JP7141565B1 - 水素ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで効率よく水素を充填する。【解決手段】水素ステーション１００は、水素源から出力された水素を昇圧する圧縮機１２０と、流量調整弁ＣＶ、および、流量調整弁ＣＶと車両１０のタンク１２とを接続可能に設けられる接続流路１４２を有するディスペンサー１４０と、圧縮機１２０の吐出側と、流量調整弁ＣＶとを接続する主流路１３０と、主流路１３０に設けられる蓄圧器１５０と、主流路１３０における圧縮機１２０と蓄圧器１５０との間に流入口が接続され、主流路１３０における蓄圧器１５０と流量調整弁ＣＶとの間に流出口が接続されるバイパス流路１６０と、タンク１２の圧力を取得する圧力取得部と、を備え、圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１、蓄圧器１５０の常用圧力Ｐ２、タンク１２への最終充填圧力Ｐ３は、以下の式（１）を満たす。Ｐ１≧Ｐ３>Ｐ２ …式（１）【選択図】図１

Description

本発明は、車両のタンクに水素を充填する水素ステーションに関する。

近年、差圧充填方式の水素ステーションが開発されている。差圧充填方式の水素ステーションは、圧縮機によって昇圧された水素を蓄圧する高圧蓄圧器を備え、高圧蓄圧器と車両のタンクとの圧力差（差圧）によって、高圧蓄圧器から車両のタンクへ水素が充填される（例えば、特許文献１）。

特開２００９－２３６２７０号公報

上記したように、従来の差圧充填方式の水素ステーションでは、高圧蓄圧器と車両のタンクとの差圧によって水素を充填するため、高圧蓄圧器の常用圧力を車両のタンクの最高充填圧力より高くする必要がある。このため、高圧蓄圧器のコストが高くなるという問題がある。

本発明は、低コストで効率よく水素を充填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、水素源から出力された水素を昇圧する圧縮機と、流量調整弁、および、流量調整弁と車両のタンクとを接続可能に設けられる接続流路を有するディスペンサーと、圧縮機の吐出側と、流量調整弁とを接続する主流路と、主流路に設けられる蓄圧器と、主流路における圧縮機と蓄圧器との間に流入口が接続され、主流路における蓄圧器と流量調整弁との間に流出口が接続されるバイパス流路と、タンクの圧力を取得する圧力取得部と、圧力取得部によって取得されたタンクの圧力に基づいて、差圧充填状態と直接充填状態とに切り換える切換制御部と、を備え、差圧充填状態は、蓄圧器に貯留された水素を、流量調整弁、および、接続流路を介して、タンクに供給する状態であり、直接充填状態は、圧縮機から吐出された水素を、バイパス流路、流量調整弁、および、接続流路を介して、タンクに供給する状態であり、切換制御部は、タンクの最高充填圧力、タンクの現在の圧力、および、タンクの現在の温度に基づいて決定される、タンクにおける水素の充填率が第１閾値未満である場合、差圧充填状態とし、タンクにおける水素の充填率が第１閾値以上であり、かつ、タンクの昇圧率が第２閾値以下である場合、直接充填状態とし、圧縮機の最大吐出圧Ｐ１、蓄圧器の常用圧力Ｐ２、タンクへの最終充填圧力Ｐ３は、以下の式（１）を満たす。
Ｐ１≧Ｐ３>Ｐ２ …式（１）

また、上記水素ステーションは、差圧充填状態である場合に、タンクの昇圧率が規定値範囲内であるか否かを判定する昇圧率判定部と、昇圧率判定部によってタンクの昇圧率が規定値範囲外であると判定されると、タンクの昇圧率が規定値範囲内となるように、流量調整弁の開度を制御する開度制御部と、を備えてもよい。

また、上記水素ステーションは、差圧充填状態である場合であって、所定期間に亘ってタンクの昇圧率が規定値範囲外である場合に、接続流路とタンクとの接続を解除する接続制御部を備えてもよい。

また、昇圧率判定部は、直接充填状態である場合、昇圧率の判定を不実行としてもよい。

本発明によれば、低コストで効率よく水素を充填することが可能となる。

本実施形態に係る水素ステーションを説明する図である。 本実施形態に係る中央制御部の機能ブロック図である。 本実施形態の水素ステーションの運転処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態の水素ステーションの充填処理の流れを示す第１のフローチャートである。 本実施形態の水素ステーションの充填処理の流れを示す第２のフローチャートである。 本実施形態の水素ステーションの充填処理の流れを示す第３のフローチャートである。 変形例に係る水素ステーションを説明する図である。 変形例に係る中央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。

［水素ステーション１００］
図１は、本実施形態に係る水素ステーション１００を説明する図である。図１に示すように、水素ステーション１００は、車両１０に搭載されたタンク１２に水素を充填（供給）する。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。

図１に示すように、水素ステーション１００は、水素源１１０と、圧縮機１２０と、主流路１３０と、ディスペンサー１４０と、蓄圧器１５０と、バイパス流路１６０と、中央制御部１７０とを含む。なお、図１中、破線の矢印は、信号の流れを示す。

水素ステーション１００は、オンサイト型であってもオフサイト型であってもよい。水素ステーション１００がオンサイト型である場合、水素源１１０は、例えば、水素製造装置や、水電解装置である。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。水素製造装置は、例えば、３００Ｎｍ^３／ｈで水素を出力する。水素ステーション１００がオフサイト型である場合、水素源１１０は、例えば、水素トレーラの水素貯蔵容器である。

圧縮機１２０は、水素源１１０から出力された水素を昇圧（圧縮）する。圧縮機１２０の吸入側は、水素源１１０に接続される。圧縮機１２０の吐出側は、主流路１３０を介して、ディスペンサー１４０の流量調整弁ＣＶに接続される。水素ステーション１００がオンサイト型であり、水素源１１０が水素製造装置である場合、圧縮機１２０の定格流量は、例えば、水素製造装置の水素製造能力（例えば、３００Ｎｍ^３／ｈ）以上である。一方、水素ステーション１００がオフサイト型である場合、圧縮機１２０の定格流量に限定はない。

ディスペンサー１４０は、車両１０のタンク１２に水素を充填する。ディスペンサー１４０は、流量調整弁ＣＶと、接続流路１４２とを含む。流量調整弁ＣＶは、接続流路１４２に出力される水素の流量を調整する。流量調整弁ＣＶは、後述する開度制御部２１８によって開度が制御される。接続流路１４２は、流量調整弁ＣＶと車両１０のタンク１２とを接続可能に設けられる。なお、本実施形態において、車両１０内において、タンク１２の上流側には逆止弁ＳＶ１が設けられる。接続流路１４２は、逆止弁ＳＶ１に接続される。逆止弁ＳＶ１は、タンク１２から接続流路１４２への水素の逆流を防止する。

蓄圧器１５０は、主流路１３０に設けられる。蓄圧器１５０は、水素源１１０から出力され、圧縮機１２０によって昇圧された水素を貯留する。

バイパス流路１６０は、主流路１３０における圧縮機１２０と蓄圧器１５０との間に流入口が接続され、主流路１３０における蓄圧器１５０と流量調整弁ＣＶとの間に流出口が接続される。

主流路１３０における圧縮機１２０と蓄圧器１５０との間には、開閉弁Ｖ１が設けられる。主流路１３０における蓄圧器１５０と流量調整弁ＣＶとの間には、開閉弁Ｖ２が設けられる。バイパス流路１６０には、開閉弁Ｖ３が設けられる。開閉弁Ｖ１～Ｖ３は、後述する切換制御部２１４によって開閉される。また、主流路１３０における蓄圧器１５０と開閉弁Ｖ２との間には、逆止弁ＳＶ２が設けられる。逆止弁ＳＶ２は、バイパス流路１６０から蓄圧器１５０への水素の逆流、および、タンク１２から蓄圧器１５０への水素の逆流を防止する。

なお、本実施形態に係る水素ステーション１００において、圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１、蓄圧器１５０の常用圧力（最大許容圧力）Ｐ２、タンク１２への最終充填圧力Ｐ３は、以下の式（１）を満たす。
Ｐ１≧Ｐ３>Ｐ２ …式（１）
圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１は、例えば、４５ＭＰａである。蓄圧器１５０の常用圧力Ｐ２は、例えば、４０ＭＰａである。

中央制御部１７０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部１７０は、ＲＯＭからＣＰＵ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す。中央制御部１７０は、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。

図２は、本実施形態に係る中央制御部１７０の機能ブロック図である。図２に示すように、中央制御部１７０は、圧力取得部２１０、充填率判定部２１２、切換制御部２１４、昇圧率判定部２１６、開度制御部２１８、接続制御部２２０として機能する。

圧力取得部２１０は、車両１０のタンク１２の最高充填圧力（最大許容圧力）を取得する。また、圧力取得部２１０は、車両１０のタンク１２の現在の圧力を取得する。

充填率判定部２１２は、タンク１２の最高充填圧力と、タンク１２の現在の圧力と、タンク１２の現在の温度とに基づき、タンク１２における水素の充填率［％］を算出する。また、充填率判定部２１２は、水素の充填率が第１閾値以上であるか否かを判定する。なお、第１閾値は、例えば、５０％である。

切換制御部２１４は、圧力取得部２１０によって取得された、タンク１２の最高充填圧力および現在の圧力から計算される、タンク１２における水素の充填率およびタンク１２の昇圧率に基づいて、差圧充填状態と直接充填状態とに切り換える。差圧充填状態は、蓄圧器１５０に貯留された水素を、主流路１３０、流量調整弁ＣＶ、および、接続流路１４２を介して、タンク１２に供給する状態である。直接充填状態は、圧縮機１２０から吐出された水素を、バイパス流路１６０、流量調整弁ＣＶ、および、接続流路１４２を介して、タンク１２に供給する状態である。

本実施形態において、切換制御部２１４は、圧縮機１２０を動作させるとともに、開閉弁Ｖ１、Ｖ２を開弁し、開閉弁Ｖ３を閉弁して、差圧充填状態とする。なお、差圧充填状態の際、圧縮機１２０を動作させずともよい。また、切換制御部２１４は、圧縮機１２０を動作させるとともに、開閉弁Ｖ３を開弁し、開閉弁Ｖ１、Ｖ２を閉弁して、直接充填状態とする。

切換制御部２１４は、タンク１２における水素の充填率が第１閾値未満である場合、差圧充填状態とする。また、切換制御部２１４は、タンク１２における水素の充填率が第１閾値以上であり、かつ、タンク１２の昇圧率が第２閾値以下である場合、直接充填状態とする。また、第２閾値は、例えば、圧縮機１２０によってタンク１２に直接水素を充填した場合の昇圧率に設定される。本実施形態において、第２閾値は、例えば、８ＭＰａ／分である。本実施形態において、切換制御部２１４は、圧力取得部２１０によって取得されたタンク１２の最高充填圧力および現在の圧力と、タンク１２内の温度とに基づいて、タンク１２における水素の充填率を算出する。

昇圧率判定部２１６は、差圧充填状態である場合に、タンク１２の昇圧率が規定値範囲内であるか否かを判定する。規定値範囲は、充填プロトコル（充填技術基準）によって決定される。また、昇圧率判定部２１６は、直接充填状態である場合、昇圧率の判定を不実行とする。

開度制御部２１８は、昇圧率判定部２１６によってタンク１２の昇圧率が規定値範囲外であると判定されると、タンク１２の昇圧率が規定値範囲内となるように、流量調整弁ＣＶの開度を制御する。

接続制御部２２０は、差圧充填状態である場合であって、所定期間に亘ってタンク１２の昇圧率が規定値範囲外である場合に、接続流路１４２とタンク１２との接続を解除する。所定期間は、例えば、１５秒である。

［水素ステーション１００の運転処理］
続いて、上記水素ステーション１００の運転処理について説明する。図３は、本実施形態の水素ステーション１００の運転処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、水素ステーション１００の運転処理は、タンク圧力取得処理Ｓ１１０と、差圧充填切換処理Ｓ１２０と、充填処理Ｓ１３０とを含む。本実施形態においてユーザによる操作入力に応じて、ディスペンサー１４０の接続流路１４２が車両１０のタンク１２に接続されたら、当該運転処理が開始される。

［タンク圧力取得処理Ｓ１１０］
圧力取得部２１０は、例えば、車両１０の通信手段と通信を確立して、車両１０のタンク１２の最高充填圧力ＰＴと、現在のタンク１２の圧力とを取得する。

［差圧充填切換処理Ｓ１２０］
切換制御部２１４は、開閉弁Ｖ１、Ｖ２を開弁し、開閉弁Ｖ３を閉弁して、差圧充填状態とする。また、切換制御部２１４は、圧縮機１２０の動作を開始させる。

［充填処理Ｓ１３０］
中央制御部１７０は、車両１０のタンク１２への水素の充填を行う。図４は、本実施形態の水素ステーション１００の充填処理Ｓ１３０の流れを示す第１のフローチャートである。図５は、本実施形態の水素ステーション１００の充填処理Ｓ１３０の流れを示す第２のフローチャートである。図６は、本実施形態の水素ステーション１００の充填処理Ｓ１３０の流れを示す第３のフローチャートである。図４～図６に示すように、本実施形態に係る充填処理Ｓ１３０は、充填率判定処理Ｓ２１０と、第１昇圧率判定処理Ｓ２１２と、終了条件判定処理Ｓ２１４と、接続解除処理Ｓ２１６と、上限値判定処理Ｓ２２０と、最小値判定処理Ｓ２２２と、最大値判定処理Ｓ２２４と、期間判定処理Ｓ２２６と、第１流量制御処理Ｓ２２８と、第２昇圧率判定処理Ｓ２３０と、直接充填切換処理Ｓ２３２と、第２流量制御処理Ｓ２３４とを含む。以下、各処理について説明する。

［充填率判定処理Ｓ２１０］
充填率判定部２１２は、タンク１２における水素の充填率が第１閾値未満であるか否かを判定する。その結果、第１閾値未満であると判定した場合（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、充填率判定部２１２は、第１昇圧率判定処理Ｓ２１２に処理を移す。一方、第１閾値未満ではない、つまり、第１閾値以上であると判定した場合（Ｓ２１０におけるＮＯ）、充填率判定部２１２は、第２昇圧率判定処理Ｓ２３０に処理を移す（図６参照）。

［第１昇圧率判定処理Ｓ２１２］
昇圧率判定部２１６は、タンク１２の昇圧率が規定値範囲内であるか否かを判定する。その結果、規定値範囲内であると判定した場合（Ｓ２１２におけるＹＥＳ）、昇圧率判定部２１６は、終了条件判定処理Ｓ２１４に処理を移す。一方、規定値範囲内ではない、つまり、規定値範囲外（規定値範囲の上限値超、または、規定値範囲の下限値未満）であると判定した場合（Ｓ２１２におけるＮＯ）、昇圧率判定部２１６は、上限値判定処理Ｓ２２０に処理を移す（図５参照）。

［終了条件判定処理Ｓ２１４］
中央制御部１７０は、終了条件を満たすか否かを判定する。終了条件は、例えば、車両１０のタンク１２が、充填プロトコルで定められる目標圧力に到達すること、車両１０のタンク１２の圧力（最終充填圧力Ｐ３）が圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１に到達すること、および、車両１０のタンク１２の昇圧率が所定値を下回ることのうちのいずれかである。所定値は、目標とされる充填時間に基づいて決定される。所定値は、例えば、２ＭＰａ／分である。

その結果、終了条件を満たすと判定した場合（Ｓ２１４におけるＹＥＳ）、中央制御部１７０は、接続解除処理Ｓ２１６に処理を移す。一方、終了条件を満たさないと判定した場合（Ｓ２１４におけるＮＯ）、中央制御部１７０は、充填率判定処理Ｓ２１０からの処理を繰り返す。

［接続解除処理Ｓ２１６］
接続制御部２２０は、開閉弁Ｖ２、Ｖ３を閉弁し、接続流路１４２とタンク１２との接続を解除する。また、接続制御部２２０は、蓄圧器１５０の圧力が常用圧力になるまで、圧縮機１２０の動作を維持し、蓄圧器１５０の圧力が常用圧力に到達したら（蓄圧器１５０が満蓄となったら）、圧縮機１２０の動作を停止する。そして、接続制御部２２０は、開閉弁Ｖ１を閉弁する。

［上限値判定処理Ｓ２２０］
図５に示すように、昇圧率判定部２１６は、タンク１２の昇圧率が、規定値範囲外のうちの、規定値範囲の上限値超であるか、規定値範囲の下限値未満であるかを判定する。その結果、規定値範囲の上限値超であると判定した場合（Ｓ２２０におけるＹＥＳ）、昇圧率判定部２１６は、最小値判定処理Ｓ２２２に処理を移す。一方、規定値範囲の上限値超ではない、つまり、規定値範囲の下限値未満であると判定した場合（Ｓ２２０におけるＮＯ）、昇圧率判定部２１６は、最大値判定処理Ｓ２２４に処理を移す。

［最小値判定処理Ｓ２２２］
開度制御部２１８は、流量調整弁ＣＶの開度が最小値であるか否かを判定する。その結果、流量調整弁ＣＶの開度が最小値であると判定した場合（Ｓ２２２におけるＹＥＳ）、開度制御部２１８は、期間判定処理Ｓ２２６に処理を移す。一方、流量調整弁ＣＶの開度が最小値ではない、つまり、流量調整弁ＣＶの開度が最小値超であると判定した場合（Ｓ２２２におけるＮＯ）、開度制御部２１８は、第１流量制御処理Ｓ２２８に処理を移す。

［最大値判定処理Ｓ２２４］
開度制御部２１８は、流量調整弁ＣＶの開度が最大値であるか否かを判定する。その結果、流量調整弁ＣＶの開度が最大値であると判定した場合（Ｓ２２４におけるＹＥＳ）、開度制御部２１８は、期間判定処理Ｓ２２６に処理を移す。一方、流量調整弁ＣＶの開度が最大値ではない、つまり、流量調整弁ＣＶの開度が最大値未満であると判定した場合（Ｓ２２４におけるＮＯ）、開度制御部２１８は、第１流量制御処理Ｓ２２８に処理を移す。

［期間判定処理Ｓ２２６］
接続制御部２２０は、所定期間に亘ってタンク１２の昇圧率が規定値範囲外であるか否かを判定する。本実施形態において、接続制御部２２０は、昇圧率が規定値範囲の上限値超となり、流量調整弁ＣＶの開度が最小値となってから所定期間が経過したか、または、昇圧率が規定値範囲の下限値未満となり、流量調整弁ＣＶの開度が最大値となってから所定期間が経過したかを判定する。その結果、所定期間が経過した（所定期間に亘ってタンク１２の昇圧率が規定値範囲外である）と判定した場合（Ｓ２２６におけるＹＥＳ）、接続制御部２２０は、接続解除処理Ｓ２１６に処理を移す（図４参照）。一方、所定期間が経過していない（タンク１２の昇圧率が規定値範囲外である期間が所定期間未満である）と判定した場合（Ｓ２２６におけるＮＯ）、接続制御部２２０は、充填率判定処理Ｓ２１０からの処理を繰り返す（図４参照）。

［第１流量制御処理Ｓ２２８］
開度制御部２１８は、タンク１２の昇圧率が規定値範囲内となるように、流量調整弁ＣＶの開度を制御して、終了条件判定処理Ｓ２１４に処理を移す（図４参照）。

［第２昇圧率判定処理Ｓ２３０］
図６に示すように、昇圧率判定部２１６は、車両１０のタンク１２の昇圧率が第２閾値以下であるか否かを判定する。その結果、タンク１２の昇圧率が第２閾値以下であると判定した場合（Ｓ２３０におけるＹＥＳ）、切換制御部２１４は、直接充填切換処理Ｓ２３２に処理を移す。一方、タンク１２の昇圧率が第２閾値以下ではない、つまり、タンク１２の昇圧率が第２閾値超であると判定した場合（Ｓ２３０におけるＮＯ）、切換制御部２１４は、終了条件判定処理Ｓ２１４に処理を移す（図４参照）。

［直接充填切換処理Ｓ２３２］
切換制御部２１４は、開閉弁Ｖ１、Ｖ２を閉弁し、開閉弁Ｖ３を開弁して、差圧充填状態から直接充填状態へ切り換える。

［第２流量制御処理Ｓ２３４］
開度制御部２１８は、流量調整弁ＣＶの開度を最大値に調整し、終了条件判定処理Ｓ２１４に処理を移す（図４参照）。

以上説明したように、本実施形態の水素ステーション１００では、車両１０のタンク１２への水素の充填を、まず、差圧充填状態とする。差圧充填状態を実行している期間が経過するにつれて、蓄圧器１５０の圧力がタンク１２の圧力に近づくことにより、タンク１２の昇圧率が低下する。そして、タンク１２の昇圧率が第２閾値以下となったら、切換制御部２１４は、直接充填状態に切り換える。これにより、圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１、蓄圧器１５０の常用圧力Ｐ２、および、タンク１２への最終充填圧力Ｐ３が、上記の式（１）を満たすことになる。したがって、水素ステーション１００は、蓄圧器１５０の常用圧力Ｐ２を超えて、車両１０のタンク１２に水素を充填することができる。

一方、従来の水素ステーションは、バイパス流路１６０を備えず、差圧充填状態のみで水素の充填を行っていたため、蓄圧器の常用圧力は、車両のタンクの最高充填圧力より高くする必要があった。このため、従来の水素ステーションは、蓄圧器のコストが高くなってしまうという問題があった。

また、バイパス流路１６０を備えていたとしても、蓄圧器の常用圧力が車両のタンクの最高充填圧力以上である比較例では、蓄圧器のコストが高くなってしまうという問題があった。

これに対し、本実施形態に係る水素ステーション１００は、バイパス流路１６０を有し、かつ、圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１が蓄圧器１５０の常用圧力Ｐ２より大きいため、蓄圧器１５０の常用圧力Ｐ２を超えて、圧縮機１２０から車両１０のタンク１２に直接水素を充填することができる。このため、水素ステーション１００は、蓄圧器１５０の常用圧力Ｐ２を低くしても、車両１０のタンク１２に大量の水素（圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１まで）を充填することが可能となる。

したがって、水素ステーション１００は、蓄圧器１５０に要するコストを削減して、車両１０のタンク１２に効率よく水素を充填することができる。

また、差圧充填状態（充填の前半期間）である場合、タンク１２の昇圧率が規定値範囲の下限値未満となると、タンク１２の温度が想定よりも低くなるため、最終的にタンク１２に水素を充填しすぎてしまうおそれがある。そこで、上記したように、開度制御部２１８は、差圧充填状態である場合、タンク１２の昇圧率が規定値範囲外であると判定されると、タンク１２の昇圧率が規定値範囲内となるように、流量調整弁ＣＶの開度を制御する。これにより、開度制御部２１８は、タンク１２の温度を想定の範囲内とすることができる。したがって、水素ステーション１００は、タンク１２への水素の過剰な充填を回避することが可能となる。

また、上記したように、接続制御部２２０は、差圧充填状態である場合であって、所定期間に亘ってタンク１２の昇圧率が規定値範囲外である場合に、接続流路１４２とタンク１２との接続を解除する。つまり、接続制御部２２０は、タンク１２の温度が想定の範囲外となる場合に、接続流路１４２とタンク１２との接続を解除する。これにより、水素ステーション１００は、タンク１２への水素の過剰な充填を回避することが可能となる。

また、直接充填状態（充填の後半期間）である場合には、差圧充填状態である場合よりも充填速度が遅いため、タンク１２の温度があまり変化しない。このため、充填の後半期間において、タンク１２の昇圧率が規定値範囲の上限値を超えることはない。また、充填中はタンク１２の温度と圧力の両方を取得しているため、タンク１２に水素を充填しすぎてしまうことはない。そこで、上記したように、昇圧率判定部２１６は、直接充填状態である場合、昇圧率の判定を不実行としてもよい。これにより、昇圧率判定部２１６の処理負荷を低減することが可能となる。

また、上記したように、充填の後半において、タンク１２の昇圧率は、規定値範囲の下限値未満であってもよい。このため、水素ステーション１００は、圧縮機１２０の流量を、規定値範囲の下限値未満に相当する小流量とすることができる。したがって、水素ステーション１００は、圧縮機１２０のコストを削減することが可能となる。

以上より、本実施形態に係る水素ステーション１００は、建設コスト、および、運営コストを低減することができる。

［変形例］
図７は、変形例に係る水素ステーション３００を説明する図である。図７に示すように、水素ステーション３００は、水素源１１０と、圧縮機１２０と、主流路１３０と、ディスペンサー１４０と、蓄圧器１５０と、バイパス流路１６０と、サクションタンク３１０と、バイパス流路３２０と、中央制御部３７０とを含む。なお、図７中、破線の矢印は、信号の流れを示す。なお、上記水素ステーション１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

サクションタンク３１０は、水素源１１０と圧縮機１２０との間に設けられる。サクションタンク３１０は、クッションタンクである。サクションタンク３１０は、水素源１１０から出力された水素、および、蓄圧器１５０から送出された水素のうちのいずれか一方または両方の圧力変動を吸収する。

バイパス流路３２０は、サクションタンク３１０に流入口が接続され、主流路１３０における逆止弁ＳＶ２と開閉弁Ｖ２との間に流出口が接続される。バイパス流路３２０には、減圧弁ＲＶおよび開閉弁Ｖ４が設けられる。

減圧弁ＲＶは、蓄圧器１５０に蓄圧された水素を所定の圧力に減圧する。所定の圧力は、圧縮機１２０の吸入圧力によって決定される。所定の圧力は、例えば０．８ＭＰａである。

開閉弁Ｖ４は、バイパス流路３２０における蓄圧器１５０と減圧弁ＲＶとの間に設けられる。開閉弁Ｖ４は、後述する切換制御部３７４によって開閉される。

中央制御部３７０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部３７０は、ＲＯＭからＣＰＵ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す。中央制御部３７０は、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８は、変形例に係る中央制御部３７０の機能ブロック図である。図８に示すように、中央制御部３７０は、圧力取得部２１０、充填率判定部２１２、切換制御部３７４、昇圧率判定部２１６、開度制御部２１８、接続制御部２２０として機能する。

変形例において、切換制御部３７４は、差圧充填状態から直接充填状態に切り換える際に、開閉弁Ｖ３の開弁とともに、開閉弁Ｖ４を開弁する。また、切換制御部３７４は、直接充填状態から差圧充填状態に切り換える際に、開閉弁Ｖ３の閉弁とともに開閉弁Ｖ４を閉弁する。例えば、切換制御部３７４は、サクションタンク３１０の圧力が所定の圧力よりも低い場合（例えば、０．６ＭＰａ）、開閉弁Ｖ４を開弁する。また、切換制御部３７４は、サクションタンク３１０の圧力が所定の圧力よりも高い場合（例えば、０．８ＭＰａ）、開閉弁Ｖ４を閉弁する。所定の圧力は、圧縮機１２０の吸入圧力によって決定される。

以上説明したように、変形例に係る水素ステーション３００において圧縮機１２０は、直接充填状態において、水素源１１０から出力された水素に加えて、蓄圧器１５０に貯留された水素を昇圧することができる。これにより、水素源１１０の出力能力が圧縮機１２０の定格流量よりも低い場合であっても、圧縮機１２０の定格流量でタンク１２に水素を充填することが可能となる。したがって、変形例に係る水素ステーション３００は、直接充填状態において、タンク１２への水素の充填時間を短縮することができる。

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、圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１とタンク１２への最終充填圧力Ｐ３とが等しい場合を例に挙げた。しかし、圧縮機１２０の最大吐出圧Ｐ１は、タンク１２への最終充填圧力Ｐ３より大きくてもよい。

また、上記実施形態において、水素ステーション１００が、切換制御部２１４を備える場合を例に挙げた。しかし、水素ステーション１００は、切換制御部２１４を備えずともよい。この場合、水素ステーション１００は、差圧充填状態と直接充填状態とを並行して実行してもよい。つまり、水素ステーション１００は、蓄圧器１５０および圧縮機１２０から並行して車両１０のタンク１２へ水素を充填してもよい。

また、上記実施形態において、水素ステーション１００が、昇圧率判定部２１６および開度制御部２１８を備える場合を例に挙げた。しかし、水素ステーション１００は、昇圧率判定部２１６および開度制御部２１８を備えずともよい。

また、上記実施形態において、水素ステーション１００が接続制御部２２０を備える場合を例に挙げた。しかし、水素ステーション１００は、接続制御部２２０を備えずともよい。

また、上記実施形態において、昇圧率判定部２１６が、直接充填状態である場合、昇圧率の判定を不実行とする場合を例に挙げた。しかし、昇圧率判定部２１６は、直接充填状態である場合であっても、タンク１２の昇圧率が規定値範囲内であるか否かを判定してもよい。

また、上記実施形態において、圧力取得部２１０が、車両１０の通信手段と通信を確立し、車両１０のタンク１２の最高充填圧力ＰＴを取得する場合を例に挙げた。しかし、圧力取得部２１０は、車両１０のタンク１２の最高充填圧力ＰＴを取得できれば、取得手段に限定はない。例えば、圧力取得部２１０は、ユーザによる操作入力に応じて、タンク１２の最高充填圧力ＰＴ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１００、３００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、上記実施形態において、圧力取得部２１０は、現在のタンク１２の圧力を取得する場合を例に挙げた。しかし、圧力取得部２１０は、ディスペンサー１４０（接続流路１４２）の出口の圧力を取得し、この出口の圧力を現在のタンク１２の圧力とみなしてもよい。

ＣＶ 流量調整弁
１０ 車両
１２ タンク
１００ 水素ステーション
１１０ 水素源
１２０ 圧縮機
１３０ 主流路
１４０ ディスペンサー
１４２ 接続流路
１５０ 蓄圧器
１６０ バイパス流路
２１０ 圧力取得部
２１２ 充填率判定部
２１４ 切換制御部
２１６ 昇圧率判定部
２１８ 開度制御部
２２０ 接続制御部
３００ 水素ステーション
３７４ 切換制御部

Claims (4)

1. 水素源から出力された水素を昇圧する圧縮機と、
   流量調整弁、および、前記流量調整弁と車両のタンクとを接続可能に設けられる接続流路を有するディスペンサーと、
   前記圧縮機の吐出側と、前記流量調整弁とを接続する主流路と、
   前記主流路に設けられる蓄圧器と、
   前記主流路における前記圧縮機と前記蓄圧器との間に流入口が接続され、前記主流路における前記蓄圧器と前記流量調整弁との間に流出口が接続されるバイパス流路と、
   前記タンクの圧力を取得する圧力取得部と、
   前記圧力取得部によって取得された前記タンクの圧力に基づいて、差圧充填状態と直接充填状態とに切り換える切換制御部と、
   を備え、
   前記差圧充填状態は、
   前記蓄圧器に貯留された水素を、前記流量調整弁、および、前記接続流路を介して、前記タンクに供給する状態であり、
   前記直接充填状態は、
   前記圧縮機から吐出された水素を、前記バイパス流路、前記流量調整弁、および、前記接続流路を介して、前記タンクに供給する状態であり、
   前記切換制御部は、
   前記タンクの最高充填圧力、前記タンクの現在の圧力、および、前記タンクの現在の温度に基づいて決定される、前記タンクにおける水素の充填率が第１閾値未満である場合、前記差圧充填状態とし、
   前記タンクにおける水素の充填率が前記第１閾値以上であり、かつ、前記タンクの昇圧率が第２閾値以下である場合、前記直接充填状態とし、
   前記圧縮機の最大吐出圧Ｐ１、前記蓄圧器の常用圧力Ｐ２、前記タンクへの最終充填圧力Ｐ３は、以下の式（１）を満たす、水素ステーション。
   Ｐ１≧Ｐ３>Ｐ２ …式（１）
2. 前記差圧充填状態である場合に、前記タンクの昇圧率が規定値範囲内であるか否かを判定する昇圧率判定部と、
   前記昇圧率判定部によって前記タンクの昇圧率が前記規定値範囲外であると判定されると、前記タンクの昇圧率が前記規定値範囲内となるように、前記流量調整弁の開度を制御する開度制御部と、
   を備える、請求項１に記載の水素ステーション。
3. 前記差圧充填状態である場合であって、所定期間に亘って前記タンクの昇圧率が前記規定値範囲外である場合に、前記接続流路と前記タンクとの接続を解除する接続制御部を備える、請求項２に記載の水素ステーション。
4. 前記昇圧率判定部は、前記直接充填状態である場合、前記昇圧率の判定を不実行とする、請求項２または３に記載の水素ステーション。

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