特開 2023-68770 水素ステーション

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023068770

(43)【公開日】2023-05-18

(54)【発明の名称】水素ステーション

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/06 20060101AFI20230511BHJP

【ＦＩ】

F17C5/06

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021180076

(22)【出願日】2021-11-04

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-03-25

(71)【出願人】

【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】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 航

(72)【発明者】

【氏名】木内 亮汰

(72)【発明者】

【氏名】古田 博貴

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA09

3E172BD05

3E172EA02

3E172EA12

3E172EA22

3E172EA35

3E172EB02

3E172EB20

3E172JA08

(57)【要約】

【課題】水素製造装置の稼働率を向上させる。
【解決手段】水素ステーション１００は、水素を出力する水素製造装置１１０と、水素製造装置１１０に接続された低圧蓄圧器１２０と、低圧蓄圧器１２０に接続された吸入バッファ１３０と、低圧蓄圧器１２０と吸入バッファ１３０との間に設けられた開閉弁（第１開閉弁ＶＡ）と、吸入側が吸入バッファ１３０に接続された圧縮機１４０と、圧縮機１４０の吐出側に接続された高圧蓄圧器１５０と、を備える。
【選択図】図１

【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接続された低圧蓄圧器と、
前記低圧蓄圧器に接続された吸入バッファと、
前記低圧蓄圧器と前記吸入バッファとの間に設けられた開閉弁と、
吸入側が前記吸入バッファに接続された圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に接続された高圧蓄圧器と、
を備える、水素ステーション。

【請求項2】

前記開閉弁は、前記圧縮機の運転員が滞在している場合に開かれ、前記運転員が不在である場合に閉じられる、請求項１に記載の水素ステーション。

【請求項3】

前記水素製造装置を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記開閉弁が閉じられている場合、前記低圧蓄圧器の圧力に基づいて、前記水素製造装置を制御する、請求項１または２に記載の水素ステーション。

【請求項4】

前記圧縮機の吐出側および前記吸入バッファに接続された可変圧蓄圧器を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の水素ステーション。

【請求項5】

前記水素製造装置を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記開閉弁が開かれている場合、前記可変圧蓄圧器の圧力に基づいて、前記水素製造装置を制御する、請求項４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、車両等のタンクに水素を充填する水素ステーションに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）の普及に伴い、将来的に水素ステーションの稼動率の増加が見込まれる。水素ステーションは、水素製造装置を備えるオンサイト型と、水素製造装置を備えないオフサイト型とに大別される。

【0003】

上記オンサイト型の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圧縮する圧縮機と、圧縮された水素を貯留する高圧蓄圧器と、高圧蓄圧器に貯留された水素を車両のタンクに充填するディスペンサーとを備える（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６３７３１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記高圧蓄圧器から車両のタンクへの水素の充填は、高圧蓄圧器と車両のタンクとの間の差圧によって為される（差圧充填）。車両のタンクの圧力は、満充填状態において７０ＭＰａ程度であるため、高圧蓄圧器の圧力は、少なくとも７０ＭＰａ超となる。したがって、圧縮機は、水素を７０ＭＰａ超まで圧縮する必要がある。

【0006】

圧縮機の吐出圧が１ＭＰａ以上の場合、圧縮機の運転は、高圧ガス保安法によって定められる高圧ガスの製造に該当する。高圧ガスの製造を行う際、資格を有する運転員が水素ステーション内に滞在する必要がある。したがって、水素ステーションにおいて、運転員が不在の間、圧縮機を運転できない、つまり、水素製造装置を稼働（水素を製造）できない。このため、水素製造装置の稼働率を向上させる技術の開発が希求されている。

【0007】

本発明は、水素製造装置の稼働率を向上させることが可能な水素ステーションを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の水素ステーションは、水素を出力する水素製造装置と、水素製造装置に接続された低圧蓄圧器と、低圧蓄圧器に接続された吸入バッファと、低圧蓄圧器と吸入バッファとの間に設けられた開閉弁と、吸入側が吸入バッファに接続された圧縮機と、圧縮機の吐出側に接続された高圧蓄圧器と、を備える。

【0009】

また、開閉弁は、圧縮機の運転員が滞在している場合に開かれ、運転員が不在である場合に閉じられてもよい。

【0010】

また、上記水素ステーションは、水素製造装置を制御する制御部を備え、制御部は、開閉弁が閉じられている場合、低圧蓄圧器の圧力に基づいて、水素製造装置を制御してもよい。

【0011】

また、上記水素ステーションは、圧縮機の吐出側および吸入バッファに接続された可変圧蓄圧器を備えてもよい。

【0012】

また、上記水素ステーションは、水素製造装置を制御する制御部を備え、制御部は、開閉弁が開かれている場合、可変圧蓄圧器の圧力に基づいて、水素製造装置を制御してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、水素製造装置の稼働率を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係る水素ステーションを説明する図である。

【図2】可変圧蓄圧器の容量を説明する図である。

【図3】第１の実施形態に係る運転制御部による制御の流れを説明するフローチャートである。

【図4】有人制御を説明する第１の図である。

【図5】有人制御を説明する第２の図である。

【図6】有人制御を説明する第３の図である。

【図7】第２の実施形態に係る水素ステーションを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

［第１の実施形態：水素ステーション１００］
図１は、第１の実施形態に係る水素ステーション１００を説明する図である。水素ステーション１００は、車両、船舶、飛行機等に搭載されたタンクに水素を充填（供給）する。なお、車両は、燃料電池を搭載した車両であり、例えば、乗用車、バス、トラック、バイク（二輪車）である。

【0017】

図１に示すように、水素ステーション１００は、水素製造装置１１０と、低圧蓄圧器１２０と、第１開閉弁ＶＡと、第１減圧弁Ｒ１と、吸入バッファ１３０と、圧縮機１４０と、第２開閉弁ＶＢと、高圧蓄圧器１５０と、ディスペンサー１６０と、可変圧蓄圧器１７０と、第３開閉弁ＶＣと、第４開閉弁ＶＤと、第２減圧弁Ｒ２と、運転員検知センサ１８０と、制御部１９０とを含む。

【0018】

水素製造装置１１０は、水素を製造して出力する。水素製造装置１１０は、例えば、改質装置、または、水電解装置である。改質装置は、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の化石燃料を改質して水素を製造する。水電解装置は、水を電気分解して水素を製造する。水素製造装置１１０の吐出圧は、例えば、０．８ＭＰａ（最大値）である。また、水素製造装置１１０の定格出力は、例えば、３００Ｎｍ^３／ｈである。

【0019】

また、水素製造装置１１０は、後述する制御部１９０による制御指令に応じて、通常運転処理、出力低下処理、出力増加処理を行う。

【0020】

通常運転処理は、最大出力（例えば、１００％負荷）で水素を製造する処理（ロードキープ）である。

【0021】

出力低下処理は、水素の出力を低下させる処理（ロードダウン）である。なお、出力低下処理のうち、特に、停止状態に至るまで水素の出力を低下させる処理を停止処理と称する。水素製造装置１１０は、制御部１９０から停止指令を受けた場合に、停止処理を行う。なお、停止状態は、外部に水素を出力しない状態（水素の出力を停止する待機運転）を指す。また、水素製造装置１１０は、停止処理以外の出力低下処理において、最低負荷まで出力を低下させる場合であっても、待機運転には移行しない。

【0022】

出力増加処理は、水素の出力を増加させる処理（ロードアップ）である。なお、出力増加処理のうち、特に、停止状態から最大出力（例えば、１００％負荷）まで水素の出力を増加させる処理を起動処理と称する。水素製造装置１１０は、制御部１９０から起動指令を受けた場合に、起動処理を行う。水素製造装置１１０は、待機運転移行後において、制御部１９０から起動指令を受けるまで、水素の出力を行わない。つまり、水素製造装置１１０は、待機運転移行後において、通常運転指令、または、出力増加指令を受けたとしても、起動指令を受けるまで、水素の出力を行わない。

【0023】

なお、水素製造装置１１０は、通常運転処理を行っている期間のみならず、停止処理を行っている期間、および、起動処理を行っている期間も水素を出力する。ただし、停止処理が行われている期間に出力される水素量は、最大出力の水素量よりも少ない。以下、停止処理が行われている期間に出力される水素の量を「余剰分」と称する。

【0024】

また、起動処理が行われている期間に出力される水素量は、最大出力の水素量よりも少ない。水素製造装置１１０によって起動処理が行われている期間に出力される水素量と、起動処理が行われている期間においてディスペンサー１６０から車両等のタンクに供給される最大の水素量（高圧蓄圧器１５０から送出される水素量の最大値）との差分、すなわち、起動処理が行われている期間において不足する水素量を、以下、「不足分」と称する。不足分は、起動処理が開始されてから最大出力に到達するまでに不足する水素量である。

【0025】

低圧蓄圧器１２０は、配管１１２を介して、水素製造装置１１０に接続される。低圧蓄圧器１２０は、水素製造装置１１０から出力された水素をそのまま貯留する。つまり、低圧蓄圧器１２０は、水素製造装置１１０から出力された水素であって、後述する圧縮機１４０によって圧縮される前の水素（圧縮されない水素）を貯留する。低圧蓄圧器１２０の常用圧力（最大許容圧力）は、水素製造装置１１０の吐出圧の最大値と実質的に等しい。本実施形態において、低圧蓄圧器１２０の常用圧力は、例えば、０．８ＭＰａである。また、低圧蓄圧器１２０は、配管１２２を介して、吸入バッファ１３０に接続される。

【0026】

第１開閉弁ＶＡ（開閉弁）は、配管１２２に設けられる。つまり、第１開閉弁ＶＡは、低圧蓄圧器１２０と吸入バッファ１３０との間に設けられる。第１開閉弁ＶＡは、配管１２２に形成される流路を開閉する。第１開閉弁ＶＡは、水素ステーション１００に運転員が滞在している期間、開かれ、水素ステーション１００において運転員が不在の期間、閉じられる。運転員は、高圧ガス保安法によって定められる高圧ガスの製造を行うことができる資格を有する者である。

【0027】

第１減圧弁Ｒ１は、配管１２２における第１開閉弁ＶＡと吸入バッファ１３０との間に設けられる。第１減圧弁Ｒ１の二次側（吸入バッファ１３０側）の圧力は、例えば、０．１７ＭＰａである。

【0028】

吸入バッファ１３０は、配管１２２を介して、低圧蓄圧器１２０に接続される。また、吸入バッファ１３０は、配管１３２を介して、後述する圧縮機１４０の吸入側に接続される。さらに、吸入バッファ１３０は、配管１３４を介して、後述する可変圧蓄圧器１７０に接続される。

【0029】

吸入バッファ１３０には、低圧蓄圧器１２０に貯留された水素、および、可変圧蓄圧器１７０に貯留された水素が供給される。吸入バッファ１３０は、低圧蓄圧器１２０と別体である。吸入バッファ１３０は、水素製造装置１１０から出力された水素の圧力変動を吸収する。吸入バッファ１３０の圧力は、圧縮機１４０によって、例えば、０．１５ＭＰａに維持される。

【0030】

圧縮機１４０の吸入側は、配管１３２を介して、吸入バッファ１３０に接続される。圧縮機１４０の吐出側は、配管１４２を介して、後述する高圧蓄圧器１５０に接続される。また、圧縮機１４０の吐出側は、配管１４２および配管１４４を介して、可変圧蓄圧器１７０に接続される。

【0031】

圧縮機１４０は、低圧蓄圧器１２０に貯留された水素、および、可変圧蓄圧器１７０に貯留された水素のいずれか一方または両方を昇圧（圧縮）する。圧縮機１４０の吐出圧は、例えば、８２ＭＰａである。また、本実施形態において、圧縮機１４０の定格出力は、水素製造装置１１０の水素製造能力と実質的に等しい。圧縮機１４０の定格出力は、例えば、３００Ｎｍ^３／ｈである。

【0032】

圧縮機１４０によって昇圧された水素は、高圧蓄圧器１５０および可変圧蓄圧器１７０に供給される。

【0033】

第２開閉弁ＶＢは、配管１４２に設けられる。つまり、第２開閉弁ＶＢは、圧縮機１４０と高圧蓄圧器１５０との間に設けられる。第２開閉弁ＶＢは、配管１４２に形成される流路を開閉する。第２開閉弁ＶＢは、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈに応じて開閉される。

【0034】

高圧蓄圧器１５０は、配管１４２を介して、圧縮機１４０の吐出側に接続される。高圧蓄圧器１５０は、圧縮機１４０によって昇圧された水素（例えば、８２ＭＰａ）を貯留する。高圧蓄圧器１５０の常用圧力（最大許容圧力）は、例えば、８２ＭＰａである。

【0035】

高圧蓄圧器１５０は、配管１５２を介して、ディスペンサー１６０に接続される。したがって、高圧蓄圧器１５０に貯留された水素は、配管１５２を介してディスペンサー１６０に導かれる。そして、ディスペンサー１６０は、車両等に設けられたタンクに水素を充填する。

【0036】

可変圧蓄圧器１７０は、配管１４２および配管１４４を介して、圧縮機１４０の吐出側に接続される。配管１４４は、配管１４２における圧縮機１４０と第２開閉弁ＶＢとの間から分岐され、可変圧蓄圧器１７０に接続される。また、可変圧蓄圧器１７０は、配管１３２を介して、吸入バッファ１３０に接続される。

【0037】

可変圧蓄圧器１７０は、圧縮機１４０によって昇圧された水素（例えば、８２ＭＰａ）を貯留する。なお、本実施形態において、可変圧蓄圧器１７０の常用圧力（最大許容圧力）は、例えば、４０ＭＰａである。

【0038】

なお、可変圧蓄圧器１７０の容量（上限圧力Ｐｍａｘ－下限圧力Ｐｍｉｎ）は、水素製造装置１１０による水素の出力量によって決定される。なお、上限圧力Ｐｍａｘは、可変圧蓄圧器１７０の常用圧力未満の圧力であり、例えば、３９．５ＭＰａである。また、下限圧力Ｐｍｉｎは、例えば、０ＭＰａである。

【0039】

図２は、可変圧蓄圧器１７０の容量を説明する図である。図２に示すように、本実施形態において、可変圧蓄圧器１７０の容量（上限圧力Ｐｍａｘ－下限圧力Ｐｍｉｎ）は、水素製造装置１１０によって停止処理が行われている期間に出力される余剰分と、起動処理が行われている期間に不足する不足分と、バッファ分との合計の容量に決定される。なお、バッファ分は、例えば、７００Ｎｍ^３程度（燃料電池自動車１２～１５台分を満充填できる程度）である。

【0040】

図１に戻って説明すると、第３開閉弁ＶＣは、配管１４４に設けられる。つまり、第３開閉弁ＶＣは、圧縮機１４０と可変圧蓄圧器１７０との間に設けられる。第３開閉弁ＶＣは、配管１４４に形成される流路を開閉する。第３開閉弁ＶＣは、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈ、または、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖに応じて開閉される。

【0041】

第４開閉弁ＶＤは、配管１３２に設けられる。つまり、第４開閉弁ＶＤは、可変圧蓄圧器１７０と吸入バッファ１３０との間に設けられる。第４開閉弁ＶＤは、配管１３２に形成される流路を開閉する。第４開閉弁ＶＤは、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈに応じて開閉される。

【0042】

第２減圧弁Ｒ２は、配管１３２における、第４開閉弁ＶＤと吸入バッファ１３０との間に設けられる。第２減圧弁Ｒ２の二次側（吸入バッファ１３０側）の圧力は、第１減圧弁Ｒ１の二次側の圧力よりも低く設定される。第２減圧弁Ｒ２の二次側の圧力は、例えば、０．１０ＭＰａである。

【0043】

これにより、低圧蓄圧器１２０から吸入バッファ１３０への水素の供給を、可変圧蓄圧器１７０からの供給よりも優先的に行わせることができる。

【0044】

運転員検知センサ１８０は、水素ステーション１００に運転員が滞在しているか否かを検知する。運転員検知センサ１８０は、例えば、運転員が滞在する部屋が施錠されているか否かを検知する。そして、運転員検知センサ１８０は、部屋が施錠されていない場合に、水素ステーション１００に運転員が滞在していると判定する。また、運転員検知センサ１８０は、部屋が施錠されている場合に、水素ステーション１００に運転員が滞在していない（不在である）と判定する。

【0045】

制御部１９０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部１９０は、ＲＯＭからＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部１９０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素ステーション１００全体を管理および制御する。

【0046】

本実施形態において、制御部１９０は、信号取得部１９２、運転制御部１９４として機能する。

【0047】

信号取得部１９２は、運転員検知センサ１８０の検知信号を取得する。

【0048】

運転制御部１９４は、運転員検知センサ１８０の検知信号に基づいて、水素製造装置１１０、圧縮機１４０、第１開閉弁ＶＡ、第２開閉弁ＶＢ、第３開閉弁ＶＣ、および、第４開閉弁ＶＤを制御する。

【0049】

図３は、第１の実施形態に係る運転制御部１９４による制御の流れを説明するフローチャートである。

【0050】

［滞在判定処理Ｓ１１０］
運転制御部１９４は、信号取得部１９２によって取得された、運転員検知センサ１８０の検知信号に基づき、水素ステーション１００に運転員が滞在しているか否かを判定する。そして、運転員が滞在していると判定した場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、運転制御部１９４は、開状態制御Ｓ１２０に処理を移す。一方、運転員が滞在していない、つまり、不在であると判定した場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、運転制御部１９４は、閉状態制御Ｓ１４０に処理を移す。

【0051】

［開状態制御Ｓ１２０］
運転制御部１９４は、第１開閉弁ＶＡを開状態とする。つまり、運転制御部１９４は、第１開閉弁ＶＡが閉じられている場合には開らき、第１開閉弁ＶＡが開かれている場合には開状態を維持する。そして、運転制御部１９４は、有人制御Ｓ１３０に処理を移す。

【0052】

［有人制御Ｓ１３０］
運転制御部１９４は、水素製造装置１１０、圧縮機１４０、第２開閉弁ＶＢ、第３開閉弁ＶＣ、および、第４開閉弁ＶＤを制御する。

【0053】

具体的に説明すると、運転制御部１９４は、下記表１を参照し、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖに基づき、水素製造装置１１０を制御する。

【0054】

【表1】

【0055】

具体的に説明すると、運転制御部１９４は、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖが停止圧力Ｐ１超である場合（Ｐｖ>Ｐ１）、水素製造装置１１０に停止指令を伝達して、停止処理を開始させる。なお、停止圧力Ｐ１は、上限圧力Ｐｍａｘから、余剰分に相当する圧力を減じた圧力である（図２参照）。

【0056】

運転制御部１９４は、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖが、起動圧力Ｐ２以上、停止圧力Ｐ１以下である場合（Ｐ１≧Ｐｖ≧Ｐ２）、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖに応じて、水素製造装置１１０の負荷を、１００％から最低負荷の間で比例制御する。つまり、運転制御部１９４は、水素製造装置１１０に通常運転指令、出力低下指令、出力増加指令のうちのいずれかの指令を伝達して、通常運転処理、出力低下処理、出力増加処理のいずれかの処理を行わせる。なお、起動圧力Ｐ２は、停止圧力Ｐ１未満の値である。起動圧力Ｐ２は、不足分に相当する圧力である（図２参照）。

【0057】

運転制御部１９４は、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖが、起動圧力Ｐ２未満である場合（Ｐ２>Ｐｖ）、水素製造装置１１０に起動指令を伝達して、起動処理を開始させる。

【0058】

また、運転制御部１９４は、下記表２を参照し、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖおよび高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈに基づき、第２開閉弁ＶＢ、および、第３開閉弁ＶＣ、第４開閉弁ＶＤを開閉する。

【0059】

【表2】

【0060】

図４は、有人制御Ｓ１３０を説明する第１の図である。図５は、有人制御Ｓ１３０を説明する第２の図である。図６は、有人制御Ｓ１３０を説明する第３の図である。なお、図４～図６中、白い塗りつぶしは、開状態を示し、黒い塗りつぶしは閉状態を示す。

【0061】

図４、図５に示すように、運転制御部１９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ以上である場合、第２開閉弁ＶＢを閉じる。上限圧力Ｑｍａｘは、高圧蓄圧器１５０の常用圧力未満の圧力であり、例えば、８１．５ＭＰａである。第２開閉弁ＶＢが閉じられている場合、運転制御部１９４は、第４開閉弁ＶＤを閉じる。

【0062】

また、図４に示すように、第２開閉弁ＶＢが閉じられている場合であって、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖが上限圧力Ｐｍａｘ以上である場合、第３開閉弁ＶＣを閉じる。

【0063】

また、運転制御部１９４は、第２開閉弁ＶＢ、第３開閉弁ＶＣ、および、第４開閉弁ＶＤが閉じられている場合、圧縮機１４０の運転を停止する。つまり、運転制御部１９４は、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖが上限圧力Ｐｍａｘ以上であり、かつ、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ以上である場合に、圧縮機１４０の運転を停止する。これにより、運転制御部１９４は、圧縮機１４０の不要な駆動を防止することができる。

【0064】

一方、図５に示すように、第２開閉弁ＶＢが閉じられている場合であって、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖが上限圧力Ｐｍａｘ未満である場合、第３開閉弁ＶＣを開く。

【0065】

また、運転制御部１９４は、第３開閉弁ＶＣが開かれている場合、吸入バッファ１３０の圧力が設定値に維持されるように圧縮機１４０を駆動させる。例えば、運転制御部１９４は、吸入バッファ１３０の圧力が設定値以上である場合、圧縮機１４０の負荷を増加（ロードアップ）させる。一方、運転制御部１９４は、吸入バッファ１３０の圧力が設定値未満である場合、圧縮機１４０の負荷を減少（ロードダウン）させる。

【0066】

図５に示すように、第２開閉弁ＶＢが閉じられ、第３開閉弁ＶＣが開かれ、第４開閉弁ＶＤが閉じられている場合、水素製造装置１１０から出力され、低圧蓄圧器１２０に貯留された水素は、吸入バッファ１３０を介して圧縮機１４０によって昇圧された後、可変圧蓄圧器１７０に供給される。これにより、可変圧蓄圧器１７０を満蓄とすることができる。

【0067】

また、図６に示すように、運転制御部１９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ未満である場合、第２開閉弁ＶＢを開く。運転制御部１９４は、第２開閉弁ＶＢが開かれている場合、可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖに拘わらず、第３開閉弁ＶＣを閉じて、第４開閉弁ＶＤを開く。

【0068】

そして、運転制御部１９４は、第２開閉弁ＶＢが開かれている場合、吸入バッファ１３０の圧力が設定値に維持されるように圧縮機１４０を駆動させる。例えば、運転制御部１９４は、吸入バッファ１３０の圧力が設定値以上である場合、圧縮機１４０の負荷を増加（ロードアップ）させる。一方、運転制御部１９４は、吸入バッファ１３０の圧力が設定値未満である場合、圧縮機１４０の負荷を減少（ロードダウン）させる。

【0069】

第２開閉弁ＶＢが開かれ、第３開閉弁ＶＣが閉じられ、第４開閉弁ＶＤが開かれている場合、水素製造装置１１０から出力され、低圧蓄圧器１２０に貯留された水素、および、可変圧蓄圧器１７０に貯留された水素は、吸入バッファ１３０を介して圧縮機１４０によって昇圧された後、高圧蓄圧器１５０に供給される。これにより、高圧蓄圧器１５０を満蓄とすることができる。

【0070】

［閉状態制御Ｓ１４０］
図３に戻って説明すると、運転制御部１９４は、第１開閉弁ＶＡを閉状態とする。つまり、運転制御部１９４は、第１開閉弁ＶＡが開かれている場合には閉じ、第１開閉弁ＶＡが閉じられている場合には閉状態を維持する。そして、運転制御部１９４は、無人制御Ｓ１５０に処理を移す。

【0071】

［無人制御Ｓ１５０］
運転制御部１９４は、低圧蓄圧器１２０の圧力Ｐｌに基づいて、水素製造装置１１０を制御する。

【0072】

具体的に説明すると、運転制御部１９４は、低圧蓄圧器１２０の圧力Ｐｌが、上限圧力Ｒｍａｘ以上である場合（Ｐｌ≧Ｒｍａｘ）、水素製造装置１１０に停止指令を伝達して、停止処理を開始させる。上限圧力Ｒｍａｘは、低圧蓄圧器１２０の常用圧力未満の圧力である。上限圧力Ｒｍａｘは、水素製造装置１１０の吐出圧、および、低圧蓄圧器１２０の常用圧力（耐圧）に基づいて決定される。上限圧力Ｒｍａｘは、例えば、０．７５ＭＰａである。

【0073】

また、運転制御部１９４は、低圧蓄圧器１２０の圧力Ｐｌが、上限圧力Ｒｍａｘ未満、停止圧力Ｐ１´以上である場合（Ｒｍａｘ>Ｐｌ≧Ｐ１´）、低圧蓄圧器１２０の圧力Ｐｌに応じて、水素製造装置１１０の負荷を、１００％から最低負荷の間で比例制御する。つまり、運転制御部１９４は、水素製造装置１１０に通常運転指令、出力低下指令、出力増加指令のうちのいずれかの指令を伝達して、通常運転処理、出力低下処理、出力増加処理のいずれかの処理を行わせる。なお、停止圧力Ｐ１´は、上限圧力Ｒｍａｘから、余剰分に相当する圧力を減じた圧力である。

【0074】

運転制御部１９４は、低圧蓄圧器１２０の圧力Ｐｌが、停止圧力Ｐ１´未満である場合（Ｐ１´>Ｐｌ）、水素製造装置１１０に起動指令を伝達して、起動処理を開始させる。

【0075】

以上説明したように、本実施形態に係る水素ステーション１００は、低圧蓄圧器１２０および第１開閉弁ＶＡを備える。これにより、水素ステーション１００は、水素製造装置１１０の稼働率を向上させることが可能となる。

【0076】

上記したように、水素ステーション１００において、運転員が不在の期間、圧縮機１４０を運転できない。このため、低圧蓄圧器１２０を備えない比較例では、運転員が不在の期間、水素製造装置１１０を稼働できなかった。したがって、比較例では、運転員が滞在している期間の製造量だけで、水素ステーションの需要量をすべて賄う必要があり、常時稼働できる場合と比べて水素製造装置１１０の定格出力量を大きくしなければならなかった。このため、水素製造装置１１０のコストが増加するという問題があった。また、運転員が不在の期間、水素製造装置１１０を稼働していなくても、待機運転のため、エネルギーが消費されてしまうという問題があった。

【0077】

これに対し、本実施形態に係る水素ステーション１００は、低圧蓄圧器１２０および第１開閉弁ＶＡを備えるため、運転員が不在の期間であっても、水素製造装置１１０によって製造された水素を低圧蓄圧器１２０に貯留させることができる。これにより、水素ステーション１００は、比較例よりも、水素製造装置１１０の稼働時間を延長する（稼働率を向上する）ことが可能となる。

【0078】

したがって、水素ステーション１００は、比較例よりも、水素製造装置１１０の定格出力量を小さくすることができ、水素製造装置１１０のコストを低減することが可能となる。例えば、水素ステーション１００の水素製造装置１１０を、比較例の２／３の能力（定格出力量）に低減した場合、水素製造装置１１０自体のコストを約７８％に削減できる。したがって、比較例の水素製造装置１１０のコストに対し、本実施形態の水素製造装置１１０および低圧蓄圧器１２０のコストを約９５％に削減することができる。また、水素ステーション１００の水素製造装置１１０は、比較例よりも、待機運転時間を約８９％に削減し、待機運転に要するコストを約５８％に削減することができる。

【0079】

例えば、水素ステーション１００の水素製造装置１１０を、比較例の１／２の能力（定格出力量）に低減した場合、水素製造装置１１０自体のコストを約６６％に削減できる。したがって、比較例の水素製造装置１１０のコストに対し、本実施形態の水素製造装置１１０および低圧蓄圧器１２０のコストを約８８％に削減することができる。また、水素ステーション１００の水素製造装置１１０は、比較例よりも、待機運転時間を約７４％に削減し、待機運転に要するコストを約３７％に削減することができる。

【0080】

例えば、水素ステーション１００の水素製造装置１１０を、比較例の約２３％の能力（定格出力量）に低減した場合、水素製造装置１１０自体のコストを約４２％に削減できる。したがって、比較例の水素製造装置１１０のコストに対し、本実施形態の水素製造装置１１０および低圧蓄圧器１２０のコストを約７０％に削減することができる。また、水素ステーション１００の水素製造装置１１０は、比較例よりも、待機運転時間を約１６％に削減し、待機運転に要するコストを約３％に削減することができる。

【0081】

また、上記したように、圧縮機１４０は、吸入バッファ１３０の圧力を可能な限り低圧（例えば、０．１５ＭＰａ）に維持する。これにより、水素ステーション１００は、有人制御Ｓ１３０において、高圧蓄圧器１５０および可変圧蓄圧器１７０の復圧が完了した際（可変圧蓄圧器１７０の圧力Ｐｖが上限圧力Ｐｍａｘ以上となり、かつ、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ以上となった際）に、低圧蓄圧器１２０の圧力を低くすることができる。したがって、水素ステーション１００は、無人制御Ｓ１５０において、より多くの水素を低圧蓄圧器１２０に貯留することが可能となる。

【0082】

［第２の実施形態：水素ステーション２００］
上記第１の実施形態において、水素ステーション１００が可変圧蓄圧器１７０を備える場合を例に挙げた。しかし、水素ステーション２００は、可変圧蓄圧器１７０を備えずともよい。

【0083】

図７は、第２の実施形態に係る水素ステーション２００を説明する図である。図７に示すように、水素ステーション２００は、水素製造装置１１０と、低圧蓄圧器１２０と、第１開閉弁ＶＡと、第１減圧弁Ｒ１と、吸入バッファ１３０と、圧縮機１４０と、第２開閉弁ＶＢと、高圧蓄圧器１５０と、ディスペンサー１６０と、運転員検知センサ１８０と、制御部２９０とを含む。なお、上記水素ステーション１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0084】

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る。制御部２９０は、ＲＯＭからＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部２９０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素ステーション２００全体を管理および制御する。

【0085】

本実施形態において、制御部２９０は、信号取得部１９２、運転制御部２９４として機能する。

【0086】

運転制御部２９４は、運転員検知センサ１８０の検知信号に基づいて、水素製造装置１１０、圧縮機１４０、第１開閉弁ＶＡ、および、第２開閉弁ＶＢを制御する。

【0087】

運転制御部２９４は、信号取得部１９２によって取得された、運転員検知センサ１８０の検知信号に基づき、水素ステーション１００に運転員が滞在していると判定した場合、第１開閉弁ＶＡを開状態とする。

【0088】

そして、運転制御部２９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈに基づいて、水素製造装置１１０を制御する。具体的に説明すると、運転制御部２９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ（例えば、８１．５ＭＰａ）未満である場合であって、水素製造装置１１０が停止状態である場合には、水素製造装置１１０に起動指令を伝達して、起動処理を開始させる。運転制御部２９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ（例えば、８１．５ＭＰａ）未満である場合であって、水素製造装置１１０が水素を出力している場合には、水素製造装置１１０の負荷を１００％で制御する。

【0089】

一方、運転制御部２９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ（例えば、８１．５ＭＰａ）以上である場合には、水素製造装置１１０に停止指令を伝達して、停止処理を開始させる。なお、この際、余剰分は、放散される。

【0090】

また、運転制御部２９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ以上である場合、第２開閉弁ＶＢを閉じ、圧縮機１４０の運転を停止する。

【0091】

運転制御部２９４は、高圧蓄圧器１５０の圧力Ｐｈが上限圧力Ｑｍａｘ未満である場合、第２開閉弁ＶＢを開き、圧縮機１４０を駆動させる。具体的に説明すると、運転制御部２９４は、吸入バッファ１３０の圧力が設定値に維持されるように圧縮機１４０を駆動させる。例えば、運転制御部１９４は、吸入バッファ１３０の圧力が設定値以上である場合、圧縮機１４０の負荷を増加（ロードアップ）させる。一方、運転制御部１９４は、吸入バッファ１３０の圧力が設定値未満である場合、圧縮機１４０の負荷を減少（ロードダウン）させる。

【0092】

一方、運転制御部２９４は、信号取得部１９２によって取得された、運転員検知センサ１８０の検知信号に基づき、水素ステーション１００において運転員が不在であると判定した場合、第１開閉弁ＶＡを閉状態とする。そして、運転制御部２９４は、上記第１の実施形態の運転制御部１９４による無人制御Ｓ１５０と同様に、低圧蓄圧器１２０の圧力Ｐｌに基づいて、水素製造装置１１０を制御する。

【0093】

以上説明したように、本実施形態に係る水素ステーション２００は、低圧蓄圧器１２０および第１開閉弁ＶＡを備える。これにより、水素ステーション２００は、運転員が不在の期間であっても、水素製造装置１１０によって製造された水素を低圧蓄圧器１２０に貯留させることができる。これにより、水素ステーション２００は、比較例よりも、水素製造装置１１０の稼働時間を延長する（稼働率を向上する）ことが可能となる。

【0094】

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。

【0095】

例えば、上述した第１の実施形態および第２の実施形態において、運転員検知センサ１８０は、運転員が滞在する部屋が施錠されているか否かを検知する場合を例に挙げた。しかし、運転員検知センサ１８０は、水素ステーション１００に運転員が滞在しているか否かを検知することができれば、構成に限定はない。運転員検知センサ１８０は、例えば、運転員が使用するパーソナルコンピュータの電源のオンオフによって水素ステーション１００に運転員が滞在しているか否かを検知してもよい。また、運転員検知センサ１８０は、運転員が滞在する部屋に設けられたカメラ、赤外線センサ等の人感センサであってもよい。また、運転員検知センサ１８０は、運転員の操作入力に応じて、水素ステーション１００に運転員が滞在しているか否かを検知してもよい。例えば、運転員検知センサ１８０は、運転員によって出勤時にスイッチがオンされることに応じて、運転員の滞在開始を判定してもよい。また、運転員検知センサ１８０は、運転員によって退勤時にスイッチがオフされることに応じて、運転員の滞在終了（不在開始）を判定してもよい。つまり、運転員検知センサ１８０は、スイッチがオン状態である場合に運転員が滞在していると判定し、スイッチがオフ状態である場合に運転員が不在であると判定してもよい。

【0096】

また、上記水素ステーション１００、２００は、運転員検知センサ１８０を備えずともよい。例えば、第１開閉弁ＶＡは、タイマによって開閉されてもよい。具体的に説明すると、運転員の出勤時間（例えば、昼間）に第１開閉弁ＶＡが開かれ、退勤時間（例えば、夜間）に第１開閉弁ＶＡが閉じられるようにしてもよい。また、第１開閉弁ＶＡは、運転員の操作入力に応じて開閉されてもよい。

【符号の説明】

【0097】

ＶＡ 第１開閉弁（開閉弁）
１００ 水素ステーション
１１０ 水素製造装置
１２０ 低圧蓄圧器
１３０ 吸入バッファ
１４０ 圧縮機
１５０ 高圧蓄圧器
１７０ 可変圧蓄圧器
１９０ 制御部
２００ 水素ステーション
２９０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2022-01-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【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接続された低圧蓄圧器と、
前記低圧蓄圧器に接続され、前記低圧蓄圧器よりも常用圧力が低い吸入バッファと、
前記低圧蓄圧器と前記吸入バッファとの間に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁と前記吸入バッファとの間に設けられた減圧弁と、
吸入側が前記吸入バッファに接続された圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に接続された高圧蓄圧器と、
を備える、水素ステーション。

【請求項2】

前記開閉弁は、前記圧縮機の運転員が滞在している場合に開かれ、前記運転員が不在である場合に閉じられる、請求項１に記載の水素ステーション。

【請求項3】

前記水素製造装置を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記開閉弁が閉じられている場合、前記低圧蓄圧器の圧力に基づいて、前記水素製造装置を制御する、請求項１または２に記載の水素ステーション。

【請求項4】

前記圧縮機の吐出側および前記吸入バッファに接続された可変圧蓄圧器を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の水素ステーション。

【請求項5】

前記水素製造装置を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記開閉弁が開かれている場合、前記可変圧蓄圧器の圧力に基づいて、前記水素製造装置を制御する、請求項４に記載の水素ステーション。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の水素ステーションは、水素を出力する水素製造装置と、水素製造装置に接続された低圧蓄圧器と、低圧蓄圧器に接続され、低圧蓄圧器よりも常用圧力が低い吸入バッファと、低圧蓄圧器と吸入バッファとの間に設けられた開閉弁と、開閉弁と吸入バッファとの間に設けられた減圧弁と、吸入側が吸入バッファに接続された圧縮機と、圧縮機の吐出側に接続された高圧蓄圧器と、を備える。