WO2012147340A1 - 水素ステーション - Google Patents

Abstract

　外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、回転数制御可能な駆動機によって駆動される往復動圧縮機と、往復動圧縮機から水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、水素タンクの内部の温度または水素タンクに供給される水素の温度を検出する温度センサと、温度センサによって検出された温度に基づいて駆動機の回転数を制御する制御部と、を備えることを特徴とするものである。

Description

水素ステーション

　本発明は、燃料電池自動車、水素自動車等に水素を供給する水素ステーションに関するものである。

　昨今、自動車の排気ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、及び浮遊粒子状物質（ＰＭ）等による地球温暖化及び大気汚染が懸念されている。このため、従来のガソリン内燃機関型自動車にかわり、積載された燃料電池における水素と酸素との化学反応に基づく電気エネルギーを利用して駆動する燃料電池自動車（ＦＣＶ）が着目されている。

　燃料電池自動車は、上述した二酸化炭素等を排出せず、他の有害物質も排出しない。また、燃料電池自動車は、ガソリン内燃機関型自動車よりもエネルギー効率に優れるなど、ガソリン内燃機関型自動車にない種々の利点を有している。

　ところで、燃料電池自動車には、大別すると、水素ステーションから水素を補給するタイプと、水素以外の燃料を補給して車載改質器において水素を製造するタイプとがあるが、二酸化炭素（ＣＯ２）削減の効果等から、前者のほうが優位であるとみなされている。従って、燃料電池自動車と、それに水素を補給するための水素ステーションの研究、開発が急がれている。

　水素ステーションから水素（水素ガス）を補給するタイプの燃料電池自動車の場合、圧縮された水素が自動車に積載された水素タンクに補給される。

　ところで、供給元の高圧の気体を供給先の低圧状態に移行（すなわち膨張）させる際、圧力差を保ちながらその気体を膨張させた場合、当該気体において、ジュール・トムソン効果による温度の変化が生じる。

　ジュール・トムソン効果による温度の変化は、気体の当初の温度に依存する。前記当初の温度が逆転温度以下であれば、気体の温度は低下し、前記当初の温度が逆転温度よりも大きければ、気体の温度は上昇する。水素の逆転温度は、２１５Ｋ（－５８．１５℃）程度と、他の気体に比してかなり低温であるため、通常、水素が燃料電池自動車等の水素タンクへ補給されると、補給された水素において急激な温度上昇が生じる。

　したがって、水素ステーションでは、水素タンクへの補給の際の水素の急激な温度上昇による水素タンクの内部の温度上昇を抑えることが必要となる。そして、そのための種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、水素供給源と水素タンクとを接続する接続工程と、水素供給源と水素タンクとを結ぶ流路上に備えられた充填速度可変手段により水素タンク内の圧力に応じて水素の充填速度を速める充填工程とを有する、水素タンクへの水素急速充填方法（及びその水素急速充填方法を実現した水素ステーション）が開示されている。

　上述したように、水素ステーションには、水素タンクへの補給の際の水素の急激な温度上昇による水素タンクの内部の温度上昇を抑える必要がある。そのための種々の提案はされているが、技術の豊富化の観点から、更なる提案が求められている。

　ところで、水素ステーションは、通常、燃料電池自動車等に供給する際に水素を圧縮するための圧縮機を具備する。

　供給先の水素タンクに多量の水素を補給するために、この圧縮機には１００ＭＰａといった非常に高い圧力まで水素を昇圧させる能力が求められる。このため、水素ステーション向けの圧縮機には、いわゆる往復動圧縮機（レシプロ圧縮機）の採用が検討されている。なお、往復動圧縮機には、ダイアフラム式圧縮機、ピストン式圧縮機、プランジャー式圧縮機、イオニックコンプレッサなどが知られている。

　往復動圧縮機においては、通常、供給する流体の量を調整するための機構として、「吸込弁アンローダ方式」、及び「クリアランスポケット方式」が多く採用されている。吸込弁アンローダ方式は、シリンダの吸込弁板を押さえつけて開放し，いったん吸込んだガスを吸込側へ逆流させて圧縮仕事を行わないようにすることによって流量を調整する方式である。一方、クリアランスポケット方式は、シリンダヘッドなどに取付けられたクリアランスポケットを開閉することによって筒隙（クリアランス）容積を変化させることにより流量を調整する方式である。

　しかしながら、「吸込弁アンローダ方式」及び「クリアランスポケット方式」のいずれの方式も段階的な流量調整であるため、水素ステーションにおいて温度の一定制御を行うことが難しい。

　なお、「吸込弁アンローダ方式」については、吸込弁アンローダ機構に油圧制御を組合せることによって約２０～１００％の容量の範囲を無段階に調整できる方式のものが提案されているが、設備が大仰となるなど実用的ではない。

特開２００１－３５５７９５号公報

　本発明の目的は、往復動圧縮機を備えた水素ステーションであって、供給する水素の温度を容易に制御でき且つ水素タンクへの補給の際の水素タンクの内部の温度上昇を抑制することが可能な水素ステーションを提供するものである。

　本発明の一つの面による水素ステーションによれば、外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、回転数制御可能な駆動機によって駆動される往復動圧縮機と、前記往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、前記水素タンクの内部の温度または前記水素タンクに供給される水素の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記駆動機の回転数を制御する制御部と、を備える。

また、本発明の一つの面による水素ステーションによれば、外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、駆動機によって駆動される往復動圧縮機と、前記往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、調整弁を有し、前記往復動圧縮機の吐出側で且つ前記冷却装置の上流側と当該往復動圧縮機の吸い込み側とを連通する戻し流路と、前記水素タンクの内部の温度または前記水素タンクに供給される水素の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記調整弁の開度を調整する制御部と、を備える。

　また、本発明の一つの面による水素ステーションによれば、外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、回転数制御可能な駆動機によって駆動される第１往復動圧縮機と、前記第１往復動圧縮機によって圧縮された水素が流れる中間流路と、前記第１往復動圧縮機と前記中間流路を介して接続される第２往復動圧縮機と、前記第２往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、前記中間流路の内部の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサによって検出された圧力に基づいて前記第１往復動圧縮機を駆動する駆動機の回転数を制御する制御部と、を備える。

図１は、本発明の第１実施形態に係る水素ステーションの構成を概略的に示す図である。 図２は、前記水素ステーションの変形例を示す図である。 図３は、前記水素ステーションの制御における車載水素タンクの内部の温度と高圧側往復動圧縮機の駆動機の回転数との関係を示す図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る水素ステーションの構成を概略的に示す図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る水素ステーションの構成を概略的に示す図である。 図６は、前記第３実施形態に係る水素ステーションの制御における車載水素タンクの内部の温度と戻し流路に介設された調整弁の開度との関係を示す図である。

　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る水素ステーション１の構成を示している。この水素ステーション１は、まず、図示しない水素の供給源から、フィルター２の設けられた供給流路３を通じて、低圧段側の往復動圧縮機（低圧側往復動圧縮機：第１圧縮機）４に水素（水素ガス）が供給されるよう、構成されている。

　この低圧側往復動圧縮機４には、駆動機５（電動機等）が駆動軸５ａを介して接続されている。この低圧側往復動圧縮機４は、駆動機５の駆動軸５ａの回転によって駆動される。駆動機５は、インバータによって駆動される電動機である。この駆動機５は、回転数制御可能、すなわち駆動軸５ａを任意の回転数によって回転させることが可能である。なお、駆動機５は、回転数制御可能なものであれば良く、インバータによって駆動される電動機に限定されない。

　低圧側往復動圧縮機４によって圧縮された水素は、中間流路６に吐出される。このときの低圧側往復動圧縮機４の吐出側の圧力は、例えば４０ＭＰａに制御される。中間流路６は、低圧側往復動圧縮機４によって圧縮されて高温となった水素を冷却するためのクーラ７を備える。そして、中間流路６は、開閉弁８と分岐点６ｂとを介して、中間圧蓄圧器９に接続されている。

　また、中間流路６は、分岐点６ｂと開閉弁１２とを介して、中間圧蓄圧器９と高圧段側の往復動圧縮機（高圧側往復動圧縮機：第２圧縮機）１４とを接続している。即ち、中間圧蓄圧器９から延びる中間流路６は、途中（分岐点６ｂ）において分岐しており、分岐した一方の流路が低圧側往復動圧縮機４の吐出側に接続され、分岐した他方の流路が高圧側往復動圧縮機１４の吸込側に接続されている。

　高圧側往復動圧縮機１４には、駆動機１５が駆動軸１５ａを介して接続されている。この高圧側往復動圧縮機１４は、駆動機１５の駆動軸１５ａの回転によって駆動される。駆動機１５は、インバータによって駆動される電動機である。この駆動機１５は、回転数制御可能、すなわち駆動軸１５ａを任意の回転数によって回転させることが可能である。なお、駆動機１５は、回転数制御可能なものであれば良く、インバータによって駆動される電動機に限定されるものではない。

　中間圧蓄圧器９は、低圧側往復動圧縮機４から供給（吐出）された水素を一旦、貯留することができる。

　中間流路６における分岐点６ｂと中間圧蓄圧器９との間に、中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１を検出するための圧力センサ１６が設けられている。なお、圧力センサ１６は、中間圧蓄圧器９に設けられ、当該中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１を検出してもよい。中間流路６における分岐点６ｂと中間圧蓄圧器９との間の部位の内部と、中間圧蓄圧器９の内部とは連通しているため、同じ圧力になるからである。

　開閉弁８は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が予め設定された第１の閾値より低い場合に開けられる。また、開閉弁８は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が前記第１の閾値以上の場合に閉められる。この開閉弁８の開閉動作（特に閉じる動作）は、低圧側往復動圧縮機４から供給される水素の量が過多となって中間圧蓄圧器９の内圧が上昇しすぎるのを防止する。

　開閉弁１２は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が予め設定された第２の閾値より低い場合に閉められる。また、開閉弁１２は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が前記第２の閾値以上の場合に開けられる。この開閉弁１２の開閉動作は、高圧側往復動圧縮機１４へ供給される水素の圧力が極端に低くなることを防止する。

　以上の開閉弁８及び開閉弁１２の開閉制御において用いられる第１の閾値と第２の閾値とは、以下のように設定されている。

　第１の閾値は、中間圧蓄圧器９における内部圧力の許容範囲の上限に基づいて設定されている。すなわち、第１の閾値は、中間圧蓄圧器９に接続された中間流路６内の圧力が当該第１の閾値を超えると、その圧力によって中間圧蓄圧器９が損傷等する可能性が高くなるような値である。また、第２の閾値は、高圧側往復動圧縮機１４の駆動時における吸込圧力の許容範囲の下限値に基づいて設定されている。すなわち、第２の閾値は、高圧側往復動圧縮機１４に接続された中間流路６内の圧力が当該第２の閾値より小さくなると、高圧側往復動圧縮機１４が正常に動作（流体の圧縮動作）できなくなるような値である。

　なお、後述する低圧側往復動圧縮機４の回転数制御は、所定の圧力範囲における上限の閾値圧力ＰＨと下限の閾値圧力ＰＬとを設定し、圧力センサ１６によって検出される検出圧力Ｐ１に基づいて行われる。両制御（検出圧力Ｐ１に基づく開閉弁８及び開閉弁１２の開閉制御、及び、検出圧力Ｐ１に基づく低圧側往復動圧縮機４の回転数制御）の制御対象は互いに異なり、また、開閉弁制御における上限の閾値（第１の閾値）圧力は回転数制御における上限の閾値圧力ＰＨよりも十分に大きな値であり、また、開閉弁制御における下限の閾値（第２の閾値）圧力は回転数制御における下限の閾値圧力ＰＬよりも十分に小さな値である。このため、両制御が平行して実施されても、相互の干渉などの制御上の不都合が生じない。

　また、後述するように、水素ステーション１では、中間流路６の圧力（又は中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１）に基づいて、低圧側往復動圧縮機４を駆動する駆動機５の回転数が制御されていればよい。すなわち、開閉弁８及び開閉弁１２の開閉制御が行われなくてもよい。この場合、水素ステーション１では、開閉弁８及び開閉弁１２がなくてもよい。

　高圧側往復動圧縮機１４によって圧縮された水素は、吐出流路１８に吐出される。このときの高圧側往復動圧縮機１４の吐出側の圧力は、例えば１００ＭＰａに制御される。吐出流路１８には、高圧側往復動圧縮機１４によって圧縮されて高温となった水素を冷却するためのクーラ１９が設けられている。

　クーラ１９以降の吐出流路１８には、順に、流量調整弁２０、流量計２１、クーラ２２が設けられている。流量調整弁２０の開度は、当該流量調整弁２０の下流の流量計２１において検出された流量値に基づいて制御される。これにより、当該流量調整弁２０を通過する水素の流量が調整される。吐出流路１８の末端に配設されたクーラ２２は、当該クーラ２２の上流のクーラ１９によって冷却された水素を更に冷却する。たとえば、クーラ１９は、１３０℃程度の高温の水素を４０℃程度まで冷却し、クーラ２２は、クーラ１９によって冷却された４０℃程度の水素を－４０℃程度まで冷却する。

　このようにして、クーラ２２の冷却による最終的な温度調整が行なわれた水素は、水素充填流路３１によって燃料電池自動車２７の車載水素タンク２８に供給及び充填される。この水素充填流路３１は、クーラ２２の出側と充填ノズル２６とを接続する。なお、水素充填流路３１におけるクーラ２２の出側直後に、遮断弁２３が配設されている。この遮断弁２３は、吐出流路１８に設けられた流量調整弁２０、流量計２１とともにディスペンサー（充填機）を構成する。

　そして、水素充填流路３１の途中には、緊急離脱カップラー２４が設けられている。この緊急離脱カップラー２４は、これを介して燃料電池自動車２７側に延びる充填ホース２５が極めて強い力で引っ張られた場合に離脱し（具体的には中間部で分離し）、これら分離した緊急離脱カップラー２４の水素の供給先側（燃料電池自動車２７側）の部位と、分離した緊急離脱カップラー２４の水素の供給元側の部位との双方から、高圧の水素が噴出しないように構成されている。なお、充填ホース２５は、水素充填流路３１の一部を構成する（即ち、充填ホース２５は、水素充填流路３１に含まれている）。

　緊急離脱カップラー２４から延びる充填ホース２５の最も下流側の端部に、充填ノズル２６が設けられている。充填ノズル２６は、燃料電池自動車２７の図示しないノズル口に接続可能である。そして、水素ステーション１から供給される水素は、燃料電池自動車２７の内部に搭載される車載水素タンク２８に供給及び充填される。

　車載水素タンク２８には、その内部の温度Ｔｄを検出可能な温度センサ２９が設けられている。なお、この温度センサ２９は、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄを正確に検出するために、その車載水素タンク２８を構成する容器そのものに設けられることが望ましいが、これに限らない。例えば、温度センサによって検出される温度Ｔｄ’が、上述の温度Ｔｄとほぼ同一、又はこの温度Ｔｄ’から車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄを導出できる場合には、当該温度センサが、上述の温度Ｔｄを直接的、あるいは間接的に検出しうる温度センサ２９として採用される。具体的には、燃料電池自動車２７の図示しないノズル口と車載水素タンク２８とを接続する流路に、図１に示す温度センサ２９ａを備えても良い。

　この温度センサ２９（又は２９ａ）は、燃料電池自動車に搭載された送信機２９ｂに接続されている。この送信機２９ｂは、温度センサ２９（又は２９ａ）によって検出された車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄ（又はＴｄ’）にかかる信号（温度データ）を無線（又は有線）によって水素ステーション１に送信する。一方、水素ステーション１には、前記温度データを受信可能な受信機３０ｂが設けられている。この受信機３０ｂによって受信された温度データは、コントローラ３０に出力される。

　また、クーラ２２の出側と充填ノズル２６とを接続する水素充填流路３１の任意の位置に、当該水素充填流路３１の内部の温度Ｔｄを検出可能な温度センサ２９が設けられても良い。図２に示す具体例では、水素充填流路３１における遮断弁２３の出側の位置に温度センサ２９が設けられている。この場合、水素充填流路３１内の温度Ｔｄは、厳密には車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄとは異なっている（詳しくは、水素充填流路３１内の温度Ｔｄが車載水素タンク２８の内部の温度よりも低温となっている）。しかし、水素充填流路３１内の温度Ｔｄと車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄとの間には相関があるため、水素充填流路３１内の温度から車載水素タンク２８の内部の温度を比較的精度良く推定することが可能である。すなわち、水素充填流路３１内の温度Ｔｄは、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄと異なるが、互いに相関があるために実質的に同様に取り扱うことができる。このため、以下の説明において「車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄ」との文言は「水素充填流路３１内の温度Ｔｄ」との文言に換言されてもよい。また、この例のように、温度センサ２９が水素ステーション１ａの配管流路におけるディスペンサーの一部として流路に一体的に組み込まれることにより、燃料電池自動車２７に個々に温度センサ２９（又は２９ａ）を装備する必要がなく、また燃料電池自動車２７側から無線（あるいは有線）によって水素ステーション側に温度データを送信することも不要となる。このため、燃料電池自動車側においては温度データを送信する送信機２９ｂが不要となり、水素ステーション側においては温度データを受信するための受信機３０ｂが不要となる。送信機２９ｂ及び受信機３０ｂがなければ、送信機２９ｂと受信機３０ｂとの間における（あるいは送信機２９ｂ内部及び受信機３０ｂ内部における）外乱による温度データの通信不調が生じ得ないという利点がある。また、更に、送信機２９ｂ及び受信機３０ｂがなければ、その分のコストが削減できるとの利点もある。

　さて、図１（あるいは図２）において、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１に応じた信号（圧力センサ１６から出力される信号）、および、温度センサ２９によって検出された温度Ｔｄに応じた信号（温度センサ２９が検出した温度に応じて当該温度センサ２９から出力される信号）は、水素ステーション１側に設けられたコントローラ（制御部）３０に入力される。コントローラ３０は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１に基づき、駆動機５の回転数を制御することにより、低圧側往復動圧縮機４から吐出される水素の流量を制御する。すなわち、コントローラ３０は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１に基づいて、低圧側往復動圧縮機４の容量を制御する。さらに、コントローラ３０は、温度Ｔｄにかかる信号に基づき、駆動機１５の回転数を制御することによって高圧側往復動圧縮機１４から吐出される水素の流量を制御する。すなわち、コントローラ３０は、温度Ｔｄにかかる信号に基づいて、高圧側往復動圧縮機１４の容量を制御する。

　なお、バイパス流路３３が低圧側往復動圧縮機４の上流側の供給流路３と、低圧側往復動圧縮機４の下流側の中間流路６とに接続されている。すなわち、バイパス流路３３は、低圧側往復動圧縮機４の吸い込み側と、中間流路６における中間圧蓄圧器９よりも上流側の部位とを連通する。このバイパス流路３３は、バイパス流量調整弁（調整弁）３２を有する。後述するように、バイパス流量調整弁３２は、駆動機５の回転数が下降して下限値Ｒｍｉｎに到達した場合に開放される。このようにバイパス流量調整弁３２が開放されることによって、低圧側往復動圧縮機４の上流側の供給流路３と、低圧側往復動圧縮機４の下流側の中間流路６とがバイパス流路３３を介して連通する。

　続いて、水素ステーション１における制御について、説明する。

　上述したように、クーラ１９によって冷却された水素は、当該クーラ１９の下流側に設けられたクーラ２２によって、更に冷却される（たとえば、－４０℃まで冷却される）。

　ただし、この低温（高圧）の水素では、車載水素タンク２８に供給される際に、上述したジュール・トムソン効果による温度の変化が生じ、その温度は通常、上昇する。

　一方、通常、金属や樹脂によって形成されたライナーと、このライナーの外周面に積層された繊維強化樹脂層等とによって構成される車載水素タンク２８では、許容される上限温度Ｔｔｈが、仕様上あるいは技術基準上、予め定まっている。その上限温度Ｔｔｈは、例えば、圧縮水素自動車燃料装置用容器の技術基準（ＪＡＲＩ　Ｓ　００１）によれば、８５℃である。したがって、車載水素タンク２８に水素が供給される際に、当該車載水素タンク２８の内部温度が上昇しても、その車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄが、上限温度Ｔｔｈに基づいて設定された基準温度（Ｔｂ）をなるべく超えないように当該温度Ｔｄが管理される。あるいは、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄが基準温度（Ｔｂ）を越えることがあっても、上限温度Ｔｔｈを超えないように且つ基準温度（Ｔｂ）を越えた時間が短時間となるように当該温度Ｔｄが管理される。

　なお、本実施形態において、基準温度（Ｔｂ）は、上限温度Ｔｔｈより低温の（すなわち、上限温度Ｔｔｈより余裕をもった）上限値Ｔｔｈ－Δｔ（Δｔは例えば２０℃）である。また、基準温度（Ｔｂ）は、上限温度Ｔｔｈより低い任意の温度の範囲（Ｔｂ１～Ｔｂ２）として設定されてもよい。

　そして、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄが基準温度（Ｔｂ）を超える場合は、高圧側往復動圧縮機１４の駆動機１５の回転数が減少させられ、これにより、高圧側往復動圧縮機１４から吐出される水素の流量が減少して高圧側往復動圧縮機１４の下流側に設けられたクーラ１９、２２による水素の冷却効率が相対的に高くなる。その結果、車載水素タンク２８に供給される水素の供給量が減少するとともに前記供給される水素の温度が低下し、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄが基準温度（Ｔｂ）まで下がる。

　なお、上記のように車載水素タンク２８に供給される水素の流量が減少すると、供給された水素が車載水素タンク２８内において膨張する際のジュール・トムソン効果による車載水素タンク２８の内部の温度の上昇も抑制される。このため、この温度の上昇の抑制効果と、上記のクーラ１９、２２による相対的な冷却効果の向上とによって、車載水素タンク２８の内部の温度が効果的に引き下げられる。

　また、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄが基準温度（Ｔｂ）未満の場合は、高圧側往復動圧縮機１４の駆動機１５の回転数が増加させられることにより、高圧側往復動圧縮機１４から吐出される水素の流量が増加し、高圧側往復動圧縮機１４の下流側に設けられたクーラ１９、２２による水素の冷却効率が相対的に低くなる。これにより、車載水素タンク２８に供給される水素の供給量が増加するとともに前記供給される水素の温度が上昇し、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄが基準温度（Ｔｂ）まで上昇する。このように、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄが当該車載水素タンク２８の使用において許容される上限温度Ｔｔｈ以下の基準温度（Ｔｂ）に保持されることにより、車載水素タンク２８の高温下での劣化や破損などが抑制されて、車載水素タンク２８への水素の補給及び充填が安全且つ効率的に実施される。

　このように、水素ステーション１では、コントローラ３０が、温度Ｔｄにかかる信号に基づいて駆動機１５の回転数を制御することにより高圧側往復動圧縮機１４から吐出される水素の流量を制御（すなわち高圧側往復動圧縮機１４の容量を制御）する。

　コントローラ３０は、図示しない記憶部を具備している。コントローラ３０の記憶部には、例えば、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄと駆動機１５の回転数Ｒとの関係式又は相関データ等が格納（記憶）されている。上述の関係式や相関データは、図３（図３の実線Ａや破線Ｂ）に示すように、温度Ｔｄが低い値になると、対応する回転数Ｒが高い値となり、逆に、温度Ｔｄが高い値になると、対応する回転数Ｒが低い値となるように構成される。

　そして、コントローラ３０は、この記憶部に格納された関数式又は相関データ、温度センサ２９によって検出された温度Ｔｄに基づいて、駆動機１５の回転数Ｒを決定し、その回転数Ｒとなるように駆動機１５を制御する。これにより、高圧側往復動圧縮機１４の容量が制御される。すなわち、コントローラ３０は、温度Ｔｄが高くなるに従って駆動機１５の回転数Ｒを小さくし、温度Ｔｄが低くなるに従って駆動機１５の回転数Ｒを大きくする。

　この結果、温度Ｔｄが基準温度Ｔｂより低い場合、車載水素タンク２８に供給される水素は十分に冷却されていることとなるので、駆動機１５の回転数Ｒを高くして高圧側往復動圧縮機１４が比較的大きな容量となるように駆動される。一方、温度Ｔｄが基準温度Ｔｂより高い場合、車載水素タンク２８に供給される水素の冷却は不十分ということになるため、駆動機１５の回転数Ｒを低くして高圧側往復動圧縮機１４が比較的小さな容量となるように駆動される。

　以上のように、回転数制御可能な駆動機によって駆動される高圧側往復動圧縮機１４を用いることにより圧力・温度等の管理のしやすい連続的な容量制御を可能とした水素ステーション１を提供することができる。すなわち、回転数制御可能な駆動機１５によって駆動される高圧側往復動圧縮機１４を用いて連続的な容量制御を可能とすることよって、圧縮機を備えた水素ステーションであって、供給する水素の圧力及び温度を容易に制御できる水素ステーション１を提供することができる。このため、この水素ステーション１によれば、例えば、特開２００９－１５５１９０号公報に開示された従来の水素ステーションのように、水素の圧力を昇圧させて出力する昇圧ポンプを備えていなくても、供給する水素の圧力を容易に制御することができる。

　また、この水素ステーション１によれば、連続的な容量制御を可能とすることにより、水素の温度を速やかに制御することが可能となる。これにより、水素ステーション１によれば、車載水素タンク２８への補給の際に水素の温度が上昇しても、供給する水素（前記温度の上昇前の水素）の温度を速やかに下げることによって車載水素タンク２８の内部の温度上昇を抑制することができる。

　図３において、実線Ａは、温度Ｔｄが高くなるにつれて回転数Ｒが一定の割合で減少する関係、すなわち温度Ｔｄが高くなっていったときに、温度Ｔｄの増加分に対する回転数Ｒの減少分の比率が変化しない関係を表している。また、図３において、破線Ｂは、温度Ｔｄが高くなるにつれて回転数Ｒの減少の度合いが大きくなる関係、すなわち温度Ｔｄが高くなっていったときに、温度Ｔｄの増加分に対する回転数Ｒの減少分の比率が増大する関係を表している。

　実線Ａに基づく制御が行われると、温度Ｔｄの変化（上昇又は低下）に応じて駆動機１５の回転数が一定の割合で変更されるため（すなわち、急激な回転数の変更が行われないため）、安定的な制御が実現できる。また、車載水素タンク２８の内部の温度が上限値Ｔｔｈ－Δｔに達することを極力避けたい場合には、破線Ｂに基づいて温度Ｔｄに対する回転数Ｒの値を定める制御が行われることが好ましい。

　前述のように、コントローラ３０は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１に基づき、駆動機５の回転数を制御することにより低圧側往復動圧縮機４から吐出される水素の流量を制御（すなわち、低圧側往復動圧縮機４の容量を制御）する。コントローラ３０の前記記憶部には、所定の閾値圧力ＰＬと所定の閾値圧力ＰＨとが予め格納（記憶）されている。閾値圧力ＰＬは、所定の圧力範囲における下限の閾値圧力である。また、閾値圧力ＰＨは、所定の圧力範囲における上限の閾値圧力である。これら閾値圧力ＰＨと閾値圧力ＰＬとは、閾値圧力ＰＨ＞閾値圧力ＰＬの関係を有している。

　この所定の圧力範囲は、高圧側往復動圧縮機１４における吸込圧力の許容範囲に基づいて設定されている。具体的には、高圧側往復動圧縮機１４から吐出される水素の温度は、高圧側往復動圧縮機１４の吸込圧力に大きく依存している。このため、燃料電池自動車２７に供給される水素の温度を制御するためには、高圧側往復動圧縮機１４の吸込圧力（中間流路６における圧力）を適正な範囲に制御する必要がある。すなわち、高圧側往復動圧縮機１４の吸込圧力が当該高圧側往復動圧縮機１４の許容範囲を超えると（許容範囲よりも高くなり過ぎたり、又は許容範囲よりも低くなり過ぎたりすると）、吐出される水素の温度が低くなり過ぎ、又は高くなり過ぎるため、下流側でのクーラ１９、２２等によっても水素の温度制御が困難になる。そこで、本実施形態では、高圧側往復動圧縮機１４における吸込圧力の許容範囲内の圧力範囲（上記の所定の圧力範囲）を設定し、この圧力範囲の上限値を上限の閾値圧力ＰＨとし、前記圧力範囲の下限値を下限の閾値圧力ＰＬとした。更に、低圧側往復動圧縮機４の吐出圧力が高くなり過ぎると、中間流路６及び中間圧蓄圧器９の設計圧力を超えてしまうので、この点も考慮して上限の閾値圧力ＰＨが決められる。

　コントローラ３０は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が下限の閾値圧力ＰＬよりも小さく（Ｐ１＜ＰＬ）なった場合に、駆動機５の回転数を現状値から所定値ΔＲ１だけ上昇させる。そして、所定時間ΔＴ１後、Ｐ１＜ＰＬの状態が持続している場合は、コントローラ３０は、駆動機５の回転数を現状値から、再度、所定値ΔＲ１だけ上昇させる。すなわち、コントローラ３０は、Ｐ１＜ＰＬの状態が持続している限り、所定時間ΔＴ１毎に、駆動機５の回転数を現状値から所定値ΔＲ１だけ上昇させる。

　また、コントローラ３０は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が上限の閾値圧力ＰＨよりも大きく（Ｐ１＞ＰＨ）なった場合に、駆動機５の回転数を現状値から所定値ΔＲ２だけ下降させる。そして、所定時間ΔＴ２後、Ｐ１＞ＰＨの状態が持続している場合は、コントローラ３０は、駆動機５の回転数を現状値から再度、所定値ΔＲ２だけ下降させる。すなわち、コントローラ３０は、Ｐ１＞ＰＨの状態が持続している限り、所定時間ΔＴ２毎に、駆動機５の回転数を現状値から所定値ΔＲ２だけ下降させる。

　このように構成することによって、高圧側往復動圧縮機１４の吸込圧力（中間圧力）が、閾値圧力ＰＬから閾値圧力ＰＨまでの所定の圧力範囲内、あるいはその近傍に適正に制御され、これにより、車載水素タンク２８の温度を制御することができる。

　なお、駆動機５の回転数を上昇させ続けても中間流路６の圧力（中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１）が閾値圧力ＰＬより小さい状態が持続し、これにより、駆動機５の回転数が予め設定された上限値Ｒｍａｘに到達した場合、コントローラ３０は、駆動機５の回転数をその上限値Ｒｍａｘに維持する。それとともにコントローラ３０は、図示しない液晶パネルなどの表示装置に対し、当該表示装置に駆動機５の回転数が上限値Ｒｍａｘに達した旨の警報を表示させるための警報信号を出力する。

　また、駆動機５の回転数を下降させ続けても中間流路６の圧力（中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１）が閾値圧力ＰＨより大きい状態が持続し、これにより、駆動機５の回転数が予め定められた下限値Ｒｍｉｎに到達した場合は、コントローラ３０は、駆動機５の回転数をその下限値Ｒｍｉｎに維持するとともに、バイパス流量調整弁３２を開放することによってバイパス流路３３を通じて低圧側往復動圧縮機４の下流側の中間流路６を流れる昇圧された水素を供給流路３へ戻す。それとともにコントローラ３０は、前記液晶パネルなどの表示装置に対し、当該表示装置に駆動機５の回転数が下限値Ｒｍｉｎに達した旨の警報を表示させるための警報信号を出力する。

　この構成によって、中間流路６の圧力（中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１）が前記所定の圧力範囲における上限（上限の閾値圧力ＰＨ）より大きい状態、すなわち、Ｐ１＞ＰＨの状態から早期に脱することができる。そして、中間流路６の圧力（中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１）が異常に高まる事態を回避することができる。

　なお、バイパス流量調整弁３２は、その開度を任意に調整可能に構成されてもよい。この場合、バイパス流量調整弁３２が開放されても、Ｐ１＞ＰＨの状態が持続していれば、コントローラ３０は、Ｐ１＞ＰＨの状態となってからの経過時間が長くなるのに応じて、又は、Ｐ１とＰＨとの差分ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ１－ＰＨ）が拡がるのに応じて、バイパス流量調整弁３２の開度が徐々に大きくされる。この構成によれば、急激な圧力変化を伴うことなく、（小さな一定の開度でバイパス流量調整弁３２を開放した場合に比して）より短い時間でＰ１＞ＰＨの状態から脱することができる。そして、中間流路６の圧力（中間圧蓄圧器９内の圧力Ｐ１）が異常に高まる事態をより確実に回避することができる。

　このように構成されることによって、往復動圧縮機４、１４が２段（複数段）に構成された（すなわち、２つの往復動圧縮機４、１４を直列に設けた）水素ステーション１において、高圧側往復動圧縮機１４の吸込圧力（中間圧力）が適正に制御されることにより、車載水素タンク２８の温度が抑制可能な水素ステーション１を提供することができる。

　以上の水素ステーションでは、圧縮機が２段に構成されているが、水素を、１００ＭＰaを超える圧力まで昇圧した後に車載タンクに供給及び充填する水素ステーションでは、圧縮機が３段以上に構成されてもよい。このように、直列に接続される圧縮機の数（すなわち、圧縮機の段数）が増えれば、供給時の水素の圧力をより高圧にすることができる。

　例えば、圧縮機が３段に構成される場合（すなわち、３基の圧縮機が直列に設けられる場合）は、低圧段（１段目）の往復動圧縮機、中圧段（２段目）の往復動圧縮機及び高圧段（最終段又は３段目）の往復動圧縮機が直列に接続される。具体的には、低圧段の圧縮機と中圧段の圧縮機との間、及び中圧段の圧縮機と高圧段の圧縮機との間がそれぞれ中間流路によって接続される。各中間流路には、図１及び図２に示す圧縮機が２段に構成された形態と同様に、上流側から、クーラ、開閉弁、中間圧蓄圧器及び圧力センサなどがそれぞれ配設される。この場合、上記の３基の圧縮機によって昇圧が順次行なわれ、最終段の圧縮機の吐出圧力が所望の高圧（例えば１５０ＭＰa）になるよう各圧縮機が制御される。

 　また、低圧段の圧縮機と中圧段の圧縮機との間の中間流路、及び中圧段の圧縮機と高圧段の圧縮機との間の中間流路に設けられた合計２台の中間圧蓄圧器は、低圧段の圧縮機から供給された水素及び中圧段の圧縮機から供給された水素を各々所定圧で貯留する。そして、各中間流路（又は各中間圧蓄圧器）にそれぞれ配設された圧力センサが検出した検出圧力に基づいて、前述した方法により、コントローラが低圧段の圧縮機を駆動する駆動機の回転数と中圧段の圧縮機を駆動する駆動機の回転数とを制御することにより、最終段の圧縮機の容量を制御する。

　上記の圧縮機を３段とする構成において、中圧段の圧縮機の吐出流路と高圧段の圧縮機の吐出流路とを直接結ぶバイパス流路が設けられてもよい。これにより、中圧段の圧縮機から吐出された水素を、高圧段の圧縮機を経ずに燃料電池自動車２７に供給することが可能となる。このようにすれば、車載タンクの種類などによって要求される水素の供給圧に応じて、２段の圧縮機により昇圧した水素（例えば１００ＭＰa、）と、３段の圧縮機によってさらに高圧に昇圧した水素（例えば１５０ＭＰa、）とを選択的に供給及び充填することができる。これにより、水素ステーションの汎用性を向上させることができる。

　なお、圧縮機が３段に構成される場合、低圧段の圧縮機と中圧段の圧縮機との間の中間流路においては、クーラだけが設けられ、且つ開閉弁、中間圧蓄圧器及び圧力センサなどの機器が省略され、これらの機器（開閉弁、中間圧蓄圧器及び圧力センサ等）が中圧段の圧縮機と高圧段の圧縮機との間の中間流路のみに配備されてもよい。

（第２実施形態）
　図４は、本発明の第２の実施形態に係る水素ステーション１ｂの構成を示している。この水素ステーション１ｂは、上述の第１の実施形態にかかる水素ステーション１とほとんどの構成を共通するものである。なお、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略する。

　本実施形態の水素ステーション１ｂでは、２つの中間圧蓄圧器（第１の中間圧蓄圧器９、及び第２の中間圧蓄圧器１１）が設けられている点と、高圧側往復動圧縮機１４と駆動機１５とを接続する駆動軸１５ａにフライホイール３１が設けられている点とが、第１実施形態の水素ステーション１と異なる。また、本実施形態の水素ステーション１ｂは、バイパス流路３３が設けられていない点でも、第１実施形態の水素ステーション１と異なる。

　具体的には、以下の通りである。

　低圧側往復動圧縮機４において圧縮された水素は、中間流路６に吐出される。この中間流路６には、圧縮され且つ高温となった水素を冷却するためのクーラ７が介設されている。そして、中間流路６は分岐点６ａにおいて、２つの流路に分岐されている。分岐点６ａにおいて分岐された中間流路６の一方は、開閉弁８、分岐点６ｂを介して、第１の中間圧蓄圧器９に接続される。また、分岐点６ａにて分岐された中間流路６の他方は、開閉弁１０、分岐点６ｃを介して、第２の中間圧蓄圧器１１に接続される。

　そして、中間流路６は、第１の中間圧蓄圧器９からは分岐点６ｂと開閉弁１２とを介して合流点６ｄまで延び、一方、第２の中間圧蓄圧器１１からは分岐点６ｃと開閉弁１３とを介して合流点６ｄまで延びている。これら第１の中間圧蓄圧器９から延びる中間流路６と第２の中間圧蓄圧器１１から延びる中間流路６とは、合流点６ｄにおいて合流した後、高圧側往復動圧縮機１４に接続されている。

　第１の中間圧蓄圧器９及び第２の中間圧蓄圧器１１は、低圧側往復動圧縮機４から供給された水素を一旦、貯留する。

　なお、分岐点６ｂと第１の中間圧蓄圧器９との間の中間流路６には、圧力センサ１６が設けられている。また、分岐点６ｃと第２の中間圧蓄圧器１１との間の中間流路６には、圧力センサ１７が設けられている。

　開閉弁８は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が予め設定された第１の閾値より低い場合に開けられる。また、開閉弁８は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が予め設定された第１の閾値以上の場合に閉められる。この開閉弁８の開閉動作（特に閉じる動作）は、低圧側往復動圧縮機４から供給される水素の量が過多となって第１の中間圧蓄圧器９の内圧が上昇しすぎるのを防止している。

　開閉弁１０は、圧力センサ１７によって検出された検出圧力Ｐ２が予め設定された第２の閾値より低い場合に開けられる。また、開閉弁１０は、圧力センサ１７によって検出された検出圧力Ｐ２が予め設定された第２の閾値以上の場合に閉められる。この開閉弁１０の開閉動作（特に閉じる動作）は、低圧側往復動圧縮機４から供給される水素の量が過多となって第２の中間圧蓄圧器１１の内圧が上昇しすぎるのを防止している。

　更に、開閉弁１２は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が予め設定された第３の閾値より低い場合に閉められる。また、開閉弁１２は、圧力センサ１６によって検出された検出圧力Ｐ１が予め設定された第３の閾値以上の場合に開けられる。この開閉弁１２の開閉動作は、高圧側往復動圧縮機１４へ供給される水素の圧力が極端に低くなることを防止している。

　開閉弁１３は、圧力センサ１７によって検出された検出圧力Ｐ２が予め設定された第４の閾値より低い場合に閉められる。また、開閉弁１３は、圧力センサ１７によって検出された検出圧力Ｐ２が予め設定された第４の閾値以上の場合に開けられる。この開閉弁１３の開閉動作は、高圧側往復動圧縮機１４へ供給される水素の圧力が極端に低くなることを防止している。

　高圧側往復動圧縮機１４に駆動軸１５ａを介して接続された駆動機１５が、例えば、エンジン等で構成されている場合、吸入、圧縮、燃焼、排出の各行程の状態が調整（燃料の吸入量の調整など）されることによって回転数制御が行われる。これら各行程ごとに生じる回転数の差によって高圧側往復動圧縮機１４の滑らかな回転が阻害される恐れがある。しかし、当該水素ステーション１ｂにおいては、高圧側往復動圧縮機１４と駆動機１５とを接続する駆動軸１５ａにフライホイールが設けられることによって、上述の各行程ごとの回転数の差が低減され、高圧側往復動圧縮機１４の滑らかな回転が可能となる。

　また、このフライホイール３１によって、高圧側往復動圧縮機１４と駆動機１５の固有振動数が駆動機１５の回転数の制御の範囲に含まれないように調整されることによって、ねじり振動が抑制される。すなわち、フライホイール３１によって、回転数の制御の範囲において高圧側往復動圧縮機１４及び駆動機１５と駆動機回転数とが共振することを抑え、これにより、高圧側往復動圧縮機１４と駆動機１５とを接続する駆動軸１５ａにおけるねじり振動が抑制される。このため、フライホイール３１が設けられた水素ステーション１ｂでは、フライホイールが設けられていない水素ステーション１に比べ、駆動機１５の回転数の制御の範囲を増大させることができ、これにより、高圧側往復動圧縮機１４の容量の制御の範囲を増大させることができる。

　なお、第１実施形態の水素ステーション１においても、上記のフライホイール３１が高圧側往復動圧縮機１４と駆動機１５とを接続する駆動軸１５ａに設けられてもよい。

（第３実施形態）
　図５は、本発明の第３の実施形態に係る水素ステーション１ｃの構成を示している。この水素ステーション１ｃは、上述の第２の実施形態にかかる水素ステーション１ｂとほとんどの構成を共通するものである。なお、上記第２実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略する。

　第２実施形態の水素ステーション１ｂでは、温度Ｔｄに基づいて駆動機１５の回転数が制御されているのに対し、本実施形態の水素ステーション１ｂでは、温度Ｔｄに基づいて後述の調整弁３２の開度を調整することにより、後述の戻し流路３３を介して高圧側往復動圧縮機１４の吐出側から吸い込み側へ戻す水素の量（戻し量）を調整している点で異なる。

　水素ステーション１ｃでは、吐出流路１８におけるクーラ１９の下流側の部位（高圧段側の往復動圧縮機１４の吐出側）と、中間流路６における合流点６ｄより下流で且つ高圧側往復動圧縮機１４の上流側の部位（高圧段側の往復動圧縮機１４の吸い込み側）とを接続する戻し流路３３が設けられている。この戻し流路３３には、調整弁３２が設けられている。この調整弁３２の開度は、温度Ｔｄに基づき、コントローラ３０によって調整される。

　コントローラ３０は、前記記憶部に、例えば、前記車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄと調整弁３２の開度との関係式又は相関データを格納している。上述の関係式又は相関データは、図６に示すように、温度Ｔｄが低い値であるほど、対応する調整弁３２の開度が小さい値となり、逆に、温度Ｔｄが高い値であるほど、対応する調整弁３２の開度が大きい値となるように構成される。

　そして、コントローラ３０は、この記憶部に格納された前記関数式又は前記相関データと、温度センサ２９によって検出された温度Ｔｄとに基づいて、調整弁３２の開度を決定し、調整弁３２の開度を調整する。これによって、高圧側往復動圧縮機１４の吐出側から吸い込み側へ戻し流路３３を介して戻される水素の量（戻し量）が調整される。すなわち、コントローラ３０は、温度Ｔｄが高くなるに従って調整弁３２の開度も大きくし、温度Ｔｄが低くなるに従って調整弁３２の開度を小さくする。

　具体的には、温度Ｔｄが低い値のときには、車載水素タンク２８に供給される水素が十分に冷却されていることとなるので、調整弁３２の開度が小さくされて、高圧側往復動圧縮機１４の吸い込み側への水素の戻し量が少なくされ、これにより、高圧側往復動圧縮機１４が比較的大きな容量で駆動される。一方、温度Ｔｄが高い値のときには、車載水素タンク２８に供給される水素の冷却が不十分とされ、調整弁３２の開度が大きくされて、高圧側往復動圧縮機１４の吸い込み側への水素の戻し量が大きくされ、これにより、高圧側往復動圧縮機１４が比較的小さな容量で駆動される。また、目標温度が設定され、温度Ｔｄがこの目標温度になるように、高圧側往復動圧縮機１４の容量が制御されてもよい。

　このように構成することでも、往復動圧縮機４、１４を備えた水素ステーションであって、供給する水素の温度を容易に制御でき且つ水素タンクへの補給の際の車載水素タンク２８の内部の温度上昇を抑制することが可能な水素ステーションを提供することができる。

　なお、各往復動圧縮機４、１４において圧縮した水素の全量を車載水素タンク２８に供給する水素ステーション１、１ａ、１ｂに対し、本実施形態の水素ステーション１ｃでは、高圧側往復動圧縮機１４の吐出側から吸い込み側へ圧縮水素の一部を戻すために動力をロスするデメリットがある。しかし、本実施形態の水素ステーション１ｃでは、高圧側往復動圧縮機１４における回転数制御が必須でないため、回転数制御にかかる構成（インバータ等）が必要なく、一定速の回転を行う電動機を駆動機１５として採用できるというメリットがある。

　なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。

　第１～第２実施形態では、車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄに基づき、往復動圧縮機４、１４に設けられた駆動機５、１５の回転数又は高圧側往復動圧縮機１４の吐出側から吸い込み側へ戻す水素の量（戻し量）を制御するために、予め目標温度である基準温度Ｔｂが設定されているが、この基準温度Ｔｂを用いた制御方法に限定されない。すなわち、上記各実施形態では、基準温度Ｔｂと前記温度Ｔｄとが比較され、温度Ｔｄが基準温度Ｔｂに一致あるいは近づくように上記駆動機５、１５の回転数又は調整弁３２の開度が調整される制御方法について述べたが、本発明はこの基準温度Ｔｂを用いる制御方法に限定されない。

　例えば、前記基準温度Ｔｂが設けられず、上限温度Ｔｔｈのみが設定されてもよい。具体的には、図３における上限温度Ｔｔｈ（あるいはその上限温度Ｔｔｈより所定温度Δｔ２だけ低い温度Ｔｔｈ－Δｔ２）において駆動機１５の回転数Ｒが仕様上の最低回転数（例えばゼロ）となるように設定され、あるいは図６における上限温度Ｔｔｈ（あるいは温度Ｔｔｈ－Δｔ２）において調整弁３２の開度がその調整弁３２の仕様上の最大の開度となるよう設定される。そして、図３あるいは図６と、検出された車載水素タンク２８の内部の温度Ｔｄとから、一意的に駆動機１５の回転数Ｒ、あるいは調整弁３２の開度が決定され、駆動機１５の回転数Ｒ、あるいは調整弁３２の開度が変更される。このような場合等も本発明の範囲に含まれる。

　また、第１～第３実施形態の水素ステーション１、１ａ、１ｂにおける水素の供給先は、燃料電池自動車２７であるが、これに限定されず、水素自動車等の水素を利用して走行する車両であればよい。

［実施の形態の概要］
　以上の実施形態をまとめると、以下の通りである。

　即ち、上記実施形態の水素ステーションは、外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、回転数制御可能な駆動機によって駆動される往復動圧縮機と、前記往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、前記水素タンクの内部の温度または前記水素タンクに供給される水素の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記駆動機の回転数を制御する制御部と、を備える。

　かかる構成によれば、回転数制御可能な駆動機によって駆動される往復動圧縮機を用いて連続的な容量制御を可能とすることにより、供給する水素の温度を容易に制御することができる。すなわち、水素タンクの内部の温度が上昇したときには、駆動機の回転数を減少させることによって冷却装置を通過させる水素の流量を減らして当該冷却装置の冷却能力を相対的に高くすることにより、供給する水素の温度を低下させて水素タンクの内部の温度を低下させる、若しくは、温度上昇を抑えることができる。一方、水素タンクの内部の温度が降下（低下）したときには、駆動機の回転数を増大させることによって、多くの水素を水素タンクにより短時間で供給することができる。しかも、連続的な容量制御によって水素タンクの内部の温度変化に応じて供給する水素の温度を速やかに制御することが可能となるため、水素タンクへの水素の補給の際の水素タンクの内部の温度上昇を抑制することができる。

　また、上記実施形態において、前記制御部は、前記温度センサによって検出された温度が前記水素タンクにおいて許容される上限温度に基づいて設定された基準温度より高い場合に前記駆動機の回転数を減少させ、前記温度センサによって検出された温度が前記基準温度より低い場合に前記駆動機の回転数を増加させてもよい。

　かかる構成によれば、温度センサによって検出された温度と往復駆動圧縮機を駆動する駆動機の回転数とを比較するだけの制御によって、供給する水素の温度を好適に制御することができる。

　上記の検出した温度に基づく駆動機の回転数制御において、前記制御部は、前記駆動機の回転数の減少の割合または前記駆動機の回転数の増加の割合が一定になるように前記駆動機の回転数を制御してもよい。

　かかる構成によれば、検出された温度の変化（上昇又は低下）に応じて駆動機の回転数が一定の割合で変更（減少又は増加）されるため、検出された温度変化に伴う急激な回転数の変更が避けられ、安定的な制御が可能となる。

　また、上記の検出した温度に基づく駆動機の回転数制御において、前記制御部は、前記温度センサによって検出される温度が前記基準温度より高い場合に、当該検出された温度と前記基準温度との温度差が大きいほど、前記駆動機の回転数を減少させる割合を大きくしてもよい。

　かかる構成によれば、検出される温度が高くなるほど回転数を減少させる割合が大きくなって冷却装置における冷却効率がより大きくなるため、水素タンクの内部の温度が高温になることをより確実に抑えることができる。

　また、水素ステーションにおいて、前記往復動圧縮機と前記駆動機とを接続する駆動軸に取り付けられるフライホイールを備えてもよい。

　このように駆動軸にフライホイールが設けられることによって、往復動圧縮機の回転が滑らかになる。また、フライホイールによって往復動圧縮機及び駆動機の固有振動数と駆動機回転数との共振が抑えられ、これにより、往復動圧縮機と駆動機とを接続する駆動軸におけるねじり振動が抑制される。これにより、フライホイールが設けられていない水素ステーションに比べて駆動機１５の回転数の制御の範囲を増大させることができ、その結果、往復動圧縮機の容量の制御の範囲を増大させることができる。

　また、上記実施形態の水素ステーションは、外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、駆動機によって駆動される往復動圧縮機と、前記往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、調整弁を有し、前記往復動圧縮機の吐出側で且つ前記冷却装置の上流側と当該往復動圧縮機の吸い込み側とを連通する戻し流路と、前記水素タンクの内部の温度または前記水素タンクに供給される水素の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記調整弁の開度を調整する制御部と、を備える。

　かかる構成によれば、開度調整可能な調整弁によって往復動圧縮機の吐出側から吸い込み側に戻す水素の流量を調整して当該往復動圧縮機の連続的な容量制御を可能にすることにより、供給する水素の温度を容易に制御することができる。すなわち、水素タンクの内部の温度が上昇したときには、調整弁の開度を大きくして前記吸い込み側に戻す水素の流量を増やすことによって冷却装置を通過させる水素の流量を減らし、当該冷却装置の冷却能力を相対的に高くすることによって、供給する水素の温度を低下させて水素タンクの内部の温度を低下させる、若しくは、温度上昇を抑えることができる。一方、水素タンクの内部の温度が降下（低下）したときには、調整弁の開度を小さくして前記吸い込み側に戻す水素の流量を減らすことによって冷却装置を通過させる水素の流量を増やし、多くの水素を水素タンクにより短時間で供給することができる。

　しかも、連続的な容量制御によって水素タンクの内部の温度変化に応じて供給する水素の温度を速やかに制御することが可能となるため、水素タンクへの水素の補給の際の水素タンクの内部の温度上昇を抑制することができる。

　上記の検出した温度に基づく調整弁の開度制御において、前記制御部は、前記温度センサによって検出された温度が前記水素タンクにおいて許容される上限温度に基づいて設定された基準温度より高い場合に前記調節弁の開度を大きくし、前記温度センサによって検出された温度が前記基準温度より低い場合に前記調節弁の開度を小さくしてもよい。

　かかる構成によれば、温度センサによって検出された温度と調整弁の開度とを比較するだけの制御によって、供給する水素の温度を好適に制御することができる。

　また、上記実施形態の水素ステーションは、外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、回転数制御可能な駆動機によって駆動される第１往復動圧縮機と、前記第１往復動圧縮機によって圧縮された水素が流れる中間流路と、前記第１往復動圧縮機と前記中間流路を介して接続される第２往復動圧縮機と、前記第２往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、前記中間流路の内部の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサによって検出された圧力に基づいて前記第１往復動圧縮機を駆動する駆動機の回転数を制御する制御部と、を備えてもよい。

　かかる構成によれば、回転数制御可能な駆動機によって駆動される第１往復動圧縮機及び第２往復動圧縮機を用いて連続的な容量制御を可能とすることにより、供給する水素の温度を容易に制御することができる。

　また、後段（高圧側）の往復動圧縮機（第２往復動圧縮機）の吸込圧力を適性に制御することによって、往復動圧縮機を２段に構成した水素ステーションにおいて、供給する水素の温度制御を確実に行うことができる。詳しくは、以下の通りである。

　供給先に供給される水素の温度は、後段（高圧側）の往復動圧縮機の吸込圧力に大きく依存している。このため、供給先に供給される水素の温度を制御するためには、後段（高圧側）の往復動圧縮機の吸込圧力を適正な範囲に制御する必要がある。すなわち、後段（高圧側）の往復動圧縮機の吸込圧力（中間流路の内部の圧力）が当該往復動圧縮機の許容範囲を超えると（許容範囲よりも高くなり過ぎたり、又は許容範囲よりも低くなり過ぎたりすると）、吐出される水素の温度が高くなり過ぎ、又は低くなり過ぎるため、下流側での水素の温度制御が困難になる。そこで、中間流路の内部の圧力（後段の往復動圧縮機の吸込圧力）を検出して前段（低圧側）の往復動圧縮機の回転数を制御することによって、後段（高圧側）の往復動圧縮機における吸込圧力を制御することによって、往復動圧縮機を２段に構成した水素ステーションにおいても、供給する水素の温度制御を確実に行うことができる。

　また、往復動圧縮機が２段に構成される水素ステーションでは、前記中間流路の途中に設けられ、当該中間流路を流れる水素を貯留可能な中間圧蓄圧器を備え、前記圧力センサは、前記中間圧蓄圧器の内部圧力を前記中間流路の内部の圧力として検出することが好ましい。

　かかる構成によれば、前段（低圧側）の往復動圧縮機の容量を小さくすることができると共に、中間流路において中間圧蓄圧器が水素を貯留することによって、後段（高圧側）の往復動圧縮機に供給される水素の圧力（後段の往復動圧縮機の吸込圧力）がより安定する。

　上記の検出した中間流路の圧力に基づく前段の駆動機の回転制御において、前記制御部は、前記圧力センサによって検出された圧力が前記第２往復動圧縮機における吸込圧力の許容範囲に基づいて設定された圧力範囲における下限の閾値圧力より小さくなると、前記駆動機の回転数を上昇させ、前記圧力センサによって検出された圧力が前記圧力範囲における上限の閾値圧力より大きくなると、前記駆動機の回転数を下降させてもよい。

　かかる構成によれば、圧力センサによって検出された中間流路内の圧力と、前段の往復駆動圧縮機を駆動する駆動機の回転数とを比較するだけの制御によって、後段の往復動圧縮機に供給する水素の圧力（後段の往復動圧縮機の吸込圧力）を好適に制御することができる。

　また、往復動圧縮機が２段に構成される水素ステーションでは、調整弁を有し、前記第１往復動圧縮機の吸い込み側と前記中間流路における前記中間圧蓄圧容器よりも上流側の部位とを連通するバイパス流路を備え、前記制御部は、前記圧力センサによって検出された圧力が前記上限の閾値圧力より大きい状態が持続し且つ前記駆動機の回転数が予め定められた下限値に達すると、前記回転数を前記下限値に維持したまま前記調整弁を開放してもよい。

　かかる構成によれば、駆動機の回転数制御によっても上昇した中間流路の内部の圧力（後段の往復動圧縮機の吸込圧力）が低下しない場合には、中間流路を前段の往復動圧縮機から後段の往復動圧縮機に流れる水素の一部を前段の往復動圧縮機の吸い込み側に流すことができ、これにより、前記中間流路の内部の圧力を確実に低下させることができる。

　上記の調整弁を有するバイパス流路が設けられる場合、前記調整弁は、開度を調整可能であり、前記制御部は、前記調整弁を所定の開度となるように開放しても前記圧力センサによって検出される圧力が前記上限の閾値圧力より大きい状態が持続する場合には、前記調整弁が開放されてからの経過時間が長くなるのに応じて、または、前記圧力センサによって検出される圧力と前記上限の閾値圧力との差分が大きくなるのに応じて、前記調整弁の開度を大きくすることが好ましい。

　このように、調整弁が開放されてからの時間の経過、又は中間流路の内部の圧力と上限の閾値との差分の拡大に応じて調整弁の開度を大きくすることによって、前記中間流路の内部の圧力をより確実に低下させることができる。

　以上のように、本発明に係る水素ステーションは、燃料電池自動車、水素自動車等に水素を供給するのに有用であり、往復動圧縮機を備えた水素ステーションであって、供給する水素の温度を容易に制御でき且つ水素タンクへの補給の際に水素の急激な温度上昇を抑制するのに適している。

Claims (12)

1. 　外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、
   　回転数制御可能な駆動機によって駆動される往復動圧縮機と、
   　前記往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、
   　前記水素タンクの内部の温度または前記水素タンクに供給される水素の温度を検出する温度センサと、
   　前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記駆動機の回転数を制御する制御部と、を備えることを特徴とする水素ステーション。
2. 　前記制御部は、前記温度センサによって検出された温度が前記水素タンクにおいて許容される上限温度に基づいて設定された基準温度より高い場合に前記駆動機の回転数を減少させ、前記温度センサによって検出された温度が前記基準温度より低い場合に前記駆動機の回転数を増加させ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. 　前記制御部は、前記駆動機の回転数の減少の割合または前記駆動機の回転数の増加の割合が一定になるように前記駆動機の回転数を制御することを特徴とする請求項２に記載の水素ステーション。
4. 　前記制御部は、前記温度センサによって検出される温度が前記基準温度より高い場合に、当該検出された温度と前記基準温度との温度差が大きいほど、前記駆動機の回転数を減少させる割合を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の水素ステーション。
5. 　前記往復動圧縮機と前記駆動機とを接続する駆動軸に取り付けられるフライホイールを備え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。
6. 　外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、
   　駆動機によって駆動される往復動圧縮機と、
   　前記往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、
   　調整弁を有し、前記往復動圧縮機の吐出側で且つ前記冷却装置の上流側と当該往復動圧縮機の吸い込み側とを連通する戻し流路と、
   　前記水素タンクの内部の温度または前記水素タンクに供給される水素の温度を検出する温度センサと、
   　前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記調整弁の開度を調整する制御部と、を備えることを特徴とする水素ステーション。
7. 　前記制御部は、前記温度センサによって検出された温度が前記水素タンクにおいて許容される上限温度に基づいて設定された基準温度より高い場合に前記調節弁の開度を大きくし、前記温度センサによって検出された温度が前記基準温度より低い場合に前記調節弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の水素ステーション。
8. 　外部の水素タンクに水素を供給するための水素ステーションであって、
   　回転数制御可能な駆動機によって駆動される第１往復動圧縮機と、
   　前記第１往復動圧縮機によって圧縮された水素が流れる中間流路と、
   　前記第１往復動圧縮機と前記中間流路を介して接続される第２往復動圧縮機と、
   　前記第２往復動圧縮機から前記水素タンクに供給される水素を冷却可能な冷却装置と、
   　前記中間流路の内部の圧力を検出する圧力センサと、
   　前記圧力センサによって検出された圧力に基づいて前記第１往復動圧縮機を駆動する駆動機の回転数を制御する制御部と、を備えることを特徴とする水素ステーション。
9. 　前記中間流路の途中に設けられ、当該中間流路を流れる水素を貯留可能な中間圧蓄圧器を備え、
   　前記圧力センサは、前記中間圧蓄圧器の内部圧力を前記中間流路の内部の圧力として検出することを特徴とする請求項８に記載の水素ステーション。
10. 　前記制御部は、前記圧力センサによって検出された圧力が前記第２往復動圧縮機における吸込圧力の許容範囲に基づいて設定された圧力範囲における下限の閾値圧力より小さくなると、前記駆動機の回転数を上昇させ、前記圧力センサによって検出された圧力が前記圧力範囲における上限の閾値圧力より大きくなると、前記駆動機の回転数を下降させることを特徴とする請求項８又は９に記載の水素ステーション。
11. 　調整弁を有し、前記第１往復動圧縮機の吸い込み側と前記中間流路における前記中間圧蓄圧容器よりも上流側の部位とを連通するバイパス流路を備え、
    　前記制御部は、前記圧力センサによって検出された圧力が前記上限の閾値圧力より大きい状態が持続し且つ前記駆動機の回転数が予め定められた下限値に達すると、前記回転数を前記下限値に維持したまま前記調整弁を開放することを特徴とする請求項１０に記載の水素ステーション。
12. 　前記調整弁は、開度を調整可能であり、
    　前記制御部は、前記調整弁を所定の開度となるように開放しても前記圧力センサによって検出される圧力が前記上限の閾値圧力より大きい状態が持続する場合には、前記調整弁が開放されてからの経過時間が長くなるのに応じて、または、前記圧力センサによって検出される圧力と前記上限の閾値圧力との差分が大きくなるのに応じて、前記調整弁の開度を大きくすることを特徴とする請求項１１に記載の水素ステーション。

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