JP2004116544A

JP2004116544A - 水素供給ステーション及びその制御方法

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Publication number: JP2004116544A
Application number: JP2002276895A
Authority: JP
Inventors: Akira Kobuchi; 小渕　彰; Mitsuhiro Yoshida; 吉田　光弘
Original assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】従来の水素供給ステーションの場合には、水素燃料自動車への水素ガスの充填圧力が低く、実用性に欠ける。従って、水素供給ステーションの制御方法について具体的な提案がなされていない。
【解決手段】本発明の水素供給ステーション１０は、水素製造装置１１と、この水素製造装置１１で製造された水素ガスを所定の圧力で貯める水素ガスホルダ１２と、この水素ガスホルダ１２からの水素ガスを昇圧する圧縮機１３と、この圧縮機１３で圧縮された水素ガスを貯める蓄ガス器１４と、この蓄ガス器１４からの水素ガスを水素燃料自動車Ｍに充填するディスペンサ１５と、このディスペンサ１５、蓄ガス器１４の状況に基づいて水素製造装置１１及び／または圧縮機１３を制御する監視制御装置１６とを備えている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素供給ステーション及びその制御方法に関し、更に詳しくは、水素ガスを燃料とする水素燃料自動車等の水素燃料車両に水素ガスを無駄なく、しかも効率良く供給する水素供給ステーション及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素燃料自動車の開発が進められ、近い将来、この種の水素燃料自動車が普及すると、ガソリンスタンドに代わって水素供給ステーションが必要になる。この水素供給ステーションやその運用方法等に関しても種々開発が進められ、提案されている。
【０００３】
従来の水素供給ステーションは、水電解装置と、水電解装置によって製造された水素を吸蔵し、且つ放出することが可能な水素吸蔵材を有する水素貯蔵タンクと、水素吸蔵過程にある少なくとも一つの水素貯蔵タンクの水素吸蔵材が発生する熱により水素吸蔵後の少なくとも一つの水素貯蔵タンクを加熱してそのタンク内の圧力を上昇させる加熱手段を有し、水素貯蔵タンクの水素流通口を開けば直ちに車両の水素貯蔵タンクへ水素を供給できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、水素供給ステーションを用いた自動車への燃料供給方法についても知られている（例えば、特許文献２）。この技術では、水素供給ステーションは水素自動車に燃料の水素を供給し、集中管理システムは顧客の運転する水素自動車の位置、水素残量及び想定される残走行距離を遠隔的に監視し、複数箇所の水素供給ステーションにおける水素製造装置あるいは水素貯蔵装置の稼動状況を同一のホストコンピュータで監視する。水素自動車へは水素の補給に最適な水素供給ステーションの位置を通知し、水素供給ステーションにおける水素製造量の決定あるいは水素製造装置の起動、運転制御を行う。このため、自動車を運転する顧客は普及が十分でない水素燃料を使用しても燃料切れを起こすことなく自動車を走行させることができる。
【０００５】
更に、水素製造車両及び水素供給システムについても知られている（例えば、特許文献３）。この水素供給システムでは、ＬＰＧガスから水素を生成する水素生成装置を搭載した水素製造車両が各ガススタンドを巡回し、各ガススタンドにおいてＬＰＧガスから水素を生成し、ガススタンドに備えられた水素タンクに水素を貯蔵することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６１９９８号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開２００２−２１６２９６号公報（段落
【００１６】〜
【００１８】及び図１）
【特許文献３】
特開２０００−９５０２０号公報（段落
【００２０】及び図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の水素供給ステーションは水電解装置において生成した水素ガスを水素貯蔵タンクの水素吸蔵材で吸蔵する時の発熱を利用して他の水素貯蔵タンクの水素吸蔵材の加熱することによって水素ガスを放出し、この水素ガスを車両に充填するようになっているため、水素ガス充填時のガス圧が十分でなく、車両の走行距離を十分に確保することができないという課題がある。
【０００８】
また、特許文献２には複数分散配置した水素供給ステーションの運用方法、即ち、水素供給ステーションと車両間の位置関係に基づいて車両側に最適な水素供給ステーションを割り当てる方法について記載されているため、水素供給ステーション自体の具体的な構成及び制御方法については何等提案されていない。
【０００９】
更に、特許文献３にはガススタンドに水素製造車両を差し向け、水素製造車両においてガススタンドのガスを用いて水素を製造し、水素タンクに貯蔵するようにしているため、ガススタンドと水素製造車両が必要で水素供給ステーション自体では水素ガスを製造し、供給することができない。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、水素ガスを無駄なく効率良く製造、貯蔵し、車両に対して水素ガスを迅速且つ確実に供給することができる水素供給ステーション及びその制御方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の水素供給ステーションは、水素製造装置と、この水素製造装置で製造された水素ガスを昇圧する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された水素ガスを貯める蓄ガス器と、この蓄ガス器からの水素ガスを車両に充填する水素ガス供給装置と、この水素ガス供給装置及び／または上記蓄ガス器の状況に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を監視、制御する監視制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の水素供給ステーションは、請求項１に記載の発明において、上記圧縮機の前段に配置され且つ上記水素ガスを所定の圧力で貯めるバッファタンクを有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の水素供給ステーションは、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記蓄ガス器は、第１バンク部と、この第１バンク部の不足分を補う第２バンク部とを有すること特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項４に記載の水素供給ステーションは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記監視制御装置を、上記水素製造装置、上記バッファタンク、上記圧縮機、上記蓄ガス器及び水素ガス供給装置のいずれかに設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項５に記載の水素供給ステーションの制御方法は、水素製造装置と、この水素製造装置で製造された水素ガスを昇圧する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された水素ガスを貯める蓄ガス器と、この蓄ガス器からの水素ガスを車両に充填する水素ガス供給装置と、この水素ガス供給装置及び／または上記蓄ガス器の状況に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を監視、制御する監視制御装置とを備え、上記監視制御装置によって上記蓄ガス器の圧力を監視し、この監視結果に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項６に記載の水素供給ステーションの制御方法は、請求項５に記載の発明において、上記圧縮機の前段に配置され且つ上記水素ガスを所定の圧力で貯めるバッファタンクを有し、上記監視制御装置を介して上記バッファタンクを監視し、この監視結果に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を制御すること特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項７に記載の水素供給ステーションの制御方法は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たす時には、上記監視制御装置を介して上記圧縮機をアイドル運転または止めることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項８に記載の水素供給ステーションの制御方法は、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たす時には、上記監視制御装置を介して上記水素製造装置のアイドル運転を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項９に記載の水素供給ステーションの制御方法は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たさない時には、上記監視制御装置を介して上記水素製造装置の負荷運転を行うと共に上記圧縮機を駆動することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項１０に記載の水素供給ステーションの制御方法は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記蓄ガス器は、第１バンク部と、この第１バンク部の不足分を補う第２バンク部とを有し、上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たさない時には、上記監視制御装置を介して上記圧縮機から第２バンク部に水素ガスを満たした後、第１バンク部に水素ガスを満たすことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明の水素供給ステーションの一実施形態を示す概念図、図２は図１に示す監視制御装置を示すブロック図、図３は図２に示す監視制御装置の制御フロー図、図４は本発明の水素供給ステーションの他の実施形態を示す概念図、図５は図４に示す監視制御装置の制御フロー図である。
【００２２】
本実施形態の水素供給ステーション１０は、例えば図１に示すように、水素製造装置１１と、この水素製造装置１１で製造された水素ガスを所定の圧力で貯めるバッファタンク（例えば、水素ガスホルダ）１２と、この水素ガスホルダ１２からの水素ガスを昇圧する圧縮機１３と、この圧縮機１３で圧縮された水素ガスを貯める蓄ガス器１４と、この蓄ガス器１４からの水素ガスを水素燃料自動車Ｍに充填する水素ガス供給装置（以下、「ディスペンサ」と称す。）１５と、このディスペンサ１５、蓄ガス器１４の状況に基づいて水素製造装置１１及び／または圧縮機１３を制御する監視制御装置１６とを備え、各構成機器はそれぞれ監視制御装置１６の制御下で駆動する。そして、各構成機器間は配管（図示せず）によって接続されている。水素燃料自動車Ｍとしては、例えば、水素を燃料として燃焼させ、内燃機関であるエンジンを機械的に駆動する内燃式車両や、燃料電池で電気化学的に水素から電力を発生させてモータを電気的に駆動する燃料電池式車両等を挙げることができる。
【００２３】
また、水素ガスホルダ１２には放散弁１７が取り付けられ、水素ガスホルダ１２の水素ガスの圧力が所定値を超えると放散弁１７を介して水素ガスを放出して水素ガスの圧力を所定値に保持する。圧縮機１３と蓄ガス器１４を接続する配管には安全弁１８が取り付けられ、蓄ガス器１４が所定の圧力に達し満杯になると安全弁１８が働いて水素ガスを放出する。
【００２４】
水素製造装置１１は、例えば脱硫した天然ガス、都市ガス等の炭化水素系ガスを改質炉で高温水蒸気を用いて改質して得られる水素、一酸化炭素、炭酸ガス、メタン等からなる改質ガスを、一酸化炭素変成塔で一酸化炭素を水素及び二酸化炭素に転換した後、水素ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置で精製して高純度（例えば、ファイブナイン以上）の水素を製造するもので、監視制御装置１６の制御下で例えば水素ガスを５０Ｎｍ^３／ｈｒの能力で製造することができる。また、水素ガスを水素ガスホルダ１２へ供給する場合には水素製造装置１１は３０〜１００％で負荷運転を行い、３０％以下ではアイドル運転を行い、出口のガス圧力の変動範囲は例えば０．６５±０．０２ＭＰａＧに設定されている。このような水素製造装置１１としては例えば本出願人が提案した特開平９−３０９７０３号公報に記載のものを使用することができる。
【００２５】
水素ガスホルダ１２は、水素製造装置１１によって製造された水素ガスを貯めて水素の脈流を防止すると共に圧縮機１３の吸入圧力を保持し、圧縮機１３での負圧を防止する。水素ガスホルダ１２は容量が大きいほど運転時に圧力変動が小さくて良いが、設置スペースの観点から例えば本実施形態では０．４５〜０．６３ＭＰａＧの圧力で０．１〜２Ｎｍ^３／ｈｒの容量のものが用いられる。水素ガスホルダ１２には圧力センサ（図示せず）が取り付けられ、この圧力センサを介して水素ガスホルダ１２内の水素ガス圧力を検出し、検出信号をＡ／Ｄ変換器を介して監視制御装置１６へ出力する。
【００２６】
圧縮機１３は、監視制御装置１６の監視下でインバータ制御またはスピルバック制御により駆動し、例えば水素ガスホルダ１２から吸引した水素ガスを約４０ＭＰａＧの高圧まで昇圧し、水素製造装置１１の製造能力に見合った流量で吐出することができる。圧縮機１３の吐出流量が大きすぎると水素製造装置１１の製造能力とのバランスから水素ガスホルダ１２内の圧力変動が増大し、圧縮機１３の負圧及び流量の制御が難しくなる。逆に能力が小さすぎると水素製造装置１１の最大製造能力まで運転することができず、また、最大能力で運転できたとしても水素ガスホルダ１２内の貯留能力を超えて水素ガスを放出しなくてはならず、水素供給ステーション１０の効率的な運転ができなくなる。圧縮機１３の吸入圧力は水素製造装置１１及び水素ガスホルダ１２の能力から例えば０．４５〜０．７０ＭＰａＧの範囲が好ましい。
【００２７】
蓄ガス器１４は、圧縮機１３によって昇圧された水素ガスを貯めるタンクである。本実施形態では、蓄ガス器１４は、例えば一次充填用の第１バンク部（以下、「可変バンク部」と称す。）１４Ａと、この可変バンク部１４Ａの圧力またはそれ以上の高い圧力で可変バンク部１４Ａによる充填不足を補う二次充填用の第２バンク部（以下、「高圧バンク部」と称す。）１４Ｂとを有し、圧縮機１３によって所定の圧力で満杯になるまで高圧バンク部１４Ｂ内に水素ガスを充填した後、高圧バンク部１４Ｂから可変バンク部１４Ａに切り換えて所定の圧力で満杯になるまで可変バンク部１４Ａ内に水素ガスを充填する。可変バンク部１４Ａには例えば３５〜４０ＭＰａＧの圧力範囲で水素ガスを貯留し、高圧バンク部１４Ｂには例えば４０ＭＰａＧの圧力で水素ガスを貯留する。可変バンク部１４Ａ及び高圧バンク部１４Ｂはいずれも複数本のバンクから構成され、各バンクには圧力センサ（図示せず）が取り付けられ、これらの圧力センサを介して各バンク内の水素ガス圧力を検出し、この検出信号をＡ／Ｄ変換器を介して監視制御装置１６へ出力する。本実施形態では、可変バンク部１４Ａは例えば０．２４ｍ^３のバンクを１０本有し、高圧バンク部１４Ｂは例えば０．２４ｍ^３のバンクを２本有している。この場合には、例えば充填圧力が３５ＭＰａＧで、充填容量が０．１４４ｍ^３の燃料タンクを有する水素燃料自動車Ｍであれば、連続５台の水素燃料自動車Ｍの水素ガスを供給することができる。
【００２８】
ディスペンサ１５は、蓄ガス器１４の高圧水素ガスを水素燃料自動車Ｍに充填するように構成され、水素燃料自動車Ｍに水素ガスを充填する必要があれば、充填操作手段（図示せず）を介して監視制御装置１６に対して充填要求信号を出力し、水素ガスの充填要求をする。充填要求により蓄ガス器１４内の水素ガスの圧力を勘案して水素燃料自動車Ｍに水素ガスを充填し、あるいは蓄ガス器１４内の水素ガスの圧力が充填可能な圧力に達するまで待って充填する。
【００２９】
而して、監視制御装置１６は、例えば図１、図２に示すように、各構成機器１１〜１５に接続され、蓄ガス器１４等の検出圧力に基づいて水素製造装置１１、圧縮機１３及びディスペーサ１５を制御する。この監視制御装置１６は、水素製造装置１１、水素ガスホルダ１２、圧縮機１３、蓄ガス器１４及び水素ガス供給装置１５のいずれの場所に設置しても良い。また、監視制御装置１６は、水素供給ステーション１０とは別の場所で複数の水素供給ステーション１０を集中管理する中央管理室（図示せず）内に設置することもできる。
【００３０】
ここで監視制御装置１６について説明する。監視制御装置１６は、例えば図２に示すように、蓄ガス器１４の圧力センサからの入力信号に基づいて蓄ガス器１４内の水素ガスが満杯であるか否かを判断する圧力判断部１６Ａと、この圧力判断部１６Ａからの信号に基づいて蓄ガス器１４内の水素ガスの不足量を演算する第１負荷演算部１６Ｂと、この第１負荷演算部１６Ｂの演算結果に基づいて水素製造装置１１に対する負荷運転またはアイドル運転の指令信号を設定し出力する第１負荷設定部１６Ｃとを有し、圧力判断部１６Ａにおいて蓄ガス器１４の圧力を判断した後、この判断結果に基づいて第１負荷演算部１６Ｂにおいて水素ガスの不足量を演算し、水素ガスに不足があれば第１負荷設定部１６Ｃを介して不足量に即して水素製造装置１１に対して負荷運転指令（３０〜１００％の負荷運転指令）を出力し、蓄ガス器１４が満杯であれば水素ガスを補充する必要がないため水素製造装置１１に対してアイドル運転指令を出力する。
【００３１】
また、監視制御装置１６は、図２に示すように、水素ガスホルダ１２の圧力センサからの入力信号及び第１負荷演算部１６Ｂからの入力信号に基づいて圧縮機１３を起動するか否かを判断する起動判断部１６Ｄと、この起動判断部１６Ｄからの信号に基づいて圧縮機１３の負荷を演算する第２負荷演算部１６Ｅと、この第２負荷演算部１６Ｅの演算結果に基づいて圧縮機１３に対して負荷を設定し出力する第２負荷設定部１６Ｆとを有し、起動判断部１６Ｄにおいて起動するとの判断をすれば圧縮機１３に対して起動指令を出力すると共に負荷時間を指令し、圧縮機１３が駆動中であればそのまま継続する。起動判断部１６Ｄにおいて起動しないとの判断をすれば、圧縮機１３を停止するか、停止したままにする。
【００３２】
また、監視制御装置１６は、図２に示すように、ディスペンサ１５からの充填要求があるか否かを判断する充填要求判断部１６Ｇを有し、充填要求判断部１６Ｇにおいて充填要求があると判断すれば、充填要求信号を圧力判断部１６Ａに出力する。圧力判断部１６Ａでは充填要求信号に基づいて蓄ガス器１４内の水素ガスが充填可能な圧力であるか否かを判断し、充填可能な圧力であればディスペンサ１５から水素燃料自動車Ｍに対して水素ガスを充填し、充填不可能な圧力であれば第１負荷演算部１６Ｂ及び第１負荷設定部１６Ｃを介して水素製造装置１１に対して負荷運転指令を出力し水素ガスの不足量を補充する。
【００３３】
更に、監視制御装置１６は、図２に示すように、充填状況確認部１６Ｈを有し、ディスペンサ１５からの信号に基づいて充填状況確認部１６Ｈにおいて水素燃料自動車Ｍに対する水素ガスの充填中か充填完了かを確認し、この確認結果を水素製造装置１１に対して出力する。水素製造装置１１は充填状況確認部１６Ｈからの信号に基づいて水素ガス製造を停止しあるいは製造を継続して水素ガスホルダ１２及び蓄ガス器１４を満杯にする。
【００３４】
ところで、蓄ガス器１４内の水素ガスが充填可能な圧力であるか否かは、一台の水素燃料自動車Ｍの空の燃料タンクを満杯にするまで充填するのに必要な蓄ガス器１４の最低圧力条件を基準に判断する。蓄ガス器１４の最低圧力条件は例えば以下のように設定する。
【００３５】
例えば、可変バンク部１４Ａの最低圧力条件をＰ１とし、高圧バンク部１４Ｂの最低圧力条件をＰ２とすると、これらの最低圧力条件Ｐ１、Ｐ２は下記の▲１▼式、▲２▼式になる。
Ｐ１≧２１．７［ＭＰａＧ］・・・▲１▼
Ｐ２≧−０．２８２Ｐ１＋４６．１［ＭＰａＧ］・・・▲２▼
これら▲１▼式、▲２▼式は下記（１）〜（１０）の条件下で以下の手順で求める。
（１）可変バンク部：０．２４ｍ^３／本×１０本＝２．４ｍ^３（満杯で３５ＭＰａＧ）
（２）高圧バンク部：０．２４ｍ^３／本×２本＝０．４８ｍ^３（満杯で４０ＭＰａＧ）
（３）燃料タンクの最高充填圧力：３５ＭＰａＧ
（４）燃料タンクの最高充填量：３５Ｎｍ^３
（５）燃料タンクの充填前圧力：０ＭＰａＧ
（６）燃料タンクの充填後圧力：３５ＭＰａＧ
（７）燃料タンクの充填温度：３５℃
（８）平均ガス圧縮係数：１．２６
（９）蓄ガス器と燃料タンク間の差圧：０．５ＭＰａＧ
（１０）燃料タンクの容量：Ｖ［ｍ^３］
この容量Ｖは標準状態で３５Ｎｍ^３の水素ガスを３５℃で３５ＭＰａＧに圧縮した容量に等しいことから下記のようになる。
Ｖ≒０．１４４ｍ^３
【００３６】
ところで、水素燃料自動車Ｍに水素ガスを充填するには可変バンク部１４Ａ、高圧バンク部１４Ｂの順で水素ガスを充填する。例えば、可変バンク部１４Ａから燃料タンクに水素ガスを充填し、可変バンク部１４Ａの圧力と燃料タンクの圧力が等しくなった時点で高圧バンク部１４Ｂに切り換え、高圧バンク部１４Ｂの圧力によって所定の圧力まで充填する。この際、蓄ガス器１４と燃料タンク間の差圧を考慮する。
このことから、可変バンク部１４Ａによる水素ガス充填後の燃料タンクの圧力ＰＡは下記▲３▼式になる。
ＰＡ＝（Ｐ１−０．５）×２．４／（２．４＋０．１４４）・・・▲３▼
高圧バンク部による水素ガス充填後の燃料タンクの圧力ＰＢは下記▲４▼式になる。
ＰＢ＝［（Ｐ２−０．５）×０．４８＋ＰＡ×０．１４４］×１／（０．４８＋０．１４４）・・・▲４▼
一台の水素燃料自動車Ｍの燃料タンクを空の状態から満杯にするため、下記▲５▼式が成り立つ。
ＰＢ≧３５−０＝３５ＭＰａＧ
ここで上記▲４▼式に上記▲３▼式を代入してＰ２を求めると、上記▲２▼式になる。そして、Ｐ２＝４０を上記▲２▼式に代入してＰ１を求めると、上記▲１▼式になる。つまり、高圧バンク部１４Ｂが満杯でも可変バンク部１４Ａは少なくとも２１．７ＭＰａＧの圧力が必要であることになる。
【００３７】
次に、本実施形態の水素供給ステーション１０の制御方法について動作と共に説明する。水素供給ステーション１０では監視制御装置１６が働いて水素供給ステーション１０の制御が始まる（ステップＳ１）。まず、監視制御装置１６の圧力判断部１６Ａが蓄ガス器１４の圧力を監視し（ステップＳ２）、蓄ガス器１４が満杯（可変バンク１４Ａが３５ＭＰａＧ以上）であるか否かを判断する（ステップＳ３）と共に、充填要求判断部１６Ｇからの充填要求があるか否かを判断する（ステップＳ４）。
【００３８】
ステップＳ３において圧力判断部１６Ａは蓄ガス器１４が満杯であると判断すれば、第１負荷演算手段１６Ｂ及び起動判断部１６Ｄを介して圧縮機１３を停止するか、停止中であれば停止状態を保持する。この場合、圧力判断部１６Ａの判断結果に基づいて第１負荷演算部１６Ｂ及び第１負荷設定部１６Ｃが働いて水素製造装置１１に対してアイドル移行指令を出力し、水素製造装置１１をアイドル運転するか、アイドル運転中であればアイドル運転を続行する（ステップＳ５）。
【００３９】
ステップＳ３において圧力判断部１６Ａは蓄ガス器１４が満杯でないと判断すれば、第１負荷演算部１６Ｂが現在の圧力と満杯時の圧力を勘案して不足水素ガス量を演算し、演算結果を第１負荷設定部１６Ｃへ出力する。第１負荷設定部１６Ｃは演算結果に基づいて水素製造装置１１に負荷指令を出力し（ステップＳ６）、水素製造装置１１の負荷運転を高めて水素ガスを製造する。水素製造装置１１は製造した水素ガスを水素ガスホルダ１２へ水素ガスを充填する。水素ガスホルダ１２が満杯になれば、放散弁１７が機能して水素ガスを放出させる。水素製造装置１１の負荷運転は蓄ガス器１４の圧力、特に可変バンク部１４Ａの圧力に依存する。高圧バンク部１４Ｂの圧力に依存すると高圧バンク部１４Ｂの圧力が４０ＭＰａＧに達した時点で水素製造装置１１の負荷が低下し、可変バンク部１４Ａの圧力が３５ＭＰａＧに達しない。従って、水素製造装置１１は可変バンク部１４Ａの圧力に即して３０〜１００％の範囲で負荷運転を行う。
【００４０】
例えば、可変バンク部１４Ａの圧力が３２ＭＰａＧ以下の時には水素製造装置１１を１００％で負荷運転を行い、その圧力が３４ＭＰａＧの時には水素製造装置１１を３０％で負荷運転を行い、その圧力が３５ＭＰａＧの時には水素製造装置１１のアイドル運転を行う。
【００４１】
この際、起動判断部１６Ｄは水素ガスホルダ１２の現在の圧力が設定値以上か否かを判断し（ステップＳ７）、水素ガスの圧力が設定値以上であれば、第２負荷演算部１６Ｅにおいて圧縮機１３の負荷時間を演算し、第２負荷設定部１６Ｆを介して圧縮機１３に対して起動指令を出力した（ステップＳ８）後、負荷指令を出力する（ステップＳ９）と、圧縮機１３が起動して水素ガスホルダ１２から蓄ガス器１４へ水素ガスを充填する。圧縮機１３は水素ガスホルダ１２及び蓄ガス器１４それぞれの圧力に依存してインバータ制御により駆動する。例えば水素ガスホルダ１２の圧力が増加すると圧縮機１３の負荷を上げ、水素ガスホルダ１２の圧力が減少すると圧縮機１３の負荷を下げる。
【００４２】
ステップＳ７において水素ガスホルダ１２の圧力が設定値に満たなければ、圧縮機１３を停止し、水素ガスホルダ１２の水素ガス圧力が設定値に達するまで水素製造装置１１から水素ガスホルダ１２へ水素ガスを充填する。そして、水素ガスホルダ１２の水素ガス圧力が設定値に達したら、ステップＳ７からステップＳ８、９へ移行し、圧縮機１３を介して水素ガスホルダ１２から蓄ガス器１４へ水素ガスを充填する。蓄ガス器１４が満杯以上となる場合には安全弁１８が機能して水素ガスを放出する。
【００４３】
一方、ステップＳ４において充填要求判断部１６Ｇが充填要求ありと判断すれば、圧力判断部１６Ａが蓄ガス器１４の圧力が充填可能な圧力であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。蓄ガス器１４が最低圧力条件を満足する圧力であれば圧力判断部１６Ａからディスペンサ１５に対して充填可能である旨報知し、ディスペンサ１５から水素燃料自動車Ｍへ水素ガスを充填する（ステップＳ１２）。この間充填要求判断部１６Ｇでは充填が完了したか否かを判断し（ステップＳ１３）、水素ガスの充填が完了すれば、ステップＳ１のスタートに戻る。充填が完了していなければステップＳ１２に戻り、水素ガスの充填を続行する。充填要求がない場合にはステップＳ１に戻り、蓄ガス器１４の圧力を監視する。
【００４４】
以上説明したように本実施形態によれば、水素製造装置１１と、この水素製造装置１１で製造された水素ガスを貯める水素ガスホルダ１２と、この水素ガスホルダ１２からの水素ガスを昇圧する圧縮機１３と、この圧縮機１３で圧縮された水素ガスを貯める蓄ガス器１４と、この蓄ガス器１４からの水素ガスを水素燃料自動車Ｍに充填するディスペンサ１５と、このディスペンサ１５及び／または蓄ガス器１４の状況に基づいて水素製造装置１１、水素ガスホルダ１２及び圧縮機１３を監視、制御する監視制御装置１６とを備え、監視制御装置１６によって水素ガスホルダ１２及び蓄ガス器１４それぞれの圧力を監視し、この監視結果に基づいて水素製造装置１１及び圧縮機１３を制御するようにしたため、水素製造装置１１を制御して水素ガスを効率良く製造し、水素ガスホルダ１２及び蓄ガス器１４を常に水素燃料自動車Ｍへ水素ガスを充填できる圧力に維持して貯蔵することができ、水素燃料自動車Ｍに対して水素ガスを迅速且つ確実に充填することができる。
【００４５】
また、水素製造装置１１と圧縮機１３間に水素ガスホルダ１２を配置したため、圧縮機１３が円滑に駆動し、蓄ガス器１４に対する水素ガスの充填を安定化することができる。また、蓄ガス器１４は可変バンク部１４Ａと高圧バンク部１４Ｂを有するため、ディスペンサ１５を介して水素燃料自動車Ｍに対して水素ガスを円滑に供給することができる。また、蓄ガス器１４の水素ガス圧力が所定の圧力を満たさない時には、監視制御装置１６を介して圧縮機１３から高圧バンク部１４Ｂに水素ガスを満たした後、可変バンク部１４Ａに水素ガスを充填するため、圧縮機１３を介して水素製造装置１１で製造した水素ガスを蓄ガス器１４内に円滑に充填することができる。また、余剰の水素ガスを放出する放散弁１７及び安全弁１８を設けたため、水素製造装置１１で余分な水素ガスを製造することがあっても系内に貯めることなく系外へ放出し、水素供給ステーション１０の安全性を高めることができる。
【００４６】
また、蓄ガス器１４内の水素ガス圧力が所定の圧力を満たす時には、監視制御装置１６を介して圧縮機１３を止め、また、水素製造装置１１のアイドル運転を行うため、余分な水素ガスを製造し、放散する虞がない。逆に、蓄ガス器１４の水素ガス圧力が所定の圧力を満たさない時には、監視制御装置１６を介して水素製造装置の負荷運転を行うと共に圧縮機を駆動するため、水素ガス不足を生じた時には水素ガスを効率良く製造し、圧縮機１３を介して蓄ガス器１４に迅速に充填することができる。
【００４７】
図４及び図５は本発明の他の実施形態を示す図である。本実施形態の水素供給ステーション２０は、図４に示すように、水素製造装置２１、水素ガスホルダ２２、圧縮機２３、蓄ガス器２４、ディスペンサ２５及び監視制御装置２６を備え、上記実施形態では蓄ガス器１４の検出圧力に基づいて水素製造装置２１の負荷運転を制御しているのに対し、本実施形態では水素ガスホルダ２２の検出圧力に基づいて水素製造装置２１の負荷運転を制御する点以外は上記実施形態に準じて構成されている。
【００４８】
そこで、本実施形態の水素供給ステーション２０の制御方法について図５を参照しながら説明する。本実施形態では図５に示すように、監視制御装置２６が働いて水素供給ステーション１０の制御が始まる（ステップＳ２１）。まず、蓄ガス器２４の圧力を監視する（ステップＳ２２）と共に水素ガスホルダ２２を監視する（ステップＳ２３）。そして、ディスペンサ２５からの充填要求があるか否かを判断し（ステップＳ２４）、充填要求がある場合には蓄ガス器２４（可変バンク２４Ａが３５ＭＰａＧ以上）が充填可能な圧力であるか否かを判断し（ステップＳ２５）、充填可能な圧力であればディスペンサ２５を介して水素燃料自動車Ｍに水素ガスを充填し（ステップＳ２６）、次いで充填が完了したか否かを判断する（ステップＳ２７）。充填が完了すればステップＳ２１、２２に戻り、蓄ガス器２４を監視する。充填が完了していなければ充填が完了するまで充填を続行する。また、ステップＳ２４において充填要求がなければステップＳ１に戻る。また、蓄ガス器２４が充填可能な圧力でなければステップＳ２１、２２に戻り、蓄ガス器２４の圧力を監視する。
【００４９】
また、ステップＳ２２において蓄ガス器２４の圧力を監視し、蓄ガス器２４が満杯であるか否かを判断し（ステップＳ２８）、満杯であれば圧縮機２３を停止する（ステップＳ２９）。満杯でなければステップＳ２３において水素ガスホルダ２２の圧力を監視し、水素ガスホルダ２２の圧力が設定値以上であるか否かを判断し（ステップＳ３０）、設定値以上であれば監視制御装置２６から圧縮機２３に対して圧縮機２３の起動指令を行った後（ステップＳ３１）、監視制御装置２６から圧縮機２３に対して負荷指令を行い（ステップＳ３２）、圧縮機２３の負荷運転を行って水素ガスホルダ２２から蓄ガス器２４へ水素ガスを充填する。ステップＳ３０において水素ガスホルダ２２の圧力が設定値以下であると判断すれば、監視制御装置２６から水素製造装置２１へ負荷指令を行い（ステップＳ３３）、水素製造装置２１によって水素ガスを製造し、水素ガスを水素ガスホルダ２２へ充填する。そして、ステップＳ３０において水素ガスホルダ２２の圧力が設定値以上になったと判断すれば、圧縮機２３を起動して水素ガスホルダ２２から蓄ガス器２４へ水素ガスを充填する。また、余剰の水素ガスがある場合には放散弁２７及び安全弁２８を介して系外へ放出する。
【００５０】
以上説明したように本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。
【００５１】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を設計変更することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項１０に記載の発明によれば、水素ガスを無駄なく効率良く製造、貯蔵し、車両に対して水素ガスを迅速且つ確実に供給することができる水素供給ステーション及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水素供給ステーションの一実施形態を示す概念図である。
【図２】図１に示す監視制御装置を示すブロック図である。
【図３】図２に示す監視制御装置の制御フロー図である。
【図４】本発明の水素供給ステーションの他の実施形態を示す概念図である。
【図５】図４に示す監視制御装置の制御フロー図である。
【符号の説明】
１０、２０　　水素供給ステーション
１１、２１　　水素製造装置
１２、２２　　水素ガスホルダ（バッファタンク）
１３、２３　　圧縮機
１４、２４　　蓄ガス器
１４Ａ、２４Ａ　可変バンク部（第１バンク部）
１４Ｂ、２４Ｂ　高圧バンク部（第２バンク部）
１５、２５　　ディスペンサ（水素ガス供給装置）
１６、２６　　監視制御装置

Claims

水素製造装置と、この水素製造装置で製造された水素ガスを昇圧する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された水素ガスを貯める蓄ガス器と、この蓄ガス器からの水素ガスを車両に充填する水素ガス供給装置と、この水素ガス供給装置及び／または上記蓄ガス器の状況に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を監視、制御する監視制御装置とを備えたことを特徴とする水素供給ステーション。
上記圧縮機の前段に配置され且つ上記水素ガスを所定の圧力で貯めるバッファタンクを有すること特徴とする請求項１に記載の水素供給ステーション。
上記蓄ガス器は、第１バンク部と、この第１バンク部の不足分を補う第２バンク部とを有すること特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素供給ステーション。
上記監視制御装置を、上記水素製造装置、上記バッファタンク、上記圧縮機、上記蓄ガス器及び上記水素ガス供給装置のいずれかに設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の水素供給ステーション。
水素製造装置と、この水素製造装置で製造された水素ガスを昇圧する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された水素ガスを貯める蓄ガス器と、この蓄ガス器からの水素ガスを車両に充填する水素ガス供給装置と、この水素ガス供給装置及び／または上記蓄ガス器の状況に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を監視、制御する監視制御装置とを備え、上記監視制御装置によって上記蓄ガス器の圧力を監視し、この監視結果に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を制御することを特徴とする水素供給ステーションの制御方法。
上記圧縮機の前段に配置され且つ上記水素ガスを所定の圧力で貯めるバッファタンクを有し、上記監視制御装置を介して上記バッファタンクを監視し、この監視結果に基づいて上記水素製造装置及び／または上記圧縮機を制御すること特徴とする請求項５に記載の水素供給ステーションの制御方法。
上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たす時には、上記監視制御装置を介して上記圧縮機をアイドル運転または止めることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水素供給ステーションの制御方法。
上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たす時には、上記監視制御装置を介して上記水素製造装置のアイドル運転を行うことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の水素供給ステーションの制御方法。
上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たさない時には、上記監視制御装置を介して上記水素製造装置の負荷運転を行うと共に上記圧縮機を駆動することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水素供給ステーションの制御方法。
上記蓄ガス器は、第１バンク部と、この第１バンク部の不足分を補う第２バンク部とを有し、上記蓄ガス器の水素ガス圧力が所定の圧力を満たさない時には、上記監視制御装置を介して上記圧縮機から第２バンク部に水素ガスを満たした後、第１バンク部に水素ガスを満たすことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水素供給ステーションの制御方法。