向容器加注加压气体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及向容器加注加压气体的装置和方法，该装置包括加压气体源和可拆卸地连接到容器的转移回路，以及在从气体源流出的气体进入容器之前冷却该气体的制冷系统，该制冷系统包括具有串联布置的压缩机、冷凝器区段、膨胀阀和蒸发器区段的制冷剂冷却环路，并且包括与冷凝器区段热交换的冷源和位于转移回路中的热交换器，该热交换器包括在转移回路中流动的气体与蒸发器区段之间的热交换区段，该装置包括电子控制器，其配置成在该装置未加注容器时将制冷系统切换到第一待机模式，其中压缩机在热交换器温度等于或低于预定的第一待机温度阈值时关闭，并且在感测到的热交换器温度高于第二待机温度阈值时启动并运行以产生冷却功率并冷却热交换器。

Device and method of filling pressurized gas into container

【技术实现步骤摘要】
向容器加注加压气体的装置和方法
本专利技术涉及向容器加注(refuel)加压气体的装置和方法。本专利技术更具体地涉及一种用于向容器加注加压气体的装置，特别是用于加注气态氢储箱的装置，该装置包括加压气体源和转移回路，该转移回路包括连接到气体源的一个上游端和用于可移除地连接到容器的至少一个下游端，该装置包括用于在从气体源流出的气体进入容器之前冷却该气体的制冷系统，该制冷系统包括制冷剂冷却环路，该制冷剂冷却环路包括串联布置的压缩机、冷凝器区段、膨胀阀和蒸发器区段，该制冷系统包括与冷凝器区段进行热交换的冷源和位于转移回路中的热交换器，该热交换器包括在转移回路中流动的气体与蒸发器区段之间的热交换区段，该装置包括用于控制制冷系统的电子控制器，该装置还包括用于感测热交换器温度的温度传感器，该电子控制器配置成在该装置未对容器加注时将制冷系统切换到第一待机模式。
技术介绍
氢加注站设计用于给燃料电池电动车辆(FCEV)快速加注(几分钟)高压(例如等于或高于70MPa)氢。氢需要在分配器加注管嘴处被预冷(通常低于-33℃)以避免储箱中过热。已知的冷却或制冷系统向氢冷却热交换器供给制冷剂冷却环路的制冷剂。制冷剂可以是CO2。例如参见文献JP20150921108A或US2016348840A。还参见WO2018104982A1。通常，热交换器包括用于蓄冷的材料团或材料块以响应高需求。制冷装置可以提供几乎恒定的冷却，并且冷却能量储存在热交换器(高热惯性)的热惯性中。然而，在某些情况下热惯性可能不足以提供所需的冷量(cold)。另外，当使用其它类型的热交换器(例如：紧凑型扩散结合式热交换器)时，热惯性很小。在这种情况下，必须在有需求时提供冷却能量。这种需求可能会在几秒钟内从零变为全部冷却功率。使用对流式热交换器可以最有效地利用冷却功率。在这种情况下，希望热交换器入口处的制冷剂温度保持在预定的温度范围内。为此目的，应在热交换器的入口处维持预定的蒸发压力范围。此外，应在压缩机的吸入端处维持足够的过热度(superheat)。过热度例如是在制冷剂已经蒸发之后添加到制冷剂中的预定热量。它可以通过给定压力下的温度来定义，并且可以在热交换器的出口处或在压缩机的入口处测量。制冷剂的蒸发温度取决于压力。控制过热度的原因是为了确保蒸发器区段中的液态制冷剂已经从液体完全变为蒸气(因为希望只有蒸气返回到压缩机吸入端/入口)。加注装置(或站)也可以在一段延长的时间上设定在待机模式(等待加注的情形)。并且即使进行加注，气体的量也可能低于最大设计值。在这些情况下，制冷系统将在低负荷下运行。一个目标是克服或减轻至少一个前述问题。
技术实现思路
为此，根据上述总体定义的根据本专利技术的装置的主要特征在于，在第一待机模式中，电子控制器配置成：在热交换器的温度等于或低于预定的第一待机温度阈值时关闭压缩机，以及在感测到的热交换器的温度高于第二待机温度阈值时启动和运行压缩机以产生冷却功率并冷却热交换器。附加地(或替代地)，多个实施例可以包括以下特征中的一个或多个：-所述第一待机温度阈值介于-40℃与-20℃之间，-所述第二待机温度阈值高于第一待机温度阈值，例如高于第一待机温度阈值1-30度，-所述压缩机是变速压缩机，所述电子控制器配置成：在第一待机模式期间当产生用于冷却热交换器的冷却功率时，使压缩机以其高于零的最低速度运行，-所述电子控制器配置成：当压缩机在第一待机模式期间启动以产生用于冷却热交换器的冷却功率时，使压缩机在最小预设操作时间内运行，-所述装置包括用于测量或计算热交换器温度的温度传感器，-在第一待机模式中，所述电子控制器配置成用于控制制冷系统以将热交换器入口处的制冷剂温度维持在预定温度，-所述装置包括膨胀箱，该膨胀箱包括在压缩机出口的下游连接到制冷剂冷却环路的入口，以及在压缩机入口的上游连接到制冷剂冷却环路的出口，该装置包括构造成用于控制制冷剂流向膨胀箱和流出膨胀箱的一组阀，以调节制冷剂冷却环路中和/或膨胀箱中的压力，-所述电子控制器配置成：在第一待机模式下当感测到的制冷剂冷却环路中的压力高于预设的待机压力阈值时，启动或激活冷源，使得冷量由冷源转移到制冷剂冷却环路并因此降低制冷剂冷却环路中的压力，-所述电子控制器配置成：一旦接收到指示容器的加注启动或加注请求的信号，则将制冷系统切换到第二加注模式，-在第二加注模式中，所述电子控制器配置成控制热交换器的入口和出口之间的制冷剂温差，特别是在所述温差增大时增大膨胀阀的开度以及在所述温差减小时减小膨胀阀的开度，-所述制冷剂冷却环路包括旁通管道，该旁通管道包括连接到压缩机出口的上游端和在压缩机入口的上游连接到制冷剂冷却环路的下游端，该旁通管道绕过冷凝器区段和膨胀阀，该装置包括用于控制流入旁通管道中的制冷剂的流量的旁通调节阀，-所述装置包括压力传感器，用于感测制冷剂冷却环路中在压缩机入口与热交换器出口之间的制冷剂压力，特别是在压缩机的入口处的制冷剂压力，所述电子控制器配置成：在第一待机模式下当测得的制冷剂冷却环路中的压力高于预设的待机压力阈值时，启动冷源和/或操作压缩机，并因此降低制冷剂冷却环路中的压力，-所述电子控制器配置成：经由对压缩机速度和旁通阀的开度的控制，将压缩机入口处的吸入压力调节到预定的压力设定点，-所述装置或方法包括温度传感器，用于感测制冷剂冷却环路中在压缩机入口与热交换器出口之间的制冷剂温度，特别是在压缩机的入口处的制冷剂温度，-所述电子控制器配置成：经由对压缩机速度和旁通阀的开度的控制，将压缩机入口处的制冷剂温度调节到预定的温度设定点，-所述电子控制器连接到膨胀阀，并且配置成经由控制膨胀阀的开度来控制由制冷系统产生的冷却功率，-所述装置或方法包括温差传感器系统，该温差传感器系统测量制冷剂冷却环路中在热交换器出口处的制冷剂温度与制冷剂冷却环路中在热交换器入口处的制冷剂温度之间的温差，电子控制器配置成根据该温差来控制所产生的冷却功率，-所述电子控制器配置成产生或接收指示为了冷却转移回路中通过热交换器的气体流而在热交换器处需要的冷却功率的信号，并且作为响应相应地控制由制冷系统产生的冷却功率，-指示热交换器处需要的冷却功率的所述信号包括以下中的至少一者：流经转移回路的气体的数量或流量，流经转移回路的气体的温度，流经转移回路的气体的压力，气体源中的压力值或压力变化，外部请求，诸如无线信号，-所述方法包括以下步骤：控制在压缩机上游经由旁通管道再次注入的、且没有流经冷凝器区段和膨胀阀的、由压缩机压缩的制冷剂的量，-经由旁通管道在压缩机上游再次注入的压缩气体是在热交换器的出口处被再次注入的，-在第一待机模式中，所述方法包括以下步骤：当制冷剂冷却环路中的压力高于预设值时，通过启动压缩机来降低制冷剂冷却环路中在压缩机上游的压力。本专利技术还涉及使用一种装置向容器加注加压气体的方法，特别是向气态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于向容器加注加压气体的装置，特别是用于向气态氢储箱加注的装置，所述装置包括加压气体源(2)和转移回路(4)，所述转移回路(4)包括连接到所述加压气体源(2)的一个上游端(5)和用于可拆卸地连接到容器(3)的至少一个下游端(6)，所述装置(1)包括用于在从所述加压气体源(2)流出的气体进入所述容器(3)之前冷却所述气体的制冷系统，所述制冷系统包括制冷剂冷却环路(20)，所述制冷剂冷却环路(20)包括串联布置的压缩机(8)、冷凝器区段(9)、膨胀阀(10)和蒸发器区段(11)，所述制冷系统包括与所述冷凝器区段(9)进行热交换的冷源(12)和位于所述转移回路(4)中的热交换器(7)，所述热交换器(7)包括在所述转移回路(4)中流动的气体与所述蒸发器区段(11)之间的热交换区段，所述装置包括用于控制所述制冷系统的电子控制器(21)，所述装置还包括用于感测所述热交换器(7)的温度的温度传感器(19)，所述电子控制器(21)配置成在所述装置未给容器加注时将所述制冷系统切换到第一待机模式，其特征在于，在所述第一待机模式下，所述电子控制器(21)配置成：当所述热交换器(7)的温度等于或低于预定的第一待机温度阈值时，关闭所述压缩机(8)，以及当感测到的所述热交换器(7)的温度高于第二待机温度阈值时，启动并运行所述压缩机(8)以产生冷却功率并冷却所述热交换器(7)；并且，所述电子控制器(21)在所述第一待机模式下配置成：当感测到的所述制冷剂冷却环路(20)中的压力高于预设的待机压力阈值时，启动或激活所述冷源(12)，以使得冷量由所述冷源(12)转移到所述制冷剂冷却环路(20)，并因此降低所述制冷剂冷却环路(20)中的压力。/n...

【技术特征摘要】
20180801 EP EP18306044;20180801 JP 2018-1452201.一种用于向容器加注加压气体的装置，特别是用于向气态氢储箱加注的装置，所述装置包括加压气体源(2)和转移回路(4)，所述转移回路(4)包括连接到所述加压气体源(2)的一个上游端(5)和用于可拆卸地连接到容器(3)的至少一个下游端(6)，所述装置(1)包括用于在从所述加压气体源(2)流出的气体进入所述容器(3)之前冷却所述气体的制冷系统，所述制冷系统包括制冷剂冷却环路(20)，所述制冷剂冷却环路(20)包括串联布置的压缩机(8)、冷凝器区段(9)、膨胀阀(10)和蒸发器区段(11)，所述制冷系统包括与所述冷凝器区段(9)进行热交换的冷源(12)和位于所述转移回路(4)中的热交换器(7)，所述热交换器(7)包括在所述转移回路(4)中流动的气体与所述蒸发器区段(11)之间的热交换区段，所述装置包括用于控制所述制冷系统的电子控制器(21)，所述装置还包括用于感测所述热交换器(7)的温度的温度传感器(19)，所述电子控制器(21)配置成在所述装置未给容器加注时将所述制冷系统切换到第一待机模式，其特征在于，在所述第一待机模式下，所述电子控制器(21)配置成：当所述热交换器(7)的温度等于或低于预定的第一待机温度阈值时，关闭所述压缩机(8)，以及当感测到的所述热交换器(7)的温度高于第二待机温度阈值时，启动并运行所述压缩机(8)以产生冷却功率并冷却所述热交换器(7)；并且，所述电子控制器(21)在所述第一待机模式下配置成：当感测到的所述制冷剂冷却环路(20)中的压力高于预设的待机压力阈值时，启动或激活所述冷源(12)，以使得冷量由所述冷源(12)转移到所述制冷剂冷却环路(20)，并因此降低所述制冷剂冷却环路(20)中的压力。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一待机温度阈值介于-40℃与-20℃之间。


3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二待机温度阈值高于所述第一待机温度，例如高于所述第一待机温度阈值1-30度。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述压缩机是变速压缩机(8)，所述电子控制器(21)配置成：在所述第一待机模式期间当产生用于冷却所述热交换器(7)的冷却功率时，使所述压缩机(8)以高于零的最低速度运行。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述电子控制器(21)配置成：当所述压缩机(8)在所述第一待机模式期间被启动以产生用于冷却所述热交换器(7)的冷却功率时，使所述压缩机(8)在最小预设运行时间内运行。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于测量或计算所述热交换器(7)的温度的温度传感器(19)。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在所述第一待机模式下，所述电子控制器(21)配置成控制所述制冷系统以将所述热交换器(7)的入口处的制冷剂温度维持在预定温度。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括膨胀箱(29)，所述膨胀箱(29)包括在所述压缩机(8)的出口下游连接到所述制冷剂冷却环路(20)的入口，以及在所述压缩机(8)的入口上游连接到所述制冷剂冷却环路(20)的出口，所述装置包括一组阀(28,30)，所述一组阀构造成用于控制制冷剂流向所述膨胀箱(29)和流出所述膨胀箱(29)以调节所述制冷剂冷却环路(20)中和...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·韦尔伦，M·巴克，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR