特許 6714487 高圧水素製造システム

(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】6714487

(24)【登録日】2020年6月9日

(45)【発行日】2020年6月24日

(54)【発明の名称】高圧水素製造システム

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/06 20060101AFI20200615BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20200615BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20200615BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20200615BHJP

   C01B 3/00 20060101ALI20200615BHJP

【ＦＩ】

   F17C5/06

   H01M8/0606

   H01M8/04 J

   H01M8/04746

   C01B3/00 Z

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-191523(P2016-191523)

(22)【出願日】2016年9月29日

(65)【公開番号】特開2018-54032(P2018-54032A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年5月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】古田 博貴

【審査官】 二ッ谷 裕子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１８３７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３７４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１２５４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３６１７９６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ ５／０６

Ｃ０１Ｂ ３／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４７４６

Ｈ０１Ｍ ８／０６０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素を出力する水素製造装置と、
前記水素製造装置によって出力された水素を昇圧する第１圧縮機と、
前記第１圧縮機の吐出側に並列に接続され、前記第１圧縮機の吸入側には接続されない第１蓄圧器および第２蓄圧器と、
前記第１蓄圧器および前記第２蓄圧器に貯留された水素を昇圧する第２圧縮機と、
前記第１蓄圧器の圧力が第１閾値未満であると、該第１蓄圧器と前記第１圧縮機とを連通し、該第１蓄圧器の圧力が該第１閾値以上であると、該第１蓄圧器と該第１圧縮機との連通を遮断し、前記第２蓄圧器の圧力が第２閾値以上であると、前記水素製造装置を制御して該水素製造装置による水素の製造を停止する停止処理を開始し、該第２蓄圧器の圧力が該第２閾値未満であると、該水素製造装置を制御して該水素製造装置による水素の製造を開始する開始処理を遂行する制御部と、
を備えた高圧水素製造システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１蓄圧器の圧力が前記第１閾値未満であると、前記第１圧縮機を制御し、前記水素製造装置によって出力された水素を昇圧させて前記第１蓄圧器に貯留させる請求項１に記載の高圧水素製造システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１閾値未満であって、前記第２蓄圧器の圧力が第３閾値未満であると、前記水素製造装置と該第２蓄圧器とを連通させるとともに前記第１圧縮機を制御し、該水素製造装置によって出力された水素を該第２蓄圧器に貯留させる請求項１または２に記載の高圧水素製造システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記第２蓄圧器の圧力が前記第３閾値以上であると、該第２蓄圧器と前記第２圧縮機とを連通させるとともに該第２圧縮機を制御する請求項１から３のいずれか１項に記載の高圧水素製造システム。

【請求項5】

前記第２蓄圧器は、前記水素製造装置が出力する水素量の最大値と、前記開始処理が遂行される期間に該水素製造装置から出力される水素量との差分、および、前記停止処理が遂行される期間に該水素製造装置から出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量である請求項１から４のいずれか１項に記載の高圧水素製造システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧水素を製造して燃料電池自動車等の供給先に供給する高圧水素製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、燃料電池を搭載した自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle、以下、「燃料電池自動車」と称する。）が開発されている。燃料電池自動車に水素を供給する水素ステーションは、水素製造装置と、水素製造装置によって製造された水素を昇圧する圧縮機と、昇圧された水素を貯留する蓄圧器とを含んで構成され、蓄圧器に貯留された水素が燃料電池自動車に供給されることとなる（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５３７８６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水素ステーションのランニングコストを向上する技術の開発が希求されている。

【0005】

本発明は、ランニングコストを向上することが可能な高圧水素製造システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明に係る高圧水素製造システムは、水素を出力する水素製造装置と、前記水素製造装置によって出力された水素を昇圧する第１圧縮機と、前記第１圧縮機の吐出側に並列に接続され、前記第１圧縮機の吸入側には接続されない第１蓄圧器および第２蓄圧器と、前記第１蓄圧器および前記第２蓄圧器に貯留された水素を昇圧する第２圧縮機と、前記第１蓄圧器の圧力が第１閾値未満であると、該第１蓄圧器と前記第１圧縮機とを連通し、該第１蓄圧器の圧力が該第１閾値以上であると、該第１蓄圧器と該第１圧縮機との連通を遮断し、前記第２蓄圧器の圧力が第２閾値以上であると、前記水素製造装置を制御して該水素製造装置による水素の製造を停止する停止処理を開始し、該第２蓄圧器の圧力が該第２閾値未満であると、該水素製造装置を制御して該水素製造装置による水素の製造を開始する開始処理を遂行する制御部と、を備える。

【0007】

また、前記制御部は、前記第１蓄圧器の圧力が前記第１閾値未満であると、前記第１圧縮機を制御し、前記水素製造装置によって出力された水素を昇圧させて前記第１蓄圧器に貯留させるとしてもよい。

【0008】

また、前記制御部は、前記第１閾値未満であって、前記第２蓄圧器の圧力が第３閾値未満であると、前記水素製造装置と該第２蓄圧器とを連通させるとともに前記第１圧縮機を制御し、該水素製造装置によって出力された水素を該第２蓄圧器に貯留させるとしてもよい。

【0009】

また、前記制御部は、前記第２蓄圧器の圧力が前記第３閾値以上であると、該第２蓄圧器と前記第２圧縮機とを連通させるとともに該第２圧縮機を制御するとしてもよい。

【0010】

また、前記第２蓄圧器は、前記水素製造装置が出力する水素量の最大値と、前記開始処理が遂行される期間に該水素製造装置から出力される水素量との差分、および、前記停止処理が遂行される期間に該水素製造装置から出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量であるとしてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ランニングコストを向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】水素ステーションを説明するための図である。

【図2】高圧水素製造システムを説明するための図である。

【図3】水素製造装置における、出力１００％運転時、停止処理が遂行される期間、および、開始処理が遂行される期間の水素の出力量を説明する図である。

【図4】制御部によるバルブの開閉を説明する図である。

【図5】バルブの開閉と、水素の流れとを説明する第１の図である。

【図6】バルブの開閉と、水素の流れとを説明する第２の図である。

【図7】バルブの開閉と、水素の流れとを説明する第３の図である。

【図8】バルブの開閉と、水素の流れとを説明する第４の図である。

【図9】比較例の高圧水素製造システムを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

（水素ステーション１００）
図１は、水素ステーション１００を説明するための図である。図１に示すように、水素ステーション１００は、高圧水素製造システム１１０と、プレクーラー１２０と、ディスペンサー１３０とを含んで構成される。なお、図１中、水素の流れを実線の矢印で示す。なお、以下では、圧力をゲージ圧（絶対圧−大気圧）として示す。

【0015】

図１に示すように、高圧水素製造システム１１０は、水素を製造し、製造した水素を、例えば、８２ＭＰａに昇圧して貯留する。高圧水素製造システム１１０に貯留された水素は、プレクーラー１２０によって冷却され（例えば、−４０℃）、ディスペンサー１３０の充填制御弁を介して、燃料電池自動車１４０に設けられた水素タンクに供給（差圧充填）される。ここで、高圧水素製造システム１１０から燃料電池自動車１４０の水素タンクへ水素が供給される際に断熱圧縮によって水素が加熱されるため、水素の温度が水素タンクの耐熱温度に達しないように、プレクーラー１２０が設けられている。以下、高圧水素製造システム１１０の具体的な構成について説明する。

【0016】

（高圧水素製造システム１１０）
図２は、高圧水素製造システム１１０を説明するための図である。図２に示すように、高圧水素製造システム１１０は、水素製造装置２１０を備えている。水素製造装置２１０は、例えば、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の化石燃料から純度の高い水素を製造する。また、水素製造装置２１０を、水電解装置で構成することもできる。水素製造装置２１０によって製造される水素の圧力は、例えば、０．６５ＭＰａである。水素製造装置２１０は、通常運転時に、例えば、３００Ｎｍ^３／ｈで水素を出力する。

【0017】

水素製造装置２１０は、第１配管２１２を介して第１圧縮機２２０の吸入側（入口）に接続されている。第１配管２１２には、サクションタンク２３０が設けられている。サクションタンク２３０は、クッションタンクとして機能し、水素製造装置２１０から出力された水素の圧力変動を吸収する。

【0018】

第１圧縮機２２０は、水素製造装置２１０から出力された水素（例えば、０．６５ＭＰａ）を圧縮して、例えば、４０ＭＰａに昇圧する。第１圧縮機２２０は、例えば、３００Ｎｍ^３／ｈで水素を昇圧する。第１圧縮機２２０の吐出側（出口）は、第２配管２２２を介して第１蓄圧器２４０が接続されている。第２配管２２２には、第２配管２２２を開閉するバルブＶ１が設けられている。また、第２配管２２２における第１圧縮機２２０とバルブＶ１との間（第１圧縮機２２０の下流側かつバルブＶ１の上流側）から第３配管２２４が分岐されており、第３配管２２４には第２蓄圧器２５０が接続されている。また、第３配管２２４には、第３配管２２４を開閉するバルブＶ２が設けられている。つまり、第１蓄圧器２４０および第２蓄圧器２５０は、第１圧縮機２２０に並列に接続される。

【0019】

第１蓄圧器２４０、および、第２蓄圧器２５０は、水素製造装置２１０から出力され、第１圧縮機２２０によって昇圧された水素（例えば、４０ＭＰａ）を貯留する。なお、本実施形態において、第１蓄圧器２４０、第２蓄圧器２５０の常用圧力（最大使用圧力）は、例えば、４０ＭＰａである。

【0020】

第１蓄圧器２４０は、水素ステーション１００が燃料電池自動車１４０に供給する水素の流量が、水素製造装置２１０による水素の製造能力を上回る場合（ピーク時）であっても、燃料電池自動車１４０に水素を供給できるように設けられる。例えば、第１蓄圧器２４０は、燃料電池自動車１４０への水素の平均充填量、すなわち、水素製造装置２１０による水素の出力量（例えば、３００Ｎｍ^３／ｈ）の１倍〜３倍の水素を貯留する。

【0021】

第２蓄圧器２５０は、水素製造装置２１０による水素の出力変動を吸収するために設けられる。水素製造装置２１０は、通常運転時のみならず、運転の停止指示が入力されてから水素製造装置２１０が停止状態となるまでの処理（停止処理）、および、運転を開始してから通常運転に到達するまでの処理（開始処理）を遂行している期間においても水素を出力している。

【0022】

図３は、水素製造装置２１０における、出力１００％運転時、停止処理が遂行される期間（以下、「停止処理期間」と称する。）、および、開始処理が遂行される期間（以下、「開始処理期間」と称する。）の水素の出力量を説明する図である。図３（ａ）は、出力１００％運転時の水素の出力量を説明する図であり、図３（ｂ）は、停止処理期間の水素の出力量を説明する図であり、図３（ｃ）は、開始処理期間の水素の出力量を説明する図である。

【0023】

図３（ａ）に示すように、水素製造装置２１０は、出力１００％で運転している場合（通常運転時）、常時３００Ｎｍ^３／ｈで水素を出力することになる。

【0024】

しかし、燃料電池自動車１４０が平均的に水素ステーション１００に訪れるタイミングは、必ずしも一定ではないため、水素製造装置２１０による水素の出力量を調整する必要がある。

【0025】

具体的に説明すると、水素ステーション１００に訪れる燃料電池自動車１４０の数が少ない期間、すなわち、燃料電池自動車１４０への水素の供給量が水素製造装置２１０の水素の出力量よりも少ない期間において、水素製造装置２１０が出力１００％で運転していると、水素が余剰となる。そうすると、後述する制御部２９０は、水素製造装置２１０を制御して停止処理を開始させる。

【0026】

停止処理を開始する場合、図３（ｂ）に示すように、水素製造装置２１０は、水素の製造速度を３００Ｎｍ^３／ｈから徐々に下げていき、最終的に、例えば、９０Ｎｍ^３／ｈとして停止状態に移行する。なお、水素製造装置２１０は、停止状態（アイドリング状態）であっても、出力３０％で水素（９０Ｎｍ^３／ｈ）を常時製造しており、停止状態においては、水素製造装置２１０自体が製造した水素を燃焼させて消費している。つまり、水素製造装置２１０の停止状態においては、見かけ上、水素の出力はない（ゼロである）が、実際には、９０Ｎｍ^３／ｈで水素を製造していることとなる。また、ここでは、停止処理にＴ１時間を要するものとする。

【0027】

一方、水素製造装置２１０が停止状態になってから水素ステーション１００に燃料電池自動車１４０が多数訪れ、水素ステーション１００に貯留された水素が減少すると、制御部２９０は、水素製造装置２１０を制御して開始処理を遂行させる。

【0028】

上述したように、水素製造装置２１０は、停止状態（アイドリング状態）であっても、出力３０％で水素（９０Ｎｍ^３／ｈ）を常時製造している。したがって、水素製造装置２１０の停止状態から開始処理を開始すると、水素製造装置２１０自体での水素の燃焼を停止し、直ちに、９０Ｎｍ^３／ｈで水素の出力を開始することとなる。

【0029】

開始処理を開始する場合、図３（ｃ）に示すように、水素製造装置２１０は、水素の出力速度を９０Ｎｍ^３／ｈから徐々に上げていき、最終的に３００Ｎｍ^３／ｈとして出力１００％の運転に移行することとなる。なお、ここでは、開始処理にＴ２時間を要するものとする。このように、開始処理期間（開始処理を開始してから出力１００％の運転に達するまで）において水素が出力されることになるが、出力１００％の運転と比較して、単位時間当たりの出力量が少ない。このため、燃料電池自動車１４０への水素の平均充填量（３００Ｎｍ^３／ｈ）での水素供給が必要となる場合に、水素製造装置２１０が開始処理中に出力した水素をすべて燃料電池自動車１４０に供給するとしても、平均充填量に相当する水素を供給できなくなる。

【0030】

このように、停止処理期間（停止処理を開始してから停止状態に達するまで）において水素が余剰し、開始処理期間において水素が不足する。このため、第２蓄圧器２５０の容量（第２蓄圧器２５０の個数）は、水素製造装置２１０が出力する水素量の最大値（３００Ｎｍ^３／ｈ）と、開始処理期間に水素製造装置２１０から出力される水素量との差分（不足分）、および、停止処理期間に水素製造装置２１０から出力される水素量（余剰分）を少なくとも貯留可能な容量に設計される。

【0031】

なお、第２蓄圧器２５０の容量設計については、特開２０１５−１８３７６６号公報等、既存の技術を参照できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

【0032】

図２に戻って説明すると、第１蓄圧器２４０は、第４配管２４２を介して第２圧縮機２６０の吸入側に接続されている。第４配管２４２には、第４配管２４２を開閉するバルブＶ３が設けられている。また、第４配管２４２におけるバルブＶ３と第２圧縮機２６０との間（バルブＶ３の下流側かつ第２圧縮機２６０の上流側）から第５配管２４４が分岐されており、第５配管２４４は、第２蓄圧器２５０に接続されている。また、第５配管２４４には、第５配管２４４を開閉するバルブＶ４が設けられている。

【0033】

第２圧縮機２６０は、第１蓄圧器２４０および第２蓄圧器２５０に貯留された水素（例えば、吸入圧力は、２５〜４０ＭＰａ）を圧縮して、例えば、８２ＭＰａに昇圧する。第２圧縮機２６０は、例えば、１２００Ｎｍ^３／ｈで水素を昇圧する。第２圧縮機２６０が、水素製造装置２１０による水素の出力量より大きい流量で水素を昇圧可能であり、また、第１蓄圧器２４０を備えることにより、ピーク時であっても、燃料電池自動車１４０に水素を供給できる。第２圧縮機２６０の吐出側には、第６配管２６２を介して第３蓄圧器２７０が接続されている。

【0034】

第３蓄圧器２７０は、第２圧縮機２６０によって昇圧された水素（例えば、８２ＭＰａ）を貯留する。つまり、第３蓄圧器２７０の常用圧力（最大使用圧力）は、例えば、８２ＭＰａである。第３蓄圧器２７０は、燃料電池自動車１４０のタンクを所定の時間（例えば、３分）で満充填可能な能力に基づいて設計される。第３蓄圧器２７０の容量の設計については、特開２０１５−１８３７６６号公報等、既存の技術を参照できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

【0035】

第３蓄圧器２７０は、第７配管２７２を介してプレクーラー１２０に接続されている。第７配管２７２には、第７配管２７２を開閉するバルブＶ５が設けられている。バルブＶ５は、燃料電池自動車１４０への水素の供給開始に伴って開弁される。

【0036】

したがって、第３蓄圧器２７０に貯留された水素は、第７配管２７２を介してプレクーラー１２０に供給される。そして、水素は、プレクーラー１２０によって冷却され、ディスペンサー１３０によって、燃料電池自動車１４０に設けられた水素タンクに供給（充填）される（図１参照）。

【0037】

圧力測定部２８０は、第１蓄圧器２４０の圧力Ｐ１、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３を測定する。

【0038】

制御部２９０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して高圧水素製造システム１１０全体を管理および制御する。本実施形態において制御部２９０は、水素製造装置２１０の駆動制御（出力制御）、第１圧縮機２２０、第２圧縮機２６０の制御、バルブＶ１〜Ｖ５の開閉制御を実行する。

【0039】

具体的に説明すると、制御部２９０は、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２に基づいて、水素製造装置２１０の駆動制御を実行する。本実施形態において、制御部２９０は、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２が製造閾値（第２閾値）以上であり、停止処理が遂行されていなければ、水素製造装置２１０を制御して停止処理を開始する。また、制御部２９０は、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２が製造閾値未満であり、開始処理が遂行されていなければ、水素製造装置２１０を制御して開始処理を遂行する。ここで、製造閾値は、水素製造装置２１０が出力する水素量の最大値（３００Ｎｍ^３／ｈ）と、開始処理期間に水素製造装置２１０から出力される水素量と、停止処理期間に水素製造装置２１０から出力される水素量に基づいて決定される。本実施形態において、製造閾値は、第２圧縮機２６０の吸入圧力の下限値（例えば、２５ＭＰａ）と、不足分に相当する圧力との加算値である。なお、製造閾値は、第２蓄圧器２５０の常用圧力（４０ＭＰａ）から余剰分に相当する圧力を減算した値であってもよい。

【0040】

また、制御部２９０は、サクションタンク２３０の圧力Ｐｓに基づいて、第１圧縮機２２０の駆動制御を行う。具体的に説明すると、制御部２９０は、サクションタンク２３０の圧力Ｐｓがタンク閾値未満であれば、第１圧縮機２２０をロードダウン（負荷ダウン）する。また、制御部２９０は、サクションタンク２３０の圧力Ｐｓがタンク閾値を上回る場合、第１圧縮機２２０をロードアップ（負荷アップ）する。制御部２９０は、サクションタンク２３０の圧力Ｐｓがタンク閾値と等しければ、第１圧縮機２２０のロードをキープ（負荷を変更せず継続運転）する。ここで、タンク閾値は、第１圧縮機２２０の吸入圧力の下限値と、水素製造装置２１０から出力される水素の圧力と、に基づいて決定される（例えば、０．６５ＭＰａ）。

【0041】

図４は、制御部２９０によるバルブＶ１〜Ｖ４の開閉を説明する図である。なお、図４中、バルブの開を白い丸で示し、バルブの閉を黒い丸で示す。図５〜図８は、バルブＶ１〜Ｖ４の開閉と、水素の流れとを説明する図である。

【0042】

図４、図５に示すように、制御部２９０は、第１蓄圧器２４０の圧力Ｐ１が、第１閾値Ｐｔｈ１以上であり、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２が第３閾値Ｐｔｈ３以上である場合、バルブＶ１、バルブＶ２を閉弁するとともに、バルブＶ３、バルブＶ４を開弁する。ここで、第１閾値Ｐｔｈ１は、第１蓄圧器２４０の常用圧力に基づいて決定される。第１閾値Ｐｔｈ１は、例えば、第１蓄圧器２４０の常用圧力未満であり常用圧力近傍の値（例えば、３９．５ＭＰａ）である。また、第３閾値Ｐｔｈ３は、第２圧縮機２６０の吸入圧力に基づいて決定される。例えば、第３閾値Ｐｔｈ３は、第２圧縮機２６０の吸入圧力の下限値（例えば、２５ＭＰａ）である。

【0043】

そして、制御部２９０は、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３に基づいて、第２圧縮機２６０の駆動制御を行う。具体的に説明すると、制御部２９０は、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３が第４閾値Ｐｔｈ４未満であれば、第２圧縮機２６０をロードアップ（負荷アップ）する。また、制御部２９０は、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３が第４閾値Ｐｔｈ４を上回る場合、第２圧縮機２６０をロードダウン（負荷ダウン）する。制御部２９０は、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３が第４閾値Ｐｔｈ４と等しければ、第２圧縮機２６０のロードをキープ（負荷を変更せず継続運転）する。ここで、第４閾値Ｐｔｈ４は、第３蓄圧器２７０の常用圧力未満であり常用圧力近傍の値（例えば、８１．５ＭＰａ）である。

【0044】

例えば、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３が第４閾値Ｐｔｈ４未満である場合、図５に示すように、第２圧縮機２６０は、第１蓄圧器２４０、第２蓄圧器２５０に貯留された水素を昇圧して、第３蓄圧器２７０に供給する。

【0045】

また、図４、図６に示すように、制御部２９０は、第１蓄圧器２４０の圧力Ｐ１が、第１閾値Ｐｔｈ１以上であり、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２が第３閾値Ｐｔｈ３未満である場合、バルブＶ２、バルブＶ３を開弁するとともに、バルブＶ１、バルブＶ４を閉弁する。そして、例えば、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３が第４閾値Ｐｔｈ４未満である場合、図６に示すように、第２圧縮機２６０は、第１蓄圧器２４０に貯留された水素を昇圧して、第３蓄圧器２７０に供給する。また、サクションタンク２３０の圧力Ｐｓがタンク閾値以上である、つまり、水素製造装置２１０が水素を出力していれば、第１圧縮機２２０は、水素製造装置２１０から出力された水素を昇圧して第２蓄圧器２５０に供給する。

【0046】

また、図４、図７に示すように、制御部２９０は、第１蓄圧器２４０の圧力Ｐ１が、第１閾値Ｐｔｈ１未満であり、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２が第３閾値Ｐｔｈ３以上である場合、バルブＶ１、バルブＶ４を開弁するとともに、バルブＶ２、バルブＶ３を閉弁する。そして、例えば、第３蓄圧器２７０の圧力Ｐ３が第４閾値Ｐｔｈ４未満である場合、図７に示すように、第２圧縮機２６０は、第２蓄圧器２５０に貯留された水素を昇圧して、第３蓄圧器２７０に供給する。また、サクションタンク２３０の圧力Ｐｓがタンク閾値以上である、つまり、水素製造装置２１０が水素を出力していれば、第１圧縮機２２０は、水素製造装置２１０から出力された水素を昇圧して第１蓄圧器２４０に供給する。

【0047】

また、図４、図８に示すように、制御部２９０は、第１蓄圧器２４０の圧力Ｐ１が、第１閾値Ｐｔｈ１未満であり、第２蓄圧器２５０の圧力Ｐ２が第３閾値Ｐｔｈ３未満である場合、バルブＶ１、バルブＶ２を開弁するとともに、バルブＶ３、バルブＶ４を閉弁する。そして、例えば、サクションタンク２３０の圧力Ｐｓがタンク閾値以上である、つまり、水素製造装置２１０が水素を出力していれば、図８に示すように、第１圧縮機２２０は、水素製造装置２１０から出力された水素を昇圧して第１蓄圧器２４０および第２蓄圧器２５０に供給する。

【0048】

また、図５〜図８において、バルブＶ５は、燃料電池自動車１４０への水素の供給開始に伴って適宜開弁される。

【0049】

（ランニングコストの検討）
図９は、比較例の高圧水素製造システム１０を説明する図である。図９に示すように、比較例の高圧水素製造システム１０は、実施例の高圧水素製造システム１１０と比較して、バルブＶ３、第３配管２２４、第５配管２４４を備えず、また、第２蓄圧器２５０の接続関係が異なる。なお、高圧水素製造システム１０において、高圧水素製造システム１１０と実質的に等しい構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0050】

高圧水素製造システム１０は、サクションタンク２３０と第２蓄圧器２５０とを接続する配管１２と、第２配管２２２と第２蓄圧器２５０とを接続する配管１４を備える。また、配管１２には、バルブＶ６および減圧弁ＲＶが設けられており、配管１４には、バルブＶ７が設けられている。

【0051】

従来の高圧水素製造システム１０では、高圧水素製造システム１１０と同様に、水素製造装置２１０によって出力された水素は、第１圧縮機２２０によって、第１蓄圧器２４０および第２蓄圧器２５０に貯留される。しかし、高圧水素製造システム１１０とは異なり、第１圧縮機２２０は、第２蓄圧器２５０に貯留された水素を、再度昇圧して、第１蓄圧器２４０に供給する。なお、第１圧縮機２２０の吸入圧力の下限値の関係から、第２蓄圧器２５０に貯留された水素は、減圧弁ＲＶで減圧された後、第１圧縮機２２０に供給される。したがって、高圧水素製造システム１１０と比較して、第２蓄圧器２５０の有効蓄ガス量（第２蓄圧器２５０から払い出すことのできるガス量）を増加させることができる。

【0052】

しかし、第２蓄圧器２５０を経由して、第２圧縮機２６０（第１蓄圧器２４０）に供給される水素は、第１圧縮機２２０で２回圧縮される。したがって、第１圧縮機２２０の運転コスト（ランニングコスト）が嵩んでしまうという課題がある。

【0053】

一方、実施例の高圧水素製造システム１１０では、第２蓄圧器２５０を経由して、第２圧縮機２６０に供給される水素は、第１圧縮機２２０によって１回だけ圧縮されるため、第１圧縮機２２０のランニングコストを半分に低減することが可能となる。

【0054】

例えば、第１圧縮機２２０の消費電力が０．３６４ｋＷ／Ｎｍ^３であり、第２圧縮機２６０の消費電力が０．０７５ｋＷ／Ｎｍ^３である場合、高圧水素製造システム１０では、０．８０３（０．３６４×２＋０．０７５）ｋＷ／Ｎｍ^３の消費電力がかかる。一方、高圧水素製造システム１１０では、０．４３９（０．３６４＋０．０７５）ｋＷ／Ｎｍ^３の消費電力しかかからない。

【0055】

以上説明したように、本実施形態の高圧水素製造システム１１０によれば、水素製造装置２１０による水素の出力変動を吸収するための第２蓄圧器２５０と、第１圧縮機２２０との接続関係を工夫することで、高圧水素製造システム１１０のランニングコストを低減できる。

【0056】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0057】

また、上記実施形態において、水素ステーション１００の供給先が燃料電池自動車１４０である場合を例に挙げて説明した。しかし、水素ステーション１００の供給先は、燃料電池自動車１４０に限定されず、水素を利用して駆動力を発生させる車両（二輪車等）、船舶等であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、水素を製造して燃料電池自動車等の供給先に供給する高圧水素製造システムに利用することができる。

【符号の説明】

【0059】

１１０ 高圧水素製造システム
２１０ 水素製造装置
２２０ 第１圧縮機
２４０ 第１蓄圧器
２５０ 第２蓄圧器
２６０ 第２圧縮機
２７０ 第３蓄圧器
２９０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】