TWI644070B - Cooling hydrogen supply station and hydrogen cooling device - Google Patents

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TWI644070B
TWI644070B TW105142508A TW105142508A TWI644070B TW I644070 B TWI644070 B TW I644070B TW 105142508 A TW105142508 A TW 105142508A TW 105142508 A TW105142508 A TW 105142508A TW I644070 B TWI644070 B TW I644070B
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関篤史
酒井勝敏
井上紘文
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伸和控制工業股份有限公司
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Abstract

提供一種，採用藉由變頻控制來驅動空冷扇的 空冷式凝結器，且可理想地高精度實現對氫的充分高效率冷卻的冷卻氫供給站、及該冷卻氫供給站所使用的氫冷卻裝置。
本發明係為一種氫冷卻裝置，係具備：空 冷式凝結器，係相對第1冷媒路的一部分而設，藉由驅動空冷扇而可進行第1冷媒之冷卻；和第1熱交換器，係在第1冷媒路的其他一部分與第2冷媒路的一部分之間，可藉由第1冷媒來進行第2冷媒之冷卻；和第2熱交換器，係在第2冷媒路的其他一部分與氫流路的一部分之間，可藉由第2冷媒來進行氫的冷卻。空冷扇的驅動旋轉數係被變頻控制，以使得從空冷式凝結器至第1熱交換器為止的第1冷媒之壓力會被維持在1.5MPa~1.7MPa之範圍內。

Description

冷卻氫供給站及氫冷卻裝置
本發明係關於用以將冷卻氫供給至燃料電池車等的冷卻氫供給站、及該冷卻氫供給站所使用之氫冷卻裝置。
將氫作為燃料的燃料電池車並未發出排氣氣體，因此在環境方面較為優異。因此，為了使如上所示之燃料電池車廣為普及，近年來，已進行各種開發。在燃料電池車的普及，車輛本身的開發亦極為重要，但是為了將氫供給至燃料電池車的氫供給站的開發亦為重要。
關於氫供給站，本案申請人係已經取得了專利(參照專利文獻1)。該專利的冷卻氫供給站，係可高精度地實現充分高效率的冷卻。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5632065號公報
於專利文獻1的發明中，為了第1冷媒的冷卻，而採用了水冷式冷凍機單元。本案發明人，針對將其置換成藉由驅動空冷扇而獲得冷卻作用的空冷式凝結器，反覆進行深入研究。又，本案發明人，係針對空冷扇的驅動控制，關於採用變頻控制以獲得省能源效果，也反覆進行深入研究。
本發明係根據以上知見而研創者。本發明之目的在於，提供一種採用藉由變頻控制來驅動空冷扇的空冷式凝結器，且可理想地高精度實現對氫的充分高效率冷卻的冷卻氫供給站、及該冷卻氫供給站所使用的氫冷卻裝置。
本發明係為一種冷卻氫供給站，其特徵為，具備：第1冷媒路，係供第1冷媒循環；和空冷式凝結器，係相對前述第1冷媒路的一部分而設，藉由驅動空冷扇而可進行前述第1冷媒之冷卻；和第2冷媒路，係供第2冷媒流通；和第1熱交換器，係在前述第1冷媒路的其他一部分與前述第2冷媒路的一部分之間，可藉由前述第1冷媒來進行前述第2冷媒之冷卻；和壓力偵測感測器，係偵測從前述空冷式凝結器至前述第1熱交換器為止之間的第1冷媒之壓力；和變頻式控制器，係基於前述壓力偵 測感測器所偵測的壓力，將前述空冷扇的驅動旋轉數做變頻控制，以使該壓力維持在1.5MPa~1.7MPa之範圍；和氫儲藏部，係儲藏有氫；和氫流路，係搬送被儲藏在前述氫儲藏部的氫；和第2熱交換器，係在前述第2冷媒路的其他一部分與前述氫流路的一部分之間，可藉由前述第2冷媒來進行前述氫的冷卻；前述變頻式控制器，係在被前述壓力偵測感測器所偵測出來的壓力是正在上升或處於高位準之期間，係令前述空冷扇的驅動旋轉數上升或維持在高位準，在被前述壓力偵測感測器所偵測出來的壓力是正在下降或處於低位準之期間，係令前述空冷扇的驅動旋轉數下降或維持在低位準；前述第1冷媒係為氟氯烷；前述第2冷媒係為甲酸鉀水溶液；前述第2冷媒在前述第2冷媒路中的流通量，係在0.3MPa的流通壓力下為135L/min至165L/min；前述氫係藉由前述第2熱交換器，被冷卻至-43℃至-20℃的溫度範圍內；前述氫係藉由前述第2熱交換器，相對於-43℃至-20℃之溫度範圍內的設定溫度，被冷卻至+2℃至-3℃的誤差範圍內；氫冷卻能力係當將氫冷卻至-40℃時為13.5kW至16.5kW；在前述氫流路係設有，將已被前述第2熱交換器所冷卻後的氫予以排出的排出口；從前述排出口所被排出的氫的量，係為4.5kg/3min至5.5kg/3min。
根據由本案發明人所開發出的該冷卻氫供給站，可實現將氫冷卻至-40℃時為13.5kW至16.5kW(13.5kW@-40℃至16.5kW@-40℃)作為氫冷卻能 力，藉此可高效率，亦即極為省能量地實現氫的冷卻。
又，前述氫係藉由前述第2熱交換器，相對於-43℃至-20℃之溫度範圍內的設定溫度，被冷卻至+2℃至-3℃的誤差範圍內。亦即，根據由本案發明人所開發出的該冷卻氫供給站，可實現相對-43℃至-20℃的溫度範圍內的設定溫度為+2℃至-3℃的誤差範圍內的冷卻精度，藉此可高精度實現對氫的十分高效率的冷卻。
前述冷卻氫供給站係在前述氫流路設有排出藉由前述第2熱交換器被冷卻後的氫的排出口，由前述排出口被排出的氫的量為4.5kg/3min至5.5kg/3min。藉由形成為如上所示之氫供給量，可以3分鐘實施對至少1台份的燃料電池車的氫供給(目前一般的燃料電池車的氫容量為5kg)。
在前述冷卻氫供給站中，前述第1冷媒為氟氯烷，前述第2冷媒為甲酸鉀水溶液，具體而言為Showa股份有限公司製的Cold Brine，本案發明人確認可實現前述各性能。
然後，與專利文獻1的發明不同，藉由取代水冷式冷凍機單元而改為採用空冷式凝結器，就不需要冷卻水用力設備。藉此，設置場所的自由度係被顯著提升。甚至，空冷扇的控制，是採用基於從空冷式凝結器至第1熱交換器為止的第1冷媒之壓力而做的變頻控制，因此可獲得省能源效果以及高精度運轉。
具體而言，例如，在被壓力偵測感測器所偵 測出來的壓力是正在上升或處於高位準之期間(所謂的高負荷時，例如初期啟動時的第1冷媒之降溫中或第2熱交換器所致之氫冷卻中)，將空冷扇的驅動旋轉數設成57.5Hz，而另一方面，在被壓力偵測感測器所偵測出來的壓力是正在下降或處於低位準之期間(所謂的低負荷時，例如空轉中)，將空冷扇的驅動旋轉數維持在32.9Hz，藉此，可獲得有效的省能源效果，另一方面，第1冷媒的凝結壓力也是在1.5MPa~1.7MPa的範圍內而為穩定，因此可總是以穩定的狀態來利用第1冷媒(參照圖3)。
此外，空冷扇，係必須要以暴露在外氣的狀態而被配置，因此必須由對氫的防爆結構所成。作為對氫的防爆結構的例子可舉出，作為可在有氫存在的危險區域中做使用的防爆電氣設備機器規格的安全增強防爆結構。
更具體而言，例如，前述冷卻氫供給站係還具備：閥，係控制通過前述空冷式凝結器的前述第1冷媒之循環量；和溫度感測器，係偵測前述第2冷媒路內的剛通過前述第1熱交換器後的前述第2冷媒之溫度；和溫度回饋控制部，係基於前述溫度感測器的偵測結果，來控制前述閥。此時，可藉由簡易的溫度回饋控制，將第2冷媒高精度控制為所希望的溫度。
更具體而言，當前述第2冷媒的溫度高於-40℃時，前述閥的開度係為40%以上，例如可以50%為上限而運轉，當前述第2冷媒的溫度為-40℃以下時，前述閥的開度係以10%為下限，例如可以20~30%而運轉。前述 閥係為例如電子膨脹閥。
前述第1冷媒藉由壓縮機之驅動而在前述第1冷媒路內做循環的情況下，當前述第2冷媒的溫度為-40℃以下時，該壓縮機的輸出也降低至60~80%，更為理想。例如，此時，前述壓縮機的輸出係可降低至70%，前述閥的開度係可降低至12.8%為止。此情況下，還設有：於第1冷媒路中將空冷式凝結器予以旁通的熱氣體旁通路；和控制該熱氣體旁通路內的第1冷媒之循環量的第2閥；該第2閥的開度係被設成100%，較為理想。
此外，較佳為，前述冷卻氫供給站，係第1運轉模式與第2運轉模式之任一者係被選擇來運轉；在第1運轉模式下，係前述氫係被冷卻至-20℃；在第2運轉模式下，係前述氫係被冷卻至-40℃。
例如，按照氫供給的必要性，若必要性低時，選擇對應空轉運轉狀態的第1運轉模式，若必要性高時，則選擇對應待機狀態的第2運轉模式，可有效抑制關於冷卻的能量消耗。
例如，前述第1運轉模式或前述第2運轉模式的選擇，係亦可按照時間區間而自動進行。此時，例如在氫供給的必要性低的夜間的時間區間(例如營業時間外)，係選擇第1運轉模式，在氫供給的必要性高的白天的時間區間(例如營業時間內)，選擇第2運轉模式，藉此可在氫供給的必要性低的夜間的時間區間，有效抑制有關冷卻的能量消耗。
又，在前述冷卻氫供給站中，亦可為，前述第2冷媒路係還具有儲槽部；在前述儲槽部係連接有，用以將該儲槽部內的前述第2冷媒的液面維持在所定範圍的冷媒量調整機構。
此時，藉由儲槽部內的第2冷媒的液面被維持在預定範圍，在第2冷媒使用腐蝕性高的液化冷媒，即使該第2冷媒伴隨溫度變化而膨脹收縮，亦可防止因該第2冷媒的液面升降而起的儲槽部內壁的腐蝕的發生及析出物的附著。
又，本發明係一種氫冷卻裝置，係將在氫流路內被搬送的氫予以冷卻的氫冷卻裝置，其特徵為：具備：第1冷媒路，係供第1冷媒循環；和空冷式凝結器，係相對前述第1冷媒路的一部分而設，藉由驅動空冷扇而可進行前述第1冷媒之冷卻；和第2冷媒路，係供第2冷媒流通；和第1熱交換器，係在前述第1冷媒路的其他一部分與前述第2冷媒路的一部分之間，可藉由前述第1冷媒來進行前述第2冷媒之冷卻；和壓力偵測感測器，係偵測從前述空冷式凝結器至前述第1熱交換器為止之間的第1冷媒之壓力；和變頻式控制器，係基於前述壓力偵測感測器所偵測的壓力，將前述空冷扇的驅動旋轉數做變頻控制，以使該壓力維持在1.5MPa~1.7MPa之範圍；和第2熱交換器，係在前述第2冷媒路的其他一部分與前述氫流路的一部分之間，可藉由前述第2冷媒來進行前述氫的冷卻；前述第1冷媒係為氟氯烷；前述第2冷媒係為甲酸鉀 水溶液；前述第2冷媒在前述第2冷媒路中的流通量，係在0.3MPa的流通壓力下為135L/min至165L/min；前述氫係藉由前述第2熱交換器，被冷卻至-43℃至-20℃的溫度範圍內；前述氫係藉由前述第2熱交換器，相對於-43℃至-20℃之溫度範圍內的設定溫度，被冷卻至+2℃至-3℃的誤差範圍內；氫冷卻能力係當將氫冷卻至-40℃時為13.5kW至16.5kW；在前述氫流路係設有，將已被前述第2熱交換器所冷卻後的氫予以排出的排出口；從前述排出口所被排出的氫的量，係為4.5kg/3min至5.5kg/3min。
若依據本發明，則可實現將氫冷卻至-40℃時為13.5kW至16.5kW作為氫冷卻能力，藉此可高效率，亦即極為省能量地實現氫的冷卻。
又，前述氫係藉由前述第2熱交換器，相對於-43℃至-20℃之溫度範圍內的設定溫度，被冷卻至+2℃至-3℃的誤差範圍內。亦即，根據由本案發明人所開發出的該冷卻氫供給站，可實現相對-43℃至-20℃的溫度範圍內的設定溫度為+2℃至-3℃的誤差範圍內的冷卻精度，藉此可高精度實現對氫的十分高效率的冷卻。
前述冷卻氫供給站係在前述氫流路設有排出藉由前述第2熱交換器被冷卻後的氫的排出口，由前述排出口被排出的氫的量為4.5kg/3min至5.5kg/3min。藉由形成為如上所示之氫供給量，可以3分鐘實施對至少1台份 的燃料電池車的氫供給(目前一般的燃料電池車的氫容量為5kg)。
又，在前述冷卻氫供給站中，前述第1冷媒為氟氯烷，前述第2冷媒為甲酸鉀水溶液，具體而言為Showa股份有限公司製的Cold Brine，本案發明人確認可實現前述各性能。
然後，與專利文獻1的發明不同，藉由取代水冷式冷凍機單元而改為採用空冷式凝結器，就不需要冷卻水用力設備。藉此，設置場所的自由度係被顯著提升。甚至，空冷扇的控制，是採用基於從空冷式凝結器至第1熱交換器為止的第1冷媒之壓力而做的變頻控制，因此可獲得省能源效果以及高精度運轉。
1‧‧‧冷卻氫供給站
10‧‧‧氫供給裝置
11‧‧‧氫儲留部
12‧‧‧氫流路
13‧‧‧排出口
20‧‧‧氫冷卻裝置
21‧‧‧第1冷媒路
22‧‧‧空冷式凝結器
22f‧‧‧空冷扇
23‧‧‧第2冷媒路
23T‧‧‧儲槽部
24‧‧‧第1熱交換器
25‧‧‧壓縮機
26‧‧‧壓力偵測感測器
27‧‧‧變頻式控制器
28‧‧‧電子膨脹閥
29‧‧‧溫度感測器
30‧‧‧溫度回饋控制部
31‧‧‧熱氣體旁通路
32‧‧‧第2閥
33‧‧‧冷媒量調整機構
33A‧‧‧冷媒量調整儲槽
40‧‧‧第2熱交換器
41‧‧‧壓力偵測感測器
[圖1]本發明的一實施形態之冷卻氫供給站的系統圖。
[圖2]本發明的一實施形態之冷卻氫供給站中的氫冷卻裝置的概略斜視圖。
[圖3]本發明的一實施形態之冷卻氫供給站中，第1冷媒的凝結壓力與空冷扇的驅動頻率之對應例的圖表。
[圖4]本發明的一實施形態之冷卻氫供給站中，第2冷媒的溫度與電子膨脹閥的開度之對應例的圖表。
[圖5]本發明的一實施形態之冷卻氫供給站中的運轉 狀態之一例的表。
[圖6]本發明的一實施形態之冷卻氫供給站中的運轉狀態之另一例的表。
以下參照所附圖式，詳加說明本發明之實施形態。圖1係本發明之一實施形態之冷卻氫供給站1的系統圖，圖2係該冷卻氫供給站1中的氫冷卻裝置20的概略斜視圖。
如圖1所示，冷卻氫供給站1係具有：儲藏有氫的氫儲藏部11、及搬送被儲藏在該氫儲藏部11的氫的氫流路12。
氫流路12的下游側端部形成為排出口13(一般而言係為充填噴嘴)，氫由該排出口13被供給至燃料電池車的燃料供給口。氫供給時，排出口13與燃料電池車的燃料供給口係形成為被氣密連接。
在本實施形態之氫儲藏部11儲藏有壓縮狀態的氫。因此，在氫流路12內係被供給壓縮狀態的氫。在本實施形態中，係採用如由排出口13被排出的(被供給至燃料電池車的)氫的量為4.5kg/3min至5.5kg/3min，尤其為5.0kg/min的壓縮狀態。
此外，冷卻氫供給站1係如圖1所示，具備有：供第1冷媒作循環的第1冷媒路21；相對第1冷媒路21的一部分而設，藉由驅動空冷扇22f而可進行第1 冷媒的冷卻的空冷式凝結器22；供第2冷媒流通的第2冷媒路23；及在第1冷媒路21的其他一部分(與藉由空冷式凝結器22被冷卻的部分不同的部分)與第2冷媒路23的一部分之間，可藉由第1冷媒來進行第2冷媒的冷卻的第1熱交換器24。
第1冷媒路21的第1冷媒的循環方向係成為如圖1的箭號所示。亦即，藉由空冷式凝結器22被冷卻，之後通過第1熱交換器24而再次返回至空冷式凝結器22。為了使第1冷媒以如上所示之方向作循環，在從第1熱交換器24至空冷式凝結器22的第1冷媒路21的部分設有壓縮機25。
又，為了偵測從空冷式凝結器22至第1熱交換器24為止之間的第1冷媒之壓力(凝結壓力)，而設有壓力偵測感測器26。然後，設有變頻式控制器27，係基於被該壓力偵測感測器26所偵測到的壓力，而將空冷扇22f的驅動旋轉數做變頻控制，以使該壓力(以1.6MPa為目標而)維持在1.5MPa~1.7MPa的範圍內。具體而言，本實施形態的變頻式控制器27，係如圖3及圖5所示，在被壓力偵測感測器26所偵測出來的壓力是正在上升或處於高位準之期間(初期啟動時的第1冷媒之降溫中、及第2熱交換器所致之氫冷卻中(氫充填中))，將空冷扇的驅動旋轉數設成57.5Hz，而另一方面，在被壓力偵測感測器26所偵測出來的壓力是正在下降或處於低位準之期間(空轉中)，將空冷扇的驅動旋轉數維持在32.9Hz。
再者，作為用來控制通過空冷式凝結器22的第1冷媒之循環量的閥的電子膨脹閥28，是被設在壓力偵測感測器26與第1熱交換器24之間。另一方面，為了偵測第2冷媒路23內的剛通過第1熱交換器後的第2冷媒之溫度，而設有溫度感測器29，並設有溫度回饋控制部30，其係基於該溫度感測器29的偵測結果來控制電子膨脹閥28。
其他，還設有：於第1冷媒路21中將空冷式凝結器22予以旁通的熱氣體旁通路31；和控制該熱氣體旁通路31內的第1冷媒之循環量的第2閥32。
另一方面，在第2冷媒路23的其他一部分(與藉由第1熱交換器24被冷卻的部分不同的部分)與氫流路12的一部分之間設有可藉由第2冷媒來進行氫的冷卻的第2熱交換器40。該第2熱交換器40係將在氫流路12內至排出口13之前的氫冷卻。
在本實施形態中，第2冷媒路23係具有：前半流通路，係包含藉由第1熱交換器24而與第1冷媒路21的前述其他一部分之間進行熱交換的第2冷媒路23的一部分；和後半流通路，係包含藉由第2熱交換器40而與氫流路12之一部分之間進行熱交換的第2冷媒路23的前述其他一部分；和儲槽部23T，係將後半流通路連接至前半流通路。
接著，在儲槽部23T係以大致填滿狀態儲留有第2冷媒，藉由被設在前半流通路的泵23p，如圖1的 箭號所示，從儲槽部23T被供給至前半流通路的第2冷媒係通過第1熱交換器24而在藉由第1冷媒被冷卻後被供給至後半流通路，被供給至該後半流通路的第2冷媒係通過第2熱交換器40而在將氫冷卻之後(對第2冷媒而言係在被升溫之後)返回至儲槽部23T。在本實施形態中，以第2冷媒的流通量成為135L/min@0.3MPa至165L/min@0.3MPa(亦即以0.3MPa的流通壓力為135L/min至165L/min)，尤其150L/min@0.3MPa(亦即以0.3MPa的流通壓力為150L/min)的方式，控制前述泵23p的運轉。具體而言，前述泵23p的運轉係根據藉由適當設置的流量感測器(未圖示)被偵測到的流量值(偵測結果)來進行回饋控制。
接著，在第2熱交換器40流通的第2冷媒的溫度係藉由電子膨脹閥28的控制而被調整，藉此透過第2熱交換器40，氫流路12內的氫被調整為在-43℃至-20℃的溫度範圍內所設定的設定溫度。具體而言，如圖4所示，當第2冷媒的溫度高於-40℃時，使電子膨脹閥28的開度為40%以上，例如以50%為上限而運轉，當第2冷媒的溫度為-40℃以下時，使電子膨脹閥28的開度係為以10%為下限，例如以20~30%而運轉，基於已被溫度感測器29所偵測到的第2冷媒之溫度值(偵測值)，而做回饋控制。
此外，在本實施形態中，係使用氟氯烷作為在第1冷媒路21內作循環的第1冷媒，具體而言，使用 DuPont-Mitsui Fluorochemicals股份有限公司製的HFC系混合冷媒R-404A。此外，使用Showa股份有限公司製的Cold Brine FP-40(甲酸鉀水溶液)，作為在第2冷媒路23內流通的第2冷媒。
作為第2冷媒的Cold Brine FP-40為液化冷媒，可在-43℃至-20℃的溫度範圍保持流動性。此外，作為第2冷媒的Cold Brine FP-40係可按照其溫度作膨脹收縮。在本實施形態中，即使發生如上所示之膨脹收縮，亦以儲槽部23T中的第2冷媒的液面作升降而不會發生腐蝕的方式，在儲槽部23T連接有用以將該儲槽部23T內的第2冷媒的液面維持在預定範圍(較佳為一定的液面高度)的冷媒量調整機構33。冷媒量調整機構33係具有：與儲槽部23T相連接的調整用儲槽33A、及止回閥(未圖示)。冷媒量調整機構33係若第2冷媒被冷卻而被壓縮時，藉由從調整用儲槽33A將第2冷媒補充在儲槽部23T內，將第2冷媒的液面維持在預定範圍。另一方面，冷媒量調整機構33係若第2冷媒升溫而膨脹時，由儲槽部23T通過止回閥而使第2冷媒排出至外部，藉此將第2冷媒的液面維持在預定範圍。
在此，在圖1中，通過氫儲留部11及第2熱交換器40的氫流路12構成冷卻氫供給站1中的氫供給分配器10。另一方面，冷卻氫供給站1中除了氫儲留部11及氫流路12以外的部分係可理解為氫冷卻裝置20。冷卻氫供給站1可謂為藉由將氫供給分配器10及氫冷卻裝置 20透過第2熱交換器40相結合而構成。
此外，空冷扇22f，係如圖2所示，必須要以暴露在外氣的狀態而被配置。因此，空冷扇22f，係必須要由對氫的防爆結構所成，作為對氫的防爆結構的例子可舉出，作為可在有氫存在的危險區域中做使用的防爆電氣設備機器規格的安全增強防爆結構。
在以上說明的冷卻氫供給站1中，採用空冷式凝結器22，藉由複數冷媒路及在該等中作循環的冷媒的選定等，實現當將氫冷卻至-40℃時為13.5kW至16.5kW(13.5kW@-40℃至16.5kW@-40℃)，作為氫冷卻能力。亦即，實現13.5kW至16.5kW，作為將氫維持在-40℃的冷卻能力。此外，相對-43℃至-20℃的溫度範圍內的設定溫度，實現在+2℃至-3℃的誤差範圍內的冷卻，作為氫的冷卻精度。
此外，本實施形態之冷卻氫供給站1係選擇第1運轉模式及第2運轉模式的任一者來進行運轉，在第1運轉模式下，氫被冷卻至-20℃，在第2運轉模式下，氫被冷卻至-40℃。第1運轉模式或第2運轉模式的選擇係按照時間區間自動進行，以一例而言，在本實施形態中，下午5時至上午9時的期間係設定為第1運轉模式，下午5時至上午9時之外的時間區間係被設定為第2運轉模式。
此外，在本實施形態中，可以手動變更選擇第1運轉模式的時間區間及選擇第2運轉模式的時間區間 的設定。具體而言，在如圖2所示的氫冷卻裝置20的框體20C上設有觸控面板(未圖示)等，作業者可對該觸控面板進行手動操作。
此外，亦可在該觸控面板等中，以手動進行第1運轉模式與第2運轉模式的選擇本身。此外，第1運轉模式或第2運轉模式的選擇亦可按照外圍溫度而自動進行。
接著說明本實施形態之氫供給站1的作用。
本實施形態之氫供給站1係被選擇氫被冷卻至-20℃的第1運轉模式、或氫被冷卻至-40℃的第2運轉模式而運轉。
首先，說明第1運轉模式下的氫供給站1的動作。若第1運轉模式下的運轉被開始時，第1冷媒路21的壓縮機25被驅動，第1冷媒路21中的第1冷媒往圖1之箭號方向的循環就被開始。又，第2冷媒路23中的泵23p會被驅動，第2冷媒的往圖1之箭號方向的循環就被開始。藉此，在第1冷媒路21中循環的第1冷媒通過第1熱交換器24，並且在第2冷媒路23中循環的第2冷媒，也通過第1熱交換器24。此時，第2冷媒係透過第1熱交換器24，藉由第1冷媒被冷卻。第2冷媒，係其後，通過第2冷媒路23的後半流通路中的第2熱交換器40而返回至儲槽部23T。
通過了第1熱交換器24的第2冷媒之溫度，係被溫度感測器29所偵測。然後，溫度回饋控制部30係 按照藉由溫度感測器29被檢測到的第2冷媒的溫度與-20℃的差分，因應需要來控制第1冷媒路21的電子膨脹閥28。藉由以上，第2冷媒的溫度被控制在-20℃。
接著，說明第2運轉模式下的氫供給站1的動作。於第2運轉模式下的運轉時也是，第1冷媒路21的壓縮機25係被驅動，第1冷媒路21中的第1冷媒往圖1之箭號方向的循環就被開始，另一方面，第2冷媒路23的泵23p係被驅動，第2冷媒的往圖1之箭號方向的循環就被開始。藉此，在第1冷媒路21中循環的第1冷媒通過第1熱交換器24，並且在第2冷媒路23中循環的第2冷媒，也通過第1熱交換器24。此時，第2冷媒係透過第1熱交換器24，藉由第1冷媒被冷卻。第2冷媒，係其後，通過第2冷媒路23的後半流通路中的第2熱交換器40而返回至儲槽部23T。
通過了第1熱交換器24的第2冷媒之溫度，係被溫度感測器29所偵測。然後，溫度回饋控制部30係按照藉由溫度感測器29被檢測到的第2冷媒的溫度與-40℃的差分，因應需要來控制第1冷媒路21的電子膨脹閥28(參照圖4)。藉由以上，第2冷媒的溫度被控制在-40℃。
此狀態下，氫充填作業係被開始。亦即，壓縮狀態的氫，係從氫儲藏部11通過氫流路12而往排出口13(往燃料電池車)做供給。此時，通過氫流路12內的氫，係透過第2熱交換器40，藉由第2冷媒被高精度地 冷卻至-40℃為止。此時，第2冷媒的流通量形成為135L/min@0.3MPa至165L/min@0.3MPa，尤其150L/min@0.3MPa。
通過第2熱交換器40的第2冷媒係形成為升溫的狀態而返回至儲槽部23T。但是，該第2冷媒的溫度係藉由溫度感測器29被檢測，根據該溫度，藉由溫度回饋控制部30來控制電子膨脹閥28的開度(參照圖4)，因此在後半流通路中循環的第2冷媒的溫度係可安定地被維持在-40℃。
實際上，根據由本案發明人所開發出的該冷卻氫供給站1，可在+2℃至-3℃的誤差範圍內將第2冷媒的溫度高精度地冷卻。藉此，關於藉由該第2冷媒被冷卻的氫，亦可高精度地在+2℃至-3℃的誤差範圍內進行冷卻。
藉由本實施形態之第2運轉模式，例如從外界溫度+40℃的狀態，一口氣將第2冷媒冷卻至-40℃為止，為120min。此外，從藉由第1運轉模式被冷卻至-20℃的狀態，至將第2冷媒冷卻至-40℃為止，僅為30min。
本實施形態之冷卻氫供給站1係如以上所示，可將經高精度冷卻的氫，以4.5kg/3min至5.5kg/3min，尤其5.0kg/min的流量，供給至燃料電池車。此外，藉由本實施形態之冷卻氫供給站1，對1台燃料電池車，以4.5kg/3min至5.5kg/3min，尤其5.0kg/min供給氫之後，若隔著7min的間隔，可再次對接下來的1 台燃料電池車，以4.5kg/3min至5.5kg/3min，尤其5.0kg/min供給氫。
其中，將被冷卻至-40℃的第2冷媒安定地維持在該-40℃時的冷卻能力為13.5kW@-40℃至16.5kW@-40℃，尤其15.0kW@-40℃。
其中，當從第1運轉模式切換至第2運轉模式時，第1冷媒路21的壓縮機25及第2冷媒路23中的泵23P係從第1運轉模式接著被驅動即可。同樣地，當從第2運轉模式切換至第1運轉模式時，第1冷媒路21的壓縮機25及第2冷媒路23中的泵23P係從第2運轉模式接著被驅動即可。
此外，在第1運轉模式或在第2運轉模式下，作為第2冷媒的Cold Brine FP-40均可按照其溫度而膨脹收縮。在本實施形態中，即使發生如上所示之膨脹收縮，亦以儲槽部23T中的第2冷媒的液面作升降而使腐蝕等不會發生的方式，在儲槽部23T，將該儲槽部23T內的第2冷媒的液面維持在預定範圍(較佳為一定的液面高度)的方式使冷媒量調整機構33發揮功能。冷媒量調整機構33若第2冷媒被冷卻而壓縮時，由調整用儲槽33A在儲槽部23T內補充第2冷媒，藉此將第2冷媒的液面維持在預定範圍。另一方面，冷媒量調整機構33係若第2冷媒升溫而膨脹時，由儲槽部23T通過止回閥而使第2冷媒排出至外部，藉此將第2冷媒的液面維持在預定範圍。
如以上所示，藉由本實施形態之冷卻氫供給 站1，可實現13.5kW@-40℃至16.5kW@-40℃作為氫冷卻能力，藉此可高效率，亦即極為省能量地實現氫的冷卻。
此外，在本實施形態中，可實現對-43℃至-20℃的溫度範圍內的設定溫度，在+2℃至-3℃的誤差範圍內的冷卻精度，藉此可高精度地實現對氫的十分高效率的冷卻。
然後，與專利文獻1的發明不同，藉由取代水冷式冷凍機單元而改為採用空冷式凝結器22，就不需要冷卻水用力設備。藉此，設置場所的自由度係被顯著提升。甚至，空冷扇22f的控制，是採用基於從空冷式凝結器22至第1熱交換器24為止之間的第1冷媒之壓力而做的變頻控制，因此可獲得省能源效果以及高精度運轉。
具體而言，在被壓力偵測感測器26所偵測出來的壓力是正在上升或處於高位準之期間(初期啟動時的第1冷媒之降溫中乃至於第2熱交換器40所致之氫冷卻中)，將空冷扇22f的驅動旋轉數設成57.5Hz，而另一方面，在被壓力偵測感測器26所偵測出來的壓力是正在下降或處於低位準之期間(空轉中)，將空冷扇22f的驅動旋轉數維持在32.9Hz，藉此，可獲得有效的省能源效果。然後，如此的控制，係使第1冷媒的凝結壓力穩定在1.5MPa~1.7MPa的範圍內，因此還有可總是以穩定的狀態來利用第1冷媒此一效果(參照圖3)。
甚至，在本實施形態中，如圖4所示，當第2冷媒的溫度高於-40℃時，使電子膨脹閥28的開度為40% 以上，例如以50%為上限而運轉，當第2冷媒的溫度為-40℃以下時，使電子膨脹閥28的開度係為以10%為下限，例如以20~30%而運轉。藉此也可獲得有效的省能源效果。此情況下，控制第1冷媒在熱氣體旁通路31內之循環量的第2閥32，係以使得壓力偵測感測器41的壓力維持-46kPa以上的方式，基於已被偵測到的第1冷媒之壓力值(偵測值)而被回饋控制，而被開放。如此的運轉狀態，總結示於圖5。
此外，藉由本實施形態之冷卻氫供給站1，第1運轉模式及第2運轉模式的任一者被選擇而運轉，在第1運轉模式下，氫被冷卻至-20℃，在第2運轉模式下，氫被冷卻至-40℃。藉此，視氫供給的必要性，若必要性低時，選擇對應空轉運轉狀態的第1運轉模式，若必要性高時，則選擇對應待機狀態的第2運轉模式，藉此可有效抑制有關冷卻的能量消耗。
具體而言，在本實施形態中，第1運轉模式或第2運轉模式的選擇按照時間區間而自動進行。接著，在氫供給的必要性低的夜間的時間區間(例如營業時間外)，係選擇第1運轉模式，在氫供給的必要性高的白天的時間區間(例如營業時間內)，係選擇第2運轉模式，藉此可有效抑制在氫供給的必要性低的夜間的時間區間，關於冷卻的能量消耗。
接著，將圖5所示的運轉狀態的變形例，示於圖6。在圖6的例子中，當第2冷媒的溫度為-40℃以下 時，壓縮機25的輸出係被降低至70%，電子膨脹閥的開度係被降低至12.8%，第2閥32的開度係被設成100%。藉由如此的運轉狀態，也可獲得有效的省能源效果。

Claims (9)

  1. 一種冷卻氫供給站，其特徵為，具備：第1冷媒路，係供第1冷媒循環；和空冷式凝結器，係相對前述第1冷媒路的一部分而設，藉由驅動空冷扇而可進行前述第1冷媒之冷卻；和第2冷媒路，係供第2冷媒流通；和第1熱交換器，係在前述第1冷媒路的其他一部分與前述第2冷媒路的一部分之間，可藉由前述第1冷媒來進行前述第2冷媒之冷卻；和壓力偵測感測器，係偵測從前述空冷式凝結器至前述第1熱交換器為止之間的第1冷媒之壓力；和變頻式控制器，係基於前述壓力偵測感測器所偵測的壓力，將前述空冷扇的驅動旋轉數做變頻控制，以使該壓力維持在1.5MPa~1.7MPa之範圍；和氫儲藏部，係儲藏有氫；和氫流路，係搬送被儲藏在前述氫儲藏部的氫；和第2熱交換器，係在前述第2冷媒路的其他一部分與前述氫流路的一部分之間，可藉由前述第2冷媒來進行前述氫的冷卻；前述變頻式控制器，係在被前述壓力偵測感測器所偵測出來的壓力是正在上升或處於高位準之期間，係令前述空冷扇的驅動旋轉數上升或維持在高位準，在被前述壓力偵測感測器所偵測出來的壓力是正在下降或處於低位準之期間，係令前述空冷扇的驅動旋轉數下降或維持在低位準；前述第1冷媒係為氟氯烷；前述第2冷媒係為甲酸鉀水溶液；前述第2冷媒在前述第2冷媒路中的流通量，係在0.3MPa的流通壓力下為135L/min至165L/min；前述氫係藉由前述第2熱交換器，被冷卻至-43℃至-20℃的溫度範圍內；前述氫係藉由前述第2熱交換器，相對於-43℃至-20℃之溫度範圍內的設定溫度，被冷卻至+2℃至-3℃的誤差範圍內；氫冷卻能力係當將氫冷卻至-40℃時為13.5kW至16.5kW；在前述氫流路係設有，將已被前述第2熱交換器所冷卻後的氫予以排出的排出口；從前述排出口所被排出的氫的量，係為4.5kg/3min至5.5kg/3min。
  2. 如請求項1所記載之冷卻氫供給站，其中，前述空冷扇係由對氫的防爆結構所成。
  3. 如請求項1或2所記載之冷卻氫供給站，其中，還具備：閥，係控制通過前述空冷式凝結器的前述第1冷媒之循環量；和溫度感測器，係偵測前述第2冷媒路內的剛通過前述第1熱交換器後的前述第2冷媒之溫度；和溫度回饋控制部，係基於前述溫度感測器的偵測結果，來控制前述閥。
  4. 如請求項3所記載之冷卻氫供給站，其中，當前述第2冷媒的溫度高於-40℃時，前述閥的開度係為40%~50%；當前述第2冷媒的溫度為-40℃以下時，前述閥的開度係為10%~30%。
  5. 如請求項3所記載之冷卻氫供給站，其中，前述第1冷媒係藉由壓縮機，而在前述第1冷媒路內做循環；當前述第2冷媒的溫度為-40℃以下時，前述壓縮機的輸出也降低至60~80%。
  6. 如請求項1或2所記載之冷卻氫供給站，其中，第1運轉模式與第2運轉模式之任一者係被選擇來運轉；在第1運轉模式下，係前述氫係被冷卻至-20℃；在第2運轉模式下，係前述氫係被冷卻至-40℃。
  7. 如請求項6所記載之冷卻氫供給站，其中，前述第1運轉模式或前述第2運轉模式的選擇，係按照時間區間而自動進行。
  8. 如請求項1或2所記載之冷卻氫供給站，其中，前述第2冷媒路係還具有儲槽部；在前述儲槽部係連接有，用以將該儲槽部內的前述第2冷媒的液面維持在所定範圍的冷媒量調整機構。
  9. 一種氫冷卻裝置，係將在氫流路內被搬送的氫予以冷卻的氫冷卻裝置，其特徵為：具備：第1冷媒路，係供第1冷媒循環；和空冷式凝結器，係相對前述第1冷媒路的一部分而設，藉由驅動空冷扇而可進行前述第1冷媒之冷卻；和第2冷媒路，係供第2冷媒流通；和第1熱交換器，係在前述第1冷媒路的其他一部分與前述第2冷媒路的一部分之間，可藉由前述第1冷媒來進行前述第2冷媒之冷卻；和壓力偵測感測器，係偵測從前述空冷式凝結器至前述第1熱交換器為止之間的第1冷媒之壓力；和變頻式控制器，係基於前述壓力偵測感測器所偵測的壓力，將前述空冷扇的驅動旋轉數做變頻控制，以使該壓力維持在1.5MPa~1.7MPa之範圍；和第2熱交換器，係在前述第2冷媒路的其他一部分與前述氫流路的一部分之間，可藉由前述第2冷媒來進行前述氫的冷卻；前述第1冷媒係為氟氯烷；前述第2冷媒係為甲酸鉀水溶液；前述第2冷媒在前述第2冷媒路中的流通量，係在0.3MPa的流通壓力下為135L/min至165L/min；前述氫係藉由前述第2熱交換器，被冷卻至-43℃至-20℃的溫度範圍內；前述氫係藉由前述第2熱交換器，相對於-43℃至-20℃之溫度範圍內的設定溫度，被冷卻至+2℃至-3℃的誤差範圍內；氫冷卻能力係當將氫冷卻至-40℃時為13.5kW至16.5kW；在前述氫流路係設有，將已被前述第2熱交換器所冷卻後的氫予以排出的排出口；從前述排出口所被排出的氫的量，係為4.5kg/3min至5.5kg/3min。
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