用于填充气罐的方法和站的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于填充气罐的方法和站。
[0002]本发明更具体地涉及经由填充站用加压氢气填充一罐的方法，所述填充站包括至少一个缓冲容器以及连接到所述至少一个缓冲容器的流体线路，所述填充站的线路包括连接到至少一个气态氢气源的第一端，该第一端用于通过从所述源产生的气体对所述至少一个缓冲容器进行填充，所述线路包括第二端，该第二端配备有用于可拆卸地连接到待填充来自所述至少一个缓冲容器的氢气的所述罐的输送管道，所述方法包括冷却步骤，通过在冷源和氢气之间传递冷量对供给到所述罐的氢气进行冷却。
【背景技术】
[0003]通常通过利用处于高压(例如200，300，450或850巴)的缓冲容器与待填充的罐之间的相继平衡来执行对处于高压(例如300至800巴)的燃料气体(特别是氢气)的罐的快速填充(通常15分钟以内)。这种填充在必要时可以通过一个或多个压缩机加以增补或补充。
[0004]为了限制由于压缩的绝热性质造成所述罐中温度升高，燃料气体在进入所述罐之前被冷却到例如-40 °C左右的温度。该冷却通常经由被供给制冷剂或低温流体的热交换器执行。这些方法在文献中有大量描述。
[0005]例如可以参考文献FR 2919375 Al，FR 2973858 A1 和 FR 2919375 A1，所述文献描述本发明可适用的填充站。
[0006]安装在车辆中的适用这种氢燃料的燃料电池(特别是“PEMFC”类型)必须被供给非常纯的氢气。大量文献描述了氢气中的杂质(例如水，C0，H2S)对燃料电池的性能和使用寿命的影响。因此开发出严格的标准以确保输送到罐的氢气不损伤电池(参见例如ISO14687-2 标准)。
[0007]已知的且相对便宜的工业制造过程使得不可能持续地确保这种程度的纯度。
[0008]为了保证氢气的纯度水平，有必要在填充站的上游添加特别昂贵的净化步骤，例如在低温操作的吸附床层或钯膜上净化。
[0009]另一个解决方案包括向填充站供给液态——因此非常纯——的氢气，或通过电解。然而这些解决方案很昂贵。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是缓解现有技术的上述缺点的全部或一部分。
[0011]为此，根据本发明并且根据上述的前序部分给出的一般定义的方法，本质上其特征在于，该方法包括在由所述源供给的氢气被输送到至少一个缓冲容器之前在净化部件中净化该氢气的步骤，并且在于，该方法包括在净化步骤之前和/或过程中从所述冷源向氢气传送冷量的步骤。
[0012]这使得有可能使用通过利用完全整合到填充站的标准技术或非标准技术的净化系统与填充站中的燃料电池的规格先验不相容的氢气源。
[0013]用于冷却填充气体和冷却净化系统的冷源(冷组)的结合使用允许进行节约和使所述站特别有效地运行。
[0014]此外，本发明的一些实施例可包括一个或多个下列特征:
[0015]-冷源与供给到罐的氢气之间的冷量传递经由与线路的氢气进行热交换的第一热交换器以及用于使热传递流体在冷源和第一热交换器之间循环/流通的环路执行，
[0016]-在净化步骤之前和/或过程中从所述冷源到氢气的冷量传递经由进行热交换的第二热交换器以及用于使热传递流体在冷源和第二热交换器之间流通的环路执行，
[0017]-净化步骤使用至少一个净化部件，其选自:变压吸附(PSA或TSA)分离装置，
[0018]-冷源包括以下至少一种:液化气如氮气的储备，各种质量浓度的乙二醇水溶液，氨溶液，丙烷，或任何其它制冷剂，
[0019]-填充站的线路包括至少一个压缩部件，其用于压缩加压气体以填充所述至少一个缓冲容器，
[0020]-该方法包括在压缩部件的出口处的压缩气体和净化部件之间传递热量的步骤，
[0021]-所述净化部件根据一循环进行操作，该循环包括气体净化阶段和再生阶段，在压缩部件的出口处的压缩气体与净化部件之间传递热量的步骤在净化部件的再生阶段过程中执行，
[0022]-用于从压缩部件的出口处的压缩气体向净化部件选择性地传递热量的线路包括定位于压缩部件的出口处的与压缩部件的出口处的气体进行热交换的第三热交换器，以及使第三热交换器选择性地连接至净化部件和/或第二热交换器的热传递流体管道。
[0023]本发明还涉及一种用于加压气态氢罐的填充站，该填充站包括:设置成用于容纳加压气态氢的至少一个缓冲容器；具有多个阀的流体线路，所述线路被连接至所述至少一个缓冲容器并包括用于连接到至少一个气态氢源以便能够通过由至少一个源供给的气体填充所述至少一个缓冲容器的第一端，所述线路还包括第二端，该第二端包括用于可拆卸地连接至罐以便从所述至少一个缓冲容器填充所述罐的填充管道；所述站包括冷量的冷源以及用于从冷源向线路第二端的氢气选择性地传递冷量的线路；所述站还包括用于从冷源向净化部件的上游和/或同级(水平，niveau)的线路第一端的氢气选择性地传递冷量的线路。
[0024]根据其它可能的具体特征:
[0025]-用于从冷源向线路第二端的气体选择性地传递冷量的线路包括与线路的气体进行热交换的第一热交换器，和用于在冷源与第一热交换器之间流通热传递流体的环路，
[0026]-用于从冷源向净化部件的上游或同级的线路第一端的氢气选择性地传递冷量的线路包括进行热交换的第二热交换器和用于在冷源与第二热交换器之间流通热传递流体的环路，
[0027]-第一热交换器和第二热交换器被结合在同一个外壳中，
[0028]-填充站的线路包括至少一个压缩部件，例如压缩机，以便压缩氢气从而填充所述至少一个缓冲容器，所述净化部件包括根据一循环运行的一个或多个变压吸附型吸附剂床层，所述循环包括气体净化阶段和再生阶段，并且所述站包括用于从压缩部件出口处的压缩气体向净化部件选择性地传递热量的线路，
[0029]-所述净化部件包括变压吸附(PSA或TPSA)分离装置，其包括循环且交替运行类型的数个吸附剂床层，特别是使用变温和变压吸附(TPSA)的类型的装置。
[0030]本发明也可以涉及包括上文或下文的特征的任意组合的任何替代装置或方法。
【附图说明】
[0031]其它具体特征和优点将通过阅读以下参照附图给出的描述变得显而易见，在附图中:
[0032]-图1是示意性局部视图，示出了根据本发明的一个可能的示例性实施例的填充站的结构和运行，
[0033]-图2是示意性局部视图，示出了根据另一可能的实施例的图1的站的细节。
【具体实施方式】
[0034]通过非限制性示例的方式示出的填充站100是设置成用于在高压下(例如在300和850巴之间的压力)填充气态氢的罐8的站。
[0035]传统地，填充站100包括数个缓冲容器1，2 (在这个非限制性示例中为两个，但可以是一个、三个或三个以上)。
[0036]每个缓冲容器1、2是设置用于容纳被加压至例如分别为450巴和850巴的给定压力的气态氢的一个或一组罐。站100包括流体线路11、12、18、4、6，所述流体线路包括多个管道和阀。该线路被连接到缓冲容器1、2。该线路包括用于连接到至少一个气态氢源14以便能够用来自源14的气体填充缓冲容器1、2的第一端4。
[0037]氢气的源14可常规地包含以下至少一种:处于1.3bar abs(巴，绝对压力)至200bar abs之间的压力下的氢气网络，以及用于产生氢气的部件如电解槽，天然气重整装置(“SMR”)，甲醇裂化装置，自热重整(“ATR”)装置，部分氧化(“Ρ0Χ”)装置等。
[0038]所述线路包括配备有至少一个填充管6的第二端，该填充管旨在(经由适当的连接器66)可拆卸地连接至待填充的罐8。
[0039]更具体地，缓冲容器1、2经由各自的阀11、12并联连接至填充管6。
[0040]同样，一个、两个或两个以上的气体源14可以经由各自的阀并联连接至填充管6 (在第一端)。
[0041]填充管6可在连接器66的上游包括压缩机7。当然，也可以设想并联或串联的若干个压缩机。
[0042]压缩机7可配备有上游阀和下游阀(为简化起见未显示)。
[0043]如图所示，可设置用于绕过压缩机7的旁通管18。旁通管18可包括两个阀20和19，并且可以是将缓冲容器1、2连接至填充管6的收集管。
[0044]这个旁通管18也使得能够经由压缩机7填充缓冲容器1、2。
[0045]站100还在第一端4包括用于净化由所述源提供的氢气的部件9、10，其优选处于压缩机7的上游。净化部件优选包括已知的变温和变压吸附(TPSA)分离装置，该分离装置包括一个和优选多个吸附剂床层(分子筛和/或活性炭)。例如，并且如图所示，净化部件9、10包括并行定位在线路中的两个吸附剂床层(沸石或其他)。由源14提供的气体通过阀系统被交替地接纳到吸附器9、10的一个然后另一个内，吸附器9、10交替运行(吸附期间，一个在相对高温和低压的条件下再生，另一个在相对低温和高压的条件下吸附)。例如，其可以是具有同轴床层的TSA类型。为简化起见，图1未示出用于确保罐9和10的压力下降或温度上升以及从吸附器9、10中的一个向另一个过渡到生产模式所需的(而且已知的)所有管道和阀。
[0046]所述站100还在输送管6包括对供给到罐8的气体进行选择性冷却(即，受控冷却)的系统(例如氢气被冷却到_196°C至-40°C之间的低温)。如图1所示，该冷却可常规地经由与线路的气体进行热交换的第一热交换器3和用于在冷源5与第一热交换器3之间流通/循环热传递流体的环路33来执行。传统地，这种流通环路33可包括为简化起见未显示的阀和/或栗。
[0047]冷源5可包括以下至少一种:液化气如氮气的储备，各种质量浓度的乙二醇水溶液，氨水溶液，丙烷，或任何其它合适的制