用于填充氣罐的方法和站的制作方法
【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]本發(fā)明更具體地涉及經(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(gè)緩沖容器以及連接到所述至少一個(gè)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(gè)氣態(tài)氫氣源的第一端，該第一端用于通過從所述源產(chǎn)生的氣體對(duì)所述至少一個(gè)緩沖容器進(jìn)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來自所述至少一個(gè)緩沖容器的氫氣的所述罐的輸送管道，所述方法包括冷卻步驟，通過在冷源和氫氣之間傳遞冷量對(duì)供給到所述罐的氫氣進(jìn)行冷卻。
【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(duì)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(shí)可以通過一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)加以增補(bǔ)或補(bǔ)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(jìn)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(xiàn)中有大量描述。
[0005]例如可以參考文獻(xiàn)FR 2919375 Al，F(xiàn)R 2973858 A1 和 FR 2919375 A1，所述文獻(xiàn)描述本發(fā)明可適用的填充站。
[0006]安裝在車輛中的適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(xiàn)描述了氫氣中的雜質(zhì)(例如水，C0，H2S)對(duì)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(duì)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或鈀膜上凈化。
[0009]另一個(gè)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(diǎn)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，該方法包括在由所述源供給的氫氣被輸送到至少一個(gè)緩沖容器之前在凈化部件中凈化該氫氣的步驟，并且在于，該方法包括在凈化步驟之前和/或過程中從所述冷源向氫氣傳送冷量的步驟。
[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(yàn)不相容的氫氣源。
[0013]用于冷卻填充氣體和冷卻凈化系統(tǒng)的冷源(冷組)的結(jié)合使用允許進(jìn)行節(jié)約和使所述站特別有效地運(yùn)行。
[0014]此外，本發(fā)明的一些實(shí)施例可包括一個(gè)或多個(gè)下列特征:
[0015]-冷源與供給到罐的氫氣之間的冷量傳遞經(jīng)由與線路的氫氣進(jìn)行熱交換的第一熱交換器以及用于使熱傳遞流體在冷源和第一熱交換器之間循環(huán)/流通的環(huán)路執(zhí)行，
[0016]-在凈化步驟之前和/或過程中從所述冷源到氫氣的冷量傳遞經(jīng)由進(jìn)行熱交換的第二熱交換器以及用于使熱傳遞流體在冷源和第二熱交換器之間流通的環(huán)路執(zhí)行，
[0017]-凈化步驟使用至少一個(gè)凈化部件，其選自:變壓吸附(PSA或TSA)分離裝置，
[0018]-冷源包括以下至少一種:液化氣如氮?dú)獾膬?chǔ)備，各種質(zhì)量濃度的乙二醇水溶液，氨溶液，丙烷，或任何其它制冷劑，
[0019]-填充站的線路包括至少一個(gè)壓縮部件，其用于壓縮加壓氣體以填充所述至少一個(gè)緩沖容器，
[0020]-該方法包括在壓縮部件的出口處的壓縮氣體和凈化部件之間傳遞熱量的步驟，
[0021]-所述凈化部件根據(jù)一循環(huán)進(jìn)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，
[0022]-用于從壓縮部件的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的與壓縮部件的出口處的氣體進(jìn)行熱交換的第三熱交換器，以及使第三熱交換器選擇性地連接至凈化部件和/或第二熱交換器的熱傳遞流體管道。
[0023]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(gè)緩沖容器；具有多個(gè)閥的流體線路，所述線路被連接至所述至少一個(gè)緩沖容器并包括用于連接到至少一個(gè)氣態(tài)氫源以便能夠通過由至少一個(gè)源供給的氣體填充所述至少一個(gè)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(gè)緩沖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從冷源向線路第二端的氫氣選擇性地傳遞冷量的線路；所述站還包括用于從冷源向凈化部件的上游和/或同級(jí)(水平，niveau)的線路第一端的氫氣選擇性地傳遞冷量的線路。
[0024]根據(jù)其它可能的具體特征:
[0025]-用于從冷源向線路第二端的氣體選擇性地傳遞冷量的線路包括與線路的氣體進(jìn)行熱交換的第一熱交換器，和用于在冷源與第一熱交換器之間流通熱傳遞流體的環(huán)路，
[0026]-用于從冷源向凈化部件的上游或同級(jí)的線路第一端的氫氣選擇性地傳遞冷量的線路包括進(jìn)行熱交換的第二熱交換器和用于在冷源與第二熱交換器之間流通熱傳遞流體的環(huán)路，
[0027]-第一熱交換器和第二熱交換器被結(jié)合在同一個(gè)外殼中，
[0028]-填充站的線路包括至少一個(gè)壓縮部件，例如壓縮機(jī)，以便壓縮氫氣從而填充所述至少一個(gè)緩沖容器，所述凈化部件包括根據(jù)一循環(huán)運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)變壓吸附型吸附劑床層，所述循環(huán)包括氣體凈化階段和再生階段，并且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，
[0029]-所述凈化部件包括變壓吸附(PSA或TPSA)分離裝置，其包括循環(huán)且交替運(yùn)行類型的數(shù)個(gè)吸附劑床層，特別是使用變溫和變壓吸附(TPSA)的類型的裝置。
[0030]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】
[0031]其它具體特征和優(yōu)點(diǎn)將通過閱讀以下參照附圖給出的描述變得顯而易見，在附圖中:
[0032]-圖1是示意性局部視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可能的示例性實(shí)施例的填充站的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行，
[0033]-圖2是示意性局部視圖，示出了根據(jù)另一可能的實(shí)施例的圖1的站的細(xì)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]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)填充氣態(tài)氫的罐8的站。
[0035]傳統(tǒng)地，填充站100包括數(shù)個(gè)緩沖容器1，2 (在這個(gè)非限制性示例中為兩個(gè)，但可以是一個(gè)、三個(gè)或三個(gè)以上)。
[0036]每個(gè)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(gè)或一組罐。站100包括流體線路11、12、18、4、6，所述流體線路包括多個(gè)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(gè)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。
[0037]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(duì)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。
[0038]所述線路包括配備有至少一個(gè)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。
[0039]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。
[0040]同樣，一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)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)。
[0041]填充管6可在連接器66的上游包括壓縮機(jī)7。當(dāng)然，也可以設(shè)想并聯(lián)或串聯(lián)的若干個(gè)壓縮機(jī)。
[0042]壓縮機(jī)7可配備有上游閥和下游閥(為簡(jiǎn)化起見未顯示)。
[0043]如圖所示，可設(shè)置用于繞過壓縮機(jī)7的旁通管18。旁通管18可包括兩個(gè)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。
[0044]這個(gè)旁通管18也使得能夠經(jīng)由壓縮機(jī)7填充緩沖容器1、2。
[0045]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(jī)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(gè)和優(yōu)選多個(gè)吸附劑床層(分子篩和/或活性炭)。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(gè)吸附劑床層(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(gè)然后另一個(gè)內(nèi)，吸附器9、10交替運(yùn)行(吸附期間，一個(gè)在相對(duì)高溫和低壓的條件下再生，另一個(gè)在相對(duì)低溫和高壓的條件下吸附)。例如，其可以是具有同軸床層的TSA類型。為簡(jiǎn)化起見，圖1未示出用于確保罐9和10的壓力下降或溫度上升以及從吸附器9、10中的一個(gè)向另一個(gè)過渡到生產(chǎn)模式所需的(而且已知的)所有管道和閥。
[0046]所述站100還在輸送管6包括對(duì)供給到罐8的氣體進(jìn)行選擇性冷卻(即，受控冷卻)的系統(tǒng)(例如氫氣被冷卻到_196°C至-40°C之間的低溫)。如圖1所示，該冷卻可常規(guī)地經(jīng)由與線路的氣體進(jìn)行熱交換的第一熱交換器3和用于在冷源5與第一熱交換器3之間流通/循環(huán)熱傳遞流體的環(huán)路33來執(zhí)行。傳統(tǒng)地，這種流通環(huán)路33可包括為簡(jiǎn)化起見未顯示的閥和/或栗。
[0047]冷源5可包括以下至少一種:液化氣如氮?dú)獾膬?chǔ)備，各種質(zhì)量濃度的乙二醇水溶液，氨水溶液，丙烷，或任何其它合適的制