WO2020071285A1 - 水素製造装置の運転方法及び水素製造装置の制御装置 - Google Patents

水素製造装置の運転方法及び水素製造装置の制御装置

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WO2020071285A1
WO2020071285A1 PCT/JP2019/038268 JP2019038268W WO2020071285A1 WO 2020071285 A1 WO2020071285 A1 WO 2020071285A1 JP 2019038268 W JP2019038268 W JP 2019038268W WO 2020071285 A1 WO2020071285 A1 WO 2020071285A1
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WO
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hydrogen
fcv
load
hydrogen production
production apparatus
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PCT/JP2019/038268
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福永明彦
手塚俊雄
清家匡
西尾博文
立石大作
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Ｊｘｔｇエネルギー株式会社
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Definitions

  • JP2018-187679 application number filed on October 2, 2018 in Japan.
  • the contents described in JP2018-187679 are incorporated in the present application.
  • the present invention relates to a method for operating a hydrogen production apparatus and a control apparatus for the hydrogen production apparatus, and for example, to a method and an apparatus for controlling the operation of a hydrogen production apparatus disposed at an on-site station.
  • FCV Fuel Cell Vehicle
  • on-site ST on-site hydrogen station
  • off-site ST site hydrogen station
  • the hydrogen station has a compressor that compresses hydrogen gas to a high pressure in order to rapidly fill the FCV with hydrogen gas, and a plurality of accumulators (multistage accumulators) that accumulate the hydrogen gas compressed to a high pressure by the compressor. ).
  • a hydrogen station fills the accumulator to the FCV fuel tank by appropriately switching the accumulator to be used so that the pressure difference between the pressure in the accumulator and the pressure in the FCV fuel tank is kept large. Quickly fill with hydrogen gas.
  • HPU Hydrogen Product Unit
  • the hydrogen production apparatus is continuously operated at a load of 100% (rated) during business hours.
  • surplus hydrogen gas that cannot be accumulated in the accumulator is released (discarded) into the atmosphere. This operation is continued from the start to the end of business.
  • one embodiment of the present invention provides a method and an apparatus capable of performing less wasteful hydrogen production suitable for an actual situation without increasing the size of equipment.
  • the method for operating the hydrogen production apparatus includes: A method for operating a hydrogen production apparatus arranged at a hydrogen station and producing hydrogen gas supplied to a fuel cell vehicle (FCV) arriving at the hydrogen station, Starting the hydrogen production device up to a first operation load ratio set in advance for the rated operation, At a first timing accompanying the arrival of the FCV, the operating load of the hydrogen production device is increased toward a second load ratio larger than the first operating load ratio, At a second timing following the completion of filling the FCV with hydrogen, the operating load of the hydrogen production device is reduced toward a third operating load ratio smaller than the second operating load ratio, It is characterized by the following.
  • FCV fuel cell vehicle
  • the control device of the hydrogen production device of one embodiment of the present invention includes: A control device for a hydrogen production device arranged at a hydrogen station for producing hydrogen gas supplied to a fuel cell vehicle (FCV) arriving at the hydrogen station, A start-up processing unit that starts up the hydrogen production apparatus up to a first operation load ratio set in advance with respect to the rated operation; A load increase processing unit configured to increase an operation load of the hydrogen production apparatus toward a second load ratio that is larger than the first operation load ratio at a first timing accompanying the arrival of the FCV; A load reduction processing unit configured to reduce the operation load of the hydrogen production apparatus toward a third operation load ratio smaller than the second operation load ratio at a second timing following the completion of filling the FCV with hydrogen; It is characterized by having.
  • less wasteful hydrogen production suitable for an actual situation can be performed without increasing the size of equipment.
  • FIG. 1 is an example of a configuration diagram illustrating a configuration of a hydrogen gas supply system of a hydrogen station according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of an internal configuration of a control circuit according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a flowchart showing main steps of an operation method of the hydrogen production apparatus in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of filling hydrogen fuel at a differential pressure using the multistage pressure accumulator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between an operation load of the hydrogen production apparatus and an FCV charging state according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is an example of a configuration diagram showing a configuration of the hydrogen gas supply system of the hydrogen station in the first embodiment.
  • a hydrogen gas supply system 500 is disposed in a hydrogen station 102.
  • the hydrogen gas supply system 500 includes a hydrogen production apparatus 300, a multi-stage accumulator 101, a dispenser 30 (weighing machine), a compressor 40, a sensor 31, and a control circuit 100.
  • an example of the on-site ST is shown because the hydrogen production apparatus 300 is disposed in the hydrogen station 102 and serves as a hydrogen production base.
  • the multi-stage pressure accumulator 101 is composed of a plurality of pressure accumulators 10, 12, and 14.
  • a multi-stage pressure accumulator 101 is configured by the three pressure accumulators 10, 12, and 14.
  • the pressure accumulator 10 acts as a first bank having a lower use lower limit pressure.
  • the pressure accumulator 12 acts as, for example, a second bank having an intermediate use lower limit pressure.
  • the pressure accumulator 14 functions as, for example, a 3rd bank having a high use lower limit pressure. However, it is not limited to this.
  • Each accumulator used for the 1st bank to the 3rd bank is replaced as necessary. It is also preferable that a curl and / or an intermediate pressure accumulator (not shown) are arranged in the hydrogen station 102.
  • the suction side of the compressor 40 is connected to the discharge side of the hydrogen production apparatus 300 via a valve 328 by a pipe.
  • the discharge side of the compressor 40 is connected to the pressure accumulator 10 via a valve 21 by piping. Similarly, the discharge side of the compressor 40 is connected to the pressure accumulator 12 via a valve 23 by piping. Similarly, the discharge side of the compressor 40 is connected to the pressure accumulator 14 via a valve 25 by piping. Similarly, the discharge side of the compressor 40 is connected to the dispenser 30 via a valve 28 by piping.
  • the accumulator 10 is connected to the dispenser 30 via a valve 22 via a pipe.
  • the accumulator 12 is connected to the dispenser 30 via a valve 24 by a pipe.
  • the pressure accumulator 14 is connected to the dispenser 30 via a valve 26 by piping.
  • the discharge pressure of the hydrogen production apparatus 300 is measured by the pressure gauge 318.
  • the pressure in the accumulator 10 is measured by a pressure gauge 11.
  • the pressure in the accumulator 12 is measured by a pressure gauge 13.
  • the pressure in the accumulator 14 is measured by a pressure gauge 15.
  • a flow regulating valve 29, a flow meter 27, a cooler 32 (precooler), and a pressure gauge 17 are arranged.
  • the flow rate of the hydrogen gas supplied from the multi-stage accumulator 101 or the compressor 40 is measured by the flow meter 27, and the flow rate is adjusted by the flow rate adjusting valve 29.
  • the hydrogen gas is cooled by the cooler 32 to a predetermined temperature (for example, ⁇ 40 ° C.). Therefore, the dispenser 30 fills the fuel tank 202 mounted on the FCV 200 with the cooled hydrogen gas using, for example, a differential pressure.
  • a control circuit 34 is disposed in or near the dispenser 30 so as to be able to communicate with the on-vehicle device 204 in the FCV 200 (fuel cell vehicle (FCV) using hydrogen gas as a power source) arriving at the hydrogen station 102.
  • FCV fuel cell vehicle
  • it is configured to be capable of wireless communication using infrared rays.
  • the hydrogen gas as the fuel supplied from the dispenser 30 is injected into the FCV 200 from the receptacle (receptacle) into the fuel tank 202 through the fuel passage.
  • the pressure and temperature in the fuel tank 202 are measured by a pressure gauge 206 and a thermometer 205 provided in the fuel tank 202 or in the fuel passage.
  • the FCV 200 arrives at the hydrogen station 102, information detected by the sensor 31 and output to, for example, the control circuit 100 via the control circuit 34 in the dispenser 30 is output.
  • the sensor 31 for example, a sensor that detects an object (FCV 200) that enters the hydrogen station 102 using a laser such as an infrared ray can be used.
  • a camera may be used as the sensor 31. By taking an image with a camera, it is possible to more reliably determine that the intruding object is the FCV 200.
  • the hydrogen gas produced by the hydrogen production device 300 is supplied to the suction side of the compressor 40 at a low pressure (for example, 0.6 MPa). Accordingly, the primary pressure PIN on the suction side of the compressor 40 is normally low.
  • the compressor 40 compresses the hydrogen gas supplied at a low pressure from the hydrogen production device 300 and supplies the compressed hydrogen gas to the accumulators 10, 12, and 14 of the multi-stage accumulator 101. If the supply amount of hydrogen gas is insufficient when supplying hydrogen gas from the multi-stage pressure accumulator 101 to the FCV 200, or if the multi-stage pressure accumulator 101 is recovering pressure, the compressor 40 is controlled by the control circuit 100. In some cases, the hydrogen gas may be supplied directly to the FCV 200 via the dispenser 30 while compressing the hydrogen gas supplied from the hydrogen production apparatus 300 at a low pressure.
  • the compressor 40 compresses the interior of the accumulators 10, 12, and 14 of the multi-stage accumulator 101 until a predetermined high pressure (for example, 82 MPa) is reached. In other words, the compressor 40 compresses until the secondary pressure P OUT on the discharge side becomes a predetermined high pressure (for example, 82 MPa or more).
  • Whether the compressor 40 supplies the hydrogen gas to the accumulators 10, 12, 14 or the dispenser 30 is determined by opening and closing the corresponding valves 21, 23, 25, 28 disposed on the respective pipes. May be determined by the control circuit 100. Or you may control so that it may supply to two or more accumulators simultaneously.
  • the case where the pressure PIN for supplying the hydrogen gas to the suction side of the compressor 40 is controlled to be reduced to a predetermined low pressure (for example, 0.6 MPa) is not limited to this. . It may be applied to the suction side of the compressor 40 and compressed at a pressure higher than a predetermined low pressure (for example, 0.6 MPa).
  • the compressor 40 is not a reciprocating compressor that uses the suction-side pressure P IN (primary-side pressure) fixed at a constant pressure (for example, 0.6 MPa), but the suction-side pressure P IN.
  • a high-pressure compressor of a type capable of variably supporting IN (primary pressure) is employed.
  • a booster multi-stage pressure-increasing compressor having a suction-side pressure P IN (primary-side pressure) of, for example, 20 MPa or less.
  • the hydrogen gas accumulated in the multi-stage accumulator 101 is cooled by the cooler 32 in the dispenser 30 and supplied from the dispenser 30 to the FCV 200 arriving in the hydrogen station 102.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of the internal configuration of the control circuit 100 according to the first embodiment. 2, in the control circuit 100, a communication control circuit 50, a memory 51, a receiving unit 52, an end pressure calculating unit 54, a flow planning unit 56, a system control unit 58, a pressure recovery control unit 61, a supply control unit 63, A pressure receiving unit 66, a hydrogen production device control unit 400 (control circuit of the hydrogen production device), and storage devices 80, 82, 84 such as magnetic disk devices are arranged.
  • the pressure recovery controller 61 has a valve controller 60 and a compressor controller 62.
  • the supply control unit 63 includes a dispenser control unit 64 and a valve control unit 65.
  • the hydrogen production device control unit 400 includes a load setting unit 402, a standby operation processing unit 404, a load increase processing unit 406, a load decrease processing unit 408, a determination unit 410, a determination unit 412, a determination unit 413, a determination unit 414, and a determination unit 415. , A speed calculation unit 416, and a storage device 420 such as a magnetic disk device.
  • Each unit such as 413, the determination unit 414, the determination unit 415, and the speed calculation unit 416) includes a processing circuit, and the processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a semiconductor device, or the like.
  • each unit may use a common processing circuit (the same processing circuit). Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used.
  • FCV information such as the pressure and temperature of the fuel tank 202 mounted on the FCV 200 and the volume of the fuel tank 202, the remaining amount of hydrogen gas calculated from the FCV information, and the fuel tank 202
  • a conversion table 81 indicating a correlation with filling information such as a final pressure to be filled and a final temperature is stored.
  • a correction table 83 for correcting a result obtained from the conversion table 81 is stored.
  • the pressure accumulators 10, 12, and 14 it is preferable to maintain the pressure accumulators 10, 12, and 14 as high as possible for rapid filling because the pressure difference between the fuel tank 202 of the FCV 200 and the fuel tank 202 that has arrived for filling can be increased. Therefore, it is desired that the hydrogen production amount of the hydrogen production apparatus 300 be increased so that the hydrogen gas for restoring the pressure of the pressure accumulator once used is not insufficient. On the other hand, it is difficult for the hydrogen production apparatus 300 to rapidly change the load. When increasing the load, for example, the load can be changed at a speed of several% / minute. For this reason, conventionally, during the business hours of the on-site ST, the vehicle has been continuously operated at the rated value.
  • the reason is that, in general, operating at a rated value has higher hydrogen production efficiency.
  • the total number of FCVs 200 and the total amount of FCVs 200 to be charged for filling hydrogen gas are not uniform between the on-site STs arranged in various places. For example, some on-site STs require only 50% of the amount of hydrogen gas produced per day when the hydrogen production apparatus 300 is operated at a rated rate, and some on-site STs require only 30% of the hydrogen gas amount per day.
  • the filling amount varies depending on the time of the day.
  • the hydrogen production apparatus 300 is continuously operated at the rated value during the business hours of the on-site ST, the amount of hydrogen gas that can be stored in the multi-stage pressure accumulator 101 is limited, and a large amount of hydrogen gas exceeding this is left. . Then, the surplus amount of hydrogen gas is discarded. Further, just because it is wasteful to dispose, a method of arranging a large number of accumulators in the on-site ST and storing the accumulated pressure for one week, for example, results in an excessively large facility, which is not practical.
  • the operation load of the hydrogen production apparatus 300 is variably controlled in accordance with the actual arrival of the FCV 200.
  • FIG. 3 is a flowchart showing main steps of an operation method of the hydrogen production apparatus in the first embodiment.
  • the operation method of the hydrogen production apparatus in the first embodiment includes a load setting step (S102), a start-up step (S104), a load increase switching determination step (S106), and a load increase processing step (S108).
  • a series of steps of a descent stop processing step (S120) and a business end determination step (S122) are performed.
  • the load setting unit 402 sets a plurality of operating load values used under a plurality of conditions. Specifically, the operation load 1 (L1) (first operation load ratio) when the stopped hydrogen production apparatus 300 is started up and the standby operation is performed, and the operation that becomes the maximum load when the load increase is required. Load 2 (L2) (second operating load ratio) and operating load 3 (L3) (third operating load ratio) that is the minimum load when load reduction is required are set.
  • the case where the hydrogen production apparatus 300 performs rated operation is defined as a load of 100%. Also, the amount of hydrogen gas produced is proportional to the load ratio.
  • the operating load 1 for example, it is preferable to set a predicted value of the hydrogen production amount based on past results and set the load according to the predicted value. For example, it is preferable to use the average value of the previous month or the average value for each day of the week. For example, it is preferable to set a load necessary to produce an average amount of hydrogen gas required per day. For example, the load is set to 10 to 30%. Thereby, the minimum production of hydrogen gas necessary for one day can be achieved.
  • the operating load 2 is set to a value larger than the operating load 1. For example, the load is set to 100% (rated). However, it is not limited to this.
  • the load may be set according to the number.
  • the operating load 3 is set to a value smaller than the operating load 2. For example, a value similar to the operation load 1 is set. However, it is not limited to this. As long as the value is smaller than the operation load 2, the value may be larger than the operation load 1.
  • each of the operating loads 1 to 3 is set in advance. Information on the set operating loads 1 to 3 is stored in the storage device 420.
  • the standby operation processing unit 404 starts up the hydrogen production apparatus 300 from the stopped state to an operation load 1 (first operation load ratio) preset for rated operation. . Specifically, it operates as follows.
  • the standby operation processing unit 404 reads the information on the operation load 1 from the storage device 420 and outputs a start command to the hydrogen production apparatus 300 via the communication control circuit 50 so as to operate at the operation load 1.
  • the hydrogen production device 300 receives the start command and starts the operation from the stopped state.
  • the hydrogen production apparatus 300 increases the load at a speed V1 of several% of load / min until the operation load becomes 1. For example, the load is increased at a speed V1 of 3% / min.
  • hydrogen production apparatus 300 outputs information on the current operation state to standby operation processing section 404.
  • the standby operation processing unit 404 manages whether the operation according to the start command is being executed, and outputs a control command as needed to control the hydrogen production apparatus 300. Therefore, the hydrogen production apparatus 300 produces hydrogen gas corresponding to the gradually increasing load. After starting up to the state of the operation load 1, the standby operation is continued at the operation load 1, and the amount of hydrogen gas corresponding to the operation load 1 is continuously produced. Further, the valve control unit 60 opens the valve 328 via the communication control circuit 50. Thus, the hydrogen gas produced by the hydrogen production device 300 is supplied to the compressor 40.
  • the valve control unit 60 opens, for example, the valve 25 from a state in which the valves 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28 are closed.
  • the compressor control unit 62 drives the compressor 40 to send out a low-pressure (for example, 0.6 MPa) hydrogen gas while compressing it, and the pressure of the accumulator 14 becomes a predetermined pressure P0 (for example, 82 MPa). Until the accumulator 14 is filled with hydrogen gas, the accumulator 14 is accumulated (recovered).
  • a low-pressure for example, 0.6 MPa
  • P0 for example, 82 MPa
  • valve control unit 60 closes the valve 25 and opens the valve 23 instead.
  • the compressor control unit 62 drives the compressor 40 to send out a low-pressure (for example, 0.6 MPa) hydrogen gas while compressing it, and the pressure of the accumulator 12 becomes a predetermined pressure P0 (for example, 82 MPa). Until the accumulator 12 is filled with hydrogen gas, the accumulator 12 is accumulated (recovered).
  • a low-pressure for example, 0.6 MPa
  • P0 for example, 82 MPa
  • valve control unit 60 closes the valve 23 and opens the valve 21 instead.
  • the compressor control unit 62 drives the compressor 40 to send out a low-pressure (for example, 0.6 MPa) hydrogen gas while compressing it, and the pressure of the accumulator 10 becomes a predetermined pressure P0 (for example, 82 MPa). Until the accumulator 10 is filled with hydrogen gas, the accumulator 10 is accumulated (recovered).
  • a low-pressure for example, 0.6 MPa
  • P0 for example, 82 MPa
  • the pressure accumulators 10, 12, and 14 can be accumulated until a predetermined pressure P0 (for example, 82 MPa) is reached. In this way, preparation is made for charging the differential pressure into the FCV 200 by the multi-stage accumulator 101. If the FCV 200 has not arrived before the accumulation of pressure in the accumulators 10, 12, and 14, the valve control unit 60 closes the valve 328 and opens the opening valve 319 so that hydrogen gas produced after the accumulation is completed. Is released into the atmosphere (discarded). However, since the hydrogen production apparatus 300 is operated at the operation load 1, the amount of discarded hydrogen gas can be significantly reduced as compared with the case of operating at the load of 100%.
  • a predetermined pressure P0 for example, 82 MPa
  • the start-up process (S104) is performed when the hydrogen station 102 starts operating or shortly before the start of business so that the hydrogen station 102 enters a standby operation state at the start of business. For example, if the operation load 1 is 30% and the operation load can be increased at a speed of 3% / min, the start-up work is completed in about 10 minutes.
  • the first FCV 200 arrives at the hydrogen station 102.
  • the sensor 31 detects the FCV 200, and outputs the detected information to the control circuit 100 via the control circuit 34 in the dispenser 30, for example.
  • the dispenser control unit 64 receives the detected information via the communication control circuit 50.
  • the control circuit 100 can recognize that the FCV 200 has arrived at the hydrogen station 102.
  • FCV 200 When the FCV 200 arrives at the hydrogen station 102, a worker of the hydrogen station 102 or a user of the FCV 200 connects (fits) the nozzle 44 of the dispenser 30 to a receptacle (receptacle) of the fuel tank 202 of the FCV 200 and fixes it.
  • FCV 200 arrives in the hydrogen station 102 and the user or an operator of the hydrogen station 102 connects and fixes the nozzle 44 of the dispenser 30 to the receptacle (receptacle) of the fuel tank 202 of the FCV 200, the vehicle-mounted device 204 and the control circuit 34. Communication with the (repeater) is established.
  • FCV information such as the current pressure and temperature of the fuel tank 202 and the volume of the fuel tank 202 is transmitted from the vehicle-mounted device 204. Output (transmitted) in real time.
  • the FCV information is transmitted to the control circuit 100 via the control circuit 34.
  • the receiving unit 52 receives the FCV information via the communication control circuit 50.
  • the FCV information is monitored constantly or at a predetermined sampling interval (for example, 10 ms to several seconds) while the communication between the vehicle-mounted device 204 and the control circuit 34 is established.
  • the received FCV information is stored in the storage device 80 together with the information on the reception time.
  • the end pressure calculation unit 54 reads the conversion table 81 from the storage device 80, and receives the final pressure Pa, the temperature Ti, the volume V of the fuel tank 202, and the final temperature corresponding to the received outside temperature T 'of the fuel tank 202 at the initial reception.
  • the pressure PF is calculated and predicted.
  • the end pressure calculation unit 54 reads the correction table 83 from the storage device 80 and corrects the numerical value obtained by the conversion table 81 as necessary. If the obtained result has a large error using only the data of the conversion table 81, the correction table 83 may be provided based on the result obtained by experiments or simulations.
  • the calculated final pressure PF is output to the system control unit 58.
  • the flow planning unit 56 creates a charging control flow plan for supplying (filling) hydrogen gas to the fuel tank 202 of the FCV 200 with a differential pressure by using the multi-stage accumulator 101.
  • the flow planning unit 56 performs a charging control flow plan including selection of an accumulator (selection of the accumulators 10, 12, and 14) for switching the pressure of the fuel tank 202 to the final pressure PF and switching timing of the multi-stage accumulator 101. create.
  • the created control data of the filling control flow plan is temporarily stored in the storage device 82.
  • the flow planning unit 56 sets a pressure increase rate according to the external temperature and calculates a filling speed corresponding to the pressure increase rate.
  • a filling speed corresponding to a pressure rise rate determined according to the external temperature applied during the filling is calculated.
  • the pressure rise rate determined according to the external temperature is incorporated in the data of the conversion table 81 in advance.
  • a filling control flow is planned under these conditions, and a time t (end time 1) (arrival time) from the start of filling to reach the final pressure PF is obtained.
  • hydrogen gas is charged from the dispenser 30 (meter) into the fuel tank 202 mounted on the FCV 200 using hydrogen gas as a power source in accordance with the created charging control flow. Specifically, it operates as follows.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of filling hydrogen fuel at a differential pressure using the multistage pressure accumulator in the first embodiment.
  • the vertical axis indicates pressure
  • the horizontal axis indicates time.
  • the pressure accumulators 10, 12, and 14 of the multi-stage pressure accumulator 101 are usually stored in advance at the same pressure P0 (for example, 82 MPa).
  • the fuel tank 202 of the FCV 200 arriving at the hydrogen station 102 has a pressure Pa. A case in which the fuel tank 202 of the FCV 200 is started to be filled from such a state will be described.
  • the supply control unit 63 controls the supply unit 106 to supply hydrogen fuel from the pressure accumulator 10 to the fuel tank 202 of the FCV 200 under the control of the system control unit 58.
  • the system control unit 58 controls the dispenser control unit 64 and the valve control unit 65.
  • the dispenser control unit 64 communicates with the control circuit 34 of the dispenser 30 via the communication control circuit 50, and controls the operation of the dispenser 30. Specifically, first, the control circuit 34 adjusts the opening degree of the flow control valve 29 in the dispenser 30 so as to reach the calculated filling speed M.
  • the valve control unit 65 outputs a control signal to the valves 22, 24, 26 via the communication control circuit 50, and controls the opening and closing of each valve. Specifically, the valve 22 is opened and the valves 24 and 26 are kept closed. Thereby, hydrogen fuel is supplied from the accumulator 10 to the fuel tank 202.
  • the hydrogen fuel accumulated in the accumulator 10 by the pressure difference between the accumulator 10 and the fuel tank 202 moves toward the fuel tank 202 at the adjusted filling speed, and the pressure in the fuel tank 202 is changed as shown by a dotted line Pt. It gradually rises. Along with this, the pressure of the accumulator 10 (graph indicated by “1st”) gradually decreases.
  • the pressure accumulator used for the pressure accumulator 12 which is the second bank, for example, is switched from the pressure accumulator 10 to the second bank.
  • the valve control unit 65 outputs a control signal to the valves 22, 24, and 26 via the communication control circuit 50, and controls opening and closing of each valve. Specifically, the valve 24 is opened, the valve 22 is closed, and the valve 26 is kept closed. As a result, the pressure difference between the pressure accumulator 12 and the fuel tank 202 increases, so that a state where the filling speed is high can be maintained.
  • the hydrogen fuel stored in the pressure accumulator 12 due to, for example, the differential pressure between the pressure accumulator 12 and the fuel tank 202 that forms the second bank moves to the fuel tank 202 side at the same adjusted filling speed. Is gradually further increased as shown by a dotted line Pt. Along with this, the pressure of the accumulator 12 (graph indicated by “2nd”) gradually decreases.
  • the pressure accumulator used for the pressure accumulator 14 which is the third bank, for example, is switched from the pressure accumulator 12 to the third bank.
  • the valve control unit 65 outputs a control signal to the valves 22, 24, and 26 via the communication control circuit 50, and controls opening and closing of each valve. Specifically, the valve 26 is opened, the valve 24 is closed, and the valve 22 is kept closed. As a result, the pressure difference between the pressure accumulator 14 and the fuel tank 202 increases, so that a state where the filling speed is high can be maintained.
  • the hydrogen fuel accumulated in the accumulator 14 due to, for example, the differential pressure between the accumulator 14 and the fuel tank 202 serving as a 3rd bank moves toward the fuel tank 202 at the adjusted filling speed, and the pressure of the fuel tank 202 is reduced. Gradually rises further as indicated by the dotted line Pt. Accordingly, the pressure of the accumulator 14 (the graph indicated by “3rd”) gradually decreases. Then, the fuel is charged until the pressure of the fuel tank 202 reaches the calculated final pressure PF (for example, 65 to 81 MPa) by the accumulator 14 serving as a 3rd bank.
  • the calculated final pressure PF for example, 65 to 81 MPa
  • the hydrogen gas is charged into the fuel tank 202 sequentially from the first bank.
  • a case is shown in which the pressure P1 of the fuel tank 202 of the FCV 200 arriving at the hydrogen station 102 is sufficiently lower than the use lower limit pressure of the pressure accumulator 10 serving as a preset low-pressure bank.
  • the state is sufficiently low, for example, 1 / or less at the time of full filling (full tank) is shown.
  • three accumulators 10, 12, and 14 are required.
  • the FCV 200 arriving at the hydrogen station 102 is not limited to the case where the pressure of the fuel tank 202 is sufficiently low.
  • the pressure of the fuel tank 202 is higher than, for example, ⁇ at the time of full filling, for example, two pressure accumulators 10 and 12 may be sufficient.
  • the pressure of the fuel tank 202 is high, for example, one pressure accumulator 10 may be sufficient.
  • the accumulator to be used is switched among the accumulators 10, 12, and 14.
  • the nozzle 44 of the dispenser 30 is removed from the receptacle (receptacle) of the fuel tank 202 of the FCV 200, and the user pays, for example, a fee corresponding to the filling amount. , You will leave the hydrogen station 102.
  • the operation of the hydrogen production apparatus 300 operates as follows.
  • the determining unit 410 determines whether a rising condition that is the timing of the load increase switching has occurred. For example, it is preferable to use the fact that the sensor 31 detects the arrival of the FCV 200 at the hydrogen station 102 as a rising condition. Alternatively, it is preferable to use the start of filling the hydrogen gas into the FCV 200 as the ascending condition. Alternatively, a predetermined timing during charging of the FCV 200 with hydrogen gas may be used as the rising condition. For example, a timing several tens of seconds after the start of filling the FCV 200 with hydrogen gas is used as a rising condition. When such a rising condition occurs, the process proceeds to a load rising processing step (S108).
  • the process returns to the load rise switching determination step (S106), and the load rising switching determination step (S106) is repeated until the rising condition occurs.
  • the residual pressure of the pressure accumulator any or all of the pressure accumulators 10, 12, and 14 for accumulating the hydrogen gas produced by the hydrogen production apparatus 300 is equal to or less than the threshold value is added to the above-described rising condition. It is also suitable.
  • the load increase processing unit 406 determines the operation load 1 (first) at the determination (detection) timing (first timing) of determining (detecting) the occurrence of an increase condition accompanying the arrival of the FCV 200.
  • the operation load of the hydrogen production apparatus 300 is increased toward the operation load 2 (second operation load ratio) larger than the operation load ratio).
  • the timing of detecting the arrival of the FCV 200 to the hydrogen station 102 the timing of detecting the start of filling the FCV 200 with hydrogen gas, and the predetermined timing during the filling of the FCV 200 with hydrogen gas.
  • the load increase processing unit 406 reads the information on the operation load 2 from the storage device 420 at the determination (detection) timing when the occurrence of the increase condition is determined (detected), and operates the operation load 2 via the communication control circuit 50. Thus, the load increase command is output to the hydrogen production apparatus 300.
  • the hydrogen production apparatus 300 receives the load increase command, and increases the load from the state where the operation is performed with the operation load 1. Unless the load lowering process described below is started, the hydrogen production apparatus 300 increases the load at a speed V1 of several% of load / min until the operating load becomes 2. For example, the load is increased at a speed V1 of 3% / min. Then, the hydrogen production apparatus 300 outputs information on the current operation state to the load increase processing unit 406.
  • the load increase processing unit 406 manages whether the operation according to the load increase command is being executed, and outputs a control command as needed to control the hydrogen production apparatus 300. Therefore, the hydrogen production apparatus 300 produces hydrogen gas corresponding to the gradually increasing load. Then, after the load lowering process has not been started and the operation load 2 has started up, the operation is continued at the operation load 2 and the amount of hydrogen gas corresponding to the operation load 2 is continuously produced. At this time, the valve control unit 60 closes the opening valve 319 and opens the valve 328 via the communication control circuit 50. Thus, the hydrogen gas produced by the hydrogen production device 300 is supplied to the compressor 40.
  • the valve control unit 60 opens, for example, the valve 21 from a state in which the valves 21, 22, 23, 24, 25, 26, and 28 are closed. Open the accumulator valve whose pressure has been reduced by use as much as possible.
  • the compressor control unit 62 drives the compressor 40 to send out a low-pressure (for example, 0.6 MPa) hydrogen gas while compressing it, and the pressure of the accumulator 10 serving as the first bank becomes a predetermined pressure P0 (for example, The pressure of the pressure accumulator 10 is restored by filling the pressure accumulator 10 with hydrogen gas until the pressure reaches 82 MPa). If hydrogen gas is being charged from the pressure accumulator 10 into the FCV 200, the pressure accumulator 10 charges the FCV 200 with hydrogen gas while the pressure is restored. If the pressure accumulator that fills the FCV 200 with hydrogen gas has been switched from the pressure accumulator 10 to the pressure accumulator 12 or the pressure accumulator 14, the pressure of the pressure accumulator 12 or the pressure accumulator 14 is similarly restored.
  • a low-pressure for example, 0.6 MPa
  • hydrogen gas is sequentially supplied to the multi-stage accumulator 101 in which the pressure is reduced by filling the FCV 200 with hydrogen gas.
  • the hydrogen production apparatus 300 has a capacity of producing 30 kg / h of hydrogen gas at a load of 100% and the filling amount of the FCV 200 is 3 kg / vehicle, the hydrogen production apparatus 300 has a capacity of 10 / h.
  • Hydrogen gas can be produced. Therefore, a required amount of hydrogen gas can be produced in 6 minutes per unit.
  • hydrogen production apparatus 300 is operated at a load of 50%, hydrogen gas for 5 units / h can be produced. Therefore, a required amount of hydrogen gas can be produced in 12 minutes per unit.
  • the hydrogen production apparatus 300 is operated at a load of 30%, hydrogen gas for three units / h can be produced. Therefore, a required amount of hydrogen gas can be produced in 20 minutes per unit. It is assumed that the filling time of hydrogen gas into one FCV 200 is, for example, about 5 minutes. If the load increasing speed is 3% / min, the operating load can be increased from, for example, 30% to 50% in about 7 minutes.
  • the second FCV 200 arrives at the hydrogen station 102 during the filling of the first FCV 200 or immediately after the filling of the first FCV 200, by the time the filling of the second FCV 200 is started, Including the time for attaching and detaching the nozzle 44, about 7 to 8 minutes have elapsed from the start of the filling of the first FCV 200.
  • the pressure accumulators 10, 12, and 14 are not emptied by the filling of the first FCV 200, the required amount of hydrogen gas for the second FCV 200 is required before the filling of the second FCV 200 is started. Can be secured sufficiently. Therefore, it is possible to prevent the shortage of the filling amount from occurring.
  • the load is switched as follows.
  • the determination unit 412 determines whether a lowering condition that is the timing of the load reduction switching has occurred. For example, it is preferable to use the fact that the filling of hydrogen into the FCV 200 is used as the descending condition. Alternatively, it is preferable to use, as a descending condition, a lapse of a predetermined period after completion of filling the FCV 200 with hydrogen. Alternatively, it is preferable to use that the pressure of the pressure accumulator 10 (12, 14) for accumulating the hydrogen gas produced by the hydrogen production apparatus 300 becomes equal to or higher than a threshold value as the descending condition. When such a lowering condition occurs, the process proceeds to a load lowering process step (S116). If the descending condition has not occurred, the process proceeds to the load reaching determination step (S112).
  • the hydrogen production apparatus 300 determines whether the operation load of the hydrogen production apparatus 300 has reached the operation load 2. Alternatively, the determination unit 413 may determine whether the operation load of the hydrogen production device 300 has reached the operation load 2. When the operation load 2 has been reached, the process proceeds to a load increase stop processing step (S114). If the operation load 2 has not been reached, the process returns to the load reduction switching determination step (S110) while continuing the load increase.
  • the hydrogen production apparatus 300 stops increasing the load when the hydrogen load reaches the operation load 2, and continues operation in the state of the operation load 2. As described above, if the filling of hydrogen into the FCV 200 is not completed before the operation load 2 is reached, for example, the increase in the load is stopped when the operation load 2 is reached. Further, at the determination (detection) timing when the load reaches the operation load 2, the load increase processing unit 406 sends a load maintenance command to the hydrogen production apparatus 300 via the communication control circuit 50 to perform the operation maintained at the operation load 2. May be output. Then, the process returns to the load drop switching determination step (S110).
  • the load lowering processor 408 determines (detects) the occurrence of a lowering condition associated with the completion of hydrogen filling of the FCV 200 at a determination (detection) timing (second timing) (operation timing 2).
  • the operating load of the hydrogen production apparatus 300 is reduced toward an operating load 3 (third operating load ratio) smaller than the second operating load ratio).
  • the operation load of the hydrogen production apparatus 300 is decreased toward the operation load 3 at one of the timing when the pressure becomes equal to or higher than the threshold value.
  • the load lowering processing unit 408 reads information on the operation load 3 from the storage device 420 at the determination (detection) timing when the occurrence of the lowering condition is determined (detected), and operates the operation load 3 via the communication control circuit 50.
  • the load lowering command is output to the hydrogen production apparatus 300.
  • the hydrogen production apparatus 300 receives the load lowering command, and lowers the load from a state where the hydrogen generating apparatus 300 is increasing toward the operating load 2 or is operating with the operating load 2.
  • the hydrogen production apparatus 300 lowers the load at a speed V2 of several% of load / min until the operation load becomes 3. For example, the load is decreased at a speed V2 of 3% / min.
  • the hydrogen production apparatus 300 outputs information on the current operation state to the load reduction processing unit 408.
  • the load reduction processing unit 408 manages whether the operation according to the load reduction command is being performed, and outputs a control command as needed to control the hydrogen production apparatus 300. Therefore, the hydrogen production apparatus 300 produces hydrogen gas corresponding to the gradually decreasing load.
  • the process returns to the load increase switching determination step (S106) and proceeds to the load arrival determination step (S118).
  • the hydrogen production apparatus 300 determines whether the operation load of the hydrogen production apparatus 300 has reached the operation load 3. Alternatively, the determination unit 414 may determine whether the operation load of the hydrogen production device 300 has reached the operation load 3. When the operation load 3 has been reached, the process proceeds to the load lowering stop processing step (S120). If the operating load 3 has not been reached, the load reaching determination step (S118) is repeated.
  • the hydrogen production apparatus 300 stops lowering the load when it reaches the operating load 3, and continues operating under the state of the operating load 3. As described above, when the next FCV 200 does not arrive before the operation load 3 is reached, for example, the lowering of the load is stopped when the operation load 3 is reached. Further, at the determination (detection) timing of reaching the operation load 3, the load lowering processing unit 408 sends a load maintenance command to the hydrogen production apparatus 300 via the communication control circuit 50 to perform the operation maintained at the operation load 3. May be output. Then, the process proceeds to the business hours determination step (S122).
  • the determination unit 415 determines whether the business has ended. If it is still in business, the process returns to the load increase switching determination step (S106) to wait for the next FCV 200. When the business is finished, the operation of the hydrogen production apparatus 300 is continued at the operation load 3 until the start of business the next day.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the operation load of the hydrogen production apparatus and the state of FCV charging in the first embodiment.
  • the vertical axis represents the operating load (%) of the hydrogen production apparatus 300
  • the horizontal axis represents the state of filling the FCV 200.
  • the hydrogen production device 300 is started up from the state where the hydrogen production device 300 is stopped to the operation load 1 (load L1) at the speed V1. In this state, the operation of the hydrogen station 102 is started.
  • the operation load of the hydrogen production apparatus 300 is increased toward the operation load 2 (load L2) at the speed V1.
  • the filling of the first FCV 200 is completed during the ascent.
  • the operation load of the hydrogen production apparatus 300 is decreased toward the operation load 3 (load L3) at the speed V2.
  • the filling of the second FCV 200 is started during the descent.
  • the operation load based on the determination (detection) timing (first timing) of the occurrence of the ascending condition for the subsequent FCV (second unit) arriving at the hydrogen station 102 after the previous FCV 200 (first unit) Is configured to give priority to the decrease in the operating load at the timing (second timing) of determining (detecting) the occurrence of the lowering condition for the FCV 200 (first vehicle).
  • the operation load of the hydrogen production apparatus 300 is increased toward the operation load 2 (load L2) at the speed V1.
  • the operation load 2 is reached during the filling of the second FCV 200.
  • the operation of the hydrogen production apparatus 300 is continued at the operation load 2.
  • the operation load of the hydrogen production apparatus 300 is decreased toward the operation load 3 (load L3) at the speed V2.
  • FIG. 5 illustrates a case where the third and subsequent FCVs 200 have not arrived until the operation load 3 is reached.
  • the operation of the hydrogen production apparatus 300 is continued at the operation load 3.
  • the operation of the hydrogen production apparatus 300 is continued at the operation load 3 until the start of business on the next day.
  • the case where the operating loads 1 and 3 have the same value is shown. However, when the operating loads 1 and 3 are different, after the end of the business hours, the hydrogen production device is operated at the operating load 1 until the start of the next day.
  • the operation of 300 (standby operation: idling operation) may be continued, a warm-up operation (heating the reformer but not producing hydrogen) may be performed, or the operation of the hydrogen production apparatus 300 may be stopped. You may. Further, after the business is over, the settings of the operating loads 1 to 3 may be changed for business on the next day. Of course, the settings of the operating loads 1 to 3 may be changed during business hours. Needless to say, after the setting is changed, the operation is controlled according to the latest set value.
  • waste of hydrogen gas of a production amount corresponding to the area shown by the hatched portion can be eliminated as compared with the case where the hydrogen production apparatus 300 is operated at a load of 100% from the start of business to the end of business. .
  • the speed V1 at which the operating load of the hydrogen production device 300 is increased is calculated by the speed calculator 416.
  • the hydrogen production device 300 can variably adjust the ascending speed V1 and the descending speed V2 as long as the speed is lower than the performance limit of the hydrogen production device 300. Therefore, it is preferable that the speed calculation unit 416 variably adjusts the rising speed V1 according to the residual pressure of the pressure accumulator 10 (14, 16) that accumulates the hydrogen gas produced by the hydrogen production device 300.
  • the pressure receiving unit 66 receives the pressure of the accumulator 10 (14, 16) from each of the pressure gauges 11, 13, 15 (17, 318).
  • the received pressure data is stored in the storage device 84. For example, when the residual pressure is large, the calculation is performed such that the rising speed V1 is reduced, and when the residual pressure is small, the calculation is performed such that the rising speed V1 is increased. Thereby, the amount of hydrogen gas to be discarded can be further reduced.
  • the present invention relates to a method for operating a hydrogen production apparatus and a control apparatus for the hydrogen production apparatus.

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Abstract

本発明の一態様の水素製造装置の運転方法は、水素ステーションに配置され、水素ステーションに到来する燃料電池自動車（ＦＣＶ）に供給される水素ガスを製造する水素製造装置の運転方法において、定格運転に対して予め設定される第１の運転負荷割合まで水素製造装置を立ち上げ、ＦＣＶの到来に伴う第１のタイミングで第１の運転負荷割合よりも大きい第２の負荷割合に向かって水素製造装置の運転負荷を上昇させ、ＦＣＶへの水素充填完了に伴う第２のタイミングで第２の運転負荷割合よりも小さい第３の運転負荷割合に向かって水素製造装置の運転負荷を下降させる、ことを特徴とする。

Description

水素製造装置の運転方法及び水素製造装置の制御装置
　本出願は、２０１８年１０月２日に日本国に出願されたＪＰ２０１８－１８７６７９（出願番号）を基礎出願とする優先権を主張する出願である。ＪＰ２０１８－１８７６７９に記載された内容は、本出願にインコーポレートされる。
　本発明は、水素製造装置の運転方法及び水素製造装置の制御装置に関し、例えば、オンサイトステーションに配置される水素製造装置の運転を制御する方法および装置に関する。
　自動車の燃料として、従来のガソリンを始めとした燃料油の他に、近年、クリーンなエネルギー源として水素燃料が注目を浴びている。これに伴い、水素燃料を動力源とする燃料電池自動車（ＦＣＶ：Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）の開発が進められている。ＦＣＶ用の水素ステーションには、水素製造拠点となる水素出荷センターやオンサイト水素ステーション（以下オンサイトＳＴ）と、水素製造拠点（水素出荷センターやオンサイトＳＴ等）より水素を受入れて販売するオフサイト水素ステーション（以下オフサイトＳＴ）がある。水素ステーションには、水素ガスを急速にＦＣＶに充填するために、水素ガスを高圧に圧縮する圧縮機と、この圧縮機により高圧に圧縮された水素ガスを蓄圧する複数の蓄圧器（多段蓄圧器）を配置する。このような水素ステーションは、蓄圧器内の圧力とＦＣＶの燃料タンクの圧力との差圧を大きく保つように、使用する蓄圧器を適宜切り替えながら充填することで、蓄圧器からＦＣＶの燃料タンクへ水素ガスを急速充填する。
　なお、水素ガスを製造する水素製造装置（ＨＰＵ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｕｎｉｔ）においては、急激に運転負荷（或いは水素製造量）を上昇させることが困難である。そのため、オンサイトＳＴでは、一般的に、営業時間中は水素製造装置を負荷１００％の状態（定格）で運転し続ける。しかし、蓄圧器に蓄圧できずに余った水素ガスは大気中に放出される（捨てられる）ことになる。かかる動作が営業開始から終了まで続けられる。このように、せっかく水素ガスを製造したにもかかわらず、大量の水素ガスが捨てられてしまうといった問題があった。
　かかる問題に対して、オンサイトＳＴ内に多くの蓄圧器を用意して、水素製造装置を定格で運転し、例えば、１週間分の水素ガスを作り溜めしておく。そして、水素ガスが不足しそうになるまで水素製造装置を停止させておくことで廃棄される水素ガスの量を減らすことが検討されている。しかしながら、かかる手法では、多くの蓄圧器を用意する必要があり、オンサイトＳＴにおける設備が過大になってしまうといった問題があった。よって、設備を大きくせずに、無駄の少ない水素製造の手法が求められている。
　ここで、過去の実績を平均化することにより負荷を予測して水素製造装置の運転パターンを作成するといった手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、予測はあくまで予測であって実際の状況に合うとは限らないといった問題があった。
特開２００６－００１７９７号公報
　そこで、本発明の一態様は、設備を大きくせずに、実際の状況に合った無駄の少ない水素製造を行うことが可能な方法および装置を提供する。
　本発明の一態様の水素製造装置の運転方法は、
　水素ステーションに配置され、水素ステーションに到来する燃料電池自動車（ＦＣＶ）に供給される水素ガスを製造する水素製造装置の運転方法において、
　定格運転に対して予め設定される第１の運転負荷割合まで水素製造装置を立ち上げ、
　ＦＣＶの到来に伴う第１のタイミングで第１の運転負荷割合よりも大きい第２の負荷割合に向かって水素製造装置の運転負荷を上昇させ、
　ＦＣＶへの水素充填完了に伴う第２のタイミングで第２の運転負荷割合よりも小さい第３の運転負荷割合に向かって水素製造装置の運転負荷を下降させる、
　ことを特徴とする。
　本発明の一態様の水素製造装置の制御装置は、
　水素ステーションに配置され、水素ステーションに到来する燃料電池自動車（ＦＣＶ）に供給される水素ガスを製造する水素製造装置の制御装置であって、
　定格運転に対して予め設定される第１の運転負荷割合まで水素製造装置を立ち上げる立上げ処理部と、
　ＦＣＶの到来に伴う第１のタイミングで第１の運転負荷割合よりも大きい第２の負荷割合に向かって水素製造装置の運転負荷を上昇させる負荷上昇処理部と、
　ＦＣＶへの水素充填完了に伴う第２のタイミングで第２の運転負荷割合よりも小さい第３の運転負荷割合に向かって水素製造装置の運転負荷を下降させる負荷下降処理部と、
　を備えたことを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、設備を大きくせずに、実際の状況に合った無駄の少ない水素製造を行うことができる。
実施の形態１における水素ステーションの水素ガス供給システムの構成を示す構成図の一例である。 実施の形態１における制御回路の内部構成の一例を示す構成図である。 実施の形態１における水素製造装置の運転方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１における多段蓄圧器を用いて水素燃料の差圧充填を行う場合の充填の仕方を説明するための図である。 実施の形態１における水素製造装置の運転負荷とＦＣＶ充填状況との関係の一例を示す図である。
　図１は、実施の形態１における水素ステーションの水素ガス供給システムの構成を示す構成図の一例である。図１において、水素ガス供給システム５００は、水素ステーション１０２内に配置される。水素ガス供給システム５００は、水素製造装置３００、多段蓄圧器１０１、ディスペンサ３０（計量機）、圧縮機４０、センサ３１及び制御回路１００を備えている。図１の例では、水素ステーション１０２内に水素製造装置３００が配置され、水素製造拠点となっているので、オンサイトＳＴの一例が示されている。
　多段蓄圧器１０１は、複数の蓄圧器１０，１２，１４により構成される。図１の例では、３つの蓄圧器１０，１２，１４により多段蓄圧器１０１が構成される。図１の例では、例えば、蓄圧器１０が、使用下限圧力が低い１ｓｔバンクとして作用する。蓄圧器１２が、例えば、使用下限圧力が中間の２ｎｄバンクとして作用する。蓄圧器１４が、例えば、使用下限圧力が高い３ｒｄバンクとして作用する。但し、これに限るものではない。１ｓｔバンクから３ｒｄバンクに使用する各蓄圧器は、必要に応じて入れ替える。水素ステーション１０２内には、その他、図示しないカードル、及び／或いは中間蓄圧器等が配置されても好適である。
　また、図１において、圧縮機４０の吸込側は、バルブ３２８を介して水素製造装置３００の吐出側と配管により接続される。
　圧縮機４０の吐出側は、バルブ２１を介して蓄圧器１０と配管により接続される。同様に、圧縮機４０の吐出側は、バルブ２３を介して蓄圧器１２と配管により接続される。同様に、圧縮機４０の吐出側は、バルブ２５を介して蓄圧器１４と配管により接続される。同様に、圧縮機４０の吐出側は、バルブ２８を介してディスペンサ３０と配管により接続される。
　また、蓄圧器１０は、バルブ２２を介してディスペンサ３０と配管により接続される。また、蓄圧器１２は、バルブ２４を介してディスペンサ３０と配管により接続される。また、蓄圧器１４は、バルブ２６を介してディスペンサ３０と配管により接続される。
　また、水素製造装置３００の吐出圧は、圧力計３１８によって計測される。また、蓄圧器１０内の圧力は、圧力計１１によって計測される。蓄圧器１２内の圧力は、圧力計１３によって計測される。蓄圧器１４内の圧力は、圧力計１５によって計測される。
　また、ディスペンサ３０内には、流量調整弁２９、流量計２７、冷却器３２（プレクーラー）、及び圧力計１７が配置される。多段蓄圧器１０１或いは圧縮機４０から供給される水素ガスは、流量計２７によって流量が計測されると共に、流量調整弁２９によって流量が調整される。そして、水素ガスは、冷却器３２によって、所定温度（例えば－４０℃）に冷却される。よって、ディスペンサ３０は、冷却された水素ガスをＦＣＶ２００に搭載された燃料タンク２０２に例えば差圧を利用して充填する。また、ディスペンサ３０からＦＣＶへ充填される水素ガスの充填出口の出口圧力（燃料充填出口圧力）は、圧力計１７によって計測される。また、ディスペンサ３０内或いは近辺には、制御回路３４が配置され、水素ステーション１０２に到来したＦＣＶ２００（水素ガスを動力源とする燃料電池自動車（ＦＣＶ））内の車載器２０４と通信可能に構成される。例えば、赤外線を用いて無線通信可能に構成される。
　ＦＣＶ２００には、ディスペンサ３０から供給された燃料としての水素ガスが受け口（レセプタクル）から燃料通路を介して燃料タンク２０２に注入される。燃料タンク２０２内の圧力と温度は、燃料タンク２０２内、或いは燃料通路に設けた圧力計２０６及び温度計２０５によって計測される。
　また、ＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来すると、センサ３１によって検出され、例えば、ディスペンサ３０内の制御回路３４を介して制御回路１００に検出された情報が出力される。センサ３１として、例えば、赤外線等のレーザにより水素ステーション１０２への侵入対象物（ＦＣＶ２００）を検知するセンサを用いることができる。或いは、センサ３１として、カメラを用いても好適である。カメラで撮像することで、侵入対象物が、ＦＣＶ２００であることをより確実に判断できる。
　水素製造装置３００で製造された水素ガスは、低圧（例えば、０．６ＭＰａ）の状態で圧縮機４０の吸込側に供給される。よって、圧縮機４０の吸込側の１次側圧力ＰＩＮは、通常時は低圧になる。圧縮機４０は、制御回路１００による制御のもと、水素製造装置３００から低圧で供給される水素ガスを圧縮しながら多段蓄圧器１０１の各蓄圧器１０，１２，１４に供給する。多段蓄圧器１０１からＦＣＶ２００へ水素ガスを供給する際にその供給量が不足している場合、若しくは多段蓄圧器１０１が復圧中である場合、圧縮機４０は、制御回路１００による制御のもと、水素製造装置３００から低圧で供給される水素ガスを圧縮しながらディスペンサ３０を介して直接ＦＣＶ２００へ水素ガスを供給する場合もあり得る。
　圧縮機４０は、多段蓄圧器１０１の各蓄圧器１０，１２，１４内が所定の高圧（例えば、８２ＭＰａ）になるまで圧縮する。言い換えれば、圧縮機４０は、吐出側の２次側圧力ＰＯＵＴが所定の高圧（例えば、８２ＭＰａ以上）になるまで圧縮する。圧縮機４０が水素ガスを供給する相手が蓄圧器１０，１２，１４、及びディスペンサ３０のいずれにするかは、それぞれの配管上に配置された、対応するバルブ２１，２３，２５，２８の開閉を制御回路１００が制御することによっていずれかに決定されればよい。或いは、２以上の蓄圧器に同時に供給するように制御しても良い。
　なお、上述した例では、圧縮機４０の吸込側に水素ガスを供給する圧力ＰＩＮが所定の低圧（例えば、０．６ＭＰａ）に減圧制御されている場合を示したがこれに限るものではない。所定の低圧（例えば、０．６ＭＰａ）よりも高い圧力の状態で圧縮機４０の吸込側に与えて圧縮しても良い。かかる場合には、圧縮機４０として、吸込側の圧力ＰＩＮ（１次側圧力）を一定の圧力（例えば、０．６ＭＰａ）に固定して使用する往復圧縮機ではなく、吸込側の圧力ＰＩＮ（１次側圧力）を可変に対応可能なタイプの高圧圧縮機を採用する。例えば、吸込側の圧力ＰＩＮ（１次側圧力）が例えば２０ＭＰａ以下のブースター多段昇圧型の圧縮機を用いると好適である。
　多段蓄圧器１０１に蓄圧された水素ガスは、ディスペンサ３０内の冷却器３２によって冷却され、ディスペンサ３０から水素ステーション１０２内に到来したＦＣＶ２００に供給される。
　図２は、実施の形態１における制御回路１００の内部構成の一例を示す構成図である。図２において、制御回路１００内には、通信制御回路５０、メモリ５１、受信部５２、終了圧演算部５４、フロー計画部５６、システム制御部５８、復圧制御部６１、供給制御部６３、圧力受信部６６、水素製造装置制御部４００（水素製造装置の制御回路）、及び磁気ディスク装置等の記憶装置８０，８２，８４が配置される。復圧制御部６１は、バルブ制御部６０、及び圧縮機制御部６２を有する。供給制御部６３は、ディスペンサ制御部６４及びバルブ制御部６５を有する。水素製造装置制御部４００は、負荷設定部４０２、待機運転処理部４０４、負荷上昇処理部４０６、負荷下降処理部４０８、判定部４１０、判定部４１２、判定部４１３、判定部４１４、判定部４１５、速度演算部４１６、及び磁気ディスク装置等の記憶装置４２０が配置される。受信部５２、終了圧演算部５４、フロー計画部５６、システム制御部５８、復圧制御部６１（バルブ制御部６０、圧縮機制御部６２）、供給制御部６３（ディスペンサ制御部６４、バルブ制御部６５）、圧力受信部６６、及び水素製造装置制御部４００（負荷設定部４０２、待機運転処理部４０４、負荷上昇処理部４０６、負荷下降処理部４０８、判定部４１０、判定部４１２、判定部４１３、判定部４１４、判定部４１５、速度演算部４１６）といった各部は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各部は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。受信部５２、終了圧演算部５４、フロー計画部５６、システム制御部５８、復圧制御部６１（バルブ制御部６０、圧縮機制御部６２）、供給制御部６３（ディスペンサ制御部６４、バルブ制御部６５）、圧力受信部６６、及び水素製造装置制御部４００（負荷設定部４０２、待機運転処理部４０４、負荷上昇処理部４０６、負荷下降処理部４０８、判定部４１０、判定部４１２、判定部４１３、判定部４１４、判定部４１５、速度演算部４１６）内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ５１に記憶される。
　また、記憶装置８０内には、ＦＣＶ２００に搭載された燃料タンク２０２の圧力、温度、及び燃料タンク２０２の容積といったＦＣＶ情報と、ＦＣＶ情報から演算される水素ガスの残量と、燃料タンク２０２に充填すべき最終圧、及び最終温度といった充填情報との相関関係を示す変換テーブル８１が格納される。また、記憶装置８０内には、変換テーブル８１から得られる結果を補正する補正テーブル８３が格納される。
　ここで、蓄圧器１０，１２，１４をできるだけ高圧の状態に維持していた方が、充填のために到来したＦＣＶ２００の燃料タンク２０２との差圧を大きくできるため急速充填には好ましい。よって、水素製造装置３００の水素製造量を多くして、一旦使用された蓄圧器の復圧のための水素ガスが不足しないようにすることが望まれる。一方、水素製造装置３００は急激な負荷変動が困難である。負荷を上昇させる場合には、例えば、負荷数％／分の速度で変動することができる。そのため、従来、オンサイトＳＴの営業時間中は、定格で運転し続けることが行われてきた。また、一般的に定格で運転する方が、水素製造効率が良いことも理由として挙げられる。しかしながら、各地に配置されるオンサイトＳＴ間において、水素ガスの充填のために到来するＦＣＶ２００の数及び充填量の合計は一様ではない。例えば、水素製造装置３００を定格で運転した場合に製造される１日あたりの水素ガス量の５０％で足りるオンサイトＳＴもあれば、３０％で足りるオンサイトＳＴもある。また、１日のうちでも時間帯によって充填量は様々となる。よって、オンサイトＳＴの営業時間中に、水素製造装置３００を定格で運転し続けた場合、多段蓄圧器１０１に蓄圧できる水素ガス量には限りがあるので、これを超える多量の水素ガスが余る。そして、余った多量の水素ガスは廃棄されてしまうことになる。また、廃棄するのはもったいないからといって、多数の蓄圧器をオンサイトＳＴ内に配置して、例えば１週間分を備蓄するといった手法では、設備が過大となってしまい現実的ではない。さらに、過去の実績に基づいて必要な水素ガスの製造量を予測して、予測した製造量だけ製造するといった手法では、予測が外れ、予測を超える数のＦＣＶ２００が到来した場合に水素ロス（供給不能状態）が発生してしまう。そこで、実施の形態１では、実際のＦＣＶ２００の到来に合わせて、水素製造装置３００の運転負荷を可変に制御する。
　図３は、実施の形態１における水素製造装置の運転方法の要部工程を示すフローチャート図である。図３において、実施の形態１における水素製造装置の運転方法は、負荷設定工程（Ｓ１０２）と、立ち上げ工程（Ｓ１０４）と、負荷上昇切り換え判定工程（Ｓ１０６）と、負荷上昇処理工程（Ｓ１０８）と、負荷下降切り換え判定工程（Ｓ１１０）と、負荷到達判定工程（Ｓ１１２）と、負荷上昇停止処理工程（Ｓ１１４）と、負荷下降処理工程（Ｓ１１６）と、負荷到達判定工程（Ｓ１１８）と、負荷下降停止処理工程（Ｓ１２０）と、営業終了判定工程（Ｓ１２２）と、いう一連の工程を実施する。
　負荷設定工程（Ｓ１０２）として、負荷設定部４０２は、複数の条件下に用いる複数の運転負荷の値を設定する。具体的には、停止している水素製造装置３００を立ち上げて待機運転する場合の運転負荷１（Ｌ１）（第１の運転負荷割合）と、負荷上昇が必要な場合の最大負荷となる運転負荷２（Ｌ２）（第２の運転負荷割合）と、負荷下降が必要な場合の最小負荷となる運転負荷３（Ｌ３）（第３の運転負荷割合）と、を設定する。水素製造装置３００が定格運転する場合を負荷１００％とする。また、製造される水素ガスの量は、負荷割合に比例する。運転負荷１として、例えば、過去の実績による水素製造量の予測値を立てて、かかる予測値に応じた負荷に設定すると好適である。例えば、前月の平均値や、曜日別の平均値を用いると好適である。例えば、１日に必要な平均水素ガス量を製造するために必要な負荷に設定すると好適である。例えば、負荷１０～３０％に設定する。これにより、１日に必要な最低限の水素ガスの製造は達成できる。運転負荷２として、運転負荷１よりも大きい値に設定する。例えば、負荷１００％（定格）に設定する。但し、これに限るものではない。過去の実績等から明らかに短期間に到来するＦＣＶ２００の数が少ないことがわかっている場合等には、それに応じた負荷に設定すればよい。運転負荷３として、運転負荷２よりも小さい値に設定する。例えば、運転負荷１と同様の値に設定する。但し、これに限るものではない。運転負荷２よりも小さい値であれば、運転負荷１よりも大きい値であってもよい。このように、予め各運転負荷１～３を設定しておく。設定された各運転負荷１～３の情報は、記憶装置４２０に格納しておく。
　立ち上げ工程（Ｓ１０４）として、待機運転処理部４０４は、停止している状態から、定格運転に対して予め設定される運転負荷１（第１の運転負荷割合）まで水素製造装置３００を立ち上げる。具体的には、以下のように動作する。待機運転処理部４０４は、記憶装置４２０から運転負荷１の情報を読み出し、通信制御回路５０を介して、運転負荷１で運転するように起動コマンドを水素製造装置３００に出力する。水素製造装置３００は、起動コマンドを受信して、停止した状態から運転を開始する。水素製造装置３００は、運転負荷１になるまで負荷数％／分の速度Ｖ１で負荷を上昇させていく。例えば、負荷３％／分の速度Ｖ１で負荷を上昇させていく。そして、水素製造装置３００は、現在の運転状態の情報を待機運転処理部４０４に出力する。待機運転処理部４０４は、起動コマンドに沿った運転が実行されているかを管理し、必要に応じて制御コマンドを出力して水素製造装置３００を制御する。よって、水素製造装置３００は、徐々に上がっていく負荷に相当する水素ガスを製造していくことになる。そして、運転負荷１の状態まで立ち上がった以降は、運転負荷１で待機運転を継続し、運転負荷１に相当する量の水素ガスを製造し続ける。また、バルブ制御部６０は、通信制御回路５０を介して、バルブ３２８を開にする。これにより、水素製造装置３００により製造された水素ガスは、圧縮機４０に供給される。
　バルブ制御部６０は、バルブ２１，２２，２３，２４，２５，２６，２８が閉じた状態から、例えば、バルブ２５を開にする。
　そして、圧縮機制御部６２は、圧縮機４０を駆動して、低圧（例えば０．６ＭＰａ）の水素ガスを圧縮しながら送り出し、蓄圧器１４の圧力が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧器１４に水素ガスを充填することで蓄圧器１４を蓄圧（復圧）する。
　次に、バルブ制御部６０は、バルブ２５を閉じて、代わりにバルブ２３を開にする。
　そして、圧縮機制御部６２は、圧縮機４０を駆動して、低圧（例えば０．６ＭＰａ）の水素ガスを圧縮しながら送り出し、蓄圧器１２の圧力が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧器１２に水素ガスを充填することで蓄圧器１２を蓄圧（復圧）する。
　次に、バルブ制御部６０は、バルブ２３を閉じて、代わりにバルブ２１を開にする。
　そして、圧縮機制御部６２は、圧縮機４０を駆動して、低圧（例えば０．６ＭＰａ）の水素ガスを圧縮しながら送り出し、蓄圧器１０の圧力が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧器１０に水素ガスを充填することで蓄圧器１０を蓄圧（復圧）する。
　以上により、蓄圧器１０，１２，１４を所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧できる。これにより、多段蓄圧器１０１によるＦＣＶ２００への差圧充填の準備をしておく。もしも、蓄圧器１０，１２，１４の蓄圧完了までにＦＣＶ２００が到来しなかった場合、バルブ制御部６０によりバルブ３２８を閉、及び開口弁３１９を開にして、蓄圧完了より後に製造される水素ガスを大気中に放出（廃棄）する。但し、水素製造装置３００は、運転負荷１で運転しているので、負荷１００％で運転する場合に比べて廃棄される水素ガス量を大幅に低減できる。立ち上げ工程（Ｓ１０４）は、水素ステーション１０２の営業開始時、或いは営業開始時に待機運転状態になるように営業開始の少し前に実施される。例えば、運転負荷１が３０％で、速度が負荷３％／分で運転負荷を上昇できる場合、約１０分で立ち上げ作業が終了することになる。
　かかる状態或いは蓄圧器１０，１２，１４の蓄圧中に、１台目のＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来する。ＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来すると、センサ３１がＦＣＶ２００を検出し、例えば、ディスペンサ３０内の制御回路３４を介して制御回路１００に検出された情報が出力される。制御回路１００内では、例えば、ディスペンサ制御部６４が通信制御回路５０を介して検出された情報を受信する。これにより、制御回路１００では、ＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来したことを把握できる。
　ＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来すると、水素ステーション１０２の作業員或いはＦＣＶ２００のユーザが、ディスペンサ３０のノズル４４を、ＦＣＶ２００の燃料タンク２０２の受け口（レセプタクル）に接続（嵌合）し、固定する。ＦＣＶ２００が水素ステーション１０２内に到来し、ユーザ或いは水素ステーション１０２の作業員によってディスペンサ３０のノズル４４がＦＣＶ２００の燃料タンク２０２の受け口（レセプタクル）に接続、固定されると、車載器２０４と制御回路３４（中継器）との通信が確立される。
　次に、車載器２０４と制御回路３４（中継器）との通信が確立されると、車載器２０４からは、燃料タンク２０２の現在の圧力、温度、及び燃料タンク２０２の容積といったＦＣＶ情報が、リアルタイムで出力（発信）される。ＦＣＶ情報は、制御回路３４を中継して、制御回路１００に送信される。制御回路１００内では、受信部５２が、通信制御回路５０を介してかかるＦＣＶ情報を受信する。ＦＣＶ情報は、車載器２０４と制御回路３４との通信が確立されている間、常時或いは所定のサンプリング間隔（例えば、１０ｍ秒～数秒）で、モニタリングされる。受信されたＦＣＶ情報は、受信時刻の情報と共に、記憶装置８０に記憶される。
　終了圧演算部５４は、記憶装置８０から変換テーブル８１を読み出し、受信された燃料タンク２０２の受信初期時の圧力Ｐａ、温度Ｔｉ、燃料タンク２０２の容積Ｖ、及び外気温度Ｔ’に対応する最終圧ＰＦを演算し、予測する。また、終了圧演算部５４は、記憶装置８０から補正テーブル８３を読み出し、変換テーブル８１によって得られた数値を必要に応じて補正する。変換テーブル８１のデータだけでは、得られた結果に誤差が大きい場合に、実験或いはシミュレーション等により得られた結果に基づいて補正テーブル８３を設ければよい。演算された最終圧ＰＦは、システム制御部５８に出力される。
　次に、フロー計画部５６は、多段蓄圧器１０１を用いて、ＦＣＶ２００の燃料タンク２０２に水素ガスを差圧供給（充填）するための充填制御フロー計画を作成する。フロー計画部５６は、燃料タンク２０２の圧力が最終圧ＰＦになるための蓄圧器の選択（蓄圧器１０，１２，１４の選択）と多段蓄圧器１０１の切り換えタイミングを含む充填制御フローの計画を作成する。作成された充填制御フロー計画の制御データは、記憶装置８２に一時的に格納される。充填制御フローの計画を行う場合に、フロー計画部５６は、外部温度に応じて、圧力上昇率を設定し、かかる圧力上昇率に対応する充填速度を演算する。さらに、急激な温度上昇を抑えるために充填途中からかかる外部温度に応じて決まる圧力上昇率に対応する充填速度を演算する。外部温度に応じて決まる圧力上昇率は、変換テーブル８１のデータに予め組み込まれている。これらの条件で充填制御フローが計画され、最終圧ＰＦに到達する充填開始からの時間ｔ（終了時間１）（到達時間）が得られる。
　そして、作成された充填制御フローに沿って、ディスペンサ３０（計量機）から水素ガスを動力源とするＦＣＶ２００に搭載された燃料タンク２０２に水素ガスを充填する。具体的には、以下のように動作する。
　図４は、実施の形態１における多段蓄圧器を用いて水素燃料の差圧充填を行う場合の充填の仕方を説明するための図である。図４において縦軸は圧力を示し、横軸は時間を示す。ＦＣＶ２００に水素燃料の差圧充填を行う場合、通常、予め、多段蓄圧器１０１の各蓄圧器１０，１２，１４は、同じ圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）に蓄圧されている。一方、水素ステーション１０２に到来したＦＣＶ２００の燃料タンク２０２は圧力Ｐａになっている。かかる状態からＦＣＶ２００の燃料タンク２０２に充填を開始する場合について説明する。
　まず、１ｓｔバンクとなる例えば蓄圧器１０から燃料タンク２０２に充填を開始する。具体的には、以下のように動作する。供給制御部６３は、システム制御部５８による制御のもと、供給部１０６を制御して、ＦＣＶ２００の燃料タンク２０２に蓄圧器１０から水素燃料を供給させる。具体的には、システム制御部５８は、ディスペンサ制御部６４、及びバルブ制御部６５を制御する。ディスペンサ制御部６４は、通信制御回路５０を介してディスペンサ３０の制御回路３４と通信し、ディスペンサ３０の動作を制御する。具体的には、まず、制御回路３４は、ディスペンサ３０内の流量調整弁２９の開度を演算された充填速度Ｍになるように調整する。そして、バルブ制御部６５は、通信制御回路５０を介して、バルブ２２，２４，２６に制御信号を出力し、各バルブの開閉を制御する。具体的には、バルブ２２を開にして、バルブ２４，２６を閉に維持する。これにより、蓄圧器１０から燃料タンク２０２に水素燃料が供給される。蓄圧器１０と燃料タンク２０２との差圧によって蓄圧器１０内に蓄圧された水素燃料は燃料タンク２０２側へと調整された充填速度で移動し、燃料タンク２０２の圧力は点線Ｐｔに示すように徐々に上昇していく。それに伴い、蓄圧器１０の圧力（「１ｓｔ」で示すグラフ）は徐々に減少する。そして、１ｓｔバンクの使用下限圧力に到達した、充填開始から時間Ｔ１が経過した時点で、蓄圧器１０から２ｎｄバンクとなる例えば蓄圧器１２に使用する蓄圧器が切り替えられる。具体的には、バルブ制御部６５は、通信制御回路５０を介して、バルブ２２，２４，２６に制御信号を出力し、各バルブの開閉を制御する。具体的には、バルブ２４を開にして、バルブ２２を閉し、バルブ２６を閉に維持する。これにより、蓄圧器１２と燃料タンク２０２との差圧が大きくなるため、充填速度が速い状態を維持できる。
　そして、２ｎｄバンクとなる例えば蓄圧器１２と燃料タンク２０２との差圧によって蓄圧器１２内に蓄圧された水素燃料は燃料タンク２０２側へと、同じく調整された充填速度で移動し、燃料タンク２０２の圧力は点線Ｐｔに示すように徐々にさらに上昇していく。それに伴い、蓄圧器１２の圧力（「２ｎｄ」で示すグラフ）は徐々に減少する。そして、２ｎｄバンクの使用下限圧力に到達した、充填開始から時間Ｔ２が経過した時点で、蓄圧器１２から３ｒｄバンクとなる例えば蓄圧器１４に使用する蓄圧器が切り替えられる。具体的には、バルブ制御部６５は、通信制御回路５０を介して、バルブ２２，２４，２６に制御信号を出力し、各バルブの開閉を制御する。具体的には、バルブ２６を開にして、バルブ２４を閉し、バルブ２２を閉に維持する。これにより、蓄圧器１４と燃料タンク２０２との差圧が大きくなるため、充填速度が速い状態を維持できる。
　そして、３ｒｄバンクとなる例えば蓄圧器１４と燃料タンク２０２との差圧によって蓄圧器１４内に蓄圧された水素燃料は燃料タンク２０２側へと調整された充填速度で移動し、燃料タンク２０２の圧力は点線Ｐｔに示すように徐々にさらに上昇していく。それに伴い、蓄圧器１４の圧力（「３ｒｄ」で示すグラフ）は徐々に減少する。そして、３ｒｄバンクとなる蓄圧器１４によって燃料タンク２０２の圧力が演算された最終圧ＰＦ（例えば６５～８１ＭＰａ）になるまで充填する。
　以上のように、１ｓｔバンクから順に水素ガスを燃料タンク２０２に充填していくことになる。上述した例では、水素ステーション１０２に到来するＦＣＶ２００の燃料タンク２０２の圧力Ｐ１が予め設定された低圧バンクとなる蓄圧器１０の使用下限圧力程度よりも十分に低い圧力であった場合を示している。一例としては、満充填（満タン）時の例えば１／２以下といった十分に低い状態の場合を示している。かかる場合には、ＦＣＶ２００の燃料タンク２０２の圧力を最終圧力ＰＦに急速充填するためには、例えば３本の蓄圧器１０，１２，１４が必要である。但し、水素ステーション１０２に到来するＦＣＶ２００は、燃料タンク２０２の圧力が十分に低い場合に限るものではない。燃料タンク２０２の圧力が満充填時の例えば１／２より高い場合、例えば２本の蓄圧器１０，１２で足りる場合もあり得る。さらに、燃料タンク２０２の圧力が高い場合、例えば１本の蓄圧器１０で足りる場合もあり得る。いずれにしても、蓄圧器１０，１２，１４の間で使用する蓄圧器を切り替えることになる。
　ＦＣＶ２００の燃料タンク２０２への水素ガスの充填（供給）が終了すると、ディスペンサ３０のノズル４４をＦＣＶ２００の燃料タンク２０２の受け口（レセプタクル）から外し、ユーザは、例えば充填量に応じた料金を支払って、水素ステーション１０２から退場することになる。
　一方、水素製造装置３００の運転として、以下のように動作する。
　負荷上昇切り換え判定工程（Ｓ１０６）として、判定部４１０は、負荷上昇切り換えのタイミングとなる上昇条件が発生したかどうかを判定する。例えば、水素ステーション１０２へのＦＣＶ２００の到来をセンサ３１が検知することを上昇条件として用いると好適である。或いは、ＦＣＶ２００への水素ガス充填を開始したことを上昇条件として用いると好適である。或いは、ＦＣＶ２００への水素ガス充填中の所定のタイミングを上昇条件として用いても構わない。例えば、ＦＣＶ２００への水素ガス充填を開始後、数１０秒後のタイミングを上昇条件として用いる。かかる上昇条件が生じた場合には、負荷上昇処理工程（Ｓ１０８）に進む。上昇条件が生じていない場合には、負荷上昇切り換え判定工程（Ｓ１０６）に戻り、上昇条件が生じるまで負荷上昇切り換え判定工程（Ｓ１０６）を繰り返す。なお、上述した上昇条件に、さらに、水素製造装置３００により製造された水素ガスを蓄圧する蓄圧器（蓄圧器１０，１２，１４のいずれか、或いは全部）の残圧が閾値以下の場合を追加しても好適である。
　負荷上昇処理工程（Ｓ１０８）として、負荷上昇処理部４０６は、ＦＣＶ２００の到来に伴う上昇条件の発生を判定（検知）した判定（検知）タイミング（第１のタイミング）で運転負荷１（第１の運転負荷割合）よりも大きい運転負荷２（第２の運転負荷割合）に向かって水素製造装置３００の運転負荷を上昇させる。言い換えれば、例えば、水素ステーション１０２へのＦＣＶ２００の到来を検知したタイミングと、ＦＣＶ２００への水素ガス充填開始を検知したタイミングと、ＦＣＶ２００への水素ガス充填中の所定のタイミングと、のうち１つのタイミングで運転負荷２に向かって水素製造装置３００の運転負荷を上昇させる。具体的には、以下のように動作する。負荷上昇処理部４０６は、上昇条件の発生を判定（検知）した判定（検知）タイミングで、記憶装置４２０から運転負荷２の情報を読み出し、通信制御回路５０を介して、運転負荷２で運転するように負荷上昇コマンドを水素製造装置３００に出力する。水素製造装置３００は、負荷上昇コマンドを受信して、運転負荷１で運転していた状態から負荷を上昇させる。水素製造装置３００は、以下に説明する負荷下降処理が開始されない限り、運転負荷２になるまで負荷数％／分の速度Ｖ１で負荷を上昇させていく。例えば、負荷３％／分の速度Ｖ１で負荷を上昇させていく。そして、水素製造装置３００は、現在の運転状態の情報を負荷上昇処理部４０６に出力する。負荷上昇処理部４０６は、負荷上昇コマンドに沿った運転が実行されているかを管理し、必要に応じて制御コマンドを出力して水素製造装置３００を制御する。よって、水素製造装置３００は、徐々に上がっていく負荷に相当する水素ガスを製造していくことになる。そして、負荷下降処理が開始されず、運転負荷２の状態まで立ち上がった以降は、運転負荷２で運転を継続し、運転負荷２に相当する量の水素ガスを製造し続ける。その際、バルブ制御部６０は、通信制御回路５０を介して、開放弁３１９を閉にし、バルブ３２８を開にしておく。これにより、水素製造装置３００により製造された水素ガスは、圧縮機４０に供給される。
　バルブ制御部６０は、バルブ２１，２２，２３，２４，２５，２６，２８が閉じた状態から、例えば、バルブ２１を開にする。できるだけ使用により圧力が低下した蓄圧器のバルブを開にする。
　そして、圧縮機制御部６２は、圧縮機４０を駆動して、低圧（例えば０．６ＭＰａ）の水素ガスを圧縮しながら送り出し、１ｓｔバンクとなる蓄圧器１０の圧力が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧器１０に水素ガスを充填することで蓄圧器１０を復圧する。仮に、蓄圧器１０からＦＣＶ２００に水素ガスを充填中であれば、蓄圧器１０は、復圧されながらＦＣＶ２００に水素ガスを充填することになる。ＦＣＶ２００に水素ガスを充填する蓄圧器が蓄圧器１０から蓄圧器１２或いは蓄圧器１４に切り替わっていた場合には、同様に、順次、蓄圧器１２或いは蓄圧器１４を復圧する。
　以上により、ＦＣＶ２００への水素ガス充填により圧力が低下していく、多段蓄圧器１０１へ順次、水素ガスを供給する。水素製造装置３００が、例えば、負荷１００％で３０ｋｇ／ｈの水素ガスを製造する能力があり、ＦＣＶ２００への充填量が３ｋｇ／台であった場合、水素製造装置３００は、１０台／ｈ分の水素ガスを製造できる。よって、１台あたり６分で必要量の水素ガスを製造できる。例えば、負荷５０％で水素製造装置３００を運転すれば、５台／ｈ分の水素ガスを製造できることになる。よって、１台あたり１２分で必要量の水素ガスを製造できる。例えば、負荷３０％で水素製造装置３００を運転すれば、３台／ｈ分の水素ガスを製造できることになる。よって、１台あたり２０分で必要量の水素ガスを製造できる。１台あたりのＦＣＶ２００への水素ガスの充填時間が例えば５分程度であるとする。負荷上昇速度が負荷３％／分であれば、７分程度で例えば３０％から５０％に運転負荷を上昇させることができる。よって、仮に１台目のＦＣＶ２００の充填中に、或いは１台目のＦＣＶ２００の充填直後に２台目のＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来した場合でも、２台目のＦＣＶ２００の充填開始までには、ノズル４４の着脱等の時間も含めると１台目のＦＣＶ２００の充填開始から７～８分程度は経過していることになる。また、１台目のＦＣＶ２００の充填により蓄圧器１０，１２，１４が空になるわけではないので、２台目のＦＣＶ２００の充填開始までには、２台目のＦＣＶ２００にとっての必要量の水素ガスを十分に確保できる。よって、充填量不足は生じないようにできる。
　一方、２台目のＦＣＶ２００が到来しないのに、このまま、運転負荷２になるまで負荷を上昇させ続けた場合、１台目のＦＣＶ２００の充填後、かつ多段蓄圧器１０１への復圧完了後に製造される水素ガスは余ってしまうため、廃棄されてしまうことになる。そこで、実施の形態１では、以下のように負荷を切り替える。
　負荷下降切り換え判定工程（Ｓ１１０）として、判定部４１２は、負荷下降切り換えのタイミングとなる下降条件が発生したかどうかを判定する。例えば、ＦＣＶ２００への水素充填が完了したことを下降条件として用いると好適である。或いは、ＦＣＶ２００への水素充填完了後、所定の期間経過したことを下降条件として用いると好適である。或いは、水素製造装置３００により製造された水素ガスを蓄圧する蓄圧器１０（１２，１４）の圧力が閾値以上になったことを下降条件として用いると好適である。かかる下降条件が生じた場合には、負荷下降処理工程（Ｓ１１６）に進む。下降条件が生じていない場合には、負荷到達判定工程（Ｓ１１２）に進む。
　負荷到達判定工程（Ｓ１１２）として、水素製造装置３００は、水素製造装置３００の運転負荷が運転負荷２に到達したかどうかを判定する。或いは、判定部４１３は、水素製造装置３００の運転負荷が運転負荷２に到達したかどうかを判定するようにしても良い。運転負荷２に到達した場合には、負荷上昇停止処理工程（Ｓ１１４）に進む。運転負荷２に到達していない場合には、負荷上昇を継続しながら負荷下降切り換え判定工程（Ｓ１１０）に戻る。
　負荷上昇停止処理工程（Ｓ１１４）として、水素製造装置３００は、運転負荷２に到達した時点で負荷の上昇を停止し、運転負荷２の状態で運転を継続する。このように、運転負荷２に到達するまでに、例えば、ＦＣＶ２００への水素充填が完了しない場合には、運転負荷２に到達した時点で負荷の上昇を停止する。また、負荷上昇処理部４０６は、運転負荷２に到達した判定（検知）タイミングで、通信制御回路５０を介して、運転負荷２で維持した運転を行うように負荷維持コマンドを水素製造装置３００に出力してもよい。そして、負荷下降切り換え判定工程（Ｓ１１０）に戻る。
　負荷下降処理工程（Ｓ１１６）として、負荷下降処理部４０８は、ＦＣＶ２００への水素充填完了に伴う下降条件の発生を判定（検出）した判定（検出）タイミング（第２のタイミング）で運転負荷２（第２の運転負荷割合）よりも小さい運転負荷３（第３の運転負荷割合）に向かって水素製造装置３００の運転負荷を下降させる。言い換えれば、例えば、ＦＣＶ２００への水素充填完了を検知したタイミングと、ＦＣＶ２００への水素充填完了から所定の期間経過したタイミングと、水素製造装置３００により製造された水素ガスを蓄圧する蓄圧器１０（１２，１４）の圧力が閾値以上になったタイミングと、のうち１つのタイミングで運転負荷３に向かって水素製造装置３００の運転負荷を下降させる。具体的には、以下のように動作する。負荷下降処理部４０８は、下降条件の発生を判定（検知）した判定（検知）タイミングで、記憶装置４２０から運転負荷３の情報を読み出し、通信制御回路５０を介して、運転負荷３で運転するように負荷下降コマンドを水素製造装置３００に出力する。水素製造装置３００は、負荷下降コマンドを受信して、運転負荷２に向かって上昇中あるいは運転負荷２で運転していた状態から負荷を下降させる。水素製造装置３００は、運転負荷３になるまで負荷数％／分の速度Ｖ２で負荷を下降させていく。例えば、負荷３％／分の速度Ｖ２で負荷を下降させていく。そして、水素製造装置３００は、現在の運転状態の情報を負荷下降処理部４０８に出力する。負荷下降処理部４０８は、負荷下降コマンドに沿った運転が実行されているかを管理し、必要に応じて制御コマンドを出力して水素製造装置３００を制御する。よって、水素製造装置３００は、徐々に下がっていく負荷に相当する水素ガスを製造していくことになる。そして、次のＦＣＶ２００の到来を待つべく、負荷上昇切り換え判定工程（Ｓ１０６）に戻ると共に、負荷到達判定工程（Ｓ１１８）に進む。
　負荷到達判定工程（Ｓ１１８）として、水素製造装置３００は、水素製造装置３００の運転負荷が運転負荷３に到達したかどうかを判定する。或いは、判定部４１４は、水素製造装置３００の運転負荷が運転負荷３に到達したかどうかを判定するようにしても良い。運転負荷３に到達した場合には、負荷下降停止処理工程（Ｓ１２０）に進む。運転負荷３に到達していない場合には、負荷到達判定工程（Ｓ１１８）を繰り返す。
　負荷下降停止処理工程（Ｓ１２０）として、水素製造装置３００は、運転負荷３に到達した時点で負荷の下降を停止し、運転負荷３の状態で運転を継続する。このように、運転負荷３に到達するまでに、例えば、次のＦＣＶ２００が到来しない場合には、運転負荷３に到達した時点で負荷の下降を停止する。また、負荷下降処理部４０８は、運転負荷３に到達した判定（検知）タイミングで、通信制御回路５０を介して、運転負荷３で維持した運転を行うように負荷維持コマンドを水素製造装置３００に出力してもよい。そして、営業時間判定工程（Ｓ１２２）に進む。
　営業終了判定工程（Ｓ１２２）として、判定部４１５は、営業が終了したかどうかを判定する。まだ営業中であれば、次のＦＣＶ２００の到来を待つべく、負荷上昇切り換え判定工程（Ｓ１０６）に戻る。営業が終了した場合、翌日の営業開始まで運転負荷３で水素製造装置３００の運転を継続させる。
　図５は、実施の形態１における水素製造装置の運転負荷とＦＣＶ充填状況との関係の一例を示す図である。図５において、縦軸に水素製造装置３００の運転負荷（％）を示し、横軸にＦＣＶ２００への充填状況を示す。図５の例では、まず、水素製造装置３００が停止した状態から速度Ｖ１で運転負荷１（負荷Ｌ１）まで水素製造装置３００を立ち上げる。かかる状態で水素ステーション１０２の営業を開始する。１台目のＦＣＶ２００の充填が開始されると、速度Ｖ１で運転負荷２（負荷Ｌ２）に向かって水素製造装置３００の運転負荷を上昇させる。図５の例では、上昇途中で１台目のＦＣＶ２００の充填が完了する。よって、１台目のＦＣＶ２００の充填が完了すると、速度Ｖ２で運転負荷３（負荷Ｌ３）に向かって水素製造装置３００の運転負荷を下降させる。図５の例では、下降途中で２台目のＦＣＶ２００の充填が開始される。実施の形態１では、先のＦＣＶ２００（１台目）の次に水素ステーション１０２に到来する後続ＦＣＶ（２台目）に対する上昇条件の発生の判定（検知）タイミング（第１のタイミング）による運転負荷の上昇が、先のＦＣＶ２００（１台目）に対する下降条件の発生の判定（検出）タイミング（第２のタイミング）による運転負荷の下降に優先するように構成する。よって、２台目のＦＣＶ２００の充填が開始されると、速度Ｖ１で運転負荷２（負荷Ｌ２）に向かって水素製造装置３００の運転負荷を上昇させる。これにより、２台目のＦＣＶ２００の充填途中或いは充填完了直後に、引き続き３台目のＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来した場合でも、水素ガスの不足が生じないようにできる。図５の例では、２台目のＦＣＶ２００の充填途中に運転負荷２に到達する。運転負荷２に到達後は、運転負荷２で水素製造装置３００の運転が継続する。２台目のＦＣＶ２００の充填が完了すると、速度Ｖ２で運転負荷３（負荷Ｌ３）に向かって水素製造装置３００の運転負荷を下降させる。図５の例では、運転負荷３になるまで３台目以降のＦＣＶ２００が到来していない場合を示す。運転負荷３に到達後は、運転負荷３で水素製造装置３００の運転が継続する。営業時間の終了後は、翌日の営業開始まで運転負荷３で水素製造装置３００の運転を継続させる。図５の例では、運転負荷１、３が同じ値の場合を示しているが、運転負荷１、３が異なる場合、営業時間の終了後は、翌日の営業開始まで運転負荷１で水素製造装置３００の運転（待機運転：アイドリング運転）を継続させればよいし、また、暖機運転（改質器を温めておくが水素は製造しない）をしたり、水素製造装置３００の運転を停止してもよい。また、営業終了後に、翌日の営業に向けて、運転負荷１～３の設定を変更しても良い。もちろん、営業時間中に運転負荷１～３の設定を変更しても良い。設定変更後は、最新の設定値に合わせて運転が制御されることは言うまでもない。
　かかる運転方法により、図５において、営業開始時点から営業終了まで負荷１００％で水素製造装置３００を運転する場合に比べて、斜線部で示す面積に相当する製造量の水素ガスの無駄を解消できる。
　また、水素製造装置３００の運転負荷を上昇させる速度Ｖ１は、速度演算部４１６によって演算される。水素製造装置３００は、水素製造装置３００の性能限界よりも遅い速度であれば、上昇速度Ｖ１及び下降速度Ｖ２を可変に調整可能である。そこで、速度演算部４１６は、上昇速度Ｖ１を水素製造装置３００により製造された水素ガスを蓄圧する蓄圧器１０（１４，１６）の残圧に応じて可変に調整すると好適である。蓄圧器１０（１４，１６）の圧力は、各圧力計１１，１３，１５（１７，３１８）から圧力受信部６６が受信する。受信された圧力データは記憶装置８４に格納される。例えば、残圧が大きい場合には、上昇速度Ｖ１を遅くし、残圧が小さい場合には、上昇速度Ｖ１を速くするように演算する。これにより、さらに、廃棄する水素ガス量を低減できる。
　以上のように、実施の形態１によれば、設備を大きくせずに、実際の状況に合った無駄の少ない水素製造を行うことができる。
　以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。本発明は、例えば、電気分解による水素製造装置にも適用できる。
　また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
　その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての水素製造装置の運転方法及び水素製造装置の制御装置は、本発明の範囲に包含される。
　水素製造装置の運転方法及び水素製造装置の制御装置に関し、例えば、オンサイトＳＴに配置される水素製造装置の運転を制御する方法および装置に利用できる。
１０，１２，１４　蓄圧器
１１，１３，１５，１７，３１８　圧力計
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２８，３２８　バルブ
２７　流量計
２９　流量調整弁
３０　ディスペンサ
３１　センサ
３２　冷却器
３４　制御回路
４０　圧縮機
４４　ノズル
５０　通信制御回路
５１　メモリ
５２　受信部
５４　終了圧演算部
５６　フロー計画部
５８　システム制御部
６０，６５　バルブ制御部
６１　復圧制御部
６２　圧縮機制御部
６３　供給制御部
６４　ディスペンサ制御部
６６　圧力受信部
８０，８２，８４　記憶装置
８１　変換テーブル
８３　補正テーブル
１００　制御回路
１０１　多段蓄圧器
１０２　水素ステーション
１０４　復圧機構
１０６　供給部
２００　ＦＣＶ
２０２　燃料タンク
２０４　車載器
２０５　温度計
２０６　圧力計
３００　水素製造装置
３１９　開放弁
４００　水素製造装置制御部
４０２　負荷設定部
４０４　待機運転処理部
４０６　負荷上昇処理部
４０８　負荷下降処理部
４１０，４１２，４１３，４１４，４１５　判定部
４１６　速度演算部
４２０　記憶装置
５００　水素ガス供給システム

Claims (7)

  1. 　水素ステーションに配置され、前記水素ステーションに到来する燃料電池自動車（ＦＣＶ）に供給される水素ガスを製造する水素製造装置の運転方法において、
    　定格運転に対して予め設定される第１の運転負荷割合まで水素製造装置を立ち上げ、
    　前記ＦＣＶの到来に伴う第１のタイミングで前記第１の運転負荷割合よりも大きい第２の負荷割合に向かって前記水素製造装置の運転負荷を上昇させ、
    　前記ＦＣＶへの水素充填完了に伴う第２のタイミングで前記第２の運転負荷割合よりも小さい第３の運転負荷割合に向かって前記水素製造装置の運転負荷を下降させる、
    　ことを特徴とする水素製造装置の運転方法。
  2. 　前記第１のタイミングは、前記水素ステーションへの前記ＦＣＶの到来を検知したタイミングと、前記ＦＣＶへの水素ガス充填開始を検知したタイミングと、前記ＦＣＶへの水素ガス充填中の所定のタイミングと、のうち１つであることを特徴とする請求項１記載の水素製造装置の運転方法。
  3. 　前記第２のタイミングは、前記ＦＣＶへの水素充填完了を検知したタイミングと、前記ＦＣＶへの水素充填完了から所定の期間経過したタイミングと、前記水素製造装置により製造された水素ガスを蓄圧する蓄圧器の圧力が閾値以上になったタイミングと、のうち１つであることを特徴とする請求項１又は２記載の水素製造装置の運転方法。
  4. 　前記ＦＣＶの次に前記水素ステーションに到来する後続ＦＣＶに対する前記第１のタイミングによる運転負荷の上昇は、先の前記ＦＣＶに対する前記第２のタイミングによる運転負荷の下降に優先することを特徴とする請求項１～３いずれか記載の水素製造装置の運転方法。
  5. 　前記第１のタイミングは、前記水素ステーションへの前記ＦＣＶの到来を検知したタイミングと、前記ＦＣＶへの水素ガス充填開始を検知したタイミングと、前記ＦＣＶへの水素ガス充填中の所定のタイミングと、のうちの前記１つであって、さらに、前記水素製造装置により製造された水素ガスを蓄圧する蓄圧器の残圧が閾値以下の場合であることを特徴とする請求項２記載の水素製造装置の運転方法。
  6. 　前記水素製造装置の運転負荷を上昇させる速度は、前記水素製造装置により製造された水素ガスを蓄圧する蓄圧器の残圧に応じて可変に調整されることを特徴とする請求項１～４いずれか記載の水素製造装置の運転方法。
  7. 　水素ステーションに配置され、前記水素ステーションに到来する燃料電池自動車（ＦＣＶ）に供給される水素ガスを製造する水素製造装置の制御装置であって、
    　定格運転に対して予め設定される第１の運転負荷割合まで水素製造装置を立ち上げる立上げ処理部と、
    　前記ＦＣＶの到来に伴う第１のタイミングで前記第１の運転負荷割合よりも大きい第２の負荷割合に向かって前記水素製造装置の運転負荷を上昇させる負荷上昇処理部と、
    　前記ＦＣＶへの水素充填完了に伴う第２のタイミングで前記第２の運転負荷割合よりも小さい第３の運転負荷割合に向かって前記水素製造装置の運転負荷を下降させる負荷下降処理部と、
    　を備えたことを特徴とする水素製造装置の制御装置。
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