JP2007032696A - 水素ガス供給設備 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高圧ガス保安法上の高圧ガス製造行為に該当せず、無資格者でも取扱い可能な水素ガス供給設備を提供する。
【解決手段】 液体水素を貯留する低温貯留槽２を備え、この低温貯留槽２から排出される液体水素を気化させる気化器４が介装され、この気化器４により気化された水素ガスを需要先に払出す水素ガス払出しライン３が前記低温貯留槽２に連結されてなる水素ガス供給設備に、水素ガスを供給する水素ガス容器５と、この水素ガス容器５に一端側が接続され、他端側が前記低温貯留槽２の外殻と内殻とを気密可能に貫通すると共に、他端側の先端が前記低温貯留槽２内の液相部に浸漬され、この液相部に水素ガスをバブル８として導入する水素ガス導入ライン７とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素ガス供給設備の改善に係り、より詳しくは、高圧ガス保安法上のガス製造行為に該当せず取扱いが簡易な水素ガス供給設備に関する。
従来から、充填ポンプを用いることなく、低温液化ガスを供給することを可能ならしめるようにした低温液化ガス供給設備がある。このような低温液化ガス供給設備としては、例えば後述するものが公知である。
先ず、従来例１に係る液化ガス供給設備を、その概略構成を示す図３を参照しながら説明する。この従来例１に係る液化ガス供給設備は、自動車に液化石油ガスを供給するものである。より詳しくは、自動車燃料用の液化石油ガスを貯蔵している燃料ガス貯蔵容器５１内に、加圧ガス貯蔵容器５４から加圧ガス通路５５を介して加圧用ガスを供給する。これにより、この燃料ガス貯蔵容器５１の内圧を高め、この加圧ガスによる加圧力で、燃料ガス貯蔵容器５１内の自動車燃料用の液化石油ガスを液化石油ガス取出路５２を介して自動車の燃料タンクに移送充填するものである。なお、燃料ガス貯蔵容器５１には、タンクローリ５８から液化ガス補給路５６を介して液化石油ガスが補充されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
次に、従来例２に係る液化ガス供給装置（液化ガス供給設備）を、その概略構成を示す図４を参照しながら説明する。即ち、この従来例２に係る液化ガス供給装置は、その液化ガス容器６１の下部の液相部と流量調節器６２が配管６３により接続され、また液化ガス容器６１の上部の気相部は配管６４により圧縮空気源６５に接続されている。前記流量調節器６２は、オリフィス、弁等のオリフィス部を有している。従って、液化ガス容器６１内が圧縮空気源６５により加圧されているために、配管６３内で液状のガスが気化することがなく流量調節器６２に送られ、液化ガスを安定して供給することができる（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２１０９８９号公報 特開平０３−１２９１９９号公報
上記従来例１に係る液化ガス供給設備は、液化石油ガスＡを貯留する燃料ガス貯蔵容器の内圧を高めるために、この燃料ガス貯蔵容器の気相部に飽和蒸気圧の高い別種の石油ガスBを供給して燃料ガス貯蔵容器内を高圧に維持することにより、燃料ガス貯蔵容器の液相部から充填ポンプを用いずに液化石油ガス（Ａ＋Ｂ）を断続的に取出すものである。また、上記従来例２は、液化ガス容器の気相部分に圧縮空気を導入することにより液化ガスを取出すものである。
これら従来例１，２に係る技術を水素ガス供給設備に適用する場合、つまり水素のガス相に水素以外のガスを加圧ガスとして供給したとすると、液体水素の温度は非常に低温（−２５０℃）であるため、ガス相に供給されたガスが凝縮、または固化し、液体水素を加圧することができないだけでなく、固化したガスが加圧ガス導入ラインに詰まったりするため非常に危険である。また、消費先において水素ガス純度が低下し、水素ガス純度不良という問題が生じる。
さらに、液体水素の気相部を水素ガスで加圧することは、高圧ガス保安法上の高圧ガスの製造行為に該当するため、例えば学校や病院等の公共施設からの保安距離の確保等、設置環境の高いハードルと高圧ガス取扱い有資格者が必要になる。従って無資格者が簡単に取扱うことができず、水素ガス供給設備の設置環境が限定される等の不都合が生ずる。
本発明の目的は、高圧ガス保安法上の高圧ガス製造行為に該当せず、無資格者でも取扱い可能な水素ガス供給設備を提供することにある。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に係る水素ガス供給設備が採用した構成は、液体水素を貯留する低温貯留槽２を備え、この低温貯留槽２から排出される液体水素を気化させる気化器４が介装され、この気化器４により気化された水素ガスを需要先に払出す水素ガス払出しライン３が前記低温貯留槽２に連結されてなる水素ガス供給設備において、水素ガスを供給する水素ガス容器５と、この水素ガス容器５に一端側が接続され、他端側が前記低温貯留槽２の外殻と内殻とを気密可能に貫通すると共に、他端側の先端が前記低温貯留槽２内の液相部に浸漬され、この液相部に水素ガスをバブル８として導入する水素ガス導入ライン７とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に係る水素ガス供給設備が採用した構成は、液体水素を貯留する低温貯留槽１２を備え、この低温貯留槽１２から排出される液体水素を気化させる気化器１４が介装され、この気化器１４により気化された水素ガスを需要先に払出す水素ガス払出しライン１３が前記低温貯留槽１２に連結されてなる水素ガス供給設備において、外殻と内殻とを備え、貯留している液体水素を水素ガスとして供給する低温容器１５と、この低温容器１５の外殻と内殻の間の空間の真空度を調整する真空度調節手段１５Ｐと、前記低温容器１５に一端側が接続され、他端側が前記低温貯留槽１２の外殻と内殻とを気密可能に貫通し、前記低温貯留槽１２の気相部に水素ガスを導入する水素ガス導入ライン１７とからなることを特徴とするものである。
本発明の請求項１に係る水素ガス供給設備では、水素ガス容器内の常温の水素ガスが水素ガス導入ラインを介して低温貯留槽内の液相部にバブルとして低圧で導入される。これにより、低温貯留槽内の液体水素がバブルとして導入される常温の水素ガスと熱交換して気化し、低温貯留槽の内圧が上昇するから、低温貯留槽内の液体水素が水素ガス払出しラインに流入し、気化器で気化されて需要先に払出される。
また、本発明の請求項２に係る水素ガス供給設備では、真空度調節手段による低温容器の外殻と内殻の間の空間の真空度を調整して低温容器への入熱量を制御することにより、この低温容器内の液体水素を気化させる。そして、気化した水素ガスが水素ガス導入ラインを介して低温貯留槽内の液体水素の上部の気相部に低圧で導入される。これにより、低温貯留槽の内圧が上昇し、低温貯留槽内の液体水素が水素ガス払出しラインに流入し、気化器で気化されて需要先に払出される。
本発明の請求項１又は請求項２に係る水素ガス供給設備によれば、低温貯留槽内の液体水素を払い出すための水素ガスを低圧で当該低温貯留槽内へ導入することができる。これにより、高圧ガスの製造行為に該当しないため、有資格者でなくても水素ガス供給設備の取扱いが可能になる。また、導入ガスが水素ガスであるため、液体水素の冷熱により導入ガスが固化することがなく、消費先において水素ガス純度が低下したり、水素ガス純度の不良というような問題が生じることもない。
以下、本発明の実施形態１に係る水素ガス供給設備を、その模式的構成を示す図１を参照しながら説明する。図１において示す符号１は、本発明の実施形態１に係る水素ガス供給設備全体を示す。この水素ガス供給設備１は、液体水素ＬＨ２を貯留する、後述する低温貯留槽２を備えている。この低温貯留槽２は外殻２ａと,この外殻２ａ内において図示しない断熱支持構造体を介して浮いた状態で支持され、外周部が図示しない積層断熱材で囲繞されると共に、液体水素を貯留する内殻２ｂとから構成されている。勿論、この低温貯留槽２の外殻２ａと内殻２ｂとの間の殻間空間２ｓは、対流による外気温度の内殻２ｂ内への侵入を阻止するため真空になっている。
前記低温貯留槽２の底部に、水素ガスを需要先に払出す水素ガス払出しライン３が接続されている。この水素ガス払出しライン３の低温貯留槽２の底部への接続部の近傍に開閉弁３ａが介装されると共に、この開閉弁３ａの下流側の位置に、外気と熱交換して低温貯留槽２から排出された液体水素ＬＨ２を気化させる気化器４が介装されている。そして、前記低温貯留槽２には水素ガス導入ライン７が連通され、この低温貯留槽２内に貯留されている液体水素中に常温のバブル用水素ガスを導入するように構成されている。
この加圧用水素ガス導入ライン７は、例えば比較的小型の水素ガス容器５に接続される一端付近に流量調整弁６が介装され、他端側が低温貯留槽２の外殻２ａと内殻２ｂを気密可能に貫通すると共に、他端側の先端が前記低温貯留槽２内の液相部に浸漬されている。つまり、この水素ガス導入ライン７は、液体水素ＬＨ２中に水素ガスをバブル８として導入するものである。
以下、本発明の実施形態１に係る水素ガス供給設備１に係る作用態様を説明する。即ち、本発明の請求項１に係る水素ガス供給設備１では、水素ガス容器５内の常温の水素ガスが水素ガス導入ライン７を介して低温貯留槽２内の液体水素ＬＨ２中に水素ガスのバブル８として導入される。これにより低温貯留槽２内の液体水素ＬＨ２は、バブル８として導入される常温の水素ガスとの熱交換により順次気化して液体水素ＬＨ２の上方の水素ガスの気相部に低圧で導入され、低温貯留槽２の内圧が上昇する。そして気相部内圧の上昇により低温貯留槽２内の液体水素ＬＨ２が押下げられて水素ガス払出しライン６に流入し、気化器４で気化されて需要先に払出されることとなる。
本発明の上記実施形態１に係る水素ガス供給設備１によれば、低温貯留槽内の液体水素を払い出すための水素ガスを低圧で当該低温貯留槽内へ導入することができる。これにより、高圧ガスの製造行為に該当しないため、有資格者でなくても水素ガス供給設備１の取扱いが可能になる。また、導入ガスが水素ガスであるため、導入ガスが液体水素ＬＨ２の冷熱により固化するようなことがなく、消費先において水素ガス純度が低下したり、水素ガス純度の不良というような問題が生じることもない。
本発明の実施形態２に係る水素ガス供給設備を、その模式的構成を示す図２を参照しながら説明する。即ち、本発明の実施形態２に係る水素ガス供給設備１１は、液体水素ＬＨ２を貯留するための、上記実施形態１に係る低温貯留槽２と同構成になる低温貯留槽１２を備えている。そして、この低温貯留槽１２の底部液相部には、水素ガスを需要先に払出す水素ガス払出しライン１３が接続されている。この水素ガス払出しライン１３の低温貯留槽１２の底部への接続部の近傍位置に上記実施形態１に係る開閉弁３ａと同構成になる開閉弁１３ａが介装されると共に、この開閉弁１３ａの下流側に上記実施形態１に係る気化器４と同構成になる気化器１４が介装されている。
前記低温貯留槽１２の上方の気相部に低温容器１５から低温の水素ガスを低圧で導入する水素ガス導入ライン１７が連通しており、当該低温貯留槽１２内に貯留されている液相部（液体水素ＬＨ２）を低圧で加圧するように構成されている。前記低温容器１５の容量は、前記低温貯留槽１２の容量の約１／１０であって、この低温容器１５は、前記低温貯留槽１２と同様、外殻１５ａと、この外殻１５ａ内において図示しない断熱支持構造体を介して支持され、外周部が図示しない積層断熱材により囲繞されると共に、液体水素ＬＨ２を貯留する内殻１５ｂとから構成されている。この低温容器１５の外殻１５ａと内殻１５ｂとの間の殻間空間１５ｓは、外気温の内殻１５ｂへの入熱量を制御するために、真空度調節手段である真空ポンプ１５ｐにより真空度が調整されるように構成されている。
ところで、この実施形態２における水素ガス供給設備１１の水素ガス導入ライン１７には、上記実施形態１に係る水素ガス導入ライン７と異なり、流量調整弁が介装されていないが、これは真空ポンプ１５ｐによる殻間空間１５ｓの真空度調整により低温貯留槽１２への水素ガスの導入量を調整することができるからである。なお、たとえ殻間空間１５ｓ内を高真空度にしたとしても、低温容器１５内への入熱量をゼロにすることができないから、低温容器１５内の液体水素ＬＨ２の自然気化によりＢＯＧが発生し、これが低温貯留槽１２に流入するが、低温貯留槽１２内における液体水素ＬＨ２の自然気化によるＢＯＧの量に比較して少量（１／１０）であるため、実用上特に問題が生じることはない。
本発明の形態２に係る水素ガス供給設備１１の作用態様を説明する。即ち、本発明の請求項２に係る水素ガス供給設備１１では、真空ポンプ１５ｐによる低温容器１５の外殻１５ａと内殻１５ｂの間の殻間空間１５ｓの真空度を調整して、この低温容器１５内への入熱量を制御することにより、この低温容器１５内の液体水素ＬＨ２を気化させることができる。そして、気化した水素ガスが水素ガス導入ライン１７を介して低温貯留槽１２内上部の気相部に低圧で導入される。これにより低温貯留槽１２の内圧が上昇するから、この低温貯留槽１２内の液体水素ＬＨ２が押されて水素ガス払出しライン１３に流入し、気化器１４で気化されて需要先に払出される。
従って、本発明の実施形態２に係る水素ガス供給設備１１によれば、上記実施形態１に係る水素ガス供給設備１と同様の効果を得ることができる。即ち、低温貯留槽内１２の液体水素を払い出すための水素ガスを低圧で当該低温貯留槽１２内へ導入することができる。これにより、高圧ガスの製造行為に該当しないため、有資格者でなくても水素ガス供給設備１の取扱いが可能になる。また、導入ガスが水素ガスであるため、導入ガスが液体水素ＬＨ２の冷熱により固化するようなことがなく、消費先において水素ガス純度が低下したり、水素ガス純度の不良というような問題が生じることもない。
なお、上記実施形態１，２に係る水素ガス供給設備は、本発明の具体例に過ぎないから、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在である。
本発明の実施形態１に係る水素ガス供給設備の模式的構成図である。 本発明の実施形態２に係る水素ガス供給設備の模式的構成図である。 従来例１に係る液化ガス供給設備の構成を示す概略構成図である。 従来例２に係る液化ガス供給設備の概略構成図である。
符号の説明
１…水素ガス供給設備
２…低温貯留槽，２ａ…外殻，２ｂ…内殻，２ｓ…殻間空間
３…水素ガス払出しライン，３ａ…開閉弁
４…気化器
５…水素ガス容器，
６…流量調整弁
７…水素ガス導入ライン
８…バブル（水素ガス）
１１…水素ガス供給設備
１２…低温貯留槽，１２ａ…外殻，１２ｂ…内殻，１２ｓ…殻間空間
１３…水素ガス払出しライン，１３ａ…開閉
１４…気化器
１５…水素ガス容器，１５ａ…外殻，１５ｂ…内殻，１５ｐ…真空ポンプ，
１５ｓ…殻間空間
１７…水素ガス導入ライン

Claims (2)

  1. 液体水素を貯留する低温貯留槽(2)を備え、この低温貯留槽(2)から排出される液体水素を気化させる気化器(4)が介装され、この気化器(4)により気化された水素ガスを需要先に払出す水素ガス払出しライン(3)が前記低温貯留槽(2)に連結されてなる水素ガス供給設備において、水素ガスを供給する水素ガス容器(5)と、この水素ガス容器(5)に一端側が接続され、他端側が前記低温貯留槽(2)の外殻と内殻とを気密可能に貫通すると共に、他端側の先端が前記低温貯留槽(2)内の液相部に浸漬され、この液相部に水素ガスをバブル(8)として導入する水素ガス導入ライン(7)とからなることを特徴とする水素ガス供給設備。
  2. 液体水素を貯留する低温貯留槽(12)を備え、この低温貯留槽(12)から排出される液体水素を気化させる気化器(14)が介装され、この気化器(14)により気化された水素ガスを需要先に払出す水素ガス払出しライン(13)が前記低温貯留槽(12)に連結されてなる水素ガス供給設備において、外殻と内殻とを備え、貯留している液体水素を水素ガスとして供給する低温容器(15)と、この低温容器(15)の外殻と内殻の間の空間の真空度を調整する真空度調節手段(15ｐ)と、前記低温容器(15)に一端側が接続され、他端側が前記低温貯留槽(12)の外殻と内殻とを気密可能に貫通し、前記低温貯留槽(12)内の気相部に水素ガスを導入する水素ガス導入ライン(17)とからなることを特徴とする水素ガス供給設備。
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