JP7127069B2 - 加圧ガスタンクを再充填するための設備及び方法 - Google Patents

加圧ガスタンクを再充填するための設備及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、１つ又は複数のタンクを充填するための設備及び方法に関する。
本発明は、より詳細には、液化流体貯蔵部と、液化流体貯蔵部に接続された上流端及び充填すべきタンクに接続されるように意図された下流端を備える充填ラインとを備える、１つ又は複数のタンクに加圧ガス、特に水素を充填するための設備に関し、充填ラインは、直列に配置された、気化器と、主圧縮器と、主圧縮器の下流の圧縮された流体を、充填すべきタンクに移送する前に冷却するための熱交換器とを備える。
高圧でタンクにガスを、特に水素を充填することは、気化された液化ガスから開始して実行することができる。例えば、国際公開第０２／０６４３９５ Ａ２号パンフレットを参照されたい。
しかしながら、既知の解決策は、予冷によるガスの高速充填を許容しないか、設備の効率を最適化すること（エネルギー又はガスの最適化）を可能にしないため、不満が残る。
本発明の目的は、従来技術の上述の欠点のすべて又はいくつかを軽減することである。
この目的のために、本発明による設備は、さらに上記の前提部で与えられた一般的な定義によれば、本質的に、気化器の出口に接続された上流端と、熱交換器に接続された下流端とを有する移送ラインを備える冷却回路を備えることを特徴とし、移送ラインは、気化器を出て熱交換器に入る流体を移送し、この気化された流体と、充填すべきタンクに移送される圧縮ガスとの間での熱の交換を実行するように構成されている。
さらに、本発明の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る：
・冷却回路は、熱交換器に接続された上流端と充填ラインに接続された下流端とを備える回収ラインであって、圧縮ガスと熱交換した流体を充填ラインに再注入するための回収ラインを備える、
・回収ラインの下流端は気化器の上流で充填ラインに接続される、
・設備は、主圧縮器の下流及び熱交換器の上流で充填ラインに接続された少なくとも１つの緩衝貯蔵装置を備える、
・設備は、主圧縮器の下流及び熱交換器の上流で充填ラインに並列に接続された２つの緩衝貯蔵装置を備える、
・設備は、第１の緩衝貯蔵装置に接続された吸引入口と第２の緩衝貯蔵装置に接続された出口とを有する補助圧縮器であって、第１の緩衝貯蔵装置から第２の緩衝貯蔵装置へのガスの移送及び圧縮を可能にする補助圧縮器を備える。
本発明はまた、上記又は下記の特徴のいずれか１つによる設備を用いて、タンクに加圧ガス、特に水素を充填する方法に関し、ここで液化流体が気化器内で－２５０℃～０℃の間、好ましくは－１８０℃～－９０℃の間、特に－１５０℃～－１００℃の間の温度に加熱される。
他の可能な特別な機能によれば：
・主圧縮器の入口で、圧縮される流体は、－２５０℃～０℃の間、好ましくは－１８０℃～－９０℃の間の温度及び２～２０バールの間、好ましくは８～１２バールの間の圧力を有する、
本方法は、気化器によって気化された流体を熱交換器に移送して、充填すべきタンクに移送される比較的高温の圧縮ガスを、前記比較的より低温の気化された流体との熱交換によって冷却するステップを含む、
・本方法は、熱交換器で圧縮ガスと熱交換された気化流体を充填ラインに再注入するステップを含む、
・熱交換器で圧縮ガスと熱交換された気化流体は、気化器の上流で再注入される、
・主圧縮器の出口で、ガスは２００～７００バールの間、好ましくは４００～６００バールの間の圧力を有する、
・本方法は、主圧縮器によって圧縮された流体を第１の緩衝貯蔵装置（９）に移送するステップを含む、
・本方法は、貯蔵部のガスヘッドスペースから採取したガスを気化器内で加熱するステップと、この加熱したガスを圧縮するステップとを含む。
本発明は、上記又は下記の特徴の任意の組み合わせを含む任意の代替装置又は方法にも関連し得る。
他の特別な特徴及び利点は、本発明による設備の構造及び作動の一例の概略部分図を示す図１を参照して与えられる以下の記載を読むことにより明らかになるであろう。
本発明による設備の構造及び作動の一例の概略部分図を示す。
図１に示されている１つ又は複数のタンクに加圧ガスを充填するための設備は、液化流体貯蔵部１、例えば液体水素の極低温タンクを備える。
設備は、液化流体貯蔵部１に接続された上流端と、（例えば、少なくとも１つのホースを介して）充填すべきタンク６に接続されるように意図された少なくとも１つの下流端とを備える充填ライン２を備える。
充填ライン２は、直列に配置された、気化器３、主圧縮器４及び熱交換器５を備える。
設備はまた、気化器３の出口に接続された上流端と、熱交換器５に接続された下流端とを有する移送ライン７を備える冷却回路７、８を備える。この移送ライン７は、気化器３から出る流体を熱交換器５に移送し、この比較的低温の気化した流体と、充填すべきタンク６に移送される比較的高温の圧縮ガスとの間の熱交換（好ましくは間接熱交換）を達成するように構成される。
例えば、設備は、冷却ライン７中の低温冷却流体の流量を制御するための、好ましくは制御される弁のシステムを備える。例えば、移送ライン７は、バイパスとして充填ライン２に接続される。移送ライン７と圧縮器４の入口との間の流体の流れを分配するために、１つ又は複数の弁（二方向又は三方向弁）を設けてもよい。例えば、これらの弁は、マイクロプロセッサを備える電子制御部材によって制御されてもよい。この制御は、例えば、タンク６に移送されるガスの温度設定値に従属させることができる。
冷却回路７、８は、好ましくは、熱交換器５に接続された上流端と充填ライン２に接続された下流端とを有する回収ライン８も備える。これにより、圧縮ガスと熱交換された比較的低温の流体を充填ライン２に再注入することができる。
示されているように、回収ライン８の下流端は、気化器３の上流の充填ライン２に接続することができる。
同じく示されているように、設備は、主圧縮器４の下流及び熱交換器５の上流で充填ライン２に接続された少なくとも１つの緩衝貯蔵装置９、１０を備えてもよい。例えば、２つ（又はそれ以上）の緩衝貯蔵装置９、１０が、主圧縮器４の下流及び熱交換器５の上流で充填ライン２に並列に接続される。
これらの緩衝貯蔵装置９、１０は、主圧縮器４によって圧縮されたガスを蓄えることができる。
設備は、第１の緩衝貯蔵装置９に接続された吸引入口と、第２の緩衝貯蔵装置１０に接続された出口とを有する追加の補助圧縮器１１を備え、第１から第２の緩衝貯蔵装置１０へのガスの移送及び圧縮を可能にし得る。
補助圧縮器１１は、高圧圧縮器、すなわち、主圧縮器４よりも高い圧力でガスを圧縮するように構成された圧縮器であってよい。
緩衝貯蔵装置９、１０は、圧力均等化（特にカスケード式）によって充填すべきタンク６にガスを移送するために使用することができる。さらに、これらのバッファタンク９、１０の少なくとも１つは、必要に応じて、タンク６を充填するための圧縮器１１のガス源として機能するように使用されてもよい。
したがって、液体水素は、－１００℃未満、例えば約－１５０℃の温度に達するように気化器３（例えば大気圧ヒータなど）を介して気化することができる。
例えば約１０バールの圧力のこの比較的低温の水素は、主圧縮器４内で中程度の圧力（例えば、１００～６００バール）で圧縮されることができる。
主圧縮器４の入口で、圧縮される流体は、例えば、－２５０℃～０℃の間、好ましくは－１８０℃～－９０℃の間、特に－１５０℃～－１００℃の間の温度を有する。この流体は、例えば２～２０バールの間、好ましくは８～１２バールの間の圧力を有する。
この中圧水素は、中圧で緩衝貯蔵装置９に移送し、及び／又は高圧の補助圧縮器１１を介して圧縮することができる。この高圧ガス（例えば７００～１１００バール）は、高圧緩衝貯蔵装置１０に蓄えることができる。
タンク６に充填する前に、比較的高温の圧縮ガス（例えば、緩衝貯蔵装置９、１０に由来する周囲温度の）を冷却するために、気化器／ヒータ３の出口の低温水素の一部を冷却熱交換器５に運ぶことができる。
低温をもたらし、熱交換器５で加熱されたこの低温水素は、液体貯蔵部１から来る低温水素と混合するために、回収ライン８を介して気化器３の上流で再注入することができる。
これは液体が気化器／大気圧ヒータ３に入る前の液体の加熱に寄与する。
液体貯蔵部１のガスヘッドスペース内の水素は、（例えば充填ライン２又は図示されない別の専用ラインを介して）低温圧縮器３内で圧縮される前に気化器／大気圧ヒータ３内で加熱される間に使用できることに注目されたい。
したがって、単純な構造且つ安価である一方で、本設備は液体水素タンクの損失のすべて又は一部の効率的な回収を可能にする。さらに、タンク６に充填する直前に、ガスを冷却するために液体水素の冷却が有利に使用される。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 液化流体貯蔵部（１）と、前記液化流体貯蔵部（１）に接続された上流端及び充填すべきタンク（６）に接続されるように意図された下流端を備える充填ライン（２）とを備える、１つ又は複数のタンクに加圧ガス、特に水素を充填するための設備であって、前記充填ライン（２）が、直列に配置された、気化器（３）と、主圧縮器（４）と、前記主圧縮器（４）の下流の圧縮された流体を、充填すべきタンク（６）に移送する前に冷却するための熱交換器（５）とを備え、前記設備が、前記気化器（３）の出口に接続された上流端と、前記熱交換器（５）に接続された下流端とを有する移送ライン（７）を備える冷却回路（７、８）を備え、前記移送ライン（７）は、前記気化器（３）を出て前記熱交換器（５）に入る流体を移送し、この気化された流体と、前記充填すべきタンク（６）に移送される圧縮ガスとの間の熱の交換を実行するように構成されている設備において、前記冷却回路（７、８）が、前記熱交換器（５）に接続された上流端と前記充填ライン（２）に接続された下流端とを備える回収ライン（８）であって、前記圧縮ガスと熱交換した前記流体を前記充填ライン（２）に再注入するための回収ライン（８）を備えることを特徴とする設備。
［２］ 前記回収ライン（８）の前記下流端が前記気化器（３）の上流で前記充填ライン（２）に接続されることを特徴とする、［１］に記載の設備。
［３］ 前記主圧縮器（４）の下流及び前記熱交換器（５）の上流で前記充填ライン（２）に接続された少なくとも１つの緩衝貯蔵装置（９、１０）を備えることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の設備。
［４］ 前記主圧縮器（４）の下流及び前記熱交換器（５）の上流で前記充填ライン（２）に並列に接続された２つの緩衝貯蔵装置（９、１０）を備えることを特徴とする、［３］に記載の設備。
［５］ 第１の緩衝貯蔵装置（９）に接続された吸引入口と第２の緩衝貯蔵装置（１０）に接続された出口とを有する補助圧縮器（１１）であって、前記第１の緩衝貯蔵装置（９）から前記第２の緩衝貯蔵装置（１０）へのガスの移送及び圧縮を可能にする補助圧縮器（１１）を備えることを特徴とする、［４］に記載の設備。
［６］ ［１］～［５］のいずれか一項に記載の設備を用いて、１つ又は複数のタンクに加圧ガス、特に水素を充填する方法であって、前記液化流体が前記気化器（３）内で－２５０℃～０℃の間、好ましくは－１８０℃～－９０℃の間、特に－１５０℃～－１００℃の間の温度に加熱され、前記方法が、前記気化器（３）によって気化された流体を前記熱交換器（５）に移送して、前記充填すべきタンク（６）に移送される前記比較的高温の圧縮ガスを、前記比較的より低温の気化された流体との熱交換によって冷却するステップを含み、前記方法が、前記熱交換器（５）内で前記圧縮ガスと熱交換された前記気化流体を前記充填ライン（２）に再注入するステップを含む方法。
［７］ 前記主圧縮器（４）の入口で、前記圧縮される流体が、－２５０℃～０℃の間、好ましくは－１８０℃～－９０℃の間の温度、及び２～２０バールの間、好ましくは８～１２バールの間の圧力を有することを特徴とする、［６］に記載の方法。
［８］ 前記熱交換器（５）で前記圧縮ガスと熱交換された前記気化流体が、前記気化器（３）の上流で再注入されることを特徴とする、［６］又は［７］に記載の方法。
［９］ 前記主圧縮器（４）の出口で、前記ガスが２００～７００バールの間、好ましくは４００～６００バールの間の圧力を有することを特徴とする、［６］～［８］のいずれか一項に記載の方法。
［１０］ 前記主圧縮器（４）によって圧縮された前記流体を第１の緩衝貯蔵装置（９）に移送するステップを含むことを特徴とする、［６］～［９］のいずれか一項に記載の方法。
［１１］ 前記貯蔵部（１）のガスヘッドスペースから採取したガスを前記気化器（３）内で加熱するステップと、この加熱したガスを圧縮するステップとを含むことを特徴とする、［６］～［１０］のいずれか一項に記載の方法。

Claims (11)

  1. 液化流体貯蔵部（１）と、前記液化流体貯蔵部（１）に接続された上流端及び充填すべきタンク（６）に接続されるように意図された下流端を備える充填ライン（２）とを備える、１つ又は複数のタンクに加圧ガス、特に水素を充填するための設備であって、
    前記充填ライン（２）が、直列に配置された、気化器（３）と、主圧縮器（４）と、前記主圧縮器（４）の下流の圧縮された流体を充填すべきタンク（６）に移送する前に冷却するための熱交換器（５）とを備え、
    前記設備が、前記気化器（３）の出口に接続された上流端と、前記熱交換器（５）に接続された下流端とを有する移送ライン（７）を備える冷却回路（７、８）を備え、前記移送ライン（７）は、前記気化器（３）を出て前記熱交換器（５）に入る流体を移送し、この気化された流体と、前記充填すべきタンク（６）に移送される圧縮ガスとの間の熱の交換を実行するように構成されている設備において、
    前記冷却回路（７、８）が、前記熱交換器（５）に接続された上流端と前記充填ライン（２）に接続された下流端とを備える回収ライン（８）であって、前記圧縮ガスと熱交換した前記流体を前記充填ライン（２）に再注入するための回収ライン（８）を備えることを特徴とする設備。
  2. 前記回収ライン（８）の前記下流端が前記気化器（３）の上流で前記充填ライン（２）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の設備。
  3. 前記主圧縮器（４）の下流及び前記熱交換器（５）の上流で前記充填ライン（２）に接続された少なくとも１つの緩衝貯蔵装置（９、１０）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の設備。
  4. 前記主圧縮器（４）の下流及び前記熱交換器（５）の上流で前記充填ライン（２）に並列に接続された２つの緩衝貯蔵装置（９、１０）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の設備。
  5. 第１の緩衝貯蔵装置（９）に接続された吸引入口と第２の緩衝貯蔵装置（１０）に接続された出口とを有する補助圧縮器（１１）であって、前記第１の緩衝貯蔵装置（９）から前記第２の緩衝貯蔵装置（１０）へのガスの移送及び圧縮を可能にする補助圧縮器（１１）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の設備。
  6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の設備を用いて、１つ又は複数のタンクに加圧ガス、特に水素を充填する方法であって、液化流体が前記気化器（３）内で－２５０℃～０℃の間、好ましくは－１８０℃～－９０℃の間、特に－１５０℃～－１００℃の間の温度に加熱され、
    前記方法が、前記気化器（３）によって気化された流体を前記熱交換器（５）に移送して、前記充填すべきタンク（６）に移送される比較的高温の圧縮ガスを、比較的より低温の気化された流体との熱交換によって冷却するステップを含み、
    前記方法が、前記熱交換器（５）内で前記圧縮ガスと熱交換された前記気化された流体を前記充填ライン（２）に再注入するステップを含む方法。
  7. 前記主圧縮器（４）の入口で、前記圧縮される流体が、－２５０℃～０℃の間、好ましくは－１８０℃～－９０℃の間の温度、及び２～２０バールの間、好ましくは８～１２バールの間の圧力を有することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 前記熱交換器（５）で前記圧縮ガスと熱交換された前記気化された流体が、前記気化器（３）の上流で再注入されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
  9. 前記主圧縮器（４）の出口で、前記圧縮ガスが２００～７００バールの間、好ましくは４００～６００バールの間の圧力を有することを特徴とする、請求項６～８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記主圧縮器（４）によって圧縮された前記流体を第１の緩衝貯蔵装置（９）に移送するステップを含むことを特徴とする、請求項６～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記液化流体貯蔵部（１）のガスヘッドスペースから採取したガスを前記気化器（３）内で加熱するステップと、この加熱したガスを圧縮するステップとを含むことを特徴とする、請求項６～１０のいずれか一項に記載の方法。
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