对氢气进行压缩的方法、氢气压缩机系统和氢气储存单元与流程

本公开涉及一种对氢气进行压缩的方法、氢气压缩机系统和氢气储存单元。氢气压缩机系统可用于氢气输送系统，以用于将氢气从氢气生产系统输送到诸如车辆的最终消费者。

背景技术：

1、氢气可以以多种方式产生，包括天然气的蒸汽重整、甲烷的部分氧化、煤的气化、生物质的气化、具有碳捕获的甲烷热解以及水的电解。氢气是在相对较低的压力下产生的，该压力通常在5巴至15巴的范围内。

2、氢气在运输、储存或输送至最终的氢消费者之前需要压缩至更高的压力。经压缩氢气可以部署在燃料供应站处，以用于为氢车辆供应燃料。

3、一些现有的对氢气进行压缩的方法通常使用气体压缩机和中间冷却器来输送氢气。这些方法相对低效、制造成本较高，并且在操作中显示出热学或过热问题。

4、本公开的目的是提供一种用于对氢气进行压缩的改进的氢气压缩机系统。

技术实现思路

1、提供如所附权利要求中所述的对氢气进行压缩的方法、氢气压缩机系统和氢气储存单元。根据从属权利要求和以下描述，本发明的其他特征将显而易见。

2、根据本公开的第一方面，提供一种对氢气进行压缩的方法。该方法包括将工作流体输送到氢气储存单元，以增加氢气储存单元内所包含的氢气的压力。该方法包括将冷却剂流体输送到氢气储存单元以从氢气吸收热量。

3、有利地，通过将诸如水的工作流体输送到氢气储存单元中来实现对氢气储存单元内所包含的氢气的压缩。工作流体减小氢气储存单元中用于氢气的可用容积，从而导致氢气受到压缩并具有更高的压力。工作流体可以起到液体活塞的作用。

4、更有利地，将冷却剂流体引入到氢气储存单元中以从氢气吸收热量。对气体进行压缩会导致受到压缩的气体的温度升高。这是不希望的，因为使气体的温度升高会降低气体密度，这可能意味着需要甚至更高的压力来从氢气储存单元输送所需质量的气体。更高的气体温度还会影响氢气压缩机系统内或氢气输送系统(氢气压缩机系统可以结合到该氢气输送系统中)中其他位置的部件的运行和耐用性。而且，高温还会增加压缩所需的能量输入，从而降低该过程的效率。因此，将冷却剂流体输送到氢气储存和压缩单元有助于抵消氢气温度的增加，从而允许在气体输送中使用更低的压力，并减少压缩机系统所需的能量总量。

5、实际上，氢气储存和压缩单元包括热交换器。热交换器可以结合到氢气储存单元中。热交换器可以包括冷却剂流体回路，冷却剂流体流经该冷却剂流体回路以从氢气吸收热量。

6、工作流体和冷却剂流体可以同时地输送到氢气储存单元。

7、该方法可以进一步包括将氢气输送到氢气储存单元。氢气可以输送到氢气储存单元的气体入口。

8、该方法可以进一步包括从氢气储存单元中抽出氢气。氢气可以从氢气储存单元的气体出口抽出。

9、可以响应于从氢气储存单元抽出氢气而将工作流体输送到氢气储存单元，以增加或维持氢气储存单元内所包含的剩余氢气的压力。

10、从常规的氢气储存单元中抽出氢气导致氢气储存单元内的剩余氢气的压力降低。相反地，从氢气储存单元接收氢气的接收器单元内的氢气的压力增加。这可能使得将氢气连续地输送到接收器单元具有挑战性。

11、有利地，响应于从氢气储存单元中抽出氢气，将工作流体输送到氢气储存单元。这有助于保持氢气储存单元中的氢气的压力，从而允许从氢气储存单元连续且有效地输送氢气。

12、氢气储存单元可以限定用于储存氢气的内部容积。可以将工作流体输送到内部容积。因此，工作流体可以起到液体活塞的作用。

13、氢气可以被压缩到至少50巴的压力。氢气可以被压缩到至少100巴的压力。氢气可以被压缩到至少150巴的压力。氢气可以被压缩到至少200巴的压力。氢气可以被压缩到至少250巴的压力。氢气可以被压缩到至少250巴的压力。氢气可以被压缩到至少300巴的压力。氢气可以被压缩到至少350巴的压力。氢气可以被压缩到至少400巴的压力。氢气可以被压缩到至少500巴的压力。氢气可以被压缩到至少600巴的压力。氢气可以被压缩到至少700巴的压力。氢气可以被压缩到至少800巴的压力。氢气可以被压缩到至少900巴的压力。氢气可以被压缩到至少1000巴的压力。

14、氢气可以被压缩到介于50巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和1000巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和900巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和800巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和700巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和600巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和400巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于50巴和350巴之间的压力。

15、氢气可以被压缩到介于100巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于150巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于200巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于250巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于300巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于350巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于400巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于500巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于600巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于700巴和1500巴之间的压力。氢气可以被压缩到介于800巴和1500巴之间的压力。

16、氢气可以从小于30巴的初始压力压缩到至少50巴的压力。氢气可以从小于20巴的初始压力压缩到至少50巴的压力。氢气可以从小于15巴的初始压力压缩到至少50巴的压力。氢气可以从小于10巴的初始压力压缩到至少50巴的压力。

17、工作流体可以是水。工作流体可以是离子流体。也可以使用其他工作流体。

18、根据本公开的第二方面，提供一种氢气压缩机。氢气压缩机系统包括氢气储存单元，该氢气储存单元限定用于储存氢气的内部容积。氢气压缩机系统包括工作流体输送装置，工作流体输送装置布置为将工作流体输送到氢气储存单元以增加氢气储存单元内所包含的氢气的压力。氢气压缩机系统还包括冷却剂流体输送装置，冷却剂流体输送部件布置为将冷却剂流体输送到氢气储存单元以从氢气吸收热量。

19、氢气储存单元可以包括流体入口，经由该流体入口将工作流体输送到氢气储存单元。流体入口可以朝向氢气储存单元的底部定位。

20、氢气储存单元可以包括流体出口，经由该流体出口将工作流体从氢气储存单元抽出。流体出口可以朝向氢气储存单元的底部定位。

21、氢气储存单元可以包括气体出口，可以经由该气体出口将氢气从氢气储存单元中抽出。氢气储存单元可以包括流体入口，经由该流体入口将工作流体输送到氢气储存单元。气体出口可以位于流体入口上方。氢气储存单元可以包括流体出口，经由该流体出口将工作流体从氢气储存单元抽出。气体出口可以位于流体出口上方。

22、氢气储存单元可以包括气体入口，可以经由该气体入口将氢气输送到氢气储存单元。氢气储存单元可以包括流体入口，经由该流体入口将工作流体输送到氢气储存单元。气体入口可以位于流体入口上方。氢气储存单元可以包括流体出口，经由该流体出口将工作流体从氢气储存单元抽出。气体入口可以位于流体出口上方。

23、氢气储存单元可以包括布置成储存氢气的多个气缸。所述多个气缸可以竖向地彼此对准。多个气缸可以全部与工作流体输送装置和/或冷却剂流体输送装置连通。

24、氢气压缩机系统可以包括用于控制工作流体和/或冷却剂流体到氢气储存单元的输送的控制器。

25、氢气储存单元可以包括冷却剂流体回路，冷却剂流体可以经由冷却剂流体回路流经氢气储存单元。冷却剂流体回路将冷却剂流体与氢气和工作流体分离开。冷却剂流体回路可以穿过储存有氢气的内部容积。冷却剂流体回路可以包括管道或管道网络。

26、根据本公开的第三方面，提供一种氢气储存单元，其限定用于储存氢气的内部容积。氢气储存单元包括工作流体入口，以用于接收工作流体以便增加氢气储存单元内所包含的氢气的压力。氢气储存单元包括冷却剂流体入口，以用于接收冷却剂流体以从氢气吸收热量。

27、氢气储存单元可以包括用于将氢气引入内部容积的气体入口。气体入口可以位于流体入口上方。氢气储存单元可以包括流体出口，经由该流体出口将工作流体从氢气储存单元抽出。气体入口可以位于流体出口上方。

28、氢气储存单元可以包括用于从内部容积中抽出气体的气体出口。气体出口可以位于流体入口上方。氢气储存单元可以包括流体出口，经由该流体出口将工作流体从氢气储存单元抽出。气体出口可以位于流体出口上方。

29、流体入口可以朝向氢气储存单元的底部定位。

30、氢气储存单元可以包括流体出口，经由该流体出将口工作流体从氢气储存单元抽出。流体出口可以朝向氢气储存单元的底部定位。

31、氢气储存单元可以包括布置成储存氢气的多个气缸。所述多个气缸可以竖向地彼此对准。

32、氢气储存单元可以包括冷却剂流体回路，冷却剂流体可以经由冷却剂流体回路流经氢气储存单元。冷却剂流体回路将冷却剂流体与氢气和工作流体分离开。冷却剂流体回路可以穿过储存有氢气的内部容积。冷却剂流体回路可以包括管道或管道网络。

33、根据本公开的第四方面，提供一种分配氢气的方法。该方法包括从氢气储存单元中抽出氢气。该方法包括将工作流体输送到氢气储存单元以增加氢气储存单元内所包含的剩余氢气的压力。

34、该方法可以进一步包括向氢气储存单元提供预定量的氢气。

35、该方法可以包括将氢气储存单元联接到用于输送工作流体的流体输送装置。

36、该方法可以包括使氢气储存单元与流体输送装置断开联接。

37、根据本公开的第五方面，提供一种氢气压缩机系统。氢气压缩机系统包括限定用于储存氢气的内部容积的氢气储存单元，氢气储存单元包括气体出口，可以经由该气体出口从氢气储存单元中抽出氢气。氢气储存单元包括工作流体输送装置，工作流体输送部件布置成响应于从氢气储存单元中抽出氢气而输送被输送到氢气储存单元的工作流体，以增加氢气储存单元内所包含的剩余氢气的压力。

38、氢气储存单元可以具有大于10m3的内部容积。内部容积可以大于20m3。内部容积可以大于30m3。内部容积可以大于50m3。内部容积可以大于100m3。内部容积可以大于200m3。内部容积可以大于300m3。内部容积可以大于400m3。

39、内部容积可以介于10m3和500m3之间。内部容积可以介于10m3和400m3之间。内部容积可以介于10m3和300m3之间。内部容积可以介于10m3和200m3之间。内部容积可以介于10m3和100m3之间。内部容积可以介于10m3和50m3之间。内部容积可以介于50m3和500m3之间。内部容积可以介于100m3和500m3之间。内部容积可以介于200m3和500m3之间。内部容积可以介于300m3和500m3之间。内部容积可以介于400m3和500m3之间。

40、根据本公开的第五方面，提供一种氢气储存单元，其限定用于储存氢气的内部容积，该内部容积大于10m3，该氢气储存单元还包括工作流体入口并且用于接收工作流体以便增加氢气储存单元内所包含的氢气的压力。

41、内部容积可以大于20m3。内部容积可以大于30m3。内部容积可以大于50m3。内部容积可以大于100m3。内部容积可以大于200m3。内部容积可以大于300m3。内部容积可以大于400m3。

42、内部容积可以介于10m3和500m3之间。内部容积可以介于10m3和400m3之间。内部容积可以介于10m3和300m3之间。内部容积可以介于10m3和200m3之间。内部容积可以介于10m3和100m3之间。内部容积可以介于10m3和50m3之间。内部容积可以介于50m3和500m3之间。内部容积可以介于100m3和500m3之间。内部容积可以介于200m3和500m3之间。内部容积可以介于300m3和500m3之间。内部容积可以介于400m3和500m3之间。