JP6514992B2 - 水素ステーションの防災設備 - Google Patents

Description

本発明は、液体水素や圧縮水素を貯蔵して燃料電池自動車などに水素を供給する水素ステーションの防災設備に関する。

水素を燃料として用いる燃料電池自動車は、走行時に二酸化炭素を排出せず、また、大気汚染の原因となるＮＯｘ等の物質も排出しない。また、数分程度の燃料供給で数百ｋｍの走行が可能であるので、充電に時間を要する電気自動車よりも利便性が高い。このため、将来の普及を見込んだ燃料電池自動車に対する技術開発が行われている。

燃料電池自動車に対する燃料供給は、水素ステーションにおいて行われる。水素ステーションには、工場などで製造され輸送された水素を貯蔵して供給するオフサイト型と、ステーション内でＬＰＧなどの原料を改質し水素を製造して供給するオンサイト型とがある。

水素が漏洩、引火すると大規模な爆発を起こす可能性もあるので、いずれの形式であっても、水素の貯蔵タンク等を配置する区画は、所定の強度及び高さを有する障壁で取り囲むことが求められている。また、万一水素ステーション内で火災が発生した場合には、大きな災害となる可能性があるので、通常の設備に比べてより厳重な防火設備を設ける必要がある。かかる防火設備を備えた水素ステーションとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開２０１２−６６０８６号公報

水素の貯蔵タンク等高圧水素のある設備は、温度が高くなると内部圧力が上昇することによる設備破壊を生じるおそれがあるので、表面温度が所定以上とならないように常時監視し、仮に表面温度が所定以上となった場合には、水を噴霧するなどして貯蔵タンクの温度を下げる必要がある。

従来の水素ステーションでは、貯蔵タンクの配置場所における火災発生時に消火を行うための水噴霧ヘッド及び水の供給ラインとからなる消火設備が設けられている。貯蔵タンクの表面温度が上昇した際にも、この消火設備を利用し、水噴霧ヘッドから水を噴霧して、貯蔵タンクの温度を下げるようにしていた。

このような消火設備は、火災を消火するために大量の水を噴霧するように設計されているが、貯蔵タンクの温度を下げることが目的であれば、それほど大量の水は必要としない。それにもかかわらず、消火設備を用いて貯蔵タンクの温度を下げる場合には、大量の水が無駄になってしまう。また、火災発生時と同様の水噴霧が行われるために、水素ステーションやその周囲にいる人に対して、緊張を与えてしまう可能性があった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、火災を消火する設備を用いて水素の貯蔵タンクに対して少量の水噴霧も行うことのできる水素ステーションの防災設備を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る水素ステーションの防災設備は、水素を貯蔵する貯蔵タンクを有する水素ステーションの防災設備において、
前記貯蔵タンクに対して散水する散水部と、該散水部に対して水を供給する水供給ラインと、前記貯蔵タンクが設けられた部屋での火災発生を検出する火災検出部と、前記貯蔵タンクの温度を検出する温度検出部とを有し、
前記水供給ラインは、火災を消火するための水を供給する第１の供給ラインと、該第１の供給ラインよりも少流水量の水を供給する第２の供給ラインとを有し、
前記温度検出部で前記貯蔵タンクの温度が所定以上であることが検出された場合には、前記第２の供給ラインから前記散水部に対して水が供給されることを特徴として構成されている。

請求項１に係る発明によれば、貯蔵タンクの温度が所定以上である場合には、火災消火に用いる第１の供給ラインではなく、より少量の水を供給する第２の供給ラインが用いられる。

また、請求項２の発明に係る水素ステーションの防災設備は、前記水供給ラインは、前記第１の供給ラインと第２の供給ラインとを切替える切替部を有し、該切替部は、前記温度検出部で前記貯蔵タンクの温度が所定以上であることが検出された場合には、前記散水部に水を供給するラインを前記第２の供給ラインに切替えることを特徴として構成されている。

請求項２に係る発明によれば、切替部の制御によって、火災発生時の散水と温度上昇時の散水とを容易に切替えることができる。

さらに、請求項３の発明に係る水素ステーションの防災設備は、前記第２の供給ラインは、前記第１の供給ラインから分岐し、水の減圧部を経て前記第１の供給ラインに合流することを特徴として構成されている。

請求項３に係る発明によれば、ポンプを第１の供給ラインにのみ設ければよく、水素ステーションの構成を簡素化できる。

さらにまた、請求項４の発明に係る水素ステーションの防災設備は、前記第１の供給ラインと第２の供給ラインは、合流部で合流し、前記第１の供給ラインの前記合流部より上流側と、前記第２の供給ラインの前記合流部より上流側には、それぞれ逆止弁が設けられることを特徴として構成されている。

請求項４に係る発明によれば、切替制御を行うことなく、火災発生時と温度上昇時のそれぞれについて、異なる水量での散水を可能とできる。すなわち、切替制御を不要とでき、動作フローをより簡易化することができる。

本発明に係る水素ステーションの防災設備によれば、貯蔵タンクの表面温度が所定以上となった場合には、第２の供給ラインを通じて火災発生時より少量の散水を行うので、節水を図ることができると共に、冷却の際には水素ステーションやその周囲にいる人に対して、緊張を与えないようにすることができる。

本実施形態における防災設備を備えた水素ステーションの構成図である。 水噴霧ヘッドに対する水の供給フロー図である。 第１変形例の防災設備を有する水素ステーションの構成図である。 第２変形例の防災設備を有する水素ステーションの構成図である。 第３変形例の防災設備を有する水素ステーションの構成図である。

本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における防災設備を備えた水素ステーションの構成図を示している。この図に示す水素ステーションは、ガソリンスタンドを併設しており、また、燃料を改質してステーション内で水素を製造することが可能なオンサイト型として構成されている。

図１に示すように、本実施形態の水素ステーションは、道路１に面して設置されており、法令等で定められた所定の隔壁２に囲まれた領域に設けられる。隔壁２に囲まれた領域内で、さらに水素の製造（改質）及び貯蔵を行う場所は、高さ２ｍ以上の障壁３によって囲まれている。

水素ステーション内には、水素を自動車に対して供給する水素ディスペンサー５と、ガソリンを自動車に対して供給する給油設備６とが配置されている。さらに、水素ステーション内には、事務所棟４も配置される。事務所棟４内には、水素ステーション内に設置された火災感知器等によって火災等の異常が検出された際に、それを集中的に監視できる監視盤３３が設置されている。

水素の原料となる燃料は、水素ステーションの地下に設けられる燃料タンク１０に貯蔵される。燃料タンク１０からの燃料は、水素製造装置１１に送られ、ここで燃料が改質されて水素が製造される。製造された水素は気体の状態であり、これが圧縮機１２に送られて圧縮され、圧縮水素の状態で貯蔵タンク１３に貯蔵される。

障壁３で囲まれた領域で火災等が発生すると、水素に引火するおそれもあるので、この領域には火災等の異常を検出する機器が複数設置されている。本実施形態では、障壁３内の領域での火災発生を検出する火災感知器３０と、手動で火災発生などの異常を報知したり、あるいは火災感知器３０で火災発生が検出された際の火災確定信号を送信するための起動装置３１と、貯蔵タンク１３の表面温度や水素の製造（改質）及び貯蔵を行う場所の温度を監視する温度検出部３２とが設けられている。また、水素ディスペンサー５の近くにも、火災感知器３０や起動装置３１が設けられる。これらの火災感知器３０や起動装置３１、温度検出部３２は、いずれも監視盤３３に接続される。

障壁３で囲まれた領域には、貯蔵タンク１３に対して散水可能な散水部である水噴霧ヘッド２４が設けられている。水噴霧ヘッド２４は、水供給ラインから水の供給を受けて、貯蔵タンク１３に対して散水可能な位置に複数が設置されている。水噴霧ヘッド２４は、火災発生時に消火のために散水する他、貯蔵タンク１３の表面温度が上昇した場合に、これを冷却するために散水することができる。

水噴霧ヘッド２４に対する水供給ラインについてさらに説明する。水素ステーションの地下には、消火のための水を貯蔵する水貯蔵タンク２０が設けられている。水貯蔵タンク２０からは、高圧ポンプ２１を用いて水をくみ上げることができる。水貯蔵タンク２０からくみ上げられた水は、高圧ポンプ２１を経て第１の供給ライン２５に送られる。

水供給ラインには、水貯蔵タンク２０からの水を送る第１の供給ライン２５とは別に、第２の供給ライン２６も設けられている。第２の供給ライン２６は、外部からの水道を水源とし、低圧ポンプ２２を介して水噴霧ヘッド２４側に水を供給する。低圧ポンプ２２は、第１の供給ライン２５の高圧ポンプ２１よりも低い圧力で水を供給する。このため、第１の供給ライン２５から供給される水の流量に比べて、第２の供給ライン２６から供給される水の流量は小さい。

第１の供給ライン２５と第２の供給ライン２６は、切替部となる切替弁２３で合流し、切替弁２３と水噴霧ヘッド２４との間は、共通ライン２７で構成されている。切替弁２３は、第１の供給ライン２５から共通ライン２７に水を通す状態と、第２の供給ライン２６から共通ライン２７に水を通す状態とを切替えることが可能な弁である。

図２には、水噴霧ヘッド２４に対する水の供給フロー図を示している。まず、異常検出の有無を判断する（Ｓ１）。

Ｓ１において、異常が検出されない場合、貯蔵タンク１３の表面温度上昇の有無を検出する（Ｓ２）。貯蔵タンク１３の表面温度が所定以上、上昇している場合には、切替弁２３において水噴霧ヘッド２４側に供給される水のラインを、第２の供給ライン２６に切替える（Ｓ３）。このとき、既に第２の供給ライン２６と水噴霧ヘッド２４側とが連通する状態であった場合には、そのままの状態を維持する。

その後、低圧ポンプ２２を介して水噴霧ヘッド２４に対し水が供給される（Ｓ４）。第２の供給ライン２６からの水は、切替弁２３から共通ライン２７に導かれ、水噴霧ヘッド２４から貯蔵タンク１３に向かって散水される。第２の供給ライン２６からの水は、低圧の水であるため、水噴霧ヘッド２４からの散水量は、貯蔵タンク１３を冷却するのに必要な水の量であって、比較的少ない。

Ｓ１において、異常が検出された場合には、切替弁２３において水噴霧ヘッド２４側に供給される水のラインを、第１の供給ライン２５に切替える（Ｓ５）。このとき、既に第１の供給ライン２５と水噴霧ヘッド２４側とが連通する状態であった場合には、そのままの状態を維持する。

その後、高圧ポンプ２１を介して水噴霧ヘッド２４に対し水が供給される（Ｓ６）。第１の供給ライン２５からの水は、切替弁２３から共通ライン２７に導かれ、水噴霧ヘッド２４から貯蔵タンク１３に向かって散水される。第１の供給ライン２５からの水は、高圧の水であるため、水噴霧ヘッド２４からの散水量は、貯蔵タンク１３周辺で発生した火災を消火するために必要な水の量であって、大量である。

このように、貯蔵タンク１３の表面温度が所定以上となった場合には、第２の供給ライン２６を通じて火災発生時より少量の散水を行うことにより、節水を図ることができると共に、冷却の際には水素ステーションやその周囲にいる人に対して、緊張を与えないようにすることができる。一方で、火災発生の場合には、第１の供給ライン２５を通じて大量の散水を行い、確実な消火を図ることができる。

次に、本発明の第１変形例について説明する。図３には、第１変形例の防災設備を有する水素ステーションの構成図を示している。本変形例の構成は、図１の場合とほとんど同じであるため、共通する部分の説明は省略する。

図３に示すように、本変形例では、水供給ラインに供給される水は、水貯蔵タンク２０からのみであり、ポンプも高圧ポンプ２１のみが設けられる。第２の供給ライン４１は、切替弁４３で第１の供給ライン４０から分岐し、それよりも下流の切替弁４４で第１の供給ライン４０に合流する。切替弁４４よりも下流側は、共通ライン２７である。第２の供給ライン４１には、水の減圧部４２が設けられる。減圧部４２は、減圧弁、定流量弁、あるいはオリフィス孔などによって構成され、高圧の水の圧力を低下させることができる。

上流側の切替弁４３は、高圧ポンプ２１からの水を第１の供給ライン４０にそのまま通す状態と、高圧ポンプ２１からの水を第２の供給ライン４１側に通す状態とを切替えることができる。また、下流側の切替弁４４は、第１の供給ライン４０からの水を共通ライン２７に通す状態と、第２の供給ライン４１からの水を共通ライン２７に通す状態とを切替えることができる。２つの切替弁４３，４４は、連動して動作し、上流側の切替弁４３が第１の供給ライン４０側に水を通す状態の時は、下流側の切替弁４４は第１の供給ライン４０からの水を共通ライン２７に通す状態となり、上流側の切替弁４３が第２の供給ライン４１側に水を通す状態の時は、下流側の切替弁４４は第２の供給ライン４１からの水を共通ライン２７に通す状態となる。

水素ステーションにおいて火災発生が検出された場合、切替弁４３，４４は、高圧ポンプ２１からの水を第１の供給ライン４０から共通ライン２７にそのまま流す状態となる。一方、貯蔵タンク１３の表面温度が所定以上となった場合、切替弁４３，４４は、高圧ポンプ２１からの水を第２の供給ライン４１に導き、減圧部４２で低圧となった水を共通ライン２７に流す状態となる。

このように、水の供給部分を第１の供給ライン４１と第２の供給ライン４１とで共通化し、第１の供給ライン４０と第２の供給ライン４１とを切替可能とすると共に、第２の供給ライン４１に減圧部４２を設けることによっても、火災発生時と温度上昇時のそれぞれについて、異なる水量での散水を行うことができる。この場合、ポンプは高圧ポンプ２１だけでよいので、水素ステーションの構成を簡素化できる。

本変形例では、第２の供給ライン４１の下流部が第１の供給ライン４０と合流する部分に、切替弁４４を設けているが、これに代えて第２の供給ライン４１の減圧部４２より下流部に逆止弁を設けるようにしてもよい。

次に、本発明の第２変形例について説明する。図４には、第２変形例の防災設備を有する水素ステーションの構成図を示している。本変形例の構成は、図１の場合とほとんど同じであるため、共通する部分の説明は省略する。

図４に示すように、本変形例では、図１の場合と同様に、水貯蔵タンク２０から水が供給される第１の供給ライン２５は、高圧ポンプ２１を有し、水道などの外部水源から水が供給される第２の供給ライン２６は、低圧ポンプ２２を有するが、切替弁２３は有しておらず、第１の供給ライン２５と第２の供給ライン２６は単に合流してそれより下流側が共通ライン２７となっている。

第１の供給ライン２５は、第２の供給ライン２６との合流部より上流側に逆止弁４５を有し、第２の供給ライン２６は、第１の供給ライン２５との合流部より上流側に逆止弁４６を有する。これにより、第１の供給ライン２５から高圧の水が供給される場合に、第２の供給ライン２６側に水が逆流せず、また、第２の供給ライン２６から低圧の水が供給される場合に、第１の供給ライン２５側に水が逆流しない。すなわち、図１のように切替弁２３を設けなくても、火災発生時と温度上昇時のそれぞれについて、異なる水量での散水を可能とできる。これにより、切替弁２３における切替制御を不要とでき、動作フローをより簡易化することができる。

次に、本発明の第３変形例について説明する。図５には、第３変形例の防災設備を有する水素ステーションの構成図を示している。本変形例の構成は、図１の場合とほとんど同じであるため、共通する部分の説明は省略する。

図５に示すように、本変形例では、水貯蔵タンク２０から第１の供給ライン５０が伸び、第２の供給ライン５１は外部から引き込まれ、両者の合流位置には切替弁５３が配置されている。切替弁５３より下流側は共通ライン２７となっていて、この共通ライン２７に、ポンプの回転数を制御することにより吐出圧力を変化させることのできる吐出可変ポンプ５２が配置されている。切替弁５３は、第１の供給ライン５０から共通ライン２７に水を流す状態と、第２の供給ライン５１から共通ライン２７に水を流す状態とを切替えることができる。また、吐出可変ポンプ５２は、切替弁５３が第１の供給ライン５０側に連通する状態では、高圧にて水を水噴霧ヘッド２４に対して供給し、切替弁５３が第２の供給ライン５１側に連通する状態では、低圧にて水を水噴霧ヘッド２４に対して供給する。

また、別の変形例として、水供給ラインとして第１の供給ライン２５のみを設け、高圧の水と低圧の水のいずれかを選択的に供給可能な吐出可変ポンプを設けることにより、火災発生時にはポンプから高圧の水を水噴霧ヘッド２４に対して供給し、貯蔵タンク１３の温度上昇時には低圧の水を水噴霧ヘッド２４に対して供給し、状況に応じて供給する水量を調整するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は上述の実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において、様々に適用されうる。例えば、上述の実施形態では、貯蔵タンク１３に対する散水部として水噴霧ヘッド２４を用いているが、放水銃などそれ以外の散水手段を用いてもよい。

また、上述の実施形態では、第１の供給ライン２５に供給される水は水貯蔵タンク２０から、第２の供給ライン２６に供給される水は水道などの外部水源からとしているが、水源が共通していてもよいし、また、これらが入れ替わっていてもよい。

上述の実施形態では、オンサイト型の水素ステーションについて説明したが、水素を外部から輸送して貯蔵するオフサイト型の水素ステーションであっても、同様に本発明を適用することができる。

１ 道路
２ 隔壁
３ 障壁
４ 事務所棟
５ 水素ディスペンサー
６ 給油設備
１０ 燃料タンク
１１ 水素製造装置
１２ 圧縮機
１３ 貯蔵タンク
２０ 水貯蔵タンク
２１ 高圧ポンプ
２２ 低圧ポンプ
２３ 切替弁
２４ 水噴霧ヘッド
２５ 第１の供給ライン
２６ 第２の供給ライン
２７ 共通ライン
３０ 火災感知器
３１ 起動装置
３２ 温度検出部
３３ 監視盤

Claims (4)

1. 水素を貯蔵する貯蔵タンクを有する水素ステーションの防災設備において、
   前記貯蔵タンクに対して散水する散水部と、該散水部に対して水を供給する水供給ラインと、前記貯蔵タンクが設けられた部屋での火災発生を検出する火災検出部と、前記貯蔵タンクの温度を検出する温度検出部とを有し、
   前記水供給ラインは、火災を消火するための水を供給する第１の供給ラインと、該第１の供給ラインよりも少流水量の水を供給する第２の供給ラインとを有し、
   前記温度検出部で前記貯蔵タンクの温度が所定以上であることが検出された場合には、前記第２の供給ラインから前記散水部に対して水が供給されることを特徴とする水素ステーションの防災設備。
2. 前記水供給ラインは、前記第１の供給ラインと第２の供給ラインとを切替える切替部を有し、該切替部は、前記温度検出部で前記貯蔵タンクの温度が所定以上であることが検出された場合には、前記散水部に水を供給するラインを前記第２の供給ラインに切替えることを特徴とする請求項１に記載の水素ステーションの防災設備。
3. 前記第２の供給ラインは、前記第１の供給ラインから分岐し、水の減圧部を経て前記第１の供給ラインに合流することを特徴とする請求項１に記載の水素ステーションの防災設備。
4. 前記第１の供給ラインと第２の供給ラインは、合流部で合流し、前記第１の供給ラインの前記合流部より上流側と、前記第２の供給ラインの前記合流部より上流側には、それぞれ逆止弁が設けられることを特徴とする請求項１に記載の水素ステーションの防災設備。

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