JP2017166635A - 水素ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】装置を小型化するとともに、低コストで流量の調整範囲を拡張する。【解決手段】タンクに水素を供給する水素ステーション１００は、水素源１１０から出力された水素を昇圧する圧縮機１２０と、圧縮機１２０によって昇圧された水素を貯留する蓄圧器１５０と、蓄圧器１５０に貯留された水素を、流量調整弁１６２を介してタンクに供給する第１供給路Ａと、圧縮機１２０によって昇圧された水素を、蓄圧器１５０を介さずにタンクに供給する第２供給路Ｂと、第１供給路Ａから水素を供給する第１供給状態と、第２供給路Ｂから水素を供給する第２供給状態とを切り換える切換制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、タンクに水素を供給する水素ステーションに関する。

近年、燃料電池を搭載した車両（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle、以下、「燃料電池自動車」と称する。）が開発されている。燃料電池自動車では、水素と酸素（空気）とを化学反応させて電力を生成する燃料電池を動力源としているため、燃料電池自動車には水素を供給する必要がある。つまり、ガソリンエンジンを動力源とするガソリン自動車に対するガソリンが、燃料電池自動車に対する水素に相当する。したがって、燃料電池自動車は、ガソリン自動車用のガソリンスタンドに相当する、燃料電池自動車用の水素ステーションで水素の受け入れを行い、水素ステーションから供給された水素は、燃料電池自動車に設けられたタンクに貯留されることとなる。

このような水素ステーションとして、例えば、特許文献１には、高圧水素源に貯留された水素を、流量調整弁で流量を調整しながらタンクに充填する技術が開示されている。

特開２００８―２５６８１号公報

しかし、流量調整弁は、流量の調整範囲が限られるため、調整範囲を広げようとすると、調整範囲の異なる複数の流量調整弁を水素ステーションに搭載しなければならず、装置が大型化してしまったり、コストが上昇してしまったりする。したがって、装置を小型化するとともに、低コストで流量の調整範囲を拡張することができる技術の開発が希求されている。

本発明は、装置を小型化するとともに、低コストで流量の調整範囲を拡張することが可能な水素ステーションを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の水素ステーションは、タンクに水素を供給する水素ステーションであって、水素源から出力された水素を昇圧する圧縮機と、前記圧縮機によって昇圧された水素を貯留する蓄圧器と、前記蓄圧器に貯留された水素を、流量調整弁を介して前記タンクに供給する第１供給路と、前記圧縮機によって昇圧された水素を、前記蓄圧器を介さずに前記タンクに供給する第２供給路と、前記第１供給路から水素を供給する第１供給状態と、前記第２供給路から水素を供給する第２供給状態とを切り換える切換制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記切換制御部は、前記第１供給路および前記第２供給路の双方から水素を供給する第３供給状態に切り換え可能であるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、所定の目標圧力上昇率に基づいて、前記第１供給状態と、前記第２供給状態とを切り換えるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、前記タンクに供給している水素の圧力が、前記目標圧力上昇率を基準として設定される所定の許容範囲を逸脱すると、前記第１供給状態から前記第２供給状態へ、または、該第２供給状態から該第１供給状態へ切り換えるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、前記タンクへの水素の供給を開始する際に前記第１供給状態とし、前記タンクに供給している水素の圧力が前記許容範囲を逸脱すると、前記第１供給状態から前記第２供給状態へ切り換えるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、前記タンクへの水素の供給を開始する際に前記第２供給状態とし、前記タンクに供給している水素の圧力が前記許容範囲を逸脱すると、前記第２供給状態から前記第１供給状態へ切り換えるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、前記目標圧力上昇率に基づいて、前記第１供給状態または前記第２供給状態で前記タンクに水素を供給するとともに、該タンクに供給している水素の圧力が所定の移行圧力に到達すると、前記第２供給状態に切り換えるとしてもよい。

また、外気温度を測定する外気温度測定部を備え、前記目標圧力上昇率は、前記タンクの容積、水素の供給温度、前記外気温度、および、前記タンクの残圧のうち、いずれか１または複数に基づいて決定されるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、前記タンクの容積に基づいて、前記第１供給状態と、前記第２供給状態とを切り換えるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、前記タンクの容積が所定の容積閾値以上である場合に、前記第１供給状態に切り換え、該容積閾値未満である場合に、前記第２供給状態に切り換えるとしてもよい。

また、前記切換制御部は、前記タンクの容積が所定の容積閾値以上である場合に、前記第２供給状態に切り換え、該容積閾値未満である場合に、前記第１供給状態に切り換えるとしてもよい。

本発明によれば、装置を小型化するとともに、低コストで流量の調整範囲を拡張することが可能となる。

第１実施形態にかかる水素ステーションを説明するための図である。 ステーション制御部の機能ブロック図である。 流量と圧力上昇幅との関係を説明する図である。 充填プロトコルで定められた充填条件テーブルを説明する図である。 圧力と流量との関係を説明する図である。 第２実施形態にかかるステーション制御部の機能ブロック図である。 第３実施形態にかかるステーション制御部の機能ブロック図である。 第４実施形態にかかるステーション制御部の機能ブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態：水素ステーション１００）
図１は、第１実施形態にかかる水素ステーション１００を説明するための図である。なお、図１中、水素の流れを実線の矢印で示す。図１に示すように、水素ステーション１００は、車両１０や船舶、飛行機等に搭載されたタンクに水素を供給（充填）する。なお、本実施形態では、車両１０のタンクに水素を供給する構成を例に挙げて説明する。また、車両１０は、燃料電池を搭載した車両であり、例えば、乗用車、バス、トラック、バイク（二輪車）である。

本実施形態において、水素ステーション１００は、水素源１１０と、圧縮機１２０と、直接充填配管１３０と、直接充填遮断弁１３２と、貯留配管１４０と、貯留遮断弁１４２と、蓄圧器１５０と、差圧充填配管１６０と、流量調整弁１６２と、差圧充填遮断弁１６４と、プレクーラー１７０と、接続充填配管１８０と、流量測定部１９０と、圧力測定部１９２と、外気温度測定部１９４と、ステーション制御部２００と、メモリ２５０とを含んで構成される。

水素源１１０は、例えば、水素製造装置で構成され、水素を出力する。水素製造装置は、例えば、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の化石燃料から純度の高い水素を製造して出力する。

圧縮機１２０は、水素源１１０から出力された水素を昇圧する。圧縮機１２０の出力側は、直接充填配管１３０を介して後述するプレクーラー１７０に接続されるとともに、貯留配管１４０を介して後述する蓄圧器１５０に接続される。また、直接充填配管１３０には、直接充填遮断弁１３２が設けられ、貯留配管１４０には、貯留遮断弁１４２が設けられる。

なお、車両１０のタンクに水素が供給されていない期間や、後述する第１供給状態である場合においては、ステーション制御部２００による制御に応じて、蓄圧器１５０の圧力が所定の下限値未満である場合、圧縮機１２０が駆動されるとともに貯留遮断弁１４２が開弁されて、圧縮機１２０によって昇圧された水素が蓄圧器１５０に貯留されることとなる。そして、蓄圧器１５０の圧力が所定の上限値に到達すると、貯留遮断弁１４２が閉弁され、圧縮機１２０から蓄圧器１５０への水素の貯留が停止される。また、後述する第２供給状態においては、圧縮機１２０を車両１０のタンクへの水素供給に利用するため、蓄圧器１５０への水素の貯留は行わない。なお、第１供給状態の場合に、蓄圧器１５０への水素の貯留を行わずともよい。

蓄圧器１５０は、圧縮機１２０によって昇圧された水素を貯留する。蓄圧器１５０の出力側は、差圧充填配管１６０を介してプレクーラー１７０に接続される。差圧充填配管１６０には、蓄圧器１５０から送出される水素の流量を調整する流量調整弁１６２と、差圧充填遮断弁１６４とが設けられる。

プレクーラー１７０は、水素を所定温度（例えば、−４０℃）に冷却する。プレクーラー１７０によって冷却された水素は、接続充填配管１８０を介して、車両１０のタンクに供給されることとなる。

したがって、本実施形態の水素ステーション１００では、蓄圧器１５０から差圧充填配管１６０を介してタンクに水素が供給（差圧充填）される第１供給路Ａと、圧縮機１２０から直接充填配管１３０を介して（蓄圧器１５０を介さずに）、タンクに水素が供給される第２供給路Ｂとが設けられることとなる。

流量測定部１９０は、車両１０に供給される水素の流量を測定する。流量測定部１９０によって測定された流量は、課金に利用される。

圧力測定部１９２は、車両１０に供給される水素の圧力を測定する。なお、圧力測定部１９２は接続充填配管１８０を通過する水素の圧力を測定するため、接続充填配管１８０がタンクに接続されている場合には、間接的にタンクの圧力を測定することとなる。外気温度測定部１９４は、外気温度を測定する。

ステーション制御部２００は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素ステーション１００全体を管理および制御する。本実施形態において、ステーション制御部２００は、所定の圧力上昇率で水素を供給する。

水素ステーション１００から車両１０のタンクに水素が供給される際に断熱圧縮によって水素が加熱される。タンクには耐熱温度があるため、水素の温度がタンクの耐熱温度を上回らないようにする必要がある。ここで、仮に、水素の供給を一定の流量で行うことにした場合、バイク等の容積が相対的に小さいタンクの車両１０に基づいて流量を設計すると、バス、トラック等の容積が相対的に大きいタンクの車両１０では、水素の充填に長時間を要してしまう。一方、容積が相対的に大きいタンクの車両１０に基づいて流量を設計すると、容積が相対的に小さいタンクの車両１０では、タンクの耐熱温度を上回ってしまうおそれがある。

そこで、ステーション制御部２００が一定の圧力上昇率で水素を供給することにより、タンクの容積に拘わらず、温度上昇率を一定にすることができ、タンクの耐熱温度を上回ることなく、短時間での水素の充填を可能としている。

メモリ２５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、ステーション制御部２００に用いられるプログラムや各種データ、例えば、後述する充填プロトコル（充填技術基準）で定められた充填条件（または、充填条件テーブル）を記憶する。

図２は、ステーション制御部２００の機能ブロック図である。なお、図２中、信号の流れを破線の矢印で示す。図２に示すように、本実施形態においてステーション制御部２００は、通信部２１０、初期圧推定部２１２、圧力上昇率決定部２１４、切換制御部２１６として機能する。

通信部２１０は、車両１０の通信手段と通信を確立し、車両１０から車両１０に搭載されているタンクの容積と、タンクの常用圧力とを受信する。

初期圧推定部２１２は、まず、車両１０に搭載されたタンクの残圧（タンクに貯留されている水素の残量）を推定する。本実施形態において、初期圧推定部２１２は、接続充填配管１８０がタンクに接続された状態で差圧充填遮断弁１６４を開弁するとともに、直接充填遮断弁１３２を閉弁して、水素をタンクに供給する。この際、初期圧推定部２１２は、流量調整弁１６２の開度を徐々に大きくさせる（流量を上昇させる）とともに、圧力測定部１９２から圧力を取得し、単位流量あたりの圧力上昇幅を導出する。

図３は、流量と圧力上昇幅との関係を説明する図である。図３に示すように、タンクに水素を供給する際に、流量を徐々に上昇させていくと、供給開始からタンクの残圧に到達するまでは、単位流量あたりの圧力上昇幅が大きい。一方、タンクの残圧に到達すると、流量を上昇させたとしても単位流量あたりの圧力上昇幅が小さくなる。そこで、初期圧推定部２１２は、単位流量あたりの圧力上昇幅が所定値未満となった圧力をタンクの残圧と推定し、このタンクの残圧を水素の供給を開始する初期圧力として扱うこととする。

図２に戻って説明すると、圧力上昇率決定部２１４は、タンクに供給する水素の目標圧力上昇率を決定する。本実施形態において、圧力上昇率決定部２１４は、メモリ２５０に記憶された複数の充填条件テーブルから１の充填条件テーブルを参照して、目標圧力上昇率を決定する。

図４は、充填プロトコルで定められた充填条件テーブルを説明する図である。上記したように、タンクには耐熱温度があり、水素の温度がタンクの耐熱温度を上回らないようにするためには、供給する水素の流量を小さくすることが考えられる。しかし、流量を小さくしすぎると、充填に長時間を要してしまう。そこで、水素の温度をタンクの耐熱温度未満としつつ、短時間で充填を行うことができる目標圧力上昇率を決定するために、充填プロトコルで定められた複数の充填条件テーブルがメモリ２５０に記憶されている。

メモリ２５０には、タンクの常用圧力、プレクーラー１７０による水素の冷却温度（水素の供給温度）、タンクの容積ごとに設けられた複数の充填条件テーブルが記憶されている。ここでは、タンクの常用圧力が７０ＭＰａ（１５℃）、プレクーラー１７０による水素の冷却温度が−４０℃、タンクの容積が２〜４ｋｇの充填条件テーブルを例に挙げて説明する。

図４に示すように、充填条件テーブルでは、外気温度（℃）と、目標圧力上昇率（ＭＰａ／ｍｉｎ）と、目標圧力（ＭＰａ）と、初期圧力（ＭＰａ）とが関連付けられている。また、外気温度が相対的に高い場合、充填条件テーブルは、外気温度が高い場合の方が低い場合より目標圧力上昇率を小さくするように定めている。例えば、図４に示す充填条件テーブルでは、外気温度が４０℃の場合、目標圧力上昇率は３ＭＰａ／ｍｉｎであり、外気温度が−３０℃の場合、目標圧力上昇率は、２０ＭＰａ／ｍｉｎである。さらに、タンクに水素を供給する際のタンクの温度上昇を勘案して、充填条件テーブルでは、目標圧力をタンクの常用圧力（例えば、７０ＭＰａ）より大きい値（１５℃で常用圧力となる温度）に定めている。

なお、初期圧力が相対的に低い場合、すなわち、タンクの水素残量が少ない場合、所定の移行圧力に到達したら目標圧力上昇率を落とすトップオフ充填を行うべく、トップオフ充填テーブルが参照される（図４では、初期圧力０．５ＭＰａの場合（図４中、Ｔで示す））。同一の圧力上昇率で充填すると、初期圧力が相対的に低い場合、初期圧力が相対的に高い場合と比較して、タンクの温度の上昇量が高い。したがって、外気温度に応じた目標圧力上昇率で目標圧力に到達するまで水素を充填してしまうと、タンクの耐熱温度を超えてしまうおそれがある。そこで、トップオフ充填テーブルでは、目標圧力上昇率を変更する移行圧力と、目標圧力と、移行後の目標圧力上昇率とが規定されており、タンクの圧力が移行圧力に到達すると、移行前の目標圧力上昇率より低い目標圧力上昇率になるように定めている。

したがって、圧力上昇率決定部２１４は、通信部２１０が受信したタンクの容積と、タンクの常用圧力と、プレクーラー１７０による水素の冷却温度（供給温度）とに基づいて、まず、１の充填条件テーブルを決定する。

そして、圧力上昇率決定部２１４は、決定した１の充填条件テーブルを参照し、外気温度測定部１９４が測定した外気温度と、初期圧推定部２１２が推定した初期圧力とに基づいて、目標圧力上昇率および目標圧力を決定する。

図２に戻って説明すると、切換制御部２１６は、タンクの圧力上昇率（圧力測定部１９２によって測定された圧力の上昇率）が、圧力上昇率決定部２１４によって決定された目標圧力上昇率となるように水素を供給すべく、水素の供給路を切り換える。

図５は、圧力と流量との関係を説明する図である。図５に示すように、目標圧力上昇率で水素を供給しようとすると、水素の供給によってタンクの圧力が上昇するため、流量は変動することとなる。

流量調整弁１６２は、流量の調整範囲が限られるため、目標圧力上昇率を達成するための流量が、調整範囲の下限値未満になってしまうと、流量を調整できなくなり、目標圧力上昇率を達成することができなくなる。そこで、調整範囲の異なる流量調整弁を複数備える構成も考えられるが、コストが上昇してしまう。

そこで、切換制御部２１６は、目標圧力上昇率を達成できなくなると、つまり、流量調整弁１６２の調整範囲の下限値未満となると、第１供給路Ａ（蓄圧器１５０から差圧充填配管１６０を介して水素を供給する供給路）から水素を供給する第１供給状態から第２供給路Ｂ（圧縮機１２０から直接充填配管１３０を介して水素を供給する供給路）から水素を供給する第２供給状態に切り換える。

具体的に説明すると、切換制御部２１６は、まず、直接充填遮断弁１３２を閉弁するとともに、差圧充填遮断弁１６４を開弁し、流量調整弁１６２を開弁してタンクへの水素供給を開始する（第１供給状態）。そして、切換制御部２１６は、目標圧力上昇率を達成するように流量調整弁１６２の開度を制御する。具体的に説明すると、切換制御部２１６は、目標圧力上昇率を基準とした所定の許容範囲（例えば、目標圧力上昇率＋５％−１０％の範囲）を逸脱しないように流量調整弁１６２の開度を調整する。

そして、切換制御部２１６は、流量調整弁１６２が調整範囲の下限値に到達し（または、流量調整弁１６２が閉弁され）、かつ、タンクに供給している水素の圧力（圧力測定部１９２が測定した圧力）が許容範囲を逸脱したか否かを判定する。そして、流量調整弁１６２が調整範囲の下限値に到達し、かつ、許容範囲を逸脱したと判定すると、切換制御部２１６は、直接充填遮断弁１３２を開弁して、圧縮機１２０の駆動を開始する（第２供給状態）。そして、切換制御部２１６は、目標圧力上昇率を達成するように（許容範囲を逸脱しないように）圧縮機１２０を制御する。ここで、切換制御部２１６による圧縮機１２０の制御は、例えば、インバータ制御、スピルバック制御、ロードアンロード制御であり、ここでは、インバータ制御を例に挙げて説明する。

以降、切換制御部２１６は、圧縮機１２０の出力が最大に到達し、かつ、タンクに供給している水素の圧力が許容範囲を逸脱したか否かを判定し、圧縮機１２０の出力が最大に到達し、かつ、許容範囲を逸脱していると判定したら、第１供給状態に切り換える。また、切換制御部２１６は、流量調整弁１６２が調整範囲の下限値に到達し、かつ、タンクに供給している水素の圧力が許容範囲を逸脱したか否かを判定し、流量調整弁１６２が調整範囲の下限値に到達し、かつ、許容範囲を逸脱していると判定したら、第２供給状態に切り換える。そして、圧力測定部１９２が測定した圧力が、目標圧力に到達すると、切換制御部２１６は、圧縮機１２０の駆動を停止するとともに、直接充填遮断弁１３２を閉弁し、差圧充填遮断弁１６４を閉弁して、タンクへの水素の供給を終了する。

以上説明したように、本実施形態にかかる水素ステーション１００によれば、蓄圧器１５０から差圧充填で水素を供給する第１供給路Ａと、圧縮機１２０から蓄圧器１５０を介さずに直接水素を供給する第２供給路Ｂとを備え、切換制御部２１６が許容範囲を逸脱しないように、第１供給状態と、第２供給状態とを切り換えることで、流量調整弁を増加させることなく、装置を小型化するとともに、低コストで流量の調整範囲を拡張することが可能となる。

特に、トップオフ充填をする際には、目標圧力上昇率が小さくなるため、切換制御部２１６が、第２供給状態に切り換えることから、本実施形態の水素ステーション１００によれば、流量調整弁を増加させずに、トップオフ充填を行うことができる。

また、例えば、外気温度に応じて目標圧力上昇率は変化する（外気温度が相対的に高い場合、昇圧率が相対的に低くなる）ため、本実施形態の水素ステーション１００によれば、外気温度の変化幅が大きい地域であっても、流量調整弁を増加させることなく、目標圧力上昇率で水素を供給することができる。

また、外気温度が異なる地域に、同一構成の水素ステーション１００を設置することができ、水素ステーション１００の汎用性を向上させることが可能となる。

（第２実施形態：水素ステーション３００）
上記第１実施形態では、車両１０が通信手段を有する構成を例に挙げて説明したため、通信部２１０が、車両１０に搭載されているタンクの容積を取得できた。しかし、車両１０が通信手段を備えない場合もある。そこで、本実施形態では、車両１０が通信手段を備えない場合であっても、適切に水素を供給できる水素ステーションについて説明する。

図６は、第２実施形態にかかるステーション制御部３０２の機能ブロック図である。なお、この第２実施形態の水素ステーション３００は、ステーション制御部３０２が上記第１実施形態の水素ステーション１００と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

ステーション制御部３０２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素ステーション３００全体を管理および制御する。

図６に示すように、ステーション制御部３０２は、容積推定部３１０、初期圧推定部２１２、圧力上昇率決定部２１４、切換制御部２１６として機能する。

容積推定部３１０は、まず、接続充填配管１８０がタンクに接続された状態で圧力測定部１９２が測定した圧力を取得する。続いて、差圧充填遮断弁１６４を開弁するとともに、直接充填遮断弁１３２を閉弁して、所定の量の水素をタンクに供給する。続いて、容積推定部３１０は、圧力測定部１９２が測定した水素供給後の圧力を取得し、所定の量の水素の供給に基づくタンクの圧力上昇幅を算出する。そして、容積推定部３１０は、気体の状態方程式と圧力状態幅とに基づいて、タンクの容積を推定する。

以上説明したように、本実施形態にかかる水素ステーション３００によれば、車両１０が通信手段を備えない場合であっても、車両１０のタンクの容積を推定することができる。なお、タンクの容積の実測値と、推定値との誤差を吸収するために、水素ステーション３００のメモリ２５０に記憶された充填条件（または、充填条件テーブル）は、上記第１実施形態の水素ステーション１００のメモリ２５０に記憶された充填条件（または、充填条件テーブル）より、目標圧力が低く設定されることとなる。

（第３実施形態：水素ステーション４００）
上記第１実施形態では、目標圧力上昇率で水素を供給する水素ステーション１００について説明した。しかし、所定の一定流量で水素を供給することもできる。本実施形態では、所定の一定流量で水素を供給する水素ステーションについて説明する。

図７は、第３実施形態にかかるステーション制御部４０２の機能ブロック図である。なお、この第３実施形態の水素ステーション４００は、ステーション制御部４０２が上記第１実施形態の水素ステーション１００と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

ステーション制御部４０２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素ステーション４００全体を管理および制御する。

図７に示すように、ステーション制御部４０２は、通信部２１０、初期圧推定部２１２、流量決定部４１４、切換制御部２１６として機能する。

流量決定部４１４は、通信部２１０が受信した車両１０の種類（車種）に基づいて、目標流量を決定する。なお、目標流量は、タンクの容積、タンクの構造、タンクの耐熱温度等に基づいて決定される。

切換制御部２１６は、流量決定部４１４によって決定された目標流量に基づいて、第１供給状態と、第２供給状態とを切り換える。

以上説明したように、本実施形態にかかる水素ステーション４００によれば、流量調整弁を増加させずに、バイク、乗用車、バス、トラックのいずれの車両１０にも水素を供給することができる。したがって、装置を小型化するとともに、低コストで流量の調整範囲を拡張することが可能となる。

（第４実施形態：水素ステーション５００）
図８は、第４実施形態にかかるステーション制御部５０２の機能ブロック図である。なお、この第４実施形態の水素ステーション５００は、ステーション制御部５０２が上記第１実施形態の水素ステーション１００と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

ステーション制御部５０２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素ステーション５００全体を管理および制御する。

図８に示すように、ステーション制御部５０２は、通信部２１０、切換制御部５１６、として機能する。

切換制御部５１６は、通信部２１０が受信したタンクの容積に基づいて、第１供給状態と、第２供給状態とを切り換える。具体的に説明すると、切換制御部５１６は、タンクの容積が所定の容積閾値以上である場合に、第１供給状態に切り換え、容積閾値未満である場合に、第２供給状態に切り換える。ただし、切換制御部５１６は、第１供給状態で水素を供給している際に、タンクに供給している水素の圧力が許容範囲を逸脱した場合、第２供給状態に切り換え、第２供給状態で水素を供給している際に、タンクに供給している水素の圧力が許容範囲を逸脱した場合、第１供給状態に切り換える。

そして、圧力測定部１９２が測定した圧力が、通信部２１０が受信したタンクの目標圧力に到達したら、切換制御部５１６は、圧縮機１２０の駆動を停止するとともに、直接充填遮断弁１３２を閉弁し、差圧充填遮断弁１６４を閉弁して、タンクへの水素の供給を終了する。

以上説明したように、本実施形態にかかる水素ステーション５００によれば、流量調整弁を増加させずに、バイク、乗用車、バス、トラックのいずれの車両１０にも水素を供給することができる。したがって、装置を小型化するとともに、低コストで流量の調整範囲を拡張することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、流量調整弁１６２の調整範囲の下限値が圧縮機１２０の出力の上限値以上である構成を例に挙げて説明した。しかし、水素ステーションは、流量調整弁の調整範囲の上限値が圧縮機の出力の下限値以下となる流量調整弁および圧縮機を備えてもよい。

また、上記実施形態では、切換制御部２１６が、水素の供給開始時において、第１供給状態とする構成を例に挙げて説明した。しかし、切換制御部２１６は、水素の供給開始時に、第２供給状態としてもよい。

また、切換制御部は、流量調整弁１６２の調整範囲の下限値が圧縮機１２０の出力の上限値以上である構成において、流量調整弁１６２が調整範囲の上限値となっていても許容範囲を逸脱する場合や、圧縮機１２０の出力の下限値が流量調整弁１６２の調整範囲の上限値以上である構成において、圧縮機１２０の出力が上限値となっていても許容範囲を逸脱する場合、第１供給路Ａおよび第２供給路Ｂの双方から水素を供給する第３供給状態に切り換え可能であってもよい。流量調整弁１６２の調整範囲の下限値が圧縮機１２０の出力の上限値以上である構成において、第３供給状態に切り換える場合、切換制御部は、例えば、圧縮機１２０の出力を上限値に維持した状態で、流量調整弁１６２の開度で許容範囲を逸脱しないように制御してもよい。また、圧縮機１２０の出力の下限値が流量調整弁１６２の調整範囲の上限値以上である構成において、第３供給状態に切り換える場合、切換制御部は、例えば、流量調整弁１６２の開度を上限値に維持した状態で、圧縮機１２０の出力で許容範囲を逸脱しないように制御してもよい。

また、上記第１実施形態において、水素ステーション１００がプレクーラー１７０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、プレクーラー１７０は必須の構成ではない。

また、上記第２実施形態では、車両１０が通信手段を備えない場合を想定し、ステーション制御部３０２が容積推定部３１０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、車両１０が通信手段を備えない場合、タンクの容積を推定することなく、上記第１実施形態の水素ステーション１００のメモリ２５０に記憶された充填プロトコルより、目標圧力や目標圧力上昇率が低く設定された充填プロトコルを参照して、水素を供給してもよい。

また、上記第３実施形態において、ステーション制御部４０２が通信部２１０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、通信部２１０は必須の構成ではない。この場合、切換制御部２１６は、ユーザによる操作入力に応じて、タンクの容積を取得してもよい。

また、上記第４実施形態において、水素ステーション５００が通信部２１０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、水素ステーション５００は、通信部２１０を備えずともよい。この場合、切換制御部５１６は、ユーザによる操作入力に応じて、タンク容積を取得してもよい。

なお、ユーザによる操作入力は、車両１０の運転手や水素ステーションの充填員が、車両情報が書き込まれたカードをカードリーダに読み込ませる処理等を含む。

また、水素ステーションは、通信部２１０および容積推定部３１０を双方とも備えていてもよい。

また、上記第４実施形態において、流量調整弁１６２の調整範囲の下限値が圧縮機１２０の出力の上限値以上であり、切換制御部５１６が、タンクの容積が所定の容積閾値以上である場合に、第１供給状態に切り換え、容積閾値未満である場合に、第２供給状態に切り換える構成を例に挙げて説明した。しかし、流量調整弁の調整範囲の上限値が圧縮機の出力の下限値以下となる流量調整弁および圧縮機を備える場合、切換制御部は、タンクの容積が所定の容積閾値以上である場合に、第２供給状態に切り換え、容積閾値未満である場合に、第１供給状態に切り換えるとしてもよい。

本発明は、タンクに水素を供給する水素ステーションに利用することができる。

Ａ 第１供給路
Ｂ 第２供給路
１０ 車両
１００、３００、４００、５００ 水素ステーション
１１０ 水素源
１２０ 圧縮機
１５０ 蓄圧器
１６２ 流量調整弁
２１６、５１６ 切換制御部

Claims (11)

1. タンクに水素を供給する水素ステーションであって、
   水素源から出力された水素を昇圧する圧縮機と、
   前記圧縮機によって昇圧された水素を貯留する蓄圧器と、
   前記蓄圧器に貯留された水素を、流量調整弁を介して前記タンクに供給する第１供給路と、
   前記圧縮機によって昇圧された水素を、前記蓄圧器を介さずに前記タンクに供給する第２供給路と、
   前記第１供給路から水素を供給する第１供給状態と、前記第２供給路から水素を供給する第２供給状態とを切り換える切換制御部と、
   を備えたことを特徴とする水素ステーション。
2. 前記切換制御部は、前記第１供給路および前記第２供給路の双方から水素を供給する第３供給状態に切り換え可能であることを特徴とする請求項１に記載の水素ステーション。
3. 前記切換制御部は、所定の目標圧力上昇率に基づいて、前記第１供給状態と、前記第２供給状態とを切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の水素ステーション。
4. 前記切換制御部は、前記タンクに供給している水素の圧力が、前記目標圧力上昇率を基準として設定される所定の許容範囲を逸脱すると、前記第１供給状態から前記第２供給状態へ、または、該第２供給状態から該第１供給状態へ切り換えることを特徴とする請求項３に記載の水素ステーション。
5. 前記切換制御部は、前記タンクへの水素の供給を開始する際に前記第１供給状態とし、前記タンクに供給している水素の圧力が前記許容範囲を逸脱すると、前記第１供給状態から前記第２供給状態へ切り換えることを特徴とする請求項４に記載の水素ステーション。
6. 前記切換制御部は、前記タンクへの水素の供給を開始する際に前記第２供給状態とし、前記タンクに供給している水素の圧力が前記許容範囲を逸脱すると、前記第２供給状態から前記第１供給状態へ切り換えることを特徴とする請求項４に記載の水素ステーション。
7. 前記切換制御部は、前記目標圧力上昇率に基づいて、前記第１供給状態または前記第２供給状態で前記タンクに水素を供給するとともに、該タンクに供給している水素の圧力が所定の移行圧力に到達すると、前記第２供給状態に切り換えることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の水素ステーション。
8. 外気温度を測定する外気温度測定部を備え、
   前記目標圧力上昇率は、前記タンクの容積、水素の供給温度、前記外気温度、および、前記タンクの残圧のうち、いずれか１または複数に基づいて決定されることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の水素ステーション。
9. 前記切換制御部は、前記タンクの容積に基づいて、前記第１供給状態と、前記第２供給状態とを切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の水素ステーション。
10. 前記切換制御部は、前記タンクの容積が所定の容積閾値以上である場合に、前記第１供給状態に切り換え、該容積閾値未満である場合に、前記第２供給状態に切り換えることを特徴とする請求項９に記載の水素ステーション。
11. 前記切換制御部は、前記タンクの容積が所定の容積閾値以上である場合に、前記第２供給状態に切り換え、該容積閾値未満である場合に、前記第１供給状態に切り換えることを特徴とする請求項９に記載の水素ステーション。

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