[发明专利]用于填充加压气体容器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及加压气体容器的填充。特别地，本发明涉及对车辆的气体 罐的填充，所述车辆利用燃料电池运行或具有利用氢进行操作的内燃机。

背景技术

文献EP 1 818 597描述了一种填充方法，该填充方法包括使用两个相 继进行的填充步骤(第二填充步骤的填充速率低于第一步骤的填充速率)。 该填充方法设计成用于改进测量(例如压力和温度测量)的可靠性和在填 充期间传输的气体量的准确性。该方法尽管确实能实现被传输物质量的相 对准确的测量，但是，其对于提高填充速度并不令人满意。

车辆的车载氢罐或容器必须在最多几分钟内、优选地在少于5分钟内 被填充，以便使填充与用户对车辆的日常使用相协调，即，以便使车辆不 能使用的时间最少。

罐的快速加压造成气体被加热到高的温度，这可能会损坏罐壁。因此， 不超过罐制造商给定的该温度限值非常重要。

气体加热的原因一方面是由于Joule-Thomson效应，即，由于氢源与 罐之间的压力差造成的加热，另一方面是由于接收罐中的气体的压缩。 Joule-Thomson加热沿着管线和附件、特别是阀、软管和管道、包括填充 回路而发生。关于通过气体压缩发生的加热，这是由于经由供给气体在罐 中引入了焓：由于被压缩，罐中的气体温度升高。这些现象的组合效应就 是热量的释放。

在该加热的同时，存在从气体向其罐壁并然后向罐的环境的热耗散。 该耗散取决于气体的热性质、罐、周围环境温度和起始填充条件。根据填 充期间所用的流率如何变化，加热效应将比耗散效应更显著或更不显著。

对于计算填充期间罐中气体状况随着某些参数(例如起始条件、环境 和罐的特性)和填充操作变量(在整个填充操作期间供给气体状况和填充 期间的流率)的变化，存在数学模型。

例如下面三篇文献给出了这种数学模型的详细信息：

[1]K.Barral，E.Werlen，P.Pisot和P.Renault，“Thermal Effects related to H2 fast filling in high pressure vessels depending on vessels types and filing procedures：modeling，trials and studies”，European Hydrogen Energy Conference(欧洲氢能会议)EHEC，Grenoble(法国)，2003年 9月；

[2]S.Pregassame，K.Barral，L.Allidieres，T.Charbonneau和Y. Lacombe，“Operation feedback of hydrogen filling station”，Hydrogen and Fuel Cells 2004Conference and Trade Show(2004氢与燃料电池会议及贸 易展)(Toronto，2004年9月)；

[3]K.Barral，S.Pregassame和P.Renault，“Thermal effects of fast filling hydrogen compression in refueling stations”，15th World Hydrogen Energy Conference(第15届世界氢能会议)，Yokohama(日本)，2004 年6月。

这种模型可被用于以数学方法将优化问题公式化。

具体地，本发明人特别提出确定随时间变化的填充速率曲线，以便总 填充时间最短——已知罐的特性、周围环境条件(例如周围环境温度)、 源气体条件(例如压力和温度)和任何限制条件(例如罐的最大壁温和最 大填充速率)。

本发明人已经能够确定，当从至少一个加压气体源填充给定罐时，当 所有其它条件恒定时，存在最佳填充速率曲线，以便使用于填充给定物质 量所需的时间最短。令人惊讶的是，该最佳曲线对应于热耗散的最大化。