特開 2024-94963 液化水素設備及びその運用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094963

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】液化水素設備及びその運用方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/04 20060101AFI20240703BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

F17C5/04

F17C13/00 302D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211902

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】合志 義亜

(72)【発明者】

【氏名】内藤 悠馬

(72)【発明者】

【氏名】松田 吉洋

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB01

3E172BA06

3E172BD02

3E172BD05

3E172DA90

3E172EA03

3E172EB03

3E172HA04

3E172JA08

3E172KA03

(57)【要約】

【課題】液化機の入口圧力を安定させる。
【解決手段】液化水素設備１は、原料供給源２と液化機３とを接続する原料供給ライン１１と、液化水素を貯蔵する貯蔵タンク４と、貯蔵タンク４とキャリア（１００）とを接続する荷役ライン１３と、荷役時にキャリア（１００）から返送される返送ガスと貯蔵タンク４からのボイルオフガスとをそれぞれ液化機３に導く還流ライン１４と、原料供給ライン１１に設けられた第１バルブ２１と、還流ライン１４に設けられた第２バルブ２２とを備える。荷役時は、液化機３から貯蔵タンク４に液化水素を供給しつつ、液化機３の入口圧力の変動が抑制される方向に第２バルブ２２の開度を制御し、通常時は、液化機３から貯蔵タンク４に液化水素を供給しつつ、液化機３の入口圧力の変動が抑制される方向に第１バルブ２１の開度を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液化水素を生成してキャリアに移す液化水素設備であって、
水素ガスを液化して液化水素を生成する液化機と、
原料供給源からの原料水素ガスを前記液化機に導く原料供給ラインと、
前記液化機で生成された液化水素を貯蔵する貯蔵タンクと、

前記貯蔵タンクから前記キャリアに液化水素を移す荷役に伴い前記キャリアから返送される水素ガスである返送ガスと、前記貯蔵タンク内の液化水素の蒸発により生じるボイルオフガスとを、それぞれ前記液化機に導く還流ラインと、
前記原料供給ラインに設けられた第１バルブと、
前記還流ラインに設けられた第２バルブと、
前記第１バルブ及び前記第２バルブを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記荷役時に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第２バルブの開度を制御し、
前記荷役が行われない通常時に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第１バルブの開度を制御する、液化水素設備。

【請求項2】

請求項１に記載の液化水素設備において、
前記液化機の入口圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
前記コントローラは、
前記荷役時に、前記第１バルブの開度を固定しつつ、前記圧力センサにより検出された前記入口圧力に基づいて前記第２バルブの開度を制御し、
前記通常時に、前記第２バルブの開度を固定しつつ、前記圧力センサにより検出された前記入口圧力に基づいて前記第１バルブの開度を制御する、液化水素設備。

【請求項3】

請求項２に記載の液化水素設備において、
前記原料供給ラインは、前記第１バルブと前記液化機との間にバッファタンクを有し、
前記還流ラインは、その下流端が前記バッファタンクに接続されている、液化水素設備。

【請求項4】

請求項３に記載の液化水素設備において、
前記圧力センサは、前記液化機の入口圧力として前記バッファタンクの内部圧力を検出する、液化水素設備。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の液化水素設備において、
前記還流ラインは、前記原料供給ラインに接続された下流ラインと、前記キャリアからの返送ガスを前記下流ラインに導く返送ラインと、前記貯蔵タンクからのボイルオフガスを前記下流ラインに導くＢＯＧラインとを含む、液化水素設備。

【請求項6】

水素ガスを液化して液化水素を生成する液化機と、原料供給源からの原料水素ガスを前記液化機に導く原料供給ラインと、前記液化機で生成された液化水素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクからキャリアに液化水素を移す荷役に伴い前記キャリアから返送される水素ガスである返送ガスと、前記貯蔵タンク内の液化水素の蒸発により生じるボイルオフガスとを、それぞれ前記液化機に導く還流ラインと、前記原料供給ラインに設けられた第１バルブと、前記還流ラインに設けられた第２バルブと、を備えた液化水素設備を運用する方法であって、
前記液化水素設備が、前記荷役を行う荷役フェーズと、前記荷役を行わない通常フェーズとのいずれにあるかを判定すること、
前記液化水素設備が前記荷役フェーズにあると判定された場合に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第２バルブの開度を制御すること、及び、
前記液化水素設備が前記通常フェーズにあると判定された場合に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第１バルブの開度を制御することを含む、液化水素設備の運用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液化水素を扱う液化水素設備及びその運用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水素ガスの液化、並びに液化水素の貯蔵及び荷役を行う液化水素設備が知られている。例えば、下記特許文献１には、原料水素供給源から供給された原料水素ガスを液化する液化機（液化水素製造装置）と、液化機で液化された液化水素を貯蔵する貯蔵タンクと、貯蔵タンクから液化水素輸送船への液化水素の荷役時に発生するボイルオフガスを液化機に戻す還流ライン（ボイルオフガス導入通路）とを備えた液化水素設備が開示されている。還流ラインを通じて液化機に戻されたボイルオフガスは、液化機で再液化されて利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２４２０２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

液化水素は、液化天然ガス（ＬＮＧ）などと比べて沸点が非常に低いため、液化水素輸送船のようなキャリアへの荷役時に、入熱により比較的多くのボイルオフガスが発生する。このため、この荷役時のボイルオフガスの流量、つまり液化機に還流されて再液化されるボイルオフガスの流量は、上述した原料供給源から供給される原料水素ガスの流量よりもかなり大きくなる傾向にある。このことは、荷役時と荷役時以外（通常時）とで、液化機に導入される水素ガスの流量が大きく変動すること、換言すれば液化機の入口圧力が大きく変動し得ることを意味する。液化機の運転上、その入口圧力は一定に保つことが望ましく、入口圧力が大きく変動することは望ましくない。すなわち、液化機の入口圧力が大きく変動することは、液化機の故障等の不具合を招く要因となり得る。

【0005】

本開示は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、液化機の入口圧力を安定させることが可能な液化水素設備及びその運用方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するためのものとして、本開示の一局面に係る設備は、液化水素を生成してキャリアに移す液化水素設備であって、水素ガスを液化して液化水素を生成する液化機と、原料供給源からの原料水素ガスを前記液化機に導く原料供給ラインと、前記液化機で生成された液化水素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクから前記キャリアに液化水素を移す荷役に伴い前記キャリアから返送される水素ガスである返送ガスと、前記貯蔵タンク内の液化水素の蒸発により生じるボイルオフガスとを、それぞれ前記液化機に導く還流ラインと、前記原料供給ラインに設けられた第１バルブと、前記還流ラインに設けられた第２バルブと、前記第１バルブ及び前記第２バルブを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記荷役時に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第２バルブの開度を制御し、前記荷役が行われない通常時に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第１バルブの開度を制御するものである。

【0007】

また、本開示の他の局面に係る方法は、上述した液化機、原料供給ライン、貯蔵タンク、還流ライン、第１バルブ、及び第２バルブを備えた液化水素設備を運用する方法であって、前記液化水素設備が、前記荷役を行う荷役フェーズと、前記荷役を行わない通常フェーズとのいずれにあるかを判定すること、前記液化水素設備が前記荷役フェーズにあると判定された場合に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第２バルブの開度を制御すること、及び、前記液化水素設備が前記通常フェーズにあると判定された場合に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第１バルブの開度を制御すること、を含むものである。

【発明の効果】

【0008】

本開示の液化水素設備及びその運用方法によれば、液化機の入口圧力を安定させることができ、もって液化機による水素ガスの液化性能を良好に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る液化水素設備の全体構成を示すシステム図である。

【図2】前記液化水素設備の制御系統を示す機能ブロック図である。

【図3】前記液化水素設備の運用中にコントローラが行う制御の詳細を示すフローチャートである。

【図4】通常時に行われるバルブ制御の内容を説明する説明図である。

【図5】荷役時に行われるバルブ制御の内容を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［液化水素設備の構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る液化水素設備１の全体構成を示すシステム図である。本図に示される液化水素設備１は、水素ガスを液化して得た液化水素を貯蔵し、貯蔵した液化水素を運搬船１００（キャリア）に荷役するための設備である。具体的に、液化水素設備１は、液化される前の原料水素ガスを供給する原料供給源２と、原料供給源２から供給された原料水素ガスを液化する液化機３と、液化機３で生成された液化水素を貯蔵する貯蔵タンク４と、貯蔵タンク４から運搬船１００に液化水素を払い出す液化水素ポンプ５と、運搬船１００からの返送ガスやボイルオフガスを含む還流水素ガスを液化機３に再導入する圧縮機６とを備える。

【0011】

上述した各要素は、複数の通路を介して互いに接続されている。すなわち、液化水素設備１は、原料供給源２と液化機３とを接続する原料供給ライン１１と、液化機３と貯蔵タンク４とを接続する液化水素供給ライン１２と、貯蔵タンク４と運搬船１００とを接続する荷役ライン１３と、運搬船１００と原料供給ライン１１とを接続する還流ライン１４とを備える。

【0012】

原料供給源２は、水素ガスを生成して当該水素ガスを液化水素の原料として液化機３に供給する装置である。原料供給源２から液化機３へは、例えば数ＭＰａ程度まで高圧化された原料水素ガスが供給される。原料供給源２は、水素ガスを生成できるものであればその種類を問わないが、例えば、メタン等の炭化水素から水蒸気改質により水素ガスを生成する装置を原料供給源２として用いることができる。あるいは、水の電気分解によって水素ガスを生成する装置を原料供給源２として用いてもよい。

【0013】

原料供給源２から供給された高圧の原料水素ガスは、原料供給ライン１１を通じて液化機３に導入される。液化機３は、導入された原料水素ガスを冷却しつつ膨張させて液化し、液化水素を生成する。液化機３は、水素ガスを冷却して液化できるものであればその種類を問わないが、例えば、冷凍サイクルを用いた熱交換により水素ガスを液化直前の状態まで冷却する冷却器と、当該冷却器により冷却された水素ガスをジュールトムソン膨張（等エンタルピー膨張）させて液化するジュールトムソン弁と、を含んだものとすることができる。

【0014】

原料供給ライン１１の途中には、容積が拡大したバッファタンク１９が設けられている。バッファタンク１９には、還流ライン１４の下流端が接続されている。バッファタンク１９では、原料供給源２から供給された原料水素ガスと、還流ライン１４を通じて導入された還流水素ガスとが合流する。合流後の水素ガスは、バッファタンク１９から液化機３に導入されて液化される。言い換えると、液化機３は、原料供給源２からの原料水素ガスを液化するとともに、還流ライン１４からの還流水素ガスを再液化するものである。

【0015】

液化機３で生成された液化水素は、液化水素供給ライン１２を通じて貯蔵タンク４に導入される。貯蔵タンク４は、導入された液化水素を保冷しつつ貯蔵する。貯蔵タンク４は、例えば、液化水素を収容する内槽と、内槽の外側に配置されかつ当該内槽との間に真空断熱層を形成する外槽とを含む多重殻タンクとすることができる。

【0016】

貯蔵タンク４に貯蔵された液化水素は、運搬船１００に液化水素を移す荷役時に、液化水素ポンプ５によって貯蔵タンク４から払い出される。液化水素ポンプ５は、貯蔵タンク４から液化水素を吸い込んで下流側に吐出する。液化水素ポンプ５から吐出された液化水素は、荷役ライン１３を通じて運搬船１００へと送り込まれる。

【0017】

荷役ライン１３は、荷積み機１１１を介して運搬船１００の受入部１０２に接続されている。荷積み機１１１は、運搬船１００が着岸する港湾に設置されており、荷役ライン１３から送られてきた液化水素を運搬船１００に荷積みする。荷積み機１１１は、多関節構造のローディングアーム１１１ａを含む。ローディングアーム１１１ａは、接続部Ｃ１を介して運搬船１００と接続されている。

【0018】

運搬船１００は、液化水素が貯留される貯槽１０１を有する。荷役ライン１３から送られてきた液化水素は、荷積み機１１１を介して貯槽１０１に供給され、貯槽１０１において保冷されつつ貯留される。液化水素が運搬船１００に荷役される前において、貯槽１０１には水素ガスが充填されている。荷役により貯槽１０１に液化水素が供給されると、供給された液化水素に押し出されるようにして水素ガスが貯槽１０１から排出される。また、液化水素が入熱により蒸発することで生じるボイルオフガスも、貯槽１０１から排出される。これらの水素ガス、つまり荷役前に貯槽１０１に存在していた水素ガスと荷役中の蒸発により生じたボイルオフガスとの混合ガスは、返送ガスとして運搬船１００の排出部１０３から下流側へと排出される。

【0019】

運搬船１００の排出部１０３は、荷下し機１１２を介して還流ライン１４に接続されている。荷下し機１１２は、前記港湾における荷積み機１１１の近傍に設置されており、運搬船１００から排出された返送ガスを還流ライン１４に送出する。荷下し機１１２は、多関節構造のローディングアーム１１２ａを含む。ローディングアーム１１２ａは、接続部Ｃ２を介して運搬船１００と接続されている。

【0020】

還流ライン１４は、返送ライン１５と、ＢＯＧライン１６と、分岐ライン１７と、下流ライン１８とを含む。返送ライン１５は、荷下し機１１２の接続部Ｃ２から圧縮機６に向かって延びる通路である。ＢＯＧライン１６は、貯蔵タンク４から返送ライン１５に向かって延びる通路である。返送ライン１５とＢＯＧライン１６とは、圧縮機６の上流側の合流点Ｐ１において合流している。下流ライン１８は、合流点Ｐ１と原料供給ライン１１のバッファタンク１９とを接続する共用の通路である。分岐ライン１７は、荷役ライン１３における液化水素ポンプ５よりも下流側の部位から分岐する通路である。分岐ライン１７の下流端は、ＢＯＧライン１６の途中に接続されている。

【0021】

還流ライン１４は、各部で発生するボイルオフガス等を含む水素ガスを液化機３に再導入する用途に供される。すなわち、貯蔵タンク４の内部には、液化水素が入熱により蒸発することで生じるボイルオフガス（ＢＯＧ）が存在している。このボイルオフガスは、ＢＯＧライン１６を通じて合流点Ｐ１に導入される。一方、液化水素の荷役時には、液化水素が荷役ライン１３を流れる過程でやはりボイルオフガスが発生する。このボイルオフガスは、分岐ライン１７を通じて合流点Ｐ１に導入される。また、液化水素の荷役時に運搬船１００から返送される返送ガスは、返送ライン１５を通じて合流点Ｐ１に導入される。合流点Ｐ１に到達した各ガス（還流水素ガス）は、下流ライン１８を通じてバッファタンク１９へと還流される。

【0022】

ここで、液化水素の荷役が行われない通常時は、貯蔵タンク４から運搬船１００への液化水素の払い出しが行われないから、荷役ライン１３でボイルオフガスが発生することもなければ、運搬船１００から返送ガスが戻ってくることもない。このため、通常時は、貯蔵タンク４からＢＯＧライン１６を通じて戻ってくるボイルオフガスのみが、還流水素ガスとしてバッファタンク１９に導入される。一方、液化水素の荷役時は、貯蔵タンク４からのボイルオフガスに加えて、荷役ライン１３から分岐ライン１７を通じて戻ってくるボイルオフガスと、運搬船１００から返送ライン１５を通じて戻ってくる返送ガスとが、いずれもバッファタンク１９に導入される。言い換えると、荷役時にバッファタンク１９に導入される還流水素ガスは、貯蔵タンク４及び荷役ライン１３からの各ボイルオフガスと、運搬船１００からの返送ガスとの両方を含む。

【0023】

圧縮機６は、水素ガスを圧送する装置であり、下流ライン１８の途中に設けられている。圧縮機６は、下流ライン１８を流れる還流水素ガスを下流側に押し出し、バッファタンク１９へと送り込む。

【0024】

バッファタンク１９には、圧力センサ２０が設けられている。圧力センサ２０は、バッファタンク１９の内部圧力を検出するセンサである。ここで、バッファタンク１９の内部圧力は、液化機３に導入される直前の水素ガスの圧力であり、液化機３の入口圧力と等価である。言い換えると、圧力センサ２０は、液化機３の入口圧力を検出するセンサである。

【0025】

原料供給ライン１１におけるバッファタンク１９よりも上流側の部位には、第１バルブ２１が設けられている。第１バルブ２１は、バルブ本体と当該バルブ本体を開閉駆動するアクチュエータとを含む自動式のバルブである。原料供給源２からバッファタンク１９に導入される原料水素ガスの圧力は、第１バルブ２１の開度制御によって調整可能である。

【0026】

還流ライン１４におけるバッファタンク１９の近傍部、つまり圧縮機６とバッファタンク１９との間に位置する下流ライン１８の途中には、第２バルブ２２が設けられている。第２バルブ２２は、上述した第１バルブ２１と同様の自動式のバルブである。還流ライン１４を通じてバッファタンク１９に導入される還流水素ガスの圧力は、第２バルブ２２の開度制御によって調整可能である。

【0027】

［液化水素設備の運用］
次に、上述した液化水素設備１の運用例について説明する。図２は、液化水素設備１の制御系統を示す機能ブロック図である。本図に示すように、液化水素設備１は、その運用中の動作を統括的に制御するコントローラ３０と、オペレータからの操作を受け付ける入力部３１とをさらに備える。コントローラ３０は、例えば、演算を行うプロセッサ（ＣＰＵ）と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリーと、各種の入出力バスと、を含むマイクロコンピュータを要部とする制御装置である。入力部３１は、液化水素設備１の運用に関する各種指示等を入力するためにオペレータが操作するインターフェースである。

【0028】

コントローラ３０には、入力部３１から操作信号が入力されるとともに、上述した圧力センサ２０から圧力の検出信号が入力される。コントローラ３０は、入力されたこれらの情報に基づいて、液化水素設備１における各種の制御対象を制御する。すなわち、コントローラ３０は、入力部３１に対するオペレータの操作状況と、圧力センサ２０により検出されるバッファタンク１９の内部圧力とに基づいて、液化機３、液化水素ポンプ５、圧縮機６、第１バルブ２１、及び第２バルブ２２をそれぞれ制御する。

【0029】

図３は、液化水素設備１の運用中にコントローラ３０が行う制御の詳細を示すフローチャートである。液化水素設備１を起動する信号を受けて本図に示す制御がスタートすると、コントローラ３０は、液化機３及び圧縮機６を駆動する（ステップＳ１，Ｓ２）。これにより、液化機３による水素ガスの液化が行われ、生成された液化水素が貯蔵タンク４に送られる。また、圧縮機６による還流水素ガスの圧送が行われ、バッファタンク１９に還流水素ガスが還流される。

【0030】

次いで、コントローラ３０は、入力部３１からの入力情報に基づいて、液化水素設備１が荷役フェーズにあるか否かを判定する（ステップＳ３）。例えば、オペレータは、運搬船１００が港湾に着岸して液化水素の受け入れ準備が整ったときに、入力部３１を操作して、貯蔵タンク４から運搬船１００に液化水素を荷役する指示を出す。当該ステップＳ３において、コントローラ３０は、このような入力部３１を通じたオペレータからの指示の有無に基づいて、液化水素設備１が荷役フェーズにあるか否かを判定する。

【0031】

前記ステップＳ３でＮＯと判定された場合、つまり液化水素設備１が荷役フェーズではなく通常フェーズにあることが確認された場合、コントローラ３０は、圧力センサ２０からバッファタンク１９の内部圧力の検出値を取得する（ステップＳ４）。

【0032】

次いで、コントローラ３０は、図４に示すように、前記ステップＳ４で取得されたセンサ圧力に基づいて第１バルブ２１の開度を制御するとともに、第２バルブ２２の開度を一定値に固定する（ステップＳ５）。

【0033】

具体的に、前記ステップＳ５において、コントローラ３０は、圧力センサ２０により検出されたバッファタンク１９の内部圧力から、予め定められた目標圧力を差し引いて、得られた値を圧力偏差として特定する。そして、特定した圧力偏差に基づいて、第１バルブ２１の開度をフィードバック制御する。例えば、前記圧力偏差がプラスである場合、第１バルブ２１は、当該圧力偏差がプラス側に拡大するほど、つまりバッファタンク１９の内部圧力が前記目標圧力を大きく上回るほど、開度が小さくなるように制御される。逆に、前記圧力偏差がマイナスである場合、第１バルブ２１は、当該圧力偏差がマイナス側に拡大するほど、つまりバッファタンク１９の内部圧力が前記目標圧力を大きく下回るほど、開度が大きくなるように制御される。

【0034】

上述した第１バルブ２１の開度制御は、原料供給源２からバッファタンク１９に導入される原料水素ガスの圧力を前記圧力偏差に基づき調整し、バッファタンク１９の内部圧力（換言すれば液化機３の入口圧力）を前記目標圧力付近で安定させる作用をもたらす。言い換えると、液化水素の荷役が行われない通常時、第１バルブ２１の開度は、液化機３の入口圧力の変動が抑制される方向に制御される。

【0035】

一方、第２バルブ２２については、前記圧力偏差に基づく開度制御は行われない。第２バルブ２２の開度は、全閉以外の所定開度に固定される。このことは、還流ライン１４を通過する還流水素ガス（ここでは貯蔵タンク４からのボイルオフガス）が圧力調整を経ずにバッファタンク１９に導入されることを意味する。このため、条件によっては還流水素ガスの圧力が変動し得るが、この変動は、上述した第１バルブ２１による原料水素ガスの圧力調整によって相殺される。その結果、バッファタンク１９の内部圧力が前記目標圧力付近に維持されて、液化機３の入口圧力の変動が抑制される。

【0036】

次いで、コントローラ３０は、入力部３１からの入力情報に基づいて、液化水素設備１を停止させる操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ６）。

【0037】

前記ステップＳ６でＮＯと判定されて設備停止の操作が行われていないことが確認された場合、コントローラ３０は、上述したステップＳ３以降の処理を繰り返す。

【0038】

一方、前記ステップＳ６でＹＥＳと判定されて設備停止の操作が行われたことが確認された場合、コントローラ３０は、液化機３及び圧縮機６を停止する（ステップＳ７，Ｓ８）。

【0039】

次に、前記ステップＳ３でＹＥＳと判定された場合、つまり液化水素設備１が荷役フェーズにある場合の制御について説明する。この場合、コントローラ３０は、液化水素ポンプ５を駆動する（ステップＳ１０）。これにより、貯蔵タンク４から運搬船１００への液化水素の払い出しが行われ、運搬船１００の貯槽１０１に液化水素が荷役される。

【0040】

次いで、コントローラ３０は、圧力センサ２０からバッファタンク１９の内部圧力の検出値を取得する（ステップＳ１１）。

【0041】

次いで、コントローラ３０は、図５に示すように、第１バルブ２１の開度を一定値に固定するとともに、前記ステップＳ１１で取得されたセンサ圧力に基づいて第２バルブ２２の開度を制御する（ステップＳ１２）。

【0042】

具体的に、前記ステップＳ１２において、コントローラ３０は、圧力センサ２０により検出されたバッファタンク１９の内部圧力から、予め定められた目標圧力を差し引いて、得られた値を圧力偏差として特定する。そして、特定した圧力偏差に基づいて、第２バルブ２２の開度をフィードバック制御する。例えば、前記圧力偏差がプラスである場合、第２バルブ２２は、当該圧力偏差がプラス側に拡大するほど、つまりバッファタンク１９の内部圧力が前記目標圧力を大きく上回るほど、開度が小さくなるように制御される。逆に、前記圧力偏差がマイナスである場合、第２バルブ２２は、当該圧力偏差がマイナス側に拡大するほど、つまりバッファタンク１９の内部圧力が前記目標圧力を大きく下回るほど、開度が大きくなるように制御される。

【0043】

ここで、液化水素設備１が荷役フェーズにあるとき、つまり貯蔵タンク４から運搬船１００に液化水素が荷役されているとき、還流ライン１４の下流ライン１８を通過する還流水素ガスには、運搬船１００からの返送ガスと、荷役ライン１３からのボイルオフガスと、貯蔵タンク４からのボイルオフガスとが含まれる。上述した第２バルブ２２の開度制御は、これら各ガスが混合した還流水素ガスの圧力を前記圧力偏差に基づき調整し、バッファタンク１９の内部圧力（換言すれば液化機３の入口圧力）を前記目標圧力付近で安定させる作用をもたらす。言い換えると、液化水素の荷役時、第２バルブ２２の開度は、液化機３の入口圧力の変動が抑制される方向に制御される。

【0044】

一方、第１バルブ２１については、前記圧力偏差に基づく開度制御は行われない。第１バルブ２１の開度は、予め定められた所定開度に固定される。ここでの所定開度は、全閉以外の適宜の開度に設定される。第１バルブ２１の開度が全閉以外の開度に固定されることは、原料供給源２からの原料水素ガスが圧力調整を経ずにバッファタンク１９に導入されることを意味する。このため、条件によっては原料水素ガスの圧力が変動し得るが、この変動は、上述した第２バルブ２２による還流水素ガスの圧力調整によって相殺される。その結果、バッファタンク１９の内部圧力が前記目標圧力付近に維持されて、液化機３の入口圧力の変動が抑制される。

【0045】

次いで、コントローラ３０は、荷役フェーズが終了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、オペレータは、運搬船１００の貯槽１０１に規定量の液化水素が貯留された状態が確認されたときに、入力部３１を操作して、荷役作業を終了する指示を出す。当該ステップＳ１３において、コントローラ３０は、このような入力部３１を通じたオペレータからの指示の有無に基づいて、荷役フェーズが終了したか否かを判定する。

【0046】

前記ステップＳ１３でＮＯと判定されて荷役フェーズが継続していることが確認された場合、コントローラ３０は、上述したステップＳ１１以降の処理を繰り返す。

【0047】

一方、前記ステップＳ１３でＹＥＳと判定されて荷役フェーズが終了したことが確認された場合、コントローラ３０は、液化水素ポンプ５を停止する（ステップＳ１４）。その後、フローは前記ステップＳ４へと移行する。

【0048】

［作用効果］
以上説明したとおり、本実施形態では、液化機３に原料水素ガスを導く原料供給ライン１１上に第１バルブ２１が設けられるとともに、液化機３に再導入される還流水素ガスが通る還流ライン１４上に第２バルブ２２が設けられる。原料供給ライン１１と還流ライン１４との合流部にあるバッファタンク１９には、その内部圧力を検出する圧力センサ２０が設けられ、当該圧力センサ２０による検出圧力が第１バルブ２１又は第２バルブ２２の開度制御に反映される。具体的に、貯蔵タンク４から運搬船１００に液化水素を移す荷役時には、第１バルブ２１の開度を固定しつつ第２バルブ２２の開度を前記検出圧力に基づき増減させる制御が実行され、荷役が行われない通常時には、第２バルブ２２の開度を固定しつつ第１バルブ２１の開度を前記検出圧力に基づき増減させる制御が実行される。このような構成によれば、液化機３の入口圧力を安定させることができ、もって液化機３による水素ガスの液化性能を良好に維持することができる。

【0049】

すなわち、本実施形態では、荷役時か通常時（非荷役時）かに応じて、原料水素ガスが通る原料供給ライン１１上の第１バルブ２１と、還流水素ガスが通る還流ライン１４上の第２バルブ２２とのいずれかを用いて液化機３の入口圧力が調整されるので、両方のバルブ２１，２２を制御対象とした場合と比べて、ハンチング等の制御上の不具合が起き難くなり、液化機３の入口圧力の変動を適切に抑制することができる。

【0050】

例えば、液化水素の荷役が行われない通常時は、還流ライン１４を通じて液化機３に還流される還流水素ガスに運搬船１００からの返送ガスが含まれず、還流水素ガスの流量は比較的少ない。言い換えると、通常時は、還流水素ガスの流量よりも、原料供給ライン１１を通じて液化機３に導入される原料水素ガスの流量が多くなり易い。このような通常時に、本実施形態では、原料供給ライン１１上の第１バルブ２１の開度のみが検出圧力に基づき制御されるので、ハンチング等の不具合を防止しつつ、液化機３の入口圧力を第１バルブ２１の開度制御によって効率的に調整することができ、当該圧力調整によって液化機３の入口圧力の変動を適切に抑制することができる。

【0051】

一方、運搬船１００に液化水素を移す荷役時は、運搬船１００からの返送ガスを含む比較的多くの還流水素ガスが還流ライン１４を通じて液化機３に還流されるので、原料水素ガスの流量よりも還流水素ガスの流量が多くなり易い。このような荷役時に、本実施形態では、還流ライン１４上の第２バルブ２２の開度のみが検出圧力に基づき制御されるので、ハンチング等の不具合を防止しつつ、液化機３の入口圧力を第２バルブ２２の開度制御によって効率的に調整することができ、当該圧力調整によって液化機３の入口圧力の変動を適切に抑制することができる。

【0052】

このように、本実施形態では、荷役時／通常時という運用フェーズに応じた適切なバルブ制御によって液化機３の入口圧力の変動を抑制できるので、運用フェーズにかかわらず液化機３の入口圧力を安定させることができ、もって液化機３による水素ガスの液化性能を良好に維持することができる。

【0053】

また、本実施形態では、荷役時又は通常時に、第１バルブ２１及び第２バルブ２２のいずれか一方のみが圧力調整のための制御対象とされ、残りのバルブについてはその開度が固定されるので、当該残りのバルブの開度変化による圧力への影響を考慮する必要がなく、簡単かつ合理的な構成で液化機３の入口圧力を安定させることができる。

【0054】

また、本実施形態では、原料供給ライン１１における第１バルブ２１と液化機３との間に設けられたバッファタンク１９に還流ライン１４（下流ライン１８）の下流端が接続されるので、原料供給源２からの原料水素ガスと還流ライン１４からの還還流水素ガスとの微小な圧力変動をバッファタンク１９で吸収することができる。

【0055】

［変形例］
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示はこれに限定されるわけではなく、例えば次のような変形が可能である。

【0056】

前記実施形態では、貯蔵タンク４から運搬船１００に液化水素を移す荷役時に、第１バルブ２１の開度を一定値に固定しつつ第２バルブ２２の開度を圧力センサ２０による検出値（換言すれば液化機３の入口圧力）に基づき制御したが、第１バルブ２１の開度は必ずしも一定値に固定される必要はない。すなわち、荷役時における第１バルブ２１の開度は、液化機３の入口圧力とは無関係に定まる値であればよく、例えば液化機３の入口圧力とは異なる別のパラメータに基づいて第１バルブ２１の開度を可変的に設定してもよい。

【0057】

同様に、前記実施形態では、液化水素の荷役が行われない通常時に、第２バルブ２２の開度を一定値に固定しつつ第１バルブ２１の開度を圧力センサ２０による検出値（換言すれば液化機３の入口圧力）に基づき制御したが、第２バルブ２２の開度は必ずしも一定値に固定される必要はない。すなわち、通常時における第２バルブ２２の開度は、液化機３の入口圧力とは無関係に定まる値であればよく、例えば液化機３の入口圧力とは異なる別のパラメータに基づいて第２バルブ２２の開度を可変的に設定してもよい。

【0058】

前記実施形態では、荷役時か通常時かの判定、つまり運用フェーズが荷役フェーズであるか通常フェーズであるかの判定を、入力部３１を通じたオペレータからの指示に基づいて行ったが、運用フェーズの判定方法はこれに限られない。例えば、貯蔵タンク４から液化水素を払い出す液化水素ポンプ５が作動しているか否かに基づいて運用フェーズを判定してもよい。もしくは、還流ライン１４の適宜の箇所に流量センサを取り付けて、当該流量センサにより検出される還流水素ガスの流量に基づいて運用フェーズを判定してもよい。

【0059】

前記実施形態では、バッファタンク１９の内部圧力を圧力センサ２０によって検出し、この検出圧力を液化機３の入口圧力として扱ったが、圧力センサは、液化機３の入口圧力と等価ないずれかの箇所の圧力を検出するものであればよく、例えばバッファタンク１９と液化機３との間に位置する原料供給ライン１１の途中に圧力センサを取り付けてもよい。もしくは、圧力センサは、液化機３の入口圧力を直接検出するセンサであってもよい。

【0060】

前記実施形態では、貯蔵タンク４に貯蔵されている液化水素を運搬船１００に荷役する例について説明したが、液化水素の荷役先は、液化水素を運搬する何らかのキャリアであればよく、例えばタンクローリー等の運搬車であってもよい。

【0061】

［まとめ］
前記実施形態及びその変形例には、以下の開示が含まれる。

【0062】

本開示の一局面に係る設備は、液化水素を生成してキャリアに移す液化水素設備であって、水素ガスを液化して液化水素を生成する液化機と、原料供給源からの原料水素ガスを前記液化機に導く原料供給ラインと、前記液化機で生成された液化水素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクから前記キャリアに液化水素を移す荷役に伴い前記キャリアから返送される水素ガスである返送ガスと、前記貯蔵タンク内の液化水素の蒸発により生じるボイルオフガスとを、それぞれ前記液化機に導く還流ラインと、前記原料供給ラインに設けられた第１バルブと、前記還流ラインに設けられた第２バルブと、前記第１バルブ及び前記第２バルブを制御するコントローラとを備える。前記コントローラは、前記荷役時に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第２バルブの開度を制御し、前記荷役が行われない通常時に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第１バルブの開度を制御する。

【0063】

本開示によれば、原料水素ガスを液化機に導く原料供給ライン上の第１バルブと、キャリアからの返送ガスや貯蔵タンクからのボイルオフガスを含む水素ガス（以下、これらを総称して還流水素ガスという）を液化機に導く還流ライン上の第２バルブと、のいずれか一方を用いて液化機の入口圧力が調整されるので、両方の弁を制御対象とした場合と比べて、ハンチング等の制御上の不具合が起き難くなり、液化機の入口圧力の変動を適切に抑制することができる。

【0064】

例えば、液化水素の荷役が行われない通常時は、還流ラインを通じて液化機に還流される還流水素ガスにキャリアからの返送ガスが含まれず、還流水素ガスの流量は比較的少ない。言い換えると、通常時は、還流水素ガスの流量よりも、原料供給ラインを通じて液化機に導入される原料水素ガスの流量が多くなり易い。このような通常時に、本開示では、原料供給ライン上の第１バルブの開度が制御されるので、ハンチング等の不具合を防止しつつ、液化機の入口圧力を第１バルブの開度制御によって効率的に調整することができ、当該圧力調整によって液化機の入口圧力の変動を適切に抑制することができる。

【0065】

一方、キャリアに液化水素を移す荷役時は、キャリアからの返送ガスを含む比較的多くの還流水素ガスが還流ラインを通じて液化機に還流されるので、原料水素ガスの流量よりも還流水素ガスの流量が多くなり易い。このような荷役時に、本開示では、当該還流ライン上の第２バルブの開度が制御されるので、ハンチング等の不具合を防止しつつ、液化機の入口圧力を第２バルブの開度制御によって効率的に調整することができ、当該圧力調整によって液化機の入口圧力の変動を適切に抑制することができる。

【0066】

このように、本開示では、荷役時／通常時という運用フェーズに応じた適切なバルブ制御によって液化機の入口圧力の変動を抑制できるので、運用フェーズにかかわらず液化機の入口圧力を安定させることができ、もって液化機による水素ガスの液化性能を良好に維持することができる。

【0067】

好ましくは、前記液化水素設備は、前記液化機の入口圧力を検出する圧力センサをさらに備える。前記コントローラは、前記荷役時に、前記第１バルブの開度を固定しつつ、前記圧力センサにより検出された前記入口圧力に基づいて前記第２バルブの開度を制御し、前記通常時に、前記第２バルブの開度を固定しつつ、前記圧力センサにより検出された前記入口圧力に基づいて前記第１バルブの開度を制御する。

【0068】

この態様では、荷役時及び通常時のそれぞれにおける制御対象のバルブが、圧力センサにより検出された液化機の入口圧力に基づき制御される一方、制御対象でないバルブの開度は一定値に固定されるので、簡単かつ合理的な構成で液化機の入口圧力を安定させることができる。

【0069】

好ましくは、前記原料供給ラインは、前記第１バルブと前記液化機との間にバッファタンクを有し、前記還流ラインは、その下流端が前記バッファタンクに接続される。

【0070】

この態様では、原料供給源からの原料水素ガスと還流ラインからの還還流水素ガスとの微小な圧力変動をバッファタンクで吸収することができる。

【0071】

好ましくは、前記圧力センサは、前記液化機の入口圧力として前記バッファタンクの内部圧力を検出する。

【0072】

バッファタンクの内部圧力は、液化機の上流側で原料水素ガスと還流水素ガスとが合流して得られる水素ガスの圧力であり、液化機の入口圧力と等価である。したがって、当該バッファタンクの内部圧力を圧力センサにより検出することで、液化機の入口圧力を適切に入手することができる。

【0073】

好ましくは、前記還流ラインは、前記原料供給ラインに接続された下流ラインと、前記キャリアからの返送ガスを前記下流ラインに導く返送ラインと、前記貯蔵タンクからのボイルオフガスを前記下流ラインに導くＢＯＧラインとを含む。

【0074】

この態様では、キャリアからの返送ガスや貯蔵タンクからのボイルオフガスを、還流水素ガスとして液化機に適切に還流することができる。

【0075】

本開示の他の局面に係る方法は、上述した液化機、原料供給ライン、貯蔵タンク、還流ライン、第１バルブ、及び第２バルブを備えた液化水素設備を運用する方法であって、前記液化水素設備が、前記荷役を行う荷役フェーズと、前記荷役を行わない通常フェーズとのいずれであるかを判定すること、前記液化水素設備が前記荷役フェーズにあると判定された場合に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第２バルブの開度を制御すること、及び、前記液化水素設備が前記通常フェーズにあると判定された場合に、前記液化機の入口圧力の変動が抑制される方向に前記第１バルブの開度を制御すること、を含むものである。

【0076】

本開示に係る運用方法によれば、上述した液化水素設備の開示と同様に、運用フェーズにかかわらず液化機の入口圧力を安定させることができ、もって液化機による水素ガスの液化性能を良好に維持することができる。

【符号の説明】

【0077】

１ 液化水素設備
２ 原料供給源
３ 液化機
４ 貯蔵タンク
１１ 原料供給ライン
１３ 荷役ライン
１４ 還流ライン
１５ 返送ライン
１６ ＢＯＧライン
１８ 下流ライン
１９ バッファタンク
２０ 圧力センサ
２１ 第１バルブ
２２ 第２バルブ
３０ コントローラ
１００ 運搬船（キャリア）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】