液化水素貯蔵供給設備
【課題】加圧蒸発ラインの戻り管内を流通する過熱状態の水素ガスを液化水素貯槽内の液化水素で冷却することにより、液化水素貯槽内の水素ガスの過熱度を小さくして、液化水素貯槽内への液化水素充填時に液化水素貯槽内の圧力の上昇を小さくした液化水素貯蔵供給設備に関する技術である。
【解決手段】液化水素貯蔵供給設備１の加圧蒸発ライン４における液化水素貯槽２への戻り管４ｃを、液化水素貯槽２の下部から液化水素貯槽２内を上方に垂直に立設して液化水素貯槽２内の上方位置における液化水素のガス相に開口することにより、戻り管４ｃ内を流通する過熱水素ガスを液化水素で冷却し、液化水素貯槽２内の水素ガスの過熱度を小さくして、液化水素貯槽２内への液化水素充填時に液化水素貯槽２内の圧力の上昇を小さくした。
【解決手段】液化水素貯蔵供給設備１の加圧蒸発ライン４における液化水素貯槽２への戻り管４ｃを、液化水素貯槽２の下部から液化水素貯槽２内を上方に垂直に立設して液化水素貯槽２内の上方位置における液化水素のガス相に開口することにより、戻り管４ｃ内を流通する過熱水素ガスを液化水素で冷却し、液化水素貯槽２内の水素ガスの過熱度を小さくして、液化水素貯槽２内への液化水素充填時に液化水素貯槽２内の圧力の上昇を小さくした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化水素貯蔵供給設備に係り、加圧蒸発ラインにおける液化水素貯槽への戻り管を、液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に開口することにより、液化水素貯槽内の水素ガスの過熱度を小さくして、液化水素貯槽内への液化水素充填時に槽内圧力の上昇を小さくするようにした液化水素貯蔵供給設備に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、図３に示す低温液化ガス貯蔵供給設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図３において、２１は天然ガス等の低温液化ガスを貯蔵するとともに使用ポイントに供給するようにした液化ガス貯槽であり、液化ガス貯槽２１の底部に液化ガスを供給する液化ガス供給ライン２２が接続されている。
【０００３】
液化ガス供給ライン２２には、供給用開閉弁２３及び低温液化ガスを蒸発させる供給用蒸発器２４を設けて、液化ガス貯槽２１内に貯蔵されている低温液化ガスを供給用蒸発器２４で蒸発させて使用ポイントに供給するようにしている。
液化ガス供給ライン２２から液化ガス貯槽２１内の液化ガスが供給されることにより、液化ガス貯槽２１内の液化ガスの液面が下降する。
【０００４】
液化ガス貯槽２１内の液化ガスの液面が下降したときに液化ガス貯槽２１内の圧力が低下しないように補償し、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために、加圧蒸発器２５及び加圧調節弁２６を介設した加圧蒸発ライン２７を備えている。
加圧蒸発ライン２７は、液化ガス貯槽２１の底部に一端を接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器２５及び加圧調節弁２６を介設するとともに液化ガス貯槽２１内の上方位置におけるガス相に他端を開口することにより構成している。
【０００５】
加圧蒸発ライン２７の加圧調節弁２６は加圧調節弁２６の出口側の圧力が設定値となるように弁開度を調節することにより、液化ガス貯槽２１内の液化ガスの液面が低下したときに液化ガス貯槽２１内にガスを押し込むことにより液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持して、液化ガス供給ライン２２から供給する使用ポイントにおけるガス圧が一定となるようにしている。
なお、図３において、２８は圧力逃し弁２８ａを設けた圧力逃しライン、２９は開閉弁２９ａを設けた液化ガスを液化ガス貯槽２１内に充填する充填ラインである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２５２９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された従来技術について、低温液化ガスの一例を液化水素としてその課題を以下に説明する。
水素ガスは、ガスのなかで最も軽く、拡散性、還元性に優れ、有機化合物の不飽和結合部分に浸透して飽和させる性質を持っていることから、これらの性質を活かして、電子、化学、油脂、金属、硝子、食品など広汎な分野に使用され、さらに、クリーンエネルギーとして企業、研究機関で研究活動が活発に行われている。
【０００８】
このように、水素ガスの需要は増大しているが、水素ガスは密度が小さいため、液化水素にして貯蔵や輸送されている。
そして、図３に示すように、使用ポイントにおいて、水素ガスを使用するときには、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために、液化ガス貯槽２１内の液化水素を加圧蒸発ライン２７の加圧蒸発器２５で外気と熱交換して蒸発させ水素ガスとして、加圧調節弁２６の開度調節により液化ガス貯槽２１に押し込むのである。
【０００９】
加圧蒸発ライン２７を流通する液化水素流量は、加圧蒸発ライン２７を流通する際の圧力損失と液化ガス貯槽２１内の液化水素ヘッドとが等しくなる値であり、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために加圧蒸発ライン２７を流通する液化水素流量を加圧調節弁２６の開度調節による圧力損失の調節で行っているのである。
また、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために加圧蒸発ライン２７を流通する液化水素流量と液化ガス供給ライン２２から供給される液化水素流量とは、下記（１）式で示す関係がある。
Ｍ＝Ｗρg／（ρl−ρg） …（１）
ここで、
Ｍ：加圧蒸発ライン２７の液化水素流量（kg/s）
Ｗ：液化ガス供給ライン２２の液化水素流量（kg/s）
ρl：液化水素の密度（kg/m3）
ρg：水素ガスの密度（kg/m3）
なお、上記（１）式は下記のようにして導くことができる。
液化ガス供給ライン２２の液化水素流量Ｗ（kg/s）と、Ｗ（kg/s）に起因する液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ1（m3/s）とは、下記（２）式で示す関係がある。
Ｖ1＝Ｗ／ρl …（２）
液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ1（m3/s）と、Ｖ1（m3/s）を補充するために必要な水素ガス量Ｎ1（kg/s）とは、下記（３）式で示す関係がある。
Ｎ1＝ρgＶ1＝Ｗρg／ρl …（３）
水素ガス量Ｎ1（kg/s）に起因する液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ2（ｍ3／ｓ）は下記（４）式で表わされる。
Ｖ2＝Ｎ1／ρl＝Ｗρg／ρl2 …（４）
液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ2（m3/s）と、Ｖ2（m3/s）を補充するために必要な水素ガス量Ｎ2（kg/s）とは、下記（５）式で示す関係がある。
Ｎ2＝ρgＶ2＝Ｗρg2／ρl2 …（５）
上記（３）〜（５）式と同様にして、加圧蒸発ライン２７の液化水素流量Ｍ（kg/s）と、液化ガス供給ライン２２の液化水素流量Ｗ（kg/s）とは、下記（６）式で表わされる。
Ｍ＝Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3＋・・・＋Ｎn＋・・・＝（Ｗρg／ρl）（１＋ρg／ρl＋（ρg／ρl）2＋・・・（ρg／ρl）(n-1)＋・・・）＝（Ｗρg／ρl）（１／（１−ρg／ρl）＝Ｗρg／（ρl−ρg） …（６）
【００１０】
そして、加圧蒸発ライン２７における液化水素流量Ｍ（kg/s）は、上記（１）式（（６）式）で示されるように、液化ガス供給ライン２２の液化水素流量Ｗ（kg/s）と、液化水素の密度ρl（kg/m3）と、水素ガスの密度ρg（kg/m3）とで定まるのであり、外気を熱源とする加圧蒸発器２５で蒸発した水素ガスは、例えば０℃（２７３Ｋ）程度の過熱（スーパーヒート）状態となって、液化ガス貯槽２１内に押し込まれるのである。
また、供給用蒸発器２４からユーザーの使用ポイントまでの配管による圧力損失を考慮して、液化ガス貯槽２１内を例えば０．７MPaGに保持するように加圧蒸発ライン２７の加圧調節弁２６が設定されてその開度調節を行うようになっている。
【００１１】
液化水素の大気圧における飽和液温度は２０．３Ｋであり、上記液化ガス貯槽２１内が０．７MPaGである場合の液化水素の飽和温度は約３０Ｋであるから、加圧蒸発ライン２７から液化ガス貯槽２１の上部に押し込まれる水素ガスの密度と、液化ガス貯槽２１の液面近くの水素ガスの密度とは、上部の過熱水素ガスの密度が下部の飽和水素ガスの密度の十数分の一と、非常に小さい（軽い）のである。
したがって、液化ガス貯槽２１内の液化水素が使用ポイントで使用されて液化水素の液面が低下すると、液化水素供給用のタンクローリーから液化水素を充填するのであるが、液化ガス貯槽２１内の水素ガスの温度は上方が高く、下方が低いという大きな温度勾配、すなわち、水素ガスの密度は上方が小さく、下方が大きいという密度勾配がついており、水素ガスの対流が生じ難い状態である。
【００１２】
液化ガス貯槽２１に液化水素をタンクローリーから充填するには、充填ライン２９に液化水素供給用のタンクローリーの充填ホース（図示せず）を接続し、充填ホース内の空気を水素ガスに置換した後に開閉弁２９ａを開いて液化水素を液化ガス貯槽２１内に充填するのである。
この充填の初期に、液化水素を充填するため液化水素の充填容積に起因する液化ガス貯槽２１内の圧力上昇要因と、充填ホースが外気温度であり、タンクローリーからの液化水素が蒸発すること、液化ガス貯槽２１内の水素ガスの温度が高いことによる充填液化水素の蒸発などにより、液化ガス貯槽２１内の圧力が上昇して圧力逃しライン２８の圧力逃し弁２８ａの設定圧以上となり、圧力逃し弁２８ａが開いて水素ガスを大気に放出することが生ずるのである。
【００１３】
また、液化ガス貯槽２１の下部より液化水素を充填することもあるが、充填の初期に、液化ガス貯槽２１の上部より液化水素を充填する場合と同様に、液化水素を充填するため液化水素の充填容積に起因する液化ガス貯槽２１内の圧力上昇要因と、液化ガス貯槽２１内の水素ガスの温度が高いこと、タンクローリーから送られた液化水素が充填ホース等で気化し、高温になった水素ガスが液化水素と混合して液化水素が沸騰することなどにより、液化ガス貯槽２１内の圧力が圧力逃し弁２８ａの設定圧力以上となり、圧力逃し弁２８ａが開いて水素ガスを大気に放出することが生ずるのである。
このため、特許文献１に記載の従来の低温液化ガス供給設備においては、製造に費用のかかった水素ガスを大気に放出するという大きな損失が生じるという課題があり、また、水素は可燃性であるため、大気に放出することは好ましくないなどの課題があったのである。
【００１４】
本発明は、このような従来の構成が有していた課題を解決しようとするものであり、液化水素貯蔵供給設備の加圧蒸発ラインにおける液化水素貯槽への戻り管を、液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に開口して戻り管内を流通する過熱水素ガスを液化水素で冷却することにより、液化水素貯槽内の水素ガスの過熱度を小さくして、液化水素貯槽内への液化水素充填時に槽内圧力の上昇を小さくすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、液化水素を貯蔵するとともに使用ポイントに供給するようにした液化水素貯槽と、前記液化水素貯槽の下部に接続した液化水素を使用ポイントに供給する液化水素供給ラインと、前記液化水素貯槽の下部に一端を接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器及び加圧調節弁を設けるとともに前記液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に他端を開口した加圧蒸発ラインと、前記液化水素貯槽の上部に接続し圧力逃し弁を設けた圧力逃しラインとを備えた液化水素貯蔵供給設備において、
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管を、前記液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って前記ガス相に開口したものである。
【００１６】
請求項２に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、請求項１に係る本発明の構成に加え、前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の下部から液化水素貯槽内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口したものである。
【００１７】
請求項３に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、請求項１に係る本発明の構成に加え、前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の上部から液化水素貯槽内にＵ字状に配設して液化水素のガス相に開口したものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、加圧蒸発ラインにおける液化水素貯槽への戻り管を、液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に開口し、戻り管内を流通する過熱水素ガスを液化水素で冷却することにより、液化水素貯槽内の水素ガスの過熱度を小さくすることができるのである。
したがって、液化水素供給用のタンクローリーや移動式の液化水素供給用のコンテナから、液化水素貯槽内に液化水素を充填する際に、液化水素貯槽内の水素ガスの温度が例えば１００Ｋであるから、液化水素の充填に伴う液化水素貯槽内の圧力上昇が圧力逃し弁の設定圧力を超えることがないようにしたり、あるいは、充填初期に少量の水素ガスを放出する程度の圧力上昇としたりすることができ、液化水素貯蔵供給設備の液化水素貯槽に液化水素を充填する際に、水素ガスの放出を無くしたり、あるいは、少なくしたりすることができ、その結果、可燃性の水素ガスを大気に放出するという危険性の低減及び経済的損失の回避ができるのである。
【００１９】
請求項２に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、請求項１に係る本発明の効果に加え、加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の下部から液化水素貯槽内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口したから、簡単な構成で戻り管内を流通する水素ガスを液化水素で冷却することができるのである。
【００２０】
請求項３に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の上部から液化水素貯槽内にＵ字状に配設して液化水素のガス相に開口したから、液化水素供給ラインから使用ポイントに供給する液化水素の流量が多い場合に、戻り管内を流通する水素ガスの流量が多くなるが、戻り管の熱交換面積、特に、液化水素貯槽内の液化水素の液相と熱交換する戻り管の熱交換面積を大きくして、多い流量の過熱水素ガスを液化水素で確実に冷却することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略図である。
【図３】従来の低温液化ガス貯蔵供給設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の配管系統などを示す概略図である。
図１において、１は、液化水素貯蔵供給設備であり、液化水素貯槽２と、液化水素供給ライン３と、加圧蒸発ライン４とを備えている。
【００２３】
前記液化水素貯槽２は、内部に液化水素を貯蔵するとともに液化水素を使用ポイントに供給する内槽２ａと断熱用真空を保持する外槽２ｂとから形成した二重殻断熱構造としており、図示しないが、前記内槽２ａは低熱伝導率で高強度のＦＲＰからなるバンド状荷重支持体を用いて前記外槽２ｂの中央部に支持するとともに前記内槽２ａの外周部を断熱層により囲繞している。
前記液化水素供給ライン３は前記液化水素貯槽２の内槽２ａの下部（底部）に接続して供給用開閉弁３ａ及び外気を熱源とする供給用蒸発器３ｂを介設し水素ガスの使用ポイントに延びている。
【００２４】
前記加圧蒸発ライン４は、一端を前記液化水素貯槽２の内槽２ａの下部（底部）に接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器４ａ及び加圧調節弁４ｂを設けるとともに、他端を前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内の上方位置における液化水素のガス相に開口するのである。
そして、前記加圧蒸発ライン４における前記液化水素貯槽２の内槽２ａへの戻り管４ｃは、前記液化水素貯槽２内の内槽２ａの下部（底部）から内槽２ａ内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口することにより、簡単な構成で戻り管４ｃ内を流通する過熱水素ガスを内槽２ａ内の液相の液化水素で冷却することができるのである。
【００２５】
また、前記加圧蒸発ライン４における前記加圧蒸発器４ａの入口側に第一開閉弁４ｄを設けている。
前記加圧蒸発ライン４の第一開閉弁４ｄの入口側には第二開閉弁４ｅを設け、前記加圧調節弁４ｂの出口側には第三開閉弁４ｆ及び第四開閉弁４ｇを設け、前記第一開閉弁４ｄの入口側から分岐して液化水素を前記液化水素貯槽２の内槽２ａに充填する充填ライン５を設けている。
【００２６】
前記充填ライン５の端部には、液化水素充填用の第五開閉弁５ａを設け、前記第一開閉弁４ｄと前記第二開閉弁４ｅとの中間と、前記第三開閉弁４ｆと前記第四開閉弁４ｇとの中間とを結ぶ液化水素の充填ライン５ｂに液化水素充填用の第六開閉弁５ｃを設けている。
前記第一開閉弁４ｄ、前記第二開閉弁４ｅ、前記第三開閉弁４ｆ、前記第四開閉弁４ｇ、前記第五開閉弁５ａ及び前記第六開閉弁５ｃは、纏めて前記液化水素貯槽２の外槽２ｂの下方に配設するのであるが、図示の関係から、一点鎖線６で示す枠内に拡大して示している。
【００２７】
前記充填ライン５の端部に設けた前記第五開閉弁５ａには、充填ホース５ｄを接続して液化水素供給用のタンクローリー７からの液化水素を前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内に充填するようにしている。
また、前記液化水素貯槽２の内槽２ａの上部（頂部）に、圧力逃し弁８を介設した圧力逃しライン８ａと、内槽安全弁８ｂを介設した安全弁ライン８ｃとを接続している。
【００２８】
前記圧力逃し弁８の弁体が開く設定圧力を前記内槽安全弁８ｂの吹出圧力よりも低く、かつ、前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力よりも高くしており、前記圧力逃し弁８の弁体が開いたときの水素ガス吹出量は前記内槽安全弁８ｂの弁体が開いたときの水素ガス吹出量よりも非常に少ない値としており、仮に、圧力逃し弁８が作動しても前記内槽２ａ内の圧力の急激な低下が生じないようにしている。
前記圧力逃し弁８を設けているので、連休等の長期間にわたり前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素を使用ポイントで使用しない場合でも、前記内槽２ａ内の圧力が侵入熱により上昇して前記圧力逃し弁８の弁体が開く設定圧力となれば自動的に弁体が開いて前記内槽２ａ内の圧力上昇を防いで、安全性を確保しているのである。
【００２９】
前記内槽安全弁８ｂは、通常作動することはないのであるが、前記圧力逃し弁８の万一の作動不良があっても、この内槽安全弁８ｂが作動して前記内槽２ａの破壊を防止している。
なお、９ａ、９ｂ及び９ｃはコンクリート製の床であり、床９ｃは図１において床１０ａ、１０ｂよりも下方に位置しているが、これら床９ａ、９ｂ、９ｃは面一である。
【００３０】
次に、上記のように構成した液化水素貯蔵供給設備１の作用について説明する。
液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素は、液化水素供給ライン３から出て供給用蒸発器３ｂに入り外気で加熱されて蒸発し、水素ガスの状態で使用ポイントに供給されるのである。
【００３１】
液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素が使用ポイントに供給されるに伴い、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力を所定の圧力に保つために、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明した（１）式に示す流量関係で、加圧蒸発ライン４を液化水素が流れるのである。
使用ポイントにおいて水素ガスを使用中は、液化水素供給ライン３の供給用開閉弁３ａを開き、加圧蒸発ライン４の第一開閉弁４ｄ、第二開閉弁４ｅ、第三開閉弁４ｆ及び第四開閉弁４ｇを開くのである。
【００３２】
そして、加圧蒸発ライン４を流通する液化水素は、液化水素貯槽２の内槽２ａから第二開閉弁４ｅ、第一開閉弁４ｄを通って加圧蒸発器４ａで外気により加熱され、２００Ｋから３００Ｋの過熱状態の水素ガスとなり、加圧調節弁４ｂ、第三開閉弁４ｆ及び第四開閉弁４ｇを通って、液化水素貯槽２の内槽２ａの下部（底部）から内槽２ａ内を上方に垂直に立設された戻り管４ｃ内を通って内槽２ａ内の上方位置におけるガス相に噴出するのである。
液化水素貯槽２の内槽２ａに戻った過熱水素ガスは、戻り管４ｃ内で液化水素の液相で冷却されて、例えば１００Ｋとなるのである。
【００３３】
また、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力は、加圧調節弁４ｃの弁開度が自動的に所定の圧力、例えば０．７MPaGとなるように調節されて、使用ポイントでの水素ガスの必要圧力を確保するようにしている。
使用ポイントでの水素ガスの利用により、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素の液面が低下してくるが、液化水素貯蔵供給設備１の監視者又はオペレータにより、液化水素の液面が所定位置まで低下すると、液化水素の販売者に液化水素の充填の要求がなされる。
【００３４】
液化水素の販売者は、液化水素の充填要求を受けると、水素液化装置を設置した液化水素の製造所において液化水素供給用のタンクローリー７に液化水素を充填した後に、タンクローリー７を液化水素貯蔵供給設備１の設置場所に走行させる。
液化水素貯蔵供給設備１の設置場所においては、充填ホース５ｄを第五開閉弁５ａに接続し、充填ホース５ｄ内を水素ガスで置換する。
【００３５】
液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力が例えば０．７MPaGの場合、内槽２ａ内の水素ガスによりタンクローリー７の液化水素供給槽内の圧力を０．７MPaGに昇圧し、さらに、タンクローリー７の加圧蒸発ラインに介設した開閉弁の操作により、タンクローリー７の液化水素供給槽内の圧力を０．９５MPaGに保持するのである。
第六開閉弁５ｃを開、第二開閉弁４ｅを閉、第五開閉弁５ａを開にすると、タンクローリー７の液化水素は液化水素貯槽２の内槽２ａに充填される。
【００３６】
液化水素の充填が始まると、液化水素貯槽２の内槽２ａのガス相の圧力は０．７MPaGよりも高くなるため、加圧調節弁４ｂは自動的に閉になり、加圧蒸発ライン４への液化水素の流れは止まる。しかし液化水素貯槽２の内槽２ａのガス相の圧力は０．７MPaGよりも高いため、液化水素供給ライン３への液化水素の供給は停止しない。すなわち、使用ポイントでの水素ガスの利用には支障はない。
タンクローリー７から液化水素貯槽２の内槽２ａに液化水素を充填するときに、内槽２ａ内の水素ガスの温度は、例えば１００Ｋにしているため、液化水素の充填に伴う液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力上昇が圧力逃し弁９の設定圧力を超えることがない状態、あるいは、充填初期に少量の水素ガスを放出する程度の圧力上昇の状態にでき、液化水素貯槽２の内槽２ａに液化水素を充填する際に、水素ガスの放出を無くしたり、あるいは、少なくしたりすることができるのである。
【００３７】
以上の第一の実施の形態では、液化水素供給ライン３に供給用蒸発器３ｂを設けているが、使用ポイントにおいて液化水素を利用する場合には供給用蒸発器３ｂを無くして直接液化水素を使用ポイントに供給するようにするのである。
また、第一の実施の形態では、液化水素貯蔵供給設備１への液化水素の充填を液化水素供給用のタンクローリー７により行ったが、液化水素供給用のコンテナにより行ってもよい。
【００３８】
次に、本発明の第二の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備について、図２に基づき説明する。
第二の実施の形態は、第一の実施の形態における液化水素貯槽への戻り管の構成を垂直に立設していたものに替えて、Ｕ字状に配設したものである。
【００３９】
以下、第一の実施の形態と同様な構成については、同一の符号を付して説明を省略ないし簡略にして説明する。
図２は、本発明の第二の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の配管系統などを示す概略図である。
【００４０】
図２において、１１は、加圧蒸発ライン４における液化水素貯槽２の内槽２ａへの戻り管である。
戻り管１１は、前記液化水素貯槽２内の内槽２ａの上部（頂部）から内槽２ａ内を下方に垂直に下降する下降部１１ａと、内槽２ａ内の下方位置の液化水素の液相において水平に延びる水平部１１ｂと、上方に垂直に上昇するとともに上端が内槽２ａ内の上方位置における液化水素のガス相に開口する上昇部１１ｃとから形成しており、これら下降部１１ａ、水平部１１ｂ及び上昇部１１ｃは、内槽２内にＵ字状に配設している。
【００４１】
そして、液化水素貯槽２の内槽２ａにおける戻り管１１内の過熱水素ガスは、戻り管１１の下降部１１ａ内を下降し、水平部１１ｂ内を通って、上昇部１１ｃ内を上昇して上端の開口部から内槽２ａ内の上方位置における液化水素のガス相に噴出されるのである。
この実施の形態では、戻り管１１をＵ字状に内槽２ａ内に配設しているので、内槽２ａ内の液化水素の液面が低下した際に、水平部１１ｂ並びに水平部１１ｂ近傍の下降部１１ａ及び上昇部１１ｃを過熱水素ガスが流通するときに液化水素の液相で冷却されて、液化水素の液面低下による過熱水素ガスの冷却能力低下を少なくすることができるのである。
【００４２】
以上の第一の実施の形態及び第二の実施の形態の技術上の差異は、第一の実施の形態が簡単な戻り管の構成であり使用ポイントにおける水素ガスの使用量が少ない場合に適するのであり、第二の実施の形態がＵ字状にして過熱水素ガスの冷却面積を大きくして使用ポイントにおける水素ガスの使用量が多い場合に適するのである。
また、以上の第一の実施の形態及び第二の実施の形態において、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の下方位置における液化水素の液相内に、環状又は渦巻状の水平部を設けてもよく、このようにすれば、内槽２ａ内の液面低下による冷却能力の低下を軽減できるのである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 液化水素貯蔵供給設備
２ 液化水素貯槽
２ａ 内槽
３ 液化水素供給ライン
３ａ 供給用開閉弁
３ｂ 供給用蒸発器
４ 加圧蒸発ライン
４ａ 加圧蒸発器
４ｂ 加圧調節弁
４ｃ 戻り管
８ 圧力逃し弁
８ａ 圧力逃しライン
１１ 戻り管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化水素貯蔵供給設備に係り、加圧蒸発ラインにおける液化水素貯槽への戻り管を、液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に開口することにより、液化水素貯槽内の水素ガスの過熱度を小さくして、液化水素貯槽内への液化水素充填時に槽内圧力の上昇を小さくするようにした液化水素貯蔵供給設備に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、図３に示す低温液化ガス貯蔵供給設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図３において、２１は天然ガス等の低温液化ガスを貯蔵するとともに使用ポイントに供給するようにした液化ガス貯槽であり、液化ガス貯槽２１の底部に液化ガスを供給する液化ガス供給ライン２２が接続されている。
【０００３】
液化ガス供給ライン２２には、供給用開閉弁２３及び低温液化ガスを蒸発させる供給用蒸発器２４を設けて、液化ガス貯槽２１内に貯蔵されている低温液化ガスを供給用蒸発器２４で蒸発させて使用ポイントに供給するようにしている。
液化ガス供給ライン２２から液化ガス貯槽２１内の液化ガスが供給されることにより、液化ガス貯槽２１内の液化ガスの液面が下降する。
【０００４】
液化ガス貯槽２１内の液化ガスの液面が下降したときに液化ガス貯槽２１内の圧力が低下しないように補償し、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために、加圧蒸発器２５及び加圧調節弁２６を介設した加圧蒸発ライン２７を備えている。
加圧蒸発ライン２７は、液化ガス貯槽２１の底部に一端を接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器２５及び加圧調節弁２６を介設するとともに液化ガス貯槽２１内の上方位置におけるガス相に他端を開口することにより構成している。
【０００５】
加圧蒸発ライン２７の加圧調節弁２６は加圧調節弁２６の出口側の圧力が設定値となるように弁開度を調節することにより、液化ガス貯槽２１内の液化ガスの液面が低下したときに液化ガス貯槽２１内にガスを押し込むことにより液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持して、液化ガス供給ライン２２から供給する使用ポイントにおけるガス圧が一定となるようにしている。
なお、図３において、２８は圧力逃し弁２８ａを設けた圧力逃しライン、２９は開閉弁２９ａを設けた液化ガスを液化ガス貯槽２１内に充填する充填ラインである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２５２９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された従来技術について、低温液化ガスの一例を液化水素としてその課題を以下に説明する。
水素ガスは、ガスのなかで最も軽く、拡散性、還元性に優れ、有機化合物の不飽和結合部分に浸透して飽和させる性質を持っていることから、これらの性質を活かして、電子、化学、油脂、金属、硝子、食品など広汎な分野に使用され、さらに、クリーンエネルギーとして企業、研究機関で研究活動が活発に行われている。
【０００８】
このように、水素ガスの需要は増大しているが、水素ガスは密度が小さいため、液化水素にして貯蔵や輸送されている。
そして、図３に示すように、使用ポイントにおいて、水素ガスを使用するときには、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために、液化ガス貯槽２１内の液化水素を加圧蒸発ライン２７の加圧蒸発器２５で外気と熱交換して蒸発させ水素ガスとして、加圧調節弁２６の開度調節により液化ガス貯槽２１に押し込むのである。
【０００９】
加圧蒸発ライン２７を流通する液化水素流量は、加圧蒸発ライン２７を流通する際の圧力損失と液化ガス貯槽２１内の液化水素ヘッドとが等しくなる値であり、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために加圧蒸発ライン２７を流通する液化水素流量を加圧調節弁２６の開度調節による圧力損失の調節で行っているのである。
また、液化ガス貯槽２１内の圧力を所定値に保持するために加圧蒸発ライン２７を流通する液化水素流量と液化ガス供給ライン２２から供給される液化水素流量とは、下記（１）式で示す関係がある。
Ｍ＝Ｗρg／（ρl−ρg） …（１）
ここで、
Ｍ：加圧蒸発ライン２７の液化水素流量（kg/s）
Ｗ：液化ガス供給ライン２２の液化水素流量（kg/s）
ρl：液化水素の密度（kg/m3）
ρg：水素ガスの密度（kg/m3）
なお、上記（１）式は下記のようにして導くことができる。
液化ガス供給ライン２２の液化水素流量Ｗ（kg/s）と、Ｗ（kg/s）に起因する液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ1（m3/s）とは、下記（２）式で示す関係がある。
Ｖ1＝Ｗ／ρl …（２）
液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ1（m3/s）と、Ｖ1（m3/s）を補充するために必要な水素ガス量Ｎ1（kg/s）とは、下記（３）式で示す関係がある。
Ｎ1＝ρgＶ1＝Ｗρg／ρl …（３）
水素ガス量Ｎ1（kg/s）に起因する液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ2（ｍ3／ｓ）は下記（４）式で表わされる。
Ｖ2＝Ｎ1／ρl＝Ｗρg／ρl2 …（４）
液化ガス貯槽２１内の液化水素容積の減少量Ｖ2（m3/s）と、Ｖ2（m3/s）を補充するために必要な水素ガス量Ｎ2（kg/s）とは、下記（５）式で示す関係がある。
Ｎ2＝ρgＶ2＝Ｗρg2／ρl2 …（５）
上記（３）〜（５）式と同様にして、加圧蒸発ライン２７の液化水素流量Ｍ（kg/s）と、液化ガス供給ライン２２の液化水素流量Ｗ（kg/s）とは、下記（６）式で表わされる。
Ｍ＝Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3＋・・・＋Ｎn＋・・・＝（Ｗρg／ρl）（１＋ρg／ρl＋（ρg／ρl）2＋・・・（ρg／ρl）(n-1)＋・・・）＝（Ｗρg／ρl）（１／（１−ρg／ρl）＝Ｗρg／（ρl−ρg） …（６）
【００１０】
そして、加圧蒸発ライン２７における液化水素流量Ｍ（kg/s）は、上記（１）式（（６）式）で示されるように、液化ガス供給ライン２２の液化水素流量Ｗ（kg/s）と、液化水素の密度ρl（kg/m3）と、水素ガスの密度ρg（kg/m3）とで定まるのであり、外気を熱源とする加圧蒸発器２５で蒸発した水素ガスは、例えば０℃（２７３Ｋ）程度の過熱（スーパーヒート）状態となって、液化ガス貯槽２１内に押し込まれるのである。
また、供給用蒸発器２４からユーザーの使用ポイントまでの配管による圧力損失を考慮して、液化ガス貯槽２１内を例えば０．７MPaGに保持するように加圧蒸発ライン２７の加圧調節弁２６が設定されてその開度調節を行うようになっている。
【００１１】
液化水素の大気圧における飽和液温度は２０．３Ｋであり、上記液化ガス貯槽２１内が０．７MPaGである場合の液化水素の飽和温度は約３０Ｋであるから、加圧蒸発ライン２７から液化ガス貯槽２１の上部に押し込まれる水素ガスの密度と、液化ガス貯槽２１の液面近くの水素ガスの密度とは、上部の過熱水素ガスの密度が下部の飽和水素ガスの密度の十数分の一と、非常に小さい（軽い）のである。
したがって、液化ガス貯槽２１内の液化水素が使用ポイントで使用されて液化水素の液面が低下すると、液化水素供給用のタンクローリーから液化水素を充填するのであるが、液化ガス貯槽２１内の水素ガスの温度は上方が高く、下方が低いという大きな温度勾配、すなわち、水素ガスの密度は上方が小さく、下方が大きいという密度勾配がついており、水素ガスの対流が生じ難い状態である。
【００１２】
液化ガス貯槽２１に液化水素をタンクローリーから充填するには、充填ライン２９に液化水素供給用のタンクローリーの充填ホース（図示せず）を接続し、充填ホース内の空気を水素ガスに置換した後に開閉弁２９ａを開いて液化水素を液化ガス貯槽２１内に充填するのである。
この充填の初期に、液化水素を充填するため液化水素の充填容積に起因する液化ガス貯槽２１内の圧力上昇要因と、充填ホースが外気温度であり、タンクローリーからの液化水素が蒸発すること、液化ガス貯槽２１内の水素ガスの温度が高いことによる充填液化水素の蒸発などにより、液化ガス貯槽２１内の圧力が上昇して圧力逃しライン２８の圧力逃し弁２８ａの設定圧以上となり、圧力逃し弁２８ａが開いて水素ガスを大気に放出することが生ずるのである。
【００１３】
また、液化ガス貯槽２１の下部より液化水素を充填することもあるが、充填の初期に、液化ガス貯槽２１の上部より液化水素を充填する場合と同様に、液化水素を充填するため液化水素の充填容積に起因する液化ガス貯槽２１内の圧力上昇要因と、液化ガス貯槽２１内の水素ガスの温度が高いこと、タンクローリーから送られた液化水素が充填ホース等で気化し、高温になった水素ガスが液化水素と混合して液化水素が沸騰することなどにより、液化ガス貯槽２１内の圧力が圧力逃し弁２８ａの設定圧力以上となり、圧力逃し弁２８ａが開いて水素ガスを大気に放出することが生ずるのである。
このため、特許文献１に記載の従来の低温液化ガス供給設備においては、製造に費用のかかった水素ガスを大気に放出するという大きな損失が生じるという課題があり、また、水素は可燃性であるため、大気に放出することは好ましくないなどの課題があったのである。
【００１４】
本発明は、このような従来の構成が有していた課題を解決しようとするものであり、液化水素貯蔵供給設備の加圧蒸発ラインにおける液化水素貯槽への戻り管を、液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に開口して戻り管内を流通する過熱水素ガスを液化水素で冷却することにより、液化水素貯槽内の水素ガスの過熱度を小さくして、液化水素貯槽内への液化水素充填時に槽内圧力の上昇を小さくすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、液化水素を貯蔵するとともに使用ポイントに供給するようにした液化水素貯槽と、前記液化水素貯槽の下部に接続した液化水素を使用ポイントに供給する液化水素供給ラインと、前記液化水素貯槽の下部に一端を接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器及び加圧調節弁を設けるとともに前記液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に他端を開口した加圧蒸発ラインと、前記液化水素貯槽の上部に接続し圧力逃し弁を設けた圧力逃しラインとを備えた液化水素貯蔵供給設備において、
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管を、前記液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って前記ガス相に開口したものである。
【００１６】
請求項２に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、請求項１に係る本発明の構成に加え、前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の下部から液化水素貯槽内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口したものである。
【００１７】
請求項３に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、請求項１に係る本発明の構成に加え、前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の上部から液化水素貯槽内にＵ字状に配設して液化水素のガス相に開口したものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、加圧蒸発ラインにおける液化水素貯槽への戻り管を、液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に開口し、戻り管内を流通する過熱水素ガスを液化水素で冷却することにより、液化水素貯槽内の水素ガスの過熱度を小さくすることができるのである。
したがって、液化水素供給用のタンクローリーや移動式の液化水素供給用のコンテナから、液化水素貯槽内に液化水素を充填する際に、液化水素貯槽内の水素ガスの温度が例えば１００Ｋであるから、液化水素の充填に伴う液化水素貯槽内の圧力上昇が圧力逃し弁の設定圧力を超えることがないようにしたり、あるいは、充填初期に少量の水素ガスを放出する程度の圧力上昇としたりすることができ、液化水素貯蔵供給設備の液化水素貯槽に液化水素を充填する際に、水素ガスの放出を無くしたり、あるいは、少なくしたりすることができ、その結果、可燃性の水素ガスを大気に放出するという危険性の低減及び経済的損失の回避ができるのである。
【００１９】
請求項２に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、請求項１に係る本発明の効果に加え、加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の下部から液化水素貯槽内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口したから、簡単な構成で戻り管内を流通する水素ガスを液化水素で冷却することができるのである。
【００２０】
請求項３に係る本発明の液化水素貯蔵供給設備は、加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の上部から液化水素貯槽内にＵ字状に配設して液化水素のガス相に開口したから、液化水素供給ラインから使用ポイントに供給する液化水素の流量が多い場合に、戻り管内を流通する水素ガスの流量が多くなるが、戻り管の熱交換面積、特に、液化水素貯槽内の液化水素の液相と熱交換する戻り管の熱交換面積を大きくして、多い流量の過熱水素ガスを液化水素で確実に冷却することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略図である。
【図３】従来の低温液化ガス貯蔵供給設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の配管系統などを示す概略図である。
図１において、１は、液化水素貯蔵供給設備であり、液化水素貯槽２と、液化水素供給ライン３と、加圧蒸発ライン４とを備えている。
【００２３】
前記液化水素貯槽２は、内部に液化水素を貯蔵するとともに液化水素を使用ポイントに供給する内槽２ａと断熱用真空を保持する外槽２ｂとから形成した二重殻断熱構造としており、図示しないが、前記内槽２ａは低熱伝導率で高強度のＦＲＰからなるバンド状荷重支持体を用いて前記外槽２ｂの中央部に支持するとともに前記内槽２ａの外周部を断熱層により囲繞している。
前記液化水素供給ライン３は前記液化水素貯槽２の内槽２ａの下部（底部）に接続して供給用開閉弁３ａ及び外気を熱源とする供給用蒸発器３ｂを介設し水素ガスの使用ポイントに延びている。
【００２４】
前記加圧蒸発ライン４は、一端を前記液化水素貯槽２の内槽２ａの下部（底部）に接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器４ａ及び加圧調節弁４ｂを設けるとともに、他端を前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内の上方位置における液化水素のガス相に開口するのである。
そして、前記加圧蒸発ライン４における前記液化水素貯槽２の内槽２ａへの戻り管４ｃは、前記液化水素貯槽２内の内槽２ａの下部（底部）から内槽２ａ内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口することにより、簡単な構成で戻り管４ｃ内を流通する過熱水素ガスを内槽２ａ内の液相の液化水素で冷却することができるのである。
【００２５】
また、前記加圧蒸発ライン４における前記加圧蒸発器４ａの入口側に第一開閉弁４ｄを設けている。
前記加圧蒸発ライン４の第一開閉弁４ｄの入口側には第二開閉弁４ｅを設け、前記加圧調節弁４ｂの出口側には第三開閉弁４ｆ及び第四開閉弁４ｇを設け、前記第一開閉弁４ｄの入口側から分岐して液化水素を前記液化水素貯槽２の内槽２ａに充填する充填ライン５を設けている。
【００２６】
前記充填ライン５の端部には、液化水素充填用の第五開閉弁５ａを設け、前記第一開閉弁４ｄと前記第二開閉弁４ｅとの中間と、前記第三開閉弁４ｆと前記第四開閉弁４ｇとの中間とを結ぶ液化水素の充填ライン５ｂに液化水素充填用の第六開閉弁５ｃを設けている。
前記第一開閉弁４ｄ、前記第二開閉弁４ｅ、前記第三開閉弁４ｆ、前記第四開閉弁４ｇ、前記第五開閉弁５ａ及び前記第六開閉弁５ｃは、纏めて前記液化水素貯槽２の外槽２ｂの下方に配設するのであるが、図示の関係から、一点鎖線６で示す枠内に拡大して示している。
【００２７】
前記充填ライン５の端部に設けた前記第五開閉弁５ａには、充填ホース５ｄを接続して液化水素供給用のタンクローリー７からの液化水素を前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内に充填するようにしている。
また、前記液化水素貯槽２の内槽２ａの上部（頂部）に、圧力逃し弁８を介設した圧力逃しライン８ａと、内槽安全弁８ｂを介設した安全弁ライン８ｃとを接続している。
【００２８】
前記圧力逃し弁８の弁体が開く設定圧力を前記内槽安全弁８ｂの吹出圧力よりも低く、かつ、前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力よりも高くしており、前記圧力逃し弁８の弁体が開いたときの水素ガス吹出量は前記内槽安全弁８ｂの弁体が開いたときの水素ガス吹出量よりも非常に少ない値としており、仮に、圧力逃し弁８が作動しても前記内槽２ａ内の圧力の急激な低下が生じないようにしている。
前記圧力逃し弁８を設けているので、連休等の長期間にわたり前記液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素を使用ポイントで使用しない場合でも、前記内槽２ａ内の圧力が侵入熱により上昇して前記圧力逃し弁８の弁体が開く設定圧力となれば自動的に弁体が開いて前記内槽２ａ内の圧力上昇を防いで、安全性を確保しているのである。
【００２９】
前記内槽安全弁８ｂは、通常作動することはないのであるが、前記圧力逃し弁８の万一の作動不良があっても、この内槽安全弁８ｂが作動して前記内槽２ａの破壊を防止している。
なお、９ａ、９ｂ及び９ｃはコンクリート製の床であり、床９ｃは図１において床１０ａ、１０ｂよりも下方に位置しているが、これら床９ａ、９ｂ、９ｃは面一である。
【００３０】
次に、上記のように構成した液化水素貯蔵供給設備１の作用について説明する。
液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素は、液化水素供給ライン３から出て供給用蒸発器３ｂに入り外気で加熱されて蒸発し、水素ガスの状態で使用ポイントに供給されるのである。
【００３１】
液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素が使用ポイントに供給されるに伴い、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力を所定の圧力に保つために、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明した（１）式に示す流量関係で、加圧蒸発ライン４を液化水素が流れるのである。
使用ポイントにおいて水素ガスを使用中は、液化水素供給ライン３の供給用開閉弁３ａを開き、加圧蒸発ライン４の第一開閉弁４ｄ、第二開閉弁４ｅ、第三開閉弁４ｆ及び第四開閉弁４ｇを開くのである。
【００３２】
そして、加圧蒸発ライン４を流通する液化水素は、液化水素貯槽２の内槽２ａから第二開閉弁４ｅ、第一開閉弁４ｄを通って加圧蒸発器４ａで外気により加熱され、２００Ｋから３００Ｋの過熱状態の水素ガスとなり、加圧調節弁４ｂ、第三開閉弁４ｆ及び第四開閉弁４ｇを通って、液化水素貯槽２の内槽２ａの下部（底部）から内槽２ａ内を上方に垂直に立設された戻り管４ｃ内を通って内槽２ａ内の上方位置におけるガス相に噴出するのである。
液化水素貯槽２の内槽２ａに戻った過熱水素ガスは、戻り管４ｃ内で液化水素の液相で冷却されて、例えば１００Ｋとなるのである。
【００３３】
また、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力は、加圧調節弁４ｃの弁開度が自動的に所定の圧力、例えば０．７MPaGとなるように調節されて、使用ポイントでの水素ガスの必要圧力を確保するようにしている。
使用ポイントでの水素ガスの利用により、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の液化水素の液面が低下してくるが、液化水素貯蔵供給設備１の監視者又はオペレータにより、液化水素の液面が所定位置まで低下すると、液化水素の販売者に液化水素の充填の要求がなされる。
【００３４】
液化水素の販売者は、液化水素の充填要求を受けると、水素液化装置を設置した液化水素の製造所において液化水素供給用のタンクローリー７に液化水素を充填した後に、タンクローリー７を液化水素貯蔵供給設備１の設置場所に走行させる。
液化水素貯蔵供給設備１の設置場所においては、充填ホース５ｄを第五開閉弁５ａに接続し、充填ホース５ｄ内を水素ガスで置換する。
【００３５】
液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力が例えば０．７MPaGの場合、内槽２ａ内の水素ガスによりタンクローリー７の液化水素供給槽内の圧力を０．７MPaGに昇圧し、さらに、タンクローリー７の加圧蒸発ラインに介設した開閉弁の操作により、タンクローリー７の液化水素供給槽内の圧力を０．９５MPaGに保持するのである。
第六開閉弁５ｃを開、第二開閉弁４ｅを閉、第五開閉弁５ａを開にすると、タンクローリー７の液化水素は液化水素貯槽２の内槽２ａに充填される。
【００３６】
液化水素の充填が始まると、液化水素貯槽２の内槽２ａのガス相の圧力は０．７MPaGよりも高くなるため、加圧調節弁４ｂは自動的に閉になり、加圧蒸発ライン４への液化水素の流れは止まる。しかし液化水素貯槽２の内槽２ａのガス相の圧力は０．７MPaGよりも高いため、液化水素供給ライン３への液化水素の供給は停止しない。すなわち、使用ポイントでの水素ガスの利用には支障はない。
タンクローリー７から液化水素貯槽２の内槽２ａに液化水素を充填するときに、内槽２ａ内の水素ガスの温度は、例えば１００Ｋにしているため、液化水素の充填に伴う液化水素貯槽２の内槽２ａ内の圧力上昇が圧力逃し弁９の設定圧力を超えることがない状態、あるいは、充填初期に少量の水素ガスを放出する程度の圧力上昇の状態にでき、液化水素貯槽２の内槽２ａに液化水素を充填する際に、水素ガスの放出を無くしたり、あるいは、少なくしたりすることができるのである。
【００３７】
以上の第一の実施の形態では、液化水素供給ライン３に供給用蒸発器３ｂを設けているが、使用ポイントにおいて液化水素を利用する場合には供給用蒸発器３ｂを無くして直接液化水素を使用ポイントに供給するようにするのである。
また、第一の実施の形態では、液化水素貯蔵供給設備１への液化水素の充填を液化水素供給用のタンクローリー７により行ったが、液化水素供給用のコンテナにより行ってもよい。
【００３８】
次に、本発明の第二の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備について、図２に基づき説明する。
第二の実施の形態は、第一の実施の形態における液化水素貯槽への戻り管の構成を垂直に立設していたものに替えて、Ｕ字状に配設したものである。
【００３９】
以下、第一の実施の形態と同様な構成については、同一の符号を付して説明を省略ないし簡略にして説明する。
図２は、本発明の第二の実施の形態に係る液化水素貯蔵供給設備の配管系統などを示す概略図である。
【００４０】
図２において、１１は、加圧蒸発ライン４における液化水素貯槽２の内槽２ａへの戻り管である。
戻り管１１は、前記液化水素貯槽２内の内槽２ａの上部（頂部）から内槽２ａ内を下方に垂直に下降する下降部１１ａと、内槽２ａ内の下方位置の液化水素の液相において水平に延びる水平部１１ｂと、上方に垂直に上昇するとともに上端が内槽２ａ内の上方位置における液化水素のガス相に開口する上昇部１１ｃとから形成しており、これら下降部１１ａ、水平部１１ｂ及び上昇部１１ｃは、内槽２内にＵ字状に配設している。
【００４１】
そして、液化水素貯槽２の内槽２ａにおける戻り管１１内の過熱水素ガスは、戻り管１１の下降部１１ａ内を下降し、水平部１１ｂ内を通って、上昇部１１ｃ内を上昇して上端の開口部から内槽２ａ内の上方位置における液化水素のガス相に噴出されるのである。
この実施の形態では、戻り管１１をＵ字状に内槽２ａ内に配設しているので、内槽２ａ内の液化水素の液面が低下した際に、水平部１１ｂ並びに水平部１１ｂ近傍の下降部１１ａ及び上昇部１１ｃを過熱水素ガスが流通するときに液化水素の液相で冷却されて、液化水素の液面低下による過熱水素ガスの冷却能力低下を少なくすることができるのである。
【００４２】
以上の第一の実施の形態及び第二の実施の形態の技術上の差異は、第一の実施の形態が簡単な戻り管の構成であり使用ポイントにおける水素ガスの使用量が少ない場合に適するのであり、第二の実施の形態がＵ字状にして過熱水素ガスの冷却面積を大きくして使用ポイントにおける水素ガスの使用量が多い場合に適するのである。
また、以上の第一の実施の形態及び第二の実施の形態において、液化水素貯槽２の内槽２ａ内の下方位置における液化水素の液相内に、環状又は渦巻状の水平部を設けてもよく、このようにすれば、内槽２ａ内の液面低下による冷却能力の低下を軽減できるのである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 液化水素貯蔵供給設備
２ 液化水素貯槽
２ａ 内槽
３ 液化水素供給ライン
３ａ 供給用開閉弁
３ｂ 供給用蒸発器
４ 加圧蒸発ライン
４ａ 加圧蒸発器
４ｂ 加圧調節弁
４ｃ 戻り管
８ 圧力逃し弁
８ａ 圧力逃しライン
１１ 戻り管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化水素を貯蔵するとともに使用ポイントに供給するようにした液化水素貯槽と、前記液化水素貯槽の下部に接続した液化水素を使用ポイントに供給する液化水素供給ラインと、前記液化水素貯槽の下部に一端を接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器及び加圧調節弁を設けるとともに前記液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に他端を開口した加圧蒸発ラインと、前記液化水素貯槽の上部に接続し圧力逃し弁を設けた圧力逃しラインとを備えた液化水素貯蔵供給設備において、
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管を、前記液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って前記ガス相に開口したことを特徴とする液化水素貯蔵供給設備。
【請求項２】
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の下部から液化水素貯槽内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口したことを特徴とする請求項１に記載の液化水素貯蔵供給設備。
【請求項３】
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の上部から液化水素貯槽内にＵ字状に配設して液化水素のガス相に開口したことを特徴とする請求項１に記載の液化水素貯蔵供給設備。
【請求項１】
液化水素を貯蔵するとともに使用ポイントに供給するようにした液化水素貯槽と、前記液化水素貯槽の下部に接続した液化水素を使用ポイントに供給する液化水素供給ラインと、前記液化水素貯槽の下部に一端を接続し途中に外気を熱源とする加圧蒸発器及び加圧調節弁を設けるとともに前記液化水素貯槽内の上方位置における液化水素のガス相に他端を開口した加圧蒸発ラインと、前記液化水素貯槽の上部に接続し圧力逃し弁を設けた圧力逃しラインとを備えた液化水素貯蔵供給設備において、
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管を、前記液化水素貯槽内の下方位置の液化水素の液相を通って前記ガス相に開口したことを特徴とする液化水素貯蔵供給設備。
【請求項２】
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の下部から液化水素貯槽内を上方に垂直に立設して液化水素のガス相に開口したことを特徴とする請求項１に記載の液化水素貯蔵供給設備。
【請求項３】
前記加圧蒸発ラインにおける前記液化水素貯槽への戻り管は、前記液化水素貯槽の上部から液化水素貯槽内にＵ字状に配設して液化水素のガス相に開口したことを特徴とする請求項１に記載の液化水素貯蔵供給設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９９３（Ｐ２０１１−１９９３Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４４２５９（Ｐ２００９−１４４２５９）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【出願人】（０００１５８３０１）岩谷瓦斯株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【出願人】（０００１５８３０１）岩谷瓦斯株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
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