(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環する冷媒を冷却剤によって冷却する冷却ユニットを含むチラーと；
前記チラーから供給される前記循環冷媒でＨ２を冷却する熱交換器を含む、車両にＨ２を供給する分配器と；
前記冷却ユニットと前記熱交換器との間で前記循環冷媒を循環させる循環ラインと；
前記チラー内に設けられ、前記循環冷媒を前記冷却ユニットへ供給するチラー圧縮機と；
前記循環ライン内で前記熱交換器の入口のノズルから５ｍ未満の距離に設けられた低温発生弁と
を備えた水素燃料補給システム。
【請求項２】
前記水素燃料補給システムは、前記システムのアイドル時間の一部の間に、前記チラーから供給される前記循環冷媒でＨ２を冷却する前記熱交換器が、ＦＣＶの燃料補給中のその公称温度より７℃超昇温するように、および、再充填される車両が到着すると前記熱交換器が冷却されるように操作される、請求項１に記載の水素燃料補給システム。
【請求項３】
Ｈ２を燃料補給される車両が水素燃料補給ステーション（ＨＲＳ）に入りつつあることを検出する車両検出システムと；
前記車両検出システムの検出結果と、温度制御、圧力制御、レベル制御および所定の固定開放値の内の１つまたは複数の制御タイプを含む、特定の制御ストラテジとに基づいて前記低温発生弁の開放を制御し、同じく前記チラー圧縮機の始動を制御する制御装置と
をさらに備える、請求項１または２に記載の水素燃料補給システム。
【請求項４】
前記熱交換器の温度を測定する温度測定ユニットと；
前記温度測定ユニットによって測定された温度が所定の温度範囲内に維持されるように、前記低温発生弁の開口率を調整する弁制御ユニットと；
をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素燃料補給システム。
【請求項５】
前記温度測定ユニットによって測定された前記熱交換器の温度が所定の温度範囲内にあるかどうかを判定する温度比較ユニットと；
前記測定された温度が前記所定の温度範囲内にあると前記温度比較ユニットが判定した場合、充填準備完了信号を出力する出力ユニットと
をさらに備える、請求項４に記載の水素燃料補給システム。
【請求項６】
前記制御装置が、車両へのＨ２燃料補給の流れを制御する燃料補給制御ユニットを備え、ここで、前記出力ユニットから充填準備完了信号を受信することは、車両へのＨ２燃料補給の流れを許可するために前記燃料補給制御ユニットによって使用される１つの条件である、請求項５に記載の水素燃料補給システム。
【請求項７】
前記低温発生弁と前記熱交換器の入口のノズルとの間の前記循環ラインのパイプの長さが５ｍ未満である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水素燃料補給システム。
【請求項８】
前記冷却ユニットから供給され、前記冷却ユニットによって冷却された前記循環冷媒のある量を貯蔵する高圧受入装置、
をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の水素燃料補給システム。
【請求項９】
循環冷媒の前記ライン上に設けられ、前記分配器の前記熱交換器から戻された前記循環冷媒によって供給され、前記循環冷媒が気相と液相とを有する場合、前記循環冷媒を気相と液相とに分離する低圧受入装置、
をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の水素燃料補給システム。
【請求項１０】
循環冷媒の前記ライン上に設けられ、前記熱交換器から戻された循環冷媒の前記気相によって供給される低圧ガスバッグ、
をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の水素燃料補給システム。
【請求項１１】
前記低温発生弁が絞り式の弁である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水素燃料補給システム。
【請求項１２】
車両へのＨ２燃料補給方法であって：
Ｈ２を燃料補給される車両が水素燃料補給ステーションに入りつつあることを検出すること；
循環ライン内で熱交換器の入口のノズルから５ｍ未満の距離に設けられた低温発生弁を開放すること；
冷却剤によって循環冷媒を冷却するためにチラーを始動すること；
前記低温発生弁における減圧によって冷却された低温循環冷媒によって前記熱交換器を冷却すること；および
前記熱交換器の温度を所定の温度範囲内に維持しながら、前記熱交換器によって冷却された低温Ｈ２を前記車両に燃料補給すること
を含む方法。
【請求項１３】
前記熱交換器の温度（ｔ１）を測定すること；
前記測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲内にあるかどうかを判定すること；
前記測定された温度（ｔ１）が前記所定の温度範囲内にあると判定した場合、充填準備完了信号を出力すること；および
Ｈ２制御弁の対応するインターロック条件を解除すること
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、アイドル時間の一部の間に、前記チラーから供給される前記循環冷媒でＨ２を冷却する前記熱交換器がＦＣＶ燃料補給の間のその公称温度よりも７℃超昇温するように、および再充填される車両が到着すると前記熱交換器が冷却されるように実行される、
請求項１２または１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素燃料補給システム、例えば水素燃料補給ステーション（ＨＲＳ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料補給手順の現在の標準によれば、７０ＭＰａの公称水素燃料補給圧力で燃料電池自動車（ＦＣＶ）タンクの急速な燃料補給を達成するために、水素を分配器出口で−３３℃未満に予冷し、断熱圧縮によるＦＣＶタンク内の過熱を回避する必要がある。
【０００３】
今日、これは、１つの熱交換器、典型的には小型拡散接合熱交換器を分配器５２０内に設置し、それに熱伝達流体、典型的にはブラインを供給することによって行われる（図３、従来技術参照）。熱伝達流体は、冷媒を用いる従来型のチラー５１０と分配器５２０との間でポンプによって循環される。
【０００４】
入って来た車両にすぐに充填できる状態にＨＲＳを保つために、熱交換器は常に約−４０℃に保たれる。システム（熱伝達流体ループ、熱交換器、チラー５１０）における冷却損失のために、特に夏の間、電力の消費量は高い。１つのＨＲＳのＦＣＶローディングが典型的に非常に不規則であることを考えると、これはＦＣＶが来ない期間中、非常に非効率的である。しかしながら、チラーを停止してシステムを周囲温度に戻すことはできない。それというのもシステム全体の冷却時間を来客の待ち時間として受け入れることはできないからである。
【０００５】
以前はＦＣＶの公称Ｈ２燃料補給圧力は３５ＭＰａに制限されていた。この状況においては、燃料補給時の断熱圧縮によって引き起こされるＦＣＶタンクの過熱はほとんどなく、Ｈ２予冷は不要である。ＦＣＶの自律性を高めるために、公称Ｈ２燃料補給圧力は７０ＭＰａに引き上げられた。この新しい状況において、および燃料補給手順の現在の標準に従って急速なＦＣＶ燃料補給を達成するために、ＦＣＶタンク上流でのＨ２予冷が必要である。それというのも、そうしない場合、ＦＣＶタンクの過熱は、ＦＣＶタンクを製造するために現在使用されている複合材料（ポリエチレンなど）の能力を超え得るからである。予冷中、最も低い分配器燃料供給温度カテゴリ（最速の燃料補給に対応する）では、分配器の出口の温度が−３３℃〜−４０℃の間になるようにＨ２を冷却することが必要である。
【０００６】
７０ＭＰａのＦＣＶ燃料補給の目標は、５ｋｇのＨ２燃料供給量について約３分以内に、１５℃で７０ＭＰａに相当するＦＣＶタンク内の公称Ｈ２密度（すなわち４０．２ｇ／ｌ）に達することである。予冷なしでは、ＦＣＶタンクの名目上の充填を十分な速さで達成することはできないだろう。
【０００７】
図３の従来技術のシステムでは、点線内のすべての要素は低温でなければならないので、起動時にシステムを冷却するのに必要な時間は長い。また、システムの冷却損失のために、Ｈ２燃料補給のために低温が必要とされなくても、ＨＲＳの営業時間中に永続的な電力消費が観察される。それにより、長期間ＦＣＶ燃料補給が行われなくても、電気代は高くつく。
【０００８】
これは効率的ではなく、ＨＲＳのアイドル時間中にチラーを停止させることが可能であれば、節約を達成できるだろう。現在の状況では、これは不可能である。なぜなら、図３の点線内の全ての要素を冷却するのに必要な時間が顧客の待ち時間として受け入れられない可能性があるからである。実際のところ、Ｈ２予冷熱交換器の金属塊を冷却することは、燃料補給を開始するために必要な予備条件である。また、国際公開第２０１６／０６７７８０号パンフレットに記載された他の従来技術も知られているが、これは上記の問題を解決することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ＦＣＶがＨＲＳに入るとＨ２予冷熱交換器を十分に速く冷却することができ、その結果、燃料補給を開始する前に顧客の待ち時間が全くないかまたはごくわずかしかない、水素燃料補給システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明として、水素燃料補給システムは、
循環する冷媒を冷却剤によって冷却する冷却ユニットを含むチラーと；
チラーから供給される循環冷媒でＨ２を冷却する熱交換器を含む、車両にＨ２を供給する分配器と；
冷却ユニットと熱交換器との間で循環冷媒を循環させる循環ラインと；
チラー内に設けられ、循環冷媒を冷却ユニットへ供給するチラー圧縮機と；
循環ライン内で熱交換器の入口の近くに設けられた低温発生弁と
を含む。
【００１１】
第１の発明において、水素燃料補給システムは、システムのアイドル時間の一部の間に、チラーから供給される循環冷媒でＨ２を冷却する熱交換器が、ＦＣＶの燃料補給中のその公称温度より７℃超昇温するように、および、再充填される車両が到着すると熱交換器が冷却されるように動作され得る。
【００１２】
第１の発明において、システムはさらに以下のものを含み得る：
Ｈ２を燃料補給される車両が水素燃料補給ステーション（ＨＲＳ）に入りつつあることを検出する車両検出システム；および
車両検出システムの検出結果と特定の制御ストラテジとに基づいて低温発生弁の開放を制御し、かつチラー圧縮機の始動も制御する制御装置。
【００１３】
第１の発明において、特定の制御ストラテジは、温度制御、圧力制御、レベル制御または所定の固定開放値などの１つまたは複数の制御タイプを含み得る。
【００１４】
第１の発明において、制御装置は、システムのアイドル時間の一部の間に、チラーから供給される循環冷媒でＨ２を冷却する熱交換器が、ＦＣＶの燃料補給中のその公称温度より７℃超昇温するように、および、再充填される車両が到着すると熱交換器が冷却されるように、低温発生弁の開放を制御し得る。
【００１５】
第１の発明において、低温発生弁の開放を制御することは、低温発生弁を開閉することを含み得る。
【００１６】
第１の発明において、「低温発生弁」は、低温発生弁が熱交換器の入口の近くに配置される限り、分配器内外の循環ラインに配置することができる。
【００１７】
低温発生弁を熱交換器の入口近くに配置することによって、チラーと分配器との間のラインの大部分は周囲温度の加圧冷媒を循環させており、冷却される必要がない。低温発生弁が開放すると、循環冷媒は部分的に気化し、弁を通る減圧によって冷却される。近接しているため、弁と熱交換器の入口ノズルとの間では、冷媒の冷却パワーのごく一部しか失われない。したがって、熱交換器の冷却時間は最小限に抑えられる。
【００１８】
第１の発明において、低温発生弁と熱交換器入口ノズルとの間の循環ラインのパイプの長さは、５ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ超〜４ｍ未満、さらに好ましくは０．０５ｍ超〜３ｍ未満であり得る。好ましくは、設置上の制約を考慮して、低温発生弁は熱交換器の入口のできるだけ近くに設置される。
【００１９】
第１の発明において、システムは、熱交換器の温度を測定する温度測定ユニットと；
温度測定ユニットによって測定された温度が所定の温度範囲内にまたは目標温度の近くに維持されるように、低温発生弁の開口率を調整する弁制御ユニットと；
をさらに含み得る。
【００２０】
第１の発明において、制御装置は弁制御ユニットを含み得る。第１の発明において、システムはさらに以下のものを含み得る：
温度測定ユニットによって測定された熱交換器の温度が所定の温度範囲内であるかどうか、または目標温度に十分に近いかどうかを判定する温度比較ユニット；および
測定された温度が所定の温度範囲内にあるか目標温度に十分に近いと温度比較ユニットが判定した場合、充填準備完了信号を出力する出力ユニット。
【００２１】
第１の発明において、制御装置は、車両へのＨ２燃料補給の流れを制御する燃料補給制御ユニットをさらに含んでもよく；出力ユニットから充填準備完了信号を受信することは、車両へのＨ２燃料補給の流れを許可するために燃料補給制御ユニットによって使用される１つの条件である。
【００２２】
第１の発明では、システムは、冷却ユニットから供給され冷却ユニットによって冷却されるある量の循環冷媒を貯蔵する高圧受入装置（ＨＰＲ）をさらに含むことができる。これはチラーの安定した運転をより簡単にするためである。高圧受入装置（ＨＰＲ）は、限られた時間の間に高い冷却パワーを提供する（すなわち、短時間の間に圧縮機の流速より高い熱交換器を通る循環冷媒の流速を提供する）能力を有するために、液相のいくらかの循環冷媒を蓄積するようにさらに設計されてもよい。より高い冷却パワーは、圧縮機の所与の出力およびサイズを用いて、ＨＲＳに入りつつあるＦＣＶを検出するや否や熱交換器のより速い冷却を達成するために使用され得る。
【００２３】
第１の発明において、システムは、低圧受入装置（ＬＰＲ）をさらに含むことができ、この低圧受入装置（ＬＰＲ）は、循環冷媒のライン上に設けられ、循環冷媒が気相と液相を有する場合、循環冷媒を気相と液相とに分離するために分配器の熱交換器から戻された循環冷媒によって供給される。循環冷媒が熱交換器出口で気相と液相を有する場合、ＬＰＲは循環冷媒の気相と循環冷媒の液相とに分離することができる。冷媒の液相はＬＰＲの底部に貯蔵することができる。車両検出システムが車両を検出すると、圧縮機が始動され、気相の循環冷媒を圧縮機を通過した後に冷却ユニットに供給することができる。低圧受入装置はさらに、限られた時間の間により高い冷却パワーを熱交換器に提供する（すなわち、短時間の間に圧縮機の流速より高い熱交換器を通る循環冷媒の流速を提供する）能力を有するために、気相の循環冷媒の一部を蓄積するようにさらに設計されてもよい。より高い冷却パワーは、圧縮機の所与の出力およびサイズで、ＨＲＳに入りつつあるＦＣＶを検出するや否や熱交換器のより速い冷却を達成するために使用され得る。
【００２４】
第１の発明において、システムは、循環冷媒のライン上に設けられ、熱交換器から戻された循環冷媒の気相によって供給される低圧ガスバッグをＬＰＲの代わりにまたはＬＰＲと共にさらに含んでもよい。
【００２５】
第１の発明によれば、ＨＲＳアイドル時間中に熱交換器を低温に維持することなく、ＨＲＳに入りつつある車両が検出されると熱交換器の冷却が開始される。分配器の熱交換器の近くに配置されている低温発生弁を開放することによって、循環冷媒は、弁における減圧によって冷却され、次いで熱交換器に供給される。この方法では、燃料補給を開始するための条件に達するために冷却される必要がある装置は、熱交換器だけである。これは、燃料補給を開始する前に顧客の待ち時間が全くないか最小限になるように十分な速さで行うことができる。燃料補給を開始すると、Ｈ２制御弁を開放することによってＨ２が予冷された熱交換器に供給され、熱交換器の低温は低温冷媒の循環によって維持される。所定の温度に冷却されたＨ２は、車両に燃料補給することができる。
【００２６】
第１の発明において、制御装置は、熱交換器の急速冷却と、一旦目標温度に到達した後の温度調整とを達成するために低温発生弁の開放を調整し得る。
【００２７】
第１の発明において、温度測定ユニット（またはプローブ）は、熱交換器金属塊平均温度を表す温度（ｔ１）を測定し得る。弁制御ユニットは、温度測定ユニットによって測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲内に維持されるか目標温度に近くにあるように低温発生の開口率を調整することができる。低温発生弁の開口率を調整することにより、熱交換器は所定の目標温度まで急冷され、所定の温度範囲に到達した後に、燃料補給の間のＨ２の温度を所望の温度範囲内に維持することができる。
【００２８】
動作条件に応じて、弁制御ユニットは、温度制御ユニット、圧力制御ユニット、レベル制御ユニット、または所定の固定開放値などの異なる制御ストラテジを使用し得る。
【００２９】
温度制御ユニットは、例えば、測定された温度（例えばｔ１）に応じて低温発生弁開口率を調整するためにＰＩＤアルゴリズムを使用することができる。第１の発明において、弁制御ユニットは、熱交換器金属塊の温度（ｔ１）を制御するため、または循環ライン内の熱交換器の出口で循環冷媒の温度を制御するために使用されてもよい。
【００３０】
圧力制御ユニットは、例えば、測定された圧力（例えば、低温発生弁放出時の冷媒圧力）に応じて低温発生弁開口率を調整するためにＰＩＤアルゴリズムを使用することができる。第１の発明において、圧力制御ユニットは、低温発生弁の下流の圧力を制御するために使用されてもよい。
【００３１】
レベル制御ユニットは、例えば、測定されたレベル（例えば受入装置（例えばＬＰＲまたはＨＰＲ）内の冷媒レベル）に応じて低温発生弁の開口率を調整するためにＰＩＤアルゴリズムを使用することができる。第１の発明において、レベル制御ユニットは、ＬＰＲおよび／またはＨＰＲ内のレベルを制御するために使用されてもよい。
【００３２】
例えば、弁制御ユニットは、ＨＲＳに入りつつあるＦＣＶを検出すると、急速冷却を達成するために第１のストラテジを使用し、測定温度（ｔ１）が所定の温度範囲に達した後、熱交換器温度（ｔ１）または交換器の出口における循環冷媒の温度（ｔ２）を所定の温度範囲内に維持するために第２のストラテジを使用し、次いで、Ｈ２をＦＣＶに燃料補給する間に第３のストラテジを使用し、最後に燃料補給終了後に第４のストラテジを使用してもよい。
【００３３】
例えば、第１の発明において、弁制御ユニットは、ＨＰＲ内のレベルが低い値に達するまで、ＨＲＳに入りつつあるＦＣＶの検出時に固定の開口率を用い、その後、ＨＰＲ内の測定されたレベルを所定のレベル範囲内に維持するためにレベル制御ユニットを用いてもよい。
【００３４】
例えば、第１の発明において、弁制御ユニットは、燃料補給終了の信号を受信した後に低温発生弁を閉鎖してもよい。
【００３５】
第１の発明において、循環冷媒は、例えばＲ７１７（アンモニア）、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、Ｒ４０４ａ、Ｒ５０７；好ましくはそれらの−４０℃での大気圧を超える沸騰圧力によりＲ４０４ＡまたはＲ５０７であり得る。
【００３６】
第１の発明において、冷却剤の温度は、圧縮機吐出圧力における循環冷媒の沸点よりも低くなければならない。冷却剤は冷却水、周囲空気の循環または他の媒体であり得る。
【００３７】
第１の発明において、温度測定ユニットは、熱交換器の壁部に、熱交換器内または熱交換器金属塊内の循環ラインの流路に設けることができる。あるいは、温度測定ユニットは、冷媒循環ライン内で熱交換器の出口に設けられてもよい。それというのも、熱交換器の出口における循環冷媒温度は、一旦熱交換器の金属塊が冷却されるとその平均温度を表すからである。
【００３８】
第１の発明において、熱交換器の温度（ｔ１）または熱交換器の出口における循環冷媒の温度の所定の温度範囲は、例えば−４５℃〜−３５℃であり得、その間に目標温度がある。第１の発明において、燃料補給中の分配器出口におけるＨ２の所望の温度範囲は、例えば、−４０℃〜−３３℃であり得る。
【００３９】
第１の発明において、Ｈ２燃料補給中、燃料補給制御ユニットは、熱交換器、分配器ホースおよび燃料補給ノズルを介して１つの高圧Ｈ２源をＦＣＶタンクに接続する分配器Ｈ２ライン上のＨ２制御弁の開口率を制御してもよい。燃料補給制御ユニットは、インターロック論理および／または移行条件を有するシーケンス論理を有し得る。
【００４０】
第１の発明において、出力ユニットは、充填準備完了信号を燃料補給制御ユニットに送信してもよい。出力ユニットから充填準備完了信号を受信すると、燃料補給制御ユニットは、対応するインターロックを解除することによって、および／またはＨ２燃料補給シーケンスの移行条件のステータスに影響を及ぼすことによって、Ｈ２制御弁の開放を許可することができる。
【００４１】
第１の発明において、燃料補給制御ユニットは、車両へのＨ２燃料補給を開始するための熱交換器温度条件のステータスに関する情報を表示してもよい。車両へのＨ２燃料補給を開始することを禁止するすべての条件および／またはインターロックが解除されると、燃料補給制御ユニットは、車両へのＨ２燃料補給を開始することができるという情報を表示するために、および／または音響装置によって知らせるために、信号を送信してもよい。
【００４２】
第１の発明において、燃料補給の終了が検出されると、燃料補給制御ユニットは、燃料補給終了信号を制御装置または弁制御ユニットに送信してもよい。
【００４３】
第１の発明において、制御装置は、車両待ち行列計算ユニットを含むことができ、これは、燃料補給を待っている車両がないことを示す信号を計算するために車両検出システムからの信号を用いる。
【００４４】
第１の発明において、車両待ち行列計算ユニットは、燃料補給を待っている車両がないというオペレータによる手動入力の可能性をさらに含んでもよい。
【００４５】
第１の発明において、車両待ち行列計算ユニットは、燃料補給を待っている車両がないことを示す信号を計算するために燃料補給終了信号をさらに使用してもよい。
【００４６】
第１の発明において、制御装置または弁制御ユニットは、燃料補給終了信号を受信した後に低温発生弁を閉鎖し、およびチラー圧縮機を停止するように制御してもよい。
【００４７】
第１の発明において、制御装置または弁制御ユニットは、燃料補給を待っている車両がないという信号を車両待ち行列計算ユニットから受信して初めて低温発生弁を閉鎖し、およびチラー圧縮機を停止するようにさらに制御してもよい。
【００４８】
第１の発明において、低圧受入装置（ＬＰＲ）は、圧縮機が始動するのに必要な時間中に気化した循環冷媒を集めるように設計することができる。第１の発明において、高圧受入装置（ＨＰＲ）は、何らかのレベル表示を有する圧力容器として設計することができる。第１の発明において、低圧受入装置は、何らかのレベル表示を有する容器として設計されてもよい。第１の発明において、低圧受入装置は、何らかのレベル表示を有する、低圧気相冷媒を蓄積するように設計された低圧ガスバッグを含むことができる。第１の発明において、低圧および／または高圧受入装置の圧力および／またはレベル表示は、冷却サイクルの適切な動作を達成するために、低温発生弁制御ユニットによって使用されてもよい。
【００４９】
第１の発明において、車両検出システムは、例えば、画像処理システムを備えたカメラ、ＩＲ検出器、地上の圧力検出器、地中の磁気ループ、またはいくつかの検出器および／または技術の組み合わせからなる。
【００５０】
第２の発明として、車両へのＨ２燃料補給方法は：
Ｈ２を燃料補給される車両が水素燃料補給ステーションに入りつつあることを検出すること；
循環ライン内で熱交換器の入口近くに設けられた低温発生弁を開放すること；
冷却剤によって循環冷媒を冷却するためにチラーを始動すること；
低温発生弁における減圧によって冷却された低温循環冷媒によって熱交換器を冷却すること；および
熱交換器の温度を所定の温度範囲内または目標温度近くに維持しながら、熱交換器によって冷却された低温Ｈ２を車両に燃料補給すること
を含む。第２の発明において、この方法は：
熱交換器の温度（ｔ１）を測定すること；
測定温度（ｔ１）が所定の温度範囲内にあるかどうか、または目標温度に十分に近いかどうかを判定すること；
測定温度（ｔ１）が所定の温度範囲内にあるか、目標温度に十分近いと判定した場合、充填準備完了信号を出力すること；および
Ｈ２制御弁の対応するインターロック条件を解除すること、および／またはＨ２燃料補給シーケンスの移行条件のステータスに影響を及ぼすこと
をさらに含み得る。第２の発明において、この方法は、アイドル時間の一部の間に、液体窒素タンクから供給される低温および／または液体窒素でＨ２を冷却する熱交換器がＦＣＶ燃料補給の間のその公称温度より７℃超昇温するように、および再充填される車両が到着すると熱交換器が冷却されるように、操作され得る。
【００５１】
第２の発明において、第１の発明と同様に、低温発生弁と熱交換器入口ノズルとの間の循環ラインのパイプの長さは、５ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ超〜４ｍ未満、さらに好ましくは０．０５ｍ超〜３ｍ未満であり得る。好ましくは、設置上の制約を考慮して、低温発生弁は熱交換器の入口のできるだけ近くに設置される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態１による水素再充填システムを示す説明的な図を示す。
【図２】実施形態１による水素再充填システムを示す説明的なフローチャートを示す。
【図３】水素再充填システムの従来技術を示す説明的な図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するためのものである。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で実施される各種の変形を含む。なお、以下で説明される構成のすべてが本発明の必須の構成であるとは限らない。
【００５４】
（実施形態１）
図１および２を参照して、第１の実施形態の水素燃料補給システム１について説明する。水素燃料補給システム１は、チラー１０と、分配器２０と、循環ライン３０とを含む。
【００５５】
まず、チラー１０について以下で説明する。低圧受入装置（ＬＰＲ）１４は、チラー１０内に設けられている。ＬＰＲ１４は、分配器２０の熱交換器２１から戻された循環冷媒によって供給される。ＬＰＲ１４は、循環冷媒の気相と液相とに分離することができる。循環冷媒が循環冷媒の気相および液相を有する流体混合物である場合、ＬＰＲ１４は循環冷媒の気相と循環冷媒の液相とに分離することができる。冷媒の液相は、ＬＰＲ１４の底部に貯留することができる。車両検出システム４０が車両を検出すると、チラー圧縮機１２が始動され、気相の循環冷媒は圧縮機１２を通過した後に冷却ユニット１１に供給されることができる。
【００５６】
ＬＰＲ１４は、限られた時間の間に（短時間で）Ｈ２が冷却されるように高い冷却パワーを有するために、気相の循環冷媒を蓄積することができる。ＬＰＲ１４は、圧縮機１２が始動するのに必要な時間中、気化した循環冷媒を集めるように設計されるのが好ましい。
【００５７】
チラー圧縮機１２は、チラー１０内に設けられる。チラー圧縮機１２は、ＬＰＲ１４からの気相の循環冷媒を所定の圧力範囲内で冷却ユニット１１に供給することができる。この実施形態では、チラー圧縮機１２は、例えばスクリュー圧縮機タイプであり、循環冷媒を例えば１．７〜１．９ＭＰａである所定の圧力範囲まで圧縮するために使用される。ＬＰＲ１４は、何らかのレベル表示を有する圧力容器として設計されてもよい。ＬＰＲ１４は、低圧気相冷媒を蓄積するように設計された低圧ガスバッグを含み得る。
【００５８】
冷却ユニット１１は、循環冷媒を冷却剤で冷却する。この実施形態では、循環冷媒はＲ４０４ａである。冷却剤の温度は、圧縮機吐出圧力における循環冷媒の沸点よりも低い。この実施形態では、冷却剤は冷却水である。
【００５９】
高圧受入装置（ＨＰＲ）１３は、チラー１０内に設けられる。チラー１０の安定した運転をより容易にするために、ＨＰＲ１３は、冷却ユニット１１から供給されるある程度の量の循環冷媒を貯蔵することができる。ＨＰＲ１３は、限られた時間の間に高い冷却パワーを提供する能力を有するように液相のいくらかの循環冷媒を蓄積するように設計される。ＨＰＲ１３は、何らかのレベル表示を有する圧力容器として設計されるのが好ましい。ＬＰＲ１４および／またはＨＰＲ１３の圧力および／またはレベルの表示は、冷却ループの適切な動作を達成するために弁制御ユニット５１によって使用されてもよい。
【００６０】
次に、分配器２０について以下で説明する。分配器２０は、チラー１０から供給される循環冷媒でＨ２を冷却する熱交換器２１を含む。分配器２０は、分配器ホースと、車両にＨ２を燃料補給するための燃料補給ノズルとを含む。この実施形態では、温度測定ユニット５１は、熱交換器金属塊を表す温度（ｔ１）を測定する。温度測定ユニット５１は、熱交換器２１内の循環ライン３０の流路において、熱交換器２１の壁で温度を測定してもよい。他の実施形態では、温度測定ユニット５１は、循環ライン３０内の熱交換器の出口で循環冷媒の温度を測定する。
【００６１】
次に、循環ライン３０について以下で説明する。循環ライン３０は、冷却ユニット１１と熱交換器２１との間で循環冷媒を循環させるラインである。循環ライン３０は構成され、通常のパイプまたは断熱されたパイプであり得る。
【００６２】
低温発生弁３１は、循環ライン３０内で熱交換器２１の入口近傍に設けられる。この実施形態では、低温発生弁３１は、例えば循環冷媒を減圧するために使用される絞り式の弁である。低温発生弁３１は、グローブ式弁またはニードル式弁であり得る。この実施形態では、低温発生弁３１が熱交換器２１の入口近傍に配置されている限り、低温発生弁３１は分配器２０の内外で循環ライン３０に配置することができる。この実施形態では、低温発生弁３１と熱交換器入口ノズルとの間の循環ライン３０のパイプの長さは５ｍ未満である。別の実施形態では、低温発生弁３１と熱交換器入口ノズルとの間の循環ライン３０のパイプの長さは、０．０５ｍ超〜４ｍ未満であり得、または０．０５ｍ超〜３ｍ未満であり得る。
【００６３】
低温発生弁と熱交換器入口ノズルとの間の長いパイプは、このラインが冷却のために冷却パワーを必要とし得、そして冷却損失が循環ライン３０に沿って起こり得るので、望ましくない。
【００６４】
車両検出システム４０は、Ｈ２を燃料補給する車両がＨＲＳ（水素燃料補給ステーション）に入って来たことを検出する。車両検出システム４０は、例えば、画像処理システムを備えたカメラ、ＩＲ検出器、地上の圧力検出器、地上の磁気ループ、またはいくつかの検出器および／または技術の組み合わせである。
【００６５】
次に、制御装置５０について以下で説明する。制御装置５０は、ハードウェアとソフトウェアプログラムとの組み合わせ、ファームウェア、専用回路またはそれらの組み合わせにより構成することができる。制御装置５０は、１つまたは複数の機能ユニット（それはいわゆる機能モジュールである）を含む。
【００６６】
制御装置５０は、車両検出システム４０の検出結果と特定の制御ストラテジとに基づいて、低温発生弁３１の開放を制御し、かつチラー圧縮機１２の始動を制御する。より具体的には、制御装置５０は、以下の機能を含む。
【００６７】
弁制御ユニット５６は、温度測定ユニット５１によって測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲内または目標温度付近に維持されるように、低温発生弁３１の開口率を調整することができる。低温発生弁３１の開口率を調整することにより、熱交換器２１を所定の目標温度まで急冷し、燃料補給の間のＨ２の温度を所定の温度範囲に到達した後に所望の温度範囲内に維持することができる。
【００６８】
弁制御ユニット５６は、ＨＲＳに入りつつあるＦＣＶを検出すると、急速冷却を達成するために第１のストラテジを使用し得、測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲に達した後、熱交換器温度（ｔ１）を所定の温度範囲内に維持するために第２のストラテジを使用し得、その後、ＦＣＶへのＨ２燃料補給中に第３のストラテジを使用し得、最後に燃料補給終了後に第４のストラテジを使用し得る。
【００６９】
この実施形態では、弁制御ユニット５６は、ＨＲＳに入りつつあるＦＣＶを検出すると、ＨＰＲ内のレベルが低い値に達するまで一定の開口率で開放され、次にレベル制御ユニットを使用してＨＰＲ内の測定レベルを所定のレベル範囲内に維持する。
【００７０】
この実施形態では、弁制御ユニット５６はまた、冷媒がわずかに過熱され、液体冷媒が熱交換器を出ないように、循環ラインまたは出口ライン内の熱交換器の出口における循環冷媒の温度を制御するために使用され得る。
【００７１】
他の実施形態では、上記の制御の代わりにまたはそれに加えて、弁制御ユニット５６は、圧力制御ユニット、レベル制御ユニット、または所定の固定開放値を含むことができる。圧力制御ユニットは、例えばＰＩＤアルゴリズムを使用して、循環ラインまたは出口ライン内で熱交換器の出口に設けられた圧力計によって測定された圧力に応じて低温発生弁の開口率を調整することができる。レベル制御ユニットは、例えばＰＩＤアルゴリズムを使用して、ＬＰＲに設けられているレベル計によって測定されたレベルに応じて低温発生弁の開口率を調整することができる。
【００７２】
温度比較ユニット５２は、温度測定ユニット５１により測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲内または目標温度の十分近くに維持されているかどうかを判定する。
【００７３】
出力ユニット５３は、測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲内にあるまたは目標温度に十分近いと温度比較ユニット５２が判定した場合に、充填準備完了信号を出力する。
【００７４】
この実施形態では、熱交換器温度（ｔ１）の所定の温度範囲は、例えば−４５℃〜−３５℃であり得、その間に目標温度がある。燃料補給中の分配器出口におけるＨ２の所望の温度範囲は、例えば、−４０℃〜−３３℃であり得る。
【００７５】
出力ユニット５３は、燃料補給制御ユニット５４に充填準備完了信号を送信する。
【００７６】
燃料補給制御ユニット５４は、分配器２０による車両へのＨ２燃料補給の流れを制御する。Ｈ２燃料補給の間、燃料補給制御ユニット５４は、１つの高圧Ｈ２源２６と接続する分配器Ｈ２ライン２５上のＨ２制御弁２３の開口率を制御し、それによりＨ２源２６から熱交換器２１にＨ２を供給するようにする。
【００７７】
燃料補給制御ユニット５４は、インターロック論理および／または移行条件を有するシーケンス論理を有する。典型的には、Ｈ２制御弁２３は、インターロック論理および／またはシーケンス論理の機能によって開放されない、すなわち閉鎖される。関連するインターロックを解除することおよび／またはＨ２燃料補給シーケンス移行条件に影響を及ぼすことによって、Ｈ２を燃料補給することができる。
【００７８】
この実施形態では、燃料補給制御ユニット５４は、出力ユニット５３から充填準備完了信号を受信した後、Ｈ２制御弁２３の対応するインターロック状態を解除し、および／またはＨ２燃料補給シーケンスの移行条件のステータスに影響を及ぼす。その後、車両へのＨ２燃料補給を開始することを禁止する他のすべての条件および／またはインターロックが解除されると、オペレータまたは顧客による手動の命令に応じて、燃料補給制御ユニットは燃料補給を開始し、Ｈ２制御弁２３を開放する。
【００７９】
燃料補給制御ユニット５４は、車両へのＨ２燃料補給を開始するために、熱交換器の温度条件のステータスに関する情報を表示する。車両へのＨ２燃料補給を開始することを禁止するすべての条件および／またはインターロックが解除されると、燃料補給制御ユニット５４は、車両へのＨ２燃料補給を開始することができるという情報を表示するためにおよび／または音響装置によって知らせるために信号を送信する。
【００８０】
燃料補給制御ユニット５４は、燃料補給終了の信号を送信する。燃料補給終了の信号は、例えば、充填終了条件に達したことおよびＨ２制御弁２３が閉鎖されたことを示す（知らせる）ための信号である。
【００８１】
この実施形態では、車両待ち行列計算ユニット５５は、車両検出システム４０からの検出信号を用いることによって、燃料補給を待っている車両がないことを示す信号を計算する。車両待ち行列計算ユニット５５は、燃料補給を待っている車両がないというオペレータによる手動入力の可能性を含み得る。車両待ち行列計算ユニット５５は、燃料補給を待っている車両がないことを示す信号を計算するために燃料補給終了信号を用いてもよい。
【００８２】
この実施形態では、弁制御ユニット５６は、燃料補給制御ユニット５４から燃料補給終了の信号を受け取った後、および車両待ち行列計算ユニット５５から燃料補給を待っている車両がないという信号を受け取った後、およびＨＰＲ１３のレベルが高い値に達している限り、低温発生弁３１を閉鎖し、チラー圧縮機１２を停止するように制御する。
【００８３】
次に図２のフローチャートを以下に説明する。ＨＲＳアイドル時間において、ＨＰＲ１３のレベルが高い値に達すると、チラー１０が停止され、低温発生弁３１が閉鎖され、システム１は周囲温度に戻る（ステップＳ１）。システム１が周囲温度に戻る代わりに別の実施形態として、制御装置５０は、低温発生弁３１の開放を以下のように制御してもよい、すなわち、システム１のアイドル時間の一部の間に、チラー１０から提供される循環冷媒でＨ２を冷却する熱交換器２１が、ＦＣＶ燃料補給中のその公称温度よりも７℃超昇温し、再充填される車両が到着すると冷却されるように低温発生弁３１の開放を制御してもよい。
【００８４】
車両検出システム４０は、Ｈ２を燃料補給される車両がＨＲＳに入りつつあることを検出する（移行Ｔ１）。
【００８５】
制御装置５０が低温発生弁３１の開放を制御し、かつチラー１０を始動するように制御する（ステップＳ２）。チラー圧縮機１２はＬＰＲ１４から気相の循環冷媒を供給されるようにおよび冷却ユニット１１に放出するように始動される。循環冷媒は冷却ユニット１１によって冷却水で冷却される。循環冷媒はＨＰＲ１３に送られ、次いで循環ライン３０を介して低温発生弁３１に送られる。
【００８６】
この実施形態では、限られた時間の間に高い冷却パワーを提供する能力を有するために、ある量または液相の循環冷媒が予めＨＰＲ１３に貯蔵されている。
【００８７】
循環冷媒は低温発生弁３１内で減圧によって冷却され、次いで熱交換器２１に供給される。熱交換器２１内の温度は急速に低下する。循環冷媒は熱交換器２１から循環ライン３０を介してＬＰＲ１４へ送られる。
【００８８】
まず、弁制御ユニット５６は、ＨＲＳにＦＣＶが入りつつあることを検出すると低温発生弁３１を一定の高い開口率に制御し、かくして高い冷却パワーを提供する。圧縮機１２の収容能力を超える気化冷媒の流れはＬＰＲ１４に貯蔵される。次いで、ＨＰＲ１３で測定された液体レベルが低い値に達すると、弁制御ユニット５６はＨＰＲ１３のレベルを所定のレベル範囲内に制御するようにストラテジを変更する。
【００８９】
熱交換器２１の温度は温度測定ユニット５１によって測定される。温度比較ユニット５２は、温度測定ユニット５１によって測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲内にあるかどうか、または目標温度に十分近いかどうかを判定する。
【００９０】
その間、燃料補給される車両は分配器の前に配置される。次に、オペレータまたは顧客は、分配器ホースおよびノズルを使用してＦＣＶ受け口を分配器に接続する。
【００９１】
出力ユニット５３は、測定された温度（ｔ１）が所定の温度範囲内にあるまたは目標温度に十分近いと温度比較ユニット５２が判断すると、充填準備完了信号を出力する。出力ユニット５３から充填準備完了信号を受信した後、燃料補給制御ユニット５４は、Ｈ２制御弁２３上の対応するインターロック条件を解除し、および／またはＨ２燃料補給シーケンスの移行条件のステータスに影響を及ぼす。
【００９２】
出力ユニット５３から充填準備完了信号を受信した後、弁制御ユニット５６は、冷媒がわずかに過熱されるようにおよび液体冷媒が熱交換器を出ないように、循環ラインまたは出口ライン内の熱交換器の出口の循環冷媒の温度を制御するようにストラテジを変更する。この動作モードにおいて、チラーは、ＨＰＲ内の冷媒のレベルが高い値に達するまでチラーが高い冷却パワーで維持されるように、いくらか余分な冷却パワーを有するようなサイズにされる。
【００９３】
その後、他の充填準備完了条件が満たされると（例えば、分配器ノズルがＦＣＶ受け口に接続されたことの検出）、システムはステップＳ３に進む（移行Ｔ２）。
【００９４】
ＨＲＳは充填準備完了ステータスにあり、熱交換器温度を所定の温度範囲内または目標温度近くに維持するために、冷媒は循環し続ける（ステップＳ３）。弁制御ユニット５６は、熱交換器温度（ｔ１）を所定の温度範囲内に維持するために同じストラテジを使用し続ける。
【００９５】
燃料補給制御ユニット５４は、車両へのＨ２燃料補給を開始するために、熱交換器の温度条件のステータスに関する情報を表示する。燃料補給制御ユニット５４は、車両へのＨ２燃料補給を開始することができるという情報を表示するため、および／または音響装置によって知らせるために信号を送信する。
【００９６】
オペレータまたは顧客は、車両にＨ２燃料補給の開始命令を与える（移行Ｔ３）。
【００９７】
充填手順に従って、燃料補給制御ユニット５４は、水素高圧源２６からＦＣＶのタンクに水素を移送するために、Ｈ２制御弁２３を制御し；熱交換器を所定の温度範囲内または目標温度近くに維持するために、冷媒は循環し続ける（ステップＳ４）。弁制御ユニット５６は、熱交換器温度（ｔ１）を所定の温度範囲内に維持するために同じストラテジを使用し続ける。
【００９８】
燃料補給制御ユニット５４は、充填終了条件に達し、Ｈ２制御弁２３が閉鎖されたことを示す（知らせる）燃料補給終了の信号を送信する（移行Ｔ４）。
【００９９】
車両待ち行列計算ユニット５５が燃料補給を待っている他の車両がないという信号を送信する場合、システムは既に上述したステップＳ１に進む。
【０１００】
車両待ち行列計算ユニット５５が別の車両が燃料補給を待っているという信号を送信した場合、システムは後述するステップＳ５に進む。
【０１０１】
燃料補給される次の車両は、分配器の前に配置される。次に、オペレータまたは顧客は、分配器ホースおよびノズルを使用してＦＣＶ受け口を分配器に接続する（ステップＳ５）。弁制御ユニット５６は、熱交換器温度（ｔ１）を所定の温度範囲内に維持するために同じストラテジを使用し続ける。
【０１０２】
その後、他の充填準備完了条件が満たされると（例えば、分配器ノズルがＦＣＶ受け口に接続されたことの検出）、システムは既に上述したステップＳ３に進む（移行Ｔ２）。
【０１０３】
（実施例１）
現在、Ｈ２分配器に使用されている小型ステンレス鋼拡散接合熱交換器の重さは、約１５０ｋｇであり得る。この熱交換器の塊を３０℃から−４０℃に冷却するためには、約５０００ｋＪが必要である。これは、約３０ｋＷの冷却パワーで３分以内に達成可能である。そのようなパワーは、小型のコンパクトなチラーによって達成可能である。より短い冷却時間または減少されたチラー冷却パワーは、上記のようにＨＰＲ内である量の液体冷媒を貯蔵するストラテジを用いることによって達成され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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