(57)【要約】【課題】乗り物を水素で充填するための水素燃料補給システムの供給管を冷却する有利な手段を提供する。【解決手段】本発明のシステムは、水素供給部と、冷却システムを含む水素センターエンクロージャーとを含む。冷却システムは、乗り物へ送達される水素を冷却するように構成されている。システムは更に、乗り物の容器へ水素を供給するように構成されたディスペンサーを含んでいる。センターエンクロージャーからディスペンサーへ水素を案内するように、供給管が構成されている。システムは更に、センターエンクロージャーからディスペンサーへ向かって供給管冷却媒体を案内するように構成された前送り通路と、供給管冷却媒体の少なくとも一部を案内し水素センターエンクロージャーへ戻すように構成された戻り通路と、を含んでいる。前送り通路及び戻り通路の少なくとも一方が冷却システムと熱的に結合されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗り物（３）の容器（２）を水素で充填するための水素燃料補給システム（１）であって、前記水素燃料補給システム（１）が、
−  供給管（１７）によってディスペンサー（１４）に流体的に接続された、水素センターエンクロージャー（１１）と、
−  冷却回路（２４）に接続された、冷却システム（９）と、
−  コントローラー（１０）と、
を備え、
前記冷却回路（２４）の少なくとも一部が、前記供給管（１７）に熱的に結合されており、
前記供給管（１７）の温度がマイナス１０℃〜マイナス５０℃であるように、前記コントローラー（１０）が、前記冷却システム（９）を制御し、これによって前記供給管（１７）の温度を制御するように形成されている、
水素燃料補給システム（１）。
【請求項２】
前記コントローラー（１０）が、前記冷却システム（９）をマイナス４５℃の温度まで制御するように形成されている、
請求項１に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項３】
前記冷却システム（９）が、水素供給部（１２）から前記ディスペンサー（１４）を介して前記容器（２）へ送達される水素を冷却するように構成されていて、前記供給管（１７）が、前記水素センターエンクロージャー（１１）から前記ディスペンサー（１４）へ水素を案内するように構成されており、
−  前送り通路（２０）が、前記冷却システム（９）から前記ディスペンサー（１４）へ向かって、供給管冷却媒体を案内するように構成されており、前記前送り通路が、前記水素センターエンクロージャー（１１）と前記ディスペンサー（１４）との間の距離の少なくとも一部にわたって延びており、
−  戻り通路（２１）が、前記供給管冷却媒体の少なくとも一部を案内して前記冷却システム（９）へ戻すように構成されており、前記前送り通路及び戻り通路（２０，２１）の少なくとも一方が、前記冷却システム（９）と熱的に結合されており、
−  前記前送り通路（２０）及び／又は戻り通路（２１）の前記一方が、前記供給管（１７）の冷却を行っている、
請求項１又は２に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項４】
供給管冷却媒体が、前送り通路（２０）に入るときには液体状態であり、前記戻り通路（２１）内では気体状態に向かって状態変化する冷却剤である、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項５】
前記前送り通路（２０）が、前記供給管（１７）の長さの少なくとも一部にわたって前記供給管（１７）から熱的に絶縁されており、前記戻り通路（２１）が、前記供給管（１７）の長さの少なくとも一部にわたって前記供給管（１７）と熱的に結合されている、
請求項３又は４に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項６】
前記コントローラー（１０）が、作動値に依存して前記供給管（１７）の温度を制御するように形成されている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項７】
前記作動値は、測定された温度、測定された圧力、時間、測定された流量値、又は温度パラメータのうちの１つである、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項８】
前記冷却システム（９）が、更に、供給管冷却媒体を冷却するように構成されている、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項９】
前記冷却システム（９）が、供給管冷却媒体を前送り通路（２０）へ案内するように構成されている、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１０】
供給管冷却媒体を閉回路内で循環させるためのポンプ（２２，４２）を備えている、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１１】
前記コントローラー（１０）が、作動値に依存して前記ポンプ（２２，４２）を制御するように構成されている、
請求項１０に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１２】
前記水素燃料補給システム（１）は、前送り通路及び戻り通路（２０，２１）が前記供給管（１７）から流体的に接続を断たれるように形成されている、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１３】
前記冷却システム（９）が、前記冷却システム（９）内の入力冷却回路（１８）内で循環させられる冷却流体によって冷却されるように構成されている、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１４】
前送り通路及び戻り通路（２０，２１）が、前記冷却システム（９）内で循環させられる冷却流体によって冷却されるように構成されている、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１５】
前送り通路及び戻り通路（２０，２１）内の供給管冷却媒体が、冷却流体である、
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１６】
前送り通路及び戻り通路（２０，２１）内の供給管冷却媒体を、冷却流体との熱交換によって冷却し得るように、前記前送り通路及び戻り通路（２０，２１）が構成されている、
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１７】
前送り通路及び戻り通路（２０，２１）は、前記冷却システム（９）内で循環させられる冷却流体の流れの少なくとも一部が、前記前送り通路及び戻り通路（２０，２１）内で循環させられるのを可能にするように、前記冷却システム（９）と流体的に接続されている、
請求項１から１６までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１８】
前送り通路及び戻り通路（２０，２１）内の冷却流体が、気体状態の冷却流体と、液体状態の冷却流体と、を含んでいる、
請求項１から１７までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項１９】
前送り通路（２０）と前記供給管（１７）とが互いに並んで配置されている、
請求項１から１８までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２０】
戻り通路（２１）と前記供給管（１７）とが互いに並んで配置されている、
請求項１から１９までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２１】
更に、前送り通路（２０）又は戻り通路（２１）と前記供給管（１７）とを熱的に結合するために、前記供給管（１７）に沿って配置された熱伝導性手段（３０）を備えている、
請求項１から２０までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２２】
前記コントローラー（１０）が、前記供給管（１７）又は前記供給管（１７）内の水素の温度に関連する温度パラメータに依存して、前記供給管（１７）の温度を制御するように形成されている、
請求項１から２１までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２３】
前記コントローラー（１０）が、水素供給ライン（１７）の温度が閾値を上回る場合、前記水素供給ライン（１７）の冷却を行うようにされている、
請求項１から２２までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２４】
前送り通路（２０）又は戻り通路（２１）によって行われる水素供給ライン（１７）の冷却が、前記水素供給ライン（１７）の温度が閾値よりも高くなると前記コントローラー（１０）によって開始され、前記閾値は、マイナス１０℃〜マイナス５０℃の範囲内、好ましくはマイナス１５℃〜マイナス４５℃の範囲内、最も好ましくはマイナス１６℃〜マイナス４０℃の範囲内で選択されている、
請求項１から２３までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２５】
前記コントローラー（１０）が、所定の時間間隔で水素供給ライン（１７）の冷却を行っている、
請求項１から２４までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２６】
前記コントローラー（１０）の所定の時間間隔が、周囲温度、水素供給ラインの長さ、水素供給ラインの材料、及び水素温度、を含むリストの少なくとも１つに関連する入力に基づいて動的に計算されている、
請求項１から２５までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２７】
前記コントローラー（１０）の所定の時間間隔が、前回の燃料補給、温度判定、又は最新のフラッシング、のうちの１つの終了時で始まっている、
請求項１から２６までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２８】
前記冷却システム（９）が、冷却剤を固体状態で含んでいる、
請求項１から２７までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項２９】
水素燃料補給システム（１）内の供給管（１７）を冷却する方法であって、
前記水素燃料補給システム（１）が乗り物（３）の容器（２）を水素で充填するように構成されており、前記水素燃料補給システム（１）が、水素供給部（１２）と、水素センターエンクロージャーと、前記容器（２）へ送達される水素を冷却するように構成された冷却システム（９）と、前記容器（２）へ水素を供給するように構成されたディスペンサー（１４）と、前記水素センターエンクロージャー（１１）から前記ディスペンサー（１４）へ水素を案内するように構成された供給管（１７）と、を備え、
前記方法が、
−  前記冷却システム（９）から前送り通路（２０）を通して前記ディスペンサー（１４）へ向かって供給管冷却媒体を案内するステップと、
−  前記供給管冷却媒体の少なくとも一部を案内して、戻り通路（２１）を通して前記冷却システム（９）へ戻すステップと、
を備え、
前記前送り通路及び戻り通路（２０，２１）の少なくとも一方が、前記冷却システム（９）と熱的に結合されており、前記前送り通路及び戻り通路（２０，２１）の少なくとも一方が、前記供給管（１７）を冷却する、
水素燃料補給システム（１）内の供給管（１７）を冷却する方法。
【請求項３０】
前記供給管（１７）を冷却するのが前記戻り通路（２１）である、
請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項２９又は３０に記載の方法によって制御されている、
請求項１から２８までのいずれか１項に記載の水素燃料補給システム（１）。
【請求項３２】
水素燃料補給システム（１）内の水素センターエンクロージャー（１１）とディスペンサー（１４）との間の供給ライン（１７）を冷却するための、前送り通路（２０）及び戻り通路（２１）内の供給管冷却媒体としての、二酸化炭素の使用。
【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に関し、具体的には、このような燃料補給システムの供給管を冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗り物に供給される水素の温度は、燃料補給開始から３０秒以内でマイナス３３℃〜マイナス４０℃の範囲内になることが好ましい。例えば夜間、水素燃料補給ステーションの燃料補給が行われない場合には、水素フィードラインは周囲温度まで加熱されることがあり、この温度は容易にプラス５〜１０℃となり得る。したがって、このような無補給期間後、最初の燃料補給が開始されるときには、冷却システムは、補給開始から所望の時間以内に水素を所望の温度まで冷却しなければならない。したがって、燃料補給システムの構成部分、例えば水素フィードライン、の熱慣性のために、燃料補給開始から決められた時間以内で温度要件を満たすことが難しい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１３５２５８号
【特許文献２】国際公開第２０１１／０１８１７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、冷却された水素を、タンクフィードラインを通して供給することによって、タンクフィードラインを冷却する、解決手段を開示している。冷却された水素は、水素貯蔵システムから、タンクフィードラインを介して、タンクフィードラインにおける接続点へ送られる。この解決手段によれば、タンクフィードラインを冷却するために、水素は、接続点から供給タンクシステムへ戻される。水素を貯蔵システムへ戻すことは、水素を貯蔵システムへ戻すために所定の長さの管を使用することが必要となるため、不都合な場合がある。更に、水素のための戻り通路内に貯蔵システムを含むことは、更に冷却が必要となる可能性があり、不都合な場合がある。
【０００５】
特許文献２は、貯蔵容器を、圧縮された水素をディスペンサーから供給して充填する方法を開示している。水素は、圧縮機ステーション内に配置された圧縮機によって圧縮される。特許文献２は、冷却システムの熱交換器の一部として充填ラインを使用することによって、圧縮機ステーションとディスペンサーとの間の充填ライン内の水素を少なくとも部分的に冷却することを開示している。冷却システムの能力を、圧縮機ステーションとディスペンサーとの間の長さに依存させることは、水素燃料補給ステーションの設計自由度を制限することとなり、この方式は望ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１実施形態は、乗り物の容器を水素で充填するための水素燃料補給システムであって、水素燃料補給システムが、供給管によってディスペンサーに流体的に接続された水素センターエンクロージャーと、冷却回路に接続された冷却システムと、コントローラーとを含み、冷却回路の少なくとも一部が、供給管に熱的に結合されており、そして供給管の温度がマイナス１０℃〜マイナス５０℃であるように、コントローラーが、冷却システムを制御し、これによって供給管の温度を制御するように形成されている、水素燃料補給システムに関する。
【０００７】
供給管の温度は、水素燃料補給ステーションの通常作動以外では変動することはあるが、定常状態では、すなわち燃料補給間又は燃料補給中には、指定温度範囲が維持される。定常状態以外、例えば水素燃料補給システムの機能不全時又は起動中においては、供給管の温度は少なくとも、送達される水素の基準指定温度の遵守に関しては重要でない。
【０００８】
本発明の１実施形態によれば、コントローラーはマイナス４５℃の温度まで冷却システムを制御するように形成されている。冷却システムの温度を制御することができ、これによって供給管の温度を例えばマイナス１０℃〜マイナス５０℃の範囲で、そして水素の温度を例えばマイナス４５℃の温度まで制御できることが、冷却回路（又はその冷却剤）と供給管（又はその水素）との間の正味熱伝達（net heat transfer）を低減し、好ましくはほぼ排除し得るという点で有利である。
【０００９】
正味熱伝達は、ディスペンサーに最も近い、供給管と冷却回路との熱的結合点で測定することができる。正味熱伝達は、ディスペンサーにおいて水素の温度と冷却回路の供給管冷却媒体の温度とを測定することにより判定されると有利である。
【００１０】
ディスペンサーにおいて水素の最大温度を有しながらこのような小さなデルタ温度差を容易にするためには、供給管冷却媒体の規則的又は連続的な循環が必要である。
【００１１】
正味熱伝達は、できる限り間隔が長い２つの供給管測定点間でゼロであることが好ましい。この間隔は好ましくは、地下における距離である。
【００１２】
冷却システムが水素センターエンクロージャー内部に、又は水素センターエンクロージャーに並んで配置されていることが好ましいが、しかしこのことは本発明にとって必須というわけではない。
【００１３】
ディスペンサーにおいて測定される水素の温度は、既存の温度センサによって測定することができる。
【００１４】
本発明の１実施形態によれば、冷却システムが、水素供給部からディスペンサーを介して容器へ送達される水素を冷却するように構成されていて、供給管が、センターエンクロージャーからディスペンサーへ水素を案内するように構成されており、冷却回路が、少なくとも部分的に、前送り通路と流体的に接続された戻り通路によって形成され、これにより供給管冷却媒体の循環を行い、前送り通路が、冷却システムからディスペンサーへ向かって、供給管冷却媒体を案内するように構成されており、前送り通路が水素センターとディスペンサーとの間の距離の少なくとも一部にわたって延びており、そして、戻り通路が、供給管冷却媒体の少なくとも一部を案内して冷却システムへ戻すように構成されており、前送り通路及び戻り通路の少なくとも一方が、この冷却システムと熱的に結合されており、この場合、供給管の冷却を行う前送り通路及び／又は戻り通路の一方が、供給管の長さの少なくとも一部にわたって供給管と熱的に結合されているのに対して、供給管の冷却を行わない、前送り通路及び戻り通路の一方が、供給管の長さの少なくとも一部にわたって供給管から熱的に絶縁されている。
【００１５】
本発明の１実施形態によれば、供給管冷却媒体が、前送り通路に入るときには液体状態であり、そして戻り通路内では気体状態に向かって状態変化する、冷却剤である。冷却剤としては、二酸化炭素が有利であり、これは、冷却回路の前送り通路内の二酸化炭素と冷却回路の戻り通路内の二酸化炭素との温度差が小さいという点で、有利である。しかしながら、任意の冷却剤を使用することもできる。これは、液体状態と気体状態との間の位相シフトのためであり、液体状態と気体状態との間の位相シフトは、冷却剤の温度を安定に保つ。このことは、供給管を冷却するために冷却回路内で循環させる必要のある二酸化炭素の量を、低減することになる。
【００１６】
本発明の１実施形態によれば、前送り通路が、供給管の長さの少なくとも一部にわたって供給管から熱的に絶縁されており、そして戻り通路が、供給管の長さの少なくとも一部にわたって供給管と熱的に結合されている。有利なのは、冷却剤の完全な気体状態への状態変化（そして、これによって冷却剤の温度が上昇し始めたときの状態変化）が、供給管の出発点のできる限り近くで発生することである。これにより、冷却剤のできる限り多くの冷却能力が、確実に、ディスペンサーにできる限り接近する。
【００１７】
供給管冷却媒体を前送り通路及び戻り通路内で循環させることができるように、前送り通路と戻り通路とは閉回路の一部を形成すると有利である。前送り通路と戻り通路とは直接又は間接に接続されてよく、これにより、供給管冷却媒体は冷却システムを介して、例えば冷却システムを通して又は冷却システムを介してこれらの前送り通路及び戻り通路を通って繰り返し循環させられる。このように、供給管冷却媒体は水素供給部を介して循環させられる必要がない場合がある。したがって、供給管冷却媒体は比較的短い距離を横断し得るので、例えば戻り通路からの熱損失を低く保つことができる。更に、循環路の比較的短い距離は、閉回路に必要とされる管の量を低減するので有利である。
【００１８】
１実施形態によれば、コントローラーが、作動値に依存して供給管の温度を制御するように形成されている。供給管の温度を制御することにより、供給管の温度を所望の温度範囲内に、又は所望の温度設定点の近くに、確実に維持することができる。したがって、コントローラーにより、冷却済水素流がない場合がある燃料補給プロセス間において供給管の温度を所望の温度で維持することができる。例えば、作動値は、測定された温度、測定された圧力、時間、測定された流量値、又は温度パラメータのうちの１つであってよい。
【００１９】
１実施形態によれば、冷却システムが、更に、供給管冷却媒体を冷却するように構成されている。前送り通路及び戻り通路を冷却システムと熱的に結合することにより、供給管冷却媒体の冷却を達成することができる。冷却システムは、水素供給部からの水素を冷却すること、そして前送り通路及び戻り通路のための供給管冷却媒体を冷却すること、の両方の目的で使用されるので有利である。
【００２０】
１実施形態によれば、冷却システムが、供給管冷却媒体を前送り通路へ案内するように構成されている。このように、前送り通路は冷却システムと流体的に接続されていてよい。
【００２１】
１実施形態によれば、戻り通路は前送り通路と流体的に接続されて、戻り通路及び前送り通路が、供給管冷却媒体を循環させるための閉回路の一部を形成するようになっている。このように、前送り通路及び戻り通路は閉回路を構成するか、又は閉回路の一部を形成することができる。閉回路の他の部分は、冷却システムの一部、接続管、ポンプ、及び弁を含んでよい。戻り通路と前送り通路との流体的な接続は、供給管冷却媒体が連続的に循環させられるように、すなわち閉回路を通る流速及び質量流量が、決められた時点においてほぼ同じであるように、構成されていてよい。
【００２２】
１実施形態によれば、水素燃料補給システムは、供給管冷却媒体を閉回路内で循環させるためのポンプを含む。コントローラーは、作動値に依存してポンプを制御するように構成されていてよい。あるいは、閉回路内の冷却剤をポンピングする代わりに、第１のタンクと第２のタンクとの圧力差を利用して冷却剤を循環させることもできる。供給管冷却媒体の流速を、供給管の温度を制御するために制御することができるので有利である。
【００２３】
１実施形態によれば、前送り通路は供給管の長さの少なくとも一部から成る。供給管が燃料補給目的で使用されるのではない場合、供給管は、供給管の温度を所望の範囲内に維持する目的で前送り通路として使用できるので有利である。このことは、供給管冷却媒体が水素である実施形態において特に有利である。
【００２４】
１実施形態によれば、供給管は遮断弁を含む。遮断弁は、水素を戻り通路へ導くか、又は水素を燃料供給ホースへ導くように制御することができる。遮断弁は、コントローラーによって制御されるようになっていてよく、これにより燃料補給が完了すると、遮断弁は水素を戻り通路へ導くように制御することにより、閉回路、すなわち閉じた冷却回路内の供給管冷却媒体、例えば水素の循環を開始する。
【００２５】
１実施形態によれば、水素燃料補給システムは、戻り通路内の水素が水素供給部へ戻るのを禁止するように構成された更なる遮断弁を含む。したがって、この更なる遮断弁によって、水素供給部から流体的に遮断された閉回路‐前送り通路と戻り通路とを含む閉回路‐を得ることができる。
【００２６】
１実施形態によれば、水素燃料補給システムは、前送り通路及び戻り通路が供給管から流体的に接続を断たれるように形成されていてよい。前送り通路及び戻り通路は供給管の作動とは独立して操作することができるため、供給管は燃料補給プロセス中及び燃料補給プロセス間の両方において冷却し得るので有利である。
【００２７】
１実施形態によれば、冷却システムが、冷却システム内の入力冷却回路内で循環させられる冷却流体によって冷却されるように構成されている。例えば、冷却流体は二酸化炭素であってよい。
【００２８】
１実施形態によれば、前送り通路及び戻り通路が、冷却システム内で循環させられる冷却流体によって冷却されるように構成されていてよい。したがって、冷却システム内の冷却と、前送り通路及び戻り通路内の冷却とのために同じ冷却流体を使用することができる。したがって、前送り通路及び戻り通路内の供給管冷却媒体は冷却流体であるか、又は冷却流体と流体的に連通していない供給管冷却媒体であってよい。
【００２９】
なお、冷却流体と供給管冷却媒体とは区別することができる。この場合、供給管冷却媒体は前送り通路及び戻り通路内で循環させられる冷却媒体を意味し、そして冷却流体は冷却システムを冷却するのに使用される冷却流体を意味する。
【００３０】
１実施形態によれば、前送り通路及び戻り通路内の供給管冷却媒体を、冷却流体との熱交換によって冷却し得るように、前送り通路及び戻り通路が構成されている。したがって、供給管冷却媒体は冷却流体と接触する必要がなく、その逆も当てはまる。
【００３１】
１実施形態によれば、前送り通路及び戻り通路は、冷却システム内で循環させられる冷却流体の流れの少なくとも一部が、前送り通路及び戻り通路内で循環させられるのを可能にするように、冷却システムと流体的に接続されている。この実施形態によれば、冷却流体は冷却システム内の冷却剤としても、そして供給管を冷却するためにも使用することができるので有利である。
【００３２】
１実施形態によれば、前送り通路及び戻り通路内の冷却流体が、気体状態の冷却流体と、液体状態の冷却流体とを含む。気体状態の冷却流体と液体状態の冷却流体との決められた比を有することにより、前送り通路の温度を前送り通路に沿ってほぼ一定にすることができ、したがって供給管に沿った温度をほぼ一定にすることができ、又は供給管に沿った温度変動を小さくすることができるので有利である。
【００３３】
１実施形態によれば、前送り通路は管の長さの少なくとも一部にわたって供給管と熱的に結合されている。このように熱的な結合によって、供給管の温度は前送り通路を介して制御することができる。
【００３４】
１実施形態によれば、戻り通路が、供給管の長さの少なくとも一部にわたって供給管から熱的に絶縁されている。戻り管の少なくとも一部は、供給管の反対側の部分、及び／又は前送り通路の反対側の部分よりも高温であってよいので、この絶縁は、供給管及び／又は前送り通路が、戻り通路のより高温の部分によって不必要に加熱されないことを確実にするので有利である。
【００３５】
１実施形態によれば、前送り通路と供給管とが互いに並んで配置されている。これらの管を互いに並んだ状態で配置すると、流体接続を形成するためのシンプルな手段を提供できるので有利である。
【００３６】
１実施形態によれば、水素燃料補給システムは更に、前送り通路と供給管とを熱的に結合するために、供給管に沿って配置された熱伝導手段を含んでよい。熱伝導手段、例えば熱伝導構造又は材料は、前送り通路と供給管との間の熱伝導を改善し得るので有利である。
【００３７】
１実施形態によれば、コントローラーが、供給管又は供給管内の水素の温度に関連する温度パラメータに依存して、供給管の温度を制御するように形成されている。例えば、このような温度パラメータは、前送り通路又は戻り通路内の供給管冷却媒体の圧力、供給管の場所で測定された温度であってよい。
【００３８】
１実施形態によれば、水素供給ラインの温度が閾値を上回ると、コントローラーが、この水素供給ラインの冷却を行う。冷却システムを通る水素が、供給ライン内の水素の温度を低下させ、これによって水素供給ライン自体の温度を低下させるので有利である。
【００３９】
１実施形態によれば、前送り通路及び／又は戻り通路によって行われる供給ラインの冷却が、供給ラインの温度が閾値よりも高くなるとコントローラーによって開始され、閾値はマイナス１０℃〜マイナス５０℃の範囲内、好ましくはマイナス１５℃〜マイナス４５℃の範囲内、そして最も好ましくはマイナス１６℃〜マイナス４０℃の範囲内で選択される。
【００４０】
このことは、このようにすればコントローラーが燃料補給間の供給ラインの温度の温度制御を容易にし、これによって供給ラインの好ましい温度が次回の燃料補給まで維持されるので有利である。供給ラインの冷却は、続いて行う２回の燃料補給の間に、何回でも容易に行うことができるが、このことは、当然ながら、続いて行う２回の燃料補給の間の時間に依存する。
【００４１】
１実施形態によれば、コントローラーが、所定の時間間隔で供給ラインの冷却を行う。所定の時間間隔は、固定値とすることができ、この固定値は、水素供給ラインの温度を、決められた閾値を確実に超えないようにする。したがってそれを超えたときにフラッシングを開始する時間閾値が確立されると言える。フラッシングは、水素供給ラインの所望の温度を確保する。
【００４２】
冷却システムによる冷却は、本明細書中に記載されたように水素又は冷却媒体（冷却流体とも呼ばれる）を循環させることによって、本発明に基づいて行われる。
【００４３】
１実施形態によれば、時間間隔が、周囲温度、水素供給ラインの長さ、水素供給ラインの材料、及び水素温度、を含むリストの少なくとも１つに関連する入力に基づいて動的に計算される。時間間隔はコントローラーによって計算されることが好ましいが、しかし、他のデータプロセッサによって計算することもできる。周囲温度は水素燃料補給システム又は供給ラインの温度であってよい。水素温度はしばしば、少なくとも供給ラインと使用される冷却流体との間の熱／冷交換（heat/cold exchange）を可能にする「確立時間（settlement time）」が経過した後の水素供給ライン温度としばしば同じである。水素温度は、例えば最新の燃料補給から知られる、最新の既知の利用水素温度であることが好ましい。
【００４４】
供給ラインと、確立時間が過ぎたときに冷却回路内で使用される冷却流体との間の、正味熱伝達（net heat transfer）と呼ばれることもある熱／冷交換はゼロである。この事実に従えば、供給ラインの温度が供給ライン内の水素の温度と同じときに冷却流体の循環が続けられるならば、これらの間に純熱交換は存在しないことになる。
【００４５】
上述のように、時間間隔は種々異なるファクタ（上記参照、そしてこれに加えて供給ラインの絶縁について言及することもできる）に依存して時間間隔が変化し得る。したがって時間間隔は例えば５分〜１日又は２日以上であってよい。
【００４６】
１実施形態によれば、時間間隔が、前回の燃料補給、温度判定、又は最新のフラッシング、のうちの１つの終了時で始まる。温度判定は温度センサからの測定であることが好ましいが、しかし温度及び経過時間の知識から確立することもできる。それというのもその温度は検証済である（そして多くの場合、上記情報のうちのいくつかでもある）からである。
【００４７】
１実施形態によれば、前送り通路は供給ラインの長さの少なくとも一部にわたって供給ラインから熱的に絶縁されており、そして戻り通路は供給ラインの長さの少なくとも一部にわたって供給ラインに熱的に結合されている。
【００４８】
１実施形態によれば、冷却システムが冷却剤を固体状態で含む。このことは、こうすれば最低温の冷却流体が、最低温の水素が所望される供給ライン部分、すなわち、ディスペンサーの、ホースへ向かう最も外側の部分で熱的に結合されるという点で有利である。最も外側の部分によって示されるように、冷却流体の循環（好ましくは二酸化炭素であり得る）が、水素送達点のできる限り近くで、すなわちディスペンサーのホース／ノズルのできる限り近くで、できるだけ低い温度を供給ラインと交換するように冷却回路を設計することが望まれる。
【００４９】
本発明の第２の態様は、水素燃料補給システム内の供給管を冷却する方法であって、水素燃料補給システムが乗り物の容器を水素で充填するように構成されており、水素燃料補給システムが水素供給部と、容器へ送達される水素を冷却するように構成された冷却システムを含む水素センターエンクロージャーと、容器へ水素を供給するように構成されたディスペンサーと、センターエンクロージャーからディスペンサーへ水素を案内するように構成された供給管とを含み、方法が、冷却システム水素センターエンクロージャーから前送り通路を通してディスペンサーへ向かって供給管冷却媒体を案内することにより、前送り通路が供給管を冷却するようにし、そして供給管冷却媒体の少なくとも一部を案内して戻り通路を通して冷却システム水素センターエンクロージャーへ戻すことを含み、前送り通路及び戻り通路の少なくとも一方が冷却システムと熱的に結合されており、そして前送り通路及び戻り通路の少なくとも一方が供給管を冷却する、水素燃料補給システム内の供給管を冷却する方法に関する。本発明の第３の態様は、水素燃料補給システム内の水素センターエンクロージャーとディスペンサーとの間の供給ラインを冷却するために、前送り通路及び戻り通路内の供給管冷却媒体として、二酸化炭素を使用することに関する。
【００５０】
本発明の模範的実施形態を図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、水素燃料補給システムを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態に基づく水素燃料補給システムを示す図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施形態に基づく水素燃料補給システムを示す図である。
【図４】図４は、冷却システムの一例を示す図である。
【図５】図５は、冷却システムの別の例を示す図である。
【図６】図６は、冷却システムとディスペンサーとの流体接続の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１は、本発明の１実施形態に基づく水素燃料補給システム１を示す概略図である。水素燃料補給システム１は、供給網４、外部水素貯蔵部５、内部水素貯蔵部６、又は一時的水素貯蔵部７の形態を成す水素供給部１２から、乗り物３の受容容器２へ水素を供給する。
【００５３】
乗り物３に水素を燃料補給するための現行の基準、例えばＳＡＥＪ  ２６０１基準を遵守するように水素圧力、温度、流量、時間などを調節するために、水素燃料補給システム１は、圧縮機８と、冷却システム９と、制御及びモニタリングシステム１０とを含んでいる。これら全ては水素燃料補給システム１の水素センターエンクロージャー１１内部に配置されていることが好ましい。
【００５４】
冷却システム９は熱交換器によって具体化することができる。更に、冷却システム９はセンタークロージャ１１内に配置されるか又は部分的に配置されることが好ましいので、例えば現実的な理由から、冷却システムはセンターエンクロージャー１１の外部に配置されてもよいことは明らかである。
【００５５】
水素燃料補給システム１の大抵の場所では、水素燃料補給システムエンクロージャー１１をディスペンサー１４から物理的に分離することが好ましい。ディスペンサーは、容器２を充填する目的で、ホース１５及びノズル１６（水素出口）によって乗り物３に接続可能である。水素燃料補給システムエンクロージャー１１とディスペンサー１４とは、水素燃料補給システム１からディスペンサー１４へ水素を供給又は案内するための１つ又は２つ以上の供給管１７を含む流体接続部によって接続されている。ホース１５は、供給管の１つから水素を受容するように構成されている。流体接続部は更に、供給管１７（供給ラインとも呼ばれる）の１つ又は２つ以上を冷却する供給管冷却媒体を案内するための前送り通路及び戻り通路２０，２１（図２及び３参照）を含んでいてよい。
【００５６】
例えば、ディスペンサー１４と水素燃料補給システムエンクロージャー１１とは、５〜６５メートルの距離だけ分離されていてよい。これは主に、周知の化石燃料補給ステーションと同等の水素燃料補給システム１のデザインを得るため、そして主要な水素取り扱い・貯蔵部分が水素センターエンクロージャー１１に配置されるという点で安全性を高めるためである。
【００５７】
水素燃料補給システムエンクロージャー１１には１つ又は２つ以上のディスペンサー１４が接続されていてよい。
【００５８】
供給管のような管は任意のパイプ、ホース、チューブ、コンジット、又は流体を案内するのに適した他の流路であってよい。流体は液体又は気体の形態を成す圧縮流体であってよい。例えば、供給管は、エンクロージャー１１とディスペンサー１４との間に延びて、気体状態の圧縮水素を案内するように構成された、パイプであってよい。
【００５９】
図１に示された水素燃料補給システム１は、流体接続部１７を介して分離され接続されたエンクロージャー１１とディスペンサー１４とを含むように図示されているが、念のために述べるならば、水素供給部１２から、図１にはノズル１６として示されている水素出口までの水素燃料補給システム１の構成部分、及びこれらの間のあらゆるものが１つのエンクロージャー内で完全に一体化されていてよく、あるいは図１に示されているように、１つ又は２つ以上の個々の構成部分として設けられていてもよい。
【００６０】
水素燃料補給システム１は更に、水素燃料補給システムの１つ又は２つ以上の作動値をモニタリングするように、そしてモニタリングされた１つ又は２つ以上の作動値に依存して水素燃料補給システム１の機能を制御するように構成されたコントローラー１０を含んでいる。
【００６１】
コントローラー１０は概略的に示されているが、しかし言うまでもなく、コントローラー１０は、１つ又は２つ以上の作動値をモニタリングし、そしてシステム１の１つ又は２つ以上の制御可能な機能、例えばアクチュエータ、制御可能な弁、ポンプなどを制御するために、水素燃料補給システム１に接続した状態で配置されていてよい。
【００６２】
作動値は、測定された温度、測定された圧力、時間、測定された流量値、又は温度パラメータ、例えば供給管１７又は供給管１７内の水素の温度に関連する温度パラメータのうちの１つであってよい。
【００６３】
例えば、コントローラー１０は、前送り通路２０内の供給管冷却媒体によって供給管１７の冷却をいつ開始すべきかを決定するように構成されていてよい。例えば、コントローラー１０は、例えば作動値が閾値を超えたかどうかを見極めるために、例えば閾値と作動値とを比較することによって、モニタリングされた作動値に基づいて冷却の開始を決定するように構成されていてよい。
【００６４】
水素センターエンクロージャー１１と接続された複数のディスペンサー１４を含む水素燃料補給システム１の場合、複数のコントローラー１０と構成部分、例えば弁及びセンサとの間のデータ通信セットアップは、ただ１つのディスペンサーモジュール１４を有する状況と同様であってよく、すなわち通信バス、又はコントローラーに対する有線又は無線通信であってよい。
【００６５】
水素は水素供給部１２から冷却システム９を介して供給管１７へ流れる。したがって、水素は冷却システム９によって決定された温度まで冷却される。これに相応して温度がほぼ同じになるまで、供給管１７の温度が低下し、そして供給管１７内の水素の温度が上昇することになる。
【００６６】
したがって、燃料補給プロセスの初期段階において、水素の温度は供給管１７に沿って上昇し、したがって水素のターゲット温度は、燃料補給開始から例えば３０秒後に、例えばマイナス３３℃〜マイナス４０℃の所望の範囲内にはない場合がある。この例は、いわゆるＴ４０燃料補給を参照したものであり、燃料補給がいわゆるＴ２０又はＴ３０燃料補給を参照して行われる場合には他の温度範囲が所望される。具体的には、このことは、燃料補給プロセス開始前のある時間にわたって供給管を通る水素流がなかった場合に当てはまる。本発明の実施形態は、供給管１７に沿って供給管冷却媒体を案内するための前送り通路及び戻り通路２０，２１を含む冷却ライン２７によって、燃料補給プロセス間に、そして場合によっては燃料補給プロセス中にも、供給管１７を冷却又は予冷却する解決手段を提供する。
【００６７】
燃料補給のために用いられる水素の所望の温度範囲は、基準によって設定することができ、例えばマイナス３３℃〜マイナス４０℃であってよい。しかしながら、他の所望の温度範囲、例えばマイナス３０℃〜マイナス４３℃の範囲を適用してもよい。同様に、所望の温度範囲と連携する、上記３０秒という時間とは異なる時間、例えば３０秒未満、又は３０秒超という時間を適用してもよい。更に、水素を例えばマイナス４０℃の最小閾値を下回る温度まで冷却する可能性、例えば水素をマイナス４５℃まで冷却する可能性を考慮して、例えばマイナス２５℃の温度まで供給管１７を冷却することで充分な場合がある。
【００６８】
したがって、コントローラー１０は、供給管の所望の温度、例えばマイナス２０℃〜マイナス４３℃の範囲内の所望の温度を達成するために、図２〜５との関連において説明する種々異なる方法に基づいて、供給管１７の冷却を制御するように、すなわち供給管１７の温度を制御するように形成されていてよい。所望の温度は供給管１７の、例えば温度センサ１３（図２参照）によって温度が測定される場所で得ることができる。
【００６９】
図１の水素燃料補給システム１に関連して説明したコントローラー１０の機能、及び他の機能又はエレメントは、他の実施形態、例えば図２及び３との関連において説明する実施形態にも、特に断りのない限り同様に当てはまる。
【００７０】
図２は、本発明の別の実施形態に基づく水素燃料補給システム１を示している。図２は図１に対応するが、しかし図１に示された水素供給部１２及び圧縮機８の詳細は便宜上図２には示されていない。
【００７１】
図２に示された冷却システム９は、入力冷却回路１８と出力冷却回路１９とを含んでいる。原理的に示された入力冷却回路１８は、冷却システム９のための冷却流体を案内する。１実施形態によれば、冷却流体は液体二酸化炭素である。油のような他の冷却流体、液化プロパン、ハロアルカン、無水アンモニア、及び二酸化硫黄のような冷却剤が冷却流体として使用されてよい。本発明において最も有利な冷却剤（本明細書中では冷却流体と呼ぶこともある）は、気体と固体と液体との間で状態／形態を変化させ得るものである。出力冷却回路１９は、水素供給部１２と流体的に接続されている。水素が出力冷却回路１９を通って案内されるのに伴って、入力冷却回路１８と出力冷却回路１９との間で熱交換が行われ、例えば、出力冷却回路１９が入力冷却回路によって冷却され、これにより、案内された水素が入力冷却回路によって冷却される。
【００７２】
冷却システム９は例えば図４〜５に記載された例に基づいて、種々異なる方法で形成されてよい。したがって、入力冷却回路１８は、冷却流体を案内するための種々異なる原理を示すために破線で示されている。同様に、出力冷却回路１９も原理的に示されており、例えば図４〜５に示されているように、種々異なる方法で形成されてよい。
【００７３】
出力冷却回路１９は供給管１７と流体的に接続されているので、冷却済水素をディスペンサー１４へ案内することができる。
【００７４】
供給管１７は、水素をホース１５又は戻り通路２１に案内するためにＴ継手と接続されている。ディスペンサー１４のエンクロージャー内部に示されているように、遮断弁３３が戻り通路２１内に配置されている。
【００７５】
遮断弁３３は、供給管１７からホース１５又は戻り通路２１へ水素を案内するように、例えばコントローラー１０から、制御入力を介して制御可能である。
【００７６】
戻り通路２１は任意のパイプ、ホース、チューブ、又は流体を案内するのに適した他の流路であってよい。
【００７７】
戻り通路２１は供給管１７と流体的に接続されているので、戻り通路２１と供給管１７とは、水素を循環させるための閉回路２４の少なくとも一部を形成する。
【００７８】
閉回路２４は、前送り通路２０、戻り通路２１、ポンプ２２と入口部分２３と出力冷却回路１９との接続部、及び前送り通路と戻り通路との間の遮断弁３３を含んでいてよい。
【００７９】
図示のように、戻り通路２１は、Ｔ継手を介して、例えば出力冷却回路１９の入口部分２３で出力冷却回路１９と接続されていてよく、これにより閉回路２４内の水素は冷却システム９によって繰り返し冷却される。入口部分２３におけるＴ継手と水素供給部１２との間には、更なる制御可能な遮断弁３３が配置されていてよい。この遮断弁３３が閉じられると、戻り通路２１内の循環水素は、水素供給部へ流れるのを禁止されるが、しかしその代わりに、前送り通路２０及びディスペンサー内の遮断弁３３を介して戻り通路２１へ戻る。このようにこの遮断弁が閉じられると、閉回路２４は、水素供給部１２から流体的に接続を断たれる。
【００８０】
このように、遮断弁３３は水素をホース１５又は戻り通路２１へ案内するように制御することができる。
【００８１】
したがって、前送り通路及び戻り通路２０，２１の少なくとも一方が、冷却システム９と熱的に結合されている。例えば、前送り通路２０が冷却システム９から冷却済水素を受容するという意味において、前送り通路２０は冷却システム９と熱的に結合されている。或いは、又は、更に、戻り通路２１が、供給された水素を冷却するために冷却システム９内へ水素を供給するという意味において、戻り通路２１は冷却システム９と熱的に結合することができる。
【００８２】
遮断弁３３が供給管１７から戻り通路２１へ水素を案内するように制御されると、供給管１７の少なくとも一部が、水素を循環させるために閉回路２４内で前送り通路２０の機能を有する。したがって、１実施形態では、前送り通路２０は、供給管１７の少なくとも一部から成る。
【００８３】
ディスペンサー側のＴ継手は、供給管１７に沿った任意の場所、例えば供給管１７がディスペンサー１４に入る前の場所、又は好ましい手段ではディスペンサー１４のエンクロージャー内部に配置されていてよい。したがって、前送り通路２０は供給管１７の少なくとも一部から成っていてよい。このように、前送り通路２０は、供給管１７の少なくとも一部と、出力冷却回路１９と、入口部分２３と戻り通路２１との間に延びる管部分とを含んでいてよい。
【００８４】
したがって、１実施形態では、戻り通路２１は、例えば冷却システム９を介して前送り通路２０と接続されているので、戻り通路及び前送り通路２０，２１は、水素を循環させるための閉回路２４の一部を形成する。
【００８５】
前送り通路２０は、水素センターとディスペンサーシステムとの間の距離の少なくとも一部、例えば水素センターからＴ弁までの距離にわたって延びている。
【００８６】
水素燃料補給システム１は更に、閉回路２４内で水素を循環させるためのポンプ２２を含む。ポンプ２２は、閉回路２４の通路内、例えば戻り通路２１内に配置されている。
【００８７】
ポンプ２２は作動値に依存して制御可能であってよい。例えば、コントローラー１０は、１つ又は２つ以上の作動値に依存してポンプ２２を制御するように形成されていてよい。同様に、コントローラー１０は、１つ又は２つ以上の作動値、例えばポンプ２２を制御するために用いられるのと同じ作動値に依存して逆止弁３３を制御するように形成されていてよい。
【００８８】
例えば、ディスペンサー１４は、温度の形態の作動値をモニタリングする目的で温度センサ１３を含んでいてよい。温度センサ１３は、供給管１７、又は供給管内の水素の温度を測定するために、供給管１７に、例えばＴ継手の前で配置されていてよい。
【００８９】
コントローラー１０は、温度パラメータ、例えば供給管１７の温度、又は供給管１７内の水素の温度に関連する温度パラメータに依存して、供給管１７の温度を制御するように形成することができる。１実施形態によれば、温度パラメータは、温度センサ１３によって測定された温度であってよい。供給管１７の冷却制御は、更に、所望の温度閾値、例えばマイナス３３℃の上限温度閾値、及びマイナス４０℃の下限温度閾値に依存して、あるいは所望の温度設定点に依存して実施されてよい。例えば温度がマイナス３３℃に向かって上昇すると、ポンプ２２は流量を増大させるようにコントローラー１０によって制御されてよく、そして温度がマイナス４０℃に向かって低下すると、ポンプ２２は、流量を減少させて温度がマイナス３３℃〜マイナス４０℃の所望の間隔内に留まるようにコントローラー１０によって制御されてよい。
【００９０】
前述のように、所望の温度範囲と同等の所望の温度閾値は、マイナス３３℃〜マイナス４０℃の範囲とは異なっていてよい。更に上述のように、供給管１７の所望の温度は所望の温度範囲外にあってよい。例えば、コントローラー１０は、マイナス２５℃の所望の温度設定点を用いて、例えばマイナス２５℃の所望の温度を得るように形成されていてよい。
【００９１】
本発明の１実施形態によれば、上限閾値と下限閾値との間の温度範囲は、乗り物への燃料補給のために使用されるときに水素の温度がその温度範囲内にあることが望まれる、温度範囲を定義する。
【００９２】
供給ラインがマイナス４０℃よりも低い温度に冷却される場合、水素供給ラインはいわゆるＴ４０燃料補給に対しても冷却緩衝装置として機能するという点で、マイナス１０℃〜マイナス５０℃の範囲が、特にマイナス４０℃を上回る部分において有利である。
【００９３】
上限及び下限の閾値は、燃料補給のターゲット温度に基づいて定義されることが好ましい。したがって、燃料補給がいわゆるＴ２０燃料補給である場合、乗り物に供給される水素の温度はマイナス１６℃〜マイナス２６℃であるはずである。同様に、燃料補給がいわゆるＴ３０燃料補給である場合、水素の温度はマイナス３３℃〜マイナス４０℃であるはずである。したがって、閾値の値はこれらの温度を拒絶するはずである。
【００９４】
図２との関連において説明された実施形態によれば、水素は、１つ又は２つ以上の供給管１７を冷却するための供給管冷却媒体として使用され、冷却システム９はしたがって供給管冷却媒体、すなわち水素を冷却するように構成されている。水素は冷却流体、例えば二酸化炭素によって出力冷却回路１９内で循環し、二酸化炭素は入力冷却回路１８内で循環する。したがって冷却システム９は、ここでは水素の形態を成す供給管冷却媒体を前送り通路２０へ案内するように構成されている。
【００９５】
前送り通路及び戻り通路２０，２１は、供給管を冷却するための冷却ライン２７、すなわち前送り通路２０が供給管１７の冷却を行う冷却ラインを構成する。
【００９６】
図３は、本発明の別の実施形態に基づく水素燃料補給システムを示す図である。図３は図１に対応するが、しかし図１に示された水素供給部１２及び圧縮機８の詳細は便宜上図２には示されていない。
【００９７】
同じ符号を有する図２及び３のエレメントは同一又は相応の機能を有している。したがって、図２との関連においてすでに説明した機能及びエレメントは、図３との関連において説明することはしない。
【００９８】
出力冷却回路１９は供給管１７と流体的に接続されているので、冷却済水素をディスペンサー１４へ案内することができる。しかしながら、この実施形態では、戻り通路２１は供給管１７とは接続されていない。
【００９９】
この実施形態によれば、冷却ライン２７の前送り通路及び戻り通路２０，２１は、パイプ又は同様の流路によって具体化される。
【０１００】
冷却システム９は、冷却システム９内、例えば入力冷却回路１８内で循環させられる冷却流体によって冷却されるように構成されている。冷却流体は二酸化炭素であってよい。
【０１０１】
前送り通路及び戻り通路２０，２１は冷却システム９と係合しているので、入力冷却回路１８内で循環させられる冷却流体によって、前送り通路及び戻り通路２０，２１内の供給管冷却媒体を冷却することができる。したがって、前送り通路及び戻り通路２０，２１は、入力冷却回路１８内で循環させられる冷却流体によって冷却されるように構成されている。供給管冷却媒体は冷却流体によって種々異なる方法で冷却されてよく、したがって前送り通路及び戻り通路２０，２１と冷却システム９との係合関係は破線によって原理的に示されている。
【０１０２】
例えば、前送り通路及び戻り通路２０，２１は入力冷却回路１８と流体的に接続されてよいので、入力冷却回路１８内の冷却流体は、前送り通路及び戻り通路２０，２１内で循環させることができる。したがって、冷却ライン２７内の供給管冷却媒体は、入力冷却システム内の冷却流体と同じ流体であってよい。
【０１０３】
別の例では、冷却ライン２７内の供給管冷却媒体は、入力冷却回路１８内の冷却流体から流体的に接続を断たれている。例えば、前送り通路及び戻り通路２０，２１は、入力冷却回路１８と流体的に接続されていない閉回路２４を形成していてよい。しかしこの閉回路は冷却流体によって（熱交換により）冷却されるので、循環させられる供給管冷却媒体は冷却流体によって冷却される。
【０１０４】
図２の実施形態と比較すると、前送り通路及び戻り通路２０，２１は、供給管１７から流体的に接続を断たれている。
【０１０５】
前送り通路及び／又は戻り通路２０，２１は、供給管１７に沿って、水素センターとディスペンサーシステムとの間の距離の少なくとも一部にわたって延びている。こうして、前送り通路及び／又は戻り通路２０，２１は、供給管１７に沿ってディスペンサー１４へ、又は部分的にディスペンサー１４へ延びていてよい。
【０１０６】
水素燃料補給システム１は更に、閉回路２４内で供給管冷却媒体を循環させるためのポンプ４２（図５参照）を含んでいてよい。ポンプ２２は、閉回路２４の通路内、例えば戻り通路２１内に配置されていてよい。
【０１０７】
図４は冷却システム９の一例を示している。冷却システム９は第１のタンク３４と第２のタンク３５とを含む。これらのタンクは両方とも二酸化炭素の形態を成す冷却流体を含有する。第１のタンク３４は、第２のタンク３５内の二酸化炭素よりも高い圧力下の二酸化炭素を含有する。水素供給部１２から来た水素は、水素をディスペンサー１４へ案内する前に水素を冷却するために、タンク３４，３５の一方又は両方の底部を通して案内される。タンク３４，３５の下側部分は、例えばマイナス４０℃の温度まで水素を冷却するのに充分に低い温度を有する液体及び／又は固体の形態を成す二酸化炭素を含んでいる。入力回路１９は、タンク３４，３５の下側部分内に配置されるので、入力回路１９は、液体及び／又は固体の形態を成す含有された二酸化炭素の一部内に配置される。
【０１０８】
タンク３４，３５の頂部は気体状態の二酸化炭素を含有する。第２のタンク３５から凝縮熱交換器３７を介して第１のタンク３４へ気体状態の二酸化炭素を吸引するように、圧縮機３６が構成されている。凝縮熱交換器３７は二酸化炭素ガスを冷却し、これを凝縮して液体状態にする。凝縮された二酸化炭素は第１のタンク３４内へ案内される。
【０１０９】
第１のタンク３４から第１の制御可能な噴射弁３８を介して第２のタンク３５へ液体二酸化炭素を案内するように、第１の冷却流体管３１が構成されている。噴射弁は圧力を低下させることにより、二酸化炭素の温度を低下させる。
【０１１０】
第１のタンク３４から第２の制御可能な噴射弁３９を介して前送り通路２０へ液体二酸化炭素を案内するように、第２の冷却流体管３２が構成されている。二酸化炭素は前送り通路及び戻り通路２０，２１を通して案内され、そして背圧弁４０を介して気体状態で第２のタンクへ戻される。背圧弁４０は、前送り通路及び戻り通路２０，２１内の圧力が第２のタンク３５内の圧力まで低下しないことを確実にする。他の実施形態と同様に、戻り通路２１を供給ライン１７に熱的に結合するとともに前送り通路を供給ライン１７から絶縁することが有利な場合がある。
【０１１１】
第２の噴射弁３９は多かれ少なかれ供給管１７、又は供給管１７内の水素の温度に関連する温度パラメータに依存して制御することができる。温度関連パラメータは、前送り通路及び戻り通路２０，２１内の圧力であってよい。圧力は、背圧弁４０と戻り通路２１との管接続部内で（例えば図４の背圧弁４０の上流側に配置された圧力センサによって）圧力を測定することにより得ることができる。原則的には、圧力は噴射弁３９と背圧弁４０との間に延びる管の任意の場所で測定することができる。この圧力は、前送り通路の温度に直接に関連し、したがって、供給管１７の温度に直接に関連する。したがって、圧力は供給管１７の温度に関連する温度パラメータとして使用することができる。
【０１１２】
図４の例によれば、コントローラー１０は、冷却流体の過熱（沸点を上回る温度に加熱すること）を制御するように形成されていてよい。この制御は噴射弁３９を制御することにより実施することができる。
【０１１３】
例えば、コントローラー１０は、背圧弁４０の上流側で測定された二酸化炭素の圧力、及び背圧弁４０の上流側で測定された二酸化炭素の温度に基づいて、噴射弁３９を制御するように形成されていてよい。二酸化炭素の温度は、背圧弁４０の上流側、すなわち背圧弁４０に対して上流側に配置された温度センサによって測定されてよい。このような制御は、測定された圧力に対応する蒸発温度（沸点）を、温度センサによって測定された温度よりも、決められた温度差だけ、例えば６℃だけ、低いように実施することができる。温度差は概ね冷却流体、すなわち冷却システム９内に使用される冷却剤に依存する。決められた温度差を維持する目的は、二酸化炭素、又は他の冷却流体の、液体状態と気体状態との間の所望の比を維持することにより、背圧弁を通してタンク３５へ戻される冷却流体を、確実に気体状態にすることである。したがって、前送り通路及び戻り通路内の冷却流体は、気体状態の冷却流体と液体状態の冷却流体とを含んでよい。気体状態の冷却流体量を有することにより、前送り通路２０に沿った温度変化が比較的小さいように、冷却流体の蒸発が維持される。
【０１１４】
別の実施形態として、コントローラー１０は、供給管の温度、例えば図４に示された温度センサ１３によって測定された温度に基づいて噴射弁３９を制御するように形成されていてもよい。
【０１１５】
前述の例と同様に、供給管１７の冷却制御は更に、供給管１７の温度がマイナス３３℃〜マイナス４０℃の所望の間隔内に留まるように、温度閾値に依存して実施されてよい。
【０１１６】
更に、所望の温度範囲と同等の所望の温度閾値は、マイナス３３℃〜マイナス４０℃の範囲とは異なっていてよい。更に上述のように、供給管１７の所望の温度は所望の温度範囲外にあってよい。例えば、コントローラーは、供給管の場所で例えばマイナス２５℃〜マイナス４０℃の所定の温度を得るように形成されていてよい。
【０１１７】
図４に記載された例は、入力冷却回路１８内で循環させられる冷却流体、ここでは二酸化炭素によって冷却されるように前送り通路及び戻り通路２０，２１をどのように構成し得るかを示している。具体的には、この例は、冷却システム内で循環させられる冷却流体流の少なくとも一部が前送り通路及び戻り通路２０，２１内で循環させられるのを可能にするために、前送り通路及び戻り通路２０，２１を冷却システム９とどのように流体的に接続し得るかを示している。冷却流体流の割合は、噴射弁３９及び／又は噴射弁３８への制御入力に依存する。
【０１１８】
図５は冷却システム９の別の例を示している。水素供給部１２から来た水素を冷却するための冷却システム９の部分は図４と同じである。
【０１１９】
図５において、前送り通路及び戻り通路２０，２１内の供給管冷却媒体が、第１の及び第２のタンク３４，３５の一方に配置された、又は場合によっては両方のタンク内に配置された冷却流体熱交換器部分４１を通って循環させられるように、前送り通路及び戻り通路２０，２１は構成されている。供給管冷却媒体は、例えば戻り通路２１内に配置されたポンプ４２によって前送り通路及び戻り通路２０，２１を通って循環させられる。供給管冷却媒体は二酸化炭素、又は供給管冷却媒体として使用するのに適した他の流体であってよい。この例では、供給管冷却媒体は、入力冷却回路１８内で循環させられる冷却流体との熱交換によって冷却される。
【０１２０】
ポンプ４２は作動値に依存して制御可能であってよい。例えば、コントローラー１０は、１つ又は２つ以上の作動値、例えば図２との関連において説明した温度センサ１３によって測定された温度のような温度パラメータに依存してポンプ２２を制御するように形成されていてよい。
【０１２１】
図５の例によれば、コントローラー１０は、ポンプ４２を制御することによって、温度パラメータに依存して供給管１７の温度を制御するように形成されていてよい。供給管１７の冷却制御は更に、供給管１７の温度がマイナス３３℃〜マイナス４０℃の所望の間隔内に留まるように、温度閾値に依存して実施されてよい。
【０１２２】
図５に記載された例は、冷却流体熱交換器部分４１を通る供給管冷却媒体との熱交換によって、入力冷却回路１８内で循環させられる冷却流体によって冷却されるように前送り通路及び戻り通路２０，２１をどのように構成し得るかを示している。
【０１２３】
なお、図４〜５の入力冷却回路１８は、タンク３４，３５内の二酸化炭素を、気体及び液体及び／又は固体の二酸化炭素の形態で含んでいる。固体状態のＣＯ２は、冷却バンクを形成することができ、これによって熱交換器部分４１をＣＯ２氷塊内に覆うことができるので、有利である。これにより、例えばエネルギーを低廉に入手することができ、時間当たりの燃料補給率が低い夜間又は他の時間中に冷却バンクが形成されるという理由から、冷却システムが作動していなくても、循環冷却媒体の冷却が行われる。
【０１２４】
図６は、図３〜５との関連において説明した例のための、冷却システム９とディスペンサー１４との流体接続の例を示している。図６は、流体接続の長手方向の延びに沿って示す流体接続の断面図である。このように、図６は供給管１７と、前送り通路２０と、戻り通路２１とを示している。図６では、流体接続は、前送りライン２０が供給管１７の長さの少なくとも一部にわたって供給管１７と熱的に結合されるように構成されている。しかしながら、供給管１７に熱的に結合されるのは戻り通路２１であることが好ましい。したがって、上述のように、また今明らかに示すように、本明細書中で前送り通路２０が供給管と熱的に結合するものとして言及される場合には、これは戻り通路２１でもあり得ることを覚えておくべきである。熱的な結合は種々異なる方法で達成することができる。供給管１７及び前送り通路２０は、良好な熱伝導性を有するパイプ、例えば鋼管、ステンレス鋼管、アルミニウム管、又は銅から形成されていてよい。好ましくは、供給管１７はステンレス鋼から形成されるのに対して、前送り通路２０は極めて良好な熱伝導性を有する材料、例えばアルミニウム又は銅から形成されていることが好ましい。供給管１７及び前送り通路２０は、長手方向の延びに沿って互いに接触するように配置されていてよく、例えば供給管１７と前送り通路２０とが互いに並んで、例えば互いに隣接して配置されていてよいので、これらの管は供給管に沿って延びる共通の接触線に沿って互いに接触する。管間の熱伝導性を改善するために、供給管１７と前送り通路２０との間には、例えば管の向き合う面に沿って熱伝導性ペーストが配置されていてよい。更に、又は、或いは、熱伝導性フォイル又は粘着テープを供給管１７及び前送り通路２０の周りに巻き付けることもでき、すなわちこれによりフォイルは供給管１７及び前送り通路２０の両方の周りに共通の巻き体を形成する。更に、又は、或いは、例えばアルミニウムから形成された熱伝導性のレール又は異形材を、供給管１７と前送り通路２０との間で、そして供給管１７及び前送り通路２０に沿って配置することもできる。異形材は、供給管１７と前送り通路２０との接触面積を増大させる形状を有していてよい。例えば異形材は、供給管に沿って延び、そして管の周囲の一部にわたって供給管と接触するように配置された第１の凹面を有していてよい。同様に、異形材は、前送り通路に沿って延び、そして前送り通路の管の周囲の一部にわたって前送り通路と接触するように配置された第２の反対側の凹面を有していてよい。
【０１２５】
流体接続の別の形態では、前送り通路２０は管の長さの少なくとも一部にわたって供給管１７の周りに螺旋を形成するように構成されている。このように、前送り通路は前送り方向へ向かって供給管の周りにスパイラル状に延びていてよく、これに対して戻り通路は供給管から絶縁されて戻される。場合によっては、前送りラインは供給管の周りで前後に１回又は２回以上スパイラル状に延びるので、例えば後方のスパイラルが戻り通路を構成する。前送り通路は、隣接する巻きが接触するか、又は所定の距離だけ、例えば前送り通路の管の直径に相当する距離だけ分離されるようにスパイラル状に延びている。
【０１２６】
したがって、上記導電性ペースト、導電性レール、外接フォイル、螺旋形前送り通路の形態を成す、これらの組み合わせを含む熱伝導性手段３０を供給管１７に沿って配置することによって、前送り通路２０と供給管１７との間の熱伝導を改善することができる。
【０１２７】
戻り通路２１は供給管１７及び／又は前送り通路２０から供給管の長さの少なくとも一部にわたって熱的に絶縁されている。熱的な絶縁は、戻り通路２１の周りに熱的絶縁材料を配置することにより達成することができる。
【０１２８】
供給管１７、前送り通路２０、及び戻り通路２１は、外接チューブ２９内部に含有されてよく、外接チューブ２９は、チューブ絶縁材料２８を含有している。チューブ絶縁材料は戻り管２１のための絶縁材料を構成することができる。更に、供給管１７、前送り通路２０、及び戻り通路２１は、外接チューブ２９内に設けられたチューブ絶縁材料２８によって取り囲まれていてもよい。
【０１２９】
上記説明から、本発明が、供給ラインと流体的に接続された、ディスペンサーとは別個のセンターエンクロージャーを有する水素燃料補給ステーションに関することが今や明らかである。供給ラインは、エンクロージャーとディスペンサーとの間の水素ガスの流れを容易にする。乗り物への燃料補給中、供給ラインの温度は、センターモジュールからディスペンサーへ流れる水素の温度へ向かって移動する。この温度、すなわち水素の温度は所望の温度範囲内、例えばマイナス３３℃〜マイナス４０℃の範囲内にあることが好ましい。
【０１３０】
水素流が停止すると、供給ラインの温度がその周囲温度に向かって上昇し始める。この温度上昇は、燃料補給における水素に対する温度要件を遵守し得るように補償されなければならない。これらの温度要件の遵守を確実にする１つの方法は、水素を極めて低い温度に冷却することである。この極めて低い温度は、ディスペンサーへの流動時に、供給ラインによって水素温度要件の上限温度閾値を上回る温度まで加熱されることはない温度である。
【０１３１】
本発明によれば、これとは別の実施形態は、続く燃料補給との間に供給ラインの温度を制御することである。これは、冷却システム９と、ポンプ２２と、供給ライン１７とを含む閉回路２４内で水素を循環させることにより行うことができる。あるいは、本発明は、冷却システム９と、供給ライン１７に熱的に結合された前送り通路２０と、冷却システムへ供給管冷却媒体を戻してこれを再び冷却するための戻り通路とを含む冷却回路とを提供することを示唆する。
【０１３２】
本発明に基づいて説明した方法の両方において、供給ライン１７の温度の制御は、コントローラー１０によって容易にすることができる。コントローラー１０は、種々の圧力センサ及び温度センサなどからの入力に基づいて、種々のポンプ、弁などの制御を容易にする。
【０１３３】
本発明の上記説明から、水素燃料補給システムエンクロージャー１１と水素燃料補給システムのディスペンサーモジュール１４との間の供給ライン１７の少なくとも一部に沿って冷却流体、例えば二酸化炭素を循環させるために冷却回路／システムを使用することは、供給ライン１７の温度を制御する極めて効率的な方法であることが今や明らかである。
【０１３４】
これは、前送りライン２０及び／又は戻りライン２１が少なくともディスペンサー１４内では供給ライン１７に熱的に結合されており、しかしディスペンサー１４外でも供給ライン１７の長さの少なくとも一部にわたって熱的に結合されている状況において特に当てはまる。
【０１３５】
更にこのことは、燃料補給時に水素に必要となる温度よりも低い温度で二酸化炭素を送達するのを冷却システムが行う場合に特に当てはまる。このような冷却システムは、三重点二酸化炭素に基づく冷却システムであってよく、すなわち二酸化炭素をその固体状態で使用する冷却システムであってよい。
【０１３６】
ディスペンサー１４において最低水素温度を得ることが望まれる。したがって、前送りライン２０及び戻りライン２１をディスペンサー１４において供給ライン１７に熱的に結合することにより、ディスペンサー１４において水素供給ライン１７との最大熱／冷交換を行うと、有利である。
【０１３７】
１実施形態では、乗り物の容器を水素で充填するための水素燃料補給システムにおいて、水素燃料補給システムは水素供給部と、水素供給部から容器へ送達される水素を冷却するように構成された冷却システムを含む水素センターエンクロージャーと、容器へ水素を供給するように構成されたディスペンサーと、センターエンクロージャーからディスペンサーへ水素を案内するように構成された供給管と、水素センターエンクロージャーからディスペンサーへ向かって供給管冷却媒体を案内するように構成された前送り通路であって、この前送り通路が水素センターとディスペンサーシステムとの間の距離の少なくとも一部にわたって延びている、前送り通路と、供給管冷却媒体の少なくとも一部を案内して水素センターエンクロージャーへ戻すように構成された戻り通路であって、前送り通路及び戻り通路の少なくとも一方が冷却システムと熱的に結合されている、戻り通路と、水素燃料補給システムの作動値のモニタリングを行うコントローラーと、を含み、前送り通路及び／又は戻り通路が供給管の冷却を行うことを特徴とする。
【０１３８】
上記から、本発明が、冷却流体／流体接続部１７及び水素の間の正味熱伝達が低減され、好ましくは排除されるシステムを記述していることが今や明らかである。したがって、水素の温度は流体接続部１７の両端部においてほぼ同じである。このことは、水素が流体接続部１７に熱を放出することもないはずなので、冷却システムのピーク能力をディスペンサー１４において必要とされる温度まで低減し得る点で有利である。
【０１３９】
冷却システムの能力を低減することの不都合な点は、燃料補給をいつでも行うことができるように、流体接続部１７の冷却、好ましくは連続的な冷却が必要となることである。上記のように、このことは、流体接続部１７の温度が所望のままであるように制御される冷却回路２４及び冷却システム９を必要とする。
【符号の説明】
【０１４０】
１  水素燃料補給システム
２  受容容器
３  乗り物
４  水素供給網
５  外部水素貯蔵部
６  内部水素貯蔵部
７  一時的水素貯蔵部
８  圧縮機
９  冷却システム
１０  制御及びモニタリングシステム
１１  水素燃料補給システムエンクロージャー
１２  水素供給部
１３  温度センサ
１４  ディスペンサー
１５  ホース
１６  ノズル
１７  流体接続部
１８  入力冷却回路
１９  出力冷却回路
２０  前送り通路
２１  戻り通路
２２  ポンプ
２３  入力冷却回路の入口部分
２４  閉回路
２６  水素供給部の出口部分
２７  冷却ライン
２８  チューブ絶縁材料
２９  外接チューブ
３０  熱伝導性手段
３１  第１の冷却流体管
３２  第２の冷却流体管
３３  遮断弁
３４  第１のタンク
３５  第２のタンク
３６  圧縮機
３７  凝縮熱交換器
３８  第１の噴射弁
３９  第２の噴射弁
４０  背圧弁
４１  冷却流体熱交換器部分
４２  冷却流体ポンプ
４３  絶縁材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2017180826000001.pdf