CN108474519B - 冷却氢供给站和氢冷却装置 - Google Patents

冷却氢供给站和氢冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种氢冷却装置，其具有：空冷式冷凝器，其针对第1制冷剂通路的一部分设置，能够通过驱动空冷风扇来冷却第1制冷剂；第1热交换器，其在第1制冷剂通路的另一部分与第2制冷剂通路的一部分之间能够利用第1制冷剂来冷却第2制冷剂；第2热交换器，其在第2制冷剂通路的另一部分与氢流路的一部分之间能够利用第2制冷剂来冷却氢。对空冷风扇的驱动转速进行变频控制，以使从空冷式冷凝器至第1热交换器的第1制冷剂的压力维持在1.5MPa～1.7MPa的范围。

Description

冷却氢供给站和氢冷却装置
技术领域
本发明涉及用于将冷却氢供给到燃料电池车等的冷却氢供给站以及该冷却氢供给站使用的氢冷却装置。
背景技术
以氢作为燃料的燃料电池车由于不放出废气，因此在环境方面优异。因此，为了使这样的燃料电池车广泛普及，近年来进行了各种开发。在燃料电池车的普及方面，车辆自身的开发是重要的，然而用于将氢供给到燃料电池车的氢供给站的开发也是重要的。
关于氢供给站，本申请申请人已经取得了专利(参照日本专利第5632065号公报)。该专利的冷却氢供给站能够高精度地实现效率充分高的冷却。
发明内容
在日本专利第5632065号公报的发明中，为了冷却第1制冷剂，采用水冷式冷冻机单元。
关于将水冷式冷冻机单元置换成通过驱动空冷风扇而得到冷却作用的空冷式冷凝器，本申请发明人反复进行了深入研究。另外，关于空冷风扇的驱动控制，本申请发明人对于采用变频控制而得到节能效果的情况也反复进行了研究。
本发明是基于以上的见解而完成的。本发明的目的在于提供一种能够采用通过变频控制对空冷风扇进行驱动的空冷式冷凝器且能够令人满意地高精度地实现对氢的充分高效率的冷却的冷却氢供给站以及该冷却氢供给站使用的氢冷却装置。
本发明为一种冷却氢供给站，其特征在于，所述冷却氢供给站具有：第1制冷剂通路，第1制冷剂在所述第1制冷剂通路内循环；空冷式冷凝器，其针对所述第1制冷剂通路的一部分设置，通过驱动空冷风扇而能够冷却所述第1制冷剂；第2制冷剂通路，第2制冷剂在所述第2制冷剂通路内流通；第1热交换器，其在所述第1制冷剂通路的另一部分与所述第2制冷剂通路的一部分之间能够利用所述第1制冷剂来冷却所述第2制冷剂；压力检测传感器，其检测从所述空冷式冷凝器至所述第1热交换器之间的第1制冷剂的压力；变频式控制器，其基于所述压力检测传感器所检测的压力，对所述空冷风扇的驱动转速进行变频控制，以使该压力维持在1.5MPa～1.7MPa的范围；氢贮存部，其贮存有氢；氢流路，其用于输送贮存在所述氢贮存部的氢；以及第2热交换器，其在所述第2制冷剂通路的另一部分与所述氢流路的一部分之间能够利用所述第2制冷剂来冷却所述氢，在所述压力检测传感器所检测的压力上升或处于高水平期间，所述变频式控制器使所述空冷风扇的驱动转速上升或维持在高水平，在所述压力检测传感器所检测的压力下降或处于低水平期间，所述变频式控制器使所述空冷风扇的驱动转速下降或维持在低水平，所述第1制冷剂为氟利昂，所述第2制冷剂为甲酸钾水溶液，所述第2制冷剂通路中的所述第2制冷剂的流通量在0.3MPa的流通压力下为135L/min至165L/min，所述氢被所述第2热交换器冷却到-43℃至-20℃的温度范围内，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，所述第2热交换器对所述氢的冷却在+2℃至-3℃的误差范围内，在将氢冷却到-40℃时，氢冷却能力为13.5kW至16.5kW，在所述氢流路中设置有排出口，所述排出口排出被所述第2热交换器冷却后的氢，从所述排出口排出的氢的量为4.5kg/3min至5.5kg/3min。
根据由本申请发明人开发的该冷却氢供给站，在将氢冷却到-40℃时，能够实现13.5kW至16.5kW(13.5kW＠-40℃至16.5kW＠-40℃)的氢冷却能力，由此能够高效率、即以极其节能的方式实现氢的冷却。
另外，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，所述第2热交换器对所述氢的冷却在+2℃至-3℃的误差范围内。即，根据本申请发明人开发的该冷却氢供给站，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，能够实现+2℃至-3℃的误差范围内的冷却精度，由此能够高精度地实现对氢的充分高效率的冷却。
另外，所述冷却氢供给站在所述氢流路中设置有排出口，所述排出口排出被所述第2热交换器冷却后的氢，从所述排出口排出的氢的量为4.5kg/3min至5.5kg/3min。通过采用这样的氢供给量，能够用3分钟实施对至少1台燃料电池车的氢供给(目前通常的燃料电池车的氢容量为5kg)。
本申请发明人确认了，在所述冷却氢供给站中，所述第1制冷剂为氟利昂，所述第2制冷剂为甲酸钾水溶液、具体为昭和株式会社制造的冷盐水，由此能够实现所述的各性能。
并且，与日本专利第5632065号公报的发明不同，采用空冷式冷凝器来代替水冷式冷冻机单元，由此不需要冷却水用力设备。由此，设置场所的自由度显著提高。进而，在空冷风扇的控制中采用基于从空冷式冷凝器至第1热交换器的第1制冷剂的压力的变频控制，由此能够得到节能效果以及高精度运转。
具体而言，例如在压力检测传感器所检测的压力上升或处于高水平期间(所谓的高负荷时、例如初期运行时的第1制冷剂的降温中或基于第2热交换器的氢冷却中)，使空冷风扇的驱动转速为57.5Hz，另一方面，在压力检测传感器所检测的压力下降或处于低水平期间(所谓的低负荷时、例如空载中)，使空冷风扇的驱动转速保持在32.9Hz，由此能够得到有效的节能效果，另一方面，第1制冷剂的冷凝压力也稳定在1.5MPa～1.7MPa的范围内，因此能够在始终稳定的状态下利用第1制冷剂(参照图3)。
需要说明的是，空冷风扇需要以暴露于大气的状态进行配置，因此需要由对氢的防爆结构构成。作为对氢的防爆结构的例子，按照能够在存在氢的危险区域使用的防爆电气设备机器标准，可以举出安全增强防爆结构。
更具体而言，例如所述冷却氢供给站还具备：阀，其控制在所述空冷式冷凝器内通过的所述第1制冷剂的循环量；温度传感器，其检测所述第2制冷剂通路内的刚通过所述第1热交换器之后的所述第2制冷剂的温度；以及温度反馈控制部，其基于所述温度传感器的检测结果控制所述阀。该情况下，通过简易的温度反馈控制，能够将第2制冷剂高精度地控制为期望的温度。
更具体而言，在所述第2制冷剂的温度高于-40℃时，能够使所述阀的开度为40％以上、例如以50％为上限进行运转，在所述第2制冷剂的温度为-40℃以下时，能够使所述阀的开度以10％为下限、例如以20～30％进行运转。所述阀例如为电子膨胀阀。
所述第1制冷剂利用压缩器的驱动在所述第1制冷剂通路内循环的情况下，更优选的是，在所述第2制冷剂的温度为-40℃以下时，该压缩器的输出功率也降低到60～80％。例如，此时所述压缩器的输出功率能够降低到70％，所述阀的开度能够降低到12.8％。该情况下，优选的是，还设置有：热气旁通通路，在第1制冷剂通路中将空冷式冷凝器旁通，以及第2阀，其控制该热气旁通通路内的第1制冷剂的循环量；并使该第2阀的开度为100％。
需要说明的是，优选的是，所述冷却氢供给站选择第1运转模式和第2运转模式中的任一模式进行运转，在第1运转模式中，所述氢被冷却到-20℃，在第2运转模式中，所述氢被冷却到-40℃。
例如，根据氢供给的必要性，在必要性低的情况下，选择与空载运转状态对应的第1运转模式，在必要性高的情况下，选择与待机状态对应的第2运转模式，由此能够有效地抑制与冷却相关的能量消耗。
例如，所述第1运转模式或所述第2运转模式的选择可以根据时间段自动进行。在该情况下，例如，在氢供给的必要性低的夜晚的时间段(例如营业时间外)选择第1运转模式，在氢供给的必要性高的白天的时间段(例如营业时间内)选择第2运转模式，由此能够在氢供给的必要性低的夜晚的时间段中有效地抑制与冷却相关的能量消耗。
另外，在所述冷却氢供给站中，所述第2制冷剂通路还具有箱部，在所述箱部可以连接制冷剂量调整机构，所述制冷剂量调整机构用于将该箱部内的所述第2制冷剂的液面维持在规定范围。
在该情况下，箱部内的第2制冷剂的液面被维持在规定范围，由此第2制冷剂能够使用腐蚀性高的液态制冷剂，即使该第2制冷剂伴随温度变化发生了膨胀收缩，也能够防止由该第2制冷剂的液面的升降引起的箱部内壁的腐蚀的发生和析出物的附着。
另外，本发明为一种氢冷却装置，其对在氢流路内输送的氢进行冷却，其特征在于，所述氢冷却装置具有：第1制冷剂通路，第1制冷剂在所述第1制冷剂通路内循环；空冷式冷凝器，其针对所述第1制冷剂通路的一部分设置，通过驱动空冷风扇而能够冷却所述第1制冷剂；第2制冷剂通路，第2制冷剂在所述第2制冷剂通路内流通；第1热交换器，其在所述第1制冷剂通路的另一部分与所述第2制冷剂通路的一部分之间能够利用所述第1制冷剂来冷却所述第2制冷剂；压力检测传感器，其检测从所述空冷式冷凝器至所述第1热交换器之间的第1制冷剂的压力；变频式控制器，其基于所述压力检测传感器所检测的压力，对所述空冷风扇的驱动转速进行变频控制，以使该压力维持在1.5MPa～1.7MPa的范围；以及第2热交换器，其在所述第2制冷剂通路的另一部分与所述氢流路的一部分之间能够利用所述第2制冷剂来冷却所述氢，所述第1制冷剂为氟利昂，所述第2制冷剂为甲酸钾水溶液，所述第2制冷剂通路中的所述第2制冷剂的流通量在0.3MPa的流通压力下为135L/min至165L/min，所述氢被所述第2热交换器冷却到-43℃至-20℃的温度范围内，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，所述第2热交换器对所述氢的冷却在+2℃至-3℃的误差范围内，在将氢冷却到-40℃时，氢冷却能力为13.5kW至16.5kW，在所述氢流路中设置有排出口，所述排出口排出被所述第2热交换器冷却后的氢，从所述排出口排出的氢的量为4.5kg/3min至5.5kg/3min。
根据本发明，在将氢冷却到-40℃时，能够实现13.5kW至16.5kW的氢冷却能力，由此能够高效率、即以极其节能的方式实现氢的冷却。
另外，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，所述第2热交换器对所述氢的冷却在+2℃至-3℃的误差范围内。即，根据本申请发明人开发的该冷却氢供给站，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，能够实现+2℃至-3℃的误差范围内的冷却精度，由此能够高精度地实现对氢的充分高效率的冷却。
另外，所述冷却氢供给站在所述氢流路中设置有排出口，所述排出口排出被所述第2热交换器冷却后的氢，从所述排出口排出的氢的量为4.5kg/3min至5.5kg/3min。通过采用这样的氢供给量，能够用3分钟实施对至少1台燃料电池车的氢供给(目前通常的燃料电池车的氢容量为5kg)。
另外，本申请发明人确认了，在所述冷却氢供给站中，所述第1制冷剂为氟利昂，所述第2制冷剂为甲酸钾水溶液、具体为昭和株式会社制造的冷盐水，由此能够实现所述的各性能。
并且，与日本专利第5632065号公报的发明不同，采用空冷式冷凝器来代替水冷式冷冻机单元，由此不需要冷却水用力设备。由此，设置场所的自由度显著提高。进而，在空冷风扇的控制中采用基于从空冷式冷凝器至第1热交换器的第1制冷剂的压力的变频控制，由此能够得到节能效果以及高精度运转。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的冷却氢供给站的系统图。
图2是本发明的一个实施方式的冷却氢供给站中的氢冷却装置的概略立体图。
图3是示出在本发明的一个实施方式的冷却氢供给站中第1制冷剂的冷凝压力与空冷风扇的驱动频率的对应例的曲线图。
图4是示出在本发明的一个实施方式的冷却氢供给站中第2制冷剂的温度与电子膨胀阀的开度的对应例的曲线图。
图5是示出本发明的一个实施方式的冷却氢供给站中的运转状态的一例的表。
图6是示出本发明的一个实施方式的冷却氢供给站中的运转状态的另一例的表。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是本发明的一个实施方式的冷却氢供给站1的系统图，图2是该冷却氢供给站1中的氢冷却装置20的概略立体图。
如图1所示，冷却氢供给站1具有：氢贮存部11，其贮存有氢；和氢流路12，其用于输送贮存在该氢贮存部11的氢。氢流路12的下游侧端部为排出口13(通常为填充喷嘴)，从该排出口13向燃料电池车的燃料供给口供给氢。在供给氢时，排出口13和燃料电池车的燃料供给口气密连接。
在本实施方式的氢贮存部11贮存有压缩状态的氢。因此，压缩状态的氢被供给到氢流路12内。在本实施方式中，采用这样的压缩状态：从排出口13排出的(被供给到燃料电池车)氢的量为4.5kg/3min至5.5kg/3min、特别是5.0kg/min。
另外，如图1所示，冷却氢供给站1具有：第1制冷剂通路21，第1制冷剂在该第1制冷剂通路21内循环；空冷式冷凝器22，其针对第1制冷剂通路21的一部分设置，通过驱动空冷风扇22f能够冷却第1制冷剂；第2制冷剂通路23，第2制冷剂在该第2制冷剂通路23内流通；以及第1热交换器24，其在第1制冷剂通路21的另一部分(与被空冷式冷凝器22冷却的部分不同的部分)与第2制冷剂通路23的一部分之间能够利用第1制冷剂来冷却第2制冷剂。
第1制冷剂通路21中的第1制冷剂的循环方向如图1的箭头所示。即，利用空冷式冷凝器22进行冷却，之后通过第1热交换器24，再次回到空冷式冷凝器22。为了使第1制冷剂在这样的方向上循环，在第1制冷剂通路21的从第1热交换器24至空冷式冷凝器22的部分设置有压缩器25。
另外，为了检测从空冷式冷凝器22至第1热交换器24之间的第1制冷剂的压力(冷凝压力)，设置有压力检测传感器26。并且，设置有变频式控制器27，其基于该压力检测传感器26所检测的压力，对空冷风扇22f的驱动转速进行变频控制，以使该压力维持在(以1.6MPa为目标)1.5MPa～1.7MPa的范围。具体而言，如图3和图5所示，本实施方式的变频式控制器27在压力检测传感器26所检测的压力上升或处于高水平期间(初期运行时的第1制冷剂的降温中和基于第2热交换器的氢冷却中(氢填充中))，使空冷风扇的驱动转速为57.5Hz，另一方面，在压力检测传感器26所检测的压力下降或处于低水平期间(空载中)，使空冷风扇的驱动转速保持在32.9Hz。
进一步，在压力检测传感器26与第1热交换器24之间设置有电子膨胀阀28，其作为控制在空冷式冷凝器22内通过的第1制冷剂的循环量的阀。另一方面，为了检测第2制冷剂通路23内的刚通过第1热交换器之后的第2制冷剂的温度，设置有温度传感器29，并且设置有温度反馈控制部30，其基于该温度传感器29的检测结果来控制电子膨胀阀28。
除此之外，还设置有：热气旁通通路31，其在第1制冷剂通路21中将空冷式冷凝器22旁通；以及第2阀32，其控制该热气旁通通路31内的第1制冷剂的循环量。
另一方面，在第2制冷剂通路23的另一部分(与被第1热交换器24冷却的部分不同的部分)与氢流路12的一部分之间设置有第2热交换器40，其能够利用第2制冷剂来冷却氢。该第2热交换器40对氢流路12内的到达排出口13前的氢进行冷却。
在本实施方式中，第2制冷剂通路23具有：前半流通通路，其包括利用第1热交换器24在与第1制冷剂通路21的所述另一部分之间进行热交换的第2制冷剂通路23的一部分；后半流通通路，其包括利用第2热交换器40在与氢流路12的一部分之间进行热交换的第2制冷剂通路23的所述另一部分；以及箱部23T，其连接后半流通通路和前半流通通路。
并且，在箱部23T，以大致充满状态贮存有第2制冷剂，如图1的箭头所示，利用设置在前半流通通路的泵23p，使从箱部23T被供给到前半流通通路的第2制冷剂在通过第1热交换器24而被第1制冷剂冷却后供给到后半流通通路，并且使被供给到该后半流通通路的第2制冷剂在通过第2热交换器40而对氢进行冷却后(对于第2制冷剂来说是被升温之后)回到箱部23T。在本实施方式中，对所述泵23p的运转进行控制，以使第2制冷剂的流通量为135L/min＠0.3MPa至165L/min＠0.3MPa(即，在0.3MPa的流通压力下为135L/min至165L/min)，特别是150L/min＠0.3MPa(即，在0.3MPa的流通压力下为150L/min)。具体而言，所述泵23p的运转基于由适当设置的流量传感器(未图示)检测出的流量值(检测结果)进行反馈控制。
并且，在第2热交换器40内流通的第2制冷剂的温度利用电子膨胀阀28的控制等进行调整，由此借助第2热交换器40将氢流路12内的氢调整为在-43℃至-20℃的温度范围内设定的设定温度。具体而言，如图4所示，基于温度传感器29所检测的第2制冷剂的温度值(检测值)进行反馈控制，在第2制冷剂的温度高于-40℃时，使电子膨胀阀28的开度为40％以上、例如以50％为上限进行运转，在第2制冷剂的温度为-40℃以下时，使电子膨胀阀28的开度以10％为下限、例如以20～30％进行运转。
需要说明的是，在本实施方式中，使用氟利昂作为在第1制冷剂通路21内循环的1种制冷剂，具体而言，使用三井-杜邦氟化学株式会社制的HFC系混合制冷剂R-404A。另外，使用昭和株式会社制的冷盐水FP-40(甲酸钾水溶液)作为在第2制冷剂通路23内流通的第2制冷剂。
第2制冷剂即冷盐水FP-40为液态制冷剂，能够在-43℃至-20℃的温度范围内保持流动性。并且，第2制冷剂即冷盐水FP-40能够根据其温度进行膨胀收缩。在本实施方式中，在箱部23T连接有用于将该箱部23T内的第2制冷剂的液面维持在规定范围(优选恒定的液面高度)的制冷剂量调整机构33，以便即使产生这样的膨胀收缩，也不使箱部23T中的第2制冷剂的液面升降而产生腐蚀。制冷剂量调整机构33具有与箱部23T连接的调整用箱33A和逆止阀(未图示)。在第2制冷剂被冷却并被压缩的情况下，制冷剂量调整机构33从调整用箱33A将第2制冷剂补充到箱部23T内，由此将第2制冷剂的液面维持在规定范围。另一方面，在第2制冷剂升温而膨胀的情况下，制冷剂量调整机构33使第2制冷剂从箱部23T通过逆止阀排出到外部，由此将第2制冷剂的液面维持在规定范围。
此处，在图1中，氢贮存部11和通过第2热交换器40的氢流路12构成冷却氢供给站1中的氢供给分配器(dispenser)10。另一方面，冷却氢供给站1中的除了氢贮存部11和氢流路12以外的部分可以理解为氢冷却装置20。可以说，冷却氢供给站1通过使氢供给分配器10和氢冷却装置20经由第2热交换器40结合而构成。
需要说明的是，如图2所示，空冷风扇22f需要以暴露于大气的状态进行配置。因此空冷风扇22f需要由对氢的防爆结构构成，作为对氢的防爆结构的例子，按照能够在存在氢的危险区域使用的防爆电气设备机器标准，可以举出安全增强防爆结构。
在以上说明的冷却氢供给站1中，采用空冷式冷凝器22，通过多个制冷剂通路和在它们中循环的制冷剂的选定等，在将氢冷却到-40℃时，能够实现13.5kW至16.5kW(13.5kW＠-40℃至16.5kW＠-40℃)的氢冷却能力。即，作为将氢维持在-40℃的冷却能力，实现了13.5kW至16.5kW。并且，作为氢的冷却精度，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，实现了+2℃至-3℃的误差范围内的冷却。
另外，本实施方式的冷却氢供给站1选择第1运转模式和第2运转模式中的任一模式进行运转，在第1运转模式中，氢被冷却到-20℃，在第2运转模式中，氢被冷却到-40℃。第1运转模式或第2运转模式的选择根据时间段自动进行，作为一例，在本实施方式中，从下午5时至上午9时的期间设定为第1运转模式，从下午5时至上午9时以外的时间段设定为第2运转模式。
进一步，在本实施方式中，选择第1运转模式的时间段和选择第2运转模式的时间段的设定可以手动变更。具体而言，如图2所示，可以在氢冷却装置20的壳体20C上设置有触摸面板(未图示)等，作业者针对该触摸面板进行手动操作。
进一步，在该触摸面板等中，可以手动进行第1运转模式和第2运转模式的选择自身。另外，第1运转模式或第2运转模式的选择可以根据大气温度自动进行。
接着，对本实施方式的氢供给站1的作用进行说明。
本实施方式的氢供给站1选择氢被冷却到-20℃的第1运转模式或氢被冷却到-40℃的第2运转模式进行运转。
首先，对第1运转模式中的氢供给站1的动作进行说明。当第1运转模式下的运转开始时，第1制冷剂通路21的压缩器25被驱动，第1制冷剂通路21内的第1制冷剂的朝图1的箭头方向的循环开始。另外，第2制冷剂通路23中的泵23p被驱动，第2制冷剂的朝图1的箭头方向的循环开始。由此，在第1制冷剂通路21内循环的第1制冷剂通过第1热交换器24，并且在第2制冷剂通路23内循环的第2制冷剂也通过第1热交换器24。此时，第2制冷剂经由第1热交换器24而被第1制冷剂冷却。第2制冷剂之后通过第2制冷剂通路23的后半流通通路中的第2热交换器40回到箱部23T。
通过第1热交换器24的第2制冷剂的温度由温度传感器29进行检测。然后，温度反馈控制部30根据温度传感器29所检测的第2制冷剂的温度与-20℃的差量，根据需要控制第1制冷剂通路21的电子膨胀阀28。通过以上，将第2制冷剂的温度控制为-20℃。
接着，对第2运转模式中的氢供给站1的动作进行说明。在第2运转模式下的运转中，第1制冷剂通路21的压缩器25被驱动，第1制冷剂通路21内的第1制冷剂的朝图1的箭头方向的循环开始，另一方面，第2制冷剂通路23的泵23p被驱动，第2制冷剂的朝图1的箭头方向的循环开始。由此，在第1制冷剂通路21内循环的第1制冷剂通过第1热交换器24，并且在第2制冷剂通路23内循环的第2制冷剂也通过第1热交换器24。此时，第2制冷剂经由第1热交换器24而被第1制冷剂冷却。第2制冷剂之后通过第2制冷剂通路23的后半流通通路中的第2热交换器40回到箱部23T。
通过第1热交换器24的第2制冷剂的温度由温度传感器29进行检测。然后，温度反馈控制部30根据温度传感器29所检测的第2制冷剂的温度与-40℃的差量，根据需要控制第1制冷剂通路21的电子膨胀阀28(参照图4)。通过以上，将第2制冷剂的温度控制为-40℃。
在该状态下，开始氢填充作业。即，压缩状态的氢从氢贮存部11通过氢流路12而供给到排出口13(燃料电池车)。此时，在氢流路12内通过的氢经由第2热交换器40而被第2制冷剂精度良好地冷却到-40℃。此时，第2制冷剂的流通量为135L/min＠0.3MPa至165L/min＠0.3MPa，特别是150L/min＠0.3MPa。
通过了第2热交换器40的第2制冷剂处于升温的状态，回到箱部23T。但是，该第2制冷剂的温度由温度传感器29进行检测，基于该温度利用温度反馈控制部30控制电子膨胀阀28的开度(参照图4)，因此在后半流通通路内循环的第2制冷剂的温度能够稳定地维持为-40℃。
实际上，根据本申请发明人开发出的该冷却氢供给站1，能够在+2℃至-3℃的误差范围内高精度地对第2制冷剂的温度进行冷却。由此，对于被该第2制冷剂冷却的氢，也能够在+2℃至-3℃的误差范围内高精度地进行冷却。
根据本实施方式的第2运转模式，例如从外界温度+40℃的状态将第2制冷剂一下子冷却到-40℃为止需要120min。另外，从已通过第1运转模式冷却到-20℃的状态将第2制冷剂冷却到-40℃为止仅需要30min。
本实施方式的冷却氢供给站1能够将如上那样被高精度地冷却的氢以4.5kg/3min至5.5kg/3min、特别是5.0kg/min的流量供给到燃料电池车。另外，根据本实施方式的冷却氢供给站1，在将氢以4.5kg/3min至5.5kg/3min、特别是5.0kg/min供给到1台燃料电池车之后，隔开7min的间隔，能够再次将氢以4.5kg/3min至5.5kg/3min、特别是5.0kg/min供给到下一台燃料电池车。
需要说明的是，在将被冷却到-40℃的第2制冷剂稳定地维持在该-40℃的情况下的冷却能力为13.5kW＠-40℃至16.5kW＠-40℃、特别是15.0kW＠-40℃。
需要说明的是，在从第1运转模式切换到第2运转模式时，第1制冷剂通路21的压缩器25和第2制冷剂通路23中的泵23P可以从第1运转模式接着被驱动。同样，在从第2运转模式切换到第1运转模式时，第1制冷剂通路21的压缩器25和第2制冷剂通路23中的泵23P可以从第2运转模式接着被驱动。
另外，无论是在第1运转模式中还是在第2运转模式中，第2制冷剂即冷盐水FP-40均能够根据其温度进行膨胀收缩。在本实施方式中，在箱部23T，制冷剂量调整机构33以将该箱部23T内的第2制冷剂的液面维持在规定范围(优选恒定的液面高度)的方式执行功能，以便即使产生这样的膨胀收缩，也不使箱部23T中的第2制冷剂的液面升降而产生腐蚀等。在第2制冷剂被冷却并被压缩的情况下，制冷剂量调整机构33从调整用箱33A将第2制冷剂补充到箱部23T内，由此将第2制冷剂的液面维持在规定范围。另一方面，在第2制冷剂升温而膨胀的情况下，制冷剂量调整机构33使第2制冷剂从箱部23T通过逆止阀排出到外部，由此将第2制冷剂的液面维持在规定范围。
如上所述，根据本实施方式的冷却氢供给站1，能够实现13.5kW＠-40℃至16.5kW＠-40℃的氢冷却能力，由此能够高效率、即以极其节能的方式实现氢的冷却。
进一步，在本实施方式中，对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，能够实现的是+2℃至-3℃的误差范围内的冷却精度，由此能够高精度地实现对氢的充分高效率的冷却。
并且，与日本特许第5632065号公报的发明不同，采用空冷式冷凝器22代替水冷式冷冻机单元，由此不需要冷却水用力设备。由此，设置场所的自由度显著提高。进一步，空冷风扇22f的控制中采用基于从空冷式冷凝器22至第1热交换器24之间的第1制冷剂的压力的变频控制，由此能够得到节能效果以及高精度运转。
具体而言，在压力检测传感器26所检测的压力上升或处于高水平期间(初期运行时的第1制冷剂的降温中或基于第2热交换器40的氢冷却中)，使空冷风扇22f的驱动转速为57.5Hz，另一方面，在压力检测传感器26所检测的压力下降或处于低水平期间(空载中)，使空冷风扇22f的驱动转速保持在32.9Hz，由此能够得到有效的节能效果。并且，这样的控制使第1制冷剂的冷凝压力稳定在1.5MPa～1.7MPa的范围内，因此还具有能够在始终稳定的状态下利用第1制冷剂的效果(参照图3)。
进一步，在本实施方式中，如图4所示，在第2制冷剂的温度高于-40℃时，电子膨胀阀28的开度为40％以上、例如以50％为上限进行运转，在第2制冷剂的温度为-40℃以下时，电子膨胀阀28的开度以10％为下限、例如以20～30％进行运转。由此，也能够得到有效的节能效果。在该情况下，控制热气旁通通路31内的第1制冷剂的循环量的第2阀32基于所检测的第1制冷剂的压力值(检测值)进行反馈控制、开放，以便将压力检测传感器41的压力维持在-46kPa以上。将这样的运转状态汇总示于图5。
另外，根据本实施方式的冷却氢供给站1，选择第1运转模式和第2运转模式中的任一模式进行运转，在第1运转模式中，氢被冷却到-20℃，在第2运转模式中，氢被冷却到-40℃。由此，根据氢供给的必要性，在必要性低的情况下，选择与空载运转状态对应的第1运转模式，在必要性高的情况下，选择与待机状态对应的第2运转模式，由此能够有效地抑制与冷却相关的能量消耗。
具体而言，在本实施方式中，第1运转模式或第2运转模式的选择根据时间段自动进行。并且，在氢供给的必要性低的夜晚的时间段(例如营业时间外)选择第1运转模式，在氢供给的必要性高的白天的时间段(例如营业时间内)选择第2运转模式，由此能够在氢供给的必要性低的夜晚的时间段有效地抑制与冷却相关的能量消耗。
接着，将图5所示的运转状态的变形例示于图6。在图6的例子中，第2制冷剂的温度为-40℃以下时，压缩器25的输出降低至70％，电子膨胀阀的开度降低至12.8％，第2阀32的开度为100％。通过这样的运转状态也能够得到有效的节能效果。
符号说明
1 冷却氢供给站
10 氢供给装置
11 氢贮存部
12 氢流路
13 排出口
20 氢冷却装置
21 第1制冷剂通路
22 空冷式冷凝器
22f 空冷风扇
23 第2制冷剂通路
23T 箱部
24 第1热交换器
25 压缩器
26 压力检测传感器
27 变频式控制器
28 电子膨胀阀
29 温度传感器
30 温度反馈控制部
31 热气旁通通路
32 第2阀
33 制冷剂量调整机构
33A 制冷剂量调整箱
40 第2热交换器
41 压力检测传感器

Claims (9)

1.一种冷却氢供给站，其特征在于，所述冷却氢供给站具有：
第1制冷剂通路，第1制冷剂在所述第1制冷剂通路内循环；
空冷式冷凝器，其针对所述第1制冷剂通路的一部分设置，能够通过驱动空冷风扇来冷却所述第1制冷剂；
第2制冷剂通路，第2制冷剂在所述第2制冷剂通路内流通；
第1热交换器，其在所述第1制冷剂通路的另一部分与所述第2制冷剂通路的一部分之间能够利用所述第1制冷剂来冷却所述第2制冷剂；
压力检测传感器，其检测从所述空冷式冷凝器至所述第1热交换器之间的第1制冷剂的压力；
变频式控制器，其基于所述压力检测传感器所检测的压力，对所述空冷风扇的驱动转速进行变频控制，以使该压力维持在1.5MPa～1.7MPa的范围；
氢贮存部，其贮存有氢；
氢流路，其用于输送贮存在所述氢贮存部的氢；以及
第2热交换器，其在所述第2制冷剂通路的另一部分与所述氢流路的一部分之间能够利用所述第2制冷剂来冷却所述氢，
所述变频式控制器在所述压力检测传感器所检测的压力上升或处于高水平期间，使所述空冷风扇的驱动转速上升或维持在高水平，在所述压力检测传感器所检测的压力下降或处于低水平期间，使所述空冷风扇的驱动转速下降或维持在低水平，
所述第1制冷剂为氟利昂，
所述第2制冷剂为甲酸钾水溶液，
所述第2制冷剂通路中的所述第2制冷剂的流通量在0.3MPa的流通压力下为135L/min至165L/min，
所述氢被所述第2热交换器冷却到-43℃至-20℃的温度范围内，
对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，所述第2热交换器对所述氢的冷却在+2℃至-3℃的误差范围内，
在将氢冷却到-40℃时，氢冷却能力为13.5kW至16.5kW，
在所述氢流路设置有排出口，所述排出口排出被所述第2热交换器冷却后的氢，从所述排出口排出的氢的量为4.5kg/3min至5.5kg/3min。
2.如权利要求1所述的冷却氢供给站，其特征在于，
所述空冷风扇由对氢的防爆结构构成。
3.如权利要求1或2所述的冷却氢供给站，其特征在于，
所述冷却氢供给站还具有：
阀，其控制在所述空冷式冷凝器内通过的所述第1制冷剂的循环量；
温度传感器，其检测所述第2制冷剂通路内的刚通过所述第1热交换器之后的所述第2制冷剂的温度；以及
温度反馈控制部，其基于所述温度传感器的检测结果控制所述阀。
4.如权利要求3所述的冷却氢供给站，其特征在于，
在所述第2制冷剂的温度高于-40℃时，所述阀的开度为40％～50％，
在所述第2制冷剂的温度为-40℃以下时，所述阀的开度为10％～30％。
5.如权利要求3所述的冷却氢供给站，其特征在于，
压缩器使所述第1制冷剂在所述第1制冷剂通路内循环，
在所述第2制冷剂的温度为-40℃以下时，所述压缩器的输出功率也降低至60％～80％。
6.如权利要求1或2所述的冷却氢供给站，其特征在于，
所述冷却氢供给站选择第1运转模式和第2运转模式中的任一模式进行运转，
在第1运转模式中，所述氢被冷却到-20℃，
在第2运转模式中，所述氢被冷却到-40℃。
7.如权利要求6所述的冷却氢供给站，其特征在于，
所述第1运转模式或所述第2运转模式的选择根据时间段自动进行。
8.如权利要求1或2所述的冷却氢供给站，其特征在于，
所述第2制冷剂通路还具有箱部，
在所述箱部连接有用于将该箱部内的所述第2制冷剂的液面维持在规定范围的制冷剂量调整机构。
9.一种氢冷却装置，其对在氢流路内输送的氢进行冷却，其特征在于，所述氢冷却装置具有：
第1制冷剂通路，第1制冷剂在所述第1制冷剂通路内循环；
空冷式冷凝器，其针对所述第1制冷剂通路的一部分设置，能够通过驱动空冷风扇来冷却所述第1制冷剂；
第2制冷剂通路，第2制冷剂在所述第2制冷剂通路内流通；
第1热交换器，其在所述第1制冷剂通路的另一部分与所述第2制冷剂通路的一部分之间能够利用所述第1制冷剂来冷却所述第2制冷剂；
压力检测传感器，其检测从所述空冷式冷凝器至所述第1热交换器之间的第1制冷剂的压力；
变频式控制器，其基于所述压力检测传感器所检测的压力，对所述空冷风扇的驱动转速进行变频控制，以使该压力维持在1.5MPa～1.7MPa的范围；以及
第2热交换器，其在所述第2制冷剂通路的另一部分与所述氢流路的一部分之间利用所述第2制冷剂来冷却所述氢，
所述第1制冷剂为氟利昂，
所述第2制冷剂为甲酸钾水溶液，
所述第2制冷剂通路中的所述第2制冷剂的流通量在0.3MPa的流通压力下为135L/min至165L/min，
所述氢被所述第2热交换器冷却到-43℃至-20℃的温度范围内，
对于-43℃至-20℃的温度范围内的设定温度，所述第2热交换器对所述氢的冷却在+2℃至-3℃的误差范围内，
在将氢冷却到-40℃时，氢冷却能力为13.5kW至16.5kW，
在所述氢流路设置有排出口，所述排出口排出被所述第2热交换器冷却后的氢，
从所述排出口排出的氢的量为4.5kg/3min至5.5kg/3min。
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