JP2023069215A - 船舶用液化水素貯留方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 船舶に搭載された液化水素タンク内を液化水素が貯留される温度まで冷却する際に、液化水素が気化により消費される量を低減することができる船舶用液化水素貯留方法を提供する。【解決手段】 船舶用液化水素貯留方法は、船舶に搭載される液化水素タンクに液化水素を貯留するための船舶用液化水素貯留方法であって、液化水素タンクの上部から内部に挿通される配管を通じて冷媒を液化水素タンク内に導入して液化水素タンクを予冷却し、予冷却後の液化水素タンクに液化水素を導入する。【選択図】 図２

Description

本開示は、船舶に搭載された液化水素タンクに液化水素を貯留するための液化水素貯留方法に関する。

液化水素タンクに液化水素を導入する場合には、まず、液化水素タンク内の酸素および水分を除去する工程が必要である。この工程は、液化水素タンク内の酸素濃度を、可燃性の液化水素の燃焼条件よりも十分に下げること、および、液化水素タンク内が、液化水素が導入されることにより低温になった際、液化水素タンクに設けられる各種バルブ、または計器類等に残留水蒸気が凝結し、機能不全を生じないように、液化水素タンク内の露点を十分下げることを目的としている。

従来は、酸素および水分除去の工程の後、液化水素タンクに液化水素を導入しているが、液化水素の導入時において、液化水素タンク内は常温であるため、常温の液化水素タンク内に直接液化水素を導入すると、液化水素の貯留時に液化水素タンクに局部的な熱収縮による亀裂または変形等が生じる恐れがある。このような低温タンクの亀裂または変形等の問題に関し、例えば下記特許文献１には、低温タンクのクールダウン方法として、液化ガスの気化熱で低温タンクを冷却し、気化したガスを排出する工程を設けることが開示されている。

特開昭５４－４０３２７号公報

しかし、上記のような方法を液化水素タンクへの液化水素の導入に適用しても、液化水素の導入開始後も液化水素タンクが十分に冷却されるまでは、液化水素を液化水素タンク内に貯留することができず、気化した水素ガスが外部に排出され、消費されてしまう。

特に、液化水素タンクの容量を大きくしようとすると、液化水素タンク内の冷却のために消費される液化水素の量が増大する。液化水素は、流通量が少なく、単価が高いため、液化水素によって液化水素タンクを冷却する従来の態様は、コストの低減を図ることができない。また、このような液化水素は、可燃性であるため、気化した水素ガスは安全に燃焼設備で処理する必要があり、タンク内の冷却時に発生する水素ガス量を抑制することが望ましい。また万が一、タンクの圧力が設計圧力以上に上昇した場合や燃焼できない場合には大気放出する必要があるが、その放出量を抑制することが望ましい。

また、船舶に液化水素タンクを搭載し、液化水素を海上輸送することが検討されている。船舶に搭載された液化水素タンクは、安全性を担保するための制約がより大きくなる。

そこで本開示は、船舶に搭載された液化水素タンク内を液化水素が貯留される温度まで冷却する際に、液化水素が気化により消費される量を低減することができる船舶用液化水素貯留方法を提供することを目的とする。

本開示の一形態に係る船舶用液化水素貯留方法は、船舶に搭載される液化水素タンクに液化水素を貯留するための船舶用液化水素貯留方法であって、前記液化水素タンクの上部から内部に挿通される配管を通じて冷媒を前記液化水素タンク内に導入して前記液化水素タンクを予冷却し、予冷却後の前記液化水素タンクに前記液化水素を導入する。

本開示によれば、船舶に搭載された液化水素タンク内を液化水素が貯留される温度まで冷却する際に、液化水素が気化により消費される量を低減することができる船舶用液化水素貯留方法を提供できる。

図１は、本開示の一実施の形態における船舶の概略構成を示す図である。 図２は、図１に示す船舶における液化水素タンクへの配管制御系統を示す模式図である。 図３は、図１に示す船舶における液化水素貯留方法を示すフローチャートである。 図４は、本実施の形態における船舶の航行イメージを示す図である。

以下、図面を参照しながら一実施の形態について説明する。なお、全ての図を通じて、同一のまたは対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。

図１は、本開示の一実施の形態における船舶の概略構成を示す図である。図１に示すように、船舶１００は、船体１１０に搭載される複数の液化水素タンク１を備えている。図１の例では４つの液化水素タンク１が船体１１０の長手方向に並んで配置されている。液化水素タンク１は、液化水素を貯留するタンク本体１Ａと、タンク本体１Ａから上方に突出するドーム１Ｂとを含む。ただし、タンクの形式や数は限定されない。

本実施の形態において、ドーム１Ｂは、タンク本体１Ａの頂部から上方に突出している。ドーム１Ｂは、作業者が内部に入れるようなメンテナンスハッチを備えている。さらに、タンク本体１Ａの内部と外部とを連通する各種配管がドーム１Ｂを通っている。

タンク本体１Ａの下方は、船体１１０内に設置される。タンク本体１Ａの上方は、タンクカバー１２０により覆われている。タンクカバー１２０は、ドーム１Ｂが貫通する開口１２０Ａを有している。これにより、液化水素タンク１は、ドーム１Ｂを除いて外部に対して被覆されている。

図２は、図１に示す船舶における液化水素タンクへの配管制御系統を示す模式図である。図２に示すように、船舶１００は、液化水素タンク１の内部空間１３に液化水素を貯留する。なお、図面において、液化水素はＬＨ_２と表記される。船舶１００は、液化水素を内部空間１３に充填する前に、液化水素タンク１の内部空間１３に存在する酸素および水分を除去し、内部空間１３を冷却する機能を有している。

液化水素タンク１は、断熱性を高めるため、二重殻構造を有している。タンク本体１Ａは、外槽１１と、外槽１１に収容されて内部空間１３を形成する内槽１２とを有している。一例として、タンク本体１Ａは球状に形成される。すなわち、外槽１１および内槽１２の何れも球状に形成される。外槽１１の内面と内槽１２の外面との間には、槽間空間１４が形成される。槽間空間１４は、真空状態に維持され、内部空間１３を液化水素タンク１の外部に対して真空断熱する。ドーム１Ｂも、同様に、二重殻構造を有している。ただし、タンク本体１Ａやドーム１Ｂの構造や防熱方式は上記に限定されない。

外槽１１および内槽１２は、いずれも耐圧壁で構成されている。例えば、外槽１１は、大気圧と槽間空間１４の圧力との間の差圧に耐えるために内槽１２よりも耐圧性能が高く構成されている。ただし、内槽１２が外槽１１よりも耐圧性能が高く構成されていてもよい。槽間空間１４には、外槽１１の内面と内槽１２の外面とに架け渡される複数のロッドが設けられていてもよい。

船舶１００は、液化水素タンク１に液化水素を導入する第１導入部２を備えている。第１導入部２は、外部から液化水素を引き込むマニホールド２１と、液化水素タンク１内において、引き込んだ液化水素を吐出する吐出口２２と、マニホールド２１と吐出口２２との間に配設される第１配管２３と、を備えている。吐出口２２は、液化水素タンク１の内部空間１３の上部に配設される。吐出口２２は、液化水素タンク１の内部空間１３内の所定範囲に液化水素を噴霧するためのスプレーノズル形状や小径の穴を有している。

第１配管２３は、第１開閉弁２４により、液化水素の流通または不通が切り替えられる。したがって、マニホールド２１に船外の液化水素導入系統を接続し、第１開閉弁２４を開放することにより、第１配管２３および吐出口２２を通じて液化水素タンク１の内部空間１３内に液化水素が供給される。

本実施の形態において、第１導入部２は、液化水素タンク１に液化窒素を導入する導入部としても機能する。なお、図面において、液化窒素はＬＮ_２と表記される。マニホールド２１に船外の液化窒素導入系統を接続し、第１開閉弁２４を開放することにより、第１配管２３および吐出口２２を通じて液化水素タンク１の内部空間１３内に液化窒素が供給される。

さらに、船舶１００は、液化水素タンク１に液化水素を気化させた低温水素ガスを導入する第２導入部３を備えている。なお、図面において、低温水素ガスは、ＧＨ_２と表記される。第２導入部３は、マニホールド２１から引き込んだ液化水素を気化させる気化器２５と、マニホールド２１と吐出口２２との間に配設される第２配管２６と、を備えている。すなわち、気化器２５で生成された低温水素ガスは、吐出口２２から液化水素タンク１内に吐出される。

本実施の形態において、第１配管２３および第２配管２６は、液化水素タンク１の外部において集合するように第３配管２８に接続される。第３配管２８は、ドーム１Ｂを通じてタンク本体１Ａの上方から液化水素タンク１の内部空間１３に挿通される。これに代えて、液化水素または液化窒素の吐出口２２とは別に、低温水素ガス専用の吐出口が設けられてもよい。気化器２５と吐出口２２とは、第２配管２６により接続されている。

第２配管２６は、第２開閉弁２７により、低温水素ガスの流通または不通が切り替えられる。したがって、マニホールド２１に船外の液化水素導入系統を接続し、第２開閉弁２７を開放することにより、気化器２５、第２配管２６、吐出口２２を通じて液化水素タンク１の内部空間１３内に低温水素ガスが供給される。

さらに、船舶１００は、液化水素タンク１の内部空間１３内の気体を排出するための排出配管３２を備えている。排出配管３２を流通する気体は、酸素、窒素、または水素を含む。なお、図面において、窒素ガスはＧＮ_２と表記される。排出配管３２は、一端部が液化水素タンク１の内部空間１３の上部に位置し、他端部が外部に位置するように、配設される。船舶１００は、排出配管３２内の酸素濃度を計測する第１計測器３３および排出配管３２内の水素濃度を計測する第２計測器３４を備えている。排出配管３２は、第３開閉弁３５により、気体の流通または不通が切り替えられる。なお、排出配管３２は、排出する気体ごとに異なる配管としてもよい。

船舶１００は、流通させる配管を切り替えるための制御器５を備えている。制御器５は、計測器３３，３４における計測結果を取得し、その結果に基づいて、開閉弁２４，２７，３５の開閉制御を行う。制御器５は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリおよびＩ／Ｏインターフェース等を有する処理回路として構成される。

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、または手段はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアまたはプロセッサの構成に使用される。

図３は、図１に示す船舶における液化水素貯留方法を示すフローチャートである。本実施の形態における液化水素の貯留方法の開始時点において、液化水素タンク１の内部空間１３は、常温で、酸素、窒素および水蒸気等が存在している。また、事前に、内部空間１３の露点温度が所定値になるように、内部空間１３の圧力が調整される。

まず、ステップＳ１として、液化窒素を用いて液化水素タンク１内を予冷却する予冷却工程が行われる。予冷却工程において、制御器５は、マニホールド２１に船外の液化窒素導入系統が接続された状態で、第２開閉弁２７を閉弁するとともに、第１開閉弁２４および第３開閉弁３５を開弁する。これにより、液化窒素導入系統、第１配管２３および液化水素タンク１の上部から内部に挿通される第３配管２８を通じて液化窒素が液化水素タンク１内に導入される。これにより、液化水素タンク１が予冷却される。さらに、液化水素タンク１内に導入される液化窒素により、液化水素タンク１内の酸素および水分が除去される。

予冷却工程において導入された液化窒素および内部空間１３を冷却することにより気化した低温の窒素ガスは、内部空間１３内の残存空気、すなわち、常温の酸素および窒素より比重が大きい。このため、液化窒素および低温の窒素ガスは、内部空間１３の底部から溜まっていき、残存空気を上方へ押し上げる。そのため、内部空間１３の上部に設けられた排出配管３２から残存空気が排出され、効率的な酸素除去が行われる。

なお、所定量の液化窒素が液化水素タンク１内に導入された場合に、第１開閉弁２４を閉弁し、マニホールド２１と液化窒素導入系統との接続を解除してもよい。この場合、船舶１００は、液化窒素を液化水素タンク１内に貯留した状態で航行可能となる。

酸素の除去が完了した状態、例えば、酸素濃度が所定の第１基準値Ｔｈ１未満となった状態において、内部空間１３は、導入された液化窒素がその内部空間１３との熱交換によって気化することによって生じた低温の窒素ガス雰囲気となる。この際、内部空間１３の温度は、窒素の沸点よりある程度高い第１予冷温度となる。第１予冷温度は、例えば約－１８０℃である。

制御器５は、ステップＳ２において、第１計測器３３で計測される酸素濃度が第１基準値Ｔｈ１未満となったかどうかを判定する。第１基準値Ｔｈ１は、内部空間１３における酸素濃度が液化水素の燃焼条件よりも十分に低いときの値に設定される。なお、第１基準値Ｔｈ１を設定するための燃焼条件は、内部空間１３において予め設定された露点温度に応じて定められる。

第１計測器３３で計測される酸素濃度が第１基準値Ｔｈ１未満となった場合、ステップＳ２でＹｅｓと判定され、ステップＳ３に遷移する。ステップＳ３は、液化水素タンク１の内部空間１３における低温の窒素ガスを除去する窒素除去工程である。窒素除去工程において、制御器５は、マニホールド２１に船外の液化水素導入系統と接続した状態で、第１開閉弁２４を閉弁し、第２開閉弁２７および第３開閉弁３５を開弁する。気化器２５は、マニホールド２１から導入された液化水素を気化し、所定温度の低温水素ガスとして生成する。気化器２５で生成された低温水素ガスは、第２配管２６および第３配管２８を通じて液化水素タンク１内に導入される。低温水素ガスが液化水素タンク１内に導入されることにより、液化水素タンク１の内部空間１３の窒素ガスが排出配管３２を通じて外部に排出される。したがって、内部空間１３の窒素ガスが除去される。

低温水素ガスの温度は、予冷却工程終了時の温度を含む所定範囲内の温度である。例えば、予冷却工程終了時の温度が－１８０℃である場合、低温水素ガスの温度は、－１８０±１０℃に設定される。これにより、酸素除去時の温度とその後の窒素除去時の温度との差が小さくなるため、液化水素タンク１内の冷却状態を維持しつつ窒素の液化または固化を防止することができる。

窒素の除去が完了した状態、例えば、水素濃度が所定の第２基準値Ｔｈ２より高くなった状態で、内部空間１３は、その内部空間１３に導入された低温水素ガス雰囲気となる。この際、内部空間１３の温度は、低温水素ガスの導入温度と同等あるいはこれよりある程度高い第２予冷温度となる。第２予冷温度は、例えば約－１８０℃～－１６０℃である。

制御器５は、ステップＳ４において、第２計測器３４で計測される水素濃度が第２基準値Ｔｈ２より高くなったかどうかを判定する。第２基準値Ｔｈ２は、内部空間１３における窒素濃度が十分に低いときの値に設定される。

第２計測器３４で計測される水素濃度が第２基準値Ｔｈ２より高くなった場合、ステップＳ４でＹｅｓと判定され、ステップＳ５に遷移する。ステップＳ５は、酸素および窒素が除去された予冷後の液化水素タンク１の内部空間１３に液化水素を導入する液化水素導入工程である。制御器５は、窒素除去工程における状態から第２開閉弁２７を閉弁する一方、第１開閉弁２４を開弁する。これにより、液化水素導入系統、第１配管２３および液化水素タンク１の上部から内部に挿通される第３配管２８を通じて液化水素タンク１の内部空間１３に液化水素が導入される。液化水素が液化水素タンク１内に導入されることにより、液化水素タンク１の内部空間１３の低温水素ガスが排出配管３２を通じて外部に排出されるとともに、内部空間１３に液化水素が貯留される。

液化水素は、内部空間１３の上部に設けられた第１吐出口２２から噴霧される。内部空間１３の上部から導入された液化水素は、内部空間１３内を、液化水素が貯留可能な温度、すなわち、液化水素の沸点の温度である－２５２．６℃近傍の液化水素貯留温度までさらに冷却する。

内部空間１３が、液化水素が貯留可能な温度近傍まで冷却されることにより、液化水素が気化することなく内部空間１３内に貯留される。

上記方法によれば、船舶１００に搭載された液化水素タンク１に液化水素を導入する前に、液化水素タンク１の上部から内部に挿通される配管２３，２８を通じて液化窒素が液化水素タンク１内に導入されることにより、液化水素タンク１内が予め冷却される。このため、液化水素タンク１に液化水素を導入する際、液化水素タンク１を冷却するために消費される液化水素の量が低減する。したがって、液化水素タンク１内を液化水素が貯留される温度まで冷却する際に、液化水素が気化により消費される量を低減することができる。また、上記方法によれば、液化水素タンク１内が段階的に冷却されるため、液化水素タンク１の局部的な熱収縮をより生じ難くさせることができる。また、液化水素タンク１内を、常温から液化窒素の沸点に近い第１予冷温度まで冷却するために、液化窒素を用いることで、常温から第１予冷温度までの冷却に液化水素または低温水素ガスを用いる場合に比べて、冷媒の製造コストを含む冷却効率をより高くすることができる。

また、船舶１００に搭載される液化水素タンク１は安全上、液化水素を導入する配管と液化水素タンク１との接続が船外の暴露空間となるよう、上部のドーム１Ｂはタンクカバー１２０から突出しており、ドーム１Ｂを除く他の部分は船体１１０およびタンクカバー１２０に覆われている。液化水素タンク１の内部空間１３への接続経路が、上部のドーム１Ｂに限定されることにより、万一、ドーム１Ｂおよびその周囲配管などの付帯設備から可燃性の水素が漏出した場合でも、船外に拡散し易くなり、船舶１００に可燃性の水素が滞留することを抑制することができる。このような船舶１００上の制約に対して、液化水素タンク１の上部から内部に挿通される配管２３，２８を通じて液化窒素を導入することにより、船舶１００に搭載される液化水素タンク１の安全上の制約を守りつつ液化水素タンク１の予冷却を実現することができる。

さらに、上記方法によれば、液化窒素が導入された後、液化水素を導入する前に、液化水素を気化させた低温水素ガスが導入されることにより、酸素除去の際に気化した窒素が除去される。これにより、窒素の除去に液化水素を使用する必要がなくなるため、液化水素の消費を抑えることができる。

さらに、従来のように、液化水素タンク１内の酸素を除去するために常温の窒素を導入し、その後、液化水素を導入して窒素を除去する場合では、液化水素タンク１内に充満している窒素の一部が急速に冷却されて窒素が局部的に固化または液化する恐れがある。窒素が液化水素タンク１内で固化または液化すると、固化または液化した窒素が生じた箇所で液化水素タンク１の局部的な熱収縮が生じ易くなる。これに対し、上記方法によれば、液化水素タンク１内の酸素を除去するために液体窒素を導入するため、低温水素ガスが導入される段階の液化水素タンク１内には低温の窒素ガスが充満していることになる。このため、低温水素ガスの導入による窒素の急冷を抑制し、窒素が局部的に固化または液化することを防止することができる。

また、液化水素タンク１内が常温または常温に近い温度にあるときに液化水素より高い温度の液化窒素を導入することにより、液化水素が直接液化水素タンク１の内面に接触することによって生じる熱衝撃を抑制することができる。また、液化水素を導入する前に液化窒素を導入することにより、直接液化水素が導入される場合に比べて液化水素タンク１が急冷されるのを抑制することができる。したがって、液化水素タンク１への冷却によるダメージを低減することができる。

従来方法のように、液化水素を用いて液化水素タンク１の内部空間１３を常温の状態から冷却する場合、液化水素貯留温度まで冷却するのに必要な液化水素量は、内部空間１３の容積が大きくなるほど増大する。一方、本実施の形態によれば、液化水素貯留温度まで冷却するのに必要な液化水素量は、例えば従来方法の１／５程度に抑えられると考えられる。

なお、本実施の形態においては、窒素の必要量が従来方法に対して増大するが、液化水素の製造コストおよび維持管理コストに比べれば、窒素、特に液化窒素の導入コストの方が低く、システム全体として低コスト化を実現することができる。

また、液化水素タンク１が大型化すればするほど、従来方法では液化水素の大気放出量が増大し、無視できなくなる。また、液化水素タンク１が大型化すればするほど、従来方法では上述した窒素の固化または液化の問題が顕在化する。これに対し、本実施の形態における導入態様であれば、液化水素タンク１が大型化しても、水素の大気放出量の増大を有効に抑制することができ、また、窒素の固化または液化を防止することができる。したがって、液化水素タンク１を大型化しても、液化水素の消費量の増大を抑制し、かつ、液化水素タンク１内を適切に冷却することができる。

上述したように、上記予冷却工程は、船舶１００の航行中に実施可能である。図４は、本実施の形態における船舶の航行イメージを示す図である。例えば、船舶１００は、船舶１００で運ばれた液化水素を受領する第１港Ｐ１と船舶１００に液化水素を供給する第２港Ｐ２との間を航行する。例えば、第２港Ｐ２は、荷役基地等の液化水素が貯留される陸上の液化水素貯留施設Ｆ２を有する。液化水素貯留施設Ｆ２は、上述した船外の液化水素導入系統に相当する。

船舶１００が第２港Ｐ２に停泊している間、少なくとも水素ガスを用いた窒素除去工程および液化水素導入工程が行われる。第２港Ｐ２で液化水素タンク１に液化水素が導入された船舶１００は、液化水素タンク１に液化水素が貯留された状態で第２港Ｐ２から第１港Ｐ１へ航行する。液化水素の受領地である第１港Ｐ１では液化水素タンク１に貯留された液化水素が取り出され、第１港Ｐ１から第２港Ｐ２への航行中は、船舶１００の液化水素タンク１は空荷の状態となる。

液化水素貯留施設Ｆ２は、数が限られるため、船舶１００が第２港Ｐ２に停泊する期間、すなわち、一の船舶１００が第２港Ｐ２を占有する期間は、短いことが望まれる。一方、船舶１００が第２港Ｐ２に到着した時点で液化水素タンク１の内部空間１３が常温あるいは所定の液化水素を積荷できる温度よりも高い温度である場合、これらの２つの工程に加えて、上記予冷却工程をも第２港Ｐ２にて実施する必要が生じる。

そこで、第１港Ｐ１から第２港Ｐ２への航行中に、予冷却工程が実施され得る。すなわち、船舶１００は、液化水素タンク１内に液化窒素が導入された状態で第２港Ｐ２まで航行する。例えば、第１港Ｐ１に液化窒素貯留施設Ｆ１を有していれば、船舶１００が第１港Ｐ１に停泊している間に、液化水素タンク１内に液化窒素を導入する。液化窒素貯留施設Ｆ１は、上述した船外の液化窒素導入系統に相当する。

これによれば、液化水素タンク１に液化水素を供給する液化水素貯留施設Ｆ２のある第２港Ｐ２に到着するまでに、液化水素タンク１の内部空間１３が予め冷却されため、船舶１００が第２港Ｐ２に到着してから液化水素タンク１に液化水素を導入するまでの期間を短縮することができる。また、船舶１００が海上を航行している間に予冷却を行うため、第１港Ｐ１で液化窒素を導入した後、予冷却を行う間、第１港Ｐ１で停泊し続ける必要がない。したがって、第１港Ｐ１と第２港Ｐ２との間の液体水素の運搬周期を短縮することができる。

なお、液化窒素を液化水素タンク１に導入する場所は、液化水素を受領する第１港Ｐ１でなくてもよい。例えば、第１港Ｐ１および第２港Ｐ２とは異なる第３港に停泊した際に液化水素タンク１に液化窒素を導入してもよい。この場合、船舶１００は、第１港Ｐ１から第３港までは空荷の状態で航行する。船舶１００は、第３港で液化水素タンク１に液化窒素が導入され、第３港から第２港Ｐ２へ液化窒素による予冷却を行いながら航行する。船舶１００が第２港Ｐ２に到着後、液化水素タンク１に液化水素が導入される。船舶１００は、第２港Ｐ２から第１港Ｐ１へ航行することにより、第２港Ｐ２から第１港Ｐ１へ液化水素が運搬される。

また、液化窒素を液化水素タンク１に導入する場所は、港に固定された液化窒素貯留施設Ｆ１でなくてもよい。例えば、液化窒素貯留施設Ｆ１のない港において、ローリー車等の液化窒素運搬車で港まで運搬された液化窒素や他の船舶で運搬された液化窒素が液化水素タンク１に導入されてもよい。また、液化窒素貯留施設Ｆ１または液化水素貯留施設Ｆ２は、陸上に設置されてもよいし、海上に設置されてもよい。

通常、船舶１００は２.５年や５年ごとに定期メンテナンスを実施する。その場合は、メンテナンスを行うドックに入渠する。入渠前にはウォームアップし、液化水素タンク１内を窒素ガス雰囲気、あるいは空気雰囲気とする。入渠後、再び積荷を実施する場合は、液化水素タンク１内を窒素ガスで置換し、さらに水素ガスで置換した後、クールダウンを行う必要がある。本実施の形態によれば、液化窒素が導入される第３港にて液化窒素を導入することにより、窒素ガスで置換しつつ予冷却を実施し、その後、第２港Ｐ２にて液化水素でのクールダウンを実施できる。

また、船舶１００に複数の液化水素タンク１が搭載される場合には、第３港において一の液化水素タンク１を液化窒素で予冷却し、さらに当該液化水素タンク１に液化窒素を貯留してもよい。さらに、船舶１００が第３港から第２港Ｐ２までの航行中に、液化窒素が貯留された一の液化水素タンク１から他の液化水素タンク１へ液化窒素を供給し、当該他の液化水素タンク１内に液化窒素を噴霧することにより、他の液化水素タンク１の予冷却を実施してもよい。

また、液化水素の導入前に必ずしも液化窒素による予冷却を実施しなくてもよい。例えば、船舶１００の建造後または定期メンテナンス終了後、液化水素を導入する前の状態において、第３港で液化窒素を導入して予冷却を行い、第２港Ｐ２にて液化水素でのクールダウンが行われる。一方、第２港Ｐ２で液化水素を導入した後、次回の定期メンテナンスまでの期間において、船舶１００は、液化窒素による予冷却を行うことなく、第１港Ｐ１と第２港Ｐ２との間で液化水素の運搬を複数回行ってもよい。

また、船舶１００は、液化水素タンク１内に液化窒素が貯留された状態で、海上で所定期間停泊していてもよい。例えば、液化窒素貯留施設Ｆ１が設置される港が第２港Ｐ２に近い場合、第２港Ｐ２の近海等において予冷却が完了するように停泊してもよい。例えば、停泊期間は、予冷却工程の終了時における液化水素タンク１の内部空間１３の想定温度と、液化窒素による内部空間１３における単位時間あたりの温度減少率と、船舶１００の停泊地点から第２港Ｐ２までの距離とに基づいて、設定される。

また、船舶１００が液化窒素を貯留する液化窒素タンクを備えていてもよい。第１港Ｐ１に停泊中に液化窒素が液化水素タンク１に導入されるのに加えて、または、これに代えて、液化窒素を貯留した状態での航行中に、所定のタイミングで、液化窒素タンクからマニホールド２１、第１配管２３および第３配管２８を通じて吐出口２２から液化窒素を噴霧してもよい。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記実施の形態においては、液化水素を流通させる第１配管２３に液化窒素を流通させる例を示した。すなわち、上記実施の形態においては、液化水素の流通配管と液化窒素の流通配管とを共通の配管としたがこれに限られない。例えば、液化水素の流通配管と液化窒素の流通配管とがそれぞれ独立して配設されてもよい。また、上記実施の形態においては、排出配管３２の端部が液化水素タンク１内の上部に位置する態様を例示したが、排出配管３２の端部の位置は、これに限られない。また、窒素ガス、酸素ガス、水素ガスを排出する排出配管３２に代えて、窒素ガスおよび酸素ガスを排出する配管と水素ガスを排出する配管とがそれぞれ独立して配設されてもよい。この場合、各排出配管の端部の位置が互いに異なっていてもよい。例えば、窒素導入時において残存空気を排出するための排出配管の端部が液化水素タンク１内の上部に位置し、水素導入時において窒素ガスを排出するための排出配管の端部が液化水素タンク１内の下部に位置してもよい。

また、上記実施の形態においては、吐出口２２から液化水素タンク１の内部空間１３内に液化窒素または液化水素が噴霧される態様を例示したがこれに限られない。例えば、液化窒素または液化水素の流通配管は、吐出口２２とは別の吐出口を備えていてもよい。吐出口２２から液化窒素または液化水素の噴霧を行わない場合は、液化窒素または液化水素が別の吐出口から吐出されるようにしてもよい。

また、上記実施の形態においては、液化窒素がマニホールド２１を介して船外の液化窒素導入系統から導入される態様を例示したが、これに限られない。例えば、船舶１００に液化窒素を貯留する液化窒素タンクを搭載し、液化窒素タンクから液化水素タンク１に液化窒素を導入してもよい。例えば、船舶１００に搭載される液化窒素タンクは、液化水素タンク１より小さくてもよい。

また、上記実施の形態においては、窒素除去工程で導入される低温水素ガスを、液化水素を気化器２５で気化して生成しているが、これに限られない。例えば、別の設備等において液化水素を冷媒として使用する場合、その設備において液化水素と冷却対象との熱交換によって生じた低温水素ガスを、第１配管２３から液化水素タンク１の内部空間１３に導入してもよい。この場合、気化器２５、第２配管２６および第２開閉弁２７はなくてもよい。

また、上記実施の形態においては、酸素濃度を計測する第１計測器３３が排出配管３２内に設けられているが、第１計測器３３は、内部空間１３内に設けられてもよい。同様に、上記実施の形態においては、水素ガス濃度を計測する第２計測器３４が排出配管３２内に設けられているが、第２計測器３４は、内部空間１３内に設けられてもよい。

また、上記実施の形態においては、液化水素タンク１の内部空間１３が常温かつ酸素、窒素および水蒸気等が存在している状態から液化窒素を導入する予冷却工程を開始する態様を例示したが、これに限られない。例えば、液化窒素を導入する前に窒素ガスを導入することにより、予冷却工程の前に酸素除去が行われてもよい。

また、上記実施の形態においては、液化窒素を導入した後、液化水素を導入する前に、低温水素ガスを導入する態様を例示したが、低温水素ガスの導入は行われなくてもよい。また、液化窒素による予冷却の代わりに、低温窒素ガスによる予冷却が実施されてもよい。すなわち、予冷却に用いられる冷媒は、液化窒素でもよいし、低温窒素ガスでもよい。

また、上記実施の形態においては、球状の液化水素タンク１を例示したが、液化水素タンク１の形状は、円筒状、角型状等、特に限定されない。また、液化水素タンク１のタイプも、例えば、自立球方式等、特に限定されない。

また、上記実施の形態においては、液化水素タンク１内に液化水素を貯留するために、液化水素タンク１内を冷却する態様について例示したが、反対に、液化水素タンク１内を温めて液化水素タンク１の内部空間１３を窒素雰囲気に戻す際に窒素ガスを供給してもよい。例えば、液化水素タンク１内に残存する水素ガスを排出配管３２から取り出し、再度マニホールド２１から第２配管２６に流通させて熱交換器である気化器２５により温めた水素ガスを液化水素タンク１内に再導入する。液化水素タンク１の内部空間１３の温度が、窒素が液化しない温度まで上昇した後、液化水素タンク１内に窒素ガスを導入する。これにより、液化水素タンク１の内部空間１３内を水素雰囲気から窒素雰囲気に置換しつつ温めることができる。このように、メンテナンス時等における液化水素タンク１内のウォームアップを、水素ガスによって常温付近まで温めるのではなく、窒素ガスを用いることでウォームアップと水素ガスから窒素ガスへのガス置換工程とを同時に実施することができるため、タンク内をウォームアップし窒素ガス雰囲気にするまでの工程を迅速に行うことができる。なお、ウォームアップに用いる水素ガスまたは窒素ガスの加温は気化器２５に限定されず、船舶１００内の他の加熱器によって行われてもよい。

［本開示のまとめ］
本開示の一態様に係る船舶用液化水素貯留方法は、船舶に搭載される液化水素タンクに液化水素を貯留するための船舶用液化水素貯留方法であって、前記液化水素タンクの上部から内部に挿通される配管を通じて冷媒を前記液化水素タンク内に導入して前記液化水素タンクを予冷却し、予冷却後の前記液化水素タンクに前記液化水素を導入する。

上記方法によれば、船舶に搭載された液化水素タンクに液化水素を導入する前に、液化水素タンクの上部から内部に挿通される配管を通じて冷媒が液化水素タンク内に導入されることにより、液化水素タンク内が予め冷却される。このため、液化水素タンクに液化水素を導入する際、液化水素タンクを冷却するために消費される液化水素の量が低減する。したがって、液化水素タンク内を液化水素が貯留される温度まで冷却する際に、液化水素が気化により消費される量を低減することができる。

また、船舶に搭載される液化水素タンクは、安全上、上部を除く全体が覆われている。このような船舶上の制約に対して、液化水素タンクの上部から内部に挿通される配管を通じて冷媒を導入することにより、船舶に搭載される液化水素タンクの安全上の制約を守りつつ液化水素タンク１の予冷却を実現することができる。

前記冷媒は、液化窒素であってもよい。また、前記冷媒は、前記液化窒素を気化させた低温窒素ガスであってもよい。

前記液化窒素または前記低温窒素ガスの導入後かつ前記液化水素を導入する前に、前記液化水素を気化させた低温水素ガスを導入してもよい。液化窒素または低温窒素ガスが導入された後、液化水素を導入する前に、低温水素ガスが導入されることにより、酸素除去の際に気化した窒素が除去される。これにより、窒素の除去に液化水素を使用する必要がなくなるため、液化水素の消費を抑えることができる。

前記船舶は、前記液化水素タンク内に前記冷媒が導入された状態で前記液化水素が貯留される液化水素貯留施設まで航行し、前記液化水素貯留施設において前記液化水素タンクに前記液化水素を導入してもよい。

これによれば、液化水素タンクに液化水素を供給する液化水素貯留施設に到着するまでに、液化水素タンクの内部空間が予め冷却されため、船舶が液化水素貯留施設に到着してから液化水素タンクに液化水素を導入するまでの期間を短縮することができる。また、船舶が海上を航行している間に予冷却を行うため、液化水素の受領地と供給地との間での液体水素の運搬周期を短縮することができる。

前記船舶が前記液化水素貯留施設とは別の場所に停泊している間に、前記液化水素タンク内に前記冷媒を導入してもよい。液化水素貯留施設とは別の場所で冷媒が液化水素タンクに導入されるため、液化水素貯留施設での停泊期間を短くすることができる。

１ 液化水素タンク
２３ 第１配管
２６ 第２配管
２８ 第３配管
１００ 船舶
Ｆ１ 液化窒素貯留施設
Ｆ２ 液化水素貯留施設

Claims (6)

1. 船舶に搭載される液化水素タンクに液化水素を貯留するための船舶用液化水素貯留方法であって、
   前記液化水素タンクの上部から内部に挿通される配管を通じて冷媒液化窒素を前記液化水素タンク内に導入して前記液化水素タンクを予冷却し、
   予冷却後の前記液化水素タンクに前記液化水素を導入する、船舶用液化水素貯留方法。
2. 前記冷媒は、液化窒素である、請求項１に記載の船舶用液化水素貯留方法。
3. 前記冷媒は、前記液化窒素を気化させた低温窒素ガスである、請求項１に記載の船舶用液化水素貯留方法。
4. 前記液化窒素または前記低温窒素ガスの導入後かつ前記液化水素を導入する前に、前記液化水素を気化させた低温水素ガスを導入する、請求項２または３に記載の船舶用液化水素貯留方法。
5. 前記船舶は、前記液化水素タンク内に前記冷媒が導入された状態で前記液化水素が貯留される液化水素貯留施設まで航行し、
   前記液化水素貯留施設において前記液化水素タンクに前記液化水素を導入する、請求項１から４の何れかに記載の船舶用液化水素貯留方法。
6. 前記船舶が前記液化水素貯留施設とは別の場所に停泊している間に、前記液化水素タンク内に前記冷媒を導入する、請求項５に記載の船舶用液化水素貯留方法。
   
   

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