CN113631254B - 氢气供给装置和氢气供给方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方式的氢气供给装置的特征在于，具备：压缩机，其将氢气进行压缩，将压缩后的氢气供给至蓄积氢气的蓄压器侧；第一吸附塔，其配置于压缩机的喷出口与蓄压器之间，在所述第一吸附塔配置有用于吸附从压缩机喷出的氢气中的杂质的第一吸附剂；第一阀，其配置于压缩机的喷出口与第一吸附塔的气体入口之间；第二阀，其配置于第一吸附塔的气体出口与蓄压器之间；返回配管，其是在第一阀与吸附塔的气体入口之间的位置分支出的，所述返回配管与压缩机的吸入侧相连；第二吸附塔，其配置于返回配管的中途，在所述第二吸附塔配置有用于吸附从压缩机喷出的氢气中的杂质的第二吸附剂；以及第三阀，其配置于返回配管的中途且第一吸附塔的气体入口与第二吸附塔的气体入口之间的位置。

Description

氢气供给装置和氢气供给方法
技术领域
本申请主张2019年3月27日在日本申请的JP2019-061869(申请号)的优先权。JP2019-061869所记载的内容被引用到本申请中。
本发明涉及一种氢气供给装置和氢气供给方法，例如涉及一种配置于氢站的氢气供给装置和氢气供给方法。
背景技术
作为汽车的燃料，除了以往的以汽油为首的燃油以外，近年来氢燃料作为清洁能源受到关注。与此相伴，以氢燃料为动力源的燃料电池汽车(FCV：Fuel Cell Vehicle)的开发取得进展。FCV用的氢站具有作为氢制造基地的氢制造中心、现场氢站(以下称作现场ST)、以及通过氢制造基地(氢制造中心、现场ST等)接受氢并进行售卖的非现场氢站(以下称作非现场ST)。通过氢制造装置(HPU：Hydrogen Product Unit)等制造氢气。在氢站配置将氢气压缩为高压的压缩机以及蓄积通过该压缩机被压缩为高压的氢气的多个蓄压器(多级蓄压器)，以快速地向FCV填充氢气。在这样的氢站中，以使蓄压器内的压力与FCV的燃料罐的压力之间保持大的压差的方式一边适当地切换使用的蓄压器一边进行填充，由此从蓄压器向燃料罐快速地填充氢气。
在此，在通过压缩机对作为FCV用燃料的高纯度地精制出的氢气进行压缩时，存在从压缩机的构成部件等产生的硫、卤等杂质混入氢气而使得氢气的质量不符合标准的问题。针对该问题，讨论在压缩机的下游侧配置装填有吸附剂的吸附塔来排除杂质。但是，由于压缩机在向蓄压器填充了规定量的氢后停止运转，并将压缩机内减压至吸入侧压力，因此存在被吸附于吸附剂的杂质脱离并扩散至压缩机侧(初级侧)的问题。并且，期望尽可能不浪费氢气。
在此，公开了一种在氢制造的过程中使用吸附剂来吸附杂质的方法(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2011-167629号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的一个方式提供一种能够抑制配置于压缩机的下游侧的吸附剂所吸附的氢气的杂质扩散至压缩机侧并且能够高效地利用氢气的装置和方法。
用于解决问题的方案
本发明的一个方式的氢气供给装置的特征在于，具备：
压缩机，其将氢气进行压缩；
蓄压器，其蓄积通过所述压缩机被压缩后的氢气；
第一吸附塔，其配置于所述压缩机与所述蓄压器之间，所述第一吸附塔具有用于吸附从所述压缩机喷出的氢气中混合的杂质的第一吸附剂；
第一阀，其配置于所述压缩机与所述第一吸附塔之间的第一气体供给配管；
第二阀，其配置于所述第一吸附塔与所述蓄压器之间的第二气体供给配管；
返回配管，其是从所述第一气体供给配管中的处于所述第一阀与所述第一吸附塔之间的位置分支出的，所述返回配管与所述压缩机的上游侧连接；
第二吸附塔，其配置于所述返回配管，所述第二吸附塔具有用于吸附所述杂质的第二吸附剂；
第三阀，其配置于所述返回配管中的处于所述第二吸附塔的上游侧的位置；以及
控制装置，其控制所述第一阀、所述第二阀以及所述第三阀的开闭。
另外，在压缩机停止运转时，所述控制装置在进行控制以使所述第一阀和所述第二阀关闭的状态下，进行控制以使所述第三阀打开。
另外，还具备：排出线路，其是从第一气体供给配管中的处于所述第一阀与所述第一吸附塔之间的位置分支出的；以及第四阀，其配置于所述排出线路，
所述控制装置在进行控制以使所述第一阀和所述第二阀关闭了的状态下，进行控制以使所述第三阀和所述第四阀打开。
另外，还具备向压缩机供给氢气的氢制造装置，
所述控制装置在使所述第四阀打开并经过规定时间后，进行控制以使所述第三阀关闭并使所述第一阀打开以将从所述氢制造装置供给的氢气经由处于运转停止的所述压缩机供给至所述第一吸附塔。
另外，吸附剂具有对硫和卤的吸附能力。
本发明的一个方式的氢气供给方法的特征在于，包括以下工序：
通过压缩机将氢气进行压缩；
将通过所述压缩机被压缩后的氢气蓄积于蓄压器；
使用配置于所述压缩机与所述蓄压器之间的具有第一吸附剂的第一吸附塔，来使从所述压缩机喷出的氢气中混合的杂质吸附于所述第一吸附剂；以及
在进行控制以使配置于所述压缩机与所述第一吸附塔之间的第一气体供给配管的第一阀、以及配置于所述第一吸附塔与所述蓄压器之间的第二气体供给配管的第二阀关闭了的状态下，进行控制以使配置于从所述第一气体供给配管中的处于所述第一阀与所述第一吸附塔之间的位置分支出且与所述压缩机的上游侧连接的返回配管的第三阀打开，由此使用配置于所述返回配管的具有第二吸附剂的第二吸附塔使所述杂质吸附于所述第二吸附剂。
本发明的其它方式的氢气供给装置的特征在于，具备：
压缩机，其将氢气进行压缩，将压缩后的氢气供给至蓄积氢气的蓄压器侧；
第一吸附塔，其配置于压缩机的喷出口与蓄压器之间，在所述第一吸附塔配置有用于吸附从压缩机喷出的氢气中的杂质的第一吸附剂；
第一阀，其配置于压缩机的喷出口与第一吸附塔的气体入口之间；
第二阀，其配置于第一吸附塔的气体出口与蓄压器之间；
返回配管，其是在第一阀与吸附塔的气体入口之间的位置分支出的，所述返回配管与压缩机的吸入侧相连；
第二吸附塔，其配置于返回配管的中途，在所述第二吸附塔配置有用于吸附从压缩机喷出的氢气中的杂质的第二吸附剂；以及
第三阀，其配置于返回配管的中途且第一吸附塔的气体入口与第二吸附塔的气体入口之间的位置。
另外，在通过所述第一阀将压缩机与所述第一吸附塔之间切断了的状态下，将所述第三阀打开以使所述第一吸附塔内的压缩后的氢气向所述返回配管流动，并且通过所述第二吸附剂来吸附从所述第一吸附剂脱离的杂质。
另外，还具备：
排出线路，其是在第一阀与所述第一吸附塔的气体入口之间的位置分支出的；以及
第四阀，其配置于所述排出线路的中途，
其中，通过将所述第四阀打开来将所述第一吸附塔内从高压减压至低压，并且将从所述第一吸附剂脱离的杂质释放至所述排出线路。
另外，从氢制造装置向所述压缩机供给所述氢气，
在所述压缩机暂停且所述第一吸附塔内被减压至低压的状态下，通过将所述第一阀和所述第四阀打开来将从所述氢制造装置供给的氢气作为吹扫气体经由处于暂停的所述压缩机导入所述第一吸附塔。
另外，杂质为在所述压缩机内混入的杂质。
本发明的其它方式的氢气供给方法的特征在于，包括以下工序：
通过压缩机将氢气进行压缩，将压缩后的氢气供给至蓄积氢气的蓄压器侧；
使用配置于压缩机的喷出口与蓄积氢气的蓄压器之间的、配置有第一吸附剂的第一吸附塔，来使从压缩机喷出的氢气中的杂质吸附于第一吸附剂；以及
使用配置于返回配管的中途的第二吸附塔，在压缩机与第一吸附塔之间切断了的状态下，使第一吸附塔内的压缩后的氢气向返回配管流动，并且使从第一吸附剂脱离的杂质吸附于第二吸附剂，所述返回配管在压缩机的喷出侧且第一吸附塔的气体入口侧分支出并且与压缩机的吸入侧相连。
发明的效果
根据本发明的一个方式，能够抑制配置于压缩机的下游侧的吸附剂所吸附的氢气的杂质扩散至压缩机侧，并且能够高效地利用残留于吸附塔内的氢气。
附图说明
图1是表示实施方式1中的氢站的氢气供给系统的结构的结构图的一例。
图2是表示实施方式1中的控制电路的内部结构的一例的结构图。
图3是表示实施方式1中的压缩机的内部结构的一例和吸附塔控制阀系统的结构的一例的结构图。
图4是表示实施方式1中的氢气供给方法的一例的主要工序的流程图。
图5是用于说明使用实施方式1中的多级蓄压器进行氢燃料的压差填充的情况下的填充方式的图。
图6是用于说明实施方式1中的蓄压工序时的吸附塔控制阀系统的动作的图。
图7是用于说明实施方式1中的吸附塔减压/再生工序时的吸附塔控制阀系统的动作的一例的图。
图8是用于说明实施方式1中的吸附塔减压/再生工序时的吸附塔控制阀系统的动作的其它一例的图。
图9是用于说明实施方式1中的吹扫控制工序时的吸附塔控制阀系统的动作的图。
具体实施方式
实施例1
图1是表示实施方式1中的氢站的氢气供给系统的结构的结构图的一例。在图1中，氢气供给系统500配置于氢站102内。氢气供给系统500具备氢制造装置300、多级蓄压器101、分配器30(计量器)、压缩机40、吸附塔70(第一吸附塔)、吸附塔控制阀系统110、吸附塔75(第二吸附塔)以及控制电路100。通过压缩机40、吸附塔70、吸附塔控制阀系统110、吸附塔75以及将它们相连的配管等构成向多级蓄压器101和/或分配器30供给氢气的氢气供给装置的一例。在图1的例子中，示出了在氢站102内配置氢制造装置300的现场ST的一例。但是，并不限定于此。也可以是通过氢拖车将在其它场所制造出的高纯度的氢气运到氢站102内并暂时蓄积于未图示的气体贮存容器(日语：カードル)或中间蓄压器(非现场ST)。
多级蓄压器101由多个蓄压器10、12、14构成。在图1的例子中，由三个蓄压器10、12、14构成多级蓄压器101。在图1的例子中，例如蓄压器10作为使用下限压力低的第一组发挥作用。蓄压器12例如作为使用下限压力中等的第二组发挥作用。蓄压器14例如作为使用下限压力高的第三组发挥作用。但是，并不限于此。在第一组至第三组中使用的各蓄压器根据需要来替换。
另外，在图1中，压缩机40的吸入侧经由阀328而与氢制造装置300的喷出侧通过配管进行连接。
在压缩机40的喷出口与多级蓄压器101之间配置吸附塔70。在吸附塔70内配置用于吸附从压缩机40喷出的氢气中的杂质的吸附剂(第一吸附剂)。作为吸附塔70用的吸附剂，期望是针对从压缩机40的构成部件等产生的硫和卤的吸附能力高的吸附剂，例如配置活性炭。吸附剂并不限于由一层构成，也可以由不同种类的多层构成。
在压缩机40的喷出侧且吸附塔70的气体出入口侧配置吸附塔控制阀系统110。吸附塔控制阀系统110由能够使吸附塔70密闭的多个切断阀71、72、73、74(多个阀)构成。切断阀71(第一阀)配置于压缩机40的喷出口与吸附塔70的气体入口之间。切断阀72(第二阀)配置于吸附塔70的气体出口与多级蓄压器101之间。换言之，压缩机40的喷出侧经由吸附塔控制阀系统110中的切断阀71而与吸附塔70的气体入口侧通过配管76进行连接。吸附塔70的气体出口侧(下游侧)经由吸附塔控制阀系统110中的切断阀72而与多级蓄压器101侧和/或分配器30侧通过配管进行连接。另外，在切断阀71与吸附塔70的气体入口之间的位置分支出返回配管92，所述返回配管92与压缩机40的吸入侧相连。
在返回配管92的中途配置吸附塔75。在吸附塔75内配置用于吸附从压缩机40喷出的氢气中的杂质的吸附剂(第二吸附剂)。作为吸附塔75用的吸附剂，优选是针对从压缩机40的构成部件等产生的硫和卤的吸附能力高的吸附剂，例如配置活性炭。吸附剂并不限于由一层构成，也可以由不同种类的多层构成。吸附塔75在低压(例如0.6MPa)下使用，因此相比于吸附塔70形成为大型的。吸附塔75的容量比吸附塔70的容量大，因此吸附剂的搭载量也多。因此，每当进行再生时，能够通过吸附塔75来重复地去除从吸附塔70释放出的杂质。此外，吸附塔70的吸附剂在无法再生且吸附性能劣化后进行更换即可。由于吸附剂的搭载量多，因此能够实现长寿命化。在返回配管92的中途且吸附塔70的气体入口与吸附塔75的气体入口之间的位置配置吸附塔控制阀系统110中的切断阀74(第三阀)。
另外，在配置于压缩机40的喷出口与吸附塔70的气体入口之间的切断阀71同吸附塔70的气体入口之间分支出排出线路90(排出配管)。在排出线路90的中途配置吸附塔控制阀系统110中的切断阀73(第四阀)。
吸附塔70的下游侧经由切断阀72及阀21而与蓄压器10通过配管进行连接。同样地，吸附塔70的下游侧经由切断阀72及阀23而与蓄压器12通过配管进行连接。同样地，吸附塔70的下游侧经由切断阀72及阀25而与蓄压器14通过配管进行连接。同样地，吸附塔70的下游侧经由切断阀72及阀28而与分配器30通过配管进行连接。
另外，蓄压器10经由阀22而与分配器30通过配管进行连接。另外，蓄压器12经由阀24而与分配器30通过配管进行连接。另外，蓄压器14经由阀26而与分配器30通过配管进行连接。
另外，氢制造装置300的喷出压力由压力计318来测量。另外，蓄压器10内的压力由压力计11来测量。蓄压器12内的压力由压力计13来测量。蓄压器14内的压力由压力计15来测量。
另外，在分配器30内配置流量调整阀29、流量计27、冷却器32(预冷器)以及压力计17。通过流量计27来测量从多级蓄压器101或压缩机40供给的氢气的流量，并通过流量调整阀29来调整该流量。而且，通过冷却器32将氢气冷却为规定温度(例如-40℃)。因而，分配器30例如利用压差将冷却后的氢气填充至搭载于FCV 200的燃料罐202，该FCV 200是以氢气为动力源的燃料电池汽车。另外，通过压力计17来测量从分配器30向FCV 200填充的氢气的填充出口的出口压力(燃料填充出口压力)。另外，在分配器30内或附近配置控制电路34，使构成为能够与来到氢站102的FCV 200(以氢气为动力源的燃料电池汽车)内的车载器204进行通信。例如，构成为能够使用红外线进行无线通信。
在FCV 200中，从接受口(插孔)经由燃料通路向燃料罐202注入从分配器30供给的作为燃料的氢气。燃料罐202内的压力和温度由设置于燃料罐202内或燃料通路的压力计206和温度计205来测量。
通过氢制造装置300制造出的氢气以低压(例如0.6MPa)的状态被供给至压缩机40的吸入侧。因而，压缩机40的吸入侧的初级侧压力PIN在通常时为低压。压缩机40在控制电路100的控制下，一边将从氢制造装置300以低压供给的氢气进行压缩，一边将该氢气供给至多级蓄压器101的各蓄压器10、12、14。在从多级蓄压器101向FCV 200供给氢气时该供给量不足的情况下、或者多级蓄压器101处于压力恢复中的情况下，压缩机40有时还能够在控制电路100的控制下一边将从氢制造装置300以低压供给的氢气进行压缩一边经由分配器30直接向FCV 200供给氢气。
压缩机40将氢气进行压缩，向蓄积氢气的蓄压器侧供给被压缩后的氢气。具体地说，压缩机40进行压缩，直至多级蓄压器101的各蓄压器10、12、14内成为规定的高压(例如82MPa)为止。换言之，压缩机40进行压缩，直至喷出侧的次级侧压力POUT成为规定的高压(例如82MPa以上)为止。关于将压缩机40供给氢气的对象决定为蓄压器10、12、14以及分配器30中的哪一方，通过控制电路100控制在各个配管上配置的对应的阀21、23、25、28的开闭来决定出某一个对象即可。或者，也可以进行控制以向两个以上的蓄压器同时进行供给。
此外，在上述的例子中示出了向压缩机40的吸入侧供给氢气的压力PIN被控制为减压至规定的低压(例如0.6MPa)的情况，但并不限于此。也可以是，在比规定的低压(例如0.6MPa)高的压力的状态下向压缩机40的吸入侧进行供给并进行压缩。在该情况下，作为压缩机40，不采用在将吸入侧的压力PIN(初级侧压力)固定为固定的压力(例如0.6MPa)的情况下使用的往复压缩机，采用在吸入侧的压力PIN(初级侧压力)可变的情况下能够进行应对的类型的高压压缩机。例如，适合使用吸入侧的压力PIN(初级侧压力)例如为20MPa以下的增压多级升压型的压缩机。
多级蓄压器101中蓄积的氢气通过分配器30内的冷却器32被冷却，并从分配器30被供给至来到氢站102内的FCV 200。
图2是表示实施方式1中的控制电路100的内部结构的一例的结构图。控制电路100作为控制装置发挥功能。在图2中，在控制电路100内配置通信控制电路50、存储器51、接收部52、结束压力运算部54、流程计划部56、系统控制部58、压力恢复控制部61、供给控制部63、压力接收部66、HPU控制部67以及磁盘装置等存储装置80、82、84。压力恢复控制部61具有阀控制部60和压缩机控制部62。供给控制部63具有分配器控制部64和阀控制部65。接收部52、结束压力运算部54、流程计划部56、系统控制部58、压力恢复控制部61(阀控制部60、压缩机控制部62)、供给控制部63(分配器控制部64、阀控制部65)、压力接收部66以及HPU控制部67等各部包括处理电路，该处理电路包括电路、计算机、处理器、电路基板或者半导体装置等。例如，作为处理电路，可以使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)。另外，各部可以使用共同的处理电路(同一处理电路)。或者，也可以使用不同的处理电路(相分别的处理电路)。接收部52、结束压力运算部54、流程计划部56、系统控制部58、压力恢复控制部61(阀控制部60、压缩机控制部62)、供给控制部63(分配器控制部64、阀控制部65)、压力接收部66以及HPU控制部67内所需的输入数据或运算出的结果每次都被存储于存储器51。
另外，在存储装置80内保存转换表81，该转换表81表示FCV信息、氢气的剩余量以及填充信息的相关性，所述FCV信息例如为搭载于FCV 200的燃料罐202的压力、温度以及燃料罐202的容积，氢气的剩余量是根据FCV信息运算出来的，所述填充信息例如为应向燃料罐202进行填充的最终压力和最终温度。另外，在存储装置80内保存用于校正根据转换表81得到的结果的校正表83。
在氢气供给系统500中，在通过压缩机40将通过氢制造装置300高纯度地精制出的氢气进行压缩时，即使从压缩机40的构成部件等产生的硫、卤等杂质混入了氢气，也能够通过配置于压缩机40的下游侧的吸附塔70来排除杂质，此外还还能够使用吸附塔控制阀系统110、返回配管92以及吸附塔75来抑制被吸附塔70内的吸附剂吸附的杂质脱离并扩散至压缩机40侧(初级侧)(抑制向FCV等供给的氢气的质量不符合标准(例如ISO标准))，并且能够高效地利用残留于吸附塔70内的氢气。也就是说，氢气供给系统500能够节省氢气的浪费，并且能够抑制向FCV等供给的氢气的质量不符合标准(例如ISO标准)。
图3是表示实施方式1中的压缩机的内部结构的一例和吸附塔控制阀系统的结构的一例的结构图。在图3中，省略关于从氢制造装置300到压缩机40的吸入口的结构以及从切断阀72到多级蓄压器101(以及分配器30)的结构的记载。在图3的例子中，作为压缩机40，示出具备五级压缩机构的多级压缩机。在压缩机40内的各级压缩机构之间分别配置用于将被压缩后的氢气进行冷却的冷却器。另外，在第一级压缩机构的吸入侧配置固定件。固定件作为用于缓和从氢制造装置300供给的氢气的脉动的蓄积罐(缓冲器)发挥功能。另外，在排出线路90(排出配管)的中途配置节流孔91(节流机构)。通过节流孔91，能够减小由于排出线路90打开而引起的急剧的压力变动。另外，返回配管92与作为压缩机40的吸入侧的例如固定件连接。在返回配管92的中途配置节流孔93(节流机构)。通过节流孔93能够减小向返回配管92流通氢气的情况下的急剧的压力变动。另外，通过压缩机40的结构，有时能在配置驱动各压缩机构的活塞等可动部的气缸内产生硫成分等杂质。因此，如图3的例子所示，可以在返回配管92上且吸附塔75的气体入口与切断阀74之间的位置连接气缸泄漏线路，以释放该气缸内的压力，并通过吸附塔75来吸附在气缸内产生的杂质并将其去除。另外，在压缩机40内，经由流量调整阀41连接有将压缩机40的最后一级的压缩机构的喷出侧与第一级的压缩机构的吸入侧的固定件连接的减压配管42。
图4是表示实施方式1中的氢气供给方法的一例的主要工序的流程图。在图4中，实施方式1中的氢气供给方法实施FCV填充工序(102)、蓄压工序(S104)、吸附塔减压/再生工序(S121)、压缩机暂停和HPU怠速运转工序(S122)、压缩机内减压工序(S124)、吹扫控制工序(S128)这一系列工序。作为蓄压工序(S104)的内部工序，实施压缩机运转和HPU额定运转工序(S106)、阀控制工序(S108)、吸附工序(S110)、判定工序(S112)这一系列工序。此外，无需每次都实施氢的吹扫控制工序(S128)，例如对于图4的各工序的循环，针对多次循环实施一次氢的吹扫控制工序即可。当然，也可以每次都实施。
作为FCV填充工序(102)，向FCV 200供给氢气，向FCV 200内的燃料罐202填充氢气。作为一例，具体地说，如以下那样进行动作。此外，在此，从在多级压缩机101中蓄积有规定压力(例如82MPa)的氢气的状态起进行说明。
当FCV 200来到氢站102时，氢站102的操作员或FCV 200的用户将分配器30的喷嘴44连接(嵌合)于FCV 200的燃料罐202的接受口(插孔)并进行固定。当FCV 200来到氢站102内并且用户或氢站102的操作员将分配器30的喷嘴44连接并固定于FCV 200的燃料罐202的接受口(插孔)时，车载器204与控制电路34(中继器)建立通信。
接着，当车载器204与控制电路34建立了通信时，从车载器204实时地输出(发送)燃料罐202的当前的压力、温度以及燃料罐202的容积等FCV信息。FCV信息在控制电路34进行中继并被发送至控制电路100。在控制电路100内，接收部52经由通信控制电路50来接收该FCV信息。在车载器204与控制电路34建立了通信的期间，始终或以规定的采样间隔(例如10m秒～几秒)监视FCV信息。将接收到的FCV信息与接收时刻的信息一同存储于存储装置80。
结束压力运算部54从存储装置80读出转换表81，运算并预测与接收到的燃料罐202的接收初始时的压力Pa、温度Ti、燃料罐202的容积V以及外部温度T’对应的最终压力PF。另外，结束压力运算部54从存储装置80中读出校正表83，根据需要来校正通过转换表81得到的数值。在仅通过转换表81的数据得到的结果的误差大的情况下，基于通过实验或模拟等得到的结果来设置校正表83即可。运算出的最终压力PF被输出至系统控制部58。
接着，流程计划部56制作用于使用多级蓄压器101将氢气向FCV 200的燃料罐202进行压差供给(填充)的填充控制流程计划。流程计划部56制作包括对用于使燃料罐202的压力成为最终压力PF的蓄压器的选择(对蓄压器10、12、14的选择)和多级蓄压器101的切换定时的填充控制流程的计划。制作出的填充控制流程计划的控制数据被暂时保存于存储装置82。在进行填充控制流程的计划的情况下，流程计划部56根据外部温度来设定压力上升率，运算与该压力上升率对应的填充速度。并且，从填充中途起运算与根据该外部温度决定的压力上升率对应的填充速度，以抑制急剧的温度上升。根据外部温度决定的压力上升率被预先编入转换表81的数据中。按照这些条件来计划填充控制流程，能够得到达到最终压力PF的、从开始进行填充起的时间t(结束时间1)(达到时间)。
而且，按照制作出的填充控制流程，从分配器30(计量器)向被搭载于以氢气为动力源的FCV 200的燃料罐202填充氢气。具体地说，如以下那样进行动作。
图5是用于说明使用实施方式1中的多级蓄压器进行氢燃料的压差填充的情况下的填充方法的图。在图5中，纵轴表示压力，横轴表示时间。在向FCV 200进行氢燃料的压差填充的情况下，通常，预先将多级蓄压器101的各蓄压器10、12、14蓄压至相同压力P0(例如82MPa)。另一方面，来到氢站102的FCV 200的燃料罐202为压力Pa。说明在该状态下开始向FCV 200的燃料罐202进行填充的情况。
首先，开始从作为第一组的例如蓄压器10向燃料罐202进行填充。具体地说，如以下那样进行动作。供给控制部63在系统控制部58的控制下控制供给部106，来使从蓄压器10向FCV 200的燃料罐202供给氢燃料。具体地说，系统控制部58控制分配器控制部64和阀控制部65。分配器控制部64经由通信控制电路50来与分配器30的控制电路34进行通信，并控制分配器30的动作。具体地说，首先，控制电路34调整分配器30内的流量调整阀的开度，以使成为运算出的填充速度M。然后，阀控制部65经由通信控制电路50向阀22、24、26输出控制信号，来控制各阀的开闭。具体地说，使阀22打开，使阀24、26维持关闭。由此，使从蓄压器10向燃料罐202供给氢燃料。利用蓄压器10与燃料罐202的压差来使蓄压器10内蓄积的氢燃料以调整后的填充速度向燃料罐202侧移动，燃料罐202的压力如虚线Pt所示那样逐渐上升。与此相伴，蓄压器10的压力(“第一组(1st)”所示的曲线图)逐渐减小。而且，在达到第一组的使用下限压力的、从开始进行填充起经过了时间T1的时间点，将使用的蓄压器从蓄压器10切换为作为第二组的例如蓄压器12。具体地说，阀控制部65经由通信控制电路50向阀22、24、26输出控制信号，来控制各阀的开闭。具体地说，使阀22关闭，使阀24打开，使阀26维持关闭。由此，蓄压器12与燃料罐202的压差变大，因此能够维持填充速度快的状态。
然后，利用作为第二组的例如蓄压器12与燃料罐202的压差来使蓄压器12内蓄积的氢燃料以该调整后的填充速度向燃料罐202侧移动，燃料罐202的压力如虚线Pt所示那样进一步地逐渐上升。与此相伴，蓄压器12的压力(“第二组(2nd)”所示的曲线图)逐渐减少。而且，在达到第二组的使用下限压力的、从开始进行填充起经过了时间T2的时间点，将使用的蓄压器从蓄压器12切换为作为第三组的例如蓄压器14。具体地说，阀控制部65经由通信控制电路50向阀22、24、26输出控制信号，来控制各阀的开闭。具体地说，使阀24关闭，将阀26打开，使阀22维持关闭，使阀22维持关闭。由此，蓄压器14与燃料罐202的压差变大，因此能够维持填充速度快的状态。
然后，利用作为第三组的例如蓄压器14与燃料罐202的压差来使蓄压器14内蓄积的氢燃料以调整后的填充速度向燃料罐202侧移动，燃料罐202的压力如虚线Pt所示的那样逐渐上升。与此相伴，蓄压器14的压力(“第三组(3rd)”所示的曲线图)逐渐减少。而且，通过作为第三组的蓄压器14来进行填充，直至燃料罐202的压力成为运算出的最终压力PF(例如65～81MPa)为止。
如以上那样，从第一组起依次向燃料罐202填充氢气。在上述的例子中，示出了来到氢站102的FCV 200的燃料罐202的压力P1为相比预先设定的作为低压组的蓄压器10的使用下限压力程度而言足够低的压力的情况。作为一例，示出满填充(满罐)时的例如1/2以下这样的非常低的状态的情况。在该情况下，为了将FCV 200的燃料罐202的压力快速地填充至最终压力PF，例如需要三个蓄压器10、12、14。但是，并不限于来到氢站102的FCV 200的燃料罐202的压力非常低的情况。在燃料罐202的压力比满填充时的例如1/2高的情况下，有时例如使用两个蓄压器10、12就足够了。并且，在燃料罐202的压力高的情况下，有时例如使用一个蓄压器10就足够了。在任何情况下都是，在蓄压器10、12、14之间切换使用的蓄压器。
当对FCV 200的燃料罐202进行的氢气的填充(供给)结束时，将分配器30的喷嘴44从FCV 200的燃料罐202的接受口(插孔)移除，用户例如支付与填充量相应的费用，从氢站102退出。
作为蓄压工序(S104)，通过压缩机40将氢气进行压缩，向蓄积氢气的蓄压器侧供给被压缩后的氢气。具体地说，如以下那样进行动作。
作为压缩机运转和HPU额定运转工序(S106)，在开始通过多级蓄压器101向FCV200进行氢填充且多级蓄压器101内的任一蓄压器内的压力下降了的情况下、以及/或者在通过多级蓄压器101进行氢供给时针对FCV 200的填充量不足的情况下，在HPU控制部67的控制下，氢制造装置300从怠速运转转变为额定运转(例如100％负荷运转)，以使氢气制造量增加。此时，阀控制电路60使开发阀319关闭，使阀328打开。而且，在压缩机控制部62的控制下，压缩机40开始运转，将从氢制造装置300供给的低压的氢气进行压缩并喷出。
作为阀控制工序(S108)，阀控制电路60控制吸附塔控制阀系统110，以向蓄压器侧供给被压缩后的氢气。
图6是用于说明实施方式1中的蓄压工序时的吸附塔控制阀系统的动作的图。在图6中，阀控制电路60进行控制以使切断阀73、74关闭，进行控制以使切断阀71、72从关闭成为打开。
作为吸附工序(S110)，使用配置有吸附剂的吸附塔70来使从压缩机40喷出的氢气中的杂质吸附于吸附塔70内的吸附剂。而且，杂质被吸附，从吸附塔70的气体出口向多级蓄压器101侧供给成为高纯度的氢气。
另外，阀控制部60在阀21、22、23、24、25、26、28关闭的状态下例如使阀25打开。
而且，通过压缩机40的运转，从低压(例如0.6MPa)起进行压缩，将被吸附塔70内的吸附剂吸附了杂质后的氢气填充至蓄压器14中，直至蓄压器14的压力成为规定的压力P0(例如82MPa)为止，由此对蓄压器14进行蓄压(压力恢复)。
接着，阀控制部60使阀25关闭，取而代之地使将阀23打开。
而且，同样地，向蓄压器12填充氢气，直至蓄压器12的压力成为规定的压力P0(例如82MPa)为止，由此对蓄压器12进行蓄压(压力恢复)。
接着，阀控制部60使阀23关闭，取而代之地使阀21打开。
而且，同样地，向蓄压器10填充氢气，直至蓄压器10的压力成为规定的压力P0(例如82MPa)为止，由此对蓄压器10进行蓄压(压力恢复)。
作为判定工序(S112)，系统控制部58判定多级蓄压器101的全部的蓄压器10、12、14是否已被蓄压至规定的压力P0(例如82MPa)。在尚未蓄压至规定的压力P0(例如82MPa)的情况下，继续进行蓄压。在已蓄压至规定的压力P0(例如82MPa)的情况下，进入下一个工序。在此，作为一例，示出了多级蓄压器101的全部的蓄压器10、12、14继续进行蓄压直至充分被蓄压为止的情况，但并不限于此。也可以在某一蓄压器10、12、14充分被蓄压的阶段结束蓄压工序(S104)。
通过以上工序，能够将蓄压器10、12、14蓄压至规定的压力P0(例如82MPa)。由此，预先做好通过多级蓄压器101对FCV 200进行压差填充的准备。
作为吸附塔减压/再生工序(S121)，在通过切断阀71将压缩机40与吸附塔70之间切断了的状态下，将切断阀74打开以使吸附塔70内的压缩后的氢气向返回配管92流动，由此将吸附塔70内从高压减压至低压。并且，将切断阀74打开以使吸附塔70内的压缩后的氢气向返回配管92流动，由此通过吸附塔75内的吸附剂来吸附从吸附塔70内的吸附剂脱离的杂质。
图7是用于说明实施方式1中的吸附塔减压/再生工序时的吸附塔控制阀系统的动作的一例的图。在图7中，在切断阀71、72打开且切断阀73、74关闭的状态下，阀控制部60使切断阀71、72关闭并使切断阀74打开。由此，通过切断阀71将压缩机40与吸附塔70之间切断。而且，残留于吸附塔70内的高压的氢气经由返回配管92返回至压缩机40的吸入侧。此时，由于在返回配管92配置有节流孔93，因此能够抑制急剧的压力变动，从而能够抑制吸附塔70等构成部件的损伤或者活性炭等吸附剂粉碎等。另外，能够抑制吸附塔75的气体入口侧的压力上升，从而能够在相比于吸附塔70的使用压力大幅度地下降的低压下使用吸附塔75。通过使吸附塔70内减压，所吸附的杂质从吸附剂脱离。而且，该杂质乘着内部的氢气的流动扩散至返回配管92。在该情况下，好不容易去除的杂质返回了至压缩机40的吸入侧。因此，在实施方式1中，通过吸附塔75内的吸附剂来吸附吸附塔70内的从吸附剂脱离的杂质。由此，能够使吸附塔70的吸附剂再生(refresh)。因而，即使在将吸附塔70小型化且吸附剂的搭载量为少量的情况下，也能够延长吸附剂的吸附性能的寿命。同时，能够通过吸附塔75内的吸附剂对吸附塔70内的氢气中的杂质进行吸附，使成为高纯度的氢气返回至压缩机40的吸入侧以供再利用。
图8是用于说明实施方式1中的吸附塔减压/再生工序时的吸附塔控制阀系统的动作的其它一例的图。在图8中，在切断阀71、72打开且切断阀73、74关闭的状态下，阀控制部60使切断阀71、72关闭，使切断阀73、74打开。由此，除了返回配管92以外还向排出线路90释放吸附塔70内的氢气。由此，将吸附塔70内从高压减压至低压，并且将吸附塔70内的从吸附剂脱离的杂质释放至排出线路90。关于除了返回配管92以外是否还使用排出线路90，适当进行设定即可。通过使用排出线路90，能够再利用的氢气量下降，但能够缩短进行吸附塔70内的减压所需的时间。
或者，并不限于将切断阀73、74同时打开的情况，也可以在将切断阀73和切断阀74打开的动作之间设置时间差。先打开切断阀73和切断阀74中哪个切断阀都可以。
作为压缩机暂停和HPU怠速运转工序(S122)，在HPU控制部67的控制下，使氢制造装置300从额定运转(例如100％负荷运转)转变为怠速运转(例如30％负荷运转)，来降低氢气制造量。阀控制电路60进行控制以使开放阀319从关闭成为打开，进行控制以使阀328从打开成为关闭，以停止向压缩机40供给氢气。通过使开放阀319打开，通过怠速运转制造出的少量的氢气被释放至大气中。而且，在压缩机控制部62的控制下，压缩机40暂停(停止)运转。因而，在压缩机40处于完全停止的状态即运转停止时，进行控制以使切断阀71、72关闭。
作为压缩机内减压工序(S124)，在压缩机控制部62的控制下，流量调整阀41以规定的开度调整流量，经由减压配管42使压缩机40内减压至压缩机40的吸入侧的压力。
在此，即使在压缩机40的喷出侧被减压了的情况下也是，由于压缩机40的喷出口与吸附塔70的气体入口之间通过切断阀71而被切断，因此能够防止或抑制吸附塔70内的从吸附剂脱离的杂质扩散至压缩机40侧(初级侧)。
作为吹扫控制工序(S128)，控制装置100在使切断阀73打开且经过规定时间后，进行控制以使切断阀74关闭，使切断阀71打开，以将从氢制造装置300供给的氢气经由处于运转停止的压缩机40供给至吸附塔70。具体地说，在压缩机40暂停(停止)且吸附塔70内被减压至低压的状态下，将从氢制造装置300供给的氢气作为吹扫气体经由处于暂停的压缩机40导入吸附塔70。在此，“规定时间”例如相当于假定密闭空间(通过切断阀71、72、73、74而关闭了的空间)的压力成为从氢制造装置300进行供给的供给压力以下的时间。能够根据配管直径和配管长度、吸附塔70的沉积、密闭时的压力等来计算与密闭空间相应的量的气体量和排出该气体量的时间。
图9是用于说明实施方式1中的氢的吹扫控制工序时的吸附塔控制阀系统的动作的图。在处于怠速运转的氢制造装置300中，虽然制造量少，但能够连续制造高纯度的氢气。以往，由处于怠速运转的氢制造装置300制造出的氢气不被供给至压缩机40，而是经由开放阀319从排出线路被释放出来。因此，在图9的例子中，阀控制部60进行控制，以使切断阀71、73打开，使切断阀72、74关闭，并使开放阀319关闭，使阀328打开。由此，由处于怠速运转的氢制造装置300制造出的氢气通过处于停止的压缩机40内并被供给至吸附塔70内，并且从排出线路90被释放出来。将该氢气用作吹扫气体并导入吸附塔70内，由此能够加速进行吸附剂的再生。假定硫、卤等杂质例如是由于压缩机40运转时的活塞的驱动而产生的活塞环等的滑动而产生。因而，认为在压缩机40暂停(停止)期间未产生硫、卤等杂质，能够将维持了高纯度的氢气用作吹扫气体。另外，通过将由处于怠速运转的氢制造装置300制造出的氢气用作吹扫气体，能够有效利用在以往被废弃的氢气。
而且，在下一个FCV 200来到氢站102的情况下，返回FCV填充工序(102)，重复进行从FCV填充工序(102)至压缩机内减压工序(S124)(或吹扫控制工序(S128))的各工序。
如以上那样，根据实施方式1，能够抑制配置于压缩机40的下游侧的吸附剂所吸附的氢气的杂质扩散至压缩机40侧，并且能够有效地利用残留于吸附塔70内的氢气。并且，能够使吸附塔70内的吸附剂再生，从而能够使吸附塔70内的吸附剂的吸附性能长寿命化。因而，还能够将吸附塔70进一步小型化。
以上参照具体例对实施方式进行了说明。但是，本发明并不限定于这些具体例。本发明例如还能够应用于利用电解的氢制造装置中。
另外，关于装置结构、控制方法等对于本发明的说明而言并非直接需要的部分等省略了记载，但能够适当选择需要的装置结构、控制方法来进行使用。
此外，具备本发明的要素且本领域人员能够适当进行设计变更的全部的氢制造装置的运转方法和氢制造装置的控制装置包括在本发明的范围内。
产业上的可利用性
关于氢气供给装置和氢气供给方法，例如能够利用为配置于氢站的氢气供给装置和氢气供给方法。
附图标记说明
10、12、14：蓄压器；11、13、15、17、318：压力计；21、22、23、24、25、26、28、328：阀；27：流量计；29：流量调整阀；30：分配器；31：传感器；32：冷却器；34：控制电路；40：压缩机；41：流量调整阀；42：减压配管；44：喷嘴；50：通信控制电路；51：存储器；52：接收部；54：结束压力运算部；56：流程计划部；58：系统控制部；60、65：阀控制部；61：压力恢复控制部；62：压缩机控制部；63：供给控制部；64：分配器控制部；66：压力接收部；67：HPU控制部；70、75：吸附塔；71、72、73、74：切断阀；76：配管；80、82、84：存储装置；81：转换表；83：校正表；90：排出线路；92：返回配管；91、93：节流孔；100：控制电路；101：多级蓄压器；102：氢站；106：供给部；110：吸附塔控制阀系统；200：FCV；202：燃料罐；204：车载器；205：温度计；206：压力计；300：氢制造装置；319：开放阀；500：氢气供给系统。

Claims (10)

1.一种氢气供给装置，其特征在于，具备：
压缩机，其将氢气进行压缩；
蓄压器，其蓄积通过所述压缩机被压缩后的氢气；
第一吸附塔，其配置于所述压缩机与所述蓄压器之间，所述第一吸附塔具有用于吸附从所述压缩机喷出的氢气中混合的杂质的第一吸附剂；
第一阀，其配置于所述压缩机与所述第一吸附塔之间的第一气体供给配管；
第二阀，其配置于所述第一吸附塔与所述蓄压器之间的第二气体供给配管；
返回配管，其是从所述第一气体供给配管中的处于所述第一阀与所述第一吸附塔之间的位置分支出的，所述返回配管与所述压缩机的上游侧连接；
第二吸附塔，其配置于所述返回配管，所述第二吸附塔具有用于吸附所述杂质的第二吸附剂；
第三阀，其配置于所述返回配管中的处于所述第二吸附塔的上游侧的位置；以及
控制装置，其控制所述第一阀、所述第二阀以及所述第三阀的开闭，
所述氢气供给装置还具备：排出线路，其是从所述第一气体供给配管中的处于所述第一阀与所述第一吸附塔之间的位置分支出的；以及第四阀，其配置于所述排出线路，
所述控制装置在进行控制以使所述第一阀和所述第二阀关闭了的状态下，进行控制以使所述第三阀和所述第四阀打开。
2.根据权利要求1所述的氢气供给装置，其特征在于，
在所述压缩机停止运转时，所述控制装置在进行控制以使所述第一阀和所述第二阀关闭的状态下，进行控制以使所述第三阀打开。
3.根据权利要求1所述的氢气供给装置，其特征在于，
还具备向所述压缩机供给氢气的氢制造装置，
所述控制装置在使所述第四阀打开并经过规定时间后，进行控制以使所述第三阀关闭并使所述第一阀打开，将从所述氢制造装置供给的氢气经由处于运转停止的所述压缩机供给至所述第一吸附塔。
4.根据权利要求1或2所述的氢气供给装置，其特征在于，
所述吸附剂具有对硫和卤的吸附能力。
5.一种使用根据权利要求1～4中的任一项所述的氢气供给装置的氢气供给方法，其特征在于，包括以下工序：
通过压缩机将氢气进行压缩；
将通过所述压缩机被压缩后的氢气蓄积于蓄压器；
使用配置于所述压缩机与所述蓄压器之间的具有第一吸附剂的第一吸附塔，来使从所述压缩机喷出的氢气中混合的杂质吸附于所述第一吸附剂；以及
在进行控制以使配置于所述压缩机与所述第一吸附塔之间的第一气体供给配管的第一阀、以及配置于所述第一吸附塔与所述蓄压器之间的第二气体供给配管的第二阀关闭了的状态下，进行控制以使配置于从所述第一气体供给配管中的处于所述第一阀与所述第一吸附塔之间的位置分支出且与所述压缩机的上游侧连接的返回配管的第三阀打开，由此使用配置于所述返回配管的具有第二吸附剂的第二吸附塔来使所述杂质吸附于所述第二吸附剂。
6.一种氢气供给装置，其特征在于，具备：
压缩机，其将氢气进行压缩，将压缩后的氢气供给至蓄积氢气的蓄压器侧；
第一吸附塔，其配置于所述压缩机的喷出口与所述蓄压器之间，在所述第一吸附塔配置有用于吸附从所述压缩机喷出的氢气中的杂质的第一吸附剂；
第一阀，其配置于所述压缩机的喷出口与所述第一吸附塔的气体入口之间；
第二阀，其配置于所述第一吸附塔的气体出口与所述蓄压器之间；
返回配管，其是在所述第一阀与所述吸附塔的气体入口之间的位置分支出的，所述返回配管与所述压缩机的吸入侧相连；
第二吸附塔，其配置于所述返回配管的中途，在所述第二吸附塔配置有用于吸附从所述压缩机喷出的氢气中的杂质的第二吸附剂；以及
第三阀，其配置于所述返回配管的中途且所述第一吸附塔的气体入口与所述第二吸附塔的气体入口之间的位置，
在通过所述第一阀将所述压缩机与所述第一吸附塔之间切断了的状态下，将所述第三阀打开以使所述第一吸附塔内的压缩后的氢气向所述返回配管流动，并且通过所述第二吸附剂来吸附从所述第一吸附剂脱离的杂质。
7.根据权利要求6所述的氢气供给装置，其特征在于，
所述杂质为在所述压缩机内混入的杂质。
8.一种氢气供给装置，其特征在于，具备：
压缩机，其将氢气进行压缩，将压缩后的氢气供给至蓄积氢气的蓄压器侧；
第一吸附塔，其配置于所述压缩机的喷出口与所述蓄压器之间，在所述第一吸附塔配置有用于吸附从所述压缩机喷出的氢气中的杂质的第一吸附剂；
第一阀，其配置于所述压缩机的喷出口与所述第一吸附塔的气体入口之间；
第二阀，其配置于所述第一吸附塔的气体出口与所述蓄压器之间；
返回配管，其是在所述第一阀与所述吸附塔的气体入口之间的位置分支出的，所述返回配管与所述压缩机的吸入侧相连；
第二吸附塔，其配置于所述返回配管的中途，在所述第二吸附塔配置有用于吸附从所述压缩机喷出的氢气中的杂质的第二吸附剂；以及
第三阀，其配置于所述返回配管的中途且所述第一吸附塔的气体入口与所述第二吸附塔的气体入口之间的位置，
所述氢气供给装置还具备：
排出线路，其是在所述第一阀与所述第一吸附塔的气体入口之间的位置分支出的；以及
第四阀，其配置于所述排出线路的中途，
其中，所述氢气供给装置通过将所述第四阀打开来将所述第一吸附塔内从高压减压至低压，并且将从所述第一吸附剂脱离的杂质释放至所述排出线路。
9.根据权利要求8所述的氢气供给装置，其特征在于，
从氢制造装置向所述压缩机供给所述氢气，
在所述压缩机暂停且所述第一吸附塔内被减压至低压的状态下，通过将所述第一阀和所述第四阀打开来将从所述氢制造装置供给的氢气作为吹扫气体经由处于暂停的所述压缩机导入所述第一吸附塔。
10.一种使用根据权利要求6～9中的任一项所述的氢气供给装置的氢气供给方法，其特征在于，包括以下工序：
通过压缩机将氢气进行压缩，将压缩后的氢气供给至蓄积氢气的蓄压器侧；
使用配置于所述压缩机的喷出口与蓄积氢气的蓄压器之间的、配置有第一吸附剂的第一吸附塔，来使从所述压缩机喷出的氢气中的杂质吸附于所述第一吸附剂；以及
使用配置于返回配管的中途的配置有第二吸附剂的第二吸附塔，在所述压缩机与所述第一吸附塔之间切断了的状态下，使所述第一吸附塔内的压缩后的氢气向所述返回配管流动，并且使从所述第一吸附剂脱离的杂质吸附于所述第二吸附剂，所述返回配管在所述压缩机的喷出侧且所述第一吸附塔的气体入口侧的位置分支出并且与所述压缩机的吸入侧相连。
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