JP5169807B2

JP5169807B2 - 有水式ガスホルダ及び有水式ガスホルダの水封弁遮断方法

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Publication number: JP5169807B2
Application number: JP2008331689A
Authority: JP
Inventors: 正俊進藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010151265A

Description

本発明は、有水式ガスホルダ及びその水封弁遮断方法に係り、特に、ガスホルダ停止時にガス配管に設けられた水封弁を確実に遮断できるようにするための有水式ガスホルダ及びその水封弁遮断方法に関する。

例えば製鉄所においては、コークス炉、高炉、転炉等を用いて操業する場合、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、高炉ガス（ＢＦＧ）、転炉ガス（ＬＤＧ）等の副生ガスが生成される。これらのガスは、燃料ガスなどとして再利用可能である。よって、生成されたガスは、ガスホルダ内に一旦貯蔵され、必要に応じて取り出され、他のガスと混合されて適宜用途の燃料ガスとして利用される。このようなガスを貯蔵するガスホルダは、ガスの発生箇所と使用箇所とを結ぶ配管系統上に配置される。かかるガスホルダは、一般的に、乾式ガスホルダと、有水式ガスホルダ（湿式ガスホルダともいう。）との２種類に大別される。

このうち、有水式ガスホルダは、例えば図６に示すように、ガスの需要と供給の変動量をガス槽２の上下動により時間的に吸収するための装置である。この有水式ガスホルダは、ガスの流出入に応じて昇降自在に設けられたガス槽２を備え、該ガス槽２により形成されるガス貯蔵空間を密閉するために、底部に水槽１が設けられている。また、複槽式の有水式ガスホルダでは、複数のガス槽２間に水封シール機構を設け、水槽１内の水を利用してガス槽２間をシールする。また、ガス出入口配管３は、ホルダ内にガスを供給／排出するための配管であり、水槽１の下部を通り外部のガス供給源又はガス利用装置（図示せず。）に接続されている。

かかる有水式ガスホルダの運転停止時には、ガス出入口配管３を介したガスホルダへのガスの供給、及び、ガスホルダからのガスの排出を遮断する必要がある。そこで、図７に示すように、ガス出入口配管３は、ガスホルダの運転停止時にガスを遮断するための水封弁４としての機能を併せ持つようになっている。この水封弁４は、ガスホルダの下部側で、ガス出入口配管３が下に凸となるように湾曲した構造となっている部分である。また、ガスホルダ停止時にガスを遮断するために、ガス出入口配管３には、上記水封弁４の他、電動ダンパー（電動弁）５が設けられることもある。

従来では、上記ガス出入口配管３の水封弁４を遮断するための用水は、外部給水設備９から給水されることが一般的であった（例えば特許文献１参照。）。外部給水設備９は、外部水源６の水を給水ポンプ７により給水配管８及び弁８ａを介して、水封弁４に供給するものである。

上記構成の有水式ガスホルダでは、通常の運転停止時のみならず、地震など緊急時にも、二次災害防止のため確実にホルダを停止する（出入口でガスを遮断する）必要がある。このため、従来では、地震対策として、ガス出入口配管３の電動ダンパー５の電源や、水封弁４に給水する外部給水設備９の電源の無停電化などが行われてきた。

特開２００２−１６２０００号公報

しかしながら、上記従来のガス遮断手段のうち、電動ダンパー５は、ガスシール性に劣り、少なからずガス漏れが生じるという問題があった。また、水封弁４は、用水を供給する外部給水設備９が停止した時、ガスを遮断することができないという問題があった。また、たとえ外部給水設備９の給水電源を無停電化したとしても、外部水源６を確保できない場合には、水封弁４が機能しないといった問題を有していた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、有水式ガスホルダのガス出入口において、確実にガスを遮断することが可能な、新規かつ改良された有水式ガスホルダ及び水封弁遮断方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ガスの流出入に応じて昇降自在に配設されるガス槽と、前記ガス槽の下側に配設された水槽と、前記ガス槽内部に前記ガスを供給する又は前記ガス槽内部から前記ガスを排出するためのガス配管とを備える有水式ガスホルダにおいて、前記ガス配管に設けられた水封弁に、前記水槽内に貯留された水を供給する給水手段を備え、前記給水手段は、前記水槽と前記ガス配管とを接続する給水配管と、前記給水配管に設けられた給水制御弁と、を備え、前記水槽内の水を前記給水配管を介して前記ガス配管の前記水封弁に供給し、前記給水制御弁により前記水封弁への給水を制御し、前記給水配管の一端は、前記水槽の最低水位よりも下側の位置で前記水槽の側板に接続され、前記給水配管の他端は、前記水槽の最低水位よりも下側の位置で前記ガス配管に接続されるとともに、前記水封弁よりも前記水槽に近い箇所で前記ガス配管に接続されることを特徴とする、有水式ガスホルダが提供される。

また、前記給水配管の一端は、前記水槽の最低水位よりも下側の位置で前記水槽の側板の上部側に接続されるようにしてもよい。

また、前記水封弁は、前記水槽よりも下方に設置されるようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、前記有水式ガスホルダにおいて、前記ガス配管に設けられた前記水封弁を遮断する水封弁遮断方法であって、前記水封弁よりも前記水槽に近い箇所で前記ガス配管に接続された前記給水配管を介して、前記水槽内の水を前記水封弁に供給することによって、前記水封弁を遮断することを特徴とする、有水式ガスホルダの水封弁遮断方法が提供される。

上記構成により、有水式ガスホルダの水槽内に貯留された水を、ガス配管に設けられた水封弁に供給することによって、水封弁が遮断される。このため、外部給水設備の有無に関わらず、ガス出入口の水封弁を確実に遮断できる。

以上説明したように本発明によれば、有水式ガスホルダのガス出入口において、確実にガスを遮断できる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順で行うものとする。
１．第１の実施の形態（水槽内の貯留水を用いた給水機構）
２．第２の実施の形態（水槽の水位低下に対応した給水機構）
３．第３の実施の形態（２本のガス配管に対応した給水機構）
４．第４の実施の形態（水槽内の貯留水と外部水源を併用した給水機構）
５．水槽内の貯留水を用いた給水の是非を検証した実施例

＜第１の実施の形態＞
［有水式ガスホルダの基本構造］
最初に、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る有水式ガスホルダの基本構造について説明する。図１は、本実施形態に係る有水式ガスホルダ１０の概略構成を示す縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る有水式ガスホルダ１０は、複数のガス槽１３Ａ〜Ｃを備える複槽型の有水式ガスホルダとして構成されており、例えば、３つのガス槽（ガス内槽１３Ａ、ガス中槽１３Ｂ及びガス外槽１３Ｃ）を備えた３槽型の有水式ガスホルダである。なお、本発明の有水式ガスホルダは、かかる複槽型の有水式ガスホルダに限られず、ガス槽を１つだけ備えた単槽型の有水式ガスホルダであってもよい。

有水式ガスホルダ１０は、ホルダ底部に設けられて水を貯留する水槽１２と、水槽１２の内側に昇降自在に設けられたガス外槽１３Ｃと、ガス外槽１３Ｃの内側に昇降自在に設けられたガス中槽１３Ｂと、ガス中槽１３Ｂの内側に昇降自在に設けられたガス内槽１３Ａと、水槽１２の周囲に起立配置されてガス外槽１３Ｃの昇降を案内する複数の基柱１４と、ホルダ内にガスを供給／排出するためのガス出入口配管１５と、を備える。なお、ガス出入口配管１５は、本発明のガス配管に相当する。

水槽１２は、有水式ガスホルダ１０の底部に配置され、ガス槽１３Ａ〜Ｃ内のガス貯蔵空間をシールするための水を貯留する水槽である。水槽１２内の水がガスシールの役割を担う。この水槽１２は、例えば、略円板形状の底板１２ａと、蓋の無い略円筒形の側板１２ｂとから構成される。水槽１２の側板１２ｂ上端部には、係止縁部１１が内周方向に向けて突設されている。この係止縁部１１が、ガス外槽１３Ｃの外周面下部に突設された外槽ストッパ１６を係止することで、ガス外槽１３Ｃが水槽１２から上方に離脱しないようにできる。

ガス外槽１３Ｃは、水槽１２の内径よりも小さい略円筒状のガス槽であり、ガス中槽１３Ｂは、ガス外槽１３Ｃの内径よりも一回り小さい略円筒状のガス槽である。また、ガス内槽１３Ａは、ガス中槽１３Ｂの内径よりも一回り小さく、有頂で底のない略円筒キャップ形状のガス槽である。これらのガス外槽１３Ｃ、ガス中槽１３Ｂ及びガス内槽１３Ａは、全体として上下方向に伸縮自在に連結してガス槽として機能し、その内部にガス貯蔵空間を形成する。なお、以下の説明では、ガス内槽１３Ａ、ガス中槽１３Ｂ及びガス外槽１３Ｃを、ガス槽１３と総称する場合もある。

また、上記ガス槽１３相互の隙間からガス漏れしないように、これらの連結部には、水封構造のシールカップ機構が設けられている。つまり、ガス外槽１３Ｃの上端部内周側には、ガス中槽１３Ｂの下端部外周側に形成されたカップ１７ｂと係合するデップ１８ｂが形成されている。また、ガス中槽１３Ｂの上端部内周側には、ガス内槽１３Ａの下端部外周側に形成されたカップ１７ａと係合するデップ１８ａが形成されている。カップ１７ａ、１７ｂは、対応する部材の下端部外周側に断面が略コの字状に形成され、上方にコの字の開口部を有する。よって、カップ１７ａ、１７ｂは、その内部に、水槽１２内の水を掬い上げて貯留することができる。一方、デップ１８ａ、１８ｂは、対応する部材の上端部内周側に断面が略コの字状に形成され、カップ１７ａ、１７ｂと反対にコの字の開口部を下方に有する。このように、デップ１８ａ、１８ｂと、カップ１７ａ、１７ｂは、相互に係合する形状となっている。このうち、カップ１７ｂとデップ１８ｂは、ガス外槽１３Ｃとガス中槽１３Ｂの連結部に形成され、カップ１７ａとデップ１８ａは、ガス中槽１３Ｂとガス内槽１３Ａの連結部に形成されており、上記コの字状部分がフックとして機能して、相互に係合する。これにより、ガス内槽１３Ａ及びガス中槽１３Ｂが水槽１２の水面より上方まで上昇したときには、ガス中槽１３Ｂ下端のカップ１７ｂが、貯水した状態でガス外槽１３Ｃ上端のデップ１８ｂと係合し、ガス内槽１３Ａ下端のカップ１７ａが、貯水した状態でガス中槽１３Ｂ上端のデップ１８ａと係合する。よって、ガス外槽１３Ｃとガス中槽１３Ｂとの連結部、及び、ガス中槽１３Ｂとガス内槽１３Ａとの連結部が、水封構造のシール機構となり、当該連結部からのガス漏れを防止して、ガス槽１３の内部空間（ガス貯蔵空間）を気密状態にできる。

基柱１４は、水槽１２の周囲に垂直に複数本、立設される。この複数本の基柱１４は、例えば、水槽１２の周囲に等間隔で配置される。なお、図１では、対称配置された２本の基柱１４のみを模式的に示しているが、勿論、基柱１４は２本以上設置されてもよい。かかる基柱１４は、ガス外槽１３Ｃ、ガス中槽１３Ｂ及びガス内槽１３Ａの上下方向の昇降をガイドする機能を有する。このために、ガス内槽１３Ａ、ガス中槽１３Ｂ及びガス外槽１３Ｃの例えば外周面上端には、それぞれ、各基柱１４に向けて略水平方向に延設されたガイドアーム２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、当該ガイドアーム２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの先端に装着されたガイドローラ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃとが設けられる。各ガス槽１３が昇降する際、このガイドアーム２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのガイドローラ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが基柱１４に接して回転することにより、各ガス槽１３は基柱１４によりガイドされつつ上下方向に円滑かつ安定して昇降できる。また、ガス外槽１３Ｃの外周面下部には、水槽１２の内面と接触する下部ガイドローラ２２が突設されており、この下部ガイドローラ２２によってもガス外槽１３Ｃの昇降動作が安定化する。

ガス出入口配管１５は、本発明のガス配管の一例であり、ガス槽１３内部にガスを供給する、或いは、ガス槽１３内部からガスを排出するための配管である。このガス出入口配管１５は、ガスホルダ１０内部から水槽１２の底板１２ａを貫通して、ガスホルダ１０の下方を通り、ガスホルダ１０外部まで延設されている。ガス出入口配管１５を介してガスホルダ１０内外を連通させるために、ガス出入口配管１５が水槽１２の側板１２ｂを貫通する構造にすることも可能であるが、貫通部分の強度を高める観点からは、ガス出入口配管１５が水槽１２の底板１２ａを貫通する構造にした方が好ましい。これは、曲面状の側板１２ｂよりも平面状の底板１２ａを貫通させた方が、貫通部分の強度を維持できるからである。以下の説明では、ガス出入口配管１５のうち、ガスホルダ１０内で起立配置された部分を「ホルダ内立ち上げ管１５ａ」と称し、ガスホルダ１０外で起立配置された部分を「ホルダ外立ち上げ管１５ｂ」と称し、ホルダ内立ち上げ管１５ａとホルダ外立ち上げ管１５ｂを接続する水平部分を「底部管１５ｃ」と称する。このホルダ内立ち上げ管１５ａとホルダ外立ち上げ管１５ｂと底部管１５ｃとによって、ガス出入口配管１５の途中に、下に凸に屈曲したコの字形の水封弁３０が形成される。

また、ガス出入口配管１５の一端にある開口部１５ｄ（即ち、ホルダ内立ち上げ管１５ａの上端開口部）は、水槽１２内の貯留水の水面２５より上方のガス貯蔵空間内に配置されている。一方、ガス出入口配管１５の他端部は、ガスホルダ１０の外部でガス発生箇所（ガス供給源）又はガス使用箇所（ガス利用装置）に接続される。

以上のようなガス出入口配管１５は、有水式ガスホルダ１０のガス槽１３の内部（以下「ホルダ内」と称する場合もある。）にガスを供給するとともに、ホルダ内のガスを排出するための共通配管として構成されている。なお、図示の例では、ガス配管として、１本のガス出入口配管１５のみが設けられているが、かかる例に限定されず、複数のガス配管を設けてもよい。例えば、ガス発生箇所（ガス供給源）からホルダ内にガスを流入させるためのガス供給管と、ホルダ内からガスを排出してガス使用箇所（ガス利用装置）に供給するためのガス排出管という２本の配管を設けてもよい。

さらに、上記ガス出入口配管１５の途中には、水封弁３０が設けられている。この水封弁３０は、ガスホルダ１０の水槽１２の下方において、ガス出入口配管１５を、下に凸（例えばコの字形）となるように屈曲させた部分である。かかる水封弁３０に水を貯めることで、ガス出入口配管１５におけるガスの流通を遮断できる。なお、本実施形態に係る有水式ガスホルダ１０では、かかるガス出入口配管１５の水封弁３０を、水槽１２の貯留水を用いて遮断する点に特徴を有しているが、その詳細は後述する。

以上のような構成を有する有水式ガスホルダ１０は、ガス出入口配管１５からガスが流入されると、その流入量に応じて各ガス槽１３が順次上昇して、ガス貯蔵空間を増大させる。また、ガスの排出時には、ガスの流出量に応じて各ガス槽１３が順次降下して、ガス貯蔵空間を減少させる。かかる有水式ガスホルダ１０に貯蔵されるガスとしては、例えば、ＣＯを主成分とする転炉ガス（ＬＤＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、高炉ガス（ＢＦＧ）等の副生ガス、又は天然ガスなど、任意のガスであってよい。ガスを貯蔵するためには、気密性が非常に重要であり、ガス漏れが生じた場合には、環境的にも安全面にも重大な影響を与えうる。有水式ガスホルダ１０は、この気密性を保つために、上述したようにシールカップ機構内の水（但し、その他の液体も使用可能である。）によりシールする水封式シール機構を用いる。有水式ガスホルダ１０の水封式シール機構は、乾式ガスホルダ等に使用される機械的シール機構と比べて、耐久性に優れており、頻繁に出し入れされるガスの貯蔵に適している。

また、上述したガス出入口配管１５の水封弁３０に水を供給することで、水封弁３０を遮断して、ホルダ内のガスがガス出入口配管１５を介して外部に流出しないようにできる。例えば、有水式ガスホルダ１０の運転停止時や地震等の緊急時などには、ホルダ内ガスの流出を防ぐために、水封弁３０に迅速に給水して、水封弁３０を迅速かつ確実に遮断する必要がある。

ところが従来では、図７に示したように、外部給水設備９を用いて水封弁４に給水する構成であった。かかる従来の給水機構であると、外部給水設備９からの給水が停止した場合（例えば、外部給水設備９の給水電源の停電、外部水源６の渇水など）には、水封弁４を遮断できず、有水式ガスホルダ１０からガス出入口管４を介してガス漏れが生じる恐れがあった。特に、地震等の緊急時には、水封弁４の迅速な緊急遮断が急務であるが、外部給水設備９からの給水が停止していると、緊急遮断を実行できず、操業に大きな支障を生じる。

そこで、本願発明者は、図１に示すような有水式ガスホルダ１０の水槽１２には常時、十分な量の水が貯留されている点に着目し、有水式ガスホルダ１０自体の水槽１２の貯留水を利用して、ガス出入口配管１５の水封弁３０を遮断する構成に想到した。このように水槽１２の貯留水をガス出入口配管１５の水封弁３０に給水することで、有水式ガスホルダ１０のガス出入口において容易かつ確実にガスを遮断できる。以下に、本実施形態に係る有水式ガスホルダ１０において水槽１２の貯留水を用いて水封弁３０を遮断するための構成について詳述する。

［給水機構の構成］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る有水式ガスホルダ１０の水封弁３０に、水槽１２の貯留水を給水するための機構について説明する。図２は、本実施形態に係る水封弁３０の給水機構を備えた有水式ガスホルダ１０を示す模式図である。なお、図２では、説明の便宜上、ガス槽１３を１つだけ図示している。

図２に示すように、有水式ガスホルダ１０は、ガス出入口配管１５を介してホルダ内にガスが流入／流出するようになっている。このガス出入口配管１５は、底板１２ａの下部側で屈曲して延設されており、この屈曲部分が水封弁３０を構成する。即ち、ガス出入口配管１５の一部であるホルダ内立ち上げ管１５ａ、ホルダ外立ち上げ管１５ｂ及び底部管１５ｃによって、下に凸となるよう屈曲したコの字形の水封弁３０が形成される。つまり、ガス出入口配管１５の水封弁３０は、水槽１２の底板１２ａよりも下側に設置されている。

かかる水封弁３０に対する給水機構は、水槽１２内の貯留水を水封弁３０に供給するための機構である。当該給水機構は、給水配管４０と、給水制御弁４２とを備える。給水配管４０は、水槽１２とガス出入口配管１５（ガス配管）とを接続する配管であり、水槽１２内の水をガス出入口配管１５の水封弁３０に供給する機能を有する。給水制御弁４２は、給水配管４０の途中に設けられ、例えば、バタフライ弁などの電動弁で構成される。給水制御弁４２は、給水配管４０内の水の流通を制御する機能を有する。

詳細には、給水配管４０の一端は、水槽１２の側板１２ｂに接続される（接続箇所Ａ）。水槽１２内と給水配管４０とを連通させるために、水槽１２の側板１２ｂにおける給水配管４０の接続箇所Ａには、流出孔１２ｃが形成されている。この接続箇所Ａは、水槽１２の側板１２ｂの上部側であって、かつ、水槽１２の水面２５のレベル（最低水位）よりも下側の位置である。例えば、接続箇所Ａは、水槽１２の水面２５のレベル（最低水位）よりも５０〜６０ｃｍ程度下側の位置とすることができる。

水槽１２の水面２５の位置（水位）は、ほぼ一定であるが、有水式ガスホルダ１０の運転に伴い、多少は上下する。このため、水槽１２の側板１２ｂに対する給水配管４０の接続箇所Ａは、水槽１２の最低水位よりも下側にする必要がある。このように接続箇所Ａを水槽１２の水面２５より下側の位置とすることで、水槽１２内の貯留水により給水配管４０の接続箇所Ａをシールできるので、ホルダ内のガスが給水配管４０を通ってガス漏れすることを防止できる。

また、水槽１２は圧力構造体であるので、水槽１２の強度を確保する観点からは、給水配管４０を接続するために流出孔１２ｃが空けられる側板１２ｂの接続箇所Ａを、できるだけ側板１２ｂの上部側にしたほうがよい。これは、側板１２ｂの上部側の方が下部側よりも、作用する水圧が低いからである。また、万が一、給水配管４０の接続箇所Ａから水槽１２の貯留水が漏れた場合、水槽１２の水位が下がり、有水式ガスホルダ１０の運転に支障を来す。そこで、本実施形態では、給水配管４０の接続箇所Ａを水槽１２の側板１２ｂの上部側としている。これにより、当該接続箇所Ａに作用する貯留水の水圧を低減できるので、接続箇所Ａが破損して水漏れすることを防止できる。さらに、たとえ接続箇所Ａから水漏れしたとしても、水漏れ量が少なくて済み、有水式ガスホルダ１０の運転に与える影響を低減できる。ここで、側板１２ｂの上部側とは、少なくとも側板１２ｂの高さの半分より上方の部分であり、上記水槽１２の最低水位より低い位置で有れば、極力、側板１２ｂの上方の位置であることが好ましい。ただし、かかる例に限定されず、接続箇所Ａの強度が得られるのであれば、接続箇所Ａを側板１２ｂの下部側など、任意の位置にしてもよい。

一方、給水配管４０の他端は、ガス出入口配管１５の例えばホルダ外立ち上げ管１５ｂの途中に接続される（接続箇所Ｂ）。給水配管４０とガス出入口配管１５を連通させるために、ガス出入口配管１５における給水配管４０の接続箇所Ｂには、流入孔１５ｅが形成されている。この接続箇所Ｂは、水槽１２の水面２５のレベル（最低水位）よりも下側の位置である。接続箇所Ｂが水面２５よりも低い高さであれば、水槽１２内の水を給水配管４０を介してガス出入口配管１５に流出させることができる。かかる給水配管４０の接続箇所Ｂの位置が低いほど、水頭圧が高くなり、給水配管４０による給水速度が速くなる。このため、接続箇所Ｂの位置を低くすることが好ましく、例えば、グラウンドレベル以下であってもよい。なお、給水配管４０の他端の接続箇所Ｂは、図示のようなホルダ外立ち上げ管１５ｂの箇所以外でも、水封弁３０に水槽１２内の水を供給可能な位置であれば、ガス出入口配管１５の任意の箇所であってもよい。

以上のような構成の給水機構により、ガス出入口配管１５の水封弁３０に有水式ガスホルダ１０の水槽１２内の貯留水を供給し、水封弁３０内に水を満たして遮断（シール）することができる。

また、水封弁３０内の水を外部に排出するための排水機構として、排水配管４４と、排水制御弁４６が設けられている。排水配管４４は、ガス出入口配管１５の水封弁３０の下部に接続される配管であり、水封弁３０内の水を外部に排出する機能を有する。排水配管４４とガス出入口配管１５とを連通させるために、ガス出入口配管１５における排水配管４４の接続箇所Ｃには、流出孔１５ｆが形成されている。排水制御弁４６は、排水配管４４の途中に設けられ、例えば、バタフライ弁などの電動弁で構成される。この排水制御弁４６は、排水配管４４内の水の流通を制御する機能を有する。以上のような構成の排水機構により、ガス出入口配管１５の水封弁３０内に貯留された水を外部に排出して、水封弁３０を開放することができる。

［給水機構の動作］
次に、上記水封弁３０を遮断するための給水機構及び排水機構の動作について説明する。有水式ガスホルダ１０の通常運転時には、水封弁３０は水が満たされておらず開放されており、ガス出入口配管１５は、外部のガス供給源又はガス使用箇所と連通されている。このため、ガス供給源のガスが当該ガス出入口配管１５を介してホルダ内に供給される、或いは、ホルダ内のガスがガス出入口配管１５を介してガス使用箇所に排出される。このとき、給水制御弁４２及び排水制御弁４６は遮断されているため、給水配管４０及び排水配管４４からガス漏れや水漏れが生じることはない。

次いで、有水式ガスホルダ１０の運転を停止させるときや、地震等の災害により緊急停止させるときには、給水機構により水槽１２内の貯留水をガス出入口配管１５の水封弁３０に供給して、水封弁３０が遮断される。

詳細には、有水式ガスホルダ１０を停止する場合、まず、給水配管４０の給水制御弁４２を開放する。この給水制御弁４２の開放は、有水式ガスホルダ１０の制御装置がホルダの運転停止を検知することで自動的に行ってもよいし、或いは、作業員が遠隔操作して手動で行ってもよい。給水制御弁４２が開放されると、水槽１２内の貯留水が、水頭圧により、給水配管４０を通ってガス出入口配管１５に流入し、当該水が凹部である水封弁３０に貯留される。

次いで、水封弁３０に十分な量の水が溜まり、水封が完了した段階で、給水制御弁４２を閉めて遮断することで、給水配管４０からの給水が停止する。この給水制御弁４２の遮断は、有水式ガスホルダ１０の制御装置が、水位センサを用いて水封弁３０内の水位を検知することで自動的に行ってもよいし、或いは、作業員が遠隔操作して手動で行ってもよい。

このようにして、水槽１２内の貯留水を、給水配管４０を介してガス出入口配管１５の水封弁３０に供給することで、水封弁３０が遮断される。このため、ガス出入口配管１５は水封弁３０でシールされるため、ホルダ内のガスが外部に漏れることがなくなる。

その後、有水式ガスホルダ１０の運転を再開するときには、まず、排水機構の排水制御弁４６を、手動又は自動的に開放する。すると、水封弁３０に貯留されていた水が排水配管４４を通って外部に排出されるため、水封弁３０が開放される。その後、水封弁３０内の全ての水が排水された後に、排水制御弁４６を閉めて遮断することで、ガス出入口配管１５内のガスが外部に漏れないようにする。

このようにして排水機構により水封弁３０内の水を排水して、水封弁３０を開放することで、有水式ガスホルダ１０が通常運転可能となる。この結果、再び、ガス出入口配管１５を介してホルダ内にガスを供給する、或いは、ホルダ内のガスを外部に排出することができるようになる。

以上、本実施形態に係る有水式ガスホルダ１０の水封弁３０の遮断方法について説明した。本実施形態では、有水式ガスホルダ１０自体の水槽１２の貯留水を利用して、ガス出入口の水封弁３０を遮断する。また、当該有水式ガスホルダ１０のガス出入口配管１５は、水槽１２下部を貫通してホルダ内にガスを導入する構造となっており、水槽１２の底板１２ａより低いレベルに水封構造（即ち、水封弁３０）が設けられている。そこで、本実施形態では、水槽１２とガス出入口配管１５を接続する給水配管４０を設けることで、水槽１２から水頭圧により水封弁３０に給水するようにしている。これにより、有水式ガスホルダ１０自体の水槽１２の貯留水を利用して、ガス出入口の水封弁３０を遮断することができる。よって、緊急時などであっても、水封弁３０を迅速、容易かつ確実に遮断できる。

また、外部給水設備９（図７参照。）を用いた従来の給水方法では、例えば、比較的細い給水配管８（例えばφ１００〜１５０ｍｍ）を用いて外部水源６の用水を給水していた。この理由は、水封弁４の遮断は頻繁に行うものではなく、また、給水配管８を太くすると、給水ポンプ７も高性能にしなければならず、配管８及び給水ポンプ７のコストが増大するからであった。ところが、細い給水配管８と低能力の給水ポンプ７を用いて給水すると、給水速度が遅くなり（例えば０．５〜１ｍ^３／分）、水封弁３０の水封完了までに多くの時間（例えば２〜３時間）を要する。このため、水封弁３０の緊急遮断に対応することができなかった。

これに対し、本実施形態に係る給水方法では、給水ポンプを設けなくても、水槽１２の貯留水の水頭圧により給水できるため、比較的太い給水配管４０（例えばφ２００〜３００ｍｍ）を用いることができる。従って、容易に給水時間を短縮することができ（例えば、水封完了までに１時間未満で済む。）、設備コストも大幅に低減できる。

＜第２の実施の形態＞
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施形態に係る有水式ガスホルダ１０の給水機構について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る水封弁３０の給水機構を備えた有水式ガスホルダ１０を示す模式図である。

第２の実施形態は、上述した第１の実施形態と比して、ガス出入口配管１５に対する給水配管４０の他端の接続箇所Ｄ（第１の実施形態の接続箇所Ｂ）が異なるのみであり、その他の機能構成は、第１の実施形態の場合と略同一であるので、重複する詳細説明は省略する。

上記第１の実施形態では、給水機構の給水配管４０の他端は、ガス出入口配管１５における水封弁３０よりも水槽１２から遠い箇所（接続箇所Ｂ）に接続されていた（図２参照。）。しかし、かかる構成では、給水配管４０を用いた給水中（給水制御弁４２が開いているとき）に、水槽１２の水位が、水槽１２に対する給水配管４０の接続箇所Ａよりも下がってしまった場合には、ホルダ内のガスが給水配管４０を通ってガス出入口配管１５に流出してしまう恐れがある。

そこで、第２の実施形態では、図３に示すように、給水配管４０の他端は、ガス出入口配管１５における水封弁３０よりも水槽１２に近い箇所（接続箇所Ｄ）で、ガス出入口配管１５に接続されている。つまり、給水配管４０の他端は、ガス出入口配管１５のホルダ内立ち上げ管１５ａに接続され、その接続箇所Ｄは、底板１２ａよりも下側の位置である。

この接続箇所Ｄで給水配管４０とホルダ内立ち上げ管１５ａを連通させるために、ホルダ内立ち上げ管１５ａの接続箇所Ｄには、流入孔１５ｇが形成されている。また、接続箇所Ｄは、水槽１２の底板１２ａよりも下側の位置である。これにより、水槽１２内の水を給水配管４０を介して接続箇所Ｄからホルダ内立ち上げ管１５ａに流出させて、水封弁３０を水封できる。

このように、第２の実施形態では、給水配管４０の他端は、水封弁３０よりもガスホルダ側（水槽１２に近い側）の接続箇所Ｄで、ガス出入口配管１５に接続されている。これにより、上記第１の実施形態と同様に、給水配管４０により水槽１２の貯留水を給水して、水封弁３０を水封できるのみならず、給水時における給水配管４０からのガス漏れを確実に防止することができる。

つまり、第２の実施形態では、万が一、給水中に、水槽１２の水位が給水配管４０の接続箇所Ａよりも下がってしまったとしても、ホルダ内のガスは、給水配管４０を通ってホルダ内立ち上げ管１５ａの接続箇所Ｄに流出するものの、水封された水封弁３０に遮られるため、外部には逃げずに、ホルダ内立ち上げ管１５ａ内を上昇して、ガス槽１３内に戻る。よって、第２の実施形態では、予期しない水槽１２内の水位低下に対処することができ、第１の実施形態よりも更に確実にホルダ内のガスが外部に漏れることを防止できる。

＜第３の実施の形態＞
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施形態に係る有水式ガスホルダ１０の給水機構について説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る水封弁３０の給水機構を備えた有水式ガスホルダ１０を示す模式図である。

第３の実施形態は、上述した第１の実施形態と比して、１本のガス出入口配管１５の代わりに、２本のガス配管（ガス入口配管１５Ａとガス出口配管１５Ｂ）を設け、それぞれのガス配管１５Ａ、１５Ｂに給水配管４０Ａ、４０Ｂを用いた給水機構を設けた点で相違するのみであり、その他の機能構成は、第１の実施形態の場合と略同一であるので、重複する詳細説明は省略する。

上記第１の実施形態では、ガス配管として１本のガス出入口配管１５を設け、このガス出入口配管１５を用いて、ホルダ内にガスを供給するとともに、ホルダ内のガスを排出していた。

これに対し、図４に示すように、第３の実施形態に係る有水式ガスホルダ１０では、上記第１の実施形態のガス出入口配管１５を２本のガス配管（ガス入口配管１５Ａとガス出口配管１５Ｂ）に分離している。ガス入口配管１５Ａは、外部のガス供給源からのガスをホルダ内に供給するためのガス配管であり、ガスの供給を遮断するための水封弁３０Ａが設けられている。ガス出口配管１５Ｂは、ホルダ内のガスを外部のガス使用箇所に排出するためのガス配管であり、ガスの排出を遮断するための水封弁３０Ｂが設けられている。

このように２つのガス配管を設けた第３の実施形態に係る有水式ガスホルダ１０では、上記第１の実施形態と同様に、それぞれのガス入口配管１５Ａ、ガス出口配管１５Ｂの水封弁３０Ａ、３０Ｂについて、水槽１２の貯留水を水封弁３０Ａ、３０Ｂに給水するための給水機構（給水配管４０Ａ、４０Ｂ、給水制御弁４２Ａ、４２Ｂ、水槽１２の流出孔１２ｃ、１２ｄ、ガス管の流入孔１５ｅ、１５ｈ）と、水封弁３０Ａ、３０Ｂ内の水を排出する排水機構（排水配管４４Ａ、４４Ｂ、排水制御弁４６Ａ、４６Ｂ、水封弁３０の流出孔１５ｆ、１５ｉ）が設けられている。なお、それぞれの水封弁３０Ａ、３０Ｂの給水機構、排水機構の機能構成は、第１の実施形態と略同一であるので詳細説明は省略する。

以上のように第３の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ガス入口配管１５Ａ及びガス出口配管１５Ｂの水封弁３０Ａ、３０Ｂの双方を、水槽１２内の貯留水を用いて、容易かつ確実に遮断できるという効果がある。なお、第３の実施形態においても、ガス入口配管１５Ａ、ガス出口配管１５Ｂに対する給水配管４０Ａ、４０Ｂの接続箇所Ｂ、Ｆを、第２の実施形態のように水封弁３０よりも水槽１２側の接続位置Ｄ（図３参照。）に変更してもよい。

＜第４の実施の形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第４の実施形態に係る有水式ガスホルダ１０の給水機構について説明する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る水封弁３０の給水機構を備えた有水式ガスホルダ１０を示す模式図である。

第４の実施形態は、上述した第１の実施形態と比して、外部給水設備５０を更に備える点で相違するのみであり、その他の機能構成は、第１の実施形態の場合と略同一であるので、重複する詳細説明は省略する。

図５に示すように、第４の実施形態は、第１の実施形態に係る給水配管４０を用いた水槽１２内の貯留水の給水機構に加え、外部給水設備５０による給水機構を更に備えている。外部給水設備５０は、水を貯留する外部水源５６と、外部水源５６の水を給水するための給水ポンプ５７と、ガス出入口配管１５に接続される外部給水配管５８と、外部給水配管５８に設けられた弁５９とを備える。かかる構成の外部給水設備５０は、弁５９を開放することで、外部水源５６の貯留水を給水ポンプ５７により送出して、外部給水配管５８を介して、ガス出入口配管１５の水封弁３０に供給することができる。

このように、第４の実施形態では、給水配管４０による給水機構と、外部給水設備５０による給水機構とを併用している。このため、水槽１２内の貯留水を給水配管４０を介して水封弁３０に供給して、水封弁３０を遮断することもできるし、外部水源５６の貯留水を外部給水配管５８を介して水封弁３０に供給して、水封弁３０を遮断することもできる。

従って、第４の実施形態は、上記第１の実施形態の効果に加え、水槽１２の貯留水を利用した水封弁３０の遮断と、外部水源５６の貯留水を利用した水封弁３０の遮断とを使い分けることができるという効果がある。例えば、有水式ガスホルダ１０の通常の運転停止時には、外部水源５６の貯留水を利用して水封弁３０を遮断し、一方、地震、火事等の災害時における有水式ガスホルダ１０の緊急停止時には、水槽１２の貯留水を利用して、水封弁３０を迅速に緊急遮断することができる。また、いずれか一方の給水機構が、停止又は故障したとしても、他方の給水機構を用いて水封弁３０を遮断できる。なお、第４の実施形態においても、ガス出入口配管１５に対する給水配管４０の接続箇所Ｂを、第２の実施形態のように水封弁３０よりも水槽１２側の接続位置Ｄ（図３参照。）に変更してもよい。

＜水槽内の貯留水を用いた給水の是非を検証した実施例＞
次に、水槽１２の貯留水を水封弁３０のシール水として利用しても、有水式ガスホルダ１０の運転に支障がないことを検証した実施例について説明する。

検証に使用したガスホルダは、ＬＤＧを貯蔵する単槽型の有水式ガスホルダ（ガス貯蔵量：７０，０００ｍ^３）であり、仕様は次の通りである。
水槽（直径：５５ｍ、高さ１１．７５ｍ、保有水量：２１，８００ｍ^３）
ガス槽（直径：５２．２６〜５４．１０ｍ、高さ：１１．１５ｍ）
ガスホルダ圧力：約１６６７〜３４８１Ｐａ
ガス入口配管の水封弁：φ２，８００ｍｍ
ガス出口配管の水封弁：φ１，８００ｍｍ

かかる仕様のガスホルダでは、水槽１２の保有水量（２１，８００ｍ^３）に対し、水封弁３０を水封するために必要な水量は、極少（約１３０ｍ^３、水槽水位：６ｃｍ相当）である。従って、水槽１２の貯留水を水封弁３０の水封のために給水したとしても、水槽１２の水位低下は微少であり、ガスホルダ本来のガスシール機能を害するものではない。よって、上記実施形態に係る給水方法の実用性が検証できたといえる。

以上、第１〜第４の実施形態に係る有水式ガスホルダ１０及びその水封弁遮断方法について説明した。上記実施形態によれば、常時十分な水量を貯留している水槽１２の貯留水を利用して、ガス出入口配管１５の水封弁３０を水封する。これにより、有水式ガスホルダ１０のガス出入口の水封弁３０において、外部給水源の状況に関係なく、迅速、容易かつ確実にガスを遮断することが可能となる。

また、従来のような外部給水源からの給水（図６、図７参照。）では、給水配管８の細さ、給水ポンプ７の能力などにより、水封弁３０の水封完了までに長時間を要することが多かった。これに対し、上記実施形態に係る給水方法によれば、水槽１２の貯留水の水頭圧により給水できるので、太い給水配管４０を使用でき、給水時間を容易に短縮することができる。また、給水ポンプなどを別途設ける必要が無く、給水制御弁４２を開放するだけで、水槽１２の貯留水を水頭圧により水封弁３０に給水できる。

また、上記実施形態に係る給水機構は、既存の有水式ガスホルダ１０に、給水配管４０、給水制御弁４２等の給水機構を追加設置するだけでよく、その設置作業もホルダ外部から実施できる。従って、給水機構の設置を、廉価な作業コストで、容易かつ迅速に実施できるという利点もある。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、有水式ガスホルダは、単槽型又は複槽型のいずれであってもよい。また、ホルダ内にガスを供給／排出するためのガス配管としては、上記第１、２、４の実施形態のように１本のガス出入口配管１５を設置してもよいし、上記第３の実施形態のように２本のガス入口配管１５Ａ、ガス出口配管１５Ｂを設置してもよいし、或いは、３本以上のガス配管を設置して、それぞれのガス配管について上記水槽水の給水機構を設けてもよい。

また、ガス配管に設けられる水封弁は、上記実施形態のような、コの字形の凹部を有する水封弁３０以外にも、Ｖ字型水封弁、Ｕ字型の水封弁など、シール水により水封可能な構造であれば、任意の構造であってよい。また、水封弁の設置位置は、上記実施形態の水封弁３０ように水槽１２の直下に設置されることが好ましいが、かかる例に限定されない。例えば、水封弁は、水槽１２と同等な高さレベル又は水槽１２よりも高いレベルに設置されてもよいし、有水式ガスホルダ１０から水平方向に離隔した位置に設置されてもよい。なお、水封弁が水槽１２と同等又はより高い位置に設けられる場合には、給水ポンプなどを用いて水封弁に水槽水を送出してもよい。

本発明の第１の実施形態に係る有水式ガスホルダの概略構成を示す縦断面図である。本実施形態に係る水封弁の給水機構を備えた有水式ガスホルダを示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る水封弁の給水機構を備えた有水式ガスホルダ１０を示す模式図である。本発明の第３の実施形態に係る水封弁の給水機構を備えた有水式ガスホルダ１０を示す模式図である。本発明の第４の実施形態に係る水封弁の給水機構を備えた有水式ガスホルダ１０を示す模式図である。従来の外部給水設備を用いた有水式ガスホルダの運転時を示す模式図である。従来の外部給水設備を用いた有水式ガスホルダの停止時を示す模式図である。

符号の説明

１０有水式ガスホルダ
１２水槽
１２ａ底板
１２ｂ側板
１２ｃ、１２ｄ流出孔
１３ガス槽
１３Ａガス内槽
１３Ｂガス中槽
１３Ｃガス外槽
１４基柱
１５ガス出入口配管
１５ａホルダ内立ち上げ管
１５ｂホルダ外立ち上げ管
１５ｃ底部管
１５ｄ開口部
１５ｅ、１５ｇ、１５ｈ流入孔
１５ｆ、１５ｉ流出孔
３０、３０Ａ、３０Ｂ水封弁
４０、４０Ａ、４０Ｂ給水配管
４２、４２Ａ、４２Ｂ給水制御弁
４４、４４Ａ、４４Ｂ排水配管
４６、４６Ａ、４６Ｂ排水制御弁
５０外部給水設備
５６外部水源
５７給水ポンプ
５８外部給水配管
５９弁
Ａ、Ｅ水槽と給水配管の接続箇所
Ｂ、Ｄ、Ｆ給水配管とガス配管の接続箇所
Ｃ、Ｇ排水配管とガス配管の接続箇所

Claims

ガスの流出入に応じて昇降自在に配設されるガス槽と、前記ガス槽の下側に配設された水槽と、前記ガス槽内部に前記ガスを供給する又は前記ガス槽内部から前記ガスを排出するためのガス配管とを備える有水式ガスホルダにおいて、
前記ガス配管に設けられた水封弁に、前記水槽内に貯留された水を供給する給水手段を備え、
前記給水手段は、
前記水槽と前記ガス配管とを接続する給水配管と、
前記給水配管に設けられた給水制御弁と、
を備え、
前記水槽内の水を前記給水配管を介して前記ガス配管の前記水封弁に供給し、前記給水制御弁により前記水封弁への給水を制御し、
前記給水配管の一端は、前記水槽の最低水位よりも下側の位置で前記水槽の側板に接続され、
前記給水配管の他端は、前記水槽の最低水位よりも下側の位置で前記ガス配管に接続されるとともに、前記水封弁よりも前記水槽に近い箇所で前記ガス配管に接続されることを特徴とする、有水式ガスホルダ。
前記給水配管の一端は、前記水槽の最低水位よりも下側の位置で前記水槽の側板の上部側に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の有水式ガスホルダ。
前記水封弁は、前記水槽よりも下方に設置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有水式ガスホルダ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の有水式ガスホルダにおいて、前記ガス配管に設けられた前記水封弁を遮断する水封弁遮断方法であって、
前記水封弁よりも前記水槽に近い箇所で前記ガス配管に接続された前記給水配管を介して、前記水槽内の水を前記水封弁に供給することによって、前記水封弁を遮断することを特徴とする、有水式ガスホルダの水封弁遮断方法。