用于加注低温压缩氢罐的系统及其操作方法技术方案

本文公开了一种用低温压缩氢加注器皿的设备。该设备包括加注器控制器，加注器控制器被构造为：基于器皿的压力在加注过程之前泄放器皿；基于器皿的压力和混合罐的压力，用至少低温压缩氢填充混合罐，其中混合罐连接在器皿的上游并且被构造为包括低温压缩氢；启动器皿的加注过程；响应于在加注过程期间器皿的温度不满足器皿的目标温度而调整混合罐的温度，其中混合罐的温度将基于超临界氢流的增加或减少来调整；并且响应于器皿的压力满足器皿的目标压力而结束加注过程。标压力而结束加注过程。标压力而结束加注过程。

【技术实现步骤摘要】
用于加注低温压缩氢罐的系统及其操作方法


[0001]本公开大体涉及加注燃料罐，并且更具体地，涉及用于加注氢罐的系统及其操作方法。

技术介绍

[0002]近年来，氢动力运载器(例如，汽车、飞行器、公共汽车、轮船等)已经变得更加普遍。因此，氢储存罐和这种罐的加注措施的进步不断增加。典型的液态氢(LH2)加注系统包括供应罐和/或拖车、流量控制阀、体积流量计、低温阀和真空夹套流线。连同机载LH2罐，一些氢动力运载器(例如，飞行器)还包括低温泵或其他机构，以向发动机提供气态氢(GH2)用于燃烧和发电(power generation)。一些氢动力运载器包括机载低温压缩氢(CcH2)罐，从而以高于LH2罐的压力但密度类似将氢储存在超临界态(例如，超临界气体)。例如，CcH2罐可以以36千克/立方米(kg/m3)至83kg/m3的密度范围、100bar至350bar的压力范围以及40Kelvin(K)至70K的低温温度范围储存CcH2。
附图说明
[0003]在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的优选实施例的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
[0004]图1示出了用于加注液态氢(LH2)燃料罐的已知系统；
[0005]图2示出了根据本公开的教导的第一示例低温压缩氢(CcH2)加注系统；
[0006]图3示出了根据本公开的教导的第二示例CcH2加注系统；
[0007]图4示出了根据本公开的教导的第三示例CcH2加注系统；
[0008]图5示出了具有示例机载CcH2罐的示例氢飞行器；
[0009]图6示出了LH2的饱和压力与温度以及密度与温度的关系；
[0010]图7示出了CcH2在两个不同温度下的密度与压力的关系；
[0011]图8是示出示例CcH2加注系统的操作的流程图；
[0012]图9是示出示例CcH2加注系统的示例CcH2加注器的操作的流程图；
[0013]图10示出了示例处理平台，其包括被构造为执行图8
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9的示例机器可读指令的处理器电路。
[0014]附图未按比例绘制。相反，可以在附图中放大层或区域的厚度。通常，在整个附图和随附的书面描述中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。如本专利中所使用的，声明任何部分(例如，层、膜、区、区域或板)以任何方式在(例如，定位在、位于、设置在或形成在等)另一部分上，表示被引用部分或者与另一部分接触，或者被引用部分在另一部分上方，其中一个或多个中间部分位于它们之间。除非另有说明，否则连接引用(例如，附接、联接、连接、接合、分开、断开联接、断开连接、分离等)将被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对移动。如本文所用，术语“可断开联接”是指两个部分被附接、连接和/或以其他方式接合并且然后被分开、断开连接和/或以其他方式非破坏
性地彼此分离(例如，通过移除一个或多个紧固件、移除连接部分等)的能力。因此，连接/断开连接引用不一定推断两个元件直接连接并且彼此具有固定关系。声明任何部分与另一部分“接触”意味着在这两个部分之间没有中间部分。
[0015]描述符“第一”、“第二”、“第三”等在本文中用于识别可单独提及的多个元件或部件。除非基于其使用背景另有规定或理解，否则此类描述符并非旨在赋予优先级、列表中的物理顺序或布置、或时间排序的任何含义，而仅用作分别指代多个元件或部件的标签，以便于理解所公开的示例。在一些示例中，描述符“第一”可以用于指代详细描述中的元件，而在权利要求中可以使用不同的描述符(例如“第二”或“第三”)来指代相同的元件。在这种情况下，应当理解，这种描述符仅用于便于引用多个元件或部件。
具体实施方式
[0016]用于利用液态氢(LH2)加注氢动力运载器(例如，飞行器、汽车、卡车、轮船等)的系统的操作包括通常与机载LH2罐具有相同结构或功能的LH2供应罐(例如，在供应卡车/拖车上)。加注系统使用泵和其他设备为氢飞行器提供处于正确温度和饱和压力的LH2。一些运载器或机器(诸如其他氢飞行器、航天器、市政电力等)使用低温压缩氢(CcH2)罐代替LH2罐来储存用于发电的氢燃料。在本文使用的一些示例中，“低温压缩氢”是指已经被压缩至大于氢临界点(例如，13bar)的压力同时处于低温温度(例如，40K至70K)的氢(例如，LH2、气态氢(GH2)、氢蒸气等)。例如，在达到这样的压力和温度时，LH2相转变为超临界流体，然后可以称为CcH2。一些氢飞行器包括机载CcH2罐而不是机载LH2罐，因此飞行器上不包括低温泵。相反，CcH2在机载CcH2罐中已经高度压缩(例如，高达350bar)，并且可以经由压力驱动的燃料供应系统提供给发动机用于燃烧。与包括机载LH2罐和LH2泵的其他氢飞行器相比，包括机载CcH2罐而没有低温泵可以节省氢飞行器上的重量和空间。本文公开的示例包括用于将运载器(例如，氢飞行器、航天器或使用CcH2燃料的其他运载器)上或集成到发电设施(例如，使用CcH2燃料的市政发电厂)的CcH2罐加注至目标压力和温度，使得共同实现目标压力和温度并且CcH2不会转换回LH2的系统。
[0017]在本文公开的示例中，CcH2加注系统可用于将机载CcH2罐和/或其他示例CcH2罐、器皿和/或容器加注至目标压力，同时控制示例CcH2罐中的温度。在使用示例CcH2加注系统的加注过程期间，氢的逆焦耳
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汤姆逊效应使部分CcH2加注系统和CcH2罐中的CcH2的温度降低。在热力学中，焦耳
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汤姆逊效应描述了当真实气体通过孔口(也称为节流孔)从高压区流向低压区时发生的真实气体的温度变化。在室温和恒定焓值下，由于焦耳
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汤姆逊效应，氢在膨胀时加热。然而，在低温温度下(例如，40K、50K、70K等的CcH2温度)，氢的焦耳
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汤姆逊效应逆转，导致氢在膨胀时冷却。在本文公开的示例中，CcH2加注系统包括节流CcH2燃料的阀(例如，比例阀、调节器阀、低温阀等)，导致阀下游和示例CcH2罐中的CcH2的膨胀和冷却。本文公开的示例包括CcH2加注系统，其在加注过程期间将气态氢引入CcH2燃料以可控地加热CcH2燃料并抵消CcH2的逆焦耳
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汤姆逊效应。
[0018]本文公开的示例CcH2加注系统包括CcH2加注器、CcH2源和超临界氢(sH2)源，以在目标温度下将CcH2罐和/或器皿(例如，飞行器上、航天器上、集成到市政电力系统等)加注至目标压力。示例CcH2源可以包括低温泵以将LH2低温压缩成CcH2。附加地或替代地，示例CcH2源可以包括CcH2供应罐。示例sH2源可包括汽化器以将CcH2燃料的一部分加热至接近
环境温度(例如，当环境温度为313K时加热至310K，或当环境温度为233K时加热至230K)。附加地或替代地，示例sH2源可以包括能够在高压(例如，20bar或更高)和接近环境温度下储存氢的氢储存罐，使得sH2可以保持在超临界本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用低温压缩氢加注器皿的设备，其特征在于，所述设备包括：加注器控制器，所述加注器控制器被构造为：基于所述器皿的压力在加注过程之前泄放所述器皿；基于所述器皿的所述压力和混合罐的压力，用至少所述低温压缩氢填充所述混合罐，其中所述混合罐连接在所述器皿的上游并且被构造为包括所述低温压缩氢；启动所述器皿的所述加注过程；在所述加注过程期间响应于所述器皿的温度不满足所述器皿的目标温度而调整所述混合罐的温度，其中所述混合罐的所述温度将基于超临界氢流的增加或减少来调整；并且响应于所述器皿的所述压力满足所述器皿的目标压力而结束所述加注过程。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述器皿是飞行器上的低温压缩氢储存罐，所述器皿在所述加注过程之前包括未使用的低温压缩氢。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，其中，所述器皿是能够从所述飞行器移除的第一罐，其中所述加注器控制器被构造为启动从所述飞行器拆卸的第二罐的所述加注过程，所述第二罐在所述加注过程后更换所述第一罐。4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包括第一阀和第二阀，所述第一阀连接到所述器皿，所述第二阀连接到所述第一阀、所述混合罐和次级目的地，其中所述第一阀是快开阀，其中所述第二阀是分流阀，并且其中所述次级目的地包括一个或多个氢容器。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，其中，所述加注器控制器包括：压力环路电路，所述压力环路电路确定所述混合罐的所述压力是否小于所述器皿的所述压力；以及位置环路电路，所述位置环路电路：响应于所述混合罐的所述压力小于所述器皿的所述压力，经由所述第二阀将所述未使用的低温压缩氢引导至所述混合罐；并且响应于所述混合罐的所述压力大于所述器皿的所述压力，经由所述第二阀将所述未使用的低温压缩氢引导至所述次级目的地。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括连接在所述混合罐下游和所述器皿上游的低温阀，其中所述混合罐经由一个或多个刚性真空夹套流线连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：康斯坦丁诺斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：