JP2020028871A - 充填剤の充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充填容器を使用可能な状態にするまでに要する時間を短縮することが可能であり、かつ、充填容器に要求される耐熱性能を抑制することが可能である、充填剤の充填方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る充填剤の充填方法は、充填容器に充填剤を充填する充填剤の充填方法であって、補助容器に充填剤を収容する工程と、充填剤が収容された補助容器を加熱する工程と、充填剤を加熱した後に補助容器を密閉する工程と、加熱した充填剤を補助容器から充填容器に投入する工程と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は充填剤の充填方法に関する。

水素ガスを液化する液化水素製造設備は、水素ガスに含まれる不純物を取り除く吸着剤が充填された吸着塔、及び、水素ガスのオルソ−パラ変換を促すＯＰ触媒が充填されたオルソ−パラ変換器を備えている（例えば、下記の特許文献１参照）。これら吸着塔及びオルソ−パラ変換器などの充填容器は、充填剤である吸着剤又はＯＰ触媒を充填した後、コールドボックスの内部に設置される。

コールドボックスの内部は、液化水素製造設備が稼働している間は極低温に維持される。そのため、充填容器の充填剤に水分が一定以上含まれていると、その水分が冷却されて凝縮及び凍結し、液化水素製造設備に悪影響を及ぼすおそれがある。また、ＯＰ触媒を活性化させるためには、表面に熱を加える必要がある。そこで、従来、各充填容器をコールドボックスの内部に設置する前に、充填剤が充填された充填容器の内部に熱風を供給し、充填剤を乾燥及び活性化させる処理が行われていた。

特開２０１６−１９６９７７号公報

この充填剤を乾燥及び活性化させる処理は長時間行われるため、充填容器を使用可能な状態にするまでには、かなりの時間が必要であった。また、充填容器には熱風の熱に耐えることができる程度の高い耐熱性能が要求される。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、充填容器を使用可能な状態にするまでに要する時間を短縮することが可能であり、かつ、充填容器に要求される耐熱性能を抑制することが可能である充填剤の充填方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る充填剤の充填方法は、充填容器に充填剤を充填する充填剤の充填方法であって、補助容器に前記充填剤を収容する工程と、前記充填剤が収容された補助容器を加熱する工程と、前記充填剤を加熱した後に前記補助容器を密閉する工程と、加熱した充填剤を前記補助容器から前記充填容器に投入する工程と、を含む。

この方法によれば、充填剤の加熱が充填容器とは別の補助容器で行われるため、充填剤を加熱する工程を他の工程と並行して行うことができる。したがって、充填容器を使用可能な状態にするまでに要する時間を短縮することが可能である。また、充填容器の内部に熱風を供給する設備の省略又は縮小が行われることで、充填容器に要求される耐熱性能を抑制することが可能である。

上記の充填剤の充填方法は、前記充填剤を前記充填容器に投入する工程において、前記充填容器の内部を真空に保持した状態で、密閉した前記補助容器を前記充填容器に接続することにより、前記充填剤を前記充填容器に吸引し投入してもよい。

この方法によれば、充填容器への充填剤の投入が吸入によって行われるため、充填剤を充填容器へ投入する際に充填剤が水分を含む外気に接するのを防ぐことができるとともに、充填剤の投入を速やかに行うことができる。

上記の充填剤の充填方法は、前記充填剤を前記充填容器に吸引し投入する前において、前記充填容器の内部に液体を満たして前記充填容器の変形の有無を確認する工程と、前記充填容器の内部に満たされていた液体を抜き、前記充填容器の内部に乾燥ガスの供給と吸引を繰り返すことで前記充填容器の内部を乾燥させる工程と、を含んでいてもよい。

液体を用いて充填容器の耐圧試験を行った後は、充填容器の内側に乾燥ガスの供給と吸引を繰り返して充填容器を乾燥させる必要がある。ここで、乾燥ガスの吸引に必要な設備（吸引ポンプ等）を用いれば、充填容器を真空にすることも可能である。そのため、上記の方法のように、充填容器を真空にする前に、乾燥ガスを吸引等して充填容器を乾燥させる工程を実施すれば、同じ設備でこれらの作業を連続して行うことができる。これにより、各作業に必要な段取りを省略することができる結果、充填容器を使用可能な状態にするまでに要する時間を短縮することができる。

上記の充填剤の充填方法は、前記充填剤を前記充填容器に充填した後に、前記充填容器の内部に所定温度以上の熱風を供給することで、前記充填容器に充填された充填剤をさらに加熱する工程を含んでいてもよい。

この方法によれば、充填剤の乾燥をより確実に行うことができる。なお、充填容器には既に加熱が行われた充填剤が充填されるため、充填容器の内部に熱風を供給するとしても、加熱が行われていない充填剤を充填容器内で加熱する場合に比べて大きな設備は必要ない。

前述のとおり、上記の充填剤の充填方法によれば、充填容器を使用可能な状態にするまでに要する時間を短縮することが可能であり、かつ、充填容器に要求される耐熱性能を抑制することが可能である。

図１は、耐圧試験工程を説明する図である。 図２は、充填容器乾燥工程を説明する図である。 図３は、充填剤加熱工程を説明する図である。 図４は、充填剤投入工程を説明する図である。 図５は、充填剤追加加熱工程を説明する図である。

以下、本発明の実施形態に係る充填剤の充填方法について説明する。本実施形態に係る充填方法は、耐圧試験工程と、充填容器乾燥工程と、充填剤加熱工程と、充填剤投入工程と、充填剤追加加熱工程と、を含んでいる。また、本実施形態では、充填容器１０を図外のコールドボックスの内部に設置する前に、これらの工程が実施される。なお、本実施形態の充填容器１０はコールドボックスの内部に設置されるが、充填容器１０はコールドボックスの外部に設置されるものであってもよい。以下、上記の各工程について順に説明する。

耐圧試験工程は、充填容器１０の耐圧試験を実施する工程である。図１は、耐圧試験工程を説明する図である。ここで、耐圧試験工程の内容を説明する前に、充填容器１０の構成について説明する。本実施形態の充填容器１０は、液化水素製造設備のコールドボックスの内部に設置される装置である。充填容器１０には、充填剤４１（図４参照）として、水素ガスに含まれる不純物を取り除く吸着剤、又は、水素ガスの液化効率を向上させるオルソ−パラ変換を促すＯＰ触媒が充填される。なお、充填容器１０に充填される充填剤４１は、上記の吸着剤及びＯＰ触媒に限定されない。

また、本実施形態の充填容器１０は、円筒状の側壁部１１と、側壁部１１の軸方向一端側に位置し軸方向外側に凸の曲面を有する第１端部１２と、側壁部１１の軸方向他端側に位置し軸方向外側に凸の曲面を有する第２端部１３と、を有している。なお、本実施形態の充填容器１０は、一例として軸方向長さが約２メートル、直径が約４０センチメートルである。充填容器１０は、その内部に軸方向中央部分に位置する充填部１４を有している。充填部１４は、側壁部１１と２枚の仕切板１５とによって区画されている。各仕切板１５は、充填容器１０の内部の軸方向両端付近にそれぞれ位置し、充填容器１０の軸方向に対して垂直に配置されている。仕切板１５は、表面が網目状に形成されており、水素ガス及び後述の試験液３１は通過できる一方、充填剤４１は通過できないように構成されている。

第１端部１２には、充填容器１０の内部と連通する第１接続配管２０が設けられており、第１接続配管２０には第１開閉弁２１が設けられている。第２端部１３には、充填容器１０の内部と連通する第２接続配管２２が設けられており、第２接続配管２２には第２開閉弁２３が設けられている。側壁部１１には、充填容器１０の充填部１４と連通する複数（本実施形態では３つ）の充填配管２４が設けられており、各充填配管２４には充填弁２５が設けられている。

耐圧試験工程の説明に戻ると、図１に示すように、耐圧試験工程では第１接続配管２０を介して試験液供給ポンプ３０を充填容器１０に接続し、この状態で第２開閉弁２３及び各充填弁２５を閉止する。そして、第１開閉弁２１を開放して、試験液供給ポンプ３０から充填容器１０の内部に試験液（液体）３１を所定の圧力で供給する。これにより、充填容器１０の内部は試験液３１が満たされ、充填容器１０の内面には所定の圧力が加わる。この状態で、充填容器１０に変形がないか否かの確認を行う。充填容器１０に変形がなければ耐圧試験は合格であり、耐圧試験工程は終了する。

充填容器乾燥工程は、耐圧試験工程に引き続いて行われる工程であって、充填容器１０の内部に満たされていた試験液３１を抜き、充填容器１０の内部を乾燥させる工程である。図２は、充填容器乾燥工程を説明する図である。充填容器乾燥工程では、充填容器１０の内部に満たされていた試験液３１を抜いた後、図２に示すように第２接続配管２２を介して真空ポンプ３２を充填容器１０に接続し、この状態で第１開閉弁２１及び各充填弁２５を閉止する。そして、第１開閉弁２１を開放して乾燥ガスを供給する。その後、第２開閉弁２３を開放し、真空ポンプ３２で充填容器１０の内部の乾燥ガスを吸引して充填容器１０の内部を真空状態（外気圧より低い状態）とする。乾燥ガスの供給と吸引を繰り返すことで、充填容器１０の内部を乾燥させる。内部の乾燥が完了したら、内部を真空に保持する。

充填剤加熱工程は、補助容器４０を用いて充填剤４１を加熱する工程である。図３は、充填剤加熱工程を説明する図である。本実施形態の補助容器４０は充填剤４１を収容する円筒状の本体部４２と、本体部４２の上端部分に位置し本体部４２に対して着脱可能な天面部４３と、本体部４２の側面に設けられ本体部４２の内部と連通するノズル４４と、を有している。また、本体部４２は下方を閉じる下面部を有しており、当該下面部には本体部４２の内部と連通し、かつ、充填容器１０の充填配管２４（図１参照）に接続可能な接続部４５が設けられている。なお、接続部４５は、充填配管２４と接続しないときは図外のプラグ等により栓がされている。なお、本実施形態の補助容器４０は充填容器１０よりも容積が小さいが、補助容器４０は充填容器１０よりも容積が大きくてもよい。

充填剤加熱工程は、前述のとおり充填剤４１を加熱する工程であり、収容工程と、加熱工程と、密閉工程とが含まれる。このうち収容工程は、図３の（ａ）で示す工程であり、補助容器４０に充填剤４１を収容する工程である。具体的には、天面部４３を本体部４２から取外し、本体部４２の上方から補助容器４０（本体部４２）の内部に充填剤４１を投入する。

加熱工程は、図３の（ｂ）で示す工程であり、充填剤４１が収容された補助容器４０を加熱して充填剤４１を加熱する工程である。補助容器４０を加熱する際には、本体部４２に天面部４３を取り付ける。この状態で補助容器４０を加熱炉に入れて加熱する。これにより、充填剤４１に含まれていた水分がノズル４４を介して補助容器４０の外部に放出され、充填剤４１は乾燥する。また、充填剤４１がＯＰ触媒である場合、補助容器４０を加熱することにより、ＯＰ触媒の活性化が併せて行われる。

密閉工程は、図３の（ｃ）で示す工程であり、補助容器４０を加熱して充填剤４１を加熱した後、ノズル４４の先端にプラグ４６を取り付けて補助容器４０を密閉する工程である。この密閉工程を行うことにより、加熱された充填剤４１は外気に触れることなく補助容器４０に収容される。その結果、充填剤４１は補助容器４０の内部で乾燥した状態が維持される。

充填剤投入工程は、補助容器４０に収容された充填剤４１を充填容器１０に投入して充填する工程である。図４は、充填剤投入工程を説明する図である。充填剤投入工程は、図２で示す充填容器乾燥工程に引き続いて行われる。充填剤投入工程は、充填容器乾燥工程と同じように第２接続配管２２を介して充填容器１０と真空ポンプ３２を接続し、この状態で第１開閉弁２１及び各充填弁２５を閉止する。そして、第２開閉弁２３を開放して充填容器１０の内部の乾燥ガスを吸引して充填容器１０の内部を真空状態に保持する。このように、充填容器乾燥工程と充填剤投入工程は充填容器１０の内部を真空状態に保持する点で共通するため、充填容器乾燥工程から充填剤投入工程への移行は速やかに行うことができる。

さらに、充填配管２４を介して、充填容器１０と複数の補助容器４０を接続する。そして、充填容器１０の内部を真空状態に維持したまま、図４に示すように各充填弁２５を開放する。これにより、補助容器４０に収容された加熱済みの充填剤４１が充填容器１０に投入される。各補助容器４０に収容された充填剤４１を充填容器１０に吸入した後は、各充填弁２５を閉止し、各補助容器４０を充填容器１０から切り離す。そして、再度、充填剤４１を収容する補助容器４０を充填容器１０に接続して各充填弁２５を開放し、補助容器４０が収容する充填剤４１を充填容器１０に吸入させる。この作業を繰り返すことにより、充填容器１０に充填剤４１が充填される。この充填剤投入工程によれば、加熱が行われた充填剤４１が外気に触れることなく、つまり充填剤４１が外気に含まれる水分を吸収することなく、充填剤４１を充填容器１０に充填することができる。

充填剤追加加熱工程は、充填剤４１を充填容器１０に充填した後に、充填剤４１を再び加熱する工程である。図５は、充填剤追加加熱工程を説明する図である。図５で示すように、充填剤追加加熱工程では、第１接続配管２０を介して送風機５０及び加熱装置５１と充填容器１０を接続し、この状態で第２開閉弁２３を開放するとともに各充填弁２５を閉止する。そして、第１開閉弁２１を開放し、加熱装置５１で加熱した空気を送風機５０によって充填容器１０に供給する。これにより、充填容器１０の内部に所定温度以上の熱風が供給され、充填容器１０に充填された充填剤４１を加熱することができる。この工程を経ることにより、仮に充填剤４１の加熱が不十分であったとしても、充填剤４１に十分な加熱を行うことができる。

上記のとおり、充填剤追加加熱工程では、充填容器１０に充填された充填剤４１について加熱を実施しているが、充填容器１０に充填された充填剤４１は、充填剤加熱工程によって既に加熱が行われている。そのため、充填剤追加加熱工程を行うにあたり大量の熱風を供給する必要もない。よって、充填容器１０の内部に熱風を供給するのに大きな設備は不要である。なお、充填剤加熱工程において充填剤４１の加熱が十分に行われている場合には、この充填剤追加加熱工程は省略することができる。

以上が、本実施形態に係る充填剤の充填方法の説明である。本実施形態に係る充填剤の充填方法によれば、充填剤加熱工程は充填容器乾燥工程や充填剤投入工程と並行して行うことが可能である。そのため、充填容器１０を使用可能な状態にするまでに要する時間を短縮することが可能である。また、充填剤加熱工程では、補助容器４０ごとに充填剤４１の加熱が行われるため、充填容器１０の内部に熱風を供給する設備の省略又は縮小が可能である。さらに、充填容器１０の内部に熱風を供給する設備の省略又は縮小が行われることで、充填容器１０に要求される耐熱性能を抑制することが可能である。

また、以上で説明した充填剤の充填方法は、充填容器１０をコールドボックスに設置する前に実施されるが、充填容器１０をコールドボックスに設置した後の充填剤４１を交換する作業にも上記の充填方法を応用することができる。この場合、充填容器１０の耐圧試験工程は不要であるから、充填容器１０に充填されていた古い充填剤４１を取り出した後、充填剤加熱工程（収容工程、加熱工程、密閉工程）、充填剤投入工程、及び充填剤追加加熱工程を実施すればよい。これにより、充填容器１０が設置された状態で、新しい充填剤４１を充填容器１０に充填することができる。なお、この充填剤４１の交換を行う場合、充填容器１０が接続される配管に、真空ポンプ３２、送風機５０、及び加熱装置５１が接続可能な接続部を予め設けておけば、作業を速やかに進めることができる。

１０ 充填容器
１１ 側壁部
１２ 第１端部
１３ 第２端部
１４ 充填部
１５ 仕切板
２０ 第１接続配管
２１ 第１開閉弁
２２ 第２接続配管
２３ 第２開閉弁
２４ 充填配管
２５ 充填弁
３０ 試験液供給ポンプ
３１ 試験液（液体）
３２ 真空ポンプ
４０ 補助容器
４１ 充填剤
４２ 本体部
４３ 天面部
４４ ノズル
４５ 接続部
４６ プラグ
５０ 送風機
５１ 加熱装置

Claims (4)

1. 充填容器に充填剤を充填する充填剤の充填方法であって、
   補助容器に前記充填剤を収容する工程と、
   前記充填剤が収容された補助容器を加熱する工程と、
   前記充填剤を加熱した後に前記補助容器を密閉する工程と、
   加熱した充填剤を前記補助容器から前記充填容器に投入する工程と、を含む、充填剤の充填方法。
2. 前記充填剤を前記充填容器に投入する工程において、前記充填容器の内部を真空に保持した状態で、密閉した前記補助容器を前記充填容器に接続することにより、前記充填剤を前記充填容器に吸引し投入する、請求項１に記載の充填方法。
3. 前記充填剤を前記充填容器に吸引し投入する前において、
   前記充填容器の内部に液体を満たして前記充填容器の変形の有無を確認する工程と、
   前記充填容器の内部に満たされていた液体を抜き、前記充填容器の内部に乾燥ガスの供給と吸引を繰り返すことで前記充填容器の内部を乾燥させる工程と、を含む、請求項２に記載の充填剤の充填方法。
4. 前記充填剤を前記充填容器に充填した後に、前記充填容器の内部に所定温度以上の熱風を供給することで、前記充填容器に充填された充填剤をさらに加熱する工程を含む、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載の充填剤の充填方法。

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