JP6977244B2 - 水素貯蔵設備 - Google Patents

Description

本発明は、海等の水面下に液体水素を貯蔵する水素貯蔵設備に関する。

特許文献１には、浮体が海上に浮いた状態で係留され、その浮体の上に水素貯蔵設備が設置されたプラントが開示されている。

特開平１１−３８１７２号公報

しかしながら、水素貯蔵設備が事故等により故障して水素が漏洩し、空気中に水素が拡散して一定の濃度に達すると引火の危険性が高まる。
また、大量の水素を限られたスペースに貯蔵するためには、水素を液化した状態で貯蔵する必要があるが、特許文献１に記載の水素貯蔵設備で液体水素を貯蔵する場合、夏場等の高温時には水素貯蔵設備が昇温してしまうので、水素を液体状態に維持するために、水素貯蔵設備に散水する等して、水素貯蔵設備を冷却することが必要となり、多大なコストが掛かってしまう。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、水素が漏洩した場合でも水素の引火を防止するとともに、貯蔵する液体水素の温度上昇による気化を抑制することである。

以上の課題を解決するための主たる発明は、内部空間が形成され、水底の土砂に接触するよう、全体が水面下の土中に埋設されるコンクリート製の外殻と、前記内部空間に設置され、液体水素を貯蔵するタンクと、を備えることを特徴とする水素貯蔵設備である。

以上の発明によれば、タンクの故障等によって水素が漏れても空気中に拡散せず、水中に拡散するので、水素の引火を防ぐことができる。また、温度変化の小さい水中にタンクが没しているので、夏場におけるタンクの昇温を防止でき、熱伝達による液体水素の気化を抑制できる。

好ましくは、前記水素貯蔵設備が、前記水面に浮遊した状態で係留された浮体と、前記タンクから前記浮体まで配された液体水素輸送用配管と、を更に備える。
好ましくは、前記水素貯蔵設備が、前記浮体に設置されているとともに前記液体輸送用配管に接続された荷役設備を更に備える。

以上の発明によれば、浮体に近づいた輸送船等とタンクとの間で液体水素の移送を行える。

本発明によれば、タンクの故障によって漏れた水素の引火を防止できるとともに、タンクの昇温及び液体水素の昇温を防止することで、液体水素の気化を抑制することができる。

図１は、第１実施形態の水素貯蔵設備の概略側面図である。 図２は、第２実施形態の水素貯蔵設備の概略側面図である。 図３は、第３実施形態の水素貯蔵設備の概略側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

〔第１の実施の形態〕
図１は、沖合に浮遊して係留された水素貯蔵設備１を示した図面である。図１に示すように、水素貯蔵設備１は、半潜水型プラットフォーム１０と、液体水素製造設備２０と、荷役設備３０と、係留設備４０と、配管・流体機器設備５５と、液化装置５６と、気化装置５７と、を備える。

半潜水型プラットフォーム１０はデッキ１１、浮力チャンバ式水素貯蔵構造物１３及び複数の支柱１４を有する。デッキ１１の底面に支柱１４の上端が接続され、支柱１４がデッキ１１から下方に延出し、水素貯蔵構造物１３が支柱１４の下端に接続されている。水素貯蔵構造物１３がその浮力によって海中に浮遊し、水素貯蔵構造物１３が支柱１４を介してデッキ１１を海面２上に支持している。
船舶は防舷材によって保護された支柱１４に着桟する。デッキ１１は十分に高く、水素貯蔵構造物１３の水深が十分に深いので、船舶が衝突することはない。

水素貯蔵構造物１３は、支柱１４の下端に接続された外殻浮体１３ａと、外殻浮体１３ａの内側に設置された複数の二重構造の断熱タンク１３ｃとを有する。外殻浮体１３ａの内部空間が隔壁１３ｂによって複数の領域に仕切られ、これら領域に断熱タンク１３ｃが設置されている。外殻浮体１３ａ及び隔壁１３ｂは、鉄筋コンクリート造、鉄骨コンクリート造又は鉄筋鉄骨コンクリート造の構造物である。

断熱タンク１３ｃは、金属製（例えば、ステンレス製）の外側のタンク１３ｄと、タンク１３ｄに収容された金属製（例えば、ステンレス製）の内側のタンク１３ｅとを有する。タンク１３ｅには液体水素９が貯蔵される。タンク１３ｄの内側が減圧されて真空状態となっていることによって、液体水素９及びタンク１３ｅが断熱される。液体水素９の比重は海水の比重よりも小さいので、液体水素９が断熱タンク１３ｃに満たされても、水素貯蔵構造物１３には浮力が生じる。液体水素９の浮力を利用しているため、水素貯蔵構造物１３の浮力調整容量を低減することができる。これにより、水素貯蔵構造物１３の建設コストを削減することができる。

上述のように、断熱タンク１３ｃが外殻浮体１３ａ内に設けられた状態で、温度変化の小さい海中に設置されているので、断熱タンク１３ｃ内の液体水素９の昇温による気化を抑えることができる。
また、外殻浮体１３ａは、圧縮力に強いコンクリート構造物であるので、断熱タンク１３ｃの真空断熱層に作用させる真空状態に起因する圧縮力や、水中に没していることにより外殻浮体１３ａに作用する水圧に対して大きな抵抗力を有する。そのため、外殻浮体１３ａの耐久性が高いうえ、更に断熱性に優れていることから、断熱タンク１３ｃを外殻浮体１３ａによって保護することができる。
また、液体水素９が沖合の海中の水素貯蔵構造物１３に貯蔵されるので、事故や故障等によって水素が水素貯蔵構造物１３から漏れた場合にも、陸地の市街地や居住区に影響を及ばさず、また、水素が海水に拡散して、空気に接触し難いので、漏れた水素が引火する虞もない。

この半潜水型プラットフォーム１０は係留設備４０によって海底３に係留されている。具体的には、係留設備４０のサクションアンカー４１が海底３に貫入しており、係留設備４０の係留材（例えば、鋼索、テンドン等）４２がデッキ１１又は水素貯蔵構造物１３から水中に垂下し、係留材４２の下端がサクションアンカー４１に接続されている。ここで、半潜水型プラットフォーム１０が水素貯蔵構造物１３の浮力により自然に浮遊した状態でサクションアンカー４１及び係留材４２によって係留されてもよいし、係留材４２が常時緊張状態となっていることによって半潜水型プラットフォーム１０が自然浮遊状態よりも強制的に沈み込まれた状態となっていてもよい。

断熱タンク１３ｃからデッキ１１まで二重管構造の送入パイプ５１及び送出パイプ５２が配管され、これら送入パイプ５１及び送出パイプ５２がデッキ１１の配管・流体機器設備５５に接続されている。配管・流体機器設備５５は、液体水素等の流体に運動エネルギーを付与するポンプと、液体水素の流動経路となる配管等を備える。
送入パイプ５１と断熱タンク１３ｃとの接続部にはバルブ５３が設けられ、バルブ５３が開かれると、液体水素が配管・流体機器設備５５から送入パイプ５１を通って断熱タンク１３ｃのタンク１３ｅに送られる。また、送出パイプ５１と断熱タンク１３ｃとの接続部にはバルブ５４が設けられ、バルブ５４が開かれると、液体水素が断熱タンク１３ｃのタンク１３ｅから送出パイプ５２を通って配管・流体機器設備５５に送られる。
なお、支柱１４とデッキ１１が剛接合され、支柱１４と外殻浮体１３ａが剛接合され、支柱１４及びデッキ１１がほぼ剛体として挙動するので、バルブ５３，５４の回転機能は不要であるが、回転可能であってもよい。

液体水素製造設備２０は、デッキ１１に設置された発電装置２１、電気分解装置２２及び液化装置２３等を備える。発電装置２１は、自然エネルギーから電気エネルギーを取り出して、その電気エネルギーを電気分解装置２２及び液化装置２３等に供給する。発電装置２１によって生成された電気エネルギーは、変電設備を介して電気分解装置２２及び液化装置２３等に供給されるか、変電設備を介して蓄電装置に一旦蓄電された上で、その蓄電装置から変電設備を介して電気分解装置２２及び液化装置２３等に供給される。

図１の例では、発電装置２１は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電機である。但し、発電装置２１は、海流エネルギーを電気エネルギーに変換する海流発電装置、波のエネルギーを電気エネルギーに変換する波力発電装置、海洋表層の温水と深海の冷水の温度差を利用して発電を行う海洋温度差発電装置に代えてもよい。

電気分解装置２２は、海水を電気分解して、海水から水素を生成する。液化装置２３は、電気分解装置２２によって生成された水素を冷却して、液体水素を生成する。液化装置２３によって生成された液体水素は、配管・流体機器設備５５及び送入パイプ５１を通じて断熱タンク１３ｃに送られる。これにより、断熱タンク１３ｃに液体水素が貯蔵される。

また、荷役設備３０は、デッキ１１に設置されたローディングアーム３１を有する。このローディングアーム３１は、配管・流体機器設備５５を介して送入パイプ５１や送出パイプ５２に接続されているとともに、揺動・起伏可能である。
液体水素製造設備２０によって製造した液体水素のほか、外部から輸送された液体水素も水素貯蔵設備１に貯蔵することができる。この場合、液体水素をタンカー４によって水素貯蔵設備１まで輸送して、ローディングアーム３１をタンカー４に接続し、タンカー４に積載された液体水素をローディングアーム３１によって配管・流体機器設備５５にローディングして、配管・流体機器設備５５及び送入パイプ５１を通じて断熱タンク１３ｃに送る。
一方、水素貯蔵設備１から液体水素を取り出す場合には、空のタンカー４が水素貯蔵設備１まで航行する。そして、ローディングアーム３１をタンカー４に接続して、断熱タンク１３ｃの液体水素を送出パイプ５２及び配管・流体機器設備５５を通じてローディングアーム３１まで移送して、ローディングアーム３１によってタンカー４にアンローディングする。そして、その液体水素をタンカー４によって陸地まで移送する。

輸送管（図示略）を利用して、陸地から水素貯蔵設備１に又はその逆に水素を輸送してもよい。この場合、輸送管による輸送中の水素は気体であり、陸地から水素貯蔵設備１に輸送された気体水素は輸送後に液化装置５６によって液化され、水素貯蔵設備１から陸地へ輸送される水素は輸送前に気化装置５７によって気化される。
具体的には、液化装置５６及び気化装置５７はデッキ１１に設置されており、送入パイプ５１が配管・流体機器設備５５を介して液化装置５６に接続され、送出パイプ５２が配管・流体機器設備５５を介して気化装置５７に接続されている。また、第一輸送管（図示略）が液化装置５６から海底３を経由して陸地まで配管され、第二輸送管（図示略）が気化装置５７から海底３を経由して陸地まで配管されている。そして、陸地から第一輸送管を通じて液化装置５６まで輸送された気体状の水素が液化装置５６によって液化された上で、その液体水素が配管・流体機器設備５５によって液化装置５６から送入パイプ５１を通って断熱タンク１３ｃのタンク１３ｅに送られる。一方、断熱タンク１３ｃのタンク１３ｅ内の液体水素が配管・流体機器設備５５によって送出パイプ５２を通って気化装置５７に送られ、その液体水素が気化装置５７によって気化された上で、気体水素が気化装置５７から第二輸送管を通じて陸地に輸送される。ここで、タンカー４のみで水素を輸送する場合には、輸送管、液化装置５６及び気化装５７が設けられていなくてもよい。

なお、半潜水型プラットフォーム１０が自然に浮遊した状態でサクションアンカー４１及び係留材４２によって係留されている場合、タンク１３ｅ内の液体水素９の量に応じて半潜水型プラットフォーム１０のバラストが調整されてもよい。例えば、デッキ１１又は外殻浮体１３ａにバラストタンク及びポンプが設けられ、タンク１３ｅ内の液体水素９をタンカー４等に移送する際には、ポンプによってバラストタンクに海水を供給し、一方、製造された液体水素やタンカー４内の液体水素をタンク１３ｅに移送する際には、ポンプによってバラストタンクから海水を排出する。

〔第２の実施の形態〕
図２は、沖合に一部浮遊して係留され、一部海底３に設置された水素貯蔵設備１０１を示した図面である。図２に示すように、水素貯蔵設備１０１は、浮体構造物１１０と、水素貯蔵構造物１１３と、液体水素製造設備２０と、荷役設備３０と、配管・流体機器設備５５と、液化装置５６と、気化装置５７と、を備える。

浮体構造物１１０は内部空間を有したコンクリート構造物である。この浮体構造物１１０は、自重によって海中に一部沈んだ状態で、その浮力によって水上に浮遊する。

水素貯蔵構造物１１３は、外殻１１３ａと、これら外殻１１３ａの内側に設置された複数の二重構造の断熱タンク１１３ｃとを有する。外殻１１３ａは内部空間を有し、その内部空間が隔壁１１３ｂによって複数の領域に仕切られている。外殻１１３ａ及び隔壁１１３ｂは、鉄筋コンクリート造、鉄骨コンクリート造又は鉄筋鉄骨コンクリート造の構造物である。また、水素貯蔵構造物１１３は海底３に埋設された状態で海底３に固定されている。なお、外殻１１３ａの一部が海底３から突き出て露出してもよい。

断熱タンク１１３ｃは第１実施形態の断熱タンク１３ｃと同様に、真空の外側タンク１１３ｄ及び内側タンク１１３ｅを有する。タンク１１３ｅには液体水素９が貯蔵される。浮体構造物１１０上の配管・流体機器設備５５から断熱タンク１１３ｃまで送入パイプ５１及び送出パイプ５２が配管され、送入パイプ５１，５２には、回転可能なバルブ５３，５４が設けられている。送入パイプ５１及び送出パイプ５２によって浮体構造物１１０が海底３に係留されている。

浮体構造物１１０上には、液体水素製造設備２０、荷役設備３０、配管・流体機器設備５５、液化装置５６及び気化装置５７が設置されている。液体水素製造設備２０は、発電装置２１、電気分解装置２２及び液化装置２３を有して、第１実施形態の液体水素製造設備２０と同様に構成されている。荷役設備３０はローディングアーム３１を有し、第１実施形態の荷役設備３０と同様に断熱タンク１１３ｃとタンカー４との間での液体水素の移送に利用される。
また、第１実施形態の場合と同様に、輸送管（図示略）を利用して水素を輸送する場合、液化装置５６及び気化装置５７が利用される。液化装置５６は陸地から第一輸送管（図示略）を通じて輸送された気体水素を液化するものであり、その液体水素が送入パイプ５１を通じてタンク１１３ｅに送られる。タンク１１３ｅから送出パイプ５２を通じて気化装置５７に送られた液体水素が気化装置５７によって気化され、その気体水素が第二輸送管（図示略）を通じて陸地へ気体水素される。

本実施形態においても、液体水素９を安全に貯蔵することができるとともに、断熱タンク１１３ｃ内の液体水素９の昇温・気化を抑えることができる。

〔第３の実施の形態〕
図３は、沖合に浮遊して係留された水素貯蔵設備２０１を示した図面である。図３に示すように、水素貯蔵設備２０１は、浮体構造物１１０と、複数の水素貯蔵構造物２１３と、緊張係留設備２１７と、液体水素製造設備２０と、荷役設備３０と、配管・流体機器設備５５と、液化装置５６と、気化装置５７と、を備える。

浮体構造物１１０は、第２実施形態の浮体構造物１１０と同様に構成されている。

水素貯蔵構造物２１３は、外殻２１３ａと、外殻２１３ａの内側に設置された二重構造の断熱タンク２１３ｃとを有する。外殻２１３ａは、内部空洞を有した鉄筋コンクリート造、鉄骨コンクリート造又は鉄筋鉄骨コンクリート造の構造物である。この外殻２１３ａは、その浮力による自然浮遊状態よりも緊張係留設備２１７によって強制的に沈み込まれた状態で、水中に浮遊している。緊張係留設備２１７のサクションアンカー２１８が海底３に打ち込まれ、緊張係留設備２１７の係留材（例えば、テンドン等）２１９が外殻２１３ａから海底３に垂下し、係留材２１９の下端がサクションアンカー２１８に接続されている。

断熱タンク２１３ｃは第１実施形態の断熱タンク１３ｃと同様に、タンク２１３ｅ及び真空のタンク２１３ｄを有する。タンク２１３ｅには液体水素９が貯蔵される。浮体構造物１１０上の配管・流体機器設備５５から断熱タンク１１３ｃまで送入パイプ５１及び送出パイプ５２が配管され、送入パイプ５１，５２には回転可能なバルブ５３，５４が設けられている。
浮体構造物１１０と海底３は送入パイプ５１、送出パイプ５２、水素貯蔵設備２１３及び緊張係留設備２１７によって接続されているので、これらによって浮体構造物１１０が海底３に係留されている。

浮体構造物１１０上には、液体水素製造設備２０、荷役設備３０、配管・流体機器設備５５、液化装置５６及び気化装置５７が設置されている。液体水素製造設備２０は、発電装置２１、電気分解装置２２及び液化装置２３を有して、第１実施形態の液体水素製造設備２０と同様に構成されている。荷役設備３０はローディングアーム３１を有し、第１実施形態の荷役設備３０と同様に断熱タンク１１３ｃとタンカー４との間での液体水素の移送に利用される。
また、第１実施形態の場合と同様に、輸送管（図示略）を利用して水素を輸送する場合、液化装置５６及び気化装置５７が利用される。液化装置５６は陸地から第一輸送管（図示略）を通じて輸送された気体水素を液化するものであり、その液体水素が送入パイプ５１を通じてタンク１１３ｅに送られる。タンク１１３ｅから送出パイプ５２を通じて気化装置５７に送られた液体水素が気化装置５７によって気化され、その気体水素が第二輸送管（図示略）を通じて陸地へ気体水素される。

本実施形態においても、液体水素９を安全に貯蔵することができるとともに、断熱タンク１１３ｃ内の液体水素９の昇温・気化を抑えることができる。

１ 水素貯蔵設備， ２…海面， ３…海底， ９…液体水素， １１…デッキ， １３ａ…外殻浮体（外殻）， １３ｃ…断熱タンク（タンク）， １４…支柱， ３０…荷役設備， ５１…送入パイプ（液体水素輸送用配管）， ５２…送出パイプ（液体水素輸送用配管）， １０１…水素貯蔵設備， １１０…浮体構造物（浮体）， １１３ａ…外殻， １１３ｃ…断熱タンク（タンク）， ２０１…水素貯蔵設備， ２１３ａ…外殻， ２１３ｃ…断熱タンク（タンク）

Claims (3)

1. 内部空間が形成され、水底の土砂に接触するよう、全体が水面下の土中に埋設されるコンクリート製の外殻と、
   前記内部空間に設置され、液体水素を貯蔵するタンクと、を備えることを特徴とする水素貯蔵設備。
2. 前記水面に浮遊した状態で係留された浮体と、
   前記タンクから前記浮体まで配された液体水素輸送用配管と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の水素貯蔵設備。
3. 前記浮体に設置されているとともに前記液体輸送用配管に接続された荷役設備を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の水素貯蔵設備。

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