知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024099466
(43)【公開日】2024-07-25
(54)【発明の名称】圧縮機ユニット
(51)【国際特許分類】
F04B 49/10 20060101AFI20240718BHJP
F17C 13/00 20060101ALI20240718BHJP
【ＦＩ】
F04B49/10 331G
F17C13/00 302A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023087175
(22)【出願日】2023-05-26
(31)【優先権主張番号】P 2023002863
(32)【優先日】2023-01-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100137143
【弁理士】
【氏名又は名称】玉串 幸久
(72)【発明者】
【氏名】名倉 見治
(72)【発明者】
【氏名】久保 賢司
【テーマコード（参考）】
3E172
3H145
【Ｆターム（参考）】
3E172AA02
3E172AA05
3E172AB01
3E172BA04
3E172EA02
3E172EA13
3E172EA23
3E172EB02
3E172HA08
3H145AA03
3H145AA25
3H145BA41
3H145CA19
3H145DA16
3H145DA48
3H145EA16
3H145EA37
3H145EA38
3H145EA42
(57)【要約】
【課題】液化水素のボイルオフガスの幅広い温度変化からその構成機器を適切に保護することができるレシプロ式の圧縮機ユニットを提供する。
【解決手段】圧縮機ユニット１０において、起動時であって中間温度センサ４６によって取得された温度ＴＳ１が０℃よりも大きい温度閾値Ｔ１以上である場合に、後続圧縮ステージ１４から吐出された水素ガスが低圧ガス排出路５３から低圧需要先Ｄ２に排出されるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する。検出温度ＴＳ１が温度閾値Ｔ１未満となった場合には、高圧需要先Ｄ１に水素ガスが流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する。そして、制御部５０は、検出温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内となるようにスピルバック弁１８ｂを制御する。前記温度範囲は、空気の液化温度に基づく基準温度よりも高く、０℃未満の範囲で設定されている。
【選択図】図１
【解決手段】圧縮機ユニット１０において、起動時であって中間温度センサ４６によって取得された温度ＴＳ１が０℃よりも大きい温度閾値Ｔ１以上である場合に、後続圧縮ステージ１４から吐出された水素ガスが低圧ガス排出路５３から低圧需要先Ｄ２に排出されるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する。検出温度ＴＳ１が温度閾値Ｔ１未満となった場合には、高圧需要先Ｄ１に水素ガスが流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する。そして、制御部５０は、検出温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内となるようにスピルバック弁１８ｂを制御する。前記温度範囲は、空気の液化温度に基づく基準温度よりも高く、０℃未満の範囲で設定されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項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高圧需要先（Ｄ１）に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットであって、
吸込流路から吸入した水素ガスを圧縮する複数の圧縮ステージと、
前記複数の圧縮ステージを駆動するクランク機構と、
前記複数の圧縮ステージの吐出側の吐出流路に吐出された後の水素ガス又は前記複数の圧縮ステージの間の中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻すスピルバック流路、および、前記スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含むスピルバック部（ＳＢ１）と、
前記中間流路、又は、前記吐出流路に設けられた分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる低圧需要先（Ｄ２）に水素ガスを排出可能な低圧ガス排出路と、
前記低圧ガス排出路または前記分岐点に設けられる需要先切替手段（ＣＶ１）と、
前記分岐点よりも下流側に位置する逆止弁と、
前記中間流路又は前記吐出流路において、前記分岐点よりも上流側に配置される第１温度センサと、
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複数の圧縮ステージの内の最前段の第１圧縮ステージとの間に配置される第２温度センサと、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
起動時であって前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が０℃より大きい所定の第１温度閾値Ｔ１以上である場合に、水素ガスを前記低圧ガス排出路に流通させる第１切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が前記第１温度閾値Ｔ１未満になった場合に、水素ガスを前記高圧需要先（Ｄ１）に向けて前記吐出流路に送る第２切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記第２温度センサによって取得された吸込温度ＴＳ２を参照し、前記吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記スピルバック弁を制御し、
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く、かつ、０℃未満の範囲で設定される、圧縮機ユニット。
吸込流路から吸入した水素ガスを圧縮する複数の圧縮ステージと、
前記複数の圧縮ステージを駆動するクランク機構と、
前記複数の圧縮ステージの吐出側の吐出流路に吐出された後の水素ガス又は前記複数の圧縮ステージの間の中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻すスピルバック流路、および、前記スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含むスピルバック部（ＳＢ１）と、
前記中間流路、又は、前記吐出流路に設けられた分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる低圧需要先（Ｄ２）に水素ガスを排出可能な低圧ガス排出路と、
前記低圧ガス排出路または前記分岐点に設けられる需要先切替手段（ＣＶ１）と、
前記分岐点よりも下流側に位置する逆止弁と、
前記中間流路又は前記吐出流路において、前記分岐点よりも上流側に配置される第１温度センサと、
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複数の圧縮ステージの内の最前段の第１圧縮ステージとの間に配置される第２温度センサと、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
起動時であって前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が０℃より大きい所定の第１温度閾値Ｔ１以上である場合に、水素ガスを前記低圧ガス排出路に流通させる第１切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が前記第１温度閾値Ｔ１未満になった場合に、水素ガスを前記高圧需要先（Ｄ１）に向けて前記吐出流路に送る第２切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記第２温度センサによって取得された吸込温度ＴＳ２を参照し、前記吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記スピルバック弁を制御し、
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く、かつ、０℃未満の範囲で設定される、圧縮機ユニット。
【請求項2】
前記逆止弁が前記吐出流路に設けられ、
前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側の位置に設けられている、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側の位置に設けられている、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
【請求項3】
前記第１圧縮ステージに吸入される前の水素ガスと、前記吐出流路に吐出された後の水素ガスとを熱交換可能なプレヒータと、
前記吐出流路における前記プレヒータの下流に配置される第３温度センサと、
前記プレヒータへの水素ガスの流入状態を調整可能な流量調整手段（ＦＣＶ１）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、
前記プレヒータによる前記吸込流路の水素ガスの加温を前記スピルバック部（ＳＢ１）による加温に対して優先して行えるように前記プレヒータへの水素ガスの流入量を増加させつつ、前記第３温度センサによって取得された前記プレヒータの下流側の温度ＴＳ３が閾値以下とならないように前記流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御し、
前記吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲よりも低い場合には、当該吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲内になるように、前記流量調整手段（ＦＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する、請求項２に記載の圧縮機ユニット。
前記吐出流路における前記プレヒータの下流に配置される第３温度センサと、
前記プレヒータへの水素ガスの流入状態を調整可能な流量調整手段（ＦＣＶ１）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、
前記プレヒータによる前記吸込流路の水素ガスの加温を前記スピルバック部（ＳＢ１）による加温に対して優先して行えるように前記プレヒータへの水素ガスの流入量を増加させつつ、前記第３温度センサによって取得された前記プレヒータの下流側の温度ＴＳ３が閾値以下とならないように前記流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御し、
前記吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲よりも低い場合には、当該吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲内になるように、前記流量調整手段（ＦＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する、請求項２に記載の圧縮機ユニット。
【請求項4】
前記第１圧縮ステージに吸入される前の水素ガスと、前記中間流路を流通する水素ガスとを熱交換可能なプレヒータと、
前記中間流路における前記プレヒータの下流に配置される第３温度センサと、
前記プレヒータへの水素ガスの流入状態を調整可能な流量調整手段（ＦＣＶ１）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、
前記プレヒータによる前記吸込流路の水素ガスの加温を前記スピルバック部（ＳＢ１）による加温に対して優先して行えるように前記プレヒータへの水素ガスの流入量を増加させ、前記第３温度センサによって取得された前記プレヒータの下流側の温度ＴＳ３が閾値以下とならないように前記流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御し、
前記吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲よりも低い場合には、当該吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記流量調整手段（ＦＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する、請求項２に記載の圧縮機ユニット。
前記中間流路における前記プレヒータの下流に配置される第３温度センサと、
前記プレヒータへの水素ガスの流入状態を調整可能な流量調整手段（ＦＣＶ１）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、
前記プレヒータによる前記吸込流路の水素ガスの加温を前記スピルバック部（ＳＢ１）による加温に対して優先して行えるように前記プレヒータへの水素ガスの流入量を増加させ、前記第３温度センサによって取得された前記プレヒータの下流側の温度ＴＳ３が閾値以下とならないように前記流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御し、
前記吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲よりも低い場合には、当該吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記流量調整手段（ＦＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する、請求項２に記載の圧縮機ユニット。
【請求項5】
前記逆止弁が前記吐出流路に設けられ、
前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側に設けられており、
該圧縮機ユニットは、
前記中間流路に設けられた他の分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる他の低圧需要先（Ｄ３）に水素ガスを排出可能な他の低圧ガス排出路と、
前記他の低圧ガス排出路または前記他の分岐点に設けられる第２需要先切替手段（ＣＶ２）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第１切替状態である場合に、前記中間流路の水素ガスを前記他の低圧ガス排出路に流通させるように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御し、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、水素ガスを前記高圧需要先（Ｄ１）に向けて前記吐出流路に送るように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御する、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側に設けられており、
該圧縮機ユニットは、
前記中間流路に設けられた他の分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる他の低圧需要先（Ｄ３）に水素ガスを排出可能な他の低圧ガス排出路と、
前記他の低圧ガス排出路または前記他の分岐点に設けられる第２需要先切替手段（ＣＶ２）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第１切替状態である場合に、前記中間流路の水素ガスを前記他の低圧ガス排出路に流通させるように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御し、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、水素ガスを前記高圧需要先（Ｄ１）に向けて前記吐出流路に送るように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御する、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
【請求項6】
前記逆止弁が前記吐出流路に設けられ、
前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側の位置に設けられており、
該圧縮機ユニットは、
前記中間流路における他の分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる他の低圧需要先（Ｄ３）に水素ガスを排出可能な他の低圧ガス排出路と、
前記他の低圧ガス排出路または前記他の分岐点に設けられる第２需要先切替手段（ＣＶ２）と、
前記複数の圧縮ステージの内の前記第１圧縮ステージを除く後続圧縮ステージによる水素ガスの処理量を調整する調整手段と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、
前記他の低圧需要先（Ｄ３）の要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の変動分に応じて前記他の低圧ガス排出路に水素ガスが排出されるように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御しつつ、前記後続圧縮ステージの処理量が調整されるように前記調整手段を制御する、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側の位置に設けられており、
該圧縮機ユニットは、
前記中間流路における他の分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる他の低圧需要先（Ｄ３）に水素ガスを排出可能な他の低圧ガス排出路と、
前記他の低圧ガス排出路または前記他の分岐点に設けられる第２需要先切替手段（ＣＶ２）と、
前記複数の圧縮ステージの内の前記第１圧縮ステージを除く後続圧縮ステージによる水素ガスの処理量を調整する調整手段と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、
前記他の低圧需要先（Ｄ３）の要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の変動分に応じて前記他の低圧ガス排出路に水素ガスが排出されるように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御しつつ、前記後続圧縮ステージの処理量が調整されるように前記調整手段を制御する、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
【請求項7】
前記スピルバック部（ＳＢ１）が、前記吐出流路に吐出された後の水素ガスを前記吸込流路に戻す場合において、
前記調整手段が、
前記スピルバック流路が分岐する前記吐出流路上の分岐部よりも上流側から前記後続圧縮ステージの吸込側に水素ガスを戻す第２スピルバック流路、および、前記第２スピルバック流路においてスピルバック量を調整する第２スピルバック弁を含む第２スピルバック部（ＳＢ２）を備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量が前記後続圧縮ステージの吸込側に戻されるように前記第２スピルバック弁を制御する、請求項６に記載の圧縮機ユニット。
前記調整手段が、
前記スピルバック流路が分岐する前記吐出流路上の分岐部よりも上流側から前記後続圧縮ステージの吸込側に水素ガスを戻す第２スピルバック流路、および、前記第２スピルバック流路においてスピルバック量を調整する第２スピルバック弁を含む第２スピルバック部（ＳＢ２）を備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量が前記後続圧縮ステージの吸込側に戻されるように前記第２スピルバック弁を制御する、請求項６に記載の圧縮機ユニット。
【請求項8】
前記スピルバック部（ＳＢ１）が、前記中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻す場合において、
前記調整手段が、
前記スピルバック流路が分岐する前記中間流路上の分岐部よりも下流側に位置する圧縮ステージから吐出された水素ガスを、前記圧縮ステージよりも上流側に戻す第２スピルバック流路、および、前記第２スピルバック流路においてスピルバック量を調整する第２スピルバック弁を含む第２スピルバック部（ＳＢ２）を備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記スピルバック部（ＳＢ１）の戻し量に相当する流量が前記圧縮ステージよりも上流側に戻されるように前記第２スピルバック弁を制御する、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
前記調整手段が、
前記スピルバック流路が分岐する前記中間流路上の分岐部よりも下流側に位置する圧縮ステージから吐出された水素ガスを、前記圧縮ステージよりも上流側に戻す第２スピルバック流路、および、前記第２スピルバック流路においてスピルバック量を調整する第２スピルバック弁を含む第２スピルバック部（ＳＢ２）を備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記スピルバック部（ＳＢ１）の戻し量に相当する流量が前記圧縮ステージよりも上流側に戻されるように前記第２スピルバック弁を制御する、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
【請求項9】
前記調整手段が、
前記後続圧縮ステージのシリンダ部に装着されたオンオフ式の吸込弁アンローダを備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量が前記後続圧縮ステージの吸込側に戻されるように前記吸込弁アンローダを制御する、請求項６に記載の圧縮機ユニット。
前記後続圧縮ステージのシリンダ部に装着されたオンオフ式の吸込弁アンローダを備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量が前記後続圧縮ステージの吸込側に戻されるように前記吸込弁アンローダを制御する、請求項６に記載の圧縮機ユニット。
【請求項10】
前記調整手段が、
前記後続圧縮ステージのシリンダ部に装着された吸込弁アンローダと、
前記吸込弁アンローダを開閉させる油圧式又は電気式の駆動装置と、
からなる無段階の容量調整装置を備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量に応じて前記シリンダ部内部から吸込側へと吸入された水素ガスが戻されるように、クランク軸の回転運動に連動させ前記吸込弁アンローダが動作するタイミングを制御することにより、前記後続圧縮ステージの処理量を調整する、請求項６に記載の圧縮機ユニット。
前記後続圧縮ステージのシリンダ部に装着された吸込弁アンローダと、
前記吸込弁アンローダを開閉させる油圧式又は電気式の駆動装置と、
からなる無段階の容量調整装置を備え、
前記制御部は、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量に応じて前記シリンダ部内部から吸込側へと吸入された水素ガスが戻されるように、クランク軸の回転運動に連動させ前記吸込弁アンローダが動作するタイミングを制御することにより、前記後続圧縮ステージの処理量を調整する、請求項６に記載の圧縮機ユニット。
【請求項11】
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高圧需要先（Ｄ１）に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットであって、
吸込流路から吸入した水素ガスを圧縮する複数の圧縮ステージと、
前記複数の圧縮ステージを駆動するクランク機構と、
前記複数の圧縮ステージの吐出側の吐出流路に吐出された後の水素ガス又は前記複数の圧縮ステージの間の中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻すスピルバック流路、および、前記スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含むスピルバック部（ＳＢ１）と、
前記中間流路に設けられた分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる低圧需要先（Ｄ２）に水素ガスを排出可能な低圧ガス排出路と、
前記低圧ガス排出路または前記分岐点に設けられる需要先切替手段（ＣＶ１）と、
前記中間流路における前記分岐点よりも下流側に設けられる逆止弁と、
前記中間流路において、前記分岐点よりも上流側に配置される第１温度センサと、
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第１圧縮ステージとの間に配置される第２温度センサと、
前記低圧ガス排出路に設けられる圧力センサと、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
起動時であって前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が０℃より大きい所定の第１温度閾値Ｔ１以上の場合に、前記複数の圧縮ステージの内の最前段に位置する第１圧縮ステージから吐出された水素ガスを前記低圧ガス排出路に流通させる第１切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が前記第１温度閾値Ｔ１未満になった場合に、水素ガスを前記低圧ガス排出路と前記中間流路における前記分岐点よりも下流側との両方に流通させる第３切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第３切替状態である場合に、前記圧力センサによって取得された圧力ＰＳ２が予め設定された範囲内になるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御するとともに、前記第２温度センサによって取得された吸込温度ＴＳ２を参照し、前記吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記スピルバック弁を制御し、
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く、かつ、０℃未満の範囲で設定される、圧縮機ユニット。
吸込流路から吸入した水素ガスを圧縮する複数の圧縮ステージと、
前記複数の圧縮ステージを駆動するクランク機構と、
前記複数の圧縮ステージの吐出側の吐出流路に吐出された後の水素ガス又は前記複数の圧縮ステージの間の中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻すスピルバック流路、および、前記スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含むスピルバック部（ＳＢ１）と、
前記中間流路に設けられた分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる低圧需要先（Ｄ２）に水素ガスを排出可能な低圧ガス排出路と、
前記低圧ガス排出路または前記分岐点に設けられる需要先切替手段（ＣＶ１）と、
前記中間流路における前記分岐点よりも下流側に設けられる逆止弁と、
前記中間流路において、前記分岐点よりも上流側に配置される第１温度センサと、
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第１圧縮ステージとの間に配置される第２温度センサと、
前記低圧ガス排出路に設けられる圧力センサと、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
起動時であって前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が０℃より大きい所定の第１温度閾値Ｔ１以上の場合に、前記複数の圧縮ステージの内の最前段に位置する第１圧縮ステージから吐出された水素ガスを前記低圧ガス排出路に流通させる第１切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が前記第１温度閾値Ｔ１未満になった場合に、水素ガスを前記低圧ガス排出路と前記中間流路における前記分岐点よりも下流側との両方に流通させる第３切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御し、
前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第３切替状態である場合に、前記圧力センサによって取得された圧力ＰＳ２が予め設定された範囲内になるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御するとともに、前記第２温度センサによって取得された吸込温度ＴＳ２を参照し、前記吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記スピルバック弁を制御し、
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く、かつ、０℃未満の範囲で設定される、圧縮機ユニット。
【請求項12】
前記複数の圧縮ステージの内の前記第１圧縮ステージを除く後続圧縮ステージによる水素ガスの処理量を調整する調整手段と、
前記中間流路における前記第１圧縮ステージと前記後続圧縮ステージとの間に設けられる第２圧力センサと、
をさらに備え、
前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第３切替状態である場合に、前記第２圧力センサによって取得された前記中間流路における圧力ＰＳ１の変化量に応じて、前記後続圧縮ステージの処理量が調整されるように前記調整手段を制御する、請求項１１に記載の圧縮機ユニット。
前記中間流路における前記第１圧縮ステージと前記後続圧縮ステージとの間に設けられる第２圧力センサと、
をさらに備え、
前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第３切替状態である場合に、前記第２圧力センサによって取得された前記中間流路における圧力ＰＳ１の変化量に応じて、前記後続圧縮ステージの処理量が調整されるように前記調整手段を制御する、請求項１１に記載の圧縮機ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レシプロ式の圧縮機ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境を考慮して、水素を発電や自動車等の燃料として用いることが考えられており、水素の需要が増大している。また、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１７２８７０号公報
【特許文献2】特許第７０８５０７９号公報
【特許文献3】特開２００１－６５７９５号公報
【特許文献4】特開２０１９－２７５９０号公報
【特許文献5】特開平４－１２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、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、貯蔵および輸送時には、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。」
【0005】
これに対して、特許文献１では「この往復動圧縮機は、ガスを圧縮する圧縮部が容器部に収容されている。そして、この容器部は、圧縮部の周囲に真空領域を形成する。そうすると、圧縮部は、真空領域によって外部領域から熱的に絶縁される。つまり、圧縮部に極低温のガスが提供された場合にも、往復動圧縮機の周辺領域を過度に冷却することがない。従って、液化空気の発生を抑制できる。」と説明されている。しかしながら、一般的に、運転中の振動を伴う動機械や、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）等では高性能な断熱が非常に難しい。
【0006】
特許文献２、３ではスクリュー圧縮機を対象として、プレヒータを利用して吸込みガスの温度を調整する技術が提案されている。また、特許文献４には、レシプロ式の圧縮機が開示されており、圧縮部に吸入される前のボイルオフガスと圧縮部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が示されている。しかし、この熱交換器は圧縮部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ため、圧縮部の下流に配置されたクーラによって冷却されたボイルオフガスが熱交換器に導入される。
【0007】
一方、特許文献５では次のような問題も指摘されている。「従来、ＬＮＧ低温貯蔵タンク内で蒸発したＢＯＧ（ボイルオフガス）は低温ガス多段圧縮機で圧縮してプラントに供給する場合、ＢＯＧの温度はマイナス百数度から常温と広い範囲で変動しやすく、特に多段圧縮機の起動直後は、吸込側温度が常温近くまで昇温しており、これをそのまま圧縮すると吐出温度が許容温度以上となり運転できない。」
【0008】
液化水素では、ＬＮＧよりも沸点が低いことから特許文献５で開示された問題はより深刻となり得る。液化水素のボイルオフガスを扱うレシプロ圧縮機では、極低温の状態から常温までの幅広い温度帯域に対応させる必要がある。
【0009】
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液化水素のボイルオフガスを扱うレシプロ式の圧縮機ユニットについて、ボイルオフガスの幅広い温度変化からその構成機器を適切に保護することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様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高圧需要先（Ｄ１）に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットである。本態様に係る圧縮機ユニットは、複数の圧縮ステージと、クランク機構と、スピルバック部（ＳＢ１）と、低圧ガス排出路と、需要先切替手段（ＣＶ１）と、逆止弁と、第１温度センサと、第２温度センサと、制御部と、を備える。
【0011】
前記複数の圧縮ステージは、吸込流路から吸入した水素ガスを圧縮する。前記クランク機構は、前記複数の圧縮ステージを駆動する。前記スピルバック部（ＳＢ１）は、前記複数の圧縮ステージの吐出側の吐出流路に吐出された後の水素ガス又は前記複数の圧縮ステージの間の中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻すスピルバック流路、および、前記スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含む。前記低圧ガス排出路は、前記中間流路、又は、前記吐出流路に設けられた分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる低圧需要先（Ｄ２）に水素ガスを排出可能な流路である。前記需要先切替手段（ＣＶ１）は、前記低圧ガス排出路または前記分岐点に設けられる。前記逆止弁は、前記分岐点よりも下流側に位置する。前記第１温度センサは、前記中間流路又は前記吐出流路において、前記分岐点よりも上流側に配置される。前記第２温度センサは、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複数の圧縮ステージの内の最前段の第１圧縮ステージとの間に配置される。前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御する。
【0012】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、起動時であって前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が０℃より大きい所定の第１温度閾値Ｔ１以上である場合に、水素ガスを前記低圧ガス排出路に流通させる第１切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御する。また、前記制御部は、前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が前記第１温度閾値Ｔ１未満になった場合に、水素ガスを前記高圧需要先（Ｄ１）に向けて前記吐出流路に送る第２切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御する。また、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記第２温度センサによって取得された吸込温度ＴＳ２を参照し、前記吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記スピルバック弁を制御する。
【0013】
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く、かつ、０℃未満の範囲で設定される。
【0014】
上記態様では、ＢＯＧ（水素ガス）が低温である環境下において圧縮機ユニットを保護することができ、かつＢＯＧ（水素ガス）が常温である起動時において圧縮機ユニットを保護することができる。
【0015】
ここで、レシプロ式の圧縮機では、需要先の圧力に応じた圧力で圧縮機からＢＯＧが吐出される。このような前提の下、上記態様では、起動時において液体水素貯槽側の配管内の水素ガスがプラスの温度領域まで上昇している場合（常温）であっても、圧縮ステージから吐出された水素ガスが低圧需要先（Ｄ２）に送出されるように制御部が需要先切替手段（ＣＶ１）を第１切替状態に切り替えるよう構成されている。よって、相対的に低い圧力で水素ガスを処理する低圧需要先に向けて水素ガスを排出することにより、圧縮ステージでの圧縮比を低く抑え、圧縮ステージで水素ガスを圧縮し昇圧することによる水素ガスの過度の温度上昇を防止できる。すなわち、圧縮ステージを保護することができる。また、ユニットの起動時に上記配管内の水素ガスが常温であっても、上述のように圧縮ステージから低圧需要先に向けて水素ガスを排出することによって、圧縮機ユニットの立ち上げも速やかに行うことができる。
【0016】
一方、上記態様では、需要先切替手段（ＣＶ１）が第２切替状態である場合に、吸込温度ＴＳ２が上記予め定められた温度範囲内になるように制御部がスピルバック弁を制御するので、スピルバック部が吸込流路に戻した水素ガスにより、吸込温度ＴＳ２を上記予め定められた温度範囲内に収めることができる。そして、上記態様では、上記予め定められた温度範囲が空気の液化温度に基づく基準温度よりも高い範囲に設定されているので、第１圧縮ステージの吸込部の外表面もしくは水素ガスが供給される装置の周辺において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。
【0017】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記逆止弁が前記吐出流路に設けられてよい。また、前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側の位置に設けられてよい。
【0018】
上記態様では、吐出流路に逆止弁を設けるとともに、吐出流路における逆止弁よりも上流側の位置に分岐点を設けるという具体的構成を採用するが、制御部が第１温度ＴＳ１に基づいて需要先切替手段（ＣＶ１）を第１切替状態と第２切替状態との間で切り替え、且つ、需要先切替手段（ＣＶ１）が第２切替状態である場合に、吸込温度ＴＳ２に基づいてスピルバック弁を制御するので、上記態様と同じ効果を得ることができる。
【0019】
また、上記態様では、吐出流路に逆止弁を設けることとしているので、吐出流路から圧縮ステージへの水素ガスの逆流を防止することができ、より適切に圧縮機を保護することができる。
【0020】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、プレヒータと、第３温度センサと、流量調整手段（ＦＣＶ１）と、をさらに備えてもよい。前記プレヒータは、前記第１圧縮ステージに吸入される前の水素ガスと、前記吐出流路に吐出された後の水素ガスとを熱交換可能であってもよい。前記第３温度センサは、前記吐出流路における前記プレヒータの下流に配置されてもよい。前記流量調整手段（ＦＣＶ１）は、前記プレヒータへの水素ガスの流入状態を調整可能であってよい。
【0021】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記プレヒータによる前記吸込流路の水素ガスの加温を前記スピルバック部（ＳＢ１）による加温に対して優先して行えるように前記プレヒータへの水素ガスの流入量を増加させつつ、前記第３温度センサによって取得された前記プレヒータの下流側の温度ＴＳ３が閾値以下とならないように前記流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御してもよい。また、前記制御部は、前記吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲よりも低い場合には、当該吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲内になるように、前記流量調整手段（ＦＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御してもよい。
【0022】
上記態様では、プレヒータによる吸込流路における水素ガスの加温をスピルバック部による加温に対して優先させ、加温が足らない場合はスピルバック部による加温で補う制御とするため、スピルバック部による加温だけを行う場合に比べて圧縮したガスを吸込み側へ戻す動力のロスをミニマム化することができる。よって、上記態様では、処理効率の低下を抑制しつつ吸込温度を一定範囲に管理することができる。
【0023】
また、上記態様では、第３温度センサによってプレヒータの下流側の水素ガスの温度ＴＳ３を取得し、第３温度センサによって取得された水素ガスの温度ＴＳ３を基に制御部が流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御することとしているので、需要先へ供給する水素ガスの過度の温度低下を抑止できる。
【0024】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、プレヒータと、第３温度センサと、流量調整手段（ＦＣＶ１）と、をさらに備えてよい。前記プレヒータは、前記第１圧縮ステージに吸入される前の水素ガスと、前記中間流路を流通する水素ガスとを熱交換可能であってよい。前記第３温度センサは、前記中間流路における前記プレヒータの下流に配置されてもよい。前記流量調整手段（ＦＣＶ１）は、前記プレヒータへの水素ガスの流入状態を調整可能であってよい。
【0025】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記プレヒータによる前記吸込流路の水素ガスの加温を前記スピルバック部（ＳＢ１）による加温に対して優先して行えるように前記プレヒータへの水素ガスの流入量を増加させ、前記第３温度センサによって取得された前記プレヒータの下流側の温度ＴＳ３が閾値以下とならないように前記流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御してもよい。また、前記制御部は、前記吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲よりも低い場合には、当該吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記流量調整手段（ＦＣＶ１）および前記スピルバック弁を制御してもよい。
【0026】
上記態様では、第１圧縮ステージに吸入される前の水素ガスと中間流路を流通する水素ガスとの間で熱交換可能なプレヒータを備える。そして、上記態様では、プレヒータによる吸込流路における水素ガスの加温をスピルバック部による加温に対して優先させ、加温が足らない場合はスピルバック部による加温で補う制御とするため、スピルバック部での加温だけを行う場合に比べて圧縮したガスを吸込み側へ戻す動力のロスをミニマム化することができる。よって、上記態様では、処理効率の低下を抑制しつつ吸込温度を一定範囲に管理することができる。
【0027】
また、上記態様では、第３温度センサによってプレヒータの下流側の水素ガスの温度ＴＳ３を取得し、第３温度センサによって取得された水素ガスの温度ＴＳ３を基に制御部が流量調整手段（ＦＣＶ１）を制御することとしているので、需要先へ供給する水素ガスの過度の温度低下を抑止できる。
【0028】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記逆止弁が前記吐出流路に設けられてもよく、前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側に設けられてよい。本態様に係る圧縮機ユニットは、他の低圧ガス排出路と、第２需要先切替手段（ＣＶ２）と、をさらに備えてよい。前記他の低圧ガス排出路は、前記中間流路に設けられた他の分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる他の低圧需要先（Ｄ３）に水素ガスを排出可能な流路であってよい。前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）は、前記他の低圧ガス排出路または前記他の分岐点に設けられてよい。
【0029】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）
が前記第１切替状態である場合に、前記中間流路の水素ガスを前記他の低圧ガス排出路に流通させるように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御してもよい。また、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、水素ガスを前記高圧需要先（Ｄ１）に向けて前記吐出流路に送るように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御してもよい。
が前記第１切替状態である場合に、前記中間流路の水素ガスを前記他の低圧ガス排出路に流通させるように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御してもよい。また、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、水素ガスを前記高圧需要先（Ｄ１）に向けて前記吐出流路に送るように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御してもよい。
【0030】
上記態様では、制御部が２つの需要先切替手段（ＣＶ１）、（ＣＶ２）を制御して第１切替状態と第２切替状態とを切り替え可能な構成とし、低圧ガス排出路だけでなく、他の低圧ガス排出路に対しても水素ガスを排出可能としているので、他の低圧ガス排出路を備えない場合に比べて、中間流路における水素ガスの圧力を下げることができる。よって、上記態様では、中間流路よりも下流側に配された圧縮ステージの吸込圧力を下げることができ、起動時の動力をより小さくできる。
【0031】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記逆止弁が前記吐出流路に設けられてもよく、前記分岐点は、前記吐出流路における前記逆止弁よりも上流側の位置に設けられてもよい。本態様に係る圧縮機ユニットは、他の低圧ガス排出路と、第２需要先切替手段（ＣＶ２）と、調整手段と、をさらに備えてもよい。前記他の低圧ガス排出路は、前記中間流路における他の分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる他の低圧需要先（Ｄ３）に水素ガスを排出可能な流路であってもよい。前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）は、前記他の低圧ガス排出路または前記他の分岐点に設けられてもよい。前記調整手段は、前記複数の圧縮ステージの内の前記第１圧縮ステージを除く後続圧縮ステージによる水素ガスの処理量を調整してもよい。
【0032】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の変動分に応じて前記他の低圧ガス排出路に水素ガスが排出されるように前記第２需要先切替手段（ＣＶ２）を制御しつつ、前記後続圧縮ステージの処理量が調整されるように前記調整手段を制御してもよい。
【0033】
上記態様では、高圧需要先での水素ガスの必要量（要求量）が削減された場合に他の低圧需要先へ水素ガスを排出することで、液体水素貯槽から発生するボイルオフガスの量と圧縮機ユニットが送出する水素ガスの量とをバランスさせることで、液体水素貯槽の圧力を一定に保つことができる。
【0034】
さらに、上記態様では、調整手段を備えるので、後続段圧縮ステージの吸込圧力を略一定に保つことができることができる。このため、上記態様では、後続圧縮ステージの各段の圧力バランスを常に一定とすることができ、圧縮機の高い信頼性を得ることができる。即ち、後続圧縮ステージにおける圧力バランスを一定に保てない場合には、その変化を吸収できるだけの余裕があるマージンの大きな圧縮機を用意する必要があるが、上記態様では、マージンの大きな圧縮機を用意する必要がない。
【0035】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記調整手段が第２スピルバック部（ＳＢ２）を備えてもよい。前記スピルバック部（ＳＢ１）が、前記吐出流路に吐出された後の水素ガスを前記吸込流路に戻す場合において、前記第２スピルバック部（ＳＢ２）は、前記スピルバック流路が分岐する前記吐出流路上の分岐部よりも上流側から前記後続圧縮ステージの吸込側に水素ガスを戻す第２スピルバック流路、および、前記第２スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含んでよい。
【0036】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量が前記後続圧縮ステージの吸込側に戻されるように前記第２スピルバック弁を制御してもよい。
【0037】
上記態様では、第２スピルバック部を備えるので、高圧需要先（Ｄ１）の要求量が減少した場合にも、第２スピルバック部により圧縮後の水素ガスを後続圧縮ステージの吸込側へ戻すことで、後続圧縮ステージの吸込圧力を略一定に保つことができる。よって、上記態様では、後続圧縮ステージの各段の圧力バランスを常に一定となり、圧縮機の高い信頼性を得ることができる。
【0038】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記調整手段が第２スピルバック部（ＳＢ２）を備えてもよい。前記スピルバック部（ＳＢ１）が、前記中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻す場合において、前記スピルバック流路が分岐する前記中間流路上の分岐部よりも下流側に位置する圧縮ステージから吐出された水素ガスを前記圧縮ステージよりも上流側に戻す第２スピルバック流路、および、前記第２スピルバック流路においてスピルバック量を調整する第２スピルバック弁を含んでよい。
【0039】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記スピルバック部（ＳＢ１）の戻し量に相当する流量が前記圧縮ステージよりも上流側に戻されるように前記第２スピルバック弁を制御してもよい。
【0040】
上記態様では、第２スピルバック部を備えるので、スピルバック部により吸込流路へと戻されることで前記圧縮ステージの処理量が減少した場合にも、第２スピルバック部により圧縮後の水素ガスを前記圧縮ステージよりも上流側へ戻すことで、前記圧縮ステージの吸込圧力を略一定に保つことができる。よって、上記態様では、圧縮機の高い信頼性を得ることができる。
【0041】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記調整手段がオンオフ式の吸込弁アンローダを備えてよい。前記オンオフ式の吸込弁アンローダは、前記後続圧縮ステージのシリンダ部に装着されてよい。
【0042】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量が前記後続圧縮ステージの吸込側に戻されるように前記吸込弁アンローダを制御してもよい。
【0043】
上記態様では、第２スピルバック部を備えるので、高圧需要先（Ｄ１）の要求量が減少した場合にも、第２スピルバック部により圧縮後の水素ガスを後続圧縮ステージの吸込側へ戻すことで、後続圧縮ステージの吸込圧力を略一定に保つことができる。よって、上記態様では、後続圧縮ステージの各段の圧力バランスを常に一定となり、圧縮機の高い信頼性を得ることができる。
【0044】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記調整手段が無段階式の容量調整装置を備えてよい。前記無段階式の容量調整装置は、吸込弁アンローダと駆動装置とを備えてよい。前記吸込弁アンローダは、前記後続圧縮ステージのシリンダ部に装着されてよい。前記駆動装置は、前記吸込弁アンローダを開閉させる油圧式又は電気式の駆動装置であってよい。
【0045】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第２切替状態である場合に、前記他の低圧需要先（Ｄ３）の前記要求量または前記高圧需要先（Ｄ１）の要求量の前記変動分に相当する流量に応じて前記シリンダ部内部から吸込側へと吸入された水素ガスが戻されるように、クランク軸の回転運動に連動させ前記吸込弁アンローダが動作するタイミングを制御することにより、前記後続圧縮ステージの処理量を調整してもよい。
【0046】
上記態様では、他の低圧ガス排出路を備えるとともに、調整手段が吸込弁アンローダを備える構成を採用しているので、需要先切替手段（ＣＶ１）が第２切替状態である場合に、制御部が容量調整装置を制御することによってシリンダ内部の水素ガスの一部を吸込側に戻すことができる。よって、上記態様では、後続圧縮ステージでの水素ガスの処理量を低減することができ、さらに動力が削減できる。
【0047】
本発明の別態様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高圧需要先（Ｄ１）に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットである。本態様に係る圧縮機ユニットは、複数の圧縮ステージと、クランク機構と、スピルバック部（ＳＢ１）と、低圧ガス排出路と、需要先切替手段（ＣＶ１）と、逆止弁と、第１温度センサと、第２温度センサと、圧力センサと、制御部と、を備える。
【0048】
前記複数の圧縮ステージは、吸込流路から吸入した水素ガスを圧縮する。前記クランク機構は、前記複数の圧縮ステージを駆動する。前記スピルバック部（ＳＢ１）は、前記複
数の圧縮ステージの吐出側の吐出流路に吐出された後の水素ガス又は前記複数の圧縮ステージの間の中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻すスピルバック流路、および、前記スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含む。前記低圧ガス排出路は、前記中間流路に設けられた分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる低圧需要先（Ｄ２）に水素ガスを排出可能な流路である。前記需要先切替手段（ＣＶ１）は、前記低圧ガス排出路または前記分岐点に設けられる。前記逆止弁は、前記中間流路における前記分岐点よりも下流側に設けられる。前記第１温度センサは、前記中間流路において、前記分岐点よりも上流側に配置される。前記第２温度センサは、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第１圧縮ステージとの間に配置される。前記圧力センサは、前記低圧ガス排出路に設けられる。前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）およびスピルバック弁を制御する。
数の圧縮ステージの吐出側の吐出流路に吐出された後の水素ガス又は前記複数の圧縮ステージの間の中間流路を流通する水素ガスを前記吸込流路に戻すスピルバック流路、および、前記スピルバック流路においてスピルバック量を調整するスピルバック弁を含む。前記低圧ガス排出路は、前記中間流路に設けられた分岐点から分岐して、前記高圧需要先（Ｄ１）で要求される水素ガスの圧力よりも低い水素ガスを処理できる低圧需要先（Ｄ２）に水素ガスを排出可能な流路である。前記需要先切替手段（ＣＶ１）は、前記低圧ガス排出路または前記分岐点に設けられる。前記逆止弁は、前記中間流路における前記分岐点よりも下流側に設けられる。前記第１温度センサは、前記中間流路において、前記分岐点よりも上流側に配置される。前記第２温度センサは、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第１圧縮ステージとの間に配置される。前記圧力センサは、前記低圧ガス排出路に設けられる。前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）およびスピルバック弁を制御する。
【0049】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、起動時であって前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が０℃より大きい所定の第１温度閾値Ｔ１以上の場合に、前記複数の圧縮ステージの内の最前段に位置する第１圧縮ステージから吐出された水素ガスを前記低圧ガス排出路に流通させる第１切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御する。また、前記制御部は、前記第１温度センサによって取得された温度ＴＳ１が前記第１温度閾値Ｔ１未満になった場合に、水素ガスを前記低圧ガス排出路と前記中間流路における前記分岐点よりも下流側との両方に流通させる第３切替状態となるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御する。また、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第３切替状態である場合に、前記圧力センサによって取得された圧力ＰＳ２が予め設定された範囲内になるように前記需要先切替手段（ＣＶ１）を制御するとともに、前記第２温度センサによって取得された吸込温度ＴＳ２を参照し、前記吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内になるように、前記スピルバック弁を制御する。
【0050】
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く、かつ、０℃未満の範囲で設定される。
【0051】
上記態様では、起動時において、液体水素貯槽側の配管内の水素ガスがプラスの温度領域まで上昇している場合（常温）であっても、中間流路における分岐点よりも下流側と分岐点から低圧需要先（Ｄ２）との両方に水素ガスが送出される第１切替状態となるように制御部が需要先切替手段（ＣＶ１）を制御するように構成されている。よって、上記態様では、吐出流路から高圧需要先（Ｄ１）にのみ水素ガスを送出する場合に比べて圧縮ステージでの圧縮比を低く抑え、圧縮ステージで水素ガスを圧縮し昇温することによる水素ガスの過度の温度上昇を防止できる。すなわち、圧縮ステージを保護することができる。また、ユニットの起動時に上記配管内の水素ガスが常温であっても、上述のように高圧需要先（Ｄ１）と低圧需要先（Ｄ２）の両方に向けても水素ガスを送出することによって、圧縮機ユニットの立ち上げも速やかに行うことができる。
【0052】
一方、上記態様では、需要先切替手段（ＣＶ１）が第３切替状態である場合に、取得された水素ガスの圧力ＰＳ２が予め設定された範囲内になるように需要先切替手段（ＣＶ１）を制御部が制御し、且つ、吸込温度ＴＳ２が上記予め定められた温度範囲内になるようにスピルバック弁を制御部が制御する構成としているので、水素ガスが低温である環境下において圧縮機ユニットを保護することができる。
【0053】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、調整手段と、第２圧力センサと、をさらに備えてもよい。前記調整手段は、前記複数の圧縮ステージの内の前記第１圧縮ステージを除く後続圧縮ステージによる水素ガスの処理量を調整してよい。前記第２圧力センサは、前記中間流路における前記第１圧縮ステージと前記後続圧縮ステージとの間に設けられてよい。
【0054】
本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記需要先切替手段（ＣＶ１）が前記第３切替状態である場合に、前記第２圧力センサによって取得された前記中間流路における圧力ＰＳ１の変化量に応じて、前記後続圧縮ステージの処理量が調整されるように前記調整手段を制御してもよい。
【0055】
上記態様では、需要先切替手段（ＣＶ１）が第３切替状態である場合に、制御部が調整手段を制御して後続圧縮ステージでの水素ガスの処理量を削減することができるように構成されているので、後続圧縮ステージの動力を軽減することができる。
【発明の効果】
【0056】
上記の各態様に係る圧縮機ユニットでは、液化水素のボイルオフガスの幅広い温度変化からその構成機器を適切に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】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。
【図2】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図3】第１実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図4】第１実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図5】第２実施形態に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図6】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図7】第２実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図8】第３実施形態に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図9】第３実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図10】第４実施形態に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図11】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図12】第４実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図13】第５実施形態に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図14】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図15】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図16】第５実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図17】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図18】第５実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図19】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図20】第５実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図21】第６実施形態に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図22】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図23】第７実施形態に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図24】前記圧縮機ユニットの運転において、制御部が実行する運転制御を示すフローチャートである。
【図25】第７実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図26】第１実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【図27】第１実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの一部構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0058】
以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明を例示的に示すものであって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【0059】
（第１実施形態）
本実施形態に係る圧縮機ユニットは、レシプロ式の圧縮機ユニットであって、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、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の温度は、約－２５３℃である。
本実施形態に係る圧縮機ユニットは、レシプロ式の圧縮機ユニットであって、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、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の温度は、約－２５３℃である。
【0060】
図１に示すように、圧縮機ユニット１０は、吸込流路２１の水素ガスを圧縮する複数の圧縮ステージ（第１圧縮ステージ１２、後続圧縮ステージ１４）と、第１圧縮ステージ１２および後続圧縮ステージ１４を駆動するクランク機構１６と、を備えている。
【0061】
第１圧縮ステージ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を通して第１圧縮ステージ１２に吸入される。
【0062】
第１圧縮ステージ１２は、レシプロ式の圧縮機構によって構成されている。第１圧縮ステージ１２は、シリンダ部内を往復動するピストンを有し、ピストンに連結されたピストンロッドを介してクランク機構１６に接続される。なお、第１圧縮ステージ１２は、潤滑油を用いない無給油式の圧縮機構によって構成されてもよい。また、第１圧縮ステージ１２は、ダブルアクティング構造を有する圧縮ステージであってもよいし、シングルアクティング構造を有する圧縮ステージであってもよい。
【0063】
さらに、図１では便宜上第１圧縮ステージ１２を１つの台形で示しているが、第１圧縮ステージ１２は複数のシリンダ部内においてそれぞれピストンの往復動により水素ガスが圧縮されて昇圧される構成をされてもよい。他の実施形態においても同様である。
【0064】
後続圧縮ステージ１４は、中間流路２２を介して第１圧縮ステージ１２に接続されており、第１圧縮ステージ１２で圧縮された水素ガスをさらに圧縮するための圧縮機構である。そして、後続圧縮ステージ１４で圧縮された水素ガスは吐出流路２４に吐出される。吐出流路２４に流れる水素ガスは、需要先切替手段ＣＶ１の切り替えによって高圧需要先Ｄ１または低圧需要先Ｄ２に送られる。圧縮機ユニットから吐出された水素ガスは必ずしも直接的に高圧需要先Ｄ１に供給される必要はなく、例えばボンベ等に充填された後に、当該ボンベの運搬や当該ボンベに接続されたガス配管などの種々の手段で高圧需要先Ｄ１に供給されてもよい。
【0065】
高圧需要先Ｄ１としては、エンジン、発電設備またはボイラの少なくとも１つを含むが、それらに加えて、例えば、フレア設備、ベントなどガスを大気へ放出する設備が含まれ
ていてもよい。
ていてもよい。
【0066】
低圧需要先Ｄ２は、高圧需要先Ｄ１で要求される水素ガスの圧力よりも低い圧力の水素ガスを処理できる設備である。低圧需要先Ｄ２としては、例えば、エンジン、発電設備、ボイラなどのガスをエネルギ源として活用する設備以外にフレア設備、ベントなど略大気圧でガスを活用する設備が含まれていてもよい。
【0067】
後続圧縮ステージ１４も、第１圧縮ステージ１２と同様、レシプロ式の圧縮機構によって構成されている。また、後続圧縮ステージ１４も、シリンダ部内を往復動するピストンを有し、ピストンに連結されたピストンロッドを介してクランク機構１６に接続される。
【0068】
なお、後続圧縮ステージ１４については、当該圧縮ステージ１４内で発生するリークガスを吸込流路２１へと戻すリークガス排出部が接続されてもよい。また、図１では便宜上後続圧縮ステージ１４を１つの台形で示しているが、後続圧縮ステージ１４は必ずしも１段式である必要はなく、複数の圧縮機構を有してもよい。すなわち、後続圧縮ステージ１４は、直列に接続された複数のシリンダ部内においてそれぞれピストンの往復動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。他の実施形態においても同様である。後続圧縮ステージ１４において、常温の水素ガスを吐出する圧縮段については、無給油式でも潤滑式でもよい。
【0069】
図１に示すように、圧縮機ユニット１０は、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４へと吐出された水素ガスの一部を吸込流路２１に戻すスピルバック部ＳＢ１を備えている。スピルバック部ＳＢ１は、スピルバック流路１８ａと、スピルバック流路１８ａ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１８ｂと、を有する。スピルバック流路１８ａの一端部は、吐出流路２４に接続され、他端部は、吸込流路２１に接続されている。つまり、スピルバック流路１８ａを流れた水素ガスは、吸込流路２１において、液体水素貯槽２３からの水素ガスと合流する。スピルバック弁１８ｂは、スピルバック流路１８ａにおいてスピルバック量を調整する。
【0070】
また、圧縮機ユニット１０は、吐出流路２４に位置する分岐点ＰＢで分岐されて低圧需要先Ｄ２に接続される低圧ガス排出路５３と、後続圧縮ステージ１４から吐出された水素ガスの供給先を高圧需要先Ｄ１と低圧需要先Ｄ２とで切り替える需要先切替手段ＣＶ１と、を備える。分岐点ＰＢは、吐出流路２４におけるスピルバック流路１８ａが接続された箇所よりも上流側の部位に配置されている。吐出流路２４における分岐点ＰＢよりも下流側に、逆止弁５４が設けられている。逆止弁５４はスピルバック流路18aの接続部よりも下流側でもよい。逆止弁５４は、水素ガスが分岐点ＰＢから高圧需要先Ｄ１に流れることを許容する一方で、その逆向きに流れることを阻止するための弁である。したがって、水素ガスが高圧需要先Ｄ１から分岐点ＰＢに逆流して低圧ガス排出路５３に流入することを防止することができる。
【0071】
需要先切替手段ＣＶ１は、開閉および開度調節が可能な調節弁５６ａによって構成されるとともに、本実施形態では一例として低圧ガス排出路５３に設けられている。ただし、需要先切替手段ＣＶ１は分岐点ＰＢに設けられてもよいし、吐出流路２４における分岐点ＰＢよりも下流側の部位に設けられてもよい。なお、本実施形態では、調節弁５６ａによって構成された需要先切替手段ＣＶ１を採用することとしているが、これに限定されるものではない。例えば、全開／全閉の二位置をとることができる開閉弁によって構成された需要先切替手段ＣＶ１を採用することなども可能である。
【0072】
需要先切替手段ＣＶ１は、後続圧縮ステージ１４から吐出された水素ガスが高圧需要先Ｄ１へと送出させる状態（第２切替状態）と、低圧需要先Ｄ２に送出させる状態（第１切
替状態）と、の間で水素ガスの流路を切り替え可能に構成されている。
替状態）と、の間で水素ガスの流路を切り替え可能に構成されている。
【0073】
圧縮機ユニット１０は、上流温度センサ（第２温度センサ）４５と、中間温度センサ（第１温度センサ）４６と、を備える。上流温度センサ４５は、吸込流路２１において、スピルバック流路１８ａの接続部と第１圧縮ステージ１２との間に配置されている。したがって、上流温度センサ４５は、スピルバック流路１８ａを水素ガスが流れるときには、液体水素貯槽２３からの水素ガスにスピルバック流路１８ａからの水素ガスが合流した後の水素ガスであって第１圧縮ステージ１２に吸入される水素ガスの温度ＴＳ２を取得することができる。
【0074】
中間温度センサ４６は、第１圧縮ステージ１２と第２圧縮ステージ１４との間を繋ぐ中間流路２２に配置されている。したがって、中間温度センサ４６は、中間流路２２を流れる水素ガスの温度ＴＳ１を取得することができる。
【0075】
上流温度センサ４５および中間温度センサ４６のそれぞれは、取得した各温度情報を制御部５０へと送出する。制御部５０は、ＭＰＵ／ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサを備え構成されており、メモリに予め格納されたファームウェア等を実行することにより圧縮機ユニット１０の各種動作を制御する。制御部５０の機能には、第１制御部５０ａと、第２制御部５０ｂと、が含まれている。第１制御部５０ａは、中間温度センサ４６によって取得された水素ガスの温度ＴＳ１を参照して需要先切替手段ＣＶ１を制御するように構成された機能部である。第２制御部５０ｂは、上流温度センサ４５によって取得された水素ガスの温度ＴＳ２を参照してスピルバック弁１８ｂを制御するように構成された機能部である。
【0076】
ここで、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０が実行する運転制御について、図２を参照しつつ説明する。
【0077】
制御部５０は、圧縮機ユニット１０が既に駆動中であるか、駆動中でない場合に駆動の指令の有無を判断する。
【0078】
圧縮機ユニット１０に対して起動指令があった場合には、制御部５０は、クランク機構１６を作動させ、これにより第１圧縮ステージ１２および後続圧縮ステージ１４を駆動させる（ステップＳＴ１）。第１圧縮ステージ１２および後続圧縮ステージ１４は、クランク機構１６の作動により、シリンダ部内においてピストンが往復動する。これにより、第１圧縮ステージ１２において、吸込流路２１の水素ガスが第１圧縮ステージ１２に吸い込まれ、また後続圧縮ステージ１４において、中間流路２２の水素ガスが後続圧縮ステージ１４に吸い込まれ、水素ガスの圧縮が行われる。
【0079】
圧縮機ユニット１０の起動時には、中間流路２２を流れる（第１圧縮ステージ１２から吐出された）水素ガスの温度ＴＳ１が中間温度センサ（第１温度センサ）４６によって取得される。このとき制御部５０は、温度ＴＳ１を参照しており、温度ＴＳ１が所定の第１温度閾値Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ２）。ここで、所定の第１温度閾値Ｔ１は、０℃よりも大きい温度である。
【0080】
制御部５０がステップＳＴ２でＹＥＳ（ＴＳ１≧閾値Ｔ１）と判断した場合には、第１制御部５０ａは、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが低圧ガス排出路５３に流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ３）。これにより、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスは低圧ガス排出路５３を通り低圧需要先Ｄ２へと送られる（第１切替状態）。すなわち、圧縮機ユニット１０では、起動時（ステップＳＴ２：ＹＥＳ）であって第1圧縮ステージ１２の下流の配管
内における水素ガスが常温もしくはそれ以上の高温（ステップＳＴ２：ＹＥＳ）である場合には、圧縮した水素ガスを高圧需要先Ｄ１へは送らず低圧需要先Ｄ２へ送る（ステップＳＴ３）。これにより、起動時の後続圧縮ステージ１４において、後続圧縮ステージ１４の吸込ガスの温度が高い場合は、高い圧力まで昇圧することによる過度な吐出温度上昇から圧縮機を保護することができる。
内における水素ガスが常温もしくはそれ以上の高温（ステップＳＴ２：ＹＥＳ）である場合には、圧縮した水素ガスを高圧需要先Ｄ１へは送らず低圧需要先Ｄ２へ送る（ステップＳＴ３）。これにより、起動時の後続圧縮ステージ１４において、後続圧縮ステージ１４の吸込ガスの温度が高い場合は、高い圧力まで昇圧することによる過度な吐出温度上昇から圧縮機を保護することができる。
【0081】
一方、制御部５０がステップＳＴ２でＮＯ（ＴＳ１＜閾値Ｔ１）と判断した場合には、第１制御部５０ａは、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが高圧需要先Ｄ１に流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ４）。すなわち、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスの供給先が低圧需要先Ｄ２から高圧需要先Ｄ１へと切り替えられる（第２切替状態）。なお、第１切替状態は圧縮機ユニット１０の起動時に対応するのに対して、第２切替状態は圧縮機ユニット１０の定常運転時に対応している。
【0082】
圧縮機ユニット１０の定常運転時には、第１圧縮ステージ１２に吸入される水素ガスの温度（吸込温度）ＴＳ２が上流温度センサ（第２温度センサ）４５によって取得される。制御部５０は、吸込温度ＴＳ２を参照しつつスピルバック制御を開始できるようになる（ステップＳＴ５）。すなわち、需要先切替手段ＣＶ１が第２切替状態である場合（ステップＳＴ４）において、吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内（ＴＴＨ１≦ＴＳ２≦ＴＴＨ２）となるように吸込流路２１の水素ガスを加温する。
【0083】
より詳細には、ＴＳ２＜ＴＴＨ１の場合に、第２制御部５０ｂがスピルバック弁１８ｂを制御して吐出流路２４のガスの一部を吸込流路２１に戻す、もしくは戻す量を増やすことにより、吸込温度ＴＳ２が上記温度範囲内とされる。なお、ＴＳ２＞ＴＴＨ２である場合には、吐出流路２４のガスの一部を吸込流路２１に戻す動作は行われない、もしくは戻す量が減らされる。
【0084】
ここで、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く、かつ、０℃未満の範囲で設定されている。すなわち、前記予め定められた温度範囲の下限値ＴＴＨ１および上限値ＴＴＨ２は、上記基準温度よりも高く、かつ、０℃未満の範囲内に設定される。
【0085】
上記のように第２制御部５０ｂがスピルバック弁１８ｂを開状態してスピルバック制御が実行される（ステップＳＴ５を実行する）場合には、液体水素貯槽２３からの水素ガスがそのまま第１圧縮ステージ１２に導入されるのではなく、後続圧縮ステージ１４で圧縮された水素ガスが合流して昇温した水素ガスが第１圧縮ステージ１２に導入されることになる。しかも、吸込温度ＴＳ２が空気の液化温度に基づく基準温度よりも高い範囲で設定される前記予め定められた温度範囲の下限値ＴＴＨ１以上となるように調整されるため、第１圧縮ステージ１２が極低温（前記予め定められた温度範囲よりも低い温度）の水素ガスに晒されることを防止できる。これにより、第１圧縮ステージ１２に吸入される水素ガスの密度が過度に高くなることも防止できる。
【0086】
以上のような構成を備える圧縮機ユニット１０は、ボイルオフガス（水素ガス）が低温である環境下において保護が図られ、かつ、ボイルオフガス（水素ガス）が常温である起動時においても保護が図られる。
【0087】
ここで、レシプロ式の圧縮機では、ボイルオフガスの供給先の圧力に応じた圧力で圧縮機からボイルオフガス（水素ガス）が吐出される。このような前提の下、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０では、起動時において液体水素貯槽２３側の配管内の水素ガスがプラスの温度領域まで上昇している場合（常温）であっても、後続圧縮ステージ１４から吐
出された水素ガスが低圧需要先Ｄ２に流れるように制御部５０が需要先切替手段ＣＶ１を第１切替状態に切り替えるように構成されている。よって、相対的に低い圧力で水素ガスを処理する低圧需要先Ｄ２に向けて水素ガスを排出することにより、圧縮ステージ１２，１４での圧縮比を低く抑え、圧縮ステージ１２，１４で水素ガスを圧縮し昇温することによる水素ガスの過度の温度上昇を防止できる。すなわち、圧縮ステージ１２，１４を保護することができる。
出された水素ガスが低圧需要先Ｄ２に流れるように制御部５０が需要先切替手段ＣＶ１を第１切替状態に切り替えるように構成されている。よって、相対的に低い圧力で水素ガスを処理する低圧需要先Ｄ２に向けて水素ガスを排出することにより、圧縮ステージ１２，１４での圧縮比を低く抑え、圧縮ステージ１２，１４で水素ガスを圧縮し昇温することによる水素ガスの過度の温度上昇を防止できる。すなわち、圧縮ステージ１２，１４を保護することができる。
【0088】
また、圧縮機ユニット１０の起動時において液体水素貯槽２３側の配管内の水素ガスが常温であっても、上述のように圧縮ステージ１２，１４から低圧需要先Ｄ２に向けて水素ガスを排出することによって、圧縮機ユニット１０の立ち上げも速やかに行うことができる。
【0089】
一方、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０では、需要先切替手段ＣＶ１が第２切替状態である場合に、スピルバック部ＳＢ１が吸込流路２１に戻した水素ガスにより、吸込温度ＴＳ２を上記予め定められた温度範囲内（ＴＴＨ１≦ＴＳ２≦ＴＴＨ２）に収めることができる。そして、圧縮機ユニット１０では、上記温度範囲の下限値ＴＴＨ１が空気の液化温度に基づく基準温度よりも高い範囲で設定されているので、第１圧縮ステージ１２の吸込部の外表面もしくは水素ガスが供給される装置の周辺において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。
【0090】
また、圧縮機ユニット１０では、吐出流路２４に逆止弁５４を設けているので、吐出流路２４における高圧需要先Ｄ１側から後続圧縮ステージ１４への水素ガスの逆流を防止でき、適切に圧縮機（第１圧縮ステージ１２および後続圧縮ステージ１４）を保護することができる。
【0091】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。
【0092】
なお、図１に示す圧縮機ユニットでは、後続圧縮ステージ１４が１段の圧縮機構を有しているが、複数段の圧縮機構を有してもよい。例えば、図３に示すように、後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとで後続圧縮ステージ１４が構成されてもよい。ただし、後続圧縮ステージ１４については、３段以上の圧縮機構を有してもよい。すなわち、圧縮機ユニット１０全体として４段以上の圧縮機構を備えてもよい。
【0093】
また、図１に示す圧縮機ユニット１０では、中間流路２２に中間温度センサ（第１温度センサ）４６を配置することとしたが、中間温度センサ４６を配置する位置については、これに限定されない。例えば、図４に示すように、吐出流路２４における分岐点ＰＢよりも上流側の部位に中間温度センサ４６を配置してもよい。この場合には、中間流路２２における水素ガスの温度を吐出流路２４に配置した中間温度センサ４６で推定することができ、推定した中間流路２２における水素ガスの温度を用いてステップＳＴ２の判断を実行することができる。
【0094】
（第２実施形態）
図５に示すように、第２実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、吸込流路２１を流れる水素ガス（第１圧縮ステージ１２に吸入される水素ガス）と、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された後の水素ガスとが互いに熱交換可能なプレヒータ７１を備える点で、上記第１実施形態と異なっている。図５では、上記第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複する部分の説明を省略する。
図５に示すように、第２実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、吸込流路２１を流れる水素ガス（第１圧縮ステージ１２に吸入される水素ガス）と、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された後の水素ガスとが互いに熱交換可能なプレヒータ７１を備える点で、上記第１実施形態と異なっている。図５では、上記第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複する部分の説明を省略する。
【0095】
図５に示すように、吐出流路２４は、スピルバック流路１８ａが接続される部位よりも上流側において、互いに分岐した流路である第１流路２４ａおよび第２流路２４ｂを有しており、プレヒータ７１はその一方の流路である第１流路２４ａと吸込流路２１との間に設けられている。これにより、プレヒータ７１では、第１流路２４ａを流れる水素ガスと吸込流路２１を流れる水素ガスとの間で熱交換が可能となっている。
【0096】
吐出流路２４における第１流路２４ａと第２流路２４ｂとの分岐点には、流量調整手段ＦＣＶ１が設けられている。流量調整手段ＦＣＶ１は、本実施形態では一例として三方弁７２ａにより構成されており、後続圧縮ステージ１４から吐出された水素ガスを第１流路２４ａと第２流路２４ｂとの一方に流すことも可能であるし、第１流路２４ａと第２流路２４ｂとの両方に流しつつ第１流路２４ａに流す水素ガスの量を調整することも可能である。ただし、流量調整手段ＦＣＶ１については、第１流路２４ａと第２流路２４ｂとの適切に分流できるのであれば、三方弁７２ａに限定されない。
【0097】
本実施形態にかかる圧縮機ユニット１０は、吐出流路２４におけるプレヒータ７１の下流に配置される下流温度センサ（第３温度センサ）４８も備える。下流温度センサ４８は、吐出流路２４におけるプレヒータ７１よりも下流側の部分を流れる水素ガスの温度ＴＳ３を取得することができる。下流温度センサ４８が取得した温度情報は、制御部５０へと送出される。
【0098】
圧縮機ユニット１０において、制御部５０の機能には、第１制御部５０ａおよび第２制御部５０ｂに加えて第３制御部５０ｃが含まれている。第３制御部５０ｃは、下流温度センサ４８によって取得された水素ガスの温度ＴＳ３を参照して流量調整手段ＦＣＶ１を制御するように構成された機能部である。
【0099】
ここで、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０が実行する運転制御について、図６を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、起動時における制御部５０の動作（ステップＳＴ１～ＳＴ３）は上記第１実施形態と同じであり、その説明を省略する。
【0100】
制御部５０は、定常運転状態となった場合（ＴＳ１＜閾値Ｔ１、ステップＳＴ２でＮＯ）には、高圧需要先Ｄ１に向けて水素ガスが流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ４）。
【0101】
制御部５０は、上流温度センサ４５によって取得された吸込温度ＴＳ２を参照しつつ、プレヒータ制御が開始されるようにする（ステップＳＴ６）。すなわち、ＴＳ２＜ＴＴＨ１の場合には、第３制御部５０ｃは、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが第１流路２４ａに流入し、プレヒータ７１を経由するように流量調整手段ＦＣＶ１を制御する（ステップＳＴ６）。そして、制御部５０は、水素ガスがプレヒータ７１を経由する状態において、下流温度センサ４８によって取得された温度ＴＳ３が温度ＴＴＨ３よりも大きいか否かを判断する（ステップＳＴ７）。制御部５０がステップＳＴ７でＹＥＳ（ＴＳ３＞ＴＴＨ３）と判断した場合には、第３制御部５０ｃは、プレヒータ７１に水素ガスが流入する状態を継続させる。プレヒータ７１での熱交換が継続的に実行される。なお、ＴＳ２＞ＴＴＨ２である場合には、プレヒータ制御は行われない。
【0102】
一方、制御部５０がステップＳＴ７でＮＯ（ＴＳ３≦ＴＴＨ３）と判断した場合には、プレヒータ７１への水素ガスの流入量が固定されるように流量調整手段ＦＣＶ１を制御した上で（ステップＳＴ８）、スピルバック制御が開始されるようにする（ステップＳＴ５）。すなわち、第２制御部５０ｂは、スピルバック弁１８ｂを制御して吐出流路２４のガスの一部が吸込流路２１に戻されるようにする。このように、ステップＳＴ７でＮＯと判断した場合には、プレヒータ７１による水素ガスの加温に加えてスピルバック部ＳＢ１を用いた水素ガスの加温が実行される。これによって、吸込温度ＴＳ２が前記予め定められた温度範囲の下限値ＴＴＨ１以上となるように調整される。
【0103】
以上のような構成を備える圧縮機ユニット１０では、プレヒータ７１による吸込流路２１における水素ガスの加温をスピルバック部１８による加温に対して優先させ、加温が足らない場合はスピルバック部ＳＢ１による加温で補う制御とする。これにより、スピルバック部ＳＢ１による加温だけを行う場合に比べて水素ガスを吸込み側へ戻す動力のロスをミニマム化することができる。よって、圧縮機ユニット１０では、処理効率の低下を抑制しつつ吸込温度ＴＳ２を一定範囲に管理することができる。
【0104】
また、圧縮機ユニット１０では、下流温度センサ４８によって吐出流路２４におけるプレヒータ７１よりも下流側の水素ガスの温度ＴＳ３を取得し、下流温度センサ４８によって取得された水素ガスの温度ＴＳ３を基に第３制御部５０ｃが流量調整手段ＦＣＶ１を制御することとしているので、高圧需要先Ｄ１へ供給する水素ガスの過度の温度低下を抑止できる。
【0105】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。
【0106】
なお、図５に示す圧縮機ユニット１０では、吐出流路２４を第１流路２４ａと第２流路２４ｂとに分岐して第１流路２４ａにプレヒータ７１を設ける構成を一例としたが、プレヒータ７１の配設形態はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、吸込流路２１を第１流路２１ａと第２流路２１ｂとに分岐させ、分岐した流路の一方（第１流路２１ａ）と吐出流路２４との間にプレヒータ７１が設けられてもよい。この場合には、吸込流路２１における第１流路２１ａと第２流路２１ｂとの分岐点にプレヒータ７１に流入する水素ガスの量を調整可能な流量調整手段ＦＣＶ１が設けられてもよい。
【0107】
また、図５および図７に示す圧縮機ユニット１０では、後続圧縮ステージ１４が１段の圧縮機構を有しているが、複数段の圧縮機構を有してもよい。すなわち、圧縮機ユニット１０全体として３段以上の圧縮機構を備えてもよい。
【0108】
（第３実施形態）
図８に示すように、第３実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、中間流路２２と吸込流路２１との間で水素ガス同士の熱交換が可能なようにプレヒータ７１が設けられている点で、上記第２実施形態と異なっている。図８では、上記第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複する部分の説明を省略する。
図８に示すように、第３実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、中間流路２２と吸込流路２１との間で水素ガス同士の熱交換が可能なようにプレヒータ７１が設けられている点で、上記第２実施形態と異なっている。図８では、上記第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複する部分の説明を省略する。
【0109】
圧縮機ユニット１０において、中間流路２２は、中間温度センサ４６が配置された位置よりも下流側の部位が第１流路２２ａと第２流路２２ｂとに分岐するように構成されている。本実施形態に係る圧縮機ユニット１０では、中間流路２２における第１流路２２ａと吸込流路２１との間にプレヒータ７１が設けられている。
【0110】
流量調整手段ＦＣＶ１は、中間流路２２における第１流路２２ａと第２流路２２ｂとの分岐点等に設けられている。また、圧縮機ユニット１０では、下流温度センサ４８がプレヒータ７１と後続圧縮ステージ１４との間に配置されている。下流温度センサ４８は後続圧縮ステージ１４に吸入される水素ガスの温度ＴＳ３を取得する。
【0111】
本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０は上記第２実施形態と同様の制御を実行する。即ち、図６を用いて説明したのと同様の制御を実行する。
【0112】
以上のような構成を備える圧縮機ユニット１０では、第１圧縮ステージ１２に吸入される前の水素ガスと中間流路２２を流通する水素ガスとの間で熱交換可能なプレヒータ７１を備える。そして、圧縮機ユニット１０でも、上記第２実施形態と同様に、プレヒータ７１による吸込流路２１における水素ガスの加温をスピルバック部ＳＢ１による加温に対して優先させ、加温が足らない場合はスピルバック部ＳＢ１による加温で補う制御とする。これにより、スピルバック部ＳＢ１による加温だけを行う場合に比べて圧縮した水素ガスを吸込み側へ戻す動力のロスをミニマム化することができる。さらに、後続圧縮ステージ１４（詳細には、第１圧縮ステージ１２よりも後段に位置する2段目の圧縮機構）の入口
のガス温度が低下することによりガスの体積が小さくなり後続圧縮ステージ１４での圧縮動力も小さくなる、よって、圧縮機ユニット１０では、処理効率の低下を抑制しつつ吸込温度ＴＳ２を一定範囲に管理することができる。
のガス温度が低下することによりガスの体積が小さくなり後続圧縮ステージ１４での圧縮動力も小さくなる、よって、圧縮機ユニット１０では、処理効率の低下を抑制しつつ吸込温度ＴＳ２を一定範囲に管理することができる。
【0113】
また、圧縮機ユニット１０では、下流温度センサ４８によって中間流路２２におけるプレヒータ７１よりも下流側の水素ガスの温度ＴＳ３を取得し、下流温度センサ４８によって取得された水素ガスの温度ＴＳ３を基に第３制御部５０ｃが流量調整手段ＦＣＶ１を制御することとしているので、高圧需要先Ｄ１へ供給する水素ガスの過度の温度低下を抑止できる。
【0114】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。
【0115】
なお、図８に示す圧縮機ユニット１０では、後続圧縮ステージ１４が１段の圧縮機構を有しているが、複数段の圧縮機構を有してもよい。例えば、図９に示すように、後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとで後続圧縮ステージ１４が構成されてもよい。この場合には、中間流路２２における後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとの間の部位が第１流路２２ａと第２流路２２ｂとに分岐されてもよい。そして、流量調整手段ＦＣＶ１は、第１流路２２ａと第２流路２２ｂとの分岐点等に設けてよい。この構成を採用する場合には、後続第１圧縮ステージ１４ａから吐出された水素ガスと吸込流路２１を流れる水素ガスとの間で熱交換が可能となる。
【0116】
ただし、後続圧縮ステージ１４については、３段以上の圧縮機構を有してもよい。すなわち、圧縮機ユニット１０全体として４段以上の圧縮機構を備えてもよい。このように４段以上の圧縮機構を備える構成の場合においては、中間流路２２における最終段の圧縮機構の吸込側の部位にプレヒータ７１を設けてもよい。
【0117】
（第４実施形態）
図１０に示す第４実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、他の低圧ガス排出路である第２低圧ガス排出路８３をさらに備える。第２低圧ガス排出路８３は、中間流路２２に位置する他の分岐点である第２分岐点ＰＢ２で分岐されて第２低圧需要先（他の低圧需要先）Ｄ３に接続される。
図１０に示す第４実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、他の低圧ガス排出路である第２低圧ガス排出路８３をさらに備える。第２低圧ガス排出路８３は、中間流路２２に位置する他の分岐点である第２分岐点ＰＢ２で分岐されて第２低圧需要先（他の低圧需要先）Ｄ３に接続される。
【0118】
第４実施形態に係る圧縮機ユニット１０では、起動時において、水素ガスが低圧需要先Ｄ２および第２低圧需要先Ｄ３に送られる点で、第１実施形態と異なっている。図１０では、上記第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複する部分の説明を省略する。
【0119】
第２低圧需要先Ｄ３は、高圧需要先Ｄ１で要求される水素ガスの圧力よりも低い圧力の水素ガスを処理できる設備である。第２低圧需要先Ｄ３としては、例えば、エンジン、発電設備、ボイラなどのガスをエネルギ源として活用する設備以外に、フレア設備、ベントなどの略大気圧でガスを活用する設備が含まれていてもよい。
【0120】
圧縮機ユニット１０は、第１圧縮ステージ１２から吐出された水素ガスの流路を後続圧縮ステージ１４への流路と第２低圧ガス流路８３とで切り替える、他の需要先切替手段である第２需要先切替手段ＣＶ２をさらに備えている。第２需要先切替手段ＣＶ２は、本実施形態では一例として調節弁８６ａにより構成されており、第２低圧ガス排出路８３に設けられている。なお、本実施形態では、開度調整が可能な調節弁８６ａによって構成された第２需要先切替手段ＣＶ２を採用することとするが、これに限定されない。例えば、全開／全閉の二位置をとることができる開閉弁によって構成された第２需要先切替手段ＣＶ２を採用することも可能である。
【0121】
圧縮機ユニット１０において、制御部５０の機能には、第１制御部５０ａおよび第２制御部５０ｂに加えて第４制御部５０ｄが含まれている。第４制御部５０ｄは、中間温度センサ４６によって取得された水素ガスの温度ＴＳ１を参照して第２需要先切替手段ＣＶ２を制御するように構成された機能部である。
【0122】
ここで、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０が実行する運転制御について、図１１を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、上記第１実施形態と重複する説明を一部省略する。
【0123】
制御部５０がステップＳＴ２でＹＥＳと判断した場合（ＴＳ１≧閾値Ｔ１）、すなわち起動時には、第１制御部５０ａは、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが低圧需要先Ｄ２に流れるように需要先切替手段ＣＶ１を第1切替状態に制御する。さらに、第４制御部５０ｄは、第１圧縮ステージ１２から中間流路２２に吐出された水素ガスの一部が第２低圧需要先Ｄ３に流れるように第２需要先切替手段ＣＶ２を制御する（ステップＳＴ９）。このように、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが低圧ガス排出路５３を通り低圧需要先Ｄ２へ流れる第１切替状態である場合に、第１圧縮ステージ１２から中間流路２２に吐出された水素ガスの一部が第２低圧ガス排出路８３を通り第２低圧需要先Ｄ３へ流れる。
【0124】
一方、制御部５０がステップＳＴ２でＮＯと判断した場合（ＴＳ１＜閾値Ｔ１）には、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが高圧需要先Ｄ１に流れるように需要先切替手段ＣＶ１および第２需要先切替手段ＣＶ２を制御する（ステップＳＴ１０）。すなわち、定常運転状態となった場合には、第１圧縮ステージ１２および後続圧縮ステージ１４で圧縮された水素ガスが高圧需要先Ｄ１に送られる（第２切替状態）。定常運転状態において、第２制御部５０ｂが実行するステップＳＴ５（スピルバック制御を開始させるステップ）については上記第１実施形態と同様である。
【0125】
以上のような構成を備える圧縮機ユニット１０では、制御部５０が需要先切替手段ＣＶ１を制御して第１切替状態と第２切替状態とを切り替え可能な構成とし、第１切替状態において低圧ガス排出路５３だけでなく、第２低圧ガス排出路（他の低圧ガス排出路）８３に対しても水素ガスを排出可能としている。本実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、第２低圧ガス排出路８３を備えない場合に比べて中間流路２２における水素ガスの圧力を下げることができる。よって、圧縮機ユニット１０では、中間流路２２の下流側に配された後続圧縮ステージ１４の吸込圧力を下げることができ、起動時の動力をより小さくできる。
【0126】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。
【0127】
なお、図１０に示す圧縮機ユニット１０では、後続圧縮ステージ１４が１段の圧縮機構を有しているが、複数段の圧縮機構を有してもよい。例えば、図１２に示すように、後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとで後続圧縮ステージ１４が構成されてもよい。ここで、図１２に示す圧縮機ユニット１０では、第１圧縮ステージ１２と後続第２圧縮ステージ１４ｂとの間のガス流路が中間流路２２ということになる。この構成を採用する場合に、低圧ガス排出路５３が分岐される分岐点ＰＢを吐出流路２４ではなく中間流路２２における後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとの間の位置に配置してもよい。
【0128】
ただし、後続圧縮ステージ１４については、３段以上の圧縮機構を有してもよい。すなわち、圧縮機ユニット１０全体として４段以上の圧縮機構を備えてもよい。この場合にも、第１圧縮ステージ１２と後続圧縮ステージ１４を構成する圧縮機構の内の最後段の圧縮機構との間のガス流路が中間流路２２ということになる。このように４段以上の圧縮機構を備える構成の場合においては、中間流路２２における最終段の圧縮機構の吸込側となる位置に分岐点ＰＢを配置してもよい。
【0129】
（第５実施形態）
図１３に示す第５実施形態に係る圧縮機ユニット１０の構成は、後続圧縮ステージ１４の構造が異なる点で図１０に示す第４実施形態に係る圧縮機ユニット１０と相違している。また、圧縮機ユニット１０の水素ガスの処理に関して、起動時には水素ガスが低圧需要先Ｄ２にのみ送られ、定常運転時には水素ガスが第２低圧需要先Ｄ３および高圧需要先Ｄ１に送られる点において、上記第４実施形態に係る圧縮機ユニット１０の処理と相違している。その他の点は上記第４実施形態と同様であり、上記第４実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複部分の説明を省略する。
図１３に示す第５実施形態に係る圧縮機ユニット１０の構成は、後続圧縮ステージ１４の構造が異なる点で図１０に示す第４実施形態に係る圧縮機ユニット１０と相違している。また、圧縮機ユニット１０の水素ガスの処理に関して、起動時には水素ガスが低圧需要先Ｄ２にのみ送られ、定常運転時には水素ガスが第２低圧需要先Ｄ３および高圧需要先Ｄ１に送られる点において、上記第４実施形態に係る圧縮機ユニット１０の処理と相違している。その他の点は上記第４実施形態と同様であり、上記第４実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複部分の説明を省略する。
【0130】
圧縮機ユニット１０は、後続圧縮ステージ１４による水素ガスの処理量を調整する調整手段４１が設けられている。調整手段４１は、クランク機構１６の回転数を調整する以外の方法によってガス処理量を調整するものであり、本実施形態では、一例として、後続圧縮ステージ１４のシリンダ部に高圧需要先Ｄ１に向けて送られるガス流量を調整するオンオフ式の吸込弁アンローダ６１が装着されることによって構成されている。
【0131】
また、圧縮機ユニット１０は、中間圧力センサ（第２圧力センサ）４７と、排出路圧力センサ（圧力センサ）４９と、吐出路圧力センサ（第４圧力センサ）８７と、を備える。中間圧力センサ４７は、中間流路２２における後続圧縮ステージ１４の吸込側に配置されており、当該部分を流れる水素ガスの圧力ＰＳ１を取得する。吐出路圧力センサ８７は、吐出流路２４に配置されており、吐出流路２４を流れる水素ガスの圧力ＰＳ４を取得する。排出路圧力センサ４９は、第２低圧ガス排出路８３に配置されており、第２低圧ガス排出路８３を流れる水素ガスの圧力ＰＳ２を取得する。各圧力センサ４７，８７，４９は、制御部５０に取得した圧力情報を送出する。
【0132】
制御部５０の機能には、第１制御部５０ａ、第２制御部５０ｂ、および第４制御部５０ｄに加えて、第５制御部５０ｅが含まれる。また、制御部５０に対しては、高圧需要先Ｄ１の圧力ＰＳ４および第２低圧需要先Ｄ３の圧力ＰＳ２および後続圧縮ステージ１４の入口の圧力ＰＳ１が入力されるようになっており、さらに中間圧力の範囲の設定値（圧力閾値ａ１および圧力閾値ａ２）が入力されている。そして、第５制御部５０ｅは、第２低圧需要先Ｄ３のガス要求量または高圧需要先Ｄ１のガス要求量の変動分に応じて変化する後続圧縮ステージ１４の入口の圧力ＰＳ１をあらかじめ設定された値の範囲となるように、調整手段４１である吸込弁アンローダ６１を制御するように構成された機能部である。
【0133】
後続圧縮ステージ１４のシリンダ部には、ピストンが押行程時に圧縮する押圧縮室と、引行程時に圧縮する引圧縮室の２室を有し、それぞれの圧縮室を個別にロード、アンロードさせる容量調整装置を備える。なお、当該２室をロードさせると１００％ロード、１室のみロードさせる場合は５０％ロードとなる。第５制御部５０ｅは、第２圧力センサ４７により取得した後続圧縮ステージ１４の入口の圧力に基づいて前記吸込弁アンローダへロードまたはアンロードの指令を送る。
【0134】
圧縮機ユニット１０においては、前記第２低圧需要先Ｄ３への供給量が増加すると、それが無い場合と比べて後続圧縮ステージ１４で処理されるガス量は減少するため、後続圧縮ステージ１４の入口の圧力は低下する。すなわち、後続圧縮ステージ１４の入口および出口の差圧は、第２低圧需要先への供給量が増加するにつれて大きくなり、圧縮ステージのシリンダ部で圧縮のために往復動しているピストンなどの内部部品に作用する荷重が増大する。
【0135】
あらかじめ設定されていた圧力閾値ａ１よりも後続圧縮ステージ１４の入口の圧力ＰＳ１が下がった場合において、後続圧縮ステージ１４のロード１００％から５０％へ下げることで、入口の圧力ＰＳ１を上昇させることができ、すなわち内部部品に作用する荷重を低減することができる。また、５０％ロードの状態で、入口の圧力ＰＳ１があらかじめ設定されていた圧力閾値ａ２よりも上昇する場合には、第１圧縮ステージ１２の吐出圧力が上昇していることと同じであり、後続圧縮ステージ１４のロードを１００％に上げることで、第１圧縮ステージ１２の内部部品に作用する荷重を低減することができる。
【0136】
ここで、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０が実行する運転制御について、図１４を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、上記第１実施形態と重複する説明を一部省略する。
【0137】
制御部５０がステップＳＴ２でＹＥＳと判断した場合（ＴＳ１≧閾値Ｔ１）には、第１制御部５０ａは、第１切替状態となるように需要先切替手段（ＣＶ１）を制御する。なお、起動時には、第２低圧需要先Ｄ３に水素ガスが流れないように第２需要先切替手段（ＣＶ２）が閉められている。その結果、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが低圧需要先Ｄ２にのみ流れる（ステップＳＴ３）。これにより、後続圧縮ステージ１４から吐出流路２４に吐出された水素ガスが低圧ガス排出路５３を通り低圧需要先Ｄ２へ流れる（第１切替状態）。
【0138】
制御部５０は、定常運転状態となった場合（ＴＳ１＜閾値Ｔ１、ステップＳＴ２でＮＯ）に、需要先切替手段ＣＶ１を制御して第２切替状態とし、水素ガスが高圧需要先Ｄ１に供給されるようにする（ステップＳＴ４）。そして、第２制御部５０ｂがスピルバック弁１８ｂを制御してスピルバック制御を開始する（ステップＳＴ５）。
【0139】
さらに、第４制御部５０ｄおよび第５制御部５０ｅが第２低圧需要先Ｄ３のガス要求量または高圧需要先Ｄ１のガス要求量の変動分に応じて第２需要先切替手段ＣＶ２および調整手段４１（吸込弁アンローダ）を制御する（ステップＳＴ１１）。すなわち、第４制御部５０ｄは第２低圧需要先Ｄ３のガス要求量または高圧需要先Ｄ１のガス要求量の変動分に応じて第２低圧ガス排出路８３に水素ガスが排出されるように第２需要先切替手段ＣＶ２を制御する。第５制御部５０ｅは後続圧縮ステージ１４の入口の圧力ＰＳ１があらかじめ設定された閾値の範囲におさまるように調整手段４１の制御を実行する。具体的には、吸込弁アンローダ６１によりロード変更を行う。
【0140】
吸込弁アンローダ６１のロード変更について図１５を参照して詳細に説明する。第２低圧需要先Ｄ３の要求量が多くなる(換言すれば高圧需要先Ｄ１の要求量が少なくなる)、すなわち、中間圧力センサ４７で検出される圧力ＰＳ１が小さくなり、圧力閾値ａ１を下回った場合は（ステップＳＴ２１でＹＥＳ）、吸込弁アンロードによりロードを１００％から５０％へ変更する（ステップＳＴ２２）。５０％ロード時に、第２低圧需要先Ｄ３の要求量が少なくなる(換言すれば高圧需要先Ｄ１の要求量が多くなる)、すなわち、中間圧力センサ４７で検出される圧力ＰＳ１が大きくなり、圧力閾値ａ２を上回った場合は（ステップＳＴ２３でＹＥＳ）、吸込弁アンローダ６１によりロードを５０％から１００％へ変更する（ステップＳＴ２４）。なお、仮に第２低圧需要先Ｄ３の量は変化させず、高圧需要先Ｄ１の要求量に応じて変化させる場合は、スピルバック部ＳＢ１によるスピルバック量にて調整してもよい。
【0141】
圧縮機ユニット１０では、特に第２低圧需要先Ｄ３の要求量が多くなる場合において、後続圧縮ステージ１４の入口の圧力の過度な低下を防ぐことで、その内部部品の過大な差圧が作用することを防ぐ。言い換えれば、この制御をしない場合は、圧縮機においてその変化を吸収するだけの余裕があるマージンの大きな圧縮機を用意する必要があるが、圧縮機ユニット１０では、そのマージンを小さくすることができる。
【0142】
図１６に示す圧縮機ユニット１０では、例えば、図１３とは異なる調整手段４１が設けられている。本実施形態では、一例として、後続圧縮ステージ１４から高圧需要先Ｄ１に向けて送られるガス流量が調整されるように水素ガスの処理量を調整するスピルバック部（第２スピルバック部）ＳＢ２によって調整手段４１が構成されている。
【0143】
第２スピルバック部ＳＢ２は、第２スピルバック流路４３ａと、第２スピルバック流路４３ａに配置された開度調整可能な第２スピルバック弁４３ｂと、を有する。第２スピルバック流路４３ａの一端部は、吐出流路２４における逆止弁５４が配置された位置よりも上流の部位に接続され、他端部は、中間流路２２に接続されている。したがって、後続圧縮ステージ１４から吐出された水素ガスの一部は中間流路２２における後続圧縮ステージ１４の吸込側に戻される。第２スピルバック弁４３ｂは、第２スピルバック流路４３ａにおいてスピルバック量を調整する。
【0144】
また、圧縮機ユニット１０は、中間圧力センサ（第２圧力センサ）４７と、排出路圧力センサ（圧力センサ）４９と、吐出路圧力センサ（第４圧力センサ）８７と、を備える。中間圧力センサ４７は、中間流路２２における後続圧縮ステージ１４の吸込側の位置に配置されており、当該部分を流れる水素ガスの圧力ＰＳ１を取得する。吐出路圧力センサ８７は、吐出流路２４に配置されており、吐出流路２４を流れる水素ガスの圧力ＰＳ４を取得する。排出路圧力センサ４９は、第２低圧ガス排出路８３に配置されており、第２低圧ガス排出路８３を流れる水素ガスの圧力ＰＳ２を取得する。各圧力センサ４７，８７，４９は、制御部５０に取得した圧力情報を送出する。
【0145】
制御部５０の機能には、第１制御部５０ａ、第２制御部５０ｂ、および第４制御部５０ｄに加えて、第５制御部５０ｅが含まれる。また、制御部５０に対しては、高圧需要先Ｄ１の圧力ＰＳ４および第２低圧需要先Ｄ３の圧力ＰＳ２および後続圧縮機ステージ１４の入口の圧力ＰＳ１が入力されるようになっており、さらに中間圧力の設定値（圧力閾値ａ１および圧力閾値ａ２）が入力されている。そして、第５制御部５０ｅは、第２低圧需要先Ｄ３のガス要求量または高圧需要先Ｄ１のガス要求量の変動分に応じて変化する後続圧縮ステージ１４の入口の圧力ＰＳ１をあらかじめ設定された値となるように、調整手段４１（第２スピルバック弁４３ｂ）を制御するように構成された機能部である。後続圧縮ステージ１４の入口圧力の設定値はＰＳ４およびＰＳ２の値から演算により求めても良い。
【0146】
ここで、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０が実行する運転制御について、図１４を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、上記第１実施形態と重複する説明を一部省略する。
【0147】
制御部５０は、定常運転状態となった場合（ＴＳ１＜閾値Ｔ１、ステップＳＴ２でＮＯ）に、水素ガスが高圧需要先Ｄ１に供給されるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ４）。そして、第２制御部５０ｂがスピルバック弁１８ｂを制御してスピルバック制御を開始する（ステップＳＴ５）。
【0148】
さらに、第４制御部５０ｄおよび第５制御部５０ｅが第２低圧需要先Ｄ３のガス要求量または高圧需要先Ｄ１のガス要求量の変動分に応じて第２需要先切替手段ＣＶ２および調整手段４１（第２スピルバック弁４３ｂ）を制御する（ステップＳＴ１１）。すなわち、第４制御部５０ｄは第２低圧需要先Ｄ３のガス要求量または高圧需要先Ｄ１のガス要求量の変動分に応じて第２低圧ガス排出路８３に水素ガスが排出されるように第２需要先切替手段ＣＶ２を制御する。第５制御部５０ｅは後続圧縮ステージ１４でのガス処理量が調整されるように第２スピルバック弁４３ｂの開度調整を実行する。
【0149】
第２スピルバック弁４３ｂの開度調整について図１７を参照して詳細に説明する。第２低圧需要先Ｄ３の要求量が多くなる(換言すれば高圧需要先Ｄ１の要求量が少なくなる)、すなわち、中間圧力センサ４７で検出される圧力ＰＳ１が小さくなり、圧力閾値ａ１１を下回った場合は（ステップＳＴ３１でＹＥＳ）、第２スピルバック部ＳＢ２によるスピルバック量を増す（ステップＳＴ３２）。第２低圧需要先Ｄ３の要求量が少なくなる(換言すれば高圧需要先Ｄ１の要求量が多くなる)、すなわち、中間圧力センサ４７で検出される圧力ＰＳ１が大きくなり、圧力閾値ａ２を上回った場合は（ステップST３３でＹＥＳ）、第２スピルバックＳＢ２によるスピルバック量を減らす制御を行う（ステップＳＴ３４）。なお、仮に第２低圧需要先Ｄ３の量は変化させず、高圧需要先Ｄ１の要求量に応じて変化させる場合は、スピルバック部ＳＢ１によるスピルバック量にて調整してもよい。
【0150】
以上に説明したように、第２低圧需要先Ｄ３のガス要求量または高圧需要先Ｄ１のガス要求量の変動分に対して、第２低圧需要先Ｄ３への水素ガスの排出と、第２スピルバック部ＳＢ２による後続圧縮ステージ１４でのガス処理量の調整とによって、後続圧縮ステージ１４の吸込圧力が略一定に保たれる。
【0151】
以上のような構成を備える圧縮機ユニット１０では、高圧需要先Ｄ１での水素ガスの必要量（要求量）が削減された場合に第２低圧需要先Ｄ３へ水素ガスを排出することで、液体水素貯槽２３から発生するボイルオフガス（水素ガス）の量と圧縮機ユニット１０から送出する水素ガスの量とをバランスさせることで、液体水素貯槽２３の圧力を一定に保つことができる。
【0152】
また、圧縮機ユニット１０では、調整手段４１（第２スピルバック部ＳＢ２）を備えるので、後続圧縮ステージ１４の吸込圧力を略一定に保つことができる。このため、圧縮機ユニット１０では、後続圧縮ステージの各段の圧力バランスを常に一定とすることができ、圧縮機の高い信頼性を得ることができる。すなわち、後続圧縮ステージ１４における圧力バランスを一定に保てない場合には、その変化を吸収するだけの余裕があるマージンの大きな圧縮機を用意する必要があるが、圧縮機ユニット１０では、マージンの大きな圧縮機を用意する必要がない。
【0153】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。さらに、極低温の吸込ガスを適切な温度に加温する熱源を圧縮機で圧縮し昇温したガスを利用することで、圧縮機の上流側に、例えば化石燃料の燃焼熱を利用するヒータを設置する場合と比べ、余分なＣＯ２の排出を防ぐこともできる。
【0154】
【0155】
図１９に示すように、調整手段４１の制御では、制御部５０に入力される第２スピルバック弁４３ｂの状態（弁の開度）が、あらかじめ設定されている開度閾値ｂ１より大きくなった場合（スピスバック量が多い）には（ステップＳＴ４１でＹｅｓ）、吸込弁アンローダ６１が制御されて後続圧縮ステージ１４のロード量がダウン（１００％から５０％）される（ステップＳＴ４２）。第２スピルバック弁４３ｂの開度が開度閾値ｂ２よりも小さくなった場合は（ステップＳＴ４３でＹｅｓ）、吸込弁アンローダ６１が制御されて後続圧縮ステージ１４のロード量がアップ（５０％から１００％）されるように制御が実行される（ステップＳＴ４４）。これによって、スピルバックが過剰な場合において、後続圧縮ステージ１４のロードを下げることにより、動力削減することができる。
【0156】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。
【0157】
圧縮機ユニット１０は、図２０に示すように、調整手段４１として後続圧縮ステージ１４に設けられた無段階式容量調整装置６４ｂを備えてもよい。
【0158】
無段階容量調整装置６４ｂは、吸込弁アンローダ６１ｂと、駆動装置６２ｂと、クランク機構の回転を検出する検出器６３ｂを有する。吸込弁アンローダ６１ｂは、油圧式または電気式の駆動装置６２ｂによって駆動され、吸込弁の弁板の開状態を維持又は解除をピストンが往復にかかる時間よりも高速で実施することできる。また、クランク機構に設置された検出器６３ｂから送出される信号により制御部では、ピストンの位置を推定する演算処理が行われている。
【0159】
後続圧縮ステージ１４のシリンダ部には、吸込通路と圧縮室の間に設置された吸込弁は、ガス通路を開閉する弁板とそれを収納する弁体などで構成され、逆止弁と同様に、上流の圧力が下流側よりも高い場合、その差圧で弁板が開状態となり、下流側の圧力が高い場合は、ガスが流れない構造である。
【0160】
吸込弁アンローダ６１ｂが駆動すると、吸込弁の弁板を開状態に維持され逆止弁の機能ができない状態をつくる。なお、アンローダを駆動させない状態でピストンが吸込行程となった場合、圧縮室の圧力が吸込通路より下がるため、吸込弁は開の状態となり、圧縮室側へガスが導入される。ピストンが圧縮行程となった場合、圧縮室の圧力が吸込通路より上がるため、吸込弁は閉の状態となる。
【0161】
圧縮行程が始まった初期において、前記無段階容量調整装置６４ｂにより、開状態を維持し、圧縮室へ導入されたガスの一部を吸込通路側へ戻し、圧縮行程の途中から開状態を解除することで、吸込弁が閉となり、その時に圧縮室に残っているガスが圧縮され、送出される。次のピストン吸込行程時に再び駆動部を駆動させ、ピストンの圧縮行程が始まってから開状態を解除する、これをピストンの往復運動にあわせて繰り返す。
【0162】
この解除のタイミングを早くすると、送出量が多くなり、遅くすると送出量が少なくなるので、第2スピルバック弁と同じ機能をはたすことができる。さらに、圧縮するガス量を調整しているので、動力を削減する効果は大きい。
【0163】
また、図１２に示すように後続圧縮ステージ１４が複数段の圧縮機構を有する構成を採用する場合には、少なくとも１つの圧縮機構に対して第２スピルバック部４３や容量調整装置６４ｂを設けてもよい。
【0164】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る圧縮機ユニット１０について図２1を参照して説明する。圧縮機ユニット１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係る圧縮機ユニット１０に対して、低圧ガス排出路５３の位置が中間流路２２に配置されている点で相違する。さらに、水素ガスの処理に関して、起動時および定常運転時のいずれにおいても、水素ガスが低圧ガス排出路５３を経由して低圧需要先Ｄ２に供給される点において、第１実施形態に係る圧縮機ユニット１０と異なる。図２１では、上記第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複部分の説明を省略する。
次に、第６実施形態に係る圧縮機ユニット１０について図２1を参照して説明する。圧縮機ユニット１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係る圧縮機ユニット１０に対して、低圧ガス排出路５３の位置が中間流路２２に配置されている点で相違する。さらに、水素ガスの処理に関して、起動時および定常運転時のいずれにおいても、水素ガスが低圧ガス排出路５３を経由して低圧需要先Ｄ２に供給される点において、第１実施形態に係る圧縮機ユニット１０と異なる。図２１では、上記第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複部分の説明を省略する。
【0165】
本実施形態に係る圧縮機ユニット１０では、低圧ガス排出路５３が分岐する分岐点ＰＢが中間流路２２における中間温度センサ４６が配置された位置よりも下流側に配置されている。さらに、中間流路２２における下流側の位置には、中間圧力センサ４７が配置されている。中間圧力センサ４７は、後続圧縮ステージ１４に吸入される水素ガスの圧力ＰＳ１を取得して制御部５０へと送出する。
【0166】
圧縮機ユニット１０は、排出路圧力センサ４９も備える。排出路圧力センサ４９は、低圧ガス排出路５３における需要先切替手段ＣＶ１が設けられた位置よりも下流側に配置されている。排出路圧力センサ４９は、低圧ガス排出路５３を通り低圧需要先Ｄ２に排出される水素ガスの圧力ＰＳ２を取得して制御部５０に送出する。
【0167】
ここで、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０が実行する運転制御について、図２2を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、上記第１実施形態と重複する説明を一部省略する。
【0168】
圧縮機ユニット１０の起動時に、制御部５０が中間流路２２を流れる（第１圧縮ステージ１２から吐出された）水素ガスの温度ＴＳ１≧閾値Ｔ１と判断した場合には、第１制御部５０ａは、第１圧縮ステージ１２から中間流路２２に吐出された水素ガスが低圧ガス排出路５３に流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ１～ＳＴ３）。すなわち、水素ガスが低圧需要先Ｄ２に送出される第１切替状態が構成される。
【0169】
制御部５０が定常運転状態となったと判断した場合（ＴＳ１＜閾値Ｔ１）には、第１制御部５０ａは、水素ガスが高圧需要先Ｄ１と低圧需要先Ｄ２との両方に流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ１２）。すなわち、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０では、ステップＳＴ１２の実行において、調節弁５６ａで構成される需要先切替手段ＣＶ１の開度調整を行って水素ガスが高圧需要先Ｄ１と低圧需要先Ｄ２との両方に流れるように制御が行われる。
【0170】
制御部５０は、水素ガスが高圧需要先Ｄ１と低圧需要先Ｄ２との両方に送出されている状態（第３切替状態）において、排出路圧力センサ４９が取得した圧力ＰＳ２が予め設定された範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ１３）。制御部５０がステップＳＴ１３でＮＯと判断した場合（ＰＴＨ１≧ＰＳ２またはＰＳ２＞ＰＴＨ２）には、第１制御部５０ａは、圧力ＰＳ２が上記予め設定された範囲内となるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ１４）。
【0171】
一方、制御部５０は、ステップＳＴ１３でＹＥＳと判断した場合（ＰＴＨ１＜ＰＳ２≦ＰＴＨ２）には、上流温度センサ４５が取得した吸込温度ＴＳ２を参照しつつ、スピルバック制御が実行されるようにする（ステップＳＴ５）。すなわち、ＴＳ２＜ＴＴＨ１の場合には、第２制御部５０ｂがスピルバック弁１８ｂを制御して吐出流路２４のガスの一部を吸込流路２１に戻す。これにより、需要先切替手段ＣＶ１が第３切替状態である場合において、吸込温度ＴＳ２が予め定められた温度範囲内（ＴＴＨ１≦ＴＳ２≦ＴＴＨ２）となるように吸込流路２１の水素ガスを加温する。なお、ＴＳ２＞ＴＴＨ２である場合には、吐出流路２４のガスの一部を吸込流路２１に戻す動作は行わない。ここで、前記予め定められた温度範囲は、上記第１実施形態と同様に、空気の液化温度に基づく基準温度よりも高く、かつ、０℃未満の範囲で設定されている。すなわち、前記予め定められた温度範囲の下限値ＴＴＨ１および上限値ＴＴＨ２は、上記基準温度よりも高く、０℃未満の範囲内に設定される。
【0172】
以上のような構成を備える圧縮機ユニット１０では、液体水素貯槽２３からのボイルオフガス（水素ガス）の幅広い温度変化からその構成機器を適切に保護することができる。すなわち、圧縮機ユニット１０では、起動時において、液体水素貯槽２３側の配管内の水素ガスがプラスの温度領域まで上昇している場合であっても、低圧需要先Ｄ２に水素ガスが流される第１切替状態となるように需要先切替手段ＣＶ１を制御するように構成されている。よって、圧縮機ユニット１０では、吐出流路２４から高圧需要先Ｄ１にのみ水素ガスを流す場合に比べて後続圧縮ステージ１４での圧縮比を低く抑え、後続圧縮ステージ１４で水素ガスを圧縮し昇温することによる水素ガスの過度の温度上昇を抑止できる。すなわち、後続圧縮ステージ１４を保護することができる。また、圧縮機ユニット１０の立ち上げも速やかに行うことができる。
【0173】
一方、圧縮機ユニット１０では、需要先切替手段ＣＶ１が第３切替状態である場合に、排出路圧力センサ４９によって取得される圧力ＰＳ２が予め設定された範囲内になるように需要先切替手段ＣＶ１を第１制御部５０ａが制御し、かつ、上流温度センサ４５によって取得される吸込温度ＴＳ２が上記予め定められた温度範囲内になるように第２制御部５０ｂがスピルバック弁１８ｂを制御する構成としているので、水素ガスが低温である環境下において圧縮機ユニット１０を保護することができる。
【0174】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。
【0175】
なお、図２1に示す圧縮機ユニット１０では、後続圧縮ステージ１４が１段の圧縮機構を有しているが、複数段の圧縮機構を有してもよい。
【0176】
（第７実施形態）
図２３に示すように、第７実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、後続圧縮ステージ１４による水素ガスの処理量を調整する調整手段４１が設けられている点で上記第６実施形態と異なっている。図２３では、上記第６実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複部分の説明を省略する。
図２３に示すように、第７実施形態に係る圧縮機ユニット１０は、後続圧縮ステージ１４による水素ガスの処理量を調整する調整手段４１が設けられている点で上記第６実施形態と異なっている。図２３では、上記第６実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、重複部分の説明を省略する。
【0177】
調整手段４１は、後続圧縮ステージ１４による水素ガスの処理量を調整する。調整手段４１は、クランク機構１６の回転数を調整する以外の方法によってガス処理量を調整するものであり、本実施形態では、一例として、後続圧縮ステージ１４から高圧需要先Ｄ１に向けて送られるガス流量が調整されるように水素ガスの処理量を調整するスピルバック部（第２スピルバック部ＳＢ２）によって構成されている。
【0178】
第２スピルバック部ＳＢ２は、第２スピルバック流路４３ａと、第２スピルバック流路４３ａに配置された開度調整可能な第２スピルバック弁４３ｂと、を有する。第２スピルバック流路４３ａの一端部は、吐出流路２４におけるスピルバック流路１８ａの接続部よりも上流側の部位に接続され、他端部は、中間流路２２に接続されている。したがって、後続圧縮ステージ１４から吐出された水素ガスの一部は中間流路２２における後続圧縮ステージ１４の吸込側に戻される。第２スピルバック弁４３ｂは、第２スピルバック流路４３ａにおいてスピルバック量を調整する。
【0179】
制御部５０の機能には、第１制御部５０ａおよび第２制御部５０ｂに加えて第５制御部５０ｅが含まれる。第５制御部５０ｅは、中間圧力センサ４７によって取得された圧力ＰＳ１の変化量に応じて、調整手段４１（第２スピルバック弁４３ｂ）を制御するように構成された機能部である。
【0180】
ここで、本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転において、制御部５０が実行する運転制御について、図２４を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、上記第６実施形態と重複する説明を省略する。
【0181】
制御部５０が定常運転状態となったと判断した場合（ＴＳ１＜閾値Ｔ１）には、第１制御部５０ａは、水素ガスが高圧需要先Ｄ１と低圧需要先Ｄ２との両方に流れるように需要先切替手段ＣＶ１を制御する（ステップＳＴ１２）。本実施形態に係る圧縮機ユニット１０では、第１制御部５０ａがステップＳＴ１２を実行した後に、第５制御部５０ｅが圧力ＰＳ１の変化量に応じて調整手段４１（第２スピルバック弁４３ｂ）を制御する（ステップＳＴ１５）。このように第５制御部５０ｅが圧力ＰＳ１の変化量に応じて第２スピルバック弁４３ｂを制御することにより、後続圧縮ステージ１４の処理量が調整される。本実施形態は、第５制御部５０ｅが調整手段４１（第２スピルバック弁４３ｂ）の制御を行う点で上記第６実施形態と異なっている。
【0182】
本実施形態に係る圧縮機ユニット１０の運転におけるステップＳＴ１５以降の各制御については、上記第６実施形態と同じである。
【0183】
以上のような構成を備える圧縮機ユニット１０では、需要先切替手段ＣＶ１が第３切替状態である場合に、第５制御部５０ｅが調整手段４１（第２スピルバック弁４３ｂ）を備えるので、後続圧縮ステージ１４の吸込圧力を略一定に保つことができる。このため、圧縮機ユニット１０では、後続圧縮ステージの各段の圧力バランスを常に一定とすることができ、圧縮機の高い信頼性を得ることができる。すなわち、後続圧縮ステージ１４における圧力バランスを一定に保てない場合には、その変化を吸収するだけの余裕があるマージンの大きな圧縮機を用意する必要があるが、圧縮機ユニット１０では、マージンの大きな圧縮機を用意する必要がない。
【0184】
また、圧縮機ユニット１０を採用すれば、効率的な水素ガスの回収／供給が可能である。
【0185】
なお、図２３に示す圧縮機ユニット１０でも、後続圧縮ステージ１４が１段の圧縮機構
を有しているが、複数段の圧縮機構を有してもよい。この場合に、調整手段４１については、複数段の圧縮機構のそれぞれに対して設けられてもよいし、複数段の圧縮機構に対して１つの調整手段４１を設けてもよい。
を有しているが、複数段の圧縮機構を有してもよい。この場合に、調整手段４１については、複数段の圧縮機構のそれぞれに対して設けられてもよいし、複数段の圧縮機構に対して１つの調整手段４１を設けてもよい。
【0186】
また、図２３に示す圧縮機ユニット１０では、調整手段４１の一例として第２スピルバック部ＳＢ２を有するが、調整手段４１はこれに限定されない。例えば、図２５に示すように、調整手段４１として後続圧縮ステージ１４に設けられた無段階容量調整装置６４ｂを備えてもよい。無段階容量調整装置６４ｂは、上記同様に、吸込弁アンローダ６１ｂと、駆動装置６２ｂと、クランク機構の回転を検出する検出器６３ｂを有する構成とすることができる。
【0187】
また、上述のように後続圧縮ステージ１４が複数段の圧縮機構を有する構成を採用する場合において、調整装置４１としても容量調整装置６４を各圧縮機構に設けてもよいし、一部の圧縮機構に設けてもよい。
【0188】
【0189】
（変形例）
上記第１実施形態の変形例に係る圧縮機ユニット１０の構成について、図２６を用いて説明する。なお、図２６では、上記第１実施形態と同じ構成について、その一部を省略している。また、以下では、重複部分についての説明を省略する。
上記第１実施形態の変形例に係る圧縮機ユニット１０の構成について、図２６を用いて説明する。なお、図２６では、上記第１実施形態と同じ構成について、その一部を省略している。また、以下では、重複部分についての説明を省略する。
【0190】
本変形例に係る圧縮機ユニット１０では、後続圧縮ステージ１４が複数段の圧縮機構を有してもよい。具体的に、本変形例に係る圧縮機ユニット１０は、後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとで後続圧縮ステージ１４が構成されてもよい。ただし、後続圧縮ステージ１４については、３段以上の圧縮機構を有してもよい。すなわち、圧縮機ユニット１０全体として４段以上の圧縮機構を備えてもよい。
【0191】
また、本変形例に係る圧縮機ユニット１０では、中間流路２２における後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとの間の箇所にスピルバック流路１８ａが接続されてもよい。これより、後続第１圧縮ステージ１４ａで加温された水素ガスの一部をスピルバック部ＳＢ１を介して吸込流路２１に戻すことができる。
【0192】
さらに、中間流路２２における後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとの間の箇所に中間クーラ部７４が設けられてもよい。これにより、後続第１圧縮ステージ１４ａの圧縮により温度上昇した水素ガスを冷却して後続第２圧縮ステージ１４ｂへと送ることができ、後続第２圧縮ステージ１４ｂの保護を図ることができる。
【0193】
上記第１実施形態の他の変形例に係る圧縮機ユニット１０の構成について、図２７を用いて説明する。なお、図２７では、上記第１実施形態と同じ構成について、その一部を省略している。また、以下では、重複部分についての説明を省略する。
【0194】
本変形例に係る圧縮機ユニット１０は、図２６に示した変形例と同様に、後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとで後続圧縮ステージ１４が構成される。後続圧縮ステージ１４については、３段以上の圧縮機構を有してもよい。
【0195】
また、中間流路２２における後続第１圧縮ステージ１４ａと後続第２圧縮ステージ１４ｂとの間の箇所にスピルバック流路１８ａが接続される。これより、後続第１圧縮ステージ１４ａで加温された水素ガスの一部をスピルバック部ＳＢ１を介して吸込流路２１に戻すことができる。
【0196】
圧縮機ユニット１０は、中間流路２２におけるスピルバック流路１８ａの分岐部よりも下流側に調整手段４１としての第２スピルバック部ＳＢ２をさらに備える。詳細には、第２スピルバック部ＳＢ２は、中間流路２２におけるスピルバック流路１８ａの分岐部よりも下流側に位置する後続第２圧縮ステージ１４ｂから吐出された水素ガスを後続第２圧縮ステージ１４ｂよりも上流側（厳密には後続第２圧縮ステージ１４ｂの吸込側）に戻す第２スピルバック流路４３ａ、および、第２スピルバック流路４３ａにおいてスピルバック量を調整する第２スピルバック弁４３ｂを含む。
【0197】
制御部５０は、需要先切替手段（ＣＶ１）が第２切替状態である場合に、スピルバック部ＳＢ１の戻し量に相当する流量が後続第２圧縮ステージ１４ｂよりも上流側に戻されるように前記第２スピルバック弁４３ｂを制御する。これにより、後続第２圧縮ステージ１４ｂの圧力バランスを一定とすることができる。
【0198】
図２７では、中間流路２２における第１圧縮ステージ１２と後続第１圧縮ステージ１４ａとの間の箇所にスピルバック流路１８ａが接続されてもよい。この場合、後続第１圧縮ステージ１４ａから吐出された水素ガスを後続第１圧縮ステージ１４ａよりも上流側に戻すように第２スピルバック流路４３ａが構成されてもよい。また、後続第２圧縮ステージ１４ｂから吐出された水素ガスを後続第１圧縮ステージ１４ａよりも上流側に戻すように第２スピルバック流路４３ａが構成されてもよい。
【0199】
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【0200】
１０ 圧縮機ユニット
１２ 第１圧縮ステージ
１４ 後続圧縮ステージ
１６ クランク機構
１８ａ スピルバック流路
１８ｂ スピルバック弁
２１ 吸込流路
２２ 中間流路
２３ 液体水素貯槽
２４ 吐出流路
４１ 調整手段
４３ａ 第２スピルバック流路
４３ｂ 第２スピルバック弁
４７ 中間圧力センサ（第２圧力センサ）
４８ 下流温度センサ（第３温度センサ）
４９ 排出路圧力センサ（圧力センサ）
５０ 制御部
５３ 低圧ガス排出路
５４ 逆止弁
６１ 吸込弁アンローダ
６１ｂ 吸込弁アンローダ
６４ｂ 無段階容量調整装置
７１ プレヒータ
８３ 第２低圧ガス排出路（他の低圧ガス排出路）
ＣＶ１ 需要先切替手段
ＣＶ２ 第２需要先切替手段
Ｄ１ 高圧需要先
Ｄ２ 低圧需要先
Ｄ３ 第２低圧需要先（他の低圧需要先）
ＦＣＶ１ 流量調整手段
ＳＢ１ スピルバック部
ＳＢ２ 第２スピルバック部
ＰＢ 分岐点
ＰＢ２ 第２分岐点（他の分岐点）
１２ 第１圧縮ステージ
１４ 後続圧縮ステージ
１６ クランク機構
１８ａ スピルバック流路
１８ｂ スピルバック弁
２１ 吸込流路
２２ 中間流路
２３ 液体水素貯槽
２４ 吐出流路
４１ 調整手段
４３ａ 第２スピルバック流路
４３ｂ 第２スピルバック弁
４７ 中間圧力センサ（第２圧力センサ）
４８ 下流温度センサ（第３温度センサ）
４９ 排出路圧力センサ（圧力センサ）
５０ 制御部
５３ 低圧ガス排出路
５４ 逆止弁
６１ 吸込弁アンローダ
６１ｂ 吸込弁アンローダ
６４ｂ 無段階容量調整装置
７１ プレヒータ
８３ 第２低圧ガス排出路（他の低圧ガス排出路）
ＣＶ１ 需要先切替手段
ＣＶ２ 第２需要先切替手段
Ｄ１ 高圧需要先
Ｄ２ 低圧需要先
Ｄ３ 第２低圧需要先（他の低圧需要先）
ＦＣＶ１ 流量調整手段
ＳＢ１ スピルバック部
ＳＢ２ 第２スピルバック部
ＰＢ 分岐点
ＰＢ２ 第２分岐点（他の分岐点）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
