特許 7538112 水素ガス供給装置および水素ガス供給方法

(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】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】水素ガス供給装置および水素ガス供給方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/00 20060101AFI20240814BHJP

   B01D 53/047 20060101ALI20240814BHJP

   B01J 4/00 20060101ALI20240814BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

C01B3/00 Z

B01D53/047

B01J4/00 102

C01B3/56 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021509439

(86)(22)【出願日】2020-03-24

(86)【国際出願番号】 JP2020012942

(87)【国際公開番号】W WO2020196491

(87)【国際公開日】2020-10-01

【審査請求日】2023-03-07

(31)【優先権主張番号】P 2019061869

(32)【優先日】2019-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004444

【氏名又は名称】ＥＮＥＯＳ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(72)【発明者】

【氏名】前原 和巳

(72)【発明者】

【氏名】立石 大作

(72)【発明者】

【氏名】福岡 玄義

(72)【発明者】

【氏名】清家 匡

【審査官】末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０３９９８８５１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６００８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３／００－６／３４

Ｂ０１Ｊ ４／００－７／０２

Ｂ０１Ｄ ５３／０２－５２／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された水素ガスを蓄圧する蓄圧器と、
前記圧縮機と前記蓄圧器との間に配置され、前記圧縮機から吐出される水素ガスに混在する不純物を吸着する第１吸着剤を有する第１吸着部と、
前記圧縮機と前記第１吸着部との間の第１ガス供給配管に配置される第１弁と、
前記第１吸着部と前記蓄圧器との間の第２ガス供給配管に配置された第２弁と、
前記第１ガス供給配管における前記第１弁と前記第１吸着部との間から分岐され、前記圧縮機の上流側に接続される戻り配管と、
前記戻り配管に配置され、前記不純物を吸着する第２吸着剤を有する第２吸着部と、
前記戻り配管における前記第２吸着部の上流側に配置される第３弁と、
前記第１弁、前記第２弁、および前記第３弁の開閉を制御する制御装置と、
を備える、水素ガス供給装置。

【請求項2】

前記圧縮機の運転停止時に、前記制御装置は、前記第１弁、および前記第２弁を閉じるように制御した状態で、前記第３弁を開くように制御する、請求項１記載の水素ガス供給装置。

【請求項3】

前記第１ガス供給配管における前記第１弁と前記第１吸着部との間から分岐されたベントラインと、前記ベントラインに配置される第４弁と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１弁および前記第２弁を閉じるように制御した状態で、前記第３弁および前記第４弁を開くように制御する、請求項１又は２記載の水素ガス供給装置。

【請求項4】

前記圧縮機に水素ガスを供給する水素製造装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記第４弁を開いて所定時間経過後に、前記第３弁を閉じ、前記第１弁を開き、運転停止中の前記圧縮機を介して前記水素製造装置から供給される水素ガスを前記第１吸着部に供給するように制御する、請求項３記載の水素ガス供給装置。

【請求項5】

前記第１吸着剤と前記第２吸着剤は、少なくとも硫黄およびハロゲンのいずれか一方の吸着能を有する、請求項１から４のいずれかに記載の水素ガス供給装置。

【請求項6】

圧縮機により水素ガスを圧縮する工程と、
前記圧縮機により圧縮された水素ガスを蓄圧器に蓄圧する工程と、
前記圧縮機と前記蓄圧器との間に配置された第１吸着剤を有する第１吸着部を用いて、前記圧縮機から吐出される水素ガスに混在する不純物を前記第１吸着剤に吸着させる工程と、
前記圧縮機と前記第１吸着部との間の第１ガス供給配管に配置される第１弁と、前記第１吸着部と前記蓄圧器との間の第２ガス供給配管に配置された第２弁とを閉じるように制御した状態で、前記第１ガス供給配管における前記第１弁と前記第１吸着部との間から分岐され、前記圧縮機の上流側に接続される戻り配管に配置される第３弁を開くように制御することで、前記戻り配管に配置された第２吸着剤を有する第２吸着部を用いて前記不純物を前記第２吸着剤に吸着させる工程と、
を備える、水素ガス供給方法。

【請求項7】

水素ガスを圧縮し、水素ガスを蓄圧する蓄圧器側に圧縮された水素ガスを供給する圧縮機と、
前記圧縮機の吐出口と前記蓄圧器との間に配置され、前記圧縮機から吐出される水素ガス中の不純物を吸着するための第１の吸着剤が配置された第１の吸着部と、
前記圧縮機の吐出口と前記第１の吸着部のガス入口との間に配置された第１の弁と、
前記第１の吸着部のガス出口と前記蓄圧器との間に配置された第２の弁と、
前記第１の弁と前記吸着部のガス入口との間で分岐され、前記圧縮機の吸込み側に繋がる戻り配管と、
前記戻り配管の途中に配置され、前記圧縮機から吐出される水素ガス中の不純物を吸着するための第２の吸着剤が配置された第２の吸着部と、
前記戻り配管の途中であって、前記第１の吸着部のガス入口と前記第２の吸着部のガス入口との間に配置された第３の弁と、
を備える水素ガス供給装置。

【請求項8】

前記圧縮機と前記第１の吸着部とを前記第１の弁で遮断した状態で、前記第１の吸着部内の圧縮された水素ガスを前記第３の弁を開にして前記戻り配管に流すと共に、前記第１の吸着剤から脱離した不純物を前記第２の吸着剤で吸着する請求項７記載の水素ガス供給装置。

【請求項9】

前記第１の弁と前記第１の吸着部のガス入口との間で分岐されるベントラインと、
前記ベントラインの途中に配置された第４の弁と、
をさらに備え、
前記第４の弁を開にすることにより、前記第１の吸着部内を高圧から低圧に減圧すると共に前記第１の吸着剤から脱離した不純物を前記ベントラインに放出する請求項７又は８記載の水素ガス供給装置。

【請求項10】

水素製造装置から前記水素ガスが前記圧縮機に供給され、
前記圧縮機が休止し、前記第１の吸着部内が低圧に減圧された状態で、前記第１及び第４の弁を開にすることにより、休止中の前記圧縮機を介して前記水素製造装置から供給される水素ガスをパージガスとして前記第１の吸着部に導入する請求項９記載の水素ガス供給装置。

【請求項11】

前記不純物は、前記圧縮機内で混入する不純物である請求項７～１０いずれかに記載の水素ガス供給装置。

【請求項12】

圧縮機により水素ガスを圧縮し、水素ガスを蓄圧する蓄圧器側に圧縮された水素ガスを供給する工程と、
前記圧縮機の吐出口と水素ガスを蓄圧する蓄圧器との間に配置された、第１の吸着剤が配置された第１の吸着部を用いて、前記圧縮機から吐出される水素ガス中の不純物を前記第１の吸着剤に吸着させる工程と、
前記圧縮機の吐出側であって前記第１の吸着部のガス入口側で分岐され、前記圧縮機の吸込み側に繋がる戻り配管の途中に配置される、第２の吸着剤が配置された第２の吸着部を用いて、前記圧縮機と前記第１の吸着部とを遮断した状態で、前記第１の吸着部内の圧縮された水素ガスを前記戻り配管に流すと共に、前記第１の吸着剤から脱離した不純物を前記第２の吸着剤に吸着させる工程と、
を備える水素ガス供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１９年３月２７日に日本国に出願されたＪＰ２０１９－０６１８６９（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。ＪＰ２０１９－０６１８６９に記載された内容は、本出願にインコーポレートされる。

【0002】

本発明は、水素ガス供給装置および水素ガス供給方法に関し、例えば、水素ステーションに配置される水素ガス供給装置および水素ガス供給方法に関する。

【背景技術】

【0003】

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。水素ガスは、水素製造装置（ＨＰＵ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｕｎｉｔ）等により製造される。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、蓄圧器から燃料タンクへ水素ガスを急速充填する。

【0004】

ここで、ＦＣＶ用燃料として高純度に精製された水素ガスを圧縮機で圧縮する際に、圧縮機の構成部品等から発生する硫黄やハロゲン等の不純物が水素ガスに混入してしまい、水素ガスの品質が規格から外れてしまうといった問題があった。かかる問題に対して、圧縮機の下流側に吸着剤を装填した吸着塔を配置して、不純物を排除することが検討されている。しかし、圧縮機は、蓄圧器に水素が規定量充填された後は運転を停止し、吸込み側圧力まで圧縮機内を減圧するため、吸着剤に吸着された不純物が脱離して圧縮機側（１次側）に拡散してしまうといった問題があった。さらに、水素ガスをできるだけ無駄にしないことが望ましい。

【0005】

ここで、水素製造の過程において、吸着剤を用いて不純物を吸着させる手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１１－１６７６２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで、本発明の一態様は、圧縮機の下流側に配置される吸着剤に吸着された、水素ガスの不純物が圧縮機側に拡散することを抑制しながら水素ガスを効率的に利用可能な装置および方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様の水素ガス供給装置は、
水素ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された水素ガスを蓄圧する蓄圧器と、
前記圧縮機と前記蓄圧器との間に配置され、前記圧縮機から吐出される水素ガスに混在する不純物を吸着する第１吸着剤を有する第１吸着部と、
前記圧縮機と前記第１吸着部との間の第１ガス供給配管に配置される第１弁と、
前記第１吸着部と前記蓄圧器との間の第２ガス供給配管に配置された第２弁と、
前記第１ガス供給配管における前記第１弁と前記第１吸着部との間から分岐され、前記圧縮機の上流側に接続される戻り配管と、
前記戻り配管に配置され、前記不純物を吸着する第２吸着剤を有する第２吸着部と、
前記戻り配管における前記第２吸着部の上流側に配置される第３弁と、
前記第１弁、前記第２弁、および前記第３弁の開閉を制御する制御装置と、
を備える。

【0009】

また、圧縮機の運転停止時に、前記制御装置は、前記第１弁、および前記第２弁を閉じるように制御した状態で、前記第３弁を開くように制御すると好適である。

【0010】

また、第１ガス供給配管における前記第１弁と前記第１吸着部との間から分岐されたベントラインと、前記ベントラインに配置される第４弁と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１弁および前記第２弁を閉じるように制御した状態で、前記第３弁および前記第４弁を開くように制御すると好適である。

【0011】

また、圧縮機に水素ガスを供給する水素製造装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記第４弁を開いて所定時間経過後に、前記第３弁を閉じ、前記第１弁を開き、運転停止中の前記圧縮機を介して前記水素製造装置から供給される水素ガスを前記第１吸着部に供給するように制御すると好適である。

【0012】

また、第１吸着剤と第２吸着剤は、少なくとも硫黄およびハロゲンのいずれか一方の吸着能を有すると好適である。

【0013】

本発明の一態様の水素ガス供給方法は、
圧縮機により水素ガスを圧縮する工程と、
前記圧縮機により圧縮された水素ガスを蓄圧器に蓄圧する工程と、
前記圧縮機と前記蓄圧器との間に配置された第１吸着剤を有する第１吸着部を用いて、前記圧縮機から吐出される水素ガスに混在する不純物を前記第１吸着剤に吸着させる工程と、
前記圧縮機と前記第１吸着部との間の第１ガス供給配管に配置される第１弁と、前記第１吸着部と前記蓄圧器との間の第２ガス供給配管に配置された第２弁とを閉じるように制御した状態で、前記第１ガス供給配管における前記第１弁と前記第１吸着部との間から分岐され、前記圧縮機の上流側に接続される戻り配管に配置される第３弁を開くように制御することで、前記戻り配管に配置された第２吸着剤を有する第２吸着部を用いて前記不純物を前記第２吸着剤に吸着させる工程と、
を備える。

【0014】

本発明の他の態様の水素ガス供給装置は、
水素ガスを圧縮し、水素ガスを蓄圧する蓄圧器側に圧縮された水素ガスを供給する圧縮機と、
圧縮機の吐出口と蓄圧器との間に配置され、圧縮機から吐出される水素ガス中の不純物を吸着するための第１の吸着剤が配置された第１の吸着部と、
圧縮機の吐出口と第１の吸着部のガス入口との間に配置された第１の弁と、
第１の吸着部のガス出口と蓄圧器との間に配置された第２の弁と、
第１の弁と吸着部のガス入口との間で分岐され、圧縮機の吸込み側に繋がる戻り配管と、
戻り配管の途中に配置され、圧縮機から吐出される水素ガス中の不純物を吸着するための第２の吸着剤が配置された第２の吸着部と、
戻り配管の途中であって、第１の吸着部のガス入口と第２の吸着部のガス入口との間に配置された第３の弁と、
を備える。

【0015】

また、圧縮機と前記第１の吸着部とを前記第１の弁で遮断した状態で、前記第１の吸着部内の圧縮された水素ガスを前記第３の弁を開にして前記戻り配管に流すと共に、前記第１の吸着剤から脱離した不純物を前記第２の吸着剤で吸着すると好適である。

【0016】

また、第１の弁と前記第１の吸着部のガス入口との間で分岐されるベントラインと、
前記ベントラインの途中に配置された第４の弁と、
をさらに備え、
前記第４の弁を開にすることにより、前記第１の吸着部内を高圧から低圧に減圧すると共に前記第１の吸着剤から脱離した不純物を前記ベントラインに放出すると好適である。

【0017】

また、水素製造装置から前記水素ガスが前記圧縮機に供給され、
前記圧縮機が休止し、前記第１の吸着部内が低圧に減圧された状態で、前記第１及び第４の弁を開にすることにより、休止中の前記圧縮機を介して前記水素製造装置から供給される水素ガスをパージガスとして前記第１の吸着部に導入すると好適である。

【0018】

また、不純物は、前記圧縮機内で混入する不純物であると好適である。

【0019】

本発明の他の態様の水素ガス供給方法は、
圧縮機により水素ガスを圧縮し、水素ガスを蓄圧する蓄圧器側に圧縮された水素ガスを供給する工程と、
圧縮機の吐出口と水素ガスを蓄圧する蓄圧器との間に配置された、第１の吸着剤が配置された第１の吸着部を用いて、圧縮機から吐出される水素ガス中の不純物を第１の吸着剤に吸着させる工程と、
圧縮機の吐出側であって第１の吸着部のガス入口側で分岐され、圧縮機の吸込み側に繋がる戻り配管の途中に配置される、第２の吸着剤が配置された第２の吸着部を用いて、圧縮機と第１の吸着部とを遮断した状態で、第１の吸着部内の圧縮された水素ガスを戻り配管に流すと共に、第１の吸着剤から脱離した不純物を第２の吸着剤に吸着させる工程と、
を備える。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一態様によれば、圧縮機の下流側に配置される吸着剤に吸着された、水素ガスの不純物が圧縮機側に拡散することを抑制しながら吸着塔内に残った水素ガスを効率的に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】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2】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。

【図3】実施の形態１における圧縮機の内部構成の一例と、吸着塔制御バルブシステムの構成の一例とを示す構成図である。

【図4】実施の形態１における水素ガス供給方法の一例の要部工程を示すフローチャート図である。

【図5】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6】実施の形態１における蓄圧工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作を説明するための図である。

【図7】実施の形態１における吸着塔減圧／再生工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作の一例を説明するための図である。

【図8】実施の形態１における吸着塔減圧／再生工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作の他の一例を説明するための図である。

【図9】実施の形態１におけるパージ制御工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0022】

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、吸着塔７０（第１の吸着塔）、吸着塔制御バルブシステム１１０、吸着塔７５（第２の吸着塔）、及び制御回路１００を備えている。圧縮機４０、吸着塔７０、吸着塔制御バルブシステム１１０、吸着塔７５、及びこれらを繋ぐ配管等により、多段蓄圧器１０１、及び／或いはディスペンサ３０へと水素ガスを供給する水素ガス供給装置の一例が構成される。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、オンサイトＳＴの一例が示されている。但し、これに限るものではない。別の場所で製造された高純度の水素ガスが水素トレーラーによって水素ステーション１０２内に運ばれ、図示しないカードル或いは中間蓄圧器に一時的に蓄圧されるように構成される場合（オフサイトＳＴ）であっても良い。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

圧縮機４０の吐出口と多段蓄圧器１０１との間に吸着塔７０が配置される。吸着塔７０内には、圧縮機４０から吐出される水素ガス中の不純物を吸着するための吸着剤（第１の吸着剤）が配置される。吸着塔７０用の吸着剤としては、圧縮機４０の構成部品等から発生する硫黄およびハロゲンに対する吸着能が高いものが望ましく、例えば活性炭が配置される。吸着剤は一層で構成されてるものに限るものではなく、種類の異なる複数層で構成されていても構わない。

【0026】

圧縮機４０の吐出側であって吸着塔７０のガス出入口側には、吸着塔制御バルブシステム１１０が配置される。吸着塔制御バルブシステム１１０は、吸着塔７０を密閉可能な複数の遮断弁７１，７２，７３，７４（複数の弁）により構成される。遮断弁７１（第１の弁）は、圧縮機４０の吐出口と吸着塔７０のガス入口との間に配置される。遮断弁７２（第２の弁）は、吸着塔７０のガス出口と多段蓄圧器１０１との間に配置される。言い換えれば、圧縮機４０の吐出側は、吸着塔制御バルブシステム１１０のうち遮断弁７１を介して吸着塔７０のガス入口側と配管７６により接続される。吸着塔７０のガス出口側（下流側）は、吸着塔制御バルブシステム１１０のうち遮断弁７２を介して多段蓄圧器１０１側及び／或いはディスペンサ３０側へと配管により接続される。また、遮断弁７１と吸着塔７０のガス入口との間で圧縮機４０の吸込み側に繋がる戻り配管９２が分岐される。

【0027】

戻り配管９２の途中には吸着塔７５が配置される。吸着塔７５内には、圧縮機４０から吐出される水素ガス中の不純物を吸着するための吸着剤（第２の吸着剤）が配置される。吸着塔７５用の吸着剤としては、圧縮機４０の構成部品等から発生する硫黄およびハロゲンに対する吸着能が高いものが好ましく、例えば活性炭が配置される。吸着剤は一層で構成されるものに限るものではなく、種類の異なる複数層で構成されていても構わない。吸着塔７５は、低圧（例えば、０．６ＭＰａ）下で使用されるため、吸着塔７０よりも大型に形成される。吸着塔７５は吸着塔７０より容量が大きいため、吸着剤の搭載量も多くできる。そのため、再生されるたびに吸着塔７０から放出される不純物を吸着塔７５で繰り返し除去できる。なお、吸着塔７０の吸着剤は、再生せずに吸着性能が劣化したら交換すればよい。吸着剤の搭載量が多いため、長寿命化を図ることができる。戻り配管９２の途中であって、吸着塔７０のガス入口と吸着塔７５のガス入口との間に吸着塔制御バルブシステム１１０のうちの遮断弁７４（第３の弁）が配置される。

【0028】

また、圧縮機４０の吐出口と吸着塔７０のガス入口との間に配置される遮断弁７１と吸着塔７０のガス入口との間でベントライン９０（ベント配管）が分岐される。ベントライン９０の途中には吸着塔制御バルブシステム１１０のうちの遮断弁７３（第４の弁）が配置される。

【0029】

吸着塔７０の下流側は、遮断弁７２及びバルブ２１を介して蓄圧器１０と配管により接続される。同様に、吸着塔７０の下流側は、遮断弁７２及びバルブ２３を介して蓄圧器１２と配管により接続される。同様に、吸着塔７０の下流側は、遮断弁７２及びバルブ２５を介して蓄圧器１４と配管により接続される。同様に、吸着塔７０の下流側は、遮断弁７２及びバルブ２８を介してディスペンサ３０と配管により接続される。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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、水素ガスを動力源とする燃料電池自動車である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ＦＣＶ２００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）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。

【0033】

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。

【0034】

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Ｐ_ＩＮ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。

【0035】

圧縮機４０は、水素ガスを圧縮し、水素ガスを蓄圧する蓄圧器側に圧縮された水素ガスを供給する。具体的には、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Ｐ_ＯＵＴ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。

【0036】

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Ｐ_ＩＮ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Ｐ_ＩＮ（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Ｐ_ＩＮ（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Ｐ_ＩＮ（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。

【0037】

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。

【0038】

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。制御回路１００は、制御装置として機能する。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、ＨＰＵ制御部６７、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。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ＨＰＵ制御部６７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。例えば、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)、または、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を用いてもよい。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ＨＰＵ制御部６７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。

【0039】

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。

【0040】

水素ガス供給システム５００では、水素製造装置３００により高純度に精製された水素ガスを圧縮機４０で圧縮する際に、圧縮機４０の構成部品等から発生する硫黄やハロゲン等の不純物が水素ガスに混入してしまったとしても、圧縮機４０の下流側に配置した吸着塔７０で不純物を排除することができるのに加えて、吸着塔制御バルブシステム１１０、戻り配管９２、及び吸着塔７５を用いて、吸着塔７０内の吸着剤に吸着された不純物が脱離して圧縮機４０側（１次側）に拡散してしまうことを抑制（ＦＣＶ等に供給される水素ガスの品質が規格（例えばＩＳＯ規格）から外れるのを抑制）しながら、吸着塔７０内に残った水素ガスを効率的に利用することができる。つまり、水素ガス供給システム５００は、水素ガスの無駄を省きつつ、ＦＣＶ等に供給される水素ガスの品質が規格（例えばＩＳＯ規格）から外れるのを抑制することができる。

【0041】

図３は、実施の形態１における圧縮機の内部構成の一例と、吸着塔制御バルブシステムの構成の一例とを示す構成図である。図３において、水素製造装置３００から圧縮機４０の吸込口までの構成および遮断弁７２から多段蓄圧器１０１（及びディスペンサ３０）までの構成については記載を省略している。図３の例では、圧縮機４０として、５段の圧縮機構を備えた多段圧縮機を示している。圧縮機４０内の各段の圧縮機構間には、圧縮された水素ガスを冷却するクーラーがそれぞれ配置される。また、１段目の圧縮機構の吸込側には、スナッパーが配置される。スナッパーは、水素製造装置３００から供給される水素ガスの脈動を緩和するアキュームタンク（バッファ）として機能する。また、ベントライン９０（ベント配管）の途中には、オリフィス９１（しぼり機構）が配置される。オリフィス９１により、ベントライン９０の開放による急激な圧力変動を低減できる。また、戻り配管９２は、圧縮機４０の吸込み側として、例えばスナッパーに接続する。戻り配管９２の途中には、オリフィス９３（しぼり機構）が配置される。オリフィス９３により、戻り配管９２へ水素ガスを流す場合の急激な圧力変動を低減できる。また、圧縮機４０の構成によっては、各圧縮機構を駆動するピストン等の可動部が配置されるシリンダ内で硫黄成分等の不純物が生じる場合もあり得る。そこで図３の例に示すように、かかるシリンダ内の圧力を開放すると共に、シリンダ内で生じた不純物を吸着塔７５で吸着除去するために、シリンダリークラインを吸着塔７５のガス入口と遮断弁７４との間で戻り配管９２に接続しても良い。また、圧縮機４０内には、圧縮機４０の最終段の圧縮機構の吐出側と、１段目の圧縮機構の吸込側のスナッパーとを接続する減圧配管４２が流量調整弁４１を介して接続される。

【0042】

図４は、実施の形態１における水素ガス供給方法の一例の要部工程を示すフローチャート図である。図４において、実施の形態１における水素ガス供給方法は、ＦＣＶ充填工程（１０２）と、蓄圧工程（Ｓ１０４）と、吸着塔減圧／再生工程（Ｓ１２１）と、圧縮機休止及びＨＰＵアイドリング運転工程（Ｓ１２２）と、圧縮機内減圧工程（Ｓ１２４）と、パージ制御工程（Ｓ１２８）と、いう一連の工程を実施する。蓄圧工程（Ｓ１０４）は、内部工程として、圧縮機運転およびＨＰＵ定格運転工程（Ｓ１０６）と、バルブ制御工程（Ｓ１０８）と、吸着工程（Ｓ１１０）と、判定工程（Ｓ１１２）と、いう一連の工程を実施する。なお、水素のパージ制御工程（Ｓ１２８）は毎回実施する必要は無く、例えば、図４の各工程のサイクルに対して、数回のサイクルに対して１度実施すればよい。もちろん、毎回実施しても構わない。

【0043】

ＦＣＶ充填工程（１０２）として、ＦＣＶ２００に水素ガスを供給し、ＦＣＶ２００内の燃料タンク２０２に水素ガスを充填する。一例として、具体的には、以下のように動作する。なお、ここでは、多段圧縮機１０１に規定圧力（例えば、８２ＭＰａ）の水素ガスが蓄圧されている状態から説明する。

【0044】

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。

【0045】

次に、車載器２０４と制御回路３４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。

【0046】

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用に応じて補正する。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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

図５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５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。

【0050】

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２２を閉、バルブ２４を開にして、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。

【0051】

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２４を閉、バルブ２６を開にして、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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

蓄圧工程（Ｓ１０４）として、圧縮機４０により水素ガスを圧縮し、水素ガスを蓄圧する蓄圧器側に圧縮された水素ガスを供給する。具体的には、以下のように動作する。

【0056】

圧縮機運転およびＨＰＵ定格運転工程（Ｓ１０６）として、多段蓄圧器１０１によりＦＣＶ２００への水素充填が開始され、多段蓄圧器１０１内のいずれかの蓄圧器内の圧力が低下した場合、及び／或いは多段蓄圧器１０１からの水素供給ではＦＣＶ２００への充填量が不足している場合、ＨＰＵ制御部６７の制御のもと、水素製造装置３００がアイドリング運転から定格運転（例えば１００％負荷運転）へと移行し、水素ガス製造量を増加させる。その際、バルブ制御回路６０は、開放弁３１９を閉に、バルブ３２８を開にしておく。そして、圧縮機制御部６２の制御のもと、圧縮機４０が運転を開始し、水素製造装置３００から供給された低圧の水素ガスを圧縮し、吐出する。

【0057】

バルブ制御工程（Ｓ１０８）として、バルブ制御回路６０は、蓄圧器側に圧縮された水素ガスを供給するべく、吸着塔制御バルブシステム１１０を制御する。

【0058】

図６は、実施の形態１における蓄圧工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作を説明するための図である。図６において、バルブ制御回路６０は、遮断弁７３，７４を閉に制御し、遮断弁７１，７２を閉から開に制御する。

【0059】

吸着工程（Ｓ１１０）として、吸着剤が配置された吸着塔７０を用いて、圧縮機４０から吐出される水素ガス中の不純物を吸着塔７０内の吸着剤に吸着させる。そして、不純物が吸着され、高純度となった水素ガスを吸着塔７０のガス出口から多段蓄圧器１０１側へと供給する。

【0060】

また、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。

【0061】

そして、圧縮機４０の運転によって、低圧（例えば０．６ＭＰａ）から圧縮され、吸着塔７０内の吸着剤によって不純物が吸着された水素ガスを蓄圧器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。

【0062】

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。

【0063】

そして、同様に、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。

【0064】

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。

【0065】

そして、同様に、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。

【0066】

判定工程（Ｓ１１２）として、システム制御部５８は、多段蓄圧器１０１のすべての蓄圧器１０，１２，１４が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）まで蓄圧されたかどうかを判定する。まだ所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）まで蓄圧されていない場合には、蓄圧を継続する。所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）まで蓄圧された場合には、次の工程に進む。ここでは、多段蓄圧器１０１のすべての蓄圧器１０，１２，１４が十分に蓄圧されるまで蓄圧を継続する場合を一例として示したが、これに限るものではない。いずれかの蓄圧器１０，１２，１４が十分に蓄圧された段階で蓄圧工程（Ｓ１０４）を終了しても構わない。

【0067】

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。

【0068】

吸着塔減圧／再生工程（Ｓ１２１）として、圧縮機４０と吸着塔７０とを遮断弁７１で遮断した状態で、吸着塔７０内の圧縮された水素ガスを、遮断弁７４を開にして戻り配管９２に流すことで、吸着塔７０内を高圧から低圧に減圧する。さらに、吸着塔７０内の圧縮された水素ガスを、遮断弁７４を開にして戻り配管９２に流すことで、吸着塔７０内の吸着剤から脱離した不純物を吸着塔７５内の吸着剤で吸着する。

【0069】

図７は、実施の形態１における吸着塔減圧／再生工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作の一例を説明するための図である。図７において、バルブ制御部６０は、遮断弁７１，７２が開であって、遮断弁７３，７４が閉の状態から、遮断弁７１，７２を閉にし、遮断弁７４を開にする。これにより、圧縮機４０と吸着塔７０とが遮断弁７１で遮断される。そして、吸着塔７０内に残っている高圧の水素ガスが戻り配管９２を介して圧縮機４０の吸込み側に戻される。その際、戻り配管９２にはオリフィス９３が配置されているため、急激な圧力変動を抑制し、吸着塔７０等の構成部品の損傷、或いは活性炭等の吸着剤の粉砕等を抑制できる。また、吸着塔７５のガス入口側の圧力上昇を抑制でき、吸着塔７０の使用圧力に比べて大幅に低圧下で吸着塔７５を使用できる。吸着塔７０内が減圧されることで、吸着していた不純物が吸着剤から脱離する。そして、内部の水素ガスの流れに乗じて戻り配管９２に拡散する。このままでは、せっかく除去した不純物が圧縮機４０の吸込み側に戻されてしまう。そこで、実施の形態１では、吸着塔７０内の吸着剤から脱離した不純物を吸着塔７５内の吸着剤で吸着する。これにより、吸着塔７０の吸着剤を再生（リフレッシュ）できる。よって、吸着塔７０を小型化し、吸着剤の搭載量が少量であった場合でも、吸着剤の吸着性能の寿命を長くすることできる。同時に、吸着塔７０内の水素ガス中の不純物が吸着塔７５内の吸着剤で吸着され、高純度となった水素ガスを圧縮機４０の吸込み側に戻し再利用できる。

【0070】

図８は、実施の形態１における吸着塔減圧／再生工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作の他の一例を説明するための図である。図８において、バルブ制御部６０は、遮断弁７１，７２が開であって、遮断弁７３，７４が閉の状態から、遮断弁７１，７２を閉にし、遮断弁７３，７４を開にしても良い。これにより、戻り配管９２に加えて、さらに、ベントライン９０に吸着塔７０内の水素ガスが放出する。これにより、吸着塔７０内を高圧から低圧に減圧すると共に吸着塔７０内の吸着剤から脱離した不純物をベントライン９０に放出する。戻り配管９２に加えて、さらに、ベントライン９０を使用するかどうかは、適宜設定すればよい。ベントライン９０を使用することで再利用できる水素ガス量は低減するが、吸着塔７０内の減圧にかかる時間を短縮できる。

【0071】

或いは、遮断弁７３，７４を同時に開にする場合に限るものではなく、遮断弁７３と遮断弁７４を開にする動作に時間差を設けても良い。どちらを先に開にしても構わない。

【0072】

圧縮機休止及びＨＰＵアイドリング運転工程（Ｓ１２２）として、ＨＰＵ制御部６７の制御のもと、水素製造装置３００を定格運転（例えば１００％負荷運転）からアイドリング運転（例えば３０％負荷運転）へと移行し、水素ガス製造量を低減する。バルブ制御回路６０は、開放弁３１９を閉から開に、バルブ３２８を開から閉に制御して、圧縮機４０への水素ガスの供給を停止する。アイドリング運転により製造される少量の水素ガスは、開放弁３１９が開になったことで大気中に放出される。そして、圧縮機制御部６２の制御のもと、圧縮機４０が運転を休止（停止）する。よって、圧縮機４０が完全に停止した状態である運転停止時には、遮断弁７１，７２が閉じられているように制御される。

【0073】

圧縮機内減圧工程（Ｓ１２４）として、圧縮機制御部６２の制御のもと、流量調整弁４１が所定の開度で流量を調整しながら、減圧配管４２を介して、圧縮機４０内が圧縮機４０の吸込み側の圧力まで減圧される。

【0074】

ここで、圧縮機４０の吐出側が減圧された場合でも、圧縮機４０の吐出口と吸着塔７０のガス入口との間は遮断弁７１により遮断されているので、吸着塔７０内の吸着剤から脱離した不純物が圧縮機４０側（１次側）に拡散してしまうことを防止或いは抑制できる。

【0075】

パージ制御工程（Ｓ１２８）として、制御装置１００は、遮断弁７３を開いて所定時間経過後に、遮断弁７４を閉じ、遮断弁７１を開き、運転停止中の圧縮機４０を介して水素製造装置３００から供給される水素ガスを吸着塔７０に供給するように制御する。具体的には、圧縮機４０が休止（停止）し、吸着塔７０内が低圧に減圧された状態で、休止中の圧縮機４０を介して水素製造装置３００から供給される水素ガスをパージガスとして吸着塔７０に導入する。ここで、「所定時間」とは、例えば、密閉空間（遮断弁７１，７２，７３，７４で閉じられた空間）の圧力が水素製造装置３００からの供給圧力以下になると想定される時間が相当する。配管径と配管長さ、吸着塔７０の堆積、密閉時の圧力等から、密閉空間分のガス量とそれらが排出される時間が計算できる。

【0076】

図９は、実施の形態１における水素のパージ制御工程時における吸着塔制御バルブシステムの動作を説明するための図である。アイドリング運転中の水素製造装置３００では、製造量は少ないものの高純度の水素ガスは製造され続けている。従来、アイドリング運転中の水素製造装置３００で製造された水素ガスは圧縮機４０には供給されずに、開放弁３１９を介してベントラインから放出されていた。そこで、図９の例では、バルブ制御部６０は、遮断弁７１，７３を開にし、遮断弁７２，７４を閉にすると共に、開放弁３１９を閉じ、バルブ３２８を開に制御する。これにより、アイドリング運転中の水素製造装置３００で製造された水素ガスは停止中の圧縮機４０内を通って、吸着塔７０内に供給されると共に、ベントライン９０から放出される。この水素ガスをパージガスとして利用して、吸着塔７０内に導入することで、吸着剤の再生を加速できる。硫黄やハロゲン等の不純物は、例えば、圧縮機４０の運転時のピストンの駆動により生じるピストンリング等の摺動により発生すると想定される。よって、圧縮機４０が休止（停止）中は硫黄やハロゲン等の不純物は発生していないと考えられ、高純度を維持した水素ガスをパージガスとして利用できる。また、アイドリング運転中の水素製造装置３００で製造された水素ガスをパージガスとして利用することで、従来廃棄していた水素ガスを活用できる。

【0077】

そして、次のＦＣＶ２００が水素ステーション１０２に到来した場合には、ＦＣＶ充填工程（１０２）に戻り、ＦＣＶ充填工程（１０２）から圧縮機内減圧工程（Ｓ１２４）（或いはパージ制御工程（Ｓ１２８））までの各工程を繰り返す。

【0078】

以上のように、実施の形態１によれば、圧縮機４０の下流側に配置される吸着剤に吸着された、水素ガスの不純物が圧縮機４０側に拡散することを抑制しながら吸着塔７０内に残った水素ガスを効率的に利用できる。さらに、吸着塔７０内の吸着剤を再生でき、吸着塔７０内の吸着剤の吸着性能を長寿命化することできる。よって、吸着塔７０をさらに小型化することもできる。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【産業上の利用可能性】

【0082】

水素ガス供給装置および水素ガス供給方法に関し、例えば、水素ステーションに配置される水素ガス供給装置および水素ガス供給方法に利用できる。

【符号の説明】

【0083】

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
４１ 流量調整弁
４２ 減圧配管
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
６７ ＨＰＵ制御部
７０，７５ 吸着塔
７１，７２，７３，７４ 遮断弁
７６ 配管
８０，８２，８４ 記憶装置
８１ 変換テーブル
８３ 補正テーブル
９０ ベントライン
９２ 戻り配管
９１，９３ オリフィス
１００ 制御回路
１０１ 多段蓄圧器
１０２ 水素ステーション
１０６ 供給部
１１０ 吸着塔制御バルブシステム
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
５００ 水素ガス供給システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】