低温流体分配系统和方法技术方案

用于分配低温流体的系统包括贮罐、第一集液槽和第一液体进料阀，该贮罐配置为包含低温液体供应，该第一液体进料阀配置为在开放条件下时将液体从贮罐引导到第一集液槽，并且在闭合条件下时防止液体从贮罐转移到第一集液槽。第一正排量泵定位在第一集液槽内，并且配置为当第一集液槽包含高于该第一集液槽内预定液位的低温液体时，泵送该低温液体并且被浸没在该低温液体中。输送管线与第一正排量泵的出口成流体连通，该输送管线配置为当第一正排量泵被启动时，将低温流体从第一正排量泵引导至使用装置。用装置。用装置。

【技术实现步骤摘要】
低温流体分配系统和方法
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2020年6月24日提交的美国临时专利申请第63/043,353号的权益，该申请的内容通过引用在此并入。
专利

[0003]本公开大体上涉及用于分配低温流体的系统和方法，更具体地，涉及包含定位在集液槽中泵的低温流体分配系统和方法，其中该集液槽选择性地接收用于从贮储罐泵送的低温液体。

技术介绍

[0004]液氢燃料补给站是一项新兴技术，由于以氢为燃料的燃料电池电动汽车的发展和使用的进步而受到越来越多的关注。SAE J2601燃料补给协议规定向车辆内的压缩氢储罐输送气态氢。通常，车辆内的此类压缩氢储罐将气态氢供应到燃料电池中以为车辆供能。
[0005]已建成了加氢站，其将氢气经由气态(环境温度)压缩机压缩到约830barg(12000psig)。SAE J2601燃料补给协议要求气态氢在开始进行燃料补给的三十秒内冷却到
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33℃，并且在燃料补给的其余时间冷却至
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33℃至
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40℃的目标温度。来自压缩氢气的以830barg存储的气态氢在通往车辆的途中需要冷却。冷却的目的是确保车辆罐中的温度始终保持低于85℃。车辆罐再加注时的压缩热将使车辆罐内的氢气温度增加。J2601内的H70协议指定了70MPa(700barg)的车辆罐压力。
[0006]包含液态氢储存的燃料补给站比其中管道内含有氢气的压缩机/管道拖车式加油站更具优势。更具体而言，燃料补给站的液态氢存储提供了将冷氢气与暖氢气混合以达到目标的
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38℃分配器温度的机会。此外，液态氢存储站的储存容量远远大于压缩机/管道拖车式存储站的实际容量。管道拖车通常为4000psig，因此它们需要现场压缩机以将缓冲罐中的压力增强到12000psig(830barg)。而且，管道拖车的小容量通常要求每天更换多个管道拖车(以满换空)。
[0007]也可以使用压缩机与液态氢存储组合，此时压缩机抽出液态氢罐上部的气态氢，温热氢，将其压缩并且将所得的气体引导至高压缓冲罐(如～15000psig级别的罐)。这样的系统中的压缩机通常不具有直接对车辆进行燃料补给的能力。为解决这一问题，将压缩机与缓冲罐流的组合送往进行燃料补给的车辆以达到J2601规定的流率。J2601规定的温度可以通过以下方式实现：将氢气流(具有J2601规定的流率)引导通过热交换器，该热交换器也接收来自贮储罐的液态氢流，使得氢气流被冷却。温热的液态氢流被返回到贮储罐。这将热送至贮储罐，但是能将氢气流冷却至
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40℉。压缩机将气体抽离罐的顶部空间，使贮储罐的压力降低，以处理系统中的加热。然而，此方案的限制是所需压缩机的高设备成本。或者，可以使用市售的制冷系统将氢气流(具有J2601规定的流率)冷却至J2601规定的温度，但这增加了设备成本。
[0008]压缩机的成本远高于泵的成本。当压缩机的质量流率与泵的质量流率相匹配时尤
为如此。因此，液氢罐的正排量(活塞式)泵代表了燃料电池电动汽车的氢气燃料补给的经济解决方案。将泵送的液态氢经由汽化器以及混合和控制阀汽化到目标温度。氢气缓冲罐可以存储汽化的液态氢，用于在分配过程中补充来自泵的流量，从而在一定程度上根据完成输送温度所需的瞬态制冷来平衡泵运行的负荷。这允许使用稍小的泵。此方法的缺点包括氢气缓冲罐的额外设备成本和再加注缓冲罐的额外泵送时间。
[0009]已知两级正排量泵在包含液态氢存储的燃料补给站中使用。一些两级正排量泵的第一级可将压缩液态氢以约10bara的压力输送至第二级(储罐内的压力为2.5barg，加上第一级的压差为6.5barg，得到2.5barg+6.5barg+1atm＝～10bara)。
[0010]这样的两级正排量泵的第二级可以以830barg输送这种压缩液体。液态氢的临界压力是12.8bara。因此，第二级的大部分输送在低温温度下是超临界的(气体)，因此不需要汽化器来汽化泵送的液态氢。然而，可以使用汽化器来温热一部分来自泵第二级的气流。因此，将一部分两级正排量泵流(其是低温的)与来自汽化器或缓冲罐的温热流混合以实现所需的(例如)
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33至
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40℃温度目标。当将液体从10bar压缩到830bar时，两级泵经历温度波动。即使是等熵压缩，液体温度也会大幅上升，接近冲程底部。温度高低波动。
[0011]由于进入液体将会被汽化以防止多余的液体进入到泵送室中，泵的余温将会抑制单级正排量泵的加注。两级正排量泵通过使用第一级迫使液体进入第二级而克服了这个问题。避免两级泵送需要的替代方法是使用更高的过冷度，以确保进入泵的液态氢保持液态，即使它被余热加热，也不会汽化。
[0012]使用带有过冷(过冷压力2bar至4barg)的单级正排量泵(2.5barg至830barg)将会简化泵的结构。然而，此类方法需要通过温热来加压顶部空间而使整个贮储罐过冷。这加速了储罐中的饱和升热(saturation heat rise)，因为其中的液体也被温热。因此，站点的排气更多，导致产品损失，这是不理想的。

技术实现思路

[0013]本主题的多个方面可以在下面描述和要求保护的装置和系统中单独或一起体现。这些方面可以单独使用，也可以与本文描述的主题的其他方面结合使用，并且这些方面的描述一起并不旨在排除单独使用这些方面或单独或以本文所附权利要求中所述的不同组合来声明这些方面。
[0014]在一个方面，用于分配低温流体的系统包括贮罐(bulk tank)和第一集液槽，该贮罐配置为包含低温液体供应。集液槽(sump)的设计应足够大以处理液体输送的合理工作循环，其体积与通常使用的体积相比大很多倍(仅作为示例，是典型车辆燃料补给的十倍)。第一液体进料阀配置为当在开放条件下时，将液体从贮罐引导到第一集液槽，并且在闭合条件下时，防止液体从贮罐转移到第一集液槽。第一正排量泵定位在第一集液槽内，并且配置为当第一集液槽包含高于该第一集液槽内的预定液位的低温液体时，泵送该低温液体，并浸没在该低温液体中。输送管线与第一正排量泵的出口成流体连通，该输送管线配置为当第一正排量泵被启动时，将低温流体从第一正排量泵引导至使用装置。
[0015]在另一方面，用于分配低温流体的方法包括以下步骤：将低温液体从贮罐转移到第一集液槽，使得第一集液槽中的第一正排量泵浸没在低温液体中，将第一集液槽中的液体与贮罐中的液体隔离，启动第一正排量泵，使用来自第一正排量泵的热在第一集液槽内
累积压力，使得集液槽内的低温液体过冷，并且使用第一正排量泵泵送来自第一集液槽的低温流体。
附图说明
[0016]图1是本公开的低温流体分配系统的第一实施方式的示意图；
[0017]图2是本公开的低温流体分配体统的第二实施方式的示意图。
具体实施方式
[0018]本公开的低温流体分配系统的第一实施方式大体上如图1中的4所示。尽管本公开的实施方式在下文中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于分配低温流体的系统，包含：a.贮罐，其配置为包含低温液体供应；b.第一集液槽；c.第一液体进料阀，其配置为当在开放条件下时，将液体从所述贮罐引导到所述第一集液槽，并且在闭合条件下时，防止液体从所述贮罐转移到所述第一集液槽；d.第一正排量泵，其定位在所述第一集液槽内，并且配置为当所述第一集液槽包含高于所述第一集液槽中预定液位的低温液体时，泵送所述低温液体并且被浸没在所述低温液体中；e.输送管线，其与所述第一正排量泵的出口成流体连通，所述输送管线配置为当所述第一正排量泵被启动时，将低温流体从所述第一正排量泵引导至使用装置。2.如权利要求1所述的系统，还包含：第一蒸汽返回阀，其配置为当在开放条件下时，将蒸汽从所述第一集液槽引导到所述贮罐，并且当在闭合条件下时，防止蒸汽从所述第一集液槽转移到所述贮罐。3.如权利要求1或2中任一项所述的系统，还包含：f.第二集液槽；g.第二液体进料阀，其配置为当在开放条件下时，将液体从所述贮罐引导至所述第二集液槽，并且在闭合条件下时，防止液体从所述贮罐转移到所述第二集液槽；h.第二正排量泵，其定位于所述第二集液槽内，并且配置为当所述第二集液槽包含高于所述第二集液槽内预定液位的低温液体时，泵送所述低温液体并且被浸没在所述低温液体中；并且其中所述输送管线与所述第二正排量泵的出口成流体连通，所述输送管线配置为当所述第二正排量泵被启动时，将低温流体从所述第二正排量泵引导至使用装置。4.如权利要求3所述的系统，还包含：第二蒸汽返回阀，其配置为当在开放条件下时，将蒸汽从所述第二集液槽引导至所述贮罐，并且在闭合条件下时，防止蒸汽从所述第二集液槽转移到所述贮罐。5.如权利要求3或4所述的系统，其中所述第一和第二正排量泵是配置为输送蒸汽的两级正排量泵。6.如权利要求3或4所述的系统，其中所述第一和第二正排量泵是单级正排量泵，并且其中所述输送管线包含汽化器。7.如权利要求1所述的系统，其中所述输送管线包含汽化器。8.如权利要求7所述的系统，还包含：缓冲罐，其配置为选择性地接收和存储来自所述汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：TK德鲁贝，E托尔，
申请(专利权)人：查特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：