CN118043587A - 低温容器系统 - Google Patents

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hydrogen
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storage
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D·T·蒙哥马利
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Caterpillar Inc
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Abstract

公开了一种低温流体容纳系统(100)。系统(100)能够在低温温度和压力下储存诸如氢的流体。当流体自然变暖时，汽化流体由流体产生且能够被引导到被配置为消耗汽化流体的备用动力系统(128)。从低温流体容纳系统(100)提取的汽化流体使得从流体生成额外的汽化流体并在低温流体容纳系统(100)内制冷流体。另外，能够随时间监视汽化流体，使得当汽化流体积聚在储存罐(114)内时，汽化控制器(136)能够确定是否将从储存罐(114)抽取汽化流体。汽化控制器(136)能够使流体维持在储存罐(114)内的压力阈值以下。

Description

低温容器系统
技术领域
本发明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，本发明涉及用于减少或消除汽化废物的系统和方法。
背景技术
诸如数据中心之类的大规模设施消耗大量能量，并且需要备用装备来确保有足够的动力来在动力损失的情况下完成基本任务。通常，柴油发电机组或“发电机组”用于向大型设施提供备用动力。氢(H2)燃料电池和发动机正被越来越多地考虑用于此目的，但它们存在其自身的挑战。用于此类发动机的燃料储存在低温温度和压力下，直到需要备用动力。低温流体通常储存在将储存的流体被动地保持在极冷温度的罐中。在大多数情况下，主动冷却储存在此类被动储存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。被动储存罐当然是不完善的，并且储存在此类罐内的低温流体将变热并且随着时间逐渐增加压力。当此类加热发生时，至少一些储存的H2将需要作为“汽化”释放，以便保持罐中的安全压力。应注意的是，汽化是指自然过程，其中低温流体的量随着储存罐内温度的升高而从液相变为气相。在一些常规系统中，经历从液体到气体的相变的低温流体的量提供低温流体的被动冷却，因为汽化潜热吸收系统内的热能。当此类情况发生时，经由汽化生成的气体可以排放到大气中以保持安全的储存压力。在一些情况下，H2可以以每天高达1％的速率汽化，这意味着在没有解决汽化的方法的情况下，H2将需要大约每100天完全更换。
在美国专利第6,907,735(以下称为“'735参考文献”)中公开了一种用于转换低温流体的汽化流的系统。'735参考文献公开了从储存罐中提取汽化流、将该汽化流储存在缓冲罐中，然后利用储存的汽化流来发电。如'735参考文献中所解释的，缓冲罐用于临时储存包含汽化流的氢，直到氢被氢转化装置用于发电。'735参考文献公开了一种系统，该系统包括缓冲罐以容纳汽化流的氢直到其可以用于发电和/或排放到大气中。
尽管'735参考文献中描述的系统可以被配置为储存汽化流的氢，但该系统需要使用专用于储存汽化流的多个部件，直到可利用氢转化装置来消耗氢或可将氢排放到大气。此类部件增加了系统的成本和复杂性。另外，此类部件用于储存与生成汽化流的液态氢分离的氢。因此，'735参考文献中所描述的系统和其他类似系统连续地收集汽化流以储存在单独系统中，从而导致与修理和/或更换额外部件相关联的维护成本升高。另外，'735参考文献中描述的系统还具有与缺乏自制冷相关的低效率，这是由于汽化流与液态氢分开储存。
本发明的示例旨在克服上述缺陷中的一个或多个。
发明内容
本公开的示例涉及低温氢容纳系统，其包括被配置为以低温状态储存氢的罐、被配置为从外部源接收氢并将氢液化到期望温度的液化系统、被配置为维持罐的内部温度和压力的汽化系统，以及协调液态氢的维持的一个或多个控制器。液化系统可以具有非Joule-Thomson冷却阶段和一个或多个Joule-Thomson冷却阶段。通过非Joule-Thomson冷却阶段，然后通过Joule-Thomson冷却阶段连续处理氢。该系统还可具有汽化回路，该汽化回路被配置为将氢从该罐导向至该液化系统的Joule-Thomson冷却阶段，其中使用Joule-Thomson冷却技术处理该氢且随后使其返回到该罐。
本发明的另外的示例涉及一种系统，该系统包括被配置为用于储存处于低温状态的流体的罐，以及被配置为用于接收该流体并且用于处理该流体以达到低温状态并且用于将该流体排放到该罐中的液化系统。该液化系统包括第一组阶段和第二组阶段。该系统还包括汽化系统，该汽化系统包括在该罐与该第二组阶段之间的导管。第二组阶段被配置为处理流体以达到液相并将流体返回到罐。
本发明的其他示例涉及保持低温氢的方法。该方法包括监视氢的温度和/或压力，并且如果氢的温度和/或压力达到预定的升高的温度和/或压力并且氢的Joule-Thomson系数是正的，则该方法包括将气态氢从罐的顶部引导至液化系统。该液化系统具有被配置为执行非Joule-Thomson冷却技术的第一阶段和被配置为执行Joule-Thomson冷却技术的后续阶段。将气态氢从罐导向到液化系统包括将氢引导到液化系统的最后阶段，在那里将饱和或接近饱和的气态氢液化。然后将氢返回到罐中。
附图说明
图1是根据本发明的示例的低温流体管理系统的示意图，该低温流体管理系统储存并保持低温流体以给大型设施的备用动力系统提供燃料。
图2A是根据本发明的示例的如图1所示的低温流体管理系统和汽化管理系统的潜在操作空间的图示。
图2B是根据本发明的示例的如图1所示的低温流体管理系统和汽化管理系统的潜在操作空间的图示。
图3是根据本发明的其他示例的低温流体管理系统和利用汽化流体通路和备用动力系统燃料通路的汽化管理系统的示意图。
图4是根据本发明的其他示例的低温流体管理系统和利用用于汽化流体和备用动力系统燃料的统一流体路径的汽化管理系统的示意图。
图5是示出根据本发明的示例的方法的框图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的低温流体汽化减轻系统100的示意图。低温流体汽化减轻系统100可以与处于任何阶段或阶段组合且处于各种温度和压力下的任何流体一起使用，该温度和压力取决于流体的特定应用和每种情况可能需要的流体类型。氢是一种此类流体，其可由低温流体汽化减轻系统100储存和维护。应了解，其他流体也可以与根据本发明的低温流体汽化减轻系统100一起使用，并且对氢的任何特定参考并不将本发明的范围限制为任何流体类型。例如，低温流体可以包括甲烷、二氧化碳、氮、氦、稀有气体和其他元素/化合物。
氢对于储存可呈现某些挑战：它是挥发性的，并且液化温度低(大约33开氏度)。这样，可能难以以安全、有效的方式维持氢，使得其可用作燃料或用于其他应用中。自然地，在任何储存系统中，氢都有升温甚至汽化的趋势。当此类情况发生时，罐的内部压力增加，并且如果不加以检查，将超过密封措施。因此，内部压力可导致储存罐破裂并导致对周围设施、装备、人员和/或资产的损坏。在一些情况下，可以从罐中提取汽化氢以冷却储存的氢并保持压力水平。更具体地，低温流体汽化减轻系统100可以通过提取用于发电的汽化氢来减轻与将储存的氢(或低温流体)排放到大气相关联的损失。
汽化减轻系统100可以经由进气机构102接收氢，该进气机构联接到氢源104或以其他方式从氢源104提供氢。另外，汽化减轻系统100可以包括被配置为控制来自氢源104的氢在汽化减轻系统100内的分布的分流阀106。分流阀106可以经由第一管线108和/或第二管线110将氢导向至液化系统112和/或储存罐114。应注意的是，液化系统112可以包括多个冷却阶段，诸如第一冷却阶段和第二冷却阶段，其各自可以包括一个或多个冷却系统。此外，分流阀106可以由进气控制器116控制，该进气控制器调节来自氢源104的进入的氢并将进入的氢引导到一个或多个目的地。该一个或多个目的地可以包括液化系统112和储存罐114。类似地，节能器阀118可以被配置为调节经由气体管线120和液体管线122从储存罐114提取氢，该气体管线120和液体管线122经由气体阀124和液体阀126调节，该气体阀124和液体阀126向备用动力系统128提供氢。因此，在主动力系统132不能满足与设施系统130相关联的动力需求的情况下，可储存氢(或另一种低温流体)以供备用动力系统128使用。
进气机构102可以是任何合适的机构，通过该机构可以将氢(或另一种低温流体)注入到低温流体汽化减轻系统100中和/或由低温流体汽化减轻系统100接收。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、凸缘、连接器、联接器和其他紧固装置，其使得低温流体汽化减轻系统100能够流体连接到氢源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)，以及被配置为识别进入的氢的物理特性的其他传感器。类似地，进气机构可以包括用于控制进入低温流体汽化减轻系统100中的氢的压力和流量的调节系统，诸如泵(例如，被配置为引起流体流动、生成压力差且以其他方式对流体施加功的机构)、控制阀(例如，被配置为响应于所接收的信号和/或所施加的力而打开以允许流体流动且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。在一些另外的示例中，从氢源104接收的氢可以呈混合相溶液，呈气态或呈液态。因此，进气机构102可以被配置为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汽化减轻系统100的适当部分。在一些其他示例中，氢源104可以是水解工艺(例如，其中水与物质反应以至少产生氢的化学工艺)、电解工艺(例如，其中利用电流将水分解成氢和氧的工艺)和/或其他氢产生工艺。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。应注意的是，进气机构102可接收任何形式的氢，并便于将其输入低温流体汽化减轻系统100。
分流阀106可以由进气控制器116经由电子输入远程控制或直接通过伺服/马达控制。分流阀可以被配置为控制流体在输入连接器(例如，管、软管、管子等)和一个或多个输出连接器之间流动。如上所述，一个或多个传感器(例如，作为进气机构102的部件的温度传感器、压力传感器和流量传感器)可以生成与从氢源104接收的氢的物理性质相关联的一个或多个信号。可以将一个或多个信号传输到进气控制器116，并用于调节和将氢路由到第一管线108和/或第二管线110。可替代地，或另外，进气机构102可以包括输送服务，诸如氢的供应商，其在已知压力和已知温度下提供氢。在一些示例中，进气控制器116可以被配置为监视氢的温度和压力以确定氢的相态。进气控制器116可以相对于与氢相关联的相位信息来监视氢的输入温度和输入压力。具体地，进气控制器116可以确定气态氢在经由第一管线108被提供到储存罐114之前要被路由到液化系统112，而液态氢经由第二管线110被路由到储存罐。另外，第一管线108和第二管线110可以使氢通过冷却系统(例如，制冷系统、热交换器等)和加压系统(例如，泵、压缩机等)，使得氢被提供给储存罐114。因此，进气控制器可以至少基于输入温度和输入压力来确定是否经由第一管线108和/或第二管线110提供氢以储存在储存罐114内。
在一些示例中，进气控制器116可以被配置为相对于与氢相关联的一个或多个温度阈值来监视输入温度和输入压力。具体地，液化系统112可以包括能够至少基于输入温度和输入压力独立地或顺序地液化氢的多种液化方法。例如，转化温度可以表示温度值(在压力值下)，低于该温度值，则膨胀的氢使氢冷却，高于该温度值，则膨胀的氢使氢加热。另外，在转化温度以下，液化系统112可以利用Joule-Thompson冷却过程。此外，进气控制器116可以确定输入温度低于转化温度并且使经由第一管线108提供至液化系统112的氢经由Joule-Thompson过程冷却。可替代地，进气控制器116可确定输入温度大于转化温度，并使氢在提供给Joule-Thompson过程之前冷却到转化温度以下。因此，进气控制器116可以至少基于一个或多个温度阈值来确定氢经由第一管线108、第二管线110和/或液化系统112的路线。应注意的是，分流阀106被示出为具有作为输出的第一管线108和第二管线110，但是可以包括附加的输出管线，用于在氢被提供到储存罐之前管理氢的输入温度。
在一些附加示例中，进气控制器116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从氢源104经由第一管线108、第二管线110和/或任何附加管线接收的氢并对其进行路由。特别地，与从氢源接收的氢相关的输入温度和输入压力可以被进气控制器116用来确定与氢相关的热能和/或将氢从氢源104的输入温度和输入压力冷却到储存罐114的储存温度和储存压力所需的工作量。因此，进气控制器116可以使从氢源104接收的氢在被提供到液化系统之前接收氢的初始冷却，用于输入到储存罐中的加压，以及其他温度和/或压力改变，使得氢可以被提供到储存罐114。
汽化减轻系统100可以包括液化系统112。具体地，液化系统112可以包括在不同的温度、压力和/或状态下降低提供给液化系统112的低温流体的温度和/或增加其压力的各种部件。在所示的示例中，液化系统112可以包括将氢的输入温度降低到温度阈值以下的冷却过程和液化氢以输入到储存罐114中的液化过程。如以上示例中所指出的，冷却过程可以利用非Joule-Thomson效应和/或Joule-Thomson冷却技术(其中输入温度低于转化点)来将氢的输入温度降低与液化过程相关联的温度阈值和/或压力阈值。在一些示例中，可至少基于低温流体(例如，氢)的转化温度，储存罐114的储存温度或储存压力、与储存罐114相关联的汽化温度和汽化压力，或与汽化减轻系统100相关联的其他确定的温度和压力来确定温度阈值和/或压力阈值。
在一些示例中，非Joule-Thomson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气压缩循环、吸收循环、吸附循环和循环利用功以从系统移除热能(例如，冷却从氢源104接收的氢)的其他制冷技术。可替代地或另外，非循环制冷涉及利用在冷却之后被分散或丢弃的工作流体(例如，液氮相对便宜并且在用于制冷之后可以被排放到大气中)。如上所述，冷却过程可以利用非Joule-Thomson技术来冷却从氢源104接收的氢。此类技术可以利用在各种流动通道中具有不同流体的热交换器，该流体彼此热接触以将热量从一种流体传递到另一种流体(任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。
在一些示例中，可以利用Joule-Thomson冷却技术来冷却氢和/或经由液化系统从氢生成液态氢。Joule-Thomson效应(也称为Joule–Kelvin效应或Kelvin–Joule效应)描述了当迫使真实气体或液体通过阀或多孔塞同时保持其绝热以使得没有热量与环境交换(例如，低温流体经历绝热或基本上绝热的膨胀)时真实气体或液体的温度变化(与理想气体不同)。该过程被称为节流过程或Joule-Thomson过程。在室温下，大多数气体在通过Joule-Thomson技术膨胀时冷却。然而，如上所述，一些气体诸如氢、氦气和氖气具有低于室温的转化温度，这导致它们在膨胀时加热，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，Joule-Thomson技术可以用于氢、氦和氖。有许多方式来实现期望的Joule-Thomson冷却，包括喷嘴、阀或多孔塞，并且液化系统112可以包括任何数量的这些技术。因此，该液化系统可以包括多个冷却操作，这些操作被配置为多个阶段以逐步降低输入温度。在一些示例中，液化系统可以包括多个冗余冷却操作，并且取决于待冷却的氢的量，液化系统112的一些部分可以在另一部分空闲时使用。
在一些示例中，图1是根据本发明的示例的用于设施的汽化减轻系统100的说明。具体来说，汽化减轻系统100可以被配置为维持可由备用动力系统128用作燃料的低温流体(例如，氢)。另外，汽化减轻系统100可以被配置为通过从储存罐114收集汽化流体，激活备用动力系统128并将汽化流体提供到备用动力系统128以供消耗来防止汽化流体从储存罐114排放。此外，汽化减轻系统100可以被配置为在设施系统130的动力需求未由主动力系统132满足的情况下将低温流体维持为动力储备。在一些附加示例中，主动力系统132可以是来自本地市政当局或另一标准主动力的电网电力。另外，设施系统130可以与至少基于设施内各种系统消耗的动力确定的动力需求相关联。因此，动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、电动机、发动机、网络、服务器、其他计算设备以及消耗设施内电力的几乎任何其他机构的动力需求。
在一些额外示例中，在动力故障，缺乏或导致设施系统130的动力需求未被主动力系统132满足的其他情况的情况下，汽化减轻系统100可管理备用动力系统128的低温流体。在一些示例中，备用动力系统128可以包括氢动力发动机和/或燃料电池，其将氢(或其他低温燃料)转换成足够的能量以满足设施系统130的动力需求。因此，在确定主动力系统132没有满足动力需求时，设施和/或备用动力系统128可以使氢从储存罐114中提取并消耗以产生用于设施系统130的附加动力。
在一些示例中，节能器阀118可以被配置为当设施系统130的动力需求未被主动力系统132满足时将低温流体(例如，氢)从储存罐114供应到备用动力系统128。特别地，节能器阀118可以包括分别由气体阀124和液体阀126调节的气体管线120和液体管线122。应注意的是，节能器阀118被配置为调节备用动力系统128接收气相或液相的低温流体。另外，节能器阀118可被配置为在储存罐114排放低温流体以用于消耗的同时调节低温流体，同时设施系统130的动力需求由备用动力系统128满足。
在一些另外的示例中，节能器阀118可以被配置为使得储存罐114的储存压力用于改变低温流体是以液相还是以气相提供。具体地，节能器阀118可以包括内部压力部件(例如，内部弹簧、致动器、计量器等)，该内部压力部件与储存罐114流体连通并且与压力阈值相关联。该内部压力部件可以被配置为使得在该储存压力超过该压力阈值的情况下，该内部压力部件被激活以经由该液体阀126阻塞该液体管线122。类似地，该内部压力部件可以被配置为使得在该储存压力小于该压力阈值的情况下，该内部压力部件经由该气体阀124阻塞该气体管线120。例如，该内部压力部件可以被配置为压力缸，该压力缸包括暴露于该储存压力的缸盖以及联接到该缸盖上的弹簧，该弹簧被配置为在该储存压力超过该压力阈值的情况下被压缩并且在该储存压力小于该压力阈值的情况下伸展。储存罐114内的低温流体在汽缸盖上施加储存压力，使弹簧压缩或伸展。另外，弹簧的压缩(指示储存压力超过压力阈值)可导致气体阀124防止氢通过气体管线120。类似地，弹簧的伸展(表示储存压力小于压力阈值)可使液体阀126防止氢通过液体管线122。应注意的是，由于汽缸盖在压力缸内的位置，气体阀124和液体阀126可以通过汽缸盖分别阻塞气体管线120或液体管线122而关闭。可替代地，弹簧的压缩和伸展可导致气体阀120和液体阀126响应于由压力缸指示的储存压力而打开和/或关闭。因此，当储存压力超过压力阈值时，气体管线120和气体阀124可允许从储存罐提取气相中的低温流体。类似地，当储存压力小于压力阈值时，液体管线122和液体阀126可允许低温流体以液相从储存罐114提取。
在一些示例中，汽化阀134和汽化控制器136可以用于将低温流体保持在储存罐内。特别地，储存罐114将低温流体储存为混合相流体，其中低温流体以平衡的气相和液相存在。随着低温流体的储存温度增加，气相和液相之间的平衡将调节，导致蒸发成气相的低温流体的量和储存压力随着低温流体的量转变为气相而增加。另外，储存罐114可以经由压力传感器由汽化控制器136监视。汽化控制器136可以被配置为维持低温流体以减轻储存罐114的过度增压和由于排放造成的低温流体浪费。例如，储存罐114可以与最大压力阈值(例如，150PSI、250PSI、350PSI等)相关联，该最大压力阈值指示与储存罐失效和/或安全问题的增加的机会相关联的最大储存压力。最大压力阈值可以包括将最大压力阈值降低到低于储存罐114额定的最大储存压力的安全系数。因此，汽化控制器136可以被配置为至少基于由压力传感器检测到的储存压力来确定储存压力超过一个或多个压力阈值和/或最大压力阈值。此外，汽化控制器136可利用汽化阀134来降低低温流体的储存压力。
在一些示例中，汽化控制器136可利用汽化阀134从储存罐114提取气相中的低温流体。另外，液相的低温流体和汽化流体可以与第一储存温度和第一储存压力相关联的第一平衡存在，第一储存压力超过一个或多个压力阈值。汽化控制器136可至少基于储存罐114的第一储存压力来确定将要从储存罐114提取的汽化流体(例如，气相中的低温流体)以降低储存压力并自动制冷低温流体。具体地，汽化阀134可流体连接到储存罐114的上部，使得汽化阀134抽取汽化流体，而液相的低温流体保留在储存罐114中。由于被提取的汽化流体(或一定量的汽化流体)，所以低温流体开始蒸发并产生额外的汽化流体。然而，低温流体的蒸发吸收储存罐114内的热能并降低储存罐114内的储存温度。因此，在提取汽化流体之后，储存罐114可实现第二储存温度与第二储存压力之间的第二平衡，第二储存温度小于第一储存温度且第二储存压力小于第一储存压力。
在一些示例中，汽化阀134可以被配置为从储存罐114抽取汽化流体并且将汽化流体提供到备用动力系统128。具体而言，汽化阀134可以被配置为允许汽化流体离开储存罐114并且经由汽化管线138提供到备用动力系统128。另外，汽化控制器136可使备用动力系统128启动以消耗经由汽化阀134抽取并经由汽化管线138提供的汽化流体。备用动力系统128可接收汽化流体并消耗汽化流体以发电来补充动力和/或减少由主动力系统132生成和/或从主动力系统132接收的动力。因此，汽化流体可由汽化减轻系统100利用而不是排放到大气中。
图2A是用于汽化减轻系统的潜在操作空间的说明。特别地，图2A是双原子氢的相图的近似值。然而，应注意的是，图2A是近似值，并且各个相位的各种值和边界线可能不精确地映射到现实世界值。图2A包括其中液相202可以蒸发/蒸发成气相204并且气相204可以冷凝成液相202的温度和压力的近似值。该曲线可以被称为蒸发曲线206。另外，图2A包括三相点208和临界点210的近似值。
应注意的是，尽管在图2A中表示了三相点208和临界点210，但是这些现象具有与它们相关的实际温度和压力。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约13.84K/-259.31℃和7.04kPa/.0704巴下出现。类似地，氢的临界点(其中液相202和气相204停止共存并形成超临界流体)在约33.20K/-239.95℃和1300kPa/12.97巴下出现。因此，蒸发曲线206表示液相202中的氢可以蒸发成气相204并且气相204中的氢可以冷凝成液相202的温度和压力。
在一些示例中，以上由图1描述的汽化减轻系统100可以被配置为在气相204和液相202内操作。具体来说，汽化减轻系统100可以被配置为当汽化控制器确定储存压力超过压力阈值时降低储存温度和储存压力。例如，储存温度和储存压力可以沿着蒸发曲线在第一平衡212和第二平衡214之间波动。更具体地说，汽化减轻系统100可以被配置为至少基于与超过一个或多个压力阈值的第一压力相关联的第一平衡而将储存罐114内的低温流体从第一平衡212减少到第二平衡214。在一段时间内，由于加热储存罐114和储存罐114内的低温流体的周围热能(例如，储存罐114所处的环境可以在20℃的周围温度和1巴的周围压力下存在)，储存压力和储存温度可以在第一方向216上从第二平衡214增加到第一平衡。类似地，汽化减轻系统100可通过抽取汽化流体在第二方向218上将储存温度和储存压力从第一平衡212降低到第二平衡214。
在一些示例中，储存罐114内的储存压力可至少基于储存温度的增加而沿第一方向216增加，并导致低温流体蒸发。低温流体的蒸发导致储存压力的增加，从而沿第一方向216移动储存温度和储存压力。储存温度和储存压力可以继续沿第一方向216上升，并且可以由汽化控制器136监视。应注意的是，当储存温度和储存压力沿第一方向216增加时，液相中的低温流体与气相中的汽化流体寻求平衡。
在一些示例中，储存温度和储存压力可以达到与压力阈值相关联的第一平衡212。具体地，汽化控制器136可确定储存压力超过压力阈值，并使汽化流体从储存罐114提取。应注意的是，汽化控制器136可使汽化阀134打开且准许储存压力驱动汽化流体通过汽化管线138，汽化泵抽取汽化流体，和/或汽化流体另外从储存罐获得且由汽化管线138提供。另外，离开储存罐114的汽化流体沿第二方向218降低储存压力。当储存压力下降时，储存压力由于吸收热能的低温流体的蒸发而降低。用于从液体到气体的相变的热能可以经由汽化流体提取，该汽化流体经由汽化阀134和汽化管线138提取。因此，当储存压力沿第二方向218减小时，储存罐114被冷却，直到低温流体达到第二平衡。
在一些示例中，储存压力和储存温度可以达到与附加压力阈值相关联的第二平衡214。具体而言，汽化控制器136可确定储存压力已降低到低于额外压力阈值，该额外压力阈值与将维持在储存罐114内的最小储存压力相关联(例如，最小储存压力可略微高于大气压力和/或备用动力系统128的内部压力以防止回流到储存罐114中)。因此，汽化控制器136可使汽化阀134防止汽化流体离开储存罐114。
图2B是用于汽化减轻系统的潜在操作空间的说明。然而，应注意的是，图2B是近似值，并且各种值和边界线可不精确地映射到现实世界值。图2B包括蒸气穹顶220的近似值，其中储存罐114内的氢可以存在于液相202和气相204中。响应于储存温度和储存压力的变化，储存罐内的氢可以经由蒸发和冷凝在液相202和气相204之间转变。
在一些示例中，储存罐114中的氢可以以与第一储存温度和第一储存压力相关联的第一平衡222存在。另外，由于储存罐114是基本上密封的环境，所以当储存罐114的内部体积保持恒定并且储存罐114内的氢的量保持恒定时，储存罐114内的氢可以基本上保持第一比容。此外，随着时间的推移，热能从周围环境向储存罐内的氢的传递导致储存温度和储存压力增加。更具体地，当氢的比容恒定时，增加的储存温度导致增加的储存压力。因此，储存压力和储存温度在第一方向216上从第一储存温度和第一储存压力增加到第二储存温度和第二储存压力。
在一些示例中，储存罐114中的氢可以达到与第二储存温度和第二储存压力相关联的第二平衡224。另外，可确定第二平衡224的第二储存压力超过一个或多个压力阈值，该压力阈值使汽化流体从储存罐114移除，以确保汽化流体不会在储存罐114内过度积聚。因此，汽化流体(例如，存在于气相204中的氢)可以从储存罐114提取，以在第二方向218上将储存温度和储存压力降低到第三储存温度和第三储存压力。此外，第三储存温度和第三储存压力可以与第三平衡226相关联。应注意的是，汽化流体的移除减少氢的量(例如，储存罐114内的氢的质量)，同时储存罐114内的体积保持恒定。氢的量的减少增加了氢的两相混合物的比容，并导致在比容大于第一平衡222和第二平衡224的比容时实现第三平衡226。
在一些示例中，第一平衡222与第一液体部分228和第一气体部分230相关联。类似地，第二平衡与第二液体部分232和第二气体部分234相关联。第一液体部分228和第一气体部分230分别表示液相202和气相204中存在的氢的量的质量部分。另外，可以至少部分地基于第一平衡222的比容与第一液体部分228的比容之间的第一距离236来确定第一液体部分228。此外，可以至少部分地基于第一平衡222的比容与第一气体部分230的比容之间的第二距离238来确定第一气体部分230。随着储存温度从第一储存温度增加到第二储存温度，第一液体部分228的一部分蒸发到第一气体部分230中，直到第二液体部分232和第二气体部分234达到第二平衡224。当第二液体部分232开始蒸发以实现第三平衡226时，第二气体部分234(或第二气体部分234的至少一部分)的去除降低了第二方向上的储存压力和储存温度。第二液体部分232的蒸发吸收储存罐114内的热能并制冷储存罐114内的氢。
因此，并且通过图1所说明的汽化减轻系统的过度循环操作，储存罐114内的氢的量将逐渐被备用动力系统128消耗，同时将储存罐内的氢维持在安全储存温度和储存压力下。应注意的是，各种平衡点、气体部分、液体部分和过程变量(例如，储存温度、储存压力、比容等)的变化是说明性的且不指示用于实现所描述的汽化减轻系统的现实世界值。
图3是根据本发明的其他示例的汽化减轻系统300的示意性说明。汽化减轻系统300可以包括上文参考图1和图2论述的许多特征。具体地，汽化减轻系统300可以包括罐控制器302，其被配置为将低温流体保持在储存罐114内并使低温流体被提供给备用动力系统128。储存罐控制器302可以从包括储存压力传感器304、储存温度传感器306、节能器状态传感器308和与汽化减轻系统300相关联的一个或多个额外传感器的传感器接收温度和压力的指示。另外，汽化减轻系统300可以经由包括一个或多个储存罐口310、汽化泵312、气体管线120、液体管线122和将低温流体从储存罐114导向至备用动力系统128的其他流体管线的流体处理部件来引导低温流体。因此，储存罐控制器302可以被配置为监视储存罐114内的低温流体并管理由低温流体生成的汽化流体。
汽化减轻系统300可以经由第一管线108(或第二管线110)从流体源(例如，氢源)104接收低温流体并将低温流体储存在储存罐114中。具体来说，流体源104和第一管线108可以包括用于管道、软管和/或其他流体连接的连接器阀，该连接器阀由进气控制器或由与汽化减轻系统300相关联的操作者控制。连接器阀可以包括与流体源104的永久连接(例如，用于内部氢源，诸如水解或电解系统，和用于提供到设施的管线的外部供应商)和/或与流体源104的临时连接(例如，氢源是通过连接到进气机构并注入一定量氢的卡车和/或轨道带到设施的罐)。与流体源104的性质无关，进气机构可以调节输入压力(例如，经由节流阀)、调节低温流体流率、监视输入压力(例如，经由压力传感器)，并且通过与关联于流体源104的各种传感器和传输到流体源104的各种部件的信号(例如，信号可以控制由节流阀引起的压力减小量和/或由泵引起的增压量)的通信来监视输入温度(例如，经由温度传感器)。
在一些示例中，储存罐控制器302可以被配置为至少监视与储存罐114相关联的储存温度和储存压力。具体而言，储存罐114可为低温储存罐，其被配置为在低温环境(例如，低于-50℃的温度)内且任选地在加压环境内容纳低温流体(但应注意的是，氢和其他可燃低温流体的储存通常处于压力下以避免泄漏将氧化剂吸入储存罐/汽化减轻系统300中)。因此，储存罐114可以是绝热储存罐(诸如杜瓦瓶，其是双壁容器，在壁之间包括高真空)，该绝热储存罐可以包括内部冷却系统(尽管这些通常通过由内部冷却系统实现的附加热能传递来区分)，用于监视低温流体的一个或多个传感器(例如，罐压力传感器304和罐温度传感器306)，以及一个或多个连接器，其使得低温流体能够从储存罐114(例如，一个或多个储存罐口310)提取并输入到储存罐114中。在一些附加示例中，储存罐114可以包括由储存罐控制器302可操作地控制的流体控制装置(例如，阀、开口等)。流体控制装置可以被配置为将汽化流体和低温流体从储存罐114导向至备用动力系统128。例如，流体控制装置可以包括节能器阀118、气体管线120、液体管线122、汽化阀134、汽化管线138和节能器阀118的内部部件。另外，流体控制装置可以包括一个或多个储存罐口、汽化泵312、和/或被配置为从储存罐114抽取低温流体和/或汽化流体和/或将低温流体和/或汽化流体提供给备用动力系统的其他部件。应注意的是，流体控制装置可以使汽化流体和/或低温流体从储存罐114提取和/或提供给备用动力系统128。可替代地，储存罐114的储存压力可足以使汽化流体和/或低温流体从储存罐114流到备用动力系统128。应当理解，对于每个标记的部件，可以包括任何数量的阀、连接器和/或泵，以完全调节低温流体和/或汽化流体的流量，并且部件的位置可以变化。
储存罐114内的低温流体可以是由液相(例如，由储存罐114储存的大部分氢)和气相组成的混合相溶液。当低温流体变暖时，液相蒸发并作为汽化流体进入气相。储存罐控制器302可被配置为检测储存罐114内的低温流体的储存温度和/或储存压力何时满足(例如，超过)压力阈值(或温度阈值)，该压力阈值指示汽化流体将被减少(例如，气相的量将从储存罐114移除)。因此，储存罐控制器302可以被配置为使汽化流体(例如，气相中的氢)从储存罐114提取并导向至备用动力系统128。如上所述，汽化流体的移除导致储存罐114内的储存温度和储存压力随着低温流体吸收热能以蒸发、替换蒸发流体以及自制冷以维持平衡而降低。
在一些示例中，并且如上所述，储存罐控制器302可以被配置为监视储存罐114内的氢的储存温度和储存压力。具体地，储存罐控制器302可以经由储存压力传感器304监视储存压力并且经由储存温度传感器306监视储存温度。储存罐控制器302可以被配置为相对于一个或多个压力阈值来监视储存温度和储存压力。这些阈值可以是安全阈值(例如，储存罐114的内部压力和/或温度将保持低于一个或多个阈值以防止储存罐失效)、效率阈值(例如，最小化能量需求以维持储存罐114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，压力阈值可以与指示储存罐114内的汽化流体的量且储存压力正接近储存罐114的压力极限的储存压力相关联(这可以包括安全系数)。因此，储存罐控制器302可检测到储存压力已超过压力阈值，并使经由汽化泵312抽取汽化流体。另外，并且响应于超过压力阈值的储存压力，储存罐控制器302可使汽化阀134打开且经由汽化管线138将储存罐114与备用动力系统128流体连接。应注意的是，储存罐控制器302可以被配置为操作汽化阀134和汽化泵312以经由电子线路和/或经由无线控制来管理汽化流体的流动。此外，储存罐控制器302可以与储存压力传感器304和储存温度传感器306通信，以经由电子线路和/或经由无线控制来请求和接收对储存压力和储存温度的指示。
在一些示例中，储存罐控制器302可以被配置为监视节能器阀118以确定是否要从储存罐114提取汽化流体。特别地，罐控制器302可以从节能器状态传感器308接收节能器状态的指示。节能器状态传感器308可以被配置为经由节能器输出管线330向储存罐控制器302传送节能器阀118是将气体管线120还是液体管线122与备用动力系统128流体连接的指示。另外，节能器状态传感器308可连接到密封板314和/或可压缩部件316(例如，弹簧)，该密封板和/或可压缩部件在储存压力小于压力阈值时基本上防止汽化流体(例如，气相中的低温流体)被提供给备用动力系统128。例如，节能器阀118可以被配置为使得汽化流体经由压力室开口318进入节能器阀118。汽化流体可至少基于储存罐114的储存压力向密封板314施加至少部分地压缩可压缩部件316的第一量的力。此外，密封板314可以被配置为在可压缩部件316未被完全压缩时基本上防止汽化流体从压力室开口318流到压力室出口320。
在一些示例中，节能器阀118可以基于储存罐114内的储存压力是否超过压力阈值而在第一状态和第二状态之间切换。具体地，第一状态可以配置节能器阀118以允许从储存罐114获得汽化流体并将其提供给备用动力系统128。另外，第二状态可以配置节能器阀118以允许从储存罐114获得液相的低温流体并将其提供给备用动力系统128。应注意的是，第一状态基本上防止液相被提供给备用动力系统128，而第二状态基本上防止气相被提供给备用动力系统128。第一状态可以与可压缩部件316被完全压缩和/或被充分压缩(例如，被压缩超过压缩距离阈值的距离)以允许汽化流体从压力室开口318流到压力室出口320相关联。第二状态可以与可压缩部件316被部分压缩和/或未被充分压缩(例如，被压缩小于压缩距离阈值的距离)相关联，使得汽化流体不能通过压力室出口320。因此，节能器阀118可以被配置为调节提供给备用动力系统的低温流体的相位。应注意的是，节能器阀118可以是机械系统(例如，节能器阀118基于施加到密封板314和可压缩部件316的力的大小而在第一状态和第二状态之间内部切换)和/或信号控制系统(例如，罐控制器302可以至少基于节能器状态传感器308发送可压缩部件316)的压缩指示来发送使节能器阀118在第一状态和第二状态之间切换的信号。
在一些示例中，节能器阀118可以被配置为当主动力系统132不能满足设施系统130的动力需求时调节提供给备用动力系统128的低温流体。特别地，节能器阀118可以被配置为至少基于储存罐114内的储存压力来调节是否提供汽化流体。例如，当主动力系统132不能满足设施系统的动力需求时，备用动力系统128可以被启动，并且储存罐控制器302可通过操作气体阀124、液体阀126、节能器流量阀328和/或其他流量阀以流体连接备用动力系统128和储存罐114而使低温流体从储存罐114获得。另外，节能器阀118可以包括气体流动路径，其中气体管线120使来自储存罐114的汽化流体通过压力室开口318和压力室出口320(其中储存压力超过与可压缩部件316相关联的压力阈值)，并且离开状态切换阀324。此外，节能器阀118可以包括液体流动路径，在该液体流动路径中，液体管线122使低温流体从储存罐114通过流体开口322并流出状态切换阀324。因此，状态切换阀324可以经由状态开关326操作以基于节能器阀状态将气体流动路径或液体流动路径与节能器输出管线330流体连接。应注意的是，图3所示的节能器阀118仅是节能器阀118的示例性实现方式。通常，节能器阀118可以被配置为使得在第一状态中，汽化流体可通过节能器阀118，而在第二状态中，液态低温流体可通过节能器阀118从储存罐114到备用动力系统128。另外，节能器阀118可以基于至少一个压力阈值在第一状态和第二状态之间切换，以将储存压力保持在压力阈值以下。此外，节能器状态传感器308可以与节能器阀118相关联，以检测节能器阀118是处于第一状态还是处于第二状态，并将节能器阀状态的指示传输到罐控制器302。
在一些示例中，当主动力系统132满足设施系统130的动力需求时，节能器阀118可保持与低温流体和储存罐114流体连通。特别地，气体管线120可将储存罐114与压力室开口318流体连接，使得汽化流体可在不经过压力室出口320的情况下在第一状态与第二状态之间切换节能器阀。更具体地，当主动力系统132提供足够的动力时，节能器流量阀328可以防止低温流体和/或汽化流体被提供给备用动力系统128，并且可以经由节能器状态传感器来监视储存压力。节能器状态传感器308可以被配置为当储存压力使节能器阀在第一状态和第二状态之间切换时发送节能器阀状态的指示。因此，罐控制器可以接收节能器阀状态的指示并且基于该指示确定储存压力超过储存罐114的压力阈值。另外，并且至少基于确定节能器阀状态指示储存压力超过储存阈值，储存罐控制器302可以使汽化流体从储存罐114获得并经由汽化阀134和汽化泵312提供给备用动力系统128。
在一些示例中，储存罐控制器302可至少基于节能器阀状态来管理储存罐114内的汽化流体。特别地，当储存压力超过与储存罐的最大压力相关联的压力阈值时(例如，储存压力将降低到压力阈值以下以防止达到储存罐的最大压力)，节能器阀118可以处于第一状态。罐控制器302可以被配置为连续地、周期性地、非周期性地和/或以其他方式从节能器状态传感器308接收节能器阀状态的指示。另外，罐控制器302可以至少基于节能器阀切换到第一状态来确定节能器阀118已经切换到第一状态并且确定储存压力超过压力阈值。此外，储存罐控制器302可将信号传输到汽化阀134和/或汽化泵312，该信号使汽化流体从储存罐获得并由备用动力系统128消耗以产生减少主动力系统132上的动力需求的动力。因此，储存罐控制器302可以经由节能器状态传感器308监视节能器阀状态，以确定储存罐114内的汽化流体是否将被减少。
在一些示例中，储存罐控制器302可至少基于节能器阀状态来管理储存罐114内的低温流体。具体而言，在储存罐控制器302已使汽化流体从储存罐114移除之后，储存罐控制器可确定储存压力已降低到低于压力阈值，并且视情况低于额外压力阈值。当正在从储存罐114移除汽化流体时，罐控制器302可以从节能器状态传感器308接收指示节能器阀118已经从第一状态切换到第二状态的附加指示。更具体地，当汽化流体的储存压力降低到低于压力阈值和/或附加压力阈值时，节能器阀118可以从第一状态切换到第二状态。附加压力阈值可以与储存罐的最小压力相关联(例如，储存压力将保持在附加压力阈值以上以防止可能包括氧化剂和/或其他污染物的回流到储存罐中)。因此，储存罐控制器可接收额外指示并传输额外信号，该额外信号使汽化阀134和/或汽化泵312基本上防止汽化流体被提供到备用动力系统。
在一些示例中，节能器状态传感器308被配置为至少基于压缩部件316将一个或多个指示(例如，指示、附加指示等)传输到罐控制器302，使得状态开关326将气体流动路径或液体流动路径与节能器输出管线330流体连接。具体地，气体流动路径和液体流动路径经由状态切换阀324流体连接到节能器输出管线330。状态切换阀324可以被配置为将汽化流体或低温流体提供到节能器输出管线330。另外，状态切换阀324可以被配置为当节能器阀118处于第一状态时向节能器输出管线330提供汽化流体，并且当节能器阀118处于第二状态时向节能器输出管线提供低温流体。更具体地，根据状态开关326是否已将状态切换阀改变为第一状态(连接到节能器输出管线330的气体流动路径)或第二状态(连接到节能器输出管线330的液体流动路径)，状态切换阀324可操作以将气体流动路径或液体流动路径流体连接到节能器输出管线330。此外，当可压缩部件316被完全压缩时(例如，可压缩部件316不能被进一步压缩并且密封板314缩回以流体连接压力室开口318和压力室出口320，可压缩部件316被压缩大于距离阈值的距离等)，状态开关326可以将状态切换阀324切换到第一状态。类似地，当可压缩部件316未被完全压缩和/或被压缩小于距离阈值的距离时，状态开关326可以将节能器状态阀切换到第二状态。因此，状态切换阀324可以通过状态开关326在第一状态与第二状态之间切换，并且节能器状态传感器308可以将节能器状态的一个或多个指示传输至罐控制器302。可替代地或另外，状态开关326可由储存罐控制器302操作以至少基于节能器状态传感器308发送与储存压力和可压缩部件316相关联的一个或多个指示而在第一状态与第二状态之间切换状态切换阀324。
图4是根据本发明的其他示例的汽化减轻系统400的示意性说明。汽化减轻系统400可以包括上文参考图1、图2和图3论述的许多特征。具体地，汽化减轻系统400可以包括罐控制器302，其被配置为经由节能器阀118的操作来维持储存罐114内的低温流体。更具体地，响应于储存压力超过压力阈值的确定，罐控制器302可以使汽化流体经由节能器阀118提供给备用动力系统128。储存罐控制器302可以从包括储存压力传感器304、储存温度传感器306、节能器状态传感器308和与汽化减轻系统400相关联的一个或多个额外传感器的传感器接收对储存温度和储存压力的指示。另外，汽化减轻系统400可经由流体处理部件引导汽化流体，流体处理部件包括气体管线120、液体管线122、压力室开口318、压力室出口320、节能器输出管线330和将低温流体从储存罐114导向至备用动力系统128的其他流体管线。因此，储存罐控制器302可以被配置为监视储存罐114内的低温流体并管理由低温流体生成的汽化流体。
在一些示例中，储存罐控制器302可以被配置为经由储存压力传感器304监视储存压力。特别地，储存罐控制器302可以被配置为从储存压力传感器304请求和/或接收储存罐114内的储存压力的指示。如上所述，储存罐控制器302可以被配置为至少基于从储存压力传感器304接收的指示来确定储存压力超过压力阈值。因此，罐控制器302可以向状态开关326发送使节能器电路118切换到和/或保持在第一状态的第一信号。可替代地，或另外，储存罐控制器302可发送第二信号，该第二信号使汽化流体从储存罐114获得并提供给备用动力系统128。例如，第二信号发送第二信号，使得气体阀124打开以经由气体管线120将储存罐与节能器阀118流体连接。另外，汽化流体可以被引导通过压力室开口318并向密封板314施加一定量的力、压缩可压缩部件316，并使状态开关326将压力室出口320与节能器输出管线330流体连接。因此，汽化流体可以被导向备用动力系统128并被其消耗。
在一些示例中，储存罐控制器302可以被配置为经由节能器状态传感器308来监视储存压力。具体地，罐控制器302可以被配置为请求和/或接收节能器阀状态的指示，其中第一状态与超过压力阈值的储存压力相关联，并且第二状态与小于压力阈值的储存压力相关联。另外，储存罐控制器302可以经由指示来监视节能器阀状态，并且在节能器阀118处于第一状态时使汽化流体被提供给备用动力系统128。更具体地，节能器阀状态可以与压力阈值相关，使得将节能器阀切换到第一状态指示将从储存罐114提取汽化流体并将其提供给备用动力系统128。因此，储存罐控制器302可基于指示确定节能器阀118处于第一状态，并使气体管线120和状态切换阀324将汽化流体通过节能器阀118导向至备用动力系统。
图5是根据本发明的示例的方法500的框图。方法500可由如上参考图1-4所示和所述的汽化减轻系统执行。在502处，汽化减轻系统可将低温流体储存并维持在所需的冷且稳定的环境(诸如储存罐114)中。可以经由罐压力传感器304、罐温度传感器306和/或节能器状态传感器308来监视储存温度、储存压力和任何其他期望的参数。在504处，系统检查储存罐114内的汽化流体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，汽化减轻系统可确定是否将从储存罐114抽取汽化流体并由备用动力系统128消耗。应注意的是，提取汽化流体的确定可基于该一个或多个压力阈值、该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。如果不需要此类操作，则系统可以返回到502处的监视。在504处的检查可以如实际所期望的那样经常地执行或者按照设定的时间表来执行。例如，可以基本上连续地、周期性地和/或非周期性地执行504处的检查。可替代地或另外，系统可以确定汽化流体和储存压力已经将节能器阀切换到第一状态。第一状态可以与超过一个或多个压力阈值和/或一个或多个温度阈值的储存温度和/或储存压力相关联。
在506处，并且响应于确定将减少和/或减轻汽化流体，汽化减轻系统可执行第二检查以确定设施系统正从备用动力系统128还是主动力系统接收动力。特别地，该汽化减轻系统可以被配置为确定该汽化流体是为了继续储存该低温流体而被减少还是在经由该备用动力系统消耗该低温流体期间被减轻。更具体地，汽化减轻系统可利用汽化回路来减少由于低温流体随时间变暖而积聚的储存罐114内的汽化流体，并利用节能器阀118来控制低温流体的相位，因为低温流体被提供给备用动力系统128。可替代地或另外，节能器阀118可以用于减少在低温流体的储存期间累积的汽化流体，其中由汽化减轻系统使用的一个或多个压力阈值和/或一个或多个温度阈值可以与当主动力系统132被提供动力时的第一组值和当主动力系统132不提供动力时的第二组阀相关联。
在508处，汽化减轻系统可确定主动力系统132未向设施系统130提供动力且备用动力系统128是设施系统130的主动力。另外，该汽化减轻系统可确定该储存温度和/或储存压力超过该一个或多个温度阈值和/或该一个或多个压力阈值。因此，汽化减轻系统可以使节能器阀被配置为处于第一状态，该第一状态引导汽化流体被提供给备用动力系统128并且被消耗以为设施系统130发电。在510处，汽化减轻系统可监视节能器阀状态以识别节能器阀118何时切换到经由液体管线122提供液相低温流体的第二状态。节能器阀118可以被配置为当储存温度和/或储存压力下降到低于附加温度阈值和/或附加压力阈值时切换到第二状态。
在512处，汽化减轻系统可确定主动力系统正在向设施系统130提供动力且备用动力系统未激活。另外，该汽化减轻系统可确定该储存温度和/或储存压力超过该一个或多个温度阈值和/或该一个或多个压力阈值。因此，汽化减轻系统可使汽化回路将汽化流体从储存罐114导向至备用动力系统128。可替代地，该汽化减轻系统可以使该节能器阀接收该汽化流体并且切换到该第一状态，使得该汽化流体被提供给该备用动力系统。独立于是否使用节能器阀或汽化回路，备用动力系统128可以被启动以消耗汽化流体并降低储存罐的储存温度和储存压力。此外，备用动力系统128可通过消耗汽化流体来减少从主动力系统132接收的动力。应注意的是，减少储存罐114中的汽化流体导致低温流体通过在储存罐114内蒸发并吸收储存罐114内的热能的低温流体自制冷。在514处，汽化减轻系统可以监视储存压力、储存温度和/或节能器阀状态以识别何时汽化流体已在储存罐114内充分减少。更具体地说，汽化减轻系统可确定储存温度已降低到低于额外温度阈值，储存压力已降低到低于额外压力阈值和/或节能器阀已切换到第二状态。因此，汽化回路和/或节能器阀可以被配置为至少基于储存温度被降低到低于附加温度阈值和/或储存压力被降低到低于附加压力阈值来防止汽化流体被提供给备用动力系统128和备用动力系统被停用。
在框516处，汽化减轻系统可以被配置为确定汽化流体已被充分减少和/或减轻且返回以在框502处监视储存罐114和低温流体。
工业实用性
在诸如数据中心的大型设施中，备用动力可由氢驱动发动机(或燃料电池)提供，氢驱动发动机消耗氢作为燃料以向设施提供动力。与通常用作备用动力的柴油发电机组相比，氢驱动发动机(或燃料电池)可提供更低的碳排放、更清洁的应急动力和可替代燃料源。因为液态氢必须在非常低的温度下储存，所以储存氢可涉及精确的控制方案和储存罐的维护(例如，储存温度和储存压力)。本发明的系统和方法提供了节能器阀和汽化回路，该节能器阀和汽化回路能够使否则将被排放到大气中的汽化氢被备用动力系统消耗以发电。例如，在本文描述的系统可以确定汽化氢已经在储存罐内累积，使得储存罐的储存压力接近最大压力阈值。另外，本文所述的系统可确定将从储存罐获得汽化氢，导向至备用动力系统，并且启动备用动力系统以消耗汽化氢并发电。由于备用动力系统的激活，汽化氢可以用于减少从电网或其他主动力系统接收的动力量，同时利用否则将被浪费的氢。因此，可以利用为备用动力系统购买的更大量的氢，并且可以经由汽化氢来补贴设施的动力成本。
作为本文描述的技术的结果，本发明的各种系统可以减轻或防止由于储存罐的自然升温引起的氢损失。储存罐的自然升温使储存的液态氢汽化成气态氢，这增加了储存罐的内部压力和温度。替代排放气态氢(导致定期购买或生成的氢的浪费)，汽化氢可由动力系统的至少一部分收集和处理，该动力系统在主动力系统失效(例如，电网下降且不能向设施提供动力)的情况下保持备用。通过经由现有系统(例如，监视节能器阀的状态)和/或储存罐传感器(例如，压力传感器，温度传感器等)监视氢，汽化控制器和/或储存罐控制器可识别累积的汽化氢并使汽化氢从储存罐提取并提供到备用动力系统。结果，所公开的系统能够保持储存在备用动力的储存罐内的氢，而无需排放汽化氢以将储存罐保持在适当的储存压力。
虽然已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离所公开的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和方法的修改来设想各种附加实施例。这些实施例应当被理解为落入基于权利要求及其任何等效物确定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种系统(100)，包括：
储存罐(114)，被配置为储存两相混合物中的低温氢；
液化系统(112)，被配置为接收来自外部源的输入氢并将所述低温氢以液相提供到所述储存罐(114)；
节能器阀(118)，包括第一状态和第二状态，所述第一状态和所述第二状态使所述低温氢从所述储存罐(114)获得并提供给备用动力系统(128)，其中：
所述节能器阀(118)的所述第一状态使得所述低温氢以气相提供给所述备用动力系统(128)；以及
所述节能器阀(118)的所述第二状态使得所述低温氢以所述液相被提供给所述备用动力系统(128)；以及
汽化控制器(136)，被配置为确定所述低温氢的储存压力是否超过与所述储存罐(114)相关联的压力阈值，所述汽化控制器(136)被配置为：
使所述气相中的所述低温氢从所述储存罐(114)获得；以及
使所述气相中的所述低温氢被引导至所述备用动力系统(128)。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，进一步包括：
汽化通道(138)，被配置为从所述储存罐(114)接收所述气相中的所述低温氢并将所述低温氢导向至所述备用动力系统(128)以供消耗；以及
汽化阀(134)，与所述汽化控制器(136)可操作地连接且可操作以流体连接所述汽化通道(138)与所述储存罐(114)，所述汽化阀(134)被配置为允许所述气相中的所述低温氢经由所述汽化通道(138)从所述储存罐(114)传递到所述备用动力系统(128)。
3.根据权利要求1所述的系统(100)，进一步包括与所述储存罐(114)相关联的压力传感器(304)，所述压力传感器(304)被配置为确定所述低温氢的所述储存压力并将所述储存压力的指示传输到所述汽化控制器(136)。
4.根据权利要求1所述的系统(100)，其中所述汽化控制器(136)进一步被配置为：
在第一时间从与所述储存罐(114)相关联的压力传感器(304)接收所述储存压力的第一指示；
至少基于所述第一指示确定所述储存压力超过所述压力阈值；
使汽化阀(134)将所述储存罐(114)与所述备用动力系统(128)流体连接，并使所述气相中的所述低温氢从所述储存罐(114)经由所述汽化阀(134)流至所述备用动力系统(128)；
在所述第一时间之后的第二时间从所述压力传感器(304)接收所述储存压力的第二指示；
至少基于所述第二指示确定所述储存压力小于附加压力阈值；以及
使所述汽化阀(134)基本上防止所述低温氢被提供到所述备用动力系统(128)。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述节能器阀(118)与节能器状态传感器(308)相关联，所述节能器状态传感器(308)被配置为确定所述节能器阀(118)状态并将所述节能器阀(118)状态的指示传输到所述汽化控制器(136)。
6.根据权利要求5所述的系统(100)，其中，所述汽化控制器(136)：
在第一时间接收所述节能器阀(118)处于所述第一状态的第一指示；
至少基于所述第一指示，使流量阀(328)将所述储存罐(114)与所述备用动力系统(128)流体连接，并允许所述气相中的所述低温氢从所述储存罐(114)流向所述备用动力系统(128)；
在所述第一时间之后的第二时间接收所述节能器阀(118)处于所述第二状态的第二指示；以及
至少基于所述第二指示，使所述流量阀(328)基本上防止所述低温氢从所述储存罐(114)流向所述备用动力系统(128)。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，其中：
所述流量阀(328)是可操作地连接到所述汽化控制器(136)的汽化阀(134)；
所述汽化控制器(136)操作所述汽化阀(134)以打开将所述备用动力系统(128)与所述储存罐(114)流体连接的流体通道；以及
所述流体通道允许所述低温氢从所述储存罐(114)经由流体通道流向所述备用动力系统(128)。
8.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述节能器阀(118)进一步包括：
可操作地连接到所述汽化控制器(136)的气体流量阀(328)，所述气体流量阀(328)具有第一状态，在所述第一状态中，所述气体流量阀(328)被配置为允许所述气相中的所述低温氢经由所述节能器阀(118)从所述储存罐(114)流向所述备用动力系统(128)；以及
可操作地连接到所述汽化控制器(136)的液体流动阀(126)，所述液体流动阀(328)具有第二状态，在所述第二状态中，所述液体流动阀(126)被配置为在从主动力系统(132)接收动力时防止所述液相低温氢经由所述节能器阀(118)从所述储存罐(114)流向所述备用动力系统(128)。
9.一种方法，包括：
在第一时间监视与储存罐(114)内的氢的量相关联的储存压力；
至少基于所述储存压力确定氢的量满足升高的温度阈值或升高的压力阈值中的至少一个；
至少基于所述升高的温度阈值和所述升高的压力阈值确定将从所述储存罐(114)提取所述汽化氢并将其提供到备用动力系统(128)，其中，所述备用动力系统(128)被配置为消耗所述汽化氢并减少与主动力系统(132)相关联的动力需求；
使一个或多个流量控制装置从所述储存罐(114)提取所述汽化氢并将所述汽化氢转移到所述备用动力系统(128)；以及
在所述第一时间之后的第二时间监视与所述储存罐(114)内的所述氢的量相关联的储存压力；以及
至少基于所述储存压力满足降低的温度阈值或降低的压力阈值，使所述一个或多个流量控制装置基本上防止所述汽化氢转移到所述备用动力系统(128)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
在所述第一时间监视所述储存压力包括从状态传感器(308)接收节能器阀(118)已经切换到第一状态的第一指示，所述节能器阀(118)被配置为当所述储存压力超过所述升高的压力阈值时切换到所述第一状态；以及
在所述第二时间监视所述储存压力包括从所述状态传感器(308)接收所述节能器阀(118)已经切换到第二状态的第二指示，所述节能器阀(118)被配置为当所述储存压力小于所述减少的压力阈值时切换到所述第二状态。
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