[发明专利]高压氢的膨胀涡轮式填充系统

说明书

为了提供一种结构简单、维护管理服务的负担少、能够使包括消耗电力的成本在内的运转成本低廉且能够使用通用的构件作为氢气供给单元的构成构件的高压氢的膨胀涡轮式填充系统，在向箱(6)加压填充被蓄压为高压的氢气时使用膨胀涡轮(11)进行氢气的焓下降的填充系统中，在膨胀涡轮(11)的出口设置蓄冷器(14)。

技术领域

本发明涉及氢填充设备(以下，有时称为“氢站”)的最终填充部中的预冷器功能等温度下降系统技术所应用的高压氢的膨胀涡轮式填充系统，所述氢填充设备用于将成为燃料电池汽车等氢动力汽车(以下，有时简称为“氢动力汽车”)的燃料的氢气从氢气供给源填充到氢动力汽车的燃料箱。

背景技术

用作氢动力汽车的燃料的氢气具有如下这样的性质：若在设置于填充氢气的路径的膨胀阀等部分从高压绝热膨胀(等焓膨胀)，则由于其性状而成为比转化温度(-58℃)高的区域内的膨胀，因此膨胀后的温度因焦耳-汤姆逊效应而上升。

因此，在氢站中，在将成为氢动力汽车的燃料的氢气从氢气供给源填充到氢动力汽车的燃料箱时，在设置于填充氢气的路径的膨胀阀等部分，氢气的温度上升。

由于氢气的膨胀比越大，该氢气的温度的上升变得越显著，因此，随着氢站中的来自氢气供给源的供给气体的高压力化，例如供给气体的压力(供给源的箱压)从45MPa(G)高压力化为70MPa(G)，进一步高压力化为82MPa(G)，进而自身温度上升量变大。

作为一例，在图1中示出使氢气从作为供给源的箱压的70MPa(G)、30℃膨胀一级时的各二次压的自身温度变化的一例。

而且，在向车载的燃料箱这样的封闭空间差压填充氢气的情况下，由于填充时的气体自身的压缩作用，填充的箱内的氢气会进一步带来温度上升。

另一方面，在当前开始普及的燃料电池车中，由于燃料箱的材质的温度限制和燃料电池主体单元的运用温度的限制，将氢填充时的最高温度上限设为85℃。

并且，由于所述氢的性质，若不实施任何手段而直接填充氢气，则氢填充时的温度会超过作为最高温度上限的85℃，会产生燃料箱的材质的温度限制、燃料电池主体单元的运用温度的限制以及伴随着填充后的冷却而引起的压力下降等问题，因此提出了如下方法并将其实用化：在填充氢气的路径中配置热交换器等冷却机构，一边利用该冷却机构冷却氢气一边向氢动力汽车填充(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-116619号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在此，在图2中示出现有的一般的70MPa(G)的氢站的结构图。

该氢站具备：压缩机设备1，所述压缩机设备1由接收氢气的压缩机单元构成；氢蓄压设备2，所述氢蓄压设备2由对从压缩机设备1输送来的氢气进行蓄压的蓄压器单元构成；膨胀阀3以及氢气预冷器4，所述膨胀阀3以及氢气预冷器4设置在用于将来自氢蓄压设备2的氢气填充到氢动力汽车的燃料箱6的路径中；以及氢预冷系统5，所述氢预冷系统5经由该氢气预冷器4进行氢气的冷却，而且，在氢预冷系统5中具备由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、储液器等构成的制冷机设备7和由盐水箱、一次盐水泵、二次泵等构成的盐水回路8。

并且，在该氢站中，现场型、非现场型的氢站两者均将接受的氢在压缩机设备1中压缩至中间压(图例中为40MPa(G))、高压(图例中为82MPa(G))，在各自的压力下以压缩气体的形式保持在氢蓄压设备2的蓄压单元内。

为了向作为需求侧的车载的燃料箱6填充这些氢气，通过经由膨胀阀3的膨胀来进行，但此时伴随着氢气自身的温度上升，因此由作为外部设备的氢预冷系统5冷却至-40℃。