[发明专利]用于泵送低温流体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于泵送低温流体的装置和方法。

本发明尤其涉及一种用于泵送低温流体的装置，该装置包括：用于存储低温流体的存储容器，所述低温流体包括低温液体；具有入口压头损失(NPSH)的低温泵；将容器与泵相连接的吸入管线，所述泵送装置包括用于控制容器内的压力的系统，以用于将容器内的压力选择性地保持为至少等于下列数值的总和：被存储的低温流体的饱和压力加上低温泵的入口压头损失(NPSH)以及可选地还加上由将容器与泵相连接的吸入管线的管路造成的压头损失值。

背景技术

本发明特别有利地应用在泵送低密度低温流体的领域中，所述低密度低温流体包括气体、例如氢或氦以及它们的同位素。

与压缩气态氢相比较，压缩液态氢可能会减少压缩成本，因为压缩一定体积的不可压缩的液体比压缩一定体积的气体更容易。

就压缩能量而言，这种高压力的产生是花费巨大的。另外，如果该泵没有被最优使用，则泵内液态氢的蒸发损失也可能是高的。因此，减小所述损失(既有摩擦损失又有气体损失)是优化高压氢生产成本的关键因素。

通常低温泵尤其是液态氢泵的问题之一是待泵送流体的密度非常低(在1bar压力下为70g/l)。因此，仅通过在具有压头(静水压头)的泵送设备上物理式安装(物质)源容器来提供泵所需的吸入压力即便可能也是困难的。问题在于，吸入压力不得不考虑到泵的入口压头损失(NPSH＝净正吸入压头，也就是待泵送气体的饱和压力与在没有气蚀的纯液体相中使泵运行所需的流体吸入压力之间的差值)。

例如，在700bar下的液态氢(LH2)泵具有大约250mbar的压头损失(NPSH)，这对应于液态氢的35m的压头。具有35m压头、安装有(物质)源容器的泵不可能运行(即使这在工业上是有可能的，但是在管线中的压头损失将会抵消已在这种压头下安装容器的事实)。因此，一种解决方案是使液体“过冷”并且在该液体处于“过冷”状态时吸入该液体。过冷涉及将流体的压力增大至饱和(压力)或在不变的压力下降低流体的温度，而不需要等待新的液体-蒸汽平衡的建立。

然而，被增压的氢的密度甚至小于大气压力下的氢的密度。例如，饱和氢在1bar绝对压力下的密度是70g/l，而在7bar绝对压力下的密度是56g/l。鉴于液态氢泵是正排量系统(systèmes volumique，positive-displacing system)，因此在氢密度尽可能大的时候和因此当氢在最低可能压力(温度尽可能低)下饱和时吸入氢是有利的，其目的是使泵送量最优化。

在下文中描述的本发明尤其使得能够在低压力下(在1bar和12bar之间)以液/气平衡的方式从氢源连续使用液态氢泵送设备，并且能够通过允许泵连续运行并且同时使被泵送的氢的密度最大化而使这种设备的运行最优化，因此使泵送输出最大化。

在现存的解决方案中，使用热虹吸(一种建立大气压力的加热器)或直接使用来自于气体罐的处于环境温度下的高压氢来为容器加压。

在这些已知系统运行期间，注入容器顶部的环境温度下的氢缓慢地加热液体，从而降低了可利用的过冷水平。

这随后增加了容器的额定压力，导致的结果是减小了在容器达到其最大运行压力之前的可利用的泵送时间。

属于本申请人的文献WO2005/085637A1尤其描述了一种泵送系统，该泵送系统包括压力控制装置，该压力控制装置能够将泵的吸入管线中的压力保持为至多等于下列数值的总和：低温流体的饱和压力加上低温泵的入口压头损失。

发明内容

本发明的一个目的是减少现有技术中的上述缺点中的全部或一些。

为此，根据本发明的装置的主要特征(其它方面依照上面导言中给出的一般限定)在于，压力控制系统包括下列部件中的至少一个：将泵的高压出口连接至容器的管道，以用于选择性地将被泵送的冷流体重新注入容器内；将高压气体源通过冷却气体的冷却元件连接至容器的管道，从而选择性地将已冷却的气体注入容器内。

另外，本发明的一些实施方式可包括一个或多个下列特征：

-压力控制系统包括：将泵的高压出口连接至容器的管道，以用于在泵运行时将被泵送的流体重新注入容器内；以及将高压气体源通过冷却元件连接至容器的管道，以用于尤其在泵不运行时将已冷却的气体注入容器内。

-将泵的高压出口连接至容器的管道包括用于将冷气体重新注入容器内的膨胀阀，

-位于将高压气体源连接至容器的管道内的冷却元件包括热交换器，该热交换器能够选择性地将来自高压气体源的气体与来自容器的被泵送的低温流体进行热交换，