KR20130023189A - A hydrogen dispensing system and method thereof - Google Patents

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KR20130023189A
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gaseous hydrogen
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KR1020127004067A
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니쿤지 굽타
브래드 존 스미스
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

본원은, 입구와 출구를 가진 30 K 미만의 온도에서 액체 수소를 저장하는 공급 용기, 입구와 출구를 가진 플래시 드럼, 및 입구와 출구를 가지며, 300 bar 초과의 압력에서 가스성 수소를 분배하는 분배기를 포함하는 수소 분배 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 공급 용기의 출구는 플래시 드럼의 입구와 유체 연통하고, 상기 플래시 드럼의 출구는 분배기의 입구와 유체 연통하며, 공급 용기의 출구와 분배기의 출구 사이에는 압축 장치가 없다. 본원은 또한 차량에 가스성 수소를 제공하는 방법을 제공한다.The present application is directed to a supply vessel for storing liquid hydrogen at a temperature of less than 30 K having an inlet and an outlet, a flash drum having an inlet and an outlet, and a distributor having an inlet and an outlet and distributing gaseous hydrogen at a pressure above 300 bar. A hydrogen distribution system comprising: an outlet of the supply vessel is in fluid communication with an inlet of a flash drum, an outlet of the flash drum is in fluid communication with an inlet of a distributor, and between an outlet of the supply vessel and an outlet of the distributor. There is no compression device. The present application also provides a method of providing gaseous hydrogen to a vehicle.

Description

수소 분배 시스템 및 그 방법 {A HYDROGEN DISPENSING SYSTEM AND METHOD THEREOF}Hydrogen Distribution System and Method {A HYDROGEN DISPENSING SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본원은 수소 분배 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present application relates to a hydrogen distribution system and method thereof.

최근, 대체 에너지 공급원 또는 에너지 운반체, 예를 들어 수소의 개발에 많은 관심이 있다. 연료 공급원으로서 수소를 사용하는 자동차 및 다른 차량이 개발되었지만, 스케일 또는 비용면에서 가솔린 급유 스테이션에 필적가능한 상기 차량에 재급유하는 방법은 아직 개발되지 않았다. 가솔린 급유 스테이션은 매우 간단하고 또한 통상적으로 가솔린을 저장하는 탱크 및 1 개 이상의 펌프로만 구성된다. 최근 수소 급유를 위해 개발된 옵션은 값비싸고, 매우 대형이며 또한 과도한 관리를 필요로 한다.Recently, there is a great deal of interest in the development of alternative energy sources or energy carriers, for example hydrogen. Although automobiles and other vehicles using hydrogen as a fuel source have been developed, a method of refueling the vehicle that is comparable to a gasoline refueling station in terms of scale or cost has not yet been developed. The gasoline refueling station is very simple and usually consists only of a tank and one or more pumps for storing gasoline. Recently developed options for hydrogen refueling are expensive, very large and require excessive management.

개발된 일 옵션으로는, 급유 스테이션에서 가스성 수소의 저장부 및 수소의 압력을 급유에 필요한 압력, 통상적으로 300 ~ 700 bar 까지 상승시키는데 사용되는 1 개 이상의 대형 압축기를 제공하는 것이다.One option developed is to provide at least one large compressor used to raise the pressure of the reservoir and gaseous hydrogen in the refueling station to the pressure required for refueling, typically between 300 and 700 bar.

상기 옵션은 압축기 시스템의 크기 및 구성 뿐만 아니라 높은 에너지 사용으로 인해 대형의 풋프린트 (footprint) 를 가진다.This option has a large footprint due to the size and configuration of the compressor system as well as the high energy usage.

개발된 다른 옵션으로는, 급유 스테이션에서 액체 수소의 저장부를 제공하는 것이다. 액체 수소는 저온 펌프 (cryopump) 에 의해 더 높은 압력으로 펌핑된 후 급유에 사용되는 가스성 수소로 기화된다. 상기 옵션 둘 다 및 당업계에서 당업자에게 공지된 다른 옵션에서는 급유 차량에 사용하기 위해 수소의 압력을 상승시키도록 기계식 압축 또는 펌핑을 필요로 한다.Another option developed is to provide a reservoir of liquid hydrogen at the refueling station. Liquid hydrogen is pumped to a higher pressure by a cryopump and then vaporized with gaseous hydrogen used for refueling. Both of these options and other options known to those skilled in the art require mechanical compression or pumping to raise the pressure of hydrogen for use in refueling vehicles.

적절한 수소 분배 시스템을 제공하기 위해서는 시스템은 훨씬 더 간단하고, 더 값싸야 하며 또한 공간을 덜 필요로 해야 한다. 또한, 가솔린 스텐이션에 대한 실용적인 대안으로서 수소 급유 스테이션을 형성하기 위해서는 관리 요건 및 에너지 소모를 저감시켜야 한다.To provide a suitable hydrogen distribution system, the system must be much simpler, cheaper and require less space. In addition, to form a hydrogen refueling station as a practical alternative to gasoline suspension, management requirements and energy consumption must be reduced.

본원은 입구와 출구를 가진 30 K 미만의 온도에서 액체 수소를 저장하는 공급 용기; 입구와 출구를 가진 플래시 드럼; 및 입구와 출구를 가지며, 300 bar 초과의 압력에서 가스성 수소를 분배하는 분배기를 포함하는 수소 분배 시스템을 제공하고, 상기 공급 용기의 출구는 플래시 드럼의 입구와 유체 연통하고, 상기 플래시 드럼의 출구는 분배기의 입구와 유체 연통하며, 공급 용기의 출구와 분배기의 출구 사이에는 압축 장치가 없다.The present application includes a supply vessel for storing liquid hydrogen at a temperature of less than 30 K with an inlet and an outlet; Flash drum with inlet and outlet; And a distributor having an inlet and an outlet, the distributor distributing gaseous hydrogen at a pressure above 300 bar, the outlet of the supply vessel being in fluid communication with the inlet of the flash drum, the outlet of the flash drum Is in fluid communication with the inlet of the distributor, and there is no compression device between the outlet of the supply vessel and the outlet of the distributor.

본원은 또한 30 K 미만의 온도에서 공급 용기내에 액체 수소 공급원을 저장하는 단계; 상기 공급 용기내의 액체 수소 일부를 플래시 드럼으로 통과시키는 단계; 플래시 드럼에 충분한 열을 제공하여, 상기 액체 수소를 가스성 수소 변환시키는 단계; 상기 가스성 수소를 분배기로 통과시키는 단계; 및 상기 분배기로부터의 가스성 수소를 300 bar 초과의 압력에서 차량으로 통과시키는 단계를 포함하고, 압축 장치는 사용되지 않는 차량에 가스성 수소를 제공하는 방법을 제공한다.The present disclosure also includes the steps of storing a liquid hydrogen source in a supply vessel at a temperature of less than 30 K; Passing a portion of the liquid hydrogen in the feed vessel to a flash drum; Providing sufficient heat to a flash drum to convert the liquid hydrogen into gaseous hydrogen; Passing the gaseous hydrogen through a distributor; And passing gaseous hydrogen from the distributor to the vehicle at a pressure above 300 bar, wherein the compression apparatus provides a method for providing gaseous hydrogen to a vehicle that is not used.

도 1 에서는 수소 분배 시스템의 일 실시형태를 도시한다.1 illustrates one embodiment of a hydrogen distribution system.

개시된 본원은 압축 장치를 사용하지 않고 고압 가스성 수소를 제공하는 수소 분배 시스템을 제공하는 것이다. 압축 장치는, 본원에서, 가동부를 구비하고 또한 압축기 및 저압펌프를 포함하는 펌프 등의 기체 또는 액체의 압력을 상승시키는데 사용되는 어떠한 기계 장치로서 규정된다.The disclosed application is to provide a hydrogen distribution system that provides high pressure gaseous hydrogen without using a compression device. A compression device is defined herein as any mechanical device used to raise the pressure of a gas or liquid, such as a pump having a movable portion and including a compressor and a low pressure pump.

액체 수소는 어떠한 방법으로 제조될 수 있고 또한 당업계에서 당업자에게 알려진 어떠한 방법에 의해 스테이션으로 운반될 수 있다.Liquid hydrogen can be prepared by any method and can also be delivered to the station by any method known to those skilled in the art.

액체 수소는 매우 적은 양의 오염물 또는 불순물을 본질적으로 포함한다. 그 결과, 액체 수소를 기화시킴으로써 생성되는 가스성 수소도 또한 비교적 순수하다.Liquid hydrogens essentially contain very small amounts of contaminants or impurities. As a result, the gaseous hydrogen produced by vaporizing liquid hydrogen is also relatively pure.

이러한 시스템의 일 실시형태는 도 1 을 참조하여 설명한다. 도 1 에서는 수소 분배 시스템을 도시한다. 이 시스템은 액체 수소를 저장하는데 적합한 공급 용기 (100) 를 구비한다. 이 공급 용기는, 액체 수소가 액체 상태로 잔류하기에 충분히 낮은 온도에 유지되도록 단열 및/또는 냉각될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 공급 용기는 분배 시스템 전체에 걸쳐서 볼 수 있는 바와 같이 고압을 견디도록 구성된다. 다른 실시형태에 있어서, 공급 용기는 대기압 또는 대기압 근방에서 작동하도록 구성된다. 다른 실시형태에 있어서, 공급 용기 (100) 는 지하에 위치된다. 이렇게 함으로써, 전체 풋프린트를 낮추는 장점을 가지게 된다.One embodiment of such a system is described with reference to FIG. 1. 1 shows a hydrogen distribution system. The system has a supply vessel 100 suitable for storing liquid hydrogen. This supply vessel may be insulated and / or cooled such that liquid hydrogen is maintained at a temperature low enough to remain in the liquid state. In one embodiment, the supply vessel is configured to withstand high pressure as seen throughout the dispensing system. In another embodiment, the supply vessel is configured to operate at or near atmospheric pressure. In another embodiment, the supply vessel 100 is located underground. This has the advantage of lowering the overall footprint.

추가의 실시형태에 있어서, 공급 용기는 운반가능한 용기 형태, 특히 트레일러, 트럭, 트레인 또는 다른 (자체) 프로펠러식 차량상에 장착되는 용기 형태로 제공될 수 있다. 위치에 고정된 저장 용기를 채울 필요가 없음으로써, 액체 수소를 저장 용기로 운반할 시 발생되는 증발 (boil-off) 손실이 없어진다. 또한, 스테이션에서의 전달 시간을 상당히 저감시킬 수 있다. 공급 용기는, 액체 수소를 충전하는 입구 (비도시) 및 공급 라인 (106) 과 유체 연통하는 출구를 가진다. 공급 라인은 공급 용기 (100) 로부터 플래시 드럼 (102) 까지 액체 수소를 통과시키는데 사용된다. 공급 라인은 통상적으로 플래시 드럼으로의 액체 수소의 유동을 제어하도록 밸브 (112) 또는 다른 장치를 구비한다.In a further embodiment, the supply vessel may be provided in the form of a transportable vessel, in particular in the form of a vessel mounted on a trailer, truck, train or other (self) propeller type vehicle. By not having to fill the storage container fixed in position, there is no boil-off loss caused when transporting liquid hydrogen to the storage container. In addition, the propagation time at the station can be significantly reduced. The supply vessel has an inlet (not shown) for filling liquid hydrogen and an outlet in fluid communication with the supply line 106. The feed line is used to pass liquid hydrogen from feed vessel 100 to flash drum 102. The supply line typically has a valve 112 or other device to control the flow of liquid hydrogen to the flash drum.

시스템은 액체 및/또는 가스성 수소를 유지하는데 적합한 1 개 이상의 플래시 드럼 (102) 을 구비한다. 플래시 드럼은 그 내용물의 온도가 공급 용기의 온도보다 더 높도록 구성된다. 플래시 드럼은 열교환기로서 작동하고 또한 실제로 열교환기일 수 있다. 플래시 드럼은 액체 수소를 기화시키는데 충분한 열을 제공하도록 가열될 수 있다. 플래시 드럼은, 단독으로 또는 다른 가열 공급원과 조합하여, 주변 조건에 의해 가열될 수 있다. 주변 조건은, 본원에서, 플래시 드럼을 둘러싸는 주변의 온도로서 규정된다.The system has one or more flash drums 102 suitable for holding liquid and / or gaseous hydrogen. The flash drum is configured such that the temperature of its contents is higher than the temperature of the supply vessel. The flash drum operates as a heat exchanger and may actually be a heat exchanger. The flash drum may be heated to provide sufficient heat to vaporize the liquid hydrogen. The flash drum, alone or in combination with other heating sources, may be heated by ambient conditions. Ambient conditions are defined herein as the ambient temperature surrounding the flash drum.

플래시 드럼은 내측 또는 외측에 위치될 수 있어서, 그리하여 주변 조건은 실온 또는 위치한 외부 온도일 수 있다. 열 손실을 방지하거나 또는 플램시 드럼과 그 주변간의 열교환율을 제어하기 위해서 단열을 사용할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 1 개 이상의 플래시 드럼이 지하에 위치된다. 또한, 이렇게 함으로써, 전체적인 풋프린트를 낮추게 되는 장점을 가지게 된다. 추가로, 플래시 드럼을 지하에 위치시킴으로써, 공기에 비하여 토양에서의 더 양호한 열전도 특성으로 인해, 플래시 드럼의 가열을 개선시킬 수 있다.The flash drum may be located inside or outside, so the ambient conditions may be room temperature or located outside temperature. Insulation may be used to prevent heat loss or to control the rate of heat exchange between the flammable drum and its surroundings. In one embodiment, one or more flash drums are located underground. This also has the advantage of lowering the overall footprint. In addition, by placing the flash drum underground, it is possible to improve the heating of the flash drum due to better thermal conductivity properties in the soil compared to air.

기후 또는 계절 변화로 인해 주변 조건은 일정하지 않을 수 있기 때문에, 또한 필요에 따라 공정을 가속시키기 위해서, 플래시 드럼에는 또한 필요에 따라 추가의 열을 제공하는데 사용될 수 있는 열공급원을 장착할 수 있다. 이러한 적용에 적합한 가열기의 예로서는, 전기 히터, 증기 히터 및 플래시 드럼 또는 플래시 드럼내의 액체 수소와 열교환하도록 가열된 증기를 사용하는 열교환기를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 플래시 드럼은 열전 히터 (thermoelectric heater) 에 의해 강제로 가열될 수 있고, LH2 및 주변간의 온도차는 가열용 전기를 제공하도록 사용될 수 있다. 가장 간단한 형태에 있어서, 플래시 드럼은 뱅크 용기의 외측 또는 내측상의 열전 저항성 매트로 구성될 수 있다.Since ambient conditions may not be constant due to climate or seasonal changes, and also to accelerate the process as needed, the flash drum may also be equipped with a heat source that can be used to provide additional heat as needed. Examples of heaters suitable for such applications include electric heaters, steam heaters and heat exchangers using steam heated to heat exchange with liquid hydrogen in flash drums or flash drums. In one embodiment, the flash drum can be forcedly heated by a thermoelectric heater, and the temperature difference between LH 2 and the surroundings can be used to provide electricity for heating. In its simplest form, the flash drum may consist of a thermoelectric resistant mat on the outside or inside of the bank container.

플래시 드럼은 공급 라인 (106) 과 유체 연통하는 입구 및 분배 라인 (108) 과 유체 연통하는 출구를 구비한다. 분배 라인은 플래시 드럼 (102) 으로부터 분배기 (104) 까지 가스성 수소를 통과시키는데 사용된다.The flash drum has an inlet in fluid communication with the supply line 106 and an outlet in fluid communication with the dispensing line 108. The distribution line is used to pass gaseous hydrogen from flash drum 102 to distributor 104.

시스템은, 고압 가스성 수소 또는 가스성 수소와 액체 수소의 혼합물을 자동차 또는 다른 차량에 분배하는데 적합한 분배기 (104) 를 구비한다. 분배기는 수소를 제공할 수 있는 어떠한 유형일 수 있다. 분배기는 차량에 또는 수소 탱크, 카트리지 또는 차량에 수소를 제공하는데 사용되는 다른 저장 용기에 연결될 수 있다. 분배 라인 (108) 은 분배기로의 가스성 수소의 유동을 제어하는 장치를 구비할 수 있다. 대안으로, 수소의 유동은 분배기 자체에 의해 제어될 수도 있다.The system includes a distributor 104 suitable for distributing high pressure gaseous hydrogen or a mixture of gaseous hydrogen and liquid hydrogen to an automobile or other vehicle. The distributor can be of any type capable of providing hydrogen. The distributor may be connected to the vehicle or to a hydrogen tank, cartridge or other storage vessel used to provide hydrogen to the vehicle. Distribution line 108 may have a device for controlling the flow of gaseous hydrogen to the distributor. Alternatively, the flow of hydrogen may be controlled by the distributor itself.

일 실시형태에 있어서, 시스템은 공급 용기 (100) 의 헤드에 압력을 제공하는데 사용되는 고압 라인 (110) 을 포함한다. 작동시, 이 고압 라인은 공급 용기 (100) 로부터의 액체 수소를 플래시 드럼 (102) 으로 이동시키는데 보조하도록 압력을 제공하는데 사용될 수 있다. 플래시 드럼 (102) 의 압력이 공급 용기 (100) 에 연통되도록 밸브 (114) 가 개방될 수 있다. 이 밸브는 폐쇄될 수 있고 또한 필요에 따라 공급 용기에 추가의 압력을 제공하도록 재개방될 수도 있다.In one embodiment, the system includes a high pressure line 110 that is used to provide pressure to the head of the supply vessel 100. In operation, this high pressure line can be used to provide pressure to assist in moving liquid hydrogen from feed vessel 100 to flash drum 102. The valve 114 can be opened such that the pressure of the flash drum 102 communicates with the supply vessel 100. This valve may be closed and may also be reopened to provide additional pressure to the supply vessel as needed.

공급 용기 (100) 는, 중력에 의해 공급 용기 (100) 로부터의 액체 수소가 플래시 드럼 (102) 으로 유동하는데 보조하도록, 플래시 드럼 (102) 보다 높게 위치될 수 있다. 다른 방법으로는, 운반 펌프의 사용 또는 용기들간의 차압을 이용할 수 있다. 당업 기술 중 하나로는, 공급 용기 (100) 로부터의 액체 수소를 플래시 드럼 (102) 으로 이동시키는데 충분한 힘이 있음을 보장하는데 필요한 어떠한 수단을 사용하는 것이다.The supply vessel 100 can be positioned higher than the flash drum 102 so as to assist the liquid hydrogen from the supply vessel 100 to flow into the flash drum 102 by gravity. Alternatively, the use of a transfer pump or differential pressure between the vessels can be used. One of skill in the art is to use any means necessary to ensure that there is sufficient force to transfer liquid hydrogen from supply vessel 100 to flash drum 102.

다른 실시형태에 있어서, 공급 용기를 가압하기 위해 압축기를 사용할 수 있다. 소형 압축기는, 공급 용기의 헤드 압력이 플래시 드럼의 압력보다 높도록 고압 라인 (110) 과 유체 연통할 수 있다. 이렇게 함으로써, 액체 수소를 플래시 드럼으로 이동시키는 추가의 힘을 제공할 수 있다. 압축기는 모든 가스성 수소를 고압으로 압축시키는데 필요한 만큼 대형이 아니다.In another embodiment, a compressor can be used to pressurize the supply vessel. The compact compressor may be in fluid communication with the high pressure line 110 such that the head pressure of the supply vessel is higher than the pressure of the flash drum. By doing so, it is possible to provide additional force to transfer liquid hydrogen to the flash drum. The compressor is not as large as necessary to compress all gaseous hydrogen to high pressure.

다른 실시형태에 있어서, 공급 용기는 전체 시스템 압력을 취급하도록 구성되는 중간급 또한 소형급 극저온 시스템 공급 용기(들)에 액체 수소를 제공한다. 공급 용기 및 보충 용기 (supply vessel) 사이의 인터페이스는, 공급 용기가 시스템 압력에 노출되지 않음을 보장하도록 적합한 배관 및 제어에 의해 관리될 수 있다. 그 후, 보충 용기(들)는 플래시 드럼(들)으로 수소를 통과시키고, 플래시 드럼(들)으로부터의 잔류 가스 및 시스템 압력의 관리를 통합할 수 있다.In another embodiment, the supply vessel provides liquid hydrogen to the medium and small cryogenic system supply vessel (s) configured to handle the total system pressure. The interface between the supply vessel and the supply vessel may be managed by suitable piping and control to ensure that the supply vessel is not exposed to system pressure. The replenishment vessel (s) can then pass hydrogen into the flash drum (s) and incorporate management of system gas and residual gas from the flash drum (s).

일 실시형태에 있어서, 분배기 (104) 를 통하여 차량에 분배되기 전에 플래시 드럼 (102) 에 생성되는 가스성 수소를 저장하기 위해 중간 저장부를 사용한다. 이러한 중간 저장부는 가스성 수소를 저장하는 어떠한 방법을 포함할 수 있다.In one embodiment, an intermediate reservoir is used to store the gaseous hydrogen generated in the flash drum 102 before being dispensed to the vehicle through the distributor 104. Such intermediate storage may include any method of storing gaseous hydrogen.

고압 수소를 생성하는 방법은 이하 설명된다. 전술한 바와 같이, 액체 수소는 공급 용기 (100) 안으로 수용된다. 상기 용기의 온도는 수소를 액체 형태로 유지하도록 온도 유지된다. 이 온도는 1 K ~ 30 K 범위, 바람직하게는 15 K ~ 25 K 범위일 수 있다. 액체 수소의 일부는 공급 용기에서 기화될 수 있지만, 이러한 기화를 최소화하는 것이 바람직하다.The method of generating high pressure hydrogen is described below. As mentioned above, liquid hydrogen is received into feed vessel 100. The temperature of the vessel is kept temperature to maintain hydrogen in liquid form. This temperature may range from 1 K to 30 K, preferably from 15 K to 25 K. Some of the liquid hydrogen may be vaporized in the feed vessel, but it is desirable to minimize this vaporization.

액체 수소는 공급 라인 (106) 을 통하여 플래시 드럼 (102) 에 공급된다. 이 단계를 위해 밸브 (112) 가 개방된 후, 적절한 양의 액체 수소가 플래시 드럼에 공급되면 이 밸브는 폐쇄된다.Liquid hydrogen is supplied to the flash drum 102 via a supply line 106. After valve 112 is opened for this step, the valve is closed when the appropriate amount of liquid hydrogen is supplied to the flash drum.

플래시 드럼의 온도는, 액체 수소의 적어도 일부가 상기 용기에서 기화되도록 되어 있다. 상당량의 액체 수소가 상기 용기에서 기화되는 것이 바람직하고; 바람직하게는 액체 수소의 적어도 50%, 보다 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 90% 이다. 플래시 드럼은 특별한 용적을 가진 폐쇄 용기이다. 가스성 수소의 압력은 플래시 드럼에 공급한 액체 수소의 양에 따른다.The temperature of the flash drum is such that at least part of the liquid hydrogen is vaporized in the vessel. It is preferred that a significant amount of liquid hydrogen is vaporized in the vessel; Preferably at least 50%, more preferably at least 75% and most preferably at least 90% of liquid hydrogen. The flash drum is a closed container with a special volume. The pressure of the gaseous hydrogen depends on the amount of liquid hydrogen supplied to the flash drum.

기화되었을 때 가스성 수소가 300 bar 초과, 바람직하게는 500 bar 초과, 보다 바람직하게는 700 bar 초과의 압력에 있도록, 충분한 액체 수소가 플래시 드럼에 공급된다. 상기 압력은 200 bar ~ 1000 bar 범위, 바람직하게는 300 bar ~ 800 bar 범위일 수 있다. 급유된 차량의 요건 및 적용에 따라서, 시스템은 다수의 압력에 있는 가스성 수소를 제공하도록 조절될 수 있다. 생성된 수소는 시스템에서의 압력 저하를 극복하는 것을 포함하여 차량에 급유하기에 충분한 압력에 있다.Sufficient liquid hydrogen is supplied to the flash drum so that when gasified hydrogen is at a pressure above 300 bar, preferably above 500 bar, more preferably above 700 bar. The pressure may range from 200 bar to 1000 bar, preferably from 300 bar to 800 bar. Depending on the requirements and the application of the refueled vehicle, the system can be adjusted to provide gaseous hydrogen at multiple pressures. The hydrogen produced is at a pressure sufficient to refuel the vehicle, including overcoming the pressure drop in the system.

일 실시형태에 있어서, 특정 압력에서, 즉 700 bar 에서 수소를 공급할 필요가 있는 차량에 대해서 350 bar 및 700 bar 에서 수소를 공급할 필요가 있는 차량에 대해서 450 bar 에서, 고압 가스성 수소를 제공하기 위해서 캐스캐이드 세트의 플래시 드럼 각각에는 플래시 드럼의 캐스캐이드가 제공된다. 대안으로, 플래시 드럼의 연속 작동식 캐스케이드가 제공된다. 예를 들어, 제 1 플래시 드럼은 액체 수소로 채워지고, 액체 수소 공급이 정지된다. 이 플래시 드럼은 고압, 예를 들어 700 bar 에서 가스압을 제공하도록 가열된다. 플래시 드럼으로부터 가스성 수소가 제거되면, 압력은 700 bar 미만의 압력으로 하강된다. 이 때, 가득 찬 제 2 플래시 드럼은 고압, 이 경우에는 700 bar 의 가스성 수소를 공급받게 되는 반면, 제 1 플래시 드럼은 중압, 예를 들어 500 bar 의 가스성 수소를 제공하는데 사용된다. 이러한 과정은, 제 1 (또는 제 2) 플래시 드럼이 충분한 압력에서 더이상 가스성 수소를 공급할 수 없을 때까지 계속되고, 제 1 플래시 드럼은 다시 고압 수소를 제공하도록 액체 수소로 채워지거나 또는 선택적으로 고압 수소를 제공하도록 제 3 플래시 드럼이 사용되는 반면, 제 2 드럼은 중압 가스성 수소를 제공하도록 배향되고, 제 1 플래시 드럼은 저압, 예를 들어 350 bar 의 가스성 수소를 제공하도록 배향된다. 이러한 과정은 연속적으로 작동한다. 압력단의 개수 또는 증분은 캐스캐이드에 제공된 플래시 드럼의 개수와 마찬가지로 분배 요건에 따른다.In one embodiment, to provide high pressure gaseous hydrogen at a certain pressure, that is, at 350 bar for vehicles that need to supply hydrogen at 700 bar and at 450 bar for vehicles that need to supply hydrogen at 700 bar. Each of the flash drums of the cascade set is provided with a cascade of flash drums. Alternatively, a continuously operated cascade of flash drums is provided. For example, the first flash drum is filled with liquid hydrogen and the liquid hydrogen supply is stopped. This flash drum is heated to provide a gas pressure at high pressure, for example 700 bar. When gaseous hydrogen is removed from the flash drum, the pressure drops to a pressure of less than 700 bar. At this point, the full second flash drum is supplied with gaseous hydrogen at high pressure, in this case 700 bar, while the first flash drum is used to provide gaseous hydrogen at medium pressure, for example 500 bar. This process continues until the first (or second) flash drum can no longer supply gaseous hydrogen at sufficient pressure, and the first flash drum is again filled with liquid hydrogen to provide high pressure hydrogen or optionally high pressure. A third flash drum is used to provide hydrogen, while the second drum is oriented to provide medium pressure gaseous hydrogen, and the first flash drum is oriented to provide gaseous hydrogen at low pressure, for example 350 bar. This process works continuously. The number or increment of pressure stages depends on the dispensing requirements as well as the number of flash drums provided in the cascade.

수소 분배 과정 및 추가로 차량 수소 탱크의 충전으로, 상당양의 열을 발생시키기 대문에, 저온에서 가스성 수소를 제공할 필요가 있다. 통상적으로, 가스성 수소는 - 40 ~ - 20℃ 범위의 온도에서 분배된다. 액체 수소의 저온으로 인해, 시스템은, 분배하기 전에 가스성 수소를 미리 냉각시킬 필요없이, 충분히 저온의 가스성 수소를 분배하도록 작동될 수 있다.Because of the hydrogen distribution process and additionally the filling of the vehicle hydrogen tank, it is necessary to provide gaseous hydrogen at low temperatures, as it generates a significant amount of heat. Typically, gaseous hydrogen is distributed at a temperature in the range from -40 to -20 ° C. Due to the low temperature of the liquid hydrogen, the system can be operated to distribute sufficiently low temperature gaseous hydrogen without the need to precool the gaseous hydrogen before dispensing.

일 실시형태에 있어서, 시스템은 극저온에 있는 고압 가스성 수소, 즉 저온 압축된 수소, 특히 300 ~ 500 bar, 바람직하게는 350 ~ 400 bar 범위의 압력 및 100 ~ 200 K 범위의 온도에서 가스성 수소를 분배할 수 있도록 작동된다. 저온 압축된 수소는 저온으로 인한 것보다 더 높은 밀도를 가지고, 그럼으로써 차량의 보드에 더 많은 수소를 저장시킬 수 있고 또한 급유 시간을 더 단축시킬 수 있게 된다.In one embodiment, the system is a cryogenic high pressure gaseous hydrogen, ie cold compressed hydrogen, in particular gaseous hydrogen at a pressure in the range from 300 to 500 bar, preferably in the range from 350 to 400 bar and in the temperature in the range from 100 to 200 K. It is operated so that it can be distributed. Low temperature compressed hydrogen has a higher density than due to low temperatures, thereby allowing more hydrogen to be stored on the board of the vehicle and also shortening the fueling time.

가스성 수소는 분배기로 바로 통과할 수 있거나 또는 가스성 수소용 중간 저장부로 통과할 수 있다. 중간 저장부는, 700 bar 에서 수소를 공급할 필요가 있는 차량에 대하여 300, 각각 바람직하게는 350 bar 및 700, 바람직하게는 850 bar 에서 수소를 공급할 필요가 있는 차량에 대하여, 다수의 압력, 즉 300, 바람직하게는 450 bar 에서 수소를 저장하도록 구성될 수 있다. 중간 저장부는 플래시 드럼의 캐스캐이드에 대하여 전술한 바와 같이 연속적으로 작동될 수 있다.Gaseous hydrogen may pass directly to the distributor or may be passed to an intermediate reservoir for gaseous hydrogen. The intermediate reservoir comprises a plurality of pressures, ie 300, for vehicles that need to supply hydrogen at 700 bar, preferably for 350 bar and 700, preferably for 850 bar, respectively. Preferably it may be configured to store hydrogen at 450 bar. The intermediate reservoir can be operated continuously as described above with respect to the cascade of the flash drum.

시스템은 액체 수소 또는 가스성 수소와 액체 수소의 혼합물을 공급 용기로부터 바로 분배하는 분배기를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 상이한 재급유 요건을 충족하도록 구성될 수 있고 또한 예를 들어 700 bar 까지의 압력에서 가스성 수소 및 액체 수소로 차량을 재급유할 수 있다.The system may further include a distributor for dispensing liquid hydrogen or a mixture of gaseous hydrogen and liquid hydrogen directly from the supply vessel. In this way, the system can be configured to meet different refueling requirements and can also refuel the vehicle with gaseous hydrogen and liquid hydrogen at pressures up to 700 bar, for example.

Claims (15)

수소 분배 시스템으로서,
a. 입구와 출구를 가진 30 K 미만의 온도에서 액체 수소를 저장하는 공급 용기,
b. 입구와 출구를 가진 플래시 드럼, 및
c. 입구와 출구를 가지며, 300 bar 초과의 압력에서 가스성 수소를 분배하는 분배기를 포함하고,
상기 공급 용기의 출구는 플래시 드럼의 입구와 유체 연통하고, 상기 플래시 드럼의 출구는 분배기의 입구와 유체 연통하며, 공급 용기의 출구와 분배기의 출구 사이에는 압축 장치가 없는 수소 분배 시스템.Hydrogen distribution system,
a. Supply vessel for storing liquid hydrogen at a temperature of less than 30 K with inlet and outlet,
b. Flash drum with inlet and outlet, and
c. A distributor having an inlet and an outlet, the distributor distributing gaseous hydrogen at a pressure above 300 bar,
The outlet of the supply vessel is in fluid communication with the inlet of the flash drum, the outlet of the flash drum is in fluid communication with the inlet of the distributor, and there is no compression device between the outlet of the supply vessel and the outlet of the distributor. 제 1 항에 있어서,
상기 플래시 드럼 및 공급 용기의 상부와 유체 연통하는 추가의 라인을 더 포함하는 수소 분배 시스템.The method of claim 1,
And an additional line in fluid communication with the flash drum and the top of the supply vessel. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공급 용기는 액체 수소의 유동이 중력에 의해 보조되도록 위치되는 수소 분배 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
The feed vessel is positioned such that the flow of liquid hydrogen is assisted by gravity. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분배기는 700 bar 초과의 압력에서 수소를 분배하는데 적합한 수소 분배 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Said distributor being adapted to distribute hydrogen at a pressure in excess of 700 bar. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공급 용기는 30 K 미만의 용기 온도를 유지하도록 단열되는 수소 분배 시스템.The method according to any one of claims 1 to 4,
Said supply vessel is insulated to maintain a vessel temperature of less than 30K. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플래시 드럼은 200 K 초과의 온도로 가열되는 수소 분배 시스템.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The flash drum is heated to a temperature above 200K. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플래시 드럼은 주변 조건에 노출됨으로써 가열되는 수소 분배 시스템.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The flash drum is heated by exposure to ambient conditions. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 플래시 드럼은, 주변 조건에 노출시킴으로써 제공되는 것보다 더 큰 열 유속을 제공하는 열 공급원에 의해 가열되는 수소 분배 시스템.The method according to claim 6 or 7,
The flash drum is heated by a heat source that provides a greater heat flux than that provided by exposure to ambient conditions. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수소 분배 시스템은 액체 수소를 분배하는 추가의 분배기를 더 포함하는 수소 분배 시스템.The method according to any one of claims 1 to 8,
The hydrogen distribution system further comprises an additional distributor for dispensing liquid hydrogen. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수소 분배 시스템은 가스성 수소를 저장하는 중간 저장부를 더 포함하는 수소 분배 시스템.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
The hydrogen distribution system further comprises an intermediate storage for storing gaseous hydrogen. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플래시 드럼은 열교환기인 수소 분배 시스템.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Said flash drum being a heat exchanger. 차량에 가스성 수소를 제공하는 방법으로서,
a. 30 K 미만의 온도에서 공급 용기내에 액체 수소 공급원을 저장하는 단계,
b. 상기 공급 용기내의 액체 수소 일부를 플래시 드럼으로 통과시키는 단계,
c. 플래시 드럼에 충분한 열을 제공하여, 상기 액체 수소의 적어도 일부를 가스성 수소로 변환시키는 단계,
d. 상기 가스성 수소를 분배기로 통과시키는 단계, 및
e. 상기 분배기로부터의 가스성 수소를 300 bar 초과의 압력에서 차량으로 통과시키는 단계를 포함하고, 압축 장치는 사용되지 않는 차량에 가스성 수소를 제공하는 방법.As a method of providing gaseous hydrogen to a vehicle,
a. Storing the liquid hydrogen source in the feed vessel at a temperature of less than 30 K,
b. Passing a portion of the liquid hydrogen in the feed vessel through a flash drum,
c. Providing sufficient heat to a flash drum to convert at least a portion of the liquid hydrogen to gaseous hydrogen,
d. Passing the gaseous hydrogen through a distributor, and
e. Passing gaseous hydrogen from the distributor to the vehicle at a pressure greater than 300 bar, wherein the compression device provides gaseous hydrogen to the vehicle that is not used. 제 12 항에 있어서,
상기 가스성 수소는 700 bar 초과의 압력에서 분배기로부터 통과되는 차량에 가스성 수소를 제공하는 방법.13. The method of claim 12,
The gaseous hydrogen is passed from the distributor at a pressure above 700 bar to provide gaseous hydrogen to the vehicle. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 플래시 드럼으로의 열은, 단지 플래시 드럼을 주변 온도에 노출시킴으로써 제공되는 차량에 가스성 수소를 제공하는 방법.The method according to claim 12 or 13,
The heat to the flash drum provides gaseous hydrogen to a vehicle provided only by exposing the flash drum to ambient temperature. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
가스성 수소를 분배기로 통과시키기 전에, 가스성 수소의 적어도 일부를 저장 용기로 통과시키는 단계를 더 포함하는 차량에 가스성 수소를 제공하는 방법.15. The method according to any one of claims 12 to 14,
And passing at least a portion of the gaseous hydrogen into the storage vessel prior to passing the gaseous hydrogen to the distributor.
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