[發明專利]一種混合式加氣站及加氣方法

有效

• 申請號: 202011126355.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN114251595B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 杰拉德·艾倫·斯塔格;李先明;顧佑宗;愛德華·永
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: F17C1/00
• 分類號: F17C1/00;F17C3/00;F17C5/02;F17C5/04;F17C7/04
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 董琳

本發明提供了一種混合式加氣站，包括：液化燃料單元、氣體燃料單元、溫度管理系統和加注單元。本發明通過將液化燃料單元和氣體燃料單元相結合，將來自液化燃料單元的蒸發的燃料回收至氣體燃料單元中，避免了液化燃料的蒸發損耗。本發明還提供了一種混合加氣站加氣方法，通過在液化燃料單元啟動的過程中使用氣體燃料單元進行加氣操作，克服了現有技術中使用液化燃料單元啟動延遲的問題。本發明利用的液化燃料和氣體燃料各自的優點，相較于單純使用氣體燃料以達到目標加氣容量/能力的加氣站，設備尺寸明顯減小；相較于單純使用液化燃料加氣，蒸發損耗明顯降低，同時避免了使用液化燃料單元啟動延遲的問題。

技術領域

本發明涉及清潔能源技術領域，具體涉及一種混合式加氣站及加氣方法。

背景技術

氫燃料汽車是以氫為主要能量作為移動的汽車，用氫氣作為燃料燃燒后的產物為水，不會污染環境，干凈衛生。目前，車載氫氣高壓儲氣罐技術已經成熟，安全性高，氫燃料加注時間與汽柴油車相當，一般需要在加氫站內進行。

目前加氫站的發展方向主要可以概括為以下幾種：

1、壓縮氣體儲存，其中氫氣被進一步壓縮，并且在冷卻和加注給車輛之前，在緩沖/級聯儲存管中高壓儲存，這種設計需要一個壓縮和制冷系統，但這種系統成本高、能耗大，同時也限制了加氫站進行連續加注的能力，詳細的結構可以參見圖1；

2、壓縮氣體儲存，其中，氫氣在用增壓壓縮機增壓并且通過制冷系統冷卻后加注給車輛之前，在緩沖/級聯儲存管中以中壓儲存，這種設置與方案1存在著相似的缺陷，詳細的結構可以參見圖1；

3、液化氫燃料儲存，其中液化氫燃料在冷藏和加注給車輛之前在緩沖/級聯儲存管中蒸發、壓縮和高壓儲存(圖2)，這種設計提供了比方案1具有更高的儲存能力，因為，相較于氣態氫燃料，液化氫燃料具有更高的密度，可以使得液化氫燃料在更小的儲罐中儲存，然而，液化氫燃料儲存的一個缺點是液化氫燃料蒸發損耗，尤其是，當熱泄漏到儲存罐中時會導致一部分液化氫燃料蒸發，因此，這種氣體不適合在沒有安裝壓縮機和其他設備將溫度和壓力調節到適當水平的情況下作為燃料加注；

4、液化氫燃料儲存，其中液化氫燃料在高壓下蒸發并使用低溫泵加注到車輛上(圖2)，這種方法雖然提供了簡化設計的可能性，但是并沒有解決與蒸發損耗有關的問題，在這種設計中，由于低溫泵位于儲液罐的外部，因此在低溫泵啟動之前須預冷，這個過程可能需要15分鐘，因此會導致啟動補充氫氣過程的延遲，當系統已經冷卻后，在連續加注的情況下這種延遲時間可以縮短(或消除)。

US?8069885公開了一種移動加氫站，包括液化氫燃料儲罐，用于通過泵加注液化氫燃料，或通過蒸發器、壓縮機或級聯等加注氣態氫燃料。該液化氫燃料儲罐的頂部蒸發的氫氣和級聯存儲的氣體可以用于燃料電池，其中，燃料電池可以為控制系統設備、壓縮機和泵提供動力。因此，加氫站可以自主供電，不需外接電源。但是，添加燃料電池會使加氫站的結構更加復雜，增加了資本成本，同時，對于商業規模的加氫站來說，自主供電是不必要的。

US?5243821公開了一種直接驅動往復式設備，其中輸入流可以是液體、氣體或混合物，包括一個竄氣回收系統，一個內部再循環單元來控制流量。竄氣通過儲罐中的液體冒泡從而減少儲罐中的液體分層。蒸汽空間氣體的使用減少了排氣的損失，并允許在啟動過程中使用汽化的氣體。雖然，這一過程可回收蒸發氣體，但是，由于汽化的氣體是經過壓縮的，初始流量非常小，對于商業規模的加氫站來說流量太低。

基于目前現有技術中存在的問題，有必要開發一種具有更小的設備尺寸、能夠利用蒸發損耗的燃料、可以消除連續充填燃料過程中的啟動延遲的商業規模的加氣站以克服現有技術中存在的問題。

發明內容

為了解決現有的加氣站體積較大、液化燃料利用不充分、啟動延遲時間長的問題，本發明提供了一種混合式加氣站，以達到減小設備體積、充分利用液化燃料和縮短啟動時間的效果。

本發明提供了一種混合式加氣站，包括：