JP5870341B1 - 舶用防爆パージガス供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】易爆発性物質の輸送船舶に設置され、燃料電池から排出される窒素リッチガスより防爆パージガスである窒素ガスを得るためのシステムの提供を図る。【解決手段】易爆発性物質の船内貯蔵庫１０に接続され改質器３０もしくは燃料電池４０に該易爆発性物質を供給するための管路である水素源供給管２０と、水素ガスによって電力を発生させる燃料電池４０と、燃料電池４０が排気する窒素リッチガスを圧縮する圧縮機５０と、圧縮機５０が吐出する窒素リッチガスを原料とする窒素ガス発生装置６０と、窒素ガス発生装置６０が発生させる窒素ガスを船内貯蔵庫１０に防爆目的でパージする窒素ガスパージ手段と、が具備される。【選択図】図１

Description

本発明は、舶用防爆パージガス供給システムに関し、詳しくは、易爆発性物質の輸送船舶に設置される燃料電池から排出される窒素リッチガスより防爆パージガスである窒素ガスを得るためのシステムに関するものである。

窒素（窒素ガス）は、その不活性な物性特徴を活かして、保安・パージといった安全性向上の目的で幅広い分野で利用されている。
そして、その一用途としては、液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、並びにアルコール類などの易爆発性物質の輸送用船舶の船倉に積載されるそれらの物質の防爆性を担保するべく、窒素ガスでパージを行うことが挙げられる。

舶用防爆パージガスである窒素ガスを供給する方法としては、次の態様が挙げられる。
第一の態様としては、船外もしくは船内に窒素ガスタンクを設置して窒素ガスを得るという態様が挙げられる。
第二の態様としては、船内に空気圧縮機と窒素ガス発生装置とを設置し、窒素ガスを得るという態様が挙げられる。

前記第二の態様は、空気（大気）の約９９％は酸素と窒素で構成されており、その比率はおよそ２（酸素）：８（窒素）であるため、該空気から約２割を占める酸素を分離・除去することで、窒素ガスを得るという原理である。

前記窒素ガス発生装置の態様としては、第一に膜分離方式と、第二にＰＳＡ（圧力変動吸着）方式とが挙げられる。

膜分離方式とは、特殊な中空糸膜を使った手法で、該中空糸膜に圧縮空気を加圧力によって透過させることで、各成分の透過速度の違いにより、酸素を優先的に分離・除去することで、およそ９７％〜９９％程度の濃度の窒素ガスを抽出することが可能である。

ＰＳＡ（圧力変動吸着）方式とは、吸着材を利用したものであって、該吸着材に圧縮空気中の酸素を加圧力によって吸着させることで、その余としておよそ９９〜９９．９９％までの濃度の窒素ガスを抽出することが可能である。

前述を総合すると、膜分離方式とＰＳＡ方式とは、窒素ガス濃度９７％以上を期待できる。生産でき得る窒素ガスの濃度は、それぞれの方式で流量と原料圧縮空気の圧力とに相関する。
なお、舶用防爆パージガスとしての窒素ガスの濃度としては、およそ９５％乃至９８％程度である。

舶用防爆パージガスとしての窒素ガスを生産するための技術としては、特許文献１に係る技術提案が公知である。

特許文献１に係る技術提案をしても、舶用防爆パージガスである窒素ガス供給システムとしては、以下の課題が存する。

すなわち、第一の課題として、特許文献１に係る技術提案によれば、空気圧縮機は多量の電力を消費するところ、主電源が喪失し、非常電源に切り替わった場合においても、窒素ガスは防爆のために供給し続けなければならず、非常電源の有効な時間を短くさせてしまうジレンマがある、という課題が存するものである。

第二の課題として、特許文献１に係る技術提案によれば、輸送船内貯蔵庫にはエネルギー源となり得る液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質が多量に積載され得るところ、それらを有効活用できないという課題が存するものである。

本出願人は、主として、前記第一の課題及び前記第二の課題に鑑み、燃料電池の排気する窒素リッチガスより舶用防爆パージガスとしての窒素ガスを生産する技術について開発し、本発明における「舶用防爆パージガス供給システム」の提案に至るものである。

特開２００８−３０３０８９号公報

本発明は、上記技術背景に鑑み、燃料電池から排出される窒素リッチガスより舶用防爆パージガスである窒素ガスを供給するためのシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質の輸送用船舶に設置される舶用防爆パージガス供給システムであって、前記易爆発性物質の船内貯蔵庫に接続され改質器もしくは燃料電池に前記易爆発性物質を供給するための管路である水素源供給管と、水素ガスによって電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池が排気する窒素リッチガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機が圧縮する窒素リッチガスを原料とする窒素ガス発生装置と、該窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガスを前記船内貯蔵庫に防爆目的でパージする窒素ガスパージ手段と、から構成されている。

また、本発明において、前記燃料電池が発する電力が、前記圧縮機に供給されている構成を採用する。

また、本発明では、前記燃料電池が発する電力が、船内における電力を要する機器のバックアップ用電源として供給されている構成が好ましい。

また、本発明では、前記燃料電池が発する電力が、船体推進動力源の電源として供給されている構成が好ましい。

また、本発明では、前記燃料電池に空気を圧縮して送気する燃料電池用圧縮機が具備され、該燃料電池用圧縮機の駆動エネルギー源が前記圧縮機の吐出する圧縮空気である構成が好ましい。

また、本発明では、前記易爆発性物質を前記水素源供給管を介して前記改質器もしくは前記燃料電池まで送り込むエネルギー源である水素源ポンプが具備され、前記水素源ポンプの駆動エネルギー源が前記圧縮機の吐出する前記窒素リッチガスである構成が好ましい。

また、本発明では、前記水素源ポンプ、前記改質器、前記燃料電池、前記燃料電池用圧縮機、並びに前記圧縮機が前記船内貯蔵庫より隔絶された区画に配置され、該区画は、前記水素源ポンプと前記燃料電池用圧縮機との両方もしくはいずれか一方が排気する窒素リッチガスでパージされている構成が好ましい。

また、本発明では、前記水素源供給管は、前記易爆発性物質を通過させる内側管と該内側管より所定径大きく且つ両端とも前記船内貯蔵庫とは連通しない外側管とが具備されて成り、該内側管と外側管との空間に窒素リッチガスもしくは窒素ガスがパージされている構成が好ましい。

上述の通り、本発明は、液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質の船内貯蔵庫に接続され改質器もしくは燃料電池に該易爆発性物質を供給するための管路である水素源供給管と、水素ガスによって電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池が発する電力が供給され且つ該燃料電池が排気する窒素リッチガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機が吐出する窒素リッチガス原料とする窒素ガス発生装置と、該窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガスを前記船内貯蔵庫に防爆目的でパージする窒素ガスパージ手段と、が具備されるので、以下の効果を奏するものである。

本発明の第一の効果としては、船内主電源が喪失した場合でも、燃料電池の発する電力によって空気圧縮機が運転可能であるため、窒素ガスは防爆のために供給され続ける、ということが挙げられる。

本発明の第二の効果としては、船内主電源が喪失した場合でも、燃料電池は発電動作可能であり、窒素ガスの原料である窒素リッチガスを排気し続けるので、窒素ガス発生装置における著しい濃度変動が起こりにくい、ということが挙げられる。

本発明の第三の効果としては、輸送船内貯蔵庫に存する液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質を改質器を介するなどによって、最終的に水素ガスとして燃料電池に供給できるので、燃料電池が発電動作可能な時間を最大で易爆発性物質の貯蔵量の分まで延長可能である、ことが挙げられる。

本発明の第四の効果としては、燃料電池が発電動作可能な時間を十分に延長可能であるので、船内の電力を要する機器のバックアップ用電源として供給される時間も十分に延長可能である、ことが挙げられる。

本発明の第五の効果としては、推進動力源として、同出力の内燃機関より大きさの小さい電動機を採用可能になるので、船内スペースを有効活用でき得る、ことが挙げられる。

本発明の第六の効果としては、燃料電池用空気圧縮機及び水素源ポンプの駆動エネルギー源が圧縮機の吐出する窒素リッチガスであるため、それでパージされる区画（水素源ポンプ、改質器、燃料電池、燃料電池用圧縮機、並びに圧縮機の配置される区画）の防爆性を向上可能である、ことが挙げられる。

本発明にかかる舶用防爆パージガス供給システムの実施形態を示すシステム構成概略図である。

本発明にかかる舶用防爆パージガス供給システムは、液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質の船内貯蔵庫に接続され改質器もしくは燃料電池に易爆発性物質を供給するための管路である水素源供給管と、水素ガスによって電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池が発する電力が供給され且つ該燃料電池が排気する窒素リッチガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機が吐出する窒素リッチガス原料とする窒素ガス発生装置と、該窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガスを前記船内貯蔵庫に防爆目的でパージする窒素ガスパージ手段と、が具備される構成を最大の特徴とする。
以下、本発明にかかる舶用防爆パージガス供給システムの実施形態、すなわち、システム構成を、図面に基づいて詳細に説明する。

なお、本発明かかる舶用防爆パージガス供給システムは、以下に述べる実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる機器や該機器の素材もしくは形状などに関して適宜変更することができる。

図１は、本発明にかかる舶用防爆パージガス供給システムの実施形態を示すシステム構成概略図である。
本発明にかかる舶用防爆パージガス供給システム１は、主として、液化石油ガス、液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質の船内貯蔵庫１０に接続され改質器３０もしくは燃料電池４０に該易爆発性物質を供給するための管路である水素源供給管２０と、水素ガス３１によって電力４３を発生させる燃料電池４０と、該燃料電池４０が発する電力４３が供給され且つ該燃料電池４０が排気する窒素リッチガス４２を圧縮する圧縮機５０と、該圧縮機５０が吐出する窒素リッチガス４２を原料とする窒素ガス発生装置６０と、前記窒素ガス発生装置６０が発生させる窒素ガス６１を前記船内貯蔵庫１０に防爆目的で供給する窒素ガスパージ手段７０と、からなる。

液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質の船内貯蔵庫１０は、それら輸送対象を貯蔵するための貯蔵庫である。船内貯蔵庫１０は、易爆発性物質を貯蔵するので、防爆を担保するために窒素ガス６１によるパージを要する。

船内貯蔵庫１０の所定箇所には、水素源供給管２０の一端が連通される。水素源供給管２０が連通する箇所としては、易爆発性物質の物質状態や比重などにより適宜決定される。

水素源供給管２０の管内において易爆発性物質を移動させるために、水素源ポンプ２１を備えて成り、該水素源ポンプ２１の駆動エネルギー源としては、圧縮機５０の吐出する窒素リッチガス４２をエネルギー源とするエアモーターポンプである構成が望ましい。これは、エアモーターが電磁的なスパークを発生させないことと、エアモーターの排気も酸素濃度が低下しているため、ある程度の不活性ガスであることによるもので、それらはシステムの防爆性を向上可能とさせる。

水素源供給管２０の他端は、改質器３０もしくは燃料電池４０に連通される。改質器３０は、船内貯蔵庫１０に存する液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、並びにアルコール類などの易爆発性物質より、燃料電池が要する水素ガス３１を供給する。水素源供給管２０の他端が燃料電池４０に直接続される場合は、船内貯蔵庫１０に貯蔵される易爆発性が水素である場合である。そうである場合は、改質器３０は不要である。（図示省略）なお、改質器３０の動作や構成の詳細については、公知であるので省略する。

燃料電池４０は、酸素と水素ガス３１を水４５とする反応によって電力４３を発生させる。この反応により、電力４３の外、窒素リッチガス４２と水４５とが排気・排水される。酸素は大気中に含まれるものであり、すなわち、大気から前記反応に供される酸素が除かれたその余が、窒素リッチガス４２として排気される。なお、燃料電池４０の動作や構成の詳細については、公知であるので省略する。

燃料電池４０が要する酸素を含んだ大気は、圧縮されていると燃料電池４０の効率が向上するため、燃料電池用圧縮機４４が備えられることが望ましい。燃料電池用圧縮機４４の駆動エネルギー源としては、前記水素源ポンプ２１と同じく圧縮機５０の吐出する窒素リッチガス４２をエネルギー源とするエアモーターポンプであることが望ましく、その理由も同じである。

なお、燃料電池４０が排水する水４５については、改質器３０が要する水蒸気源や船内用水として利用する態様についても十分に考えられる。

圧縮機５０は、燃料電池４０が排気する窒素リッチガス４２を窒素ガス発生装置６０が要する圧力まで圧縮・吐出する。また、圧縮機５０は、水素源ポンプ２１及び燃料電池用圧縮機４４の駆動エネルギー源である窒素リッチガス４２を供給可能な構成であると望ましい。さらに、圧縮機５０の駆動エネルギー源としては、電力４３である構成が望ましく、該構成を採用することで、船内主電源の有無にかかわらず自立してシステムを稼働可能となる。なお、圧縮機５０の動作や構成の詳細については、公知であるので省略する。

窒素ガス発生装置６０は、圧縮機５０が圧縮・吐出する窒素リッチガス４２より窒素ガス６１を発生させる。窒素ガス６１は、窒素ガスパージ手段７０を介して、船内貯蔵庫１０に貯蔵される易爆発性物質の防爆を担保するための不活性ガスとして、パージされる。なお、窒素ガス発生装置６０については、前述の膜分離方式でもＰＳＡ方式でもどちらでも構わない。

窒素ガスパージ手段７０は、船内貯蔵庫１０にパージ可能な態様であればそれでよく、多くの場合で、管体よりノズルやオリフィスを介して窒素ガス６１を噴出させる態様が採用可能である。窒素ガスパージ手段７０がパージする窒素ガス６１の濃度、流量、並びに温度は、適切に管理される態様が望ましく、それを行うための制御装置が併せて備えられる構成がより望ましい。

船体推進動力源８０は、スクリュー９０を駆動して船体を推進させる電動機であって、燃料電池４０の発する電力４３によって動作する構成が望ましい。このときの船体推進動力源８０としては、主たる船体推進動力であっても、非常時にのみ使用する従たる船体推進動力であってもどちらでも構わない。電動機は、同出力の内燃機関より小型であるため、船内スペースを有効利用可能である。

船橋１００には、種々の電力を要する機器が存する。前記電力を要する機器の多くには、航行を安全とするための機器が多く存する。それらについては、通常時には船内主電源が供されるが、機器停止が許されないものも多く、バックアップ用の電源が要される。かかるバックアップ用の電源として、燃料電池４０の発する電力４３へ切替可能な構成であると望ましい。
なお、電力４３は、燃料電池が発した原始電力としては直流であるが、適宜、ＤＣ−ＡＣ変換、周波数変換、並びに電圧変換されればよく、途中に蓄電池を介してもよい。それらの技術の多くは既に公知である。

なお、図１にかかる実施例においては、説明をし易くするために省略したが、水素源ポンプ２１、改質器３０、燃料電池４０、燃料電池用圧縮機４４、並びに圧縮機５０といった回転摩擦や電気的スパークを発生させ得る構成要件は、船内貯蔵庫１０より隔絶された区画にまとめて配置され、水素源ポンプ２１や燃料電池用圧縮機４４が排気する窒素リッチガス４２でパージされることが望ましい。燃料電池４０が排気し、圧縮機５０が圧縮し、最終的に水素源ポンプ２１、燃料電池用圧縮機４４が排気する窒素リッチガス４２は、およそ９０％程度の窒素濃度であるため、前記区画の防爆性を向上可能である。

さらになお、水素源ガス供給管２０の態様として、図示はしていないが、易爆発性物質を通過させる内側管と、内側管より所定径大きく且つ両端とも前記船内貯蔵庫１０とは連通しない外側管とより成る二重管とし、該内側管と外側管との空間が窒素リッチガス４２もしくは窒素ガス６１によってパージされている構成も考えられる。水素源ガス供給管２０を二重管とする理由は、内側管と外側管との空間に不活性ガスをパージすることで、内側管が傷つくなどして易爆発性物質が漏出した際の防爆性の担保である。

本発明は、「発明の効果」記載の通り、多くの優れた効果を実現可能とするものである。したがって、本発明における「舶用防爆パージガス供給システム」の産業上の利用可能性は大であると思料する。

１ 舶用防爆パージガス供給システム
１０ 船内貯蔵庫
２０ 水素源供給管
２１ 水素源ポンプ
３０ 改質器
３１ 水素ガス
４０ 燃料電池
４１ 空気（大気）
４２ 窒素リッチガス
４３ 電力
４４ 燃料電池用圧縮機
４５ 水
５０ 圧縮機
６０ 窒素ガス発生装置
６１ 窒素ガス
７０ 窒素ガスパージ手段
８０ 船体推進動力源
９０ スクリュー
１００ 船橋

Claims (7)

1. 液化石油ガス、液化天然ガス、石油類、アルコール類並びに水素などの易爆発性物質の輸送用船舶に設置される舶用防爆パージガス供給システムであって、
   前記易爆発性物質の船内貯蔵庫に接続され改質器もしくは燃料電池に前記易爆発性物質を供給するための管路である水素源供給管と、
   水素ガスによって電力を発生させる燃料電池と、
   前記燃料電池が発する電力が供給され且つ前記燃料電池が排気する窒素リッチガスを圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機が吐出する窒素リッチガスを原料とする窒素ガス発生装置と、
   前記窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガスを前記船内貯蔵庫に防爆目的でパージする窒素ガスパージ手段と、
   が具備されることを特徴とする舶用防爆パージガス供給システム。
2. 前記燃料電池が発する電力が、船内における電力を要する機器のバックアップ用電源として供給されていることを特徴とする請求項１に記載の舶用防爆パージガス供給システム。
3. 前記燃料電池が発する電力が、船体推進動力源の電源として供給されていること特徴とする請求項１または請求項２に記載の舶用防爆パージガス供給システム。
4. 前記燃料電池に空気を圧縮して送気する燃料電池用圧縮機が具備され、該燃料電池用圧縮機の駆動エネルギー源が前記圧縮機の吐出する窒素リッチガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の舶用防爆パージガス供給システム。
5. 前記易爆発性物質を前記水素源供給管を介して前記改質器もしくは前記燃料電池まで送り込むエネルギー源である水素源ポンプが具備され、該水素源ポンプの駆動エネルギー源が前記圧縮機の吐出する窒素リッチガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載の舶用防爆パージガス供給システム。
6. 駆動エネルギー源が前記圧縮機の吐出する窒素リッチガスであって前記燃料電池に空気を圧縮して送気する燃料電池用圧縮機が具備されると共に、駆動エネルギー源が前記圧縮機の吐出する窒素リッチガスであって前記易爆発性物質を前記水素源供給管を介して前記改質器もしくは前記燃料電池まで送り込むエネルギー源である水素源ポンプが具備され、
   前記水素源ポンプ、前記改質器、前記燃料電池、前記燃料電池用圧縮機、並びに前記圧縮機が前記船内貯蔵庫より隔絶された区画に配置され、該区画は、前記水素源ポンプと前記燃料電池用圧縮機の両方もしくはいずれか一方が排気する窒素リッチガスでパージされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の舶用防爆パージガス供給システム。
7. 前記水素源供給管は、前記易爆発性物質を通過させる内側管と該内側管より所定径大きく且つ両端とも前記船内貯蔵庫とは連通しない外側管とが具備されて成り、該内側管と外側管との空間に窒素リッチガスもしくは窒素ガスがパージされていることを特徴とした請求項１乃至請求項６のいずれか記載の舶用防爆パージガス供給システム。