JP5715498B2 - 液化水素貯蔵供給設備 - Google Patents
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Description
この場合、液化水素貯槽から払い出された液化水素は、送ガス蒸発器で気化され、配管により需要先に供給される。なお、液化水素貯槽から液化水素と水素ガスとを同時に供給する場合もある。
上記加圧蒸発器は、通常、大気や温水との熱交換を行なうことで、液化水素を蒸発させ、常温に近い温度とされた水素ガスを発生させる。
しかし、前述の加圧蒸発器を通った水素ガスは、300K程度の温度であることから、ガス相の最下部のガス密度の1/10程度の軽いガスがガス相の最上部に供給されることとなる。
このため、ガス相の上部に位置する比較的温度の高いガスも内槽の上部を構成する部材との対流熱伝達にて間接的に冷却される。これにより、ガス相内での自然対流が長時間掛けて継続するため、ガス相全体の冷却が期待できる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略構成を示す図である。
図1を参照するに、第1の実施形態の液化水素貯蔵供給設備10は、真空断熱二重殻貯槽11と、需要先用液化水素抜き出し配管13と、液化水素供給ライン14と、水素ガス供給ライン16と、送ガス蒸発器17と、圧力逃がしライン19と、圧力逃がし弁22と、制御部25と、液化水素抜き出し用配管27と、加圧蒸発器28と、バブリング用加圧弁31と、第1の加圧ガス供給用配管32と、筒状部材33と、第1の接続部35と、分岐ライン36と、下部充填弁38と、液化水素上部充填用配管39と、上部充填弁41と、を有する。
真空断熱二重殻貯槽11は、液化水素42−1を貯留する内槽51、内槽51を収容する外槽52、及び内槽51と外槽52との間に設けられた真空断熱空間53により構成されている。
需要先用液化水素抜き出し用配管13は、内槽51内に貯留された液化水素42−1に浸漬され、かつ下部51Bに位置する液化水素42−1を抜き出す液化水素抜き出し口13Aと、外槽52の外側に配置された液化水素供給口13Bと、を有する。
送ガス蒸発器17は、水素ガス供給ライン16に設けられている。送ガス蒸発器17は、内槽51内から抜き出され、かつ水素ガス供給ライン16を流れる液化水素42−1を蒸発させることで、水素ガスを発生させる。該水素ガスは、水素ガス供給ライン16を介して、水素ガス充填先に供給される。
圧力逃がし弁22は、圧力逃がしライン19に設けられており、制御部25と電気的に接続されている。圧力逃がし弁22は、内槽51内の圧力が所定の閾値を超えたと制御部25が検知した際、制御部25により開かれる。これにより、圧力逃がしライン19を介して、内槽51内に存在する水素ガスを大気放散する。
制御部25は、内槽51内のガス相の圧力に応じて、圧力逃がし弁22及びバブリング用加圧弁31の開度を制御(調節)する。
第1の接続部35は、分岐ライン36の一端に設けられておりフレキホース46の一方の端が接続される。分岐ライン36の他方の端は、下部充填弁38を介して、液化水素抜き出し用配管27と接続されている。
フレキホース46は、第1の接続部35とタンクローリー43に設けられた第2の接続部42とを接続する液化水素チャージ用ホースである。
液化水素42−2は、液化水素42−1と同じ種類の液化水素である。本実施形態では、説明の便宜上、液化水素42−1と液化水素42−2とを用いて以下の説明を行う。
液化水素上部充填用配管39は、内槽51内の液化水素42−1の液面42a−1が低下し、フレキホース46により第1の接続部35とタンクローリー43とが接続され、上部充填弁41を開けて、内槽51の上部51Aから内槽51内に液化水素42−2を充填する際に使用される。
このように、第1の加圧ガス供給用配管32の他方の端32Bを逆U字型形状とすることにより液シールを形成し、第1の加圧ガス供給用配管32内に液化水素42−1が流入することを防止できる。
なお、上記構成とされた液化水素抜き出し用配管27及び第1の加圧ガス供給用配管32は、実際には、連続する1つの配管であり、2つの配管に分離されていない。
筒状部材33の下端33Aは、第1の加圧ガス供給用配管32の他方の端32Bを収容しているので、バブリングされた加圧用水素ガスを、筒状部材33内に位置する液化水素42−1に確実に供給することができ、該液化水素42−1により冷却された加圧用水素ガスは、加圧用水素ガスを冷却することで蒸発した水素ガス共々、筒状部材33のガイドにより、内槽51の上部51Aに位置するガス相(液化水素42−1に接するガス相よりも温度の高いガス相)に案内される。
また、筒状部材33は、図示してはいないが内槽51の内壁に支持されている。
これにより、タンクローリー43から内槽51内に液化水素42−2を充填する前段階において、内槽51内の上部51Aに位置するガス相を十分に冷却することが可能となる。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略構成を示す図である。図2において、図1に示す第1の実施形態の液化水素貯蔵供給設備10と同一構成部分には、同一符号を付す。
加圧弁63は、内槽51内のガス相の圧力を検知する制御部25と電気的に接続されており、制御部25により制御される。
つまり、第2の実施形態の液化水素貯蔵供給設備60は、異なる設定圧力で動作する2つのバルブ(具体的には、バブリング用加圧弁31及び加圧弁63)を有する。
図3は、本発明の第3の参考形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略構成を示す図である。図3において、図1に示す第1の実施形態の液化水素貯蔵供給設備10と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図3では、需要先用液化水素抜き出し配管13により内槽51内の液化水素42−1を抜き出している状態を模式的に図示している。
つまり、図3は、需要先用液化水素抜き出し配管13内が液化水素42−1で満たされた状態を図示している。さらに、図3では、第3の参考形態の液化水素貯蔵供給設備70を構成する第3の加圧ガス供給用配管72に設けられた伸縮部72Cの図示を省略する。
また、第3の加圧ガス供給用配管72は、一方の端72Aが液化水素抜き出し用配管27の他方の端27Bと接続され、内槽51の下部51Bを貫通すると共に、需要先用液化水素抜き出し配管13内を2重配管構造で内槽51の上部51Aに延在し、他方の端72Bが、需要先用液化水素抜き出し配管13の側壁を気密に貫通後、内槽51の上部51Aに開口している。
このため、加圧弁71を経由した加圧用水素ガスの冷却が、内槽51内に貯留された液化水素42−1の液面42a−1の位置に依存することはない。
図5は、本発明の第4の参考形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略構成を示す図である。図5において、図2に示す第2の実施形態の液化水素貯蔵供給設備60と同一構成部分には、同一符号を付す。
自然循環用配管82は、内槽51の下部51Bを貫通すると共に、内槽51内をほぼ垂直に立ち上がり内槽の上部51Aに延在している。これにより、自然循環用配管82の一部は、内槽51内に貯留された液化水素42−1に浸漬されている。
自然循環用配管82の先端部82Aは、内槽51内の上部51Aのガス相に開口されている。
つまり、第4の参考形態の液化水素貯蔵供給設備80は、異なる設定圧力とされた自然循環調節弁84及び加圧弁63を有する。
この状態で、自然循環調節弁84本体あるいは該弁の二次側近傍に小さな侵入熱を与えると、液化水素42−1の一部が気化して、液相及びガス相よりなる二相流となり、見かけ上の流体密度は、液化水素42−1の密度よりも小さくなる。この結果、自然循環調節弁84の二次側に作用する液ヘッドは、自然循環調節弁84の一次側に作用する液ヘッドよりも小さくなる。
自然循環する液化水素42−1の量は、自然循環調節弁84の前後にかかる液ヘッドの差と、循環系の圧力損失がバランスする条件とで決定される。
図6は、本発明の第5の参考形態に係る液化水素貯蔵供給設備の概略構成を示す図である。図6において、図2に示す第2の実施形態の液化水素貯蔵供給設備60と同一構成部分には、同一符号を付す。
本参考形態では、制御部93は、気液混合直後の温度を検出するため、温度制御の応答性がよく、また、精度の高い加圧用水素ガスの温度制御を行なうことができる。
より具体的には、本発明は、水素ステーションや低温物理研究等で使用される液化水素、及び水素ステーション、電子、金属、ガラス、石油等の産業で使用される水素ガスを供給する液化水素貯蔵供給設備に適用可能である。
Claims (2)
- 液化水素を貯留する内槽、該内槽を収容する外槽、及び前記内槽と前記外槽との間に設けられた真空断熱空間よりなる真空断熱二重殻貯槽を有し、前記液化水素あるいは水素ガスを需要先に供給する液化水素貯蔵供給設備であって、
一方の端が前記内槽の下部と接続され、前記内槽の下部から前記液化水素を抜き出す液化水素抜き出し用配管と、
前記液化水素抜き出し用配管に設けられ、前記液化水素抜き出し用配管を流れる前記液化水素を蒸発させることで、加圧用水素ガスを発生させる加圧蒸発器と、
前記内槽内に設けられ、下端が前記内槽の下部に貯留された前記液化水素に到達し、上端が前記内槽の上部に配置され、前記上端及び前記下端が開口された筒状部材と、
一方の端が前記液化水素抜き出し用配管の他方の端と接続され、前記内槽を貫通し、前記内槽内の下部に位置する前記液化水素に浸漬された他方の端から前記筒状部材内にバブリングされた前記加圧用水素ガスを供給する第1の加圧ガス供給用配管と、
前記第1の加圧ガス供給用配管に設けられ、前記加圧用水素ガスをバブリングするバブリング用加圧弁と、
前記内槽内のガス相の圧力に基づいて、前記バブリング用加圧弁の開度を調節する制御部と、
を有することを特徴とする液化水素貯蔵供給設備。 - 前記バブリング用加圧弁は、前記内槽内のガス相の圧力が第1の設定圧力よりも低下した際に、前記制御部により開かれ、
前記第1の加圧ガス供給用配管のうち、前記バブリング用加圧弁と前記加圧蒸発器との間に位置する部分から分岐され、かつ前記内槽の上部と接続された第2の加圧ガス供給用配管と、
前記第2の加圧ガス供給用配管に設けられ、前記内槽内のガス相の圧力が前記第1の設定圧力よりも低い第2の設定圧力を下回った際、前記制御部により開かれる加圧弁と、
を有することを特徴とする請求項1記載の液化水素貯蔵供給設備。
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