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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。