JP2012192023A - 水素取扱機器における安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素ステーション等の施設の安全性を簡便かつ低コストで向上させ得る有効適切な安全装置を提供する。
【解決手段】水素を取り扱う機器に付設されて水素漏洩による火災や爆発を防止するための安全装置１であって、水素漏洩が想定される部位（各種の器具３や計器など）を対象として該部位を気密保持可能なボックス４内に収容し、該ボックス内に非燃焼性ガスを充填し、前記部位およびその周辺からの漏洩水素をボックス内に封入して非燃焼性ガスにより着火を防止する。非燃焼性ガスを空気と二酸化炭素の混合ガスとして、二酸化炭素の分圧を75%超とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素を取り扱う各種機器に付設されて水素漏洩による火災や爆発を防止するための安全装置、特に燃料電池自動車に対して燃料としての水素を随時供給するための施設であるいわゆる水素ステーションに設置される機器に適用して好適な安全装置に関する。

水素を燃料とする燃料電池により走行する車両（燃料電池自動車）の開発が進められているが、その普及を図るためには燃料電池自動車に対して燃料としての水素を随時供給するためのシステムが不可欠であり、近い将来にはそのための施設である水素ステーション（従来のガソリンスタンドに相当するもの）が各地に多数設置されることが想定されている。

そのような水素ステーションは多量の水素を取り扱いかつ貯蔵する施設であり、しかも市街地や繁華街等にも設置されるものであるから、水素の万一の爆発（より厳密には爆発を伴う燃焼、すなわち爆燃や爆轟）を想定した安全対策が不可欠である。
特に、水素が万一爆発した際には天然ガス等に比較して爆風圧が極めて大きく、また水素ステーションでは水素を取り扱う機器が狭小な空間内に集約されて配置されることが一般的となることから、万一の水素漏洩の際には漏洩水素の滞留や爆風圧の増強、爆轟遷移可能性の増加が想定され、一段と高度の安全設計が求められる。

現在、水素ステーションの計画・設計においては、蓄圧機等からの漏洩水素に関して、その表面に0.2mmのピンホールが水素脆化等により開いた場合を想定して、そこからの水素漏洩・着火に対する火気距離や敷地境界距離が高圧ガス保安法で定められている。つまり、水素漏洩時の安全性に対する担保を離隔距離を確保することに依存している。

また、たとえば特許文献１，２に示されるように、水素漏洩が起こり得る機器類を設置した空間全体に二酸化炭素等の不活性ガスを常時充満させておくことにより、水素が万一漏洩しても着火や爆発に至ることを防止することが提案されている。

特表２００８−５２６４０９号公報 特開２０１０−２６８９５６号公報

しかし、単に離隔距離を確保することのみでは十分な安全対策とはなり得ないし、特許文献１，２に示されるように施設全体に不活性ガスを常時充満させておくことは、この種の施設や機器類に対して日常的に行う必要のある点検作業の際に作業員がそのつど空気ボンベとガスマスクを着用して施設内に立ち入る必要があるから、そのようなことも現実的ではない。

以上のことから、現時点では水素ステーションに対する安全対策は確立されているとはいえないし、また以上のことは水素ステーションを想定した施設のみならず水素を取り扱う諸施設全般に共通する課題でもあり、したがって燃料電池自動車の普及を図るためには水素ステーションをはじめとする水素関連施設の安全性の確立が必要であり、特に可及的に簡便かつ低コストで安全性を確保することのできる有効適切な安全装置の開発が求められているのが実情である。

請求項１記載の発明は、水素を取り扱う機器に付設されて水素漏洩による火災や爆発を防止するための安全装置であって、前記機器における水素漏洩が想定される部位を対象として、該部位を気密保持可能なボックス内に収容するとともに該ボックス内に非燃焼性ガスを充填し、前記部位およびその周辺からの漏洩水素を前記ボックス内に封入して該漏洩水素への着火を前記非燃焼性ガスにより防止可能としたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の水素取扱機器における安全装置であって、前記非燃焼性ガスは空気と二酸化炭素の混合ガスであり、かつ該混合ガスにおける二酸化炭素の分圧を75%超としたことを特徴とする。

本発明の安全装置によれば、水素漏洩が生じることが想定される部位を気密保持可能なボックス内に収容し、かつボックス内に非燃焼性ガスを充填しておくことにより、万一の水素漏洩の際にも漏洩水素が施設全体に拡散してしまって着火や爆発といった大事故に至ることを未然に防止することができる。

したがって本発明によれば、従来のように着火防止のために単に離隔距離を十分に確保する場合に比べて施設安全性を格段に向上させることができるし、施設全体に不活性ガスを常時充満させておく場合のように日常的な保守点検が不便になることもないから、水素ステーション等の水素取扱施設における安全対策として極めて合理的であり有効である。

本発明の安全装置の一実施形態を示す図である。 本発明の安全装置の他の実施形態を示す図である。

本発明の安全装置の一実施形態を図１に示す。
本実施形態の安全装置１は、水素ステーションに設置されてされている蓄圧機等の各種の機器に付設されるもので、その機器（本体の図示は省略）に接続されている水素配管２の途中に設置されている各種の器具３（たとえば継手やバルブ等）およびその周辺からの水素漏洩を想定して、その器具３を気密保持可能なボックス４内に収容し、ボックス４内に非燃焼性ガスを充填したことを主眼とするものである。

すなわち、この種の水素配管２においては、その途中に設置されている各種の器具３やそれを取り付けるための配管接続部等から水素漏洩が生じることが完全には否定し得ないので、本実施形態の安全装置１はそれに対する安全保証対策として、水素漏洩が想定される部位を気密保持可能なボックス４内に収容してしまうことにより、万一そこから水素漏洩が生じても漏洩水素をボックス４内に留めて施設全体に漏洩水素が拡散してしまうことを未然に防止するものである。
そして、ボックス４内に非燃焼性ガスを充填しておくことにより、万一ボックス４内において静電気等による火種が生じたとしても漏洩水素に着火してしまうことを防止し得るものである。

具体的には、本実施形態では、図１に示すように近接している３本の水素配管２のそれぞれに設置されている３台の器具３をその接続部も含めて一括して縦長のボックス４内に収容している。
そのボックス４は、内部に充填する非燃焼性ガスや各器具３およびその周辺からボックス４内に漏洩する可能性のある水素が外部に漏出し得ないような十分な気密性を有して完全密封できるものであることはもとより、十分に堅牢で十分な耐食性と耐候性を有するものであることが好ましく、たとえば鋼材等の金属材料により形成すると良い。
勿論、水素配管２がボックス４を貫通する部分は完全気密裡にシールする必要があることは当然である。

ボックス４内に充填する非燃焼性ガスとしては水素の着火や燃焼を防止できる不活性なガスであれば特に限定されないが、二酸化炭素と空気との混合ガスを用いることが現実的かつ好適であり、その場合、二酸化炭素の分圧を75%超とすることが好ましい。
すなわち、水素／空気／二酸化炭素の混合ガスについての着火実験において、二酸化炭素の注入量の指標として
Ｙ＝二酸化炭素の分圧／（二酸化炭素の分圧＋空気の分圧）
を用いて表すと、水素濃度が13%の混合ガスではＹ＝75%までは部分燃焼が見られるが、Ｙ＞75%では点火源近くに小さな火炎球が形成されるだけで安定した伝播には至らないことが確認できることから、非燃焼性ガスを二酸化炭素と空気との混合ガスとした場合における二酸化炭素の分圧ＹをＹ＞75%とすれば、着火を確実に防止できて安全性を十分に保証し得ると考えられる。

なお、漏洩した水素を二酸化炭素で十分に希釈すれば外部に放出しても安全な二酸化炭素濃度になるが、その濃度については
Ｚ＝二酸化炭素の分圧／（二酸化炭素の分圧＋水素の分圧）
が指標となり、Ｚ＞90%であれば漏洩水素は着火に至らないことが確認されている。
したがってボックス内に水素が漏洩しても、Ｚ＞90% である限りはボックス外に万一漏洩しても着火や爆発に至ることはなく安全性を保証し得ると考えられる。

本実施形態では、ボックス４内への非燃焼性ガスの充填は適宜行えば良いが、たとえば非燃焼性ガスの供給管をボックス４に接続しておいてその供給管から随時充填可能としておくことが考えられる。
また、ボックス４内における非燃焼性ガスのガス圧を監視して、ガス圧が低下したような場合には警報を発したり自動的に補充するような機構を設けておくことも考えられる。

図２は本発明の安全装置１の他の実施形態を示す。
これは、上記実施形態と同様に水素配管（図２では図示略）の途中に設置されている計器５を上記実施形態と同様のボックス４内に収容し、ボックス４内に同様に非燃焼性ガスを充填したものであって、計器５の周辺から万一水素が漏洩してもボックス４外への漏洩を防止し、かつボックス４内での着火を防止するようにしたものである。
この場合、日常的に計器５を読み取る必要があるので、少なくともボックス４の一部をガラス等の透明板６により形成しておいてボックス４をそのつど開くことなく計器５を読み取ることができるようにしておくと良く、それにより日常的な点検保守作業に支障を来すこともない。

市街地普及を想定したコンパクトな水素ステーション等では、不確定要素による事故に対し完全無事故にできる保証は困難であるから、それを前提として上記のような安全装置１を水素漏洩が生じることが想定される部位に設置してその部位を気密保持可能なボックス４内に収容してしまい、かつボックス４内に非燃焼性ガスを充填しておくことにより、万一の水素漏洩の際にも着火や爆発といった大事故に至ることを未然に防止できる。
したがって本発明によれば、従来のように漏洩水素の着火を防止するために単に離隔距離を十分に確保するという安全対策に比べて、水素ステーションの安全性を格段に向上させることができ、その結果、水素ステーションに対する現行法規制の緩和を期待できて水素ステーションのコンパクト化、コスト低減にも寄与し得るものである。

勿論、本発明の安全装置は、水素漏洩の可能性がある部位であればどこにでも自由にかつ簡単に設置できるから、これを設置するためにさしたるコストを要しないし、複雑な制御や調整も必要とせず、特許文献１，２に示されるように施設全体に不活性ガスを常時充満させておく場合のように施設への日常的な立ち入りと保守点検が制限されたり不便になることもなく、以上のことから、本発明の安全装置は水素ステーション等の水素取扱施設における安全対策として極めて合理的であり有効である。

なお、図１に示した実施形態のように，水素漏洩の可能性のある複数の器具が近接配置されている場合にはそれらを一括して１つのボックス内に収容すれば良いが、各器具が離れている場合には各器具をそれぞれ個別にボックス内に収容することでも勿論良い。

また、本発明の安全装置は、水素ステーションに設置される機器のみならず、水素関連施設に設置されて水素を取り扱う各種の機器や器具全般を対象として広く適用できることは言うまでもない。

１ 安全装置
２ 水素配管
３ 器具（水素漏洩が想定される部位）
４ ボックス
５ 計器（水素漏洩が想定される部位）
６ 透明板

Claims (2)

1. 水素を取り扱う機器に付設されて水素漏洩による火災や爆発を防止するための安全装置であって、
   前記機器における水素漏洩が想定される部位を対象として、該部位を気密保持可能なボックス内に収容するとともに該ボックス内に非燃焼性ガスを充填し、前記部位およびその周辺からの漏洩水素を前記ボックス内に封入して該漏洩水素への着火を前記非燃焼性ガスにより防止可能としたことを特徴とする水素取扱機器における安全装置。
2. 請求項１記載の水素取扱機器における安全装置であって、
   前記非燃焼性ガスは空気と二酸化炭素の混合ガスであり、かつ該混合ガスにおける二酸化炭素の分圧を75%超としたことを特徴とする水素取扱機器における安全装置。

Images