JP2023089027A - 容器を排出口へ連結するための弁のための流体制御システムを備えた容器を空にするための排出システム - Google Patents

Abstract

【課題】加圧流体のための装置の排出システムを、時機が適当でなく、そして悪意で作動させることを回避させ、排出システムの制限のない使用を可能とする。【解決手段】排出システムは、加圧流体を含む少なくとも１つの容器を空にすることが意図されており、その流体を容器の外に排出するための排出口、ならびに容器を排出口に連結するための排出弁を含み、前記排出弁をその閉鎖配置に戻すための戻し部材、およびその排出弁のその開放配置への動きを、作動流体の排出弁への動作によって制御するための流体制御システムを含む。制御システムは、その容器の周りの危険区域の外側に配置された操作ステーション、ならびにその排出弁について、操作ステーションを排出弁へと流体的に連結する流体パイプを含む。操作ステーションは、制御システムに作動流体を供給するための装置の、この流体パイプに連結するための少なくとも１つの可逆的な自由連結を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、加圧された流体を含む少なくとも１つの容器を空にするための排出システムに関し、この排出システムは、その、もしくはそれぞれの容器について、その流体をその容器の外に排出するための排出口、およびその容器をその排出口へと連結するための排出弁を含んでおり、その排出弁は、その排出弁が、その容器をその排出口へと流体連結する開放配置ならびに、その容器およびその排出口が、その排出弁によって互いに流体的に分離された閉鎖配置の間で可動であり、この排出システムは、その、もしくはそれぞれの排出弁について、この排出弁を閉鎖配置へと戻すための戻し部材、およびその、もしくはそれぞれの排出弁の、作動液のその排出弁への動作による開放配置への動きを制御するための流体制御システムを、更に含んでおり、この制御システムは、その、もしくはそれぞれの容器の周りの危険区域の外に配置された操作ステーション、ならびにその、もしくはそれぞれの排出弁について、その操作ステーションを排出弁へと流体連結する流体パイプを含んでいる。

また、本発明は、そのような排出システムを含む流体貯蔵装置、ならびに、少なくとも１種の一次流体の電気分解によって得られた二次流体を貯蔵するためのそのような流体貯蔵装置を含む化学品の形態でのエネルギー貯蔵装置に関連する。

再生可能なエネルギー源、例えば太陽光発電プラントまたは風力タービンによって構成される断続的電気エネルギー源の普遍化が、それらの電源によって電力網に供給される電気エネルギーを平滑にすることを可能にさせる一時的なエネルギー貯蔵の解決策を開発することを必要とさせている。１つの検討された解決策は、化学薬品の形態のエネルギーの貯蔵であり、そこでは、少なくとも１種の一次流体が、二次流体を生成させるように電気分解され、それらの間で酸化－還元反応が後に生じさせられて、電気エネルギーが生成される。この解決策の例示的な用途は、特には、レドックスフロー電池ならびに電解槽と燃料電池とを組み合わせたシステムからなっている。

この種類の解決策が遭遇する１つの問題は、それらの生成およびそれらの使用の間の二次流体の貯蔵の安全性である。しばしば、それらの二次流体は、例えば、二水素を伴う場合のように、それらは爆発の危険性が存在する可能性があるので、危険な流体である。

二次流体の貯蔵は、従って特定の安全規則を満足させなくてはならない。特には、爆発の危険性を伴う二次流体の貯蔵に関して、貯蔵は、後者を空にすることを可能にさせなければならず、それによって、それらの二次流体が、大気中へと分散され、そして爆発の危険性が消滅する。そのような排出は、貯蔵サイトで発生した事故の場合に可能とできなければならず、そして人員の安全を維持しながらなされることを可能にさせなければならない。

容器の周りの危険区域の外に配置された制御ステーションから行動する操作員によって、爆発性の生成物を貯蔵する容器を空にさせることを可能にする、流体貯蔵の解決策が存在する。そのような解決策が、国際公開第2014/183841号に開示されており、そこでは可燃性流体の貯蔵容器の排出弁が、空気圧システムを遠隔で用いて制御されている。

この文献に開示された解決策の１つの欠点は、それが、信頼性がないことである。実際に、権限のない人員が、典型的には悪意のある行動を通して、排出システムに容易に携わることができ、貯蔵されたエネルギーの損失を招く。更には、このシステムは、空気圧システムに供給する容器の能力によって制限される回数のみで用いることができる

従って、本発明の１つの目的は、加圧された流体のための装置の排出システムを、時機が適当でなく、そして悪意で作動させることを回避することである。本発明の他の目的は、排出システムの制限のない使用を可能とすることである。

この目的のために、本発明は、前記の種類の排出システムに関し、そこでは、操作ステーションは、制御システムに作動流体を供給するための供給装置の、その、もしくはそれぞれの流体パイプに連結するための、少なくとも１つの可逆的な自由連結（branchement libre reversible）を含んでいる。

本発明の特定の態様によれば、排出システムはまた、以下の特徴の１つもしくは２つ以上を、単独で、またはいずれかの技術的に可能な組み合わせに従って、含んでいる。
－ 流体制御システムは、空気圧制御システムからなっており、作動流体は加圧された気体で形成されている、
－ 操作ステーションは、その、もしくはそれぞれの流体パイプについて、自由連結と流体パイプとの間に流体的に挿入された制御弁を含んでおり、この制御弁が、自由連結を流体パイプへと流体的に連結している開放配置、ならびに、自由連結および流体パイプが、その制御弁によって互いに流体的に分離されている閉鎖配置の間で動かすことができる、ならびに、
－ 制御弁が手動で制御される。

また、本発明は、加圧された流体を含む少なくとも１つの容器を含む流体貯蔵装置に関し、この貯蔵システムはまた、上記で規定された排出システムで作られた、この容器を空にするための排出システムを含んでおり、排出システムのその、もしくはそれぞれの排出弁は、その容器とその排出システムの排出口との間に流体的に挟まれるように、流体貯蔵装置のそれぞれの容器に流体的に連結されている。

本発明の特定の態様によれば、貯蔵装置はまた、以下の特徴の１つもしくは２つ以上を、単独で考慮して、またはいずれかの技術的に可能な組み合わせに従って、有している。
－ この流体貯蔵装置は、少なくとも２つの容器を含んでいる、および、
－ この容器の第１のものに容れられた流体は、二水素であるおよび／または第２の容器に容れられた流体は二酸素である。

本発明は、少なくとも１種の一次流体の電気分解によって第１および第２の二次流体を生成するための装置、ならびに、その第１および第２の二次流体を別々に貯蔵するための二次流体のための貯蔵装置、ならびにその第１および第２の二次流体の間の酸化－還元反応によって電気エネルギーを発生させるための燃料セルを含むエネルギー貯蔵システムに更に関し、ここでこの貯蔵装置は、上記の流体貯蔵装置である。

本発明の１つの特別な態様によれば、このエネルギー貯蔵装置はまた、以下の特徴を含んでいる。
－ この第１の二次流体は、二水素である。

また、本発明は、上記で規定した流体貯蔵装置を空にするための、以下の連続した工程を有する方法に関する。
－ 可逆的な自由連結と適合可能な作動流体の供給装置の可逆的な自由連結を、連結させること、
－ この供給装置と、少なくとも１つの流体パイプとの間に流体連結を確立して、その流体パイプ内の作動流体の圧力の増加をもたらすこと、
－ 流体パイプに流体的に連結された排出弁を、流体パイプ内の作動流体の圧力の効果の下で開放位置に向けて動かすこと、ならびに、
－ 排出弁が流体的に連結された容器中に容れられた流体を、その排出弁と排出システムの排出口を介して排出すること。

本発明の他の特徴および利点は、限定するものではない例として単独で与えられ、そして、本発明によるエネルギー貯蔵システムのブロック図を示す添付の図を参照してなされた、以下の説明を読むことによってより明確になるであろう。

図１は、本発明によるエネルギー貯蔵システムのブロック図を示す。

この図に示されたエネルギー貯蔵システム１０は、一次流体の電気分解によって第１の二次流体および第２の二次流体を生成するための電解槽１２を含んでいる。また、貯蔵システム１０は、第１および第２の二次流体を別々に貯蔵するために二次流体を貯蔵するための装置１４、および第１および第２の二次流体の間の酸化－還元反応によって、電気エネルギーを発生させ、そして一次流体を復元させるための燃料セル１６を含んでいる。好ましくは、貯蔵システム１０はまた、示されているように、一次流体を貯蔵するための装置１８を含んでいる。

示された例では、一次流体は水である。第１の二次流体は、その場合二水素であり、そして第２の二次流体は二水素である。

電解槽１２は、典型的には太陽光発電プラントまたは風力タービンで作られた電気エネルギー源（示されていない）に電気的に接続された電気端子２０、２２を有している。また、燃料セル１６は、こちらは、電気エネルギーを消費する負荷、例えば電力網に電気的に接続された電気端子２４、２６を有している。

二次流体１４のための貯蔵装置は、知られた方法で、第１の二次流体を貯蔵するための第１の容器３０および第２の二次流体を貯蔵するための第２の容器３２を含んでいる。第１の容器３０は、第１の供給パイプ３４によって電解槽１２の第１の流体出口３６へと流体的に連結されており、そして第２の容器３２は、第２の供給パイプ３８によって電解槽１２の第２の流体出口４０へと流体的に連結されている。また、第１の容器３０は、第１の出口パイプ４２によって燃料セル１６の第１の流体入口４４へと流体的に連結されており、そして第２の容器３２は、第２の出口パイプ４６によって燃料セル１６の第２の流体入口４８へと流体的に連結されている。

第１の流体入口４６は、燃料セル１６のアノード室（示されていない）に流体を供給し、そして第２の流体入口４８は燃料セル１６のカソード室（示されていない）に流体を供給し、これらのカソード室およびアノード室は、イオン交換膜（示されていない）によって互いに分離されている。

容器３０、３２は、典型的には建築物によって形成された囲い４９の内部に配置される。

また、二次流体１４の貯蔵装置は、容器３０、３２を空にするためのシステム５０を含んでいる。この排出システム５０は、それぞれの容器３０，３２について、容器３０、３２中に容れられた流体の、容器３０、３２の外側、特にはチャンバ４９の外側、への排出のための排出口５２、容器３０、３２と排出口５２との間に流体的に挟まれた、容器３０、３２の排気口５２への流体連結のための排出弁５４、ならびに、有利には、隔膜５５および排出口５２の間の流体圧力を大気圧と実質的に等しい圧力に保持するために、弁５４と排出口５２の間に流体的に挿入された隔膜５５を含んでいる。

それぞれの排出弁５４は、排出弁５４が容器３０，３２を排出口５２へと流体的に連結する開放配置、および容器３０、３２と排出口５２が、排出弁５４によって互いに流体的に分離されている閉鎖配置の間で可動である。

排出システム５０は、それぞれの排出弁５４について、その排出弁５４をその閉鎖された配置に戻す戻し部材５６を更に含んでいる。この戻し部材５６は、典型的にはバネによって形成されている。

排出システム５０は、排出弁５４のそれらの開放配置に向けた動きを、作動流体のそれぞれの排出弁５４への作用によって制御するために、流体制御システム５７を更に含んでいる。この制御システム５７は、容器３０、３２の周りに危険区域の外側の共用の操作ステーション５８、操作ステーション５８を第１の容器３０の排出弁５４へと流体的に連結する第１の制御流体パイプ６０、および操作ステーション５８を第２の容器３２の排出弁５４へと流体的に連結する第２の制御流体パイプ６２を含んでいる。

「容器３０、３２の周りの危険区域の外に配置された」は、操作ステーション５８が、それらの容器３０、３２の一方または他方に容れられた流体の爆発の場合に影響が及ばないように、容器３０、３２から十分な距離に配置されていることを意味している。この目的のために、操作ステーション５８は、好ましくは囲い４９の外に配置されている。他の態様では、操作ステーション５８と容器３０、３２の間を分離する壁が存在しないことで、操作ステーション５８は、好ましくはそれぞれの３０、３２から数十メートルの距離に配置される。

本発明によれば、操作ステーション５８は、制御作動流体制御システム５７の供給装置６６の流体制御パイプ６０、６２への連結のための可逆的な自由連結６４を含んでいる。この可逆的な自由連結６４は、典型的には、加圧された流体カートリッジによって、または加圧された流体の外部供給源によってのいずれかで供給されることができるガス流体の、迅速な、そして確実な連結で作られている。従って、制御システム５７の作動は、自由連結６４と適合することができる供給装置６６に配備された人員のために専ら用意されており、言い換えれば、自由連結６４に流体的に連結されるように構成されており、このことが、排出システム５０の適当でない、そして悪意での作動を回避することを可能にさせる。

好ましくは、供給装置６６は、示されているように、加圧された作動流体を貯蔵する容器６８によって形成される。それは、容器６８に流体的に連結された連結末端６９が備えられており、そして自由連結６４と適合でき、言い換えれば、その末端６９と自由連結６４との間に流体リンクを生成させるように、自由連結６４と共働するように構成されている。

有利には、流体制御システム５７は、空気圧制御システムで作られている。作動流体は、それから加圧されたガス、例えば空気もしくは不活性ガス、例えば窒素で作られている。供給装置６６は、従って作動流体が液体によって形成された場合よりも更によりコンパクトである。

また、作動ステーション５８は、それぞれの制御パイプ６０，６２について、自由連結６４と制御パイプ６０、６２との間に流体的に挟まれた制御弁７０、７２を含んでいる。それぞれの制御弁７０、７２は、それが自由連結６４を関連する流体パイプ６０、６２へと流体的に連結する開放配置と、自由連結６４とその流体パイプ６０、６２とが、制御弁７０、７２によって互いに流体的に分離されている閉鎖配置との間で可動である。従って、操作員は、容器３０、３２の排出速度を制御することが可能である。また、操作員が、それぞれの容器３０、３２に対して独立してこの制御を行うことが可能である。

好ましくは、それぞれの制御弁７０、７２は、手動で制御され、言い換えれば、それは操作員によって手動でなされるように構成されている。そのような弁は知られており、そして通常は「手動分配器」と称される。

エネルギー貯槽システム１０の操作方法が、以下に説明される。

電源によって生成される電気エネルギーが電力網によって要求されるものを超える場合には、過剰に生成された電気エネルギーは、電気分解槽１２に供給するために用いられる。この電気エネルギーの影響下で、電気分解槽１２は、貯蔵装置１８によってそれに供給された水を電気分解する。水は、従って二水素（これはパイプ３４によって第１の容器３０中に導かれ、そこでそれは圧力下に貯蔵される）および二酸素（これはパイプ３８によって第２の容器３２中に導かれ、そこでそれはまた圧力下で貯蔵される）へと分離される。第１および第２の容器３０、３２は、従って電源によって生成された電気エネルギーが電力網によって要求さるものよりも過剰である限り、二水素および二酸素で充填され続ける。

電源によって生成される電気エネルギーが電力網によって要求されるものよりも少ない場合には、燃料セル１６は、不足する電気エネルギーを供給するために作動を始める。この目的のために、燃料セル１６は、パイプ４２、４６を経由して、容器３０、３２中に貯蔵された二水素および二酸素を供給される。この二酸素およびこの二水素は、燃料セル中で酸化還元反応を受けて、所望の電気エネルギーならびに水を生成する。この水は、電源によって生成される電気エネルギーが、電力網によって要求されるものよりも再度大きくなる時点を予測して、貯蔵装置１８中に収集される。

容器３０、３２の減圧を必要とする事態が発生すると、操作員は自由連結６４に適合する供給装置６６を握り、そしてこの供給装置６６の端部６９を自由連結６４に連結する。彼は、次に、制御弁７０、７２を、それらを開放配置へと切り替えるために、作動させる。供給装置６６によって供給された加圧された流体は、次いでそれぞれの制御パイプ６０、６２中を、それぞれの排出弁５４へと伝わり、そこで、それは、その弁５４が開放位置に動くように作用する。容器３０、３２中に容れられた二水素および二酸素は、次いで、その容器３０、３２が空になるまで、排気口５２を通して出ることができる。容器３０、３２のいずれかの爆発の危険性は、その結果取り除かれる。

上記の本発明によって、二次流体貯蔵装置１４を、完全に安全に、空にすることが可能である。弁５４を制御するためのシステム５７は流体システムであることで、この排出は電気エネルギーを加えることなく行うことができ、それが、短絡の場合でも、そしてバックアップ発電機なしでも動作することを可能にさせる。

本発明の１つの更なる利点は、自由連結６４と適合性のある供給装置６６に配備された人員に対してのみ弁５４の作動を限定させることにより、排出システム５０の時機を逸した制御を回避させることである。それらの供給装置６６が、弁５４を制御するための空気圧制御システム５７の使用のために、小型に保持されているので、そのように供給装置の使用の必要性は、資格要件を満たした人員の行動能力を妨害しない。

本発明は電気エネルギー／化学エネルギー変換が、電解槽－燃料セル対によって提供される場合について開示されてきたが、本発明はこの態様のみに限定されないことに留意しなければならない。１つの他の態様（示されていない）では、電気エネルギー／化学エネルギー変換が、可逆的燃料セルによって提供され、エネルギー貯蔵装置１０は、その場合にはレドックスフロー電池を構成する。一次流体は、そのとき第２の二次流体を備えた第２の容器３２中に貯蔵され、この容器３２は、排出弁５４が装備されていない。この一次流体は、典型的には臭化水素酸で作られており、第１の二次流体は、そのとき二水素であり、そして第２の二次流体はＨＢｒ_３である（臭化水素酸塩および臭素の複合体）。また、本発明は、エネルギー貯蔵装置のみに限定されるものではなく、しかしながら、他の用途に、例えば、製造ラインおよび工業的輸送ラインに供給することが意図された化学製品を貯蔵する状況において、用いられる容器を排出するためのシステムにも拡張されることに留意しなければならない。

Claims (10)

1. 加圧された流体を含む少なくとも１つの容器（３０、３２）を空にするための排出システム（５０）であって、前記排出システム（５０）は、その、もしくはそれぞれの容器（３０、３２）について、前記流体を前記容器（３０、３２）の外に排出するための排出口（５２）および前記容器（３０、３２）を前記排出口（５２）に連結するための排出弁（５４）を含んでおり、前記排出弁（５４）が、前記排出弁（５４）が前記容器（３０、３２）を前記排出口（５２）に流体的に連結している開放配置と、前記容器（３０、３２）および排出口（５２）が、前記排出弁（５４）によって互いに流体的に分離されている閉鎖配置との間で可動であり、前記排出システム（５０）は、その、もしくはそれぞれの排出弁（５４）について、前記排出弁（５４）を前記閉鎖配置に戻すための戻し部材（５６）および、その、もしくはそれぞれ排出弁（５４）の前記開放配置への動作を、作動流体の前記排出弁（５４）への作用によって制御するための流体制御システム（５７）を更に含んでおり、前記制御システム（５７）は、その、もしくはそれぞれの容器（３０、３２）の周りの危険区域の外側に配置された操作ステーション（５８）、および、その、もしくはそれらの排出弁（５４）について、前記操作ステーション（５８）を前記排出弁（５４）に流体的に連結する流体パイプ（６０、６２）を含んでおり、
   前記操作ステーション（５８）は、前記作動流体を前記制御システム（５７）に供給するための供給装置（６６）のその、もしくはそれぞれの流体パイプ（６０、６２）に連結するための少なくとも１つの可逆的な自由連結（６４）を含んでいることを特徴とする、排出システム（５０）。
2. 前記流体制御システム（５７）は、空気圧制御システムで作られており、前記作動流体は、加圧されたガスによって形成されている、請求項１記載の排出システム（５０）。
3. 前記操作ステーション（５８）は、前記、もしくはそれぞれの流体パイプ（６０、６２）について、前記自由連結（６４）および前記流体パイプ（６０、６２）の間に流体的に挿入された制御弁（７０、７２）を含んでおり、前記制御弁（７０、７２）は、前記制御弁（７０、７２）が、前記自由連結（６４）を前記流体パイプ（６０、６２）に流体的に連結する開放配置と、前記自由連結（６４）および前記流体パイプ（６０、６２）が、前記制御弁（７０、７２）によって互いに流体的に分離されている閉鎖配置との間で可動である、請求項１または２記載の排出システム（５０）
4. 前記制御弁（７０、７２）は手動で制御される、請求項３記載の排出システム（５０）。
5. 加圧された流体を含む少なくとも１つの容器（３０、３２）を含む流体貯蔵装置（１４）であって、前記貯蔵システム（１４）はまた、請求項１～４の少なくとも１項記載の排出システム（５０）で作られた、前記容器（３０、３２）を空にするための排出システムもまた含んでおり、前記排出システム（５０）の前記の、もしくはそれぞれの排出弁（５４）は、前記排出システム（５０）の前記容器（３０、３２）と排出口（５２）との間に流体的に挟まれるように、前記流体貯蔵装置（１４）のそれぞれの容器（３０、３２）に流体的に連結されている、流体貯蔵装置（１４）。
6. 少なくとも２つの容器（３０、３２）を含む、請求項５記載の流体貯蔵装置（１４）。
7. 第１の前記容器（３０）中に容れられた前記流体が、二水素であり、および／または第２の前記容器（３２）中に容れられた前記流体が二酸素である、請求項６記載の流体貯蔵装置（１４）。
8. 第１および第２の二次流体を少なくとも１種の一次流体の電気分解によって生成するための装置（１２）、ならびに前記第１および第２の二次流体を別々に貯蔵するための、二次流体のための貯蔵装置（１４）、ならびに前記第１および第２の二次流体の間の酸化－還元反応によって電気エネルギーを発生させるための燃料セル（１６）を含むエネルギー貯蔵システム（１０）であって、前記貯蔵装置（１４）が請求項５～７のいずれか１項記載の流体貯蔵装置である、エネルギー貯蔵システム（１０）。
9. 前記第１の二次流体が二水素である、請求項８記載のエネルギー貯蔵システム（１０）。
10. 請求項５～７のいずれか１項記載の流体貯蔵装置（１４）を空にするための方法であって、以下の連続した工程、
    －前記可逆的な自由連結（６４）と適合可能な作動流体供給装置（６６）の前記可逆的な自由連結（６４）を連結する工程、
    －前記供給装置（６６）と少なくとも１つの流体パイプ（６０、６２）との間に流体リンクを確立して、前記流体パイプ（６０、６２）中の前記作動流体の圧力の増加をもたらす工程、
    －前記流体パイプ（６０、６２）に流体的に連結された前記排出弁（５４）を、前記流体パイプ（６０、６２）中の前記作動流体の前記圧力の影響の下で、前記開放位置に向けて動かす工程、ならびに、
    －前記排出弁（５４）が流体的に連結された前記容器（３０、３２）中に容れられた前記流体を、前記排出システム（５０）の前記排出弁（５４）および排出口（５５）を介して排出する工程、
    を含む方法。

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