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KR20130135373A - 수소 스테이션 - Google Patents

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KR20130135373A
KR20130135373A KR1020137027890A KR20137027890A KR20130135373A KR 20130135373 A KR20130135373 A KR 20130135373A KR 1020137027890 A KR1020137027890 A KR 1020137027890A KR 20137027890 A KR20137027890 A KR 20137027890A KR 20130135373 A KR20130135373 A KR 20130135373A
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KR
South Korea
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hydrogen
temperature
pressure
reciprocating compressor
driver
Prior art date
Application number
KR1020137027890A
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English (en)
Other versions
KR101547047B1 (ko
Inventor
겐지 나구라
히토시 다카기
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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.)
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Publication date
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Priority claimed from JP2011146276A external-priority patent/JP5756356B2/ja
Application filed by 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Publication of KR20130135373A publication Critical patent/KR20130135373A/ko
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Abstract

외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기와, 왕복동 압축기로부터 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와, 수소 탱크의 내부의 온도 또는 수소 탱크에 공급되는 수소의 온도를 검출하는 온도 센서와, 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 구동기의 회전수를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

수소 스테이션{HYDROGEN STATION}
본 발명은, 연료 전지 자동차, 수소 자동차 등에 수소를 공급하는 수소 스테이션에 관한 것이다.
요즘, 자동차의 배기 가스에 포함되는 이산화탄소(CO2), 질소산화물(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, 거기에 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 크면, 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 상승에 의한 수소 탱크의 내부의 온도 상승을 억제하는 것이 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.
상술한 바와 같이, 수소 스테이션에는, 수소 탱크에의 보급 시의 수소의 급격한 온도 상승에 의한 수소 탱크의 내부의 온도 상승을 억제할 필요가 있다. 이를 위한 다양한 제안은 되어 있지만, 기술의 풍부화의 관점에서, 가일층의 제안이 요구되고 있다.
그런데 수소 스테이션은, 통상, 연료 전지 자동차 등에 공급할 때에 수소를 압축하기 위한 압축기를 구비한다.
공급처의 수소 탱크에 다량의 수소를 보급하기 위해, 이 압축기에는 100㎫과 같은 매우 높은 압력까지 수소를 승압시키는 능력이 요구된다. 이로 인해, 수소 스테이션용의 압축기에는, 소위 왕복동 압축기(레시프로 압축기)의 채용이 검토되고 있다. 또한, 왕복동 압축기에는, 다이어프램식 압축기, 피스톤식 압축기, 플런저식 압축기, 이오닉 컴프레서 등이 알려져 있다.
왕복동 압축기에 있어서는, 통상, 공급하는 유체의 양을 조정하기 위한 기구로서, 「흡입 밸브 언로더 방식」 및 「클리어런스 포켓 방식」이 많이 채용되고 있다. 흡입 밸브 언로더 방식은, 실린더의 흡입 밸브판을 압박하여 개방하고, 일단 흡입한 가스를 흡입측으로 역류시켜 압축일을 행하지 않도록 함으로써 유량을 조정하는 방식이다. 한편, 클리어런스 포켓 방식은, 실린더 헤드 등에 장착된 클리어런스 포켓을 개폐함으로써 통 간극(클리어런스) 용적을 변화시킴으로써 유량을 조정하는 방식이다.
그러나 「흡입 밸브 언로더 방식」 및 「클리어런스 포켓 방식」 중 어느 방식도 단계적인 유량 조정이므로, 수소 스테이션에 있어서 온도의 일정 제어를 행하는 것이 어렵다.
또한, 「흡입 밸브 언로더 방식」에 대해서는, 흡입 밸브 언로더 기구에 유압 제어를 조합시킴으로써 약 20∼100％의 용량의 범위를 무단계로 조정할 수 있는 방식의 것이 제안되어 있지만, 설비가 대규모로 되는 등 실용적이지 않다.
일본 특허 출원 공개 제2001-355795호 공보
본 발명의 목적은, 왕복동 압축기를 구비한 수소 스테이션이며, 공급하는 수소의 온도를 용이하게 제어할 수 있고 또한 수소 탱크에의 보급 시의 수소 탱크의 내부의 온도 상승을 억제하는 것이 가능한 수소 스테이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 일면에 의한 수소 스테이션에 따르면, 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기와, 상기 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와, 상기 수소 탱크의 내부의 온도 또는 상기 수소 탱크에 공급되는 수소의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 상기 구동기의 회전수를 제어하는 제어부를 구비한다.
또한, 본 발명의 일면에 의한 수소 스테이션에 따르면, 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며, 구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기와, 상기 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와, 조정 밸브를 갖고, 상기 왕복동 압축기의 토출측에서 또한 상기 냉각 장치의 상류측과 당해 왕복동 압축기의 흡입측을 연통하는 복귀 유로와, 상기 수소 탱크의 내부의 온도 또는 상기 수소 탱크에 공급되는 수소의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 상기 조정 밸브의 개방도를 조정하는 제어부를 구비한다.
또한, 본 발명의 일면에 의한 수소 스테이션에 따르면, 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 제1 왕복동 압축기와, 상기 제1 왕복동 압축기에 의해 압축된 수소가 흐르는 중간 유로와, 상기 제1 왕복동 압축기와 상기 중간 유로를 통해 접속되는 제2 왕복동 압축기와, 상기 제2 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와, 상기 중간 유로의 내부의 압력을 검출하는 압력 센서와, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초하여 상기 제1 왕복동 압축기를 구동하는 구동기의 회전수를 제어하는 제어부를 구비한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수소 스테이션의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 상기 수소 스테이션의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 3은 상기 수소 스테이션의 제어에 있어서의 차량 탑재 수소 탱크의 내부의 온도와 고압측 왕복동 압축기의 구동기의 회전수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수소 스테이션의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 수소 스테이션의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 상기 제3 실시 형태에 관한 수소 스테이션의 제어에 있어서의 차량 탑재 수소 탱크의 내부의 온도와 복귀 유로에 개재 설치된 조정 밸브의 개방도의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수소 스테이션(1)의 구성을 도시하고 있다. 이 수소 스테이션(1)은, 우선, 도시하지 않은 수소의 공급원으로부터, 필터(2)가 설치된 공급 유로(3)를 통해, 저압단측의 왕복동 압축기(저압측 왕복동 압축기:제1 압축기)(4)에 수소(수소 가스)가 공급되도록 구성되어 있다.
이 저압측 왕복동 압축기(4)에는, 구동기(5)(전동기 등)가 구동축(5a)을 통해 접속되어 있다. 이 저압측 왕복동 압축기(4)는, 구동기(5)의 구동축(5a)의 회전에 의해 구동된다. 구동기(5)는, 인버터에 의해 구동되는 전동기이다. 이 구동기(5)는, 회전수 제어 가능, 즉, 구동축(5a)을 임의의 회전수에 의해 회전시키는 것이 가능하다. 또한, 구동기(5)는, 회전수 제어 가능한 것이면 되고, 인버터에 의해 구동되는 전동기에 한정되지 않는다.
저압측 왕복동 압축기(4)에 의해 압축된 수소는, 중간 유로(6)에 토출된다. 이때의 저압측 왕복동 압축기(4)의 토출측의 압력은, 예를 들어 40㎫로 제어된다. 중간 유로(6)는, 저압측 왕복동 압축기(4)에 의해 압축되어 고온으로 된 수소를 냉각하기 위한 쿨러(7)를 구비한다. 그리고 중간 유로(6)는, 개폐 밸브(8)와 분기점(6b)을 통해, 중간압 축압기(9)에 접속되어 있다.
또한, 중간 유로(6)는, 분기점(6b)과 개폐 밸브(12)를 통해, 중간압 축압 기(9)와 고압단측의 왕복동 압축기(고압측 왕복동 압축기:제2 압축기)(14)를 접속하고 있다. 즉, 중간압 축압기(9)로부터 연장되는 중간 유로(6)는, 도중[분기점(6b)]에 있어서 분기하고 있고, 분기한 한쪽의 유로가 저압측 왕복동 압축기(4)의 토출측에 접속되고, 분기한 다른 쪽의 유로가 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입측에 접속되어 있다.
고압측 왕복동 압축기(14)에는, 구동기(15)가 구동축(15a)을 통해 접속되어 있다. 이 고압측 왕복동 압축기(14)는, 구동기(15)의 구동축(15a)의 회전에 의해 구동된다. 구동기(15)는, 인버터에 의해 구동되는 전동기이다. 이 구동기(15)는, 회전수 제어 가능, 즉, 구동축(15a)을 임의의 회전수에 의해 회전시키는 것이 가능하다. 또한, 구동기(15)는, 회전수 제어 가능한 것이면 되고, 인버터에 의해 구동되는 전동기에 한정되는 것은 아니다.
중간압 축압기(9)는, 저압측 왕복동 압축기(4)로부터 공급(토출)된 수소를 일단, 저류할 수 있다.
중간 유로(6)에 있어서의 분기점(6b)과 중간압 축압기(9) 사이에, 중간압 축압기(9) 내의 압력 P1을 검출하기 위한 압력 센서(16)가 설치되어 있다. 또한, 압력 센서(16)는, 중간압 축압기(9)에 설치되고, 당해 중간압 축압기(9) 내의 압력 P1을 검출해도 된다. 중간 유로(6)에 있어서의 분기점(6b)과 중간압 축압기(9) 사이의 부위의 내부와, 중간압 축압기(9)의 내부는 연통되어 있으므로, 동일한 압력으로 되기 때문이다.
개폐 밸브(8)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 미리 설정된 제1 임계값보다 낮은 경우에 개방된다. 또한, 개폐 밸브(8)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 상기 제1 임계값 이상인 경우에 폐쇄된다. 이 개폐 밸브(8)의 개폐 동작(특히 폐쇄하는 동작)은, 저압측 왕복동 압축기(4)로부터 공급되는 수소의 양이 과다해져 중간압 축압기(9)의 내압이 지나치게 상승하는 것을 방지한다.
개폐 밸브(12)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 미리 설정된 제2 임계값보다 낮은 경우에 폐쇄된다. 또한, 개폐 밸브(12)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 상기 제2 임계값 이상인 경우에 개방된다. 이 개폐 밸브(12)의 개폐 동작은, 고압측 왕복동 압축기(14)에 공급되는 수소의 압력이 극단적으로 낮아지는 것을 방지한다.
이상의 개폐 밸브(8) 및 개폐 밸브(12)의 개폐 제어에 있어서 사용되는 제1 임계값과 제2 임계값은, 이하와 같이 설정되어 있다.
제1 임계값은, 중간압 축압기(9)에 있어서의 내부 압력의 허용 범위의 상한에 기초하여 설정되어 있다. 즉, 제1 임계값은, 중간압 축압기(9)에 접속된 중간 유로(6) 내의 압력이 당해 제1 임계값을 초과하면, 그 압력에 의해 중간압 축압기(9)가 손상되거나 할 가능성이 높아지는 값이다. 또한, 제2 임계값은, 고압측 왕복동 압축기(14)의 구동 시에 있어서의 흡입 압력의 허용 범위의 하한값에 기초하여 설정되어 있다. 즉, 제2 임계값은, 고압측 왕복동 압축기(14)에 접속된 중간 유로(6) 내의 압력이 당해 제2 임계값보다 작아지면, 고압측 왕복동 압축기(14)가 정상적으로 동작(유체의 압축 동작)할 수 없게 되는 값이다.
또한, 후술하는 저압측 왕복동 압축기(4)의 회전수 제어는, 소정의 압력 범위에 있어서의 상한의 임계값 압력 PH와 하한의 임계값 압력 PL을 설정하고, 압력 센서(16)에 의해 검출되는 검출 압력 P1에 기초하여 행해진다. 양 제어[검출 압력 P1에 기초하는 개폐 밸브(8) 및 개폐 밸브(12)의 개폐 제어 및 검출 압력 P1에 기초하는 저압측 왕복동 압축기(4)의 회전수 제어]의 제어 대상은 서로 다르고, 또한, 개폐 밸브 제어에 있어서의 상한의 임계값(제1 임계값) 압력은 회전수 제어에 있어서의 상한의 임계값 압력 PH보다도 충분히 큰 값이며, 또한, 개폐 밸브 제어에 있어서의 하한의 임계값(제2 임계값) 압력은 회전수 제어에 있어서의 하한의 임계값 압력 PL보다도 충분히 작은 값이다. 이로 인해, 양 제어가 평행하여 실시되어도, 상호의 간섭 등의 제어상의 문제가 발생하지 않는다.
또한, 후술하는 바와 같이, 수소 스테이션(1)에서는, 중간 유로(6)의 압력[또는 중간압 축압기(9) 내의 압력 P1]에 기초하여, 저압측 왕복동 압축기(4)를 구동하는 구동기(5)의 회전수가 제어되고 있으면 된다. 즉, 개폐 밸브(8) 및 개폐 밸브(12)의 개폐 제어가 행해지지 않아도 된다. 이 경우, 수소 스테이션(1)에서는, 개폐 밸브(8) 및 개폐 밸브(12)가 없어도 된다.
고압측 왕복동 압축기(14)에 의해 압축된 수소는, 토출 유로(18)에 토출된다. 이때의 고압측 왕복동 압축기(14)의 토출측의 압력은, 예를 들어 100㎫로 제어된다. 토출 유로(18)에는, 고압측 왕복동 압축기(14)에 의해 압축되어 고온으로 된 수소를 냉각하기 위한 쿨러(19)가 설치되어 있다.
쿨러(19) 이후의 토출 유로(18)에는, 순서대로, 유량 조정 밸브(20), 유량계(21), 쿨러(22)가 설치되어 있다. 유량 조정 밸브(20)의 개방도는, 당해 유량 조정 밸브(20)의 하류의 유량계(21)에 있어서 검출된 유량값에 기초하여 제어된다. 이에 의해, 당해 유량 조정 밸브(20)를 통과하는 수소의 유량이 조정된다. 토출 유로(18)의 말단에 배치된 쿨러(22)는, 당해 쿨러(22)의 상류의 쿨러(19)에 의해 냉각된 수소를 더욱 냉각한다. 예를 들어, 쿨러(19)는, 130℃ 정도의 고온의 수소를 40℃ 정도까지 냉각하고, 쿨러(22)는, 쿨러(19)에 의해 냉각된 40℃ 정도의 수소를 －40℃ 정도까지 냉각한다.
이와 같이 하여, 쿨러(22)의 냉각에 의한 최종적인 온도 조정이 행해진 수소는, 수소 충전 유로(31)에 의해 연료 전지 자동차(27)의 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급 및 충전된다. 이 수소 충전 유로(31)는, 쿨러(22)의 출구측과 충전 노즐(26)을 접속한다. 또한, 수소 충전 유로(31)에 있어서의 쿨러(22)의 출구측 직후에, 차단 밸브(23)가 배치되어 있다. 이 차단 밸브(23)는, 토출 유로(18)에 설치된 유량 조정 밸브(20), 유량계(21)와 함께 디스펜서(충전기)를 구성한다.
그리고 수소 충전 유로(31)의 도중에는, 긴급 이탈 커플러(24)가 설치되어 있다. 이 긴급 이탈 커플러(24)는, 이것을 통해 연료 전지 자동차(27)측으로 연장되는 충전 호스(25)가 극히 강한 힘으로 끌어 당겨진 경우에 이탈하고(구체적으로는 중간부에서 분리되고), 이들 분리된 긴급 이탈 커플러(24)의 수소의 공급처측[연료 전지 자동차(27)측]의 부위와, 분리된 긴급 이탈 커플러(24)의 수소의 공급원측의 부위의 양쪽으로부터, 고압의 수소가 분출되지 않도록 구성되어 있다. 또한, 충전 호스(25)는, 수소 충전 유로(31)의 일부를 구성한다[즉, 충전 호스(25)는, 수소 충전 유로(31)에 포함되어 있음].
긴급 이탈 커플러(24)로부터 연장되는 충전 호스(25)의 가장 하류측의 단부에, 충전 노즐(26)이 설치되어 있다. 충전 노즐(26)은, 연료 전지 자동차(27)의 도시하지 않은 노즐구에 접속 가능하다. 그리고 수소 스테이션(1)으로부터 공급되는 수소는, 연료 전지 자동차(27)의 내부에 탑재되는 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급 및 충전된다.
차량 탑재 수소 탱크(28)에는, 그 내부의 온도 Td를 검출 가능한 온도 센서(29)가 설치되어 있다. 또한, 이 온도 센서(29)는, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td를 정확하게 검출하기 위해, 그 차량 탑재 수소 탱크(28)를 구성하는 용기 자체에 설치되는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 온도 센서에 의해 검출되는 온도 Td'가, 상술한 온도 Td와 대략 동일, 또는 이 온도 Td'로부터 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td를 도출할 수 있는 경우에는, 당해 온도 센서가, 상술한 온도 Td를 직접적, 혹은 간접적으로 검출할 수 있는 온도 센서(29)로서 채용된다. 구체적으로는, 연료 전지 자동차(27)의 도시하지 않은 노즐구와 차량 탑재 수소 탱크(28)를 접속하는 유로에, 도 1에 도시하는 온도 센서(29a)를 구비해도 된다.
이 온도 센서(29)(또는 29a)는, 연료 전지 자동차에 탑재된 송신기(29b)에 접속되어 있다. 이 송신기(29b)는, 온도 센서(29)(또는 29a)에 의해 검출된 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td(또는 Td')에 관한 신호(온도 데이터)를 무선(또는 유선)에 의해 수소 스테이션(1)에 송신한다. 한편, 수소 스테이션(1)에는, 상기 온도 데이터를 수신 가능한 수신기(30b)가 설치되어 있다. 이 수신기(30b)에 의해 수신된 온도 데이터는, 컨트롤러(30)에 출력된다.
또한, 쿨러(22)의 출구측과 충전 노즐(26)을 접속하는 수소 충전 유로(31)의 임의의 위치에, 당해 수소 충전 유로(31)의 내부의 온도 Td를 검출 가능한 온도 센서(29)가 설치되어도 된다. 도 2에 나타내는 구체예에서는, 수소 충전 유로(31)에 있어서의 차단 밸브(23)의 출구측의 위치에 온도 센서(29)가 설치되어 있다. 이 경우, 수소 충전 유로(31) 내의 온도 Td는, 엄밀하게는 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td와는 다르다[상세하게는, 수소 충전 유로(31) 내의 온도 Td가 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도보다도 저온으로 되어 있음]. 그러나 수소 충전 유로(31) 내의 온도 Td와 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td 사이에는 상관이 있으므로, 수소 충전 유로(31) 내의 온도로부터 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도를 비교적 고정밀도로 추정하는 것이 가능하다. 즉, 수소 충전 유로(31) 내의 온도 Td는, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td와 다르지만, 서로 상관이 있으므로 실질적으로 마찬가지로 취급할 수 있다. 이로 인해, 이하의 설명에 있어서 「차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td」라고 하는 문언은 「수소 충전 유로(31) 내의 온도 Td」라고 하는 문언으로 환언되어도 된다. 또한, 이 예와 같이, 온도 센서(29)가 수소 스테이션(1a)의 배관 유로에 있어서의 디스펜서의 일부로서 유로에 일체적으로 내장됨으로써, 연료 전지 자동차(27)에 개별적으로 온도 센서(29)(또는 29a)를 장비할 필요가 없고, 또한 연료 전지 자동차(27)측으로부터 무선(혹은 유선)에 의해 수소 스테이션측에 온도 데이터를 송신하는 것도 불필요해진다. 이로 인해, 연료 전지 자동차측에 있어서는 온도 데이터를 송신하는 송신기(29b)가 불필요해지고, 수소 스테이션측에 있어서는 온도 데이터를 수신하기 위한 수신기(30b)가 불필요해진다. 송신기(29b) 및 수신기(30b)가 없으면, 송신기(29b)와 수신기(30b) 사이에 있어서의[혹은 송신기(29b) 내부 및 수신기(30b) 내부에 있어서의] 외란에 의한 온도 데이터의 통신 부진이 발생할 수 없다고 하는 이점이 있다. 또한, 송신기(29b) 및 수신기(30b)가 없으면, 그만큼의 비용을 삭감할 수 있다고 하는 이점도 있다.
도 1(혹은 도 2)에 있어서, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1에 따른 신호[압력 센서(16)로부터 출력되는 신호] 및 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도 Td에 따른 신호[온도 센서(29)가 검출한 온도에 따라 당해 온도 센서(29)로부터 출력되는 신호]는, 수소 스테이션(1)측에 설치된 컨트롤러(제어부)(30)에 입력된다. 컨트롤러(30)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1에 기초하여, 구동기(5)의 회전수를 제어함으로써, 저압측 왕복동 압축기(4)로부터 토출되는 수소의 유량을 제어한다. 즉, 컨트롤러(30)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1에 기초하여, 저압측 왕복동 압축기(4)의 용량을 제어한다. 또한, 컨트롤러(30)는, 온도 Td에 관한 신호에 기초하여, 구동기(15)의 회전수를 제어함으로써 고압측 왕복동 압축기(14)로부터 토출되는 수소의 유량을 제어한다. 즉, 컨트롤러(30)는, 온도 Td에 관한 신호에 기초하여, 고압측 왕복동 압축기(14)의 용량을 제어한다.
또한, 바이패스 유로(33)가 저압측 왕복동 압축기(4)의 상류측의 공급 유로(3)와, 저압측 왕복동 압축기(4)의 하류측의 중간 유로(6)에 접속되어 있다. 즉, 바이패스 유로(33)는, 저압측 왕복동 압축기(4)의 흡입측과, 중간 유로(6)에 있어서의 중간압 축압기(9)보다도 상류측의 부위를 연통한다. 이 바이패스 유로(33)는, 바이패스 유량 조정 밸브(조정 밸브)(32)를 갖는다. 후술하는 바와 같이, 바이패스 유량 조정 밸브(32)는, 구동기(5)의 회전수가 하강하여 하한값 Rmin에 도달한 경우에 개방된다. 이와 같이 바이패스 유량 조정 밸브(32)가 개방됨으로써, 저압측 왕복동 압축기(4)의 상류측의 공급 유로(3)와, 저압측 왕복동 압축기(4)의 하류측의 중간 유로(6)가 바이패스 유로(33)를 통해 연통된다.
계속해서, 수소 스테이션(1)에 있어서의 제어에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이, 쿨러(19)에 의해 냉각된 수소는, 당해 쿨러(19)의 하류측에 설치된 쿨러(22)에 의해, 더욱 냉각된다(예를 들어, －40℃까지 냉각됨).
단, 이 저온(고압)의 수소에서는, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급될 때에, 상술한 줄·톰슨 효과에 의한 온도의 변화가 발생하고, 그 온도는 통상 상승한다.
한편, 통상, 금속이나 수지에 의해 형성된 라이너와, 이 라이너의 외주면에 적층된 섬유 강화 수지층 등에 의해 구성되는 차량 탑재 수소 탱크(28)에서는, 허용되는 상한 온도 Tth가, 사양상 혹은 기술 기준상, 미리 정해져 있다. 그 상한 온도 Tth는, 예를 들어, 압축 수소 자동차 연료 장치용 용기의 기술 기준(JARI S 001)에 따르면, 85℃이다. 따라서, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 수소가 공급될 때에, 당해 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부 온도가 상승해도, 그 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td가, 상한 온도 Tth에 기초하여 설정된 기준 온도(Tb)를 될 수 있는 한 초과하지 않도록 당해 온도 Td가 관리된다. 혹은, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td가 기준 온도(Tb)를 초과하는 일이 있어도, 상한 온도 Tth를 초과하지 않도록 또한 기준 온도(Tb)를 초과한 시간이 단시간으로 되도록 당해 온도 Td가 관리된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 기준 온도(Tb)는, 상한 온도 Tth보다 저온의(즉, 상한 온도 Tth보다 여유를 가진) 상한값 Tth－Δt(Δt는 예를 들어 20℃)이다. 또한, 기준 온도(Tb)는, 상한 온도 Tth보다 낮은 임의의 온도의 범위(Tb1∼Tb2)로서 설정되어도 된다.
그리고 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td가 기준 온도(Tb)를 초과하는 경우에는, 고압측 왕복동 압축기(14)의 구동기(15)의 회전수가 감소시켜지고, 이에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)로부터 토출되는 수소의 유량이 감소하여 고압측 왕복동 압축기(14)의 하류측에 설치된 쿨러(19, 22)에 의한 수소의 냉각 효율이 상대적으로 높아진다. 그 결과, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급되는 수소의 공급량이 감소하는 동시에 상기 공급되는 수소의 온도가 저하되고, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td가 기준 온도(Tb)까지 내려간다.
또한, 상기한 바와 같이 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급되는 수소의 유량이 감소하면, 공급된 수소가 차량 탑재 수소 탱크(28) 내에 있어서 팽창할 때의 줄·톰슨 효과에 의한 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도의 상승도 억제된다. 이로 인해, 이 온도의 상승의 억제 효과와, 상기한 쿨러(19, 22)에 의한 상대적인 냉각 효과의 향상에 의해, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도가 효과적으로 인하된다.
또한, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td가 기준 온도(Tb) 미만인 경우에는, 고압측 왕복동 압축기(14)의 구동기(15)의 회전수가 증가시켜짐으로써, 고압측 왕복동 압축기(14)로부터 토출되는 수소의 유량이 증가하고, 고압측 왕복동 압축기(14)의 하류측에 설치된 쿨러(19, 22)에 의한 수소의 냉각 효율이 상대적으로 낮아진다. 이에 의해, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급되는 수소의 공급량이 증가하는 동시에 상기 공급되는 수소의 온도가 상승하고, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td가 기준 온도(Tb)까지 상승한다. 이와 같이, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td가 당해 차량 탑재 수소 탱크(28)의 사용에 있어서 허용되는 상한 온도 Tth 이하의 기준 온도(Tb)로 유지됨으로써, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 고온하에서의 열화나 파손 등이 억제되어, 차량 탑재 수소 탱크(28)에의 수소의 보급 및 충전이 안전하고 또한 효율적으로 실시된다.
이와 같이, 수소 스테이션(1)에서는, 컨트롤러(30)가, 온도 Td에 관한 신호에 기초하여 구동기(15)의 회전수를 제어함으로써 고압측 왕복동 압축기(14)로부터 토출되는 수소의 유량을 제어[즉, 고압측 왕복동 압축기(14)의 용량을 제어]한다.
컨트롤러(30)는, 도시하지 않은 기억부를 구비하고 있다. 컨트롤러(30)의 기억부에는, 예를 들어, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td와 구동기(15)의 회전수 R의 관계식 또는 상관 데이터 등이 저장(기억)되어 있다. 상술한 관계식이나 상관 데이터는, 도 3(도 3의 실선 A나 파선 B)에 나타내는 바와 같이, 온도 Td가 낮은 값으로 되면, 대응하는 회전수 R이 높은 값으로 되고, 반대로, 온도 Td가 높은 값으로 되면, 대응하는 회전수 R이 낮은 값으로 되도록 구성된다.
그리고 컨트롤러(30)는, 이 기억부에 저장된 함수식 또는 상관 데이터, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도 Td에 기초하여, 구동기(15)의 회전수 R을 결정하고, 그 회전수 R로 되도록 구동기(15)를 제어한다. 이에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)의 용량이 제어된다. 즉, 컨트롤러(30)는, 온도 Td가 높아짐에 따라 구동기(15)의 회전수 R을 작게 하고, 온도 Td가 낮아짐에 따라 구동기(15)의 회전수 R을 크게 한다.
이 결과, 온도 Td가 기준 온도 Tb보다 낮은 경우, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급되는 수소는 충분히 냉각되어 있게 되므로, 구동기(15)의 회전수 R을 높게 하여 고압측 왕복동 압축기(14)가 비교적 큰 용량으로 되도록 구동된다. 한편, 온도 Td가 기준 온도 Tb보다 높은 경우, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급되는 수소의 냉각은 불충분해지므로, 구동기(15)의 회전수 R을 낮게 하여 고압측 왕복동 압축기(14)가 비교적 작은 용량으로 되도록 구동된다.
이상과 같이, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 고압측 왕복동 압축기(14)를 사용함으로써 압력·온도 등의 관리를 하기 쉬운 연속적인 용량 제어를 가능하게 한 수소 스테이션(1)을 제공할 수 있다. 즉, 회전수 제어 가능한 구동기(15)에 의해 구동되는 고압측 왕복동 압축기(14)를 사용하여 연속적인 용량 제어를 가능하게 함으로써, 압축기를 구비한 수소 스테이션이며, 공급하는 수소의 압력 및 온도를 용이하게 제어할 수 있는 수소 스테이션(1)을 제공할 수 있다. 이로 인해, 이 수소 스테이션(1)에 따르면, 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2009-155190호 공보에 개시된 종래의 수소 스테이션과 같이, 수소의 압력을 승압시켜 출력하는 승압 펌프를 구비하고 있지 않아도, 공급하는 수소의 압력을 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 이 수소 스테이션(1)에 따르면, 연속적인 용량 제어를 가능하게 함으로써, 수소의 온도를 빠르게 제어하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 수소 스테이션(1)에 따르면, 차량 탑재 수소 탱크(28)에의 보급 시에 수소의 온도가 상승해도, 공급하는 수소(상기 온도의 상승 전의 수소)의 온도를 빠르게 낮춤으로써 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 상승을 억제할 수 있다.
도 3에 있어서, 실선 A는, 온도 Td가 높아짐에 따라 회전수 R이 일정한 비율로 감소하는 관계, 즉, 온도 Td가 높아져 갔을 때에, 온도 Td의 증가분에 대한 회전수 R의 감소분의 비율이 변화되지 않는 관계를 나타내고 있다. 또한, 도 3에 있어서, 파선 B는, 온도 Td가 높아짐에 따라 회전수 R의 감소의 정도가 커지는 관계, 즉, 온도 Td가 높아져 갔을 때에, 온도 Td의 증가분에 대한 회전수 R의 감소분의 비율이 증대하는 관계를 나타내고 있다.
실선 A에 기초하는 제어가 행해지면, 온도 Td의 변화(상승 또는 저하)에 따라 구동기(15)의 회전수가 일정한 비율로 변경되므로(즉, 급격한 회전수의 변경이 행해지지 않으므로), 안정적인 제어를 실현할 수 있다. 또한, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도가 상한값 Tth－Δt에 도달하는 것을 최대한 피하고자 하는 경우에는, 파선 B에 기초하여 온도 Td에 대한 회전수 R의 값을 정하는 제어가 행해지는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 컨트롤러(30)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1에 기초하여, 구동기(5)의 회전수를 제어함으로써 저압측 왕복동 압축기(4)로부터 토출되는 수소의 유량을 제어[즉, 저압측 왕복동 압축기(4)의 용량을 제어]한다. 컨트롤러(30)의 상기 기억부에는, 소정의 임계값 압력 PL과 소정의 임계값 압력 PH가 미리 저장(기억)되어 있다. 임계값 압력 PL은, 소정의 압력 범위에 있어서의 하한의 임계값 압력이다. 또한, 임계값 압력 PH는, 소정의 압력 범위에 있어서의 상한의 임계값 압력이다. 이들 임계값 압력 PH와 임계값 압력 PL은, 임계값 압력 PH＞임계값 압력 PL의 관계를 갖고 있다.
이 소정의 압력 범위는, 고압측 왕복동 압축기(14)에 있어서의 흡입 압력의 허용 범위에 기초하여 설정되어 있다. 구체적으로는, 고압측 왕복동 압축기(14)로부터 토출되는 수소의 온도는, 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입 압력에 크게 의존하고 있다. 이로 인해, 연료 전지 자동차(27)에 공급되는 수소의 온도를 제어하기 위해서는, 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입 압력[중간 유로(6)에 있어서의 압력]을 적정한 범위로 제어할 필요가 있다. 즉, 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입 압력이 당해 고압측 왕복동 압축기(14)의 허용 범위를 초과하면(허용 범위보다도 지나치게 높아지거나, 또는 허용 범위보다도 지나치게 낮아지면), 토출되는 수소의 온도가 지나치게 낮아지거나, 또는 지나치게 높아지므로, 하류측에서의 쿨러(19, 22) 등에 의해서도 수소의 온도 제어가 곤란해진다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 고압측 왕복동 압축기(14)에 있어서의 흡입 압력의 허용 범위 내의 압력 범위(상기한 소정의 압력 범위)를 설정하고, 이 압력 범위의 상한값을 상한의 임계값 압력 PH로 하고, 상기 압력 범위의 하한값을 하한의 임계값 압력 PL로 하였다. 또한, 저압측 왕복동 압축기(4)의 토출 압력이 지나치게 높아지면, 중간 유로(6) 및 중간압 축압기(9)의 설계 압력을 초과해 버리므로, 이 점도 고려하여 상한의 임계값 압력 PH가 결정된다.
컨트롤러(30)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 하한의 임계값 압력 PL보다도 작아진(P1＜PL) 경우에, 구동기(5)의 회전수를 현상값으로부터 소정값 ΔR1만큼 상승시킨다. 그리고 소정 시간 ΔT1 후, P1＜PL의 상태가 지속되고 있는 경우에는, 컨트롤러(30)는, 구동기(5)의 회전수를 현상값으로부터, 다시, 소정값 ΔR1만큼 상승시킨다. 즉, 컨트롤러(30)는, P1＜PL의 상태가 지속되고 있는 한, 소정 시간 ΔT1마다, 구동기(5)의 회전수를 현상값으로부터 소정값 ΔR1만큼 상승시킨다.
또한, 컨트롤러(30)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 상한의 임계값 압력 PH보다도 커진(P1＞PH) 경우에, 구동기(5)의 회전수를 현상값으로부터 소정값 ΔR2만큼 하강시킨다. 그리고 소정 시간 ΔT2 후, P1＞PH의 상태가 지속되고 있는 경우에는, 컨트롤러(30)는, 구동기(5)의 회전수를 현상값으로부터 다시, 소정값 ΔR2만큼 하강시킨다. 즉, 컨트롤러(30)는, P1＞PH의 상태가 지속되고 있는 한, 소정 시간 ΔT2마다, 구동기(5)의 회전수를 현상값으로부터 소정값 ΔR2만큼 하강시킨다.
이와 같이 구성함으로써, 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입 압력(중간 압력)이, 임계값 압력 PL로부터 임계값 압력 PH까지의 소정의 압력 범위 내, 혹은 그 근방에 적정하게 제어되고, 이에 의해, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 구동기(5)의 회전수를 계속해서 상승시켜도 중간 유로(6)의 압력[중간압 축압기(9) 내의 압력 P1]이 임계값 압력 PL보다 작은 상태가 지속되고, 이에 의해, 구동기(5)의 회전수가 미리 설정된 상한값 Rmax에 도달한 경우, 컨트롤러(30)는, 구동기(5)의 회전수를 그 상한값 Rmax로 유지한다. 그와 함께 컨트롤러(30)는, 도시하지 않은 액정 패널 등의 표시 장치에 대하여, 당해 표시 장치에 구동기(5)의 회전수가 상한값 Rmax에 도달한 취지의 경보를 표시시키기 위한 경보 신호를 출력한다.
또한, 구동기(5)의 회전수를 계속해서 하강시켜도 중간 유로(6)의 압력[중간압 축압기(9) 내의 압력 P1]이 임계값 압력 PH보다 큰 상태가 지속되고, 이에 의해, 구동기(5)의 회전수가 미리 정해진 하한값 Rmin에 도달한 경우에는, 컨트롤러(30)는, 구동기(5)의 회전수를 그 하한값 Rmin으로 유지하는 동시에, 바이패스 유량 조정 밸브(32)를 개방함으로써 바이패스 유로(33)를 통해 저압측 왕복동 압축기(4)의 하류측의 중간 유로(6)를 흐르는 승압된 수소를 공급 유로(3)로 복귀시킨다. 그와 함께 컨트롤러(30)는, 상기 액정 패널 등의 표시 장치에 대하여, 당해 표시 장치에 구동기(5)의 회전수가 하한값 Rmin에 도달한 취지의 경보를 표시시키기 위한 경보 신호를 출력한다.
이 구성에 의해, 중간 유로(6)의 압력[중간압 축압기(9) 내의 압력 P1]이 상기 소정의 압력 범위에 있어서의 상한(상한의 임계값 압력 PH)보다 큰 상태, 즉, P1＞PH의 상태로부터 조기에 벗어날 수 있다. 그리고 중간 유로(6)의 압력[중간압 축압기(9) 내의 압력 P1]이 비정상적으로 높아지는 사태를 회피할 수 있다.
또한, 바이패스 유량 조정 밸브(32)는, 그 개방도를 임의로 조정 가능하게 구성되어도 된다. 이 경우, 바이패스 유량 조정 밸브(32)가 개방되어도, P1＞PH의 상태가 지속되고 있으면, 컨트롤러(30)는, P1＞PH의 상태로 되고 나서의 경과 시간이 길어짐에 따라, 또는, P1과 PH의 차분 ΔP(ΔP＝P1－PH)가 확대됨에 따라, 바이패스 유량 조정 밸브(32)의 개방도가 서서히 크게 된다. 이 구성에 따르면, 급격한 압력 변화를 수반하는 일 없이, [작은 일정한 개방도로 바이패스 유량 조정 밸브(32)를 개방한 경우에 비해] 보다 짧은 시간에 P1＞PH의 상태로부터 벗어날 수 있다. 그리고 중간 유로(6)의 압력[중간압 축압기(9) 내의 압력 P1]이 비정상적으로 높아지는 사태를 보다 확실하게 회피할 수 있다.
이와 같이 구성됨으로써, 왕복동 압축기(4, 14)가 2단(복수단)으로 구성된[즉, 2개의 왕복동 압축기(4, 14)를 직렬로 설치한] 수소 스테이션(1)에 있어서, 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입 압력(중간 압력)이 적정하게 제어됨으로써, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 온도가 억제 가능한 수소 스테이션(1)을 제공할 수 있다.
이상의 수소 스테이션에서는, 압축기가 2단으로 구성되어 있지만, 수소를, 100㎫을 초과하는 압력까지 승압한 후에 차량 탑재 탱크에 공급 및 충전하는 수소 스테이션에서는, 압축기가 3단 이상으로 구성되어도 된다. 이와 같이, 직렬로 접속되는 압축기의 수(즉, 압축기의 단수)가 증가하면, 공급 시의 수소의 압력을 보다 고압으로 할 수 있다.
예를 들어, 압축기가 3단으로 구성되는 경우(즉, 3기의 압축기가 직렬로 설치되는 경우)에는, 저압단(1단째)의 왕복동 압축기, 중압단(2단째)의 왕복동 압축기 및 고압단(최종단 또는 3단째)의 왕복동 압축기가 직렬로 접속된다. 구체적으로는, 저압단의 압축기와 중압단의 압축기 사이 및 중압단의 압축기와 고압단의 압축기 사이가 각각 중간 유로에 의해 접속된다. 각 중간 유로에는, 도 1 및 도 2에 도시하는 압축기가 2단으로 구성된 형태와 마찬가지로, 상류측으로부터, 쿨러, 개폐 밸브, 중간압 축압기 및 압력 센서 등이 각각 배치된다. 이 경우, 상기한 3기의 압축기에 의해 승압이 순차적으로 행해지고, 최종단의 압축기의 토출 압력이 원하는 고압(예를 들어 150㎫)으로 되도록 각 압축기가 제어된다.
또한, 저압단의 압축기와 중압단의 압축기 사이의 중간 유로 및 중압단의 압축기와 고압단의 압축기 사이의 중간 유로에 설치된 합계 2대의 중간압 축압기는, 저압단의 압축기로부터 공급된 수소 및 중압단의 압축기로부터 공급된 수소를 각각 소정압으로 저류한다. 그리고 각 중간 유로(또는 각 중간압 축압기)에 각각 배치된 압력 센서가 검출한 검출 압력에 기초하여, 전술한 방법에 의해, 컨트롤러가 저압단의 압축기를 구동하는 구동기의 회전수와 중압단의 압축기를 구동하는 구동기의 회전수를 제어함으로써, 최종단의 압축기의 용량을 제어한다.
상기한 압축기를 3단으로 하는 구성에 있어서, 중압단의 압축기의 토출 유로와 고압단의 압축기의 토출 유로를 직접 연결하는 바이패스 유로가 설치되어도 된다. 이에 의해, 중압단의 압축기로부터 토출된 수소를, 고압단의 압축기를 거치지 않고 연료 전지 자동차(27)에 공급하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하면, 차량 탑재 탱크의 종류 등에 의해 요구되는 수소의 공급압에 따라, 2단의 압축기에 의해 승압한 수소(예를 들어 100㎫,)와, 3단의 압축기에 의해 더욱 고압으로 승압한 수소(예를 들어 150㎫,)를 선택적으로 공급 및 충전할 수 있다. 이에 의해, 수소 스테이션의 범용성을 향상시킬 수 있다.
또한, 압축기가 3단으로 구성되는 경우, 저압단의 압축기와 중압단의 압축기 사이의 중간 유로에 있어서는, 쿨러만이 설치되고, 또한 개폐 밸브, 중간압 축압기 및 압력 센서 등의 기기가 생략되고, 이들 기기(개폐 밸브, 중간압 축압기 및 압력 센서 등)가 중압단의 압축기와 고압단의 압축기 사이의 중간 유로에만 배치되어도 된다.
(제2 실시 형태)
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수소 스테이션(1b)의 구성을 도시하고 있다. 이 수소 스테이션(1b)은, 상술한 제1 실시 형태에 관한 수소 스테이션(1)과 대부분의 구성이 공통되는 것이다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 사용하는 동시에 상세한 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 수소 스테이션(1b)에서는, 2개의 중간압 축압기[제1 중간압 축압기(9) 및 제2 중간압 축압기(11)]가 설치되어 있는 점과, 고압측 왕복동 압축기(14)와 구동기(15)를 접속하는 구동축(15a)에 플라이 휠(31)이 설치되어 있는 점이 제1 실시 형태의 수소 스테이션(1)과 다르다. 또한, 본 실시 형태의 수소 스테이션(1b)은, 바이패스 유로(33)가 설치되어 있지 않은 점에서도, 제1 실시 형태의 수소 스테이션(1)과 다르다.
구체적으로는, 이하와 같다.
저압측 왕복동 압축기(4)에 있어서 압축된 수소는, 중간 유로(6)에 토출된다. 이 중간 유로(6)에는, 압축되고 또한 고온으로 된 수소를 냉각하기 위한 쿨러(7)가 개재 설치되어 있다. 그리고 중간 유로(6)는 분기점(6a)에 있어서, 2개의 유로로 분기되어 있다. 분기점(6a)에 있어서 분기된 중간 유로(6)의 한쪽은, 개폐 밸브(8), 분기점(6b)을 통해, 제1 중간압 축압기(9)에 접속된다. 또한, 분기점(6a)에서 분기된 중간 유로(6)의 다른 쪽은, 개폐 밸브(10), 분기점(6c)을 통해, 제2 중간압 축압기(11)에 접속된다.
그리고 중간 유로(6)는, 제1 중간압 축압기(9)로부터는 분기점(6b)과 개폐 밸브(12)를 통해 합류점(6d)까지 연장되고, 한편, 제2 중간압 축압기(11)로부터는 분기점(6c)과 개폐 밸브(13)를 통해 합류점(6d)까지 연장되어 있다. 이들 제1 중간압 축압기(9)로부터 연장되는 중간 유로(6)와 제2 중간압 축압기(11)로부터 연장되는 중간 유로(6)는, 합류점(6d)에 있어서 합류한 후, 고압측 왕복동 압축기(14)에 접속되어 있다.
제1 중간압 축압기(9) 및 제2 중간압 축압기(11)는, 저압측 왕복동 압축기(4)로부터 공급된 수소를 일단 저류한다.
또한, 분기점(6b)과 제1 중간압 축압기(9) 사이의 중간 유로(6)에는, 압력 센서(16)가 설치되어 있다. 또한, 분기점(6c)과 제2 중간압 축압기(11) 사이의 중간 유로(6)에는, 압력 센서(17)가 설치되어 있다.
개폐 밸브(8)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 미리 설정된 제1 임계값보다 낮은 경우에 개방된다. 또한, 개폐 밸브(8)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 미리 설정된 제1 임계값 이상인 경우에 폐쇄된다. 이 개폐 밸브(8)의 개폐 동작(특히 폐쇄하는 동작)은, 저압측 왕복동 압축기(4)로부터 공급되는 수소의 양이 과다해져 제1 중간압 축압기(9)의 내압이 지나치게 상승하는 것을 방지하고 있다.
개폐 밸브(10)는, 압력 센서(17)에 의해 검출된 검출 압력 P2가 미리 설정된 제2 임계값보다 낮은 경우에 개방된다. 또한, 개폐 밸브(10)는, 압력 센서(17)에 의해 검출된 검출 압력 P2가 미리 설정된 제2 임계값 이상인 경우에 폐쇄된다. 이 개폐 밸브(10)의 개폐 동작(특히 폐쇄하는 동작)은, 저압측 왕복동 압축기(4)로부터 공급되는 수소의 양이 과다해져 제2 중간압 축압기(11)의 내압이 지나치게 상승하는 것을 방지하고 있다.
또한, 개폐 밸브(12)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 미리 설정된 제3 임계값보다 낮은 경우에 폐쇄된다. 또한, 개폐 밸브(12)는, 압력 센서(16)에 의해 검출된 검출 압력 P1이 미리 설정된 제3 임계값 이상인 경우에 개방된다. 이 개폐 밸브(12)의 개폐 동작은, 고압측 왕복동 압축기(14)에 공급되는 수소의 압력이 극단적으로 낮아지는 것을 방지하고 있다.
개폐 밸브(13)는, 압력 센서(17)에 의해 검출된 검출 압력 P2가 미리 설정된 제4 임계값보다 낮은 경우에 폐쇄된다. 또한, 개폐 밸브(13)는, 압력 센서(17)에 의해 검출된 검출 압력 P2가 미리 설정된 제4 임계값 이상인 경우에 개방된다. 이 개폐 밸브(13)의 개폐 동작은, 고압측 왕복동 압축기(14)에 공급되는 수소의 압력이 극단적으로 낮아지는 것을 방지하고 있다.
고압측 왕복동 압축기(14)에 구동축(15a)을 통해 접속된 구동기(15)가, 예를 들어, 엔진 등으로 구성되어 있는 경우, 흡입, 압축, 연소, 배출의 각 행정의 상태가 조정(연료의 흡입량의 조정 등)됨으로써 회전수 제어가 행해진다. 이들 각 행정마다 발생하는 회전수의 차에 의해 고압측 왕복동 압축기(14)의 매끄러운 회전이 저해될 우려가 있다. 그러나 당해 수소 스테이션(1b)에 있어서는, 고압측 왕복동 압축기(14)와 구동기(15)를 접속하는 구동축(15a)에 플라이 휠이 설치됨으로써, 상술한 각 행정마다의 회전수의 차가 저감되어, 고압측 왕복동 압축기(14)의 매끄러운 회전이 가능해진다.
또한, 이 플라이 휠(31)에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)와 구동기(15)의 고유 진동수가 구동기(15)의 회전수의 제어의 범위에 포함되지 않도록 조정됨으로써, 비틀림 진동이 억제된다. 즉, 플라이 휠(31)에 의해, 회전수의 제어의 범위에 있어서 고압측 왕복동 압축기(14) 및 구동기(15)와 구동기 회전수가 공진하는 것을 억제하고, 이에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)와 구동기(15)를 접속하는 구동축(15a)에 있어서의 비틀림 진동이 억제된다. 이로 인해, 플라이 휠(31)이 설치된 수소 스테이션(1b)에서는, 플라이 휠이 설치되어 있지 않은 수소 스테이션(1)에 비해, 구동기(15)의 회전수의 제어의 범위를 증대시킬 수 있고, 이에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)의 용량의 제어의 범위를 증대시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 수소 스테이션(1)에 있어서도, 상기한 플라이 휠(31)이 고압측 왕복동 압축기(14)와 구동기(15)를 접속하는 구동축(15a)에 설치되어도 된다.
(제3 실시 형태)
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 수소 스테이션(1c)의 구성을 도시하고 있다. 이 수소 스테이션(1c)은, 상술한 제2 실시 형태에 관한 수소 스테이션(1b)과 대부분의 구성이 공통되는 것이다. 또한, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 사용하는 동시에 상세한 설명을 생략한다.
제2 실시 형태의 수소 스테이션(1b)에서는, 온도 Td에 기초하여 구동기(15)의 회전수가 제어되고 있는 것에 반해, 본 실시 형태의 수소 스테이션(1b)에서는, 온도 Td에 기초하여 후술하는 조정 밸브(32)의 개방도를 조정함으로써, 후술하는 복귀 유로(33)를 통해 고압측 왕복동 압축기(14)의 토출측으로부터 흡입측으로 복귀시키는 수소의 양(복귀량)을 조정하고 있는 점에서 다르다.
수소 스테이션(1c)에서는, 토출 유로(18)에 있어서의 쿨러(19)의 하류측의 부위[고압단측의 왕복동 압축기(14)의 토출측]와, 중간 유로(6)에 있어서의 합류점(6d)보다 하류이고 또한 고압측 왕복동 압축기(14)의 상류측의 부위[고압단측의 왕복동 압축기(14)의 흡입측]를 접속하는 복귀 유로(33)가 설치되어 있다. 이 복귀 유로(33)에는, 조정 밸브(32)가 설치되어 있다. 이 조정 밸브(32)의 개방도는, 온도 Td에 기초하여, 컨트롤러(30)에 의해 조정된다.
컨트롤러(30)는, 상기 기억부에, 예를 들어, 상기 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td와 조정 밸브(32)의 개방도의 관계식 또는 상관 데이터를 저장하고 있다. 상술한 관계식 또는 상관 데이터는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 온도 Td가 낮은 값일수록, 대응하는 조정 밸브(32)의 개방도가 작은 값으로 되고, 반대로, 온도 Td가 높은 값일수록, 대응하는 조정 밸브(32)의 개방도가 큰 값으로 되도록 구성된다.
그리고 컨트롤러(30)는, 이 기억부에 저장된 상기 함수식 또는 상기 상관 데이터와, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도 Td에 기초하여, 조정 밸브(32)의 개방도를 결정하고, 조정 밸브(32)의 개방도를 조정한다. 이에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)의 토출측으로부터 흡입측으로 복귀 유로(33)를 통해 복귀되는 수소의 양(복귀량)이 조정된다. 즉, 컨트롤러(30)는, 온도 Td가 높아짐에 따라 조정 밸브(32)의 개방도도 크게 하고, 온도 Td가 낮아짐에 따라 조정 밸브(32)의 개방도를 작게 한다.
구체적으로는, 온도 Td가 낮은 값일 때에는, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급되는 수소가 충분히 냉각되어 있게 되므로, 조정 밸브(32)의 개방도가 작게 되어, 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입측으로의 수소의 복귀량이 적게 되고, 이에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)가 비교적 큰 용량으로 구동된다. 한편, 온도 Td가 높은 값일 때에는, 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급되는 수소의 냉각이 불충분으로 되고, 조정 밸브(32)의 개방도가 크게 되어, 고압측 왕복동 압축기(14)의 흡입측으로의 수소의 복귀량이 크게 되고, 이에 의해, 고압측 왕복동 압축기(14)가 비교적 작은 용량으로 구동된다. 또한, 목표 온도가 설정되어, 온도 Td가 이 목표 온도로 되도록, 고압측 왕복동 압축기(14)의 용량이 제어되어도 된다.
이와 같이 구성함으로써도, 왕복동 압축기(4, 14)를 구비한 수소 스테이션이며, 공급하는 수소의 온도를 용이하게 제어할 수 있고 또한 수소 탱크에의 보급 시의 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 상승을 억제하는 것이 가능한 수소 스테이션을 제공할 수 있다.
또한, 각 왕복동 압축기(4, 14)에 있어서 압축한 수소의 전량을 차량 탑재 수소 탱크(28)에 공급하는 수소 스테이션(1, 1a, 1b)에 반해, 본 실시 형태의 수소 스테이션(1c)에서는, 고압측 왕복동 압축기(14)의 토출측으로부터 흡입측으로 압축 수소의 일부를 복귀시키기 위해 동력을 로스하는 단점이 있다. 그러나 본 실시 형태의 수소 스테이션(1c)에서는, 고압측 왕복동 압축기(14)에 있어서의 회전수 제어가 필수가 아니므로, 회전수 제어에 관한 구성(인버터 등)이 필요 없고, 일정속의 회전을 행하는 전동기를 구동기(15)로서 채용할 수 있다고 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은, 상기 각 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 발명의 본질을 변경하지 않는 범위에서 각 부재의 형상, 구조, 재질, 조합 등을 적절하게 변경 가능하다.
제1∼제2 실시 형태에서는, 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td에 기초하여, 왕복동 압축기(4, 14)에 설치된 구동기(5, 15)의 회전수 또는 고압측 왕복동 압축기(14)의 토출측으로부터 흡입측으로 복귀시키는 수소의 양(복귀량)을 제어하기 위해, 미리 목표 온도인 기준 온도 Tb가 설정되어 있지만, 이 기준 온도 Tb를 사용한 제어 방법에 한정되지 않는다. 즉, 상기 각 실시 형태에서는, 기준 온도 Tb와 상기 온도 Td가 비교되어, 온도 Td가 기준 온도 Tb에 일치 혹은 근접하도록 상기 구동기(5, 15)의 회전수 또는 조정 밸브(32)의 개방도가 조정되는 제어 방법에 대해 서술하였지만, 본 발명은 이 기준 온도 Tb를 사용하는 제어 방법에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 기준 온도 Tb가 설정되지 않고, 상한 온도 Tth만이 설정되어도 된다. 구체적으로는, 도 3에 있어서의 상한 온도 Tth(혹은 그 상한 온도 Tth보다 소정 온도 Δt2만큼 낮은 온도 Tth－Δt2)에 있어서 구동기(15)의 회전수 R이 사양상의 최저 회전수(예를 들어 제로)로 되도록 설정되거나, 혹은 도 6에 있어서의 상한 온도 Tth(혹은 온도 Tth－Δt2)에 있어서 조정 밸브(32)의 개방도가 그 조정 밸브(32)의 사양상의 최대의 개방도로 되도록 설정된다. 그리고 도 3 혹은 도 6과, 검출된 차량 탑재 수소 탱크(28)의 내부의 온도 Td로부터, 일의적으로 구동기(15)의 회전수 R, 혹은 조정 밸브(32)의 개방도가 결정되고, 구동기(15)의 회전수 R, 혹은 조정 밸브(32)의 개방도가 변경된다. 이러한 경우 등도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 제1∼제3 실시 형태의 수소 스테이션(1, 1a, 1b)에 있어서의 수소의 공급처는, 연료 전지 자동차(27)이지만, 이것에 한정되지 않고, 수소 자동차 등의 수소를 이용하여 주행하는 차량이면 된다.
[실시 형태의 개요]
이상의 실시 형태를 정리하면, 이하와 같다.
즉, 상기 실시 형태의 수소 스테이션은, 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기와, 상기 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와, 상기 수소 탱크의 내부의 온도 또는 상기 수소 탱크에 공급되는 수소의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 상기 구동기의 회전수를 제어하는 제어부를 구비한다.
이러한 구성에 따르면, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기를 사용하여 연속적인 용량 제어를 가능하게 함으로써, 공급하는 수소의 온도를 용이하게 제어할 수 있다. 즉, 수소 탱크의 내부의 온도가 상승하였을 때에는, 구동기의 회전수를 감소시킴으로써 냉각 장치를 통과시키는 수소의 유량을 줄여 당해 냉각 장치의 냉각 능력을 상대적으로 높게 함으로써, 공급하는 수소의 온도를 저하시켜 수소 탱크의 내부의 온도를 저하시키거나, 혹은, 온도 상승을 억제할 수 있다. 한편, 수소 탱크의 내부의 온도가 강하(저하)하였을 때에는, 구동기의 회전수를 증대시킴으로써 많은 수소를 수소 탱크에 의해 단시간에 공급할 수 있다. 또한, 연속적인 용량 제어에 의해 수소 탱크의 내부의 온도 변화에 따라 공급하는 수소의 온도를 빠르게 제어하는 것이 가능해지므로, 수소 탱크에의 수소의 보급 시의 수소 탱크의 내부의 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 수소 탱크에 있어서 허용되는 상한 온도에 기초하여 설정된 기준 온도보다 높은 경우에 상기 구동기의 회전수를 감소시키고, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 기준 온도보다 낮은 경우에 상기 구동기의 회전수를 증가시켜도 된다.
이러한 구성에 따르면, 온도 센서에 의해 검출된 온도와 왕복동 압축기를 구동하는 구동기의 회전수를 비교하는 것만의 제어에 의해, 공급하는 수소의 온도를 적절하게 제어할 수 있다.
상기한 검출한 온도에 기초하는 구동기의 회전수 제어에 있어서, 상기 제어부는, 상기 구동기의 회전수의 감소의 비율 또는 상기 구동기의 회전수의 증가의 비율이 일정해지도록 상기 구동기의 회전수를 제어해도 된다.
이러한 구성에 따르면, 검출된 온도의 변화(상승 또는 저하)에 따라 구동기의 회전수가 일정한 비율로 변경(감소 또는 증가)되므로, 검출된 온도 변화에 수반하는 급격한 회전수의 변경을 피할 수 있어, 안정적인 제어가 가능해진다.
또한, 상기한 검출한 온도에 기초하는 구동기의 회전수 제어에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도가 상기 기준 온도보다 높은 경우에, 당해 검출된 온도와 상기 기준 온도의 온도 차가 클수록, 상기 구동기의 회전수를 감소시키는 비율을 크게 해도 된다.
이러한 구성에 따르면, 검출되는 온도가 높아질수록 회전수를 감소시키는 비율이 커져 냉각 장치에 있어서의 냉각 효율이 보다 커지므로, 수소 탱크의 내부의 온도가 고온으로 되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 수소 스테이션에 있어서, 상기 왕복동 압축기와 상기 구동기를 접속하는 구동축에 장착되는 플라이 휠을 구비해도 된다.
이와 같이 구동축에 플라이 휠이 설치됨으로써, 왕복동 압축기의 회전이 매끄러워진다. 또한, 플라이 휠에 의해 왕복동 압축기 및 구동기의 고유 진동수와 구동기 회전수의 공진이 억제되고, 이에 의해, 왕복동 압축기와 구동기를 접속하는 구동축에 있어서의 비틀림 진동이 억제된다. 이에 의해, 플라이 휠이 설치되어 있지 않은 수소 스테이션에 비해 구동기(15)의 회전수의 제어의 범위를 증대시킬 수 있고, 그 결과, 왕복동 압축기의 용량의 제어의 범위를 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태의 수소 스테이션은, 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며, 구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기와, 상기 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와, 조정 밸브를 갖고, 상기 왕복동 압축기의 토출측에서 또한 상기 냉각 장치의 상류측과 당해 왕복동 압축기의 흡입측을 연통하는 복귀 유로와, 상기 수소 탱크의 내부의 온도 또는 상기 수소 탱크에 공급되는 수소의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 상기 조정 밸브의 개방도를 조정하는 제어부를 구비한다.
이러한 구성에 따르면, 개방도 조정 가능한 조정 밸브에 의해 왕복동 압축기의 토출측으로부터 흡입측으로 복귀시키는 수소의 유량을 조정하여 당해 왕복동 압축기의 연속적인 용량 제어를 가능하게 함으로써, 공급하는 수소의 온도를 용이하게 제어할 수 있다. 즉, 수소 탱크의 내부의 온도가 상승하였을 때에는, 조정 밸브의 개방도를 크게 하여 상기 흡입측으로 복귀시키는 수소의 유량을 늘림으로써 냉각 장치를 통과시키는 수소의 유량을 줄이고, 당해 냉각 장치의 냉각 능력을 상대적으로 높게 함으로써, 공급하는 수소의 온도를 저하시켜 수소 탱크의 내부의 온도를 저하시키거나, 혹은, 온도 상승을 억제할 수 있다. 한편, 수소 탱크의 내부의 온도가 강하(저하)하였을 때에는, 조정 밸브의 개방도를 작게 하여 상기 흡입측으로 복귀시키는 수소의 유량을 줄임으로써 냉각 장치를 통과시키는 수소의 유량을 늘려, 많은 수소를 수소 탱크에 의해 단시간에 공급할 수 있다.
또한, 연속적인 용량 제어에 의해 수소 탱크의 내부의 온도 변화에 따라 공급하는 수소의 온도를 빠르게 제어하는 것이 가능해지므로, 수소 탱크에의 수소의 보급 시의 수소 탱크의 내부의 온도 상승을 억제할 수 있다.
상기한 검출한 온도에 기초하는 조정 밸브의 개방도 제어에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 수소 탱크에 있어서 허용되는 상한 온도에 기초하여 설정된 기준 온도보다 높은 경우에 상기 조절 밸브의 개방도를 크게 하고, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 기준 온도보다 낮은 경우에 상기 조절 밸브의 개방도를 작게 해도 된다.
이러한 구성에 따르면, 온도 센서에 의해 검출된 온도와 조정 밸브의 개방도를 비교하는 것만의 제어에 의해, 공급하는 수소의 온도를 적절하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태의 수소 스테이션은, 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 제1 왕복동 압축기와, 상기 제1 왕복동 압축기에 의해 압축된 수소가 흐르는 중간 유로와, 상기 제1 왕복동 압축기와 상기 중간 유로를 통해 접속되는 제2 왕복동 압축기와, 상기 제2 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와, 상기 중간 유로의 내부의 압력을 검출하는 압력 센서와, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초하여 상기 제1 왕복동 압축기를 구동하는 구동기의 회전수를 제어하는 제어부를 구비해도 된다.
이러한 구성에 따르면, 회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 제1 왕복동 압축기 및 제2 왕복동 압축기를 사용하여 연속적인 용량 제어를 가능하게 함으로써, 공급하는 수소의 온도를 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 후단(고압측)의 왕복동 압축기(제2 왕복동 압축기)의 흡입 압력을 적절하게 제어함으로써, 왕복동 압축기를 2단으로 구성한 수소 스테이션에 있어서, 공급하는 수소의 온도 제어를 확실하게 행할 수 있다. 상세하게는, 이하와 같다.
공급처에 공급되는 수소의 온도는, 후단(고압측)의 왕복동 압축기의 흡입 압력에 크게 의존하고 있다. 이로 인해, 공급처에 공급되는 수소의 온도를 제어하기 위해서는, 후단(고압측)의 왕복동 압축기의 흡입 압력을 적정한 범위로 제어할 필요가 있다. 즉, 후단(고압측)의 왕복동 압축기의 흡입 압력(중간 유로의 내부의 압력)이 당해 왕복동 압축기의 허용 범위를 초과하면(허용 범위보다도 지나치게 높아지거나, 또는 허용 범위보다도 지나치게 낮아지면), 토출되는 수소의 온도가 지나치게 높아지거나, 또는 지나치게 낮아지므로, 하류측에서의 수소의 온도 제어가 곤란해진다. 따라서, 중간 유로의 내부의 압력(후단의 왕복동 압축기의 흡입 압력)을 검출하여 전단(저압측)의 왕복동 압축기의 회전수를 제어함으로써, 후단(고압측)의 왕복동 압축기에 있어서의 흡입 압력을 제어함으로써, 왕복동 압축기를 2단으로 구성한 수소 스테이션에 있어서도, 공급하는 수소의 온도 제어를 확실하게 행할 수 있다.
또한, 왕복동 압축기가 2단으로 구성되는 수소 스테이션에서는, 상기 중간 유로의 도중에 설치되고, 당해 중간 유로를 흐르는 수소를 저류 가능한 중간압 축압기를 구비하고, 상기 압력 센서는, 상기 중간압 축압기의 내부 압력을 상기 중간 유로의 내부의 압력으로서 검출하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 전단(저압측)의 왕복동 압축기의 용량을 작게 할 수 있는 동시에, 중간 유로에 있어서 중간압 축압기가 수소를 저류함으로써, 후단(고압측)의 왕복동 압축기에 공급되는 수소의 압력(후단의 왕복동 압축기의 흡입 압력)이 보다 안정된다.
상기한 검출한 중간 유로의 압력에 기초하는 전단의 구동기의 회전 제어에 있어서, 상기 제어부는, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이 상기 제2 왕복동 압축기에 있어서의 흡입 압력의 허용 범위에 기초하여 설정된 압력 범위에 있어서의 하한의 임계값 압력보다 작아지면, 상기 구동기의 회전수를 상승시키고, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이 상기 압력 범위에 있어서의 상한의 임계값 압력보다 커지면, 상기 구동기의 회전수를 하강시켜도 된다.
이러한 구성에 따르면, 압력 센서에 의해 검출된 중간 유로 내의 압력과, 전단의 왕복동 압축기를 구동하는 구동기의 회전수를 비교하는 것만의 제어에 의해, 후단의 왕복동 압축기에 공급하는 수소의 압력(후단의 왕복동 압축기의 흡입 압력)을 적절하게 제어할 수 있다.
또한, 왕복동 압축기가 2단으로 구성되는 수소 스테이션에서는, 조정 밸브를 갖고, 상기 제1 왕복동 압축기의 흡입측과 상기 중간 유로에 있어서의 상기 중간압 축압 용기보다도 상류측의 부위를 연통하는 바이패스 유로를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이 상기 상한의 임계값 압력보다 큰 상태가 지속되고 또한 상기 구동기의 회전수가 미리 정해진 하한값에 도달하면, 상기 회전수를 상기 하한값으로 유지한 채 상기 조정 밸브를 개방해도 된다.
이러한 구성에 따르면, 구동기의 회전수 제어에 의해서도 상승한 중간 유로의 내부의 압력(후단의 왕복동 압축기의 흡입 압력)이 저하되지 않는 경우에는, 중간 유로를 전단의 왕복동 압축기로부터 후단의 왕복동 압축기에 흐르는 수소의 일부를 전단의 왕복동 압축기의 흡입측에 흘릴 수 있고, 이에 의해, 상기 중간 유로의 내부의 압력을 확실하게 저하시킬 수 있다.
상기한 조정 밸브를 갖는 바이패스 유로가 설치되는 경우, 상기 조정 밸브는, 개방도를 조정 가능하며, 상기 제어부는, 상기 조정 밸브를 소정의 개방도로 되도록 개방해도 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력이 상기 상한의 임계값 압력보다 큰 상태가 지속되는 경우에는, 상기 조정 밸브가 개방되고 나서의 경과 시간이 길어지는 것에 따라, 또는, 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력과 상기 상한의 임계값 압력의 차분이 커지는 것에 따라, 상기 조정 밸브의 개방도를 크게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 조정 밸브가 개방되고 나서의 시간의 경과, 또는 중간 유로의 내부의 압력과 상한의 임계값의 차분의 확대에 따라 조정 밸브의 개방도를 크게 함으로써, 상기 중간 유로의 내부의 압력을 보다 확실하게 저하시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 수소 스테이션은, 연료 전지 자동차, 수소 자동차 등에 수소를 공급하는 데 유용하며, 왕복동 압축기를 구비한 수소 스테이션이며, 공급하는 수소의 온도를 용이하게 제어할 수 있고 또한 수소 탱크에의 보급 시에 수소의 급격한 온도 상승을 억제하는 데 적합하다.

Claims (12)

  1. 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며,
    회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기와,
    상기 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와,
    상기 수소 탱크의 내부의 온도 또는 상기 수소 탱크에 공급되는 수소의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 상기 구동기의 회전수를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 수소 탱크에 있어서 허용되는 상한 온도에 기초하여 설정된 기준 온도보다 높은 경우에 상기 구동기의 회전수를 감소시키고, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 기준 온도보다 낮은 경우에 상기 구동기의 회전수를 증가시키는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 구동기의 회전수의 감소의 비율 또는 상기 구동기의 회전수의 증가의 비율이 일정해지도록 상기 구동기의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도가 상기 기준 온도보다 높은 경우에, 당해 검출된 온도와 상기 기준 온도의 온도 차가 클수록, 상기 구동기의 회전수를 감소시키는 비율을 크게 하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  5. 제1항에 있어서, 상기 왕복동 압축기와 상기 구동기를 접속하는 구동축에 장착되는 플라이 휠을 구비하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  6. 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며,
    구동기에 의해 구동되는 왕복동 압축기와,
    상기 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와,
    조정 밸브를 갖고, 상기 왕복동 압축기의 토출측에서 또한 상기 냉각 장치의 상류측과 당해 왕복동 압축기의 흡입측을 연통하는 복귀 유로와,
    상기 수소 탱크의 내부의 온도 또는 상기 수소 탱크에 공급되는 수소의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 상기 조정 밸브의 개방도를 조정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 수소 탱크에 있어서 허용되는 상한 온도에 기초하여 설정된 기준 온도보다 높은 경우에 상기 조절 밸브의 개방도를 크게 하고, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 상기 기준 온도보다 낮은 경우에 상기 조절 밸브의 개방도를 작게 하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  8. 외부의 수소 탱크에 수소를 공급하기 위한 수소 스테이션이며,
    회전수 제어 가능한 구동기에 의해 구동되는 제1 왕복동 압축기와,
    상기 제1 왕복동 압축기에 의해 압축된 수소가 흐르는 중간 유로와,
    상기 제1 왕복동 압축기와 상기 중간 유로를 통해 접속되는 제2 왕복동 압축기와,
    상기 제2 왕복동 압축기로부터 상기 수소 탱크에 공급되는 수소를 냉각 가능한 냉각 장치와,
    상기 중간 유로의 내부의 압력을 검출하는 압력 센서와,
    상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초하여 상기 제1 왕복동 압축기를 구동하는 구동기의 회전수를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중간 유로의 도중에 설치되고, 당해 중간 유로를 흐르는 수소를 저류 가능한 중간압 축압기를 구비하고,
    상기 압력 센서는, 상기 중간압 축압기의 내부 압력을 상기 중간 유로의 내부의 압력으로서 검출하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이 상기 제2 왕복동 압축기에 있어서의 흡입 압력의 허용 범위에 기초하여 설정된 압력 범위에 있어서의 하한의 임계값 압력보다 작아지면, 상기 구동기의 회전수를 상승시키고, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이 상기 압력 범위에 있어서의 상한의 임계값 압력보다 커지면, 상기 구동기의 회전수를 하강시키는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  11. 제10항에 있어서, 조정 밸브를 갖고, 상기 제1 왕복동 압축기의 흡입측과 상기 중간 유로에 있어서의 상기 중간압 축압 용기보다도 상류측의 부위를 연통하는 바이패스 유로를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이 상기 상한의 임계값 압력보다 큰 상태가 지속되고 또한 상기 구동기의 회전수가 미리 정해진 하한값에 도달하면, 상기 회전수를 상기 하한값으로 유지한 채 상기 조정 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
  12. 제11항에 있어서, 상기 조정 밸브는, 개방도를 조정 가능하며,
    상기 제어부는, 상기 조정 밸브를 소정의 개방도로 되도록 개방해도 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력이 상기 상한의 임계값 압력보다 큰 상태가 지속되는 경우에는, 상기 조정 밸브가 개방되고 나서의 경과 시간이 길어지는 것에 따라, 또는, 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력과 상기 상한의 임계값 압력의 차분이 커지는 것에 따라, 상기 조정 밸브의 개방도를 크게 하는 것을 특징으로 하는, 수소 스테이션.
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