的压力值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加压气体源包括至少一个加压气体储存储罐(2)，并且通过与所述加压气体储存储罐(2)的压力平衡来执行充填所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路的阶段。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流体线路(5)至少在所述第一隔离阀(7)和所述第二隔离阀(11)之间包括一个或多个带有绝热层的管线。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流体线路(5)在所述第一隔离阀(7)与所述第二隔离阀(11)之间包括用于冷却输送到待充填储罐的气体的热交换器(9)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一隔离阀(7)以邻近所述热交换器(9)的方式定位在所述流体线路(5)中，也就是说，与到所述流体线路(5)的第一端的距离相比，所述第一隔离阀(7)更靠近所述热交换器(9)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二隔离阀(11)以邻近所述流体线路(5)的第二端的方式定位在所述流体线路(5)中，也就是说，与到所述热交换器(9)的距离相比，所述第二隔离阀(11)更靠近所述流体线路(5)的第二端。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，位于所述第一隔离阀(7)与所述第二隔离阀(11)之间的流体线路的容积在0.00005m3至0.01m3之间。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一隔离阀(7)与所述第二隔离阀(11)之间的流体线路(5)的长度在1米至50米之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加压气体是加压氢气。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定阈值在700bar至860bar之间。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一隔离阀(7)位于所述热交换器(9)的入口处。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一隔离阀(7)与所述第二隔离阀(11)之间的流体线路(5)的长度在2米至30米之间。
15.一种用于为储罐(1)充填加压气体的装置，所述装置包括充填站(100)，所述充填站(100)包括至少一个加压气体源和用于将所述气体从所述至少一个加压气体源输送到所述储罐(1)的流体线路(5)，所述流体线路(5)包括第一端和第二端，所述第一端连接到所述至少一个加压气体源，所述第二端设置有输送管(6)，所述输送管(6)旨在以可移除的方式与待充填储罐结合，所述流体线路(5)包括位于所述第一端与所述第二端之间的第一隔离阀(7)、用于调节流量或压力的构件(8)以及第二隔离阀(11)，所述充填站(100)适合且构造成用于执行第一储罐和然后第二储罐的依次充填，所述充填站包括电子数据处理和存储构件(12)，以便控制所述充填，所述电子数据处理和存储构件(12)构造成在所述第一储罐的充填与所述第二储罐的充填之间执行对以密封方式与所述流体线路的第二端结合的第二储罐的泄漏测试，泄漏测试包括在所述第一储罐的充填结束时通过打开所述第二隔离阀(11)来将所述第二储罐置于压力下，所述电子数据处理和存储构件(12)构造成关闭所述第一隔离阀(7)和所述第二隔离阀(11)以便将加压气体的供给捕集在所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路(5)中，所述装置在所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路(5)中包括压力传感器(13)，所述电子数据处理和存储构件(12)构造成，当被捕集在所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路(5)中的气体供给的压力大于预定阈值时，通过打开所述第二隔离阀(11)利用该气体供给执行对所述第二储罐的泄漏测试，而当测定压力低于预定阈值时打开所述第一隔离阀(7)，以便利用所述加压气体源充填所述第一隔离阀和第二隔离阀之间的流体线路，直至达到或超过所述预定阈值，然后关闭所述第一隔离阀(7)并打开所述第二隔离阀(11)，以便利用充填的气体供给执行对所述第二储罐的泄漏测试。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述流体线路(5)在所述第一隔离阀(7)与所述第二隔离阀(11)之间包括用于冷却输送到所述待充填储罐的气体的热交换器(9)。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述加压气体是加压氢气。
18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电子数据处理和存储构件(12)用于控制所述第一隔离阀和第二隔离阀。
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