(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを所定の圧力で水素ガス使用設備に供給する水素ガス充填装置であって、
水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器と、
水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、
水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）、
を備え、
前記蓄圧器は、充填圧が異なるものが複数設けられ、その中の１つは、前記水素ガス使用設備に充填後に供給配管の水素ガスを蓄えて供給配管の減圧を行う減圧容器として用いられ、
それぞれの蓄圧器が前記水素ガス使用設備に連通される配管系が設けられたことを特徴とする水素ガス充填装置。
【請求項２】
前記水素ガス使用設備に水素ガスを充填する際、
充填圧が低い蓄圧器から充填を始め、充填圧が低い蓄圧器の充填が完了してから、充填圧が高い蓄圧器の充填を始めるように、前記配管系と蓄圧器の間に設けられたバルブを制御する制御手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載の水素ガス充填装置。
【請求項３】
上記の水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器は、水素吸蔵合金が水素ガスを選択的に吸蔵する特性を利用し、水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させた後に前記冷却手段により冷却し、蓄圧器内の水素ガス圧力を下げた後に、未吸着の不純物を蓄圧器から放出し除去することにより、水素ガスの精製を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素ガス充填装置。
【請求項４】
上記の水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器の発熱および吸熱を利用する熱交換器が設けられ、
前記加熱手段は、水素吸着合金の水素ガス吸着の際の発熱を利用し、
前記冷却手段は、水素吸着合金の水素ガス放出の際の吸熱を利用する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の水素ガス充填装置。
【請求項５】
前記加熱手段（加圧手段）は、
金属酸化反応の発熱を利用するものであり、
金属酸化反応を行う金属を内蔵し、
該金属に対して、酸素含有ガスを供給または遮断する弁および配管を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の水素ガス充填装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の水素ガス充填装置に用いられる蓄圧器であって、
該蓄圧器は、内部下層に水素吸蔵合金を内蔵し、内部上層に水素吸蔵合金を内蔵せず、
前記加熱手段および前記冷却手段が、該蓄圧器の内部下層の周囲に設けられたことを特徴とする水素ガス充填装置用蓄圧器。
【請求項７】
水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器と、水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）を備える水素ガス充填装置を用いて、水素ガスを水素ガス使用設備に充填する方法であって、
１）水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に蓄圧器内の水素吸蔵合金を温度調整する工程、
２）蓄圧器内の水素吸蔵合金を冷却し、水素吸蔵合金に水素ガス吸着を促す工程、
３）蓄圧器内に残存するガスを排出し、蓄圧器内に導入された水素ガスを精製する工程、
４）補助的に圧縮機を用いて水素ガスを加圧し、蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱し、導入された水素ガスを圧縮し蓄圧器に蓄圧する工程、
５）蓄圧器に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備に充填する工程、
６）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧する工程、
を備えたことを特徴とする水素ガス充填方法。
【請求項８】
水素吸蔵合金を内蔵する第１の蓄圧器と、水素吸蔵合金を内蔵しない第２の蓄圧器と、水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）と、前記第２の蓄圧器を冷却する第２の冷却手段と、水素ガス使用設備に接続する接続手段と、水素ガス使用設備に供給する水素量を制御する流量制御手段を備える水素ガス充填装置を用いて、水素ガス使用設備から一時的に水素ガスを放出して後で充填する方法であって、
１）水素ガス使用設備内の高圧ガスを、第２の蓄圧器に移充填させる工程、
２）第２の蓄圧器を冷却する工程、
３）水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を温度調整する工程、
４）水素ガス使用設備内の低圧ガスを、第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を冷却して水素吸蔵合金に吸着させる工程、
５）第１の蓄圧器内に残存するガスを排出し、蓄圧器内に導入された水素ガスを精製する工程、
６）第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱し、導入された水素ガスを圧縮し蓄圧器に蓄圧する工程、
７）第１および第２の蓄圧器に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備に充填する工程、
８）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧する工程、
を備えたことを特徴とする水素ガス充填方法。
【請求項９】
水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器と、水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）を備える水素ガス充填装置を用いて、水素ガスを水素ガス使用設備に充填する方法であって、
水素ガス使用設備からの排熱を回収する工程、
前記排熱を用いて蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱し、導入された水素ガスを圧縮し蓄圧器に蓄圧する工程、
蓄圧器に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備に充填する工程、
を備えたことを特徴とする水素ガス充填方法。
【請求項１０】
水素吸蔵合金を内蔵する第１の蓄圧器と、水素吸蔵合金を内蔵しない第２の蓄圧器と、水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）と、前記第２の蓄圧器を冷却する第２の冷却手段と、水素ガス使用設備に接続する接続手段と、水素ガス使用設備に供給する水素量を制御する流量制御手段を備える水素ガス充填装置を用いて、水素ガスを水素ガス使用設備に充填する方法であって、
水素吸蔵合金を内蔵しない第２の蓄圧器内の水素ガスの圧力と温度、又は、蓄圧器内の水素ガスの重量、或は、蓄圧器内の水素ガスの圧力と温度および重量、を測定することにより、水素ガス使用設備に充填する水素ガスの流量および充填量を算定することを特徴とする水素ガス充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス使用設備に所定の圧力以上で高純度水素を供給する水素ガス充填装置および充填方法に関するもので、特に、燃料電池自動車などの高圧水素ガスの水素ガス使用設備に、高圧水素ガスを供給する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーの自給率を高め、環境改善のためのクリーンなエネルギー源として、水素を利用した燃料電池自動車などが急速に実用化されている。燃料電池自動車の普及には、水素供給インフラとなる水素ステーションなどの水素ガス充填装置の整備が不可欠である。
しかしながら、普及する以前には、小規模な充填設備またはガス欠時の緊急用充填設備が不可欠である。その際、十分な保安距離を有した充填設備の設置場所が非常に限定されており、従来の設計思想で小規模の水素ステーションを設計した場合、設備コストが高価になることが予想される。そのため、小規模な水素ガス充填設備のコンパクト化と同時に、設備の安全化が大きな問題になっている。このように、水素ガス充填装置は、コンパクト化と高い安全性が要求される。
【０００３】
かかる要求に対して、従来の水素ガス充填装置の場合、コンプレッサー（圧縮機）を用いて、蓄圧器に高圧水素ガスを予め充填させて、蓄圧器から水素ガス使用設備に水素ガスを充填している（例えば、特許文献１を参照）。
そして、通常、従来の水素ガス充填装置に用いられる蓄圧器は、水素ガスを高圧で貯蔵するため、多くの本数が必要になる。また、従来の水素ガス充填装置では、以下の（１）〜（６）の課題がある。
【０００４】
（１）蓄圧器に水素ガスを充填する時の温度管理の課題
水素ガスを水素ガス充填装置の容器に充填する場合において、容器内での高圧ガスの温度変化に留意する必要がある。一般に常温条件化では、気体を充填すると発熱する。また、水素ガスの場合、通常の気体と異なり、高圧状態から圧力が降下する際に温度が上昇する特質がある。このような高圧ガスの温度変化は、高圧ガス充填装置の温度管理を困難にすると共に、水素のような可燃性ガスについては、安全性の点において問題となる可能性がある。特に住宅密集地にもスタンドが要求される水素ステーションにおいては、さらに高い安全性が求められることから大きな課題となっている。さらに、装置の設置条件によっては、常温ではなく高温条件での充填の可能性を考慮した水素ガス充填装置が要求される場合がある。
【０００５】
（２）水素ガス充填装置の小型化への課題
従来の水素ガス充填装置においては、通常、水素ガスを圧縮する圧縮機が必要になる。また、燃料電池自動車に高圧の水素ガスを充填する場合において、直接燃料タンクに供給すると、高圧ガスの温度を安全性の基準温度８０℃以下にすることが困難となるため、燃料タンクに供給する前に冷却が必要で、そのための冷却設備を設けることから、水素ガス充填装置の大型化は避けられない。しかし、水素ステーションあるいは各種プロセスにおける設置場所には厳しい制限があり、こうした条件下での水素ガス充填装置の大型化は大きな課題となっている。
【０００６】
（３）高圧ガスとしての水素ガスの貯蔵量の削減への課題
市街地に設置される水素ステーションについては、高圧ガスの貯蔵量に一定の制限が課せられている。建築基準法では、地域毎に水素貯蔵量の上限が定められており、２０１５年のＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）普及開始時には主要な水素ステーション建設地となる市街地では、水素供給事業を成立させるに十分な水素ガスを貯蔵できない。貯蔵量の上限が撤廃されなければ、燃料供給事業として成立しない可能性もあり、高圧ガス貯蔵量は大きな課題となっている。
【０００７】
（４）水素ガスの不純物の混入の課題
水素ガス充填装置には純度の高い水素ガスが供給され、蓄圧器に充填される。しかし、水素ガスに不純物が混入した場合、従来の水素ガス充填装置では、水素ガスを精製する装置を別に設ける必要があった。また、ＦＣＶの車検時の際に、一旦水素ガスをＦＣＶから放出する必要があり、水素ガス充填装置の活用が求められている。その際、ＦＣＶから放出した水素ガスを精製して不純物を除去することが求められている。
【０００８】
（５）圧縮機による消費電力増大への課題
水素ステーションの場合、７０ＭＰａ程度の高圧の蓄圧器が要求されている。その場合、圧縮機には、高い圧縮性能が要求され、圧縮機自体の大型化や消費電力増大の問題がある。圧縮機を用いないか、用いる場合でも補助的に使用するような新しい水素ガス充填装置が要求されている。
【０００９】
（６）圧縮機の騒音に対する課題
圧縮機の場合、圧縮音が発生するため、静かな場所で使用する場合、夜間に使用する場合、騒音を防止する対策が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１３８３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記状況に鑑みて、本発明は、比較的単純な構成で、水素ガスを安全に水素ガス使用設備に充填することが可能な水素ガス充填装置および充填方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、小型化、省エネ化、サイレンス化を実現する水素ガス充填装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点の水素ガス充填装置は、水素ガスを所定の圧力で水素ガス使用設備に供給する装置であって、水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器と、水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）を備える。
【００１３】
上記構成を備える水素ガス充填装置によれば、比較的単純な構成で、高純度な水素ガスを安全に水素ガス使用設備に充填することができ、小型化、省エネ化、サイレンス化を実現できる。
水素ガス充填装置側の蓄圧器が、水素吸蔵合金を内蔵していることで、水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させた後、冷却して、未吸着の不純物を放出し除去して水素ガスを精製でき、水素吸着された水素吸蔵合金を加熱することにより水素ガスを放出して蓄圧器内の水素ガス圧力を上昇できる。すなわち、圧縮機を用いることなく、高圧の水素ガスを蓄圧器内に充填できることになる。その後、蓄圧器内の高圧水素ガスを水素ガス使用設備に充填する。
【００１４】
蓄圧器の周囲には、加熱手段および冷却手段が設けられる。加熱手段は、蓄圧器の周囲を加熱し、蓄圧器に内蔵された水素吸蔵合金を加熱する。そして、水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出させて、蓄圧器内の水素ガス圧力を上昇させる。加熱手段は、蓄圧器内の水素ガスの加圧手段として機能することになる。一方、冷却手段は、蓄圧器の周囲を冷却し、蓄圧器に内蔵された水素吸蔵合金を冷却する。そして、水素吸蔵合金に対して水素ガス吸蔵を促して、蓄圧器内の水素ガス圧力を減圧させる。冷却手段は、蓄圧器内の水素ガスの減圧手段として機能することになる。なお、加熱手段と冷却手段は、一体化されて加熱冷却手段であってもよい。
また、加熱手段は、水素ガス使用設備から出る排熱を用いてもよい。また、冷却手段は、装置が寒冷地に設置される場合は、外気による自然空冷を用いてもよい。水素ガス使用設備に応じて、要求される水素ガスの圧力や供給速度が異なることから、それらの要求を満足できるような温度制御が可能な手段を選ぶようにする。
【００１５】
ここで、水素吸蔵合金には、既に公知のマグネシウム基合金やバナジウム基合金、チタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケルなどの遷移元素の基合金、希土類元素、ニオブ、ジルコニウムに対して触媒効果を持つ遷移元素（ニッケル、コバルト、アルミニウムなど）を含む合金、チタン−鉄系の金属間化合物の基合金などを用いることができる。
【００１６】
別の観点によれば、本発明の第２の観点の水素ガス充填装置は、水素ガスを所定の圧力で水素ガス使用設備に供給する水素ガス充填装置であって、水素吸蔵合金を内蔵する第１の蓄圧器と、水素吸蔵合金を内蔵しない第２の蓄圧器と、水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）と、第２の蓄圧器を冷却する第２の冷却手段と、水素ガス使用設備に接続する接続手段と、水素ガス使用設備に供給する水素量を制御する流量制御手段を備える。
【００１７】
上記構成を備える水素ガス充填装置によれば、同様に、比較的単純な構成で、高純度な水素ガスを安全に水素ガス使用設備に充填することができ、小型化、省エネ化、サイレンス化を実現できる。
水素吸蔵合金を内蔵する第１の蓄圧器が、水素吸蔵合金を内蔵していることで、水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させた後、冷却して、未吸着の不純物を放出し除去して水素ガスを精製でき、水素吸着された水素吸蔵合金を加熱することにより水素ガスを放出して第１の蓄圧器内の水素ガス圧力を上昇できる。すなわち、圧縮機を用いることなく、高圧の水素ガスを第１の蓄圧器内に充填できることになる。その後、蓄圧器内の高圧水素ガスを水素ガス使用設備に充填する。また、第２の蓄圧器を冷却する第２の冷却手段によって、蓄圧する水素ガスを十分に冷却して、水素ガス使用設備に充填し、充填時の水素ガスの温度上昇を抑制する。
【００１８】
ここで、水素ガス使用設備に接続する接続手段は、ワンタッチ着脱式流体配管継手（カプラ）などを用いる。
また、水素ガス使用設備に供給する水素量を制御する流量制御手段は、流量制御弁を用いることができるが、オリフィスによる円形管路の絞り機構など比較的単純な方法で水素量を制御することがより好ましい。また異なる充填圧の蓄圧器から水素ガス使用設備に水素ガスを供給できるように、異なる径のオリフィスを並列に設けることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の水素ガス充填装置において、水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器は、充填圧が異なるものが複数設けられ、その中の１つは、水素ガス使用設備に充填後に供給配管の水素ガスを蓄えて供給配管の減圧を行う減圧容器として用いられるのが好ましい。そして、それぞれの蓄圧器が水素ガス使用設備に連通される配管系が設けられる。
減圧容器は、水素ガス使用設備に充填後に、カプラなど接続機器を安全に取り外す場合に、水素ガス使用設備と接続する配管系の水素ガスを一時的に蓄える容器である。この減圧容器に、水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器を用いることができる。冷却手段により水素吸蔵合金を冷却することにより、放出弁などを用いて配管系の水素ガスを大気に放出することなく、減圧容器に取り込むことができる。
【００２０】
本発明の水素ガス充填装置において、水素ガス使用設備に水素ガスを充填する際、充填圧が低い蓄圧器から充填を始め、充填圧が低い蓄圧器の充填が完了してから、充填圧が高い蓄圧器の充填を始めるように、配管系と蓄圧器の間に設けられたバルブを制御する制御手段が設けられることが好ましい。
充填圧が異なる複数の蓄圧器が設けられる場合、例えば、１０ＭＰａ、３５ＭＰａ、７０ＭＰａの３つの蓄圧器が設けられる場合、水素ガス使用設備に蓄圧タンク内の水素ガス残量が少なく圧力が１〜２ＭＰａの場合、充填圧の低い１０ＭＰａの蓄圧器から水素ガス使用設備に水素ガスを充填する。そして、１０ＭＰａの蓄圧器による充填が完了してから、次に充填圧が高い３５ＭＰａの蓄圧器から水素ガス使用設備に水素ガスを充填する。そして、３５ＭＰａの蓄圧器による充填が完了してから、最も充填圧が高い７０ＭＰａの蓄圧器から水素ガス使用設備に水素ガスを充填する。これは、水素ガス使用設備の蓄圧タンク内の圧力と、水素ガス充填装置の蓄圧器の内圧との圧力差により水素ガスを充填していくことから、最も充填圧が低い蓄圧器から充填を始め、充填効率を高めるのと、急激な圧力変動による温度上昇を抑制する効果がある。
【００２１】
本発明の水素ガス充填装置において、水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器の発熱および吸熱を利用する熱交換器が設けられ、加熱手段は、水素吸着合金の水素ガス吸着の際の発熱を利用し、冷却手段は、水素吸着合金の水素ガス放出の際の吸熱を利用することが好ましい。
本発明の水素ガス充填装置では、圧縮機を用いないことから消費エネルギーを大幅に低減する。しかし、加熱手段と冷却手段もまた、電力エネルギーを消費することから、加熱手段と冷却手段の省エネ対策が必要である。このため、水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器の発熱および吸熱を利用する熱交換器を設ける。水素吸蔵合金は、水素ガスの吸着時に発熱し、一方で、水素ガスの放出時に吸熱する。これらの発熱サイクルと吸熱サイクルにおいて、熱交換器を用いて発熱する熱量を取り込み、吸熱時には熱量を供給することにより、省エネを実現する。
【００２２】
本発明の水素ガス充填装置における加熱手段（加圧手段）は、金属酸化反応の発熱を利用するものであり、金属酸化反応を行うイオン化傾向の高い金属（例えば、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、亜鉛、又はこれらの合金）を内蔵し、この金属に対して、酸素ガスや空気などの酸素含有ガス或は水蒸気を供給または遮断する弁および配管を備えることでもよい。
【００２３】
また、別の観点から、本発明の蓄圧器は、上述の水素ガス充填装置に用いられる蓄圧器であって、蓄圧器の内部下層に水素吸蔵合金を内蔵し、内部上層に水素吸蔵合金を内蔵しない構成を有する。
上記構成の蓄圧器では、内部上層に水素吸蔵合金を内蔵しないことから、内部上層は通常の蓄圧器と同様、高圧水素ガスを蓄圧するだけのバッファタンクとして機能する。一方、内部下層は水素吸蔵合金を内蔵することから、前述のように水素ガスの精製器および加圧器として機能できる。水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器の場合、加熱により水素ガスを放出するのであるが、水素吸蔵合金から水素ガスを離脱する反応に時間がかかることから、即時的に水素ガスを放出するのは困難である。そのため、上記のようなハイブリッドの蓄圧器を用いることにより、水素吸蔵合金を内蔵しない内部上層に水素ガスを蓄圧し、即時的に水素ガスを放出できるようにする。
なお、蓄圧器の内部下層の水素吸蔵合金を内蔵する空間体積と、内部上層に水素吸蔵合金を内蔵しない空間体積の割合は特に限定されるものではないが、蓄圧器の内部下層の水素吸蔵合金を内蔵する空間体積を１とすると、内部上層に水素吸蔵合金を内蔵しない空間体積の割合は、１〜３が好ましいであろう。
【００２４】
本発明の蓄圧器において、加熱手段および冷却手段が、蓄圧器の内部下層の周囲に設けられたことが好ましい。蓄圧器の内部下層の水素吸蔵合金を加熱し冷却し、水素ガスの精製、水素ガスの加圧を効率よく行うことができる。
【００２５】
次に、本発明の水素ガスを水素ガス使用設備に充填する水素ガス充填方法について説明する。
本発明の水素ガス充填方法は、本発明の第１の観点の水素ガス充填装置を用いて、水素ガスを水素ガス使用設備に充填する方法であって、下記１−１）〜１−６）を備える。
１−１）水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に蓄圧器内の水素吸蔵合金を温度調整する工程
１−２）蓄圧器内の水素吸蔵合金を冷却し、水素吸蔵合金に水素ガス吸着を促す工程
１−３）蓄圧器内に残存するガスを排出し、蓄圧器内に導入された水素ガスを精製する工程
１−４）蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱し、導入された水素ガスを圧縮し蓄圧器に蓄圧する工程
１−５）蓄圧器に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備に充填する工程
１−６）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧する工程
【００２６】
水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に蓄圧器内の水素吸蔵合金を温度調整するのは、水素吸蔵合金の種類によって水素ガスの吸着効率が高い温度範囲が異なることから、採用した水素吸蔵合金に応じて適切な温度環境にするためである。水素吸蔵合金によっては、常温よりも高い（例えば５０℃）温度条件下において水素ガスの吸着効率が最も高いものや、零下温度の条件下において水素ガスの吸着効率が最も高いものも存在するので、先ず、水素ガスの吸着効率が高い温度範囲に温度調整する。
次に、蓄圧器内の水素吸蔵合金を冷却するのは、一旦、水素吸蔵合金が水素ガスを吸着し始めると、発熱し、温度が上がっていく。そのため、水素吸蔵合金を冷却して発熱による温度上昇を抑え、水素ガスの吸着効率が高い温度環境に維持して水素ガス吸着を促すのである。
【００２７】
本発明の水素ガス充填方法は、本発明の第２の観点の水素ガス充填装置を用いて、水素ガスを水素ガス使用設備に充填する方法であって、下記２−１）〜２−８）を備える。
２−１）水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を温度調整する工程
２−２）第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を冷却し、水素吸蔵合金に水素ガス吸着を促す工程
２−３）第１の蓄圧器内に残存するガスを排出し、蓄圧器内に導入された水素ガスを精製する工程
２−４）第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱し、導入された水素ガスを圧縮し蓄圧器に蓄圧する工程
２−５）圧縮された水素ガスを第２の蓄圧器に蓄圧する工程
２−６）第２の蓄圧器を冷却する工程
２−７）第２の蓄圧器に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備に充填する工程
２−８）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧する工程
【００２８】
ここで、上記の蓄圧器に蓄圧する工程において、補助的に圧縮機を用いて水素ガスを加圧することでも良い。圧縮機を補助的に用いることにより、水素ガスの昇圧時間を短縮することができる。あくまで圧縮機は補助的に用いることから、容量やサイズも小さく、消費電力も少なくすることが可能である。そのため、水素ガス充填装置全体としてのコンパクト化、省エネ化を阻害することはない。
また、圧縮された水素ガスを第２の蓄圧器に蓄圧した後、第２の蓄圧器を冷却するのは、第２の蓄圧器に蓄圧された水素ガスを水素ガス使用設備に充填する際に、水素ガスが膨張して発熱して水素ガス使用設備の充填タンク内の水素ガス温度が上昇するため、第２の蓄圧器に蓄圧している時に、十分に冷却して、水素ガス使用設備の充填タンク内の水素ガス温度が上昇を抑えるためである。
【００２９】
本発明の水素ガス充填方法では、蓄圧器には予め水素ガスが水素吸蔵合金に貯蔵されたものを使用することが好ましい。予め水素ガスが水素吸蔵合金に貯蔵された蓄圧器を用いることにより、工場で予め水素吸蔵合金に吸蔵し、それを水素ガス充填装置に組み込むことにより、水素ガス充填装置の準備時間を短縮でき、水素ガス使用設備への供給開始までの時間を短くできる。
【００３０】
また、本発明の水素ガス充填方法は、本発明の第２の観点の水素ガス充填装置を用いて、水素ガス使用設備から一時的に水素ガスを放出して後で充填する方法であって、下記３−１）〜３−８）を備える。
３−１）水素ガス使用設備内の高圧ガスを、第２の蓄圧器に移充填させる工程
３−２）第２の蓄圧器を冷却する工程
３−３）水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を温度調整する工程
３−４）水素ガス使用設備内の低圧ガスを、第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を冷却して水素吸蔵合金に吸着させる工程
３−５）第１の蓄圧器内に残存するガスを排出し、蓄圧器内に導入された水素ガスを精製する工程
３−６）第１の蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱し、導入された水素ガスを圧縮し蓄圧器に蓄圧する工程
３−７）第１および第２の蓄圧器に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備に充填する工程
３−８）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧する工程
【００３１】
また、本発明の水素ガス充填方法は、本発明の第１の観点の水素ガス充填装置を用いて、水素ガスを水素ガス使用設備に充填する方法であって、水素ガス使用設備からの排熱を回収する工程と、回収した排熱を用いて蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱し、導入された水素ガスを圧縮し蓄圧器に蓄圧する工程と、蓄圧器に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備に充填する工程を備える。この方法により、水素ガス使用設備からの排熱を回収して、エネルギー使用効率を高めることができる。
【００３２】
また、本発明の水素ガス充填方法は、本発明の第２の観点の水素ガス充填装置を用いて、水素ガスを水素ガス使用設備に充填する方法であって、水素吸蔵合金を内蔵しない第２の蓄圧器内の水素ガスの圧力と温度、又は、蓄圧器内の水素ガスの重量、或は、蓄圧器内の水素ガスの圧力と温度および重量、を測定することにより、水素ガス使用設備に充填する水素ガスの流量および充填量を算定する。この方法により、コリオリ方式等の高価な流量計を用いることなく充填量を計測できることから、装置全体のコスト削減に貢献できる。圧力計および温度計は蓄圧器の内部を測定できるように内蔵させる。または、蓄圧器の出口付近に圧力計を設置して水素ガスの圧力を計測し、蓄圧器の外面に温度計を設置することにより蓄圧器の温度を測定する。あるいは、上述の両方のやり方をそれぞれ行い、圧力計および温度計を設置する場合もある。また、重量計は蓄圧器の下部または下部付近に設置する。そして、測定結果に基づいて、水素ガス使用設備に充填する水素ガスの流量および充填量を算定する。算定した流量情報は、水素ガス使用設備に充填する水素ガスの流量制御用に設置した複数のオリフィスの選択や、或はオリフィスの替わりに用いる流量制御弁の制御に利用する。また、水素ガス使用設備の充填量の計算などに利用する。
なお、水素ガス使用設備に充填する水素ガスの流量および充填量の上記算定方法は、水素吸蔵合金が内蔵した蓄圧器からの水素ガス以外にも、装置に設けた圧縮機や、装置外部の水素源から導入する水素ガスについても、第２の蓄圧器に一時的に充填して、充填水素の流量と充填量を算定することも可能である。
【００３３】
以上、本発明の水素ガス充填装置と水素ガス充填方法の概要を説明した。本発明では、主に下記（ａ）〜（ｄ）の機能を有することにより、安全に効率よく水素ガスを充填でき、装置を小型化できる。
（ａ）本発明の水素ガス充填装置と水素ガス充填方法では、水素吸蔵合金が選択的に水素ガスを吸蔵することを利用し、蓄圧器に内蔵された水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させた後に冷却し、水素の圧力を下げた後、未吸着の不純物を放出し除去することによる水素ガスの精製器としての機能を発揮できる。また、水素は水素吸蔵合金に吸蔵させることにより、比較的低圧で安全に貯蔵ができることから、高圧ガス保安法上の規制を遵守した貯蔵が可能である。
（ｂ）水素ガスが吸着された水素吸蔵合金を加熱すると水素ガスの放出により蓄圧器内の圧力が上昇する特性を利用することにより、水素ガス圧力を上昇させる加圧器としての機能を発揮できる。
（ｃ）オリフィスやバルブを利用した比較的単純な方法で水素量を制御し、水素ガスを使用する設備に対して、一定量以上の水素が流れないようにする機能を発揮する。
（ｄ）水素ガス使用設備に充填後に水素ガスを一時的に蓄える水素吸蔵合金を内蔵した蓄圧器を減圧容器として利用することにより、現場での水素ガス放出を回避できる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の水素ガス充填装置および充填方法によれば、比較的単純な構成で、水素ガスを安全に水素ガス使用設備に充填でき、装置の小型化、省エネ化、サイレンス化を実現できるといった効果がある。
特に、燃料電池自動車用の水素ステーションなどのように、危険性の高い高圧ガスに対しても、安全性を確保しながら、安定的に水素ガスを供給できるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１の水素ガス充填装置のブロック図
【図２】水素ガス充填処理フロー図（１）
【図３】実施例２の水素ガス充填装置のブロック図
【図４】実施例３の水素ガス充填装置のブロック図
【図５】水素ガス充填処理フロー図（２）
【図６】実施例４の水素ガス充填装置のブロック図
【図７】水素ガス充填処理フロー図（３）
【図８】実施例５の水素ガス充填装置のブロック図
【図９】実施例６の水素ガス充填装置のブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【実施例１】
【００３７】
実施例１の水素ガス充填装置について、図１，２を参照して説明する。実施例１の水素ガス充填装置は、設備が要求する所定圧力で水素ガス使用設備（ＦＣＶ）９に水素ガスを供給するものである。水素ガス充填装置は、水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器２と、水素吸蔵合金を加熱して水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出し水素ガス圧力を上昇させる加熱手段（加圧手段）と、水素吸蔵合金を冷却して水素ガス吸蔵を促し水素ガス圧力を減圧させる冷却手段（減圧手段）を備える。本実施例では、加熱手段と冷却手段が一体化した加熱冷却器３が蓄圧器２の周囲を取り囲んでいる。蓄圧器２は水素ガスを貯蔵する気密性が高い高圧ガス容器であり、特に形状は限定されないが鋼管を鍛圧した円筒形状の高圧ガスボンベを用いることができる。
【００３８】
蓄圧器２の内部は、水素吸蔵合金で満たされている。水素吸蔵合金は、比較的空隙の多い結晶構造を有するものが適している。結晶構造中に水素ガスが入れる空隙が存在し、その空隙の位置に、水素原子がある程度安定に存在することができ、かつ、その空隙の位置から水素ガスが動いて出ていけるものであると、水素ガスの吸蔵と放出が両立できる。水素吸蔵合金としては、水素吸蔵量が大きい、ＬａＮｉ５，ＭｍＮｉ５，ＭｇＺｎ２，ＺｒＮｉ２，Ｍｇ２Ｎｉ，Ｍｇ２Ｃｕ，Ｔｉ−Ｖ，Ｔｉ−Ｃｒ，ＮａＡｌＨ４，ＬｉＢＨ４などが用いられるが、これらに限定されず、公知の水素吸蔵合金を用いることができる。
蓄圧器２の容量は、通常、５〜２００Ｌであるが、これらの範囲外でも良く、用途に応じて自由に選定できる。
【００３９】
加熱冷却器３は、電気的に加熱でき、また、電気的に冷却できるものを使用している。加熱冷却器３は熱交換器５に対して熱を出し入れできる。水素吸蔵合金に水素ガスが吸着する際に発熱することから、水素ガス吸着時、熱量が蓄圧器２側から熱交換機５側に移り、水素ガス放出時、水素吸蔵合金を加熱する必要があり、熱量が熱交換器５側から蓄圧器２側に戻る。
【００４０】
加熱冷却器３は、直接的に水素吸蔵合金を加熱冷却するのではなく、蓄圧器２の周囲を加熱冷却することで間接的に水素吸蔵合金を加熱冷却している。蓄圧器２の出入り口は、開閉制御弁６ａで開閉制御されている。蓄圧器２に貯蔵された水素ガスの圧力は、出入口に設けられる圧力計Ｐ１で計測する。蓄圧器２は開閉制御弁６ａを介して配管系に接続されている。配管系４は、水素ガス（Ｈ２）を導入する配管と開閉制御弁６ｃを介して接続され、水素ガス使用設備９とオリフィス７を介して接続される。なお、オリフィス７の替わりに開閉制御弁を介して水素ガス使用設備９と接続されてもよい。オリフィス７の場合、上述の如く、設備がシンプルになり、簡便に水素ガスの流量を制御できる。なお、開閉制御弁６ｃは逆止弁である。
配管系４には、ベント管６ｄと窒素ガス（Ｎ２）の排出管６ｅが設けられている。なお、窒素ガスは、後述する準備工程の際、最初に窒素ガスを配管内に満たしておき、後で水素ガスと置換するために用いられる。水素ガス使用設備９と接続する直前で、水素ガスの圧力を計測する圧力計Ｐ０が設けられている。ベント管６ｄ、排出管６ｅも逆止弁である。
【００４１】
次に、実施例１の水素ガス充填装置を用いた水素ガス充填方法について、図２のフローを参照しながら説明する。
先ず、図２のフローの前に準備工程を行う。準備工程とは、最初に配管系４には空気が入っていることから、例えばサイクルパージによって、窒素ガスを導入して空気を窒素ガスで置換し、次に同様にサイクルパージによって、水素ガスを導入して窒素ガスを水素ガスで置換する。サイクルパージとは、配管内を排気し、配管内に窒素ガス等を導入した後に、再度、配管内を排気するというように、配管内の排気と配管内への窒素ガス等の導入とを繰り返すことによって配管内をパージする方法である。
この準備工程を行った後に、以下のステップＳ０１〜Ｓ０６を実施する。
【００４２】
（ステップＳ０１）蓄圧器内の水素吸蔵合金を温度調整
水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に蓄圧器２内の水素吸蔵合金を温度調整する。
例えば、蓄圧器２内の水素吸蔵合金が、５０℃付近で水素ガスの吸着効率が高いのであれば、加熱冷却器３により蓄圧器２の周囲温度を５０℃に温度調整する。また、蓄圧器２内の水素吸蔵合金が、−１０℃付近で水素ガスの吸着効率が高いのであれば、加熱冷却器３により蓄圧器２の周囲温度を−１０℃に温度調整する。
【００４３】
（ステップＳ０２）蓄圧器内の水素吸蔵合金を冷却
蓄圧器２内の水素吸蔵合金が一旦水素ガスを吸蔵し始めると、水素吸蔵合金が発熱するため、水素吸蔵合金の温度が上昇する。温度が上昇すると、水素ガスの吸着効率が高い温度付近から外れることになり、水素ガスの吸着効率が下がる。そのため、蓄圧器２を加熱冷却器３で冷却して内蔵された水素吸蔵合金を冷却し、水素吸蔵合金に水素ガス吸着を促すようにする。
【００４４】
（ステップＳ０３）蓄圧器内に残存するガスを排出
水素吸蔵合金は水素ガスを選択的に吸着する特質があるため、水素ガス以外は吸着されず、蓄圧器２内に残存する。そのため、十分に水素ガスが吸着された後に、蓄圧器２内に残存するガスを排出できることになる。これにより、蓄圧器２内に導入された水素ガスの純度を導入前の純度よりも高めることができることになる。すなわち、水素ガスが精製されることになる。蓄圧器２は水素ガスの精製器として用いられることになる。
【００４５】
（ステップＳ０４）蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱
蓄圧器２内の水素吸蔵合金を加熱冷却器３により加熱すると、水素吸蔵合金に吸着された水素ガスが放出される。放出された水素ガスは、蓄圧器２内に貯蔵されることになるので、放出される水素ガスの量が多くなればなるほど水素ガスは圧縮されて蓄圧器に蓄圧することになる。すなわち、水素ガスの圧力を昇圧し、高圧ガスとして貯蔵できることになる。
【００４６】
（ステップＳ０５）蓄圧器に蓄圧された水素ガスを水素ガス使用設備に充填
蓄圧器２に蓄圧された水素ガスは、水素ガス使用設備９の充填プロトコールに従って、配管系４のオリフィス７によって流量調整されながら水素ガス使用設備９に充填される。
なお、充填の際に、水素ガス使用設備９の貯蔵タンクの温度上昇を抑えるために、配管系４の一部（例えば、水素ガス使用設備９の接続配管付近）に、プレクーラ設備を設けて、充填する水素ガスを冷却することでもよい。
【００４７】
（ステップＳ０６）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧
充填終了後に配管系４の配管内の水素ガスを減圧して、水素ガス使用設備９から安全に離せるようにする。配管内の水素ガスの減圧は、放出弁（図示せず）を用いることもできるし、蓄圧器２の水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させて減圧することも可能である。
【実施例２】
【００４８】
実施例２の水素ガス充填装置について、図３を参照して説明する。実施例２の水素ガス充填装置は、実施例１と比べて、水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器（２ａ，２ｂ）が２台設けられている。熱交換器５は２台の蓄圧器（２ａ，２ｂ）に共用されている。蓄圧器（２ａ，２ｂ）を２台設けることで、水素吸蔵量を増やすことができ、また異なる充填圧の水素ガス（例えば、４０ＭＰａ，７０ＭＰａなど）を貯蓄することができる。
【００４９】
実施例２の水素ガス充填装置は、実施例１と比べて、水素ガス使用設備９と接続部分が異なる。具体的には、異なる流量の２つのオリフィス（７ａ，７ｂ）が設けられ、水素ガス使用設備９に対して並列回路が組まれている。充填に使用する蓄圧器の充填圧に応じて、適切な流量調整をするように開閉弁（８ａ〜８ｄ）を制御してオリフィスを選択する。また、水素ガス使用設備９からの戻り配管があり、水素ガス使用設備９内の水素ガスを配管系４に戻すことができる。
【００５０】
熱交換器５は、２台の蓄圧器（２ａ，２ｂ）に共用されていることから、蓄圧器２ａの水素ガス吸着時の発熱量を蓄圧器２ｂに供給し（５ａ，５ｄ）、蓄圧器２ｂの水素ガス放出時の吸熱に利用できる。また、その逆に、蓄圧器２ｂの水素ガス吸着時の発熱量を蓄圧器２ａに供給し（５ｂ，５ｃ）、蓄圧器２ａの水素ガス放出時の吸熱に利用できる。
【実施例３】
【００５１】
実施例３の水素ガス充填装置について、図４，５を参照して説明する。実施例３の水素ガス充填装置は、水素吸蔵合金を内蔵する２つの蓄圧器（２ａ，２ｂ）と、水素吸蔵合金を内蔵しない１つの蓄圧器１０が設けられている。
水素吸蔵合金は、加熱により貯蔵している水素ガスを放出できるが、水素吸蔵合金から水素ガスを離脱する反応に時間がかかるため、水素吸蔵合金を内蔵しない蓄圧器１０に水素ガスを蓄圧し、即時的に水素ガスを放出できるようにする。
【００５２】
蓄圧器（２ａ，２ｂ）は、水素吸蔵合金を内蔵し、水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させた後、冷却して、未吸着の不純物を放出し除去して水素ガスを精製できる。また、水素吸着された水素吸蔵合金を加熱することにより、圧縮機を用いることなく、水素ガスを放出して蓄圧器（２ａ，２ｂ）内の水素ガス圧力を上昇させ、高圧の水素ガスを蓄圧器１０に充填する。蓄圧器１０の高圧水素ガスを水素ガス使用設備に充填する。蓄圧器１０を冷却する冷却器３０によって、水素ガスを十分に冷却して、水素ガス使用設備に充填することで、充填時の水素ガスの温度上昇を抑制する。
【００５３】
次に、実施例３の水素ガス充填装置を用いた水素ガス充填方法について、図５のフローを参照しながら説明する。図５のフローの前に、実施例１と同様の準備工程を行った後に、以下のステップＳ１１〜Ｓ１８を実施する。
【００５４】
（ステップＳ１１）蓄圧器内（２ａ，２ｂ）の水素吸蔵合金を温度調整
水素ガスを効率よく吸着できる所定の温度に蓄圧器（２ａ，２ｂ）内の水素吸蔵合金を温度調整する。
【００５５】
（ステップＳ１２）蓄圧器（２ａ，２ｂ）内の水素吸蔵合金を冷却
蓄圧器（２ａ，２ｂ）内の水素吸蔵合金が一旦水素ガスを吸蔵し始めると、水素吸蔵合金が発熱するため、水素吸蔵合金の温度が上昇する。温度が上昇すると、水素ガスの吸着効率が高い温度付近から外れることになり、水素ガスの吸着効率が下がる。そのため、蓄圧器（２ａ，２ｂ）を加熱冷却器（３ａ，３ｂ）で冷却して内蔵された水素吸蔵合金を冷却し、水素吸蔵合金に水素ガス吸着を促すようにする。
【００５６】
（ステップＳ１３）蓄圧器（２ａ，２ｂ）内に残存するガスを排出
水素吸蔵合金は水素ガスを選択的に吸着する特質があるため、水素ガス以外は吸着されず、蓄圧器（２ａ，２ｂ）内に残存する。そのため、十分に水素ガスが吸着された後に、蓄圧器（２ａ，２ｂ）内に残存するガスを排出できることになる。これにより、蓄圧器（２ａ，２ｂ）内に導入された水素ガスの純度を導入前の純度よりも高めることができることになる。すなわち、水素ガスが精製されることになる。蓄圧器（２ａ，２ｂ）は水素ガスの精製器として用いられることになる。
【００５７】
（ステップＳ１４）蓄圧器（２ａ，２ｂ）内の水素吸蔵合金を加熱
蓄圧器（２ａ，２ｂ）内の水素吸蔵合金を加熱冷却器（３ａ，３ｂ）により加熱すると、水素吸蔵合金に吸着された水素ガスが放出される。放出された水素ガスは、蓄圧器（２ａ，２ｂ）内に貯蔵されることになるので、放出される水素ガスの量が多くなればなるほど水素ガスは圧縮されて蓄圧器に蓄圧することになる。すなわち、水素ガスの圧力を昇圧し、高圧ガスとして貯蔵できることになる。
【００５８】
（ステップＳ１５）蓄圧器（２ａ，２ｂ）に蓄圧された水素ガスを蓄圧器１０に充填
蓄圧器（２ａ，２ｂ）を加熱することにより、圧縮機を用いることなく、蓄圧器（２ａ，２ｂ）の水素吸蔵合金に貯蔵された水素ガスを放出して、蓄圧器（２ａ，２ｂ）内の水素ガス圧力を上昇させ、高圧の水素ガスを蓄圧器１０に充填する。
【００５９】
（ステップＳ１６）蓄圧器１０を冷却
蓄圧器１０を冷却する冷却器３０によって、蓄圧する水素ガスを十分に冷却して、水素ガス使用設備に充填し、充填時の水素ガスの温度上昇を抑制する。蓄圧器１０の冷却時に冷却器３０が受け取る熱量は、熱交換器５に移され（３０ａ）、熱エネルギーを効率的に利用する。
【００６０】
（ステップＳ１７）蓄圧器１０に蓄圧された水素ガスを水素ガス使用設備９に充填
蓄圧器１０に蓄圧された水素ガスは、水素ガス使用設備９の充填プロトコールに従って、配管系４のオリフィス（７ａ，７ｂ）によって流量調整されながら水素ガス使用設備９に充填される。なお、蓄圧器１０に貯蔵された水素ガスは十分に冷却されており、配管系４の一部（例えば、水素ガス使用設備９の接続配管付近）に、プレクーラ設備を特に設ける必要はない。
【００６１】
（ステップＳ１８）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧
充填終了後に配管系４の配管内の水素ガスを減圧して、水素ガス使用設備９から安全に離せるようにする。配管内の水素ガスの減圧は、放出弁（図示せず）を用いることもできるし、蓄圧器（２ａ，２ｂ）の水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させて減圧することも可能である。
【実施例４】
【００６２】
実施例４の水素ガス充填装置について、図６，７を参照して説明する。実施例４の水素ガス充填装置は、水素吸蔵合金を内蔵するＮ個の蓄圧器（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）と、水素吸蔵合金を内蔵しない２つの蓄圧器（１０，１１）が設けられている。なお、図６では水素ガス使用設備との接続部分、流量制御するオリフィスは実施例３（図４）と同様であり省略している。
蓄圧器（１０，１１）を２台設けることで、水素ガスの貯蓄量を増やすことができ、また異なる充填圧の水素ガス（例えば、４０ＭＰａ，７０ＭＰａなど）を貯蓄することができる。
また、蓄圧器（１０，１１）を冷却する冷却器（３０，３１）によって、蓄圧器（１０，１１）内で蓄圧する水素ガスを十分に冷却して、水素ガス使用設備に充填し、充填時の水素ガスの温度上昇を抑制する。蓄圧器（１０，１１）の冷却時に冷却器（３０，３１）が受け取る熱量は、熱交換器５に移され（３０ａ，３１ａ）、熱エネルギーを効率的に利用する。２つの蓄圧器（１０，１１）は、同じ充填圧のものであっても、異なる充填圧のものであっても良い。
蓄圧器（１０，１１）では、高圧状態で水素ガスを貯蓄するため、高圧ガス保安法による貯蓄量の制約を受けるため、蓄圧器の個数を多くすることは困難であるが、蓄圧器（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）の場合、水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵している状態は、高圧状態で水素ガスを貯蓄するものではなく、高圧ガス保安法による貯蓄量の制約を受けないため、蓄圧器の個数を多くすることが可能である。
【００６３】
実施例４の水素ガス充填装置を用いた水素ガス充填方法について、図７のフローを参照しながら説明する。図７のフローの前に、実施例１と同様の準備工程を行った後に、以下のステップＳ２１〜Ｓ２８を実施する。図７のフローでは、水素ガス使用設備に貯蓄された水素ガスを、水素ガス使用設備側から水素ガス充填装置側へ一時的に移充填し、その後、水素ガス充填装置で水素ガスを精製し、水素ガス充填装置側から水素ガス使用設備側へ水素ガスを再充填するフローについて説明する。なお、以下のステップにおいて、上述のステップと同じ内容の説明については割愛する。
【００６４】
（ステップＳ２１）水素ガス使用設備に貯蔵されている高圧の水素ガスを、配管系４を介して、蓄圧器１１に移充填する。
（ステップＳ２２）蓄圧器１１を冷却する冷却器３１によって、蓄圧する水素ガスを十分に冷却して、水素ガス使用設備に再充填する際の充填時の水素ガスの温度上昇を抑制する。
（ステップＳ２３）蓄圧器２ｎ内の水素吸蔵合金を温度調整する。
（ステップＳ２４）蓄圧器２ｎ内の水素吸蔵合金を冷却する。
水素ガス使用設備内の低圧ガスを蓄圧器２ｎ内の水素吸蔵合金に吸着させる。
（ステップＳ２５）蓄圧器２ｎ内に残存するガスを排出し、水素ガスを精製する。
（ステップＳ２６）蓄圧器２ｎ内の水素吸蔵合金を加熱し、水素ガスを圧縮する。
（ステップＳ２７）蓄圧器１１と蓄圧器２ｎに蓄圧された水素ガスを水素ガス使用設備に充填する。
（ステップＳ２８）充填終了後に配管内の水素ガスを減圧する。
【実施例５】
【００６５】
実施例５の水素ガス充填装置について、図８を参照して説明する。本実施例の蓄圧器２０は、その内部下層２０ａに水素吸蔵合金を内蔵し、内部上層２０ｂに水素吸蔵合金を内蔵しない。また、蓄圧器２０の下層２０ａの周囲には加圧冷却器３が設けられ、上層２０ｂの周囲には冷却器３０が設けられる。
蓄圧器２０の内部上層２０ｂの空間は、水素吸蔵合金を内蔵しないことから、水素ガスを蓄圧するだけのバッファタンクに用いられる。また、内部下層２０ａは水素吸蔵合金を内蔵することから、水素ガスの貯蔵、精製および加圧に用いられる。水素吸蔵合金は、加熱により貯蔵している水素ガスを放出できるが、水素吸蔵合金から水素ガスを離脱する反応に時間がかかる。そのため、水素吸蔵合金を内蔵しない内部上層２０ｂに水素ガスを蓄圧し、即時的に水素ガスを放出できるようにしたものである。蓄圧器の内部下層２０ａの空間体積と、内部上層２０ｂの空間体積の割合は１対２にしている。
【実施例６】
【００６６】
実施例６の水素ガス充填装置について、図９を参照して説明する。上述の実施例１の水素ガス充填装置において、水素ガス使用設備が比較的低圧（例えば１ＭＰａなど）の水素ガスを要求する非常用電源などの場合、水素ガス使用設備からの排熱を回収して、水素ガス充填装置の蓄圧器内の水素吸蔵合金を加熱することも可能である。
すなわち、水素ガス使用設備９０の排熱を用いて蒸気を発生させ、蒸気ダクト９１を通して、その蒸気を蓄圧器２の周辺に通すことにより、蒸気が有する熱を蓄圧器２の内部の水素吸蔵合金に伝達する（９２）。
このように水素ガス使用設備９０の排熱を用いて蓄圧器２０内の水素吸蔵合金を加熱し、エネルギーの利用効率を高め、蓄圧器２０に蓄圧された水素ガスを流量調整して水素ガス使用設備９０に充填する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ＦＣＶなどの水素ステーションや水素燃料電池の水素充電装置に有用である。
【符号の説明】
【００６８】
２，２ａ，２ｂ，２ｎ    水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器
３，３ａ，３ｂ，３ｎ    加熱冷却器
４    配管系
５    熱交換器
６ａ〜６ｇ    開閉制御弁
７，７ａ〜７ｃ    オリフィス
８ａ〜８ｆ    開閉弁
９    水素ガス使用設備（ＦＣＶ）
１０，１１  水素吸蔵合金を内蔵しない蓄圧器
２０  内部下層にのみ水素吸蔵合金を内蔵する蓄圧器
３０  冷却器
９０  水素ガス使用設備（非常用電源）
９１  蒸気ダクト
９２  蒸気加熱器
Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐｎ，Ｐ１０，Ｐ１２    圧力計
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔｎ    温度計
【図１】
0006595177.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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