JP5716208B1 - 水素ガス冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温側冷凍回路が高負荷状態となるのを回避しつつ、水素ガスの給気時に水素ガス冷却用熱交換器に対して充分な量の熱媒液を確実に供給する。【解決手段】高温側冷凍回路１０の蒸発器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の蒸発器１６によってブライン（熱媒液）を冷却可能な冷凍ユニット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ためのブライン配管５と、冷凍ユニット２によって冷却したブラインを熱交換器３に供給すると共に熱交換器３からブラインを回収する液送ポンプ６と、冷凍ユニット２および液送ポンプ６の動作を制御する制御部７とを備え、制御部７は、停止条件が満たされたときに液送ポンプ６を停止させると共に、液送ポンプ６を停止させている状態で制御装置Ｘｄから給気開始信号ＳＸａが出力されたときに停止状態の液送ポンプ６を動作させる。【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水素ガス冷却用熱交換器に供給して水素ガス冷却用熱交換器において水素ガスを冷却可能に構成された循環型の水素ガス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、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。そこで、出願人は、低温側冷凍回路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を監視すると共に、特定される温度差に応じて蒸発器に対する熱媒液の供給量を調整するようにチラー冷却器を改良した。

具体的には、出願人が改良したチラー冷却器では、低温側冷凍回路の蒸発器に対して高温の熱媒液が液送されることで、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温度を超えたとき（すなわち、低温側冷凍回路の蒸発器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とき）には、予め規定した周期で液送ポンプを断続的に運転する状態（以下、「断続運転状態」ともいう）に移行させることで蒸発器に対して液送する熱媒液の量を減少させる。これにより、蒸発器内における冷媒の気化量が減少し、低温側冷凍回路内の冷媒圧力が過剰に高くなる事態が回避される。

また、低温側冷凍回路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温度以下になったとき（すなわち、低温側冷凍回路の蒸発器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熱媒液の温度が低下したとき）には、液送ポンプを継続的に運転する状態（液送ポンプを動作させ続ける状態：以下、「継続運転状態」ともいう）に移行させることで、低温側冷凍回路の蒸発器に対して熱媒液を継続的に液送させる。これにより、圧縮機の破損等を招くことなく、低温側冷凍回路の蒸発器において熱媒液を極低温まで好適に冷却することが可能となる。

しかしながら、上記のように改良したチラー冷却器において、液送ポンプが断続運転状態に移行させられた状態において水素ガスの給気（水素ガス冷却用の熱交換器における水素ガスの冷却）が開始されたときには、液送ポンプが停止しているときに熱媒液が熱交換器に液送されないことに起因して水素ガスを充分に冷却するのが困難な状態となる。したがって、液送ポンプを断続運転状態に移行させた状態において水素ガスの給気が開始されたとしても水素ガスの冷却に必要な量の熱媒液を熱交換器に液送するには、断続運転状態において液送ポンプを停止させる時間を充分に短く規定し、かつ液送ポンプを動作させる時間を充分に長く規定すると共に、断続運転の周期を充分に短く規定する必要がある。このため、出願人が改良したチラー冷却器では、低温側冷凍回路内の冷媒圧力が過剰に高くなる（低温側冷凍回路が高負荷状態となる）のを好適に回避するのが困難になっているのが現状であり、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、低温側冷凍回路が高負荷状態となるのを回避しつつ、水素ガスの給気時に水素ガス冷却用熱交換器に対して充分な量の熱媒液を確実に供給し得る水素ガス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記載の水素ガス冷却装置は、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水素ガス冷却用熱交換器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、前記熱媒液配管に接続されて前記冷凍ユニットによって冷却した前記熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給すると共に当該水素ガス冷却用熱交換器から当該熱媒液を回収する液送ポンプと、前記冷凍ユニットおよび前記液送ポンプの動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第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の温度以上になるとの第１の条件が実質的に満たされたときに予め規定された停止条件が満たされたとして前記液送ポンプを停止させると共に、当該液送ポンプを停止させている状態において、水素ガスの冷却を開始する必要があることを報知する報知信号が外部装置から出力されたとき、および前記第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前記第１の温度よりも低温の予め規定された第２の温度以下になるとの第２の条件が実質的に満たされたときに停止状態の当該液送ポンプを動作させる。

請求項２記載の水素ガス冷却装置は、請求項１記載の水素ガス冷却装置において、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条件Ａ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処理Ａを実行し、かつ前記予め規定された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条件Ｂ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処理Ａ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処理Ｂを実行すると共に、前記報知信号が出力されて停止状態の前記液送ポンプを動作させる際に前記処理Ｂを実行しているときに、当該処理Ｂに代えて前記処理Ａを実行する。

請求項３記載の水素ガス冷却装置は、請求項２記載の水素ガス冷却装置において、前記水素ガス冷却用熱交換器から回収した前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記冷凍ユニットに供給可能に配設された第１の貯液槽、および前記冷凍ユニットによって冷却された前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給可能に配設された第２の貯液槽との少なくとも一方の貯液槽と、前記少なくとも一方の貯液槽に配設されて前記熱媒液の温度を検出する温度センサとを備え、前記制御部は、前記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を前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度として特定する。

請求項１記載の水素ガス冷却装置では、制御部が、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の温度以上になるとの第１の条件が実質的に満たされたときに予め規定された停止条件が満たされたとして液送ポンプを停止させると共に、液送ポンプを停止させている状態において、水素ガスの冷却を開始する必要があることを報知する報知信号が外部装置から出力されたとき、および第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第１の温度よりも低温の予め規定された第２の温度以下になるとの第２の条件が実質的に満たされたときに停止状態の液送ポンプを動作させる。

したがって、請求項１記載の水素ガス冷却装置によれば、高温の熱媒液を低温側冷凍回路（第２の蒸発器）に対して継続的に供給した際に第２の蒸発器内における冷媒気化量が過剰に高くなる可能性があるときに液送ポンプを停止させる条件を停止条件として規定しておくことにより、低温側冷凍回路が高負荷状態となるのを好適に回避することができると共に、水素ガスの冷却を開始する必要があるときに液送ポンプが停止した状態であっても、水素ガスの冷却に必要な充分な量の熱媒液を水素ガス冷却用熱交換器に供給して水素ガスを確実に冷却することができる。また、低温側冷凍回路内の冷媒圧力が過剰に高くなる状態となる前に停止条件としての第１の条件が満たされて液送ポンプが停止するため、低温側冷凍回路が高負荷状態となるのを好適に回避することができると共に、低温側冷凍回路内の冷媒圧力が過剰に高くなるおそれがないときに第２の条件が満たされて液送ポンプが動作させられるため、冷凍ユニットに充分な量の熱媒液を液送してこれを好適に冷却することができる。

請求項２記載の水素ガス冷却装置では、制御部が、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処理Ａを実行し、かつ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処理Ａ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処理Ｂを実行すると共に、報知信号が出力されて停止状態の液送ポンプを動作させる際に処理Ｂを実行しているときに、処理Ｂに代えて処理Ａを実行する。

したがって、請求項２記載の水素ガス冷却装置によれば、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処理Ａを実行することにより、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、高温の熱媒液の冷却効率が高い高温側冷凍回路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処理Ｂを実行して低温側冷凍回路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と共に、報知信号の出力に応じて停止状態の液送ポンプを動作させるときに処理Ｂを実行していたとしても、処理Ｂに代えて処理Ａを実行することで、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招くことなく、高温側冷凍回路によって冷却した熱媒液を水素ガス冷却用熱交換器に対して継続的に供給して水素ガスを充分に冷却することができる。

請求項３記載の水素ガス冷却装置によれば、制御部が、少なくとも一方の貯液槽に配設された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を予め規定された位置における熱媒液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熱媒液の温度を監視して予め規定された位置における熱媒液の温度を演算し、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熱媒液を効率良く冷却することができる。

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、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、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。

この場合、ガスステーション側設備Ｘは、一例として、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、自動車などの給気対象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、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、およびガスステーションにおける水素ガスの給気処理を総括的に制御する制御装置Ｘｄを備えている。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、上記の各構成要素Ｘａ〜Ｘｄ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。

また、制御装置Ｘｄは「外部装置」の一例であって、利用者によって給気を開始する操作が行われたときに、ディスペンサーＸｂが給気口に接続されているか否かのチェックを行い、正常に接続されているときには、後述するようにして水素ガス冷却装置１に対して給気開始信号ＳＸａ（「報知信号」の一例）を出力すると共に、ガス配管Ｘｃに配設されている流量調整弁や遮断弁を制御してガスタンクＸａからディスペンサーＸｂを介しての自動車等への水素ガスの給気を開始させる。また、制御装置Ｘｄは、ガス配管Ｘｃに配設されている流量計を監視すると共に、設定された量の水素ガスの給気が完了したとき（または、自動車等に充分な量の水素ガスが給気されてディスペンサーＸｂの近傍のガス圧が規定圧力に達したとき）に、流量調整弁や遮断弁を制御して水素ガスの給気を停止させると共に、水素ガス冷却装置１に対して給気終了信号ＳＸｂを出力する。

一方、冷凍ユニット２は、「冷凍ユニット」の一例であって、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（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、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、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、「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に配設され、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〜５ｄ（または、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、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。この場合、制御部７は、後述するようにして、温度センサ２４ａ，２４ｂからのセンサ信号Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂに基づいて特定した「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」や、制御装置Ｘｄからの給気開始信号ＳＸａ等に応じて液送ポンプ６を「断続運転状態」および「継続運転状態」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に応じて冷凍ユニット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）。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、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。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に応じて制御弁Ｖを制御して開度を変化させる処理、およびブラインタンク４内のブラインの温度に応じて冷凍ユニット２の動作状態を制御する処理を開始する。

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制御弁Ｖの開度を充分に小さくすることにより、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を水素ガス冷却用熱交換器３に供給させる。さらに、制御部７は、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℃を下回る状態となったときに、水素ガス冷却用熱交換器３の過冷却を回避すべく、制御弁Ｖの開度を充分に大きくすることにより、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大半を、水素ガス冷却用熱交換器３に供給することなく、配管５ｅを介してブラインタンク４に回収させる。

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の監視、および制御弁Ｖ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、制御弁Ｖの開度を変化させる制御や、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、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、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（「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、制御弁Ｖの開度が充分に小さく制御されて、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をこの順で循環する循環路が形成される。これにより、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。

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、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（「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、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「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、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、「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。

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、冷凍ユニット２を停止させて上記の「処理Ｂ」を終了させる。これにより、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、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、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「処理Ａ」を実行する。また、制御部７は、「処理Ａ」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、「条件Ｂ」が満たされていると判別して、上記の「処理Ｂ」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、前述したように、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に応じた制御弁Ｖの開度を変化させる制御、およびブラインタンク４内のブラインの温度に応じた冷凍ユニット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た液送ポンプ６の動作状態の制御が行われる。

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：以下、この温度差を「冷媒過熱度」ともいう）」を演算する処理を継続的に実行する。また、制御部７は、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１５℃以上であるとの「第１の条件」が満たされたときに、「予め規定された停止条件」が満たされたとして、液送ポンプ６を停止させて断続運転状態に移行させる。さらに、制御部７は、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５℃以下であるとの「第２の条件」が満たされたときに、液送ポンプ６を動作させて継続運転状態に移行させる。

より具体的には、例えば、水素ガス冷却装置１の起動直後において、上記したように制御部７によって「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２の条件」が満たされていると判別し、液送ポンプ６を継続運転状態に移行させ、ブラインタンク４から冷凍ユニット２にブラインを継続的に液送させる。これにより、ブラインタンク４から冷凍ユニット２の高温側冷凍回路１０（蒸発器１６）に継続的にブラインが液送され、高温側冷凍回路１０（蒸発器１６）において冷却されたブラインが、水素ガス冷却用熱交換器３を介してブラインタンク４に回収されて再び冷凍ユニット２に液送される。

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、「停止条件」としての「第１の条件」が満たされたと判別し、液送ポンプ６を停止させて断続運転状態に移行させる。この際には、液送ポンプ６がブラインタンク４から冷凍ユニット２に断続的にブラインを液送する結果、液送ポンプ６を継続運転状態で動作させていたときよりも、低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）に液送されるブラインの単位時間当りの流量が減少する。これにより、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、「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２の条件」が満たされたと判別し、液送ポンプ６を動作させて継続運転状態に移行させる。これにより、前述したように、ブラインタンク４内のブラインの温度が、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−５５℃から−５２℃の範囲内の温度となる。したがって、本例の水素ガス冷却装置１では、上記のように液送ポンプ６の動作状態が変更されることで、ブラインの温度が高温の状態から、水素ガスの冷却に適した極低温の状態となるまで、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好適に回避される。

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、前述したように、ガスステーション側設備Ｘの制御装置Ｘｄから水素ガス冷却装置１の制御部７に給気開始信号ＳＸａが出力される。この際に、例えば、制御部７が上記の「処理Ｂ」を開始した直後（低温側冷凍回路２０の蒸発器２４によるブラインの冷却を開始した直後）には、ブラインタンク４から冷凍ユニット２に液送されるブラインが充分に冷却されていないため、蒸発器２４における冷媒過熱度が１５℃以上となって「停止条件」が満たされ、液送ポンプ６が断続運転状態に移行させられて、水素ガスの冷却に必要なブラインが水素ガス冷却用熱交換器３に液送されていない状態となる。

したがって、本例の水素ガス冷却装置１では、液送ポンプ６を断続運転状態に移行させて停止させている状態において、水素ガスの冷却を開始する必要があることを報知する給気開始信号ＳＸａが制御装置Ｘｄから出力されたときに、制御部７が、蒸発器２４における冷媒過熱度に拘わらず、液送ポンプ６を継続運転状態に移行させて動作させる。これにより、水素ガスの冷却に必要な充分な量のブラインがブラインタンク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に対して継続的に供給される状態となる。

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℃以下の低温の水素ガス）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。

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、水素ガス冷却用熱交換器３において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。この場合、本例のように「処理Ｂ」を開始した直後に水素ガスの給気が開始されたときには、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の流入によって温度上昇したブラインがブラインタンク４から冷凍ユニット２に液送されることとなる。したがって、「処理Ｂ」を継続して実行した場合には、高温のブラインが冷凍ユニット２に供給された状態で蒸発器２４に冷媒が供給されることで、高蒸発器２４内における冷媒の気化量が過剰に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るおそれがある。

そこで、本例の水素ガス冷却装置１では、制御部７が、制御装置Ｘｄからの給気開始信号ＳＸａに応じて停止状態の液送ポンプ６を動作させる際（継続運転状態に移行させる際）に上記の「処理Ｂ」を実行しているとき（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を実行しているとき）には、この「処理Ｂ」に代えて、前述した「処理Ａ（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）」を実行する。これにより、水素ガスの冷却によって温度上昇したブラインが冷凍ユニット２に供給されても、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を招くことなく、高温側冷凍回路１０の蒸発器１６によって−３３℃程度まで充分に冷却した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可能となる。これにより、給気中の水素ガスが水素ガス冷却用熱交換器３において充分に冷却される。

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の制御装置Ｘｄから水素ガス冷却装置１の制御部７に給気終了信号ＳＸｂ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、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に応じて制御弁Ｖの開度を調整し、かつ、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に応じて冷凍ユニット２の動作状態を制御すると共に、温度センサ２４ａ，２４ｂからのセンサ信号Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂに基づいて特定される蒸発器２４における冷媒過熱度に応じて液送ポンプ６の動作状態を制御する。これにより、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。

このように、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「停止条件」が満たされたときに液送ポンプ６を停止させると共に、液送ポンプ６を停止させている状態において、水素ガスの冷却を開始する必要があることを報知する給気開始信号ＳＸａ（報知信号）が制御装置Ｘｄ（外部装置）から出力されたときに停止状態の液送ポンプ６を動作させる。したがって、この水素ガス冷却装置１によれば、高温のブラインを低温側冷凍回路２０（蒸発器２４）に対して継続的に供給した際に蒸発器２４内における冷媒気化量が過剰に高くなる可能性があるときに液送ポンプ６を停止させる条件（例えば、「蒸発器２４における冷媒過熱度が１５℃以上である」との条件）を「停止条件」として規定しておくことにより、低温側冷凍回路２０が高負荷状態となるのを好適に回避することができると共に、水素ガスの冷却を開始する必要があるときに液送ポンプ６が停止した状態であっても、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に供給して水素ガスを確実に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、制御部７が、蒸発器２４における入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との温度差（冷媒過熱度）が予め規定された「第１の温度（本例では、１５℃）」以上になるとの「第１の条件」が満たされたときに予め規定された「停止条件」が満たされたとして液送ポンプ６を停止させると共に、蒸発器２４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「第１の温度」よりも低温の予め規定された「第２の温度（本例では、５℃）」以下になるとの「第２の条件」が満たされたときに、停止状態の液送ポンプ６を動作させることにより、低温側冷凍回路２０内の冷媒圧力が過剰に高くなる状態となる前に「停止条件」としての「第１の条件」が満たされて液送ポンプ６が停止するため、低温側冷凍回路２０が高負荷状態となるの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内の冷媒圧力が過剰に高くなるおそれがないときに「第２の条件」が満たされて液送ポンプ６が動作させられるため、冷凍ユニット２に充分な量のブラインを液送してこれを好適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、ブライン循環路内の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（本例では、−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、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」を実行し、かつ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（−３３℃）を下回っているとの「条件Ｂ」が満たされているときに、電磁弁１３ａおよび電子膨張弁１３ｂ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」を実行すると共に、給気開始信号ＳＸａが出力されて停止状態の液送ポンプ６を動作させる際に「処理Ｂ」を実行しているときに、「処理Ｂ」に代えて「処理Ａ」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「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、給気開始信号ＳＸａの出力に応じて停止状態の液送ポンプ６を動作させるときに「処理Ｂ」を実行していたとしても、「処理Ｂ」に代えて「処理Ａ」を実行することで、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招くことなく、高温側冷凍回路１０によって冷却した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して水素ガスを充分に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、制御部７が、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タンク４内のブラインの温度を「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台の冷凍ユニット２によってブラインを冷却し、かつ１台の液送ポンプ６によってブラインを液送する構成を例に挙げて説明したが、ブライン循環路（熱媒液循環路）内に複数台の「冷凍ユニット」を並列的に配設すると共に、互いに相違する「冷凍ユニット」にブラインを液送する複数台の「液送ポンプ」を備えて「水素ガス冷却装置」を構成することもできる（図示せず）。このような構成の「水素ガス冷却装置」においても、「停止条件」が満たされたときに各「液送ポンプ」のうちの少なくとも１台を停止させると共に、「液送ポンプ」を停止させている状態において「報知信号」が外部装置から出力されたときに停止状態の「液送ポンプ」を動作させることにより、「低温側冷凍回路」が高負荷状態となるのを好適に回避しつつ、水素ガスの冷却に際して充分な量のブラインを「水素ガス冷却用熱交換器」に対して確実に供給することができる。

また、「停止条件」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（冷媒過熱度）が予め規定された第１の温度以上になるとの第１の条件が実質的に満たされたとき」に限定されない。例えば、ブラインタンク４内のブライン温度が目標温度まで充分に低下したときに冷凍ユニット２を停止させる構成を採用したときには、「ブラインタンク４内のブライン温度が目標温度まで充分に低下したとき」や、「冷凍ユニット２を停止させたとき」との条件を「停止条件」として規定することで、冷凍ユニット２によってブラインを冷却し続ける必要がなくなったときに液送ポンプ６が停止した状態となるため、液送ポンプ６によるエネルギーの浪費を回避することが可能となる。

さらに、「報知信号」は、水素ガスの給気開始時に制御装置Ｘｄから出力される上記の給気開始信号ＳＸａに限定されない。例えば、ガスステーションにおける水素ガスの給気スペースに自動車等が進入したのを検知するセンサを設け、水素ガスを給気する車両が給気スペースに進入した際に、ガスステーション側設備Ｘ（例えば、制御装置Ｘｄ）から水素ガス冷却装置１に車両検知信号を出力する構成を採用したときには、車両検知信号を「報知信号」として液送ポンプ６の動作を開始させることができる。また、ガスステーション側設備Ｘの図示しない操作部の操作によって水素ガスの給気条件の入力操作（給気量や、料金の支払い方法を選択する操作）が行われたときに、ガスステーション側設備Ｘ（例えば、制御装置Ｘｄ）から水素ガスの給気が行われる旨を報知する予告信号を水素ガス冷却装置１に出力する構成を採用したときには、予告信号を「報知信号」として液送ポンプ６の動作を開始させることができる。

また、「外部装置」は、ガスステーション側設備Ｘの制御装置Ｘｄ等に限定されず、各種のネットワーク（通信網）を介してガスステーション側設備Ｘ（制御装置Ｘｄ）が接続可能な管理設備（ガスステーション側設備Ｘにおける水素ガスの残量や、水素ガスの給気時における料金の支払いを管理する設備）を「外部装置」として「報知信号」を出力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５ｄ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、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５ｄを各配管５ａ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５ｃにおける各配管５ｅとの接続部位と冷凍ユニット２（蒸発器２４）側の一端部との間にブラインタンク８（「少なくとも一方の貯液槽」としての「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、「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の温度以上になるとの第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１の温度以上になったとき」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の温度以下になるとの第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２の温度以下になったとき」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。

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
４，８ ブラインタンク
４ａ，２４ａ，２４ｂ 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
３０ カスケードコンデンサ
Ｓ４ａ，Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂ センサ信号
ＳＸａ 給気開始信号
Ｘ ガスステーション側設備
Ｘｄ 制御装置

Claims (3)

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水素ガス冷却用熱交換器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、
   前記熱媒液配管に接続されて前記冷凍ユニットによって冷却した前記熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給すると共に当該水素ガス冷却用熱交換器から当該熱媒液を回収する液送ポンプと、
   前記冷凍ユニットおよび前記液送ポンプの動作を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第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の温度以上になるとの第１の条件が実質的に満たされたときに予め規定された停止条件が満たされたとして前記液送ポンプを停止させると共に、当該液送ポンプを停止させている状態において、水素ガスの冷却を開始する必要があることを報知する報知信号が外部装置から出力されたとき、および前記第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前記第１の温度よりも低温の予め規定された第２の温度以下になるとの第２の条件が実質的に満たされたときに停止状態の当該液送ポンプを動作させる水素ガス冷却装置。
2. 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条件Ａ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処理Ａを実行し、かつ前記予め規定された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条件Ｂ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処理Ａ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処理Ｂを実行すると共に、前記報知信号が出力されて停止状態の前記液送ポンプを動作させる際に前記処理Ｂを実行しているときに、当該処理Ｂに代えて前記処理Ａを実行する請求項１記載の水素ガス冷却装置。
3. 前記水素ガス冷却用熱交換器から回収した前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記冷凍ユニットに供給可能に配設された第１の貯液槽、および前記冷凍ユニットによって冷却された前記熱媒液を貯液可能に構成されると共に貯液した当該熱媒液を前記水素ガス冷却用熱交換器に供給可能に配設された第２の貯液槽との少なくとも一方の貯液槽と、
   前記少なくとも一方の貯液槽に配設されて前記熱媒液の温度を検出する温度センサとを備え、
   前記制御部は、前記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を前記予め規定された位置における前記熱媒液の温度として特定する請求項２記載の水素ガス冷却装置。

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