(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の冷媒が循環される第１冷媒路と、
前記第１冷媒路の一部に対して設けられ、前記第１の冷媒の冷却を可能にする水冷式冷凍機ユニットと、
第２の冷媒が通流される第２冷媒路と、
前記第１冷媒路の他の一部と前記第２冷媒路の一部との間で前記第１の冷媒によって前記第２の冷媒の冷却を可能にする第１熱交換器と、
水素が貯蔵された水素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部に貯蔵された水素が搬送される水素流路と、
前記第２冷媒路の他の一部と前記水素流路の一部との間で前記第２の冷媒によって前記水素の冷却を可能にする第２熱交換器と、
を備え、
前記第１の冷媒は、フロンであり、
前記第２の冷媒は、ギ酸カリウム水溶液であり、
前記第２冷媒路は、
前記第１熱交換器によって前記第１冷媒路の他の一部との間で熱交換が行われる前記第２冷媒路の一部を含む前半通流路と、
前記第２熱交換器によって前記水素流路の一部との間で熱交換が行われる前記第２冷媒路の他の一部を含む後半通流路と、
を有しており、
前記第２冷媒路の前記後半通流路における前記第２の冷媒の通流量は、０．３ＭＰａの通流圧力で１３５Ｌ／ｍｉｎ乃至１６５Ｌ／ｍｉｎであり、
前記水素は、前記第２熱交換器によって、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内にまで冷却されるようになっており、
前記水素は、前記第２熱交換器によって、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内の設定温度に対して＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内に冷却されるようになっており、
水素冷却能力は、水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷであり、
前記水素流路には、前記第２熱交換器によって冷却された後の水素を排出する排出口が設けられており、
前記排出口から排出される水素の量は、４．５ｋｇ／３ｍｉｎ乃至５．５ｋｇ／３ｍｉｎである
ことを特徴とする冷却水素供給ステーション。
【請求項２】
前記第１冷媒路内での前記第１の冷媒の循環量を制御するバルブと、
前記第２冷媒路内での前記第２の冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記バルブを制御する温度フィードバック制御部と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷却水素供給ステーション。
【請求項３】
第１運転モードと第２運転モードとのいずれかが選択されて運転されるようになっており、
第１運転モードにおいては、前記水素が−２０℃に冷却され、
第２運転モードにおいては、前記水素が−４０℃に冷却される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却水素供給ステーション。
【請求項４】
前記第１運転モードまたは前記第２運転モードの選択は、時間帯に応じて自動的に行われるようになっている
ことを特徴とする請求項３に記載の冷却水素供給ステーション。
【請求項５】
前記第２冷媒路は、前記前半通流路と前記後半通流路とを接続するタンク部を更に有しており、
前記タンク部には、当該タンク部内における前記第２の冷媒の液面を所定範囲に維持するための冷媒量調整機構が接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却水素供給ステーション。
【請求項６】
水素流路内を搬送される水素を冷却する水素冷却装置であって、
第１の冷媒が循環される第１冷媒路と、
前記第１冷媒路の一部に対して設けられ、前記第１の冷媒の冷却を可能にする水冷式冷凍機ユニットと、
第２の冷媒が通流される第２冷媒路と、
前記第１冷媒路の他の一部と前記第２冷媒路の一部との間で前記第１の冷媒によって前記第２の冷媒の冷却を可能にする第１熱交換器と、
前記第２冷媒路の他の一部と前記水素流路の一部との間で前記第２の冷媒によって前記水素の冷却を可能にする第２熱交換器と、
を備え、
前記第１の冷媒は、フロンであり、
前記第２の冷媒は、ギ酸カリウム水溶液であり、
前記第２冷媒路は、
前記第１熱交換器によって前記第１冷媒路の他の一部との間で熱交換が行われる前記第２冷媒路の一部を含む前半通流路と、
前記第２熱交換器によって前記水素流路の一部との間で熱交換が行われる前記第２冷媒路の他の一部を含む後半通流路と、
を有しており、
前記第２冷媒路の前記後半通流路における前記第２の冷媒の通流量は、０．３ＭＰａの通流圧力で１３５Ｌ／ｍｉｎ乃至１６５Ｌ／ｍｉｎであり、
前記水素は、前記第２熱交換器によって、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内にまで冷却されるようになっており、
前記水素は、前記第２熱交換器によって、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内の設定温度に対して＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内に冷却されるようになっており、
水素冷却能力は、水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷであ
り、
前記水素流路には、前記第２熱交換器によって冷却された後の水素を排出する排出口が設けられており、
前記排出口から排出される水素の量は、４．５ｋｇ／３ｍｉｎ乃至５．５ｋｇ／３ｍｉｎである
ことを特徴とする水素冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水素を燃料電池車等に供給するための冷却水素供給ステーション、及び、当該冷却水素供給ステーションに用いられる水素冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を燃料とする燃料電池車は、排気ガスを出さないため、環境面において優れている。従って、そのような燃料電池車を広く普及させるために、近年、種々の開発が進められている。燃料電池車の普及には、車両自体の開発も重要であるが、水素を燃料電池車に供給するための水素供給ステーションの開発もまた重要である。
【０００３】
水素供給ステーションに関しては、従来から種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４９２０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素供給ステーションにおいて燃料電池車に水素を供給する場合、多くの台数の燃料電池車にできるだけ連続的に水素を供給できることが好ましい。これを達成するための一つの手法として、圧縮状態の水素を冷却して燃料電池車に供給する手法が知られている。
【０００６】
このような手法において、水素を所望の温度に高効率に、つまり、省エネルギーで冷却できることが望まれている。更に、当該高効率な水素の冷却は、安定的に水素を供給するために高精度に実現されることが好ましい。
【０００７】
しかしながら、本出願の時点において、十分に高効率な冷却を、好ましくは高精度に実現することが可能な冷却水素供給ステーションは、未だ存在していない。
【０００８】
本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、水素に対する十分に高効率な冷却を、好ましくは高精度に実現することができる冷却水素供給ステーション、及び、当該冷却水素供給ステーションに用いられる水素冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の冷媒が循環される第１冷媒路と、前記第１冷媒路の一部に対して設けられ、前記第１の冷媒の冷却を可能にする水冷式冷凍機ユニットと、第２の冷媒が通流される第２冷媒路と、前記第１冷媒路の他の一部と前記第２冷媒路の一部との間で前記第１の冷媒によって前記第２の冷媒の冷却を可能にする第１熱交換器と、水素が貯蔵された水素貯蔵部と、前記水素貯蔵部に貯蔵された水素が搬送される水素流路と、前記第２冷媒路の他の一部と前記水素流路の一部との間で前記第２の冷媒によって前記水素の冷却を可能にする第２熱交換器と、を備え、前記水素は、前記第２熱交換器によって、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内にまで冷却されるようになっており、水素冷却能力は、水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷであることを特徴とする冷却水素供給ステーションである。
【００１０】
本件発明者により開発された当該冷却水素供給ステーションによれば、水素冷却能力として、水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷであること（１３．５ｋＷ＠−４０℃乃至１６．５ｋＷ＠−４０℃）を実現できたことにより、水素の冷却を高効率に、すなわち、極めて省エネルギーに実現することができる。
【００１１】
好ましくは、前記水素は、前記第２熱交換器によって、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内の設定温度に対して＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内に冷却されるようになっている。
【００１２】
すなわち、本件発明者により開発された当該冷却水素供給ステーションによれば、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内の設定温度に対して＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内での冷却精度を実現できたことにより、水素に対する十分に高効率な冷却を、高精度に実現することができる。
【００１３】
具体的に、例えば、前記冷却水素供給ステーションは、前記第１冷媒路内での前記第１の冷媒の循環量を制御するバルブと、前記第２冷媒路内での前記第２の冷媒の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出結果に基づいて前記バルブを制御する温度フィードバック制御部と、を更に備える。この場合、簡易な温度フィードバック制御によって、第２の冷媒を所望の温度に高精度に制御することができる。
【００１４】
また、前記冷却水素供給ステーションは、前記水素流路に、前記第２熱交換器によって冷却された後の水素を排出する排出口が設けられており、前記排出口から排出される水素の量が、４．５ｋｇ／３ｍｉｎ乃至５．５ｋｇ／３ｍｉｎであるようにすることが好ましい。
【００１５】
このような水素供給量とすることにより、少なくとも１台分の燃料電池車への水素供給を３分で実施することができる（現在の通常の燃料電池車の水素容量は５ｋｇである）。また、本件発明者により開発された冷却水素供給ステーションによれば、１台の燃料電池車に３分で４．５ｋｇ乃至５．５ｋｇの水素を供給した後は、７分間のインターバルをおけば、再び次の１台の燃料電池車に３分で４．５ｋｇ乃至５．５ｋｇの水素を供給することができる。
【００１６】
前記冷却水素供給ステーションでは、前記第１の冷媒がフロンであり、前記第２の冷媒がギ酸カリウム水溶液、具体的にはショーワ株式会社製のコールドブラインであることで、前述の各性能を実現することができることを、本件発明者は確認している。
【００１７】
また、前記冷却水素供給ステーションは、第１運転モードと第２運転モードとのいずれかが選択されて運転されるようになっており、第１運転モードにおいては、前記水素が−２０℃に冷却され、第２運転モードにおいては、前記水素が−４０℃に冷却されることが好ましい。
【００１８】
例えば、水素供給の必要性に応じて、必要性が低い場合にはアイドル運転状態に対応する第１運転モードが選択され、必要性が高い場合にはスタンバイ状態に対応する第２運転モードが選択されることにより、冷却に関するエネルギー消費を効果的に抑制することができる。
【００１９】
例えば、前記第１運転モードまたは前記第２運転モードの選択は、時間帯に応じて自動的に行われるようになっていてもよい。この場合、例えば、水素供給の必要性が低い夜間の時間帯（例えば営業時間外）では第１運転モードが選択され、水素供給の必要性が高い日中の時間帯（例えば営業時間内）では第２運転モードが選択されることにより、水素供給の必要性が低い夜間の時間帯において冷却に関するエネルギー消費を効果的に抑制することができる。
【００２０】
また、前記冷却水素供給ステーションでは、前記第２冷媒路は、前記第１熱交換器によって前記第１冷媒路の他の一部との間で熱交換が行われる前記第２冷媒路の一部を含む前半通流路と、前記第２熱交換器によって前記水素流路の一部との間で熱交換が行われる前記第２冷媒路の他の一部を含む後半通流路と、前記前半通流路と前記後半通流路とを接続するタンク部と、を有しており、前記タンク部には、当該タンク部内における前記第２の冷媒の液面を所定範囲に維持するための冷媒量調整機構が接続されていてもよい。
【００２１】
この場合、タンク部内における第２の冷媒の液面が所定範囲に維持されることによって、第２の冷媒に腐食性の高い液化冷媒が用いられ、当該第２の冷媒が温度変化に伴って膨張収縮したとしても、当該第２の冷媒の液面の昇降に起因するタンク部内壁の腐食の発生及び析出物の付着を防止することができる。
【００２２】
更に、この場合、前記第２冷媒路の前記後半通流路における前記第２の冷媒の通流量は、０．３ＭＰａの通流圧力で１３５Ｌ／ｍｉｎ乃至１６５Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。本件発明者は、前記第２冷媒路の前記後半通流路における前記第２の冷媒の通流量が、０．３ＭＰａの通流圧力で１３５Ｌ／ｍｉｎ乃至１６５Ｌ／ｍｉｎであることで、水素に対する十分に高効率な冷却を実現することができることを確認している。
【００２３】
また、本発明は、水素流路内を搬送される水素を冷却する水素冷却装置であって、第１の冷媒が循環される第１冷媒路と、前記第１冷媒路の一部に対して設けられ、前記第１の冷媒の冷却を可能にする水冷式冷凍機ユニットと、第２の冷媒が通流される第２冷媒路と、前記第１冷媒路の他の一部と前記第２冷媒路の一部との間で前記第１の冷媒によって前記第２の冷媒の冷却を可能にする第１熱交換器と、前記第２冷媒路の他の一部と前記水素流路の一部との間で前記第２の冷媒によって前記水素の冷却を可能にする第２熱交換器と、を備え、前記水素は、前記第２熱交換器によって、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内にまで冷却されるようになっており、水素冷却能力は、水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷであることを特徴とする水素冷却装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、水素冷却能力として、水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷであることを実現できたことにより、水素の冷却を高効率に、すなわち、極めて省エネルギーに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態による冷却水素供給ステーションの系統図である。
【図２】本発明の一実施の形態による冷却水素供給ステーションにおける水素冷却装置の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態による冷却水素供給ステーション１の系統図であり、図２は、当該冷却水素供給ステーション１における水素冷却装置２０の概略斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、冷却水素供給ステーション１は、水素が貯蔵された水素貯蔵部１１と、当該水素貯蔵部１１に貯蔵された水素が搬送される水素流路１２と、を有している。水素流路１２の下流側端部が排出口１３となっており、当該排出口１３から水素が燃料電池車の燃料供給口に供給されるようになっている。水素供給時には、排出口１３と燃料電池車の燃料供給口とは、気密に接続されるようになっている。
【００２８】
本実施の形態の水素貯蔵部１１には、圧縮状態の水素が貯蔵されている。従って、水素流路１２内には、圧縮状態の水素が供給されるようになっている。本実施の形態では、排出口１３から排出される（燃料電池車に供給される）水素の量が４．５ｋｇ／３ｍｉｎ乃至５．５ｋｇ／３ｍｉｎ、特には５．０ｋｇ／ｍｉｎ、となるような、圧縮状態が採用されている。
【００２９】
また、冷却水素供給ステーション１は、図１に示すように、第１の冷媒が循環される第１冷媒路２１と、第１冷媒路２１の一部に対して設けられ第１の冷媒の冷却を可能にする水冷式冷凍機ユニット２２と、第２の冷媒が通流される第２冷媒路２３と、第１冷媒路２１の他の一部（水冷式冷凍機ユニット２２によって冷却される部分とは異なる部分）と第２冷媒路２３の一部との間で第１の冷媒によって第２の冷媒の冷却を可能にする第１熱交換器２４と、を備えている。
【００３０】
第１冷媒路２１における第１の冷媒の循環の方向は、図１の矢印に示すようになっている。すなわち、水冷式冷凍機ユニット２２によって冷却され、その後に第１熱交換器２４を通過し、再び水冷式冷凍機ユニット２２に戻るようになっている。そのような方向に第１の冷媒を循環させるために、水冷式冷凍機ユニット２２から第１熱交換器２４に至る第１冷媒路２１の部分に、モータバルブ２５が設けられている。当該モータバルブ２５は、第１の冷媒を循環させるための駆動モータ（不図示）と、第１の冷媒の循環量を調整するための流量調整弁（不図示）と、を有している。
【００３１】
また、第２冷媒路２３の他の一部（第１熱交換器２４によって冷却される部分とは異なる部分）と水素流路１２の一部との間に、第２の冷媒によって水素の冷却を可能にする第２熱交換器３０が設けられている。当該第２熱交換器３０は、水素流路１２内において排出口１３に至る前の水素を冷却するようになっている。
【００３２】
本実施の形態では、第２冷媒路２３が、第１熱交換器２４によって第１冷媒路２１の前記他の一部との間で熱交換が行われる第２冷媒路２３の一部を含む前半通流路２３Ａと、第２熱交換器３０によって水素流路１２の一部との間で熱交換が行われる第２冷媒路２３の前記他の一部を含む後半通流路２３Ｂと、前半通流路２３Ａと後半通流路２３Ｂとを接続するタンク部２３Ｔと、を有している。
【００３３】
そして、タンク部２３Ｔには第２の冷媒が略満杯状態で貯留されており、前半通流路２３Ａ及び後半通流路２３Ｂの各々に設けられたポンプ（不図示）によって、図１の矢印に示すように、タンク部２３Ｔから前半通流路２３Ａに供給された第２の冷媒は、第１熱交換器２４を通過して第１の冷媒によって冷却された後にタンク部２３Ｔに戻ると共に、タンク部２３Ｔから後半通流路２３Ｂに供給された第２の冷媒は、第２の熱交換器３０を通過して水素を冷却した後に（第２の冷媒にとっては昇温された後に）タンク部２３Ｔに戻るようになっている。本実施の形態では、後半通流路２３Ｂにおける第２の冷媒の通流量が、１３５Ｌ／ｍｉｎ＠０．３ＭＰａ乃至１６５Ｌ／ｍｉｎ＠０．３ＭＰａ（すなわち、０．３ＭＰａの通流圧力で１３５Ｌ／ｍｉｎ乃至１６５Ｌ／ｍｉｎ）、特には、１５０Ｌ／ｍｉｎ＠０．３ＭＰａ（すなわち、０．３ＭＰａの通流圧力で１５０Ｌ／ｍｉｎ）、となるように、前記各ポンプ（不図示）の運転が制御されるようになっている。具体的には、前記各ポンプ（不図示）の運転が、適宜に設けられた流量センサ（不図示）によって検出された流量値（検出結果）に基づいて、フィードバック制御されるようになっている。
【００３４】
また、タンク部２３Ｔ内には、第２の冷媒の温度を検出する温度センサ２６が設けられている。そして、温度センサ２６によって検出された温度値（検出結果）が、所定の制御プログラムに基づいて第１冷媒路２１のモータバルブ２５を制御する温度フィードバック制御部４０に出力されるようになっている。すなわち、温度フィードバック制御部４０は、温度センサ２６の検出結果に基づいて、第１冷媒路２１のモータバルブ２５を所定の制御プログラムに従って制御するようになっている。
【００３５】
これにより、第１熱交換器２４における第１の冷媒の冷却能力が調整されて、第２の熱交換器３０を通流する第２の冷媒の温度を所望に調整できる。
【００３６】
そして、第２の熱交換器３０を通流する第２の冷媒の温度が前述の通り調整されることによって、第２熱交換器３０を介して、水素流路１２内の水素が−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内において設定される設定温度に調整されるようになっている。
【００３７】
本実施の形態では、第１冷媒路２１内を循環する１の冷媒としてフロンが用いられており、具体的には、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製のＨＦＣ系混合冷媒Ｒ−４０４Ａが用いられている。また、第２冷媒路２３内を通流する第２の冷媒として、ショーワ株式会社製のコールドブラインＦＰ−４０（ギ酸カリウム水溶液）が用いられている。
【００３８】
第２の冷媒であるコールドブラインＦＰ−４０は液化冷媒であり、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲において流動性を保持することができる。更に、第２の冷媒であるコールドブラインＦＰ−４０は、その温度に応じて膨張収縮され得る。本実施の形態では、そのような膨張収縮が生じても、タンク部２３Ｔにおける第２の冷媒の液面が昇降して腐食を発生させないように、タンク部２３Ｔに当該タンク部２３Ｔ内における第２の冷媒の液面を所定範囲（好ましくは一定の液面高さ）に維持するための冷媒量調整機構２７が接続されている。冷媒量調整機構２７は、タンク部２３Ｔに接続される調整用タンク２７Ａと逆止弁２７Ｂとを有している。冷媒量調整機構２７は、第２の冷媒が冷却されて圧縮された場合に、調整用タンク２７Ａから第２の冷媒をタンク部２３Ｔ内に補充することで、第２の冷媒の液面を所定範囲に維持するようになっている。一方、冷媒量調整機構２７は、第２の冷媒が昇温して膨張した場合に、タンク部２３Ｔから逆止弁２７Ｂを通して第２の冷媒を外部に排出させることで、第２の冷媒の液面を所定範囲に維持するようになっている。
【００３９】
ここで、図１において、水素貯留部１１及び第２熱交換器３０を通る水素流路１２が、冷却水素供給ステーション１における水素供給ディスペンサ１０を構成している。一方、冷却水素供給ステーション１における水素貯留部１１及び水素流路１２を除いた部分は、水素冷却装置２０として理解することができる。冷却水素供給ステーション１は、水素供給ディスペンサ１０と水素冷却装置２０とを第２熱交換器３０を介して結合することで構成されていると言える。
【００４０】
以上に説明した冷却水素供給ステーション１においては、水冷式冷凍機ユニット２２を採用し、モータバルブ乃至ポンプを含む複数の冷媒路及びこれらを循環する冷媒の選定等によって、水素冷却能力として、水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷであること（１３．５ｋＷ＠−４０℃乃至１６．５ｋＷ＠−４０℃）を実現している。すなわち、水素を−４０℃に維持する冷却能力として、１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷを実現している。更に、水素の冷却精度として、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内の設定温度に対して、＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内での冷却を実現している。
【００４１】
また、本実施の形態による冷却水素供給ステーション１は、第１運転モードと第２運転モードとのいずれかが選択されて運転されるようになっており、第１運転モードにおいては、水素が−２０℃に冷却され、第２運転モードにおいては、水素が−４０℃に冷却されるようになっている。第１運転モードまたは第２運転モードの選択は、時間帯に応じて自動的に行われるようになっており、一例として本実施の形態では、午後５時から午前９時までの間は、第１運転モードとなるように設定され、午後５時から午前９時以外の時間帯は、第２運転モードとなるように設定されている。
【００４２】
更に、本実施の形態では、第１運転モードが選択される時間帯及び第２運転モードが選択される時間帯の設定を、手動で変更することができるようになっている。具体的には、図２に示すように、水素冷却装置２０の筐体２０Ｃ上にタッチパネル２０Ｄが設けられていて、当該タッチパネル２０Ｄに対して作業者が手動操作を行えるようになっている。
【００４３】
更に、タッチパネル２０Ｄにおいて、第１運転モードと第２運転モードとの選択自体を手動で行うことができるようになっていてもよい。また、第１運転モードまたは第２運転モードの選択は、外気温度に応じて自動的に行われるようになっていてもよい。
【００４４】
次に本実施の形態による水素供給ステーション１の作用について説明する。
【００４５】
本実施の形態による水素供給ステーション１は、水素が−２０℃に冷却される第１運転モードまたは水素が−４０℃に冷却される第２運転モードが選択されて運転されるようになっている。
【００４６】
まず、第１運転モードにおける水素供給ステーション１の動作について説明する。第１運転モードでの運転が開始されると、第１冷媒路２１のモータバルブ２５が駆動され、第１冷媒路２１での第１の冷媒の図１の矢印方向への循環が開始される。また、第２冷媒路２３の前半通流路２３Ａにおけるポンプが駆動され、前半通流路２３Ａでの第２冷媒の図１の矢印方向への循環が開始される。これにより、第１冷媒路２１を循環する第１の冷媒が第１熱交換器２４を通過するとともに、前半通流路２３Ａを循環する第２の冷媒が第１熱交換器２４を通過する。この際、第２の冷媒が、第１熱交換器２４を介して第１の冷媒によって冷却される。
【００４７】
第１熱交換器２４を通過してタンク部２３Ｔ内に戻った第２の冷媒の温度は、タンク部２３Ｔ内の温度センサ２６によって検出される。そして、温度フィードバック制御部４０は、温度センサ２６によって検出された第２の冷媒の温度と−２０℃との差分に応じて、第１の冷媒路２１のモータバルブ２５を制御する。モータバルブ２５は、タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒が−２０℃となるように第１冷媒路２１内での第１の冷媒の循環量を制御する。以上により、タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒の温度が−２０℃に制御される。
【００４８】
タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒が−２０℃となる際には、第２冷媒路２３の後半通流路２３Ｂにおけるポンプが駆動され、後半通流路２３Ｂでの第２の冷媒の循環が開始される。これにより、−２０℃に冷却された第２の冷媒が第２熱交換器３０を通過する。この際、水素流路１２内の水素が、第２熱交換器３０を介して第２の冷媒によって−２０℃まで冷却される。
【００４９】
第２熱交換器３０を通過した第２の冷媒は、昇温した状態となっていて、タンク部２３Ｔに戻る。これにより、タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒の温度は−２０℃から変動し得る。しかし、当該第２の冷媒の温度は温度センサ２６によって検出され、当該温度に基づいて温度フィードバック制御部４０によってモータバルブ２５が制御されるため、後半通流路２３Ｂを循環する第２冷媒の温度は、−２０℃に安定的に維持され得る。
【００５０】
次に、第２運転モードにおける水素供給ステーション１の動作について説明する。第２運転モードでの運転が開始されると、第１冷媒路２１のモータバルブ２５が駆動され、第１冷媒路２１での第１の冷媒の図１の矢印方向への循環が開始される。また、第２冷媒路２３の前半通流路２３Ａにおけるポンプが駆動され、前半通流路２３Ａでの第２冷媒の図１の矢印方向への循環が開始される。これにより、第１冷媒路２１を循環する第１の冷媒が第１熱交換器２４を通過するとともに、前半通流路２３Ａを循環する第２の冷媒が第１熱交換器２４を通過する。この際、第２の冷媒が、第１熱交換器２４を介して第１の冷媒によって冷却される。
【００５１】
第１熱交換器２４を通過してタンク部２３Ｔ内に戻った第２の冷媒の温度は、タンク部２３Ｔ内の温度センサ２６によって検出される。そして、温度フィードバック制御部４０は、温度センサ２６によって検出された第２の冷媒の温度と−４０℃との差分に応じて、第１の冷媒路２１のモータバルブ２５を制御する。モータバルブ２５は、タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒が−４０℃となるように第１冷媒路２１内での第１の冷媒の循環量を制御する。以上により、タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒の温度が−４０℃に制御される。
【００５２】
タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒が−４０℃となる際には、第２冷媒路２３の後半通流路２３Ｂにおけるポンプが駆動され、後半通流路２３Ｂでの第２の冷媒の循環が開始される。これにより、−４０℃に冷却された第２の冷媒が第２熱交換器３０を通過する。この際、水素流路１２内の水素が、第２熱交換器３０を介して第２の冷媒によって−４０℃まで冷却される。この時、第２の冷媒の通流量が、１３５Ｌ／ｍｉｎ＠０．３ＭＰａ乃至１６５Ｌ／ｍｉｎ＠０．３ＭＰａ、特には、１５０Ｌ／ｍｉｎ＠０．３ＭＰａ、となっている。
【００５３】
第２熱交換器３０を通過した第２の冷媒は、昇温した状態となっていて、タンク部２３Ｔに戻る。これにより、タンク部２３Ｔ内の第２の冷媒の温度は−４０℃から変動し得る。しかし、当該第２の冷媒の温度は温度センサ２６によって検出され、当該温度に基づいて温度フィードバック制御部４０によってモータバルブ２５が制御されるため、後半通流路２３Ｂを循環する第２冷媒の温度は、−４０℃に安定的に維持され得る。
【００５４】
実際に、本件発明者により開発された当該冷却水素供給ステーション１によれば、＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内に第２の冷媒の温度を高精度に冷却することができる。このことにより、当該第２の冷媒によって冷却される水素についても、＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内に高精度に冷却することができる。
【００５５】
本実施の形態の第２運転モードによれば、例えば外界温度＋４０℃の状態から一気に第２の冷媒を−４０℃に冷却するまでは、１２０ｍｉｎである。また、第１運転モードによって−２０℃に冷却されていた状態から第２の冷媒を−４０℃に冷却するまでは、わずか３０ｍｉｎである。
【００５６】
本実施の形態による冷却水素供給ステーション１は、以上のように高精度に冷却された水素を、４．５ｋｇ／３ｍｉｎ乃至５．５ｋｇ／３ｍｉｎ、特には５．０ｋｇ／ｍｉｎ、という流量で燃料電池車に供給することができる。また、本実施の形態による冷却水素供給ステーション１によれば、１台の燃料電池車に４．５ｋｇ／３ｍｉｎ乃至５．５ｋｇ／３ｍｉｎ、特には５．０ｋｇ／ｍｉｎで水素を供給した後は、７ｍｉｎのインターバルをおけば、再び次の１台の燃料電池車に４．５ｋｇ／３ｍｉｎ乃至５．５ｋｇ／３ｍｉｎ、特には５．０ｋｇ／ｍｉｎで水素を供給することができる。
【００５７】
なお、−４０℃に冷却された第２の冷媒を、当該−４０℃に安定的に維持しておく場合の冷却能力は、１３．５ｋＷ＠−４０℃乃至１６．５ｋＷ＠−４０℃、特には、１５．０ｋＷ＠−４０℃、である。
【００５８】
なお、第１運転モードから第２運転モードに切り替わる際には、第１冷媒路２１のモータバルブ２５及び前半通流路２３Ａにおけるポンプは、第１運転モードから引き続いて駆動されてよい。同様に、第２運転モードから第１運転モードに切り替わる際には、第１冷媒路２１のモータバルブ２５及び前半通流路２３Ａにおけるポンプは、第２運転モードから引き続いて駆動されてよい。
【００５９】
また、第１運転モードにおいても第２運転モードにおいても、第２の冷媒であるコールドブラインＦＰ−４０は、その温度に応じて膨張収縮され得る。本実施の形態では、そのような膨張収縮が生じても、タンク部２３Ｔにおける第２の冷媒の液面が昇降して腐食等を発生させないように、タンク部２３Ｔに当該タンク部２３Ｔ内における第２の冷媒の液面を所定範囲（好ましくは一定の液面高さ）に維持するように冷媒量調整機構２７が機能する。冷媒量調整機構２７は、第２の冷媒が冷却されて圧縮された場合に、調整用タンク２７Ａから第２の冷媒をタンク部２３Ｔ内に補充することで、第２の冷媒の液面を所定範囲に維持する。一方、冷媒量調整機構２７は、第２の冷媒が昇温して膨張した場合に、タンク部２３Ｔから逆止弁２７Ｂを通して第２の冷媒を外部に排出させることで、第２の冷媒の液面を所定範囲に維持する。
【００６０】
以上のように本実施の形態の冷却水素供給ステーション１によれば、水素冷却能力として、１３．５ｋＷ＠−４０℃乃至１６．５ｋＷ＠−４０℃を実現できたことにより、水素の冷却を高効率に、すなわち、極めて省エネルギーに実現することができる。
【００６１】
更に、本実施の形態では、−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内の設定温度に対して＋２℃乃至−３℃の誤差範囲内での冷却精度を実現できたことにより、水素に対する十分に高効率な冷却を、高精度に実現することができる。
【００６２】
また、本実施の形態の冷却水素供給ステーション１によれば、第１運転モードと第２運転モードとのいずれかが選択されて運転されるようになっており、第１運転モードにおいては、水素が−２０℃に冷却され、第２運転モードにおいては、水素が−４０℃に冷却される。これにより、水素供給の必要性に応じて、必要性が低い場合にはアイドル運転状態に対応する第１運転モードが選択され、必要性が高い場合にはスタンバイ状態に対応する第２運転モードが選択されることにより、冷却に関するエネルギー消費を効果的に抑制することができる。
【００６３】
具体的に、本実施の形態では、第１運転モードまたは第２運転モードの選択が、時間帯に応じて自動的に行われるようになっている。そして、水素供給の必要性が低い夜間の時間帯（例えば営業時間外）では第１運転モードが選択され、水素供給の必要性が高い日中の時間帯（例えば営業時間内）では第２運転モードが選択されることにより、水素供給の必要性が低い夜間の時間帯において冷却に関するエネルギー消費を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  冷却水素供給ステーション
１０  水素供給装置
１１  水素貯留部
１２  水素流路
１３  排出口
２０  水素冷却装置
２１  第１冷媒路
２２  水冷式冷凍機ユニット
２３  第２冷媒路
２３Ａ  前半通流路
２３Ｂ  後半通流路
２３Ｔ  タンク部
２４  第１熱交換器
２５  モータバルブ
２６  温度センサ
２７  冷媒量調整タンク
３０  第２熱交換器
４０  温度フィードバック制御部
【要約】
【課題】水素に対する十分に高効率な冷却を、好ましくは高精度に実現することができる冷却水素供給ステーションを提供すること。
【解決手段】本発明の冷却水素供給ステーションは、第１の冷媒が循環される第１冷媒路と、第１冷媒路の一部に対して設けられ、第１の冷媒の冷却を可能にする水冷式冷凍機ユニットと、第２の冷媒が通流される第２冷媒路と、第１冷媒路の他の一部と第２冷媒路の一部との間で第１の冷媒によって第２の冷媒の冷却を可能にする第１熱交換器と、水素が貯蔵された水素貯蔵部と、水素貯蔵部に貯蔵された水素が搬送される水素流路と、第２冷媒路の他の一部と水素流路の一部との間で第２の冷媒によって水素の冷却を可能にする第２熱交換器と、を備える。水素は第２熱交換器によって−４３℃乃至−２０℃の温度範囲内にまで冷却されるようになっており、水素冷却能力は水素を−４０℃に冷却するときに１３．５ｋＷ乃至１６．５ｋＷである。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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