用于填充氣罐的站和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于填充氣罐的方法和站。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及經(jīng)由填充站用加壓氫氣填充一罐的方法，所述填充站包括至少一個緩沖容器以及連接到所述至少一個緩沖容器的流體線路，所述填充站的線路包括連接到至少一個氣態(tài)氫源的第一端，該第一端用于通過來自所述源的氣體對所述至少一個緩沖容器進行填充，所述線路包括第二端，該第二端配備有用于可拆卸地連接到待填充的罐的輸送管，從而用來自所述至少一個緩沖容器的氫氣填充所述罐，所述方法包括在氫氣被輸送到所述至少一個緩沖容器之前在凈化部件中凈化由所述源供給的氫氣的步驟，填充站的線路還包括用于壓縮加壓氣體以便填充所述至少一個緩沖容器的至少一個壓縮部件。
【背景技術(shù)】
[0003]通常通過利用處于高壓(例如200，300，450或850巴)的緩沖容器與待填充的罐之間的相繼平衡來執(zhí)行對處于高壓(例如300至800巴)的燃料氣體(特別是氫氣)的罐的快速填充(通常15分鐘以內(nèi))。這種填充在必要時可以通過一個或多個壓縮機加以增補或補充。
[0004]為了限制由于壓縮的絕熱性質(zhì)造成所述罐中溫度升高，燃料氣體在進入所述罐之前被冷卻到例如-40 °C左右的溫度。該冷卻通常經(jīng)由被供給制冷劑或低溫流體的熱交換器執(zhí)行。這些方法在文獻中有大量描述。
[0005]例如可以參考文獻FR 2919375ALFR 2973858A1和FR 2919375A1，所述文獻描述本發(fā)明可適用的填充站。
[0006]安裝在車輛中的使用這種氫燃料的燃料電池(特別是“PEMFC”類型)必須被供給非常純的氫氣。大量文獻描述了氫氣中的雜質(zhì)(例如水，co，H2S)對燃料電池的性能和使用壽命的影響。因此開發(fā)出嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)以確保輸送到罐的氫氣不損傷電池(參見例如ISO14687-2 標(biāo)準(zhǔn))。
[0007]已知的且相對便宜的工業(yè)制造過程使得不可能持續(xù)地確保這種程度的純度。
[0008]為了保證氫氣的純度水平，有必要在填充站的上游添加特別昂貴的凈化步驟，例如在低溫操作的吸附床層/吸附劑床層或鈀膜上凈化。
[0009]另一個解決方案包括向填充站供給液態(tài)——因此非常純——的氫氣，或通過電解。然而這些解決方案很昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是緩解現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點的全部或一部分。
[0011]為此，根據(jù)本發(fā)明并且根據(jù)上述的前序部分給出的一般定義的方法，本質(zhì)上其特征在于，該方法包括在壓縮部件的出口處的壓縮氣體與凈化部件之間傳遞熱量的步驟。
[0012]這使得有可能使用通過利用完全整合到填充站的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)或非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的凈化系統(tǒng)與填充站中的燃料電池的規(guī)格先驗不相容的氫氣源。
[0013]在凈化部件的操作中壓縮氫氣的過程中使用填充站中產(chǎn)生的熱量允許進行節(jié)約和使所述站特別有效地運行。
[0014]此外，本發(fā)明的一些實施例可包括一個或多個下列特征：
[0015]-所述凈化部件根據(jù)一循環(huán)進行操作，該循環(huán)包括氣體凈化階段和再生階段，在壓縮部件的出口處的壓縮氣體與凈化部件之間傳遞熱量的步驟在凈化部件的再生階段過程中執(zhí)行，
[0016]-凈化步驟使用至少一個變溫和變壓吸附（TPSA)分離裝置，
[〇〇17]-從壓縮部件的出口處的壓縮氣體向凈化部件的選擇性熱量傳遞使用與壓縮部件的出口處的氣體進行熱交換的熱交換器，以及使所述熱交換器選擇性地連接至凈化部件和/或進入凈化部件的氣體的熱傳遞流體管道，
[0018]-凈化部件包括變壓吸附（PSA，TPSA)分離裝置，該裝置包括循環(huán)且交替地運行的數(shù)個活性炭或分子篩型的吸附床層，
[0019]-所述線路包括輸送管，該輸送管配備有閥且連接兩個吸附床層以便利用來自第二吸附床層的氣體吹掃第一吸附床層且反之亦然，從而使得在再生階段能進行所述（多個）吸附床層的洗脫步驟，在壓縮部件出口處的壓縮氣體與凈化部件之間的熱量傳遞包括在所述部件出口處的氣體與來自第二吸附床層的旨在用于吹掃第一床層的氣體之間的熱交換，
[0020]-所述方法包括在附加的再加熱部件與凈化部件和/或進入凈化部件的氣體之間傳遞熱量的步驟，
[0021]-所述方法包括在附加的再加熱部件與來自第二吸附床層的旨在用于吹掃第一床層的氣體之間傳遞熱量的步驟。
[0022]本發(fā)明還涉及一種用于加壓氣態(tài)氫罐的填充站，該填充站包括：設(shè)置成用于容納加壓氣態(tài)氫的至少一個緩沖容器；具有多個閥的流體線路，所述線路被連接至所述至少一個緩沖容器并包括用于連接到至少一個氣態(tài)氫源以便能夠通過由至少一個源供給的氣體填充所述至少一個緩沖容器的第一端，所述線路還包括第二端，該第二端包括用于可拆卸地連接至罐以便從所述至少一個緩沖容器填充所述罐的填充管道；所述填充站的線路包括至少一個壓縮部件例如壓縮機，用于壓縮氫氣以便填充所述至少一個緩沖容器；根據(jù)一循環(huán)操作的凈化部件，其包括一個或多個變壓吸附型的吸附床層，所述循環(huán)包括氣體凈化階段和再生階段；所述站包括用于從壓縮部件出口處的壓縮氣體向凈化部件選擇性地傳遞熱量的線路。
[0023]根據(jù)其它可能的具體特征：
[0024]-用于從壓縮部件出口處的壓縮氣體向凈化部件選擇性地傳遞熱量的線路包括定位于壓縮部件的出口處、一方面與壓縮的氫氣以及另一方面與凈化部件和/或進入凈化部件的氣體進行熱交換的熱交換器，
[0025]-所述凈化部件包括變壓吸附（PSA)分離裝置，該裝置包括循環(huán)且交替運行的活性炭或分子篩類型的數(shù)個吸附床層，所述線路包括輸送管，所述輸送管使所述床層相互連接并且配備有閥，使得能利用來自第二吸附床層的氣體吹掃第一吸附床層以及反之亦然，從而在再生階段中進行吸附床層的洗脫步驟，并且用于從壓縮部件出口處的壓縮氣體向凈化部件選擇性地傳遞熱量的線路包括在輸送管與定位在壓縮部件出口處的熱交換器之間的熱交換。
[0026]本發(fā)明也可以涉及包括上文或下文的特征的任意組合的任何替代裝置或方法。
【附圖說明】
[〇〇27]其它具體特征和優(yōu)點將通過閱讀以下參照一個附圖給出的描述變得顯而易見，該附圖是示意性局部視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個可能的示例性實施例的填充站的結(jié)構(gòu)和操作。
【具體實施方式】
[0028]通過非限制性示例的方式示出的填充站100是設(shè)置成用于在高壓下（例如在300和850巴之間的壓力下）填充氣態(tài)氫的罐8的站。
[0029]傳統(tǒng)地，填充站100包括數(shù)個緩沖容器1、2 (在這個非限制性示例中為兩個，但可以是一個、三個或三個以上）。
[0030]每個緩沖容器1、2是設(shè)置用于容納被加壓至例如分別為450巴和850巴的給定壓力的氣態(tài)氫的一個或一組罐。所述站100包括流體線路11、12、18、4、6，所述流體線路包括多個管道和閥。該線路被連接到緩沖容器1、2。該線路包括用于連接到至少一個氣態(tài)氫源14以便能夠用來自源14的氣體填充緩沖容器1、2的第一端4。
[0031]氫氣的源14可常規(guī)地包含以下至少一種：處于1. 3bar abs (巴，絕對壓力）至200bar abs之間的壓力下的氫氣網(wǎng)絡(luò)，以及用于產(chǎn)生氫氣的部件如電解槽，天然氣重整裝置（“SMR”），甲醇裂化裝置，自熱重整（“ATR”）裝置，部分氧化（“Ρ0Χ”）裝置等。
[0032]所述線路包括配備有至少一個填充管6的第二端，該填充管旨在（經(jīng)由適當(dāng)?shù)倪B接器66)可拆卸地連接至待填充的罐8。
[0033]更具體地，緩沖容器1、2經(jīng)由各自的閥11、12并聯(lián)連接至填充管6。
[0034]同樣，一個、兩個或兩個以上的氣體源14可以經(jīng)由各自的閥并聯(lián)連接至填充管6 (在第一端）。
[0035]填充管6可在連接器66的上游包括壓縮機7。當(dāng)然，也可以設(shè)想并聯(lián)或串聯(lián)的若干個壓縮機。
[0036]壓縮機7可配備有上游閥和下游閥（為簡化起見未顯示）。
[0037]如圖所示，可設(shè)置用于繞過壓縮機7的旁通管18。旁通管18可包括兩個閥20和19,并且可以是將緩沖容器1、2連接至填充管6的收集管。
[0038]這個旁通管18也使得能夠經(jīng)由壓縮機7填充緩沖容器1、2。
[0039]所述站100還在第一端4包括用于凈化由所述源提供的氫氣的部件9、10,其優(yōu)選處于壓縮機7的上游。凈化部件優(yōu)選包括已知的變溫和變壓吸附（TPSA)分離裝置，該分離裝置包括一個和優(yōu)選多個吸附床層。例如，并且如圖所示，凈化部件9、10包括并行定位在線路中的兩個吸附床層（沸石或其他）。由源14提供的氣體通過閥系統(tǒng)被交替地接納到吸附器9、10的一個然后另一個內(nèi)，吸附器9、10交替運行（一個在高溫和低壓的條件下再生，同時另一個在低溫和高壓的條件下吸附）。例如，其可以是具有同軸床層的使用分子篩或活性炭的TSA類型。為簡化附圖起見，未顯示用于罐9和10的壓力下降或溫度上升以及從一個吸附器向另一個過渡到生產(chǎn)模式所需的所有閥（系統(tǒng)本身已知）。
[0040]為此，如圖所示，所述線路可通過已知方式包括使第一吸附床層9連接至第二吸附床層10的輸送管16(反之亦然，為簡化起見在圖中未顯示的另一輸送管可連接兩個吸附器9、10以便能夠執(zhí)行相反的過程)。該輸送管16配備有閥22，該閥可以控制罐10再生的壓力和流率。輸送管16設(shè)置用于使得能夠通過來自另一吸附器10的氣體(氫氣)吹掃吸附器9 (反之亦然)，從而在再生階段中執(zhí)行吸附器10的洗脫步驟。
[0041]根據(jù)一個有利的具體特征，所述站包括用于從在壓縮機7中壓縮的氣體向凈化部件9、10選擇性地傳遞熱量的線路16、17。
[0042]必要時，凈化部件9、10可以特別地要求臨時再加熱，例如在再生階段中TSA型吸附器可能需要再加熱(溫度例如在200至300°C之間)。
[0043]如圖所示，這個用于選擇性地傳遞熱量的線路16、17可包括定位于壓縮機7出口處的熱交換器17，該熱交換器一方面與氫氣和另一方面與該(多個)輸送管16進行熱交換。也就是說，來自第一吸附床層9的吹掃氣體在吹掃第二吸附床層10之前與壓縮氣體進行熱交