JP6391428B2 - 水素充填方法及び水素ステーション - Google Patents

Description

本発明は、水素ステーションの水素充填方法及び水素ステーションに関する。

従来の水素ステーションとしては、例えば特許文献１に記載されているように、水素を高圧で貯蔵する蓄圧器と、外部から供給される水素を昇圧して蓄圧器に充填する圧縮機と、蓄圧器の水素を車両に充填するためのディスペンサと、を備えたものが知られている。この特許文献１に記載された水素ステーションでは、安全性や作業性を向上させるべく、各種機器をキャビネット内に適宜配置することが図られている。

特開２０１３−１６７２８８号公報

ここで、水素ステーションで水素を充填する充填対象（例えば水素燃料自動車など）は、充填時における残圧が高い場合もあれば、残圧が低い場合もある。このように、水素の残圧が異なる複数の充填対象に対して、効率よく水素を充填する水素充填方法が求められていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、充填対象に対して効率よく水素を充填することができる水素充填方法、及び水素ステーションを提供することを目的とする。

本発明による水素充填方法は、水素を貯蔵する蓄圧部と、水素を昇圧する昇圧部と、水素を充填対象に充填するためのディスペンサと、を備える水素ステーションでの水素充填方法であって、充填対象の水素の残圧を検出する圧力検出工程と、圧力検出工程での検出結果に基づいて、充填対象に対して水素を充填する水素充填工程と、を備え、水素充填工程では、圧力検出工程で検出された残圧が予め設定された閾値より高いと判定された場合、蓄圧部に貯蔵された水素を充填対象に差圧充填する第１の充填工程が実行され、圧力検出工程で検出された残圧が閾値以下と判定された場合、昇圧部で昇圧された水素を充填対象に直充填する第２の充填工程が実行される。

本発明に係る水素ステーションは、水素を貯蔵する蓄圧部と、水素を昇圧する昇圧部と、水素を充填対象に充填するためのディスペンサと、充填対象の水素の残圧を検出する圧力検出部と、圧力検出部での検出結果に基づいて、充填対象に対して水素を充填する水素充填部と、を備え、水素充填部は、圧力検出部で検出された残圧が予め設定された閾値より高いと判定された場合、蓄圧部に貯蔵された水素を充填対象に差圧充填し、圧力検出部で検出された残圧が閾値以下であると判定された場合、昇圧部で昇圧された水素を充填対象に直充填する。

このような水素充填方法及び水素ステーションでは、充填対象の残圧が予め設定された閾値より高い場合には、蓄圧部に貯蔵された水素が充填対象に差圧充填される。充填対象の残圧が高い場合は、充填量も少なく、短時間で充填を行うことが可能である。従って、残圧の高い充填対象に対しては、瞬発力に優れた差圧充填により速やかに充填を行うことができる。また、充填対象の残圧が予め設定された閾値以下である場合には、昇圧部で昇圧された水素が充填対象に直充填される。充填対象の残圧が低い場合は、充填量が多く、長時間の充填が必要である。従って、残圧の低い充填対象に対しては、昇圧部を用い、持続力に優れた直充填を行うことにより、適切な水素充填を行うことができる。以上のように、充填対象の水素の残圧に応じて適切な水素充填を行うことにより、充填対象に対して効率よく水素を充填することができる。

また、本発明に係る水素充填方法において、第２の充填工程では、昇圧部による直充填に加えて、蓄圧部による差圧充填が行われてもよい。これにより、昇圧部による直充填のみでは充填初期の容量が不足する場合であっても、蓄圧部による差圧充填により、補助的に充填を行うことができる。

また、本発明に係る水素充填方法において、蓄圧部は、第１の蓄圧器と、第２の蓄圧器とを少なくとも備え、第１の蓄圧器は、少なくとも第２の蓄圧器より高い圧力に維持され、第１の充填工程では、少なくとも第１の蓄圧器による差圧充填が行われ、第２の充填工程では、昇圧部による直充填に加えて、少なくとも第２の蓄圧器による差圧充填が行われてよい。残圧の低い充填対象に対する直充填を補助するための蓄圧器として、低圧の第２の蓄圧器を用いることで長時間の充填に対応することができる。一方、残圧の高い充填対象に対する差圧充填を行うための蓄圧器として、高圧の第１の蓄圧器を用いて短時間で充填を行うことができる。

本発明によれば、充填対象に対して効率よく水素を充填することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る水素ステーションを示すシステム構成図である。 図２は、図１の水素ステーションの要部を示すシステム構成図である。 図３は、図１に示す水素ステーションにおける水素充填方法を含む動作を示すフローチャートである。 図４は、差圧充填シーケンスを示すフローチャートである。 図５は、直充填シーケンスを示すフローチャートである。 図６は、変形例に係る水素ステーションを示すシステム構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る水素ステーション１００を示すシステム構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る水素ステーション１００は、充填対象に水素を供給するための設備である。ここでの水素ステーション１００では、水素ステーションとは別の施設で水素を精製してトレーラ（移動体）Ｔで運び込む所謂オフサイト型が採用されている。充填対象としては、例えば燃料電池自動車（Fuel Cell Vehicle）等の水素燃料自動車、燃料電池フォークリフト及び燃料電池バイク等が挙げられる。

図１に示すように、水素ステーション１００は、外部より水素を受容する水素受容部１と、前段側で水素を昇圧する第１の昇圧部２と、前段側で水素を貯蔵する第１の蓄圧部３と、後段側で水素を昇圧する第２の昇圧部４と、後段側で水素を貯蔵する第２の蓄圧部６と、水素を充填対象に充填するためのディスペンサ７Ａ，７Ｂと、を備えている。なお、本実施形態では、充填対象として水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２を例示する。

水素受容部１は、例えば、トレーラＴに積載された水素輸送容器バンクと接続され、当該水素輸送容器バンクに貯蔵されている水素を受容する。なお、水素受容部１は、トレーラＴの水素輸送容器バンクに限られず、水素カードル容器、水素製造装置、外部水素供給のパイプラインなどから水素を受容してもよい。水素受容部１は、ラインＬ１を介して第１の昇圧部２に接続されている。

第１の昇圧部２は、水素を圧縮する圧縮機によって構成されている。第１の昇圧部２は、第２の昇圧部４の圧縮機（詳細は後述）よりも圧縮の圧力が低い低圧圧縮機によって構成されている。第１の昇圧部２を構成する圧縮機は、例えば水素を２０〜４５ＭＰａに圧縮することができ、１００〜３００Ｎｍ^３／ｈｒで水素を圧送することができる。第１の昇圧部２は、ラインＬ２を介して第１の蓄圧部３の蓄圧バンク８（詳細は後述）に接続されている。

第１の蓄圧部３は、水素を貯蔵する蓄圧バンク８によって構成されている。蓄圧バンク８の最大充填圧力は４０〜４５ＭＰａに設定されている。蓄圧バンク８は、複数又は単一の容器によって構成されている。なお、図１では、第１の蓄圧部３は、一つの蓄圧バンク８を備えているが、複数の蓄圧器を備えていてもよい。第１の蓄圧部３を構成する蓄圧バンク８は、ラインＬ３を介して第２の昇圧部４に接続されている。これにより、第１の蓄圧部３の蓄圧バンク８に貯蔵された水素は、ラインＬ３を介して接続された第２の昇圧部４によって昇圧される。なお、第１の昇圧部２とラインＬ３とを接続するラインＬ４を設けることにより、水素受容部１で受容された水素が、第１の昇圧部２で昇圧されてラインＬ４及びラインＬ３を介して直接的に第２の昇圧部４へ供給されてもよい。

第２の昇圧部４は、水素を圧縮する圧縮機によって構成されている。第２の昇圧部４は、第１の昇圧部２の圧縮機よりも高圧に水素を圧縮可能な高圧圧縮機によって構成されている。第２の昇圧部４を構成する圧縮機は、例えば水素を７０〜９５ＭＰａに圧縮することができ、１００〜１２００Ｎｍ^３／ｈｒの水素を圧送することができる。

第２の蓄圧部６は、水素を貯蔵する複数の蓄圧バンク９によって構成されている。蓄圧バンク９の最大充填圧力は７０〜９５ＭＰａに設定されている。蓄圧バンク９は、複数又は単一の容器によってそれぞれ構成されている。なお、図１では、第２の蓄圧部６は、三つの蓄圧バンク９を備えているが、蓄圧バンク９の数量は特に限定されない。

第２の昇圧部４には、各蓄圧バンク９へ水素を分配するためのラインＬ５が接続されている。また、ラインＬ５からはラインＬ６、ラインＬ７、及びラインＬ８が分岐しており、各蓄圧バンク９の入口にそれぞれ接続されている。また、各蓄圧バンク９の出口からはラインＬ１０、ラインＬ１１、及びラインＬ１２がそれぞれ引き出されており、各蓄圧バンク９からの水素を通過させるラインＬ１３に接続されている。ラインＬ１３は、ラインＬ１４を介してディスペンサ７Ａに接続される。なお、第２の昇圧部４から圧送された水素を蓄圧バンク９を介さずにディスペンサ７Ａへ供給するラインとして、ラインＬ５とラインＬ１４とを接続するラインＬ９がさらに設けられている。

また、ラインＬ１０からはラインＬ１６が引き出され、ラインＬ１１からはラインＬ１７が引き出され、ラインＬ１２からはラインＬ１８が引き出される。ラインＬ１６，Ｌ１７，Ｌ１８は、ラインＬ１９を介してディスペンサ７Ｂに接続される。なお、第２の昇圧部４から圧送された水素を蓄圧バンク９を介さずにディスペンサ７Ｂへ供給するラインとして、ラインＬ９とラインＬ１９とを接続するラインＬ２０がさらに設けられている。

ここで、図１に示す三つの蓄圧バンク９のうち、蓄圧バンク９Ａは高い圧力で水素の充填を行うための蓄圧器（以下、説明のために「高圧バンク９Ａ」と称する）として機能し、蓄圧バンク９Ｃは高圧バンク９Ａより低い圧力で水素の充填を行うための蓄圧器（以下、「低圧バンク９Ｃ」と称する）として機能し、蓄圧バンク９Ｂは高圧バンク９Ａと低圧バンク９Ｃとの間の圧力で水素の充填を行うための蓄圧器（以下、「中圧バンク」と称する）として機能する。水素ステーション１００の稼働中において、高圧バンク９Ａの水素の残圧は、少なくとも中圧バンク９Ｂ及び低圧バンク９Ｃの残圧以上の圧力に維持される。中圧バンク９Ｂの水素の残圧は、少なくとも低圧バンク９Ｃの残圧以上の圧力に維持される。

以上のような構成により、水素ステーション１００の前段側においては、水素受容部１で受容された水素は、第１の昇圧部２で昇圧されて、第１の蓄圧部３の蓄圧バンク８に貯蔵される。第１の蓄圧部３の蓄圧バンク８に貯蔵された水素は、ラインＬ３を介して水素ステーション１００の後段側の第２の昇圧部４へ供給される。あるいは、第１の昇圧部２とラインＬ３とを接続するラインＬ４を設けることにより、水素受容部１で受容された水素が、第１の昇圧部２で昇圧されてラインＬ４を介して直接的に水素ステーション１００の後段側の第２の昇圧部４へ供給されてもよい。更に、ラインＬ３及びラインＬ４の両方から同時に水素が第２の昇圧部４へ供給されてもよい。

水素ステーション１００の後段側においては、第２の昇圧部４から圧送された水素は、第２の蓄圧部６の各蓄圧バンク９に貯蔵される。ここで、高圧バンク９Ａ、中圧バンク９Ｂ、低圧バンク９Ｃの順で残圧を高く維持しておく必要がある。従って、第２の昇圧部４から圧送された水素は、まず高圧バンク９Ａへ供給され、高圧バンク９Ａが満杯（最大充填圧力に達する）になった後、中圧バンク９Ｂへ供給され、中圧バンク９Ｂが満杯になった後、低圧バンク９Ｃへ供給される。

また、ディスペンサ７Ａ，７Ｂが水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に水素を充填する場合、第２の蓄圧部６のいずれかの蓄圧バンク９に貯蔵された水素が、ディスペンサ７Ａ，７Ｂを介して水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に充填される。なお、低圧バンク９Ｃ、あるいは中圧バンク９Ｂの水素が水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に充填された後、仕上げ充填として、高い圧力に維持されている高圧バンク９Ａの水素が水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に充填される。更に、所定の圧力に到達した後、第２の昇圧部４から圧送された水素が、ラインＬ９，Ｌ２０を通過して、直接的に水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２へ充填される。

ここで、本実施形態の水素ステーション１００の要部について、図２を参照しつつ具体的に説明する。

図２は、図１の水素ステーション１００の要部を示すシステム構成図である。水素ステーション１００は、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２の残圧を検出する圧力検出部１１、水素の流量を調整する流量調整弁１２、及び制御部２０を備えている。圧力検出部１１及び流量調整弁１２はディスペンサ７Ａ，７Ｂのそれぞれの内部に設けられている。なお、水素ステーション１００の各ラインには、水素の流れを制御するために、図示されないバルブが適宜設けられている。圧力検出部１１は、ディスペンサ７Ａ，７Ｂにて水素を充填するときに、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に貯蔵された水素の残圧を検出するものであり、圧力伝送器などによって構成されている。この圧力検出部１１は、検出結果を制御部２０へ出力する。なお、圧力検出部１１の構成は特に限定されず、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２の残圧を検出できれば様々なものを用いることができる。例えば、水素燃料自動車に少量の水素を供給し、停止したときの配管の残圧を圧力検出部１１によって測定してもよい。

制御部２０は、圧力検出部１１での検出結果に基づいて充填対象である水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２への水素の充填を制御するものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータにより構成されている。

具体的には、制御部２０は、圧力検出部１１によって検出された残圧が予め設定された閾値より高いか否かを判定する機能を有する。また、制御部２０は、圧力検出部１１での検出結果に基づいて、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に対する水素の充填を制御する機能を有している。

制御部２０は、圧力検出部１１で検出された残圧が予め設定された閾値より高いと判定した場合、第２の蓄圧部６に貯蔵された水素を水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に差圧充填する。閾値は例えば２０〜５０ＭＰａの範囲で任意に設定可能である。この差圧充填では、圧力の高い中圧バンク９Ｂ及び高圧バンク９Ａによる差圧充填が行われる。このように、残圧が高い水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に対しては、短時間で充填可能であり、且つ瞬発力に優れた差圧充填により充填することができる。また、制御部２０は、圧力検出部１１で検出された残圧が閾値以下であると判定された場合、第２の昇圧部４で昇圧された水素を水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に直充填する。この直充填では、当該直充填に加えて、第２の蓄圧部による補助の差圧充填が行われる。補助の差圧充填では、低圧バンク９Ｃによる差圧充填が行われる。このように、残圧が低い水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に対しては、長時間の充填が必要であるため、持続力に優れた直充填が行われる。また、第２の昇圧部４による直充填だけでは充填初期の容量が不足する場合があるため、低圧バンク９Ｃの直充填による補助を行うことができる。具体的に、制御部２０は、圧力検出部１１の検出結果に基づいて水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２の残圧が高いか低いかを判定する圧力判定部２１と、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に対する水素充填を制御する充填制御部２２と、各バンク９Ａ，９Ｂ，９Ｃに対する蓄圧を制御する蓄圧制御部２３と、を備えている。ちなみに、後述するように、本実施形態の水素ステーション１００は、制御部２０を備えない構成を採用することもできる。

次に、上述した水素ステーション１００において、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に水素を充填する水素充填方法を含む動作（制御部２０による動作）の一例について、図２〜図５を参照して説明する。

図３は、図１及び図２に示す水素ステーション１００における水素充填方法を含む動作を示すフローチャートである。ここでは、水素の残圧が高い水素燃料自動車Ｍ１に対してディスペンサ７Ａが水素の充填を行い、水素の残圧が低い水素燃料自動車Ｍ２に対してディスペンサ７Ｂが水素の充填を行う場合を例にして説明する。まず、水素の残圧が高い水素燃料自動車Ｍ１に対して水素を充填する場合の処理について、図２〜図４を参照して説明する。まず、少量の水素を高圧バンク９Ａから差圧で供給した後、停止して配管内に残った圧力を圧力検出部１１で測定することによって車載タンク残圧を測定する。これにより、圧力検出部１１の検出結果に基づいて水素燃料自動車Ｍ１の残圧を確認する（ステップＳ１０：残圧検出工程）。制御部２０の圧力判定部２１は、Ｓ１０で検出した残圧が、予め設定された閾値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２０：残圧判定工程）。閾値の具体的な圧力は特に限定されるものではなく適宜調整可能であるが、例えば２０ＭＰａに設定してよい。Ｓ２０において、水素燃料自動車Ｍ１の残圧が閾値より高いと判定された場合、制御部２０は中圧バンク９Ｂ及び高圧バンク９Ａを用いた差圧充填シーケンスを実行する（ステップＳ３０：水素充填工程、第１の充填工程）。

差圧充填シーケンスについて図４を参照して詳細に説明する。図４に示すように、まず、中圧バンク９Ｂによる差圧充填が実行される（ステップＳ１００）。Ｓ１００では、充填制御部２２が、各バルブの開閉を制御する。これによって、中圧バンク９Ｂに貯蔵された水素が経路Ｒ１を通過して（図２参照）ディスペンサ７Ａを介して水素燃料自動車Ｍ１に供給される。充填制御部２２は、中圧バンク９Ｂからの水素を、ディスペンサ７Ａ内に設置された流量調整弁（バルブ）１２を徐々に開くことによって、中圧バンク９Ｂと水素燃料自動車Ｍ１のバンクとの間の差圧によって水素を充填する（ステップＳ１１０）。次に、圧力判定部２１は、流量調整弁１２が全開（１００％開度）となった時点で、圧力検出部１１の検出結果に基づいて、水素燃料自動車Ｍ１の充填圧力Ｐｓｔａが予め設定された目標圧より低いか否かを判定する（ステップＳ１２０：充填圧力判定工程）。Ｓ１２０において充填圧力Ｐｓｔａが予め設定された目標圧より低いと判定された場合、高圧バンク９Ａによる差圧充填が行われる（ステップＳ１３０）。Ｓ１３０では、充填制御部２２が、各バルブの開閉を制御する。これによって、高圧バンク９Ａに貯蔵された水素が経路Ｒ２を通過して（図２参照）ディスペンサ７Ａを介して水素燃料自動車Ｍ１に供給される。高圧バンク９Ａによる差圧充填によって、水素燃料自動車Ｍ１の充填圧力Ｐｓｔａが予め設定された目標圧に達する（ステップＳ１４０）。以上によって、差圧充填シーケンスが終了し、水素燃料自動車Ｍ１に対する水素充填が終了する。また、Ｓ１２０において充填圧力Ｐｓｔａが目標圧に達したと判定された場合も、差圧充填シーケンスが終了する。

差圧充填シーケンスが終了すると、図３の処理へ戻り、各バンクに対する第２の昇圧部４の蓄圧運転が実行される（ステップＳ５０：蓄圧工程）。この工程では、第２の昇圧部４が、高圧バンク９Ａ、中圧バンク９Ｂ、及び低圧バンク９Ｃに対してこの順序で水素を圧送することによって、各バンク９Ａ，９Ｂ，９Ｃに水素を蓄圧させる。例えば、第２の昇圧部４が８２ＭＰａに高圧圧縮可能な圧縮機で構成されている場合、Ｓ５０の蓄圧運転により、各バンク９Ａ，９Ｂ，９Ｃの充填圧力は８２ＭＰａとなる。Ｓ５０が終了したら、図３の処理が終了する。

次に、水素の残圧が低い水素燃料自動車Ｍ２に対して水素を充填する場合の処理について、図２、図３及び図５を参照して説明する。まず、少量の水素を高圧バンク９Ａから差圧で供給した後、停止して配管内に残った圧力を圧力検出部１１で測定することによって車載タンク残圧を測定する。これにより、圧力検出部１１の検出結果に基づいて水素燃料自動車Ｍ２の残圧を確認する（ステップＳ１０：残圧検出工程）。制御部２０の圧力判定部２１は、Ｓ１０で検出した残圧が、予め設定された閾値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２０：残圧判定工程）。Ｓ２０において、水素燃料自動車Ｍ２の残圧が閾値より低いと判定された場合、制御部２０は第２の昇圧部４による直充填シーケンスを実行する（ステップＳ４０：水素充填工程、第２の充填工程）。

直充填シーケンスについて図５を参照して詳細に説明する。図５に示すように、まず、第２の昇圧部４である高圧圧縮機を起動させることによって直充填を行うと共に、低圧バンク９Ｃによる補助充填が実行される（ステップＳ２００）。Ｓ２００では、充填制御部２２が、第２の昇圧部４及び各バルブの開閉を制御する。これによって、第２の昇圧部４から圧送された水素が経路Ｒ３を通過して（図２参照）ディスペンサ７Ｂを介して水素燃料自動車Ｍ２に供給される。また、低圧バンク９Ｃに貯蔵された水素が経路Ｒ４を通過して（図２参照）ディスペンサ７Ｂを介して水素燃料自動車Ｍ２に供給される。充填制御部２２は、低圧バンク９Ｃからの水素をディスペンサ７Ｂ内に設置された流量調整弁（バルブ）１２を徐々に開くことによって、第２の昇圧部４からの直充填水素に加え、低圧バンク９Ｃと水素燃料自動車Ｍ２のバンクとの間の差圧によって水素を充填する（ステップＳ２０５）。なお、直充填シーケンスにおいては、第２の昇圧部４による直充填が行われているため、図５中のどのタイミングであっても充填圧力Ｐｓｔａが目標圧に達することがある。従って、後述のＳ２１０及びＳ２３０の充填圧力判定工程以外のタイミングにおいても圧力判定部２１によって充填圧力Ｐｓｔａを監視しておき、当該充填圧力Ｐｓｔａが目標圧に達した時点で図５に示す直充填シーケンスを終了することができる。

次に、圧力判定部２１は、流量調整弁１２が全開（１００％開度）となった時点で、圧力検出部１１の検出結果に基づいて、水素燃料自動車Ｍ２の充填圧力Ｐｓｔａが予め設定された目標圧より低いか否かを判定する（ステップＳ２１０：充填圧力判定工程）。Ｓ２１０において充填圧力Ｐｓｔａが目標圧に達したと判定された場合、直充填シーケンスが終了する。Ｓ２１０において充填圧力Ｐｓｔａが目標圧より低いと判定された場合、中圧バンク９Ｂによる差圧充填が実行される（ステップＳ２１５）。Ｓ２１５では、充填制御部２２が、各バルブの開閉を制御する。これによって、中圧バンク９Ｂに貯蔵された水素が経路Ｒ５を通過して（図２参照）ディスペンサ７Ｂを介して水素燃料自動車Ｍ２に供給される。充填制御部２２は、中圧バンク９Ｂからの水素をディスペンサ７Ｂ内に設置された流量調整弁（バルブ）１２を徐々に開くことによって、第２の昇圧部４からの直充填水素に加え、中圧バンク９Ｂと水素燃料自動車Ｍ２のバンクとの間の差圧によって水素を充填する（ステップＳ２２０）。次に、圧力判定部２１は、流量調整弁１２が全開（１００％開度）となった時点で、圧力検出部１１の検出結果に基づいて、水素燃料自動車Ｍ２の充填圧力Ｐｓｔａが予め設定された目標圧より低いか否かを判定する（ステップＳ２３０：充填圧力判定工程）。Ｓ２３０において充填圧力Ｐｓｔａが目標圧より低いと判定された場合、高圧バンク９Ａによる差圧充填が行われる（ステップＳ２４０）。Ｓ２４０では、充填制御部２２が、各バルブの開閉を制御する。これによって、高圧バンク９Ａに貯蔵された水素が経路Ｒ６を通過して（図２参照）ディスペンサ７Ｂを介して水素燃料自動車Ｍ２に供給される。高圧バンク９Ａによる差圧充填によって、水素燃料自動車Ｍ２の充填圧力Ｐｓｔａが目標圧に達する（ステップＳ２５０）。以上によって、直充填シーケンスが終了し、水素燃料自動車Ｍ２に対する水素充填が終了する。また、Ｓ２３０において充填圧力Ｐｓｔａが目標圧に達したと判定された場合も、直充填シーケンスが終了する。また、直充填により図５中のどのタイミングであっても、充填圧力Ｐｓｔａが目標圧に達した時点で直充填シーケンスを終了する。

直充填シーケンスが終了すると、図３の処理へ戻り、各バンクに対する第２の昇圧部４の蓄圧運転が実行される（ステップＳ５０：蓄圧工程）。Ｓ５０が終了したら、図３の処理が終了する。

次に、本実施形態に係る水素ステーション１００の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る水素充填方法及び水素ステーション１００では、水素燃料自動車Ｍ１の残圧が予め設定された閾値より高い場合には、蓄圧部６（ここでは中圧バンク９Ｂ及び高圧バンク９Ａ）に貯蔵された水素が充填対象である水素燃料自動車Ｍ１に差圧充填される。水素燃料自動車Ｍ１の残圧が高い場合は、充填量も少なく、短時間で充填を行うことが可能である。従って、残圧の高い水素燃料自動車Ｍ１に対しては、瞬発力に優れた差圧充填により速やかに充填を行うことができる。また、水素燃料自動車Ｍ２の残圧が予め設定された閾値以下である場合には、第２の昇圧部４で昇圧された水素が水素燃料自動車Ｍ２に直充填される。水素燃料自動車Ｍ２の残圧が低い場合は、充填量が多く、長時間の充填が必要である。従って、残圧の低い水素燃料自動車Ｍ２に対しては、第２の昇圧部４を用い、持続力に優れた直充填を行うことにより、確実に目標圧力までの水素充填を行うことができる。以上のように、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２の水素の残圧に応じて適切な水素充填を行うことにより、水素燃料自動車Ｍ１，Ｍ２に対して効率よく水素を充填することができる。

また、本実施形態に係る水素充填方法において、直充填シーケンスでは、第２の昇圧部４による直充填に加えて、蓄圧部６（ここでは低圧バンク９Ｃ）による差圧充填が行われる。これにより、第２の昇圧部４による直充填のみでは充填初期の容量が不足する場合であっても、蓄圧部６による差圧充填により、補助的に充填を行うことができる。

また、本実施形態に係る水素充填方法において、差圧充填シーケンスでは、高圧バンク９Ａ及び中圧バンク９Ｂによる差圧充填が行われ、直充填シーケンスでは、第２の昇圧部４による直充填に加えて、低圧バンク９Ｃによる差圧充填が行われる（なお、直充填及び低圧バンク９Ｃの補助充填により、ある程度の充填が行われた後は、仕上げ充填として中圧バンク９Ｂ、高圧バンク９Ａによる差圧充填が行われてよい）。残圧の低い水素燃料自動車Ｍ２に対する直充填を補助するための蓄圧器として、低圧バンク９Ｃを用いることができる。一方、残圧の高い水素燃料自動車Ｍ１に対する差圧充填を行うための蓄圧器として、中圧バンク９Ｂ及び高圧バンク９Ａを用いて短時間で充填を行うことができる。

以上のように、水素ステーション１００が複数のディスペンサ７を有している場合に、例えばディスペンサ７Ａで残圧の高い水素燃料自動車Ｍ１の水素充填を行い、ディスペンサ７Ｂで残圧の低い水素燃料自動車Ｍ２の水素充填を行うとき、ディスペンサ７Ｂ側においては、持続性に優れる直充填によって時間をかけて水素燃料自動車Ｍ２に水素を充填する。一方、ディスペンサ７Ａ側においては、中圧バンク９Ｂ及び高圧バンク９Ａを用いて短時間で充填を行うことで、速やかに次の水素燃料自動車の充填へ移行することができる。従って、水素充填の回転率を上げることができる。なお、補助充填に用いる蓄圧器として高圧バンク９Ａや中圧バンク９Ｂを用いる場合は、長時間の充填によって各バンク９Ａ，９Ｂの圧力が下がってしまうと共に、長時間の補助充填に拘束されている最中は、他の水素燃料自動車に対する仕上げ充填を行えなくなる可能性がある。従って、補助充填のための蓄圧器として、低圧バンク９Ｃを用いることが好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上記実施形態では、制御部２０を設け、この制御部２０により残圧の判定、直充填シーケンスと差圧充填シーケンスの選択を行ったが、これに限定されるものではなく、制御部２０は設けられていなくともよい。この場合、例えば作業者が圧力検出部１１の検出結果に基づき各弁の開閉等を適宜制御することにより、上記作用効果を実現することができる。要は、本発明は、圧力検出工程で検出された残圧が予め設定された閾値より高いと判定された場合、蓄圧部に貯蔵された水素を充填対象に差圧充填する第１の充填工程が実行され、圧力検出工程で検出された残圧が閾値以下と判定された場合、昇圧部で昇圧された水素を充填対象に直充填する第２の充填工程を実行できればよい。

上述の実施形態では、蓄圧部が高圧バンク９Ａ、中圧バンク９Ｂ及び低圧バンク９Ｃを有するものであった。これに代えて、蓄圧部が低圧バンクと、当該低圧バンクよりも高い圧力に維持されるバンクとによって構成されていてもよい。また、ディスペンサの数量や、ラインの構成も特に限定されるものではない。

なお、上記実施形態では図１に示すように水素ステーションがディスペンサを複数有していたが、図６に示すようにディスペンサが１基であってもよい。ディスペンサが１基の場合であっても、本発明によって車両の残圧に基づいて最適な充填方法を選択して素早く水素の充填を行うことにより、２台目の車両の待ち時間を短縮することができる。

４…第２の昇圧部（昇圧部）、６…蓄圧部、９…蓄圧バンク、９Ａ…高圧バンク（第１の蓄圧器）、９Ｂ…中圧バンク（第１，２の蓄圧器）、９Ｃ…低圧バンク（第２の蓄圧器）、７Ａ，７Ｂ…ディスペンサ、１１…圧力検出部、２０…制御部（水素充填部）、１００…水素ステーション、Ｍ１，Ｍ２…水素燃料自動車（充填対象）。

Claims (3)

1. 水素を貯蔵する蓄圧部と、
   水素を昇圧する昇圧部と、
   水素を充填対象に充填するためのディスペンサと、を備える水素ステーションでの水素充填方法であって、
   前記充填対象の水素の残圧を検出する圧力検出工程と、
   前記圧力検出工程での検出結果に基づいて、前記充填対象に対して水素を充填する水素充填工程と、を備え、
   前記水素充填工程では、
   前記圧力検出工程で検出された残圧が予め設定された閾値より高いと判定された場合、前記昇圧部による直充填を行うことなく、前記蓄圧部に貯蔵された水素を前記充填対象に差圧充填する第１の充填工程が実行され、
   前記圧力検出工程で検出された残圧が前記閾値以下と判定された場合、前記昇圧部で昇圧された水素を前記充填対象に直充填し、且つ、当該直充填に加えて前記蓄圧部による差圧充填を行う、第２の充填工程が実行される、水素充填方法。
2. 前記蓄圧部は、第１の蓄圧器と、第２の蓄圧器とを少なくとも備え、
   前記第１の蓄圧器は、少なくとも第２の蓄圧器より高い圧力に維持され、
   前記第１の充填工程では、少なくとも前記第１の蓄圧器による差圧充填が行われ、
   前記第２の充填工程では、前記昇圧部による直充填に加えて、少なくとも前記第２の蓄圧器による差圧充填が行われる、請求項１に記載の水素充填方法。
3. 水素を貯蔵する蓄圧部と、
   水素を昇圧する昇圧部と、
   水素を充填対象に充填するためのディスペンサと、
   前記充填対象の水素の残圧を検出する圧力検出部と、
   前記圧力検出部での検出結果に基づいて、前記充填対象に対して水素を充填する水素充填部と、を備え、
   前記水素充填部は、
   前記圧力検出部で検出された残圧が予め設定された閾値より高いと判定された場合、前記昇圧部による直充填を行うことなく、前記蓄圧部に貯蔵された水素を前記充填対象に差圧充填し、
   前記圧力検出部で検出された残圧が前記閾値以下であると判定された場合、前記昇圧部で昇圧された水素を前記充填対象に直充填し、且つ、当該直充填に加えて前記蓄圧部による差圧充填を行う、水素ステーション。

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