[發明專利]高壓氫的膨脹渦輪式填充系統

有效

• 申請號: 201780043826.8
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN109477612B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 吉田純;高橋強;三牧幸博;門出政則
• 申請（專利權）人: 東奇柯系統解決方案株式會社
• 主分類號: F17C5/06
• 分類號: F17C5/06;F25B9/06
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 朱龍

為了提供一種結構簡單、維護管理服務的負擔少、能夠使包括消耗電力的成本在內的運轉成本低廉且能夠使用通用的構件作為氫氣供給單元的構成構件的高壓氫的膨脹渦輪式填充系統，在向箱(6)加壓填充被蓄壓為高壓的氫氣時使用膨脹渦輪(11)進行氫氣的焓下降的填充系統中，在膨脹渦輪(11)的出口設置蓄冷器(14)。

技術領域

本發明涉及氫填充設備(以下，有時稱為“氫站”)的最終填充部中的預冷器功能等溫度下降系統技術所應用的高壓氫的膨脹渦輪式填充系統，所述氫填充設備用于將成為燃料電池汽車等氫動力汽車(以下，有時簡稱為“氫動力汽車”)的燃料的氫氣從氫氣供給源填充到氫動力汽車的燃料箱。

背景技術

用作氫動力汽車的燃料的氫氣具有如下這樣的性質：若在設置于填充氫氣的路徑的膨脹閥等部分從高壓絕熱膨脹(等焓膨脹)，則由于其性狀而成為比轉化溫度(-58℃)高的區域內的膨脹，因此膨脹后的溫度因焦耳-湯姆遜效應而上升。

因此，在氫站中，在將成為氫動力汽車的燃料的氫氣從氫氣供給源填充到氫動力汽車的燃料箱時，在設置于填充氫氣的路徑的膨脹閥等部分，氫氣的溫度上升。

由于氫氣的膨脹比越大，該氫氣的溫度的上升變得越顯著，因此，隨著氫站中的來自氫氣供給源的供給氣體的高壓力化，例如供給氣體的壓力(供給源的箱壓)從45MPa(G)高壓力化為70MPa(G)，進一步高壓力化為82MPa(G)，進而自身溫度上升量變大。

作為一例，在圖1中示出使氫氣從作為供給源的箱壓的70MPa(G)、30℃膨脹一級時的各二次壓的自身溫度變化的一例。

而且，在向車載的燃料箱這樣的封閉空間差壓填充氫氣的情況下，由于填充時的氣體自身的壓縮作用，填充的箱內的氫氣會進一步帶來溫度上升。

另一方面，在當前開始普及的燃料電池車中，由于燃料箱的材質的溫度限制和燃料電池主體單元的運用溫度的限制，將氫填充時的最高溫度上限設為85℃。

并且，由于所述氫的性質，若不實施任何手段而直接填充氫氣，則氫填充時的溫度會超過作為最高溫度上限的85℃，會產生燃料箱的材質的溫度限制、燃料電池主體單元的運用溫度的限制以及伴隨著填充后的冷卻而引起的壓力下降等問題，因此提出了如下方法并將其實用化：在填充氫氣的路徑中配置熱交換器等冷卻機構，一邊利用該冷卻機構冷卻氫氣一邊向氫動力汽車填充(例如，參照專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-116619號公報

發明內容

發明所要解決的課題

在此，在圖2中示出現有的一般的70MPa(G)的氫站的結構圖。

該氫站具備：壓縮機設備1，所述壓縮機設備1由接收氫氣的壓縮機單元構成；氫蓄壓設備2，所述氫蓄壓設備2由對從壓縮機設備1輸送來的氫氣進行蓄壓的蓄壓器單元構成；膨脹閥3以及氫氣預冷器4，所述膨脹閥3以及氫氣預冷器4設置在用于將來自氫蓄壓設備2的氫氣填充到氫動力汽車的燃料箱6的路徑中；以及氫預冷系統5，所述氫預冷系統5經由該氫氣預冷器4進行氫氣的冷卻，而且，在氫預冷系統5中具備由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器、儲液器等構成的制冷機設備7和由鹽水箱、一次鹽水泵、二次泵等構成的鹽水回路8。

并且，在該氫站中，現場型、非現場型的氫站兩者均將接受的氫在壓縮機設備1中壓縮至中間壓(圖例中為40MPa(G))、高壓(圖例中為82MPa(G))，在各自的壓力下以壓縮氣體的形式保持在氫蓄壓設備2的蓄壓單元內。

為了向作為需求側的車載的燃料箱6填充這些氫氣，通過經由膨脹閥3的膨脹來進行，但此時伴隨著氫氣自身的溫度上升，因此由作為外部設備的氫預冷系統5冷卻至-40℃。