[发明专利]低温流体分配系统和方法

说明书

用于分配低温流体的系统包括贮罐、第一集液槽和第一液体进料阀，该贮罐配置为包含低温液体供应，该第一液体进料阀配置为在开放条件下时将液体从贮罐引导到第一集液槽，并且在闭合条件下时防止液体从贮罐转移到第一集液槽。第一正排量泵定位在第一集液槽内，并且配置为当第一集液槽包含高于该第一集液槽内预定液位的低温液体时，泵送该低温液体并且被浸没在该低温液体中。输送管线与第一正排量泵的出口成流体连通，该输送管线配置为当第一正排量泵被启动时，将低温流体从第一正排量泵引导至使用装置。

优先权要求

本申请要求于2020年6月24日提交的美国临时专利申请第63/043,353号的权益，该申请的内容通过引用在此并入。

发明领域

本公开大体上涉及用于分配低温流体的系统和方法，更具体地，涉及包含定位在集液槽中泵的低温流体分配系统和方法，其中该集液槽选择性地接收用于从贮储罐泵送的低温液体。

背景技术

液氢燃料补给站是一项新兴技术，由于以氢为燃料的燃料电池电动汽车的发展和使用的进步而受到越来越多的关注。SAE J2601燃料补给协议规定向车辆内的压缩氢储罐输送气态氢。通常，车辆内的此类压缩氢储罐将气态氢供应到燃料电池中以为车辆供能。

已建成了加氢站，其将氢气经由气态(环境温度)压缩机压缩到约830barg(12000psig)。SAE J2601燃料补给协议要求气态氢在开始进行燃料补给的三十秒内冷却到-33℃，并且在燃料补给的其余时间冷却至-33℃至-40℃的目标温度。来自压缩氢气的以830barg存储的气态氢在通往车辆的途中需要冷却。冷却的目的是确保车辆罐中的温度始终保持低于85℃。车辆罐再加注时的压缩热将使车辆罐内的氢气温度增加。J2601内的H70协议指定了70MPa(700barg)的车辆罐压力。

包含液态氢储存的燃料补给站比其中管道内含有氢气的压缩机/管道拖车式加油站更具优势。更具体而言，燃料补给站的液态氢存储提供了将冷氢气与暖氢气混合以达到目标的-38℃分配器温度的机会。此外，液态氢存储站的储存容量远远大于压缩机/管道拖车式存储站的实际容量。管道拖车通常为4000psig，因此它们需要现场压缩机以将缓冲罐中的压力增强到12000psig(830barg)。而且，管道拖车的小容量通常要求每天更换多个管道拖车(以满换空)。

也可以使用压缩机与液态氢存储组合，此时压缩机抽出液态氢罐上部的气态氢，温热氢，将其压缩并且将所得的气体引导至高压缓冲罐(如～15000psig级别的罐)。这样的系统中的压缩机通常不具有直接对车辆进行燃料补给的能力。为解决这一问题，将压缩机与缓冲罐流的组合送往进行燃料补给的车辆以达到J2601规定的流率。J2601规定的温度可以通过以下方式实现：将氢气流(具有J2601规定的流率)引导通过热交换器，该热交换器也接收来自贮储罐的液态氢流，使得氢气流被冷却。温热的液态氢流被返回到贮储罐。这将热送至贮储罐，但是能将氢气流冷却至-40℉。压缩机将气体抽离罐的顶部空间，使贮储罐的压力降低，以处理系统中的加热。然而，此方案的限制是所需压缩机的高设备成本。或者，可以使用市售的制冷系统将氢气流(具有J2601规定的流率)冷却至J2601规定的温度，但这增加了设备成本。

压缩机的成本远高于泵的成本。当压缩机的质量流率与泵的质量流率相匹配时尤为如此。因此，液氢罐的正排量(活塞式)泵代表了燃料电池电动汽车的氢气燃料补给的经济解决方案。将泵送的液态氢经由汽化器以及混合和控制阀汽化到目标温度。氢气缓冲罐可以存储汽化的液态氢，用于在分配过程中补充来自泵的流量，从而在一定程度上根据完成输送温度所需的瞬态制冷来平衡泵运行的负荷。这允许使用稍小的泵。此方法的缺点包括氢气缓冲罐的额外设备成本和再加注缓冲罐的额外泵送时间。

已知两级正排量泵在包含液态氢存储的燃料补给站中使用。一些两级正排量泵的第一级可将压缩液态氢以约10bara的压力输送至第二级(储罐内的压力为2.5barg，加上第一级的压差为6.5barg，得到2.5barg+6.5barg+1atm＝～10bara)。