(57)【要約】      （修正有）【課題】加圧ガスによってタンクを充填するための設備および方法を提供する。【解決手段】設備は、液化ガスの供給源２と、流体輸送回路３とを備え、流体輸送回路３は、上流から下流へ直列に配置された、供給源から来る流体を下流方向に変位させるための部材４と、温度調整デバイス５、６、７と、バッファーストレージリザーバー８とを備え、バッファーストレージリザーバー８は、温度調整デバイス５、６、７の出口部に接続されている入口部と、輸送回路３の下流端部に接続されている出口部とを備え、設備１は、温度調整デバイスを制御するように構成された電子データ処理およびストレージ部材１０を備え、電子データ処理およびストレージ部材１０は、タンク１２を充填するために流体がバッファーストレージリザーバー８から引き出されている間に、相対的により高い第１の温度でバッファーストレージリザーバー８に流体を供給するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧流体によって、特に、加圧ガスによって、とりわけ、加圧水素によって、タンクを充填するための設備であって、液化ガスの供給源（２）と、流体輸送回路（３）とを備え、前記流体輸送回路（３）は、前記供給源（２）に接続されている上流端部と、充填されることとなるタンク（１２）に接続されることが意図される少なくとも１つの下流端部とを備え、前記流体輸送回路（３）は、上流から下流へ直列に配置された、前記供給源から来る前記加圧流体を下流方向に変位させるための液体変位部材（４）と、前記加圧流体の温度が少なくとも２つの個別の温度の間で調整されることを可能にするように構成されている温度調整デバイス（５、６、７）と、バッファーストレージリザーバー（８）とを備え、前記バッファーストレージリザーバー（８）は、前記加熱デバイス（５、６、７）の出口部に接続されている入口部と、前記流体輸送回路（３）の前記下流端部に接続されている出口部とを備え、それは、充填されることとなる前記タンク（１２）へ供給される前記加圧流体が、前記バッファーストレージリザーバー（８）を介して通らなければならないということを意味しており、前記設備（１）は、少なくとも前記温度調整デバイス（５、６、７）を制御するように構成された電子データ処理およびストレージ部材（１０）を備える、設備において、前記電子データ処理およびストレージ部材（１０）は、タンク（１２）を充填するために流体が前記バッファーストレージリザーバー（８）から引き出されている間に、相対的により高い第１の温度で前記バッファーストレージリザーバー（８）に流体を供給するように構成されており、また、タンク（１２）を充填するために流体が前記バッファーストレージリザーバー（８）から引き出されていないときには、相対的により低い第２の温度で前記バッファーストレージリザーバー（８）に流体を供給するように構成されていることを特徴とする、設備。
【請求項２】
前記液体変位部材（４）は、クライオポンプを備えることを特徴とする、請求項１に記載の設備。
【請求項３】
前記温度調整デバイス（５、６、７）は、２重にされている前記流体輸送回路（３）の一部分を備え、前記流体輸送回路（３）の前記一部分は、２つの並列のパイプを有しており、そのうちの１つは、前記加圧流体を温めるための交換器（５）を備え、前記温度調整デバイス（５、６、７）は、１セットのバルブ（６、７）を備え、前記１セットのバルブ（６、７）は、前記温度調整デバイス（５、６、７）の下流の加圧流体の温度を調整するために、前記供給源から来る前記加圧流体の分配を前記２つの並列のパイプの中へ決定付けるように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の設備。
【請求項４】
前記バッファーストレージリザーバー（８）は、断熱材を備えるタンクであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の設備。
【請求項５】
前記流体輸送回路（３）は、前記バッファーストレージリザーバー（８）の下流に、膨張バルブ（９）、および、前記加圧流体の温度を調整するように構成された熱交換器（１１）のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の設備。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の設備を使用して、加圧流体によって、特に、加圧ガスによって、とりわけ、加圧水素によって、タンクを充填するための方法であって、前記バッファーストレージリザーバー（８）からタンク（１２）に向けての流体の輸送と同時に、決定された第１の温度で前記バッファーストレージリザーバー（８）へ流体を輸送する第１のステップを備える、方法。
【請求項７】
前記バッファーストレージリザーバー（８）からタンク（１２）への流体の輸送の後に、前記第１の温度よりも相対的に低い第２の温度で、前記バッファーストレージリザーバー（８）へ流体を輸送する第２のステップを備えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の温度は、２３０Ｋから室温の間に含まれることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の温度は、５０Ｋから１５０Ｋの間に含まれることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記バッファーストレージリザーバー（８）へ流体を輸送する前記第１のステップの間に、前記バッファーストレージリザーバー（８）の中の圧力の降下および／もしくは温度の降下を防止するために、または、前記バッファーストレージリザーバー（８）の中の前記圧力の降下および／もしくは前記温度の降下を決定された値の下方に低減させるために、ストレージ施設へ供給される前記流体の流量および／または温度が制御されることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧ガスによってタンクを充填するための設備および方法に関する。
【０００２】
本発明は、より具体的には、加圧ガスによって、とりわけ、加圧水素によって、タンクを充填するための設備であって、設備は、液化ガスの供給源と、流体輸送回路とを備え、流体輸送回路は、供給源に接続されている上流端部と、充填されることとなるタンクに接続されることが意図される少なくとも１つの下流端部とを備え、輸送回路は、上流から下流へ直列に配置された、供給源から来る流体を下流方向に変位させるための部材と、流体の温度が少なくとも２つの個別の温度の間で調整されることを可能にするように構成されている温度調整デバイスと、バッファーストレージリザーバー（buffer storage reservoir）とを備え、バッファーストレージリザーバーは、温度調整デバイスの出口部に接続されている入口部と、輸送回路の下流端部に接続されている出口部とを備え、それは、充填されることとなるタンクへ供給される流体が、バッファーストレージリザーバーを介して通らなければならないということを意味しており、設備は、少なくとも温度調整デバイスを制御するように構成された電子データ処理およびストレージ部材を備える、設備に関する。高い容量の水素車両補給ステーションを提供するために、液体水素の供給が必要とされる。また、液体液化ガスの供給は、冷温エネルギーの供給源をステーションに提供する。また、他の冷温供給源が、ステーションにおいて利用可能であり得る。車両を充填するために、水素は、実際に、一般的に、−３０℃〜−４０℃まで（事前に）冷却されることを必要とする。
【背景技術】
【０００３】
車両タンクを充填する前の水素の事前冷却は、非常に要求が多い。冷却されることとなるフローは、一般的に、高い圧力（１００〜１０００ｂａｒ）になっており、高度に可変の流量（０．５〜３．６ｋｇ／ｍｉｎ）になっており、高度に可変の入口温度（室温、−２０℃から４０℃）を有している。−４０℃から−３３℃の範囲にあるほんの数度の公差を伴う、温度の微調整が必要とされる。
【０００４】
利用可能な冷温フローは、非常に異なる特性：非常に低い温度（液体水素に関して−２５３℃、または、クライオポンプの出口側において−１９３℃から−１２３℃の範囲内）；設備によって異なる可変の圧力および流量を有している。
【０００５】
さまざまな解決策が知られており、たとえばＷＯ２０１７１８６３３７Ａまたは米国特許第５４７９９６６号を参照されたい。
【０００６】
しかし、これらの解決策は、ステーションを使用するときの冷温のおよび高温のフローの効果的な管理を可能にしていない。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の上述の不利益のうちのすべてまたはいくつかを軽減することである。
【０００８】
この目的のために、本発明による設備、他の観点では、上記のプリアンブルの中に与えられるその一般的な定義による設備は、電子データ処理およびストレージ部材は、タンクを充填するために流体がバッファーストレージリザーバーから引き出されている間に、相対的により高い第１の温度でバッファーストレージリザーバーに流体を供給するように構成されており、また、タンクを充填するために流体がバッファーストレージリザーバーから引き出されていないときには、相対的により低い第２の温度でバッファーストレージリザーバーに流体を供給するように構成されていることを本質的に特徴とする。
【０００９】
そのうえ、本発明の実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を備えることが可能である。
【００１０】
−  液体変位部材は、クライオポンプを備える、
−  温度調整デバイスは、２重にされている輸送回路の一部分を備え、輸送回路の該一部分は、２つの並列のパイプを有しており、そのうちの１つは、流体を温めるための交換器を備え、温度調整デバイスは、１セットのバルブを備え、１セットのバルブは、温度調整部材の下流の流体の温度を調整するために、供給源から来る流体の分配を２つの並列のパイプの中へ決定付けるように構成されている、
−  バッファーストレージリザーバーは、断熱材を備えるタンクである、
−  輸送回路は、バッファーストレージリザーバーの下流に、膨張バルブ、および、流体の温度を調整するように構成された熱交換器のうちの少なくとも１つを備える。
【００１１】
また、本発明は、上記または下記の特徴のうちのいずれか１つによる設備を使用して、加圧ガスによって、とりわけ、加圧水素によって、タンクを充填するための方法であって、バッファーストレージリザーバーからタンクに向けての流体の輸送と同時に、決定された第１の温度でバッファーストレージリザーバーへ流体を輸送する第１のステップを備える、方法に関する。
【００１２】
他の可能な特定の特徴によれば、
−  方法は、バッファーストレージリザーバーからタンクへの流体の輸送の後に、第１の温度よりも相対的に低い第２の温度で、バッファーストレージリザーバーへ流体を輸送する第２のステップを備える、
−  第１の温度は、２３０Ｋから室温の間に含まれる、
−  第２の温度は、５０Ｋから１５０Ｋの間に含まれる、
−  バッファーストレージリザーバーへ流体を輸送する第１のステップの間に、バッファーストレージリザーバーの中の圧力の降下および／もしくは温度の降下を防止するために、または、バッファーストレージリザーバーの中の圧力の降下および／もしくは温度の降下を決定された値の下方に低減させるために、ストレージ施設へ供給される流体の流量および／または温度が制御される。
【００１３】
また、本発明は、特許請求の範囲の中の上記の特徴または以下の特徴の任意の組み合わせを備える任意の代替的なデバイスまたは方法に関することが可能である。
【００１４】
他の特定の特徴および利点が、単一の図を参照して与えられる以下の説明を読むことから明らかになることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による設備の構造および動作の１つの例を、概略的におよび簡単化された形態で示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
設備１は、液化ガスの供給源２（たとえば、断熱された真空タンク）と、流体輸送回路３とを備え、流体輸送回路３は、供給源２に接続されている上流端部と、充填されることとなるタンク１２に接続されることが意図される少なくとも１つの下流端部とを備える（いくつかの個別のタンクを充填するために、いくつかの下流端部が存在するということを考えることも可能である）。
【００１７】
輸送回路３は、上流から下流へ直列に配置された、供給源から来る流体を下流方向に変位させるための部材４（たとえば、ポンプ）と、少なくとも２つの個別の温度の間で流体の温度を調整することを可能にするように構成されている温度調整デバイス５、６、７と、バッファーストレージリザーバー８とを備える。
【００１８】
図示されているように、下流に、輸送回路３は、また、膨張バルブ７と、タンク１２への輸送の前に温度を調整するための熱交換器５とを備えることが可能である。
【００１９】
バッファーストレージリザーバー８は、加熱デバイス５、６、７の出口部に接続されている入口部と、輸送回路３の下流端部に接続されている出口部とを備える。それが意味することは、充填されることとなるタンク１２へ供給される流体が、バッファーストレージリザーバー８を通過しなければならないということである（代替例として、並列の複数のバッファーストレージリザーバーが想定され得る）。バッファーストレージリザーバー８は、たとえば、断熱材を備えるタンクである（たとえば、タイプ−Ｉタンクまたはタイプ−ＩＩタンク）。
【００２０】
設備の部材（バルブ、ポンプなど）のうちのすべてまたはいくつかは、電子データ処理およびストレージ部材１０によって制御され得、電子データ処理およびストレージ部材１０は、特に、少なくとも温度調整デバイス５、６、７を制御するように構成されている。
【００２１】
図示されているように、温度調整デバイスは、好ましくは、２重にされている輸送回路の一部分を備え、その輸送回路の該一部分は、２つの並列のパイプを有しており、そのうちの１つは、流体を温めるための交換器５を備え、温度調整デバイスは、１セットのバルブを備え、１セットのバルブは、温度調整デバイスの下流の流体の温度を調整するために、供給源から来る流体の分配を２つの並列のパイプの中へ決定付けるように構成されている。２つの並列のレッグのうちの一方または両方の間で、供給源２から引き出される液体を分配することによって、低い温度（フローのすべてが加温交換器５を回避するとき）と高い温度（フローのすべてが加温交換器５を通過するとき）との間で、流体の温度を制御および変化させることが可能である。これらの２つの温度の間で、実現され得る１つまたはいくつかの中間温度が存在している。
【００２２】
１つの有利な特徴によれば、電子データ処理およびストレージ部材１０は、タンク１２を充填するために流体がバッファーストレージリザーバー８から引き出されている間に、相対的により高い第１の温度でバッファーストレージリザーバー８へ流体を供給するように構成され得、また、タンク１２を充填するために流体がバッファーストレージリザーバー８から引き出されていないときには、相対的により低い第２の温度でバッファーストレージリザーバー８へ流体を供給するように構成され得る。
【００２３】
したがって、設備の構造は、比較的に簡単であることが可能であり、液体水素の供給源である１つだけのストレージ施設２と、クライオポンプ４と、小さい大気加熱器５と、簡単な調整システムを備えた１つまたは複数のバッファーストレージリザーバー８とを備えることが可能である。
【００２４】
液体水素が、極低温度で供給源２からバッファーストレージリザーバー８に向けて直接的にポンプ送りされ得る。
【００２５】
バッファーストレージリザーバー８は、好ましくは、断熱されており、また、比較的に冷温の水素をタンク１２へ供給する準備ができた状態にするために、冷温を維持する。
【００２６】
タンク１２を充填する局面の間に、ポンプ４は、流体がバッファーストレージリザーバー８から引き出されている間に、バッファーストレージリザーバー８の圧力と温度とを維持するために、加熱器５によって温められるポンプ送りされた水素を供給することが可能である。
【００２７】
２つの充填動作の間に、バッファーストレージリザーバー８は、比較的により冷温の流体によって、もう一度充填され得る。この充填局面の間に、バッファーストレージリザーバー８の充填における断熱加熱を補償するために、ポンプ４は、加熱器５を回避する経路を介して、より冷温の水素を供給することが可能である。
【００２８】
この動作モードは、ジュール−トムソン効果を補償するために、輸送回路の下流端部において必要とされる温度（たとえば、２００Ｋ〜２３０Ｋ）よりも低いほぼ一定の冷温に、バッファーストレージリザーバー８を維持することを可能にする。
【００２９】
タンク１２の充填の間に、出口温度調整器５は、適当な場合に、輸送される流体の温度の微調節を提供することが可能である。
【００３０】
この構造は、簡単で効果的な方式で、ポンプ４の出口部に冷温のエネルギーを使用することを可能にする。実際に、この効果を実現するために、特別な交換器は必要とされず、また、制御バルブの複雑な制御も必要とされない。
【００３１】
ポンプ送りされる液体水素の冷温の容量のすべてが用いられ得る。電力消費は、存在し得る任意の加熱器１１（たとえば、電気加熱器）において最小に留まり、たとえば、摂氏数度だけの追加加熱を提供するに過ぎない。
【００３２】
また、このアーキテクチャーおよびその動作は、ポンプ４の送達レートが充填送達レートから解離されることを可能にする。これは、比較的に低出力のポンプ４の使用を可能にし、また、高圧バッファーストレージリザーバー８からの充填レートの簡単な制御の使用を可能にし、それは、ガスを供給される充填ステーションからよく知られている。
【００３３】
また、流体がバッファーストレージリザーバー８から引き出される局面の間に、バッファーストレージリザーバー８が温められた水素によって充填されるという事実は、バッファーストレージリザーバー８の容量を最大化し、その中の圧力の降下を最小化することを可能にする。
【００３４】
バッファーストレージリザーバー８は、断熱されており、比較的に低い温度で、たとえば、２００Ｋから２３０Ｋの間で、維持されるかまたは維持され得る。バッファーストレージリザーバー８は、好ましくは、熱損失を最小化するために断熱されている。この温度で断熱するための方法がよく知られている。また、それは、極低温の温度に耐えることができることも必要とする。
【００３５】
優先的には、バッファーストレージリザーバーが作製されている金属（または、他の材料）の熱容量は、その中に含有されるガスの熱容量の少なくとも２倍の高さであり、圧力／温度変動を制限するようになっている。断熱体の厚さは、システムの合計熱容量（ガス＋バッファーストレージリザーバー）にしたがって計算され得る。
【００３６】
これは、たとえば、１０ｃｍよりも小さい厚さの発泡断熱体を備えて待機した状態で、１２時間後に、圧力変動を３０ｂａｒに制限し、温度変動を１０℃に制限することを可能とする。
【００３７】
このストレージ施設８は、好ましくは、タイプ−Ｉまたはタイプ−ＩＩのものである。
【００３８】
タンク１２の充填の間に、水素は、低い温度でバッファーストレージリザーバー８から引き出され、下流の充填調整バルブ９（たとえば、ジュール−トムソンタイプのもの）の中で膨張させられ得る。バッファーストレージリザーバー８の温度は、この膨張が−３３℃を超えて水素を加熱しないように定格を決められ得る。この温度は、たとえば、２００Ｋから２３０Ｋの間に含まれ得る。この局面の間に、バッファーストレージリザーバー８を離れる水素は、次いで、必要に応じて、調整器５の中を通ることが可能であり、それは、充填されることとなるタンク１２に接続された充填ノズルに向けて方向付けられるガスの温度の微調節を可能にする。
【００３９】
この充填局面の間に、バッファーストレージリザーバー８の中の圧力および温度の降下を最小化するように、ポンプ４は、同時に、バッファーストレージリザーバー８の充填に貢献することが可能である。
【００４０】
これを行うために、ポンプ４を離れる流体は、バッファーストレージリザーバー８に進入する前に、周囲加熱器５によって完全に温められ得る。
【００４１】
対応するバルブ６は、完全に閉じられたままであることが可能である。
【００４２】
比較的に温かい水素のこの流入は、バッファーストレージリザーバー８の中の断熱膨張による温度の降下および圧力の降下を最小化することを可能にする。
【００４３】
この動作モードによって、バッファーストレージリザーバー８の中の圧力および温度は、ポンプの出力が充填送達出力よりもはるかに小さくなっているとしても、バッファーストレージリザーバー８の熱慣性のおかげで、および、比較的に温かい水素の追加のおかげで、タンク１２の充填の間にほとんど変化しない。
【００４４】
熱交換器１１は、電気加熱器であることが可能であり、または、冷温エネルギーが、潜熱または顕熱を使用して、範囲（−３３℃から−４５℃）の中の温度で貯蔵され得る。
【００４５】
バッファーストレージリザーバー８（タンク１２の充填の外側）を充填する局面の間に、ポンプ４は、「半−極低温の」水素をストレージリザーバー８に供給することが可能である。したがって、バッファーストレージリザーバー８の温度が、高い閾値（たとえば、２２０Ｋ〜２３０Ｋの間）に到達するときには、供給源２からの液体水素は、バッファーストレージリザーバー８の圧力までポンプ送りされ得る（たとえば、４００ｂａｒから９００ｂａｒの間に含まれる圧力）。
【００４６】
ポンプ４から離れるこの極低温の水素（たとえば、８０Ｋから５０Ｋの間の温度）は、それを加圧するためにバッファーストレージリザーバー８の中へ真っ直ぐに方向付けされ得る。この充填温度において、ストレージリザーバー８は、（ストレージリザーバー８の金属質量に応じて、充填サイクル当たりに０．５Ｋから５Ｋ）のオーダーで徐々に温度降下することが可能である。バッファーストレージリザーバー８の温度が、低い閾値（たとえば、２００Ｋの辺り）に到達するときには、ポンプ４からの高圧水素は、バッファーストレージリザーバー８を過度に冷却することを回避するために、大気加熱器５を通過するように方向付けされ得る。
【００４７】
ポンプ送りされる水素からのフリゴリーの入力なしの非使用の局面の間に、熱損失は、バッファーストレージリザーバー８の中の圧力および温度が上昇することを引き起こす可能性がある。
【００４８】
バッファーストレージリザーバー８の高い熱慣性は、これらの温度変動を部分的に滑らかにすることを可能にすることができる。たとえば、（たとえば、発泡体タイプの）簡単な断熱体が、２００Ｋから２３０Ｋの間の温度におけるバッファーストレージリザーバー８の１００ｌ当たりに５０〜１００Ｗのオーダーまで、これらの損失を低減させるのに十分であることが可能である。断熱体の品質（たとえば、断熱体の厚さ）は、この圧力の上昇および温度の上昇が特定の待機時間にわたって制限されたままになることを保証するように、定格を決められ得る。たとえば、１２時間のオーダーの待機時間に関して、典型的に、５０ｂａｒ未満のおよび２０Ｋ未満の上昇が予想される。また、圧力および温度の設定点は、こうした増加を計算に入れるために、マージンを組み込むことも可能である。
【００４９】
バッファーストレージリザーバー８は、その最大動作圧力よりも低い３０ｂａｒから５０ｂａｒにある圧力設定点を有することが可能である。
【００５０】
同様に、このバッファーストレージリザーバー８は、ジュール−トムソン効果によって充填するために必要とされる温度より下方の１０Ｋから２０Ｋの温度設定点を有することが可能である。
【００５１】
上記に述べられているように、バッファーストレージリザーバー８は、異なる圧力レベルにおいてカスケードで使用されるいくつかのストレージリザーバーを備えることが可能である（たとえば、１つは、４００ｂａｒから７００ｂａｒの間の圧力に関するものであり、別のものは、８００ｂａｒから９００ｂａｒの間の圧力に関するものである）。これは、ジュール−トムソン効果を制限することを可能にする。
【００５２】
本発明は、特に、液体形態および／またはガス形態の、ならびに、特に、超臨界形態の、加圧された水素によって、タンクが充填されることを可能にする。
【図１】
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【外国語明細書】
2020085242000001.pdf