[发明专利]气体填充方法和填充站

说明书

技术领域

本发明涉及一种填充方法和填充站。

本发明更具体地涉及用加压气态氢填充填充站的至少一个缓冲容器的方法，所述填充站包括至少一个缓冲容器以及连接到所述至少一个缓冲容器的流体回路，所述填充站的回路包括连接到至少一个气态氢源的第一端，该第一端用于利用来自所述源的气体对所述至少一个缓冲容器进行填充，所述回路包括配备有用于可拆卸地连接至罐的输送管的第二端，以便从所述至少一个缓冲容器填充所述罐。

背景技术

车辆的(氢)气罐的快速填充(即，通常15分钟以内)通常通过连续的压力平衡来执行。也就是说，处于增加的高压(例如200，300，450或850巴(bar))的储存气体的缓冲容器被连续地设置成与待填充的罐之间流体连通。

这些方法在文献中有大量描述。例如可以参考文献FR 2919375 A1，FR 2973858 A1和FR 2919375 A1，所述文献描述本发明可适用的填充站。

通常提供这种车辆的罐中的氢气以供应燃料电池。燃料电池(特别是“PEMFC”型)必须被供应非常“纯”的氢气。事实上，大量文献描述了氢气中的杂质(例如化学品，水，CO，H₂S)对燃料电池的性能和使用寿命的负面影响。

因此开发出严格的标准以确保输送到罐的氢气不损伤电池(参见例如ISO 14687-2标准)。

借助于已知的且相对便宜的制造过程获得的工业用气体的标准不可能确保这种程度的纯度。公知的是，为了保证氢气的纯度总是符合燃料电池的要求，有必要在填充站的上游添加净化工业生产的氢气的步骤，然而这些净化步骤很贵(例如在低温操作的吸附床层或钯膜上净化)。

因此，为了保证氢气纯度符合燃料电池的规格，一种已知的解决方案包括用液态氢供应填充站。这种氢根据定义是非常纯的，因为其温度(20K的数量级)使所有的杂质沉淀成固体形式。另一解决方案包括使用通过低温操作的吸附净化器净化的氢。另一解决方案包括使用直接来自电解槽随后在催化剂床层上脱氧以及在吸附剂上干燥的步骤的氢。

这些解决方案通常也导致大的额外费用(相对于工业生产氢气的成本的40％至100％的附加成本)。

另一种已知的解决方案使用安装在填充站的压缩机的上游以验证气体纯度的气体分析器。当供应到压缩机的气体超过杂质阈值时，(多个)压缩机的入口阀被关闭，导致压缩机停机。填充站则处于降级模式(填充能力刻意下降以便保持运行自动性)。压缩机的重新启动则在大多数情况下是手动的操作，需要操作者在现场。此外，如果该站是由来自现场的或分散的发生器的气体源供给的，不纯(即不符合规格)的氢气随后被排放到空气中，以允许该系统通过自动或手动作用于氢气生产参数而恢复标称纯度水平。这样就产生了能量的浪费。

发明内容

本发明的目的是消除现有技术的全部或部分上述缺点。

为此，根据本发明并且根据上述前序部分给出一般定义的方法，实质上其特征在于，该方法包括在所述缓冲容器的填充过程中确定缓冲容器中的氢气内的至少一种杂质的当前浓度的步骤，将杂质的所述当前浓度与给定浓度阈值相比较的步骤，并在所述至少一种杂质的当前浓度达到所述浓度阈值时，停止填充所述缓冲容器。

此外，本发明的一些实施例可包括一个或多个下列特征：

-确定至少一种杂质的当前浓度的步骤包括通过传感器测量至少一个氢气源和/或填充站的流体回路中的杂质浓度，并在填充缓冲容器过程中确定实时输送到该缓冲容器的气体的量，

-在填充缓冲容器过程中确定实时输送到缓冲容器的气体的量包括以下至少一个：在填充缓冲容器的过程中，通过回路中的流量计测量，以及测量缓冲容器中的压力变化，

-所述方法包括存储/记录所述被确定的当前浓度的步骤，在填充过程中确定缓冲容器中的氢气内的至少一种杂质的当前浓度的步骤考虑到在先前填充过程中确定的缓冲容器中杂质的残留浓度。

-所述填充站包括填充有加压至不同压力的气态氢的若干个缓冲容器，

-在填充后，根据压力递增的顺序依次使用缓冲容器从而经由相继/连续的压力平衡填充罐(8)，

-至少一个氢气源包括以下至少一者：压力处于1.3bar abs和200bar abs之间的氢气网络以及用于产生氢气的部件，

-用于产生氢气的部件包括以下至少一者：电解槽，天然气重整器，甲醇裂化装置，自热重整装置和部分氧化装置，