用于分配氣體的方法

用于分配氣體的方法
【專利摘要】本發明涉及用于分配氣體的方法。一種用于分配在目標溫度范圍內的氣體的方法，其中，氣體與多個熱容器交換熱，以冷卻氣體。
【專利說明】用于分配氣體的方法
[0001]相關申請的交叉引用
本申請是2012年7月6日提交的美國申請N0.13/542，761，6的部分繼續申請，該申請的說明書和權利要求通過引用而結合在本文中，并且組成本申請的一部分。本申請要求2012年7月6日提交的美國申請N0.13/542，761和2012年10月10日提交的美國申請N0.13/648,622 的優先權。
【技術領域】
[0002]本發明特別適用于對使用氫作為燃料的車輛分配氫。
【背景技術】
[0003]工業期望分配在分配事件期間已經從環境溫度冷卻到在狹窄溫度范圍內的溫度的氫氣體。在分配事件期間的制冷負荷遠大于平均制冷要求。
[0004]在示例分配規約中，需要提供溫度在_33°C和_40°C之間的氫氣體。針對多個順序分配事件，必須在這個目標溫度范圍內分配氫氣體。因此分配站和分配方法必須能夠針對多個順序分配事件中的各個，在目標溫度范圍內對一定量的氣體提供充分的冷卻，氣體的量將在大小上有改變，典型地3千克至10千克，以及在流率上有改變，典型地0.25千克/分鐘至3.6千克/分鐘。

【發明內容】

[0005]本發明一種用于分配氣體的方法。
[0006]在下面略述該方法的幾個方面。
[0007]第一方面。一種方法包括:
從氣體源抽出第一量的氣體；
通過與第一熱容器(thermal capacitor)進行熱交換來冷卻第一量的氣體,其中，當第
一量的氣體最初被第一熱容器冷卻時，第一熱容器具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度；
通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體，其中，當第一量的氣體最初被第二熱容器冷卻時，第二熱容器具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度，其中，在通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體；
通過與第三熱容器進行熱交換來加熱或冷卻第一量的氣體，其中，第三熱容器具有在第一目標溫度范圍內的溫度，其中，在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，第一量的氣體與第三熱容器交換熱；以及
將第一量的氣體從第三熱容器引入到第一接收罐中，從而第一量的氣體具有在第一目標溫度范圍內的分配溫度。
[0008]第二方面。根據第一方面的方法，其中，通過與第三熱容器進行熱交換來加熱第一量的氣體。
[0009]第三方面。根據第一方面或第二方面的方法進一步包括:
從氣體源抽出第二量的氣體；
通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第二量的氣體；
通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第二量的氣體，其中，在通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第二量的氣體之后，通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第二量的氣體；
通過與第三熱容器進行熱交換來加熱或冷卻第二量的氣體，其中，第三熱容器具有在第一目標溫度范圍內的溫度，其中，在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第二量的氣體之后，第二量的氣體與第三熱容器交換熱；以及
將第二量的氣體從第三熱容器引入到第二接收罐中，從而第二量的氣體具有在第一目標溫度范圍內的分配溫度。
[0010]第四方面。根據第一至第三方面中的任一方面的方法進一步包括:
通過與制冷劑進行熱交換來冷卻第一熱容器、第二熱容器和第三熱容器，其中，制冷劑在制冷循環中循環。
[0011]第五方面。根據第四方面的方法，其中，獨立地控制通往第一熱容器、第二熱容器和第三熱容器中的各個的制冷劑的流率。
[0012]第六方面。根據第一至第三方面中的任一方面的方法進一步包括:
通過與制冷劑進行熱交換來冷卻第一熱容器和第二熱容器，其中，制冷劑在制冷循環中循環；以及
通過與第二制冷劑進行熱交換來冷卻第三熱容器，其中，第二制冷劑在第二制冷循環中循環。
[0013]第七方面。根據第四至第六方面中的任一方面的方法，其中，制冷劑選自由下者組成的組:R22、R404A 和 R507。
[0014]第八方面。根據第六方面的方法，其中，第二制冷劑選自由下者組成的組:R22、R404A 和 R507。
[0015]第九方面。根據第一至第八方面中的任一方面的方法進一步包括:
從氣體源抽出第三量的氣體；
通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第三量的氣體；
通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第三量的氣體，其中，在通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第三量的氣體之后，通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第三量的氣體；
通過與第四熱容器進行熱交換來加熱或冷卻第三量的氣體，其中，第四熱容器具有在第二目標溫度范圍內的溫度，其中，第二目標溫度范圍不同于第一目標溫度范圍，以及其中，在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第三量的氣體之后，第三量的氣體與第四熱容器交換熱；以及
將第三量的氣體從第四熱容器引入到第三接收罐中，從而第三量的氣體具有在第二目標溫度范圍內的分配溫度。
[0016]第十方面。根據第一至第九方面中的任一方面的方法進一步包括:
測量表示包圍第四接收罐的狀況的環境溫度；
從氣體源抽出第四量的氣體； 通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第四量的氣體；
通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第四量的氣體，其中，在通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第四量的氣體之后，通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第四量的氣體；通過與第三熱容器和第四熱容器中的一個進行熱交換來加熱或冷卻第四量的氣體，第三熱容器具有在第一溫度范圍內的溫度，第四熱容器具有在第二溫度范圍內的溫度，其中，第二目標溫度范圍不同于第一目標溫度范圍，以及其中，在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第四量的氣體之后，第四量的氣體與第三熱容器和第四熱容器中的一個交換熱，選擇通過與第三熱容器或第四熱容器進行熱交換來加熱或冷卻第四量的氣體依賴于測量到的包圍第四接收罐的環境溫度；以及
將第四量的氣體從第三熱容器或第四熱容器引入到第四接收罐中，從而當第四量的氣體與第三熱容器交換熱時，第四量的氣體具有在第一目標溫度范圍內的分配溫度，或者當第四量的氣體與第四熱容器交換熱時，第四量的氣體具有在第二目標溫度范圍內的分配溫度。
[0017]第十一方面。根據第一至第十方面中的任一方面的方法，其中，第一熱容器、第二熱容器和第三熱容器中的至少一個包括金屬。
[0018]第十二方面。根據第十一方面的方法，其中，金屬為鋁。
[0019]第十三方面。根據第一至第十二方面中的任一方面的方法，其中，第一熱容器、第二熱容器和第三熱容器中的至少一個包括液體。
[0020]第十四方面。根據第十三方面的方法，其中，液體為液態烴。
[0021]第十五方面。根據第十四方面的方法，其中，液態烴是C10-C13異烷烴。
[0022]第十六方面。根據第一至第十五方面中的任一方面的方法進一步包括:
從氣體源抽出第五量的氣體；以及
將第五量的氣體從氣體源引入到第五接收罐中，其中，在從氣體源抽出第五量的氣體以及將第五量的氣體引入到第五接收罐中之間，不冷卻第五量的氣體。
[0023]第十七方面。根據前述方面中的任一方面的方法進一步包括:
在從氣體源抽出第一量氣體之前，測量表不包圍第一接收罐的狀況的環境溫度；以及 依賴于在從氣體源抽出第一量的氣體之前測量到的環境溫度來設定第一目標溫度范圍。
[0024]第十八方面。根據第一至第十七方面中的任一方面的方法進一步包括:
通過與額外的熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體，其中，當第一量的氣體最初被額外的熱容器冷卻時，額外的熱容器具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度，其中，在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，通過與額外的熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體；以及
通過與具有在第一目標溫度范圍內的溫度的第三熱容器進行熱交換來加熱或冷卻第一量的氣體，以及其中，在通過與額外的熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，第一量的氣體與第三熱容器交換熱。
[0025]第十九方面。根據第一至第十八方面中的任一方面的方法進一步包括:
提供第四熱容器，其中，第四熱容器具有在第二目標溫度范圍內的溫度，第二目標溫度范圍不同于第一目標溫度范圍，并且第四熱容器可特別地包括高于第一溫度范圍的溫度；提供以下選擇:通過與第三熱容器或第四熱容器進行熱交換來加熱或冷卻第一量的氣體，其中，如果第一量的氣體與第四熱容器交換熱，則在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，第一量的氣體與第四熱容器交換熱；以及
對下者進行選擇:通過與第三熱容器進行熱交換來加熱或冷卻第一量的氣體。
[0026]第二十方面。一種方法包括:
從氣體源抽出第一量的氣體；
通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體，其中，當第一量的氣體最初被第一熱容器冷卻時，第一熱容器具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度；
通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體，其中，當第一量的氣體最初被第
二熱容器冷卻時，第二熱容器具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度，其中，在通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體；
提供第三熱容器和第四熱容器；
通過與第三熱容器和第四熱容器中的一個進行熱交換來加熱或冷卻第一量的氣體，其中，第三熱容器具有在第一目標溫度范圍內的溫度，而第四熱容器具有在第二目標溫度范圍內的溫度，第二目標溫度范圍不同于第一目標溫度范圍，并且第四熱容器可特別地包括高于第一目標溫度范圍的溫度，其中，在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，第一量的氣體與第三熱容器和第四熱容器中的一個交換熱；以及
將第一量的氣體從第三熱容器和第四熱容器中的一個引入到第一接收罐中，從而當第一量的氣體與第三熱容器交換熱時，第一量的氣體具有在第一目標溫度范圍內的分配溫度，而當第一量的氣體與第四熱容器交換熱時，第一量的氣體具有在第二目標溫度范圍內的分配溫度。
[0027]第二十一方面。根據第二十方面和第一至第十九方面中的任一方面的方法。
[0028]第二十二方面。根據第二十或第二十一方面的方法進一步包括:
通過與額外的熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體，其中，當第一量的氣體最初被額外的熱容器冷卻時，額外的熱容器具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度，其中，在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，通過與額外的熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體；以及
通過與第三熱容器和第四熱容器中的一個進行熱交換來加熱或冷卻第一量的氣體，第三熱容器具有在第一目標溫度范圍內的溫度，而第四熱容器具有在第二目標溫度范圍內的溫度，以及其中，在通過與額外的熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，第一量的氣體與第三熱容器和第四熱容器中的一個交換熱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是適于執行方法的系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]如本文所用，當應用于說明書和權利要求中描述的本發明的實施例中的任何特征時，冠詞“一個”和“一”表示一個或多個。對“一個”和“一”的使用不將含義限于單個特征，除非特別地陳述了這種限制。在單數或復數名詞或名詞短語前面的冠詞“該”指的是特別規定的特征或特別規定的多個特征，并且可具有單數或復數內涵，這依賴于其中使用了它的上下文。形容詞“任何”意味著一個、一些或全部無差別的任何量。置于第一實體和第二實體之間的用語“和/或”表示(I)第一實體、(2)第二實體以及(3)第一實體和第二實體中的一個。置于成列表的三個或更多個實體中的最后兩個實體之間的用語“和/或”表示該列表中的實體中的至少一個。
[0031]短語“至少一部分”表示“一部分或全部”。流的至少一部分可與從中獲得流的源具有相同的成分。流的至少一部分可包括從中獲得流的源的特定分量。
[0032]如本文所用，“第一”、“第二”、“第三”等用來在多個步驟和/或特征之間進行區分，并且不指示時間和/或空間的相對位置。
[0033]壓縮天然氣(CNG)和氫是從存儲系統分配的典型成分，存儲系統通常安裝在戶外，并且因此會經受廣大范圍的環境溫度。環境溫度遠高于氫的臨界溫度(2400C ( 400 T ))和甲烷的臨界溫度(83°C ( 117 T ))，使得這些成分典型地存儲和分配為超臨界流體而非符合嚴格的熱力學定義的氣體。但是，用語“氣體”和“壓縮氣體”在本領域中通常用作關于氣體和超臨界流體的一般用語。在本公開中，用語“氣體”和“壓縮氣體”可互換地使用，并且意圖包括處于氣體和超臨界流體兩者的熱力學狀態的元素和化合物。如本文所用，一般用語“流體”包括氣體和超臨界流體兩者的熱力學狀態。
[0034]氣體分配系統定義為加壓氣體存儲和供應系統，其用于對便攜式接收器皿或罐提供加壓氣體。氣體分配系統包括用以與接收罐聯接來進行氣體傳送的連接器，以及用以在填充步驟期間確保安全運行的合適的安全互鎖系統。接收罐或罐典型地是車輛(諸如轎車、卡車、公共汽車或叉車)的一部分。
[0035]本發明涉及方法用于分配處于一個或多個目標溫度范圍內的溫度的氣體，例如H2。目標溫度范圍可由裝置預先設定，或者由用戶或操作者選擇。目標溫度范圍可依賴于測量到的環境溫度。目標溫度范圍可依賴于接收罐和/或接收罐中的氣體的測量溫度。各個目標溫度范圍具有規定的最低溫度和最高溫度。
[0036]將參照圖來描述方法，圖示出適于執行方法的設備。
[0037]設備包括氣體源7、至少三個熱容器101、103和107、壓縮機157、熱交換器(冷凝器)117、控制器119、溫度測量裝置29、31和35，以及各種管道和閥。設備可包括具有對應的溫度測量裝置33和37的一個或多個可選的熱容器105和207。
[0038]方法包括從氣體源7抽出第一量的氣體。氣體源可為一個或多個罐或罐、管路或任何其它已知的氣體源。第一量的氣體可為足以補充車輛燃料罐的量，例如3千克至10千克。
[0039]通過與第一熱容器101進行熱交換來冷卻第一量的氣體。在最初冷卻第一量的氣體之后，第一熱容器101具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度。例如，如果第一目標溫度范圍為-33°c至-40°C，則第一熱容器101的溫度低于-40°c。第一熱容器101的溫度可冷到_60°C。
[0040]如本文所用，熱容器為能夠將熱釋放到制冷劑和/或氣體，以及從制冷劑和/或氣體中吸收熱的任何熱存儲元件。熱容器可具有大于40 kJ/K的熱質量。熱質量等于物體的質量乘以物體的比熱。熱容器可包括金屬。金屬可為鋁。熱容器可包括液體。液體可為液態烴。液態烴可為C10-C13異烷烴，例如》a/T--i/^7@D12熱傳遞流體。熱容器可包括相變材料。相變材料可為共晶體，包括Sb、Te和Ge(參見Phase Change Materials,Science and Applications, Simone Raoux and Matthias Wuttigj Editors, SpringerScience+Business Media, New York, 2009)。
[0041]優選使熱容器絕緣，以阻止熱容器被周圍的環境空氣加熱。
[0042]在通過與第一熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，通過與第二熱容器103進行熱交換來冷卻第一量的氣體。在最初冷卻第一量的氣體之后，第二熱容器103具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度。
[0043]在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第一量的氣體之后，可通過與第三熱容器107進行熱交換來加熱或冷卻第一量的氣體。第三熱容器具有在第一目標溫度范圍內的溫度。如果在與之前的熱容器交換熱之后，第一量的氣體的溫度低于第一目標溫度范圍的最低溫度，則第三熱容器107將把第一量的氣體加熱到第一目標溫度范圍內的溫度。如果在與之前的熱容器交換熱之后，第一量的氣體的溫度大于第一目標溫度范圍的最高溫度，則第三熱容器107將把第一量的氣體冷卻到第一目標溫度范圍內的溫度。
[0044]在通過與第三熱容器進行熱交換來使第一量的氣體的溫度到達第一目標溫度范圍內之后，具有在第一目標溫度范圍內的分配溫度的第一量的氣體通過管道137和分配連接器(未顯示)而被引入到第一接收罐(未顯示)中。第一接收罐可為車輛(諸如轎車、卡車、公共汽車或叉車)的一部分。分配連接器可為適于將氣體分配到接收罐的任何分配連接器。分配連接器在本領域中是已知的。
[0045]可控制氣體流率，以提供規定的質量流率或壓力斜坡變化(ramp)速率。
[0046]如圖中顯示的那樣 ，在第二熱容器103中冷卻以及第三熱容器107中加熱或冷卻之間，第一量的氣體可被額外的熱容器105冷卻。
[0047]熱容器的熱質量可為相同或不同的。串聯的第一熱容器各自可具有相同的熱質量，而最后的熱容器具有不同的熱質量。串聯的第一熱容器可具有不同于串聯的其余熱容器的熱質量。
[0048]使用多個熱容器的優點在于，氣體首先穿過的熱容器可被冷卻成遠低于目標溫度范圍。通過與最后的熱容器進行熱交換，氣體到達目標溫度范圍內。如果經過恰當的設計，則不存在輸送處于低于目標溫度范圍的最低溫度的溫度的氣體的風險。通過將第一熱容器冷卻成低于目標溫度范圍的最低溫度，允許壓縮機一旦開啟就更長久地工作。
[0049]在第一量的氣體已經分配到第一接收罐之后，具有在第一目標溫度范圍內的溫度的第二量的氣體可分配到第二接收罐。
[0050]方法可進一步包括從氣體源7抽出第二量的氣體。第二量的氣體可具有足以補充車輛燃料罐的量，例如3千克至10千克。
[0051]通過與第一熱容器101進行熱交換來冷卻第二量的氣體。后續通過與第二熱容器103進行熱交換來冷卻第二量的氣體。
[0052]在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第二量的氣體之后，可通過與第三熱容器107進行熱交換來加熱或冷卻第二量的氣體。第三熱容器具有在第一目標溫度范圍內的溫度。如果在與之前的熱容器交換熱之后，第二量的氣體的溫度低于第一目標溫度范圍內的最低溫度，則第三熱容器107將把第二量的氣體加熱到第一目標溫度范圍內的溫度。如果在與之前的熱容器交換熱之后，第二量氣體的溫度大于第一目標溫度范圍內的最高溫度，則第三熱容器107將把第二量的氣體冷卻到第一目標溫度范圍內的溫度。
[0053]在通過與第三熱容器進行熱交換來使第二量的氣體的溫度到達第一目標溫度范圍內之后，具有在第一目標溫度范圍內的分配溫度的第二量的氣體通過管道137和分配連接器(未顯示)而被引入到第二接收罐(未顯示)中。第二接收罐可為車輛(諸如轎車、卡車、公共汽車或叉車)的一部分。
[0054]在第二熱容器103中冷卻以及第三熱容器107中加熱或冷卻之間，第二量的氣體可被額外的熱容器105冷卻。
[0055]對第一目標溫度范圍設定最低值和最高值可依賴于測量到的環境溫度。方法可包括測量表示在填充之前的包圍任何接收罐的狀況的環境溫度。可用任何適當的溫度傳感器測量環境溫度，傳感器在圖中示意性地顯示為溫度傳感器57。假設，在填充之前，接收罐中的任何殘余氣體的溫度將處于環境溫度，或者接近環境溫度。用于確定環境溫度的溫度傳感器57 —般不應被陽光直射。對第一目標溫度范圍設定最低值和最高值可依賴于在填充之前在接收罐中測量到的任何溫度，可根據連通填充獲得測量溫度。這可適于在例如冷天，確定剛來加油的車輛是否來自溫暖的車庫，從而具有處于高于環境溫度的溫度的接收罐。
[0056]調節第一目標溫度范圍的最低值和最高值的原因在于，阻止過度加熱接收罐所需的冷卻程度可依賴于環境溫度。在冷天，需要較少地冷卻氣體。此外，通過在冷天使熱容器保持在較高的溫度處，可節約冷卻熱容器所需的能量。
[0057]可為合乎需要的是具有分配在不同的目標溫度范圍內的不同批量的氣體的選擇，例如，這依賴于環境溫度和/或接收罐的溫度。
[0058]第三量的氣體可分配到第三接收罐，其中，第三量的氣體在第二目標溫度范圍內的分配溫度下分配，其中，第二目標溫度范圍不同于第一目標溫度范圍。第二目標溫度范圍可由裝置預先設定，或者由用戶或操作者選擇。第二目標溫度范圍具有最低溫度和最高溫度。
[0059]例如，第一目標溫度范圍可為-40°C至-33°C，而第二目標溫度范圍可為-20°C至+3°C。用戶或操作者可能想要有選擇權來選擇是分配第一溫度范圍內的氣體，還是第二溫度范圍內的氣體。例如，如果環境溫度大于15°C，以及/或者在接收罐中測量到的溫度大于15°C，則可選擇第一溫度范圍，而如果環境溫度小于15°C，則可選擇第二溫度范圍。
[0060]如果期望分配第二溫度范圍內的氣體，則方法可進一步包括從氣體源7抽出第三量的氣體。第三量的氣體可具有足以補充車輛燃料罐的量，例如3千克至10千克。
[0061]通過與第一熱容器101進行熱交換來冷卻第三量的氣體。然后通過與第二熱容器103進行熱交換來冷卻第三量的氣體。
[0062]在通過與第二熱容器進行熱交換來冷卻第三量的氣體之后，可通過與第四熱容器207進行熱交換來加熱或冷卻第三量的氣體。第四熱容器具有在第二目標溫度范圍內的溫度。如果在與之前的熱容器交換熱之后，第三量的氣體的溫度低于第二目標溫度范圍的最低溫度，則第四熱容器207將把第三量的氣體加熱到第二目標溫度范圍內的溫度。如果在與之前的熱容器交換熱之后，第三量的氣體的溫度大于第二目標溫度范圍的最高溫度，則第四熱容器207將把第三量的氣體冷卻到第二目標溫度范圍內的溫度。
[0063]在通過與第四熱容器進行熱交換來使第三量的氣體的溫度到達第二目標溫度范圍內之后，具有在第二目標溫度范圍內的分配溫度的第三量的氣體通過管道237和分配連接器(未顯示)而被引入到第三接收罐(未顯示)中。第三接收罐可為車輛(諸如轎車、卡車、公共汽車或叉車)的一部分。
[0064]在第二熱容器103中冷卻以及第四熱容器207中加熱或冷卻之間，第三量的氣體可被額外的熱容器105冷卻。
[0065]冷卻熱容器101、103、105 (如果存在)、107和207 (如果存在)，以便對氣體提供冷卻。可通過與制冷劑進行熱交換來冷卻熱容器。制冷劑可為本領域中已知的任何適當的制冷劑，例如R508A。制冷劑在制冷循環中循環。如圖中顯示的那樣，制冷劑在壓縮機157中被壓縮，在熱交換器(冷凝器)117中冷卻，并且通過膨脹閥39、41、43 (如果存在)、45和245(如果存在)而膨脹。壓縮機和熱交換器可為冷卻器單元的一部分，諸如Trenton制冷型T150V6-HT3AB。通過閥39而膨脹的制冷劑冷卻熱容器101。通過閥41而膨脹的制冷劑冷卻熱容器103。通過閥43而膨脹的制冷劑冷卻熱容器105。通過閥45而膨脹的制冷劑冷卻熱容器107。通過閥245而膨脹的制冷劑冷卻熱容器207。
[0066]熱容器可被制冷劑冷卻，而氣體可被熱容器冷卻。當沒有氣體被熱容器冷卻時，熱容器可被制冷劑冷卻。
[0067]如圖中顯示的那樣，通往各個熱容器的制冷劑的流率可被閥121、123、125、127和129獨立地控制。
[0068]可通過控制通往各個相應的熱容器的制冷劑的流率來單獨地控制各個熱容器的溫度。
[0069]溫度測量裝置29、31、33、35和37測量它們的相應的熱容器的溫度。控制器119接收來自溫度測量裝置的信號，并且通過閥121、123、125、127和129控制制冷劑的流率，以
使熱容器保持期望的溫度。
[0070]為了阻止各個熱容器之間的熱傳導，任何連接管、管子等可由具有低導熱性的材料構造而成。例如，可使用不銹鋼，而非銅或黃銅，或者常用于制冷單元的其它材料。
[0071]由于冠詞“一個”表示“一個或多個”的意思，所以可在第二制冷循環中使用第二制冷劑、第二壓縮機和第二熱交換器(冷凝器)。熱容器中的一些可被在第一制冷循環中循環的第一制冷劑冷卻，而一些其它熱容器可被第二制冷循環中的第二制冷劑冷卻。第一制冷劑和第二制冷劑可為相同或不同的。
[0072]使用多個制冷循環的優點在于，分配站容量增加，同時允許各個單獨的壓縮機一旦開啟就保持運行達較長的時段，從而增加各個壓縮機的壽命。
[0073]在一些情況下，在一系列用以接收氣體的接收罐中的接收罐可能無法接收冷氣體。對于這種情況，提供可選的旁路管線301，以繞過所有熱容器。因此，方法可進一步包括從氣體源7抽出第四量的氣體，以及將第四量的氣體從氣體源引入到第四接收罐中，其中，在從氣體源抽出第四量的氣體以及將第四量的氣體引入到第四接收罐中之間，不冷卻第四量的氣體。
[0074]示例(比較案例)
在5千克填充的開始時用來使氫從35°C冷卻到_40°C以及在填充結束時變暖到氫氣體在-33°C下離開鋁塊所處的點的單個大鋁塊將必須重大約780千克。在鋁塊在填充之后完全被再冷卻之前，鋁塊將無法再次用來把氫氣體冷卻到_33°C。[0075]示例(三個熱容器)
此示例構想了系統具有用于冷卻氫氣體的三個串聯的熱容器。在此示例中，用于分配氫氣體的目標溫度范圍為30°C -至40°C。三個熱容器在這方面被稱為第一熱容器、第二熱容器和第三熱容器。三個熱容器可特別地是示出的設備的第一熱容器101、第二熱容器103和第三熱容器107。
[0076]三個熱容器中的各個都由鋁制成，并且具有300千克的質量，這對應于大約273kJ/K的熱質量。對于這個示例，假設極好地使熱容器絕緣。
[0077]最初，第一熱容器和第二熱容器處于-50°C，而第三(以及最后的)熱容器為-39 0C ο
[0078]總流率為5千克的氫傳送通過各個熱容器。來自氣體源的初始氣體溫度為35°C。從第一熱容器離開的氫的初始部分在大約_43°C的溫度下離開，而最后一部分在大約-12°C的溫度下離開第一熱容器。隨著第一量的氫傳送通過第一熱容器，第一熱容器從_50°C變暖到-33°C。
[0079]隨著第二熱容器從_50°C變暖到_47°C，進入第二熱容器的氫將在_49°C至_32°C的溫度下離開。隨著第三(以及最后的)熱容器從_39°C冷卻到_40°C，進入第三(以及最后的)熱容器的氫將在_40°C至_36°C的溫度下離開。
[0080]當填充第二接收罐時，如果制冷裝置正在運行，而且在填充之間具有足夠的時間，則所有熱容器都將冷卻到它們的正常狀況(例如，第一和第二熱容器為-50°C，以及第三(以及最后的)熱容器為_38°C)。
[0081]如果在填充第一接收罐之后，以及在填充第二接收罐之前，制冷單元未對熱容器提供冷卻，則示例假設在第一接收罐的填充結束時，熱容器保持它們的溫度(第一熱容器為-33°C，第二熱容器為-47°C，而第三(最后的)熱容器為_40°C)。
[0082]總共5千克的第二批氫傳送通過各個熱容器。來自氣體源的第二批氣體的初始氣體溫度為35°C。從第一熱容器離開的氫的初始部分在大約_28°C的溫度下離開，而最后一部分則在大約-3°C的溫度下離開。隨著第二量的氫傳送通過第一熱容器，第一熱容器從-33°C變暖到-20°C。
[0083]隨著第二熱容器從_47°C變暖到_41°C，進入第二熱容器的氫將在_45°C至_26°C的溫度下離開。隨著最后的熱容器從_40°C變暖到_39°C，進入第三熱容器的氫將在_40°C至-33 °C的溫度下離開。
[0084]在這個示例中，系統將繼續使氫保持在目標溫度范圍內，以再進行一次填充，而不需要開啟制冷單元。一旦較小的制冷單元(例如10 kff)開啟，則它可每次填充車輛時運行長達15分鐘，如果填充四個車輛，則持續運行一小時，從而允許制冷單元在大小上設置成使平均熱需求平衡，而不僅僅是使高峰制冷需求平衡。離開的氣體的溫度保持為恒定的溫度，而不受流率變化的影響。
[0085]示例(四個熱容器)
此示例構想了系統具有用于冷卻氫氣體的四個串聯的熱容器。在這個示例中，用于分配氫氣體的目標溫度范圍為_37°C至-40°C。四個熱容器在這方面被稱為第一熱容器、第二熱容器、額外的熱容器和第三熱容器。四個熱容器可特別地是示出的設備的第一熱容器101、第二熱容器103、額外的熱容器105和第三熱容器107。[0086]四個熱容器中的各個均由鋁制成，并且具有200千克的質量，這對應于大約182kJ/K的熱質量。對于這個示例，假設極好地使熱容器絕緣。
[0087]最初，第一熱容器、第二熱容器和額外的熱容器處于_50°C，而最后的熱容器，即第三熱容器為-37 °C。
[0088]總共5千克流率的氫傳送通過各個熱容器。來自氣體源的初始氣體溫度為35°C。從第一熱容器離開的氫的初始部分在大約_43°C的溫度下離開，而最后一部分在大約-13°C的溫度下離開。隨著第一量的氫傳送通過第一熱容器，第一熱容器從_50°C變暖到-17。。。
[0089]隨著第二熱容器從_50°C變暖到-46°C，進入第二熱容器的氫將在_49°C至_32°C的溫度下離開。隨著額外的熱容器從_50°C變暖到-44°C，進入額外的熱容器的氫將在-45°C至-39°C的溫度下離開。隨著最后的或第三熱容器從_37°C冷卻到_38°C，進入最后的或第三熱容器的氫將在恒定的_37°C下離開。
[0090]當填充第二接收罐時，如果制冷裝置正在運行，而且在填充之間具有足夠的時間，則所有熱容器都將冷卻到它們的正常狀況(例如第一、第二和額外的熱容器為_50°C，以及最后的或第三熱容器為-38°C )。
[0091]如果在填充第一接收罐之后，以及在填充第二接收罐之前，制冷單元未對熱容器提供冷卻，則示例假設在填充第一接收罐結束時，熱容器保持它們的溫度(第一熱容器為_17°C，第二熱容器為-46°C，額外的熱容器為-44°C，以及最后的或第三熱容器為-38 0C )。
[0092]總共5千克的第二批氫傳送通過各個熱容器。來自氣體源的第二批氣體的初始氣體溫度為35°C。從第一熱容器離開的氫的初始部分在大約_13°C的溫度下離開，而最后一部分在大約+6°C的溫度下離開。隨著第二量的氫傳送通過第一熱容器，第一熱容器從-17°C變暖到+2°C。
[0093]隨著第二熱容器從_46°C變暖到-39°C，進入第二熱容器的氫將在_44°C至_22°C的溫度下離開。隨著額外的熱容器從_44°C變暖到_43°C，進入額外的熱容器的氫將在-44°C至_34°C的溫度下離開。由于最后的或第三熱容器保持為恒定的_38°C，所以進入最后的或第三熱容器的氫將在恒定的_37°C下離開。
[0094]在這個示例中，系統將繼續使氫保持在目標溫度范圍內，以再進行兩次填充，而不需要開啟制冷單元。一旦較較小的制冷單元(例如10 kff)開啟，則它可在每次填充車輛時運行長達15分鐘，如果填充四個車輛，則持續運行一小時，從而允許制冷單元在大小上使平均熱需求平衡，而不僅僅是使高峰制冷需求平衡。離開氣體溫度保持是恒定的溫度，而不受流率變化的影響。
【權利要求】
1.一種用于分配氣體的方法，所述方法包括: 從氣體源(X)抽出第一量的氣體； 通過與第一熱容器(ιο?)進行熱交換來冷卻所述第一量的氣體，其中，當所述第一量的氣體最初被所述第一熱容器(101)冷卻時，所述第一熱容器(101)具有低于第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度； 通過與第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第一量的氣體，其中，當所述第一量的氣體最初被所述第二熱容器(103)冷卻時，所述第二熱容器(103)具有低于所述第一目標溫度范圍的最低溫度的溫度，其中，在通過與所述第一熱容器(101)進行熱交換來冷卻所述第一量的氣體之后，通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第一量的氣體； 通過與第三熱容器(107)進行熱交換來加熱或冷卻所述第一量的氣體，其中，所述第三熱容器(107)具有在所述第一目標溫度范圍內的溫度，其中，在通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第一量的氣體之后，所述第一量的氣體與所述第三熱容器(107)交換熱；以及 將所述第一量的氣體從所述第三熱容器(107)引入到第一接收罐中，從而所述第一量的氣體具有在所述第一目標溫度范圍內的分配溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過與所述第三熱容器(107)進行熱交換來加熱所述第一量的氣體。
3.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 從所述氣體源(7)抽出第二量的氣體； 通過與所述第一熱容器(101)進行熱交換來冷卻所述第二量的氣體； 通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第二量的氣體，其中，在通過與所述第一熱容器(101)進行熱交換來冷卻所述第二量的氣體之后，通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第二量的氣體； 通過與所述第三熱容器(107)進行熱交換來加熱或冷卻所述第二量的氣體，其中，所述第三熱容器(107)具有在所述第一目標溫度范圍內的溫度，其中，在通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第二量的氣體之后，所述第二量的氣體與所述第三熱容器(107)交換熱；以及 將所述第二量的氣體從所述第三熱容器(107)引入到第二接收罐中，從而所述第二量的氣體具有在所述第一目標溫度范圍內的分配溫度。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 通過與制冷劑進行熱交換來冷卻所述第一熱容器(101)、所述第二熱容器(103)和所述第三熱容器(107)，其中，所述制冷劑在制冷循環中循環。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，獨立地控制通往所述第一熱容器(101)、所述第二熱容器(103)和所述第三熱容器(107)中的各個的所述制冷劑的流率。
6.根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 通過與制冷劑進行熱交換來冷卻所述第一熱容器(101)和所述第二熱容器(103)，其中，所述制冷劑在制冷循環中循環；以及 通過與第二制冷劑進行熱交換來冷卻所述第三熱容器(107)，其中，所述第二制冷劑在第二制冷循環中循環。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 從所述氣體源(X)抽出第三量的氣體； 通過與所述第一熱容器(101)進行熱交換來冷卻所述第三量的氣體； 通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第三量的氣體，其中，在通過與所述第一熱容器(101)進行熱交換來冷卻所述第三量的氣體之后，通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第三量的氣體； 通過與第四熱容器(207)進行熱交換來加熱或冷卻所述第三量的氣體，其中，所述第四熱容器(207)具有在第二目標溫度范圍內的溫度，其中，所述第二目標溫度范圍不同于所述第一目標溫度范圍，以及其中，在通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第三量的氣體之后，所述第三量的氣體與所述第四熱容器(207)交換熱；以及 將所述第三量的氣體從所述第四熱容器(207)引入到第三接收罐中，從而所述第三量的氣體具有在所述第二目標溫度范圍內的分配溫度。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 測量表示包圍第四接收 罐的狀況的環境溫度； 從所述氣體源(7)抽出第四量的氣體； 通過與所述第一熱容器(101)進行熱交換來冷卻所述第四量的氣體； 通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第四量的氣體，其中，在通過與所述第一熱容器(101)進行熱交換來冷卻所述第四量的氣體之后，通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第四量的氣體； 通過與所述第三熱容器(107)和第四熱容器(207)中的一個進行熱交換來加熱或冷卻所述第四量的氣體，所述第三熱容器(107)具有在所述第一目標溫度范圍內的溫度，所述第四熱容器(207)具有在第二目標溫度范圍內的溫度，其中，所述第二目標溫度范圍不同于所述第一目標溫度范圍，以及其中，在通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第四量的氣體之后，所述第四量的氣體與所述第三熱容器(101)和所述第四熱容器(207)中的所述一個交換熱，選擇通過與所述第三熱容器(107)或所述第四熱容器(207)進行熱交換來加熱或冷卻所述第四量的氣體依賴于測量到的包圍所述第四接收罐的環境溫度；以及 將所述第四量的氣體從所述第三熱容器(107)或所述第四熱容器(207)引入到所述第四接收罐中，從而當所述第四量的氣體與所述第三熱容器(107)交換熱時，所述第四量的氣體具有在所述第一目標溫度范圍內的分配溫度，或者當所述第四量的氣體與所述第四熱容器(207)交換熱時，所述第四量的氣體具有在所述第二目標溫度范圍內的分配溫度。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一熱容器(101)、所述第二熱容器(103)和所述第三熱容器(107)中的至少一個包括金屬，金屬特別地可為鋁。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一熱容器(101)、所述第二熱容器(103)和所述第三熱容器(107)中的至少一個包括液體。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述液體為液態烴。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述液態烴為C10-C13異烷烴。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括:從所述氣體源(7)抽出第五量的氣體；以及 將所述第五量的氣體從所述氣體源(7)引入到第五接收罐中，其中，在從所述氣體源抽出所述第五量的氣體以及將所述第五量的氣體引入到所述第五接收罐中之間，不冷卻所述第五量的氣體。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 在從所述氣體源抽出所述第一量的氣體之前，測量表示包圍所述第一接收罐的狀況的環境溫度；以及 依賴于在從所述氣體源抽出所述第一量的氣體之前測量到的環境溫度來設定所述第一目標溫度范圍。
15.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括: 提供第四熱容器(207)，其中，所述第四熱容器(207)具有在第二目標溫度范圍內的溫度，所述第二目標溫度范圍不同于所述第一目標溫度范圍，并且所述第四熱容器(207)可特別地包括高于所述第一溫度范圍的溫度； 提供以下選擇:通過與所述第三熱容器(107)或所述第四熱容器(207)進行熱交換來加熱或冷卻所述第一量的氣體，其中，如果與所述第四熱容器(207)交換熱，則在通過與所述第二熱容器(103)進行熱交換來冷卻所述第一量的氣體之后，所述第一量的氣體與所述第四熱容器(207)交換熱；以及 對下者進行選擇:通過與 所述第三熱容器(107)進行熱交換來加熱或冷卻所述第一量的氣體。
【文檔編號】F25B5/04GK103542568SQ201310281240
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月5日 優先權日:2012年7月6日
【發明者】J.P.科亨, D.J.費爾斯, N.F.米蒂卡 申請人:氣體產品與化學公司