WO2023233953A1 - 圧縮機ユニット - Google Patents

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WO2023233953A1
WO2023233953A1 PCT/JP2023/017612 JP2023017612W WO2023233953A1 WO 2023233953 A1 WO2023233953 A1 WO 2023233953A1 JP 2023017612 W JP2023017612 W JP 2023017612W WO 2023233953 A1 WO2023233953 A1 WO 2023233953A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
hydrogen gas
section
path
suction
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/017612
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
見治 名倉
久保 賢司
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社神戸製鋼所 filed Critical 株式会社神戸製鋼所
Publication of WO2023233953A1 publication Critical patent/WO2023233953A1/ja

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00Details of vessels or of the filling or discharging of vessels

Definitions

  • the present invention relates to a compressor unit.
  • low-temperature boil-off gas such as liquefied natural gas (LNG) and liquid hydrogen (LH2)
  • LNG liquefied natural gas
  • LH2 liquid hydrogen
  • Patent Document 1 In recent years, hydrogen has been attracting attention as a new energy source. Even when hydrogen is used as an energy source, it is assumed that it will be in a liquefied state during storage and transportation, like natural gas. However, hydrogen has the characteristic that its liquefaction temperature is lower than that of air.Therefore, if equipment such as reciprocating compressors for natural gas etc. are applied to hydrogen as is, the liquefaction temperature will be lower than that of air. Failures can occur, for example by creating liquefied air around equipment where liquid hydrogen is supplied.”
  • Patent Document 1 examines the problem of preventing problems caused by extremely low temperature liquid hydrogen.
  • equipment that supplies extremely low-temperature fluids may be equipped with pipes that are easy to install high-performance insulation (for example, equipped with a vacuum area);
  • high-performance insulation is extremely difficult to achieve in some areas, such as machinery and equipment that requires regular maintenance through inspection openings (such as reciprocating compressors).
  • a heat exchanger 104 heats the boil-off gas discharged from the compression section 102 before being sucked into the compression section 102.
  • this compressor unit it is possible to change the flow rate through the heat exchanger 104 depending on the amount of gas processed.
  • the flow rate in the heat exchanger 104 can be changed depending on the amount of gas processed in the compression section 102. It's nothing more than that. Therefore, the flow rate flowing through the heat exchanger 104 cannot be adjusted so that the temperature of the gas sucked into the compression section 102 becomes a predetermined temperature.
  • a bypass pipe 114 that bypasses the heat exchanger 112 is provided.
  • a valve 114a provided in this bypass pipe 114, it is possible to adjust the amount of gas passing through the heat exchanger 112. Therefore, the temperature of the boil-off gas sucked into the compression section 116 may be adjusted by controlling the opening and closing of the valve 114a.
  • the compressor unit of Patent Document 3 even if the valve 114a is fully open, boil-off gas may also flow into the heat exchanger 112 due to the pressure loss of the valve 114a itself. Therefore, it is difficult to control the temperature of the gas sucked into the compression section 116 so that it falls within an appropriate range.
  • Patent Document 4 also includes a heat exchanger 123 that exchanges heat between the boil-off gas before being sucked into the compression section 121 and the boil-off gas after being discharged from the compression section 121. It is shown. However, this heat exchanger 123 is for reliquefying the boil-off gas after being compressed in the compression section 121. Therefore, the boil-off gas cooled by the cooler 125 disposed downstream of the compression section 121 is introduced into the heat exchanger 123. Therefore, Patent Document 4 is disadvantageous in terms of sufficiently warming the evaporated gas sucked into the compression section 121. Moreover, in Patent Document 4, unlike Patent Document 3, it is difficult for the temperature of the gas sucked into the compression section 121 to become too high, so it is not possible to adjust the temperature of the boil-off gas sucked into the compression section 121. Not considered.
  • An object of the present invention is to appropriately manage the temperature of hydrogen gas, which is boil-off gas, sucked into a reciprocating compression section in a compressor unit.
  • a compressor unit is a compressor that recovers hydrogen gas, which is boil-off gas, from a liquid hydrogen storage tank and supplies at least a portion of it to a consumer including at least one of an engine, a power generation facility, or a boiler.
  • the unit includes a compression section configured by a reciprocating compression mechanism that compresses the hydrogen gas flowing through the suction channel and discharges the compressed gas to the discharge channel; A water-cooled or air-cooled cooler that cools hydrogen gas, hydrogen gas before being sucked into the compression section, and hydrogen gas discharged from the compression section that flows toward the cooler.
  • a spillback section including a preheater capable of heat exchange, and a spillback channel that returns hydrogen gas discharged from the compression section to a portion of the suction channel downstream or upstream of the preheater.
  • the discharge flow path or the suction flow path has a first path portion and a second path portion that are split into two along the flow direction of hydrogen gas and then merge with each other, and the first path portion passes through the preheater.
  • the second path section does not pass through the preheater.
  • the compressor unit further includes an adjusting means for adjusting a flow rate of hydrogen gas flowing through the first path section and a flow rate of hydrogen gas flowing through the second path section; A control unit that controls the adjustment means so that the suction temperature, which is the temperature of the gas, falls within a predetermined temperature range.
  • the predetermined temperature range is higher than a reference temperature based on the liquefaction temperature of air.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a compressor unit according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a compressor unit according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a compressor unit according to a modification of the first embodiment. It is a figure for explaining control operation of a control part in a compressor unit concerning a 1st embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a compressor unit according to a modification of the first embodiment. It is a figure for explaining the control operation of the control part in the compressor unit concerning the modification of a 1st embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a compressor unit according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a compressor unit according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of a compressor unit according to a third embodiment. It is a figure which shows roughly the structure of the compressor unit based on 4th Embodiment. It is a figure showing roughly the composition of the compressor unit concerning a 5th embodiment.
  • 1 is a diagram schematically showing a conventional compressor unit. 1 is a diagram schematically showing a conventional compressor unit. 1 is a diagram schematically showing a conventional compressor unit.
  • the compressor unit according to the present embodiment is configured to recover hydrogen gas, which is flammable boil-off gas at a temperature below 0° C., from a liquid hydrogen storage tank, compress the recovered hydrogen gas, and supply it to a consumer.
  • the boil-off gas, which is hydrogen gas has a temperature of about -250°C.
  • Demand sources include power generation equipment, boilers, engines for ships, etc.
  • the compressor unit 10 includes a compression section 12 for compressing hydrogen gas, a cooler 14 for cooling the hydrogen gas compressed by the compression section 12, and a cooler 14 for cooling the hydrogen gas compressed by the compression section 12.
  • a preheater 16 that heats hydrogen gas is provided.
  • the compression section 12 is connected to a liquid hydrogen storage tank 23 via a suction channel 21. Therefore, the boil-off gas of the liquefied gas generated in the liquid hydrogen storage tank 23 is sucked into the compression section 12 through the suction channel 21.
  • the compression unit 12 is configured by a reciprocating compression mechanism. That is, as shown in FIG. 2, the compression section 12 includes a cylinder section 211, a piston 212, a piston rod 213, a pair of suction valves 214, and a pair of discharge valves 215.
  • the piston 212 and the piston rod 213 are connected to a crank mechanism (not shown). By reciprocating the piston 212 within the cylinder portion 211, hydrogen gas is compressed within the compression chamber.
  • FIG. 2 shows the compression section 12 having a double-acting structure, the compression section 12 may have a single-acting structure.
  • the compression unit 12 is shown as one trapezoid for convenience in FIG. 1, the compression unit 12 does not necessarily have to be a one-stage type, and may be configured with a plurality of compression stages. That is, the compression unit 12 may be configured such that hydrogen gas is sequentially compressed and pressurized by the pistons 212 in the plurality of cylinder units 211 connected in series. The same applies to other embodiments described later.
  • the suction flow path 21 is equipped with a heat insulating material 26 for suppressing heat input from outside air. Note that the heat insulating material 26 may be omitted. Further, a heat insulating material (not shown) may also be provided in the discharge passage 25 through which the hydrogen gas discharged from the compression section 12 flows.
  • the cooler 14 is arranged in the discharge flow path 25.
  • the cooler 14 may be water-cooled or air-cooled.
  • the hydrogen gas cooled by the cooler 14 is sent to the consumer 28 .
  • the preheater 16 heats the hydrogen gas before being sucked into the compression section 12 by exchanging heat between the hydrogen gas before being sucked into the compression section 12 and the hydrogen gas after being discharged from the compression section 12. It is composed of The preheater 16 is connected to a portion of the discharge flow path 25 upstream of the cooler 14 . In the preheater 16 , the hydrogen gas flowing toward the cooler 14 heats the hydrogen gas flowing through the suction channel 21 toward the compression section 12 . Therefore, unlike a configuration in which the hydrogen gas is heated after being cooled by the cooler 14, the hydrogen gas can be effectively heated.
  • the preheater 16 is connected to the first path portion 29a in the discharge flow path 25. That is, the discharge flow path 25 includes an upstream path section 29b, a first path section 29a and a second path section 29c which are split into two from the upstream path section 29b and then merge with each other, and a first path section 29a and a second path section. It has a downstream path section 29d through which the hydrogen gas merged from the section 29c flows.
  • the upstream path section 29b is connected to the compression section 12.
  • the downstream route section 29d extends to the demand destination 28.
  • the first path section 29a passes through the preheater 16, at least a portion of the hydrogen gas discharged from the compression section 12 can flow into the preheater 16. Since the preheater 16 is also connected to the suction channel 21, the hydrogen gas flowing through the suction channel 21 can be heated by the hydrogen gas flowing through the first path portion 29a. On the other hand, the second path section 29c does not pass through the preheater 16.
  • a cooler 14 is connected to the downstream path portion 29d. That is, in the discharge flow path 25, the cooler 14 is arranged downstream of the preheater 16. Therefore, the preheater 16 heats the hydrogen gas flowing through the suction channel 21 with the hydrogen gas before being cooled by the cooler 14 .
  • the discharge flow path 25 is provided with an adjusting means 31 that adjusts the flow rate of hydrogen gas flowing through the first path portion 29a and the flow rate of hydrogen gas flowing through the second path portion 29c.
  • the adjustment means 31 is constituted by a three-way valve 31a provided on a branch point between the first path section 29a and the second path section 29c.
  • the three-way valve 31a is configured to distribute hydrogen gas flowing through the upstream path section 29b into a first path section 29a and a second path section 29c.
  • the three-way valve 31a can be placed in a state in which the entire amount of flow flowing through the upstream path section 29b flows to the first path section 29a (the second path section 29c side is closed) to a state in which the entire amount of flow flowing through the upstream path section 29b flows to the second path section 29c (the first path section 29a side and the preheater 16 side are closed).
  • the allocation ratio to the two-route portion 29c is configured to be changeable.
  • the three-way valve 31a is arranged at the part where the upstream path part 29b, the first path part 29a, and the second path part 29c are connected, but instead of this, the three-way valve 31a is It may be arranged at a location where the first path section 29a, the second path section 29c, and the downstream path section 29d are connected.
  • the compressor unit 10 is provided with a spillback section 33 for returning hydrogen gas discharged from the compression section 12 to the suction channel 21.
  • the spillback section 33 has a spillback passage 33a and a spillback valve 33b, which is arranged in the spillback passage 33a and is a valve whose opening degree can be adjusted.
  • One end of the spillback flow path 33a is connected to a portion of the discharge flow path 25 on the downstream side of the cooler 14, and the other end portion is connected to a portion of the suction flow path 21 on the downstream side of the preheater 16. .
  • the hydrogen gas that has flowed through the spillback flow path 33 a joins the hydrogen gas that has passed through the preheater 16 in the suction flow path 21 between the preheater 16 and the compression section 12 .
  • a portion of the spillback flow path 33a on the downstream side of the spillback valve 33b is provided with a heat insulating material 34 for suppressing heat input from the outside air.
  • this heat insulating material 34 can be omitted.
  • the other end of the spillback flow path 33a may be connected to a portion of the suction flow path 21 upstream of the preheater 16.
  • a pressure sensor 36 is provided in the discharge flow path 25 to detect the pressure of hydrogen gas flowing through the discharge flow path 25.
  • the pressure sensor 36 is located downstream of the connection portion of the spillback channel 33a in the discharge channel 25.
  • the suction flow path 21 is provided with a temperature sensor 37 that detects the temperature of hydrogen gas flowing through the suction flow path 21.
  • the temperature sensor 37 is arranged in the suction channel 21 between the connection part of the spillback channel 33a and the compression section 12. Therefore, the temperature sensor 37 detects the hydrogen gas after being heated by the preheater 16 (when the hydrogen gas flows through the spillback flow path 33a, the hydrogen gas after the hydrogen gas is further joined from the spillback flow path 33a). Temperature can be obtained.
  • the pressure sensor 36 outputs a signal indicating the detected pressure
  • the temperature sensor 37 outputs a signal indicating the acquired temperature.
  • a signal from pressure sensor 36 and a signal from temperature sensor 37 are input to controller 39 .
  • the controller 39 is a computer that controls various operations of the compressor unit 10.
  • the functions of the controller 39 executed by this computer include a control section 39a and a spillback control section 39b.
  • the control unit 39a is a functional unit configured to control the adjustment means 31 while referring to the temperature acquired by the temperature sensor 37 as the suction temperature, which is the temperature of the hydrogen gas sucked into the compression unit 12.
  • the spillback control section 39b is a functional section configured to control the spillback valve 33b based on the pressure detected by the pressure sensor 36.
  • the control unit 39a first determines whether the suction temperature (temperature T) is equal to or lower than a predetermined target temperature T1 (step ST13).
  • the target temperature T1 is set to a temperature higher than a reference temperature, which will be described later.
  • the control unit 39a controls the adjusting means 31 so that the flow rate that bypasses the preheater 16 decreases and the flow rate that flows to the preheater 16 increases (step ST14). That is, the three-way valve 31a serving as the adjusting means 31 is controlled such that the opening degree on the second path portion 29c side becomes small and the opening degree on the first path portion 29a side becomes large. As a result, in the preheater 16, the amount of heating of the hydrogen gas flowing through the suction flow path 21 increases, so that the suction temperature (temperature T) increases.
  • the control unit 39a controls the adjusting means 31 so that the flow rate bypassing the preheater 16 increases and the flow rate flowing to the preheater 16 decreases (step ST15). That is, the three-way valve 31a serving as the adjusting means 31 is controlled such that the opening degree on the second path portion 29c side becomes large and the opening degree on the first path portion 29a side becomes small. Thereby, in the preheater 16, the amount of heating of the hydrogen gas flowing through the suction flow path 21 is reduced, so that the suction temperature (temperature T) is lowered. That is, the control unit 39a controls the adjusting means 31 so that the suction temperature falls within a predetermined temperature range. The temperature range is higher than a predetermined reference temperature.
  • This reference temperature is set based on the liquefaction temperature of air.
  • the reference temperature is preferably the liquefaction temperature of air.
  • the reference temperature can also be set to be less than the liquefaction temperature of air.
  • the reference temperature may be set so that the temperature of the piping of the suction channel 21 and the outer surface of the instrumentation is higher than the liquefaction temperature of air.
  • the spillback control unit 39b controls the spillback valve 33b so that the pressure detected by the pressure sensor 36 becomes a predetermined set pressure. That is, when the pressure detected by the pressure sensor 36 is higher than the set pressure, the spillback valve 33b is controlled to increase the opening degree of the spillback valve 33b. As a result, the flow rate of the hydrogen gas returned to the suction flow path 21 among the hydrogen gases that have passed through the cooler 14 increases, so that the pressure of the hydrogen gas supplied to the consumer 28 is reduced. On the other hand, when the detected pressure is less than the set pressure, the spillback valve 33b is controlled to reduce the opening degree of the spillback valve 33b.
  • the flow rate of the hydrogen gas returned to the suction flow path 21 among the hydrogen gases that have passed through the cooler 14 is reduced, so that the pressure of the hydrogen gas supplied to the consumer 28 is increased. Further, when the detected pressure matches the set pressure, the opening degree of the spillback valve 33b is not changed.
  • the adjusting means 31 adjusts the flow rate of hydrogen gas that passes through the preheater 16, and also adjusts the flow rate of hydrogen gas that does not pass through the preheater 16. Further, the adjusting means 31 is controlled so that the temperature of the hydrogen gas sucked into the compression section 12 falls within a predetermined temperature range. Therefore, the suction temperature of the compression section 12 can be appropriately managed. In addition, by utilizing the heat of the hydrogen gas (discharged gas) before it flows into the cooler 14, the suction temperature can be appropriately increased.
  • connection part of the spillback passage 33a to the suction passage 21 is located upstream of the temperature sensor 37, the hydrogen gas returned to the suction passage 21 by the spillback part 33 causes the temperature of the gas detected by the temperature sensor 37 to rise. Even when the temperature changes, the temperature of the hydrogen gas sucked into the compression section 12 can be kept within an appropriate range. Furthermore, since the temperature of the hydrogen gas taken into the compression section 12 can be made higher than the above-mentioned reference temperature, it is possible to avoid liquefaction of oxygen, which is a combustion-supporting gas.
  • the adjustment means 31 is constituted by a three-way valve 31a. Therefore, the flow rate of hydrogen gas directed to the preheater 16 and the flow rate of hydrogen gas not passing through the preheater 16 can be adjusted with one valve, which contributes to simplifying the configuration.
  • the suction flow path 21 includes the heat insulating material 26, unintended heat input can be suppressed in the suction flow path 21, thereby making it possible to more appropriately control the suction temperature.
  • FIG. 1 shows an example in which the adjusting means 31 is constituted by a three-way valve 31a
  • the present invention is not limited to this.
  • the adjusting means 31 includes a first valve 31b provided in the first path portion 29a and capable of adjusting the opening degree, and a second valve 31b provided in the second path portion 29c capable of adjusting the opening degree.
  • the valve 31c may also be configured by a valve 31c.
  • control operation by the control section 39a in the modification shown in FIG. 5 will be explained with reference to FIG. 6.
  • the operation of the spillback control section 39b is similar to that in the first embodiment, and the details will be omitted.
  • the control unit 39a determines whether the suction temperature (temperature T) acquired by the temperature sensor 37 is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature T2 (step ST11).
  • the control section 39a controls the adjustment means 31 to stop the flow of hydrogen gas in the first path section 29a (step ST12).
  • the first valve 31b is closed and the second valve 31c is fully opened. This stops the hydrogen gas discharged from the compression section 12 from flowing into the preheater 16. Therefore, the hydrogen gas flowing through the suction channel 21 is sucked into the compression section 12 without being heated by the preheater 16. Therefore, the temperature of the hydrogen gas (suction temperature) sucked into the compression section 12 can be prevented from becoming excessively high.
  • the control unit 39a controls the adjusting means 31 so that the flow rate that bypasses the preheater 16 decreases and the flow rate that flows to the preheater 16 increases (step ST14). That is, the second valve 31c is controlled so that the opening degree of the second valve 31c becomes small, and the first valve 31b is controlled so that the opening degree of the first valve 31b becomes large. As a result, the gas flow rate of the discharged gas that passes through the preheater 16 increases, and the gas flow rate that bypasses the preheater 16 decreases.
  • the control unit 39a controls the adjusting means 31 so that the flow rate bypassing the preheater 16 increases and the flow rate flowing to the preheater 16 decreases (step ST15). That is, the second valve 31c is controlled so that the opening degree of the second valve 31c becomes large, and the first valve 31b is controlled so that the opening degree of the first valve 31b becomes small. As a result, the gas flow rate of the discharged gas that passes through the preheater 16 decreases, and the gas flow rate that bypasses the preheater 16 increases. That is, the flow of hydrogen gas discharged from the compression section 12 into the preheater 16 is adjusted so that the suction temperature is within a predetermined temperature range.
  • control operation by the control unit 39a may be performed based on FIG. 4 (that is, steps ST11 and ST12 may be omitted in FIG. 6). Furthermore, in the configuration of FIG. 1, steps ST11 and ST12 described above may be executed.
  • the adjustment means 31 may include a valve 31d provided in the first path portion 29a and having an adjustable opening degree, and a throttle portion 31e provided in the second path portion 29c. .
  • the throttle part 31e suppresses the flow rate of hydrogen gas flowing through the second path part 29c. Therefore, when the valve 31d is fully opened, almost the entire amount of hydrogen gas discharged from the compression section 12 flows through the first path section 29a. On the other hand, when the valve 31d is closed, the entire amount of hydrogen gas discharged from the compression section 12 flows through the second path section 29c.
  • the control section 39a performs the same control operation as in FIG. 6.
  • step ST12 of FIG. 6 the valve 31d of the first path section 29a is closed. This stops the hydrogen gas discharged from the compression section 12 from flowing into the preheater 16.
  • step ST14 the valve 31d is controlled so that the opening degree of the valve 31d is increased. As a result, the gas flow rate passing through the preheater 16 increases and the gas flow rate passing through the constriction portion 31e decreases.
  • the valve 31d is controlled so that the opening degree of the valve 31d becomes small. As a result, the gas flow rate passing through the preheater 16 decreases, and the gas flow rate passing through the throttle portion 31e increases.
  • control section 39a may perform the same control operation as in FIG.
  • FIG. 8 shows a second embodiment of the invention.
  • the same components as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
  • the discharge passage 25 has the first passage part 29a and the second passage part 29c
  • the suction passage 21 has the first passage part 29a and the second passage part 29c. and has. That is, the suction flow path 21 includes an upstream path section 29b, a first path section 29a and a second path section 29c that are bifurcated from the upstream path section 29b and then merge with each other, and a first path section 29a and a second path section. It has a downstream path section 29d through which the hydrogen gas merged from the section 29c flows.
  • the upstream path section 29b is connected to the liquid hydrogen storage tank 23.
  • the downstream path section 29d is connected to the compression section 12.
  • the first path section 29a passes through the preheater 16, and the second path section 29c bypasses the preheater 16.
  • the spillback flow path 33a has one end connected to a portion of the discharge flow path 25 on the downstream side of the cooler 14, and the other end portion connected to a portion of the suction flow path 21 on the downstream side of the preheater 16. . That is, the other end of the spillback flow path 33a is connected to the downstream path portion 29d in the suction flow path 21.
  • the adjusting means 31 includes a first valve 31b provided in the first path portion 29a and capable of adjusting the opening degree, and a second valve 31c provided in the second path portion 29c and capable of adjusting the opening degree. There is.
  • the first valve 31b is closed and the second valve 31c is fully opened.
  • the hydrogen gas heading from the liquid hydrogen storage tank 23 toward the compression section 12 will not flow into the preheater 16. Therefore, the hydrogen gas is not heated by the preheater 16 before it flows into the compression section 12.
  • step ST14 in FIG. 6 when the suction temperature (temperature T) is lower than the target temperature T1 the second valve 31c is controlled so that the opening degree of the second valve 31c becomes small, and the opening of the first valve 31b is The first valve 31b is controlled to increase its opening degree. As a result, the gas flow rate passing through the preheater 16 increases and the gas flow rate bypassing the preheater 16 decreases.
  • step ST15 when the suction temperature (temperature T) is higher than the target temperature T1, the second valve 31c is controlled so that the opening degree of the second valve 31c becomes large, and the opening degree of the first valve 31b is The first valve 31b is controlled so that As a result, the gas flow rate passing through the preheater 16 decreases, and the gas flow rate bypassing the preheater 16 increases. That is, the amount of hydrogen gas flowing into the preheater 16 is adjusted so that the suction temperature is within a predetermined temperature range.
  • FIG. 8 shows an example in which the adjustment means 31 is constituted by the first valve 31b and the second valve 31c
  • the adjustment means 31 is located above the branch point between the first path portion 29a and the second path portion 29c. It may be configured by a three-way valve provided in the.
  • the adjustment means 31 may be comprised by the valve arrange
  • FIG. 9 shows a third embodiment of the invention. Incidentally, here, the same components as in the first and second embodiments are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
  • the third embodiment further includes a second compression section 42 that compresses the hydrogen gas after being cooled by the cooler 14, and a second cooler 44 that cools the hydrogen gas compressed by the second compression section 42. There is.
  • the cooler 14, the second compression section 42, and the second cooler 44 are provided in the discharge flow path 25.
  • the second compression section 42 is configured by a reciprocating compression mechanism. That is, like the compression part 12, the second compression part 42 has a cylinder part, a piston, a piston rod, a pair of suction valves, and a pair of discharge valves.
  • the second compression section 42 is shown as a single trapezoid in FIG. 9 for convenience, the second compression section 42 does not necessarily have to be a one-stage type, and may be composed of a plurality of compression stages.
  • the second compression section 42 is driven by the same crank mechanism as the compression section 12.
  • the second compression section 42 and the compression section 12 constitute a single multi-stage reciprocating compressor.
  • the second compression section 42 may be configured as a reciprocating compressor independent of the compression section 12.
  • the cooler 14 functions as an intercooler that cools the hydrogen gas taken into the second compression section 42, and the second cooler 44 functions as an aftercooler that cools the hydrogen gas discharged from the second compression section 42.
  • the second cooler 44 may also be water-cooled or air-cooled. The hydrogen gas cooled by the second cooler 44 is sent to the consumer 28 .
  • the spillback section 33 includes a first spillback section 45 and a second spillback section 46. Note that the spillback section 33 may include only the second spillback section 46. In other words, the first spillback section 45, which is an intermediate stage spillback section, can be omitted.
  • the first spillback section 45 has a first spillback flow path 45a and a first spillback valve 45b that is arranged in the first spillback flow path 45a and is a valve whose opening degree can be adjusted.
  • One end of the first spillback flow path 45a is connected to a portion of the discharge flow path 25 between the cooler 14 and the second compression section 42, and the other end is connected to the portion downstream of the preheater 16 in the suction flow path 21. connected to the part.
  • a portion of the first spillback flow path 45a on the downstream side of the first spillback valve 45b is provided with a heat insulating material 48 for suppressing heat input from outside air. However, this heat insulating material 48 can be omitted.
  • the other end of the first spillback channel 45a may be connected to a portion of the suction channel 21 upstream of the preheater 16.
  • the second spillback section 46 has a second spillback flow path 46a and a second spillback valve 46b that is arranged in the second spillback flow path 46a and is a valve whose opening degree can be adjusted.
  • One end of the second spillback flow path 46a is connected to a portion of the discharge flow path 25 on the downstream side of the second cooler 44, and the other end portion is connected to a portion of the suction flow path 21 on the downstream side of the preheater 16. It is connected.
  • a portion of the second spillback flow path 46a on the downstream side of the second spillback valve 46b is provided with a heat insulating material 49 for suppressing heat input from outside air. However, this heat insulating material 49 can be omitted.
  • the other end of the second spillback channel 46a may be connected to a portion of the suction channel 21 upstream of the preheater 16.
  • a second pressure sensor 51 is provided in the discharge flow path 25 to detect the pressure of the hydrogen gas that has passed through the second cooler 44.
  • the second pressure sensor 51 is located downstream of the connection portion of the second spillback channel 46a in the discharge channel 25.
  • the spillback control unit 39b controls the first spillback valve 45b based on the pressure detected by the pressure sensor 36, and also controls the second spillback valve 46b based on the pressure detected by the second pressure sensor 51.
  • FIG. 9 shows an example in which the adjusting means 31 is constituted by a three-way valve 31a
  • the adjusting means 31 is configured by an opening provided in the first path portion 29a, as in the case shown in FIG. It may be configured by a first valve whose opening degree can be adjusted and a second valve which is provided in the second path portion 29c and whose opening degree can be adjusted.
  • the adjusting means 31 is constituted by a valve provided in the first path section 29a and whose opening degree can be adjusted, and a throttle section provided in the second path section 29c. Good too.
  • FIG. 9 shows an example in which the discharge passage 25 has the first passage part 29a and the second passage part 29c, instead of this, the suction passage 21 has the first passage part 29a and the second passage part 29c. It may have a path portion 29a and a second path portion 29c.
  • FIG. 10 shows a fourth embodiment of the invention. Incidentally, here, the same components as in the first and second embodiments are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
  • a pre-compression section 55 that compresses hydrogen gas before being compressed in the compression section 12, an intermediate cooler 57 that cools the hydrogen gas compressed by the pre-compression section 55, and an intermediate spillback section are provided. 59.
  • the pre-stage compression section 55 and the intermediate stage cooler 57 are provided in the suction flow path 21.
  • the pre-stage compression section 55 is constituted by a reciprocating compression mechanism. That is, like the compression section 12, the pre-compression section 55 includes a cylinder section, a piston, a piston rod, a pair of suction valves, and a pair of discharge valves.
  • the pre-compression section 55 is shown as a single trapezoid in FIG. 10 for convenience, the pre-compression section 55 does not necessarily have to be a one-stage type, and may be composed of a plurality of compression stages.
  • the pre-stage compression section 55 is driven by a common crank mechanism with the compression section 12.
  • the pre-compression section 55 and the compression section 12 constitute a single multi-stage reciprocating compressor.
  • the pre-compression section 55 may be configured as a reciprocating compressor independent of the compression section 12.
  • a heat insulating material 26 is provided in the suction channel 21 from the liquid hydrogen storage tank 23 to the pre-compression section 55 in order to suppress heat input from outside air.
  • the intermediate stage cooler 57 functions as an intercooler that cools the hydrogen gas before being sucked into the compression section 12, and the cooler 14 functions as an aftercooler that cools the hydrogen gas discharged from the compression section 12. Similarly to the cooler 14, the intermediate stage cooler 57 may be water-cooled or air-cooled. The hydrogen gas cooled by the cooler 14 is sent to the consumer 28 .
  • the intermediate spillback section 59 has an intermediate spillback flow path 59a and an intermediate spillback valve 59b, which is a valve whose opening degree can be adjusted and is disposed in the intermediate spillback flow path 59a.
  • One end of the intermediate stage spillback flow path 59a is connected to a region between the intermediate stage cooler 57 and the compression section 12 in the suction flow path 21, and the other end is connected to a region between the preheater 16 and the front stage compression section in the suction flow path 21. 55.
  • a portion of the intermediate spillback flow path 59a on the downstream side of the intermediate spillback valve 59b is provided with a heat insulating material 48 for suppressing heat input from the outside air.
  • the suction flow path 21 is provided with an intermediate stage pressure sensor 61 that detects the pressure of the hydrogen gas that has passed through the intermediate stage cooler 57.
  • the intermediate stage pressure sensor 61 is located downstream of the connection part of the intermediate stage spillback passage 59a in the suction passage 21. Therefore, the intermediate stage pressure sensor 61 can detect the pressure of the hydrogen gas sucked into the compression section 12.
  • the spillback control section 39b controls the intermediate stage spillback valve 59b based on the pressure detected by the intermediate stage pressure sensor 61, and also controls the spillback valve 33b based on the pressure detected by the pressure sensor 36.
  • FIG. 11 shows a fifth embodiment of the invention.
  • the same components as in the first to fourth embodiments are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
  • the temperature sensor 37 is located in the suction flow path 21 and directly detects the suction temperature.
  • the temperature sensor 37 is located in the discharge flow path 25 and is configured to detect the discharge temperature.
  • the temperature sensor 37 is arranged in the upstream path section 29b of the discharge flow path 25. That is, the temperature sensor 37 is arranged between the preheater 16 and the compression section 12 in the discharge flow path 25.
  • the functions of the controller 39 include a calculation unit 39c that estimates the temperature on the suction side of the compression unit 12 based on the discharge temperature acquired by the temperature sensor 37.
  • the calculation unit 39c is configured to derive the suction side temperature from the discharge temperature using a relational expression, a map, etc. that associate the discharge temperature and the suction side temperature, which are stored in the controller 39.
  • the relational expression is, for example, a relational expression assuming that hydrogen gas is adiabatically compressed in the compression section 12, and is a relational expression that defines the relationship among suction pressure, suction side temperature, discharge pressure, and discharge temperature. It's okay.
  • the map may be a map of data obtained through preliminary testing, and may be a map configured to associate suction temperature with discharge temperature.
  • the control unit 39a controls the adjustment unit 31 while referring to the temperature on the suction side estimated by the calculation unit 39c as the suction temperature, which is the temperature of the hydrogen gas sucked into the compression unit 12.
  • step ST13 the calculation unit 39c estimates the suction temperature based on the discharge temperature, and in step ST13, the suction temperature (temperature T) estimated by the calculation unit 39c is used.
  • the control flow other than this is the same as the flow in FIG. 4.
  • the adjusting means 31 adjusts the flow rate of hydrogen gas that passes through the preheater 16, and also adjusts the flow rate of hydrogen gas that does not pass through the preheater 16. Further, the adjusting means 31 is controlled so that the temperature of the hydrogen gas sucked into the compression section 12 falls within a predetermined temperature range. Therefore, the suction temperature of the compression section 12 can be appropriately managed. In addition, by utilizing the heat of the hydrogen gas (discharged gas) before it flows into the cooler 14, the suction temperature can be appropriately increased.
  • FIG. 11 shows an example in which the adjusting means 31 is constituted by a three-way valve 31a
  • the adjusting means 31 is configured by an opening provided in the first path portion 29a, as in the case shown in FIG. It may be configured by a first valve 31b whose opening degree can be adjusted and a second valve 31c which is provided in the second path portion 29c and whose opening degree can be adjusted.
  • the adjusting means 31 includes a valve 31d provided in the first path portion 29a and having an adjustable opening degree, and a throttle portion 31e provided in the second path portion 29c. may be done.
  • FIG. 11 shows an example in which the discharge passage 25 has a first passage part 29a and a second passage part 29c
  • the suction passage 21 has a first passage part 29a and a second passage part 29c, as in the case shown in FIG. It may have a section 29a and a second path section 29c.
  • you may further include a 2nd compression part and a 2nd cooler similarly to the case shown in FIG.
  • the spillback section 33 may include a first spillback section and a second spillback section.
  • a configuration including a pre-stage compression section 55, an intermediate-stage cooler 57, and an intermediate-stage spillback section 59 may be adopted.
  • the control operation shown in FIG. 6 may be performed.
  • the spillback valve 33b may be controlled based on the detected value of a pressure sensor provided in the suction flow path 21. Further, the spillback valve 33b may be controlled based on both the pressure sensor 36 and the pressure sensor provided in the suction flow path 21. Furthermore, the spillback valve 33b may be controlled based on a flow rate sensor (disposed where the pressure sensor 36 is disposed) instead of the pressure sensor 36. The same applies to spillback valves in other embodiments.
  • the compressor unit collects hydrogen gas, which is boil-off gas, from a liquid hydrogen storage tank, and compresses and supplies at least a portion of it to a consumer including at least one of an engine, a power generation facility, or a boiler.
  • the compressor unit includes a compression section configured by a reciprocating compression mechanism that compresses the hydrogen gas flowing through the suction channel and discharges the compressed gas to the discharge channel; a water-cooled or air-cooled cooler that cools hydrogen gas; hydrogen gas before being sucked into the compression section; and hydrogen gas discharged from the compression section that flows toward the cooler.
  • a preheater capable of heat exchange
  • a spillback section including a spillback channel that returns hydrogen gas discharged from the compression section to a portion of the suction channel downstream or upstream of the preheater.
  • the discharge flow path or the suction flow path has a first path portion and a second path portion that are split into two along the flow direction of hydrogen gas and then merge with each other, and the first path portion passes through the preheater.
  • the second path section does not pass through the preheater.
  • the compressor unit further includes an adjusting means for adjusting a flow rate of hydrogen gas flowing through the first path section and a flow rate of hydrogen gas flowing through the second path section; A control unit that controls the adjusting means so that the suction temperature, which is the temperature of the gas, falls within a predetermined temperature range.
  • the predetermined temperature range is higher than a reference temperature based on the liquefaction temperature of air.
  • the adjustment means adjusts the flow rate of hydrogen gas passing through the preheater and the flow rate of hydrogen gas not passing through the preheater. Furthermore, the adjusting means is controlled so that the temperature of the hydrogen gas sucked into the compression section falls within a predetermined temperature range. Therefore, the suction temperature of the compression section can be appropriately controlled. In addition, by utilizing the heat of the hydrogen gas (discharged gas) before it flows into the cooler, the suction temperature can be appropriately increased. Moreover, since the temperature range of the hydrogen gas taken into the compression section can be made higher than a predetermined reference temperature, it is possible to avoid liquefaction of oxygen, which is a combustion-supporting gas.
  • the compressor unit may further include a temperature sensor disposed in the suction flow path between a connection portion of the spillback flow path and the compression portion.
  • the control unit may refer to the temperature acquired by the temperature sensor as the suction temperature.
  • the compressor unit recovers hydrogen gas, which is a flammable boil-off gas at a temperature below 0° C., from the liquid hydrogen storage tank.
  • the compressor unit is configured to determine the temperature on the suction side of the compression section based on a temperature sensor disposed between the preheater and the compression section in the discharge flow path and the discharge temperature acquired by the temperature sensor.
  • the method may also include a calculating section for estimating.
  • the control unit may refer to the temperature on the suction side estimated by the calculation unit as the suction temperature.
  • the adjustment means adjusts the flow rate of hydrogen gas passing through the preheater and the flow rate of hydrogen gas not passing through the preheater. Furthermore, the adjusting means is controlled so that the temperature of the hydrogen gas sucked into the compression section falls within a predetermined temperature range. Therefore, the suction temperature of the compression section can be appropriately controlled. In addition, by utilizing the heat of the hydrogen gas (discharged gas) before it flows into the cooler, the suction temperature can be appropriately increased. Moreover, since the temperature range of the hydrogen gas taken into the compression section can be made higher than a predetermined reference temperature, it is possible to avoid liquefaction of oxygen, which is a combustion-supporting gas.
  • the adjustment means may be constituted by a three-way valve provided on a branch point between the first path section and the second path section.
  • the flow rate of hydrogen gas heading to the preheater and the flow rate of hydrogen gas not passing through the preheater can be adjusted with one valve, which contributes to simplifying the configuration.
  • the adjusting means may include a valve provided in the first path section and capable of adjusting the opening degree, and a valve provided in the second path section and capable of adjusting the opening degree. good.
  • the adjusting means includes a valve that is provided in the first path section and whose opening degree can be adjusted, and a throttle section that is provided in the second path section and that suppresses the flow rate of hydrogen gas. You can leave it there.
  • the control unit controls the adjusting means to stop the flow of hydrogen gas in the first path when the suction temperature is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature, and
  • the adjusting means may be controlled so that the suction temperature is within the predetermined temperature range when the temperature is below the upper limit temperature.
  • the suction flow path may include a heat insulating material for suppressing heat input from outside air.
  • suction temperature control can be made more appropriate.
  • the temperature of hydrogen gas which is the boil-off gas sucked into the reciprocating compression section, can be appropriately managed.

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Abstract

圧縮機ユニットは、水素ガスを圧縮するレシプロ式の圧縮機構によって構成された圧縮部と、クーラと、プレヒータと、スピルバック部と、調整手段と、制御部と、を備える。吸込流路は、プレヒータを経由する第1経路部及びプレヒータを経由しない第2経路部を有する。調整手段は、第1経路部を流通する水素ガスの流量を調整するとともに第2経路部を流通する水素ガスの流量を調整する。制御部は、圧縮部の吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように調整手段を制御する。前記予め定められた温度範囲は、空気の液化温度に基づく基準温度よりも高い。

Description

圧縮機ユニット
 本発明は、圧縮機ユニットに関する。
 従来、液化天然ガス(LNG)、液体水素(LH2)などの低温のボイルオフガス(BOG)を圧縮機によって回収してエンジン等の需要先に供給することが行われている。特にLH2から発生したボイルオフガスは非常に低温である。このため、圧縮機がそのままボイルオフガスを吸入する構成を採用すると、極低温に適した材料を選択する必要があったり、熱変形量を考慮した設計条件を採用したり、厳重な断熱処理を実施したりする必要がある等の制約がかかる。
 ところで、下記の特許文献1では次のような問題が指摘されている。「近年、新たなエネルギ源として、水素が注目されている。エネルギ源として水素を利用する場合にも、天然ガスのように、貯蔵及び輸送時には、液化した状態とすることが想定されている。しかし、水素は、液化温度が空気の液化温度よりも低いという特性を有する。そのため、天然ガス等を対象とした往復動圧縮機といった設備をそのまま水素に適用すると、極低温の液体水素に起因する不具合が生じる可能性がある。例えば、液体水素が供給される装置の周辺に液化空気を生じさせてしまう。」
 すなわち特許文献1では、極低温の液体水素に起因する不具合を防止するという課題が検討されている。また、極低温の流体が供給される装置には、配管などに高性能な断熱が施工しやすいもの(例えば真空領域を設けたもの)が採用されることもあるが、運転中の振動を伴う機械や、点検開口部を通して定期的なメンテナンスを必要とする設備(例えば往復動圧縮機など)等のように、高性能な断熱が非常に難しいものもあるという課題もある。
 下記の特許文献2~4に開示されているように、圧縮機に吸入される前のボイルオフガスを加熱可能な熱交換器を設けることが知られている。一方、過度に吸込ガスを加熱すると、ガス体積の膨張により、圧縮動力が大きくなるとともに動力(エネルギー)のロスとなるため、適切な範囲で吸込み温度をコントロールすることが求められている。
 下記の特許文献2に開示された圧縮機ユニットでは、図12に示すように、圧縮部102から吐出されたボイルオフガスにより、圧縮部102に吸入される前のボイルオフガスを加熱する熱交換器104が設けられている。この圧縮機ユニットでは、ガス処理量に応じて熱交換器104を流れる流量を変えることが可能である。しかしながら、タンク100から導出されたボイルオフガスの全量が熱交換器104に流入する構成となっているので、圧縮部102でのガス処理量に応じて熱交換器104での流量を変えることができるに過ぎない。このため、圧縮部102に吸入されるガス温度が所定温度になるように、熱交換器104を流れる流量を調整することはできない。
 これに対し、下記の特許文献3に開示された圧縮機ユニットでは、図13に示すように、熱交換器112をバイパスするバイパス管114が設けられている。このバイパス管114に設けられた弁114aの開閉制御を行うことにより、熱交換器112を通過するガス量を調整することが可能となっている。このため、弁114aの開閉制御により、圧縮部116に吸入されるボイルオフガスの温度を調整できるかもしれない。しかしながら、特許文献3の圧縮機ユニットでは、たとえ弁114aが全開にある状態でも、弁114a自体の圧損によって熱交換器112にもボイルオフガスが流入してしまうことがある。このため、圧縮部116に吸入されるガス温度を適正範囲に収まるように制御することは困難である。
 なお、下記の特許文献4にも、図14に示すように、圧縮部121に吸入される前のボイルオフガスと圧縮部121から吐出された後のボイルオフガスとを熱交換させる熱交換器123が示されている。しかし、この熱交換器123は圧縮部121で圧縮された後のボイルオフガスを再液化するためのものである。このため、圧縮部121の下流に配置されたクーラ125によって冷却されたボイルオフガスが熱交換器123に導入される。したがって、特許文献4では、圧縮部121に吸入される蒸発ガスを十分に加温するという観点では不利である。しかも、特許文献4では、特許文献3のように、圧縮部121に吸入されるガスの温度が高くなり過ぎることが起こり難いため、圧縮部121に吸入されるボイルオフガスの温度を調整することは考慮されていない。
特開2020-172870号公報 特開2001-65795号公報 特開平3-92700号公報 特開2019-27590号公報
 本発明の目的は、圧縮機ユニットにおいてレシプロ式の圧縮部に吸入されるボイルオフガスである水素ガスの温度を適切に管理することである。
 本発明の一局面に係る圧縮機ユニットは、液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、その少なくとも一部をエンジン、発電設備又はボイラの少なくとも一つを含む需要先に供給する圧縮機ユニットであって、吸込流路を流れた前記水素ガスを圧縮するとともに圧縮されたガスを吐出流路に吐出するレシプロ式の圧縮機構によって構成された圧縮部と、前記吐出流路に吐出された水素ガスを冷却する水冷式又は空冷式のクーラと、前記圧縮部に吸入される前の水素ガスと前記圧縮部から吐出された後の水素ガスであって前記クーラに向かって流れる水素ガスとを熱交換可能なプレヒータと、前記圧縮部から吐出された後の水素ガスを前記吸込流路における前記プレヒータよりも下流側又は上流側の部分に戻すスピルバック流路を含むスピルバック部と、を備える。前記吐出流路または前記吸込流路は、水素ガスの流れ方向に沿って二股に分かれた後互いに合流する第1経路部及び第2経路部を有し、前記第1経路部が前記プレヒータを経由する一方で、前記第2経路部が前記プレヒータを経由していない。前記圧縮機ユニットはさらに、前記第1経路部を流通する水素ガスの流量を調整するとともに前記第2経路部を流通する水素ガスの流量を調整する調整手段と、前記圧縮部に吸入される水素ガスの温度である吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように、前記調整手段を制御する制御部と、を備える。前記予め定められた温度範囲は空気の液化温度に基づく基準温度よりも高い。
第1実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第1実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第1実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第1実施形態に係る圧縮機ユニットにおける制御部の制御動作を説明するための図である。 第1実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第1実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットにおける制御部の制御動作を説明するための図である。 第1実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第2実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第3実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第4実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 第5実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を概略的に示す図である。 従来の圧縮機ユニットを概略的に示す図である。 従来の圧縮機ユニットを概略的に示す図である。 従来の圧縮機ユニットを概略的に示す図である。
実施形態
 以下、添付図面を参照しながら、実施形態について説明する。
 (第1実施形態)
 本実施形態に係る圧縮機ユニットは、液体水素貯槽から0℃未満の可燃性のボイルオフガスである水素ガスを回収し、回収した水素ガスを圧縮して需要先に供給するように構成されている。水素ガスであるボイルオフガスは約-250℃である。需要先としては発電設備、ボイラ、船舶等のエンジン等が挙げられる。
 図1に示すように、圧縮機ユニット10は、水素ガスを圧縮するための圧縮部12と、圧縮部12によって圧縮された水素ガスを冷却するクーラ14と、圧縮部12に吸入される前の水素ガスを加熱するプレヒータ16と、を備えている。
 圧縮部12は、吸込流路21を介して液体水素貯槽23に接続される。したがって、液体水素貯槽23内で発生した液化ガスのボイルオフガスは吸込流路21を通して圧縮部12に吸入される。圧縮部12は、レシプロ式の圧縮機構によって構成されている。すなわち、図2に示すように、圧縮部12は、シリンダ部211と、ピストン212と、ピストンロッド213と、一対の吸込弁214と、一対の吐出弁215とを有している。ピストン212及びピストンロッド213は図略のクランク機構に接続される。シリンダ部211内でピストン212が往復移動することにより、圧縮室内で水素ガスが圧縮される。図2では、ダブルアクティング構造の圧縮部12を示しているが、圧縮部12は、シングルアクティング構造であってもよい。
 なお、図1では便宜上圧縮部12を1つの台形で示しているが、圧縮部12は必ずしも1段式である必要はなく、複数の圧縮段により構成されていてもよい。すなわち、圧縮部12は、直列に接続された複数のシリンダ部211内においてそれぞれピストン212により水素ガスが順次圧縮されて昇圧される構成とされてもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
 吸込流路21は、外気からの入熱を抑制するための断熱材26を備えている。なお、断熱材26を省略してもよい。また、圧縮部12から吐出された水素ガスが流れる吐出流路25にも断熱材(図示省略)が設けられていてもよい。
 クーラ14は吐出流路25に配置されている。クーラ14は、水冷式であってもよく、空冷式であってもよい。クーラ14によって冷却された水素ガスは需要先28に送られる。
 プレヒータ16は、圧縮部12に吸入される前の水素ガスと、圧縮部12から吐出された後の水素ガスとを熱交換させて、圧縮部12に吸入される前の水素ガスを加熱するように構成されている。プレヒータ16は、吐出流路25おけるクーラ14よりも上流側の部位に接続されている。プレヒータ16では、クーラ14に向かって流れる水素ガスによって、圧縮部12に向かって吸込流路21を流れる水素ガスが加熱される。このため、クーラ14で冷却された後の水素ガスで加熱する構成と異なり、水素ガスを効果的に加熱できる。
 プレヒータ16は、吐出流路25における第1経路部29aに接続されている。すなわち、吐出流路25は、上流経路部29bと、上流経路部29bから二股に分かれた後、互いに合流する第1経路部29a及び第2経路部29cと、第1経路部29a及び第2経路部29cから合流した水素ガスが流れる下流経路部29dと、を有する。上流経路部29bは圧縮部12に接続されている。下流経路部29dは需要先28まで延びている。
 第1経路部29aは、プレヒータ16を経由しているため、圧縮部12から吐出された水素ガスのうちの少なくとも一部がプレヒータ16に流入可能となっている。プレヒータ16は、吸込流路21にも接続されているため、第1経路部29aを流れる水素ガスによって、吸込流路21を流れる水素ガスを加熱可能となっている。一方、第2経路部29cは、プレヒータ16を経由していない。
 下流経路部29dにはクーラ14が接続されている。すなわち、吐出流路25において、クーラ14はプレヒータ16よりも下流側に配置されている。このため、プレヒータ16は、クーラ14で冷却される前の水素ガスによって、吸込流路21を流れる水素ガスを加熱する。
 吐出流路25には、第1経路部29aを流通する水素ガスの流量を調整するとともに第2経路部29cを流通する水素ガスの流量を調整する調整手段31が設けられている。図1に示す例では、調整手段31は、第1経路部29aと第2経路部29cとの分岐点上に設けられた三方弁31aによって構成されている。三方弁31aは、上流経路部29bを流れる水素ガスを、第1経路部29aと第2経路部29cとに振り分けるように構成されている。このため、三方弁31aの弁体(図示省略)の向き又は位置を変えることにより、三方弁31aは、上流経路部29bを流れる流量の全量が第1経路部29aに流れる状態(第2経路部29c側を閉弁)から、上流経路部29bを流れる流量の全量が第2経路部29cに流れる状態(第1経路部29a側及びプレヒータ16側を閉弁)まで、第1経路部29a及び第2経路部29cへの振り分け割合を変更可能に構成されている。
 なお、図1の構成では、三方弁31aは、上流経路部29bと第1経路部29aと第2経路部29cとが接続する部位に配置されているが、これに代え、三方弁31aは、第1経路部29aと第2経路部29cと下流経路部29dとが接続する部位に配置されてもよい。
 圧縮機ユニット10には、圧縮部12から吐出された後の水素ガスを吸込流路21に戻すためのスピルバック部33が設けられている。スピルバック部33は、スピルバック流路33aと、スピルバック流路33aに配置された開度調整可能な弁からなるスピルバック弁33bと、を有する。スピルバック流路33aの一端部は、吐出流路25におけるクーラ14よりも下流側の部分に接続され、他端部は、吸込流路21におけるプレヒータ16よりも下流側の部分に接続されている。つまり、スピルバック流路33aを流れた水素ガスは、吸込流路21におけるプレヒータ16と圧縮部12との間において、プレヒータ16を通過した水素ガスと合流する。スピルバック流路33aにおけるスピルバック弁33bよりも下流側の部分は、外気からの入熱を抑制するための断熱材34を備えている。ただし、この断熱材34は省略可能である。なお、図3に示すように、スピルバック流路33aの前記他端部は、吸込流路21におけるプレヒータ16よりも上流側の部分に接続されてもよい。
 吐出流路25には、吐出流路25を流れる水素ガスの圧力を検出する圧力センサ36が設けられている。圧力センサ36は、吐出流路25におけるスピルバック流路33aの接続部よりも下流に位置している。
 吸込流路21には、吸込流路21を流れる水素ガスの温度を検出する温度センサ37が設けられている。温度センサ37は、吸込流路21において、スピルバック流路33aの接続部と圧縮部12との間に配置されている。したがって、温度センサ37は、プレヒータ16で加熱された後の水素ガス(スピルバック流路33aを水素ガスが流れるときは、さらに、スピルバック流路33aから水素ガスが合流した後の水素ガス)の温度を取得することができる。
 圧力センサ36は検出圧力を示す信号を出力し、温度センサ37は取得した温度を示す信号を出力する。圧力センサ36からの信号及び温度センサ37からの信号は、コントローラ39に入力される。コントローラ39は、圧縮機ユニット10の各種動作を制御するコンピュータである。このコンピュータにより実行されるコントローラ39の機能には、制御部39aと、スピルバック制御部39bと、が含まれる。制御部39aは、温度センサ37によって取得された温度を、圧縮部12に吸入される水素ガスの温度である吸込温度として参照しつつ調整手段31を制御するように構成された機能部である。スピルバック制御部39bは、圧力センサ36の検出圧力に基づいてスピルバック弁33bを制御するように構成された機能部である。
 ここで、制御部39aによる制御動作を図4を参照しつつ説明する。制御部39aは、まず、吸込温度(温度T)が予め定められた目標温度T1以下かどうかを判定する(ステップST13)。なお、目標温度T1は後述の基準温度よりも高い温度に設定される。
 吸込温度(温度T)が目標温度T1以下の場合には、制御部39aは、プレヒータ16を迂回する流量が減り且つプレヒータ16に流れる流量が増えるように調整手段31を制御する(ステップST14)。すなわち、調整手段31としての三方弁31aは、第2経路部29c側の開度が小さくなり且つ第1経路部29a側の開度が大きくなるように制御される。これにより、プレヒータ16において、吸込流路21を流れる水素ガスの加熱量が増大するため、吸込温度(温度T)が高くなる。
 一方、吸込温度(温度T)が目標温度T1よりも高い場合には、制御部39aは、プレヒータ16を迂回する流量が増え且つプレヒータ16に流れる流量が減るように調整手段31を制御する(ステップST15)。すなわち、調整手段31としての三方弁31aは、第2経路部29c側の開度が大きくなり且つ第1経路部29a側の開度が小さくなるように制御される。これにより、プレヒータ16において、吸込流路21を流れる水素ガスの加熱量が低減するため、吸込温度(温度T)が低くなる。すなわち、制御部39aは、吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように調整手段31を制御する。当該温度範囲は所定の基準温度よりも高い。
 この基準温度は空気の液化温度に基づき設定される。具体的には、基準温度は空気の液化温度であることが好ましい。ただし、圧縮部12において外気に触れる部材(シリンダ部211等)の外表面が空気の液化温度よりも高くなるのであれば、基準温度を空気の液化温度未満とすることもできる。また、吸込流路21の配管や計装品の外表面の温度が空気の液化温度よりも高くなるように基準温度が設定されてもよい。これにより、水素ガスの冷熱により圧縮部12や吸込流路21の周囲の空気が冷却されても、空気が液化してしまうことが防止される。
 スピルバック制御部39bは、圧力センサ36による検出圧力が予め定められた設定圧力になるように、スピルバック弁33bを制御する。すなわち、圧力センサ36による検出圧力が設定圧力よりも高い場合には、スピルバック弁33bの開度を大きくするようにスピルバック弁33bを制御する。これにより、クーラ14を通過した水素ガスのうち吸込流路21に戻される水素ガスの流量が増えるため、需要先28に供給される水素ガスの圧力が低減する。一方、検出圧力が設定圧力未満の場合には、スピルバック弁33bの開度を小さくするようにスピルバック弁33bを制御する。これにより、クーラ14を通過した水素ガスのうち吸込流路21に戻される水素ガスの流量が減るため、需要先28に供給される水素ガスの圧力が上昇する。また、検出圧力が設定圧力に一致する場合には、スピルバック弁33bの開度は変更されない。
 以上説明したように、本実施形態では、調整手段31によって、プレヒータ16を経由する水素ガスの流量を調整するとともに、プレヒータ16を経由しない水素ガスの流量をも調整する。さらに、圧縮部12に吸入される水素ガスの温度が所定温度範囲に収まるように調整手段31が制御される。したがって、圧縮部12の吸込温度を適切に管理することができる。加えて、クーラ14に流入する前の水素ガス(吐出ガス)の熱を利用することにより、吸込温度を適切に加温することができる。さらに、吸込流路21に対するスピルバック流路33aの接続部が温度センサ37よりも上流に位置するため、スピルバック部33によって吸込流路21に戻された水素ガスにより温度センサ37の検出ガス温度が変化した場合においても、圧縮部12に吸入される水素ガスの温度を適切な範囲に収めることができる。しかも、圧縮部12に吸入される水素ガスの温度を上述の基準温度よりも高くすることができるため、支燃性ガスである酸素の液化が発生することを回避できる。
 また本実施形態では、調整手段31が三方弁31aによって構成されている。このため、1つの弁でプレヒータ16に向かう水素ガスの流量とプレヒータ16を経由しない水素ガスの流量をそれぞれ調整することができ、構成の簡素化に資する。
 また本実施形態では、吸込流路21が断熱材26を備えるため、吸込流路21において意図しない入熱を抑制することができ、それにより吸込温度制御をより適切にすることができる。
 図1では、調整手段31が三方弁31aによって構成された例を示しているが、これに限られない。図5に示すように、調整手段31は、第1経路部29aに設けられた開度調整が可能な第1弁31bと、第2経路部29cに設けられた開度調整が可能な第2弁31cとによって構成されてもよい。
 ここで、図5に示す変形例における制御部39aによる制御動作を図6を参照しつつ説明する。なお、スピルバック制御部39bの動作は第1実施形態と同様であり、詳細は割愛する。
 制御部39aは、温度センサ37によって取得された吸込温度(温度T)が予め定められた上限温度T2以上であるかどうか判定する(ステップST11)。吸込温度(温度T)が上限温度T2以上の場合には、制御部39aは、第1経路部29aでの水素ガスの流通を停止するように調整手段31を制御する(ステップST12)。この場合、第1弁31bが閉じられ、第2弁31cが全開される。これにより、圧縮部12から吐出された水素ガスのプレヒータ16への流入は停止される。したがって、吸込流路21を流れる水素ガスは、プレヒータ16で加熱されることなく圧縮部12に吸入される。このため、圧縮部12に吸入される水素ガスの温度(吸込温度)が過剰に高くなることを抑制できる。
 一方、吸込温度(温度T)が上限温度T2よりも低い場合には、図4と同様に、制御部39aは、吸込温度(温度T)が予め定められた目標温度T1以下かどうかを判定する(ステップST13)。このとき調整手段31は、少なくとも第1経路部29a側に開放されているため、圧縮部12から吐出された水素ガスの少なくとも一部はプレヒータ16に導入される。なお、目標温度T1は上限温度T2よりも低い温度である。
 吸込温度(温度T)が目標温度T1以下の場合には、制御部39aは、プレヒータ16を迂回する流量が減り且つプレヒータ16に流れる流量が増えるように調整手段31を制御する(ステップST14)。すなわち、第2弁31cの開度が小さくなるように第2弁31cが制御されるとともに第1弁31bの開度が大きくなるように第1弁31bが制御される。これにより、吐出ガスのうちプレヒータ16を通過するガス流量が増えるととともにプレヒータ16を迂回するガス流量が減る。
 一方、吸込温度(温度T)が目標温度T1よりも高い場合には、制御部39aは、プレヒータ16を迂回する流量が増え且つプレヒータ16に流れる流量が減るように調整手段31を制御する(ステップST15)。すなわち、第2弁31cの開度が大きくなるように第2弁31cが制御されるとともに第1弁31bの開度が小さくなるように第1弁31bが制御される。これにより、吐出ガスのうちプレヒータ16を通過するガス流量が減るととともにプレヒータ16を迂回するガス流量が増える。すなわち、吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように、圧縮部12から吐出された水素ガスのプレヒータ16への流入が調整される。
 なお、図5に示す構成では、制御部39aによる制御動作が図4に基づき行われてもよい(すなわち、図6において、ステップST11,ST12が省略されてもよい)。また、図1の構成において、上述のステップST11及びST12を実行するようにしてもよい。
 調整手段31は、図7に示すように、第1経路部29aに設けられた開度調整可能な弁31dと、第2経路部29cに設けられた絞り部31eと、によって構成されてもよい。絞り部31eは、第2経路部29cを流れる水素ガスの流量を抑制する。このため、弁31dが全開された場合には、圧縮部12から吐出された水素ガスのほぼ全量は第1経路部29aを流れる。一方で、弁31dが閉じられた場合には、圧縮部12から吐出された水素ガスの全量は第2経路部29cを流れる。
 この構成の場合、制御部39aは図6と同様の制御動作をする。図6のステップST12においては、第1経路部29aの弁31dが閉じられる。これにより、圧縮部12から吐出された水素ガスのプレヒータ16への流入は停止される。また、ステップST14においては、弁31dの開度が大きくなるように弁31dが制御される。これにより、プレヒータ16を通過するガス流量が増えるととともに絞り部31eを通過するガス流量が減る。またステップST15においては、弁31dの開度が小さくなるように弁31dが制御される。これにより、プレヒータ16を通過するガス流量が減るととともに絞り部31eを通過するガス流量が増える。すなわち、吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように、圧縮部12から吐出された水素ガスのプレヒータ16への流入が調整される。なお、図7に示す構成では、制御部39aが図4と同様の制御動作を行ってもよい。
 (第2実施形態)
 図8は本発明の第2実施形態を示す。尚、ここでは第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
 第1実施形態では、吐出流路25が第1経路部29aと第2経路部29cを有するのに対し、第2実施形態では、吸込流路21が第1経路部29aと第2経路部29cとを有する。すなわち、吸込流路21は、上流経路部29bと、上流経路部29bから二股に分かれた後、互いに合流する第1経路部29a及び第2経路部29cと、第1経路部29a及び第2経路部29cから合流した水素ガスが流れる下流経路部29dと、を有する。
 上流経路部29bは液体水素貯槽23に接続される。下流経路部29dは圧縮部12に接続されている。第1経路部29aはプレヒータ16を経由し、第2経路部29cはプレヒータ16を迂回している。
 スピルバック流路33aは、一端部が吐出流路25におけるクーラ14よりも下流側の部分に接続され、他端部が、吸込流路21におけるプレヒータ16よりも下流側の部分に接続されている。すなわち、スピルバック流路33aの他端部は吸込流路21における下流経路部29dに接続されている。
 調整手段31は、第1経路部29aに設けられた開度調整が可能な第1弁31bと、第2経路部29cに設けられた開度調整が可能な第2弁31cとによって構成されている。この場合、吸込温度(温度T)が上限温度T2以上の場合の図6のステップST12においては、第1弁31bが閉じられ、第2弁31cが全開される。これにより、液体水素貯槽23から圧縮部12に向かう水素ガスがプレヒータ16に流入することはなくなる。したがって、水素ガスが圧縮部12に流入する前にプレヒータ16で加熱されることはない。
 また、吸込温度(温度T)が目標温度T1以下の場合の図6のステップST14においては、第2弁31cの開度が小さくなるように第2弁31cが制御されるとともに第1弁31bの開度が大きくなるように第1弁31bが制御される。これにより、プレヒータ16を通過するガス流量が増えるととともにプレヒータ16を迂回するガス流量が減る。また、吸込温度(温度T)が目標温度T1よりも高い場合のステップST15においては、第2弁31cの開度が大きくなるように第2弁31cが制御されるとともに第1弁31bの開度が小さくなるように第1弁31bが制御される。これにより、プレヒータ16を通過するガス流量が減るととともにプレヒータ16を迂回するガス流量が増える。すなわち、吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように、水素ガスのプレヒータ16への流入量が調整される。
 なお、図8では、調整手段31が第1弁31bと第2弁31cとによって構成された例を示すが、調整手段31は、第1経路部29aと第2経路部29cとの分岐点上に設けられた三方弁によって構成されてもよい。また、調整手段31は、第1経路部29aに配置された弁と、第2経路部29cに配置された絞り部とによって構成されてもよい。
 その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第1実施形態の説明を第2実施形態に援用することができる。
 (第3実施形態)
 図9は本発明の第3実施形態を示す。尚、ここでは第1及び第2実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
 第3実施形態では、クーラ14で冷却された後の水素ガスを圧縮する第2圧縮部42と、第2圧縮部42によって圧縮された水素ガスを冷却する第2クーラ44と、をさらに備えている。
 クーラ14、第2圧縮部42及び第2クーラ44は吐出流路25に設けられている。第2圧縮部42は、レシプロ式の圧縮機構によって構成されている。すなわち、第2圧縮部42は、圧縮部12と同様にシリンダ部と、ピストンと、ピストンロッドと、一対の吸込弁と、一対の吐出弁とを有している。なお、図9では便宜上第2圧縮部42を1つの台形で示しているが、第2圧縮部42は必ずしも1段式である必要はなく、複数の圧縮段により構成されていてもよい。
 第2圧縮部42は圧縮部12と共通のクランク機構により駆動される。換言すれば、第2圧縮部42は圧縮部12と共に、単一の複数段式レシプロ圧縮機を構成する。なお、第2圧縮部42は圧縮部12とは独立したレシプロ圧縮機として構成されてもよい。
 クーラ14は、第2圧縮部42に吸入される水素ガスを冷却するインタークーラとして機能し、第2クーラ44は、第2圧縮部42から吐出された水素ガスを冷却するアフタークーラとして機能する。第2クーラ44もクーラ14と同様に、水冷式であってもよく、空冷式であってもよい。第2クーラ44によって冷却された水素ガスは需要先28に送られる。
 スピルバック部33は、第1スピルバック部45と第2スピルバック部46とを含む。なお、スピルバック部33は、第2スピルバック部46のみを含む構成であってもよい。つまり、中間段スピルバック部である第1スピルバック部45は省略可能である。
 第1スピルバック部45は、第1スピルバック流路45aと、第1スピルバック流路45aに配置された開度調整可能な弁からなる第1スピルバック弁45bと、を有する。第1スピルバック流路45aの一端部は、吐出流路25におけるクーラ14と第2圧縮部42との間の部分に接続され、他端部は、吸込流路21におけるプレヒータ16よりも下流側の部分に接続されている。第1スピルバック流路45aにおける第1スピルバック弁45bよりも下流側の部位は、外気からの入熱を抑制するための断熱材48を備えている。ただし、この断熱材48は省略可能である。なお、第1スピルバック流路45aの他端部は、吸込流路21におけるプレヒータ16よりも上流側の部分に接続されてもよい。
 第2スピルバック部46は、第2スピルバック流路46aと、第2スピルバック流路46aに配置された開度調整可能な弁からなる第2スピルバック弁46bと、を有する。第2スピルバック流路46aの一端部は、吐出流路25における第2クーラ44よりも下流側の部分に接続され、他端部は、吸込流路21におけるプレヒータ16よりも下流側の部分に接続されている。第2スピルバック流路46aにおける第2スピルバック弁46bよりも下流側の部位は、外気からの入熱を抑制するための断熱材49を備えている。ただし、この断熱材49は省略可能である。なお、第2スピルバック流路46aの他端部は、吸込流路21におけるプレヒータ16よりも上流側の部分に接続されてもよい。
 吐出流路25には、第2クーラ44を通過した水素ガスの圧力を検出する第2圧力センサ51が設けられている。第2圧力センサ51は、吐出流路25における第2スピルバック流路46aの接続部よりも下流に位置している。
 スピルバック制御部39bは、圧力センサ36の検出圧力に基づいて第1スピルバック弁45bを制御するとともに、第2圧力センサ51の検出圧力に基づいて第2スピルバック弁46bを制御する。
 なお、図9には、調整手段31が三方弁31aによって構成された例が示されているが、調整手段31は、図5に示す場合と同様に、第1経路部29aに設けられた開度調整が可能な第1弁と、第2経路部29cに設けられた開度調整が可能な第2弁と、によって構成されてもよい。また、調整手段31は、図7に示す場合と同様に、第1経路部29aに設けられた開度調整可能な弁と、第2経路部29cに設けられた絞り部と、によって構成されてもよい。
 図9では、吐出流路25が第1経路部29aと第2経路部29cを有する例が示されているが、これに代え、図8に示す場合と同様に、吸込流路21が第1経路部29aと第2経路部29cとを有してもよい。
 その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第1及び第2実施形態の説明を第3実施形態に援用することができる。
 (第4実施形態)
 図10は本発明の第4実施形態を示す。尚、ここでは第1及び第2実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
 第4実施形態では、圧縮部12で圧縮される前の水素ガスを圧縮する前段圧縮部55と、前段圧縮部55によって圧縮された水素ガスを冷却する中間段クーラ57と、中間段スピルバック部59と、をさらに備えている。
 前段圧縮部55及び中間段クーラ57は吸込流路21に設けられている。前段圧縮部55は、レシプロ式の圧縮機構によって構成されている。すなわち、前段圧縮部55は、圧縮部12と同様にシリンダ部と、ピストンと、ピストンロッドと、一対の吸込弁と、一対の吐出弁とを有している。なお、図10では便宜上前段圧縮部55を1つの台形で示しているが、前段圧縮部55は必ずしも1段式である必要はなく、複数の圧縮段により構成されていてもよい。
 前段圧縮部55は圧縮部12と共通のクランク機構により駆動される。換言すれば、前段圧縮部55は圧縮部12と共に、単一の複数段式レシプロ圧縮機を構成する。なお、前段圧縮部55は圧縮部12とは独立したレシプロ圧縮機として構成されてもよい。
 吸込流路21における液体水素貯槽23から前段圧縮部55の部分には、外気からの入熱を抑制するための断熱材26が設けられている。
 中間段クーラ57は、圧縮部12に吸入される前の水素ガスを冷却するインタークーラとして機能し、クーラ14は、圧縮部12から吐出された水素ガスを冷却するアフタークーラとして機能する。中間段クーラ57もクーラ14と同様に、水冷式であってもよく、空冷式であってもよい。クーラ14によって冷却された水素ガスは需要先28に送られる。
 中間段スピルバック部59は、中間段スピルバック流路59aと、中間段スピルバック流路59aに配置された開度調整可能な弁からなる中間段スピルバック弁59bと、を有する。中間段スピルバック流路59aの一端部は、吸込流路21における中間段クーラ57と圧縮部12との間の部位に接続され、他端部は、吸込流路21におけるプレヒータ16と前段圧縮部55との間の部分に接続されている。中間段スピルバック流路59aにおける中間段スピルバック弁59bよりも下流側の部位は、外気からの入熱を抑制するための断熱材48を備えている。
 吸込流路21には、中間段クーラ57を通過した水素ガスの圧力を検出する中間段圧力センサ61が設けられている。中間段圧力センサ61は、吸込流路21における中間段スピルバック流路59aの接続部よりも下流に位置している。したがって、中間段圧力センサ61は、圧縮部12に吸入される水素ガスの圧力を検出できる。
 スピルバック制御部39bは、中間段圧力センサ61の検出圧力に基づいて中間段スピルバック弁59bを制御するとともに、圧力センサ36の検出圧力に基づいてスピルバック弁33bを制御する。
 なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第1~第3実施形態の説明を第4実施形態に援用することができる。
 (第5実施形態)
 図11は本発明の第5実施形態を示す。尚、ここでは第1~第4実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
 第1実施形態では、温度センサ37が吸込流路21に位置して吸込温度を直接検出する。これに対し、第5実施形態では、温度センサ37が吐出流路25に位置して吐出温度を検出するように構成されている。温度センサ37は、吐出流路25における上流経路部29bに配置されている。すなわち、温度センサ37は、吐出流路25においてプレヒータ16と圧縮部12との間に配置される。
 コントローラ39の機能には、温度センサ37によって取得された吐出温度に基づき、圧縮部12の吸込側の温度を推定する計算部39cが含まれる。計算部39cは、コントローラ39に記憶された、吐出温度と吸込側の温度とを関連付ける関係式、マップ等を用いて、吐出温度から吸込側の温度を導出するように構成されている。関係式は、例えば、圧縮部12において水素ガスが断熱圧縮されると仮定した関係式であって、吸込圧力、吸込側の温度、吐出圧力及び吐出温度の間の関係を規定した関係式であってもよい。マップは、予備的な試験によって得られたデータのマップであって、吸込温度と吐出温度とを関連付けるように構成されたマップであってもよい。制御部39aは、計算部39cによって推定された吸込側の温度を、圧縮部12に吸入される水素ガスの温度である吸込温度として参照しつつ調整手段31を制御する。
 図4に示すフローにおいて、ステップST13が実行される前に、計算部39cによって吐出温度に基づいて吸込温度が推定され、ステップST13においては、計算部39cによって推定された吸込温度(温度T)が用いられる。これ以外の制御フローは、図4のフローと同じである。
 したがって、本実施形態では、調整手段31によって、プレヒータ16を経由する水素ガスの流量を調整するとともに、プレヒータ16を経由しない水素ガスの流量をも調整する。さらに、圧縮部12に吸入される水素ガスの温度が所定温度範囲に収まるように調整手段31が制御される。したがって、圧縮部12の吸込温度を適切に管理することができる。加えて、クーラ14に流入する前の水素ガス(吐出ガス)の熱を利用することにより、吸込温度を適切に加温することができる。
 なお、図11には、調整手段31が三方弁31aによって構成された例が示されているが、調整手段31は、図5に示す場合と同様に、第1経路部29aに設けられた開度調整が可能な第1弁31bと、第2経路部29cに設けられた開度調整が可能な第2弁31cと、によって構成されてもよい。また、調整手段31は、図7に示す場合と同様に、第1経路部29aに設けられた開度調整可能な弁31dと、第2経路部29cに設けられた絞り部31eと、によって構成されてもよい。
 図11では、吐出流路25が第1経路部29aと第2経路部29cを有する例が示されているが、これに代え、図8に示す場合と同様に吸込流路21が第1経路部29aと第2経路部29cとを有してもよい。また、図9に示す場合と同様に第2圧縮部及び第2クーラをさらに備えていてもよい。この場合、スピルバック部33は第1スピルバック部と第2スピルバック部とを有してもよい。また、図10に示す構成と同様、前段圧縮部55と中間段クーラ57と中間段スピルバック部59とを備えた構成としてもよい。また、図11の構成において、図6に示す制御動作が行われてもよい。
 その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第1~第4実施形態の説明を第5実施形態に援用することができる。
 今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
 図1に示す圧縮機ユニット10では、吸込流路21に設けられた圧力センサの検出値に基づきスピルバック弁33bが制御されてもよい。また、圧力センサ36及び吸込流路21に設けられた圧力センサの両方に基づいてスピルバック弁33bが制御されてもよい。さらに、圧力センサ36に代えて流量センサ(圧力センサ36が配置されたところに配置される)に基づきスピルバック弁33bが制御されてもよい。他の実施形態におけるスピルバック弁についても同様である。
 ここで、前記実施形態について概説する。
 (1)前記実施形態に係る圧縮機ユニットは、液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、その少なくとも一部をエンジン、発電設備又はボイラの少なくとも一つを含む需要先に供給する圧縮機ユニットであって、吸込流路を流れた前記水素ガスを圧縮するとともに圧縮されたガスを吐出流路に吐出するレシプロ式の圧縮機構によって構成された圧縮部と、前記吐出流路に吐出された水素ガスを冷却する水冷式又は空冷式のクーラと、前記圧縮部に吸入される前の水素ガスと前記圧縮部から吐出された後の水素ガスであって前記クーラに向かって流れる水素ガスとを熱交換可能なプレヒータと、前記圧縮部から吐出された後の水素ガスを前記吸込流路における前記プレヒータよりも下流側又は上流側の部分に戻すスピルバック流路を含むスピルバック部と、を備える。前記吐出流路または前記吸込流路は、水素ガスの流れ方向に沿って二股に分かれた後互いに合流する第1経路部及び第2経路部を有し、前記第1経路部が前記プレヒータを経由する一方で、前記第2経路部が前記プレヒータを経由していない。前記圧縮機ユニットはさらに、前記第1経路部を流通する水素ガスの流量を調整するとともに前記第2経路部を流通する水素ガスの流量を調整する調整手段と、前記圧縮部に吸入される水素ガスの温度である吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように、前記調整手段を制御する制御部と、を備える。前記予め定められた温度範囲は空気の液化温度に基づく基準温度よりも高い。
 この圧縮機ユニットでは、調整手段によって、プレヒータを経由する水素ガスの流量とプレヒータを経由しない水素ガスの流量とを調整する。さらに、圧縮部に吸入される水素ガスの温度が所定温度範囲に収まるように調整手段が制御される。したがって、圧縮部の吸込温度を適切に管理することができる。加えて、クーラに流入する前の水素ガス(吐出ガス)の熱を利用することにより、吸込温度を適切に加温することができる。しかも、圧縮部に吸入される水素ガスの温度範囲を所定の基準温度よりも高くすることができるため、支燃性ガスである酸素の液化が発生することを回避できる。
 (2)前記圧縮機ユニットは、前記吸込流路において、前記スピルバック流路の接続部と前記圧縮部との間に配置された温度センサをさらに備えてもよい。この場合、前記制御部は、前記温度センサによって取得された温度を前記吸込温度として参照してもよい。この態様では、吸込流路に対するスピルバック流路の接続部が温度センサよりも上流に位置するため、スピルバック部によって吸込流路に戻された水素ガスにより温度センサの検出ガス温度が変化した場合においても、圧縮部に吸入される水素ガスの温度を適切な範囲に収めることができる。
 (3)前記圧縮機ユニットは、液体水素貯槽から0℃未満の可燃性のボイルオフガスである水素ガスを回収する。前記圧縮機ユニットは、前記吐出流路において、前記プレヒータと前記圧縮部との間に配置される温度センサと、前記温度センサによって取得された吐出温度に基づき、前記圧縮部の吸込側の温度を推定する計算部と、を備えてもよい。この場合、前記制御部は、前記計算部によって推定された吸込側の温度を前記吸込温度として参照してもよい。
 この態様では、調整手段によって、プレヒータを経由する水素ガスの流量とプレヒータを経由しない水素ガスの流量とを調整する。さらに、圧縮部に吸入される水素ガスの温度が所定温度範囲に収まるように調整手段が制御される。したがって、圧縮部の吸込温度を適切に管理することができる。加えて、クーラに流入する前の水素ガス(吐出ガス)の熱を利用することにより、吸込温度を適切に加温することができる。しかも、圧縮部に吸入される水素ガスの温度範囲を所定の基準温度よりも高くすることができるため、支燃性ガスである酸素の液化が発生することを回避できる。
 (4)前記調整手段は、前記第1経路部と前記第2経路部との分岐点上に設けられた三方弁によって構成されていてもよい。この態様では、1つの弁でプレヒータに向かう水素ガスの流量とプレヒータを経由しない水素ガスの流量をそれぞれ調整することができ、構成の簡素化に資する。
 (5)前記調整手段は、前記第1経路部に設けられた開度調整が可能な弁と、前記第2経路部に設けられた開度調整が可能な弁と、によって構成されていてもよい。
 (6)前記調整手段は、前記第1経路部に設けられた開度調整可能な弁と、前記第2経路部に設けられ、水素ガスの流量を抑制するための絞り部と、によって構成されていてもよい。
 (7)前記制御部は、前記吸込温度が予め定められた上限温度以上のときに前記第1経路部での水素ガスの流通を停止するように前記調整手段を制御するとともに、前記吸込温度が前記上限温度未満のときに前記吸込温度が予め定められた前記温度範囲内になるように、前記調整手段を制御してもよい。この態様では、吸込温度が予め定められた上限温度以上のときにプレヒータでの水素ガスの流通を停止するため、圧縮部に吸入される水素ガスの温度が高くなり過ぎないようにすることができる。
 (8)前記吸込流路は、外気からの入熱を抑制するための断熱材を備えてもよい。この態様では、吸込流路において意図しない入熱を抑制することにより、吸込温度制御をより適切にすることができる。
 以上説明したように、圧縮機ユニットにおいて、レシプロ式の圧縮部に吸入されるボイルオフガスである水素ガスの温度を適切に管理することができる。

Claims (8)

  1.  液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、その少なくとも一部をエンジン、発電設備又はボイラの少なくとも一つを含む需要先に供給する圧縮機ユニットであって、
     吸込流路を流れた前記水素ガスを圧縮するとともに圧縮された水素ガスを吐出流路に吐出するレシプロ式の圧縮機構によって構成された圧縮部と、
     前記吐出流路に吐出された水素ガスを冷却する水冷式又は空冷式のクーラと、
     前記圧縮部に吸入される前の水素ガスと、前記圧縮部から吐出された後の水素ガスであって前記クーラに向かって流れる水素ガスとを熱交換可能なプレヒータと、
     前記圧縮部から吐出された後の水素ガスを前記吸込流路における前記プレヒータよりも下流側又は上流側の部分に戻すスピルバック流路を含むスピルバック部と、を備え、
     前記吐出流路または前記吸込流路が、水素ガスの流れ方向に沿って二股に分かれた後互いに合流する第1経路部及び第2経路部を有し、前記第1経路部が前記プレヒータを経由する一方で、前記第2経路部が前記プレヒータを経由しておらず、
     前記圧縮機ユニットはさらに、
     前記第1経路部を流通する水素ガスの流量を調整するとともに前記第2経路部を流通する水素ガスの流量を調整する調整手段と、
     前記圧縮部に吸入される水素ガスの温度である吸込温度が予め定められた温度範囲内になるように、前記調整手段を制御する制御部と、
    を備え、
     前記予め定められた温度範囲は空気の液化温度に基づく基準温度よりも高い、圧縮機ユニット。
  2.  請求項1に記載の圧縮機ユニットにおいて、
     前記吸込流路において、前記スピルバック流路の接続部と前記圧縮部との間に配置された温度センサをさらに備え、
     前記制御部は、前記温度センサによって取得された温度を前記吸込温度として参照する、圧縮機ユニット。
  3.  請求項1に記載の圧縮機ユニットにおいて、
     前記圧縮機ユニットは、液体水素貯槽から0℃未満の可燃性のボイルオフガスである水素ガスを回収し、
     前記吐出流路において、前記プレヒータと前記圧縮部との間に配置される温度センサと、
     前記温度センサによって取得された吐出温度に基づき、前記圧縮部の吸込側の温度を推定する計算部と、を備え、
     前記制御部は、前記計算部によって推定された前記吸込側の温度を前記吸込温度として参照する、圧縮機ユニット。
  4.  請求項1から3の何れか1項に記載の圧縮機ユニットにおいて、
     前記調整手段が、前記第1経路部と前記第2経路部との分岐点上に設けられた三方弁によって構成されている、圧縮機ユニット。
  5.  請求項1から3の何れか1項に記載の圧縮機ユニットにおいて、
     前記調整手段が、前記第1経路部に設けられた開度調整が可能な弁と、前記第2経路部に設けられた開度調整が可能な弁と、によって構成されている、圧縮機ユニット。
  6.  請求項1から3の何れか1項に記載の圧縮機ユニットにおいて、
     前記調整手段が、前記第1経路部に設けられた開度調整可能な弁と、前記第2経路部に設けられ、水素ガスの流量を抑制するための絞り部と、によって構成される、圧縮機ユニット。
  7.  請求項1から3の何れか1項に記載の圧縮機ユニットにおいて、
     前記制御部は、前記吸込温度が予め定められた上限温度以上のときに前記第1経路部での水素ガスの流通を停止するように前記調整手段を制御するとともに、前記吸込温度が前記上限温度未満のときに前記吸込温度が予め定められた前記温度範囲内になるように、前記調整手段を制御する、圧縮機ユニット。
  8.  請求項1から3の何れか1項に記載の圧縮機ユニットにおいて、
     前記吸込流路が、外気からの入熱を抑制するための断熱材を備える、圧縮機ユニット。
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