用于填充氢燃料车辆的气罐的站点和方法技术

一种用于填充燃料电池电动车辆的气罐的氢气再填充站点包括液态氢气罐，该液态氢气罐将液态氢气供给到填充回路的上游端，该填充回路还包括热交换器。热交换器在液态氢气与热传递流体流之间交换热量，从而冷却热传递流体并使液态氢气汽化，以提供用于在回路的下游端处填充氢燃料车辆气罐的高压氢气的供应。因为液态氢气被热交换器内的热传递流体包围，所以几乎没有发生任何起雾。乎没有发生任何起雾。乎没有发生任何起雾。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于填充氢燃料车辆的气罐的站点和方法
[0001]背景


[0002]本专利技术涉及一种用于填充加压气体罐的装置。
[0003]更具体地，本专利技术涉及一种用于填充燃料电池电动车辆(FCEV)的气罐的装置，该装置包括液化气体源、传递回路，该传递回路与液化气源处于下游流体连通并且包括至少一个下游端，该至少一个下游端被适配并且被配置成可移除地连接到待填充的车辆氢气罐。

技术介绍

[0004]使用液态氢气源的氢气燃料补给站点是已知的。这些已知的装置使得可以使用来自液态氢气的制冷来产生用于快速填充的预冷却加压氢气，而在填充过程中不会发生气罐中的气体温度升高过度。
[0005]例如，Daney等人提出了一种构思性再填充站点，该再填充站点使用汽化器来提供环境温度的高压气态氢气，高压气态氢气随后在被送入车辆气罐之前进行冷却。Daney等人,“Hydrogen
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fuelled vehicle fuelling station[氢燃料车辆燃料供应站点]”,Advances in Cryogenic Engineering,vol 41,1996[低温工程进展,第41卷,1996年]。
[0006]在城市公共汽车再填充站点处实施的另一个这种站点使用汽化器，该汽化器将热量从环境空气传递到泵送的液态氢气流，以向车辆气罐提供高压气态氢气流。Raman等人,“A rapid fill hydrogen fuel station for fuel cell buses[用于燃料电池公共汽车的快速填充氢燃料站点]”,12th World Energy conference Hydrogen energy Progress 2,pp1629
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1642[第12届世界能源大会氢能进展2,第1629至1642页]。
[0007]在大气压力下，氢气的沸点为
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252.8℃。因为Raman等人披露的站点使用在液态氢气与环境空气之间交换热量的汽化器，因此环境空气汽化器的表面温度极低。因此，来自环境空气的水蒸气在环境空气汽化器的表面上冷凝并冻结。环境空气汽化器周围的空气也会冷凝并滴落到下面的设备上。这会给下面的设备带来风险。设备可能会变得热脆化、尤其是由碳钢制成的设备，并且板可能会开裂，结构梁可能会失效，并且管道可能会爆裂。由于氧气冷凝的温度比氮气更高，因此可以形成富氧气氛。当然，富氧气氛会带来许多已知的风险。此外，冷凝空气加剧了设备周围的低温云。
[0008]当环境空气汽化器的表面上的冻结水的深度达到不理想的深度，从而降低有效热传递，或者甚至导致环境空气汽化器的相邻叶片之间的桥接时，这种汽化器必须在继续进一步使用之前进行除霜。为了解决这个问题，可以以交替方式使用两个环境空气汽化器，这样当一个在除霜时，另一个用于使液态氢气汽化。虽然这解决了问题，但由于每个填充回路需要两个环境空气汽化器，因此可能会令人不满意地增加资本成本。对于位于房地产昂贵的地区的氢气填充站点和/或对于共同位于其中站点的空间是从零售加油站点租用的零售加油站处的氢气填充站点，资本支出也会增加，因为具有两个汽化器的必要性使由站点的
液体汽化部分占用的占地面积或空间加倍。
[0009]由于环境空气汽化器的表面温度非常低，因此环境空气中的水蒸气也会在汽化器周围的区域中冷凝，从而形成起雾条件。
[0010]虽然起雾对于与公众隔离的再填充站点(诸如在通常远离消费者的工业区)来说可能是麻烦事，但对于更显眼的再填充站点(诸如零售氢气再填充站点、开放式示范再填充站点以及与零售加油站点共同定位的氢气填充站点)来说，起雾是严重得多的问题。这是因为公众会看到从氢气再填充站点冒出的雾气并且错误地认为该站点处发生了危险的氢气泄漏，或者甚至该站点处发生了火灾。因此，向紧急应答器错误报告灾难性泄漏或危险火灾将要求该站点进行紧急停止，然后进行彻底的安全评估，再然后才能宣布该站可以安全运行。出于这个原因，环境汽化器的使用可能会严重阻碍源于现场液态氢气罐并且位于公众可看到的显眼区域的氢气再填充站点的发展。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是克服上述现有技术缺点中的所有或一些缺点。
[0012]披露了一种氢气再填充站点，该氢气再填充站点包括被适配并配置成储存液态氢气的液态氢气源、填充回路、以及热交换流体回路。该填充回路具有：上游端，该上游端与该液态氢气源处于下游流连通以允许液态氢气流从该源流入该填充回路中；下游端，该下游端被适配并配置成与FCEV气罐可移除地连接以用于填充该气罐；以及第一热交换器，该第一热交换器设置在该填充回路的上游端与下游端之间。该热传递回路按流动顺序包括与该第一热交换器处于下游流连通的上游端、第二热交换器、热传递流体泵、以及与该第一热交换器处于上游流连通的下游端，该热传递流体泵被适配并配置成接收来自该第二热交换器的热传递流体并将热传递流体引导至该第一热交换器。该第二热交换器被适配并配置成加热从该第一热交换器接收的经冷却的热传递流体。该第一热交换器被适配并配置成在流过该热传递回路的热传递流体与该填充回路中的液态氢气之间交换热量，以便冷却该热传递流体并使该液态氢气汽化以提供用于填充该气罐的加压气态氢气，该第一热交换器内的液态氢气流被该热传递流体流包围。
[0013]还披露了一种氢气再填充站点，包括被适配并配置成储存液态氢气的液态氢气源、第一填充回路和第二填充回路、热传递流体贮存器、以及第一热交换流体回路和第二热交换流体回路，其中：该第一填充回路具有：上游端，该上游端与该液态氢气源处于下游流体连通以允许液态氢气流从该源流入该第一填充回路中；下游端，该下游端被适配并配置成与氢燃料车辆气罐可移除地连接以用于填充该气罐；以及第一热交换器，该第一热交换器设置在该第一填充回路的上游端与下游端之间；该第二填充回路具有：上游端，该上游端与该液态氢气源处于下游流体连通以允许液态氢气流从该源流入该第二填充回路中；下游端，该下游端被适配并配置成与氢燃料车辆气罐可移除地连接以用于填充该气罐；以及第一热交换器，该第一热交换器设置在该第二填充回路的上游端与下游端之间；该第一热传递回路按流动顺序包括与该第一填充回路的第一热交换器处于下游流连通的上游端、第二热交换器、热传递流体泵、以及与该第一填充回路的第一热交换器处于上游流连通的下游端，该第一热传递回路的热传递流体泵被适配并配置成从该第一热传递回路的第二热交换器接收热传递流体并将该热传递流体引导至该第一填充回路的第一热交换器；该第二热传
递回路按流动顺序包括与该第二填充回路的第一热交换器处于下游流连通的上游端、第二热交换器、热传递流体泵、以及与该第二填充回路的第一热交换器处于上游流连通的下游端，该第二热传递回路的热传递流体泵被适配并配置成从该第二热传递回路的第二热交换器接收热传递流体并将该热传递流体引导至该第二填充回路的第一热交换器；该第一热传递回路的第二热交换器被适配并配置成加热从该第一热传递回路的第一热交换器接收的经冷却的热传递流体；并且该第二热传递回路的第二热交换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氢气再填充站点，包括被适配并配置成储存液态氢气的液态氢气源、填充回路、以及热交换流体回路，其中，该填充回路具有：上游端，该上游端与该液态氢气源处于下游流体连通以允许液态氢气流从该源流入该填充回路中；下游端，该下游端被适配并配置成与氢燃料车辆气罐可移除地连接以用于填充该气罐；以及第一热交换器，该第一热交换器设置在该填充回路的上游端与下游端之间；该热传递回路按流动顺序包括与该第一热交换器处于下游流连通的上游端、第二热交换器、热传递流体泵、以及与该第一热交换器处于上游流连通的下游端，该热传递流体泵被适配并配置成接收来自该第二热交换器的热传递流体并将该热传递流体引导至该第一热交换器；该第二热交换器被适配并配置成加热从该第一热交换器接收的经冷却的热传递流体；并且该第一热交换器被适配并配置成在流过该热传递回路的热传递流体与该填充回路中的液态氢气之间交换热量，以便冷却该热传递流体并使该液态氢气汽化以提供用于填充该气罐的加压气态氢气，该第一热交换器内的液态氢气流被该热传递流体流包围。2.如权利要求1所述的站点，进一步包括液态氢气泵，该液态氢气泵与该液态氢气源处于下游流连通并且与该第一热交换器处于上游流连通，该液态氢气泵被适配并配置成增加来自该液态氢气源的液态氢气流的压力并且朝向该第一热交换器引导该加压液态氢气流。3.如权利要求1所述的站点，其中，该填充回路进一步包括在该第一交换器下游的压力控制阀和压力传感器，并且该压力控制阀被适配并配置成基于由该压力传感器测量的加压气态氢气的压力来控制用于填充该气罐的加压气态氢气的压力。4.如权利要求1所述的站点，其中：该热传递回路进一步包括主管路、旁通管路、三通流量控制阀、温度传感器、以及下游管路，该下游管路在该三通流量控制阀与该热传递流体泵之间流连通；该主管路在该第一热交换器与该三通流量控制阀之间流连通地延伸；该旁通管路从该主管路分支出来，并且与该三通流量控制阀处于上游流连通；该第二热交换器设置在该主管路中；该三通流量控制阀控制来自该主管路的加热的热传递流体和来自该旁通管路的未加热的热传递流体的流量，将来自该主管路的加热的热传递流体流和来自该旁通管路的未加热的热传递流体流组合，并且将组合的热传递流体流引导至热传递泵；该温度传感器在该三通流量控制阀与该第一热交换器之间设置在该热传递回路中；并且该三通控制阀通过调节该组合的热传递流体流中的加热的热传递流体的流速与该未加热的传递流体的流速的比率来控制该三通控制阀与该第一热交换器之间的热传递流体的温度。5.如权利要求1所述的站点，其中，该热传递流体回路进一步包括鼓风机，该鼓风机被适配并配置成将环境空气吹送到该第二热交换器处，以便用吹送的环境空气的热量来加热该热传递流体。6.如权利要求1所述的站点，其中，该第二热交换器是电加热器，该电加热器被适配并
配置成加热该热传递流体。7.如权利要求1所述的站点，进一步包括两个或更多个缓冲容器；支路，该支路从该第一热交换器下游的填充回路分支出来，该支路被适配并配置成将该加压气态氢气从该第一热交换器引导到该两个或更多个缓冲容器；一组阀；以及压力控制阀，该一组阀被适配并配置成允许该加压气态氢气流过该支路并流入这些缓冲容器中的一个中但不流入这些缓冲容器中的另一个中，并且允许该加压气态氢气从这些缓冲容器中的一个流过该支路并流到该填充回路的下游端，该压力控制阀被适配并配置成基于由在该支路与该填充回路的下游端之间设置在该填充回路中的压力传感器感测的压力来控制从该填充回路的下游端流出的加压气态氢气的压力。8.如权利要求1所述的站点，其中，该填充回路进一步包括：主管路，该主管路在该填充回路的上游端与下游端之间流体连通；旁通管路，该旁通管路从该主管路分支出来并在该第一热交换器的下游与该主管路重新组合；设置在该主管路中的流量控制阀；设置在该旁通管路中的流量控制阀；以及温度传感器，该温度传感器在该旁通管路与该主管路重新组合的点的下游且在该填充回路的下游端的上游设置在该填充回路中，该第一热交换器设置在该主管路中，设置在该主管路中的流量控制阀被适配并配置成控制流过该主管路的汽化氢气流，设置在该旁通管路中的流量控制阀被适配并配置成控制流过该旁通管路的液态氢气流，这些流量控制阀控制汽化氢气和液态氢气的流量以便进而基于由该温度传感器感测的温度来控制用于填充该气罐的加压气态氢气的温度。9.如权利要求1所述的站点，其中，该热传递回路进一步包括热传递贮存器，该热传递贮存器在该第二热交换器与该热传递泵之间流体连通，该热传递贮存器被适配并配置成容纳一定体积的该热传递流体。10.一种氢气再填充站点，包括被适配并配置成储存液态氢气的液态氢气源、第一填充回路和第二填充回路、热传递流体贮存器、以及第一热交换流体回路和第二热交换流体回路，其中：该第一填充回路具有：上游端，该上游端与该液态氢气源处于下游流体连通以允许液态氢气流从该源流入该第一填充回路中；下游端，该下游端被适配并配置成与氢燃料车辆气罐可移除地连接以用于填充该气罐；以及第一热交换器，该第一热交换器设置在该第一填充回路的上游端与下游端之间；该第二填充回路具有：上游端，该上游端与该液态氢气源处于下游流体连通以允许液态氢气流从该源流入该第二填充回路中；下游端，该下游端被适配并配置成与氢燃料车辆气罐可移除地连接以用于填充该气罐；以及第一热交换器，该第一热交换器设置在该第二填充回路的上游端与下游端之间；该第一热传递回路按流动顺序包括与该第一填充回路的第一热交换器处于下游流连通的上游端、第二热交换器、热传递流体泵、以及与该第一填充回路的第一热交换器处于上游流连通的下游端，该第一热传递回路的热传递流体泵被适配并配置成从该第一热传递回路的第二热交换器接收热传递流体并将该热传递流体引导至该第一填充回路的第一热交换器；该第二热传递回路按流动顺序包括与该第二填充回路的第一热交换器处于下游流连通的上游端、第二热交换器、热传递流体泵、以及与该第二填充回路的第一热交换器处于上
游流连通的下游端，该第二热传递回路的热传递流体泵被适配并配置成从该第二热传递回路的第二热交换器接收热传递流体并将该热传递流体引导至该第二填充回路的第一热交换器；该第一热传递回路的第二热交换器被适配并配置成加热从该第一热传递回路的第一热交换器接收的经冷却的热传递流体；该第二热传递回路的第二热交换器被适配并配置成加热从该第二热传递回路的第一热交换器接收的经冷却的热传递流体；该热传递流体贮存器在该第一热传递回路的第二热交换器与热传递流体泵之间流连通，并且在该第二热传递回路的第二热交换器与热传递流体泵之间流连通；该第一填充回路的第一热交换器被适配并配置成在流过该第一热传递回路的热传递流体与该第一填充回路中的液态氢气之间交换热量，以便冷却该热传递流体并使该液态氢气汽化以提供用于填充氢燃料车辆的气罐的加压气态氢气，该第一填充回路的第一热交换器内的液态氢气流被该热传递流体流包围；并且该第二填充回路的第一热交换器被适配并配置成在流过该第二热传递回路的热传递流体与该第二填充回路中的液态氢气之间交换热量，以便冷却该热传递流体并使该液态氢气汽化以提供用于填充氢燃料车辆的气罐的加压气态氢气，该第二填充回路的第一热交换器内的液态氢气流被该热传递流体流包围。11.如权利要求10所述的站点，进一步包括：第一液态氢气泵，该第一液态氢气泵与该液态氢气源处于下游流连通并且与该第一填充回路的第一热交换器处于上游流连通，该第一液态氢气泵被适配并配置成增加来自该液态氢气源的液态氢气流的压力并且朝向该第一填充回路的第一热交换器引导该加压液态氢气流；以及第二液态氢气泵，该第二液态氢气泵与该液态氢气源处于下游流连通并且与该第二填充回路的第一热交换器处于上游流连通，该第二液态氢气泵被适配并配置成增加来自该液态氢气源的液态氢气流的压力并且朝向该第二填充回路的第一热交换器引导该加压液态氢气流。12.如权利要求10所述的站点，其中，这些填充回路中的每一个进一步包括在相关联的第一交换器下游的压力控制阀和压力传感器，并且该压力控制阀被适配并配置成基于由该压力传感器测量的加压气态氢气的压力来控制用于填充氢燃料车辆的气罐的加压气态氢气的压力。13.如权利要求10所述的站点，其中：该热传递回路中的每一个进一步包括主管路、旁通管路、三通流量控制阀、温度传感器、以及下游管路，该下游管路在该三通流量控制阀与该热传递流体泵之间流连通；每个主管路在该相关联的第一热交换器与该相关联的三通流量控制阀之间流连通地延伸；每个旁通管路从该相关联的主管路分支出来，并且与该相关联的三通流量控制阀处于上游流连通；每个第二热交换器设置在该相关联的主管路中；每个三通流量控制阀控制来自该相关联的主管路的加热的热传递流体和来自该相关
联的旁通管路的未加热的热传递流体的流量，将来自该相关联的主管路的加热的热传递流体流和来自该相关联的旁通管路的未加热的热传递流体流组合，并且将组合的热传递流体流引导至该相关联的热传递泵；每个温度传感器在该相关联的三通流量控制阀与该相关联的第一热交换器之间设置在相关联的热传递回路中；并且每个三通控制阀通过调节该组合的热传递流体流中的加热的热传递流体的流速与该未加热的传递流体的流速的比率来控制该三通控制阀与该相关联的第一热交换器之间的热传递流体的温度。14.如权利要求10所述的站点，其中，每个热传递流体回路进一步包括鼓风机，该鼓风机被适配并配置成将环境空气吹送到相关联的第二热交换器处，以便用吹送的环境空气的热量来加热该热传递流体。15.如权利要求10所述的站点，其中，每个第二热交换器是电加热器，该电加热器被适配并配置成加热该热传递流体。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
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：