ES2830781T3 - Sistema de repostaje de hidrógeno - Google Patents

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Abstract

Un sistema de repostaje de hidrógeno que comprende: un tanque de fluido criogénico (110) que almacena fluido criogénico; un dispensador (120) que suministra H2 a un vehículo, que incluye un intercambiador de calor (121) que enfría el H2 con frío y/ fluido criogénico proporcionado a partir del tanque de fluido criogénico; una línea de entrada (130) que envía frío y/o el fluido criogénico al intercambiador de calor (121) desde el tanque de fluido criogénico; una línea de salida (132) que recoge el fluido criogénico introducido desde el intercambiador de calor (121); y una válvula de inyección que se proporciona en la línea de entrada (130); caracterizado porque el sistema de repostaje de hidrogeno es configurado de tal manera que durante parte del tiempo de inactividad del sistema, el intercambiador de calor (121) que enfría el H2 con frío y/o fluido criogénico proporcionado desde el tanque de fluido criogénico (110) se calienta más de 7°C por encima de su temperatura nominal durante el repostaje del FCV, y que se enfría a la llegada de un vehículo que va a ser llenado.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de repostaje de hidrógeno
Antecedentes de la técnica
La presente invención se refiere a un sistema de repostaje de hidrógeno, por ejemplo una estación de repostaje de hidrógeno (HRS).
Descripción de la técnica relacionada
De acuerdo con los estándares actuales de los protocolos de repostaje, para lograr un repostaje rápido de los tanques de los Vehículos de Celda de Combustible (FCV) con una presión de repostaje de hidrógeno nominal de 70 MPa, el hidrógeno debe preenfriarse por debajo de -33°C, en la salida del dispensador, para evitar sobrecalentamiento en el tanque de los FCV por compresión adiabática.
Hoy en día, esto se hace teniendo un intercambiador de calor, típicamente un intercambiador de calor compacto de unión por difusión, instalado en el dispensador 520 e introducido con un fluido portador de calor, típicamente salmuera (véase la Figura 3, técnica anterior). El fluido portador de calor se hace circular entre el enfriador tradicional 510 que utiliza refrigerante y el dispensador 520 por medio de una bomba.
Con el fin de mantener la HRS lista para llenar los vehículos que llegan, el intercambiador de calor se mantiene permanentemente a alrededor de -40°C. Debido a las pérdidas frigoríficas en el sistema (circuito de fluido portador de calor, intercambiador de calor, enfriador 510), el consumo de electricidad es alto, especialmente durante el verano. Teniendo en cuenta que la carga de los FCV de una HRS suele ser muy irregular, esto resulta altamente ineficaz durante los períodos de tiempo en los que no entra ningún FCV. Sin embargo, no es posible detener el enfriador y dejar que el sistema vuelva a la temperatura ambiente, porque el tiempo de enfriamiento del sistema completo no se puede aceptar como tiempo de espera para un cliente que entra.
Compendio de la invención
Anteriormente, la presión de repostaje de H2 nominal en los FCV estaba limitada a 35 MPa. En esta situación, hay poco sobrecalentamiento del tanque los FCV causado por la compresión adiabática en el momento del repostaje, y el preenfriamiento de H2 no es necesario. Para aumentar la autonomía de los FCV, la presión de repostaje de H2 nominal se ha incrementado a 70 MPa. En la nueva situación, y para lograr un repostaje rápido de los FCV de acuerdo con los estándares actuales de protocolos de repostaje, es necesario el preenfriamiento de H2 aguas arriba del tanque de los FCV porque de lo contrario, el sobrecalentamiento del tanque de los FCV excedería la capacidad de los materiales compuestos que se utilizan actualmente para fabricar los tanques de los FCV (tal como el polietileno). En el preenfriamiento, para la categoría de temperatura de suministro de combustible del surtidor más baja (correspondiente al repostaje más rápido), es necesario enfriar el H2 de modo que la temperatura a la salida del dosificador esté entre -33°C y -40°C.
El objetivo del repostaje de los FCV a 70 MPa es alcanzar una densidad de H2 nominal en el tanque de los FCV correspondiente a 70 MPa a 15°C (es decir, 40,2 g/l), en aproximadamente 3 minutos para 5 kg de cantidad de combustible de H2. Sin preenfriamiento, el llenado nominal del tanque los FCV no se podría lograr con suficiente rapidez.
En el sistema de la técnica anterior de la figura 3, debido a que todos los elementos dentro de la línea de puntos deben estar a baja temperatura, el tiempo necesario para enfriar el sistema tras el arranque es largo. Además, debido a las pérdidas frigoríficas del sistema, aunque no se necesita frio para el repostaje de H2 , se observa un consumo de energía permanente durante los horarios de apertura de la HRS. Ello provoca altos costes de electricidad incluso si durante largos períodos de tiempo no se realiza ningún repostaje de los FCV.
Esto no es eficaz y se podrían lograr ahorros si fuera posible detener el enfriador durante el tiempo de inactividad de la HRS. En la situación actual, esto no es posible porque el tiempo necesario para enfriar todos los elementos dentro de la línea de puntos de la figura 3 no se podría aceptar como tiempo de espera para el cliente. De hecho, enfriar la masa metálica del intercambiador de calor de preenfriamiento de H2 es una condición previa necesaria para comenzar el repostaje.
Además, se conoce otra técnica anterior descrita en el documento WO 2016/067780, pero no puede resolver los problemas anteriores. El documento US 2009/0229701 A1 describe adicionalmente un sistema de repostaje.
Los objetivos de la presente invención son proporcionar un sistema de repostaje de hidrógeno capaz de enfriar el intercambiador de calor de preenfriamiento de H2 suficientemente rápido cuando un FCV entra a la HRS, de modo que el tiempo de espera del cliente es nulo o mínimo antes de comenzar a repostar. A continuación, la expresión “primera invención” representa un sistema de repostaje y la expresión “segunda invención” representa el método correspondiente.
Como primera invención, un sistema de repostaje de hidrógeno incluye:
un tanque de fluido criogénico que almacena fluido criogénico;
un dispensador que suministra H2 a un vehículo, incluido un intercambiador de calor que enfría H2 con el fluido criogénico proporcionado desde el tanque de fluido criogénico;
una línea de entrada que envía el fluido criogénico al intercambiador de calor desde el tanque de fluido criogénico;
una línea de salida que recoge el fluido criogénico del intercambiador de calor;
una válvula de inyección que se proporciona en la línea de entrada.
En la primera invención, el sistema de repostaje de hidrógeno es configurado de tal manera que durante parte del tiempo de inactividad del sistema, el intercambiador de calor que enfría e1 H2 con frío y/o fluido criogénico proporcionado desde el tanque de fluido criogénico se calienta más de 7°C por encima de su temperatura nominal durante el repostaje de los FCV, y de manera que se enfría al llegar un vehículo que va a ser llenado.
En la primera invención, el sistema puede incluir adicionalmente:
un sistema de detección de vehículos que detecta que un vehículo está entrando en la HRS para repostar H2 ; y
un controlador que controla la apertura de la válvula de inyección basándose en el resultado de la detección del sistema de detección del vehículo, y basándose en una estrategia de control específica.
En la primera invención, la estrategia de control específica puede incluir uno o más tipos de control, tales como control de temperatura, control de presión, valores de apertura fijos predeterminados.
En la primera invención, el controlador puede controlar la apertura de la válvula de inyección de tal manera que durante parte del tiempo de inactividad del sistema, el intercambiador de calor que enfría e1H2 con frío y/o fluido criogénico proporcionado desde el tanque de fluido criogénico se calienta más de 7°C por encima de su temperatura nominal durante el repostaje de los FCV, y que se enfría al llegar un vehículo que va a ser llenado.
En la primera invención, el control de la apertura de la válvula de inyección puede incluir abrir y cerrar la válvula de inyección.
En la primera invención, el sistema adicionalmente puede incluir: una unidad de medición de temperatura que mide la temperatura del intercambiador de calor;
una unidad de control de válvula que hace un ajuste de la razón de apertura de la válvula de inyección de modo que la temperatura medida por la unidad de medición de temperatura se mantenga dentro de un intervalo de temperatura predeterminado o cerca de la temperatura objetivo.
En la primera invención, el controlador puede incluir la unidad de control de la válvula.
En la primera invención, el sistema puede incluir adicionalmente:
una unidad de comparación de temperatura que determina si la temperatura del intercambiador de calor medida por la unidad de medición de temperatura está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo; y
una unidad de salida que emite una señal de listo para llenar cuando la unidad de comparación de temperatura determina que la temperatura medida está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo.
En la primera invención, el controlador puede incluir adicionalmente una unidad de control de repostaje que controla el flujo de repostaje de H2 a los vehículos; en donde, recibir la señal de listo para llenar desde la unidad de salida, es una condición utilizada por la unidad de control de repostaje para permitir el flujo de repostaje de H2 a los vehículos.
De acuerdo con la primera invención, sin mantener el intercambiador de calor a temperatura fría durante el tiempo de inactividad de la HRS, se inicia el enfriamiento del intercambiador de calor cuando se detecta un vehículo que entra a la HRS. Al abrir la válvula de inyección que se encuentra en la línea de entrada, se introduce frío y/o fluido criogénico desde el tanque de fluido criogénico al intercambiador de calor con el fin de enfriarlo. Con este método, las únicas piezas de equipo que se deben enfriar para alcanzar las condiciones para comenzar a repostar son el intercambiador de calor y la línea que va desde el tanque de fluido criogénico al intercambiador de calor. Esto se puede hacer lo suficientemente rápido como para que el cliente no tenga que esperar o tenga que esperar un tiempo mínimo antes de comenzar a repostar. Al comenzar el repostaje, se introduce H2 en el intercambiador de calor previamente enfriado por la apertura de la válvula de suministro de H2 , la temperatura fría del intercambiador de calor se mantiene mediante la circulación de frío y/o fluido criogénico. El H2 enfriado a una temperatura predeterminada se puede repostar en el vehículo.
En la primera invención, el controlador puede ajustar la apertura de la válvula de inyección para lograr un enfriamiento rápido del intercambiador de calor y la regulación de la temperatura una vez que se alcanza la temperatura objetivo.
En la primera invención, la unidad de medición de temperatura (o sonda) puede medir una temperatura (t1) representativa de la temperatura promedio de la masa metálica del intercambiador de calor. La unidad de control de la válvula puede ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección para que la temperatura (t1) medida por la unidad de medición de temperatura se mantenga dentro del intervalo de temperatura predeterminado o cerca de la temperatura objetivo.
Al ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección, el intercambiador de calor se enfría rápidamente hasta una temperatura objetivo predeterminada y la temperatura del H2 durante el repostaje se puede mantener dentro del intervalo de temperatura deseado después de alcanzar el intervalo de temperatura predeterminado.
Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, la unidad de control de la válvula puede utilizar diferentes estrategias de control, tal como unidades de control de temperatura, unidad de control de presión, unidades de control de nivel o valores de apertura fijos predeterminados.
Las unidades de control de temperatura pueden utilizar, por ejemplo, un algoritmo PID para ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección en función de la temperatura medida (p. ej., t1).
En la primera invención, la unidad de control de la válvula se puede utilizar para controlar la temperatura (t1) de la masa metálica del intercambiador de calor o para controlar la temperatura del fluido criogénico en la salida del intercambiador de calor en la línea de salida.
Las unidades de control de presión pueden utilizar, por ejemplo, un algoritmo PID para ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección en función de la presión medida.
Las unidades de control de nivel pueden utilizar, por ejemplo, un algoritmo PID para ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección de la válvula en función del nivel medido (p. ej., nivel de fluido criogénico en el tanque de fluido criogénico).
Por ejemplo, la unidad de control de la válvula puede utilizar una primera estrategia para lograr un enfriamiento rápido, tras la detección de FCV que entran a la HRS y, después de que la temperatura medida (t1) alcance el intervalo de temperatura predeterminado, puede utilizar una segunda estrategia para mantener la temperatura del intercambiador de calor (t1) o la temperatura (t2) del fluido criogénico en la salida del intercambiador dentro de un intervalo de temperatura predeterminado, a continuación utilizar una tercera estrategia durante el repostaje de H2 en los FCV y finalmente utilizar una cuarta estrategia después del final del repostaje.
Por ejemplo, en la primera invención, la unidad de control de la válvula de inyección puede utilizar una razón de apertura fija al detectar los FCV que entran en la HRS, hasta que la temperatura medida (t1) alcanza el intervalo de temperatura predeterminado y a continuación se puede utilizar la unidad de control de temperatura para mantener la temperatura medida (t1) dentro del intervalo de temperatura predeterminado.
Por ejemplo, en la primera invención, la unidad de control de la válvula puede cerrar la válvula de inyección después de recibir la señal de fin de repostaje.
En la primera invención, la unidad de medición de temperatura se puede proporcionar en una pared del intercambiador de calor, en un canal de la línea de entrada o en la línea de salida dentro del intercambiador de calor o dentro de la masa metálica del intercambiador de calor.
Alternativamente, la unidad de medición de temperatura se puede proporcionar a la salida del intercambiador de calor en la línea de salida, porque la temperatura del fluido criogénico a la salida del intercambiador de calor es representativa de la temperatura promedio de la masa metálica del intercambiador de calor, una vez que se ha enfriado.
En la primera invención, el intervalo de temperatura predeterminado para la temperatura del intercambiador de calor (t1) o la temperatura del fluido criogénico a la salida del intercambiador de calor puede ser, por ejemplo, de -45°C a -35°C, con una temperatura objetivo situada entremedias.
En la primera invención, el intervalo de temperatura deseado de H2 en la salida del surtidor durante el repostaje puede ser, por ejemplo, de -40°C a -33°C.
En la primera invención, durante el repostaje de H2 , la unidad de control de repostaje puede controlar la razón de apertura de la válvula de control de H2 en la línea de H2 del dispensador que conecta la fuente de H2 de alta presión al tanque del FCV, a través del intercambiador de calor, la manguera dispensadora y la boquilla de repostaje. La unidad de control de repostaje puede tener lógica de enclavamiento y/o lógica de secuencia con condiciones de transición.
En la primera invención, la unidad de salida puede enviar una señal de listo para llenar a una unidad de control de repostaje. Al recibir la señal de listo para llenar de la unidad de salida, la unidad de control de repostaje puede permitir la apertura de la válvula de control de H2 liberando el enclavamiento correspondiente y/o afectando al estado de las condiciones de transición de la secuencia de repostaje de H2.
En la primera invención, la unidad de control de repostaje puede mostrar información sobre el estado de la condición de temperatura del intercambiador de calor para iniciar el repostaje de H2 al vehículo. Cuando todas las condiciones y/o enclavamientos que prohíben iniciar el repostaje de H2 al vehículo se liberan, la unidad de control de repostaje puede enviar una señal para mostrar la información de que el repostaje de H2 al vehículo se puede iniciar y/o para informar por dispositivo de audio.
En la primera invención, al detectarse la terminación de repostaje, la unidad de control de repostaje puede enviar la señal de fin de repostaje al controlador o a la unidad de control de la válvula.
En la primera invención, el controlador puede incluir una unidad de cálculo de espera de vehículos, que utiliza las señales del sistema de detección de vehículos para calcular una señal que indica que ningún vehículo está esperando para repostar.
En la primera invención, la unidad de cálculo de espera de vehículos puede incluir adicionalmente la posibilidad de que el operario introduzca manualmente que ningún vehículo está esperando para repostar.
En la primera invención, la unidad de cálculo de espera de vehículos puede utilizar adicionalmente la señal de fin de repostaje para calcular la señal que indica que ningún vehículo está esperando para repostar.
En la primera invención, el controlador o la unidad de control de la válvula pueden adicionalmente controlar el cierre de la válvula de inyección después de recibir la señal de fin de repostaje.
En la primera invención, el controlador o la unidad de control de la válvula pueden adicionalmente controlar el cierre de la válvula de inyección solo después de recibir la señal de la unidad de cálculo de espera de vehículo de que ningún vehículo está esperando para repostar.
En la primera invención, el sistema de detección de vehículos consta, por ejemplo, de una cámara con sistema de tratamiento de imagen, detector de infrarrojos, detector de presión en el suelo, bucle magnético en el suelo o una combinación de varios detectores y/o técnicas.
Como segunda invención, un método para repostar vehículos con H2 incluye:
detectar que un vehículo que va a repostar H2 está entrando en una estación de repostaje de hidrógeno; abrir una válvula de inyección que se proporciona en la línea de entrada;
introducir frío y/o fluido criogénico en un intercambiador de calor desde un tanque de fluido criogénico; enfriar el intercambiador de calor mediante frío y/o fluido criogénico; y
repostar H2 frío enfriado mediante el intercambiador de calor al vehículo mientras se mantiene una temperatura del intercambiador de calor dentro del intervalo de temperatura predeterminado o cerca de la temperatura objetivo.
En la segunda invención, el método se puede se ejecuta de tal manera que durante parte del tiempo de inactividad, el intercambiador de calor que enfría H2 con frío y/o fluido criogénico proporcionado desde el tanque de fluido criogénico se calienta más de 7°C por encima de su temperatura nominal durante el repostaje del FCV, y que se enfría a la llegada de un vehículo que va a ser llenado.
En la segunda invención, el método puede incluir adicionalmente: medir una temperatura (t1) del intercambiador de calor;
determinar si la temperatura medida (t1) está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo;
emitir una señal de listo para llenar cuando se determina que la temperatura medida (t1) está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo; y
liberar una condición de interbloqueo correspondiente en la válvula de control de H2 y/o afectar al estado de las condiciones de transición de la secuencia de repostaje de H2.
En la primera y segunda invención, “fluido criogénico” puede incluir por ejemplo nitrógeno líquido, dióxido de carbono líquido.
Breve Descripción de los Dibujos
[fig.1] La Fig. 1 ilustra un diagrama explicativo que muestra un sistema de recarga de hidrógeno de acuerdo con la Realización 1.
[fig.2] La Fig. 2 ilustra un diagrama de flujo explicativo que muestra un sistema de recarga de hidrógeno de acuerdo con la Realización 1.
[fig.3] La Fig. 3 ilustra un diagrama explicativo que muestra la técnica anterior de un sistema de recarga de hidrógeno.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
A continuación se explicarán varias realizaciones de la presente invención. Las realizaciones explicadas a continuación son para explicar un ejemplo de la presente invención. La presente invención no se limita en absoluto a las siguientes realizaciones e incluye varios tipos de modificaciones realizadas dentro de un alcance en el que la esencia de la presente invención no cambia. Todas las configuraciones explicadas a continuación no son necesariamente configuraciones esenciales de la presente invención.
(Realización 1)
El sistema de repostaje de hidrógeno 100 de la primera realización se explica haciendo referencia a las figuras 1 y 2. El sistema de repostaje de hidrógeno 100 incluye el tanque de nitrógeno líquido (LN2) 110 y el dispensador 120. El tanque LN2110 almacena el nitrógeno líquido (LN2)
En primer lugar, el Dispensador 120 se explica a continuación.
El dispensador 120 suministra H2 a un vehículo. El dispensador 120 incluye el intercambiador de calor 121 que enfría H2 con LN2 proporcionado desde el tanque de LN2110. El dispensador 120 incluye una manguera dispensadora y una boquilla de repostaje para repostar H2 en el vehículo.
En esta realización, la unidad de control de temperatura 151 mide la temperatura (t1) de la masa metálica del intercambiador de calor. La unidad de control de temperatura 151 puede medir la temperatura en la pared del intercambiador de calor 121, en el canal de la línea de salida 132 dentro del intercambiador de calor 121. En esta realización, la unidad de control de temperatura 151 incluye tanto, la función de la unidad de medición de temperatura como la unidad de control de la válvula.
En otra realización, la unidad de control de temperatura 151 puede medir la temperatura de LN2 a la salida del intercambiador de calor 121 en la línea de salida 132.
En otra realización, al contrario que la unidad de control de temperatura 151, la unidad de medición de temperatura puede medir la temperatura (t1) del intercambiador de calor 121. La unidad de medición de temperatura puede ser proporcionada en la pared del intercambiador de calor 121, en el canal de la línea de salida 132 dentro del intercambiador de calor 121 o dentro de la masa metálica del intercambiador de calor.
La línea de entrada 130 es la línea que envía LN2 al intercambiador de calor 121 desde tanque LN2110. La línea de salida 132 es la línea que recoge el LN2 del intercambiador de calor 121. La línea de entrada 130 o la línea de salida 132 se pueden configuran como un tubo normal o un tubo con aislamiento.
La válvula de inyección 131 se proporciona en la parte de entrada del intercambiador de calor 121 en la línea de entrada 130 pero la válvula de inyección 131 se puede localizar en cualquier punto de la línea de entrada 130.
El sistema de detección de vehículos 140 detecta que un vehículo que va a repostar H2 está entrando en la HRS (Estación de Repostaje de Hidrógeno). El sistema de detección de vehículos 140 es, por ejemplo una cámara con sistema de tratamiento de imagen, detector de infrarrojos, detector de presión en el suelo, bucle magnético en el suelo o una combinación de varios detectores y/o técnicas.
A continuación, el controlador 150 se explica más abajo. El controlador 50 se puede configurar mediante una combinación entre el soporte físico y el programa de aplicación informática, soporte lógico inalterable, circuito dedicado o una combinación de los mismos. El controlador 150 incluye una o más unidades de función (se denomina módulo de función).
El controlador 150 controla la apertura de la válvula de inyección 131 basándose en el resultado de detección del sistema de detección de vehículos 140, y basándose en la estrategia de control específica. Más específicamente, el controlador 150 está constituido por los siguientes elementos.
La unidad de control de temperatura 151 puede ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección 131 según la temperatura medida (t1) para que la temperatura (151) medida por la unidad de control de temperatura (151) se mantenga dentro del intervalo de temperatura predeterminado (o cerca de la temperatura objetivo). Al ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección 131, el intercambiador de calor 121 se enfría rápidamente hasta una temperatura objetivo predeterminada y la temperatura de H2 durante el repostaje se puede mantener dentro del intervalo de temperatura deseado después de alcanzar el intervalo de temperatura predeterminado.
La unidad de comparación de temperatura 152 determina si la temperatura (t1) medida por la unidad de control de temperatura 151 se mantiene dentro del intervalo de temperatura predeterminado (o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo).
La unidad de salida 153 emite una señal de listo para llenar cuando la unidad de comparación de temperatura 152 determina que la temperatura medida (t1) está dentro del intervalo de temperatura predeterminado (o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo).
En esta realización, el intervalo de temperatura predeterminado para la temperatura del intercambiador de calor (t1) puede ser, por ejemplo, de -45°C a -35°C, con una temperatura objetivo situada entremedias.
El intervalo de temperatura deseado de H2 en la salida del dispensador durante el repostaje puede ser, por ejemplo, de -40°C a -33°C.
La unidad de salida 153 envía una señal de listo para llenar a la unidad de control de repostaje 154.
La unidad de control de repostaje 154 controla el flujo de repostaje de H2 a los vehículos por el Dispensador 120. Durante el repostaje de H2 , la unidad de control de repostaje 154 controla la razón de apertura de la válvula de control de H2 123 en una línea de H2 del dispensador 125 que conecta una fuente de H2 de alta presión 126, para introducir H2 en el intercambiador de calor 121 desde la fuente de H2126.
La unidad de control de repostaje 154 tiene lógica de enclavamiento y/o lógica de secuencia con condiciones de transición. Normalmente, la válvula de control de H2123 no se puede abrir o se cierra mediante la función de la lógica de enclavamiento y/o la lógica de secuencia. El H2 se puede repostar liberando los enclavamientos relevantes y/o afectando a las condiciones de transición de la secuencia de repostaje de H2.
En esta realización, después de recibir la señal de listo para llenar de la unidad de salida 153, la unidad de control de repostaje 154 libera la correspondiente condición de enclavamiento en la válvula de contro1H2123 y/o afecta al estado de las condiciones de transición de la secuencia de repostaje de H2. Posteriormente, cuando todas las demás condiciones y/o enclavamientos que prohíben iniciar el repostaje de H2 del vehículo se liberan y, al recibir una orden manual del operario o del cliente, la unidad de control de repostaje comienza a repostar y abre la válvula de control de H2123.
La unidad de control de repostaje 154 muestra información sobre el estado de la condición de temperatura del intercambiador de calor para iniciar el repostaje de H2 al vehículo. Cuando todas las condiciones y/o enclavamientos que prohíben iniciar el repostaje de H2 al vehículo se liberan, la unidad de control de repostaje 154 envía una señal para mostrar la información de que el repostaje de H2 al vehículo se puede iniciar y/o para informar por dispositivo de audio.
La unidad de control de repostaje 154 envía la señal de fin de repostaje. La señal de fin de repostaje es, por ejemplo, una señal para indicar (informar) que se han alcanzado las condiciones de terminación de llenado y que la válvula de control de H2 123 se ha cerrado.
En esta realización, la unidad de cálculo de espera de vehículos 155 calcula una señal que indica que ningún vehículo está esperando para repostar utilizando las señales de detección del sistema de detección de vehículos 140. La unidad de cálculo de espera de vehículos 155 puede incluir una posibilidad de entrada manual mediante el operario de que ningún vehículo está esperando para repostar. La unidad de cálculo de espera de vehículos 155 puede utilizar el final de la señal de repostaje para calcular la señal que indica que ningún vehículo está esperando para repostar. En esta realización, la unidad de control de temperatura 151 puede controlar el cierre de la válvula de inyección 131 solo después de recibir la señal de la unidad de cálculo de espera de vehículos 155 de que ningún vehículo está esperando para repostar.
El siguiente diagrama de flujo de la figura 2 se explica a continuación.
En el tiempo de inactividad de la HRS, la válvula de inyección 131 se cierra, el sistema 100 vuelve a la temperatura ambiente (etapa S11).
Como otra realización en lugar de que el sistema 100 vuelva a la temperatura ambiente, el controlador 150 puede controlar la apertura de la válvula de inyección 131 de tal manera que durante parte del tiempo de inactividad del sistema 100, el intercambiador de calor 121 que enfría el H2 con el LN2 proporcionado desde el tanque 110 se calienta más de 7°C por encima de su temperatura nominal durante el repostaje de los FCV, y que se enfría tras la llegada de un vehículo que va a ser llenado.
El sistema de detección de vehículos 140 detecta que un vehículo que se va a repostar con H2 está entrando en la HRS (transición T11).
El controlador 150 controla la apertura de la válvula de inyección 131 e introduce frío y/o nitrógeno líquido en el intercambiador de calor 121 a través de la línea de entrada 130 del tanque 110 (etapa S12). La temperatura dentro del intercambiador de calor 121 se enfría rápidamente. El LN2 que es posiblemente una mezcla en fase liquida y/o gaseosa se envía a la ventilación o al procedimiento de reciclado a través de la línea de salida 132 del intercambiador de calor 121.
La unidad de control de temperatura 151 controla la válvula de inyección 131 a una razón de apertura alta fija tras la detección de los FCV que entran en la HRS, proporcionando así una alta potencia de refrigeración.
La temperatura del intercambiador de calor 121 se mide mediante la unidad de control de temperatura 151. La unidad de comparación de temperatura 152 determina si la temperatura (t1) medida por la unidad de control de temperatura 151 está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo.
Mientras tanto, el vehículo que va a repostar se coloca delante del dispensador. A continuación, el operario o el cliente conectan el receptáculo del FCV al dispensador utilizando la manguera y la boquilla del dispensador.
La unidad de salida 153 emite una señal de listo para llenar cuando la unidad de comparación de temperatura 152 determina que la temperatura medida (t1) está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo. Después de recibir la señal de listo para llenar de la unidad de salida 153, la unidad de control de repostaje 154 libera la condición de enclavamiento correspondiente en la válvula de control de H2 123 y/o afecta al estado de las condiciones de transición de la secuencia de repostaje de H2.
Después de recibir la señal de listo para llenar de la unidad de salida 153, la unidad de control de temperatura 151 cambia la estrategia para ajustar la razón de apertura de la válvula de inyección 131, dependiendo de la temperatura medida (t1) en el intercambiador de calor, para que esté dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo.
Posteriormente, cuando se cumplen otras condiciones de listo para llenar (p. ej., detección de que la boquilla del dispensador se ha conectado al receptáculo del FCV), el sistema pasa a la etapa S13 (transición T12).
La HRS está en estado de listo para llenar y el frío/nitrógeno líquido continúan circulando, para mantener la temperatura del intercambiador de calor dentro del intervalo de temperatura predeterminado o cerca de la temperatura objetivo (etapa S13). La unidad de control de temperatura 151 continúa utilizando la misma estrategia para mantener la temperatura del intercambiador de calor (t1) dentro del intervalo de temperatura predeterminado.
La unidad de control de repostaje 154 muestra información sobre el estado de la condición de temperatura del intercambiador de calor para iniciar el repostaje de H2 al vehículo. La unidad de control de repostaje 154 envía una señal para mostrar una información de que el repostaje de H2 al vehículo se puede iniciar y/o informar por dispositivo de audio.
El operario o el cliente dan la orden de iniciar el repostaje de H2 en el vehículo (transición T13).
Siguiendo el protocolo de llenado, la unidad de control de repostaje 154 controla la válvula de control de H2 123, con el fin de transferir hidrógeno desde la fuente de alta presión de hidrógeno 126 al tanque de FCV; y el frío/nitrógeno líquido continúan circulando, con el fin de mantener el intercambiador de calor dentro de un intervalo de temperatura predeterminado o cerca de la temperatura objetivo (etapa S14). La unidad de control de temperatura 151 continúa utilizando la misma estrategia para mantener la temperatura del intercambiador de calor (t1) dentro del intervalo de temperatura predeterminado.
La unidad de control de repostaje 154 envía una señal de fin de repostaje indicando (informando) que se han alcanzado las condiciones de terminación de repostaje y que la válvula de control de H2123 se ha cerrado (transición T14).
Si la unidad de cálculo de espera de vehículos 155 envía una señal de que ningún otro vehículo está esperando repostar, el sistema pasa a la etapa S11, que ya se describió anteriormente.
Si la unidad de cálculo de espera de vehículos 155 envía una señal de que otro vehículo está esperando repostar, el sistema pasa a la etapa S15, que se describe a continuación.
El siguiente vehículo a repostar se coloca delante del dispensador. A continuación, el operario o el cliente conectan el receptáculo del FCV al dispensador utilizando la manguera y la boquilla del dispensador (etapa S15). La unidad de control de temperatura 151 continúa utilizando la misma estrategia para mantener la temperatura del intercambiador de calor (t1) dentro del intervalo de temperatura predeterminado.
Posteriormente, cuando se cumplen otras condiciones de listo para llenar (p. ej., detección de que la boquilla del dispensador se ha conectado al receptáculo del FCV), el sistema pasa a la etapa S13, que ya se describió anteriormente (transición T12).
(Ejemplo 1)
Actualmente, el peso de los intercambiadores de calor compactos de unión por difusión de acero inoxidable utilizados en los dispensadores de H2 pueden pesar alrededor de 150 kg. Se necesitan alrededor de 5.000 kJ para enfriar la masa del intercambiador de calor de 30°C a -40°C.
Esto podría lograrse en 3 minutos con una potencia frigorífica de alrededor de 30 kW. Tal potencia se puede lograr mediante la inyección de ~500 l/h de nitrógeno líquido.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de repostaje de hidrógeno que comprende:
un tanque de fluido criogénico (110) que almacena fluido criogénico;
un dispensador (120) que suministra H2 a un vehículo, que incluye un intercambiador de calor (121) que enfría el H2 con frío y/ fluido criogénico proporcionado a partir del tanque de fluido criogénico;
una línea de entrada (130) que envía frío y/o el fluido criogénico al intercambiador de calor (121) desde el tanque de fluido criogénico;
una línea de salida (132) que recoge el fluido criogénico introducido desde el intercambiador de calor (121); y
una válvula de inyección que se proporciona en la línea de entrada (130);
caracterizado porque el sistema de repostaje de hidrogeno es configurado de tal manera que durante parte del tiempo de inactividad del sistema, el intercambiador de calor (121) que enfría e1H2 con frío y/o fluido criogénico proporcionado desde el tanque de fluido criogénico (110) se calienta más de 7°C por encima de su temperatura nominal durante el repostaje del FCV, y que se enfría a la llegada de un vehículo que va a ser llenado.
2. Un sistema de repostaje de hidrógeno según la reivindicación 1, comprendiendo adicionalmente el sistema:
un sistema de detección de vehículos (140) que detecta que un vehículo que va a repostar H2 está entrando en la estación de repostaje de hidrógeno (HRS); y
un controlador (150) que controla la apertura de la válvula de inyección (131) basándose en el resultado de detección del sistema de detección de vehículos (140), y basándose en la estrategia de control específica.
3. Un sistema de repostaje de hidrógeno según la reivindicación 1 o 2, comprendiendo adicionalmente el sistema:
una unidad de medición de temperatura que mide la temperatura del intercambiador de calor;
una unidad de control de válvula (150) que hace un ajuste de la razón de apertura de la válvula de inyección (131) de modo que la temperatura medida por la unidad de medición de temperatura se mantenga dentro del intervalo de temperatura predeterminado o cerca de la temperatura objetivo.
4. Un sistema de repostaje de hidrógeno según la reivindicación 3, comprendiendo adicionalmente el sistema:
una unidad de comparación de temperatura (152) que determina si la temperatura del intercambiador de calor (121) medida por la unidad de medición de temperatura está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo; y
una unidad de salida que emite una señal de listo para llenar cuando la unidad de comparación de temperatura determina que la temperatura medida está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo.
5. Un sistema de repostaje de hidrógeno según la reivindicación 4, en donde el controlador comprende adicionalmente una unidad de control de repostaje (154) que controla el flujo de repostaje de H2 a los vehículos; en donde, la recepción de la señal de listo para llenar desde la unidad de salida, es una condición utilizada por la unidad de control de repostaje para permitir el flujo de repostaje de H2 a los vehículos.
6. Un método para repostar H2 en vehículos que comprende:
detectar que un vehículo que va a repostar H2 está entrando en la estación de repostaje de hidrógeno; abrir una válvula de inyección (131) que se proporciona en la línea de entrada (130);
introducir frío y/o el fluido criogénico en el intercambiador de calor desde el tanque de fluido criogénico; enfriar el intercambiador de calor (121) mediante frío y/o fluido criogénico; y
repostar H2 frío enfriado por el intercambiador de calor, al vehículo mientras se mantiene la temperatura del intercambiador de calor dentro del intervalo de temperatura predeterminado o cerca de la temperatura objetivo;
en donde el método se ejecuta de tal manera que durante parte del tiempo de inactividad, el intercambiador de calor (121) que enfría el H2 con frío y/o fluido criogénico proporcionado desde el tanque de fluido criogénico se calienta más de 7°C por encima de su temperatura nominal durante el repostaje del FCV, y que se enfría a la llegada de un vehículo que va a ser llenado.
7. Un método según la reivindicación 6, que comprende adicionalmente;
medir la temperatura (t1) del intercambiador de calor;
determinar si la temperatura medida (t1) está dentro del intervalo de temperatura predeterminada o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo;
emitir la señal de listo para llenar cuando se determina que la temperatura medida (t1) está dentro del intervalo de temperatura predeterminado o lo suficientemente cerca de la temperatura objetivo; y
liberar la condición de enclavamiento correspondiente en la válvula de control de H2 y/o afectar al estado de las condiciones de transición de la secuencia de repostaje de H2.
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