專利名稱：加氫燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及給儲存罐中加氣態(tài)加壓氫燃料的方法。
背景技術(shù)：
用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的一般方法特別用于給機動車儲存罐填充加 壓氫。
目前主要有三種不同的方法用于給儲存罐填充氣態(tài)加壓氫。 壓力補償方法通過壓縮機或低溫泵由供氫系統(tǒng)給多個氣體緩沖罐充 入不同的壓力水平，所述供氫系統(tǒng)可以是罐或儲存罐或者是管道。通過氣 體緩沖罐和儲存罐之間的壓力補償將氫氣充入儲存罐中直至達(dá)到最后的加 燃料壓力，從而進行由這些氣體緩沖罐對(機動車)儲存罐的填充。
升壓方法通過壓縮機將所需要產(chǎn)量的氫從供氫系統(tǒng)直接充入到(機 動車)儲存罐中。
實踐中，也使用由上述兩種方法組成的混合系統(tǒng)。在使用這些混合系 統(tǒng)時，首先通過壓力補償從氣體緩沖罐對儲存罐進行部分填充，然后用升 壓方法將儲存罐填充到期望的最終壓力。
上述用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法可以在15°C下將儲存罐填充到
700bar的壓力。然而這種方法的問題是對于不同體積的待填充的(機動車) 儲存罐，并不能總是完成填充過程而不發(fā)生對儲存罐不期望的超量填充和/ 或過度加熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法，所述方法 使得用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐成為可能，并且是能源最優(yōu)化的。另外，可 以盡可能地避免氫的損失。
為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出一種用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法，射a) 將從儲存罐取出的液態(tài)氫壓縮至平均壓力并暫時儲存在緩沖罐中，b) 壓縮積聚在所述儲存罐中的蒸發(fā)氣體(boil-off gas)并暫時儲存在 所述緩沖罐中，c) 首先在待填充的儲存罐和緩沖罐之間進行壓力補償，禾口d) 隨后將緩沖罐中的氫氣壓縮至期望的儲存壓力并供應(yīng)到儲存罐中，e) 其中所述對氫氣的壓縮和對蒸發(fā)氣體的壓縮通過一臺壓縮機或通過 兩臺壓縮機來實現(xiàn)。在實踐中，特別是如果所使用的壓縮機在入口側(cè)和出口側(cè)可以處理不 同的壓力水平，將僅使用一臺壓縮機來壓縮氫氣以及蒸發(fā)氣體。如果不是 這種情況或者有其它的考慮，也可以提供兩臺壓縮機用于不同的壓力水平。本發(fā)明用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法的其它有利實施方案的特征在于，-所述平均壓力為100-600bar,優(yōu)選為200-450bar，-對從儲存罐取出的氫的壓縮是通過低溫活塞泵進行的，-從儲存罐中取出的氫的量使得其經(jīng)壓縮以填充至緩沖罐中的90%，優(yōu)選80%，從而對蒸發(fā)氣體可以保證充足的儲存容量，-對液態(tài)氫的儲存是在至少一個真空絕熱的儲存罐中，和-待填充的儲存罐是機動儲存罐，特別是機動車、軌道車或飛機的儲存罐。本發(fā)明用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法需要液態(tài)氫的供應(yīng)。為此，通 常將所述液態(tài)氫暫時儲存在真空絕熱的儲存罐中。出于多種原因，這種供應(yīng)似乎是適應(yīng)加氫站的量情形的最切合實際的方案-目前不存在氫管道網(wǎng)絡(luò)，通過其可當(dāng)場提供充足量的氫。 -原地儲存氣態(tài)氫是不利的，因為空間要求太大。-在購買量上的波動可通過相應(yīng)的后勤概念靈活地進行補償，這與石 油工業(yè)中得到很好證明的后勤概念是相適應(yīng)的。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明，將從儲存罐取出的液態(tài)氫壓縮至平均壓力，并暫時儲存在一個或多個緩沖罐中。對從儲存罐取出的液態(tài)氫的壓縮這里優(yōu)選通過低溫活塞泵來進行。目前低溫壓縮泵能壓縮至450bar的壓力。術(shù)語"平均壓 力"應(yīng)理解為壓力是100-600bar，優(yōu)選是200-450bar。大部分的壓縮工作是 用本發(fā)明的方法以能量有利的方式通過液態(tài)氫來進行的。這種液體壓縮的 能量要求僅僅是氫氣壓縮的能量要求的約20%。將以這種方式壓縮的氫暫時儲存在一個或多個緩沖罐中。提供多個不 同壓力水平下的緩沖罐被稱為所謂的銀行系統(tǒng)(banking system)。有利的是，從儲存罐中取出的氫的量使得其經(jīng)壓縮以填充至緩沖罐中 的90%，優(yōu)選80%。以此來保證經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體也可暫時儲存在緩沖罐 中。所謂的蒸發(fā)行為對于所有由儲存罐、泵等構(gòu)成的低溫系統(tǒng)都是要考慮 的。這意味著通過從環(huán)境照射到低溫系統(tǒng)上的熱氫被蒸發(fā)。由于氣體相當(dāng) 大的膨脹，這導(dǎo)致低溫系統(tǒng)中壓力增加。為避免此，必須將被認(rèn)定是蒸發(fā) 氣體的該氣體從系統(tǒng)中排出。因此通常儲存罐包括管道通向外界，并一旦 達(dá)到特定的壓力值就通過該管道排出蒸發(fā)氣體。然而，該方法導(dǎo)致該部分 儲存氫未經(jīng)使用就損失掉了。根據(jù)本發(fā)明，所述積聚在儲存罐中的蒸發(fā)氣體也經(jīng)過壓縮并暫時儲存 在所述一個或多個緩沖罐中。為此所需要的壓縮機，在達(dá)到特定的可調(diào)節(jié) 的壓力值時，優(yōu)選自動壓縮所述蒸發(fā)氣體。為了填充儲存罐，根據(jù)本發(fā)明首先在待填充的儲存罐和緩沖罐之間進 行壓力補償。如果使用通常包括三個緩沖罐的銀行系統(tǒng)，將氫氣順序由低 壓、平均壓力和高壓緩沖罐中填充到待填充的(機動車)儲存罐中。為避免過度加熱待填充的儲存罐，由于負(fù)面焦耳-湯普遜效應(yīng)和對氫的 絕熱壓縮，在填充之前將氣態(tài)氫預(yù)先冷卻至約-40。C的溫度。這優(yōu)選通過使 用主動冷卻系統(tǒng)來進行。通常，還進行控制來確保對氫流的量的限制，使 得所述一個或多個緩沖罐和待填充的儲存罐之間的壓力差不會變得太大以 至于超出最大質(zhì)量流。由一個或多個緩沖罐填充(機動車)儲存罐之后，儲存罐壓力通常達(dá) 到350-400bar，其中所述儲存罐壓力最終取決于所述一個或多個緩沖罐的填 充水平。此后，根據(jù)本發(fā)明將緩沖罐中的氫壓縮至期望的最終壓力并供應(yīng)給待 填充的儲存罐，從而將(機動車)儲存罐填充到期望的最終壓力。根據(jù)本 發(fā)明，所述對氫的壓縮是通過用于壓縮蒸發(fā)氣體的同一壓縮機來完成的。 該方法的優(yōu)勢是一臺壓縮機可以承擔(dān)兩臺壓縮機的任務(wù)。為了在實踐中可 以操作，該壓縮機必須整合到本發(fā)明的方法中使得根據(jù)當(dāng)前任務(wù)要求在其 兩個工作任務(wù)之間優(yōu)選可以實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換。這里問題是兩個工作任務(wù)的性能數(shù)據(jù)不同。在壓縮蒸發(fā)氣體的情況下，入口壓力為0-12bar，壓縮產(chǎn)量為20-100m3/h，最終壓縮壓力為約300bar。 在第二個填充步驟中要進行的對來自緩沖罐的氫的壓縮目前包括以下性能 數(shù)據(jù)入口壓力為300bar，壓縮產(chǎn)量為1200-2000m3/h，最終壓縮壓力在85°C 下為875bar —這相當(dāng)于在15°C下壓力為700bar。對于相同的幾何壓縮體積(壓縮室)和10-20倍的入口壓力，流量相 應(yīng)增加10-20倍，由于這個事實，設(shè)計用于本發(fā)明的壓縮機使得其在入口側(cè) 和出口側(cè)能夠處理低壓力水平以及高壓力水平。如果本發(fā)明用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法在加氫站實施，該方法使 得能夠進行有效操作，特別是在過渡期，這時每個站點提供較少的車輛。 對于少量的車輛，沒有必要"冷卻"用于壓縮從儲存罐取出的液態(tài)氫的低 溫泵。術(shù)語"冷卻"這里應(yīng)理解為將低溫泵通過液態(tài)氫冷卻至-253。C的操 作溫度并維持該溫度。由于低的壓縮量，所提供的壓縮機足以給這些車輛 加燃料。如果車輛數(shù)增加，將低溫泵冷卻，然后以大產(chǎn)量進行主要的壓縮 工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法具有以下多 個優(yōu)勢-能源方面是有利的，低溫壓縮 -沒有蒸發(fā)氣體的損失 -由于壓縮機的構(gòu)造小巧，對空間要求小 -由于高的生產(chǎn)力，僅需要較小體積的緩沖容器 -特別是由于低溫泵/壓縮機結(jié)合的方案，對于抽出(draw-off)的量 和利用的概念具有高度的靈活性-存在系統(tǒng)冗余(system redundancy)，因為在低溫泵故障或維護時 可通過壓縮機用較低體積流進行操作，而在壓縮機故障時可通過泵進行操 作；因此可至少填充至約400bar的平均壓力。
權(quán)利要求
1. 一種用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法，其中a)將從儲存罐取出的液態(tài)氫壓縮至平均壓力并暫時儲存在緩沖罐中，b)壓縮積聚在所述儲存罐中的蒸發(fā)氣體并暫時儲存在所述緩沖罐中，c)首先在所述待填充的儲存罐和緩沖罐之間進行壓力補償，和d)隨后將所述緩沖罐中的氫壓縮至期望的儲存壓力并供應(yīng)到所述儲存罐中，e)其中所述對氫的壓縮和對所述蒸發(fā)氣體的壓縮通過一臺壓縮機或通過兩臺壓縮機來實現(xiàn)。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述平均壓力為100-600bar， 優(yōu)選為200-450bar。
3. 權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對從儲存罐取出的 液態(tài)氫的壓縮是通過低溫活塞泵進行的。
4. 權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，從所述儲存罐中取出 的氫的量使得其經(jīng)壓縮以填充至緩沖罐的90%,優(yōu)選80%。
5. 權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，將所述液態(tài)氫儲存在 至少一個真空絕熱的儲存罐中。
6. 權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述待填充的儲存罐 是機動儲存罐，特別是機動車、軌道車或飛機的儲存罐。
全文摘要
本發(fā)明描述的是一種用氣態(tài)加壓氫填充儲存罐的方法。根據(jù)本發(fā)明，a)將從儲存罐取出的液態(tài)氫壓縮至平均壓力并暫時儲存在緩沖罐中，b)壓縮積聚在所述儲存罐中的蒸發(fā)氣體并暫時儲存在所述緩沖罐中，c)首先在待填充的儲存罐和緩沖罐之間進行壓力補償，和d)隨后將緩沖罐中的氫氣壓縮至期望的儲存壓力并供應(yīng)到儲存罐中，e)其中所述對氫氣的壓縮和對蒸發(fā)氣體的壓縮通過一臺壓縮機或通過兩臺壓縮機來實現(xiàn)。
文檔編號F17C5/00GK101504112SQ200910006608
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者H·克勞斯, W-H·雷澤 申請人:林德股份公司