专利名称：加氢燃料的方法
技术领域：
本发明涉及给储存罐中加气态加压氢燃料的方法。
背景技术：
用气态加压氢填充储存罐的一般方法特别用于给机动车储存罐填充加 压氢。
目前主要有三种不同的方法用于给储存罐填充气态加压氢。 压力补偿方法通过压缩机或低温泵由供氢系统给多个气体缓冲罐充 入不同的压力水平，所述供氢系统可以是罐或储存罐或者是管道。通过气 体缓冲罐和储存罐之间的压力补偿将氢气充入储存罐中直至达到最后的加 燃料压力，从而进行由这些气体缓冲罐对(机动车)储存罐的填充。
升压方法通过压縮机将所需要产量的氢从供氢系统直接充入到(机 动车)储存罐中。
实践中，也使用由上述两种方法组成的混合系统。在使用这些混合系 统时，首先通过压力补偿从气体缓冲罐对储存罐进行部分填充，然后用升 压方法将储存罐填充到期望的最终压力。
上述用气态加压氢填充储存罐的方法可以在15°C下将储存罐填充到
700bar的压力。然而这种方法的问题是对于不同体积的待填充的(机动车) 储存罐，并不能总是完成填充过程而不发生对储存罐不期望的超量填充和/ 或过度加热。
发明内容
本发明的目的是提供一种用气态加压氢填充储存罐的方法，所述方法 使得用气态加压氢填充储存罐成为可能，并且是能源最优化的。另外，可 以尽可能地避免氢的损失。
为了实现该目的，本发明提出一种用气态加压氢填充储存罐的方法，射a) 将从储存罐取出的液态氢压縮至平均压力并暂时储存在缓冲罐中，b) 压縮积聚在所述储存罐中的蒸发气体(boil-off gas)并暂时储存在 所述缓冲罐中，c) 首先在待填充的储存罐和缓冲罐之间进行压力补偿，禾口d) 随后将缓冲罐中的氢气压缩至期望的储存压力并供应到储存罐中，e) 其中所述对氢气的压縮和对蒸发气体的压縮通过一台压縮机或通过 两台压縮机来实现。在实践中，特别是如果所使用的压縮机在入口侧和出口侧可以处理不 同的压力水平，将仅使用一台压缩机来压缩氢气以及蒸发气体。如果不是 这种情况或者有其它的考虑，也可以提供两台压縮机用于不同的压力水平。本发明用气态加压氢填充储存罐的方法的其它有利实施方案的特征在于，-所述平均压力为100-600bar,优选为200-450bar，-对从储存罐取出的氢的压缩是通过低温活塞泵进行的，-从储存罐中取出的氢的量使得其经压縮以填充至缓冲罐中的90%，优选80%，从而对蒸发气体可以保证充足的储存容量，-对液态氢的储存是在至少一个真空绝热的储存罐中，和-待填充的储存罐是机动储存罐，特别是机动车、轨道车或飞机的储存罐。本发明用气态加压氢填充储存罐的方法需要液态氢的供应。为此，通 常将所述液态氢暂时储存在真空绝热的储存罐中。出于多种原因，这种供应似乎是适应加氢站的量情形的最切合实际的方案-目前不存在氢管道网络，通过其可当场提供充足量的氢。 -原地储存气态氢是不利的，因为空间要求太大。-在购买量上的波动可通过相应的后勤概念灵活地进行补偿，这与石 油工业中得到很好证明的后勤概念是相适应的。
具体实施方式
根据本发明，将从储存罐取出的液态氢压縮至平均压力，并暂时储存在一个或多个缓冲罐中。对从储存罐取出的液态氢的压縮这里优选通过低温活塞泵来进行。目前低温压縮泵能压縮至450bar的压力。术语"平均压 力"应理解为压力是100-600bar，优选是200-450bar。大部分的压缩工作是 用本发明的方法以能量有利的方式通过液态氢来进行的。这种液体压缩的 能量要求仅仅是氢气压縮的能量要求的约20%。将以这种方式压縮的氢暂时储存在一个或多个缓冲罐中。提供多个不 同压力水平下的缓冲罐被称为所谓的银行系统(banking system)。有利的是，从储存罐中取出的氢的量使得其经压縮以填充至缓冲罐中 的90%，优选80%。以此来保证经压縮的蒸发气体也可暂时储存在缓冲罐 中。所谓的蒸发行为对于所有由储存罐、泵等构成的低温系统都是要考虑 的。这意味着通过从环境照射到低温系统上的热氢被蒸发。由于气体相当 大的膨胀，这导致低温系统中压力增加。为避免此，必须将被认定是蒸发 气体的该气体从系统中排出。因此通常储存罐包括管道通向外界，并一旦 达到特定的压力值就通过该管道排出蒸发气体。然而，该方法导致该部分 储存氢未经使用就损失掉了。根据本发明，所述积聚在储存罐中的蒸发气体也经过压縮并暂时储存 在所述一个或多个缓冲罐中。为此所需要的压缩机，在达到特定的可调节 的压力值时，优选自动压縮所述蒸发气体。为了填充储存罐，根据本发明首先在待填充的储存罐和缓冲罐之间进 行压力补偿。如果使用通常包括三个缓冲罐的银行系统，将氢气顺序由低 压、平均压力和高压缓冲罐中填充到待填充的(机动车)储存罐中。为避免过度加热待填充的储存罐，由于负面焦耳-汤普逊效应和对氢的 绝热压縮，在填充之前将气态氢预先冷却至约-40。C的温度。这优选通过使 用主动冷却系统来进行。通常，还进行控制来确保对氢流的量的限制，使 得所述一个或多个缓冲罐和待填充的储存罐之间的压力差不会变得太大以 至于超出最大质量流。由一个或多个缓冲罐填充(机动车)储存罐之后，储存罐压力通常达 到350-400bar，其中所述储存罐压力最终取决于所述一个或多个缓冲罐的填 充水平。此后，根据本发明将缓冲罐中的氢压缩至期望的最终压力并供应给待 填充的储存罐，从而将(机动车)储存罐填充到期望的最终压力。根据本 发明，所述对氢的压縮是通过用于压縮蒸发气体的同一压縮机来完成的。 该方法的优势是一台压缩机可以承担两台压縮机的任务。为了在实践中可 以操作，该压縮机必须整合到本发明的方法中使得根据当前任务要求在其 两个工作任务之间优选可以实现自动转换。这里问题是两个工作任务的性能数据不同。在压縮蒸发气体的情况下，入口压力为0-12bar，压縮产量为20-100m3/h，最终压縮压力为约300bar。 在第二个填充步骤中要进行的对来自缓冲罐的氢的压缩目前包括以下性能 数据入口压力为300bar，压縮产量为1200-2000m3/h，最终压縮压力在85°C 下为875bar —这相当于在15°C下压力为700bar。对于相同的几何压縮体积(压縮室)和10-20倍的入口压力，流量相 应增加10-20倍，由于这个事实，设计用于本发明的压缩机使得其在入口侧 和出口侧能够处理低压力水平以及高压力水平。如果本发明用气态加压氢填充储存罐的方法在加氢站实施，该方法使 得能够进行有效操作，特别是在过渡期，这时每个站点提供较少的车辆。 对于少量的车辆，没有必要"冷却"用于压縮从储存罐取出的液态氢的低 温泵。术语"冷却"这里应理解为将低温泵通过液态氢冷却至-253。C的操 作温度并维持该温度。由于低的压缩量，所提供的压縮机足以给这些车辆 加燃料。如果车辆数增加，将低温泵冷却，然后以大产量进行主要的压缩 工作。与现有技术相比，本发明用气态加压氢填充储存罐的方法具有以下多 个优势-能源方面是有利的，低温压縮 -没有蒸发气体的损失 -由于压縮机的构造小巧，对空间要求小 -由于高的生产力，仅需要较小体积的缓冲容器 -特别是由于低温泵/压缩机结合的方案，对于抽出(draw-off)的量 和利用的概念具有高度的灵活性-存在系统冗余(system redundancy)，因为在低温泵故障或维护时 可通过压縮机用较低体积流进行操作，而在压缩机故障时可通过泵进行操 作；因此可至少填充至约400bar的平均压力。
权利要求
1. 一种用气态加压氢填充储存罐的方法，其中a)将从储存罐取出的液态氢压缩至平均压力并暂时储存在缓冲罐中，b)压缩积聚在所述储存罐中的蒸发气体并暂时储存在所述缓冲罐中，c)首先在所述待填充的储存罐和缓冲罐之间进行压力补偿，和d)随后将所述缓冲罐中的氢压缩至期望的储存压力并供应到所述储存罐中，e)其中所述对氢的压缩和对所述蒸发气体的压缩通过一台压缩机或通过两台压缩机来实现。
2. 权利要求l所述的方法，其特征在于，所述平均压力为100-600bar， 优选为200-450bar。
3. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对从储存罐取出的 液态氢的压缩是通过低温活塞泵进行的。
4. 权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，从所述储存罐中取出 的氢的量使得其经压缩以填充至缓冲罐的90%,优选80%。
5. 权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，将所述液态氢储存在 至少一个真空绝热的储存罐中。
6. 权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述待填充的储存罐 是机动储存罐，特别是机动车、轨道车或飞机的储存罐。
全文摘要
本发明描述的是一种用气态加压氢填充储存罐的方法。根据本发明，a)将从储存罐取出的液态氢压缩至平均压力并暂时储存在缓冲罐中，b)压缩积聚在所述储存罐中的蒸发气体并暂时储存在所述缓冲罐中，c)首先在待填充的储存罐和缓冲罐之间进行压力补偿，和d)随后将缓冲罐中的氢气压缩至期望的储存压力并供应到储存罐中，e)其中所述对氢气的压缩和对蒸发气体的压缩通过一台压缩机或通过两台压缩机来实现。
文档编号F17C5/00GK101504112SQ200910006608
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年2月7日
发明者H·克劳斯, W-H·雷泽 申请人:林德股份公司