(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を圧縮する圧縮機と、圧縮された水素を蓄圧する蓄圧器と、蓄圧されている水素を車両に充填する充填機と、を含んで構成される、水素充填設備であって、
水素ライン上の少なくとも１箇所で水素の品質確認を行う品質確認部と、
水素が規格外の場合に規格内となるように水素性状の回復処理を行う回復処理部と、
を更に含んで構成され、
前記回復処理部は、水素ライン上の各機器ごとに水素ライン外に品質回復用の水素精製装置を有し、各機器の出口側を水素ライン外の対応する水素精製装置を介して各機器の入口側に接続可能としたことを特徴とする、水素充填設備。
【請求項２】
水素を圧縮する圧縮機と、圧縮された水素を蓄圧する蓄圧器と、蓄圧されている水素を車両に充填する充填機と、を含んで構成される、水素充填設備であって、
水素ライン上の少なくとも１箇所で水素の品質確認を行う品質確認部と、
水素が規格外の場合に規格内となるように水素性状の回復処理を行う回復処理部と、
を更に含んで構成され、
前記回復処理部は、水素ライン外に品質回復用の単一の水素精製装置を有し、水素ライン上の各機器の出口側を水素ライン外の水素精製装置を介して各機器の入口側に接続可能としたことを特徴とする、水素充填設備。
【請求項３】
回復処理後に規格外の場合に、規格外の水素を系外に放出するように放出処理を行う放出処理部を更に含んで構成される、請求項１又は請求項２記載の水素充填設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を、出荷のため又は燃料として、車両に充填供給する水素充填設備（水素出荷設備、オフサイト型水素ステーション、及び、オンサイト型水素ステーションを含む）での品質管理方法に関し、更には、当該品質管理方法を実施する水素充填設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンエネルギーである水素を燃料として使用する燃料電池自動車の開発が進められている。燃料電池自動車の普及を図るために水素ステーションを多くの場所に設置することは喫緊の課題である。
水素ステーションには、別の場所にある水素出荷設備にて製造された水素を専用の運搬車両（水素トレーラー等）によって搬入し、貯蔵及び供給のみを行うオフサイト型水素ステーションと、水素製造設備を有して、製造と、貯蔵及び供給とを行うオンサイト型水素ステーションとがある。
【０００３】
また、水素ステーションや水素出荷設備では、燃料電池自動車に適用できる高純度の水素を提供することが求められる。このため、各種の水素精製方法が提案され（特許文献１参照）、また、ＩＳＯ規格（ISO14687-2）に基づいて、燃料電池自動車用水素の品質管理の運用ガイドラインが制定されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０３２１２８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】燃料電池実用化推進協議会・平成２６年１２月１６日制定「燃料電池自動車用水素の品質管理運用ガイドライン」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、水素ステーションや水素出荷設備での品質管理について、品質確認を行う項目については制定されているものの、品質確認の結果、規格外（スペックアウト）となった水素をどのように取り扱うかなどついては、システムとして確立されていない。
また、スペックアウトした水素については、無駄とならないよう、再利用できるように、システムを構築することが求められる。
また、不純物混入の要因分析のために、各工程での品質確認が必要と考えられるが、この点についても、システムとして確立されていない。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、水素出荷設備及び水素ステーションを含む水素充填設備での好適な品質管理方法を提供し、併せて、当該品質管理方法を実施する水素充填設備を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る水素充填設備（水素出荷設備又は水素ステーション）での品質管理方法は、水素充填設備における水素ライン上の少なくとも１箇所（望ましくは複数箇所）で水素の品質確認を行い、品質確認の結果、規格外の場合に、規格内となるように水素性状の回復処理、及び、規格外の水素の系外への放出処理のうち、少なくとも一方を実施することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る水素充填設備は、水素を圧縮する圧縮機と、圧縮された水素を蓄圧する蓄圧器と、蓄圧されている水素を車両に充填する充填機と、を含んで構成される。そして、水素ライン上の少なくとも１箇所で水素の品質確認を行う品質確認部と、水素が規格外の場合に規格内となるように水素性状の回復処理を行う回復処理部、及び、規格外の水素を系外に放出するように放出処理を行う放出処理部のうち、少なくとも一方と、を更に含んで構成される。
【００１０】
尚、水素充填設備のうち、水素出荷設備、及び、オンサイト型水素ステーションは、原料物質の供給を受けて水素を製造する水素製造装置と、製造された水素を精製し前記圧縮機に供給する水素精製装置と、を更に含んで構成される。
【００１１】
また、前記充填機は、水素出荷設備では、水素トレーラーなどの水素運搬用の車両に水素を充填し、水素ステーションでは、燃料電池自動車に水素を充填する。水素ステーションの充填機は、一般的にディスペンサーと呼ばれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水素出荷設備や水素ステーションにおいて、品質確認の結果、規格外となった水素を処理して、充填機から供給される水素の品質を一定に保つことが可能となる。しかも、規格外の水素については、無駄とならないよう、回復処理して再利用できるようになり、回復処理しても規格外の水素のみを放出することで、無駄がなくなる。また、複数箇所にて、特に最終段の水素供給箇所の他、水素ラインの上流側で、品質確認を行うことで、不純物混入の要因分析も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態を示す水素出荷設備の構成図
【図２】本発明の第２実施形態を示すオフサイト型水素ステーションの構成図
【図３】本発明の第３実施形態を示すオンサイト型水素ステーションの構成図
【図４】本発明の第４実施形態を示す水素出荷設備の構成図
【図５】本発明の第５実施形態を示すオンサイト型水素ステーションの構成図
【図６】本発明の第６実施形態を示す水素出荷設備の構成図
【図７】本発明の第７実施形態を示すオフサイト型水素ステーションの構成図
【図８】本発明の第８実施形態を示すオンサイト型水素ステーションの構成図
【図９】本発明の第９実施形態を示す水素出荷設備の構成図
【図１０】本発明の第１０実施形態を示すオフサイト型水素ステーションの構成図
【図１１】本発明の第１１実施形態を示すオンサイト型水素ステーションの構成図
【図１２】本発明の第１２実施形態を示す水素出荷設備の構成図
【図１３】本発明の第１３実施形態を示すオフサイト型水素ステーションの構成図
【図１４】本発明の第１４実施形態を示すオンサイト型水素ステーションの構成図
【図１５】本発明の第１５実施形態を示す水素出荷設備の構成図
【図１６】本発明の第１６実施形態を示すオフサイト型水素ステーションの構成図
【図１７】本発明の第１７実施形態を示すオンサイト型水素ステーションの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１実施形態を示し、水素出荷設備に適用したものである。
水素出荷設備は、水素製造装置１と、水素精製装置２と、圧縮機３と、蓄圧器４と、充填機５とを備える。尚、これらの機器により水素ラインが形成され、機器間にはバルブ等が設けられるが、簡略化のため図示は省略した（以下の実施形態についても同じ）。
【００１６】
水素製造装置１は、原料物質（例えばＬＰＧ）の供給を受けて、水蒸気改質などにより水素を製造する。水素精製装置２は、水素製造装置１により製造された水素を精製する。具体的には、ＰＳＡ（圧力スウィング吸着）方式、ＴＳＡ（温度スウィング吸着）方式、膜分離方式、各種吸着剤などを用いて、水分、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなどの不純物を除去する。圧縮機３は、水素精製装置２により精製された水素を圧縮する。蓄圧器４は、圧縮機３により圧縮された水素を貯蔵する。充填機５は、出荷用の水素を水素輸送用の水素トレーラー６に充填する。水素トレーラー６は、大型のボンベを束ねて搭載した自走式の水素輸送用容器である。
【００１７】
ここにおいて、品質確認部１０１、１０２、１０３、１０４では、水素ライン上の複数箇所で水素の品質確認を行う。
品質確認部１０１は、水素製造装置１に供給される原料物質の品質、例えば原料であるＬＰＧの成分を備え付けのセンサにより検出して確認する。
品質確認部１０２は、水素製造装置１出口側の水素の品質を確認する。具体的には、不純物である水分、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなどの成分量を備え付けのセンサにより検出して確認する。
品質確認部１０３は、水素精製装置２出口側の水素の品質を確認する。具体的には、不純物である水分、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなどの成分量を備え付けのセンサにより検出して確認する。尚、一般的に水素精製装置２ではＣＯが最も除去しにくいので、ＣＯの成分量を代表して検出することで、Ｈ2純度を確認することも可能である。
【００１８】
品質確認部１０４は、水素トレーラー６積込み前の充填機５出口側の水素の品質を確認する。ＩＳＯ規格１４６８７−２では、充填機５出口側で、定期的に（例えば年１回）、水分、ＨＣ、Ｏ2、Ｈｅ、Ｎ2、ＣＯ2、ＣＯなどの全項目について、品質確認を行うように定められている。しかし、問題となりやすい特定の項目、例えば、充填機５内のプレクーラにより凝縮しやすい水分については、比較的短い周期で品質確認を行うのが望ましい。
尚、ＩＳＯ規格１４６８７−２で規定される水素性状は、純度99.97％以上、非水素成分については、水分（Ｈ2Ｏ）：5ppm以下、ＨＣ：2ppm以下（但し炭素数１の場合）、Ｏ2：5ppm以下、Ｈｅ：300ppm以下、Ｎ2：100ppm以下、ＣＯ2：2ppm以下、ＣＯ：0.2ppm以下などである。
また、水素ライン上の水素の品質確認と同時に、水素ライン上の各機器の運転条件（稼働状況）を確認し、品質悪化の要因を分析する際に利用するとよい。
【００１９】
品質確認部１０１〜１０４での品質確認の結果、規格外の場合は、放出処理部１０５にて、規格外の水素の系外への放出処理を行う。具体的には、充填機５の出口側に図示しないバルブ等を介して接続された放出管（１０５）を大気開放することにより、系外放出を行わせる。ここでは充填機５の出口側より系外放出を行っているが、水素製造装置１及び水素精製装置２の出口側で品質確認を行っているので、これらにて規格外と判定された場合は、水素製造装置１又は水素精製装置２の出口側より系外放出を行うように構成してもよい。
尚、品質確認部１０１〜１０４及び放出処理部１０５は、制御システムの一部をなして、互いに連繋している（以下の実施形態についても同じ）。
また、品質確認部については、図示の他、水素ライン上であれば、どこに設けてもよく、例えば充填機５の入口側に設けてもよい。系外放出部についても同様で、水素ライン上であれば、どこに設けてもよく、複数設けてもよい。
また、特に水素出荷設備では、水素トレーラー６に充填された水素について品質確認を行うと共に、水素トレーラー６から規格外の水素を系外へ放出できるように、水素トレーラー６に対し、品質確認部と系外放出部とを設けるようにしてもよい。
【００２０】
図２は本発明の第２実施形態を示し、オフサイト型水素ステーションに適用したものである。
オフサイト型水素ステーションは、圧縮機１１と、蓄圧器１２と、圧縮機１３と、蓄圧器１４と、ディスペンサー１５とを備える。
【００２１】
圧縮機１１は、水素トレーラー６から供給される水素を例えば４５ＭＰａに圧縮する。蓄圧器１２は、貯蔵用の中圧の容器で、圧縮機１１により圧縮された中圧の水素を蓄圧する。圧縮機１３は、蓄圧器１２からの水素を例えば８２ＭＰａに圧縮する。蓄圧器１４は、差圧充填用の高圧の容器で、圧縮機１３により圧縮された高圧の水素を蓄圧する。ディスペンサー１５は、蓄圧器１４に蓄圧されている水素を燃料電池自動車（ＦＣＶ）２８に供給する。
【００２２】
ここにおいて、品質確認部１１１、１１２では、水素ライン上の複数箇所で水素の品質確認を行う。
品質確認部１１１は、水素トレーラー６から受け入れる水素の品質（純度等）を確認する。
品質確認部１１２は、図１の充填機５出口側の品質確認部１０４と同様、ＦＶＣ２８供給前のディスペンサー１５出口側での水素の品質（例えば水分の混入度合など）を確認する。
また、水素ライン上の水素の品質確認と同時に、水素ライン上の各機器の運転条件（稼働状況）を確認するとよい。
【００２３】
品質確認部１１１、１１２での品質確認の結果、規格外の場合は、放出処理部１１３にて、規格外の水素の系外への放出処理を行う。具体的には、ディスペンサー１５の出口側に図示しないバルブ等を介して接続された放出管（１１３）を大気開放することにより、系外放出を行わせる。ここではディスペンサー１５の出口側より系外放出を行っているが、水素トレーラー６の出口側で品質確認を行っているので、ここで規格外と判定された場合は、圧縮機１１の入口側又は出口側より系外放出を行うように構成してもよい。
尚、品質確認部については、図示の他、水素ライン上であれば、どこに設けてもよく、例えばディスペンサー１５の入口側に設けてもよい。系外放出部についても同様で、水素ライン上であれば、どこに設けてもよく、複数設けてもよい。
【００２４】
図３は本発明の第３実施形態を示し、オンサイト型水素ステーションに適用したものである。
オンサイト型水素ステーションは、水素製造装置２１と、水素精製装置２２と、圧縮機２３と、蓄圧器２４と、圧縮機２５と、蓄圧器２６と、ディスペンサー２７とを備える。
【００２５】
水素製造装置２１は、原料物質の供給を受けて水素を製造する。例えば、ＬＰＧの供給を受けて、水蒸気改質などにより水素を製造する。又は、有機ハイドライドであるＭＣＨ（メチルシクロヘキサン）の供給を受けて、脱水素反応により水素を製造する。
水素精製装置２２は、水素製造装置２１により製造された水素を精製する。具体的には、ＰＳＡ方式、ＴＳＡ方式、膜分離方式、各種吸着剤などを用いて、水分、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなどの不純物を除去する。
【００２６】
圧縮機２３は、水素精製装置２２により精製された水素を例えば４５ＭＰａに圧縮する。蓄圧器２４は、貯蔵用の中圧の容器で、圧縮機２３により圧縮された中圧の水素を蓄圧する。圧縮機２５は、蓄圧器２４からの水素を例えば８２ＭＰａに圧縮する。蓄圧器２６は、差圧充填用の高圧の容器で、圧縮機２５により圧縮された高圧の水素を蓄圧する。ディスペンサー２７は、蓄圧器２６に蓄圧されている水素を燃料電池自動車（ＦＣＶ）２８に供給する。
【００２７】
ここにおいて、品質確認部１２１、１２２、１２３、１２４では、水素ライン上の複数箇所で水素の品質確認を行う。
品質確認部１２１は、水素製造装置２１に供給される原料物質の品質、例えば原料であるＬＰＧの成分、又はＭＣＨの純度を備え付けのセンサにより検出して確認する。
品質確認部１２２は、水素製造装置２１出口側の水素の品質を確認する。具体的には、不純物である水分、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなどの成分量、又は水素の濃度（純度）を備え付けのセンサにより検出して確認する。
品質確認部１２３は、水素精製装置２出口側の水素の品質を確認する。具体的には、不純物である水分、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなどの成分量を備え付けのセンサにより検出して確認する。尚、一般的に水素精製装置２２ではＣＯが最も除去しにくいので、ＣＯの成分量を代表して検出することで、Ｈ2純度を確認することも可能である。有機ハイドライドの場合は、不純物であるメタン、トルエンなどの成分量を備え付けのセンサにより検出して確認する。
【００２８】
品質確認部１２４は、図１の充填機５出口側の品質確認部１０４及び図２のディスペンサー１５出口側の品質確認部１１２と同様、ＦＶＣ２８供給前のディスペンサー２７出口側での水素の品質を確認する。
また、水素ライン上の水素の品質確認と同時に、水素ライン上の各機器の運転条件（稼働状況）を確認するとよい。
【００２９】
品質確認部１２１〜１２４での品質確認の結果、規格外の場合は、放出処理部１２５にて、規格外の水素の系外への放出処理を行う。具体的には、ディスペンサー２７の出口側に図示しないバルブ等を介して接続された放出管（１２５）を大気開放することにより、系外放出を行わせる。ここではディスペンサー２７の出口側より系外放出を行っているが、水素製造装置２１及び水素精製装置２２の出口側で品質確認を行っているので、これらにて規格外と判定された場合は、水素製造装置２１又は水素精製装置２２の出口側より系外放出を行うようにしてもよい。
尚、品質確認部については、図示の他、水素ライン上であれば、どこに設けてもよく、例えばディスペンサー２７の入口側に設けてもよい。系外放出部についても同様で、水素ライン上であれば、どこに設けてもよく、複数設けてもよい。
【００３０】
上記の第１〜第３実施形態によれば、水素出荷設備、オフサイト型水素ステーション、又はオンサイト型水素ステーションにおいて、品質確認の結果、規格外となった水素を放出処理することで、充填機５やディスペンサー１５、２７から供給される水素の品質を一定に保つことが可能となる。また、複数箇所にて、特に最終段の水素供給箇所の他、水素ラインの上流側で、品質確認を行うことで、不純物混入の要因分析も可能となる。
【００３１】
次に、水素が規格外の場合に規格内となるように回復処理部を設けた実施形態（図４〜図１７）について説明する。
【００３２】
図４は本発明の第４実施形態を示し、水素出荷設備に適用したものである。尚、図１と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図４の実施形態では、回復処理部２００として、充填機５の出口側を水素精製装置２の入口側につなぐ循環ライン（戻しライン）２０１を設けている。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、循環ライン２０１を開路状態にして、充填機５の出口側から、水素を循環ライン２０１を介して水素精製装置２に戻し、水素精製装置２にて不純物を除去するようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、水素を（必要により複数回）循環させて、規格内となるように回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１０５による放出処理を実施する。
尚、品質確認部１０１〜１０４、放出処理部１０５及び回復処理部２００は、制御システムの一部をなして、互いに連繋している（以下の実施形態についても同じ）。
【００３３】
図５は本発明の第５実施形態を示し、オンサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図３と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図５の実施形態では、回復処理部２００として、ディスペンサー２７の出口側を水素精製装置２２の入口側につなぐ循環ライン（戻しライン）２０２を設けている。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、循環ライン２０２を開路状態にして、ディスペンサー２７の出口側から、水素を循環ライン２０２を介して水素精製装置２２に戻し、水素精製装置２２にて不純物を除去するようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、水素を（必要により複数回）循環させて、規格内となるように回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１２５による放出処理を実施する。
【００３４】
上記の第４〜第５実施形態によれば、品質確認の結果、規格外となった水素を回復処理して、充填機５やディスペンサー２７から供給される水素の品質を一定に保つことが可能となる。しかも、規格外の水素については、無駄とならないよう、回復処理して再利用できるようになり、回復処理しても規格外の水素のみを放出するので、無駄がなくなる。また特にこれらの実施形態では、回復処理に水素ライン上の水素精製装置２、２２を用いているので、装置コストの上昇を抑制できる。
【００３５】
図６は本発明の第６実施形態を示し、水素出荷設備に適用したものである。尚、図１と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図６の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２０３を設けている。品質回復用の水素精製装置２０３は、水素ライン上の水素精製装置２と同様、ＰＳＡ方式、ＴＳＡ方式、膜分離方式、各種吸着剤などを用いて、水分、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなどの不純物を除去することができる。後述する品質回復用の水素精製装置２０５、２０７、２０９〜２１１、２１２−１〜２１２−５、２１３−１〜２１３−５、２１４−１〜２１４−７、２１５、２１６、２１７、２２０についても同様である。
そして、充填機５の出口側を減圧器２０４を介して水素精製装置２０３の入口側に配管接続し、水素精製装置２０３の出口側を圧縮機３の入口側に配管接続している。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、品質回復用の水素精製装置２０３への通路を開路状態にして、充填機５の出口側の高圧水素を減圧器２０４にて減圧してから水素精製装置２０３に導き、ここで不純物を除去するようにしている。そして、不純物を除去した水素を圧縮機３の入口側に戻すようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、品質回復用の水素精製装置２０３を用いて水素の回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１０５による放出処理を実施する。
【００３６】
図７は本発明の第７実施形態を示し、オフサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図２と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図７の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２０５を設けている。そして、ディスペンサー１５の出口側を減圧器２０６を介して水素精製装置２０５の入口側に配管接続し、水素精製装置２０５の出口側を圧縮機１１又は１３の入口側に配管接続している。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、品質回復用の水素精製装置２０５への通路を開路状態にして、ディスペンサー１５の出口側の高圧水素を減圧器２０６にて減圧してから水素精製装置２０５に導き、ここで不純物を除去するようにしている。そして、不純物を除去した水素を圧縮機１１又は１３の入口側に戻すようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、品質回復用の水素精製装置２０５を用いて水素の回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１１３による放出処理を実施する。
【００３７】
図８は本発明の第８実施形態を示し、オンサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図３と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図８の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２０７を設けている。そして、ディスペンサー２７の出口側を減圧器２０８を介して水素精製装置２０７の入口側に配管接続し、水素精製装置２０７の出口側を圧縮機２３又は２５の入口側に配管接続している。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、品質回復用の水素精製装置２０７への通路を開路状態にして、ディスペンサー２７の出口側の高圧水素を減圧器２０８にて減圧してから水素精製装置２０７に導き、ここで不純物を除去するようにしている。そして、不純物を除去した水素を圧縮機２３又は２５の入口側に戻すようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、品質回復用の水素精製装置２０７を用いて水素の回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１２５による放出処理を実施する。
【００３８】
特に、上記の第６〜第８実施形態によれば、回復処理に水素ライン外の専用の水素精製装置２０３、２０５、２０７を用いるので、最適な方式の装置を用いることができ、回復処理性能を向上させることができる。
尚、上記の第６〜第８実施形態（図６〜図８）では、回復用の水素精製装置の出口側を圧縮機の入口側（低圧側）に接続しているが、回復用の水素精製装置の出口側に圧縮機（水素ライン上の圧縮機とは別の圧縮機）を設ければ、回復用の水素精製装置の出口側を水素ライン上の圧縮機の出口側（蓄圧器の入口側）に接続することもできる。従って、水素ライン上の１つの機器の出口側を回復用の水素精製装置を介して前記機器より上流側の水素ラインに接続することができる。
【００３９】
図９は本発明の第９実施形態を示し、水素出荷設備に適用したものである。尚、図１と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図９の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２０９を設けている。そして、充填機５の出口側を水素精製装置２０９の入口側に配管接続し、水素精製装置２０９の出口側を充填機５の入口側に配管接続している。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、品質回復用の水素精製装置２０９への通路を開路状態にして、充填機５の出口側の高圧水素をそのまま水素精製装置２０９に導き、ここで不純物を除去するようにしている。そして、不純物を除去した高圧の水素を充填機５の入口側に戻すようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、品質回復用の水素精製装置２０９を用いて水素の回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１０５による放出処理を実施する。
【００４０】
図１０は本発明の第１０実施形態を示し、オフサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図２と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１０の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２１０を設けている。そして、ディスペンサー１５の出口側を水素精製装置２１０の入口側に配管接続し、水素精製装置２１０の出口側をディスペンサー１５の入口側に配管接続している。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、品質回復用の水素精製装置２１０への通路を開路状態にして、ディスペンサー１５の出口側の高圧水素をそのまま水素精製装置２１０に導き、ここで不純物を除去するようにしている。そして、不純物を除去した高圧の水素をディスペンサー１５の入口側に戻すようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、品質回復用の水素精製装置２１０を用いて水素の回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１１３による放出処理を実施する。
【００４１】
図１１は本発明の第１１実施形態を示し、オンサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図３と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１１の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２１１を設けている。そして、ディスペンサー２７の出口側を水素精製装置２１１の入口側に配管接続し、水素精製装置２１１の出口側をディスペンサー２７の入口側に配管接続している。すなわち、水素の品質確認の結果、規格外の場合に、品質回復用の水素精製装置２１１への通路を開路状態にして、ディスペンサー２７の出口側の高圧水素をそのまま水素精製装置２１１に導き、ここで不純物を除去するようにしている。そして、不純物を除去した高圧の水素をディスペンサー２７の入口側に戻すようにしている。
このように、水素の品質確認の結果、規格外の場合は、品質回復用の水素精製装置２１１を用いて水素の回復処理を実施する。そして、回復処理後に規格外の場合に、放出処理部１２５による放出処理を実施する。
【００４２】
特に、上記の第９〜第１１実施形態によれば、水素の回復処理を高圧のまま行うので、回復処理後に再度圧縮する必要がなくなり、圧縮機の運転コストを低減できる。但し、回復処理用の水素精製装置２０９〜２１１は、高圧水素を精製するので、精製方式の選定には制約を受ける。
【００４３】
図１２は本発明の第１２実施形態を示し、水素出荷設備に適用したものである。尚、図１と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１２の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン上の各機器１〜５ごとに水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２１２−１〜２１２−５を設けている。そして、各機器１〜５の出口側を水素ライン外の対応する水素精製装置２１２−１〜２１２−５を介して各機器１〜５の入口側に接続してある。
【００４４】
具体的には、水素製造装置１に対し、水素精製装置２１２−１を設け、水素製造装置１の出口側を水素精製装置２１２−１を介して水素製造装置１の入口側に接続可能としている。これにより、品質確認の結果、水素製造装置１に品質悪化の要因があると推定される場合は、水素出荷設備の運転を停止し、水素製造装置１の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１２−１で不純物を除去し、きれいな水素を水素製造装置１の入口側に送って、水素製造装置１内を浄化する。
【００４５】
また、水素精製装置２に対し、水素精製装置２１２−２を設け、水素精製装置２の出口側を水素精製装置２１２−２を介して水素精製装置２の入口側に接続可能としている。これにより、品質確認の結果、水素精製装置２に品質悪化の要因があると推定される場合は、水素出荷設備の運転を停止し、水素精製装置２の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１２−２で不純物を除去し、きれいな水素を水素精製装置２の入口側に送って、水素精製装置２内を浄化する。
【００４６】
同様に、圧縮機３に対し水素精製装置２１２−３、蓄圧器４に対し水素精製装置２１２−４、充填機５に対し水素精製装置２１２−５を設けて、きれいな水素で圧縮機３、蓄圧器４、充填機５内を浄化できるようにしている。
【００４７】
図１２の実施形態では、また、水素トレーラー６に対しても品質回復用の水素精製装置２２０を設けている。これにより、水素トレーラー６（その水素貯蔵部）と品質回復用の水素精製装置２２０との間で水素を循環させ、水素精製装置２２０で不純物を除去し、きれいな水素を水素トレーラー６に送って、水素トレーラー６内を浄化することができる。この場合、水素精製装置２２０は、水素トレーラー６に搭載してもよいし、水素出荷設備に設けて、必要なときに配管接続する構成としてもよい。
【００４８】
図１３は本発明の第１３実施形態を示し、オフサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図２と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１３の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン上の各機器１１〜１５ごとに水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２１３−１〜２１３−５を設けている。そして、各機器１１〜１５の出口側を水素ライン外の対応する水素精製装置２１３−１〜２１３−５を介して各機器１１〜１５の入口側に接続してある。
【００４９】
具体的には、圧縮機１１に対し、水素精製装置２１３−１を設け、圧縮機１１の出口側を水素精製装置２１３−１を介して圧縮機１１の入口側に接続可能としている。これにより、品質確認の結果、圧縮機１１に品質悪化の要因があると推定される場合は、水素ステーション（水素ライン）の運転を停止し、圧縮機１１の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１３−１で不純物を除去し、きれいな水素を圧縮機１１の入口側に送って、圧縮機１１内を浄化する。
【００５０】
同様に、蓄圧器１２に対し水素精製装置２１３−２、圧縮機１３に対し水素精製装置２１３−３、蓄圧器１４に対し水素精製装置２１３−４、ディスペンサー１５に対し水素精製装置２１３−５を設けて、きれいな水素で蓄圧器１２、圧縮機１３、蓄圧器１４、ディスペンサー１５内を浄化できるようにしている。
【００５１】
図１３の実施形態でも、また、水素トレーラー６に対し品質回復用の水素精製装置２２０６を設けている。この場合、水素精製装置２２０は、水素トレーラー６に搭載してもよいし、水素ステーションに設けて、必要なときに配管接続する構成としてもよい。
【００５２】
図１４は本発明の第１４実施形態を示し、オンサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図３と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１４の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン上の各機器２１〜２７ごとに水素ライン外に品質回復用の水素精製装置２１４−１〜２１４−７を設けている。そして、各機器２１〜２７の出口側を水素ライン外の対応する水素精製装置２１４−１〜２１４−７を介して各機器２１〜２７の入口側に接続してある。
【００５３】
具体的には、水素製造装置２１に対し、水素精製装置２１４−１を設け、水素製造装置２１の出口側を水素精製装置２１４−１を介して水素製造装置２１の入口側に接続可能としている。これにより、品質確認の結果、水素製造装置２１に品質悪化の要因があると推定される場合は、水素ステーション（水素ライン）の運転を停止し、水素製造装置２１の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１４−１で不純物を除去し、きれいな水素を水素製造装置１の入口側に送って、水素製造装置１内を浄化する。
【００５４】
同様に、水素精製装置２２に対し水素精製装置２１４−２、圧縮機２３に対し水素精製装置２１４−３、蓄圧器２４に対し水素精製装置２１４−４、圧縮機２５に対し水素精製装置２１４−５、蓄圧器２６に対し水素精製装置２１４−６、ディスペンサー２７に対し水素精製装置２１４−７を設けて、きれいな水素で水素精製装置２２、圧縮機２３、蓄圧器２４、圧縮機２５、蓄圧器２６、ディスペンサー２７内を浄化できるようにしている。
【００５５】
上記の第１２〜第１４実施形態によれば、品質悪化の要因と考えられる水素ライン上の各機器の内部をきれいな水素で浄化することができ、これにより水素品質の回復を図ることができる。特にこれらの実施形態では、水素ライン上の各機器ごとに品質回復用の水素精製装置を備えているので、各機器の浄化を同時に実施できる。
【００５６】
図１５は本発明の第１５実施形態を示し、水素出荷設備に適用したものである。尚、図１と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１５の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の単一の水素精製装置２１５を設け、水素ライン上の各機器１〜５の出口側を水素ライン外の単一の水素精製装置２１５を介して各機器１〜５の入口側に接続可能としてある。
【００５７】
具体的には、水素製造装置１については、その出口側を回復用の水素精製装置２１５の入口ライン２１５ａに接続可能とし、回復用の水素精製装置２１５の出口ライン２１５ｂを水素製造装置１の入口側に接続可能としてある。これにより、品質確認の結果、水素製造装置１内部の浄化要求を生じた場合は、水素出荷設備の運転を停止し、水素製造装置１の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１５で不純物を除去し、きれいな水素を水素製造装置１の入口側に送って、水素製造装置１内を浄化することができる。
【００５８】
水素精製装置２についても、その出口側を回復用の水素精製装置２１５の入口ライン２１５ａに接続可能とし、回復用の水素精製装置２１５の出口ライン２１５ｂを水素精製装置２の入口側に接続可能としてある。これにより、品質確認の結果、水素精製装置２内部の浄化要求を生じた場合は、水素出荷設備の運転を停止し、水素精製装置２の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１５で不純物を除去し、きれいな水素を水素精製装置２の入口側に送って、水素精製装置２内を浄化することができる。
【００５９】
圧縮機３、蓄圧器４、充填機５についても、回復用の水素精製装置２１５の入口ライン２１５ａ及び出口ライン２１５ｂに対し同様に接続し、きれいな水素で圧縮機３、蓄圧器４、充填機５内を浄化できるようにしている。
図１５の実施形態では、また、水素トレーラー６に対しても回復用の水素精製装置２１５を接続可能とし、水素トレーラー６内も浄化できるようにしている。
【００６０】
図１６は本発明の第１６実施形態を示し、オフサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図２と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１６の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の単一の水素精製装置２１６を設け、水素ライン上の各機器１１〜１５の出口側を水素ライン外の単一の水素精製装置２１６を介して各機器１１〜１５の入口側に接続可能としてある。
【００６１】
具体的には、圧縮機１１については、その出口側を回復用の水素精製装置２１６の入口ライン２１６ａに接続可能とし、回復用の水素精製装置２１６の出口ライン２１６ｂを圧縮機１１の入口側に接続可能としてある。これにより、品質確認の結果、圧縮機１１内部の浄化要求を生じた場合は、水素ステーション（水素ライン）の運転を停止し、圧縮機１１の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１６で不純物を除去し、きれいな水素を圧縮機１１の入口側に送って、圧縮機１１内を浄化することができる
【００６２】
蓄圧器１２、圧縮機１３、蓄圧器１４、ディスペンサー１５についても、回復用の水素精製装置２１６の入口ライン２１６ａ及び出口ライン２１６ｂに対し同様に接続し、きれいな水素で蓄圧器１２、圧縮機１３、蓄圧器１４、ディスペンサー１５内を浄化できるようにしている。
図１６の実施形態でも、また、水素トレーラー６に対し回復用の水素精製装置２１６を接続可能とし、水素トレーラー６内も浄化できるようにしている。
【００６３】
図１７は本発明の第１７実施形態を示し、オンサイト型水素ステーションに適用したものである。尚、図３と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
図１７の実施形態では、回復処理部２００として、水素ライン外に品質回復用の単一の水素精製装置２１７を設け、水素ライン上の各機器２１〜２７の出口側を水素ライン外の単一の水素精製装置２１７を介して各機器２１〜２７の入口側に接続可能としてある。
【００６４】
具体的には、水素製造装置２１については、その出口側を回復用の水素精製装置２１７の入口ライン２１７ａに接続可能とし、回復用の水素精製装置２１７の出口ライン２１７ｂを水素製造装置２１の入口側に接続可能としてある。これにより、品質確認の結果、水素製造装置２１内部の浄化要求を生じた場合は、水素ステーション（水素ライン）の運転を停止し、水素製造装置２１の出口側から水素を取り出して、水素精製装置２１７で不純物を除去し、きれいな水素を水素製造装置２１の入口側に送って、水素製造装置２１内を浄化することができる
【００６５】
水素精製装置２２、圧縮機２３、蓄圧器２４、圧縮機２５、蓄圧器２６、ディスペンサー２７についても、回復用の水素精製装置２１７の入口ライン２１７ａ及び出口ライン２１７ｂに対し同様に接続し、きれいな水素で水素精製装置２２、圧縮機２３、蓄圧器２４、圧縮機２５、蓄圧器２６、ディスペンサー２７内を浄化できるようにしている。
【００６６】
上記の第１５〜第１７実施形態によれば、品質悪化の要因と考えられる水素ライン上の各機器の内部をきれいな水素で浄化することができ、これにより水素品質の回復を図ることができる。特に図１５〜図１７の実施形態では、図１２〜図１４の実施形態に比べ、各設備で、１つの回復用の水素精製装置２１５、２１６又は２１７を共用することで、装置コストを低減することができる。
【００６７】
品質確認の結果については、回復処理の結果と合わせて、データを蓄積する。これによい、頻繁に品質悪化を生じる項目を学習し、その項目を重点的に管理するとよい。例えば、ディスペンサー１５又は２７にて内蔵のプレクーラにより水分の混入が頻繁に発生することを学習した場合は、水分については毎日確認するなど、重点的に管理する。
【００６８】
回復処理方法について補足する。
品質確認の結果、規格外となり、その原因が機器内の汚れであると考えられる場合は、水素ボンベなどを用い、次のような回復処理方法を採用できる。
水素ボンベの供給口を水素ライン上の機器の入口側に接続し、水素ボンベ内の水素を機器内に供給して、機器内を洗浄し、機器の出口側の系外放出部から不純物を含む水素を放出処理する。これにより、汚染された機器を洗浄でき、回復させることができる。
【００６９】
以上では、水素充填設備（水素出荷設備、オフサイト型水素ステーション、及び、オンサイト型水素ステーション）について、図示の実施形態により説明したが、本発明の対象とする水素充填設備は、これに限るものでないことは言うまでもない。
例えば、図示の実施形態では、図１、図２又は図３を参照し、蓄圧器４、１４又は２６に蓄圧されている水素を充填機（ディスペンサー）５、１５、又は２７により充填しているが、蓄圧器４、１４又は２６をバイパスして圧縮機３、１３又は２５と充填機５、１５又は２７とをつなぐバイパス通路を備え、圧縮機３、１３又は２５により直接充填できる構成の水素充填設備であってもよい。
また、図示の実施形態の水素ステーションでは、図２又は図３を参照し、圧縮機と蓄圧器とを中圧及び高圧の２段に設けているが、１段構成の水素充填設備であってもよい。更には圧縮機により直接充填する方式とした蓄圧器なしの水素充填設備であってもよい。
また、図示の実施形態では、水素出荷設備とオフサイト型水素ステーションとをつなぐ水素輸送用容器として、自走式の水素トレーラー６を用いたが、水素カードルを用いてもよい。水素カードルは、小型のボンベ（シリンダ）を束ねた形の水素輸送用容器で、車両により運搬される。
【００７０】
また、水素ステーションでの品質管理として、水素ライン上の各機器の前後で圧力測定を行うことで、不純物によるラインの詰まりの有無を管理するようにしてもよい。不純物による機器の詰まりが検知された場合は、回復装置を用いて、機器内の不純物を除去するようにする。
【００７１】
以上のように、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】
【００７２】
１、２１  水素製造装置
２、２２  水素精製装置
３  圧縮機
４  蓄圧器
５  充填機
６  水素トレーラー
１１、２３  圧縮機
１２、２４  蓄圧器
１３、２５  圧縮機
１４、２６  蓄圧器
１５、２７  ディスペンサー（充填機）
２８  ＦＣＶ
１０１〜１０４、１１１〜１１２、１２１〜１２４  品質確認部
１０５、１１３、１２５  放出処理部
２００  回復処理部
２０１、２０２  循環ライン
２０３、２０５、２０７、２０９〜２１１、２１２−１〜２１２−５、２１３−１〜２１３−５、２１４−１〜２１４−７、２１５、２１６、２１７、２２０  品質回復用の水素精製装置
２０４、２０６、２０８  減圧器
【図１】
0006375255.tif 000002
【図２】
0006375255.tif 000003
【図３】
0006375255.tif 000004
【図４】
0006375255.tif 000005
【図５】
0006375255.tif 000006
【図６】
0006375255.tif 000007
【図７】
0006375255.tif 000008
【図８】
0006375255.tif 000009
【図９】
0006375255.tif 000010
【図１０】
0006375255.tif 000011
【図１１】
0006375255.tif 000012
【図１２】
0006375255.tif 000013
【図１３】
0006375255.tif 000014
【図１４】
0006375255.tif 000015
【図１５】
0006375255.tif 000016
【図１６】
0006375255.tif 000017
【図１７】
0006375255.tif 000018