KR101632859B1 - 수소 스테이션 - Google Patents

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KR101632859B1
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겐지 나구라
히토시 다카기
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

자동차에 탑재된 수소 탱크에 수소를 충전하기 위한 수소 스테이션이며, 수소를 압축하는 압축기와, 상기 압축기의 윤활유를 순환시키면서 냉각하는 윤활유 냉각 유닛과, 상기 자동차에 탑재된 수소 탱크에 충전되기 전이며 상기 압축기에 의해 압축된 후의 수소를 냉각 가능한 수소 냉각 유닛과, 상기 자동차의 당해 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지하는 센서와, 상기 센서로부터의 신호에 의해, 상기 윤활유 냉각 유닛과 상기 수소 냉각 유닛 중 적어도 한쪽을 시동시키는 시동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

수소 스테이션{HYDROGEN STATION}
본 발명은, 연료 전지 자동차, 수소 자동차 등에 수소를 충전하는 수소 스테이션에 관한 것이다.
오늘날, 자동차의 배기 가스에 포함되는 이산화탄소(CO2), 질소 산화물(NOX) 및 부유 입자상 물질(PM) 등에 의한 지구 온난화 및 대기 오염이 우려되고 있다. 이로 인해, 종래의 가솔린 내연 기관형 자동차 대신에, 적재된 연료 전지에 있어서의 수소와 산소의 화학 반응에 기초하는 전기 에너지를 이용하여 구동하는 연료 전지 자동차(FCV)가 착안되어 있다.
연료 전지 자동차는, 상술한 이산화탄소 등을 배출하지 않고, 다른 유해 물질도 배출하지 않는다. 또한, 연료 전지 자동차는, 가솔린 내연 기관형 자동차보다도 에너지 효율이 우수한 등, 가솔린 내연 기관형 자동차에 없는 다양한 이점을 갖고 있다.
그런데 연료 전지 자동차에는, 크게 구별하면, 수소 스테이션으로부터 수소를 보급하는 타입과, 수소 이외의 연료를 보급하여 차량 탑재 개질기에 있어서 수소를 제조하는 타입이 있지만, 이산화탄소(CO2) 삭감의 효과 등으로부터, 전자의 쪽이 우위하다고 간주되고 있다. 따라서, 연료 전지 자동차와, 이 연료 전지 자동차에 수소를 보급하기 위한 수소 스테이션의 연구, 개발이 서둘러지고 있다.
수소 스테이션으로부터 수소(수소 가스)를 보급하는 타입의 연료 전지 자동차의 경우, 압축된 수소가 자동차에 적재된 수소 탱크에 보급된다.
그런데 공급원의 고압의 기체를 공급처의 저압 상태로 이행(즉, 팽창)시킬 때, 압력 차를 유지하면서 그 기체를 팽창시킨 경우, 당해 기체에 있어서, 줄·톰슨 효과에 의한 온도의 변화가 발생한다.
줄·톰슨 효과에 의한 온도의 변화는, 기체의 당초의 온도에 의존한다. 상기 당초의 온도가 역전 온도 이하이면, 기체의 온도는 저하되고, 상기 당초의 온도가 역전 온도보다도 높으면, 기체의 온도는 상승한다. 수소의 역전 온도는, 215K(－58.15℃) 정도로, 다른 기체에 비해 상당히 저온이므로, 통상, 수소가 연료 전지 자동차 등의 수소 탱크에 보급되면, 보급된 수소에 있어서 급격한 온도 상승이 발생한다.
따라서, 수소 스테이션에서는, 수소 탱크에의 보급 시의 수소의 급격한 온도 상승을 회피하기 위한 설비 등이 필요해진다. 그리고 이를 위한 다양한 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 수소 공급원과 수소 탱크를 접속하는 접속 공정과, 수소 공급원과 수소 탱크를 연결하는 유로 상에 구비된 충전 속도 가변 수단에 의해 수소 탱크 내의 압력에 따라 수소의 충전 속도를 빠르게 하는 충전 공정을 갖는 수소 탱크에의 수소 급속 충전 방법(및 그 수소 급속 충전 방법을 실현한 수소 스테이션)이 개시되어 있다.
또한, 수소 스테이션은, 압축한 수소를 연료 전지 자동차 등에 공급하기 위해, 수소를 압축하여 고압으로 하기 위한 압축기(고압 컴프레서)를 구비하고 있다. 이 압축기는, 수소 스테이션에 있어서 연료 전지 자동차 등에의 수소의 공급(충전)이 행해질 때에 기동된다.
이와 같이, 수소 스테이션에서는, 압축기 등의 기기가 기동(시동)되고 나서 수소가 공급되므로, 수소의 공급을 개시하는 지시를 받고 나서 실제로 수소의 공급이 개시될 때까지 시간이 걸린다.
따라서, 연료 전지 자동차 등에의 수소의 공급을 개시하는 지시를 받기 전부터 압축기를 포함하는 수소 스테이션의 모든 기기를 기동(시동)시켜 두는 것이 생각되지만, 이 경우, 소비 전력이 증대한다.
일본 특허 출원 공개 제2001-355795호 공보
본 발명의 목적은, 연료 전지 자동차, 수소 자동차 등에 수소를 충전하는 수소 스테이션에 있어서, 소비 전력의 증대를 억제하면서, 연료 전지 자동차, 수소 자동차 등에 수소를 공급하려고 하고 나서 실제로 수소의 공급이 개시될 때까지의 시간을 억제하는 것이 가능한 수소 스테이션을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 하나의 면에 따르면, 자동차에 탑재된 수소 탱크에 수소를 충전하기 위한 수소 스테이션이며, 수소를 압축하는 압축기와, 상기 압축기의 윤활유를 순환시키면서 냉각하는 윤활유 냉각 유닛과, 상기 자동차에 탑재된 수소 탱크에 충전되기 전이며 상기 압축기에 의해 압축된 후의 수소를 냉각 가능한 수소 냉각 유닛과, 상기 자동차의 당해 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지하는 센서와, 상기 센서로부터의 신호에 의해, 상기 윤활유 냉각 유닛과 상기 수소 냉각 유닛 중 적어도 한쪽을 시동시키는 시동부를 구비한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 수소 스테이션의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 다른 실시 형태에 관한 수소 스테이션의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 수소 스테이션(1)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
수소 스테이션(1)은, 연료 전지 자동차(이하, 단순히 자동차라고도 칭함.)(C)에 탑재된 수소 탱크(50)에 수소를 충전하기 위한 고정 설비이다. 이 수소 스테이션(1)에서는, 수소가 도시하지 않은 수소 공급원으로부터 공급 유로(3)를 통해 저압단측의 왕복동 압축기(4)에 공급된다. 필터(2)가 공급 유로(3)에 설치되어 있다. 구동기(전동기 등)(5)가 저압단측의 왕복동 압축기(4)에 접속되어 있다. 저압단측의 왕복동 압축기(4)는, 이 구동기(5)의 회전에 의해 구동된다.
저압단측의 왕복동 압축기(4)와 후술하는 고압단측의 왕복동 압축기(최고압단측 압축기)(14)는, 중간 유로(6)에 의해 접속되어 있다. 저압단측의 왕복동 압축기(4)는, 압축한 수소를 중간 유로(6)에 토출한다. 이때의 저압단측의 왕복동 압축기(4)의 토출 압력은, 예를 들어 40㎫로 제어된다. 수소 쿨러(7)가 중간 유로(6)에 설치되어 있다. 수소 쿨러(7)는, 저압단측의 왕복동 압축기(4)에 의해 압축되어 고온으로 된 수소를 냉각한다. 이 중간 유로(6)는, 분기점(6a)에 있어서 분기되어 있다. 분기점(6a)에 있어서 분기된 한쪽의 중간 유로(6)는, 분기점(6b)을 통해 제1 중간압 축압기(9)에 접속되어 있다. 개폐 밸브(8)가 상기 한쪽의 중간 유로(6)에 설치되어 있다. 또한, 분기점(6a)에 있어서 분기된 다른 쪽의 중간 유로(6)는, 분기점(6c)을 통해 제2 중간압 축압기(11)에 접속되어 있다. 개폐 밸브(10)가 상기 다른 쪽의 중간 유로(6)에 설치되어 있다. 제1 중간압 축압기(9)로부터 분기점(6b)을 통해 연장되는 상기 한쪽의 중간 유로(6)와, 제2 중간압 축압기(11)로부터 분기점(6c)을 통해 연장되는 상기 다른 쪽의 중간 유로(6)는, 합류점(6d)에 있어서 합류한다. 합류점(6d)에 있어서 합류한 중간 유로(6)는, 고압단측의 왕복동 압축기(14)에 접속되어 있다.
개폐 밸브(12)가 분기점(6b)과 합류점(6d) 사이의 상기 한쪽의 중간 유로(6)에 설치되어 있다. 또한, 개폐 밸브(13)가 분기점(6c)과 합류점(6d) 사이의 상기 다른 쪽의 중간 유로(6)에 설치되어 있다. 또한, 압력 센서(16)가 분기점(6b)과 제1 중간압 축압기(9) 사이의 상기 한쪽의 중간 유로(6)에 설치되어 있다. 또한, 압력 센서(17)가 분기점(6c)과 제2 중간압 축압기(11) 사이의 상기 다른 쪽의 중간 유로(6)에 설치되어 있다.
구동기(15)가 고압단측의 왕복동 압축기(14)에 접속되어 있다. 고압단측의 왕복동 압축기(14)는, 이 구동기(15)의 회전에 의해 구동된다. 구동기(15)는, 도시하지 않은 인버터에 의해 회전수가 제어되는 전동기이며, 임의의 회전수로 회전 가능하다. 또한, 구동기(15)는, 회전수의 제어가 가능한 구성이면 되고, 인버터에 의해 회전 제어되는 전동기에 한정되지 않는다.
제1 중간압 축압기(9) 및 제2 중간압 축압기(11)는, 저압단측의 왕복동 압축기(4)로부터 공급된 수소를 일단 저류한다.
개폐 밸브(8)는, 압력 센서(16)에 있어서의 검출 압력 P1이 미리 설정된 제1 임계값 미만인 경우에 개방되고, 압력 센서(16)에 있어서의 검출 압력 P1이 미리 설정된 제1 임계값 이상인 경우에 폐쇄된다. 이 개폐 밸브(8)의 개폐 동작(특히 폐쇄 동작)은, 저압단측의 왕복동 압축기(4)로부터 공급되는 수소의 양이 과다해져 제1 중간압 축압기(9)의 내압이 지나치게 상승하는 것을 방지한다.
개폐 밸브(10)는, 압력 센서(17)에 있어서의 검출 압력 P2가 미리 설정된 제2 임계값 미만인 경우에 개방되고, 압력 센서(17)에 있어서의 검출 압력 P2가 미리 설정된 제2 임계값 이상인 경우에 폐쇄된다. 이 개폐 밸브(10)의 개폐 동작(특히 폐쇄 동작)은, 저압단측의 왕복동 압축기(4)로부터 공급되는 수소의 양이 과다해져 제2 중간압 축압기(11)의 내압이 지나치게 상승하는 것을 방지한다.
개폐 밸브(12)는, 압력 센서(16)에 있어서의 검출 압력 P1이 미리 설정된 제3 임계값 미만인 경우에 폐쇄되고, 압력 센서(16)에 있어서의 검출 압력 P1이 미리 설정된 제3 임계값 이상인 경우에 개방된다. 이 개폐 밸브(12)의 개폐 동작은, 고압단측의 왕복동 압축기(14)에 공급되는 수소의 압력이 극단적으로 낮아지는 것을 방지한다.
개폐 밸브(13)는, 압력 센서(17)에 있어서의 검출 압력 P2가 미리 설정된 제4 임계값 미만인 경우에 폐쇄되고, 압력 센서(17)에 있어서의 검출 압력 P2가 미리 설정된 제4 임계값 이상인 경우에 개방된다. 이 개폐 밸브(13)의 개폐 동작은, 고압단측의 왕복동 압축기(14)에 공급되는 수소의 압력이 극단적으로 낮아지는 것을 방지한다.
고압단측의 왕복동 압축기(14)는, 압축한 수소를 토출 유로(18)에 토출한다. 이때의 고압단측의 왕복동 압축기(14)의 토출 압력은, 예를 들어 100㎫로 제어된다. 수소 쿨러(19)가 토출 유로(18)에 설치되어 있다. 이 수소 쿨러(19)는, 고압단측의 왕복동 압축기(14)에 의해 압축되어 고온으로 된 수소를 냉각한다.
고압단측의 왕복동 압축기(14)에는, 당해 왕복동 압축기(14) 내의 윤활유를 순환 냉각하기 위한 윤활유 냉각 유닛(32)이 접속되어 있다. 이 윤활유 냉각 유닛(32)은, 오일 순환 유로(33)와, 이 오일 순환 유로(33)에 설치된 윤활유 펌프(34)와, 오일 쿨러(36)와, 오일 필터(37)와, 윤활유 펌프(34)를 구동하는 구동기(35)를 구비하고 있다. 그리고 윤활유 냉각 유닛(32)은, 후술하는 컨트롤러(30) 내의 시동부(30a)로부터의 시동 신호를 수신함으로써 시동한다. 이에 의해, 고압단측의 왕복동 압축기(14) 내의 윤활유가, 당해 왕복동 압축기(14)와 윤활유 냉각 유닛(32) 사이를 순환하면서 냉각된다. 또한, 윤활유 냉각 유닛(32)은, 고압단측의 왕복동 압축기(14)뿐만 아니라, 저압단측의 왕복동 압축기(4)에 설치되어도 된다.
수소 쿨러(19)보다 하류측의 토출 유로(18)에, 유량 조정 밸브(20)와, 유량계(21)와, 수소 냉각 유닛(22)과, 차단 밸브(23)가 순서대로 설치되어 있다. 유량 조정 밸브(20)는, 그 하류의 유량계(21)에 있어서 검출된 유량값에 기초하여, 그 개방도를 제어한다. 이에 의해, 유량 조정 밸브(20)를 통과하는 수소의 유량이 적정하게 조정된다. 또한, 유량 조정 밸브(20), 유량계(21) 및 차단 밸브(23)는, 소위 디스펜서(충전기)(28)에 내장되어 그 일부를 구성하고 있다.
수소 냉각 유닛(22)은, 수소 쿨러(40)와 냉동기(41)를 구비한다. 이들 수소 쿨러(40)와 냉동기(41)는, 냉매 배관(42)에 의해 서로 접속되어 있다. 이 수소 냉각 유닛(22)은, 토출 유로(18) 내의 수소와 냉동기(41)에 의해 냉각된 냉매를 수소 쿨러(40) 내에 있어서 열교환시키도록 구성되어 있다. 그리고 수소 냉각 유닛(22)에서는, 냉동기(41)가 컨트롤러(30) 내의 시동부(30a)로부터의 시동 신호를 수신함으로써 시동된다. 이에 의해, 토출 유로(18) 내의 수소가, 수소 쿨러(40) 내에 있어서, 당해 수소 쿨러(40)와 냉동기(41) 사이를 순환하는 냉매에 의해 냉각된다.
수소 쿨러(7, 19)도, 수소 쿨러(40)와 마찬가지로, 수소 냉각 유닛을 각각 구성하고 있다.
최종단[즉, 수소 스테이션(1)에 있어서의 가장 하류측]의 수소 냉각 유닛(22)은, 당해 수소 냉각 유닛(22)의 상류측의 수소 냉각 유닛[수소 쿨러(19)를 포함하는 수소 냉각 유닛]에 의해 냉각된 수소를, 고객의 자동차(C)에 충전하기 직전에 더욱 냉각한다. 예를 들어, 수소 쿨러(19)를 포함하는 수소 냉각 유닛은, 130℃ 정도의 고온의 수소를 40℃ 정도까지 냉각하고, 수소 냉각 유닛(22)은, 상기 40℃ 정도까지 냉각된 수소를 －40℃ 정도에까지 냉각한다.
긴급 이탈 커플러(24)가 토출 유로(18)의 가장 하류의 단부에 설치되어 있다. 이 긴급 이탈 커플러(24)는, 이것을 통해 자동차(C)측으로 신장되는 충전 호스(25)가 극히 강한 힘으로 끌어 당겨진 경우에 이탈하고(구체적으로는 중간부에서 분리되고), 이들 분리된 긴급 이탈 커플러(24)의 수소 가스의 공급처측[자동차(C)측]의 부위와, 이들 분리된 긴급 이탈 커플러(24)의 수소 가스의 공급원측의 부위의 쌍방으로부터, 고압의 수소 가스가 분출하지 않도록 구성되어 있다.
충전 노즐(26)이, 긴급 이탈 커플러(24)로부터 신장되는 충전 호스(25)의 가장 하류의 단부에 설치되어 있다. 충전 노즐(26)은, 자동차(C)의 노즐구(51)에 접속된다. 그리고 수소 스테이션(1)으로부터 공급되는 수소는, 이 충전 노즐(26)이 접속된 노즐구(51)를 통해 자동차(C)에 탑재되는 차량 탑재 수소 탱크(50)에 공급된다.
수소 스테이션(1)에는, 내점[수소 스테이션(1)에 접근 혹은 도착]한 고객의 자동차(C)를 수소 가스의 공급 위치로 유도하기 위한 레인(도시 생략)이 설정되어 있다. 고객이 탄 자동차(C)의 내점[자동차(C)의 수소 스테이션(1)에의 접근 혹은 도착]을 검지하는 센서(31)가, 상기 레인의 입구 근방에 설치되어 있다.
본 실시 형태의 수소 스테이션(1)에서는, 고압단측의 왕복동 압축기(14) 이후에 구비된 기기가 기동 준비부(27)를 구성한다. 본 실시 형태의 기동 준비부(27)는, 윤활유 냉각 유닛(32)과 수소 냉각 유닛(22)을 구비한다. 또한, 이 기동 준비부(27)는, 컨트롤러(30) 내의 시동부(30a)로부터의 시동 신호를 수신함으로써 기동된다. 또한, 시동부(30a)는, 센서(31)로부터의 신호(이하, 「내점 신호」라고도 칭함.)를 수신함으로써 상기 시동 신호를 출력한다.
본 실시 형태의 센서(31)는, 예를 들어, 광학 센서, 중량 센서 및 자기 센서 중 적어도 하나에 의해 구성되어 있다. 예를 들어, 센서(31)가 광전관 등의 광학 센서에 의해서만 구성되어 있으면, 센서(31) 앞을 내객의 자동차(C)가 통과한 것인지, 사람이 통과한 것인지가 판별하기 어려운 경우가 있다. 그러나 예를 들어, 센서(31)가, 광학 센서와, 중량 센서 또는 자기 센서에 의해 구성되어 있으면, 센서(31) 앞을 자동차(C)가 통과한 것인지, 사람이 통과한 것인지를 판별할 수 있다.
다음으로, 고객 내점 전의 수소 스테이션(1)의 운전 상황 및 고객이 탄 자동차(C)가 이 수소 스테이션(1)에 내점하였을 때의 당해 수소 스테이션(1)의 운전 상황에 대해 설명한다.
수소 스테이션(1)은, 우선, 도시하지 않은 수소 공급원으로부터 필터(2)가 설치된 공급 유로(3)를 통해, 수소를 저압단측의 왕복동 압축기(4)에 수용한다. 그리고 이 저압단측의 왕복동 압축기(4)에 접속된 구동기(5)가 시동되어 저압단측의 왕복동 압축기(4)가 구동된다. 이어서, 저압단측의 왕복동 압축기(4)가, 압축한 수소를 중간 유로(6)에 토출하고, 수소 쿨러(7)가, 이 저압단측의 왕복동 압축기(4)로부터 토출된 수소를 냉각한다.
상기 냉각된 수소는, 중간 유로(6)를 흐르고, 분기점(6a), 개방된 상태의 개폐 밸브(8) 및 분기점(6b)을 순서대로 거쳐 제1 중간압 축압기(9)에 유입되는 동시에, 분기점(6a), 개방된 상태의 개폐 밸브(10) 및 분기점(6c)을 순서대로 거쳐 제2 중간압 축압기(11)에 유입된다.
이때, 압력 센서(16)에 있어서의 검출 압력 P1이 미리 설정된 제1 임계값 이상으로 되면, 개폐 밸브(8)가 폐쇄되어 제1 중간압 축압기(9)에의 수소의 저류가 정지된다. 또한, 압력 센서(17)에 있어서의 검출 압력 P2가 미리 설정된 제2 임계값 이상으로 되면, 개폐 밸브(10)가 폐쇄되어 제2 중간압 축압기(11)에의 수소의 저류가 정지된다.
압력 센서(16)에 있어서의 검출 압력 P1이 미리 설정된 제3 임계값 이상으로 되면 개폐 밸브(12)가 개방되고, 압력 센서(17)에 있어서의 검출 압력 P2가 미리 설정된 제4 임계값 이상으로 되면 개폐 밸브(13)가 개방된다. 이에 의해, 제1 중간압 축압기(9)와 제2 중간압 축압기(11)에 저류되어 있었던 수소는, 제1 중간압 축압기(9)와 제2 중간압 축압기(11) 중 어느 한쪽, 혹은 양쪽으로부터 각각 유출되어 합류점(6d)에 있어서 합류하고, 시동되어 있지 않은 고압단측의 왕복동 압축기(14), 수소 쿨러(19)를 거쳐, 토출 유로(18)에 있어서의 디스펜서(28)의 직전까지 도달한다. 이에 의해, 제1 중간압 축압기(9) 및 제2 중간압 축압기(11)로부터 디스펜서(28)의 직전까지의 유로 내가 수소로 채워진 상태로 되어 있다.
그리고 고객이 탄 자동차(C)가 상기 레인의 입구에 진입하면, 센서(31)는, 자동차(C)의 내점을 검지하여 내점 신호를 컨트롤러(30)에 송신한다. 그러면, 컨트롤러(30) 내의 시동부(30a)가, 시동 신호를 윤활유 냉각 유닛(32)과 수소 냉각 유닛(22)에 각각 송신한다. 그리고 수소 냉각 유닛(22)은, 고객의 자동차(C)에 충전하기 직전의 수소를 냉각하고, 언제 수소 충전이 개시되어도 문제없는 수소의 냉각 상태로 한다. 즉, 수소 냉각 유닛(22)은, 배출 유로(18) 내에 저류되어 있는 수소 중, 수소 냉각 유닛(22) 내에 있는 것을 고객의 자동차(C)에 충전하기 전에 냉각 상태로 한다.
윤활유 냉각 유닛(32)이 시동 신호를 수신하면, 윤활유 냉각 유닛(32)의 구동기(35)가 시동되어, 고압단측의 왕복동 압축기(14) 내의 윤활유를, 당해 윤활유 냉각 유닛(32)과 고압단측의 왕복동 압축기(14) 사이에서 순환시킨다. 이때, 순환하는 윤활유는, 윤활유 냉각 유닛(32)에 있어서 오일 쿨러(36)에 의해 냉각되고, 오일 필터(37)에 의해 불순물이 제거된 후, 당해 윤활유 냉각 유닛(32)으로부터 왕복동 압축기(14)로 복귀되고, 이것이 반복된다. 이에 의해, 고압단측의 왕복동 압축기(14)는, 언제 기동해도 문제없는 윤활 상태로 유지된다. 또한, 수소 냉각 유닛(22)이 시동 신호를 수신하면, 수소 냉각 유닛(22)의 냉동기(41)가 시동되어, 충분히 냉각된 냉매를 당해 냉동기(41)와 수소 쿨러(40) 사이에서 순환시킨다. 이에 의해, 언제 수소 충전이 개시되어도 수소 쿨러(40)가 당해 수소 쿨러(40)를 통과하는 수소를 충분히 냉각할 수 있는 수소 냉각 유닛(22)의 운전 상태(예를 들어, 40℃ 정도의 수소를 －40℃ 정도에까지 냉각할 수 있는 운전 상태)가 유지된다.
고객의 자동차(C)가 수소 가스의 공급 위치에 와서 고객이 수소 충전을 발주하고, 충전 노즐(26)이 자동차(C)의 노즐구(51)에 접속된 시점[즉, 자동차(C)에의 수소 충전을 개시하는 취지의 지시가 있었던 시점]에서, 수소 스테이션(1)의 조작원이, 컨트롤러(30)에 지시하여 고압단측의 왕복동 압축기(14)의 구동기(15)를 기동한다. 이때, 컨트롤러(30)는, 수소 스테이션(1)에 있어서의 다른 기기[수소의 자동차(C)에의 공급에 관계되는 기기]도 시동한다. 그러면, 저압의 수소가 고압단측의 왕복동 압축기(14)에 의해 고압으로 압축되고, 당해 왕복동 압축기(14)로부터 토출 유로(18)에 토출된 고압 수소가 수소 쿨러(19)에 의해 냉각된다.
이어서, 조작원이, 디스펜서(28)의 차단 밸브(23)를 개방한다. 그러면, 수소가 자동차(C)에 탑재된 수소 탱크(50)에 공급된다. 이때, 유량 조정 밸브(20)가 유량계(21)에 의해 검출된 유량값에 기초하여 당해 유량 조정 밸브(20)를 통과하는 수소의 유량을 적정하게 유지하고 있다. 또한, 수소 냉각 유닛(22)은, 고객의 수소 충전의 발주 전부터 시동되고 있으므로, 충분히 냉각된 수소를 자동차(C)에 즉시 충전할 수 있다. 즉, 수소 충전을 개시하는 취지의 지시를 받고 나서 수소 충전을 개시할 때까지의 시간 및 충전 종료할 때까지의 시간이, 수소 충전을 개시하는 취지의 지시를 받고 나서 수소 냉각 유닛(22)이 시동되는 경우에 비해, 단축된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 수소 스테이션(1)은, 공급된 수소를 복수단으로 압축하는 복수의 왕복동 압축기(4, 14)와, 고객의 자동차(C)의 내점[수소 스테이션(1)에의 접근 또는 도착]을 검지하는 센서(31)를 구비한다. 또한, 수소 스테이션(1)에서는, 복수단의 왕복동 압축기(4, 14) 중 고압단측의 왕복동 압축기(14) 이후에 구비된 기기(22, 32)가 기동 준비부(27)를 구성한다. 또한, 수소 스테이션(1)은, 센서(31)로부터의 내점 신호에 의해 기동 준비부(27)를 시동시키는 시동부(30a)를 구비한다. 이로 인해, 본 실시 형태의 수소 스테이션(1)은, 고객이 수소 충전의 의뢰를 하고 나서[자동차(C)에의 수소 충전을 개시하는 취지의 지시가 있고 나서] 고객의 자동차(C)에 수소의 충전을 개시할 때까지의 시간 및 충전 종료까지의 시간을 단축할 수 있다.
또한, 자동차(C)의 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지하고 나서, 실제로 수소의 공급(충전)을 개시할 때까지, 모든 관계 기기를 미리 시동시키면, 많은 전력을 소비하게 된다. 따라서, 본 실시 형태의 수소 스테이션(1)에서는, 상기 자동차(C)의 검지에 의해 시동부(30a)가 시동시키는 기기(시동 대상)를 일부의 기기에 좁히고 있다(한정하고 있다). 즉, 상기 시동 대상은, 구동 전력 소비가 그다지 크지 않고, 또한, 수소의 공급(충전)을 개시하는 지시를 받고 나서 수소의 공급(충전)을 개시할 때까지의 시간을 최대한 짧게 한다고 하는 목적에 대하여 특히 효과가 상승하는 기기에 좁혀져 있다. 본 실시 형태의 상기 시동 대상은, 윤활유 냉각 유닛(32) 및 수소 냉각 유닛(22)이다. 따라서, 자동차(C)의 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지한 시점에서는, 고압단측의 왕복동 압축기(14)를 시동하지 않고, 윤활유 냉각 유닛(32)과 수소 냉각 유닛(22)만을 시동한다.
이에 의해, 수소 스테이션(1)은, 소비 전력의 증가를 억제하면서, 자동차(C)에 수소를 공급하려고 하고 나서 실제로 수소의 공급이 개시될 때까지의 시간을 억제하고 있다.
본 발명에 관한 수소 스테이션은, 상술한 실시 형태에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 실시 형태의 기동 준비부(27)는, 고압단측의 왕복동 압축기(14) 이후에 구비된 기기(32, 22)의 쌍방을 포함하지만, 기동 준비부는, 기기(32, 22) 중 한쪽만을 포함하는 구성이어도 된다. 또한, 기동 준비부는, 고압단측의 왕복동 압축기(14) 이후에 구비된 기기(32, 22)에 준하는 기기를 포함해도 된다.
또한, 기동 준비부(27)는, 고압단측의 왕복동 압축기(14) 이후에 구비된 기기뿐만 아니라, 중간 유로(6) 이후에 구비된 기기를 포함해도 된다. 예를 들어, 상술한 실시 형태의 변형예로서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 개폐 밸브(α)가 합류점(6d)과 고압단측의 왕복동 압축기(14) 사이의 중간 유로(6)에 설치되고, 기동 준비부(27)가 이 개폐 밸브(α)를 포함해도 된다. 이 경우, 바람직하게는, 컨트롤러(30)는, 센서(31)로부터 내점 신호를 수신하였을 때에 개폐 밸브(α)를 개방하고, 그 이외일 때(내점 신호를 수신하고 있지 않을 때)에는 개폐 밸브(α)를 폐쇄하는 제어를 행한다.
또한, 상기 실시 형태의 수소 스테이션(1)에 있어서, 압축기(4, 14)는, 왕복동 압축기에 한정되지 않고, 다른 형식의 압축기여도 된다.
또한, 상기 실시 형태의 수소 스테이션(1)에는, 2개의 압축기(4, 14)가 설치되어 있지만, 이 수에 한정되지 않고, 1개 또는 3개 이상의 압축기가 설치되어도 된다. 압축기가 3개 이상 설치되는 경우에는, 윤활유 냉각 유닛(32)이 적어도 가장 하류측의 압축기에 설치된다.
상기 실시 형태의 수소 스테이션(1)에서는, 2개의 중간압 축압기[제1 중간압 축압기(9)와 제2 중간압 축압기(11)]가 설치되고, 중간 유로(6)가 분기점(6a)에 있어서 분기되어 이들 2개의 중간압 축압기(9, 11)에 접속되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 수소 스테이션에 중간압 축압기가 1개만 설치되고, 중간 유로(6)가 이 중간압 축압기에 접속되는 구성이어도 된다.
[실시 형태의 개요]
이상의 실시 형태를 정리하면, 이하와 같다.
즉, 상기 실시 형태의 수소 스테이션은, 자동차에 탑재된 수소 탱크에 수소를 충전하기 위한 수소 스테이션이며, 수소를 압축하는 압축기와, 상기 압축기의 윤활유를 순환시키면서 냉각하는 윤활유 냉각 유닛과, 상기 자동차에 탑재된 수소 탱크에 충전되기 전이며 상기 압축기에 의해 압축된 후의 수소를 냉각 가능한 수소 냉각 유닛과, 상기 자동차의 당해 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지하는 센서와, 상기 센서로부터의 신호에 의해, 상기 윤활유 냉각 유닛과 상기 수소 냉각 유닛 중 적어도 한쪽을 시동시키는 시동부를 구비한다.
이 구성에 따르면, 소비 전력의 증대를 억제하면서, 연료 전지 자동차 또는 수소 자동차 등에 수소를 공급하려고 하고 나서 실제로 수소의 공급이 개시될 때까지의 시간을 억제할 수 있다. 상세하게는, 이하와 같다.
윤활유 냉각 유닛의 구동기가 시동되어 고압단측의 왕복동 압축기 내의 윤활유가 윤활유 냉각 유닛과 고압단측의 왕복동 압축기 사이를 순환함으로써, 고압단측의 왕복동 압축기는, 언제 기동해도 문제없는 윤활 상태로 된다. 또한, 수소 냉각 유닛의 냉동기가 시동되어, 충분히 냉각된 냉매가 당해 냉동기와 수소 쿨러 사이를 순환함으로써, 수소 냉각 유닛은, 언제 수소 충전이 개시되어도 수소 쿨러가 당해 수소 쿨러를 통과하는 수소를 충분히 냉각할 수 있는 운전 상태로 된다. 따라서, 시동부가 센서에 의해 연료 전지 자동차 등의 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지하고, 미리 윤활유 냉각 유닛과 수소 냉각 유닛 중 적어도 한쪽을 시동시킴으로써, 수소의 공급 개시의 지시 전에 압축기가 윤활 상태로 되고, 및/또는, 수소 냉각 유닛이 상기 운전 상태로 되므로, 연료 전지 자동차에 수소의 공급을 개시하는 지시를 하고 나서 윤활유 냉각 유닛 및 수소 냉각 유닛이 시동(기동)되는 경우에 비해, 수소를 연료 전지 자동차 등에 수소를 공급하려고 하고 나서 실제로 수소의 공급이 개시될 때까지의 시간을 억제할 수 있다.
또한, 상기 구성의 수소 스테이션에서는, 센서가 연료 전지 자동차 등의 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지하였을 때의 시동부에 의한 시동 대상이, 일부의 기기[구동 전력 소비가 그다지 크지 않고 또한 수소의 공급(충전)을 개시하는 지시를 받고 나서 실제로 수소의 공급(충전)이 개시될 때까지의 시간을 최대한 짧게 한다고 하는 목적에 대하여 특히 효과가 상승하는 기기]에 좁혀져 있다. 이에 의해, 당해 수소 스테이션은, 소비 전력의 증대를 억제하면서, 연료 전지 자동차 또는 수소 자동차 등에 수소를 공급하려고 하고 나서 실제로 수소의 공급이 개시될 때까지의 시간을 억제하고 있다.
또한, 수소 스테이션에 있어서 압축기가 복수단 설치되는 경우에는, 상기 시동부는, 가장 하류측의 압축기에 설치된 상기 윤활유 냉각 유닛을 시동시키는 것이 바람직하다.
가장 하류측의 압축기는, 수소를 자동차 등에 공급하기 전후의 시간밖에 가동되지 않으므로, 윤활유의 냉각이 필요한 시간도 이것에 한정된다. 따라서, 이 구성에서는, 가장 하류측의 압축기의 윤활유 냉각 유닛을 냉각 불필요할 때에 가동시키지 않으므로, 에너지 절약으로 되고 또한 윤활유 냉각 유닛의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 수소 스테이션에 있어서 수소 냉각 유닛이 복수단 설치되는 경우에는, 상기 시동부는, 상기 복수단의 수소 냉각 유닛 중 가장 하류측의 수소 냉각 유닛을 시동시키는 것이 바람직하다.
본 발명은, 수소 스테이션을 제공한다.

Claims (2)

  1. 자동차에 탑재된 수소 탱크에 수소를 충전하기 위한 수소 스테이션이며,
    수소를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기의 윤활유를 순환시키면서 냉각하는 윤활유 냉각 유닛과,
    상기 자동차에 탑재된 수소 탱크에 충전되기 전이며 상기 압축기에 의해 압축된 후의 수소를 냉각 가능한 수소 냉각 유닛과,
    상기 자동차의 당해 수소 스테이션에의 접근 또는 도착을 검지하는 센서와,
    상기 센서로부터의 신호에 의해, 상기 윤활유 냉각 유닛과 상기 수소 냉각 유닛 모두를 시동시키는 시동부를 구비하고,
    상기 수소 냉각 유닛은 복수단 설치되고,
    상기 시동부는 상기 복수단의 수소 냉각 유닛 중 가장 하류측의 수소 냉각 유닛을 시동시키는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축기는 복수단 설치되고,
    상기 시동부는 가장 하류측의 압축기에 설치된 상기 윤활유 냉각 유닛을 시동시키는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
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