(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側冷凍回路における第１の蒸発器によって低温側冷凍回路の凝縮器を冷却すると共に当該低温側冷凍回路における第２の蒸発器によって熱媒液を冷却可能に構成された二元冷凍回路を有する複数の冷凍ユニットと、
前記各冷凍ユニットおよび水素ガス冷却用熱交換器の間で前記熱媒液を循環させる熱媒液循環路を構成する熱媒液配管と、
前記熱媒液配管に接続されて前記各冷凍ユニットによって冷却した前記熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給すると共に当該水素ガス冷却用熱交換器から当該熱媒液を回収する複数の液送ポンプと、
前記各冷凍ユニットおよび前記液送ポンプの動作を制御する制御部とを備え、
前記各液送ポンプは、前記熱媒液配管を介して互いに相違する複数の前記冷凍ユニットにそれぞれ接続されると共に当該各冷凍ユニットによって冷却された前記熱媒液を前記制御部の制御に従って前記水素ガス冷却用熱交換器に供給し、
前記制御部は、前記熱媒液流路内の予め規定された位置における前記熱媒液の温度が予め規定された温度範囲内の温度となるように前記各冷凍ユニットの冷凍能力を調整する冷凍能力調整処理を実行すると共に、いずれかの前記液送ポンプに接続されている前記各冷凍ユニットの前記第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第１の温度以下になるとの第１の条件が当該各冷凍ユニットのすべてにおいて実質的に満たされたときに当該いずれかの液送ポンプを動作させ、前記水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却せずに少なくとも１台の前記液送ポンプを動作させている状態、および２台以上の当該液送ポンプを動作させて当該水素ガス冷却用熱交換器において前記水素ガスを冷却している状態のいずれかにおいて動作中の当該各液送ポンプのいずれかに接続されている前記各冷凍ユニットの前記第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が前記第１の温度よりも高温の予め規定された第２の温度以上になるとの第２の条件が当該各冷凍ユニットのいずれかにおいて実質的に満たされたときに当該いずれかの冷凍ユニットに接続されている当該液送ポンプを１台だけ停止させ、かつ前記液送ポンプを１台だけ動作させて前記水素ガス冷却用熱交換器において前記水素ガスを冷却している状態において動作中の当該液送ポンプに接続されている前記各冷凍ユニットのいずれかにおいて前記第２の条件が実質的に満たされたときに当該動作中の液送ポンプを停止させることなく動作させた状態を維持する水素ガス冷却装置。
【請求項２】
前記高温側冷凍回路は、前記熱媒液を冷却可能な第３の蒸発器と、前記第１の蒸発器および前記第３の蒸発器への冷媒の供給量を調整する冷媒供給量調整弁とを備え、
前記熱媒液配管は、前記熱媒液が前記第３の蒸発器および前記第２の蒸発器をこの順で通過するように前記各冷凍ユニット毎に当該両蒸発器を相互に接続し、
前記制御部は、前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度が前記予め規定された温度範囲内の予め規定された温度以上になっているとの条件Ａが実質的に満たされているときに前記第２の蒸発器による前記熱媒液の冷却を行うことなく前記第３の蒸発器によって当該熱媒液を冷却する処理Ａと、前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度が前記予め規定された温度を下回っているとの条件Ｂが実質的に満たされているときに前記冷媒供給量調整弁を制御して前記第１の蒸発器への冷媒の供給量を前記処理Ａの実行時よりも増加させて当該第１の蒸発器によって前記凝縮器を冷却しつつ前記第２の蒸発器によって前記熱媒液を冷却する処理Ｂとを前記冷凍能力調整処理として実行すると共に、いずれかの前記冷凍ユニットにおいて前記処理Ａを実行し、かつ当該いずれかの冷凍ユニットが接続されている前記液送ポンプに接続されている他のいずれかの前記冷凍ユニットにおいて前記処理Ｂを実行しているときには、当該他のいずれかの冷凍ユニットの前記第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差に基づいて当該いずれかの冷凍ユニットおよび当該他のいずれかの冷凍ユニットが接続されている当該液送ポンプを動作させるか停止させるかを決定する請求項１記載の水素ガス冷却装置。
【請求項３】
前記水素ガス冷却用熱交換器から回収した前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記各冷凍ユニットに供給可能に配設された第１の貯液槽、および前記冷凍ユニットによって冷却された前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給可能に配設された第２の貯液槽との少なくとも一方の貯液槽と、
前記少なくとも一方の貯液槽に配設されて前記熱媒液の温度を検出する温度センサとを備え、
前記制御部は、前記温度センサからのセンサ信号に基づいて特定した前記熱媒液の温度を前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度として特定する請求項１または２記載の水素ガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍ユニットによって冷却した熱媒液を水素ガス冷却用熱交換器に供給して水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却可能に構成された循環型の水素ガス冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記の特許文献１には、燃料としての水素ガスを自動車等に充填する燃料充填装置が開示されている。この場合、この種の燃料充填装置が設置されるガスステーションでは、充分な量の水素ガスを蓄えておくことができるように、現地で生成した水素ガス（オンサイト型ステーションの場合）、または、別所で生成されて搬送された水素ガス（オフサイト型ステーションの場合）を充分に圧縮した状態でガスタンク内に蓄えておく構成が採用されている。また、自動車等に水素ガスを充填する際には、ガスステーションのガスタンク（以下、「貯留タンク」ともいう）から、給気配管および給気ノズル等を介して自動車のガスタンク（以下、「車両側タンク」ともいう）に水素ガスが流入させられる。
【０００３】
この際に、水素ガスは、給気配管等に配設されている各種の弁などの通過に際して断熱膨張させられたときに、ジュールトムソン効果によって温度上昇する性質を有していることが知られている。このため、単に貯留タンクから車両側タンクに水素ガスを充填したときには、給気配管等の通過時に温度上昇した高温の水素ガスが車両側タンクに流入することとなる。また、水素ガスが消費されて低圧となっている車両側タンク内にガスステーションから水素ガスを流入させたときには、流入した水素ガスが車両側タンク内において断熱膨張してさらに温度上昇することとなる。このため、車両側タンクへの水素ガスの充填効率が低下する結果、充分な量の水素ガスを車両側タンクに充填するのが困難となる。したがって、特許文献１に開示の燃料充填装置では、車両側タンクへの充填に先立って水素ガスを冷却することで充填効率の低下を回避する構成が採用されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１に開示の燃料充填装置では、水素ガス貯留タンク（貯留タンク）から自動車等に水素ガスを供給する供給経路に、流量調整弁、積算流量計および遮断弁などが配設されると共に、自動車等に接続される連絡管（フレキシブルホース）と上記の遮断弁との間に水素ガス冷却用の冷却手段（熱交換器）が配設されている。この場合、この燃料充填装置では、上記の冷却手段として、エチレングリコールを冷媒とするチラー冷却器などが採用されている。これにより、この燃料充填装置では、貯留タンク内の水素ガスが、流量調整弁、積算流量計および遮断弁などの通過に際して断熱膨張するものの、冷却手段においてエチレングリコールと熱交換させられて温度低下した状態で連絡管を介して車両側タンクに流入させられるため、充填効率の低下をある程度回避することが可能となっている。
【０００５】
一方、出願人は、特許文献１に開示の燃料充填装置の構成と同様にしてチラー冷却器によって冷却したエチレングリコール等の冷媒（以下、冷凍回路中の冷媒と区別するために「熱媒液」ともいう）によって水素ガスを冷却した後に車両側タンクに充填する構成の装置を試作して水素ガスの充填を試みた。しかしながら、エチレングリコールを熱媒液として使用するチラー冷却器（冷凍回路によって冷却する熱媒液の下限温度がエチレングリコールの凍結温度よりも高いチラー冷却器）では、水素ガスを短時間で充分に冷却することができず、車両側タンクへの水素ガスの充填効率を充分に向上させるのが困難であることが判明した。そこで、出願人は、エチレングリコールよりも凍結温度が低い熱媒液を採用すると共に、そのような極低温まで熱媒液を冷却可能な不活性ガスを冷媒として使用する冷凍回路を搭載したチラー冷却器によって熱媒液を冷却して水素ガスを冷却する構成を試みた。
【０００６】
しかしながら、熱媒液を極低温まで冷却可能な冷凍回路を有するチラー冷却器では、冷凍回路内の冷媒温度が外気温と同程度まで温度上昇している状態（例えばチラー冷却器を長時間に亘って停止させていた状態）において熱媒液の冷却を開始したときに、蒸発器の温度を充分に低下させて熱冷媒を極低温まで冷却可能な状態となるまでに非常に長い時間を要する。このため、出願人は、熱冷媒を極低温まで冷却する冷凍回路（以下、「低温側冷凍回路」ともいう）の凝縮器を、常温域における冷凍能力が高い冷凍回路（以下、「高温側冷凍回路」ともいう）の蒸発器によって冷却することで低温側冷凍回路の冷却効率を向上させる「二元冷凍回路」を有する冷凍ユニットを備えたチラー冷却器によって熱媒液を冷却して水素ガスを冷却する構成を試みた。これにより、例えばチラー冷却器を長時間に亘って停止させていた状態からでも、熱媒液を極低温まで冷却するのに要する時間を充分に短縮することが可能となった。
【０００７】
この場合、例えば、１台の車両に対して大量の水素ガスを充填するときや、複数台の車両に対して水素ガスを連続して充填するときには、極低温の熱媒液を熱交換器に対して長時間に亘って継続的に供給する必要が生じる。また、複数台の車両に対して水素ガスを同時に（並列的に）充填するときには、極低温の熱媒液を複数の熱交換器に対して並列的に供給する（大量の熱媒液を供給する）必要が生じる。このため、この種のチラー冷却器では、水素ガスの冷却によって温度上昇した大量の熱媒液を、水素ガスの冷却に適した極低温まで速やかに温度低下させることができるように、冷凍能力が充分に高い冷凍回路を備えて構成する必要がある。
【０００８】
しかしながら、大量の熱媒液を短時間で好適に冷却可能とするために、大型の冷凍回路（各構成要素が充分大きく、大量の冷媒によって大量の熱媒液を短時間で冷却可能な冷凍回路）を備えて構成した場合には、例えば、長時間に亘って水素ガスの給気が行われないときや、少数の車両に対して少量の水素ガスを充填するとき（大量の熱媒液を冷却する必要がないとき）に、冷凍回路における大型の圧縮機を動作させることでエネルギーが浪費される。
【０００９】
一方、大量の熱媒液を冷却する必要がないときに冷凍回路を断続的に動作させる（停止状態および動作状態を交互に繰り返させる）ことにより、圧縮機等を停止させている時間の分だけ、エネルギーの消費量を減少させることが可能となる。しかしなら、大型の冷凍回路に搭載される大型の圧縮機は、停止状態から動作を開始する際のエネルギー消費量が多いため、停止状態および動作状態を短い周期で繰り返した場合には、エネルギーの消費量を好適に減少させるのが困難となる。また、大型の冷凍回路は、動作を開始させてから熱媒液を充分に冷却可能な状態となるまでに長い時間を要する。このため、例えば、水素ガスの充填が行われて熱媒液の温度が急激に上昇したときに停止状態の冷凍回路を再稼働させたとしても、水素ガスの冷却に適した温度まで熱媒液を温度低下させるのに長時間を要する結果、水素ガスを好適に冷却するのが困難となるおそれがある。
【００１０】
そこで、出願人は、圧縮機の起動時の電力消費量が少なく、かつ、動作開始から熱媒液を充分に冷却可能な状態となるまでに要する時間が短い小型の冷凍回路を有する冷凍ユニットを複数台備えて熱媒液を冷却するようにチラー冷却器を改良した。これにより、例えば、大量の水素ガスを冷却する必要があるときには、複数台の冷凍ユニットによって熱媒液を並列的に冷却することで大量の熱媒液を短時間で冷却することが可能となり、大量の熱媒液を冷却する必要がないときには、複数台の冷凍ユニットのうちのいずれかを停止させ、残りの冷凍ユニットによって熱媒液を冷却することでエネルギーの浪費を回避することが可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１１６６１９号公報（第４−１０頁、第１−６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、出願人が、水素ガスの冷却を目的として上記の特許文献１に開示の燃料充填装置におけるチラー冷却器の構成を改良したチラー冷却器には、以下のような改善すべき課題が存在する。すなわち、出願人が開発したチラー冷却器では、複数の冷凍ユニットを備えて熱媒液を並列的に冷却可能とし、必要とされる冷凍能力に応じて冷凍ユニットの運転台数を変化させる構成が採用されている。また、この種のチラー冷却器では、冷凍ユニットによって冷却した熱媒液を液送ポンプによって水素ガス冷却用の熱交換器に液送することにより、冷凍ユニットと熱交換器との間で熱媒液を循環させる構成（液送ポンプによって熱交換器に熱媒液を供給することで熱交換器から熱媒液が回収され、回収された熱媒液が冷凍ユニットに再び供給される構成）が採用されている。
【００１３】
この場合、出願人が改良したチラー冷却器のように複数の冷凍ユニットを備えたチラー冷却器において、各冷凍ユニットによって冷却された熱媒液を１台の液送ポンプによって水素ガス冷却用の熱交換器に供給する構成を採用したときには、例えば、複数の冷凍ユニットのうちの１つを停止させている状態において水素ガスの充填が行われて熱媒液の温度が急激に上昇し、これに応じて停止状態の冷凍ユニットを再稼働させたときに、液送ポンプによって液送される熱媒液が、動作中であった冷凍ユニット（熱媒液を充分に冷却可能な状態となっている冷凍ユニット）だけでなく、再稼働直後であることで熱媒液を充分に冷却するのが困難な状態の冷凍ユニットにも液送されることとなる。
【００１４】
このため、複数の冷凍ユニットを備え、かつ各冷凍ユニットによって冷却した熱媒液を１台の液送ポンプによって液送する構成のチラー冷却器では、再稼働直後の冷凍ユニットに供給されて充分に冷却されていない熱媒液が、動作中であった冷凍ユニットに供給されることで、充分に冷却された熱媒液に混じった状態で水素ガス冷却用の熱交換器に供給されることとなり、これに起因して、水素ガスを好適に冷却するのが困難となるおそれがある。一方、１台の液送ポンプによって複数の冷凍ユニットに熱媒液を液送する構成に代えて、各冷凍ユニット毎に液送ポンプを別個に配設すると共に、各冷凍ユニットの状態に応じて各液送ポンプを別個に動作／停止させる構成を採用することにより、再稼働直後であって熱媒液を充分に冷却するのが困難な状態の冷凍ユニットに対して熱媒液が供給される事態を回避することが可能となる。しかしながら、このような構成では、冷凍ユニットの数と同数の多数の液送ポンプが必要となることに起因して、チラー冷却器の製造コストの低減が困難となる。
【００１５】
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの高騰を抑制しつつ、必要に応じて水素ガス冷却用熱交換器に対して充分な量の熱媒液を確実に供給し得る水素ガス冷却装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成すべく、請求項１記載の水素ガス冷却装置は、高温側冷凍回路における第１の蒸発器によって低温側冷凍回路の凝縮器を冷却すると共に当該低温側冷凍回路における第２の蒸発器によって熱媒液を冷却可能に構成された二元冷凍回路を有する複数の冷凍ユニットと、前記各冷凍ユニットおよび水素ガス冷却用熱交換器の間で前記熱媒液を循環させる熱媒液循環路を構成する熱媒液配管と、前記熱媒液配管に接続されて前記各冷凍ユニットによって冷却した前記熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給すると共に当該水素ガス冷却用熱交換器から当該熱媒液を回収する複数の液送ポンプと、前記各冷凍ユニットおよび前記液送ポンプの動作を制御する制御部とを備え、前記各液送ポンプは、前記熱媒液配管を介して互いに相違する複数の前記冷凍ユニットにそれぞれ接続されると共に当該各冷凍ユニットによって冷却された前記熱媒液を前記制御部の制御に従って前記水素ガス冷却用熱交換器に供給し、前記制御部は、前記熱媒液流路内の予め規定された位置における前記熱媒液の温度が予め規定された温度範囲内の温度となるように前記各冷凍ユニットの冷凍能力を調整する冷凍能力調整処理を実行すると共に、いずれかの前記液送ポンプに接続されている前記各冷凍ユニットの前記第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第１の温度以下になるとの第１の条件が当該各冷凍ユニットのすべてにおいて実質的に満たされたときに当該いずれかの液送ポンプを動作させ、前記水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却せずに少なくとも１台の前記液送ポンプを動作させている状態、および２台以上の当該液送ポンプを動作させて当該水素ガス冷却用熱交換器において前記水素ガスを冷却している状態のいずれかにおいて動作中の当該各液送ポンプのいずれかに接続されている前記各冷凍ユニットの前記第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が前記第１の温度よりも高温の予め規定された第２の温度以上になるとの第２の条件が当該各冷凍ユニットのいずれかにおいて実質的に満たされたときに当該いずれかの冷凍ユニットに接続されている当該液送ポンプを１台だけ停止させ、かつ前記液送ポンプを１台だけ動作させて前記水素ガス冷却用熱交換器において前記水素ガスを冷却している状態において動作中の当該液送ポンプに接続されている前記各冷凍ユニットのいずれかにおいて前記第２の条件が実質的に満たされたときに当該動作中の液送ポンプを停止させることなく動作させた状態を維持する。
【００１７】
請求項２記載の水素ガス冷却装置は、請求項１記載の水素ガス冷却装置において、前記高温側冷凍回路は、前記熱媒液を冷却可能な第３の蒸発器と、前記第１の蒸発器および前記第３の蒸発器への冷媒の供給量を調整する冷媒供給量調整弁とを備え、前記熱媒液配管は、前記熱媒液が前記第３の蒸発器および前記第２の蒸発器をこの順で通過するように前記各冷凍ユニット毎に当該両蒸発器を相互に接続し、前記制御部は、前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度が前記予め規定された温度範囲内の予め規定された温度以上になっているとの条件Ａが実質的に満たされているときに前記第２の蒸発器による前記熱媒液の冷却を行うことなく前記第３の蒸発器によって当該熱媒液を冷却する処理Ａと、前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度が前記予め規定された温度を下回っているとの条件Ｂが実質的に満たされているときに前記冷媒供給量調整弁を制御して前記第１の蒸発器への冷媒の供給量を前記処理Ａの実行時よりも増加させて当該第１の蒸発器によって前記凝縮器を冷却しつつ前記第２の蒸発器によって前記熱媒液を冷却する処理Ｂとを前記冷凍能力調整処理として実行すると共に、いずれかの前記冷凍ユニットにおいて前記処理Ａを実行し、かつ当該いずれかの冷凍ユニットが接続されている前記液送ポンプに接続されている他のいずれかの前記冷凍ユニットにおいて前記処理Ｂを実行しているときには、当該他のいずれかの冷凍ユニットの前記第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差に基づいて当該いずれかの冷凍ユニットおよび当該他のいずれかの冷凍ユニットが接続されている当該液送ポンプを動作させるか停止させるかを決定する。
【００１８】
請求項３記載の水素ガス冷却装置は、請求項１または２記載の水素ガス冷却装置において、前記水素ガス冷却用熱交換器から回収した前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記各冷凍ユニットに供給可能に配設された第１の貯液槽、および前記冷凍ユニットによって冷却された前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給可能に配設された第２の貯液槽との少なくとも一方の貯液槽と、前記少なくとも一方の貯液槽に配設されて前記熱媒液の温度を検出する温度センサとを備え、前記制御部は、前記温度センサからのセンサ信号に基づいて特定した前記熱媒液の温度を前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度として特定する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の水素ガス冷却装置では、複数の冷凍ユニットおよび複数の液送ポンプを備え、かつ、各液送ポンプが複数の冷凍ユニットから水素ガス冷却用熱交換器に熱媒液を供給可能に互いに相違する複数の冷凍ユニットにそれぞれ接続されると共に、制御部が、各冷凍ユニットの冷凍能力を調整する冷凍能力調整処理を実行しつつ、いずれかの液送ポンプに接続されている各冷凍ユニットの第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第１の温度以下になるとの第１の条件が各冷凍ユニットのすべてにおいて実質的に満たされたときにいずれかの液送ポンプを動作させ、水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却せずに少なくとも１台の液送ポンプを動作させている状態、および２台以上の液送ポンプを動作させて水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却している状態のいずれかにおいて動作中の各液送ポンプのいずれかに接続されている各冷凍ユニットの第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が第１の温度よりも高温の予め規定された第２の温度以上になるとの第２の条件が各冷凍ユニットのいずれかにおいて実質的に満たされたときにいずれかの冷凍ユニットに接続されている液送ポンプを１台だけ停止させ、かつ液送ポンプを１台だけ動作させて水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却している状態において動作中の液送ポンプに接続されている各冷凍ユニットのいずれかにおいて第２の条件が実質的に満たされたときに動作中の液送ポンプを停止させることなく動作させた状態を維持する。
【００２０】
したがって、請求項１記載の水素ガス冷却装置によれば、複数の冷凍ユニットに対して１台の液送ポンプによって熱媒液を供給する構成の水素ガス冷却装置とは異なり、熱媒液を好適に冷却可能な状態になっていない冷凍ユニットに熱媒液が供給される事態や、低温側冷凍回路が過負荷状態となるおそれがある冷凍ユニットに高温の熱媒液が供給される事態を好適に回避することができると共に、低温側冷凍回路が過負荷状態となるおそれがなく、かつ熱媒液を好適に冷却可能な状態になっている冷凍ユニットにだけ熱媒液を供給して、これを好適に冷却することができる。また、冷凍ユニットの台数と同数の複数の液送ポンプを備えた構成の水素ガス冷却装置と比較して、水素ガス冷却装置を構成する液送ポンプの台数が少数で済むため、水素ガス冷却装置の製造コストの高騰を充分に抑制することができる。さらに、水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却しているときには、少なくとも１台の液送ポンプによって、水素ガスの冷却に必要な充分な量の熱媒液を水素ガス冷却用熱交換器に対して継続的に供給することができるため、水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを確実に冷却することができる。また、水素ガス冷却用熱交換器に対して少量の熱媒液を供給するときには、少数の液送ポンプを動作させて少量の熱媒液を液送させることで、停止させている液送ポンプの分だけ、エネルギー消費量を軽減することができる。
【００２１】
また、請求項２記載の水素ガス冷却装置では、制御部が、予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度範囲内の予め規定された温度以上になっているとの条件Ａが実質的に満たされているときに第２の蒸発器による熱媒液の冷却を行うことなく第３の蒸発器によって熱媒液を冷却する処理Ａと、予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度を下回っているとの条件Ｂが実質的に満たされているときに冷媒供給量調整弁を制御して第１の蒸発器への冷媒の供給量を処理Ａの実行時よりも増加させて第１の蒸発器によって凝縮器を冷却しつつ第２の蒸発器によって熱媒液を冷却する処理Ｂとを冷凍能力調整処理として実行すると共に、いずれかの冷凍ユニットにおいて処理Ａを実行し、かついずれかの冷凍ユニットが接続されている液送ポンプに接続されている他のいずれかの冷凍ユニットにおいて処理Ｂを実行しているときには、他のいずれかの冷凍ユニットの第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差に基づいていずれかの冷凍ユニットおよび他のいずれかの冷凍ユニットが接続されている液送ポンプを動作させるか停止させるかを決定する。
【００２２】
したがって、請求項２記載の水素ガス冷却装置によれば、熱媒液の温度が高温のときに低温側冷凍回路による熱媒液の冷却を実行しない処理Ａを実行することにより、低温側冷凍回路の圧縮機が破損する事態や、圧縮機の破損を回避するために低温側冷凍回路を緊急停止させる事態を確実に回避することができるだけでなく、高温の熱媒液の冷却効率が高い高温側冷凍回路によって熱媒液を冷却することで高温の熱媒液を短時間で温度低下させ、低温側冷凍回路によって好適に冷却可能な温度まで熱媒液の温度が低下したときに処理Ｂを実行して低温側冷凍回路によって熱媒液を冷却することで熱媒液を目標温度まで冷却することができるため、高温の熱媒液を目標温度まで短時間で確実に冷却することができると共に、いずれかの液送ポンプに接続された各冷凍ユニットのうちの処理Ｂを実行している冷凍ユニットの第２の蒸発器における冷媒過熱度が第１の温度以上のときに、その冷凍ユニットに接続されている液送ポンプが停止させられて冷凍ユニットに対する熱媒液の供給が停止するため、処理Ｂを実行している低温側冷凍回路が高負荷状態となるのを確実に回避することができる。
【００２３】
さらに、請求項３記載の水素ガス冷却装置によれば、水素ガス冷却用熱交換器から回収した熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した熱媒液を各冷凍ユニットに供給可能に配設された第１の貯液槽、および冷凍ユニットによって冷却された熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した熱媒液を水素ガス冷却用熱交換器に供給可能に配設された第２の貯液槽との少なくとも一方の貯液槽に配設された温度センサからのセンサ信号に基づいて特定した熱媒液の温度を予め規定された位置における熱媒液の温度として特定することにより、例えば、予め規定された位置とは異なる位置の熱媒液の温度を監視して予め規定された位置における熱媒液の温度を演算し、演算した温度に基づいて条件Ａや条件Ｂが満たされているかを判別して処理Ａおよび処理Ｂのいずれかを実行する構成の水素ガス冷却装置とは異なり、温度センサからのセンサ信号によって特定した熱媒液の温度に基づいて条件Ａや条件Ｂを満たしているか否かを直接的に判別することができるため、煩雑な演算処理を実行することなく、処理Ａおよび処理Ｂのいずれかを的確に実行して熱媒液を効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却装置１の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却装置１における冷凍ユニット２ａ〜２ｄの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、水素ガス冷却装置の実施の形態について説明する。
【００２６】
最初に、水素ガス冷却装置１の構成について、添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に示す水素ガス冷却装置（水素ガス冷却用チラー）１は、「水素ガス冷却装置」の一例であって、冷凍ユニット２ａ〜２ｄ、水素ガス冷却用熱交換器３、ブラインタンク４、ブライン配管５、液送ポンプ６ａ，６ｂおよび制御部７を備え、ガスステーション側設備Ｘと共にガスステーションに設置されると共に、ガスステーション側設備Ｘによって図示しない水素燃料電池車などの給気対象に給気する水素ガスを水素ガス冷却用熱交換器３において冷却することができるように構成されている。
【００２８】
なお、同図では、水素ガス冷却装置１とガスステーション側設備Ｘとの関係に関する理解を容易とするために、ガスステーション側設備Ｘについては、水素ガスを貯留しておくためのガスタンク（貯留タンク）Ｘａ、図示しない水素燃料電池車などの自動車などに設けられている給気口に接続可能なディスペンサーＸｂ、およびガスタンクＸａとディスペンサーＸｂとを相互に接続するガス配管Ｘｃだけを図示すると共に、ガス配管Ｘｃに配設された流量調整弁、流量計および遮断弁などの図示を省略している。
【００２９】
一方、冷凍ユニット２ａ〜２ｄ（以下、区別しないときには「冷凍ユニット２」ともいう）は、「複数の冷凍ユニット」の一例であって、図２に示すように、高温側冷凍回路１０および低温側冷凍回路２０からなる「二元冷凍回路」を備えてブライン（熱媒液）をそれぞれ冷却可能に構成されている。また、高温側冷凍回路１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、電磁弁１３ａ、電子膨張弁１３ｂ、蒸発器１４、電磁弁１５ａ、電子膨張弁１５ｂおよび蒸発器１６を備えて構成されている。この場合、凝縮器１２には、制御部７の制御に従って凝縮器１２を冷却する凝縮器ファン（図示せず）が取り付けられている。さらに、低温側冷凍回路２０は、圧縮機２１、凝縮器２２、電子膨張弁２３および蒸発器２４を備えて構成されている。この場合、蒸発器２４の冷媒導入口の近傍には、「入口側冷媒温度」を検出してセンサ信号Ｓ２４ａを出力する温度センサ２４ａが取り付けられると共に、蒸発器２４の冷媒排出口の近傍には、「出口側冷媒温度」を検出してセンサ信号Ｓ２４ｂを出力する温度センサ２４ｂが取り付けられている。
【００３０】
なお、本例の冷凍ユニット２では、高温側冷凍回路１０の蒸発器１４が「第１の蒸発器」に相当し、「低温側冷凍回路の凝縮器」に相当する凝縮器２２を冷却する。この場合、本例の冷凍ユニット２では、一例として、カスケードコンデンサ３０によって上記の蒸発器１４および凝縮器２２が一体的に構成され、これにより、後述するように蒸発器１４によって凝縮器２２を冷却する構成が採用されている。また、本例の冷凍ユニット２では、低温側冷凍回路２０の蒸発器２４が「第２の蒸発器」に相当し、後述するようにブライン配管５を介して供給されるブラインを冷却する。さらに、本例の冷凍ユニット２では、高温側冷凍回路１０の蒸発器１６が「第３の蒸発器」に相当し、後述するようにブライン配管５を介して供給されるブラインを冷却する。
【００３１】
また、本例の冷凍ユニット２では、電磁弁１３ａ，１５ａおよび電子膨張弁１３ｂ，１５ｂによって「冷媒供給量調整弁」が構成されている。具体的には、本例の冷凍ユニット２では、電磁弁１３ａの開閉状態、および電子膨張弁１３ｂの開度を変更することで蒸発器１４への冷媒の供給量が調整され、電磁弁１５ａの開閉状態、および電子膨張弁１５ｂの開度を変更することで蒸発器１６への冷媒の供給量が調整される構成が採用されている。この場合、本例の冷凍ユニット２における電子膨張弁１３ｂ，１５ｂを全閉状態に移行させたときに冷媒の通過を完全に遮断することができる場合には、電磁弁１３ａ，１５ａを不要とすることもできる。また、電子膨張弁１３ｂ，１５ｂに代えて、「冷凍回路」における「膨張弁」としてキャピラリーチューブを配設することもできるが、その場合には、キャピラリーチューブよりも上流側に電磁弁１３ａ，１５ａと同様の「開閉弁」を設けて蒸発器１４，１６への冷媒の供給量を調整可能に構成するのが好ましい（図示せず）。なお、水素ガス冷却装置１（各冷凍ユニット２）の構成についての理解を容易とするために、高温側冷凍回路１０や低温側冷凍回路２０における上記の各構成要素以外の構成要素に関する図示および説明を省略する。
【００３２】
水素ガス冷却用熱交換器３は、「水素ガス冷却用熱交換器」の一例であって、図１に示すように、ガスステーション側設備ＸにおけるガスタンクＸａおよびディスペンサーＸｂの間（ガス配管Ｘｃ）に配設されている。この水素ガス冷却用熱交換器３は、冷凍ユニット２によって冷却されてブライン配管５を介して供給されるブラインと、ガス配管Ｘｃを介してガスタンクＸａから供給される水素ガスとの間で熱交換させることにより、ディスペンサーＸｂから自動車などに充填される直前の水素ガスを予め規定された温度（一例として、−３３℃〜−４０℃の温度範囲内の温度）まで冷却する。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度を検出してセンサ信号Ｓ３ａを出力する温度センサ３ａが水素ガス冷却用熱交換器３内に配設されている。
【００３３】
なお、本例では、１つのディスペンサーＸｂを備えたガスステーション側設備Ｘにおいて水素ガスを冷却する構成について説明するが、ガスタンクＸａから複数のディスペンサーＸｂに対して水素ガスを供給する際には、一例として、各ディスペンサーＸｂ毎に水素ガス冷却用熱交換器３を配設することもできる（図示せず）。また、本例の水素ガス冷却装置１では、「水素ガス冷却用熱交換器」の一例である水素ガス冷却用熱交換器３を一体的に備えて構成されているが、水素ガス冷却装置１の構成から水素ガス冷却用熱交換器３を除外して、外部機器としての「水素ガス冷却用熱交換器」にブラインを供給する構成を採用することもできる。このような構成においては、外部機器としての「水素ガス冷却用熱交換器」内に温度センサ３ａを配設すればよい。
【００３４】
ブラインタンク４は、「少なくとも一方の貯液層」としての「第１の貯液槽」の一例であって、水素ガス冷却用熱交換器３から回収したブラインを貯液可能に構成されると共に、貯液したブラインを各冷凍ユニット２に供給可能にブライン配管５に接続されている。具体的には、本例の水素ガス冷却装置１では、水素ガス冷却用熱交換器３におけるブラインの流出口と、各冷凍ユニット２におけるブラインの導入口との間に水素ガス冷却用熱交換器３が配設されている。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、ブラインタンク４内を「熱媒液循環路内の予め規定された位置」として、このブラインタンク４内のブラインの温度を検出してセンサ信号Ｓ４ａを出力する温度センサ４ａ（「温度センサ」の一例）がブラインタンク４内に配設されている。
【００３５】
ブライン配管５は、「熱媒液循環路を構成する熱媒液配管」の一例であって、ブラインタンク４と各冷凍ユニット２（蒸発器１６）とを相互に接続する配管５ａ、各冷凍ユニット２内において蒸発器１６，２４を相互に接続する配管５ｂ（「熱媒液が第３の蒸発器および第２の蒸発器をこの順で通過するように各冷凍ユニット毎に両蒸発器を相互に接続している」との構成の一例：図２参照）、各冷凍ユニット２（蒸発器２４）と三方弁Ｖａ，Ｖｂとを相互に接続する配管５ｃ、三方弁Ｖａ，Ｖｂと水素ガス冷却用熱交換器３とを相互に接続する配管５ｄ、および水素ガス冷却用熱交換器３とブラインタンク４とを相互に接続する配管５ｅを備え、ブラインタンク４、各冷凍ユニット２および水素ガス冷却用熱交換器３の間でブラインを循環させることができるように構成されている。
【００３６】
また、本例の水素ガス冷却装置１では、三方弁Ｖａ，Ｖｂと配管５ｅとを相互に接続する一対の配管５ｆ，５ｆを備えると共に、上記した配管５ｄに二方弁Ｖｃが配設されている。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、三方弁Ｖａ，Ｖｂが流量可変型の弁で構成されると共に、二方弁Ｖｃが開口率可変型の弁で構成されている。これにより、本例の水素ガス冷却装置１では、後述するように、制御部７が三方弁Ｖａ，Ｖｂや二方弁Ｖｃを制御することによって、各冷凍ユニット２から水素ガス冷却用熱交換器３へのブラインの供給量を調整する構成が採用されている。
【００３７】
なお、本例の水素ガス冷却装置１では、冷凍ユニット２ａ，２ｂの２つが配管５ｃを介して三方弁Ｖａに接続されると共に、冷凍ユニット２ｃ，２ｄの２つが他の配管５ｃを介して三方弁Ｖｂに接続されている。また、二方弁Ｖｃについては、配管５ｄに代えて、配管５ｅにおける配管５ｆの接続部位よりも水素ガス冷却用熱交換器３側に配設してもよい。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、二方弁Ｖｃが制御部７の制御に従って各冷凍ユニット２によって冷却されたブラインの水素ガス冷却用熱交換器３への供給量を調整すると共に、三方弁Ｖａ，Ｖｂが制御部７の制御に従ってブラインタンク４へのブラインの戻り量（水素ガス冷却用熱交換器３を通過することなく各冷凍ユニット２からブラインタンク４に直接的に流入させるブラインの量）を調整する構成が採用されている。
【００３８】
液送ポンプ６ａ，６ｂ（以下、区別しないときには「液送ポンプ６」ともいう）は、「複数の液送ポンプ」の一例であって、ブライン配管５における上記の配管５ａにそれぞれ配設され、液送ポンプ６ａがブラインタンク４から冷凍ユニット２ａ，２ｂにブラインを液送（圧送）し、液送ポンプ６ｂがブラインタンク４から冷凍ユニット２ｃ，２ｄにブラインを液送（圧送）する（「熱媒液配管を介して互いに相違する複数の冷凍ユニットにそれぞれ接続される」との構成の一例であって、４台の冷凍ユニット２に対して２台の液送ポンプ６によってブラインを液送する構成の例）。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、上記したようにブライン配管５の各配管５ａ〜５ｆによって形成される「ブライン流路（熱媒液循環路）」が閉鎖流路のため、両液送ポンプ６によってブラインタンク４から各冷凍ユニット２にブラインを液送する圧力によって各冷凍ユニット２から水素ガス冷却用熱交換器３（または、ブラインタンク４）にブラインが圧送される（供給される）と共に水素ガス冷却用熱交換器３からブラインタンク４にブラインが圧送される（回収される）。
【００３９】
制御部７は、「制御部」の一例であって、水素ガス冷却装置１を総括的に制御する。具体的には、制御部７は、両液送ポンプ６を制御してブラインタンク４から各冷凍ユニット２にブラインを液送させる。この場合、制御部７は、後述するようにして、各冷凍ユニット２における温度センサ２４ａ，２４ｂからのセンサ信号Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂに基づいて「蒸発器２４の入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差（蒸発器２４における冷媒過熱度：以下、この温度差を「冷媒過熱度」ともいう）」を特定する処理を継続的に実行する。また、制御部７は、特定した冷媒過熱度に基づいて各冷凍ユニット２の動作状態を特定すると共に、特定した動作状態、ガスステーション側設備Ｘからの給気開始信号の有無、および動作状態の液送ポンプ６の台数に応じて、各液送ポンプ６を「継続運転状態（ブラインを継続的に液送する状態）」および「断続運転状態（ブラインを断続的に液送する状態）」のいずれかに移行させる。
【００４０】
また、制御部７は、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定したブラインタンク４内のブラインの温度が、一例として、−５２℃〜−５５℃の範囲内の温度（「予め規定された温度範囲内の温度」の一例）となるように、各冷凍ユニット２における圧縮機１１，２１、電磁弁１３ａ，１５ａおよび電子膨張弁１３ｂ，１５ｂを制御して高温側冷凍回路１０の冷凍能力や低温側冷凍回路２０の冷凍能力を調整する冷凍能力調整処理を継続的に実行する。さらに、制御部７は、温度センサ３ａからのセンサ信号Ｓ３ａに基づいて特定した水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度に応じて三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび二方弁Ｖｃを制御して、各冷凍ユニット２によって冷却されたブラインを水素ガス冷却用熱交換器３やブラインタンク４に流入させる。
【００４１】
この水素ガス冷却装置１では、例えば、ガスステーション側設備Ｘおよび水素ガス冷却装置１が設置されているガスステーションの開店に先立って水素ガス冷却装置１が起動されたときに、制御部７が、各冷凍ユニット２を制御してブラインの冷却処理を開始させると共に、両液送ポンプ６を制御してブラインタンク４から各冷凍ユニット２へのブラインの液送を開始させる。この際に、制御部７は、水素ガス冷却装置１の起動時には、４台の冷凍ユニット２、および２台の液送ポンプ６のすべてを動作させる。これに応じて、各冷凍ユニット２において高温側冷凍回路１０の圧縮機１１および低温側冷凍回路２０の圧縮機２１による冷媒の圧縮処理が開始されると共に、ブラインタンク４から配管５ａを介して各冷凍ユニット２にブラインが供給される。また、制御部７は、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度を特定して三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび二方弁Ｖｃを制御する処理と、ブラインタンク４内のブラインの温度を特定して各冷凍ユニット２の動作状態を制御する処理とを開始する。
【００４２】
具体的には、制御部７は、水素ガス冷却装置１が起動された直後から、温度センサ３ａからのセンサ信号Ｓ３ａに基づいて水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度を特定する処理を継続的に実行する。また、制御部７は、後述するように各冷凍ユニット２による冷却処理が進行し、一例として、センサ信号Ｓ３ａに基づいて特定されるブラインの温度が−３８℃を下回る状態となるまで、三方弁Ｖａ，Ｖｂを制御して各冷凍ユニット２から配管５ｃに流出したブラインのすべてを配管５ｄに案内させると共に、二方弁Ｖｃを１００％の開口率に制御する。これにより、液送ポンプ６によって液送されて冷凍ユニット２によって冷却されたブラインのすべてが水素ガス冷却用熱交換器３に供給される状態となる。
【００４３】
また、制御部７は、後述するように各冷凍ユニット２によるブラインの冷却によって水素ガス冷却用熱交換器３に供給されるブラインの温度が低下し、これにより、センサ信号Ｓ３ａに基づいて特定される温度が−３８℃を下回る温度に低下したときに、三方弁Ｖａ，Ｖｂを制御して各冷凍ユニット２から配管５ｃに流出したブラインのうちの例えば５％を配管５ｄに案内させ、残りの９５％を配管５ｆに案内させると共に、二方弁Ｖｃの開口率を低下させることで水素ガス冷却用熱交換器３へのブラインの供給を減少させる。これにより、後述するように各冷凍ユニット２によって冷却されたブラインの大半が配管５ｆ，５ｅを介してブラインタンク４に回収され、僅かな量のブラインだけが配管５ｄを介して水素ガス冷却用熱交換器３に供給される状態となり、水素ガス冷却用熱交換器３の過冷却が回避される。
【００４４】
この状態においては、配管５ｄ、水素ガス冷却用熱交換器３および配管５ｅ内に極低温の少量のブラインが供給され続けることで、各冷凍ユニット２から水素ガス冷却用熱交換器３を介してブラインタンク４に至るブライン流路内が、外気や地熱によって過剰に温度上昇した状態となるのが回避される。また、各冷凍ユニット２によって冷却されたブラインの大半が水素ガス冷却用熱交換器３を通過させられることなくブラインタンク４に流入させられて、冷凍ユニット２およびブラインタンク４の間で循環させられる状態となるため、ブラインタンク４内のブラインの温度が短時間で好適に温度低下させられる。
【００４５】
さらに、制御部７は、例えば、水素ガス冷却用熱交換器３において大量の水素ガスが冷却されてブラインの温度が上昇し、センサ信号Ｓ３ａに基づいて特定される水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度が、一例として−３５℃を超える温度に上昇したときに、三方弁Ｖａ，Ｖｂを制御して各冷凍ユニット２から配管５ｃに流出したブラインのすべてを配管５ｄに案内させると共に、二方弁Ｖｃの開口率を上昇させることで水素ガス冷却用熱交換器３へのブラインの供給を増加させる。これにより、後述するように各冷凍ユニット２によって冷却されたブラインの大半が配管５ｄを介して水素ガス冷却用熱交換器３に供給される状態（水素ガスの冷却に必要な充分な量の低温のブラインが水素ガス冷却用熱交換器３に供給される状態）となる。
【００４６】
このように、制御部７が、温度センサ３ａからのセンサ信号Ｓ３ａに基づく水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度の特定と、特定結果に応じて三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび二方弁Ｖｃを制御する処理（各冷凍ユニット２から水素ガス冷却用熱交換器３へのブラインの供給量の調整）とを継続的に行うことにより、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度が、水素ガスの冷却に適した−３３℃〜−４０℃の範囲内の温度に維持されると共に、水素ガス冷却用熱交換器３内の配管が過冷却されて劣化する事態が回避される。
【００４７】
また、制御部７は、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度の監視、および三方弁Ｖａ，Ｖｂや二方弁Ｖｃの制御と並行して、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいてブラインタンク４内のブラインの温度を特定し、特定した温度に応じて各冷凍ユニット２の動作状態を制御する処理を継続的に実行する。なお、本例の水素ガス冷却装置１では、三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび二方弁Ｖｃの開閉制御や、各冷凍ユニット２の動作状態の制御と並行して、蒸発器２４の入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差に応じて両液送ポンプ６の動作状態を制御する処理が実行されるが、各冷凍ユニット２によるブラインの冷却処理に関する理解を容易とするために、両液送ポンプ６の動作状態の制御については、後に詳細に説明する。
【００４８】
この場合、水素ガス冷却装置１の起動以前に、ある程度長い時間に亘って水素ガス冷却装置１を停止させていたときには、水素ガス冷却装置１の起動時に、ブラインタンク４内やブライン配管５内のブラインの温度が、水素ガスの冷却に適した温度よりも高温（一例として、外気温と同程度の２５℃程度）となっている。このような高温のブラインを冷凍ユニット２における低温側冷凍回路２０の蒸発器２４によって冷却しようとしたとき（高温のブラインが液送されている状態において低温側冷凍回路２０を動作させたとき）には、蒸発器２４内における冷媒の気化量が増加して低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなってしまう。このような状態では、圧縮機２１に大きな負担が掛り、その耐用寿命の低下を招くおそれがあるだけでなく、冷媒圧力の上昇に起因する圧縮機２１の破損を回避するために低温側冷凍回路２０を緊急停止させる必要が生じてブラインを冷却することができなくなるおそれがある。また、ブラインを極低温まで冷却することを目的する低温側冷凍回路２０は、高温のブラインを短時間で温度低下させるのが困難であるため、高温のブラインを水素ガスを好適に冷却し得る温度まで冷却するのに長時間を要することとなる。
【００４９】
したがって、本例の水素ガス冷却装置１では、制御部７がブラインタンク４に設置されている温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいてブラインタンク４内のブラインの温度を特定し、特定した温度に応じて各冷凍ユニット２の動作状態を変更することで、低温側冷凍回路２０を高負荷状態とすることなく、高温のブラインを短時間で温度低下させる構成が採用されている。具体的には、制御部７は、ブラインタンク４内のブラインの温度に応じて下記の「処理Ａ」および「処理Ｂ」のいずれかを「冷凍能力調整処理」として継続的に実行する。
【００５０】
より具体的には、制御部７は、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定したブラインタンク４内のブラインの温度（「熱媒液循環路内の予め規定された位置における熱媒液の温度」の一例）が、一例として、−３３℃以上になっているとの条件（「条件Ａ」の一例）が満たされているときに、低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）によるブラインの冷却を行うことなく、高温側冷凍回路１０（蒸発器１６）によってブラインを冷却する「処理Ａ」を実行する。また、制御部７は、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定したブラインタンク４内のブラインの温度が、−３３℃を下回っているとの条件（「条件Ｂ」の一例）が満たされているときに、電磁弁１３ａ，１５ａおよび電子膨張弁１３ｂ，１５ｂを制御して蒸発器１４への冷媒の供給量を上記の「処理Ａ」の実行時よりも増加させて蒸発器１４によって低温側冷凍回路２０の凝縮器２２を冷却しつつ低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）によってブラインを冷却する「処理Ｂ」を実行する。
【００５１】
この際に、長時間に亘る停止状態の後の起動直後であることに起因してブラインの温度が２５℃程度となっている本例では、温度センサ３ａからのセンサ信号Ｓ３ａに基づいて特定されるブラインの温度が高温のため、両三方弁Ｖａ，Ｖｂが各配管５ｃを配管５ｄに接続する状態に制御され、かつ二方弁Ｖｃが１００％の開口率に制御されて、ブラインタンク４、各冷凍ユニット２および水素ガス冷却用熱交換器３をこの順で循環する循環路が形成される。これにより、両液送ポンプ６によってブラインタンク４から各配管５ａを介して各冷凍ユニット２に供給されたブラインが、配管５ｃ，５ｄを介して水素ガス冷却用熱交換器３に供給された後に、配管５ｅを介してブラインタンク４内に回収される状態となる。
【００５２】
また、温度センサ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度も高温のため、制御部７は、上記の「処理Ａ」を実行する。なお、起動直後であることで４台の冷凍ユニット２のすべてを動作させているこの時点において、制御部７は、４台の冷凍ユニット２のすべてに対して、以下の制御を並列的に実行する。
【００５３】
具体的には、制御部７は、まず、電子膨張弁２３を制御して開度を低下させることで蒸発器２４への冷媒の吐出量を減少させる。これにより、低温側冷凍回路２０によるブラインの冷却が実質的に停止した状態となり、配管５ａ，５ｂを介して蒸発器２４に高温のブラインが供給されても、蒸発器２４内における冷媒の気化量が過剰に増加する事態（低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなる事態）が回避される。さらに、制御部７は、電磁弁１３ａを制御して凝縮器１２から電子膨張弁１３ｂ（蒸発器１４）への冷媒の通過を遮断させると共に、電磁弁１５ａを制御して凝縮器１２から電子膨張弁１５ｂ（蒸発器１６）への冷媒の通過を許容させる。これにより、凝縮器１２において凝縮された冷媒が電子膨張弁１５ｂを介して蒸発器１６に供給される結果、配管５ａを介して蒸発器１６に供給されるブラインが蒸発器１６において好適に冷却される。
【００５４】
また、蒸発器１６において冷却されたブラインは、配管５ｂを介して蒸発器２４に供給されるものの、電子膨張弁２３の開度が低下させられて蒸発器２４への冷媒吐出量が減少させられているため、蒸発器２４によって殆ど冷却されることなく、配管５ｃ、三方弁Ｖａ（または、三方弁Ｖｂ）、配管５ｄ、水素ガス冷却用熱交換器３および配管５ｅを介してブラインタンク４内に回収される。さらに、ブラインタンク４内に回収されたブラインは、液送ポンプ６によって再び各冷凍ユニット２に供給される。また、制御部７は、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定したブラインタンク４内のブラインの温度が−３３℃を下回るまで（「条件Ａ」が満たされている間）、上記の「処理Ａ」を継続して実行する。これにより、ブラインタンク４および各冷凍ユニット２の間で循環させられているブラインの温度が徐々に低下する。
【００５５】
また、上記の「処理Ａ」を継続することで、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が−３３℃を下回ったときに、制御部７は、「条件Ｂ」が満たされたとして「処理Ｂ」を実行する。具体的には、制御部７は、両三方弁Ｖａ，Ｖｂによって各配管５ｃを配管５ｄに接続させ、かつ二方弁Ｖｃを１００％の開口率に制御した状態を維持しつつ、電磁弁１５ａを制御して凝縮器１２から電子膨張弁１５ｂ（蒸発器１６）への冷媒の通過を遮断させると共に、電磁弁１３ａを制御して凝縮器１２から電子膨張弁１３ｂ（蒸発器１４）への冷媒の通過を許容させる。これにより、凝縮器１２において凝縮された冷媒が電子膨張弁１３ｂを介して蒸発器１４に供給される結果、蒸発器１４と一体化されている凝縮器２２が蒸発器１４によって好適に冷却され、低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）においてブラインを冷却するのに必要とされる充分な量の冷媒が凝縮器２２において凝縮される。
【００５６】
また、制御部７は、電子膨張弁２３を制御して開度を増加させることで蒸発器２４への冷媒の吐出量を増加させる。これにより、ブラインタンク４から配管５ａ、蒸発器１６および配管５ｂを介して蒸発器２４に供給されるブラインが蒸発器２４内の冷媒と熱交換させられて充分に冷却され、配管５ｃ、三方弁Ｖａ（または、三方弁Ｖｂ）、配管５ｄ、水素ガス冷却用熱交換器３および配管５ｅを介してブラインタンク４内に回収される。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、低温側冷凍回路２０の蒸発器２４によってブラインを冷却する「処理Ｂ」に先立って高温側冷凍回路１０の蒸発器１６によってブラインを冷却する「処理Ａ」が実行されて、「処理Ｂ」に際して蒸発器２４に供給されるブラインの温度が−３３℃を下回る充分に低い温度となっている。したがって、蒸発器２４内における冷媒の気化量が過剰に高くなって低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなる事態を招くことなく、ブラインを好適に冷却することが可能となる。
【００５７】
また、温度センサ３ａからのセンサ信号Ｓ３ａに基づいて特定される水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度が−３８℃まで低下した時点において、制御部９は、各冷凍ユニット２から配管５ｃに流出したブラインのうちの例えば５％を配管５ｄに案内させ、残りの９５％を配管５ｆに案内させると共に、二方弁Ｖｃの開口率を低下させる。この際には、ブラインタンク４および冷凍ユニット２の間でブラインが循環する循環路が形成され、液送ポンプ６によってブラインタンク４から配管５ａを介して冷凍ユニット２に供給されて配管５ｃに流れ込んだブラインの大半が、水素ガス冷却用熱交換器３に供給されることなく配管５ｆを介して配管５ｅに流入してブラインタンク４内に回収される状態となる。この後、「処理Ｂ」を継続して実行することにより、ブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃程度となるようにブラインが充分に冷却された状態となる。
【００５８】
なお、「処理Ｂ」における高温側冷凍回路１０の制御に関しては、「第３の蒸発器」に相当する蒸発器１６への冷媒の供給を停止すると共に「第１の蒸発器」に相当する蒸発器１４への冷媒の供給を開始することにより、蒸発器１６によってブラインを冷却することなく蒸発器１４によって凝縮器２２を冷却する上記の制御方法だけでなく、「処理Ｂ」を開始してからの経過時間が短いとき（高温側冷凍回路１０の冷却可能温度の下限よりもブラインの温度が高いとき：一例として、ブライン温度が−４０℃以上のとき）には、蒸発器１６への冷媒の供給量を減少させると共に蒸発器１４への冷媒の供給を開始することにより、蒸発器１６によるブラインの冷却を継続しつつ蒸発器１４によって凝縮器２２を冷却する方法を採用することもできる。
【００５９】
一方、各冷凍ユニット２によるブラインの冷却処理が継続されて、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回ったときに、制御部７は、ブラインの温度が−５５℃になったと特定した時点から予め規定された時間（数十秒から数百秒：一例として、３００秒）が経過した時点において、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回る温度を維持しているか否かを判別する。この際に、後述するように水素ガス冷却用熱交換器３による水素ガスの冷却が行われず、ブラインタンク４内のブラインが−５５℃を下回る温度を維持しているときに、制御部７は、動作中の各冷凍ユニット２のうちの１台を停止させる。
【００６０】
具体的には、冷凍ユニット２ａ〜２ｄの４台を動作させている本例においてブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回る状態が３００秒に亘って維持されているときに、制御部７は、一例として、冷凍ユニット２ｂを停止させる処理（冷凍ユニット２ｂの高温側冷凍回路１０および低温側冷凍回路２０を停止させる処理）を実行する。この際には、液送ポンプ６ａによってブラインタンク４から液送されるブラインが停止状態の冷凍ユニット２ｂを通過させられるが、水素ガス冷却用熱交換器３における水素ガスの冷却が行われることなく、動作中の冷凍ユニット２ａ，２ｃ，２ｄによって継続的に冷却されるため、ブラインタンク４内のブラインは、−５５℃を下回る温度に維持される。これにより、ブラインタンク４内やブライン配管５内のブラインの温度が上昇する事態を招くことなく、冷凍ユニット２ｂを停止させた分だけ、水素ガス冷却装置１によって消費されるエネルギーが低減される。
【００６１】
また、制御部７は、上記のように冷凍ユニット２ｂを停止させた時点から予め規定された時間（本例では、３００秒）が経過した時点において、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回る温度を維持しているか否かを再び判別する。この際に、ブラインタンク４内のブラインが−５５℃を下回る温度を維持しているときに、制御部７は、動作中の冷凍ユニット２ａ，２ｃ，２ｄのうちの１台（一例として、冷凍ユニット２ａ）を停止させる。この際には、冷凍ユニット２ｃ，２ｄによるブラインの冷却処理が継続されるため、ブラインタンク４内やブライン配管５内のブラインの温度が上昇する事態を招くことなく、冷凍ユニット２ａを停止させた分だけ、水素ガス冷却装置１によって消費されるエネルギーがさらに低減される。
【００６２】
さらに、制御部７は、上記のように冷凍ユニット２ａを停止させた時点から予め規定された時間（本例では、３００秒）が経過した時点において、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回る温度を維持しているか否かを再び判別する。この際に、ブラインタンク４内のブラインが−５５℃を下回る温度を維持しているときに、制御部７は、動作中の冷凍ユニット２ｃ，２ｄのうちの１台（一例として、冷凍ユニット２ｄ）を停止させる。この際には、冷凍ユニット２ｃによるブラインの冷却処理が継続されるため、ブラインタンク４内やブライン配管５内のブラインの温度が上昇する事態を招くことなく、冷凍ユニット２ｄを停止させた分だけ、水素ガス冷却装置１によって消費されるエネルギーがさらに低減される。
【００６３】
また、制御部７は、上記のように冷凍ユニット２ｄを停止させた時点から予め規定された時間（本例では、３００秒）が経過した時点において、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回る温度を維持しているか否かを再び判別する。この際に、制御部７は、ブラインタンク４内のブラインが−５５℃を下回る温度を維持したとしても、冷凍ユニット２ｃの１台だけが動作中で、他の冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄが停止状態のため、動作中の冷凍ユニット２ｃを停止させることなく、動作させた状態を維持する。これにより、動作を継続させられている冷凍ユニット２ｃによってブラインの冷却が継続されるため、周囲温度が高温となる夏期等においても、ブラインタンク４内やブライン配管５内のブラインが−５５℃を下回る極低温に維持される。また、冷凍ユニット２ａ〜２ｄのうちの冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄの３台を停止させたことにより、水素ガス冷却装置１によるエネルギーの消費量が充分に低減される。
【００６４】
一方、ガスステーションにおいて水素燃料電池車などの自動車に水素ガスを充填する際には、一例として、ガスステーション側設備Ｘから水素ガス冷却装置１の制御部７に給気開始信号が出力され、これに伴い、制御部７が、水素ガス冷却用熱交換器３における水素ガスの冷却処理を開始する。なお、以下の説明は、一例として、冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄの３台が停止させられると共に、冷凍ユニット２ｃだけが動作させられてブラインの冷却処理を行っている状態においてガスステーション側設備Ｘから給気開始信号が出力されたものとする。この際に、制御部７は、まず、三方弁Ｖａ，Ｖｂを制御して各冷凍ユニット２から配管５ｃに流出したブラインのすべてを配管５ｄに案内させると共に、二方弁Ｖｃを制御して開口率を上昇させる。これにより、ブラインタンク４内に貯留されている極低温のブラインが各冷凍ユニットを通過して水素ガス冷却用熱交換器３に供給される。
【００６５】
また、ガスステーション側設備Ｘにおいては、ガスタンクＸａからディスペンサーＸｂにガス配管Ｘｃを介して水素ガスが供給されてディスペンサーＸｂから自動車の燃料タンク（ガスタンク：車両側タンク）内に充填される。この際に、水素ガスが水素ガス冷却用熱交換器３を通過させられる際に配管５ｄを介して水素ガス冷却用熱交換器３に供給された極低温のブラインと熱交換させられて冷却されるため、充分に温度低下した水素ガス（−３３℃〜−４０℃の水素ガス）が車両側タンク内に充填される結果、その充填効率を充分に向上させることが可能となる。
【００６６】
また、水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却することで温度上昇したブラインは、配管５ｅを介してブラインタンク４に回収される。このため、水素ガスの冷却時には、温度上昇したブラインが流入することでブラインタンク４内のブラインの温度が上昇する。したがって、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が「予め規定された温度」の一例である−５２℃を超えたときに、制御部７は、一例として、停止状態の冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄのすべてを再稼働させる。
【００６７】
具体的には、制御部７は、停止状態の冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄを制御して高温側冷凍回路１０の圧縮機１１および低温側冷凍回路２０の圧縮機２１による冷媒の圧縮処理を開始させると共に、ブラインタンク４内のブラインの温度に拘わらず、低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）によるブラインの冷却を行うことなく高温側冷凍回路１０（蒸発器１６）によってブラインを冷却する「処理Ａ」を実行させる。また、制御部７は、冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄの動作を開始させてから予め規定された時間（一例として、３００秒）が経過した時点において、ブラインタンク４内に設置されている温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいてブラインタンク４内のブラインの温度を特定する。
【００６８】
この際に、例えば水素ガス冷却用熱交換器３において大量の水素ガスを冷却することで高温のブラインがブラインタンク４内に回収され、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインの温度が−３３℃以上になっているとの「条件Ａ」が満たされているときに、制御部７は、上記の「処理Ａ」を継続して実行しつつ、センサ信号Ｓ４ａに基づくブラインタンク４内のブラインの温度の監視を継続する。
【００６９】
一方、冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄの動作を開始させてから予め規定された時間が経過した時点においてセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定したブラインタンク４内のブラインの温度が−３３℃を下回っているときや、上記のように「処理Ａ」を継続することでセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が−３３℃を下回ったときに、制御部７は、「条件Ｂ」が満たされたと判別し、電磁弁１３ａ，１５ａおよび電子膨張弁１３ｂ，１５ｂを制御して蒸発器１４への冷媒の供給量を増加させて蒸発器１４によって低温側冷凍回路２０の凝縮器２２を冷却しつつ低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）によってブラインを冷却する「処理Ｂ」を各冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄに実行させる。
【００７０】
これにより、水素ガス冷却用熱交換器３における水素ガスの冷却によって温度上昇したブラインが−３３℃を下回る極低温まで充分に冷却され、停止させられることなく動作を継続させられて「処理Ｂ」を実行している冷凍ユニット２ｃ、および停止状態から再稼働させられて「処理Ａ」に続いて「処理Ｂ」を実行している冷凍ユニット２ａ，２ｂ，２ｄの４台によって、ブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回るまで「処理Ｂ」がそれぞれ実行される。この結果、水素ガスを冷却している水素ガス冷却用熱交換器３に対して、水素ガスの冷却に適した極低温のブラインが継続的に供給されるため、−３３℃〜−４０℃の範囲内の温度まで水素ガスを充分に冷却できる状態が維持される。
【００７１】
また、自動車（車両側タンク）への水素ガスの充填が完了したときには、ガスステーション側設備Ｘから水素ガス冷却装置１の制御部７に給気終了信号が出力される。この際に、水素ガスの冷却が完了したと判別した制御部７は、温度センサ３ａからのセンサ信号Ｓ３ａに基づいて水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度を特定し、特定した温度に応じて、前述したように三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび二方弁Ｖｃを制御する処理を実行する。また、制御部７は、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいてブラインタンク４内のブラインの温度を特定し、特定した温度に基づいて各冷凍ユニット２の動作状態を変更する処理（「処理Ａ」の実行、「処理Ｂ」の実行、および停止状態への移行）を実行する。これにより、水素ガスの冷却が行われない状態が続いたときには、ブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃を下回る状態が維持されつつ、冷凍ユニット２ｃだけが動作している状態となるまで、動作中の冷凍ユニット２が１台ずつ停止させられる。
【００７２】
一方、前述したように、本例の水素ガス冷却装置１では、制御部７が、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度に応じた三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび二方弁Ｖｃの制御や、ブラインタンク４内のブラインの温度に応じた各冷凍ユニット２の動作状態の制御と並行して、各冷凍ユニット２の蒸発器２４の入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差（蒸発器２４における冷媒過熱度）や、動作状態の液送ポンプ６の台数に応じて、両液送ポンプ６を「継続運転状態」および「断続運転状態」に移行させる制御を継続的に実行することにより、各冷凍ユニット２の低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなる事態（低温側冷凍回路２０が高負荷状態となる事態）を招くことなく、水素ガス冷却用熱交換器３に対して水素ガスの冷却に適した充分な量のブラインを供給することができる状態とする構成が採用されている。
【００７３】
具体的には、制御部７は、水素ガス冷却装置１が起動された直後から、各冷凍ユニット２の温度センサ２４ａからのセンサ信号Ｓ２４ａに基づいて蒸発器２４の「入口側冷媒温度」を特定する処理、温度センサ２４ｂからのセンサ信号Ｓ２４ｂに基づいて蒸発器２４の「出口側冷媒温度」を特定する処理、および特定した両温度に基づいて「入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差（蒸発器２４における冷媒過熱度）」を演算する処理を継続的に実行し、特定した冷媒過熱度に応じて液送ポンプ６ａ，６ｂを制御する。
【００７４】
この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却せずに少なくとも１台の液送ポンプ６を「継続運転状態」に移行させて動作させている状態、および液送ポンプ６ａ，６ｂの双方を「継続運転状態」に移行させて（「２台以上の液送ポンプを動作させている状態」の一例）水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却している状態のいずれかにおいて、動作中の液送ポンプ６に接続されている各冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度が「予め規定された第２の温度」の一例である１５℃以上の温度になる（すなわち、蒸発器２４内における冷媒の気化量が過剰に増加する可能性がある状態になる）との「第２の条件」が各冷凍ユニット２のいずれかにおいて満たされたときに、制御部７が、その冷凍ユニット２に接続されている液送ポンプ６を１台だけ停止させて「断続運転状態」に移行させる。
【００７５】
これにより、冷媒過熱度が１５℃以上となった蒸発器２４に対してブラインが断続的に液送される状態（蒸発器２４に対する単位時間当りの液送量が減少した状態）となるため、「断続運転状態」に移行させた液送ポンプ６によってブラインが液送される冷凍ユニット２の蒸発器２４内における冷媒の気化量が減少する結果、低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなる事態が回避される。
【００７６】
また、本例の水素ガス冷却装置１では、制御部７が、水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却しているか否かを問わず、液送ポンプ６ａに接続されている冷凍ユニット２ａ，２ｂの双方において、蒸発器２４における冷媒過熱度が「予め規定された第１の温度」の一例である５℃以下の温度になる（すなわち、蒸発器２４内における冷媒の気化量が過剰に増加する可能性がなくなるまでブラインの温度が低下した状態となる）との「第１の条件」が満たされたときに液送ポンプ６ａを動作させて「継続運転状態」に移行させると共に、液送ポンプ６ｂに接続されている冷凍ユニット２ｃ，２ｄの双方において、蒸発器２４における冷媒過熱度が５℃以下の温度になるとの「第１の条件」が満たされたときに液送ポンプ６ｂを動作させて「継続運転状態」に移行させる。
【００７７】
これにより、「継続運転状態」に移行させられた液送ポンプ６に接続されている冷凍ユニット２が高負荷状態となる事態を招くことなく、その冷凍ユニット２によってブラインを好適に冷却することができる結果、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度が−３８℃以上のときには、充分に冷却されたブラインを水素ガス冷却用熱交換器３に供給することができ、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度が−３８℃を下回ったときには、ブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃程度となるように冷凍ユニット２とブラインタンク４との間でブラインを循環させることができる。
【００７８】
この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、液送ポンプ６ａに接続されている冷凍ユニット２ａ，２ｂのいずれか一方において上記の「処理Ａ」を実行し、かつ冷凍ユニット２ａ，２ｂの他方において上記の「処理Ｂ」を実行している状態において、制御部７は、「処理Ｂ」を実行している冷凍ユニット２における蒸発器２４の冷媒過熱度に応じて液送ポンプ６ａを「継続運転状態」および「断続運転状態」のいずれに移行させるかを決定する。また、液送ポンプ６ｂに接続されている冷凍ユニット２ｃ，２ｄのいずれか一方において上記の「処理Ａ」を実行し、かつ冷凍ユニット２ｃ，２ｄの他方において上記の「処理Ｂ」を実行している状態において、制御部７は、「処理Ｂ」を実行している冷凍ユニット２における蒸発器２４の冷媒過熱度に応じて液送ポンプ６ｂを「継続運転状態」および「断続運転状態」のいずれに移行させるかを決定する。
【００７９】
これにより、「処理Ｂ」を実行している冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度が１５℃以上の状態において、その冷凍ユニット２に接続されている液送ポンプ６が「断続運転状態」に移行させられる結果、その冷凍ユニット２に対して高温のブラインが供給されて低温側冷凍回路２０が高負荷状態となる事態が回避されると共に、「処理Ｂ」を実行している冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度が５℃以下の状態において、その冷凍ユニット２に接続されている液送ポンプ６が「継続運転状態」に移行させられる結果、その冷凍ユニット２に対して供給されるブラインが極低温まで充分に冷却される。
【００８０】
さらに、本例の水素ガス冷却装置１では、液送ポンプ６ａ，６ｂのいずれか一方を「継続運転状態」に移行させ、かつ他方を「断続運転状態」に移行させて（「液送ポンプを１台だけ動作させ」との状態の一例）水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却している状態において、動作中の液送ポンプ６に接続されている両冷凍ユニット２のいずれかにおいて上記の「第２の条件」が満たされたときに、制御部７は、動作中の液送ポンプ６を停止させることなく動作させた状態を維持する。これにより、水素ガスの冷却を行っている水素ガス冷却用熱交換器３に対してブラインが供給されない事態を招くことなく、水素ガス冷却用熱交換器３に対して、水素ガスの冷却に必要な充分な量のブラインを継続的に供給することが可能となる。
【００８１】
なお、各冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度は、冷凍ユニット２の動作状態や、冷凍ユニット２に供給されるブラインの温度によって逐次変化する。具体的には、例えば、水素ガス冷却装置１の起動直後において、前述したよう「処理Ａ」が実行され、冷凍ユニット２において低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）によるブラインの冷却が行われずに、高温側冷凍回路１０（蒸発器１６）によってブラインが冷却されているときには、低温側冷凍回路２０が実質的に機能していないため、蒸発器２４における冷媒過熱度が５℃以下の状態となる。したがって、制御部７は、「第１の条件」が満たされていると判別する。
【００８２】
また、「処理Ａ」を継続して実行することで温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度が低下し、上記したように制御部７によって「処理Ｂ」が実行されて、冷凍ユニット２において低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）によるブラインの冷却が開始された直後には、低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）に液送されるブラインの温度が充分に温度低下していないため、蒸発器２４における冷媒過熱度が１５℃以上の状態となる。したがって、制御部７は、「第２の条件」が満たされたと判別する。
【００８３】
さらに、「処理Ｂ」を継続して実行することで温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定されるブラインタンク４内のブラインの温度がある程度低下し、蒸発器２４内における冷媒の気化量が過剰に増加することのない状態（低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなることのない状態）になったときには、蒸発器２４における冷媒過熱度が５℃以下の状態となる。この際に、制御部７は、「第１の条件」が満たされたと判別する。
【００８４】
したがって、前述したように、水素ガス冷却用熱交換器３内のブラインの温度に応じた三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび二方弁Ｖｃの制御や、ブラインタンク４内のブラインの温度に応じた各冷凍ユニット２の動作状態の制御と並行して、各冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度、液送ポンプ６の運転台数および水素ガス冷却用熱交換器３における水素ガスの冷却の要否に応じて液送ポンプ６の動作状態を変更する制御を継続的に実行することにより、いずれの冷凍ユニット２においても低温側冷凍回路２０が高負荷状態となる事態を招くことなく、水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却する必要があるときには、水素ガス冷却用熱交換器３に対して充分な量のブラインを確実に供給することが可能となる。
【００８５】
このように、この水素ガス冷却装置１では、複数の冷凍ユニット２および複数の液送ポンプ６を備え、かつ、各液送ポンプ６が複数の冷凍ユニット２から水素ガス冷却用熱交換器３にブラインを供給可能に互いに相違する複数の冷凍ユニット２にそれぞれ接続されると共に、制御部７が、各冷凍ユニット２の冷凍能力を調整する「冷凍能力調整処理」を実行しつつ、いずれかの液送ポンプ６に接続されている各冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度が予め規定された「第１の温度（本例では、５℃）」以下になるとの「第１の条件」が各冷凍ユニット２のすべてにおいて満たされたときに、そのいずれかの液送ポンプ６を動作させて「継続運転状態」に移行させ、水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却せずに少なくとも１台の液送ポンプ６を動作させている状態、および２台以上の液送ポンプ６を動作させて水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却している状態のいずれかにおいて動作中の各液送ポンプ６のいずれかに接続されている各冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度が「第１の温度」よりも高温の予め規定された「第２の温度（本例では、１５℃）」以上になるとの「第２の条件」が各冷凍ユニット２のいずれかにおいて満たされたときに、そのいずれかの冷凍ユニット２に接続されている液送ポンプ６を１台だけ停止させて「断続運転状態」に移行させ、かつ液送ポンプ６を１台だけ動作させて水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却している状態において動作中の液送ポンプ６に接続されている各冷凍ユニット２のいずれかにおいて「第２の条件」が満たされたときに動作中の液送ポンプ６を停止させることなく「継続運転状態」で動作させた状態を維持する。
【００８６】
したがって、この水素ガス冷却装置１によれば、複数の「冷凍ユニット」に対して１台の「液送ポンプ」によってブラインを供給する構成の「水素ガス冷却装置」とは異なり、ブラインを好適に冷却可能な状態になっていない冷凍ユニット２にブラインが供給される事態や、低温側冷凍回路２０が過負荷状態となるおそれがある冷凍ユニット２に高温のブラインが供給される事態を好適に回避することができると共に、低温側冷凍回路２０が過負荷状態となるおそれがなく、かつブラインを好適に冷却可能な状態になっている冷凍ユニット２にだけブラインを供給して、これを好適に冷却することができる。また、「冷凍ユニット」の台数と同数の複数の「液送ポンプ」を備えた構成の「水素ガス冷却装置」と比較して、水素ガス冷却装置１を構成する液送ポンプ６の台数が少数で済むため、水素ガス冷却装置１の製造コストの高騰を充分に抑制することができる。さらに、水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを冷却しているときには、少なくとも１台の液送ポンプ６によって、水素ガスの冷却に必要な充分な量のブラインを水素ガス冷却用熱交換器３に対して継続的に供給することができるため、水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを確実に冷却することができる。また、水素ガス冷却用熱交換器３に対して少量のブラインを供給するときには、少数の液送ポンプ６を動作させて少量のブラインを液送させることで、停止させている液送ポンプ６の分だけ、エネルギー消費量を軽減することができる。
【００８７】
また、この水素ガス冷却装置１では、制御部７が、予め規定された位置（本例では、ブラインタンク４内）におけるブラインの温度が予め規定された温度範囲内の「予め規定された温度」以上になっているとの「条件Ａ」が実質的に満たされているときに蒸発器２４によるブラインの冷却を行うことなく蒸発器１６によってブラインを冷却する「処理Ａ」と、予め規定された位置におけるブラインの温度が予め規定された温度を下回っているとの「条件Ｂ」が実質的に満たされているときに冷媒供給量調整弁を制御して蒸発器１４への冷媒の供給量を「処理Ａ」の実行時よりも増加させて蒸発器１４によって凝縮器２２を冷却しつつ蒸発器２４によってブラインを冷却する「処理Ｂ」とを「冷凍能力調整処理」として実行すると共に、いずれかの冷凍ユニット２において「処理Ａ」を実行し、かついずれかの冷凍ユニット２が接続されている液送ポンプ６に接続されている他のいずれかの冷凍ユニット２において「処理Ｂ」を実行しているときには、他のいずれかの冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度に基づいて、そのいずれかの冷凍ユニット２および他のいずれかの冷凍ユニット２が接続されている液送ポンプ６を「継続運転状態」および「断続運転状態」のいずれに移行させるかを決定する。
【００８８】
したがって、この水素ガス冷却装置１によれば、ブラインの温度が高温のときに低温側冷凍回路２０によるブラインの冷却を実行しない「処理Ａ」を実行することにより、圧縮機２１が破損する事態や、圧縮機２１の破損を回避するために低温側冷凍回路２０を緊急停止させる事態を確実に回避することができるだけでなく、高温のブラインの冷却効率が高い高温側冷凍回路１０によってブラインを冷却することで高温のブラインを短時間で温度低下させ、低温側冷凍回路２０によって好適に冷却可能な温度までブラインの温度が低下したときに「処理Ｂ」を実行して低温側冷凍回路２０によってブラインを冷却することでブラインを目標温度まで冷却することができるため、高温のブラインを目標温度まで短時間で確実に冷却することができると共に、いずれかの液送ポンプ６に接続された各冷凍ユニット２のうちの「処理Ｂ」を実行している冷凍ユニット２の蒸発器２４における冷媒過熱度が「第１の温度」以上のときに、その冷凍ユニット２に接続されている液送ポンプ６が「断続運転状態」に移行させられて冷凍ユニット２に対するブラインの供給が停止するため、「処理Ｂ」を実行している低温側冷凍回路２０が高負荷状態となるのを確実に回避することができる。
【００８９】
さらに、この水素ガス冷却装置１によれば、水素ガス冷却用熱交換器３から回収したブラインを貯液可能に構成されると共に貯液したブラインを各冷凍ユニット２に供給可能に配設されたブラインタンク４に配設された温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づいて特定したブラインの温度を「予め規定された位置におけるブラインの温度」として特定することにより、例えば、「予め規定された位置」とは異なる位置のブラインの温度を監視して「予め規定された位置」におけるブラインの温度を演算し、演算した温度に基づいて「条件Ａ」や「条件Ｂ」が満たされているかを判別して「処理Ａ」および「処理Ｂ」のいずれかを実行する構成の「水素ガス冷却装置」とは異なり、温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａによって特定したブラインの温度に基づいて「条件Ａ」や「条件Ｂ」を満たしているか否かを直接的に判別することができるため、煩雑な演算処理を実行することなく、「処理Ａ」および「処理Ｂ」のいずれかを的確に実行してブラインを効率良く冷却することができる。
【００９０】
なお、「水素ガス冷却装置」の構成は、上記の水素ガス冷却装置１の構成に限定されない。例えば、１台の液送ポンプ６によって２台の冷凍ユニット２にブラインを液送する構成を例に挙げて説明したが、１台の液送ポンプ６によって３台以上の冷凍ユニット２にブラインを液送する構成を採用することもできる。また、上記の水素ガス冷却装置１では、冷凍ユニット２によって冷却するブラインの温度が高いとき（ブラインタンク４内のブラインの温度が−３３℃以上のとき）に、低温側冷凍回路２０によってブラインを冷却することなく高温側冷凍回路１０の蒸発器１６によってブラインを冷却する構成が採用されているが、このような構成に代えて、ブラインの温度が高いときにも、高温側冷凍回路１０（蒸発器１６）および低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）の双方によってブラインを冷却する構成を採用することができる。
【００９１】
また、「第３の蒸発器」としての蒸発器１６を備えた高温側冷凍回路１０を有する冷凍ユニット２を例に挙げて説明したが、上記の高温側冷凍回路１０における電磁弁１５ａ、電子膨張弁１５ｂおよび蒸発器１６が存在しない「高温側冷凍回路」の「第１の蒸発器」によって低温側冷凍回路２０の凝縮器２２を冷却する構成の「冷凍ユニット」（図示せず）を備えて構成することもできる。このような構成を採用した場合には、上記の水素ガス冷却装置１における配管５ａを配管５ｂに直接接続すればよい。
【００９２】
また、ブラインタンク４内を「熱媒液循環路内の予め規定された位置」としてブラインタンク４内のブラインの温度を特定する構成を例に挙げて説明したが、「予め規定された位置」は、この例に限定されず、例えば、ブライン配管５における配管５ａ内、ブライン配管５における配管５ｅ内を「予め規定された位置」とすることもできる。さらに、ブライン配管５内の任意の位置のブラインの温度に基づいて「予め規定された位置」のブラインの温度を特定する（演算する）構成を採用することもできる。
【００９３】
さらに、上記の水素ガス冷却装置１におけるブラインタンク４に代えて、各冷凍ユニット２の蒸発器２４を通過させたブラインを貯液可能なブラインタンク（貯液槽）を設け、そのブラインタンクから水素ガス冷却用熱交換器３にブラインを供給して水素ガスを冷却する構成を採用することもできる。具体的には、一例として、上記の水素ガス冷却装置１の各構成要素のうち、ブラインタンク４を取り除いて配管５ｅを各配管５ａに直接接続し、かつ三方弁Ｖａ，Ｖｂおよび配管５ｆを取り除いて各配管５ｃを配管５ｄに直接接続すると共に、図１に一点鎖線で示すように、配管５ｄにおける各配管５ｃとの接続部位と二方弁Ｖｃの配設部位との間にブラインタンク８（「第２の貯液槽」の一例）を配設する。
【００９４】
このような構成を採用することにより、各冷凍ユニット２によって冷却したブラインをブラインタンク８に貯液した後にブラインタンク８から水素ガス冷却用熱交換器３に供給すると共に、水素ガス冷却用熱交換器３から回収したブラインを各冷凍ユニット２に直接供給して冷却した後に再びブラインタンク８に貯液することができる。また、ブラインタンク８から水素ガス冷却用熱交換器３にブラインを供給する構成の「水素ガス冷却装置」では、一例として、制御部７が、「熱媒液循環路内の予め規定された位置（一例として、ブラインタンク８内）」における熱媒液の温度に応じて「処理Ａ」および「処理Ｂ」のいずれかを実行することにより、前述した水素ガス冷却装置１と同様にして、低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなる事態を招くことなく、水素ガスの冷却に適した極低温までブラインを好適に冷却することが可能となる。
【００９５】
また、「第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第１の温度以下になるとの第１の条件が実質的に満たされたとき」との状態は、「第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第１の温度以下になったとき」との状態だけでなく、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「高温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」、および「低温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」などの各種のパラメータが、「第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第１の温度以下になったとき」との「第１の条件」を満たす値となっている状態がこれに含まれる。
【００９６】
同様にして、「第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第２の温度以上になるとの第２の条件が実質的に満たされたとき」との状態は、「第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第２の温度以上になったとき」との状態だけでなく、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「高温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」、および「低温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」などの各種のパラメータが、「第２の蒸発器における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差が予め規定された第２の温度以上になったとき」との「第２の条件」を満たす値となっている状態がこれに含まれる。
【００９７】
また、「熱媒液循環路内の予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度以上になっているとの条件Ａが実質的に満たされている」との状態は、「予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度以上になっている」との状態（例えば、「ブラインタンク４内（予め規定された位置）のブラインの温度が−３３℃（予め規定された温度）以上になっている」との状態）だけでなく、「熱媒液循環路内の予め規定された位置とは異なる位置における熱媒液の温度」、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「高温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒温度の温度差」、「低温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒温度の温度差」、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「高温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」、および「低温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」などの各種のパラメータが、「予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度以上となる」との「条件Ａ」を満たす値となっている状態がこれに含まれる。
【００９８】
同様にして、「予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度を下回っているとの条件Ｂが実質的に満たされている」との状態は、「予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度を下回っている」との状態（例えば、「ブラインタンク４内（予め規定された位置）のブラインの温度が−３３℃（予め規定された温度）を下回っている」との状態）だけでなく、だけでなく、「熱媒液循環路内の予め規定された位置とは異なる位置における熱媒液の温度」、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒温度」、「高温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒温度の温度差」、「低温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒温度の温度差」、「高温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「低温側冷凍回路内の予め規定された位置における冷媒圧力」、「高温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」、および「低温側冷凍回路内の予め規定された２つの位置における冷媒圧力の差圧」などの各種のパラメータが、「予め規定された位置における熱媒液の温度が予め規定された温度を下回る温度になっている」との「条件Ｂ」を満たす値となっている状態がこれに含まれる。
【００９９】
また、ブラインタンク４，８等の「貯液槽」を設けずに、各冷凍ユニット２と水素ガス冷却用熱交換器３との間でブラインを循環させる構成を採用することもできる（図示せず）。さらに、ガスステーション側設備Ｘからの給気開始信号の出力に連動して水素ガスの冷却処理を開始し、給気終了信号の出力に連動して水素ガスの冷却処理を終了する構成を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、例えば、水素ガス冷却用熱交換器３から流出するブラインの温度を監視すると共に、水素ガスの充填開始に伴って水素ガス冷却用熱交換器３から流出するブラインの温度が規定温度以上になったときに水素ガスの冷却処理を開始し、水素ガスの充填終了に伴って水素ガス冷却用熱交換器３から流出するブラインの温度が規定温度を下回ったときに水素ガスの冷却処理を終了する構成を採用することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１  水素ガス冷却装置
２ａ〜２ｄ  冷凍ユニット
３  水素ガス冷却用熱交換器
３ａ，４ａ，２４ａ，２４ｂ  温度センサ
４，８  ブラインタンク
５  ブライン配管
５ａ〜５ｆ  配管
６ａ，６ｂ  液送ポンプ
７  制御部
１０  高温側冷凍回路
１１，２１  圧縮機
１２，２２  凝縮器
１３ａ，１５ａ  電磁弁
１３ｂ，１５ｂ，２３  電子膨張弁
１４，１６，２４  蒸発器
２０  低温側冷凍回路
３０  カスケードコンデンサ
Ｓ３ａ，Ｓ４ａ，Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂ  センサ信号
Ｖａ，Ｖｂ  三方弁
Ｖｃ  二方弁
Ｘ  ガスステーション側設備
【要約】
【課題】製造コストの高騰を抑制しつつ充分な量の熱媒液を供給する。
【解決手段】複数の冷凍ユニット２と、ユニット２（２ａ〜２ｄ）に接続された複数の液送ポンプ６（６ａ，６ｂ）とを備え、いずれかのポンプ６に接続された両ユニット２の蒸発器における冷媒過熱度が第１の温度以下になるとの第１の条件が両ユニット２で満たされたときにそのいずれかのポンプ６を動作させ、水素ガスを冷却せずに１台以上のポンプ６を動作させた状態、または２台以上のポンプ６を動作させて水素ガスを冷却している状態において動作中のポンプ６に接続された両ユニット２いずれかで蒸発器における冷媒過熱度が第２の温度以上になるとの第２の条件が満たされたときにポンプ６を１台だけ停止させ、ポンプ６を１台だけ動作させて水素ガスを冷却している状態で動作中のポンプ６に接続された両ユニット２のいずれかで第２の条件が満たされたときにそのポンプ６を動作させ続ける。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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