CN116648591A - 低温容纳系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种低温流体容纳系统。系统可以在低温温度和压力下储存诸如氢的流体。当流体自然升温时，流体可以被引导到配置成对流体执行冷却技术的液化系统的一部分。冷却技术可以是焦耳‑汤姆逊冷却技术。液化系统可以装备成执行非焦耳‑汤姆逊冷却技术和焦耳‑汤姆逊冷却技术两者。系统配置成将流体引导到液化系统的适当部分，这可以至少部分地基于流体的焦耳‑汤姆逊系数。

Description

低温容纳系统

技术领域

本公开涉及用于在低温温度和压力下处理流体的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于减少或消除汽化废物的系统和方法。

背景技术

诸如数据中心的大型设施消耗大量能量，并且需要备用设备以确保在断电情况下有足够的电力来完成基本任务。通常，柴油发电机组或―发电机组”用于向大型设施提供备用电力。氢燃料电池和发动机越来越多地被考虑用于该目的，但是它们呈现出各自的挑战。用于这种发动机的燃料在低温温度和压力下储存，直到需要备用电力。低温流体通常储存在罐中，所述罐被动地将储存的流体保持在极冷的温度。在大多数情况下，主动冷却储存在这样的被动式储罐内的流体被认为是低效的，因此，在将这些流体放入罐中之前，通常使用其他系统来冷却这些流体。被动式储罐当然是不完善的，并且储存在这样的罐内的低温流体将随时间推移而升温并逐渐增加压力。当这种升温发生时，至少一些储存的氢将需要作为―汽化”被释放，以便保持罐中的安全压力。应当注意，汽化是指随着储罐内部的温度升高，一定量的低温流体从液相变为气相的自然过程。在一些常规系统中，当蒸发的潜热吸收系统内的热能时，经历从液体到气体的相变的一定量的低温流体提供对低温流体的被动冷却。当该情况发生时，通过汽化生成的气体可以排出到大气中以保持安全储存压力。在一些系统中，氢可以以高达每天1％或以上的速率汽化。在这样的系统中，氢将需要大约每100天被完全更换一次，除非采用捕获和至少部分地再利用汽化的过程。

在美国专利第6,672,104号(下文中称为―‘104参考文献”)中公开了一种用于转换低温流体的汽化流的系统。‘104参考文献公开了对汽化流加压，冷却加压的汽化流，然后使汽化流膨胀。如‘104参考文献中所解释的，使汽化流膨胀进一步冷却并至少部分地液化汽化流。‘104参考文献公开了所得加压液体的预选泡点温度，其通过从汽化流去除第一预定量的一种或多种组分而获得，所述一种或多种组分的蒸气压大于储存的低温流体的蒸气压。为了获得预选泡点温度，‘104参考文献还描述了向汽化流添加第二预定量的一种或多种添加剂，所述一种或多种添加剂具有比储存的低温流体的分子量更重的分子量并且具有比储存的流体的蒸气压更小的蒸气压。

尽管‘104参考文献中描述的系统可以配置成可控地转换储存的低温流体的汽化流，但是该系统需要使用专用于加压、冷却和膨胀储存的流体的多个部件。这样的部件增加了系统的成本和复杂性。另外，这样的部件随着时间的推移易于失效。因此，‘104参考文献中描述的系统和其他类似系统通常导致与修理和/或更换这样的部件相关联的维护成本升高，并且还遭受与对应的维护停机时间相关的低效。

本公开的示例涉及克服上述缺陷中的一个或多个。

发明内容

本公开的示例涉及一种系统，所述系统包括构造成以两相混合物储存低温氢的储罐、液化系统和汽化回路。特别地，液化系统可以包括焦耳-汤姆逊冷却级和流体地连接到焦耳-汤姆逊冷却级的非焦耳-汤姆逊冷却级。另外，液化系统可以配置成从外部源接收氢，在非焦耳-汤姆逊冷却级处接收氢，在非焦耳-汤姆逊冷却级处将氢冷却到低于温度阈值的第一温度，将处于第一温度的氢从非焦耳-汤姆逊冷却级转移到焦耳-汤姆逊冷却级，在焦耳-汤姆逊冷却级处将氢冷却到低于第一温度的第二温度，并且将处于第二温度的氢从焦耳-汤姆逊冷却级转移到储罐。此外，汽化回路可以配置成将汽化氢从储罐转移到液化系统的焦耳-汤姆逊冷却级。因此，焦耳-汤姆逊冷却级可以配置成将汽化氢冷却到第三温度，并且将处于第三温度的冷却的汽化氢转移到储罐。

本公开的另外示例涉及一种系统，所述系统包括储罐、液化系统和控制器。特别地，储罐可以构造成在低温状态下储存低于低温温度阈值和低于低温压力阈值的流体。另外，液化系统可以包括第一级和流体地连接到第一级的第二级。另外，液化系统可以配置成在第一级处接收流体，将流体的温度降低到低于低温温度阈值的储存温度，并且在储存温度下经由第一流体通道将流体从第二级转移到储罐。在一些示例中，第二流体通道可以将储罐与第二级流体地连接。此外，控制器可以可操作地连接到液化系统和一个或多个流体控制装置，其中控制器配置成：使一个或多个流体控制装置将汽化流体从储罐转移到液化系统的第二级，使液化系统的第二级液化汽化流体，以及使一个或多个流动控制装置将液化的汽化流体从液化系统的第二级转移到储罐。

本公开的另外其他示例涉及一种方法，所述方法包括利用与储罐相关联的第一传感器确定储存在储罐内的氢的温度，以及利用与储罐相关联的第二传感器确定氢的压力。另外，所述方法可以包括利用可操作地连接到第一传感器和第二传感器的控制器确定以下各项中的至少一者：氢的温度超过温度阈值和氢的压力超过压力阈值。此外，所述方法可以包括利用控制器并且至少部分地基于确定氢的温度超过温度阈值和氢的压力超过压力阈值中的至少一者，使可操作地连接到控制器的第一流动控制装置将来自储罐的汽化氢引导到流体地连接到储罐的液化系统。液化系统可以包括配置成执行非焦耳-汤姆逊冷却技术的第一级以及流体地连接到第一级的第二级，所述第二级配置成执行焦耳-汤姆逊冷却技术。因此，所述方法可以包括利用控制器使可操作地连接到控制器的第二流动控制装置将液态氢从液化系统的第二级转移到储罐。

附图说明

图1是根据本公开的示例的用于大型设施的电力系统的示意图。

图2是根据本公开的示例的与图1的电力系统相关联的低温容纳系统的示意图。

图3是根据本公开的另外示例的与图1的电力系统相关联的低温容纳系统的示意图。

图4是根据本公开的另外示例的多级液化系统的示意图。

图5是示出了根据本公开的示例的方法的框图。

图6是示出了根据本公开的另外示例的方法的框图，其中单个液化级用于汽化目的。

具体实施方式

图1是根据本公开的实施例的低温流体汽化缓解系统100的示意图。根据每种情况可能需要的流体的特定应用和流体的类型，低温流体汽化缓解系统100可以与处于任何相或相的组合的任何流体一起使用，并且在各种温度和压力下使用。氢是一种这样的流体，其可以由低温流体汽化缓解系统100储存和保持。应当领会，其他流体也可以与根据本公开的低温流体汽化缓解系统100一起使用，并且对氢的任何具体提及都不将本公开的范围限于任何流体类型。例如，低温流体可以包括甲烷、二氧化碳、氮、氦、惰性气体和其他元素/化合物。

氢可能对储存提出某些挑战。例如，氢是挥发性的，并且液化温度低(大约33开氏度)。因而，可能难以以安全、有效的方式保持氢，使得其可以用作燃料或用于其他应用。自然地，在任何储存系统中，氢都有升温甚至蒸发的趋势。当该情况发生时，罐的内部压力增加，并且如果不加以控制，则将超过容纳措施。因此，内部压力可能使罐破裂并导致对周围设施、设备、人员和/或资产的损坏。在一些情况下，可以允许蒸发的氢排放到大气以保持压力水平。替代地或另外，低温流体汽化缓解系统100可以减轻与将储存的氢(或低温流体)排放到大气相关联的损失，并且还可以解决罐中压力增加的问题。

低温流体汽化缓解系统100可以经由进气机构102接收氢，所述进气机构联接到氢源104或以其他方式从氢源提供氢。另外，低温流体汽化缓解系统可以包括分流阀106、液化系统108和储罐116，所述分流阀构造成控制来自氢源104的氢在低温流体汽化缓解系统100内的分布，所述液化系统包括通过级间导管114连接的两个或更多个冷却级(例如，冷却级一110和冷却级二112)。如上所述，液化系统108可以包括多个冷却级，例如冷却级一110和冷却级二112，所述多个冷却级各自可以包括一个或多个冷却系统。此外，分流阀106和/或低温流体汽化缓解系统100的其他部件可以由进气控制器118控制，所述进气控制器调节来自氢源104的进入的氢并将进入的氢路由到一个或多个目的地。如下文将更详细地描述的，这样的目的地可以包括沿着路径A的冷却级一110、沿着路径B的冷却级二和/或沿着路径C的储罐116。类似地，罐控制器120可以配置成调节从储罐116的汽化提取，并且沿着路径D将汽化引导到冷却级一110。在一些示例中，罐控制器120还配置成沿着路径E将汽化引导到冷却级二112。因此，氢(或另一种低温流体)可以被储存以供备用电力系统122在与设施系统124相关联的电力需求不能由主电力系统126满足的情况下利用，并且本文描述的低温流体汽化缓解系统100的各种配置可以帮助避免由汽化引起的氢损失。

进气机构102可以是氢(或另一种低温流体)可以通过其注入低温流体汽化缓解系统100和/或由该低温流体汽化缓解系统接收的任何合适的机构。在一些示例中，氢源104可以包括输送卡车、输送管线或来自外部氢源的任何其他合适的输送装置。另外，进气机构102可以包括阀、法兰、连接器、联接件和其他紧固装置，它们使得低温流体汽化缓解系统100能够流体地连接到氢源104。此外，进气机构可以包括温度传感器(例如，热电偶、温度计等)、压力传感器(例如，绝对压力、表压、差压等)、流量传感器(例如，速度流量、质量流量等)和/或配置成识别进入的氢的性质的其他传感器。类似地，进气机构可以包括用于控制进入低温流体汽化缓解系统100的氢的压力和流量的调节系统，例如泵(例如，构造成引起流体流动、产生压差和以其他方式向流体施加功的机构)、控制阀(例如，构造成响应于接收到的信号和/或施加的力而打开以允许流体流动和关闭以限制流体流动的阀)、节流阀(例如，用于控制流体流速和系统压力的阀)以及其他压力控制和流量控制系统。在一些附加示例中，从氢源104接收到的氢可以处于混合相溶液、气态或液态。因此，进气机构102可以构造成处理与不同相态相关联的输入流体，将气相与液相分离，并且将不同相态路由到低温流体汽化缓解系统100的适当部分。在一些另外示例中，氢源104可以是水解系统(例如，配置成在化学过程中使水与物质反应以至少产生氢的系统)、电解系统(例如，配置成提供将水分解成氢和氧的电流的系统)和/或其他氢生成系统。在一些水解反应中，物质和水可以反应，使得水解的目标分子(或母体分子)获得氢离子。另外，氢可以通过化学反应产生并供应到进气机构102。应当注意，进气机构102可以接收任何形式的氢并促进输入到低温流体汽化缓解系统100中。

分流阀106可以由进气控制器118通过电子输入远程控制，或者通过伺服/马达直接控制。分流阀可以构造成控制在输入连接器(例如，管道、软管、管等)与一个或多个输出连接器之间流动的流体。如上所述，一个或多个传感器(例如，作为进气机构102的部件的(一个或多个)温度传感器、(一个或多个)压力传感器和(一个或多个)流量传感器)可以生成与从氢源104接收到的氢的物理性质相关联的一个或多个信号。一个或多个信号可以传输到进气控制器118并用于氢的调节和路由。替代地或另外，进气机构102可以涉及输送服务，例如在已知压力和已知温度下提供氢的氢供应器。在一些示例中，进气控制器118可以配置成相对于氢的转化温度监测氢的温度。应当注意，转化温度是氢(或其他低温流体)的焦耳-汤姆逊系数改变符号(例如，焦耳-汤姆逊系数在高于转化温度的温度下为负，导致流体在膨胀时变热，并且焦耳-汤姆逊系数在低于转化温度的温度下为正，导致流体在膨胀时冷却)的温度。因此，如果进气控制器118确定氢的输入温度高于转化温度，则进气控制器118使分流阀106将氢沿着路径A引导到冷却级一110。类似地，如果进气控制器118确定氢的输入温度低于转化温度，则进气控制器118使分流阀106将氢沿着路径B引导到冷却级二112。在一些附加示例中，进气控制器可以确定氢低于比转化温度低的另一阈值温度，其可以沿着路径C直接转移到罐116中(例如，氢低于氢的压力的冷凝点并且是液体)。在至少一个示例中，额外阈值温度可以称为储存温度，其中储存温度指示在不使储罐116中的温度或压力升高的情况下可以将氢安全地引入储罐116中的温度。

在一些另外示例中，进气控制器118可以使分流阀106至少基于一个或多个温度阈值、一个或多个压力阈值、一个或多个流量阈值或各种阈值的组合来调节和路由沿着路径A、路径B和路径C从氢源104接收的氢。特别地，可以利用与从氢源接收的氢相关联的温度和压力来确定与氢相关联的热能和/或将氢从氢源104的温度和压力冷却到储罐116的温度和压力所需的功的量。因此，进气控制器118可以使从氢源104接收的氢被引导到冷却级一110以对氢进行初始冷却，并且被引导到冷却级二112以进行额外冷却和/或液化。

低温流体汽化缓解系统100可以包括液化系统108。特别地，液化系统108可以包括在不同温度、压力和/或状态下降低提供给液化系统108的低温流体的温度和/或压力的各个部件。在所示的示例中，液化系统108包括冷却级一110和冷却级二112。冷却级一110可以利用非焦耳-汤姆逊效应和焦耳-汤姆逊冷却技术(其中焦耳-汤姆逊系数为负)以将氢104的温度降低到冷却级二112的阈值温度和/或阈值压力。在一些示例中，可以至少基于低温流体(例如，氢)的转化温度、储罐116的储存温度或储存压力、与储罐116的汽化相关联的汽化温度和汽化压力或与低温流体汽化缓解系统100相关联的其他确定的温度和压力来确定阈值温度(和阈值压力)。此外，冷却级二112可以利用焦耳-汤姆逊冷却技术来进一步降低低温流体(例如，从氢源104接收的氢)的温度。

在一些示例中，非焦耳-汤姆逊冷却技术可以包括能够降低流体(例如，气体、液体等)的温度的任何制冷循环或非循环制冷技术。制冷循环可以包括蒸汽压缩循环、吸收循环、吸附循环和循环地利用功从系统去除热能(例如，冷却从氢源104接收的氢)的其他制冷技术。替代地或另外，非循环制冷涉及利用在冷却之后分散或丢弃的工作流体(例如，液氮相对便宜并且可以在用于制冷之后排放到大气)。如上所述，冷却级一110可以利用非焦耳-汤姆逊技术来冷却从氢源104接收的氢。这样的技术可以利用在各种流动路径中具有不同流体的热交换器，这些流体彼此热接触以将热从一种流体传递到另一种流体(可选地在循环制冷系统或非循环制冷系统中)。热交换器的一些示例类型是壳管式热交换器、板式热交换器、板壳式热交换器、绝热轮式热交换器、枕板式热交换器、流体热交换器和动态刮面式热交换器。

在冷却级一110的一些示例中，利用非焦耳-汤姆逊冷却技术将氢或另一低转化温度流体(例如，氦、氖等)冷却到转化温度。将氢的温度降低到转化温度以下使得能够利用焦耳-汤姆逊效应来冷却氢(或其他低温流体)。应当注意，氢和一些其他材料具有稍微独特的特性，即在气相中，转化温度低于室温(约20℃)。因此，液化系统108的冷却级一110可以配置成在冷却级一110中针对所有低温流体利用非焦耳-汤姆逊效应冷却。此外，液化系统108的冷却级一110可以配置成在冷却级一110中针对转化温度高于冷却级一110的操作温度的低温流体利用焦耳-汤姆逊效应冷却。液化系统108可以包括级间导管114，所述级间导管将氢从级一110传递到级二112，在所述级二处执行焦耳-汤姆逊效应冷却以进一步降低氢104的温度。

液化系统108的级二112可以采用焦耳-汤姆逊冷却技术来进一步降低从氢源104接收的氢的温度。在一些示例中，焦耳-汤姆逊冷却技术可以用于从已由冷却级一110处理的氢产生液态氢。焦耳-汤姆逊效应(也称为焦耳-开尔文效应或开尔文-焦耳效应)描述了当真实气体或液体(与理想气体不同)被迫通过阀或多孔塞同时保持其绝缘使得没有热与环境交换(例如，低温流体经历绝热或基本上绝热膨胀)时真实气体或液体的温度变化。该过程被称为节流过程或焦耳-汤姆逊过程。在室温下，大多数气体在膨胀时通过焦耳-汤姆逊技术冷却。然而，并且如上所述，一些气体(例如氢、氦和氖)具有低于室温的转化温度，这导致它们在膨胀时变热，直到气体的温度降低到转化温度以下。因此，一旦冷却到转化温度以下，焦耳-汤姆逊技术可以用于氢、氦和氖。有许多方式来实现期望的焦耳-汤姆逊冷却，包括喷嘴、阀或多孔塞，并且冷却级二112可以包括许多这些技术。此外，冷却级二112可以包括多个冷却操作。在一些实施例中，多个冷却操作可以是逐步降低温度的阶段。在一些实施例中，在冷却级二112中有多个冗余冷却操作，并且取决于待冷却的氢的量，可以使用冷却级二112的一些部分，而另一部分是闲置的。

在一些示例中，图1是根据本公开的示例的用于设施的低温流体汽化缓解系统100的图示。特别地，低温流体汽化缓解系统100可以配置成保持可以由备用电力系统122用作燃料的低温流体。另外，低温流体汽化缓解系统可以配置成通过再液化汽化的处理来防止从储罐116排出的汽化排放到大气。此外，低温流体汽化缓解系统可以配置成在主电力系统126无法满足设施系统124的电力需求的情况下保持低温流体作为电力储备。在一些附加示例中，主电力系统126可以是来自当地市政当局或另一标准主要电力源的电网电力。另外，设施系统124可以与至少基于设施内的各个系统消耗的电力确定的电力需求相关联。因此，电力需求可以包括任何和所有动力HVAC系统、灯、加热系统、冷却系统、马达、发动机、网络、服务器、其他计算装置以及实际上消耗设施内的电力的任何其他机构的电力要求。

另外，在电力故障、短缺或导致主电力系统126无法满足设施系统124的电力需求的其他情况下，低温流体汽化缓解系统100可以管理用于备用电力122的低温流体。在一些示例中，备用电力系统126可以包括(一个或多个)氢动力发动机和/或(一个或多个)燃料电池，其将氢(或其他低温燃料)转换成足以满足设施系统124的电力需求的能量。因此，在确定主电力系统126无法满足电力需求时，设施和/或备用电力系统122可以使氢从储罐116提取并消耗以产生用于设施系统124的额外电力。

图2是用于低温流体汽化缓解系统的潜在操作空间的图示。特别地，图2是双原子氢的相图的近似图。然而，应当注意，图2是近似图，并且各个相的各个值和边界线可能不会精确地映射到真实世界值。图2包括液相202可以蒸发/挥发成气相204，并且气相204可以冷凝成液相202的温度和压力的近似图。如图2中所示，示例性蒸发曲线206可以表示低温流体的液相202和气相204之间的边界。例如，蒸发曲线206可以表示真实世界的温度和压力组合，其中低温流体的原子或分子可以吸收蒸发的潜热，或散发冷凝的潜热，并且在液相202与气相204之间转变。类似地，示例性蒸发曲线206可以在三相点208与临界点210之间延伸，所述三相点表示低温流体在三种物质状态(例如，固体、液体和气体)之间存在平衡时的压力和温度，所述临界点表示在低温流体的液相202和气相变成超临界流体时的压力和温度。图2包括氢的三相点208和临界点210的近似图，然而，应当注意，其他流体的三相点和临界点可以在其他温度和压力组合下发生。此外，图2包括第一曲线段212，其表示由第一冷却操作(例如，由图1的冷却级一110执行的冷却操作)引起的与低温流体相关联的第一温度变化和第一压力变化。类似地，图2包括第二曲线段214，其表示由第二冷却操作(例如，由图1的冷却级二112执行的冷却操作)引起的与低温流体相关联的第二温度变化和第二压力变化。

应当注意，尽管在图2中表示了三相点208和临界点210，但是这些现象具有与其相关联的真实世界温度和压力。特别地，其中固相、液相202和气相204平衡存在的氢的三相点在大约13.84K/-259.31℃和7.04kPa/0.0704巴下出现。类似地，其中液相202和气相204停止共存并形成超临界流体的氢的临界点在大约33.20K/-239.95℃和1300kPa/12.97巴下出现。因此，蒸发曲线206表示处于液相202的氢可以蒸发到气相204中并且处于气相204的氢可以冷凝到液相202中的温度和压力。

在一些示例中，上文关于图1描述的低温流体汽化缓解系统可以配置成在低温流体的气相204和液相202中操作，如图2中所示。特别地，冷却级一110和冷却级二112可以配置成将从氢源104接收的氢从输入温度冷却，并将氢液化以储存在储罐116中。另外，冷却级一110的第一冷却操作可以由第一曲线段212表示，其中氢的温度从氢的输入温度降低到与焦耳-汤姆逊系数从负值变为正值相关联的温度阈值216以下。应当注意，在大气压下，焦耳-汤姆逊系数在大约200K/-73.15℃下从负值变为正值，但温度阈值216可以至少部分地基于氢的压力确定。然而，与冷却级一110相关联的第一冷却操作可以配置成将氢降低到温度大于蒸发曲线206的任何温度阈值以下。此外，第一冷却操作可以引起压力增加(如图2的第一曲线段212所示)，在等压环境中发生，或者至少部分地基于冷却级一110使用的(一种或多种)冷却方法的类型引起压力降低。类似地，与冷却级二112相关联的第二冷却操作可以配置成对于给定压力将氢从第一冷却操作的输出温度降低至低于冷凝温度的储存温度(如图2的第一曲线段212所示)。

在一些示例中，附加冷却操作(未示出)可以包括在与第一曲线段212相关联的第一冷却操作和与第二曲线段214相关联的第二冷却操作之间。特别地，第一冷却操作可以配置成利用非焦耳-汤姆逊冷却技术将氢的温度从氢源(例如，氢罐、氢供应器、水解系统、电解系统等)的输入温度降低到第一冷却操作输出温度，所述第一冷却操作输出温度低于焦耳-汤姆逊系数从负值变为正值的温度。另外，非焦耳-汤姆逊冷却技术可以使氢的压力相对于与氢源104相关联的输入压力增加、保持恒定或减小。在第一冷却操作之后，加压操作(例如，泵)可以将压力从第一冷却操作的第一输出压力增加到与第二冷却操作或附加冷却操作相关联的输入压力。因此，附加冷却操作和第二冷却操作可以利用焦耳-汤姆逊冷却技术来冷却氢并使氢液化以供储存。此外，附加加压操作可以包括在附加冷却操作、第二冷却操作和/或储罐之间以保持系统完整性、安全性和操作参数。

在一些附加示例中，第二冷却操作和附加冷却操作(如果包括的话)可以配置成包括一个或多个焦耳-汤姆逊冷却操作(例如，使氢通过节流阀、多孔塞或其他减压装置以冷却氢)，其降低氢的温度和压力，如第二曲线段214所示。另外，第二冷却操作可以配置成将氢的温度从第二冷却操作输入温度降低至储罐温度，其中第二冷却操作输入温度与第一冷却操作输出温度或附加冷却操作输出温度相关联(可选地在通过第一冷却操作或附加冷却操作输出的氢被加压之后)。此外，第二冷却操作还可以配置成接收温度和压力约等于储罐的汽化温度阈值和/或汽化压力阈值的氢。因此，第二冷却操作可以配置成在第二冷却操作输入温度和第二冷却操作输入压力下接收氢，并将氢的温度降低至储罐的储存温度。

应当注意，低温流体汽化缓解系统100(图1)可以配置成使得第二冷却操作(例如，冷却级二112)可以配置成从两个先前的冷却级(例如，由第一曲线段212表示的第一冷却操作、附加冷却操作、冷却级一110)和/或从汽化氢源接收氢，所述汽化氢源从储罐收集气态氢以通过第二冷却操作再液化。另外，支持系统(例如，泵、阀、压力调节器、温度传感器、流量传感器、压力传感器等)可以与从氢源104和从汽化氢源接收的氢相关联，使得通过第二冷却操作接收的氢处于适当的压力以使得能够经由焦耳-汤姆逊冷却技术从第二冷却操作输入温度冷却到储罐的储存温度。此外，第二冷却操作可以配置成通过接收气态氢来支持储罐的被动冷却(例如，罐内的液态氢蒸发成气态氢从液态氢去除蒸发的潜热并有效地冷却储罐内的液体)，这是由于产生了满足与温度和/或压力相关的汽化阈值的足够量的汽化。因此，汽化氢(例如，通过汽化产生的气态氢)可以通过泵收集，或者通过利用罐的内部压力来驱动气态氢的管道收集，并转移到第二冷却操作，所述第二冷却操作可以配置成去除蒸发的潜热并使汽化氢液化以引入储罐。

图3是根据本公开的另外示例的低温流体汽化缓解系统300的示意图。低温流体汽化缓解系统300可以包括上文参考图1和2讨论的许多特征。特别地，低温流体汽化缓解系统300可以包括进气机构302，所述进气机构从氢源304接收氢并将氢引导到液化系统306。液化系统可以包括多个冷却系统，包括至少级一308和级二310，所述多个冷却系统在将液态氢输入储罐312中之前冷却和液化氢。另外，储罐312可以由罐控制器314至少经由温度传感器316和压力传感器318监测。至少基于从温度传感器316和/或压力传感器318接收的信息，罐控制器314可以确定储罐内的汽化氢何时将被冷却系统的级二312冷却和液化。罐控制器314可以配置成使汽化收集系统320收集汽化氢并将汽化氢输送到级二312，而液氢返回系统322可以接收来自级二312的液态氢并将液态氢输入储罐312中。

低温流体汽化缓解系统300可以利用进气机构302来调节从氢源304接收的氢，其中氢源不调节氢。特别地，进气机构可以包括用于管道、软管和/或与氢源的其他连接的连接器阀，所述连接器阀由进气控制器或由与低温流体汽化缓解系统300相关联的操作者控制。连接器阀可以包括与氢源304的永久连接(例如，用于诸如水解或电解系统的内部氢源和用于提供到设施的管道的外部供应器)和/或与氢源304的临时连接(例如，氢源是通过卡车和/或铁路运到设施的罐，所述罐连接到进气机构并注入一定量的氢)。与氢源304的性质无关，进气机构可以通过与和进气机构302相关联的各个传感器的通信和传输到进气机构302的各个部件的信号(例如，信号可以控制由节流阀引起的压力减小量和/或由泵引起的加压量)来(例如，经由节流阀)调节输入压力、调节氢流速、(例如，经由压力传感器)监测输入压力以及(例如，经由温度传感器)监测输入温度。因此，氢的输入温度、输入压力、输入流速和/或氢的其他物理性质可以被确定并传输到液化系统306。

如上所述，级一308可以与关于图1描述的冷却级一110基本上相似和/或相同。例如，级1 308可以利用各种循环制冷技术(例如，反卡诺循环、反斯特林发动机、蒸汽压缩循环、与工作流体相关联的热交换等)和/或非循环制冷技术(例如，通过热交换器然后排放到大气的液态氮)将氢冷却到阈值温度以下。另外，对通过级一308从氢源304接收的输入氢的初始冷却可以根据参考冷却级一110由图1描述的示例进行。另外，级二310可以与上文关于图1描述的冷却级二112基本上相似和/或相同。例如，级二310可以利用焦耳-汤姆逊冷却技术来进一步冷却和液化从氢源304接收的氢(类似于图1描述的技术)。因此，从氢源304接收的氢可以被冷却、液化且输入储罐312中。

在一些示例中，罐控制器314可以配置成至少监测与储罐312相关联的罐温度和罐压力。特别地，储罐312可以是低温储罐，其构造成在低温环境(例如，低于-50℃的温度)内以及可选地在加压环境内储存低温液体(但是应当注意，氢和其他可燃低温流体的储存通常在压力下进行的，以避免将氧化剂吸入储罐/低温流体汽化缓解系统300中的泄漏)。因此，储罐312可以是绝热储罐(例如杜瓦瓶，其是在壁之间包括高真空的双壁容器)，其可以包括内部冷却系统(但是这些通常被内部冷却系统实现的附加热能传递抑制)、用于监测储存的低温流体的一个或多个传感器以及使得储存的低温流体能够从储罐312提取并输入储罐中的一个或多个连接器。在一些附加示例中，储罐312可以包括由罐控制器314可操作地控制的流体控制装置320(例如，阀、开口等)。流体控制装置320可以联接到由流A‘、B‘、C‘、A”和B”指示的汽化处理回路。流体控制装置320可以包括阀和泵的任何组合，其实现所描述的从储罐312提取汽化氢、可选地加压汽化氢(然而，储罐312的内部压力可以足以沿着流A‘、B‘、C‘、A”和/或B”驱动汽化氢)以及将汽化氢提供给与级一308和/或级二310相关联的冷却系统的目标。第一流体控制装置可以定位并配置成调节通过流A”和B”的汽化氢的流动，从而使汽化氢由液化系统306以类似于从氢源304接收的氢的方式处理。替代地或另外，第二流体控制装置和/或第三流体控制装置可以定位并配置成调节通过级二310并返回到储罐312中的流体的流动。应当领会，对于每个流体控制装置320，可以涉及有任何数量的阀和/或泵以充分调节流体流动，并且所述部件的位置可以变化。

储罐312内的氢可以是由液态氢(储罐312中的大部分氢)和少量处于气相中的氢组成的混合相溶液。随着氢升温，液态氢从液相转化为气相。罐控制器314可以配置成检测储罐312内的氢的储存温度和/或储存压力何时满足(例如，超过)指示汽化氢将被处理和液化的温度阈值和/或压力阈值。因此，可以从储罐312提取汽化氢(例如，处于气相中的氢)并将其引导到液化系统306的级二310，所述级二可以冷却汽化氢并可以从气态氢去除蒸发的潜热，将气相转化回液相，然后返回到储罐312。储罐312中的流体的整体温度可以相应地降低，并且汽化废物可以被最小化或完全消除。

如上所述，罐控制器314可以配置成监测储罐312内的氢的储存温度和储存压力。特别地，罐控制器可以经由温度传感器316监测储存温度并且经由压力传感器318监测储存压力。罐控制器314可以配置成监测相对于一个或多个储存阈值的储存温度和储存压力。这些阈值可以是安全阈值(例如，储罐312的内部压力和/或温度将保持在阈值以下以防止储罐失效)、效率阈值(例如，最小化能量需求以维持储罐312内的氢水平)和/或根据操作和/或商业参数确定的其他阈值。例如，压力阈值可以与储存压力相关联，所述储存压力指示储罐312内的一定量的氢已汽化且储存压力接近储罐312的压力极限(这可以包括安全因素)。因此，罐控制器314可以检测到储存压力已超过压力阈值，并且使流体控制装置320经由流A‘从储罐312提取汽化氢(例如，气态氢)，经由流B‘将汽化氢引导到级二310冷却系统，并且经由流C‘将液化氢返回到储罐312。另外，附加压力阈值可以与大于压力阈值的附加储存压力相关联，并且指示要执行附加汽化缓解。因此，罐控制器314可以检测到已超过附加压力阈值，并且使流体控制装置经由流A”提取汽化氢，经由流B”将汽化氢引导到级一308冷却系统，并将液化氢返回到储罐312。应当注意，罐控制器314可以配置成操作流体控制装置320以管理汽化氢的流动，并且可以经由电子线路和/或经由无线控制连接到流体控制装置320。此外，罐控制器314可以与(一个或多个)温度传感器316和(一个或多个)压力传感器318通信以经由电子线路和/或经由无线控制接收储罐数据322。

罐控制器314、温度传感器316、压力传感器318和流体控制装置320可以配置成协同操作以减轻与储罐312相关联的汽化损失。如果储槽312中的两相混合物高于阈值温度(例如，在大约200K下的氢转化温度)，此时需要焦耳-汤姆逊效应冷却，则罐控制器314可以使流体控制装置320将汽化氢移动到级一汽化回路326中，使得液化系统306的级一308可以使用非焦耳-汤姆逊效应冷却来冷却流体，然后将流体传递到级二310以进行焦耳-汤姆逊效应冷却，并最终返回到储罐312中。替代地或另外，由于氢的储存压力超过指示液化汽化氢的冷却量超过级二310冷却系统的冷却能力的阈值，罐控制器314可以使流体控制装置320利用级一汽化回路326。因此，级一汽化回路326可以配置成通过引导汽化氢通过级一308、级二310和可选地液化系统306内的任何附加冷却级来冷却高于氢的转化温度和/或与超过级二310的能力的冷却量相关联的汽化氢。

另外，罐控制器314、温度传感器316、压力传感器318和流体控制装置320可以配置成协同操作以减轻与储罐312相关联的汽化损失。如果储罐312中的两相混合物低于阈值温度(例如，在大约200K下的氢转化温度)并且高于阈值压力，则罐控制器314可以使流体控制装置320将汽化氢移动到级二汽化输入322中并且经由级二汽化输出324将液态氢返回到储罐312。特别地，液化系统306的级二310可以使用焦耳-汤姆逊效应冷却来冷却流体，并且然后将液态氢传递回储罐312中。替代地或另外，由于氢的储存温度满足指示液化汽化氢的冷却量由级二310冷却系统的冷却能力提供的阈值，罐控制器314可以使流体控制装置320利用级二汽化输入322。因此，级二汽化输入322可以配置成接收低于氢的转化温度和/或与可以由级二310提供的冷却量相关联的汽化氢。

应当注意，在一些示例中，级二汽化输入322、级二汽化输出324和/或级一汽化回路326可以包括泵328(与级一汽化回路326相关联地描绘)，所述泵构造成将流体的压力从储罐312和/或级二310的输出压力改变为级一308、级二310和/或储罐312的输入压力。因此，旋转泵、活塞泵、隔膜泵、螺杆泵、离心泵和其他泵可以用于基于低温流体汽化缓解系统300的一个部件的输出压力和另一部件的输入压力来改变流体的压力。

在达到期望温度、压力和相之后，氢可以通过级二汽化输出324和/或液化系统306的输出并进入储罐312中。储罐314可以保持氢，直到氢将用于产生备用电力的时间，此时氢可以从储罐312转移出来。在一些示例中，可以有氢从储罐312出来的罐出口导管。在一些附加示例中，罐控制器314可以使氢从储罐314提取，并且使流体控制装置322将氢提供给备用电力系统(例如，备用电力系统122)。

在本公开的示例中，液化系统306可以用于在氢的长期储存期间(例如，长于一小时、一天、一周等)将氢保持在低温流体汽化缓解系统300内。低温流体汽化缓解系统300可以配置成通过级二310所利用的焦耳-汤姆逊冷却技术将氢保持在储罐内，基本上保持为液体，尽管可以储存一些气态氢。焦耳-汤姆逊效应通过允许氢通过诸如阀或喷嘴的节流装置膨胀以冷却氢来实现冷却，所述节流装置使氢从(由泵和/或储罐提供的)源压力下降到在绝热条件下确定的压力(例如，绝热节流阀，其是绝热的以防止热传递到氢或从氢传递热)。因此，罐控制器314可以经由流动控制装置322操纵过程的参数(例如，压力、流速等)以实现期望的冷却，使氢返回到期望的低温温度，并且如果需要则液化气态氢。在一些示例中，级二310冷却系统可以通过罐控制器314或与液化系统306相关联的其他控制器配置成从氢去除蒸发的潜热。在其他示例中，级二310冷却系统的可以配置成从氢去除蒸发的潜热并去除额外的热以实现期望的温度和/或压力，以使氢经由级二汽化输出324输入到储罐312中。在至少一个实施例中，蒸发的潜热可以占级二310消耗的能量(例如，产生用于使氢经由泵冷却和/或液化的压力所需的功)的95％以上。

图4是根据本公开的另外示例的具有三级的液化系统400的示意图。应当注意，图4中所示的部件可以与参考图1和3描述的对应部件相似和/或相同。液化系统400可以包括级一402、级二404和级三406。液化系统400可以包括构造成接收和处理从氢源(例如，氢源104和/或氢源304)接收的氢的进气机构408和进气导管410。液化系统400可以包括导管412，所述导管构造成将氢输送到级一402、级二404、级三406和/或储罐(未示出)中的每一个和/或从其输送氢。流体控制装置414a–e围绕液化系统400放置以控制级之间的流体移动。流体控制装置414a–e可以根据需要包括任何数量的阀和/或泵以使流体移动通过液化系统400。流体控制装置414a可以配置成控制进气导管410并调节液化系统从氢源接收的氢的量。流体控制装置414b–d分别控制流体移入和移出级一402、级二404和级三406。流体控制装置414e控制流体移出液化系统400，例如到达储罐(未示出)。控制器416可以与流体控制装置414a-e相关联，并且可以配置成生成用于流体控制装置414a-e的信号(例如，其中流体控制装置是电磁阀)，致动流体控制装置414a-e(例如，其中流体控制装置是气动或液压阀)，根据需要致动阀和/或泵以将氢移入和移出液化系统400，并且根据需要致动级一402、级二404和级三406之间的阀和/或泵。导管412可以包括流体地连接进气机构408、级一402、级二404、级三406和储罐(未示出)的多个分支和相关联的阀。因此，导管412可以构造成提供足够的流体路径以在液化系统400的各部件之间选择性地移动氢，而不会损害来自不同部件的流或不期望地混合来自不同部件的氢。另外，尽管导管412示出为在所有部件之间共享，但是导管412可以被分成流体地连接液化系统400的两个部件的单独导管。

在一些示例中，液化系统400可以具有任何期望数量的级。本文的低温系统可以用于处理氢，其具有如上所述的负焦耳-汤姆逊效应的稍微独特的特性。其他低温流体具有可能需要更多级的其他特性，这些级可以应用不同的处理原理来实现有效的冷却和液化单元。因此，每个级可以是不同的处理机制。在其他示例中，这些级可以是冗余的，以相同的液化机制作用于流体。将液化系统400分成更多数量的级可以允许实现更高的效率。因此，液化系统400可以在低于全容量的情况下使用。使用液化系统400的一部分的一个应用是从汽化氢去除蒸发的潜热。然后，可以将氢返回到罐或引导到别处使用，并且这是在不需要整个液化系统400的情况下实现的。

图5是根据本公开的示例的方法500的框图。方法500可以由如上文关于图1–4所示和所述的低温流体汽化缓解系统的一个或多个处理器执行。例如，本文关于图5和6描述的任何方法可以由罐控制器120(图1)、罐控制器314(图3)、控制器416(图4)和/或包括在本文描述的低温流体汽化缓解系统中的其他控制装置中的一个或多个处理器全部或部分地执行。除非另有说明，否则将在不参考罐控制器120、314、控制器416和/或上述其他控制装置的情况下针对此公开的其余部分描述这样的(一个或多个)处理器。

在502处，(一个或多个)处理器可以管理期望的冷且稳定的环境(例如储罐)中的低温流体(例如氢)的储存和维护。特别地，(一个或多个)处理器可以从至少连接到储罐的一个或多个传感器接收温度、压力和/或任何其他期望的参数。另外，一个或多个传感器可以连接到储罐，使得从储罐内的至少液相和/或气相确定温度、压力和/或其他期望的参数。

在504处，(一个或多个)处理器可以确定储罐内的汽化氢是否满足一个或多个压力阈值和/或一个或多个温度阈值。另外，(一个或多个)处理器可以确定是否期望汽化缓解操作。应当注意，汽化缓解操作的期望性可以基于一个或多个压力阈值、一个或多个温度阈值、时间表和/或响应于操作者的直接干预。如果在504处，(一个或多个)处理器至少基于储罐的温度和/或压力确定低温流体在储罐的操作阈值内(例如，在为储罐内的一定量的低温流体限定安全储存环境的温度范围和/或压力范围内)(504—否)，则(一个或多个)处理器可以返回到在502处监测储罐内的低温流体。504处的检查可以按实际期望的频率或按设定时间表执行。例如，504处的检查可以基本上连续地、周期性地和/或非周期性地执行。

另一方面，如果在504处(一个或多个)处理器至少基于储罐的温度和/或压力确定低温流体超过与储罐相关联的温度阈值和/或压力阈值(步骤504—是)，则(一个或多个)处理器可以确定汽化低温流体将从储罐被提取并经由液化系统再液化。特别地，温度阈值和/或压力阈值可以与低温流体的最大安全储存压力(可选地包括安全系数)、低温流体的最大安全储存温度(可选地包括附加安全系数)、储存在罐内的汽化低温流体的量和/或使(一个或多个)处理器启动汽化缓解的储罐的其他内部条件相关联。如上所述，(一个或多个)处理器可以经由连接到储罐的一个或多个传感器监测储罐的温度和/或压力，并生成储罐内的压力和/或温度的指示。

在506处，(一个或多个)处理器可以执行第二检查以确定在汽化缓解期间要使用的(一个或多个)冷却级。如上文关于至少图1、3和4所述，在本公开的给定示例中，液化系统可以包括一个、两个或更多个级。因此，(一个或多个)处理器可以配置成使液化系统冷却从低温流体源接收的低温流体并使从储罐提取的低温流体汽化。

在506处，(一个或多个)处理器可以确定汽化低温流体超过温度阈值并且确定级一是合适的。特别地，并且如上所述，一些低温流体(包括氢)具有低于室温的转化温度。另外，用于低温流体的第一冷却技术可能在超过温度阈值的温度下无效，并且在低于温度阈值的附加温度下有效。替代地或另外，第二冷却技术对于在超过温度阈值的温度下和在低于温度阈值的附加温度下冷却低温流体可以是有效的。因此，级一可以至少与在超过温度阈值的温度下有效的第二冷却技术相关联。此外，在506处，(一个或多个)处理器可以确定汽化低温流体满足温度阈值并且确定级二是合适的。级二可以至少与在低于温度阈值的附加温度下有效的第一冷却技术相关联。

在508处，并且如果级一是合适的(步骤506—级一)，则(一个或多个)处理器可以使一个或多个流体控制装置从储罐提取汽化低温流体，并且使一个或多个流体控制装置将汽化低温流体提供给级一的冷却操作。特别地，(一个或多个)处理器可以使一个或多个泵、阀和/或其他流体控制装置从储罐提取汽化低温流体，并使汽化低温流体经由储罐与级一的冷却操作之间的管道、导管、软管和/或其他连接提供给级一的冷却操作。在一些示例中，用于在储罐与级一的冷却操作之间输送汽化低温流体的泵、阀、导管、连接和其他流体管理部件可以根据图3所示的级一汽化回路326的讨论来构造。另外，在510处，(一个或多个)处理器可以执行级一。特别地，(一个或多个)处理器可以使级一将汽化氢从第一温度降低到第二温度。另外，(一个或多个)处理器可以配置成调节用于冷却汽化低温流体的功的量、调节用于冷却汽化低温流体的冷却剂/制冷剂的量和/或以其他方式控制级一中的冷却操作以将汽化低温流体从第一温度冷却到第二温度。在一些示例中，级一和级二可以串联，意味着来自级一的流体前进到级二。在其他示例中，流体可以被引导到级一，然后从液化系统排出而不到达级二。在其他示例中，可以存在一系列阀和控制器，它们根据需要将流体从级一引导到级二或返回到罐。

在512处，处理器可以使流体控制装置将汽化低温流体提供给级二，并且在514处，使级二的冷却操作将低温流体从第二温度降低到第三温度，其中从级一接收汽化低温流体(步骤506—级一)，或者将低温流体从第一温度降低到第三温度，其中从储罐接收汽化低温流体(步骤506—级二)。在一些示例中，并且如上所述，汽化低温流体可以直接从储罐引导到级二。另外，(一个或多个)处理器可以使级二的冷却操作将汽化低温流体从与从储罐提取的汽化低温流体相关联的第一温度冷却到与汽化低温流体可以输入到储罐中的温度相关联的第三温度。此外，(一个或多个)处理器可以使级二的冷却操作液化汽化低温流体，使得将液态低温流体输入到储罐中。在一些附加示例中，汽化低温流体可以在级一的冷却操作已完成之后被引导到级二。因此，(一个或多个)处理器可以使级二的冷却操作冷却并可选地液化从级一接收的汽化低温流体，并将汽化低温流体输入到储罐中。在级二的冷却操作完成之后，(一个或多个)处理器可以使流体控制装置将汽化低温流体(现在是液态低温流体)返回到储罐并且在502处继续监测储罐和低温流体。如果系统中有其他级，则可以将它们分解成适当的顺序。这些级可以串联以提供对汽化低温流体的冷却的更大控制(例如，使得冷却级能够在较小温度范围内冷却)，可以并联以提供更大的容量控制(例如，并联冷却操作可以使得冷却级能够更大地控制吞吐量，原因是一些冷却操作可能具有最小的流量要求)，和/或是串联和并联冷却级的任何组合。

因此，图5的方法使得能够减轻由如图1-4所述的低温流体汽化缓解系统储存的低温流体的汽化损失。特别地，对储罐的内部温度和压力的不断检测使得低温流体汽化缓解系统的处理器能够跟踪正在生成的汽化低温流体的量和在大气与低温流体之间传递的进入的热的量。另外，对内部温度和压力的检测使得能够实现安全特征以确保低温流体的连续储存而不会发生事故。因此，(一个或多个)处理器可以使否则出于安全和维护原因将被排放到大气并损失的低温流体被提取、液化和重新引入到储罐。此外，对汽化低温流体的循环提取、液化和重新引入使得低温流体能够长期储存，并减少将从外部源引入储罐中的低温流体的量。

图6是根据本公开的另外示例的方法600的框图，其中单个级用于汽化目的。方法600可以由如上文关于图1–4所示和所述的低温流体汽化缓解系统的一个或多个处理器执行。本公开的低温流体汽化缓解系统可以包括由一个或多个处理器控制的液化系统。液化系统还可以包括专用汽化管理级，示出为上文中的级二。应当领会，汽化管理级可以不是该过程中的级二。在602处，(一个或多个)处理器可以使诸如氢的低温流体在从低温流体源接收并由液化系统冷却之后储存在储罐内。低温流体可以是储罐内的以液相和气相两者存在的混合相溶液。另外，(一个或多个)处理器可以经由一个或多个传感器(例如，温度传感器、压力传感器等)监测储罐的内部温度和内部压力。因此，(一个或多个)处理器可以使低温流体被储存并监测储罐内的低温流体。

在604处，(一个或多个)处理器可以确定是否期望汽化缓解操作。例如，作为该确定的一部分，(一个或多个)处理器可以确定储罐内的汽化氢是否满足一个或多个压力阈值和/或一个或多个温度阈值。应当注意，在步骤604处确定的汽化缓解操作的期望性可以基于一个或多个压力阈值、一个或多个温度阈值、时间表和/或响应于操作者的直接干预来确定。

如果在604处(一个或多个)处理器至少基于(在602处储存的)储罐的温度和/或压力确定低温流体在储罐的操作阈值内(例如，在为储罐内的一定量的低温流体限定安全储存环境的温度范围和/或压力范围内)(步骤604—否)，则(一个或多个)处理器可以返回到在602处监测储罐内的低温流体。604处的检查可以按实际期望的频率或按设定时间表执行。例如，604处的检查可以基本上连续地、周期性地和/或非周期性地执行。

另一方面，如果在604处(一个或多个)处理器至少基于(在602处储存的)储罐的温度和/或压力确定低温流体超过与储罐相关联的温度阈值和/或压力阈值(步骤604—是)，则(一个或多个)处理器可以确定汽化低温流体将从储罐提取并经由液化系统再液化。特别地，温度阈值和/或压力阈值可以与低温流体的最大安全储存压力(可选地包括安全系数)、低温流体的最大安全储存温度(可选地包括附加安全系数)、储存在罐内的汽化低温流体的量、低温流体的转化温度和/或使(一个或多个)处理器启动汽化缓解的储罐的其他内部条件相关联。在至少一个实施例中，在大于转化温度的温度下从储罐提取低温流体可能代表安全问题，这是由于通过提取汽化低温流体引起的压降导致储罐中的剩余低温流体变热。因此，可以选择或确定温度阈值，使得在转化温度以下从储罐提取汽化低温流体，并且对汽化低温流体的提取冷却储存的低温流体。如上所述，(一个或多个)处理器可以经由连接到储罐的一个或多个传感器监测储罐的温度和/或压力，并生成储罐内的压力和/或温度的指示。

在606处，(一个或多个)处理器可以通过一个或多个流体控制装置使低温流体从储罐提取并提供给级二。特别地，(一个或多个)处理器可以配置成(例如，经由电子信号、气动泵、液压泵等)操作阀(例如，流体控制装置320)以打开储罐与级二的冷却操作之间的流体连接。另外，(一个或多个)处理器可以配置成使(一个或多个)泵和/或储罐的内部压力将汽化低温流体从储罐输送到级二的冷却操作。

在608处，(一个或多个)处理器可以确定将由级二的冷却操作提供的冷却量。特别地，(一个或多个)处理器可以使级二的冷却操作将低温流体从第一温度冷却到第二温度，并且可选地，液化低温流体。另外，处理器可以使与级二相关联的一个或多个流体控制装置将低温流体返回到罐或者另外以适当的压力和温度从级二排出低温流体。应当注意，阶段608可以以类似于阶段514的方式执行，使得(一个或多个)处理器使级二的冷却操作(例如，焦耳-汤姆逊冷却操作)将汽化低温流体从第一温度冷却到第二温度，使汽化低温流体液化，并使液态低温流体返回到储罐。类似于从储罐提取，(一个或多个)处理器可以使一个或多个流体控制装置(例如，操作一个或多个阀和一个或多个泵)在级二的输出与储罐的输入之间输送液态低温流体。

因此，图6的方法使得能够减轻由如图1-4所述的低温流体汽化缓解系统储存的低温流体的汽化损失。特别地，氢和其他低温流体可以与转化温度相关联，所述转化温度在用于液化来自氢源的输入氢以储存在储罐中的液化系统的操作范围内。另外，转化温度可以表示焦耳-汤姆逊冷却技术不冷却氢而是使氢变热的操作范围。如果管理不当，则在氢将因压降而变热的同时从储罐提取氢可能导致通过提取汽化氢而使储存的氢变热的潜在危险循环。因此，与低温流体汽化缓解系统相关联的(一个或多个)处理器可以配置成防止储存的氢或低温流体超过转化温度并冷却汽化氢以确保储存的氢的安全储存和维护。

工业适用性

在诸如数据中心的大型设施中，备用电力可以由氢驱动发动机(或燃料电池)提供，所述氢驱动发动机消耗作为燃料的氢以向设施提供电力。当与通常用作备用电力的柴油发电机组相比时，氢驱动发动机(或燃料电池)可以提供较低碳排放、较清洁的应急电力和替代燃料源。储存氢可涉及精确的控制方案和储罐的维护(例如，储存温度和储存压力)，原因是液态氢必须在非常低的温度下储存。本公开的系统和方法提供了液化系统和汽化回路，其可以用于回收否则将排放到大气的汽化氢。例如，本文所述的系统包括焦耳-汤姆逊冷却级，其能够以相对低的功率维持储存的液态氢，并且以相对低的功率回收否则将损失的汽化氢。低功率冷却级(例如，焦耳-汤姆逊冷却级)可以与其他更功率密集型冷却系统串联保持，但也可以设置有能够根据需要冷却汽化氢的替代输入。

作为本文所述的技术的结果，本公开的各个系统可以减轻或防止由于储罐的自然升温而导致的氢损失。储罐的自然升温导致储存的液态氢汽化成气态氢，这增加了储罐的内部压力和温度。代替排出气态氢(导致需要定期购买或生成氢)，可以通过液化设备的一部分收集和处理汽化氢。通过使氢通过相对低能量的冷却系统(例如，焦耳-汤姆逊冷却系统)，氢可以被液化并重新引入储罐。因此，所述的系统可以减轻从外部源获取的、由内部源生成的或以其他方式引入备用电力系统中的氢的量。此外，所述的系统可以配置成将储罐的内部温度和压力保持在安全参数内。因此，公开的系统能够维护备用电源，而不会遭受与已知系统相关联的相对高的部件成本、复杂性、污染和频繁的维护停机。

尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本公开的各方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加实施例。这样的实施例应当被理解为落入如根据权利要求书及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

储罐，所述储罐构造成以两相混合物储存低温氢；

液化系统，所述液化系统配置成从外部源接收氢，所述液化系统包括焦耳-汤姆逊冷却级和流体地连接到所述焦耳-汤姆逊冷却级的非焦耳-汤姆逊冷却级，其中所述液化系统还配置成：

在所述非焦耳-汤姆逊冷却级处接收氢，

在所述非焦耳-汤姆逊冷却级处将氢冷却到低于温度阈值的第一温度，

将处于所述第一温度的氢从所述非焦耳-汤姆逊冷却级转移到所述焦耳-汤姆逊冷却级，

在所述焦耳-汤姆逊冷却级处将氢冷却到低于所述第一温度的第二温度，以及

将处于所述第二温度的氢从所述焦耳-汤姆逊冷却级转移到所述储罐；以及

汽化回路，所述汽化回路配置成将汽化氢从所述储罐转移到所述液化系统的焦耳-汤姆逊冷却级，所述焦耳-汤姆逊冷却级配置成：

将汽化氢冷却到第三温度，以及

将处于所述第三温度的冷却的汽化氢转移到所述储罐。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述汽化回路配置成将汽化氢的压力增加到高于与所述焦耳-汤姆逊冷却级相关联的压力阈值的第一压力。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括可操作地连接到一个或多个流体控制装置的控制器，所述控制器配置成：

从与所述储罐相关联的温度传感器以及与所述储罐相关联的压力传感器中的至少一个接收设置在所述储罐内的氢的温度和设置在所述储罐内的氢的压力中的至少一个；

确定以下各项中的至少一者：

设置在所述储罐内的氢的温度超过温度阈值，以及

设置在所述储罐内的氢的压力超过压力阈值；以及

至少基于所述确定，使所述一个或多个流体控制装置将汽化氢转移到所述汽化回路。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述液化系统还包括第三级，并且其中所述控制器配置成使所述一个或多个流体控制装置将汽化氢转移到所述非焦耳-汤姆逊冷却级、所述焦耳-汤姆逊冷却级或所述第三级中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，所述控制器配置成：

使流体地连接到所述汽化回路的流动控制装置将汽化氢引导到所述非焦耳-汤姆逊冷却级，以及

使所述非焦耳汤姆逊冷却级经由从所述非焦耳-汤姆逊冷却级延伸到所述焦耳-汤姆逊冷却级的流体通道将汽化氢引导到所述焦耳-汤姆逊冷却级。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述焦耳-汤姆逊冷却级配置成从汽化氢去除蒸发的潜热，并且将液化氢返回到所述储罐。

7.一种系统，包括：

储罐，所述储罐构造成在低温状态下储存低于低温温度阈值和低于低温压力阈值的流体；

液化系统，所述液化系统具有第一级和流体地连接到所述第一级的第二级，所述液化系统配置成：

在所述第一级处接收流体，

将流体的温度降低到低于所述低温温度阈值的储存温度，以及

在所述储存温度下并且经由第一流体通道将流体从所述第二级转移到所述储罐；

第二流体通道，所述第二流体通道将所述储罐与所述第二级流体地连接；以及

控制器，所述控制器可操作地连接到所述液化系统和一个或多个流体控制装置，其中所述控制器配置成：

使所述一个或多个流体控制装置将汽化流体从所述储罐转移到所述液化系统的第二级，

使所述液化系统的第二级液化汽化流体，以及

使一个或多个流动控制装置将液化的汽化流体从所述液化系统的第二级转移到所述储罐。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一级包括非焦耳-汤姆逊冷却级，并且所述第二级包括焦耳-汤姆逊冷却级。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述流体包括氢，并且所述低温温度阈值包括氢的转化温度并且与焦耳-汤姆逊冷却技术相关联。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个流体控制装置包括阀，所述阀可操作地连接到所述控制器并且构造成控制汽化流体从所述储罐到所述液化系统的第二级的转移。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述一个或多个流体控制装置还包括泵，所述泵可操作地连接到所述控制器并且构造成执行以各项中的至少一项：

将汽化流体从所述储罐转移到所述液化系统的第二级，以及

将液化的汽化流体从所述液化系统的第二级转移到所述储罐。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述泵还构造成将汽化流体的压力从第一压力增加到与所述液化系统的第二级相关联并且大于所述第一压力的第二压力。

13.根据权利要求7所述的系统，所述液化系统还包括流体地连接到所述第二级的第三级，所述第三级配置成利用非焦耳-汤姆逊冷却技术将汽化流体冷却到与所述液化系统的第二级相关联的输入温度。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第三级与所述第一级并行实施，使得流体由所述第一级和所述第二级冷却，并且汽化流体由所述第三级和所述第二级冷却。

15.一种方法，包括：

利用与储罐相关联的第一传感器确定储存在所述储罐内的氢的温度；

利用与所述储罐相关联的第二传感器确定氢的压力；

利用可操作地连接到所述第一传感器和所述第二传感器的控制器确定以下各项中的至少一者：

氢的温度超过温度阈值，以及

氢的压力超过压力阈值；

利用所述控制器并且至少部分地基于确定氢的温度超过所述温度阈值和氢的压力超过所述压力阈值中的至少一者，使可操作地连接到所述控制器的第一流动控制装置将来自所述储罐的汽化氢引导到流体地连接到所述储罐的液化系统，所述液化系统包括：

第一级，所述第一级配置成执行非焦耳-汤姆逊冷却技术，以及

流体地连接到所述第一级的第二级，所述第二级配置成执行焦耳-汤姆逊冷却技术；以及

利用所述控制器使可操作地连接到所述控制器的第二流动控制装置将液态氢从所述液化系统的第二级转移到所述储罐。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

利用所述控制器确定氢的温度大于系数温度阈值；以及

利用所述控制器并且至少基于确定氢的温度大于所述系数温度阈值，使第一流体控制装置将汽化氢转移到所述液化系统的第一级。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括：

利用所述控制器确定氢的温度小于系数温度阈值；以及

利用所述控制器并且至少基于确定氢的温度小于所述系数温度阈值，使第一流体控制装置将汽化氢转移到所述液化系统的第二级。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述液化系统包括第三级，所述第三级配置成执行焦耳-汤姆逊冷却技术，并且将所述第一级与所述第二级流体地连接，所述方法还包括至少基于氢的温度和氢的压力将汽化氢的至少一部分引导到所述第三级。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述液化系统包括第三级，所述第三级配置成执行焦耳-汤姆逊冷却技术，并且将所述第一级与所述储罐流体地连接，所述方法还包括至少基于氢的温度和氢的压力将汽化氢的至少一部分引导到所述第二级和所述第三级。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括：

利用所述控制器接收来自远程源的指令以将氢引导到所述液化系统的第一级或第二级；以及

利用所述控制器并且至少部分地基于所述指令使第一流体控制装置将汽化氢从所述储罐转移到所述液化系统的第一级或第二级。