专利名称：给罐填充加压气体的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于给罐填充加压气体/压縮气体的方法。 本发明更具体地涉及一种使用填充站给罐填充加压气体、特别是给车辆的罐内填 充氢的方法，所述填充站包括用于容纳加压气体和通过相继压力平衡阶段来填充该罐的多 个缓冲容器和用于产生加压气体以及用于从流体源填充所述缓冲容器的装置。
背景技术：
通常通过利用多个处于高压的缓冲容器的相继压力平衡来执行对安装在车辆上 的处于高压(特别是大于700bar)的罐的快速填充(通常小于15分钟，例如(使用)用于 装有燃料电池的车辆的氢气)。 一般在待填充的目标罐和处于递增的压力下(例如200bar、 然后300bar、然后450bar然后850bar)的缓冲容器之间提供一系列压力平衡来实现"分级" 填充。 这种公知的方法在文献中有大量描述，特别是针对天然气或氢的应用。 但是，已知的通过压力平衡的填充方法需要大量高压容器。这从而增加了泄露的
危险和必须储存在站点内的气体量。特别地，通过这种方法，固定的气体量约是该站点使用
的每日平均消耗量的三倍。特别是在气体是易燃或危险的情况下，这可能需要提交特别许
可请求。 此外，通过这种方法，为了对多个车辆相继填充而无过长的等待时间，需要增加可 用的高压缓冲容器的数量，并从而需要增大填充站的规模。 根据另一已知的被称为"慢填充"(例如比15分钟更长)的填充技术中，气体被从 低压氢源经由压縮机直接引入罐中。 实际上，这种"直接压縮"填充方法不能在少于15分钟内实现罐的填充，除非使用 很大的压縮机(或低温泵)，这需要很高的电功率(例如对于液泵约为70KW，而对于压縮机 大于300KW)。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的全部或部分缺点。 为此，本发明的方法——该方法和上述介绍中给出的总体定义一致——的重要的
特征在于，其包括通过从缓冲容器传输气体和同时通过直接从所述源经由气体发生装置传 输气体来填充罐的步骤。
此外，本发明的实施例可包括以下特征中的一个或多个-在至少一个缓冲容器和罐之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，加压气体发 生装置直接给罐供给气体，-加压气体发生装置和缓冲容器并行地连接于用于连接至所述罐的公共供给管 路，-加压气体发生装置包括压縮机；所述源连接于加压气体发生装置，且包括下列
3中的至少一个可动的加压气体容器、用于合成或生产所述气体的系统、用于分配所述气体 的网络、缓冲容器中的至少一个， _加压气体发生装置包括连接至缓冲容器的压縮机；在至少一个第二缓冲容器 (3)和罐之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，压縮机从包括第一缓冲容器(2)的气体 源给罐供应气体，-在压力平衡过程中，被压縮机用作源的第一缓冲容器不同于第二缓冲容器，-缓冲容器在被用于与罐的压力平衡后相继地被压縮机用作所述源，-缓冲容器的至少一部分经由包括至少一个截止阀的管路连接至压縮机的吸入
□，-加压气体发生装置包括低温回路，该低温回路包括泵和蒸发/加压系统；所述源 连接至气体发生装置且包括处于低温的液化气体罐。
结合附图，从以下描述中可显见其它特征和优点，其中-图1在一个视图中示出了根据本发明的填充系统的多个可供选择的实施例的结 构和运行方式， _图2示出了图1的填充系统的替换实施例的结构和运行方式的示意图，
-图3示出了根据本发明的填充系统的第二实施例的结构和运行方式的示意图，
-图4示出了根据本发明的填充系统的第三实施例的结构和运行方式的部分示意 图。
具体实施例方式
图1中示出的填充系统站1通常包括两个气体缓冲容器2、3(或"缓冲罐")，这两 个气体缓冲容器并行地连接至用于连接至待填充的罐ll的入口的供给管路6。为简化起 见，待填充的罐ll示意性地表示为车辆。每个缓冲容器2、3经由各自的阀V4、V5以及还包 括阀V3的公共管路16连接至供给管路6。 站1还包括位于填充管路6中的至少一个压縮机5。压縮机5的入口流体地连接 于至少一个气体源14、24、34。压縮机5的出口例如经由压力控制器PCVl(压力和/或流量 控制阀)流体地连接于填充管路6。压縮机5通常设计成确保通过使用由源14、24、34供应 的低压气体来填充缓冲容器2、3。在图1的示例中，三个源14、24、34经由各自的阀并行地 连接至压縮机5的入口 (例如气瓶半挂车或高压气瓶架的可动的加压气体容器14、用于合 成或生产所述气体的系统24、用于分配所述气体的网络34)。 明显地，且如图2所示，通常需要单个气体源(例如由管路表示的可用的网络34)。
气体源14、24、34也可经由包括阀V2的管路26直接连接至供给管路6 ("直接"表 示没有经过压縮机5)。例如，源管路26连接至阀V3上游的缓冲容器2、3的公共管路16。 此源管路26在需要时用于在源34和缓冲容器2、3或罐11之间提供第一压力平衡。
因此，提供压縮机5以便以不同的存储压力加载缓冲容器2、3。当缓冲容器2、3被 填充时，可通过已知的相继压力平衡方法填充罐ll(以递增的存储压力的顺序一个接一个 地使用缓冲容器2、3)。在一次或多次填充后，缓冲容器2、3可通过上述方法被再次填充。通常也可填充缓冲容器2、3中的一个，而缓冲容器2、3中的另一个用于填充罐11。
根据本发明的有利的特征，站l同时执行将气体从缓冲容器2、3传输至罐11的操 作和从源34经由压縮机5直接传输气体的操作("直接"表示该气体不经过缓冲容器)。 在压力平衡阶段期间，供给管路6因此同时接收由压縮机5供应的气体和由缓冲容器2、3 供应的气体。 从而，本发明允许经由压縮机5以及同时利用来自高压容器2、3的附加气体输入 进行特别快速的填充。 因此，本发明用于执行利用压縮机5的快速填充，该压縮机5与设计成直接通过自 身来填充罐11的压縮机器相比具有较小的尺寸和功率。本发明还用于减小缓冲容器2、3 的储存容量的大小。根据本发明的站l还允许进行根据现有技术的被称为"部分"的填充， 即，并不将压縮机5作为辅助供应方式同时运行(特别是在维护或故障情况下)。
在结合图2描述的运行方式的示例中，可按照以下步骤填充罐11。在第一阶段中， 站1被控制成执行第一缓冲容器2 (具有最低压力但是比罐11的压力高的缓冲容器)和罐 11之间的第一压力平衡。为了增加传输的气体量，压縮机5在此平衡阶段期间运行且同时 供应填充管路6。 在第二阶段中，站1控制罐11和第二缓冲容器3之间的第二压力平衡。在第二阶 段期间，压縮机5也被启动以便同时参与填充。 在本文描述的示例中，仅示出了两个缓冲容器2、3。明显地，本发明并不限于这种 构造，且例如可包括多于两个缓冲容器2、3。 图3示出了本发明的第二实施例的示例，其中，在缓冲容器3和罐11之间压力平 衡的同时，压縮机5从另一缓冲容器2 (且不再从上述"常规"源14、24、34之一 )供应补充 气体。 例如，压縮机5通过从"倒数第二高压缓冲容器"2 (在压力平衡期间已经和罐11 一起使用的那个缓冲容器)抽取气体来执行同时的气体补充。明显地，为了提高效率，仅当 缓冲容器2容纳有压力甚至高于"常规"源34的压力的气体时，此缓冲容器2才优选地用 作压縮机5的气体源。根据这种方法实现由压縮机提供补充填充气体，该方法和已知的方 案相比有所改进，这是因为进入压縮机的气体的吸入压力相对较高，且适于实时地适应各 个平衡阶段以及可用的压力。此外，这增加了压縮机的传输量。 在此实施例中，站1可提供至少一个管路22、33，该管路将至少一个缓冲容器2、3
与压縮机5的入口相连。这些管路22、33优选地包括各自的阀V7、 V8 (参见图3)。 图4示出了本发明的第三实施例，其中低压气体源和压縮机5被液化气体储存罐
44代替，该液化气体储存罐与液化气体的泵送系统15以及蒸发系统116相关联。 通过回路15从储存罐44抽取低温液体，该回路自身为已知的，且为简洁起见并未
详细示出。然后低温液体在供给管路6的上游(热交换器116)蒸发。 如上文所述，两个缓冲容器2、3通过管路16连接于供给管路6。为简化起见，此液
体储存单元44的控制装置和回路由方块144表示。类似地，为了简化起见，并未在供给管
路6上示出已知的控制部件(阀、传感器、过滤器、安全装置等)。 因此，可很容易地理解，在具有简单和并不昂贵的结构的同时，本发明用于增加在 填充过程中被传输的气体的流率以縮短填充时间，并减小站点中的固定的填充气体的日常
5容量。本发明特别用于改进现有站点的运行,
权利要求
一种使用填充站(1)给罐(11)填充加压气体、特别是给车辆的罐(11)内填充氢的方法，所述填充站包括-多个缓冲容器(2，3)，该多个缓冲容器用于容纳加压气体和通过相继压力平衡阶段来填充所述罐(11)；-用于产生加压气体和用于从流体源(14，24，34，44)填充所述缓冲容器(2，3)的装置(5；15，16)；其特征在于，该方法包括通过从缓冲容器(2，3)传输气体和同时通过直接从所述源(14，24，34)经由气体发生装置(5；15，16)传输气体来填充罐(11)的步骤；加压气体发生装置包括连接至缓冲容器(2，3)的压缩机(5)；在至少一个第二缓冲容器(3)和罐(11)之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，压缩机(5)从包括第一缓冲容器(2)的气体源给罐(11)供应气体，缓冲容器(2，3)在被用于与罐(11)的压力平衡之后相继被压缩机用作所述源。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，在至少一个缓冲容器(2，3)和罐(11)之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，加压气体发生装置(5 ;15， 16)直接给罐(11)供给气体。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，加压气体发生装置(5 ;15,16)和缓冲容器(2，3)并行地连接于用于连接至所述罐(11)的公共供给管路(6)。
4. 根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，加压气体发生装置包括压縮机(5);所述源连接于加压气体发生装置(5;15，16)，且包括下列中的至少一个可动的加压气体容器(14)、用于合成或生产所述气体的系统(24)、用于分配所述气体的网络(34)、缓冲容器(2，3)中的至少一个。
5. 根据权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于，在压力平衡过程中，被压縮机(5)用作源的第一缓冲容器(2，3)不同于第二缓冲容器(3，2)。
6. 根据权利要求1至5中任何一项所述的方法，其特征在于，缓冲容器(2，3)的至少一部分经由包括至少一个截止阀(V7，V8)的管路连接至压縮机(5)的吸入口。
7. 根据权利要求1至6中任何一项所述的方法，其特征在于，加压气体发生装置包括低温回路(15)，该低温回路包括泵和蒸发/加压系统(116);所述源(44)连接至气体发生装置(15，16)，且包括处于低温的液化气体罐(44)。
全文摘要
本发明涉及一种使用填充站(1)给罐(11)填充加压气体、特别是给车辆的罐(11)内填充氢的方法，所述填充站包括多个缓冲容器(2，3)，该多个缓冲容器用于容纳加压气体和通过相继压力平衡阶段来填充所述罐(11)；用于产生加压气体和用于从流体源(14，24，34，44)填充所述缓冲容器(2，3)的装置(5；15，16)；其中，该方法包括通过从缓冲容器(2，3)传输气体和同时通过直接从所述源(14，24，34)经由气体发生装置(5；15，16)传输气体来填充罐(11)的步骤，其特征在于，加压气体发生装置包括连接至缓冲容器(2，3)的压缩机(5)；在至少一个第二缓冲容器(3)和罐(11)之间的压力平衡阶段的至少部分期间内，压缩机(5)从包括第一缓冲容器(2)的气体源给罐(11)供应气体，缓冲容器(2，3)在被用于与罐(11)的压力平衡之后相继地被压缩机用作所述源。
文档编号F17C5/06GK101743429SQ200880024843
公开日2010年6月16日 申请日期2008年4月17日 优先权日2007年7月23日
发明者L·阿利迪热斯 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司