JP5716207B1 - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の破損、冷凍回路の緊急停止およびエネルギーの浪費を招くことなく、冷却対象を充分に冷却可能な極低温まで熱媒液を短時間で冷却する。【解決手段】水素ガス冷却装置１は、高温側冷凍回路１０における蒸発器１４によって低温側冷凍回路２０の凝縮器２２を冷却すると共に低温側冷凍回路２０における蒸発器２４によってブライン（熱媒液）を冷却可能に構成された二元冷凍回路を有する冷凍ユニット２と、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ブライン循環路を構成するブライン配管５とを備え、高温側冷凍回路１０は、ブラインを冷却可能な蒸発器１６と、蒸発器１４，１６への冷媒の供給量を調整する電磁弁１３ａ，１５ａおよび電子膨張弁１３ｂ，１５ｂとを備え、ブライン配管５は、ブラインが蒸発器１６，２４をこの順で通過するように両蒸発器１６，２４を相互に接続する配管５ｂを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍ユニットによって冷却した熱媒液を冷却対象に供給して冷却対象を冷却可能に構成された循環型の冷却装置に関するものである。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００４−１１６６１９号公報（第４−１０頁、第１−６図）

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（二元冷凍回路を有するチラー冷却器）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、例えばチラー冷却器を長時間に亘って停止させたときに低温側冷凍回路内の冷媒が外気温と同程度まで温度上昇していても、低温側冷凍回路の凝縮器を高温側冷凍回路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、これにより、低温側冷凍回路の蒸発器を極低温まで温度低下させるのに要する時間を充分に短縮することが可能となっている。

しかしながら、チラー冷却器を長時間に亘って停止させたときには、両冷凍回路内の冷媒だけでなく、熱媒液の温度も外気温と同程度まで温度上昇する。また、この種のチラー冷却器によって冷却した熱媒液によって水素ガスを冷却する場合、単位時間あたりに冷却する水素ガスの量が多いとき（例えば、複数台の自動車に対して水素ガスを連続して充填したとき）にも熱媒液の温度が上昇する。このように温度上昇した熱媒液を低温側冷凍回路の蒸発器によって冷却したときには、低温側冷凍回路の蒸発器内における冷媒の気化量が増加する結果、低温側冷凍回路内の冷媒圧力が過剰に高くなってしまう。

かかる状態では、圧縮機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必要が生じて熱媒液を冷却することができなくなるおそれがある。また、熱媒液を極低温まで冷却可能な低温側冷凍回路は、高温の熱媒液を冷却する際の冷却効率が低いことが知られている。このため、長時間に亘るチラー冷却器の停止や、大量の水素ガスの冷却に伴って温度上昇している高温の熱媒液について、水素ガスを充分に冷却可能な極低温まで冷却するのに長時間を要すると共に、両冷凍回路を長時間に亘って動作させるためにエネルギー（電力）が浪費されているという現状がある。このため、この点を改善するのが好ましい。

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、圧縮機の破損、冷凍回路の緊急停止およびエネルギーの浪費を招くことなく、冷却対象を充分に冷却可能な極低温まで熱媒液を短時間で冷却し得る冷却装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の冷却装置は、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冷凍ユニットと、前記冷凍ユニットおよび冷却対象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、前記冷凍ユニットの動作を制御する制御部とを備え、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当該両蒸発器を相互に接続し、前記制御部は、前記熱媒液循環路内の予め規定された第１の位置における前記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第１の条件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第１の処理を実行すると共に、前記予め規定された第１の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第２の条件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第１の処理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第２の処理を実行する。

請求項２記載の冷却装置は、請求項１記載の冷却装置において、前記予め規定された第１の位置に配設されて前記熱媒液の温度を検出する第１の温度センサを備え、前記制御部は、前記第１の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が前記予め規定された温度以上になっているときに前記第１の条件が満たされているとして前記第１の処理を実行すると共に、前記第１の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が前記予め規定された温度を下回っているときに前記第２の条件が満たされているとして前記第２の処理を実行する。

請求項３記載の冷却装置は、請求項１または２記載の冷却装置において、前記制御部は、前記第１の処理において、前記第３の蒸発器への冷媒供給量を調整して当該第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させる。

請求項４記載の冷却装置は、請求項３記載の冷却装置において、前記熱媒液循環路内の予め規定された第２の位置に配設されて前記熱媒液の温度を検出する第２の温度センサを備え、前記制御部は、前記第１の処理において、前記第２の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の低下に応じて前記第３の蒸発器への冷媒供給量を調整して当該第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させる。

請求項５記載の冷却装置は、請求項１から４のいずれかに記載の冷却装置において、前記熱媒液配管は、前記冷却対象としての水素ガス冷却用熱交換器に前記熱媒液を供給可能に接続されている。

請求項１記載の冷却装置では、低温側冷凍回路の凝縮器を冷却するための第１の蒸発器に加え、熱媒液を冷却可能な第３の蒸発器と、第１の蒸発器および第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て高温側冷凍回路が構成されると共に、熱媒液が高温側冷凍回路における第３の蒸発器および低温側冷凍回路における第２の蒸発器をこの順で通過するように熱媒液配管によって両蒸発器が相互に接続されている。また、制御部が、予め規定された第１の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第１の条件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第１の処理を実行すると共に、予め規定された第１の位置における熱媒液の温度が実質的に予め規定された温度を下回っているとの第２の条件が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第１の処理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第２の処理を実行する。

したがって、請求項１記載の冷却装置によれば、第２の蒸発器によって熱媒液を冷却する際に、第２の蒸発器に対して熱媒液流路の上流側に配設されている第３の蒸発器によって熱媒液を冷却することにより、冷凍ユニットに供給される熱媒液を低温側冷凍回路の第２の蒸発器によって直接冷却する構成と比較して、高温の熱媒液を冷凍ユニットによって冷却する際に第３の蒸発器によって冷却されて温度低下した熱媒液が熱媒液配管を介して第２の蒸発器に供給される分だけ、低温側冷凍回路内の冷媒圧力の上昇量を軽減することができる。これにより、低温側冷凍回路の圧縮機に掛かる負担を充分に軽減して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好適に回避することができる。また、熱媒液の温度を極低温まで低下させるのに要する時間を充分に短縮することができると共に、熱媒液を目標温度まで低下させるのに要するエネルギー量も少量化することができる。

また、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、熱媒液の温度が高温のときに第１の処理を実行して高温の熱媒液の冷却効率が高い高温側冷凍回路（第３の蒸発器）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第２の処理を実行して低温側冷凍回路（第２の蒸発器）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。

請求項２記載の冷却装置では、制御部が、第１の位置に配設された第１の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が予め規定された温度以上になっているときに第１の条件が満たされているとして第１の処理を実行すると共に、第１の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が予め規定された温度を下回っているときに第２の条件が満たされているとして第２の処理を実行する。

したがって、請求項２記載の冷却装置によれば、例えば、第１の位置とは異なる位置の熱媒液の温度を監視して第１の位置における熱媒液の温度が予め規定された温度以上であるか、予め規定された温度を下回っているかを演算し、演算した温度に基づいて第１の条件や第２の条件が満たされているかを判別して第１の処理および第２の処理のいずれかを実行する構成の冷却装置とは異なり、第１の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第１の条件や第２の条件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、第１の処理および第２の処理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。

請求項３記載の冷却装置によれば、第１の処理において、第３の蒸発器への冷媒供給量を調整して第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることにより、第１の処理の開始直後から第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を極低温とする構成の冷却装置とは異なり、第１の処理の開始時点からの経過時間が短く、熱媒液の温度が高いときには、高温の熱媒液との熱交換が可能な充分な量の冷媒を第３の蒸発器に供給して高温の熱媒液を充分に冷却することができ、また、第１の処理を継続することで熱媒液の温度が徐々に低下するほど第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることで熱媒液の温度を極低温まで充分に冷却することができる。

請求項４記載の冷却装置によれば、第１の処理において、第２の位置に配設された第２の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の低下に応じて第３の蒸発器への冷媒供給量を調整して第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることにより、例えば、第１の処理の開始時点からの経過時間に応じて第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させる構成とは異なり、第３の蒸発器において冷却する熱媒液の温度の低下に応じて冷媒蒸発温度を徐々に低下させることで、冷媒蒸発温度を過剰に低下させて第３の蒸発器における熱媒液の冷却効率を低下させる事態や、冷媒蒸発温度が高過ぎて第３の蒸発器において熱媒液を充分に冷却することが困難となる事態を招くことなく、冷却すべき熱媒液の温度に適した冷媒蒸発温度でこれを冷却することができるため、第１の処理において一層短時間で、かつ一層確実に熱媒液を冷却することができる。

請求項５記載の冷却装置によれば、冷却対象としての水素ガス冷却用熱交換器に熱媒液を供給可能に熱媒液配管を接続したことにより、極低温まで冷却する必要がある水素ガスを冷却するための水素ガス冷却用熱交換器に対して、充分に冷却した熱媒液を確実に供給することができる。

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。

以下、添付図面を参照して、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、「冷却装置」の一例であって、冷凍ユニット２、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６および制御部７を備え、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２は、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、蒸発器１４における冷媒の入口には、冷媒温度を検出してセンサ信号Ｓ１４ａを出力する温度センサ１４ａ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。なお、水素ガス冷却装置１（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。

この場合、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。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（熱媒液）を冷却する。なお、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、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。なお、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）。

水素ガス冷却用熱交換器３は、「冷却対象としての水素ガス冷却用熱交換器」の一例であって、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。なお、本例の水素ガス冷却装置１では、「冷却対象」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、外部機器で構成された「冷却対象（水素ガス冷却用熱交換器等）」にブラインを供給する構成を採用することもできる。

ブラインタンク４は、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して冷凍ユニット２に供給するための貯液槽であって、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、冷凍ユニット２におけるブラインの導入口との間に配設されている。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第１の位置」および「熱媒液循環路内の予め規定された第２の位置」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可能な温度センサ４ａ（「第１の温度センサ」および「第２の温度センサ」の一例）がブラインタンク４内に配設されている（「第１の位置」および「第２の位置」が同じ位置の構成の例）。

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と冷凍ユニット２の蒸発器１６とを相互に接続する配管５ａ、冷凍ユニット２の蒸発器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両蒸発器を相互に接続している」との構成の一例）、冷凍ユニット２の蒸発器２４と水素ガス冷却用熱交換器３とを相互に接続する配管５ｃ、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５ｄを備えて、ブラインタンク４、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、上記の配管５ｃおよび配管５ｄを連結する配管５ｅ（バイパス配管）を備えると共に、この配管５ｅに制御弁Ｖ（一例として、開度を変更可能に構成された流量調整弁）が配設されている。これにより、本例の水素ガス冷却装置１では、制御弁Ｖの開度を充分に小さくする（例えば、閉塞状態に移行させる）ことで冷凍ユニット２から配管５ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３にブラインが供給されて水素ガス冷却用熱交換器３から配管５ｄを介してブラインタンク４にブラインが回収されると共に、制御弁Ｖの開度を充分に大きくする（例えば、開口状態に移行させる）ことで冷凍ユニット２からの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５ｅを介して配管５ｃから配管５ｄに流入してブラインタンク４に回収させることが可能となっている。

液送ポンプ６は、ブライン配管５における上記の配管５ａに配設されて、ブラインタンク４から冷凍ユニット２にブラインを液送（圧送）する。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〜５ｅによって形成される「ブライン循環路（熱媒液循環路）」が閉鎖流路のため、液送ポンプ６によってブラインタンク４から冷凍ユニット２にブラインを液送する圧力によって冷凍ユニット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、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の冷凍能力を変化させる（制御する）。また、制御部７は、液送ポンプ６を制御してブラインタンク４から冷凍ユニット２にブラインを液送させる。さらに、制御部７は、制御弁Ｖを制御して開度を変化させることで、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変化させる（制御する）。

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、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、液送ポンプ６を制御してブラインタンク４から冷凍ユニット２へのブラインの液送を開始させる。これに応じて、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れると共に、ブラインタンク４から配管５ａを介して冷凍ユニット２にブラインが供給される。

この場合、水素ガス冷却装置１を停止させてからある程度の時間が経過していたときには、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、前述したように、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り、圧縮機２１に大きな負担が掛かるだけでなく、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ことに起因して、水素ガスを好適に冷却し得る状態になるまで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冷凍ユニット２の動作状態を変更する構成が採用されている。

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（「第１の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（「第１の条件」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「第１の処理」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（「第２の条件」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「第１の処理」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「第２の処理」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、制御部７が「第１の処理」を実行する。具体的には、制御部７は、まず、制御弁Ｖの開度を充分に小さくする。この際には、ブラインタンク４、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、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に供給されたブラインが、配管５ｃ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５ｄを介してブラインタンク４内に回収される。

また、制御部７は、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、水素ガス冷却用熱交換器３および配管５ｄ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（「第１の条件」が満たされている間）、上記の「第１の処理」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。

この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、後述するように、ブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃程度となるようにこれを冷却すると共に、上記したように、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「第１の処理」を継続して実行する構成が採用されている。この際に、「第１の処理」の開始直後においてブラインの温度が充分に低下していない状態で、蒸発器１６における冷媒蒸発温度を−３３℃よりも低温とするために電子膨張弁１３ｂの開度を低下させたときには、配管５ａを介して蒸発器１６に供給される高温のブラインとの熱交換が可能な蒸発器１６内の冷媒の量が少量であることに起因して、高温のブラインを好適に冷却するのが困難となる。このため、高温のブラインを−３３℃まで冷却するのに要する時間が長くなるだけでなく、冷凍ユニット２や液送ポンプ６によってエネルギーが浪費される。

したがって、本例の水素ガス冷却装置１では、「第１の処理」において、ブラインの温度が高い状態においては、蒸発器１６における冷媒蒸発温度を過剰に低くすることなく、充分な量の冷媒を蒸発器１６に供給して高温のブラインを好適に冷却すると共に、ブラインの温度低下に応じて蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることで、ブラインを充分に低い温度まで冷却する構成が採用されている。

具体的には、制御部７は、「第１の処理」において温度センサ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（すなわち、配管５ａを介して蒸発器１６に供給されるブラインの温度）を特定すると共に、温度センサ１４ａからのセンサ信号Ｓ１４ａに基づいて蒸発器１４における冷媒の入口の冷媒温度を特定する処理を繰り返し実行する。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の温度と、センサ信号Ｓ１４ａに基づいて特定した冷媒の温度とが、予め規定された範囲内の温度差となるように（一例として、ブラインの温度に対して冷媒の温度が５℃から１０℃の範囲内で低温となるように）電子膨張弁１３ｂの開度を調整して蒸発器１６への冷媒供給量を調整する。

この場合、例えば、ブラインの温度が２５℃程度のときには、冷媒の温度が２０℃〜１５℃の範囲内の温度となるように電子膨張弁１３ｂがある程度大きく開口されて２５℃のブラインと熱交換可能な充分な量の冷媒が蒸発器１６内に吐出されて、ブラインが冷却される（冷媒蒸発温度がある程度高い温度の状態）。また、蒸発器１６おける冷却に伴ってブラインの温度が例えば２０℃程度まで温度低下したときには、冷媒の温度が１５℃〜１０℃の範囲内の温度となるように電子膨張弁１３ｂの開度が低下させられて電子膨張弁１３ｂから蒸発器１４の冷媒出口までの間の圧力が低下する結果、冷媒蒸発温度が低下して、２０℃のブラインをさらに冷却することが可能な状態となる。このように、蒸発器１６に供給されるブラインの温度に応じて蒸発器１６への冷媒の供給量（本例では、電子膨張弁１３ｂの開度）を調整して蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることにより、ブラインの温度を比較的短時間で目標温度に近付けることが可能となる。

一方、上記の「第１の処理」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、「第２の条件」が満たされたとして「第２の処理」を実行する。具体的には、制御部７は、制御弁Ｖの開度を小さく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、水素ガス冷却用熱交換器３および配管５ｄ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「第２の処理」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「第１の処理」が実行されて、「第２の処理」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−４０℃まで低下した時点において、制御部９は、制御弁Ｖの開度を充分に大きくする。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５ｅを介して配管５ｄ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、「第２の処理」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、「第２の処理」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、「第２の処理」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。

さらに、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℃になったときに、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、−５５℃を下回る温度を維持しているときには、液送ポンプ６を停止させると共に、冷凍ユニット２を停止させて上記の「第２の処理」を終了させる。これにより、液送ポンプ６や冷凍ユニット２を不要に動作させることに起因するエネルギーの浪費が回避される。

この場合、水素ガス冷却装置１における各構成要素は、外気の熱や地熱によるブラインの温度上昇を回避するために断熱材で覆われているものの、液送ポンプ６や冷凍ユニット２を停止させた状態では、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徐々に上昇する。したがって、制御部７は、冷凍ユニット２や液送ポンプ６を停止させた後にも温度センサ４ａからのセンサ信号Ｓ４ａに基づくブラインタンク４内のブラインの温度を監視し、センサ信号Ｓ４ａに基づいて特定される温度が予め規定された温度（一例として、−５２℃）以上まで温度上昇したときに、液送ポンプ６によるブラインの液送、および冷凍ユニット２によるブラインの冷却を再開する。

この場合、制御部７は、停止状態の冷凍ユニット２を再稼働させるときに、ブラインタンク４内のブライン温度に拘わらず、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「第１の処理」を実行する。また、制御部７は、「第１の処理」を開始し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、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、特定した温度が−３３℃を下回っているときには、「第２の条件」が満たされていると判別して、上記の「第２の処理」を実行する。これにより、ブラインタンク４内のブラインの温度が−５５℃となるように水素ガス冷却装置１内のすべてのブラインが再び冷却された状態となり、後述するように水素ガス冷却用熱交換器３において水素ガスを充分に冷却可能な極低温のブライン（−５５℃から−５２℃の範囲内のブライン）がブラインタンク４に貯液された状態が維持される。

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。この際に、制御部７は、まず、液送ポンプ６が停止状態のときには、液送ポンプ６を制御してブラインの液送を開始させる。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が−３３℃〜−４０℃の範囲内の温度となるように制御弁Ｖの開度を調整して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。これにより、ブラインタンク４から冷凍ユニット２および配管５ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３に必要充分な量のブラインが供給される。

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水素ガス冷却用熱交換器３内の−３３℃〜−４０℃の範囲内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５ｄ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、水素ガスの冷却を開始した時点において冷凍ユニット２を停止させていたときには、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−５２℃以上となったときに、制御部７が、停止状態の冷凍ユニット２の動作を動作させて上記の「第１の処理」を実行する。

また、制御部７は、「第１の処理」を開始して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、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、制御部７は、後述するように、特定した温度が−３３℃以上のときには、「第１の処理」を継続して実行し、その後に予め規定された時間（３００秒）が経過した時点において、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再び特定する。また、特定した温度が−３３℃を下回っているときには、「第２の条件」が満たされていると判別して、上記の「第２の処理」を実行する。これにより、冷凍ユニット２によって冷却されたブラインが配管５ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３に供給される結果、水素ガスが充分に冷却される。

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、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終了する。この際に、制御部７は、制御弁Ｖの開度を大きくする。これにより、ブラインタンク４と冷凍ユニット２との間でブラインを循環させる循環路が形成されて、水素ガスの冷却によって温度上昇したブラインタンク４内のブラインが、冷凍ユニット２によって−５５℃〜−５２℃の範囲内まで充分に冷却される。

なお、水素ガスを充填した車両側タンクの容量が大きいときや、複数台の車両に対して水素ガスの充填を連続して実行したときには、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したことで高温のブラインがブラインタンク４に大量に流入することに起因してブラインタンク４内のブラインの温度が−３３℃以上となることがある。この際に、制御部７は、前述した「第１の条件」が満たされたとして、前述した「第１の処理」を実行する。これにより、−３３℃よりも高い温度まで温度上昇してしまったブラインタンク４内のブラインを短時間で−３３℃まで冷却することができ、その後に、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（「第２の条件」が満たされたとき）に「第２の処理」を実行することで、ブラインタンク４内にブラインを−５５℃まで充分に冷却することができる。

このように、この水素ガス冷却装置１では、低温側冷凍回路２０の凝縮器２２を冷却するための蒸発器１４に加え、ブラインを冷却可能な蒸発器１６と、蒸発器１４，１６への冷媒の供給量を調整する電磁弁１３ａ，１５ａおよび電子膨張弁１３ｂ，１５ｂとを備えて高温側冷凍回路１０が構成されると共に、ブラインが高温側冷凍回路１０における蒸発器１６および低温側冷凍回路２０における蒸発器２４をこの順で通過するようにブライン配管５（配管５ｂ）によって両蒸発器１６，２４を相互に接続されている。

したがって、この水素ガス冷却装置１によれば、蒸発器２４によってブラインを冷却する際に、蒸発器２４に対してブライン循環路の上流側に配設されている蒸発器１６によってブラインを冷却することにより、「冷凍ユニット」に供給されるブラインを「低温側冷凍回路」の「第２の蒸発器」によって直接冷却する構成と比較して、高温のブラインを冷凍ユニット２によって冷却する際に蒸発器１６によって冷却されて温度低下したブラインがブライン配管５（配管５ｂ）を介して蒸発器２４に供給される分だけ、低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力の上昇量を軽減することができる。これにより、圧縮機２１に掛かる負担を充分に軽減して圧縮機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好適に回避することができる。また、ブラインの温度を極低温まで低下させるのに要する時間を充分に短縮することができると共に、ブラインを目標温度まで低下させるのに要するエネルギー量も少量化することができる。

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「第１の位置（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以上になっているとの「第１の条件」が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「第１の処理」を実行すると共に、予め規定された「第１の位置」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「第２の条件」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「第１の処理」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「第２の処理」を実行する。

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、ブラインの温度が高温のときに「第１の処理」を実行して高温のブラインの冷却効率が高い高温側冷凍回路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「第２の処理」を実行して低温側冷凍回路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。

さらに、この水素ガス冷却装置１では、制御部７が、「第１の位置」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が予め規定された温度以上になっているときに「第１の条件」が満たされているとして「第１の処理」を実行すると共に、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が予め規定された温度を下回っているときに「第２の条件」が満たされているとして「第２の処理」を実行する。

したがって、この水素ガス冷却装置１によれば、例えば、「第１の位置」とは異なる位置のブラインの温度を監視して「第１の位置」におけるブラインの温度が予め規定された温度以上であるか、予め規定された温度を下回っているかを演算し、演算した温度に基づいて「第１の条件」や「第２の条件」が満たされているかを判別して「第１の処理」および「第２の処理」のいずれかを実行する構成の「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「第１の条件」や「第２の条件」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、「第１の処理」および「第２の処理」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。

また、この水素ガス冷却装置１によれば、「第１の処理」において、蒸発器１６への冷媒供給量を調整して蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることにより、「第１の処理」の開始直後から「第３の蒸発器」における冷媒蒸発温度を極低温とする構成の「冷却装置」とは異なり、「第１の処理」の開始時点からの経過時間が短く、ブラインの温度が高いときには、高温のブラインとの熱交換が可能な充分な量の冷媒を蒸発器１６に供給して高温のブラインを充分に冷却することができ、また、「第１の処理」を継続することでブラインの温度が徐々に低下するほど蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることでブラインの温度を極低温まで充分に冷却することができる。

さらに、この水素ガス冷却装置１によれば、「第１の処理」において、「第２の位置（本例では、ブラインタンク４内）」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の低下に応じて蒸発器１６への冷媒供給量を調整して蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させることにより、例えば、「第１の処理」の開始時点からの経過時間に応じて蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させる構成とは異なり、蒸発器１６において冷却するブラインの温度の低下に応じて冷媒蒸発温度を徐々に低下させることで、冷媒蒸発温度を過剰に低下させて蒸発器１６におけるブラインの冷却効率を低下させる事態や、冷媒蒸発温度が高過ぎて蒸発器１６においてブラインを充分に冷却することが困難となる事態を招くことなく、冷却すべきブラインの温度に適した冷媒蒸発温度でこれを冷却することができるため、「第１の処理」において一層短時間で、かつ一層確実にブラインを冷却することができる。

また、この水素ガス冷却装置１によれば、「冷却対象」としての水素ガス冷却用熱交換器３にブラインを供給可能にブライン配管５を接続したことにより、極低温まで冷却する必要がある水素ガスを冷却するための水素ガス冷却用熱交換器３に対して、充分に冷却したブラインを確実に供給することができる。

なお、「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、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。

このような構成の「冷却装置」においても、冷凍ユニット２に供給されるブラインが蒸発器１６，２４をこの順で通過するようにブライン配管５を接続することにより、「冷凍ユニット」に供給されるブラインを「低温側冷凍回路」の「第２の蒸発器」によって直接冷却する構成と比較して、高温のブラインを冷凍ユニット２によって冷却する際に蒸発器１６によって冷却されて温度低下したブラインがブライン配管５（配管５ｂ）を介して蒸発器２４に供給される分だけ、低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力の上昇量を軽減することができる。これにより、圧縮機２１に掛かる負担を充分に軽減して圧縮機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好適に回避することができる。また、ブラインの温度を極低温まで低下させるのに要する時間を充分に短縮することができると共に、ブラインを目標温度まで低下させるのに要するエネルギー量も少量化することができる。

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第１の位置」および「熱媒液循環路内の予め規定された第２の位置」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、「第１の位置」や「第２の位置」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５ｄ内（配管５ｅの接続部よりもブラインタンク４側）を「第１の位置」や「第２の位置」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「第１の位置」や「第２の位置」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。

また、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。

さらに、「第１の処理」において蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させるために電子膨張弁１５ｂの開度を調整することで蒸発器１６への冷媒供給量を調整する構成を例に挙げて説明したが、一例として、電子膨張弁１５ｂに代えてキャピラリーチューブを配設すると共に、圧縮機１１として回転数可変型の圧縮機を配設し、「第１の処理」において蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させるために圧縮機の回転速度を調整することで蒸発器１６への冷媒供給量を調整する構成を採用することもできる。また、電子膨張弁１５ｂの開度の調整、および回転数可変型の圧縮機の回転速度の調整の双方を組み合わせて実行することで蒸発器１６への冷媒供給量を調整して冷媒蒸発温度を低下させる構成を採用することもできる。

また、「第１の処理」において温度センサ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の低下に応じて蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させ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、「第１の処理」の開始時点からの経過時間に応じて蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させる構成や、蒸発器１６における冷媒入口の冷媒温度と冷媒出口の冷媒温度との温度差に応じて蒸発器１６における冷媒蒸発温度を徐々に低下させ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、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（図示せず）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冷凍ユニット２に直接供給して冷却する構成を採用することもできる。また、ブラインタンクを設けずに、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。

また、「熱媒液循環路内の予め規定された第１の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第１の条件が実質的に満たされている」との状態は、「第１の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（第１の位置）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、「熱媒液循環路内の第１の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、「第１の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「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１の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第２の条件が実質的に満たされている」との状態は、「第１の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（第１の位置）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、「熱媒液循環路内の第１の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、「第１の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「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。

加えて、「冷却装置」は、水素ガスを冷却するための水素ガス冷却用熱交換器３にブラインを供給する装置に限定されず、各種工作機械や医療機器に極低温の「熱媒液」を供給する「冷却装置」において、上記の水素ガス冷却装置１と同様の構成を採用することができる。

１ 水素ガス冷却装置
２ 冷凍ユニット
３ 水素ガス冷却用熱交換器
４ ブラインタンク
４ａ，１４ａ 温度センサ
５ ブライン配管
５ａ〜５ｅ 配管
６ 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
Ｓ４ａ，Ｓ１４ａ センサ信号
Ｖ 制御弁

Claims (5)

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冷凍ユニットと、
   前記冷凍ユニットおよび冷却対象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、
   前記冷凍ユニットの動作を制御する制御部とを備え、
   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当該両蒸発器を相互に接続し、
   前記制御部は、前記熱媒液循環路内の予め規定された第１の位置における前記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第１の条件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第１の処理を実行すると共に、前記予め規定された第１の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第２の条件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第１の処理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第２の処理を実行する冷却装置。
2. 前記予め規定された第１の位置に配設されて前記熱媒液の温度を検出する第１の温度センサを備え、
   前記制御部は、前記第１の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が前記予め規定された温度以上になっているときに前記第１の条件が満たされているとして前記第１の処理を実行すると共に、前記第１の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が前記予め規定された温度を下回っているときに前記第２の条件が満たされているとして前記第２の処理を実行する請求項１記載の冷却装置。
3. 前記制御部は、前記第１の処理において、前記第３の蒸発器への冷媒供給量を調整して当該第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させる請求項１または２記載の冷却装置。
4. 前記熱媒液循環路内の予め規定された第２の位置に配設されて前記熱媒液の温度を検出する第２の温度センサを備え、
   前記制御部は、前記第１の処理において、前記第２の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の低下に応じて前記第３の蒸発器への冷媒供給量を調整して当該第３の蒸発器における冷媒蒸発温度を徐々に低下させる請求項３記載の冷却装置。
5. 前記熱媒液配管は、前記冷却対象としての水素ガス冷却用熱交換器に前記熱媒液を供給可能に接続されている請求項１から４のいずれかに記載の冷却装置。

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