WO2006103987A1 - 水素ガスの供給方法及び液化水素輸送車 - Google Patents

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Osamu Utata
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Taiyo Nippon Sanso Corporation
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    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen gas supply method and a liquid hydrogen transport vehicle.
  • hydrogen means hydrogen in terms of physical properties and is used as a general term including any state such as gas and liquid
  • hydrogen gas means hydrogen in a gaseous state.
  • Liquid hydrogen means hydrogen in a liquefied state.
  • the “liquefied hydrogen transport vehicle” is sometimes abbreviated as “liquid water wheel”.
  • Hydrogen is used in various fields as a raw material for the petroleum industry and the chemical industry, as an atmospheric gas in the semiconductor industry, the glass industry, the metal industry, and as a fuel for hydrogen vehicles.
  • Hydrogen can be produced as a by-product gas from petroleum refining, iron making and soda industries, and by reforming natural gas and the like. Since the hydrogen initially obtained at the hydrogen production plant is likely to contain impurities, it is generally refined to hydrogen without impurities before it is shipped.
  • an empty high-pressure vessel is filled with hydrogen gas.
  • the container filled with hydrogen gas is transported to the user by a car or the like and placed at any place of the user.
  • This vehicle returns to the factory with an empty high-pressure vessel on the way home. Thereafter, these steps are repeated.
  • this method is a method of transporting and delivering hydrogen gas as it is, and this method is called “gas transport Z gas supply”.
  • hydrogen gas is generally filled in a high-pressure vessel at a pressure of 200 atm (20 MPa).
  • Supply method 2 Hydrogen gas is liquidized in the factory to form liquid hydrogen.
  • This liquefied hydrogen is filled into the transport tank of the liquid water turbine and transported to the destination as it is.
  • the transported liquefied hydrogen is moved and filled into the storage container where it is used. Thereafter, the liquid water turbine returns to the factory, and these steps are repeated thereafter.
  • this method is a method of transporting and delivering liquefied hydrogen as it is, and this method is called “liquid transport Z liquid supply”.
  • liquid transport Z liquid supply since the liquefied hydrogen is low temperature, the pressure when accommodated in the container is about 2 atm, and the hydrogen gas is also liquefied and turned into liquid gas. As a result, the volume is greatly reduced, so it can be transported in large quantities at one time compared to “gas transport z gas supply”.
  • the “liquid transport Z liquid supply” using liquid hydrogen is approximately the same volume. Can fill 5 times as much hydrogen. Therefore, there is an advantage that about 5 times as much hydrogen can be transported and supplied at a time. Since this “liquid transport Z liquid supply” is suitable for mass transport, it has been used extensively for many years to supply industrial gases such as oxygen, nitrogen, and argon.
  • gas transport Z gas supply is disadvantageous in that the amount that can be transported at one time is smaller than “liquid transport Z liquid supply”.
  • the transport amount can be increased. For example, if the current filling pressure of 200 atmospheres is set to 400 atmospheres, the transportation volume can be simply doubled.
  • the high-pressure vessel used needs to have a mechanical strength that can withstand high pressure, it is necessary to increase the thickness of the vessel at present. As a result, the weight of the container is more than doubled in the above case, and it is difficult to increase the filling pressure significantly considering the restrictions on the weight of the car.
  • liquid transport Z liquid supply is suitable as a method used for transporting and supplying industrial gases such as oxygen and nitrogen because it is suitable for mass transport and transport at low pressure. is there.
  • the “liquid transport Z liquid supply” method cannot be simply applied, unlike liquefied oxygen and liquefied nitrogen obtained by liquefying the above gas. That The reason is as follows.
  • liquid hydrogen In “Liquid Conveying Z Liquid Supply”, the user must also have a liquid hydrogen storage container.
  • the boiling point of liquid oxygen is 183 ° C
  • the latent heat is 70kcal / Nm 3
  • the boiling point of liquid nitrogen is 196 ° C
  • the latent heat is 60kcalZNm 3 .
  • liquefied hydrogen has a boiling point of -253 ° C and latent heat of lOkcal ZNm 3 . That is, liquefied hydrogen tends to evaporate, and the pressure rises easily due to evaporation of liquefied hydrogen.
  • the present invention provides a completely new method for supplying hydrogen gas in consideration of the fact that “liquid transport Z liquid supply”, which is a conventional gas supply method, cannot be easily applied to liquefied hydrogen. This is an issue.
  • a first aspect of the present invention includes a step of loading liquefied hydrogen produced in a factory on a liquefied hydrogen transport vehicle and transporting the liquefied hydrogen to a user, and after arriving at the user, the liquid hydrogen transport vehicle
  • a method of supplying hydrogen gas including a step of pressurizing and vaporizing the gas to fill a storage container for use.
  • a second aspect of the present invention is a liquid hydrogen transport vehicle including a transfer storage tank and a means for pressurizing and vaporizing liquefied hydrogen in the transfer storage tank.
  • “use” means that it is a consumer that consumes hydrogen, such as manufacturing some product using the transported hydrogen. It also means a relay station that fills small containers with hydrogen that has been transported and supplies it to consumers, and even a station that supplies hydrogen to hydrogen vehicles.
  • liquid water wheel of the present invention in particular the vehicle of the type in which liquefied hydrogen is pressurized and vaporized, is supplied with a suitable temperature when supplying hydrogen to the storage container for gas hydrogen used.
  • a suitable temperature when supplying hydrogen to the storage container for gas hydrogen used.
  • it can be maintained at ⁇ 30 ° C. or higher, and specifically, at ⁇ 30 ° C. to 30 ° C. Therefore, it is possible to charge hydrogen well without adversely affecting the storage container at the point of use.
  • FIG. 1-A is an overall view showing an example of a hydrogen gas supply method of the present invention.
  • FIG. 1-B is an overall view showing an example of a hydrogen gas supply method of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of a liquid hydrogen transport vehicle (liquid water wheel) according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of a temperature adjusting means provided in the “liquid pressurization and vaporization type” hydrogen gas supply device of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a “vaporized gas pressurization type” hydrogen gas supply device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a “vaporization and pressurization type” hydrogen gas supply device according to the present invention.
  • the method for supplying hydrogen gas of the present invention includes a step of loading liquefied hydrogen, for example, liquefied hydrogen produced in a factory, on a liquefied hydrogen transport vehicle (liquid water wheel) and transporting it to the user. And a step of pressurizing and vaporizing the liquefied hydrogen in a liquid water wheel and filling the storage container at the point of use.
  • factory shall include the meaning of all locations where liquefied hydrogen can be produced and Z or supplied.
  • a factory that reforms liquid natural gas to obtain hydrogen gas, or a case where hydrogen is obtained by electrolyzing water in a thermal power plant, hydropower plant, wind power plant, etc. is included in the meaning of the plant in the present invention. . It may be the case where hydrogen is produced as a by-product.
  • the liquefied hydrogen produced in the factory can be loaded on the liquefied hydrogen transport vehicle of the present invention, as long as it has been produced. Shall.
  • pressurization and vaporization means “pressurization after vaporizing liquefied hydrogen”, “pressurizing after vaporizing liquefied hydrogen”, and “vaporizing and adding liquefied hydrogen”. It means to include one of the three methods of “performing pressure simultaneously”.
  • the supply method of the present invention is transported with liquid hydrogen and supplied with hydrogen gas at the point of use. In the present invention, this is referred to as “liquid transport Z gas supply”. Call.
  • the liquid water wheel of the present invention implements the supply method, and includes a transport storage tank and the transport storage tank. It is provided with means for pressurizing and vaporizing liquid hydrogen in the tank. Further, a hydrogen gas temperature adjusting means is preferably provided downstream of the pressurizing and vaporizing means.
  • transport storage tanks are not particularly limited and can be selected arbitrarily.
  • the means in the present invention may include the meanings of apparatuses, methods, members, processes, and the like.
  • the "pressure and vaporization means” specifically refers to "a means for pressurizing liquid hydrogen in the transfer storage tank with a pump and vaporizing it with a force evaporator” and "a transfer storage tank” ⁇ Means for vaporizing liquefied hydrogen in the evaporator to hydrogen gas and boosting it with a force compressor '' and ⁇ Means for simultaneously boosting and vaporizing liquid hydrogen in the transfer storage tank in a sealed container '' It means that any of these may be included.
  • the “pump” described in the first two means mentioned above is a device that pressurizes low-temperature liquefied hydrogen while it is in a liquid state
  • the “compressor” is a device that performs compression after deriving the power of the evaporator, Liquefied hydrogen turns into hydrogen gas and compresses force gas.
  • the pump and the compressor are not particularly limited in the present invention, and any type of pump can be used as long as there is no problem.
  • a pump and a compressor that can be increased to a pressure corresponding to the storage pressure of the storage container used are preferably used.
  • the evaporator is not particularly limited and can be selected as necessary.
  • a type that performs heat exchange with the atmosphere and evaporates can be used economically and preferably.
  • the present invention is not limited to this, and for example, it may be of a type that is forcibly heated by a method such as separately blowing warm air.
  • the third means “means for simultaneously increasing the pressure and vaporization of liquid hydrogen in the transfer storage tank in the sealed container” can be performed by the following method, for example.
  • a check valve and supply pipe that allow liquid hydrogen to flow only in the direction from the transfer storage tank to the sealed container are provided between the transfer storage tank and the sealed container, and another connection connected to the closed container is provided.
  • the supply pipe is provided with an outlet valve, and the liquefied hydrogen in the transfer storage tank is introduced into the sealed container with the outlet valve open. After this, the outlet valve is closed to spontaneously evaporate the liquid hydrogen in the sealed container.
  • the hydrogen expands due to spontaneous evaporation of liquefied hydrogen, the body of the container Since the product is constant, the inside of the sealed container becomes high pressure, and the vaporized hydrogen gas tries to return to the transfer storage tank, but the flow to the transfer storage tank is blocked by the check valve. Therefore, the vaporization of liquid hydrogen in the sealed container proceeds further, and the pressure in the sealed container becomes higher.
  • the sealed container has a function of vaporizing liquid hydrogen. As long as it fulfills this function, it may have various structures as necessary, and may have devices and instruments as appropriate. For example, a structure having fins that allow heat exchange with the atmosphere on the outer surface or a structure having heating means such as an electric heater may be used.
  • the sealed container may also have a function of filling hydrogen gas into the storage container used. Therefore, it is preferable to have a structure that can withstand a higher pressure than that of the storage container at the point of use, and it is preferable that the portion between the sealed container and the check valve has sufficient pressure resistance. In addition, it is preferable that the sealed container be designed so that the pressure can be appropriately controlled so that the hydrogen gas in the container becomes a high pressure that can be filled in the storage container in use.
  • the “hydrogen gas temperature adjusting means” is preferably performed by the following method, for example.
  • a flow control valve and a thermometer are installed in the supply pipe that supplies hydrogen gas to the storage container at the point of use.
  • the flow rate control valve can be controlled by the presence of a thermometer to maintain the temperature of the hydrogen gas flowing in the supply pipe, preferably from -30 ° C to 30 ° C.
  • liquid hydrogen is supplied to the user as hydrogen gas. Since liquefied hydrogen is extremely low temperature, it is necessary to consider the low temperature brittleness of the parts used. On the other hand, hydrogen gas is stored at the destination so that the temperature of the tire rises when air is introduced into the tire of the automobile. When press-fitting into a container, there is a temperature rise due to adiabatic compression at the time of filling, so it is necessary to consider these.
  • the filling pressure required for the storage container used is usually a pressure at room temperature. Therefore, if the temperature rise caused by adiabatic compression due to the filling of hydrogen gas is left unattended, the gas will expand due to the temperature rise and reach a predetermined filling pressure at an early stage. When the temperature falls to room temperature, the filling pressure may decrease. This point power is also Gas hydrogen is filled at a low temperature, the temperature rise level during adiabatic compression is controlled, and when the temperature of the storage container at the point of use changes from the temperature immediately after filling to room temperature, the specified filling pressure is obtained after filling. It is desirable.
  • the filling pressure of the storage container is usually about 20 MPa to 40 MPa, but is not particularly limited in the present invention, and is arbitrary as long as there is no particular problem.
  • the problem of low temperature brittleness will be described.
  • the temperature rises due to adiabatic compression in the storage container at the point of use so even if gaseous hydrogen is supplied at a low temperature, there is no problem as long as it is within an allowable range.
  • the joint between the liquid water turbine and the storage container at the point of use depends on the material used, but if the temperature is too low, it may be damaged by low temperature brittleness.
  • the temperature of the storage container itself may increase due to adiabatic compression, but if liquid or hydrogen comes into contact with the container temporarily, problems such as cracking due to low temperature brittleness may occur. There is also.
  • chromium-molybdenum steel and stainless steel which are strong against hydrogen embrittlement, are usually used, and the former is often used for economical viewpoint.
  • the apparatus and members used in the present invention can be manufactured from any material as long as there is no particular problem.
  • the chromium-molybdenum steel is excellent in hydrogen embrittlement, but its mechanical strength is greatly reduced at about 30 ° C. Therefore, when supplying gaseous hydrogen from the liquid water turbine to the storage container of the user, it is preferable to adjust the temperature of the supplied gaseous hydrogen in consideration of the resistance of the material used for the member.
  • the adjusting means As an example of the adjusting means, the temperature in the supply pipe is measured, and the opening rate of the hydrogen gas supply valve on the liquid water turbine side is adjusted according to this temperature to adjust the filling rate of gas hydrogen. Or adjusting the supply amount from the transport storage tank to the vaporization means or vaporizer. In the present invention, the place where the temperature is measured and the method for controlling the value are arbitrary.
  • liquid hydrogen that has been transported can be made into gaseous hydrogen and can be filled into the storage container at the point of use, and the force can be filled safely.
  • the liquefied hydrogen transport vehicle (liquid water wheel) in the present invention is a trolley vehicle having a transport storage tank fixed to the vehicle body or a movable vehicle equipped with a transport storage tank, which is pulled by a separate towing vehicle.
  • Tena type or transfer storage tank is removable and liquid hydrogen is filled in advance in the factory, and this filled transfer storage tank is loaded on a truck bed equipped with pressurization and vaporization means. It may be of a configuration.
  • FIGS. 1A and 1B are general views showing an example of a hydrogen gas supply method according to the present invention.
  • the liquefied hydrogen produced in the factory 10 is stored in the supply storage tank 11 (see Fig. 1-A).
  • the liquefied hydrogen in the supply storage tank 11 is transferred and transferred to the transfer storage tank 21 of the liquid water turbine 20 via a pump (not shown) and a charge hose (not shown).
  • the pressure of the transfer storage tank 21 is about 2 atmospheres, and the temperature of liquid hydrogen is about -253 ° C.
  • the liquid hydrogen in the transport storage tank 21 is vaporized into hydrogen gas and then filled into the storage container 31 (FIG. 1).
  • the outlet valve 24 of the evaporator 23 and the inlet valve 32 of the storage container 31 are connected by the supply pipe 25. Connect and supply.
  • liquid pressurized one vaporization type pressurization after vaporizing liquefied hydrogen
  • vaporized gas pressurization type pressurizing after vaporizing liquefied hydrogen
  • Since there are three types of vaporization 'pressurization parallel type' performing liquid and hydrogen vaporization and pressurization at the same time, we will explain in order below.
  • the liquefied hydrogen in the transfer storage tank 21 is increased to about 200 atm by the pump 22 and then vaporized by the evaporator 23.
  • the liquefied hydrogen exchanges heat with the atmosphere in the process of passing through the evaporator 23, and when the evaporator 23 is led out, the temperature is slightly lower than the atmospheric temperature.
  • the hydrogen gas led out of the evaporator 23 passes through the inlet valve 32 via the outlet valve 24 and the supply pipe 25 and is filled into the storage container 31.
  • the storage container 31 is generally a collection of a plurality of containers from the viewpoint of pressure resistance. [0029] As described above, the liquid hydrogen in the transport storage tank 21 is filled in the storage container 31 at the point of use as hydrogen gas.
  • the liquid hydrogen in the transfer storage tank 21 is very low temperature. If the amount of liquid hydrogen introduced from the transport storage tank 21 to the evaporator 23 is excessive, sufficient heat exchange cannot be performed in the evaporator 23, and the temperature of the hydrogen gas at the outlet of the evaporator 23 becomes low.
  • the connection between the pipe 25 and the inlet valve 32 may cause low temperature brittleness. In some cases, liquefied hydrogen is mixed in the hydrogen gas, and the storage container 31 may be brittle at low temperature.
  • the temperature of the hydrogen gas using an appropriate method. Any suitable method may be selected. For example, looking at the state of the evaporator 23, if a large amount of frost adheres to the evaporator 23, this means that the heat exchange amount of the heat exchanger of the evaporator 23 has decreased.
  • the amount of liquid gas supplied to the storage container 31 may be reduced by operating 24 in the closing direction.
  • the outlet valve 24 may be adjusted by directly detecting the gas temperature in the supply pipe.
  • the amount of liquid hydrogen supplied to the evaporator 23 may be controlled.
  • the hydrogen gas supplied into the storage container 31 is adiabatically compressed in the storage container 31 to increase the temperature. Therefore, unless there is a particular problem, it is preferable to supply the hydrogen gas at a very low temperature. Usually, it is preferable to set the temperature of the hydrogen gas near the outlet valve to about -30 ° C to 30 ° C. When the temperature is lower than 30 ° C, there is a concern about low temperature brittleness, while when the temperature is higher than 30 ° C, there is a possibility of insufficient filling due to high temperature due to adiabatic compression at the time of filling.
  • the capacity, shape, and number of the transport storage tank 21 and the storage container 31 are not particularly limited in the present invention, and can be selected as necessary.
  • a temperature adjusting means 40 is provided in the supply pipe 25 connecting the outlet valve 24 and the inlet valve 32.
  • the temperature adjusting means 40 includes a flow rate adjusting valve 41 provided in the supply pipe 25, a thermometer 42 for detecting the gas temperature in the supply pipe 25, and an opening degree of the flow rate adjusting valve 41 based on a signal from the thermometer 42. And a control mechanism for adjusting. Thereby, the temperature of the hydrogen gas supplied into the storage container 31 can be automatically adjusted to a predetermined range.
  • flow rate adjustment valve 41 may also serve as the outlet valve 24.
  • thermometer 42 is higher than the temperature within the predetermined range or A warning sound may be transmitted when the temperature becomes low, and the opening degree of the outlet valve 24 may be manually adjusted to open and close accordingly.
  • the evaporator 23 is disposed between the cab and the transport storage tank 21 as an example.
  • the position of the evaporator 23 can be determined in consideration of the overall weight balance of the liquid water turbine. Good.
  • the evaporator 23 may be arranged on the rear side (the end of the vehicle body) of the transfer storage tank 21, the upper side, the lower side, and the Z or side surface. If necessary, the number of evaporators and transport tanks can be changed arbitrarily.
  • This format is shown as an example in FIG.
  • the liquefied hydrogen in the transfer storage tank 21 is introduced into the evaporator 23 and vaporized, and then compressed by the gas compressor 26. Since the normal gas compressor 26 compresses normal temperature gas, it is preferable to be careful that the temperature of the hydrogen gas after being derived from the evaporator 23 is too low! Other precautions are the same as in the “liquid pressurization and vaporization type”.
  • FIG. A check valve 27 and a sealed container 28 are sequentially provided between the transfer storage tank 21 and the outlet valve 24.
  • the outlet valve 24 is opened, and liquid hydrogen from the transfer storage tank 21 is introduced into the sealed container 28.
  • the supply pipe between the inlet valve 32 and the outlet valve 24 may be provided with other equipment.
  • the check valve 27 allows liquefied hydrogen to flow only to the sealed container 28 side so that no reverse flow occurs in the reverse direction! Hydrogen is trapped.
  • liquefied hydrogen in the sealed container 28 evaporates due to heat intrusion into the atmosphere, and the pressure in the sealed container 28 becomes high pressure by hydrogen gas as it evaporates.
  • the outlet valve 24 is opened, the inlet valve 32 is opened, and the storage container 31 is filled with hydrogen gas.
  • a container-type vehicle that has a movable vehicle equipped with a transfer storage tank and that is towed by a separate towing vehicle.
  • the transport storage tank is detachable and filled with liquefied hydrogen in the factory in advance, and the filled transport storage tank is loaded on the truck bed equipped with pressurization and vaporization means. Say it with a word.
  • the present invention provides a completely new hydrogen gas supply method and a liquefied hydrogen transport vehicle used in the method in place of the conventional “liquid transfer Z liquid supply” and “gas transfer Z gas supply”.
  • the present invention is extremely economical with no equipment burden in various industrial fields using hydrogen gas, such as the petroleum industry, chemical industry, semiconductor industry, glass industry, metal industry, and automobile industry.
  • a method for supplying hydrogen gas can be provided.

Abstract

　工場で生産された液化水素を液化水素輸送車に積載して使用先に搬送する工程と、使用先に到着後、液化水素輸送車にて液化水素を加圧及び気化して使用先の貯蔵容器に充填する工程とを含む水素ガスの供給方法。

Description

明 細 書
水素ガスの供給方法及び液化水素輸送車
技術分野
[0001] 本発明は、水素ガスの供給方法および液ィ匕水素輸送車に関する。なお、以下の説 明において、「水素」とは物性上の水素を意味し、気体、液体等の任意の状態を含む 総称として用い、また「水素ガス」は気体状態の水素を意味し、「液化水素」は液化状 態の水素を意味する。また、「液化水素輸送車」は「液水車」と略称される事がある。 本願は、 2005年 3月 28曰に、曰本に出願された特願 2005— 091829号に基づき 優先権を主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 水素は、石油産業、化学産業の原料として、また、半導体産業、ガラス産業、金属 産業などの雰囲気ガスとして、更には水素自動車の燃料として、各種の分野で使用 されている。
水素は、石油精製、製鉄、ソーダ工業からの副生ガスとして、また、天然ガスなどの 改質等により生産される事ができる。水素の生産工場で最初に得られる水素は不純 物を含みやすいので、一般的には精製されて不純物のない状態の水素とされてから 出荷される。
[0003] 現在、水素ガスは通常次の 2通りの方法で、工場や研究所等の水素ガスの使用先（ 使用場所)に移動及び供給される。
供給方法 1 (ガス搬送 Zガス供給）
まず空の高圧容器に水素ガスを充填する。この水素ガスが充填された容器は使用 先に車等にて搬送されて使用先の任意の場所に置かれる。この車は帰路には使用 先にある空の高圧容器を積載して工場に戻る。以下これら工程が繰り返えされる。要 するに、水素ガスのまま搬送及び納入する方法であり、以下この方法を「ガス搬送 Z ガス供給」という。この方法の場合、水素ガスは 200気圧（20MPa)の圧力で高圧容 器に充填されるのが一般的である。
[0004] 供給方法 2 (液搬送 Z液供給） 水素ガスを工場内で液ィ匕して液ィ匕水素とする。この液化水素を液水車の搬送貯槽 に充填してそのまま使用先に搬送する。搬送された液化水素は、使用先の貯蔵容器 に移動及び充填される。この後、前記液水車は工場に戻り、以下これら工程が繰り返 えされる。要するに、液化水素のまま搬送、納入する方法で、以下この方法を「液搬 送 Z液供給」という。
[0005] この「液搬送 Z液供給」にお 、ては、液化水素は低温なので容器に収容時の圧力 は 2気圧程度で済み、し力も水素ガスは液ィ匕して液ィ匕ガスにすると体積が大幅に減 少するので、「ガス搬送 zガス供給」に比べ、一度に多量に搬送できる。例えば、水 素の場合では、水素ガスを 200気圧の圧力で高圧容器に充填する「ガス搬送 Zガス 供給」に比べ、液ィ匕水素を使用する「液搬送 Z液供給」では同一容積において約 5 倍の水素を充填できる。よって、一度に約 5倍の水素を搬送及び供給できるメリットが ある。この「液搬送 Z液供給」は大量輸送に適するので、酸素、窒素、アルゴンなどの 工業ガスの供給にぉ 、ては長年に亘り多用されて 、る。
[0006] 「ガス搬送 Zガス供給」は、前記したように「液搬送 Z液供給」に比べ、一回に搬送 できる量が少ない点で不利である。し力しながら、水素ガスの高圧容器への充填圧 力を高めれば搬送量を増やすことはできる。例えば、現状 200気圧の充填圧力を 40 0気圧にすれば輸送量を単純に 2倍にできる。しかしながら、使用される高圧容器に も高圧に耐え得る相応の機械的強度が必要となる為、現状では容器の肉厚を増や すなどして対応する必要がある。その結果、上記の場合では容器の重量は 2倍以上 になり、車の積載重量制限を考慮すると充填圧力の大幅な増加は困難である。 なお、高圧容器の素材として、現状の鋼鉄製とは異なる、より機械的強度が高くか っ軽 、素材を用いた軽量高圧容器も開発されて 、るが、実用に耐える安全なものは 存在しないのが実情である。 なお、本発明に類似する先行技術及びそれを記載し た文献は現在のところ承知して ヽな 、。
[0007] 一方、「液搬送 Z液供給」は大量輸送に適し、かつ、低圧での輸送が可能なので、 酸素、窒素などの工業ガスの搬送及び供給の際に使用される方法として一般的であ る。しカゝしながら液ィ匕水素の場合には、「液搬送 Z液供給」の方法は、上記ガスを液 化した液化酸素、液化窒素の場合とは異なり、単純に適用する事ができない。その 理由は以下のようなものである。
「液搬送 Z液供給」では、使用先も液ィ匕水素の貯蔵容器を備える必要がある。液ィ匕 酸素の沸点は— 183°C、潜熱は 70kcal/Nm3、液ィ匕窒素の沸点は— 196°C、潜熱 は 60kcalZNm3である。これに比べ、液化水素の沸点は— 253°C、潜熱は lOkcal ZNm3である。即ち、液化水素は極めて気化し易ぐ液化水素の蒸発による圧力上 昇が起こりやすい。圧力上昇を防止するためには、貯蔵容器への外気からの熱侵入 を防ぐ特殊な対策や、熱侵入により液から気化したガスを回収する方法を講じる必要 がある。液ィ匕水素の場合には特に周到にこれらを行わなければならず、貯蔵容器側 の付帯設備が複雑化、高価になってしまう不都合があった。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明は、従来のガス供給方法である「液搬送 Z液供給」が、液化水素には容易 には適用できな 、ことを考慮し、全く新規な水素ガスの供給方法を提供することを課 題とする。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明の第 1の態様は、工場で生産された液化水素を液化水素輸送車に積載して 使用先に搬送する工程と、使用先に到着後、液化水素輸送車にて液化水素を加圧 及び気化して使用先の貯蔵容器に充填する工程とを含む、水素ガスの供給方法で ある。
本発明の第 2の態様は、搬送貯槽と、該搬送貯槽内の液化水素の加圧及び気化 手段とを備えた液ィ匕水素輸送車である。
発明の効果
[ooio] 本発明の供給方法「液搬送 Zガス供給」によれば、工場の搬送元から使用先まで の区間を液ィ匕水素の状態で搬送するため、従来の「ガス搬送 Zガス供給」に比べ大 量の液化水素を搬送することができ、液化酸素、液化窒素の「液搬送 Z液供給」の場 合と同等の搬送効率を達成することができる。
しかも、使用先で液水車の液化水素を使用先の貯蔵容器に納入する際には、液化 水素はガス状にされて必要な圧力で充填される。この為、使用先では液化水素用の 貯蔵容器などを用意する必要がなぐ使用先のガス水素用の貯蔵容器をそのまま使 用することができる。この為、使用先に新たな設備負担が発生せず極めて経済性が 高い。なお本発明においては「使用先」と言うのは、一つには、搬送されてきた水素 を用いて何らかの製品を製造するなど、水素を消費する消費先と言う意味があるが、 それだけではなぐ搬送されてきた水素を小さな容器に充填して消費者に供給する 中継基地的な場所や、更には、水素を水素自動車に供給するステーションも意味す る。
[0011] また、本発明の液水車、特に液化水素を加圧してから気化させる形式の車は、使 用先のガス水素用の貯蔵容器に水素を供給する際、水素の温度を好適な温度に、 例えば— 30°C以上に、具体例を挙げれば— 30°Cから 30°C程度に、保持することが できる。よって使用先の貯蔵容器に悪影響を与えることがなぐ良好に水素を充填す ることがでさる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1-A]本発明の水素ガスの供給方法の一例を示す全体図である。
[図 1-B]本発明の水素ガスの供給方法の一例を示す全体図である。
[図 2]本発明の液ィ匕水素輸送車 (液水車)の一例を示す模式図である。
[図 3]本発明における「液加圧一気化型」の水素ガス供給装置に設ける温度調整手 段の一例を示す概略構成図である。
[図 4]本発明における「気化 ガス加圧型」の水素ガス供給装置の一例を示す概略 構成図である。
[図 5]本発明における「気化及び加圧併行型」の水素ガス供給装置の一例を示す概 略構成図である。
符号の説明
[0013] 20 液化水素輸送車
21 搬送貯槽
22 ポンプ
23 蒸発器 27 逆止弁
28 密閉容器
31 貯蔵容器
40 温度調整手段
41 流量調整弁
42 温度計
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、本発明の好適な例について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明 は以下の各例に限定されるものではなぐ例えばこれら例の構成要素同士を適宜糸且 み合わせたり、また問題の無い限りその他の構成要素と組み合わせたりしてもよい。
[0015] 本発明の水素ガスの供給方法は、液化水素を、例えば工場で生産された液化水素 を、液化水素輸送車 (液水車）に積載して使用先に搬送する工程と、使用先におい て、液水車にて液化水素を加圧及び気化して使用先の貯蔵容器に充填する工程と を含む。本発明において工場とは、液化水素が製造され得る及び Z又は供給され得 る全ての場所の意味を含みうるものとする。例えば、液ィ匕天然ガスを改質して水素ガ スを得る工場や、火力、水力、風力発電所などで水を電気分解して水素を得る場合 でも、本発明における工場の意味に含むものとする。水素が副産物として製造された 場合であっても良い。また本発明において、工場で生産された液化水素は、ー且生 産された水素であれば、その後どのような経過を経た場合であっても、本願発明の液 化水素輸送車に積載され得るものとする。
なお本発明において、前記「加圧及び気化」とは、「液化水素を加圧してから気化 すること」と、「液化水素を気化してから加圧すること」と、「液化水素の気化と加圧とを 同時に行うこと」の 3つの方法のうち、いずれかを含むことを意味する。
以上のように、本発明の供給方法は、液ィ匕水素にて搬送し、使用先にて水素ガス にて供給するもので、本発明にお 、てこれを「液搬送 Zガス供給」と呼ぶ。
[0016] また、本発明の液水車は前記供給方法を実施するもので、搬送貯槽と、該搬送貯 槽内の液ィ匕水素の加圧及び気化手段とを備えたものである。更に、前記加圧及び気 化手段の後段には、水素ガスの温度調整手段を好ましく設けられる。
搬送貯槽等の部材は特には限定されず任意で選択してょ ヽ。なお本発明における 手段とは、装置、方法、部材、工程等の意味を含んでよいものとする。
[0017] なお、前記「加圧及び気化手段」とは、具体的には、「搬送貯槽内の液ィ匕水素をポ ンプで昇圧して力 蒸発器によって気化させる手段」と、「搬送貯槽内の液化水素を 蒸発器によって気化して水素ガスにして力 圧縮機で昇圧させる手段」と、「搬送貯 槽内の液ィ匕水素の昇圧と気化とを密閉容器内で同時に行わせる手段」のいずれを 含んで良いことを意味する。
最初の上記 2つの手段に記載された、「ポンプ」とは、低温の液化水素を液状態の まま昇圧するもの、「圧縮機」とは、蒸発器力もの導出後に圧縮を行うものであり、液 化水素が水素ガスになって力 気体を圧縮するものを指す。
[0018] ポンプ及び圧縮機は本発明では特に限定されず、問題の無い限り如何なる型式の ものも使用できるが、使用先の貯蔵容器の貯蔵圧力に応じた圧力まで昇圧可能なも のを好ましく用いる事ができる。また蒸発器も特に限定されず、必要に応じて選択し てよ 、。例えば大気との熱交換を行 、蒸発を行う形式のものが経済的で好ましく使用 できる。し力しながらこれに限定されず、例えば、別途、温風を吹き付ける等の方法に よって強制的に加温する形式のものでもよい。また、ポンプの後段に配置される蒸発 器としては、液ィ匕水素がポンプで昇圧される為、高耐圧性の蒸発器が用いる事が好 まし ヽ。搬送貯槽に直結される蒸発器の場合は搬送貯槽と同程度の耐圧性があれ ばよい。
[0019] 3番目に述べられた「搬送貯槽内の液ィ匕水素の昇圧と気化とを密閉容器内で同時 に行わせる手段」は、例えば次の方法等で行なう事ができる。
搬送貯槽と密閉容器との間に、液ィ匕水素が搬送貯槽から密閉容器への方向にの み流れる事を可能にする逆止弁及び供給管を設けるとともに、密閉容器に接続され た別の供給管には出口弁を設け、この出口弁を開放状態にしたままで、搬送貯槽内 の液化水素を密閉容器内に導入する。この後、出口弁を閉塞して密閉容器内の液 化水素を自然蒸発させる。液化水素の自然蒸発により水素は膨張するが容器の体 積は一定であるため、密閉容器内は高圧となり、気化した水素ガスは搬送貯槽側に 戻ろうとするが、搬送貯槽側への流れは前記逆止弁により遮断される。よって密閉容 器内での液ィ匕水素の気化は更に進み、密閉容器内は更に高圧になる。密閉容器内 の液ィ匕水素のほぼ全量が蒸発しガス水素になったら、出口弁を開けてガス水素を使 用先の貯蔵容器に充填する。
[0020] このように、上記密閉容器は液ィ匕水素を気化させる機能を有して 、る。この機能を 果たす限り、必要に応じて様々な構造であって良ぐまた適宜装置や器具等を有して いても良い。例えば、外面に大気との熱交換を行わせるフィンを有する構造、または 、電熱器などの加熱手段を有する構造等であっても良い。また、密閉容器は水素ガ スを使用先の貯蔵容器に充填する機能も有してよい。よって使用先の貯蔵容器以上 の高圧に耐える構造とする事が好ましぐまた密閉容器と逆止弁との間の部分にも十 分な耐圧性能を持たせる事が好ましい。なお、密閉容器は、容器内の水素ガスが使 用先の貯蔵容器に充填可能な圧力の高圧になるように、適宜圧力をコントロールで きるように設計される事が好ま U、。
[0021] 「水素ガスの温度調整手段」とは、例えば以下の方法等によって好ましく行われる。
水素ガスを使用先の貯蔵容器へと供給する供給管に、流量調整弁と温度計とを設け る。温度計の存在によって流量調整弁を制御して供給管内を流れる水素ガスの温度 を保持、好ましくは― 30°C〜30°Cに保持する事ができる。
本発明では、使用先に、液ィ匕水素は水素ガスにして力 供給される。液化水素が 極めて低温であることから使用される部材等の低温脆性を考慮する必要があり、一方 、自動車のタイヤに空気を入れるとタイヤの温度が上昇するように、水素ガスを使用 先の貯蔵容器に圧入する際には充填時の断熱圧縮による温度上昇があるので、こ れらを考慮する必要がある。
[0022] まず、断熱圧縮による水素ガスの温度上昇であるが、使用先の貯蔵容器で要求さ れる充填圧力は、通常は常温での圧力を示すものである。よって、もし水素ガスの充 填による断熱圧縮により発生する温度上昇を放置した場合、温度上昇によるガスの 膨張のため、早期に所定の充填圧力に達してしまい、充填終了後に使用先の貯蔵 容器の温度が常温に下がると、充填圧力が低下してしまうことがある。この点力もも、 ガス水素を低温で充填し、断熱圧縮時の温度上昇レベルをコントロールし、使用先 の貯蔵容器の温度が充填直後の温度から常温になった時、充填後に所定の充填圧 力が得られていることが望ましい。貯蔵容器の充填圧力は通常 20MPa〜40MPa程 度であるが、本願発明においては特に限定されず、特に問題がないかぎり任意であ る。
[0023] 次に、低温脆性の問題について記載する。使用先の貯蔵容器の内部は前記のよう に断熱圧縮による温度上昇が生ずるので、ガス水素が低温で供給されても、許容範 囲であれば特には問題はない。し力しながら、液水車と使用先の貯蔵容器との連結 部は、使用される材料にもよるが、温度が低すぎる場合には低温脆性により破損する 可能性はある。さらに、貯蔵容器自体も、断熱圧縮によって温度上昇が起こるとは言 え、一時的にも容器に液ィ匕水素が触れるようなことがあると、低温脆性による割れなど の問題が発生する可能性もある。使用先の貯蔵容器などの材料としては、通常、水 素脆性に対して強いクロム—モリブデン鋼、ステンレス鋼が使用されており、経済的 な観点力もは前者が多用されているのが実情である。本発明において使用される装 置や部材は特に問題の無 ヽ限り如何なる材料によっても製造され得る。前記クロム モリブデン鋼は水素脆性に優れている一方で、約 30°C程度では機械的強度が 大幅に低下する。従って、液水車から使用先の貯蔵容器へガス水素を供給する際は 、部材に使用された材料の耐性を考慮して、供給されるガス水素の温度を調整する 事が好ましい。
[0024] 調整手段の一例としては、供給管の中の温度を測定し、この温度に応じて、液水車 側の水素ガス供給弁の開度を調整する事によりガス水素の充填速度を調整したり、 搬送貯槽から気化手段や気化装置への供給量を調整したりする事を挙げられる。な お本発明にお 、て温度を測定する場所やその値をコントロールする方法は任意であ る。
以上のように、本発明の液水車によれば、搬送してきた液ィ匕水素をガス水素にして 使用先の貯蔵容器に充填することができ、し力も安全に充填することができる。
本発明における液化水素輸送車 (液水車)とは、車体に搬送貯槽を固定したローリ 一車や、搬送貯槽を備えた可動車を用意し別途牽引車によってこれを牽引するコン テナ式のものや、搬送貯槽を着脱式として予め工場内で液ィ匕水素を充填しておいて 、この充填済みの搬送貯槽を、加圧及び気化手段を備えたトラックの荷台に積載す る構成のものであってもよ 、。
[0025] 図 1一 A及び Bは、本発明に係る水素ガスの供給方法の一例を示す全体図である。
本発明の図において記載される部品や部分は、特に問題の無い限り、その数や位置 やサイズや容量は任意で選択でき、例えば 1つしか記載されて 、な 、部品であっても 必要に応じて 2つ以上を使用してもよいものとする。工場 10で製造された液化水素は 、供給貯槽 11内に貯蔵される（図 1— A参照)。供給貯槽 11内の液化水素は、ボン プ（図示省略）、チャージホース（図示省略)を介して液水車 20の搬送貯槽 21に移充 填される。搬送貯槽 21の圧力は 2気圧程度、液ィ匕水素の温度は— 253°C程度であ る。
[0026] 液ィ匕水素を積んだ液水車 20が移動して使用先 30に到着すると、搬送貯槽 21の液 化水素を気化して水素ガスにしてから、貯蔵容器 31に充填する（図 1—B参照)。例 えば、水素が搬送貯槽 21からポンプ 22に移動し、更に蒸発器 23に移動する形式の 液水車の場合は、蒸発器 23の出口弁 24と貯蔵容器 31の入口弁 32を供給管 25で 接続して供給する。
[0027] 以下、充填の詳細について図 2以下を参照して説明する。
本発明の充填方法としては、「液加圧一気化型」（液化水素を加圧してから気化す ること）、「気化 ガス加圧型」（液化水素を気化してから加圧すること）、「気化'加圧 併行型」（液ィ匕水素の気化と加圧とを同時に行うこと)の 3種類があるので、以下、順 に説明する。
[0028] 「液加圧一気化型」
この形式は図 2に示す液水車のように、搬送貯槽 21内の液化水素をポンプ 22で 2 00気圧程度に昇圧し、その後、蒸発器 23で気化する。液化水素は蒸発器 23内を通 過する過程で大気と熱交換し、蒸発器 23を導出する際は、大気温度より少し低い温 度となっている。蒸発器 23を導出した水素ガスは、出口弁 24、供給管 25を介して、 入口弁 32を通過して貯蔵容器 31中に充填される。貯蔵容器 31としては、耐圧性の 観点から、複数本の容器を集合させたものが一般的である。 [0029] 以上のように、搬送貯槽 21内の液ィ匕水素は水素ガスとして使用先の貯蔵容器 31 に充填される。充填時の注意事項として、搬送貯槽 21内の液ィ匕水素は非常に低温 である事が挙げられる。搬送貯槽 21から蒸発器 23に導入する液ィ匕水素の量が多過 ぎると、蒸発器 23では十分な熱交換が行なえず、蒸発器 23の導出口の水素ガスの 温度が低温になり、供給管 25と入口弁 32との接続部等が低温脆性を起こす可能性 がある。また場合によっては、水素ガス中に液化水素が混在し貯蔵容器 31が低温脆 性を起こす可能性がある。
[0030] そこで、適当な方法を用いて水素ガスの温度をコントロールする事が好ましい。適 宜好ましい方法を選択してよい。例えば蒸発器 23の状態を見て、蒸発器 23に多量 の霜が付着するようであれば蒸発器 23の熱交換器の熱交量が減少している事を表 しているので、出口弁 24を閉方向に操作して貯蔵容器 31への液ィ匕ガス供給量を絞 つても良い。または、供給管内のガス温度を直接に検知して出口弁 24を調整しても 良 、。あるいは蒸発器 23への液ィ匕水素の供給量をコントロールしても良 、。
[0031] 一方、貯蔵容器 31内に供給された水素ガスは貯蔵容器 31内で断熱圧縮され温度 上昇を起こす。よって特に問題の無い限り、水素ガスをなるベく低温で供給するのが 好ましぐ通常は出口弁付近の水素ガスの温度を— 30°Cから 30°C程度にするのが 好ましい。 30°Cより低温にすると低温脆性の心配があり、一方、 30°Cより高温にす ると充填時の断熱圧縮による高温ィ匕により充填不足となる可能性がある。なお搬送貯 槽 21や貯蔵容器 31の容量や形状や数は本発明では特に限定されず、必要に応じ て選択できる。
[0032] 上記の温度調整を自動化することも本発明では可能である。この例を図 3に示す。
出口弁 24と入口弁 32とを接続する供給管 25に、温度調整手段 40を設ける。温度調 整手段 40は、供給管 25に設けた流量調整弁 41と、供給管 25内のガス温度を検知 する温度計 42と、温度計 42からの信号に基づいて流量調整弁 41の開度を調整する 制御機構とを含む。これにより、貯蔵容器 31内に供給する水素ガスの温度を所定の 範囲に自動的に調整できる。
[0033] なお、流量調整弁 41は出口弁 24を兼ねてもよい。
また、流量調整弁 41を設けずに、温度計 42が所定の範囲内の温度より高温または 低温になったときに警告音を発信し、これによつて出口弁 24の開度を手動にて開閉 調整するようにしても良い。
なお、図 2では例として、蒸発器 23を運転室と搬送貯槽 21との間に配置しているが 、蒸発器 23の位置は、液水車の全体的な重量バランスなどを考慮して決めれば良い 。例えば蒸発器 23を搬送貯槽 21の後ろ側 (車体末尾)部分、上側、下側、及び Z又 は側面側等に配置しても良い。必要があれば蒸発器や搬送貯槽の数も任意で変更 することができる。
[0034] 「気化 ガス加圧型」
この形式は図 4に例として示される形式である。搬送貯槽 21内の液化水素を蒸発 器 23内に導入して気化した後、ガス圧縮機 26で圧縮する。通常ガス圧縮機 26は常 温のガスを圧縮するものなので、蒸発器 23から導出後の水素ガスの温度が低過ぎる ことのな!/、ように注意する事が好ま 、。その他の注意事項等は前記「液加圧一気化 型」と同様である。
[0035] 「気化及び加圧併行型」
この形式は図 5に例として示される形式である。搬送貯槽 21と出口弁 24との間に順 に逆止弁 27、密閉容器 28が設けられる。使用方法は、出口弁 24を開放し、搬送貯 槽 21からの液ィ匕水素を密閉容器 28内に導入する。所定量になったら出口弁 24を閉 塞する。入り口弁 32と出口弁 24の間の供給管にはその他の設備が備えられていて も良い。逆止弁 27は、図中矢印で示すように、液化水素を密閉容器 28側だけに流し 逆方向への逆流は起こらな 、ようになって!/、るので、密閉容器 28内には液化水素が 閉じ込められる。この状態では大気の熱侵入により密閉容器 28内の液化水素は蒸 発し、蒸発するに従って密閉容器 28内は水素ガスによって高圧になる。密閉容器 28 内が所定の高圧になったところで出口弁 24を開放し、入口弁 32を開けて水素ガスを 貯蔵容器に 31に充填する。本形式では、 1回の充填で充填完了となるように設計す ることが望ましい。
[0036] 以上の説明において、液水車として車体に搬送貯槽を固定したローリー車の形式 にて説明した。しかしながら本発明の範囲はこれには限定されない。例えば搬送貯 槽を備えた可動車を用意し、別途牽引車によってこれを牽引するコンテナ式のもので もよぐ更には搬送貯槽を着脱式として、予め工場内で液化水素を充填しておいて、 充填済みの搬送貯槽を、加圧 ·気化手段を備えたトラックの荷台に積載する構成とす ることちでさる。
産業上の利用可能性
本発明は、従来の「液搬送 Z液供給」および「ガス搬送 Zガス供給」に代わる、全く 新規な水素ガスの供給方法および該方法に用いる液化水素輸送車を提供する。本 発明は、水素ガスを用いる各種産業分野、例えば、石油産業、化学産業、半導体産 業、ガラス産業、金属産業および自動車産業等において、設備負担が発生せず極 めて経済性が高!、水素ガスの供給方法を提供できる。

Claims

請求の範囲
[1] 工場で生産された液化水素を液化水素輸送車に積載して使用先に搬送する工程 と、使用先に到着後、液化水素輸送車にて液化水素を加圧及び気化して、使用先 の貯蔵容器に充填する工程とを含む、水素ガスの供給方法。
[2] 前記加圧及び気化が、（i)液化水素を加圧してから気化すること、（ii)液化水素を 気化してから加圧すること、（iii)液化水素の気化と加圧とを同時に行うこと、から選択 される少なくともひとつである、請求項 1の水素ガスの供給方法。
[3] 搬送貯槽と、該搬送貯槽内の液化水素の加圧及び気化手段とを備えた液化水素 輸送单。
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