CN116888363A - 用于生产低温高压氢气的氢气压缩系统和方法 - Google Patents

用于生产低温高压氢气的氢气压缩系统和方法 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种氢气压缩系统(1000)，该氢气压缩系统具有接收低温和低压下的氢气并将该氢气压缩的第一单元(100)、冷却接收自该第一单元(100)的该氢气的第二单元(200)以及对接收自该第二单元(200)的该氢气进行加热和加压的第三单元(300)；该高压氢气储存在罐(310)中，然后能够供应到例如车辆的储氢罐中；通过将接收自该第二单元(200)的远低于环境温度的冷氢气引入到该罐(310)中，并且在该罐(310)关闭的同时加热该氢气直到该罐(310)内的该氢气达到环境温度来实现该第三单元(300)处的加压；基于加热的压缩能够通过相对简单的系统轻松获得高压，并且没有降低该氢气的纯度的风险。

Description

用于生产低温高压氢气的氢气压缩系统和方法
说明书
技术领域
本文公开的主题涉及用于生产低温高压氢气的氢气压缩系统和方法。
背景技术
近年来，许多公司都在投入资源和研究力量，为运输行业寻找使用化石燃料的另选方案，运输行业的能耗约占全球能耗的25％，二氧化碳排放量占全球总排放量的14％。使用氢气作为能源载体的车辆就是一种正在考虑的另选方案。
氢气压缩和储存系统对于移动性应用变得高度相关，因为车辆可以将压缩氢气储存在车载储氢罐中，并可以使用它来向例如燃料电池供应氢气，以便为电动机或内燃机提供动力。
为了保证车辆的运行和效率，所供应的氢气燃料必须在纯度方面满足某些规范。
因此，氢气燃料补给站必须提供高纯度的压缩氢气，以再填充以氢气为燃料的车辆。
通常，氢气的压缩通过使用普通压缩机技术来完成，诸如旋转叶片压缩机、容积式压缩机、往复式压缩机或隔膜式压缩机。
根据US2014/196814 A1，在燃料补给站中，氢气被冷却到低温(例如，-40℃)后才被输送到车辆储氢罐中，以便在车辆储氢罐中储存大量氢气；在一段时间之后，氢气升温至环境温度，车辆储氢罐内的压力增加。
根据US2012/028140 A1，在家用燃料补给站中，仅通过在多个串联流体联接的压力容器中从基础压力(例如，15℃下的135巴)开始的连续加热步骤来压缩氢气，最终在高压(例如，15℃下的700巴)下将压缩的氢气储存在罐中；还可以提供冷却步骤。储存在罐中的加压氢气可被输送到车辆储氢罐。本文档承认(请阅读段落[0015]以及权利要求8和20)这种解决方案的效率可能低至3％-5％；这仅在家用燃料补给站中是可接受的。
发明内容
对于汽车制造商来说，减小车载储氢罐的尺寸是有利的，这样可以减轻重量，并为其他部件增加空间。
为了在保持相同氢气容量的同时减小车辆储氢罐的尺寸，罐中的氢气在非常高的压力下被压缩，例如700巴至1000巴。
使用普通压缩机技术很难达到在高压下高纯度氢气的规格。例如，往复式压缩机需要气缸润滑才能正常工作，但润滑油在高压下会污染压缩氢气，而使用无润滑的往复式压缩机在高压下压缩氢气会导致密封性能和使用寿命问题。相反，隔膜压缩机可以很好地确保氢气的纯度，但在流量方面有局限性，而且在可用性和效率方面性能较差。
根据一个方面，本文公开的主题涉及一种氢气压缩系统，该氢气压缩系统具有用于压缩氢气的第一单元、用于冷却从第一单元接收的氢气的第二单元，以及包括罐的第三单元，该罐用于加热从第二单元接收的氢气，从而使该罐中的氢气达到高压；具体地，通过将从第二单元接收的远低于环境温度的冷氢气引入该罐中并且在该罐被流体隔离的同时加热该氢气，优选地直到该罐内的氢气达到环境温度来实现第三单元处的加压。之后，罐中的加压氢气能够被输送到车辆，具体地讲输送到车辆储氢罐进行填充。
根据另一个方面，本文所公开的主题涉及使用热能压缩氢气的氢气燃料补给站。
根据又一个方面，本文所公开的主题涉及一种用于生产低温高压氢气的方法，该方法为加热具有固定容积或基本上固定容积的罐中的超低温度(相对)低压氢气，同时该罐被流体隔离。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易地获得对所公开的实施方案及其伴随优点的更全面理解，这同样变得更好理解，其中：
图1示出了用于生产低温超高压氢气的压缩系统的实施方案的总体示意图，
图2示出了图1的实施方案的详细示意图，
图3示出了图1和图2的压缩系统的第二单元和一些第三单元的详细示意图，并且
图4示出了用于生产低温超高压氢气的方法的实施方案的流程图。
具体实施方式
本文所公开的主题涉及压缩氢气系统和生产低温高压氢气的方法。这种系统可以是氢气燃料补给站的一部分。
氢气燃料补给站中的氢气必须在高压、环境温度和高纯度下提供，才能正确地向车辆供应氢气，并确保车辆正确运行。例如：压力可以在700巴至1000巴的范围内，温度可以在-20℃至50℃的范围内(即，“环境温度”，取决于地理位置和季节)，纯度可以在99至100的范围内，对于一些应用有利的是，纯度可以高于99.997％。
这可以通过使用创新的氢气压缩系统来实现，该氢气压缩系统具有罐，该罐首先在超低温度(例如，-150℃)、低压(例如，350巴)下填充氢气，然后在罐关闭的同时被加热至环境温度(例如，20℃)。这种加热增加了罐内部氢气的压力(例如，高达1000巴)。之后，这种罐可用于例如为车辆补充燃料，即，用于在环境温度(在例如-20℃至例如50℃的范围内)和高压(在例如700巴至例如1000巴的范围内)下用氢气填充车辆储氢罐。与旋转式压缩机和往复式压缩机不同的是，加热式压缩可以通过相对简单的系统轻松获得高压，并且没有降低氢气纯度的风险。有利的是，创新的氢气压缩系统可以作为氢气燃料补给站(例如，沿公共道路设置)的一部分，为氢气车辆或混合动力车辆等提供燃料。
现在将详细参考本公开的实施方案，这些实施方案在附图中示出。
通过解释本公开而非限制本公开来提供实施方案。事实上，对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可对本公开进行各种修改和变型。
非限制性地参照图1，系统1000，具体地为氢气压缩系统，被布置成生产低温高压氢气。
根据该实施方案，系统1000包括三个不同的单元(即，第一单元、第二单元、第三单元)，这三个单元分别被布置用于压缩、冷却和加热氢气以生成低温高压氢气，例如氢气处于环境温度下并且处于在700巴与1000巴之间的范围内的压力下，优选地氢气处于20℃与40℃之间的温度下并且处于900巴与1000巴之间的压力下。
具有第一入口101和第一出口102的第一单元100是压缩单元，该压缩单元被构造成在第一入口101处接收氢气，并且将接收到的氢气压缩成高温低压氢气。第一单元100可具有一个或多个单级或多级的交替或旋转压缩机，其通过作用于所接收的氢气的移动部件(诸如旋转压缩机的叶片或往复式压缩机的活塞)来压缩所接收的氢气。
通常，所接收的氢气由于压缩而升温。如图1所示，第一单元100具有第一旋转压缩机112和第二旋转压缩机113，每个压缩机112、113后面都有一个热交换器，分别是第一热交换器115和第二热交换器116，这些热交换器被构造成冷却所接收的氢气。
所接收的氢气可以来自低压低温氢气供应管线，例如在20巴和40℃下；然后，考虑到系统中的任何可能的压降，通过旋转第一单元100的压缩机112、113将所接收的氢气压缩至填充罐310所需的低压。例如，第一单元100将所接收的氢气压缩至200巴至500巴范围内的压力，有利地压缩至300巴至400巴范围内的压力。应当注意的是，从氢气供应管线接收的氢气的初始压力和温度可能取决于向氢气压缩系统提供氢气的氢气储存系统。
或者，所接收的氢气可来自80巴和30℃下的氢气供应管线，例如来自氢气储存系统或氢气管线。
或者，所接收的氢气可来自250巴和20℃下的氢气供应管线。
有利的是，第一单元100的第一出口102可以通过氢气再循环回路150选择性地流体联接至第一单元100的第一入口101，使得所接收的氢气可以从第一出口102再循环至第一入口101。由此，可以适当地控制第一出口102处的氢气压力，并且也可以适当地控制填充或再填充罐310(见图2)所需的压力。
如图2所示，氢气再循环回路150设置有压力控制阀155以控制第一单元出口102处的氢气压力。具体地，压力控制器157向压力控制阀155提供控制信号以调节阀的打开/关闭。
第一单元100的出口102与第二单元200的入口201流体联接，并且向第二单元200供应高温低压氢气。
第二单元200被构造成将接收自第一单元100的氢气冷却，例如冷却至-200℃至-100℃范围内的温度，有利地冷却至-175℃至-125℃范围内的温度。具体地，第二单元200包括被构造成冷却从第二单元200接收的氢气的第一热泵250。例如，第一热泵是压缩机/膨胀机系统，其包括用于增加制冷流体压力的压缩机210、用于降低制冷流体压力的膨胀机220、用于加热制冷流体的主热交换器215和用于冷却制冷流体的热交换器217。
第一热泵250实现了第一闭合制冷循环并使用氮气作为制冷流体，该氮气被热交换器215用来冷却接收自第一单元100的氢气。使用氮气有利于获得无毒、无害的流体；然而，可根据具体应用需要选择不同的制冷流体。
或者，第一热泵250是压缩机/阀系统，其包括用于增加制冷流体压力的压缩机210、用于降低制冷流体压力的层压阀、用于加热制冷流体的主热交换器215和用于冷却制冷流体的热交换器217。
有利的是，如果第一热泵250是压缩机/阀系统，则系统1000包括第二热泵，该第二热泵实现了第二闭合制冷封闭循环并且被构造成冷却第一热泵250的氮气。具体地，第二热泵使用二氧化碳作为制冷流体，并且联接到第一制冷闭合循环，具体地讲联接到热交换器217，以冷却第一热泵250的制冷流体。
第二单元200的第二出口202与第三单元300的第三入口301流体联接，并向第三单元300供应超低温低压的氢气，例如温度在-200℃和-100℃之间并且压力在200巴和500巴之间的氢气，优选地温度在-175℃和-125℃之间并且压力在300巴和400巴之间的氢气。
第三单元300被构造成通过在至少一个罐310中加热接收自第二单元200的氢气来增加接收自第二单元200的氢气的压力，并且将所加压氢气储存在罐310中。有利的是，罐310是固定容积的罐。有利的是，罐310具有周壁，该周壁包含具有低热导率的材料，以避免或减少热损失。例如，罐周壁可以具有多个层，其中一个层是热绝缘层以减少从罐310到周围环境的热损失，或者在两个层之间可以存在间隙以填充流体或设备。应当注意的是，少量的热仍可能从周围环境注入罐310中。
第三入口301通过打开/关闭入口阀325选择性地流体联接到第二单元200，具体地讲流体联接到第二出口202，第三单元300从其接收超低温低压氢气。第三单元300还流体联接到第三出口302，例如流体联接到适于为车辆加燃料(即，填充车辆燃料罐)的分配单元的分配集管；分配单元可以被认为是创新的氢气压缩系统的部件；通常，分配单元是创新的燃料补给站的部件。具体地，罐310通过打开/关闭出口阀335选择性地流体联接到第三出口302，以便当罐内的氢气处于适当的条件下时，通过第三出口302将加压氢气输送到例如车辆以填充它们的燃料罐。
第三单元300被构造成接收来自第二单元200的氢气，通过打开入口阀325将氢气供应到罐310中，并且将容纳在罐310中的氢气加热到低温，具体地为环境温度，同时入口阀325被关闭以便在罐内部达到高压。第三单元300被进一步构造成在用接收自第二单元200的氢气填充罐310之后，保持入口阀325和出口阀335关闭预先确定的时间段；该预先确定的时间段可足以达到期望的低温和期望的高压。
应当注意的是，罐310适于用接收自第二单元200的氢气填充并且将加压氢气供应到分配单元，使得罐310逐渐排空，直到罐310中的氢气达到预先确定的例如罐310中的最小量或最小压力。当罐310中的氢气达到例如预先确定的最小量或最小压力时，罐310可以用接收自第二单元200的氢气再填充。
非限制性地参照图2，罐310包括位于罐310内部并且被构造成使冷却流体和/或加温流体流动的至少一个蛇形通道。另选地或除此之外，罐310包括位于罐310的周壁内部并且被构造成使冷却流体和/或加温流体流动的至少一个蛇形通道。有利的是，罐310具有被构造成使冷却流体流动的第一蛇形通道(诸如冷却布置320)和被构造成使加温流体流动的第二蛇形通道(诸如加温布置330)。冷却流体与罐310中的氢气交换热量以冷却容纳在罐310中并接收自第二单元200的氢气。加热流体与罐310中的氢气交换热量以加热接收自第二单元200的容纳在罐310中的氢气。应当注意的是，加温布置可以避免；例如，如果没有预见到完成氢气压缩的时间限制，则罐310中的氢气可能通过周围环境空气(具体地为环境温度空气)加热，通过罐310的周壁交换热量。
有利的是，冷却布置320流体联接到第二单元200，具体地讲联接到第一热泵250，从而产生超低温的制冷流体：第一热泵250的制冷流体的一部分通过三通阀230偏离并且被注入到冷却布置320中，然后被重新注入到第一热泵250中。
加温布置330使用加温流体、气体或液体(例如，空气)来加热氢气。应当注意的是，加温流体不需要处于高温，例如高于50℃的温度，因为容纳在罐310中的氢气处于超低温度，从而允许甚至与低温的加温流体(例如，30℃的加温流体)交换热量。
有利的是，加温布置330流体联接到第一单元100，并使用从由第一单元100接收的氢气中减去的热量流过热交换器115、116来加热容纳在罐310中的超低温氢气。另选地或除此之外，加温布置330流体联接到第二单元200，并使用通过热交换器217从氮气中减去的热量来加热容纳在罐310中的超低温氢气。
如下所述，罐310填充有通过管道从第二单元200接收的氢气，该管道将第三入口301与罐310流体联接，并且其中氢气流量由入口阀325调节。当罐310被接收自第二单元200的氢气充满时，罐310与第二单元200流体隔离，例如通过关闭入口阀325。
有利的是，系统1000包括两个或更多个罐310。非限制性地参照图3，系统1000包括两个罐310a、310b，每个罐通过入口阀325a、325b独立地流体联接到第二出口202或与该出口隔离。有利的是，两个罐310a、310b可以“串联”工作，同时被填充/再填充并且在相同时间段内被排空，或者可以“并联”工作，在不同时间段内被填充/再填充以及被排空。
有利的是，每个罐310a、310b都包括第一蛇形通道，具体地为流体联接到第二单元200的冷却布置320a、320b，其中三通阀250被布置成使制冷流体的一部分偏离以便将流体注入冷却布置320a、320b中以冷却容纳在每个罐310a、310b中的氢气。应当注意的是，每个冷却布置320a、320b都独立地流体联接到第二单元200，并且每个冷却布置320a、320b都包括阀315a、315b，该阀调节制冷流体在冷却布置320a、320b中的注入。
有利的是，每个罐310a、310b还包括第二蛇形通道，具体地为流体联接到第一单元100的加温布置330a、330b，其中加温布置330a、330b接收加热流体以加热容纳在每个罐310a、310b中的氢气。应当注意的是，每个加温布置330a、330b都独立地流体联接到第一单元100，具体地为流体联接到第一单元100的热交换器115、116，并且每个加温布置330a、330b能够从不同的热交换器接收加热流体。例如，加温布置330a可接收来自热交换器115的加热流体，加温布置330b可接收来自热交换器116的加热流体。应当注意的是，如果容纳在每个罐310a、310b中的氢气都被环境空气(具体地为环境温度空气)加热，通过周围罐壁交换热量，则可以避免加温布置330a、330b。
有利的是，每个罐310a、310b都被布置成向第三出口302(例如，连接到至少一个分配单元的分配集管，具体地为适于为车辆加燃料的氢气燃料泵)供应低温超高压。特别地，第三单元300被构造成选择性地将两个罐310a、310b流体联接到第三出口302，使得在两个罐310a、310b中的一个罐中容纳的氢气被加压的同时，该两个罐310a、310b中的另一个罐中容纳的氢气被提供到第三出口302。
根据另一个方面，本文公开的主题涉及一种用于生产低温高压氢气的方法，具体地讲通过加热容纳在罐中的低温氢气。这种方法可以在氢气压缩系统诸如上述氢气压缩系统中实现。
该方法包括用从入口供应的低温低压的氢气填充罐430的步骤。当罐充满预先确定量的氢气或处于预先确定压力的氢气时，罐然后被关闭以便流体隔离(步骤440)，并且可以保持流体隔离预先确定的时间段；最后，加热罐中的氢气(步骤450)，同时流体隔离罐，直到通过使热量注入罐中而达到环境温度；在步骤450结束时，罐中的氢气处于高压；现在可以将氢气输送给车辆。
有利的是，低温在-200℃和-100℃之间的范围内，低压在200巴和500巴之间的范围内，高压在700巴和1000巴之间的范围内。用于加热氢气的热量可以通过罐的周壁注入罐中，即热量来自罐周围的环境。另选地或除此之外，用于加热氢气的热量可以通过流体(具体地讲，供给到至少第一蛇形通道的加温流体)注入罐中。蛇形通道可位于罐内部或罐的周壁内部。
有利的是，该方法还包括冷却用于在步骤430填充罐的氢气的步骤420。例如，氢气在注入到罐之前，可以通过至少其中冷却流体流动的第二蛇形通道进行冷却，并且/或者一旦进入罐，就可以通过第二热交换器进行冷却，然后再对该罐进行流体隔离(步骤440)。
有利的是，该方法还包括压缩待在步骤420冷却的氢气的步骤410；具体地讲，氢气在被冷却之前被压缩。压缩步骤410有利地通过至少一个旋转或交替压缩机进行，即通过移动部件压缩机进行。有利的是，如果使用多个压缩机或多级压缩机，则氢气在每个压缩机或每个压缩级之后、在进入下一个压缩机或压缩级之前被冷却，使得由每个压缩机执行的每个步骤410之后是步骤420。
根据但不限于图1和图2中所示的可实施上述方法的系统的示例，氢气被第一压缩机和第二压缩机112、113压缩(步骤410)，并被第一热交换器和第二热交换器115、116和主热交换器215冷却(步骤420)。然后将氢气流过入口阀325注入罐310中(步骤430)，直到例如由压力传感器测量的罐内氢气的压力等于供应给罐的氢气的压力，即第三单元300的第三入口301处的氢气的压力。
有利的是，罐310包括检测罐中氢气温度的温度传感器。如果罐中的氢气温度等于预先确定的期望温度，则步骤430结束，例如通过关闭制冷阀315和入口阀325并保持出口阀335关闭来流体隔离该罐(步骤440)。然后氢气准备好被加热(步骤450)。否则，如果罐中的氢气温度高于预先确定的期望温度，则在步骤430期间例如通过使制冷流体流过制冷阀320来冷却罐中的氢气，直到罐中的氢气温度等于预先确定的期望温度，使得步骤430结束，罐被流体隔离(步骤440)并且氢气准备好被加热(步骤450)。
在将罐流体隔离(步骤440)之后，例如通过使罐通过周壁与环境空气交换热量或者通过使用至少一个蛇形通道、具体地使用加温布置(例如，通过使用图1和图2中所示的加温布置330)来提高罐中的氢气温度(步骤450)。有利的是，使用加温布置能够减少氢气加热时间。应当注意的是，通过提高具有固定或基本上固定容积的流体隔离罐中的氢气温度，氢气压力也将提高。
有利的是，罐310包括检测罐310中的氢气压力的压力传感器。罐310中的氢气温度升高，直到氢气温度达到环境温度，例如-20℃至50℃范围内的温度。然后，停止氢气加热(步骤450)，并且通过打开出口阀335将氢气选择性地注入第三出口302。应当注意的是，氢气可在被注入到第三单元300的第三出口302之前被储存在流体隔离罐310中。
如果使用多个罐，则可以针对该多个罐依次执行上述方法的步骤430和步骤440。非限制性地参照图3，仅在第一罐310a已经结束步骤430之后，制冷阀315a和入口阀325a关闭，同时保持出口阀335a关闭(步骤440)，第二罐310b可以通过打开制冷阀315b和入口阀325b同时保持出口阀335a关闭来开始步骤430，从而避免入口阀325a、325b同时打开，否则会导致在步骤430期间出现问题。
在氢气压缩系统启动期间，罐310a、310b是空的并且必须用入口氢气填充：第一单元100和第二单元200打开，同时制冷阀315a和入口阀325a打开，出口阀335a关闭，并且制冷阀315b、入口阀325b和出口阀335b也是如此。
当罐310a已经结束步骤430和440时，罐310b可以通过打开制冷阀315b、入口阀325b并且保持出口阀335b关闭来执行步骤430和440。应当注意的是，在启动期间，在执行了步骤430和440之后，罐310a可以执行步骤450，同时罐310b正在执行步骤430或440。仅在氢气压缩系统的所有罐都已经执行步骤430和440之后，第一单元100和第二单元200才可以被关闭，从而结束氢气压缩系统的启动。
有利的是，多个罐交替地用于向第三出口供应低温超高压氢气，使得当一个罐用于向用户供应低温超高压氢气时，至少另一个罐在已经用于向第三出口供应低温极高压氢气之后被加压。
非限制性地参照图3，为了将氢气从罐310a供应到第三出口302，具体地讲供应到分配集管，入口阀325a关闭并且出口阀335a打开。
为了准备已用于向第三出口302供应低温高压氢气的罐310b，出口阀335b关闭，同时进口阀325b保持关闭，以便罐流体隔离。应当注意的是，罐310b不是空的，而是填充有不足量的氢气和/或相对于第三出口302所需的高压处于较低压力的氢气，这是由于已经在第三出口302处供应了氢气。
制冷阀315b然后打开以允许制冷流体流过冷却布置320b，同时从第二单元200偏离的制冷流体的量由三通阀250控制。
在保持入口阀325b关闭的同时，第一单元100和第二单元200被打开，从而执行步骤410和步骤420，直到氢气达到填充罐310b所需的低温低压。
当氢气温度和压力已经达到预先确定的要求值时，入口阀325b被打开并且罐310b填充有低温低压氢气(步骤430)。应当注意的是，在步骤430期间，所注入的低温低压氢气与已经在罐310b中的氢气混合。
应当注意的是，由于入口氢气与已经在罐中的氢气混合，罐内的压力和温度条件可能改变。有利的是，在步骤430期间，制冷阀315b保持打开以允许制冷流体流过冷却布置320b，从而帮助罐310b中的氢气在压力和温度方面达到期望的条件。
当罐310b内的氢气达到期望的温度和压力条件时，制冷阀315b和入口阀325b关闭并且出口阀335b保持关闭，从而流体隔离罐310b(步骤440)。通过使罐310b与环境空气交换热量或者通过使罐310b中的热量通过蛇形通道(例如，加温布置330b)流动来提高罐310b中的氢气温度(步骤450)。
罐310b中的氢气温度升高，直到其达到环境温度；然后，罐310b中的加压氢气准备好并且可以储存在罐310b中，或者可以通过打开出口阀335b选择性地注入到第三出口302。
如果氢气压缩系统的其他罐仍然填充有加压氢气，则第一单元100以及第二单元200也可以被关闭。另外，另一个罐可以如前所述被加压。

Claims (16)

1.一种用于生产低温高压氢气的系统(1000)，所述系统包括：
-具有第一入口(101)和第一出口(102)的第一单元(100)，
其中所述第一单元(100)被构造成在所述第一入口(101)处接收氢气，通过作用于所接收的氢气的移动部件来压缩所接收的氢气，并且在所述第一出口(102)处提供所压缩的氢气，其中所接收的氢气处于低温和低压下，
-具有第二入口(201)和第二出口(202)的第二单元(200)，
其中所述第二入口(201)流体联接到所述第一出口(102)，其中所述第二单元(200)被构造成冷却接收自所述第一单元(100)的所述氢气，
-具有第三入口(301)和第三出口(302)并且包括罐(310)的第三单元(300)，其中所述第三入口(301)流体联接到所述第二出口(202)，其中所述第三单元(300)被构造成通过加热接收自所述第二单元(200)的所述氢气来增加接收自所述第二单元(200)的所述氢气的压力，并且将所加压的氢气储存在所述罐(310)中；
其中所述第三单元(300)还包括用于准许所述氢气进入所述罐(310)的入口阀(325)，并且其中所述第三单元(300)被构造成将容纳在所述罐(310)中的所述氢气加热至低温，具体地为环境温度，同时所述入口阀(325)被关闭以便在所述罐(310)中达到高压；
其中所述罐(310)被构造成在所述低温和所述高压下储存所加压的氢气并且通过所述第三出口(302)输送所加压的氢气。
2.根据权利要求1所述的系统(1000)，其中所述第三单元(300)还包括出口阀(335)，并且其中所述第三单元(300)被构造成在用接收自所述第二单元(200)的所述氢气填充所述罐(310)之后，保持所述入口阀(325)和所述出口阀(335)关闭至少预先确定的时间段。
3.根据权利要求1所述的系统(1000)，其中所述罐(310)具有周壁，所述周壁包含具有低热导率的材料。
4.根据权利要求1所述的系统(1000)，其中所述罐(310)包括位于所述罐(310)内部并且被构造成使冷却流体和/或加温流体流动的至少一个蛇形通道。
5.根据权利要求1所述的系统(1000)，其中所述罐(310)包括位于所述罐(310)的周壁内部并且被构造成使冷却流体和/或加温流体流动的至少一个蛇形通道。
6.根据权利要求1所述的系统(1000)，其中所述第二单元(200)包括：
-实现第一闭合制冷循环并使用氮气作为制冷流体的第一热泵(250)，其中所述第一热泵(250)被构造成冷却接收自所述第一单元(100)的所述氢气；
-实现第二闭合制冷循环并使用二氧化碳作为制冷流体的第二热泵，其中所述第二热泵被构造成冷却所述第一热泵(250)的所述氮气。
7.根据权利要求1所述的系统(1000)，其中所述第一出口(102)被布置成在所述罐(310)的填充或再填充期间选择性地流体联接到所述第一入口(101)。
8.根据权利要求1所述的系统(1000)，
其中所述第三单元(300)具有第三出口(302)，
其中所述第三单元(300)包括至少两个罐(310a,310b)，并且
其中所述第三单元(300)被构造成选择性地将所述两个罐(310a,310b)流体联接到所述第二出口(202)，并且选择性地将所述两个罐(310a,310b)流体联接到所述第三出口(302)，使得在所述两个罐(310a,310b)中的一个罐中容纳的所述氢气被加压的同时，所述两个罐(310a,310b)中的另一个罐中容纳的所述氢气被提供到所述第三出口(302)。
9.一种包括权利要求1所述的系统的氢气燃料补给站。
10.一种用于生产低温高压氢气的方法，所述方法包括以下步骤：
C)(430)在-200℃至-100℃范围内的低温和200巴至500巴范围内的低压下用氢气填充罐，
D)(440)将所述罐流体隔离预先确定的时间段，
E)(450)在所述罐被流体隔离的同时加热所述罐中的所述氢气，直到通过使热量注入所述罐中而达到环境温度；
由此在步骤E之后，所述罐中的所述氢气处于高压和环境温度下，并且能够被输送到车辆。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述热量通过流体注入所述罐中，其中所述流体被供给到位于所述罐内部或所述罐的周壁内部的蛇形管。
12.根据权利要求10所述的方法，
其中所述低温在-175℃和-125℃之间的所述范围内，
以及/或者
其中所述低压在300巴和400巴之间的所述范围内。
13.根据权利要求10所述的方法，在步骤C(430)之前还包括以下步骤：
B)(420)冷却待在步骤C中用于填充所述罐的所述氢气。
14.根据权利要求13所述的方法，在步骤B(420)之前还包括以下步骤：
A)(410)压缩待在步骤B中冷却的所述氢气(410)。
15.根据权利要求10所述的方法，其中步骤C(430)和步骤D(440)针对多个罐依次执行，并且其中在对于一个罐执行步骤C(430)和步骤D(440)之后，对于另一个罐执行步骤C(430)和步骤D(440)。
16.根据权利要求10所述的方法，其中多个罐被交替地用于向用户供应低温高压氢气，并且
其中当一个罐用于向用户供应氢气时，至少另一个罐被加压。
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US8469676B2 (en) * 2010-07-27 2013-06-25 GM Global Technology Operations LLC Thermal hydrogen compressor
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