(57)【要約】【課題】本発明は、水素自動車の燃料タンクの安全に使用可能な上限温度を超えることなく、異なる充填圧力仕様とされた複数種類の燃料タンクに対して、安全に水素ガスを充填することの可能な水素ステーションを提供することを課題とする。【解決手段】冷却された水素ガスが流れる主充填ライン１３の後端１３Ｂから分岐され、異なる充填圧力毎に少なくとも１本以上設けられ、異なる充填圧力仕様とされた燃料タンクのそれぞれに対して水素ガスを充填するときにのみに使用される水素ガス充填ライン４１，４２と、水素ガス充填ライン４１，４２に設けられた自動開閉弁４５，５１及び圧力測定器４４，４９と、水素ガス充填ライン４１の後端に設けられた継手４７と、水素ガス充填ライン４２の後端に設けられた継手５３と、自動開閉弁４５，５１の開閉を制御する制御装置５４と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる充填圧力仕様とされた複数種類の燃料タンクに対して、水素ガスを充填する水素ステーションであって、
前記燃料タンクへの水素ガス充填時において前記水素ガスが流れる主充填ラインと、
前記主充填ラインのうち、該主充填ラインの先端と該主充填ラインの後端との間に設けられ、該主充填ラインを流れる前記水素ガスを冷却する冷却器と、
前記主充填ラインの後端から分岐され、異なる充填圧力毎に少なくとも１本以上設けられ、異なる充填圧力仕様とされた前記燃料タンクのそれぞれに対して前記水素ガスを充填するときにのみに使用される、複数の水素ガス充填ラインと、
前記複数の水素ガス充填ラインに対してそれぞれ設けられた自動開閉弁と、
前記自動開閉弁の後段に位置する前記複数の水素ガス充填ラインにそれぞれに設けられた圧力測定器と、
前記複数の水素ガス充填ラインの後端にそれぞれ設けられ、前記水素ガス充填ラインの前記充填圧力仕様に対応する燃料タンクのみと接続可能な継手と、
複数の前記自動開閉弁、及び複数の前記圧力測定器と電気的に接続され、前記燃料タンクへの水素ガス充填時において該圧力測定器が測定する圧力に基づいて、複数の前記自動開閉弁の開閉を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする水素ステーション。
【請求項２】
前記制御装置は、前記複数の水素ガス充填ラインと前記燃料タンクとが接続された際、複数の前記燃料タンクの中から前記水素ガスの充填を行う１つの燃料タンクを選択し、該選択した燃料タンクに水素ガスを充填する制御を行い、
かつ前記水素ガスの充填が終了後において、前記複数の燃料タンクのうち、次に、前記水素ガスを充填する別の燃料タンクを１つ選択し、該別の燃料タンクに水素ガスの充填を開始する制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の水素ステーション。
【請求項３】
前記冷却器は、前記複数の燃料タンクのうち、最も大きな冷却能力が必要な１つの燃料タンクに対して前記水素ガス充填が可能で、かつ前記複数の燃料タンクのうち、同時に２つ以上の前記燃料タンクへの前記水素ガス充填が不可能な冷却能力に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の水素ステーション。
【請求項４】
前記冷却器には、前記主充填ラインを流れる前記水素ガスを冷却するための冷媒が供給されており、
前記制御装置は、前記冷却器に供給する前記冷媒の供給量を制御することを特徴とする請求項３記載の水素ステーション。
【請求項５】
前記燃料タンクは、該燃料タンクの温度を測定する温度測定器を有し、
前記温度測定器は、測定した温度データを連続的に前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、前記温度が予め設定された上限温度を超えた際、前記燃料タンクへの前記水素ガスの充填を停止させることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項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、水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充填する水素ステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の自動車として、燃料である水素ガスが充填される燃料タンクを備えた燃料電池搭載車両（以下、「水素自動車」という）の開発が進められている。水素自動車は、二酸化炭素、ＮＯＸ、ＳＯＸ等の排出がなく、水を排出するだけの環境にやさしい自動車とされている。
【０００３】
水素自動車は、燃料補給時には通常のガソリン自動車と同様に、その燃料である水素ガス（流体）を充填する水素ステーションまで走行し、該水素ステーションから水素ガスを補給する。
【０００４】
特許文献１には、水素ステーションの一例として、蓄圧器により水素ガスを高圧で蓄圧し、その後、蓄圧器と水素自動車の燃料タンクとの圧力差により水素ガスを充填する水素ステーションが開示されている。
水素ステーションは、水素ガスを圧縮し蓄圧や充填を行う圧縮機、水素ガスを高圧で一時的に蓄圧する蓄圧器、及び水素ガスの充填を制御する制御器等を有した構成とされている。
【０００５】
現状、水素自動車の燃料タンクとしては、３５ＭＰａＧ充填用タンクと、７０ＭＰａＧ充填用タンクと、の二種類の異なる充填圧力仕様とされた燃料タンクが存在する。
このため、燃料タンクの充填圧力を間違えることがないように、水素ステーションでは、３５ＭＰａＧ仕様の燃料タンク専用の水素ガス充填ライン及び継手と、７０ＭＰａＧ仕様の燃料タンク専用の水素ガス充填ライン及び継手と、を有した構成とされている。
３５ＭＰａＧ仕様の燃料タンク専用の継手は、３５ＭＰａＧ仕様の燃料タンクのみと接続可能な構成とされており、７０ＭＰａＧ仕様の燃料タンク専用の継手は、７０ＭＰａＧ仕様の燃料タンクのみと接続可能な構成とされている。
【０００６】
ここで、従来の水素ステーションを用いた水素自動車の燃料タンクへの水素ガス充填方法について説明する。
初めに、トレーラやカードル等によって水素ステーションに輸送された水素ガスを、圧縮機を用いて蓄圧器に規定の圧力値（例えば、４５ＭＰａＧ）まで蓄圧する。次いで、燃料タンクの充填圧力（３５ＭＰａＧまたは７０ＭＰａＧ）に対応する水素充填ラインの継手と水素自動車の燃料タンク（３５ＭＰａＧ充填用タンクまたは７０ＭＰａＧ充填用タンク）とを接続する。これにより、水素ステーションの蓄圧器と燃料タンクとが配管によって接続される。
その後、蓄圧器と燃料タンクとの圧力差を利用した流し充填や、圧縮機による圧縮充填により、燃料タンクの仕様の充填圧力（３５ＭＰａＧまたは７０ＭＰａＧ）まで水素ガスを充填する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−５７３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
多くの気体は、常温付近で膨張させると温度が低下するが、水素ガスやヘリウムガスは、ある条件において、膨張時に温度が上昇する。
例えば、水素ガスの場合、−７１℃よりも高い温度で、膨張させると温度が上昇する。
したがって、蓄圧器から水素自動車の燃料タンクへ、圧力差を利用した水素充填を行うときには、燃料タンクの温度が高温とならないように（言い換えれば、安全に燃料タンクを使用可能な上限温度を超えないように）温度制御する必要がある。
【０００９】
近年、水素自動車の燃料タンクへの充填時間を短縮、及び蓄圧器への水素ガスの蓄圧頻度を減らす観点から、蓄圧器に水素ガスを蓄圧する際の圧力を高圧化（例えば、８２ＭＰａＧ）させる動きがある。
【００１０】
水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充填させる際に蓄圧器内の圧力が高圧になると、蓄圧器と水素自動車の燃料タンクとの圧力差が従来よりも大きくなるため、急速充填となり、安全に燃料タンクを使用可能な上限温度（例えば、燃料タンクの材質がＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の場合、＋８５℃）を超える恐れがあった。
【００１１】
そこで本発明は、燃料タンクへの水素ガスの充填時において、安全に水素自動車の燃料タンクを使用可能な上限温度を超えることなく、異なる充填圧力仕様とされた複数種類の燃料タンクに対して、安全に水素ガスを充填可能な水素ステーション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、請求項１に係る発明によれば、異なる充填圧力仕様とされた複数種類の燃料タンクに対して、水素ガスを充填する水素ステーションであって、前記燃料タンクへの水素ガス充填時において前記水素ガスが流れる主充填ラインと、前記主充填ラインのうち、該主充填ラインの先端と該主充填ラインの後端との間に設けられ、該主充填ラインを流れる前記水素ガスを冷却する冷却器と、前記主充填ラインの後端から分岐され、異なる充填圧力毎に少なくとも１本以上設けられ、異なる充填圧力仕様とされた前記燃料タンクのそれぞれに対して前記水素ガスを充填するときにのみに使用される、複数の水素ガス充填ラインと、前記複数の水素ガス充填ラインに対してそれぞれ設けられた自動開閉弁と、前記自動開閉弁の後段に位置する前記複数の水素ガス充填ラインにそれぞれに設けられた圧力測定器と、前記複数の水素ガス充填ラインの後端にそれぞれ設けられ、前記水素ガス充填ラインの前記充填圧力仕様に対応する燃料タンクのみと接続可能な継手と、複数の前記自動開閉弁、及び複数の前記圧力測定器と電気的に接続され、前記燃料タンクへの水素ガス充填時において該圧力測定器が測定する圧力に基づいて、複数の前記自動開閉弁の開閉を制御する制御装置と、を有することを特徴とする水素ステーションが提供される。
【００１３】
また、請求項２に係る発明によれば、前記制御装置は、前記複数の水素ガス充填ラインと前記燃料タンクとが接続された際、複数の前記燃料タンクの中から前記水素ガスの充填を行う１つの燃料タンクを選択し、該選択した燃料タンクに水素ガスを充填する制御を行い、かつ前記水素ガスの充填が終了後において、前記複数の燃料タンクのうち、次に、前記水素ガスを充填する別の燃料タンクを１つ選択し、該別の燃料タンクに水素ガスの充填を開始する制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の水素ステーションが提供される。
【００１４】
また、請求項３に係る発明によれば、前記冷却器は、前記複数の燃料タンクのうち、最も大きな冷却能力が必要な１つの燃料タンクに対して前記水素ガス充填が可能で、かつ前記複数の燃料タンクのうち、同時に２つ以上の前記燃料タンクへの前記水素ガス充填が不可能な冷却能力に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の水素ステーションが提供される。
【００１５】
また、請求項４に係る発明によれば、前記冷却器には、前記主充填ラインを流れる前記水素ガスを冷却するための冷媒が供給されており、前記制御装置は、前記冷却器に供給する前記冷媒の供給量を制御することを特徴とする請求項３記載の水素ステーションが提供される。
【００１６】
また、請求項５に係る発明によれば、前記燃料タンクは、該燃料タンクの温度を測定する温度測定器を有し、前記温度測定器は、測定した温度データを連続的に前記制御装置に送信し、前記制御装置は、前記温度が予め設定された上限温度を超えた際、前記燃料タンクへの前記水素ガスの充填を停止させることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の水素ステーションが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料タンクへの水素ガス充填において、燃料タンクを安全に使用可能な上限温度を超えることなく、異なる充填圧力仕様とされた複数種類の各燃料タンクに対して安全に水素ガスを充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る水素ステーションの概略構成を模式的に示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示する各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の水素ステーションの寸法関係とは異なる場合がある。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る水素ステーションの概略構成を模式的に示す系統図である。図１では、説明の便宜上、水素ステーション１０の構成要素ではない水素ガス供給源１１（例えば、水素ガスが充填されたトレーラやカードル等）を図示する。
【００２１】
図１を参照するに、水素ステーション１０は、主充填ライン１３と、圧縮機１４と、自動開閉弁１６，２４，２５，３３，３４，４５，５１と、自動コントロール弁１７と、第１のバイパスライン１８と、第１の蓄圧器２１と、蓄圧器用圧力測定器２２，３１と、第２のバイパスライン２７と、第２の蓄圧器２９と、冷却器３５と、冷媒循環装置３７と、水素ガス充填ライン４１，４２と、圧力測定器４４，４９と、継手４７，５３と、制御装置５４と、を有する。
【００２２】
なお、図１に示すように、本実施の形態では、水素ステーション１０の一例として、水素ガス充填ライン４１の後端と接続され、充填圧力が７０ＭＰａＧ仕様とされた燃料タンク（以下、説明の便宜上、「７０ＭＰａＧ燃料タンク」という）とのみ接続される継手４７と、水素ガス充填ライン４２の後端と接続され、充填圧力が３５ＭＰａＧ仕様とされた燃料タンク（以下、説明の便宜上、「３５ＭＰａＧ燃料タンク」という）とのみ接続される継手５３と、を有する場合について説明する。
【００２３】
主充填ライン１３は、先端１３Ａ及び後端１３Ｂを有する。主充填ライン１３の先端１３Ａは、水素ガス供給源１１と接続されている。主充填ライン１３には、水素ガス供給源１１から水素ガスが導入される。
圧縮機１４は、水素ガス供給源１１側に位置する主充填ライン１３に設けられている。圧縮機１４は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
圧縮機１４は、水素ガス供給源１１から導入された水素ガスを圧縮後、圧縮機１４の下流側に位置する主充填ライン１３に導出する。
【００２４】
自動開閉弁１６は、圧縮機１４の後段に位置する主充填ライン１３に設けられている。自動開閉弁１６は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動開閉弁１６は、主に、第１及び第２の蓄圧器２１，２９からの流し充填では足りず、圧縮機１４で圧縮充填を行う場合に開けられる。
自動開閉弁１６が開かれると、自動開閉弁１６の下流側に、圧縮機１４により圧縮された水素ガスが供給され、自動開閉弁１６が閉じられると、自動開閉弁１６の下流側への水素ガスの供給が停止される。
【００２５】
自動コントロール弁１７は、自動開閉弁１６の後段に位置する主充填ライン１３に設けられている。自動コントロール弁１７は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動コントロール弁１７が開かれると、自動コントロール弁１７の下流側に、圧縮機１４により圧縮された水素ガス（この場合、自動開閉弁１６が開かれた状態）、または第１の蓄圧器２１に蓄えられた水素ガス（この場合、自動開閉弁２５が開かれた状態）、或いは第２の蓄圧器２９に蓄えられた水素ガス（この場合、自動開閉弁３４が開かれた状態）のうちのいずれかの水素ガスが供給される。
そして、自動コントロール弁１７が閉じられると、自動コントロール弁１７の下流側への水素ガスの供給が停止される。
【００２６】
第１のバイパスライン１８は、圧縮機１４と自動開閉弁１６との間に位置する主充填ライン１３から分岐されたラインである。第１のバイパスライン１８の他端は、自動開閉弁１６と自動コントロール弁１７との間に位置する主充填ライン１３と接続されている。これにより、第１のバイパスライン１８は、自動開閉弁１６をバイパスしている。
第１の蓄圧器２１は、第１のバイパスライン１８に設けられている。第１の蓄圧器２１内には、高圧の水素ガスが蓄えられている。第１の蓄圧器２１内の圧力は、高圧（例えば、８２ＭＰａＧ）とされている。
【００２７】
蓄圧器用圧力測定器２２は、第１の蓄圧器２１内の圧力を測定可能な状態で、第１の蓄圧器２１に設けられている。蓄圧器用圧力測定器２２は、制御装置５４と電気的に接続されており、測定した第１の蓄圧器２１内の圧力に関するデータを制御装置５４に送信する。
自動開閉弁２４は、第１の蓄圧器２１の前段に位置する第１のバイパスライン１８に設けられている。自動開閉弁２４は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動開閉弁１６が閉じた状態で、自動開閉弁２４が開かれると、圧縮機１４により圧縮された水素ガスが第１の蓄圧器２１内に導入され、該水素ガスが第１の蓄圧器２１内に蓄えられる。
【００２８】
自動開閉弁２５は、第１の蓄圧器２１の後段に位置する第１のバイパスライン１８に設けられている。自動開閉弁２５は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動開閉弁２５が開かれると、主充填ライン１３を介して、第１の蓄圧器２１内に蓄えられた水素ガスが自動コントロール弁１７に供給される。自動開閉弁２５が閉じられると、第１の蓄圧器２１内に蓄えられた水素ガスの供給が停止される。
【００２９】
第２のバイパスライン２７は、第１のバイパスライン１８の分岐位置と自動開閉弁２４との間に位置する第１のバイパスライン１８から分岐されたラインである。第２のバイパスライン２７の先端は、自動開閉弁２５と第１のバイパスライン１８の他端との間に位置する第１のバイパスライン１８と接続されている。
これにより、第２のバイパスライン２７は、自動開閉弁１６，２４，２５及び第１の蓄圧器２１をバイパスしている。
第２の蓄圧器２９は、第２のバイパスライン２７に設けられている。第２の蓄圧器２９内には、高圧の水素ガスが蓄えられている。第２の蓄圧器２９内の圧力は、高圧（例えば、８２ＭＰａＧ）とされている。
【００３０】
蓄圧器用圧力測定器３１は、第２の蓄圧器２９内の圧力を測定可能な状態で、第２の蓄圧器２９に設けられている。蓄圧器用圧力測定器３１は、制御装置５４と電気的に接続されており、測定した第２の蓄圧器２９内の圧力に関するデータを制御装置５４に送信する。
自動開閉弁３３は、第２の蓄圧器２９の前段に位置する第２のバイパスライン２７に設けられている。自動開閉弁３３は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動開閉弁１６が閉じた状態で、自動開閉弁３３が開かれると、圧縮機１４により圧縮された水素ガスが第２の蓄圧器２９内に導入され、該水素ガスが第２の蓄圧器２９内に蓄えられる。
【００３１】
自動開閉弁３４は、第２の蓄圧器２９の後段に位置する第２のバイパスライン２７に設けられている。自動開閉弁３４は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動開閉弁３４が開かれると、第１のバイパスライン１８及び主充填ライン１３を介して、第２の蓄圧器２９内に蓄えられた水素ガスが自動コントロール弁１７に供給される。自動開閉弁３４が閉じられると、第２の蓄圧器２９内に蓄えられた水素ガスの供給が停止される。
【００３２】
冷却器３５は、主充填ライン１３の後端１３Ｂと自動コントロール弁１７との間に位置する主充填ライン１３に設けられている。冷却器３５は、主充填ライン１３の一部、及び後述する冷媒循環ライン５７の一部である蒸発部６３を収容している。
冷却器３５は、蒸発部６３で蒸発される冷媒により、主充填ライン１３を流れる水素ガスを冷却する。冷却器３５の冷却能力は、蒸発部６３を流れる冷媒の供給量（流量）により決まる。
つまり、蒸発部６３を流れる冷媒の供給量（流量）を増加させると冷却器３５の冷却能力が上昇し、蒸発部６３を流れる冷媒の供給量（流量）を減少させると冷却器３５の冷却能力が低下する。
【００３３】
冷却器３５の冷却能力は、複数の燃料タンクのうち、最も大きな冷却能力が必要な１つの燃料タンクに対して水素ガス充填が可能で、かつ複数の燃料タンクのうち、同時に２つ以上の燃料タンクへの水素ガス充填が不可能な冷却能力に設定されている。
本実施の形態の場合、冷却器３５の冷却能力は、最も冷却能力が必要な１つの７０ＭＰａＧ燃料タンクに対して水素ガス充填が可能で、かつ同時に７０ＭＰａＧ燃料タンク及び３５ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガス充填が不可能な冷却能力に設定されている。
【００３４】
このような冷却能力となるように冷却器３５の冷却能力を設定することで、例えば、継手４７（７０ＭＰａＧ燃料タンク専用の継手）と７０ＭＰａＧ燃料タンクとが接続され、かつ継手５３（３５ＭＰａＧ燃料タンク専用の継手）と３５ＭＰａＧ燃料タンクとが接続された状態（つまり、７０ＭＰａＧ燃料タンク及び３５ＭＰａＧ燃料タンクが同時に接続された状態）で、充填圧力仕様が異なる２つの燃料タンクに同時に水素ガスが充填され、かつ冷却能力不足でいずれかの燃料タンクの温度が予め設定された上限温度（後述する上限温度Ｃまたは上限温度Ｄ）を超えた際に自動的に水素ガス充填を停止させることができる。なお、上記上限温度（後述する上限温度Ｃまたは上限温度Ｄ）は、請求項５に記載の上限温度に相当する温度である。
つまり、冷却器３５を、故意あるいは間違いにより、２種類の充填圧力仕様の異なる燃料タンクに同時に水素ガスが充填されることで、どちらかに間違った圧力で燃料タンクに充填されることを抑制する非常停止機構として機能させることができる。
さらには、３５ＭＰａＧ燃料タンクに対して、３５ＭＰａＧよりも高い圧力である７０ＭＰａＧでの過充填が行われることを回避することができる。
【００３５】
なお、後述するように、水素ガス充填ライン４１には自動開閉弁４５が設けられ、水素ガス充填ライン４２には自動開閉弁５１が設けられているため、自動開閉弁４５，５１の開閉を制御することで、２種類の充填圧力仕様の異なる燃料タンクに同時に水素ガスが充填されることを抑制することは可能である。
しかし、例えば、自動開閉弁４５，５１が故障して、正常に動作しなくなった場合において、異なる充填圧力仕様とされた燃料タンクへ同時に水素ガスが供給されることを自動的に防止するための非常停止機構として冷却器３５を有効に活用することができる。
【００３６】
本実施の形態のように、継手４７（７０ＭＰａＧ燃料タンク専用の継手）を１つと、継手５３（３５ＭＰａＧ燃料タンク専用の継手）を１つと、を有する場合において、３５ＭＰａＧ燃料タンクの温度が安全に使用可能な上限温度（例えば、＋８５℃）を超えないように水素ガスを充填するために必要な冷却器３５の能力を１（基準値）とすると、７０ＭＰａＧ燃料タンクの温度が安全に使用可能な上限温度（例えば、＋８５℃）を超えないように水素ガスを充填するために必要な冷却器３５の能力は１．５程度（言い換えれば、３５ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填する際の冷却能力の１．５倍程度）となる。
【００３７】
したがって、この場合、冷却器３５の冷却能力が２．５（言い換えれば、７０ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填する際に必要な冷却器３５の冷却能力と、３５ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填する際に必要な冷却器３５の冷却能力と、の合計値）以上であると、異なる充填圧力仕様とされた２つの燃料タンク（具体的には、３５ＭＰａＧ燃料タンク及び７０ＭＰａＧ燃料タンク）に同時に水素ガスが充填できてしまう。
【００３８】
そこで、この場合には、冷却器３５の冷却能力が、例えば、１．６以上１．９以下となるように、冷媒循環ライン５７を流れる冷媒の流量を制御することで、２つの燃料タンクに水素ガスが同時に充填されることを抑制する非常停止機構として冷却器３５を用いることができる。
【００３９】
冷媒循環装置３７は、冷媒循環ライン５７と、圧縮部５８と、凝縮部６１と、冷媒用自動コントロール弁６４と、膨張部６２と、蒸発部６３と、を有する。
冷媒としては、例えば、フロン、代替フロン、アンモニア、二酸化炭素、炭化水素等を用いることができる。
【００４０】
冷媒循環ライン５７は、冷媒を循環させるためのラインであり、ループ状とされている。冷媒循環ライン５７は、その一部が冷却器３５内に配置されている。冷却器３５内に配置された蒸発部６３において蒸発された冷媒が、冷却器３５内に配置された主充填ライン１３を流れる水素ガスから熱を奪うことで、該水素ガスが冷却される。
圧縮部５８は、冷却部３５の外側に配置された冷媒循環ライン５７に設けられている。圧縮部５８は、冷媒循環ライン５７を流れる冷媒を圧縮し、圧縮部５８の下流側に位置する冷媒循環ライン５７に圧縮した冷媒を導出する。
【００４１】
凝縮部６１は、圧縮部５８の後段で、かつ冷却部３５の外側に配置された冷媒循環ライン５７に設けられている。凝縮部６１は、圧縮部５８により圧縮された冷媒を凝縮させることで、冷媒を冷やす。凝縮部６１により冷却された冷媒は、凝縮部６１の下流側に位置する冷媒循環ライン５７に導出される。
【００４２】
冷媒用自動コントロール弁６４は、凝縮部６１の後段で、かつ冷却部３５の外側に配置された冷媒循環ライン５７に設けられている。冷媒用自動コントロール弁６４は、制御装置５４と電気的に接続され、冷媒循環ライン５７を循環する冷媒の供給および停止を操作する。また、冷媒用自動コントロール弁６４は、弁の開度により冷媒量を調節することができ、冷却器３５冷却能力を決めることができる。
【００４３】
膨張部６２は、冷媒用自動コントロール弁６４の後段で、凝縮部６１により冷却された冷媒を膨張させ、蒸発に適した冷媒を冷却器３５内に位置する蒸発部６４に供給する。冷却器３５内において、主充填ライン１３を流れる水素ガスの冷却に寄与し、蒸発した冷媒は、冷媒循環ライン５７を介して、再び、圧縮部５８に供給され、再利用される。
【００４４】
なお、本実施の形態では、冷却器３５として冷媒を循環させた場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば、冷媒である液化窒素などを散布する冷却器等であってもよい。
【００４５】
水素ガス充填ライン４１は、主充填ライン１３の後端１３Ｂから分岐されたラインである。水素ガス充填ライン４１は、水素自動車の７０ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）に水素ガスを充填するための専用のラインである。
水素ガス充填ライン４２は、主充填ライン１３の後端１３Ｂから分岐されたラインである。水素ガス充填ライン４２は、水素自動車の３５ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）に水素ガスを充填するための専用のラインである。
つまり、本実施の形態の水素ステーション１０は、２種類の異なる充填圧力用の水素ガス充填ラインを各１本ずつ有する。
【００４６】
圧力測定器４４は、水素ガス充填ライン４１に設けられている。圧力測定器４４は、制御装置５４と電気的に接続されている。
圧力測定器４４は、７０ＭＰａＧ燃料タンクの圧力を測定するとともに、測定した圧力に関するデータを制御装置５４に送信する。
【００４７】
自動開閉弁４５は、圧力測定器４４の前段に位置する水素ガス充填ライン４１に設けられている。自動開閉弁４５は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動コントロール弁１７が開かれ、かつ自動コントロール弁１７の前段に水素ガスが供給された状態で、自動開閉弁４５が開かれると、自動開閉弁４５の下流側に位置する水素ガス充填ライン４１に冷却器３５により冷却された水素ガスが供給される。一方、自動開閉弁４５が閉じられると、自動開閉弁４５の下流側に位置する水素ガス充填ライン４１への水素ガスの供給は、停止される。
【００４８】
継手４７は、水素ガス充填ライン４１の後端に設けられている。継手４７は、７０ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）のみと接続可能な継手である。したがって、継手４７は、充填圧力が７０ＭＰａＧ仕様以外の燃料タンク（例えば、３５ＭＰａＧ燃料タンク）とは接続不可な構成とされている。
このような構成とされた継手４７を有することで、７０ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）に水素ガスを充填する水素ガス充填ライン４１に、他の充填圧力仕様とされた燃料タンク（例えば、３５ＭＰａＧ燃料タンク）が誤って接続されることを防止できる。
【００４９】
圧力測定器４９は、水素ガス充填ライン４２に設けられている。圧力測定器４９は、制御装置５４と電気的に接続されている。
圧力測定器４９は、３５ＭＰａＧ燃料タンク内の圧力を測定するとともに、測定した圧力に関するデータを制御装置５４に送信する。
【００５０】
自動開閉弁５１は、圧力測定器４９の前段に位置する水素ガス充填ライン４２に設けられている。自動開閉弁５１は、制御装置５４と電気的に接続されており、制御装置５４により制御可能な構成とされている。
自動コントロール弁１７が開かれ、かつ自動コントロール弁１７の前段に水素ガスが供給された状態で、自動開閉弁５１が開かれると、自動開閉弁５１の下流側に位置する水素ガス充填ライン４２に冷却器３５により冷却された水素ガスが供給される。一方、自動開閉弁５１が閉じられると、自動開閉弁５１の下流側に位置する水素ガス充填ライン４２への水素ガスの供給は停止される。
通常では、自動開閉弁４５と自動開閉弁５１とが、同時に開くことはない。
【００５１】
継手５３は、水素ガス充填ライン４２の後端に設けられている。継手５３は、３５ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）のみと接続可能な継手である。したがって、継手５３は、充填圧力が３５ＭＰａＧ仕様以外の燃料タンク（例えば、７０ＭＰａＧ燃料タンク）とは接続不可な構成とされている。
このような構成とされた継手５３を有することで、３５ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）に水素ガスを充填する水素ガス充填ライン４２に、他の充填圧力とされた燃料タンク（例えば、７０ＭＰａＧ燃料タンク）が誤って接続されることを防止できる。
【００５２】
制御装置５４は、水素ステーション１０の制御全般を行う装置であり、記憶部５４−１と、制御部５４−２と、を有する。
記憶部５４−１には、水素ステーション１０を運転するためのプログラム（以下、「プログラムＡ」という）、冷媒循環ライン５７を循環する冷媒の量（流量）と冷却器３５の冷却能力との関係を示すデータ、冷却器３５の冷却能力の設定値（以下、「冷却能力設定値Ｂ」という）、継手４７に接続される７０ＭＰａＧ燃料タンクの規定の上限温度（以下、「上限温度Ｃ」という）、継手４９に接続される３５ＭＰａＧ燃料タンクの規定の上限温度（以下、「上限温度Ｄ」という）、３５ＭＰａＧ燃料タンクへの理想の充填速度及び圧力上昇ライン、及び７０ＭＰａＧ燃料タンクへの理想の充填速度及び圧力上昇ライン等に関するデータ等が格納されている。
【００５３】
冷却能力設定値Ｂは、例えば、上述したように、３５ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｄを超えないように、３５ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填するために必要な冷却能力を仮に１（基準値）とし、７０ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｃを超えないように、７０ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填するために必要な冷却能力を仮に１．５とした場合、２つの燃料タンクに水素ガスを同時に充填する場合に必要な冷却能力の合計である２．５（３５ＭＰａＧ用燃料タンク１台と７０ＭＰａＧ用燃料タンク１台とへ同時）よりも小さい値で設定するとよく、好ましくは、２．０（３５ＭＰａＧ燃料タンクへ２台同時に充填可能な冷却能力値）よりも小さい１．６〜１．９の範囲内で設定するとよい。
【００５４】
上限温度Ｃは、例えば、７０ＭＰａＧ燃料タンクの材質が繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の場合、＋８５℃よりも低い＋８０℃に設定することができる。
上限温度Ｄは、例えば、３５ＭＰａＧ燃料タンクの材質が繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の場合、＋８５℃よりも低い＋８０℃に設定することができる。
【００５５】
制御部５４−２は、記憶部５４−１に格納されたプログラムＡに基づいて、水素ステーション１０の制御全般を行う。
例えば、制御部５４−２は、継手４７，５３のうち、一方の継手と燃料タンクとが接続された際、該継手を介して、燃料タンクと接続された水素ガス充填ライン（水素ガス充填ライン４１，４２のうちの一方のライン）の内のいずれかのラインに設けられた自動開閉弁（自動開閉弁４５または自動開閉弁５１）を開け、他方の自動開閉弁（自動開閉弁４５または自動開閉弁５１）を閉じたままとする。
なお、通常では、自動開閉弁４５と自動開閉弁５１とが、同時に開くことはない。
【００５６】
また、制御部５４−２は、予め設定された冷却能力設定値Ｂとなるように、冷媒用自動コントロール弁６４の開度を調整することで、冷媒循環ライン５７内で循環させる冷媒の供給量を決定する。
７０ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填時において、制御部５４−２は、圧力測定器４４の圧力が、７０ＭＰａＧに到達すると、７０ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填を停止させる。
【００５７】
また、３５ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填時において、制御部５４−２は、圧力測定器４９の圧力が、３５ＭＰａＧに到達すると、３５ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填を停止させる。
さらに、制御部５４−２は、水素ガス充填時の７０ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｃを超えた場合、或いは水素ガス充填時の３５ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｄを超えた場合には、充填時に異常が発生したことを検知し、水素ガスの充填を緊急停止させる。
【００５８】
上記構成とされた制御装置５４は、複数の水素ガス充填ラインと燃料タンクとが接続された際、複数の燃料タンクの中から水素ガスの充填を行う１つの燃料タンクを選択し、該選択した燃料タンクに水素ガスを充填する制御を行う。
また、制御装置５４は、水素ガスの充填が終了後において、複数の燃料タンクのうち、次に、水素ガスを充填する別の燃料タンクを１つ選択し、該別の燃料タンクに水素ガスの充填を開始する制御を行なう。
【００５９】
次に、図１を参照して、本実施の形態の水素ステーション１０を用いた水素自動車の燃料タンクへの水素ガス充填方法について説明する。
最初に、水素ステーション１０の状態を、水素ガス充填ライン４１，４２が水素自動車（図示せず）の燃料タンク（図示せず）と接続されていない状態で、自動開閉弁１６，２４，２５，３３，３４，４５，５１及び自動コントロール弁１７が全て閉で、かつ圧縮機１４、冷却器３５、及び冷媒循環装置３７が停止した初期状態にする。
【００６０】
次いで、水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充填する前の段階として、第１及び第２の蓄圧器２１，２９に水素ガスを規定の圧力まで蓄圧する。
具体的には、第１の蓄圧器２１に水素ガスを蓄圧する場合には、まず、自動開閉弁２４を開き、次いで、圧縮機１４を起動し、水素ガス供給源１１から供給された水素ガスを圧縮した上で、第１の蓄圧器２１内に水素ガスを蓄圧する。その後、圧力測定器２２の圧力値が圧力規定値（例えば、８２ＭＰａＧ）以上に達した際、自動開閉弁２４を閉じるとともに圧縮機１４の運転を停止させる。
次いで、上記第１の蓄圧器２１への水素ガスの蓄圧と同様な手法により、第２の蓄圧器２９内に、圧力規定値（例えば、８２ＭＰａＧ）以上まで水素ガスを蓄圧する。
【００６１】
次いで、充填対象となる水素自動車の燃料タンクと、該燃料タンクの充填圧力に対応した継手と、を接続する。
具体的には、燃料タンクが７０ＭＰａＧ燃料タンクである場合には、７０ＭＰａＧ燃料タンクと継手４７とを接続し、燃料タンクが３５ＭＰａＧ燃料タンクである場合には、３５ＭＰａＧ燃料タンクと継手５３とを接続させる。
【００６２】
ここで、水素ステーション１０を用いて、水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充填する方法について説明する。
水素ステーション１０は、１つの燃料タンク毎に充填を行う。両方の水素ガス充填ライン４１，４２がそれぞれ燃料タンクに接続されている場合は、どちらか一方の燃料タンクを選択し、選択された燃料タンクに水素ガス充填を行う。水素ガス充填が終了後、次に充填する別の燃料タンクを同様に選び、水素ガス充填を開始する。
まずは、７０ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）を有する水素自動車に水素ガスを充填する方法について説明する。
初めに、７０ＭＰａＧ燃料タンクと継手４７とを接続する。これにより、自動的に水素ガスの充填準備が行われる。この段階において、冷媒循環装置３７による冷却器３５への冷媒の供給が開始されて、冷却器３５が冷却可能になるとともに、７０ＭＰａＧ燃料タンクに設けられた温度測定器（図示せず）の温度情報（温度データ）が、制御装置５４に連続的に送信される。
【００６３】
７０ＭＰａＧ燃料タンクの水素ガスの充填は、下記手法により行う。
初めに、低圧域（例えば、３５ＭＰａＧ以下の圧力域）の水素ガスの充填では、自動開閉弁２５を開いて、７０ＭＰａＧ燃料タンク内の圧力と第１の蓄圧器２１内の圧力との差圧により、水素ガスの充填（流し充填）を行う。そして、均圧状態（第１の蓄圧器２１から燃料タンクへ水素ガスが流れない状態）、或いは規定圧（例えば、３５ＭＰａＧ）に到達した状態で、自動開閉弁２５を閉じることで水素ガスの充填を終了する。
【００６４】
次いで、高圧域（例えば、３５ＭＰａＧ以上７０ＭＰａＧ以下の圧力域）の水素ガスの充填では、７０ＭＰａＧ燃料タンク内の圧力と第２の蓄圧器２９内の圧力との差圧を利用した充填（流し充填）を行う。その後、均圧状態（第２の蓄圧器２９から燃料タンクへ水素ガスが流れない状態）、或いは規定圧（例えば、７０ＭＰａＧ）に到達した状態で、自動開閉弁３４を閉じる。
最後に、７０ＭＰａＧに足りない分は、自動開閉弁１６を開き、圧縮機１４を起動して圧縮充填を行う。そして、７０ＭＰａＧ燃料タンク内の圧力が７０ＭＰａＧに到達した段階で自動開閉弁１６を閉じると同時に圧縮機１４を停止させる。
【００６５】
先に説明したように、記憶部５４−１には、予め、水素自動車の７０ＭＰａＧ燃料タンクへの理想の充填速度及び圧力上昇ラインが入力されている。
制御装置５４は、７０ＭＰａＧ燃料タンクへの理想の充填速度及び圧力上昇ラインを実現するように、圧力測定器４４が測定する圧力値に基づいて、自動コントロール弁１７の開度を制御する。
【００６６】
水素ガスの充填時においては、水素ガスの温度が上昇するため、冷却器３５を用いて水素ガスを冷却し、７０ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｃ（例えば、＋８０℃）以下となるようにする。
しかしながら、冷却器３５の異常や、自動コントロール弁１７の異常により想定外の急速充填となった場合、７０ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｃを越える可能性がある。よって、これらのような異常が発生した際、７０ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填を緊急停止するために、７０ＭＰａＧ燃料タンクの温度を常に監視するとよい。
【００６７】
次に、水素ステーション１０を用いて、３５ＭＰａＧ燃料タンク（図示せず）を有する水素自動車に水素ガスを充填する方法について説明する。
初めに、３５ＭＰａＧ燃料タンクと継手５３とを接続する。これにより、自動的に水素ガスの充填準備が行われる。この段階において、冷媒循環装置３７による冷却器３５への冷媒の供給が開始されて、冷却器３５が運転状態となるとともに、３５ＭＰａＧ燃料タンクに設けられた温度測定器（図示せず）の温度情報（３５ＭＰａＧ燃料タンクの温度に関するデータ）が、制御装置５４に連続的に送信される。
【００６８】
３５ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填は、先に説明した７０ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填方法と同様に、３５ＭＰａＧ燃料タンクと第１及び第２の蓄圧器２１，２９との差圧を用いて行う。その後、充填圧力が３５ＭＰａＧに満たない時には、自動開閉弁１６を開き、圧縮機１４を起動して圧縮充填を行う。そして、３５ＭＰａＧ燃料タンク内の圧力が３５ＭＰａＧに到達した段階で自動開閉弁１６を閉じると同時に圧縮機１４を停止させる。
【００６９】
先に説明したように、記憶部５４−１には、予め、水素自動車の３５ＭＰａＧ燃料タンクへの理想の充填速度及び圧力上昇ラインが入力されている。
制御装置５４は、３５ＭＰａＧ燃料タンクへの理想の充填速度及び圧力上昇ラインを実現するように、圧力測定器４９が測定する圧力値に基づいて、自動コントロール弁１７の開度を制御する。
【００７０】
水素ガスの充填時においては、冷却器３５を用いて水素ガスを冷却し、３５ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｄ（例えば、＋８０℃）以下となるようにする。
しかしながら、冷却器３５の異常や、自動コントロール弁１７の異常により想定外の急速充填となった場合、３５ＭＰａＧ燃料タンクの温度が上限温度Ｄを越える可能性がある。よって、これらのような異常が発生した際、３５ＭＰａＧ燃料タンクへの水素ガスの充填を緊急停止するために、３５ＭＰａＧ燃料タンクの温度を常に監視するとよい。
【００７１】
なお、水素ステーション１０では、継手４７と７０ＭＰａＧ用燃料タンクとを接続し、継手５３と３５ＭＰａＧ用燃料タンクとを接続し、両方の燃料タンクに水素ガスを充填しようとすると、冷却能力不足により、いずれかの燃料タンクの温度が予め設定された上限温度を超えたことを制御装置５４が検出し、制御装置５４が自動的に水素ガスの充填を緊急停止させる。
このような構成とすることで、燃料タンクに異なる圧力仕様の充填を防ぐことができ、さらには、３５ＭＰａＧ燃料タンクに対して、３５ＭＰａＧよりも高い圧力である７０ＭＰａＧでの過充填が行われることを回避することができる。
【００７２】
上記水素ステーション１０では、１つの燃料タンクへの水素ガスの充填が終了すると、次の燃料タンクへの水素ガスの充填が開始される。
【００７３】
本実施の形態の水素ステーションによれば、主充填ライン１３に、主充填ライン１３を流れる水素ガスを冷却する冷却器３５を設けることで、主充填ライン１３の後端１３Ｂから分岐された水素ガス充填ライン４１（７０ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填する専用のライン）、及び水素ガス充填ライン４２（３５ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填する専用のライン）のいずれか一方を介して、燃料タンク（７０ＭＰａＧ燃料タンクまたは３５ＭＰａＧ燃料タンク）に冷却された水素ガスを充填することが可能となる。
【００７４】
これにより、燃料タンク（７０ＭＰａＧ用燃料タンク及び３５ＭＰａＧ用燃料タンク）が上限温度Ｃ，Ｄ（例えば、＋８０℃）を超えることを抑制可能となるため、燃料タンクへの水素ガスの充填時において、安全に使用可能な上限温度を超えることなく、安全に、異なる充填圧力（本実施の形態の場合、７０ＭＰａＧ及び３５ＭＰａＧ）仕様とされた複数種類の燃料タンクに対して、水素ガスを充填することができる。
【００７５】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００７６】
本実施の形態では、主充填ライン１３の後端１３Ｂから２つの水素ガス充填ライン４１，４２を分岐させた場合を例に挙げて説明したが、主充填ライン１３の後端１３Ｂから分岐させる水素ガス充填ラインの数は、複数（２つ以上）であればよく、図１に示す構成に限定されない。
例えば、７０ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填する専用のラインが１本、かつ、３５ＭＰａＧ燃料タンクに水素ガスを充填する専用のラインが２本の合計３本であってもよい。
また、複数の水素ガス充填ラインには、それぞれ図１に示す圧力測定器４４及び自動開閉弁４５を設けることが好ましい。
【００７７】
また、本実施の形態では、一例として、７０ＭＰａＧ燃料タンクと接続される継手４７と、７０ＭＰａＧ燃料タンクと接続される継手５３と、を設けた場合を例に挙げて説明したが、継手の種類は、これに限定されない。
例えば、今後、７０ＭＰａＧよりも充填圧力の高い燃料タンク（例えば、１０５ＭＰａＧ）が登場した場合には、主充填ライン１３の後端１３Ｂから図示していない水素ガス充填ラインを分岐させ、該水素ガス充填ラインの後端に、７０ＭＰａＧよりも充填圧力の高い燃料タンクのみと接続可能な継手（図示せず）を別途設けてもよい。
【００７８】
本実施の形態では、一例として、２つの蓄圧器（第１及び第２の蓄圧器２１，２９）を有する場合を例に挙げて説明したが、例えば、主充填ライン１３に対して、自動開閉弁１６をバイパスするように、３つ以上の蓄圧器を並列接続させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、異なる充填圧力仕様とされた複数種類の水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充填する水素ステーションに適用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…水素ステーション、１１…水素ガス供給源、１３…主充填ライン、１３Ａ…先端、１３Ｂ…後端、１４…圧縮機、１６，２４，２５，３３，３４，４５，５１…自動開閉弁、１７…自動コントロール弁、１８…第１のバイパスライン、２１…第１の蓄圧器、２２，３１…蓄圧器用圧力測定器、２７…第２のバイパスライン、２９…第２の蓄圧器、３５…冷却器、３７…冷媒循環装置、４１，４２…水素ガス充填ライン、４４，４９…圧力測定器、４７，５３…継手、５４…制御装置、５４−１…記憶部、５４−２…制御部、５７…冷媒循環ライン、５８…圧縮部、６１…凝縮部、６２…膨張部、６３…蒸発部、６４…冷媒用自動コントロール弁
【図１】
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