特許 6385305 水素ステーション

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6385305

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】水素ステーション

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/06 20060101AFI20180827BHJP

   F17C 7/00 20060101ALI20180827BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20180827BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   F17C5/06

   F17C7/00 A

   H01M8/0606

   H01M8/04 J

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-62917(P2015-62917)

(22)【出願日】2015年3月25日

(65)【公開番号】特開2016-183684(P2016-183684A)

(43)【公開日】2016年10月20日

【審査請求日】2017年5月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004444

【氏名又は名称】ＪＸＴＧエネルギー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(72)【発明者】

【氏名】蓑田 愛

(72)【発明者】

【氏名】山本 暁

【審査官】 佐藤 正宗

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５１０３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６３２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１００９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３９９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３４３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８８９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０８１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４０６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２４９０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１１９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１５７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ ５／０６

Ｆ１７Ｃ ７／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０６０６

Ｆ１７Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填する第１の圧縮手段と、前記水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する第２の圧縮手段と、を備える水素ステーションであって、
前記第１及び第２の圧縮手段は、
複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、
前記可変段圧縮機を前記第１の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第１の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第２の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第２の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、
前記水素輸送用容器から前記可変段圧縮機への入口配管、及び、前記水素貯蔵用容器から前記可変段圧縮機への入口配管のそれぞれに設けられ、前記可変段圧縮機の入口側要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁と、
を含んで構成され、
前記第１の接続形態と前記第２の接続形態とで、前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させ、前記第１の接続形態では、前記第２の接続形態と比べ、前記可変段圧縮機の圧縮段数を小さくすることを特徴とする、水素ステーション。

【請求項2】

水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填する第１の圧縮手段と、前記水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する第２の圧縮手段と、を備える水素ステーションであって、
前記第１及び第２の圧縮手段は、
複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、
前記可変段圧縮機を前記第１の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第１の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第２の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第２の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、
前記水素輸送用容器内の圧力を検出する第１の圧力検出装置と、
前記水素貯蔵用容器内の圧力を検出する第２の圧力検出装置と、
前記水素輸送用容器内の圧力に応じて、前記第１の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第１の圧縮段数制御装置と、
前記水素貯蔵用容器内の圧力に応じて、前記第２の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第２の圧縮段数制御装置と、
を含んで構成されることを特徴とする、水素ステーション。

【請求項3】

前記可変段圧縮機は、圧縮前の水素を第１圧縮段又は第１圧縮段より後段に選択的に吸入可能に構成したことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の水素ステーション。

【請求項4】

前記可変段圧縮機は、圧縮後の水素を最終圧縮段又は最終圧縮段より前段から選択的に吐出可能に構成したことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の水素ステーション。

【請求項5】

前記可変段圧縮機から前記水素貯蔵用容器への出口配管、及び、前記可変段圧縮機から前記蓄圧器への出口配管のそれぞれに、前記水素貯蔵用容器及び前記蓄圧器の要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の水素ステーション。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素ステーションに関し、特に、水素輸送用容器（水素トレーラ、カードルなど）から水素貯蔵用容器への充填用の圧縮手段、及び、水素貯蔵用容器からディスペンサー用の蓄圧器への充填用の圧縮手段を備える水素ステーションに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、多段の水素圧縮機、特に圧縮前の水素を中間段に選択的に供給可能とすることで、圧縮段数を可変とした可変段圧縮機を備える水素ステーションが開示されている。
そして、特許文献１に開示の水素ステーションでは、水素発生装置又は水素カードルからの水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に供給する際に、水素発生装置からの低圧の水素を圧縮する場合は、水素を多段圧縮機の初段に供給し、水素カードルからの中圧の水素を圧縮する場合は、水素を多段圧縮機の中間段に供給することで、可変段で圧縮している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２６３２４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、水素トレーラ、カードルなどの水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填し、水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する水素ステーションでは、水素貯蔵用容器への充填用と、蓄圧器への充填用とに、それぞれ圧縮機が必要となり、設備コストが大となる。

【0005】

本発明は、このような実状に鑑み、特許文献１に記載のような可変段圧縮機を利用し、単一の可変段圧縮機で、水素貯蔵容器への充填と蓄圧器への充填とを行うことができる水素ステーションを提供することを第１の課題とする。

【0006】

また、従来の水素ステーションでは、圧縮機とその前段の容器との間に水素の圧力を例えば０．６ＭＰａ程度まで減圧する減圧弁を備えている。これは、水素の運用効率を向上させるべく圧縮機の前段の容器内が極低圧となるまで水素を払い出しても、要求圧力まで圧縮可能なように圧縮段数が設定されることから、圧縮機の前段の容器内の圧力が高いときに過圧縮とならないように、圧縮機の入口側の圧力を減圧するためである。しかし、その分、要求圧力まで圧縮するために、圧縮コスト（圧縮機駆動のための消費電力）が嵩んでしまう。

【0007】

本発明は、このような問題にも対処可能とするため、水素ステーションにおいて、圧縮機の前段の容器内の圧力の変化（低下）に応じた最適な圧縮機の制御を可能とするシステムを構築することを第２の課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記第１の課題を解決するために、本発明では、水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填する第１の圧縮手段と、前記水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する第２の圧縮手段と、を備える水素ステーションにおいて、前記第１及び第２の圧縮手段は、複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、前記可変段圧縮機を前記第１の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第１の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第２の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第２の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、を含んで構成され、前記第１の接続形態と前記第２の接続形態とで、前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる。
具体的には、前記第１の接続形態では、前記第２の接続形態と比べ、前記可変段圧縮機の圧縮段数を小さくする。

【0009】

また、上記第２の課題を解決するために、本発明では、前記第１及び第２の圧縮手段は、前記水素輸送用容器内の圧力を検出する第１の圧力検出装置と、前記水素貯蔵用容器内の圧力を検出する第２の圧力検出装置と、前記水素輸送用容器内の圧力に応じて、前記第１の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第１の圧縮段数制御装置と、前記水素貯蔵用容器内の圧力に応じて、前記第２の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第２の圧縮段数制御装置と、を更に含んで構成される。具体的には、圧力が高いほど圧縮段数を小さくし、圧力が低下するに伴って圧縮段数を大きくする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、水素輸送用容器から水素貯蔵用容器への充填と、水素貯蔵用容器から蓄圧器への充填とを、１つの圧縮機で賄うことができ、しかも、それぞれに適した圧縮段数で圧縮を行うことができ、設備コストの低減等を図ることができる。

【0011】

また、圧縮機の前段の容器内の圧力を検出し、これに応じて圧縮段数を制御することで、圧力が高いときは、圧縮段数を小さくして、圧縮コストの低下を図り、払い出しによって圧力が低下したときは、圧縮段数を大きくして、要求される充填圧力を確保することができ、最適な圧縮機の制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態を示す水素ステーションのシステム図

【図2】本発明の第２実施形態を示す水素ステーションのシステム図

【図3】本発明の第３実施形態を示す水素ステーションのシステム図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す水素ステーションのシステム図である。

【0014】

本実施形態の水素ステーションには、外部から、水素輸送用容器を用いて、水素が搬入される。水素輸送用容器としては、大型のボンベを束ねて搭載した自走式の水素トレーラ、又は、車両により搬送されて荷卸しされる小型のボンベ（シリンダ）を束ねた形の水素カードルなどがあり、特に限定されるものではない。但し、以下の説明では、便宜上、水素トレーラ１を用いるものとして説明する。

【0015】

本実施形態の水素ステーションは、水素トレーラ１から供給される水素を中圧（例えば４５ＭＰａ）で貯蔵する、全体として大容量の、水素貯蔵用容器（以下単に「貯蔵用容器」という）２と、ディスペンサー４により燃料電池自動車（ＦＣＶ）５へ供給する高圧（例えば８２ＭＰａ）の水素を蓄圧する、全体として小容量の、蓄圧器３と、を備える。

【0016】

貯蔵用容器２へは、水素トレーラ１が到着したときに、水素トレーラ１から供給される水素を圧縮して充填する。
蓄圧器３へは、ディスペンサー４によるＦＣＶ５への充填ごと、又は蓄圧器３内の水素が所定量消費されるごとなどに、貯蔵用容器２から供給される水素を圧縮して充填する。
ここで、貯蔵用容器２への圧縮充填、及び、蓄圧器３への圧縮充填のため、単一の可変段圧縮機６が用いられる。

【0017】

可変段圧縮機６は、複数のレシプロ型の圧縮段（本実施形態では第１〜第５シリンダ）を有すると共に圧縮段数が可変である。
可変段圧縮機６は、具体的には、中央のクランク式回転駆動部１０の回りに半径方向に放射状に第１〜第５シリンダ１１〜１５を有し、各シリンダ１１〜１５内にはクランク式回転駆動部１０のクランク軸により駆動されて往復動するピストン（図示せず）を有している。そして、各シリンダ１１〜１５のシリンダヘッドとピストンとの間にポンプ室（図示せず）が形成され、各ポンプ室には吸入ポートａ１〜ａ５と吐出ポートｂ１〜ｂ５とが設けられている。尚、吸入ポートａ１〜ａ５及び吐出ポートｂ１〜ｂ５にはそれぞれ一方向弁（図示せず）が装着されている。

【0018】

そして、前段のシリンダ１１〜１４の吐出ポートｂ１〜ｂ４と後段のシリンダ１２〜１５の吸入ポートａ２〜ａ５とを連通路ｃ１〜ｃ４により接続することで、５段の圧縮機を構成している。
この５段の圧縮機は、第１シリンダ１１の吸入ポートａ１から水素を吸入し、５段で圧縮して、第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５から吐出する。

【0019】

一方、第２シリンダ１２の吸入ポートａ２への連通路ｃ１に切換弁ｄ２を設けて、４段用吸入通路ｅ２を接続することで、４段の圧縮機を構成可能としている。
４段の圧縮機として使用する場合は、４段用吸入通路ｅ２及び切換弁ｄ２を用いて、第２シリンダ１２の吸入ポートａ２から水素を吸入し、４段で圧縮して、第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５から吐出する。この場合、使用しない圧縮段（第１シリンダ１１）については、負荷をより低減するように、吸入側と吐出側とを連通させるなどするとよい。

【0020】

言い換えれば、可変段圧縮機６は、圧縮前の水素を、第１圧縮段である第１シリンダ１１、又は、これより後段の第２シリンダ１２に、選択的に吸入可能に構成することで、可変段（５段圧縮機及び４段圧縮機）を実現している。

【0021】

ここにおいて、可変段圧縮機６の第２シリンダ１２の吸入ポートａ２に切換弁ｄ２を介してつながる４段用吸入通路ｅ２には、入口側から順に、水素トレーラ１との接続用のカップリング２０、開閉弁２１、減圧弁２２が設けられる。
従って、水素トレーラ１は、開閉弁２１、減圧弁２２を介して、可変段圧縮機６の４段用吸入通路ｅ２（第２シリンダ１２の吸入ポートａ２）に接続される。減圧弁２２の減圧圧力は例えば０．６ＭＰａに設定される。

【0022】

貯蔵用容器２の出口側は、開閉弁２３、減圧弁２４を介して、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１の吸入ポートａ１に接続される。減圧弁２４の減圧圧力は例えば０．６ＭＰａに設定される。

【0023】

可変段圧縮機６の最終圧縮段である第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５からの出口配管は、２つに分岐し、一方は開閉弁２５、減圧弁２６を介して、貯蔵用容器２の入口側に接続され、他方は開閉弁２７、減圧弁２８を介して、蓄圧器３の入口側に接続される。減圧弁２６の減圧圧力は貯蔵用容器２の要求圧力に応じて例えば４５ＭＰａに設定される。減圧弁２８の減圧圧力は蓄圧器３の要求圧力に応じて例えば８２ＭＰａに設定される。

【0024】

開閉弁２１、２３、２５、２７及び切換弁ｄ２は、制御装置３０により制御される。
制御装置３０は、水素トレーラ１から貯蔵用容器２への圧縮充填時に、開閉弁２１、２５を開き、切換弁ｄ２を４段用吸入通路ｅ２と第２シリンダ１２の吸入ポートａ２とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁２３、２７は閉状態に保持される。
制御装置３０は、また、貯蔵用容器２から蓄圧器３への圧縮充填時に、開閉弁２３、２７を開き、切換弁ｄ２を第１シリンダ１１の吐出ポートｂ１と第２シリンダ１２の吸入ポートａ２とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁２１、２５は閉状態に保持される。

【0025】

従って、開閉弁２１、２５及び開閉弁２３、２７は、可変段圧縮機６を貯蔵用容器２充填用の第１の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機６の入口側に水素トレーラ１を配管接続し、可変段圧縮機６の出口側に貯蔵用容器２を配管接続する第１の接続形態、及び、可変段圧縮機６を蓄圧器３充填用の第２の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機６の入口側に貯蔵用容器２を配管接続し、可変段圧縮機６の出口側に蓄圧器３を配管接続する第２の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置に相当する。
また、前記第１の接続形態と前記第２の接続形態とで、可変段圧縮機６の圧縮段数を変化させる。具体的には、前記第１の接続形態では、前記第２の接続形態と比べ、可変段圧縮機６の圧縮段数を小さくする。

【0026】

次に第１実施形態の作用を説明する。
水素トレーラ１が到着すると、水素トレーラ１は荷卸しのためカップリング２０に接続される。このとき、制御装置３０によって、開閉弁２１、２５が開き、切換弁ｄ２は４段用吸入通路ｅ２と第２シリンダ１２の吸入ポートａ２とを連通する位置に切換えられる。尚、開閉弁２３、２７は閉じている。

【0027】

このとき、水素トレーラ１内の水素は、開閉弁２１を通って減圧弁２２で例えば０．６ＭＰａまで減圧された後、切換弁ｄ２を通って可変段圧縮機６の第２シリンダ１２に吸入される。これにより、水素は第２〜第５シリンダ１２〜１５により４段で圧縮される。例えば、１段当たりの圧縮比を３．０とすると、４段で８１倍となり、０．６ＭＰａから４８．６ＭＰａまで昇圧される。

【0028】

可変段圧縮機６の第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５より吐出された水素は、開閉弁２５を通って減圧弁２６で例えば４５ＭＰａまで減圧された後、貯蔵用容器２内に充填される。

【0029】

貯蔵用容器２内に貯蔵されている中圧の水素を高圧にして蓄圧器３に蓄圧する際は、制御装置３０によって、開閉弁２３、２７を開き、切換弁ｄ２を第１シリンダ１１の吐出ポートｂ１と第２シリンダ１２の吸入ポートａ２とを連通する位置に切換える。尚、開閉弁２１、２５は閉じている。

【0030】

このとき、貯蔵用容器２内の水素は、開閉弁２３を通って減圧弁２４で例えば０．６ＭＰａまで減圧された後、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１に吸入される。これにより、水素は第１〜第５シリンダ１１〜１５により５段で圧縮される。例えば、１段当たりの圧縮比を３．０とすると、５段で２４３倍となり、０．６ＭＰａから１４５．８ＭＰａまで昇圧される。

【0031】

可変段圧縮機６の第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５より吐出された水素は、開閉弁２７を通って減圧弁２８で例えば８２ＭＰａまで減圧された後、蓄圧器３内に充填される。
蓄圧器３内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー４により、ＦＣＶ５に差圧充填される。

【0032】

本実施形態によれば、水素トレーラ１から貯蔵用容器２への充填と、貯蔵用容器２から蓄圧器３への充填とを、１つの圧縮機６で賄うことができ、しかも、それぞれに適した圧縮段数で圧縮を行うことができ、設備コストの低減等を図ることができる。

【0033】

また、本実施形態では、水素トレーラ１から可変段圧縮機６への入口配管、及び、貯蔵用容器２から可変段圧縮機６への入口配管のそれぞれに、可変段圧縮機６の入口側要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁２２、２４を有する。これにより、圧縮コストは増大するものの、水素トレーラ１や貯蔵用容器２から水素を十分に払い出すことができ、水素の運用効率が向上する。

【0034】

また、本実施形態では、可変段圧縮機６から貯蔵用容器２への出口配管、及び、可変段圧縮機６から蓄圧器３への出口配管のそれぞれに、貯蔵用容器２及び蓄圧器３の要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁２６、２８を有する。これにより、貯蔵用容器２及び蓄圧器３の要求圧力を確実に実現することができる。

【0035】

図２は本発明の第２実施形態を示す水素ステーションのシステム図である。図２において、図１と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、異なる要素について説明する。

【0036】

本実施形態では、圧縮機６の第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４からの連通路ｃ４に切換弁ｆ４を設けて、４段用吐出通路ｇ４を接続することで、４段の圧縮機を構成可能としている。
４段の圧縮機として使用する場合は、第１シリンダ１１の吸入ポートａ１から水素を吸入し、４段で圧縮して、第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４から、切換弁ｆ４及び４段用吐出通路ｇ４を用いて、吐出する。

【0037】

言い換えれば、本実施形態の可変段圧縮機６は、圧縮後の水素を、最終圧縮段である第５シリンダ１５、又は、これより前段の第４シリンダ１４から、選択的に吐出可能に構成することで、可変段（５段圧縮機及び４段圧縮機）を実現している。

【0038】

ここにおいて、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１の吸入ポートａ１への入口配管は、２つに分岐し、一方の分岐路には、入口側から順に、水素トレーラ１との接続用のカップリング２０、開閉弁２１、減圧弁２２が設けられる。
従って、水素トレーラ１は、開閉弁２１、減圧弁２２を介して、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１の吸入ポートａ１に接続される。減圧弁２２の減圧圧力は例えば０．６ＭＰａに設定される。

【0039】

そして、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１の吸入ポートａ１への入口配管の他方の分岐路には、貯蔵用容器２の出口側が開閉弁２３、減圧弁２４を介して接続される。減圧弁２４の減圧圧力は例えば０．６ＭＰａに設定される。

【0040】

可変段圧縮機６の第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４に切換弁ｆ４を介してつながる４段用吐出通路ｇ４は、開閉弁２５、減圧弁２６を介して、貯蔵用容器２の入口側に接続される。減圧弁２６の減圧圧力は貯蔵用容器２の要求圧力に応じて例えば４５ＭＰａに設定される。
可変段圧縮機６の第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５からの出口配管は、開閉弁２７、減圧弁２８を介して、蓄圧器３の入口側に接続される。減圧弁２８の減圧圧力は蓄圧器３の要求圧力に応じて例えば８２ＭＰａに設定される。

【0041】

開閉弁２１、２３、２５、２７及び切換弁ｆ４は、制御装置３０により制御される。
制御装置３０は、水素トレーラ１から貯蔵用容器２への圧縮充填時に、開閉弁２１、２５を開き、切換弁ｆ４を第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４と４段用吐出通路ｇ４とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁２３、２７は閉状態に保持される。
制御装置３０は、また、貯蔵用容器２から蓄圧器３への圧縮充填時に、開閉弁２３、２７を開き、切換弁ｆ４を第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４と第５シリンダ１５の吸入ポートａ５とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁２１、２５は閉状態に保持される。

【0042】

次に第２実施形態の作用を説明する。
水素トレーラ１が到着すると、水素トレーラ１は荷卸しのためカップリング２０に接続される。このとき、制御装置３０によって、開閉弁２１、２５が開き、切換弁ｆ４は第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４と４段用吐出通路ｇ４とを連通する位置に切換えられる。尚、開閉弁２３、２７は閉じている。

【0043】

このとき、水素トレーラ１内の水素は、開閉弁２１を通って減圧弁２２で例えば０．６ＭＰａまで減圧された後、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１に吸入される。これにより、水素は第１〜第４シリンダ１１〜１４により４段で圧縮される。

【0044】

可変段圧縮機６の第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４より吐出された水素は、切換弁ｆ４、４段用吐出通路ｇ４、開閉弁２５を通って減圧弁２６で例えば４５ＭＰａまで減圧された後、貯蔵用容器２内に充填される。

【0045】

貯蔵用容器２内に貯蔵されている中圧の水素を高圧にして蓄圧器３に蓄圧する際は、制御装置３０によって、開閉弁２３、２７を開き、切換弁ｆ４を第４シリンダ１４の吐出ポートｂ４と第５シリンダ１５の吸入ポートａ５とを連通する位置に切換える。尚、開閉弁２１、２５は閉じている。

【0046】

このとき、貯蔵用容器２内の水素は、開閉弁２３を通って減圧弁２４で例えば０．６ＭＰａまで減圧された後、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１に吸入される。これにより、水素は第１〜第５シリンダ１１〜１５により５段で圧縮される。

【0047】

可変段圧縮機６の第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５より吐出された水素は、開閉弁２７を通って減圧弁２８で例えば８２ＭＰａまで減圧された後、蓄圧器３内に充填される。
蓄圧器３内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー４により、ＦＣＶ５に差圧充填される。

【0048】

第２実施形態によれば、第１実施形態とほぼ同様の効果が得られる。

【0049】

図３は本発明の第３実施形態を示す水素ステーションのシステム図である。図３において、図１と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、異なる要素について説明する。

【0050】

本実施形態では、圧縮機６の第２シリンダ１２の吸入ポートａ２への連通路ｃ１に切換弁ｄ２を設けて、４段用吸入通路ｅ２を接続することで、４段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機６の第３シリンダ１３の吸入ポートａ３への連通路ｃ２に切換弁ｄ３を設けて、３段用吸入通路ｅ３を接続することで、３段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機６の第４シリンダ１４の吸入ポートａ４への連通路ｃ３に切換弁ｄ４を設けて、２段用吸入通路ｅ４を接続することで、２段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機６の第５シリンダ１４の吸入ポートａ５への連通路ｃ４に切換弁ｄ５を設けて、１段用吸入通路ｅ５を接続することで、１段の圧縮機を構成可能としている。

【0051】

言い換えれば、可変段圧縮機６は、圧縮前の水素を、第１圧縮段である第１シリンダ１１、又は、これより後段の第２〜第５シリンダ１２〜１５に、選択的に吸入可能に構成することで、可変段（５段圧縮機〜１段圧縮機）を実現している。

【0052】

ここにおいて、水素トレーラ１との接続用のカップリング２０からの水素通路には、カップリング２０側から順に、圧力センサ３１、開閉弁２１が設けられ、これらの下流側は、この例では４つに分岐して、それぞれに開閉弁４２〜４５と減圧弁５２〜５５とが設けられる。尚、開閉弁４２〜４５は開閉弁２１の開時にいずれか１つが選択的に開となる。
そして、各減圧弁５２〜５５（各開閉弁４２〜４５）の下流側は、可変段圧縮機６の第２〜第５シリンダ１２〜１５の吸入ポートａ２〜ａ５に切換弁ｄ２〜ｄ５を介してつながる４段〜１段用吸入通路ｅ２〜ｅ５（又はその一方の分岐路）に接続されている。
減圧弁５２の減圧圧力は例えば０．６ＭＰａ、減圧弁５３の減圧圧力は例えば１．８ＭＰａ、減圧弁５４の減圧圧力は例えば５．４ＭＰａ、減圧弁５５の減圧圧力は例えば１６．２ＭＰａに設定される。但し、減圧弁５２〜５５は省略可能である。

【0053】

貯蔵用容器２の出口側には、圧力センサ３２、開閉弁２３が順に設けられ、これらの下流側は、この例では３つに分岐して、それぞれに開閉弁６１〜６３と減圧弁７１〜７３とが設けられる。尚、開閉弁６１〜６３は開閉弁２３の開時にいずれか１つが選択的に開となる。
そして、減圧弁７１（開閉弁６１）の下流側は、可変段圧縮機６の第１シリンダ１１の吸入ポートａ１に直接接続され、減圧弁７２、７３（開閉弁６２、６３）の下流側は、可変段圧縮機６の第２、第３シリンダ１２、１３の吸入ポートａ２、ａ３に切換弁ｄ２、ｄ３を介してつながる４段、３段用吸入通路ｅ２、ｅ３の他方の分岐路に接続されている。
減圧弁７１の減圧圧力は例えば０．６ＭＰａ、減圧弁７２の減圧圧力は例えば１．８ＭＰａ、減圧弁７３の減圧圧力は例えば５．４ＭＰａに設定される。但し、減圧弁７１〜７３は省略可能である。

【0054】

可変段圧縮機６の最終圧縮段である第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５からの出口配管は、２つに分岐し、一方は開閉弁２５、減圧弁２６を介して、貯蔵用容器２の入口側に接続され、他方は開閉弁２７、減圧弁２８を介して、蓄圧器３の入口側に接続される。減圧弁２６の減圧圧力は貯蔵用容器２の要求圧力に応じて例えば４５ＭＰａに設定される。減圧弁２８の減圧圧力は蓄圧器３の要求圧力に応じて例えば８２ＭＰａに設定される。

【0055】

開閉弁２１、２３、２５、２７、４２〜４５、６１〜６３及び切換弁ｄ２〜ｄ５は、制御装置３０により制御される。
圧力センサ３１は、第１の圧力検出装置として、水素トレーラ１内の水素の圧力を検出する。圧力センサ３２は、第２の圧力検出装置として、貯蔵用容器２内の水素の圧力を検出する。これらの圧力センサ３１、３２の検出信号は制御装置３０に入力される。

【0056】

制御装置３０は、水素トレーラ１から貯蔵用容器２への圧縮充填時に、開閉弁２１、２５を開くと共に、圧力センサ３１により検出される水素トレーラ１内の水素圧力に応じて、目標とする４５ＭＰａ以上の圧縮後圧力を得るように、圧縮段数を定めて、開閉弁４２〜４５のいずれか１つを選択的に開く。また、開閉弁４２〜４５の選択的に開くと同時に、対応する切換弁ｄ２〜ｄ５を選択的に切換える。このとき、開閉弁２３、２７は閉状態に保持される。
制御装置３０は、また、貯蔵用容器２から蓄圧器３への圧縮充填時に、開閉弁２３、２７を開くと共に、圧力センサ３２により検出される貯蔵用容器２内の水素圧力に応じて、目標とする８２ＭＰａ以上の圧縮後圧力を得るように、圧縮段数を定めて、開閉弁６１〜６３のいずれか１つを選択的に開く。開閉弁６２又は６３を開いた場合は、これと同時に、対応する切換弁ｄ２又はｄ３を選択的に切換える。このとき、開閉弁２１、２５は閉状態に保持される。

【0057】

従って、開閉弁２１、２５及び開閉弁２３、２７は、可変段圧縮機６を貯蔵用容器２充填用の第１の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機６の入口側に水素トレーラ１を配管接続し、可変段圧縮機６の出口側に貯蔵用容器２を配管接続する第１の接続形態、及び、可変段圧縮機６を蓄圧器３充填用の第２の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機６の入口側に貯蔵用容器２を配管接続し、可変段圧縮機６の出口側に蓄圧器３を配管接続する第２の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置に相当する。

【0058】

開閉弁４２〜４５は、水素トレーラ１内の圧力に応じて、前記第１の圧縮手段として使用するときの可変段圧縮機６の圧縮段数を変化させる第１の圧縮段数制御装置に相当する。
開閉弁７１〜７３は、貯蔵用容器２内の圧力に応じて、前記第２の圧縮手段として使用するときの可変段圧縮機６の圧縮段数を変化させる第２の圧縮段数制御装置に相当する。

【0059】

次に第３実施形態の作用を説明する。
水素トレーラ１が到着すると、水素トレーラ１は荷卸しのためカップリング２０に接続される。このとき、制御装置３０によって、開閉弁２１、２５が開く。開閉弁２３、２７は閉じている。
また、制御装置３０によって、圧力センサ３１の信号に基づいて、水素トレーラ１内の圧力が検出され、これに応じて、開閉弁４２〜４５のいずれか１つが選択的に開く。また、対応する切換弁ｄ２〜ｄ５が選択的に切換えられる。

【0060】

このとき、水素トレーラ１内の水素は、開閉弁２１から、開閉弁４２〜４５のいずれか１つを通り、更に対応する切換弁ｄ２〜ｄ５を通って、可変段圧縮機６の第２〜第５シリンダ１２〜１５のいずれか１つに吸入される。これにより、水素は第２シリンダ１２に吸入された場合は４段で、第３シリンダ１３に吸入された場合は３段で、第４シリンダ１４に吸入された場合は２段で、第５シリンダ１５に吸入された場合は１段で、圧縮される。

【0061】

こうして、水素トレーラ１内の圧力が高いときは、例えば開閉弁４５又は４４が開いて、１段又は２段で圧縮され、水素トレーラ１内の水素の払い出しに伴って、水素トレーラ１内の圧力が低下すると、例えば開閉弁４３又は４２が開いて、３段又は４段で圧縮される。これにより、水素トレーラ１内の圧力変化にかかわらず、目標とする４５ＭＰａ以上の圧縮圧力が得られる。

【0062】

可変段圧縮機６の第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５より吐出された水素は、開閉弁２５を通って減圧弁２６で例えば４５ＭＰａまで減圧された後、貯蔵用容器２内に充填される。

【0063】

貯蔵用容器２内に貯蔵されている中圧の水素を高圧にして蓄圧器３に蓄圧する際は、制御装置３０によって、開閉弁２３、２７が開く。開閉弁２１、２５は閉じている。
また、制御装置３０によって、圧力センサ３２の信号に基づいて、貯蔵用容器２内の圧力が検出され、これに応じて、開閉弁６１〜６３のいずれか１つが選択的に開く。また、開閉弁６２又は６３が開く場合は、対応する切換弁ｄ２又はｄ３が切換えられる。

【0064】

このとき、貯蔵用容器２内の水素は、開閉弁２３から、開閉弁６１〜６３のいずれか１つを通り、更に対応する切換弁ｄ２、ｄ３を通って（但し開閉弁６２又は６３の選択時のみ）、可変段圧縮機６の第１〜第３シリンダ１１〜１３のいずれか１つに吸入される。これにより、水素は第１シリンダ１１に吸入された場合は５段で、第２シリンダ１２に吸入された場合は４段で、第３シリンダ１３に吸入された場合は３段で、圧縮される。

【0065】

こうして、貯蔵用容器２内の圧力が高いときは、例えば開閉弁６３が開いて、３段で圧縮され、貯蔵用容器２内の水素の払い出しに伴って、貯蔵用容器２内の圧力が次第に低下すると、例えば開閉弁６２が開いて、４段で、更には、例えば開閉弁６１が開いて、５段で圧縮される。これにより、貯蔵用容器２内の圧力変化にかかわらず、目標とする８２ＭＰａ以上の圧縮圧力が得られる。

【0066】

可変段圧縮機６の第５シリンダ１５の吐出ポートｂ５より吐出された水素は、開閉弁２７を通って減圧弁２８で例えば８２ＭＰａまで減圧された後、蓄圧器３内に充填される。
蓄圧器３内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー４により、ＦＣＶ５に差圧充填される。

【0067】

第３実施形態によれば、水素トレーラ１から貯蔵用容器２への圧縮充填時に、水素トレーラ１内の圧力を検出し、これに応じて圧縮段数を制御することで、圧力が高いときは、圧縮段数を小さくして、圧縮コストの低下を図り、払い出しによって圧力が低下したときは、圧縮段数を大きくして、要求される充填圧力を確保することができる。
また、貯蔵用容器２から蓄圧器３への圧縮充填時に、貯蔵用容器２内の圧力を検出し、これに応じて圧縮段数を制御することで、圧力が高いときは、圧縮段数を小さくして、圧縮コストの低下を図り、払い出しによって圧力が低下したときは、圧縮段数を大きくして、要求される充填圧力を確保することができる。
また、圧縮機６の前段で減圧弁４２〜４５、７１〜７３を用いるとしても、調整用であり、大幅な減圧をするものではないので、エネルギーロスを低減することができる。

【0068】

第３実施形態（図３）では、水素トレーラ１から貯蔵用容器２への圧縮充填時には、４段〜１段に切換え可能とし、貯蔵用容器２から蓄圧器３への圧縮充填時には、５段〜３段に切換え可能としたが、これは図示の制約からであり、いずれの圧縮充填時においても５段〜１段に切換え可能としてもよい。
また、第３実施形態（図３）では、圧縮段数を小さくする際に、第１実施形態（図１）と同様、圧縮前の水素を第１圧縮段（第１シリンダ１１）より後段に吸入可能とするようにしたが、第２実施形態（図２）と同様に、圧縮後の水素を最終圧縮段（第５シリンダ１５）より前段から吐出可能とするようにしてもよい。

【0069】

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0070】

１ 水素トレーラ（輸送用容器）
２ 貯蔵用容器
３ 蓄圧器
４ ディスペンサー
５ 燃料電池自動車（ＦＣＶ）
６ 可変段圧縮機
１０ クランク式回転駆動部
１１〜１５ シリンダ
ａ１〜ａ５ 吸入ポート
ｂ１〜ｂ５ 吐出ポート
ｃ１〜ｃ４ 連通路
ｄ２〜ｄ５ 切換弁
ｅ２〜ｅ５ ４段〜１段用吸入通路
ｆ４ 切換弁
ｇ４ ４段用吐出通路
２０ カップリング
２１、２３、２５、２７ 開閉弁
２２、２４、２６、２８ 減圧弁
３０ 制御装置
３１、３２ 圧力センサ
４２〜４５、６２〜６３ 開閉弁
５２〜５５、７１〜７３ 減圧弁

【図1】

【図2】

【図3】