CN103620292B - 氢站 - Google Patents

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Abstract

一种氢站，用来向搭载在汽车上的氢罐填充氢，其特征在于，具备：压缩机，将氢压缩；润滑油冷却单元，将上述压缩机的润滑油一边循环一边冷却；氢冷却单元，能够将向搭载在上述汽车上的氢罐填充之前由上述压缩机压缩之后的氢冷却；传感器，检测上述汽车向该氢站的接近或到达；启动部，通过来自上述传感器的信号，使上述润滑油冷却单元和上述氢冷却单元的至少一方启动。

Description

氢站
技术领域
本发明涉及向燃料电池汽车、氢燃料汽车等填充氢的氢站。
背景技术
近来，担心因汽车的排放气体中含有的二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOX）及悬浮粒子状物质（PM）等造成的地球温暖化及大气污染。因此，代替以往的汽油内燃机型汽车，利用基于装载的燃料电池中的氢与氧的化学反应的电能驱动的燃料电池汽车（FCV）受到关注。
燃料电池汽车不排出上述二氧化碳等，也不排出其他有害物质。此外，燃料电池汽车具有比汽油内燃机型汽车能量效率好等、汽油内燃机型汽车所没有的各种优点。
可是，在燃料电池汽车中，大体上分，有从氢站补给氢的类型、和补给氢以外的燃料并在车载改性器中制造氢的类型，但从二氧化碳（CO2）削减的效果等，前者被认为更优越。因而，燃料电池汽车和用来向该燃料电池汽车补给氢的氢站的研究、开发正被迅速推进。
在从氢站补给氢（氢气）的类型的燃料电池汽车的情况下，将压缩的氢向装载在汽车中的氢罐补给。
可是，当使供给源的高压的气体向供给目标的低压状态转移（即膨胀）时，在一边保持压力差一边使该气体膨胀的情况下，在该气体中，发生因焦耳－汤姆孙效应带来的温度的变化。
因焦耳－汤姆孙效应带来的温度的变化依存于气体的最初的温度。如果上述最初的温度是转化温度以下，则气体的温度下降，如果上述最初的温度比转化温度高，则气体的温度上升。氢的转化温度由于为215K（-58.15℃）左右，相比其他气体很低温，所以通常如果将氢向燃料电池汽车等的氢罐补给，则在被补给的氢中发生急剧的温度上升。
因而，在氢站中，需要用来避免向氢罐的补给时的氢的急剧的温度上升的设备等。并且，进行了用于此的各种提案。例如，在专利文献1中，公开了具有将氢供给源与氢罐连接的连接工序、和通过装备在将氢供给源与氢罐连结的流路上的填充速度改变机构根据氢罐内的压力加快氢的填充速度的填充工序的、向氢罐的氢急速填充方法（以及实现该氢急速填充方法的氢站）。
此外，氢站为了将压缩的氢向燃料电池汽车等供给，具备用来将氢压缩而使其成为高压的压缩机（高压压缩器）。该压缩机在氢站中进行向燃料电池汽车等的氢的供给（填充）时被起动。
这样，在氢站中，由于在压缩机等机器起动（启动）后供给氢，所以从接受到开始氢的供给的指示到实际开始氢的供给花费时间。
所以，可以考虑在接受到开始向燃料电池汽车等的氢的供给的指示之前使包括压缩机的氢站的全部的机器起动（启动），但在此情况下耗电增大。
专利文献1：特开2001－355795号公报。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢站，该氢站是向燃料电池汽车、氢燃料汽车等填充氢的氢站，在抑制耗电的增大的同时，能够抑制从要向燃料电池汽车、氢燃料汽车等供给氢到实际开始氢的供给的时间。
根据本发明的一技术方案，是一种用来向搭载在汽车上的氢罐填充氢的氢站，具备：压缩机，将氢压缩；润滑油冷却单元，将上述压缩机的润滑油一边循环一边冷却；氢冷却单元，能够将向搭载在上述汽车上的氢罐填充之前由上述压缩机压缩之后的氢冷却；传感器，检测上述汽车向该氢站的接近或到达；启动部，通过来自上述传感器的信号，使上述润滑油冷却单元和上述氢冷却单元的至少一方启动。
附图说明
图1是概略地表示有关本实施方式的氢站的结构的图。
图2是概略地表示有关另一实施方式的氢站的结构的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对用来实施本发明的形态详细地说明。图1是概略地表示有关本实施方式的氢站1的结构的图。
氢站1是用来向搭载在燃料电池汽车（以下，也单称作汽车）C上的氢罐50填充氢的固定设备。在该氢站1中，将氢从未图示的氢供给源经过供给流路3向低压级侧的往复运动式压缩机4供给。在供给流路3中设有过滤器2。驱动机（电动机等）5连接在低压级侧的往复运动式压缩机4上。低压级侧的往复运动式压缩机4通过该驱动机5的旋转来驱动。
低压级侧的往复运动式压缩机4和后述的高压级侧的往复运动式压缩机（最高压级侧压缩机）14通过中间流路6连接。低压级侧的往复运动式压缩机4将压缩的氢向中间流路6吐出。此时的低压级侧的往复运动式压缩机4的吐出压力被控制为例如40MPa。在中间流路6中设有氢冷却器7。氢冷却器7将被低压级侧的往复运动式压缩机4压缩而成为高温的氢冷却。该中间流路6在分支点6a分支。在分支点6a分支的一方的中间流路6经由分支点6b连接在第1中间压蓄压器9上。在上述一方的中间流路6中设有开闭阀8。此外，在分支点6a分支的另一方的中间流路6经由分支点6c连接在第2中间压蓄压器11上。在上述另一方的中间流路6中设有开闭阀10。从第1中间压蓄压器9经由分支点6b延伸的上述一方的中间流路6和从第2中间压蓄压器11经由分支点6c延伸的上述另一方的中间流路6在合流点6d合流。在合流点6d合流后的中间流路6连接在高压级侧的往复运动式压缩机14上。
在分支点6b与合流点6d之间的上述一方的中间流路6中设有开闭阀12。此外，在分支点6c与合流点6d之间的上述另一方的中间流路6中设有开闭阀13。此外，在分支点6b与第1中间压蓄压器9之间的上述一方的中间流路6中设有压力传感器16。此外，在分支点6c与第2中间压蓄压器11之间的上述另一方的中间流路6中设有压力传感器17。
驱动机15连接在高压级侧的往复运动式压缩机14上。高压级侧的往复运动式压缩机14通过该驱动机15的旋转来驱动。驱动机15是受未图示的变换器控制转速的电动机，能够以任意的转速旋转。另外，驱动机15只要是能够进行转速的控制的结构就可以，并不限定于由变换器旋转控制的电动机。
第1中间压蓄压器9及第2中间压蓄压器11将从低压级侧的往复运动式压缩机4供给的氢暂时储存。
开闭阀8在压力传感器16的检测压力P1不到预先设定的第1阈值的情况下被打开，在压力传感器16的检测压力P1为预先设定的第1阈值以上的情况下被关闭。该开闭阀8的开闭动作（特别是闭动作）防止从低压级侧的往复运动式压缩机4供给的氢的量变得过多而第1中间压蓄压器9的内压过度上升的情况。
开闭阀10在压力传感器17的检测压力P2不到预先设定的第2阈值的情况下被打开，在压力传感器17的检测压力P2为预先设定的第2阈值以上的情况下被关闭。该开闭阀10的开闭动作（特别是闭动作）防止从低压级侧的往复运动式压缩机4供给的氢的量变得过多而第2中间压蓄压器11的内压过度上升的情况。
开闭阀12在压力传感器16的检测压力P1不到预先设定的第3阈值的情况下被关闭，在压力传感器16的检测压力P1为预先设定的第3阈值以上的情况下被打开。该开闭阀12的开闭动作防止向高压级侧的往复运动式压缩机14供给的氢的压力变得极低。
开闭阀13在压力传感器17的检测压力P2不到预先设定的第4阈值的情况下被关闭，在压力传感器17的检测压力P2为预先设定的第4阈值以上的情况下被打开。该开闭阀13的开闭动作防止向高压级侧的往复运动式压缩机14供给的氢的压力变得极低。
高压级侧的往复运动式压缩机14将压缩的氢向吐出流路18吐出。此时的高压级侧的往复运动式压缩机14的吐出压力被控制为例如100MPa。在吐出流路18中设有氢冷却器19。该氢冷却器19将被高压级侧的往复运动式压缩机14压缩而成为高温的氢冷却。
在高压级侧的往复运动式压缩机14上，连接着用来将该往复运动式压缩机14内的润滑油循环冷却的润滑油冷却单元32。该润滑油冷却单元32具备油循环流路33、设在该油循环流路33中的润滑油泵34、油冷却器36、油过滤器37和驱动润滑油泵34的驱动机35。并且，润滑油冷却单元32通过接收来自后述的控制器30内的启动部30a的启动信号而启动。由此，高压级侧的往复运动式压缩机14内的润滑油一边在该往复运动式压缩机14与润滑油冷却单元32之间循环一边被冷却。另外，润滑油冷却单元32不仅是高压级侧的往复运动式压缩机14，也可以设在低压级侧的往复运动式压缩机4上。
在比氢冷却器19靠下游侧的吐出流路18中，依次设有流量调整阀20、流量计21、氢冷却单元22和截断阀23。流量调整阀20基于在其下游的流量计21中检测出的流量值控制其开度。由此，适当地调整经过流量调整阀20的氢的流量。另外，流量调整阀20、流量计21及截断阀23装入在所谓分配器（填充机）28中，构成其一部分。
氢冷却单元22具备氢冷却器40和制冷机41。这些氢冷却器40和制冷机41通过制冷剂配管42相互连接。该氢冷却单元22构成为，使吐出流路18内的氢与由制冷机41冷却后的制冷剂在氢冷却器40内热交换。并且，在氢冷却单元22中，制冷机41通过接收来自控制器30内的启动部30a的启动信号而启动。由此，吐出流路18内的氢在氢冷却器40内被在该氢冷却器40与制冷机41之间循环的制冷剂冷却。
氢冷却器7、19也与氢冷却器40同样，分别构成氢冷却单元。
最末级（即，氢站1的最下游侧）的氢冷却单元22将由该氢冷却单元22的上游侧的氢冷却单元（包括氢冷却器19的氢冷却单元）冷却的氢在马上要向顾客的汽车C填充之前进一步冷却。例如，包括氢冷却器19的氢冷却单元将130℃左右的高温的氢冷却到40℃左右，氢冷却单元22将上述被冷却到40℃左右的氢冷却到-40℃左右。
紧急脱离联接器24设在吐出流路18的最下游的端部上。该紧急脱离联接器24构成为，在经由它延伸到汽车C侧的填充软管25被以极强的力拉伸的情况下脱离（具体而言在中间部分离），不从这些分离的紧急脱离联接器24的氢气的供给目标侧（汽车C侧）的部位和这些分离的紧急脱离联接器24的氢气的供给源侧的部位的两者喷出高压的氢气。
填充喷嘴26设在从紧急脱离联接器24延伸的填充软管25的最下游的端部上。填充喷嘴26连接在汽车C的喷嘴口51上。并且，从氢站1供给的氢经过连接着该填充喷嘴26的喷嘴口51被向搭载在汽车C上的车载氢罐50供给。
在氢站1中，设有用来将来店（接近或到达氢站1）的顾客的汽车C向氢气的供给位置引导的车道（图示省略）。在上述车道的入口附近设置有检测顾客乘坐的汽车C的来店（汽车C向氢站1的接近或到达）的传感器31。
在本实施方式的氢站1中，装备在高压级侧的往复运动式压缩机14以后的机器构成起动准备部27。本实施方式的起动准备部27具备润滑油冷却单元32和氢冷却单元22。此外，该起动准备部27通过接收来自控制器30内的启动部30a的启动信号而起动。另外，启动部30a通过接收来自传感器31的信号（以下，也称作“来店信号”）而输出上述启动信号。
本实施方式的传感器31例如由光学传感器、重量传感器及磁传感器的至少一个构成。例如，如果传感器31仅由光电管等光学传感器构成，则有难以判别是来客的汽车C经过、还是人经过了传感器31的前方的情况。但是，例如如果传感器31由光学传感器、重量传感器或磁气传感器构成，则能够判别是汽车C经过、还是人经过了传感器31的前方。
接着，对顾客来店前的氢站1的运转状况、以及顾客乘坐的汽车C来到该氢站1时的该氢站1的运转状况进行说明。
氢站1首先从未图示的氢供给源经过设有过滤器2的供给流路3，将氢接纳到低压级侧的往复运动式压缩机4中。接着，连接在该低压级侧的往复运动式压缩机4上的驱动机5启动，低压级侧的往复运动式压缩机4驱动。接着，低压级侧的往复运动式压缩机4将压缩的氢向中间流路6吐出，氢冷却器7将从该低压级侧的往复运动式压缩机4吐出的氢冷却。
上述冷却的氢流过中间流路6，依次经过分支点6a、打开的状态的开闭阀8及分支点6b，向第1中间压蓄压器9流入，并且依次经过分支点6a、打开的状态的开闭阀10及分支点6c向第2中间压蓄压器11流入。
此时，如果压力传感器16的检测压力P1成为预先设定的第1阈值以上，则开闭阀8被关闭，停止氢向第1中间压蓄压器9的氢的储存。此外，如果压力传感器17的检测压力P2成为预先设定的第2阈值以上，则开闭阀10被关闭，停止氢向第2中间压蓄压器11的储存。
如果压力传感器16的检测压力P1成为预先设定的第3阈值以上，则开闭阀12被打开，如果压力传感器17的检测压力P2成为预先设定的第4阈值以上，则开闭阀13被打开。由此，储存在第1中间压蓄压器9和第2中间压蓄压器11中的氢从第1中间压蓄压器9和第2中间压蓄压器11的某个或两者分别流出，在合流点6d合流，经过没有启动的高压级侧的往复运动式压缩机14、氢冷却器19，到达吐出流路18的分配器28跟前。由此，从第1中间压蓄压器9及第2中间压蓄压器11到分配器28跟前的流路内成为被氢充满的状态。
并且，如果顾客乘坐的汽车C进入上述车道的入口，则传感器31检测到汽车C的来店，向控制器30发送来店信号。于是，控制器30内的启动部30a将启动信号向润滑油冷却单元32和氢冷却单元22分别发送。然后，氢冷却单元22将马上要填充到顾客的汽车C中之前的氢冷却，成为不论何时开始氢填充都没有问题的氢的冷却状态。即，氢冷却单元22使存留在排出流路18内的氢中的、处于氢冷却单元22内的氢在向顾客的汽车C填充前成为冷却状态。
如果润滑油冷却单元32接收到启动信号，则润滑油冷却单元32的驱动机35启动，使高压级侧的往复运动式压缩机14内的润滑油在该润滑油冷却单元32与高压级侧的往复运动式压缩机14之间循环。此时，循环的润滑油在润滑油冷却单元32中被油冷却器36冷却，在被油过滤器37将杂质除去后，被从该润滑油冷却单元32向往复运动式压缩机14送回，重复该动作。由此，高压级侧的往复运动式压缩机14被维持为不论何时起动都没有问题的润滑状态。此外，如果氢冷却单元22接收到启动信号，则氢冷却单元22的制冷机41启动，使被充分冷却的制冷剂在该制冷机41与氢冷却器40之间循环。由此，维持不论何时开始氢填充、氢冷却器40都能够将经过该氢冷却器40的氢充分地冷却那样的氢冷却单元22的运转状态（例如，能够将40℃左右的氢冷却到-40℃左右的运转状态）。
顾客的汽车C来到氢气的供给位置，顾客提出要氢填充，在填充喷嘴26被连接在汽车C的喷嘴口51上的时点（即，有开始向汽车C的氢填充的内容的指示的时点），氢站1的操作员对控制器30指示，将高压级侧的往复运动式压缩机14的驱动机15起动。此时，控制器30将氢站1的其他机器（与氢向汽车C的供给有关系的机器）也启动。于是，低压的氢被高压级侧的往复运动式压缩机14压缩为高压，被从该往复运动式压缩机14吐出到吐出流路18中的高压氢被氢冷却器19冷却。
接着，操作员将分配器28的截断阀23打开。于是将氢向搭载在汽车C上的氢罐50供给。此时，流量调整阀20基于由流量计21检测出的流量值，适当地保持经过该流量调整阀20的氢的流量。此外，氢冷却单元22由于从顾客的氢填充的提出前启动，所以能够将被充分冷却的氢立即向汽车C填充。即，从接受开始氢填充的内容的指示到开始氢填充的时间、以及到填充结束为止的时间相比从接受开始氢填充的内容的指示后氢冷却单元22启动的情况被缩短。
如以上说明，本实施方式的氢站1具备将被供给的氢多级地压缩的多个往复运动式压缩机4、14、和检测顾客的汽车C的来店（向氢站1的接近或到达）的传感器31。此外，在氢站1中，装备在多级的往复运动式压缩机4、14中的高压级侧的往复运动式压缩机14以后的机器22、32构成起动准备部27。此外，氢站1具备通过来自传感器31的来店信号使起动准备部27启动的启动部30a。因此，本实施方式的氢站1能够缩短从顾客进行氢填充的委托（从有开始向汽车C的氢填充的内容的指示）到向顾客的汽车C开始氢的填充的时间、以及到填充结束为止的时间缩短。
此外，如果从检测到汽车C向氢站的接近或到达到实际开始氢的供给（填充）使全部的关系机器预先启动，则消耗许多的电力。所以，在本实施方式的氢站1中，通过上述汽车C的检测，将启动部30a启动的机器（启动对象）缩减（限定）为一部分的机器。即，上述启动对象被缩减为对于驱动电力消耗不会变得那么大、并且尽可能缩短从接受开始氢的供给（填充）的指示到开始氢的供给（填充）的时间尽量缩短的目的特别提高了效果的机器。本实施方式的上述启动对象是润滑油冷却单元32及氢冷却单元22。因而，在检测到汽车C向氢站的接近或到达的时点，不将高压级侧的往复运动式压缩机14启动，而仅将润滑油冷却单元32和氢冷却单元22启动。
由此，氢站1在抑制耗电的增加的同时，抑制了从要向汽车C供给氢到实际开始氢的供给的时间。
有关本发明的氢站并不限定于上述实施方式。例如上述实施方式的起动准备部27包括装备在高压级侧的往复运动式压缩机14以后的机器32、22的两者，但起动准备部也可以是仅包括机器32、22中的一方的结构。此外，起动准备部也可以包括按装备在高压级侧的往复运动式压缩机14以后的机器32、22看待的机器。
此外，起动准备部27不仅是装备在高压级侧的往复运动式压缩机14以后的机器，也可以包括装备在中间流路6以后的机器。例如，作为上述实施方式的变形例，如图2所示，也可以是，开闭阀α设在合流点6d与高压级侧的往复运动式压缩机14之间的中间流路6中，起动准备部27包括该开闭阀α。在此情况下，优选的是，控制器30进行在从传感器31接收到来店信号时将开闭阀α打开、在其以外时（没有接收到来店信号时）将开闭阀α关闭的控制。
此外，在上述实施方式的氢站1中，压缩机4、14并不限定于往复运动式压缩机，也可以是其他形式的压缩机。
此外，在上述实施方式的氢站1中设有两个压缩机4、14，但并不限定于该数量，也可以设置1个或3个以上的压缩机。在设有3个以上压缩机的情况下，润滑油冷却单元32至少设在最下游侧的压缩机上。
在上述实施方式的氢站1中，设有两个中间压蓄压器（第1中间压蓄压器9和第2中间压蓄压器11），中间流路6在分支点6a被分支，连接在这两个中间压蓄压器9、11上，但并不限定于该结构。例如也可以是在氢站中仅设置1个中间压蓄压器、中间流路6连接在该中间压蓄压器上的结构。
［实施方式的概要］
如果总结以上的实施方式，则是以下这样的。
即，上述实施方式的氢站，是用来向搭载在汽车上的氢罐填充氢的氢站，具备：压缩机，将氢压缩；润滑油冷却单元，将上述压缩机的润滑油一边循环一边冷却；氢冷却单元，能够将向搭载在上述汽车上的氢罐填充之前由上述压缩机压缩之后的氢冷却；传感器，检测上述汽车向该氢站的接近或到达；启动部，通过来自上述传感器的信号，使上述润滑油冷却单元和上述氢冷却单元的至少一方启动。
根据该结构，能够在抑制耗电的增大的同时，抑制从要向燃料电池汽车或氢燃料汽车等供给氢到实际开始氢的供给的时间。详细地讲，是以下这样的。
通过润滑油冷却单元的驱动机启动而高压级侧的往复运动式压缩机内的润滑油在润滑油冷却单元与高压级侧的往复运动式压缩机之间循环，高压级侧的往复运动式压缩机成为何时起动都没有问题的润滑状态。此外，通过氢冷却单元的制冷机启动、被充分冷却的制冷剂在该制冷机与氢冷却器之间循环，氢冷却单元成为何时开始氢填充、氢冷却器都能够将经过该氢冷却器的氢充分地冷却那样的运转状态。所以，通过启动部由传感器检测到燃料电池汽车等的向氢站的接近或到达、事先使润滑油冷却单元和氢冷却单元的至少一方启动，在氢的供给开始的指示前压缩机成为润滑状态，及/或氢冷却单元成为上述运转状态，所以与进行向燃料电池汽车开始氢的供给的指示后将润滑油冷却单元及氢冷却单元启动（起动）的情况相比，能够抑制从要将氢向燃料电池汽车等供给到实际开始氢的供给的时间。
此外，在上述结构的氢站中，传感器检测到燃料电池汽车等向氢站的接近或到达时的启动部的启动对象被缩减为一部分的机器（对于驱动电力消耗不会变得那么大、并且使从接受到开始氢的供给（填充）的指示到实际开始氢的供给（填充）的时间尽可能变短的目的特别提高了效果的机器）。由此，该氢站在抑制了耗电的增大的同时，抑制了从要向燃料电池汽车或氢燃料汽车等供给氢到实际开始氢的供给的时间。
此外，优选的是，在氢站中设有多级压缩机的情况下，上述启动部使设在最下游侧的压缩机上的上述润滑油冷却单元启动。
最下游侧的压缩机由于仅在将氢向汽车等供给的前后的时间中工作，所以润滑油的冷却需要的时间也限定于此。因而，在该结构中，由于使最下游侧的压缩机的润滑油冷却单元在不需要冷却时不工作，所以变得节能，并且能够延长润滑油冷却单元的寿命。
此外，优选的是，在氢站中设有多级氢冷却单元的情况下，上述启动部使上述多级的氢冷却单元中的最下游侧的氢冷却单元启动。
产业上的可利用性
本发明提供氢站。

Claims (2)

1.一种氢站，用来向搭载在汽车上的氢罐填充氢，其特征在于，具备：
压缩机，将氢压缩；
润滑油冷却单元，将上述压缩机的润滑油一边循环一边冷却；
氢冷却单元，能够将向搭载在上述汽车上的氢罐填充之前由上述压缩机压缩之后的氢冷却；
传感器，检测上述汽车向该氢站的接近或到达；
启动部，通过来自上述传感器的信号，使上述润滑油冷却单元和上述氢冷却单元启动，
上述氢冷却单元设有多级；
上述启动部使上述多级的氢冷却单元中的最下游侧的氢冷却单元启动。
2.如权利要求1所述的氢站，其特征在于，
上述压缩机设有多级；
上述启动部使设在最下游侧的压缩机上的上述润滑油冷却单元启动。
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