[发明专利]将氢气装入容器内的方法和灌装设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种将氢气装入容器内的方法，该容器比如为车辆燃料储存罐，其具有用于气体经过的第一端口和用于液体经过的第二端口，其中该第二端口与该第一端口分离，特别是该第二端口与该第一端口大距离或远距离分离。

背景技术

美国专利说明书US-B1-6,439,278公开了包括成排的相连接的细长汽缸的压缩天然气加气系统，用于将压缩天然气输送到加油站。每个汽缸的一端具有独立的端口，用于传送压缩天然气和不容易与压缩天然气混合的液压液。液压液端口包括在汽缸内从一端通向与该汽缸的另一端相邻的点的管。使用时，液压液在压力作用下通过液压液端口引入到汽缸内，迫使汽缸内的压缩天然气通过液面之上的气体端口流出汽缸。

专利说明书US-A-5,884,675和DE-C1-19843669，以及专利申请WO-A1-2009/035311和DE-A1-102007049458同样公开了使用液压液迫使气体流出输送容器，比如汽缸。

通过在高压下将气体装入容器内，该高压比如在200到900巴的范围内，由于气体压缩和气体速度摩擦发热，在灌装过程中，容器内的压力增大得越多，容器的内部温度上升得越高。灌装之后，容器冷却到室温时，容器内气体的升温进一步造成容器内压力下降。灌装过程中温度的升高造成不能将容器灌装到最大的压力和容量。

专利申请WO 2008/074075和US 2003/039554公开了压缩气体输送系统，其中使用液压液在压缩气体输送系统的压力容器之间输送压缩天然气。

氢气的特性在于，膨胀时，氢气的温度会升高，比如向容器装入氢气时。该特性称为逆焦耳汤姆逊效应。尤其在高压下向容器灌装氢气时，该高压比如700巴，产生热量成为最大灌装速率或速度的限制因素，因为容器可能仅能在有限的温度范围内使用。比如，温度超过大约85℃的值时，复合材料做成的容器的强度会变小。

为了减少这种温度的上升，可在实际操作中减少氢气的灌装速率，比如使用控温气体流量调节阀。在灌装容器时，气体流动速率降低所造成的不良结果当然是灌装容器的时间增加。其他昂贵的解决方法包括在将气体引入容器之前冷却氢气。强烈预冷气体会造成连接油嘴冷冻的问题。而且，车辆的车载燃气储存罐内的氢气的温度不能受到控制。该氢气的温度需要足够低，以使燃气储存罐实现理想的灌装速率，但是当燃气储存灌仅仅部分空出时，氢气的温度依然低。灌装后氢气温度升高时，燃气储存罐内的压力将升高，这会造成气体通过安全阀从车载储存罐流出，从而损失贵重的燃气。

容器理想的灌装压力越高，就需要将气体冷却到更低的温度，以尽可能完全地灌装容器。尤其对于作为车辆氢气燃料储存罐的灌装容器来说，尽可能向燃气储存罐灌装氢气很重要，这是因为燃气储存罐灌装得越好，具有充分灌装的燃气储存罐的车辆可行驶的距离越长，由于燃气储存罐不需要经常灌装，所以整体上减少了中途加气所需要的能量并节省了时间，这当然让驾驶员很满意。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种将氢气装入容器内的方法，在灌装的过程中提高了灌装速率，减少了能量损失，且不需要使用冷却系统预冷要灌装到容器内的氢气，这些都使得能以最佳的方式将容器灌装到最大的灌装压力和容量。

根据本发明，使用前面开头部分所述的容器，通过施加压力，将液压液经过第二端口引入容器内，使得该容器内的液压液产生具有预定值的液体静压，并通过控制相对于该容器内的现有压力的压力差，控制氢气膨胀，从而控制该容器内的温度，以实现该目的，其中，氢气经过第一端口流入该容器内，以便在预定压力下向该容器灌装氢气，液压液经过该第二端口从该容器内去除。

这就意味着，首先，向要灌装氢气的该容器灌装液压液，然后，氢气经过该第一端口引入该容器内，同时液压液经过该第二端口从该容器中流出。

在根据本发明的方法中，向该容器灌装氢气时，控制压力差，氢气借由该压力差流入并膨胀到该容器内，随之控制该容器内的温度和该容器本身的温度，以使能以理想的灌装速率将该容器灌装到最大的压力和容量，该容器内的温度不超过最大可允许的容器温度。

理想的灌装速率可理解为使用现有技术领域的先进灌装装置获得的灌装容器的灌装速率。比如，现今实际中为汽车燃料储存罐灌装液化石油气的灌装速率。实际上，给安装在车辆内的燃气储存罐灌装5公斤的氢气最好不要超过5分钟的时间。使用根据本发明的方法，在700巴甚至更高的压力下，储存氢气的车辆氢气燃料储存罐可获得这种灌装速率。