特開 2024-98377 水素ガス輸送装置および圧縮機のパージ方法

(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】P2024098377

(43)【公開日】2024-07-23

(54)【発明の名称】水素ガス輸送装置および圧縮機のパージ方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 7/00 20060101AFI20240716BHJP

   F04B 41/00 20060101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

F17C7/00 A

F04B41/00 B

F17C7/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023001855

(22)【出願日】2023-01-10

(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】100127797

【弁理士】

【氏名又は名称】平田 晴洋

(72)【発明者】

【氏名】八村 勇希

(72)【発明者】

【氏名】野村 宗充

(72)【発明者】

【氏名】小林 泰三

【テーマコード（参考）】

3E172

3H076

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA05

3E172AA06

3E172AB01

3E172DA90

3E172EB02

3E172EB20

3E172HA08

3E172KA03

3H076AA03

3H076AA39

3H076CC46

3H076CC91

(57)【要約】

【課題】圧縮機の駆動軸を覆うハウジングへパージ用に供給される不活性ガスの、水素ガスの輸送配管への混入を抑止する。
【解決手段】圧縮機１２は、圧縮室２２のピストン２２３を駆動する駆動軸２３を収容するハウジング２４を備える。ハウジング２４は、圧縮室２２に隣接し水素ガスがパージガスとして供給される第１パージ室２５と、窒素ガスがパージガスとして供給される第２パージ室２６とを含む。水素ガス輸送装置１Ａは、パージ用水素ガスの供給経路として、輸送配管１０から分岐し、第１パージ室２５へ水素ガスを供給する第１パージ配管４１と、水素ガス供給源４０から第１パージ室２５へ水素ガスを供給する第２パージ配管４２とを備える。圧力計６が輸送配管１０の圧力低下を検出したとき、第２パージ配管４２から第１パージ室２５へ水素ガスを供給するよう、第１自動弁４３および第２自動弁４４が制御される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素ガスの輸送配管と、
前記輸送配管に配置され、前記水素ガスを送り出す圧縮機であって、
駆動源と、前記水素ガスの圧縮子を有し前記輸送配管が接続される圧縮室と、前記駆動源と前記圧縮子とを連結する駆動軸と、前記駆動軸を収容するハウジングと、を含み、
前記ハウジングが、前記圧縮室に隣接し水素ガスがパージガスとして供給される第１パージ室と、前記第１パージ室に隣接し不活性ガスがパージガスとして供給される第２パージ室と、前記圧縮室と前記第１パージ室とを区画する第１隔壁と、前記第１パージ室と前記第２パージ室とを区画する第２隔壁と、を有し、
前記駆動軸は、前記第１隔壁および前記第２隔壁を貫通して配置され、前記駆動軸の前記第１隔壁の貫通部分には第１軸シールが、前記第２隔壁の貫通部分には第２軸シールが各々配置されている圧縮機と、
前記輸送配管の圧力低下を検出する検出部と、
前記輸送配管から分岐し、前記第１パージ室へ水素ガスを供給する第１パージ配管と、
前記検出部が前記圧力低下を検出したときに、所定の水素ガス供給源から前記第１パージ室へ水素ガスを供給する第２パージ配管と、
前記第２パージ室へ不活性ガスを供給する第３パージ配管と、
を備える水素ガス輸送装置。

【請求項2】

請求項１に記載の水素ガス輸送装置において、
前記圧縮機がレシプロ式の圧縮機であって、前記駆動源が原動機の回転運動を往復運動に変換する往復機構を含み、前記圧縮室は前記圧縮子として往復運動するピストンを含み、前記駆動軸は前記往復機構と前記ピストンとを連結している、水素ガス輸送装置。

【請求項3】

請求項１に記載の水素ガス輸送装置において、
前記検出部は、前記第１パージ室の圧力もしくは前記第１パージ配管内の圧力を検出する圧力計である、水素ガス輸送装置。

【請求項4】

請求項１に記載の水素ガス輸送装置において、
前記検出部は、前記圧縮機の動作停止に関する情報を取得する情報取得部である、水素ガス輸送装置。

【請求項5】

請求項１に記載の水素ガス輸送装置において、
前記水素ガス供給源が、圧縮機を備えた他の輸送配管、もしくは前記輸送配管と他の輸送配管とが合流した合流配管であり、
前記第２パージ配管は、前記圧縮機よりも下流側において前記輸送配管もしくは前記合流配管から分岐している、水素ガス輸送装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の水素ガス輸送装置において、
前記圧縮室の圧力をＰ１、前記第１パージ室の圧力をＰ２、前記第２パージ室の圧力をＰ３とするとき、
前記第１パージ配管および前記第２パージ配管のいずれから前記第１パージ室へ水素ガスが供給されている場合でも、運転中はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係が維持されるよう、水素ガスの供給圧が選ばれる、水素ガス輸送装置。

【請求項7】

水素ガスの輸送配管に配置され前記水素ガスを送り出す圧縮機のパージ方法であって、
前記圧縮機は、
駆動源と、前記水素ガスの圧縮子を有し前記輸送配管が接続される圧縮室と、前記駆動源と前記圧縮子とを連結する駆動軸と、前記駆動軸を収容するハウジングと、を含み、
前記ハウジングが、前記圧縮室に隣接し水素ガスがパージガスとして供給される第１パージ室と、前記第１パージ室に隣接し不活性ガスがパージガスとして供給される第２パージ室と、前記圧縮室と前記第１パージ室とを区画する第１隔壁と、前記第１パージ室と前記第２パージ室とを区画する第２隔壁と、を有し、
前記駆動軸は、前記第１隔壁および前記第２隔壁を貫通して配置され、前記駆動軸の前記第１隔壁の貫通部分には第１軸シールが、前記第２隔壁の貫通部分には第２軸シールが各々配置されており、
前記輸送配管の圧力低下が検出されないとき、前記輸送配管から分岐した第１パージ配管から前記第１パージ室へ水素ガスを供給し、
前記輸送配管の圧力低下が検出されたときに、所定の水素ガス供給源に連通した第２パージ配管から前記第１パージ室へ水素ガスを供給し、
前記第２パージ室へは第３パージ配管を用いて不活性ガスを供給する、圧縮機のパージ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、輸送配管に圧縮機が組み込まれた水素ガス輸送装置および前記圧縮機のパージ方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水素ガスの輸送系は、輸送配管と、この輸送配管に組み入れられ水素ガスを圧縮して送り出す圧縮機とで構築することができる。例えば特許文献１には、液化水素の貯蔵タンクで発生したボイル・オフ・ガス（以下、ＢＯＧ）を、ＢＯＧ輸送配管および圧縮機で構成される輸送系にて、液化機に戻す方法が開示されている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１９６９７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に前記圧縮機は、ピストンやタービンなどの圧縮子を備えた圧縮室と、前記圧縮子に駆動力を伝達する駆動軸とを含む。前記駆動軸は、パージガスが流通可能なハウジングで覆われる。水素ガスを前記輸送配管で送る場合、前記ハウジングを、前記圧縮室に隣接する第１パージ室と、この第１パージ室にさらに隣接する第２パージ室とを隔壁で区画し、前記駆動軸が前記隔壁を貫通するように配設する構造が考えられる。この場合、前記第１パージ室にはパージガスとして水素ガスが供給され、前記第２パージ室には大気と水素ガスとの隔離のため、窒素ガス等の不活性ガスが供給される。

【0005】

前記パージガスとしての水素ガスは、圧縮機の近辺に位置する前記輸送配管から取り出す構成とすることが合理的であり、一般的である。しかし、この構成を採用した場合、前記圧縮機を停止させると、前記第１パージ室の水素ガス圧が低下する。このため、前記第２パージ室の不活性ガスが、不純物として前記駆動軸の隔壁貫通部を通して前記圧縮室へ、ひいては前記輸送配管へ混入し得る。この場合、輸送先に不純物を含む水素ガスが送ガスされてしまい、前記輸送配管に接続されている各種機器に悪影響を与える懸念がある。

【0006】

本開示の目的は、圧縮機の駆動軸を覆うハウジングへパージ用に供給される不活性ガスの、水素ガスの輸送配管への混入を抑止できる水素ガス輸送装置および前記圧縮機のパージ方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一局面に係る水素ガス輸送装置は、水素ガスの輸送配管と、前記輸送配管に配置され、前記水素ガスを送り出す圧縮機であって、駆動源と、前記水素ガスの圧縮子を有し前記輸送配管が接続される圧縮室と、前記駆動源と前記圧縮子とを連結する駆動軸と、前記駆動軸を収容するハウジングと、を備え、前記ハウジングが、前記圧縮室に隣接し水素ガスがパージガスとして供給される第１パージ室と、前記第１パージ室に隣接し不活性ガスがパージガスとして供給される第２パージ室と、前記圧縮室と前記第１パージ室とを区画する第１隔壁と、前記第１パージ室と前記第２パージ室とを区画する第２隔壁と、を有し、前記駆動軸は、前記第１隔壁および前記第２隔壁を貫通して配置され、前記駆動軸の前記第１隔壁の貫通部分には第１軸シールが、前記第２隔壁の貫通部分には第２軸シールが各々配置されている圧縮機と、前記輸送配管の圧力低下を検出する検出部と、前記輸送配管から分岐し、前記第１パージ室へ水素ガスを供給する第１パージ配管と、前記検出部が前記圧力低下を検出したときに、所定の水素ガス供給源から前記第１パージ室へ水素ガスを供給する第２パージ配管と、前記第２パージ室へ不活性ガスを供給する第３パージ配管と、を備える。

【0008】

本開示の他の局面に係る圧縮機のパージ方法は、水素ガスの輸送配管に配置され前記水素ガスを送り出す圧縮機のパージ方法であって、前記圧縮機は、駆動源と、前記水素ガスの圧縮子を有し前記輸送配管が接続される圧縮室と、前記駆動源と前記圧縮子とを連結する駆動軸と、前記駆動軸を収容するハウジングと、を含み、前記ハウジングが、前記圧縮室に隣接し水素ガスがパージガスとして供給される第１パージ室と、前記第１パージ室に隣接し不活性ガスがパージガスとして供給される第２パージ室と、前記圧縮室と前記第１パージ室とを区画する第１隔壁と、前記第１パージ室と前記第２パージ室とを区画する第２隔壁と、を有し、前記駆動軸は、前記第１隔壁および前記第２隔壁を貫通して配置され、前記駆動軸の前記第１隔壁の貫通部分には第１軸シールが、前記第２隔壁の貫通部分には第２軸シールが各々配置されており、前記輸送配管の圧力低下が検出されないとき、前記輸送配管から分岐した第１パージ配管から前記第１パージ室へ水素ガスを供給し、前記輸送配管の圧力低下が検出されたときに、所定の水素ガス供給源に連通した第２パージ配管から前記第１パージ室へ水素ガスを供給し、前記第２パージ室へは第３パージ配管を用いて不活性ガスを供給する。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、水素ガス輸送装置において、圧縮機の駆動軸を覆うハウジングへパージ用に供給される不活性ガスの、水素ガスの輸送配管への混入を抑止できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の水素ガス輸送装置が適用される水素ガス輸送ラインを示すシステム図である。

【図2】図２は、比較例の水素ガス輸送装置の構成を示すシステム図である。

【図3】図３は、本開示の水素ガス輸送装置の構成を示すシステム図である。

【図4】図４は、水素ガス輸送装置の制御構成を示すブロック図である。

【図5】図５（Ａ）および（Ｂ）は、パージ用水素ガスを供給する第２パージ配管の配置例を示すシステム図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本開示に係る水素ガス輸送装置の実施形態を詳細に説明する。本開示の水素ガス輸送装置は、圧縮機を用いて水素ガスの輸送を要する各種の施設に適用可能である。例えば、水素ガス発生源としての水素ガスタンクから、圧縮機を用いて発電所などの水素ガス使用設備に水素ガスを送ガスするラインなどに、本開示の水素ガス輸送装置を適用できる。或いは、前記水素ガス発生源がＢＯＧ発生源であると想定した場合、液化水素の生産設備において発生したＢＯＧを液化機に戻すライン、生産した液化水素を運搬船やローリーへ荷役する際に生じるＢＯＧを回収するライン、液化水素の受け入れ施設での荷役の際に生じるＢＯＧを回収するラインなどに、本開示の水素ガス輸送装置を適用できる。

【0012】

［水素ガス輸送ライン］
図１は、本開示の水素ガス輸送装置が適用される水素ガス輸送ライン１の一例を示すシステム図である。図1に示す水素ガス輸送ライン１は、水素ガスの輸送配管１０と、この輸送配管１０に順に配置された水素ガス発生源１１、圧縮機１２、バッファタンク１３および水素ガス使用設備１４とを含む。

【0013】

輸送配管１０は、水素ガスを輸送可能な配管である。輸送配管１０には、必要に応じて断熱外層や真空断熱構造が適用される。水素ガス発生源１１は、例えば陸上に設置された液化水素貯蔵タンク、水素運搬船等に備えられた液化水素貯蔵タンク、あるいは液化水素の輸送配管などの水素関連設備である。これら設備から供給される水素ガス、あるいはこれら設備への入熱により液化水素が蒸発することによって発生するＢＯＧが、輸送配管１０での輸送対象となる。なお、輸送配管１０の輸送対象は、上掲の極低温の水素関連設備から供給される水素ガスまたはＢＯＧに限定されるものではない。例えば、水素ガスを水電解や化石燃料の改質により生産する設備を水素ガス発生源１１とし、これら設備で生産された水素ガスを輸送配管１０の輸送対象としても良い。

【0014】

圧縮機１２は、輸送配管１０の上流側から水素ガス（ＢＯＧ）を取り入れ、当該水素ガスを圧縮して輸送配管１０の下流側に送り出すことが可能な機器である。図１では２台の圧縮機１２；第１圧縮機１２Ａおよび第２圧縮機１２Ｂがパラレルに輸送配管１０へ組み入れられている例を示している。圧縮機１２としては、後記で例示するレシプロ式圧縮機のほか、羽根車を用いた遠心式圧縮機などを用いることができる。

【0015】

バッファタンク１３は、圧力変動の吸収のため、圧縮機１２から送られる水素ガスを一時的に貯留するタンクである。水素ガス使用設備１４は、例えば水素ガスによる発電設備などである。

【0016】

水素ガス輸送ライン１が、液化水素の受け入れ基地における水素ガスの送ガスラインに適用される場合の運用例を説明する。水素ガス使用設備１４への通常の送ガス時には、第１圧縮機１２Ａを稼働させる一方、第２圧縮機１２Ｂは休止させて、水素ガスの送り出し動作を行わせる。これに対し、液化水素の荷役時には、水素ガス発生源１１において大量にＢＯＧが発生する。このため、第１、第２圧縮機１２Ａ、１２Ｂの双方を稼働させ、輸送配管１０におけるＢＯＧを含む水素ガスの輸送を行わせる。つまり、第１圧縮機１２Ａは常用圧縮機である一方、第２圧縮機１２Ｂは、ＢＯＧの大量輸送が必要な場合にだけ稼働される非常用圧縮機である。

【0017】

水素ガス輸送ライン１が、液化水素の生産・出荷基地におけるＢＯＧ回収ラインに適用される場合、図１で点線にて示すように、バッファタンク１３の下流側には、水素ガス使用設備１４に代わり液化機１５が接続される。すなわち、水素ガス輸送ライン１は、水素関連設備で発生したＢＯＧを再液化するための輸送ラインとなる。これら設備への入熱により液化水素が蒸発することによって発生するＢＯＧが、輸送配管１０での輸送対象となる。

【0018】

液化機１５は、ＢＯＧに冷熱を与えて再液化する機器である。液化機１５は、水素ガスや窒素ガスを冷媒としＢＯＧを冷却する複数の熱交換器、圧縮機１２で加圧されたＢＯＧの圧力を下げて液化させる膨張タービンおよび膨張弁を含む。例えば、液化水素の生産および出荷基地に適用される水素ガス輸送ライン１であれば、液化機１５の下流側に液化水素貯蔵タンク、出荷用荷役配管などが接続される。

【0019】

水素ガス輸送ライン１がＢＯＧ回収ラインに適用される場合、液化機１５よりも下流側の輸送配管１０や液化水素貯蔵タンクで生じたＢＯＧが、図１の水素ガス発生源１１から圧縮機１２へ送り出されるＢＯＧとなる。液化水素を生産する通常時では、発生するＢＯＧ量はさほど多くない。このため、第１圧縮機１２Ａを稼働させる一方、第２圧縮機１２Ｂは休止させて、ＢＯＧの送り出し動作を行わせる。これに対し、液化水素の出荷を行う荷役時には、大量にＢＯＧが発生する。このため、第１、第２圧縮機１２Ａ、１２Ｂの双方を稼働させ、輸送配管１０におけるＢＯＧの輸送を行わせる。つまり、第１圧縮機１２Ａは常用圧縮機である一方、第２圧縮機１２Ｂは、ＢＯＧの大量輸送が必要な場合にだけ稼働される非常用圧縮機である。

【0020】

上述の通り、非常用圧縮機となる第２圧縮機１２Ｂについては、休止と運転とが繰り返される。また、非常用の第２圧縮機１２Ｂは、常用の第１圧縮機１２Ａに故障が発生した場合や、メンテナンスが必要な場合等にも一時的に運転され、その処置の後に休止する。このように間欠的に運転と休止が為される圧縮機１２では、次述の通りパージ効果の低下が問題となる。

【0021】

［比較例の水素ガス輸送装置］
図２は、比較例のパージ構造を有する圧縮機１２０を備えた水素ガス輸送装置１００Ａの構成を示すシステム図である。ここでは、レシプロ式の圧縮機１２０を例示している。プロセスラインである輸送配管１０への、窒素ガスなどの不純物の混入は可及的に回避せねばならない。例えば、輸送配管１０で送ガスする水素ガスに混入する不純物濃度を１０ｐｐｍ程度とすることを求める水素ガス使用設備１４も存在する。圧縮機１２０は、輸送配管１０へ直接組み入れられる機器である。このため、当該圧縮機１２０を通した不純物の混入を抑止すべく、水素ガスをパージガスとして用いるパージ構造が付設される。パージガスとしての水素ガスは、輸送配管１０を流れる水素ガス（ＢＯＧ）が利用される。

【0022】

パージ構造を含む圧縮機１２０の構造を詳述する。圧縮機１２０は、駆動源２１、圧縮室２２、駆動軸２３およびハウジング２４を備えている。駆動源２１は、圧縮機１２０の駆動力の発生源であり、原動機２１１とクランク室２１２とを含む。原動機２１１は、モーターなどの回転力発生器である。クランク室２１２は、原動機２１１の出力軸の回転運動を往復運動に変換するクランク機構を収容するハウジングであり、クランクシャフトおよびコネクティングロッドなどを収容している。

【0023】

圧縮室２２は、水素ガスの圧縮を行うシリンダであり、水素ガスの吸気口２２１および吐出口２２２を備える。吸気口２２１には、輸送配管１０の上流管１０１が接続され、水素ガス発生源１１に吸気口２２１が連通している。吐出口２２２には、輸送配管１０の下流管１０２が接続されている。下流管１０２には、圧縮機１２０で圧縮された水素ガスが送られる。圧縮室２２内には、圧縮子として往復動するピストン２２３が収納されている。ピストン２２３の往復動により、圧縮室２２内へ導入された水素ガスが圧縮される。駆動軸２３は、クランク室２１２のクランク機構とピストン２２３とを連結しており、前記クランク機構の往復運動をピストン２２３に伝達する。

【0024】

ハウジング２４は、駆動軸２３を収容する密閉型の筐体である。ハウジング２４は、圧縮室２２に隣接する第１パージ室２５と、第１パージ室２５の駆動源２１側の側面に隣接する第２パージ室２６とを備えている。第１パージ室２５には、水素ガスがパージガスとして供給される。第２パージ室２６には、不活性ガスがパージガスとして供給される。本実施形態では、前記不活性ガスとして窒素ガスが選ばれている。

【0025】

圧縮室２２と第１パージ室２５とは、第１隔壁３１で区画されている。第１パージ室２５と第２パージ室２６とは第２隔壁３２で、第２パージ室２６とクランク室２１２とは第３隔壁３３で、それぞれ区画されている。駆動軸２３は、これら３つの隔壁；第１隔壁３１、第２隔壁３２および第３隔壁３３を貫通して配置されている。駆動軸２３の第１隔壁３１の貫通部分には、当該貫通部分におけるシール性を確保するための第１軸シール３４が配置されている。同様に、駆動軸２３の第２隔壁３２の貫通部分には第２軸シール３５が、第３隔壁３３の貫通部分には第３軸シール３６が、各々配置されている。

【0026】

第１パージ室２５には、水素ガスパージ配管４１０を通してパージガスとしての水素ガスが供給される。水素ガスパージ配管４１０は、輸送配管１０の圧縮機１２０よりも下流側に設定された分岐部Ｂにおいて、輸送配管１０から分岐された配管である。水素ガスパージ配管４１０の下流端は、第１パージ室２５に設けられた導入開口に接続されている。つまり、輸送配管１０で輸送対象とし圧縮機１２０で加圧されたＢＯＧの一部を、輸送配管１０から取り出してパージガスとしている。圧縮機１２０が運転状態にあれば、自ずと水素ガスが水素ガスパージ配管４１０から第１パージ室２５へ供給される。第１パージ室２５の排出開口には、パージに用いた水素ガスを排出する排出管４５が接続されている。

【0027】

第２パージ室２６には、窒素ガスパージ配管５１０を通してパージガスとしての窒素ガスが供給される。窒素ガスパージ配管５１０の上流端は、パージ用窒素ガスを貯留するタンク等の窒素ガス供給源５０に接続され、下流端は第２パージ室２６の導入開口に接続されている。第２パージ室２６の排出開口には、パージに用いた窒素ガスを排出する排出管５２が接続されている。第２パージ室２６が介在されることで、第１パージ室２５の水素ガスとクランク室２１２内の空気との直接接触を回避できる。

【0028】

圧縮機１２０の運転時には、圧縮室２２の圧力、つまり輸送配管１０の下流管１０２へのＢＯＧを吐出する圧力は、所要の圧力Ｐ１に設定される。これに対し、第１パージ室２５の圧力Ｐ２は、Ｐ１よりも小さい値に設定される。さらに、第２パージ室２６の圧力Ｐ３は、Ｐ２よりも小さい値に設定される。すなわち、３者の圧力関係は、水素ガス輸送装置１００Ａの運転中において、
Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３
に設定される。この圧力関係の設定により、第２パージ室２６内に存在する窒素ガスが、第２軸シール３５および第１軸シール３４を通して圧縮室２２へ進入することを防止できる。

【0029】

しかし、上記の圧力関係は、圧縮機１２０の停止ないしは吐出圧力の大幅な低下により成立しなくなる。つまり、圧縮機１２０が停止すると、水素ガスパージ配管４１０に水素ガスが供給されなくなり、結果として第１パージ室２５の圧力Ｐ２も低下する。当然、圧縮室２２の圧力Ｐ１も低下している。このため、図２に矢印ＲＥで示すように、第２パージ室２６に存在する窒素ガスが、第２隔壁３２の第２軸シール３５および第１隔壁３１の第１軸シール３４を通して圧縮室２２へ進入し得る。圧縮室２２へ進入した窒素ガスは、さらに輸送配管１０へ混入し、輸送配管１０に接続されている水素ガス使用設備１４や液化機１５に悪影響を与えかねない。本実施形態では、このような不具合を解消できる水素ガス輸送装置を提示する。

【0030】

［実施例の水素ガス輸送装置］
図３は、実施例のパージ構造を有する圧縮機１２を備えた水素ガス輸送装置１Ａの構成を示すシステム図である。圧縮機１２は、駆動源２１、圧縮室２２、駆動軸２３およびハウジング２４を備えている。ハウジング２４は、第１パージ室２５および第２パージ室２６と、これらの室を区画する第１隔壁３１、第２隔壁３２および第３隔壁３３を備えている。駆動軸２３の第１隔壁３１、第２隔壁３２および第３隔壁３３の貫通部分には、それぞれ第１軸シール３４、第２軸シール３５、第３軸シール３６が配置されている。これらの構成は、先に比較例の圧縮機１２０について説明したものと同様であるので、ここでは説明を省く。

【0031】

水素ガス輸送装置１Ａは、第１パージ室２５へパージガスとしての水素ガスを送る配管として、２つのパージ配管；第１パージ配管４１および第２パージ配管４２と、第２パージ室２６へパージガスとしての窒素ガスを送る配管として、第３パージ配管５１とを備えている。また、水素ガス輸送装置１Ａは、第１パージ配管４１に組み入れられた第１自動弁４３、第２パージ配管４２に組み入れられた第２自動弁４４、水素ガス供給源４０、窒素ガス供給源５０、第１圧力計６１および第２圧力計６２（検出部）を備えている。

【0032】

第１パージ配管４１は、上述した比較例の水素ガスパージ配管４１０と同様な配管である。第１パージ配管４１は、輸送配管１０の圧縮機１２よりも下流側に位置する下流管１０２に設定された分岐部Ｂ１において、輸送配管１０から分岐された配管である。第１パージ配管４１の下流端は、第１パージ室２５に設けられた導入開口に接続されている。

【0033】

第１パージ配管４１には、第１圧力計６１が取り付けられている。第１圧力計６１は、第１パージ配管４１内を通過する水素ガスのガス圧を計測する。第１圧力計６１が計測する圧力は、輸送配管１０のプロセスライン圧に対応し、圧縮室２２の圧力Ｐ１に対応する。第１自動弁４３の開・閉により、第１パージ配管４１から第１パージ室２５への水素ガスの供給・停止を切り替えることができる。

【0034】

第２パージ配管４２は、第１パージ配管４１とは別個に、第１パージ室２５へ水素ガスを供給することが可能な配管である。第２パージ配管４２は、圧縮機１２の停止や吐出圧力の低下により、輸送配管１０の下流管１０２の圧力低下、つまり圧縮室２２の圧力Ｐ１が低下したときに、第１パージ室２５へ水素ガスを供給するために設置されている。すなわち、第２パージ配管４２は、圧縮機１２の停止等で第１パージ配管４１からの水素ガス供給が不能となったときに、パージ用の水素ガスを代替的に第１パージ室２５へ供給する配管である。

【0035】

第２パージ配管４２の上流端は、パージ用水素ガスを供給可能な水素ガス供給源４０に接続されている。水素ガス供給源４０は、第１パージ配管４１が分岐されている下流管１０２を除く他の水素ガスの輸送配管や、水素ガスタンクなどである。第２パージ配管４２の下流端は、第１自動弁４３よりも下流側において第１パージ配管４１に設定された合流部Ｂ２に接続されている。もちろん、第２パージ配管４２の下流端を直接、第１パージ室２５の導入開口に接続しても良い。第２自動弁４４の開・閉により、第２パージ配管４２から第１パージ室２５への水素ガスの供給・停止を切り替えることができる。

【0036】

第３パージ配管５１は、上述した比較例の窒素ガスパージ配管５１０と同様な配管である。第２パージ室２６には、第３パージ配管５１を通して、窒素ガス供給源５０からパージガスとしての窒素ガスが供給される。

【0037】

第１パージ室２５に対して、第２圧力計６２が取り付けられている。第２圧力計６２は、第１パージ室２５の圧力Ｐ２を計測する。第１圧力計６１については省略することも可能である。しかし、プロセスライン圧をダイレクトに計測する第１圧力計６１と、第１パージ室２５の圧力Ｐ２をダイレクトに計測する第２圧力計６２とを並置しておけば、機器の運転停止等による圧力低下を素早く計測することが出来、第１自動弁４３および第２自動弁４４の開閉制御をより正確に行い得る。

【0038】

図４は、水素ガス輸送装置１Ａの制御構成を示すブロック図である。水素ガス輸送装置１Ａは、第１パージ室２５へのパージ用水素ガスの供給動作を制御する制御装置７を備えている。制御装置７は、第１パージ配管４１に配設されている第１自動弁４３、および第２パージ配管４２に配設されている第２自動弁４４の開閉動作を制御することで、第１パージ室２５へのパージ用水素ガスの供給経路を切り替える。

【0039】

制御装置７は、プログラムの実行により動作するプロセッサーを備え、機能的に情報取得部７１を有する。情報取得部７１は、圧力計６（第１圧力計６１および／または第２圧力計６２）から圧力情報を取得する。また、情報取得部７１は、圧縮機１２から動作停止情報を取得する。前記圧力情報は、圧力計６により計測された、第１パージ配管４１内の圧力データ、または第１パージ室２５の圧力データである。前記動作停止情報は、原動機２１１の動作停止信号、クランク室２１２のクランク機構に取り付けられた回転角センサの検出信号等、圧縮機１２が動作停止に至ったことを検知可能な何らかの情報である。

【0040】

制御装置７は、前記圧力情報または前記動作停止情報のいずれか一方もしくは双方を用いて、第１自動弁４３および第２自動弁４４の開閉動作を制御する。制御装置７は、圧縮機１２の平常運転時と異常運転時とで、第１、第２自動弁４３、４４の開閉状態を反転させる。前記平常運転時は、圧縮機１２が運転状態にあり、且つ、当該圧縮機１２の吐出圧力が正常であることが圧力計６の計測結果に基づき確認されているときである。前記異常運転時は、圧縮機１２が運転停止状態に至っている、もしくは圧縮機１２の吐出圧力が所定の閾値よりも低下しているときである。

【0041】

前記平常運転時、制御装置７は、第１自動弁４３を「開」とし、第２自動弁４４を「閉」とする制御を行う。すなわち、第１パージ配管４１から第１パージ室２５へパージ用水素ガスを供給させる。第１パージ室２５へのパージ用水素ガスの供給圧は、上述のＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係が成立するように選択される。前記平常運転時、第２パージ配管４２は休止状態となる。

【0042】

前記異常運転時、制御装置７は、第１自動弁４３を「閉」とし、第２自動弁４４を「開」とする制御を行う。すなわち、水素ガス供給源４０を使用して、第２パージ配管４２から第１パージ室２５へパージ用水素ガスを供給させる。第２パージ配管４２からの水素ガス供給に経路変更されても、第１パージ室２５へのパージ用水素ガスの供給圧は、上述のＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係が維持されるように設定される。これにより、第１軸シール３４および第２軸シール３５には平常運転時と同じガス圧が加わった状態となり、窒素ガスの圧縮室２２への混入を阻止できる。

【0043】

水素ガス供給源４０は、輸送配管１０の系統とは別個に設置された水素ガスタンク等であっても良いが、本実施形態のように複数台の圧縮機１２を備える水素ガス輸送装置１Ａの場合は、自身の輸送配管１０の系統を水素ガス供給源４０とすることが望ましい。図５（Ａ）および（Ｂ）は、パージ用水素ガスを供給する第２パージ配管４２を、輸送配管１０の系統に対して配置した例を示すシステム図である。ここでは、非常用圧縮機である第２圧縮機１２Ｂに対する第１パージ配管４１および第２パージ配管４２の配置だけを例示している。

【0044】

輸送配管１０は、第１圧縮機１２Ａおよび第２圧縮機１２Ｂの下流側に各々、個別の第１下流管１０３ａおよび第２下流管１０３ｂを有している。さらに、輸送配管１０は、第１、第２下流管１０３ａ、１０３ｂの下流側に、これらの下流管が合流する合流配管１０４を有している。

【0045】

図５（Ａ）は、第２圧縮機１２Ｂの第２パージ配管４２の水素ガス供給源が、合流配管１０４である例を示す。第２圧縮機１２Ｂの第１パージ配管４１は、第２圧縮機１２Ｂの下流側の第２下流管１０３ｂから分岐し、自身の第１パージ室２５まで引き回されている。この点は、図３に示した実施形態と同じである。一方、第２圧縮機１２Ｂの第２パージ配管４２は、合流配管１０４から分岐し、第２圧縮機１２Ｂの第１パージ室２５まで引き回されている。

【0046】

例えば荷役時において、第１圧縮機１２Ａおよび第２圧縮機１２Ｂの双方が運転されている状態から、通常の運転状態に移行するに当たり、非常用圧縮機である第２圧縮機１２Ｂが停止されるとする。この場合、第１パージ配管４１から第１パージ室２５へのパージ用水素ガスの供給は停止する。しかし、常用の第１圧縮機１２Ａのみのシングル運転状態に変更されても、合流配管１０４には水素ガス（ＢＯＧ）が流れ続ける。このため、合流配管１０４より分岐する第２パージ配管４２から第１パージ室２５へ、パージ用水素ガスを供給することができる。従って、第１パージ室２５のパージ状態を維持できる。

【0047】

図５（Ｂ）は、第２圧縮機１２Ｂの第２パージ配管４２の水素ガス供給源が、他の輸送配管１０Ａである例を示す。第１パージ配管４１は、第２圧縮機１２Ｂの第２下流管１０３ｂから分岐している。第２パージ配管４２は、他の輸送配管１０Ａに組み込まれたバッファタンク１３０から分岐し、第２圧縮機１２Ｂの第１パージ室２５まで引き回されている。第１圧縮機１２Ａおよび第２圧縮機１２Ｂのパラレル運転状態から、第１圧縮機１２Ａのみのシングル運転状態に変更されても、他の輸送配管１０Ａのバッファタンク１３０から、第２パージ配管４２を通して第１パージ室２５へ、パージ用水素ガスを供給することができる。

【0048】

以上説明した本実施形態の水素ガス輸送装置１Ａによれば、第１パージ室２５へパージ用水素ガスを供給するルートとして、輸送配管１０から分岐する第１パージ配管４１に加え、輸送配管１０の圧力低下時に稼働する第２パージ配管４２を備える。このため、圧縮機１２の出力低下や停止等の事情により第１パージ配管４１から第１パージ室２５へのパージ用水素ガスの供給が滞っても、第２パージ配管４２を通したルートで補完できる。従って、第１軸シール３４および第２軸シール３５を通して、第２パージ室２６の窒素ガスが圧縮室２２ないしは輸送配管１０へ混入することを抑制できる。

【0049】

［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ものではない。例えば次のような変形実施形態を採用できる。

【0050】

（１）上記実施形態では、第１パージ配管４１、第２パージ配管４２に各々第１自動弁４３、第２自動弁４４を設置し、制御装置７がそれら自動弁の開閉制御を行う例を示した。第１自動弁４３および第２自動弁４４に代えて、手動の開閉弁を適用しても良い。この場合、輸送配管１０の圧力低下を検出したときに、警報、音声、画像等で報知を行わせ、作業員に前記開閉弁の操作を促すものとする。

【0051】

（２）上記実施形態では、輸送配管１０に２台の圧縮機１２；第１圧縮機１２Ａおよび第２圧縮機１２Ｂがパラレルに組み入れられている例を示した。輸送配管１０に組み入れられる圧縮機は１台であっても良い。この場合、第２パージ配管４２は、輸送配管１０とは独立した別の輸送配管から分岐される、もしくは独立した水素ガス供給源４０から水素ガスの供給を受けることになる。

【0052】

（３）上記実施形態では、圧縮機１２としてレシプロ式を例示し、第１パージ室２５および第２パージ室２６が明確に区画された密閉状の空間である例を示した。例えば、圧縮機１２として遠心式圧縮機を用いる場合、第１パージ室２５および第２パージ室２６は一部に開放部分を備えていても良い。

【0053】

（４）上記実施形態では、輸送配管１０への水素ガスの供給態様として、水素ガス発生源１１から水素ガスを送り出す態様を例示した。輸送配管１０は、水素ガスを循環させるための配管であっても良い。例えば水素の液化機１５において、冷媒としての水素ガスを循環させる配管を輸送配管１０と扱い、この循環用配管に配置される圧縮機に対して、上記実施形態のパージ構造を適用しても良い。

【0054】

［本開示のまとめ］
以上説明した具体的実施形態には、以下の構成を有する開示が含まれている。

【0055】

本開示の第１の態様に係る水素ガス輸送装置は、水素ガスの輸送配管と、前記輸送配管に配置され、前記水素ガスを送り出す圧縮機であって、駆動源と、前記水素ガスの圧縮子を有し前記輸送配管が接続される圧縮室と、前記駆動源と前記圧縮子とを連結する駆動軸と、前記駆動軸を収容するハウジングと、を備え、前記ハウジングが、前記圧縮室に隣接し水素ガスがパージガスとして供給される第１パージ室と、前記第１パージ室に隣接し不活性ガスがパージガスとして供給される第２パージ室と、前記圧縮室と前記第１パージ室とを区画する第１隔壁と、前記第１パージ室と前記第２パージ室とを区画する第２隔壁と、を有し、前記駆動軸は、前記第１隔壁および前記第２隔壁を貫通して配置され、前記駆動軸の前記第１隔壁の貫通部分には第１軸シールが、前記第２隔壁の貫通部分には第２軸シールが各々配置されている圧縮機と、前記輸送配管の圧力低下を検出する検出部と、前記輸送配管から分岐し、前記第１パージ室へ水素ガスを供給する第１パージ配管と、前記検出部が前記圧力低下を検出したときに、所定の水素ガス供給源から前記第１パージ室へ水素ガスを供給する第２パージ配管と、前記第２パージ室へ不活性ガスを供給する第３パージ配管と、を備える。

【0056】

第１の態様によれば、第１パージ室へパージガスとしての水素ガスを供給するルートとして、輸送配管から分岐する第１パージ配管に加え、前記輸送配管の圧力低下時に稼働する第２パージ管を備える。このため、圧縮機の出力低下や停止等の事情により前記第１パージ配管から前記第１パージ室への水素ガス供給が滞っても、前記第２パージ管を通したルートで補完できる。従って、第１軸シールおよび第２軸シールを通して、第２パージ室の不活性ガスが圧縮室ないしは輸送配管へ混入することを抑制できる。

【0057】

第２の態様に係る水素ガス輸送装置は、第１の態様の水素ガス輸送装置において、前記圧縮機がレシプロ式の圧縮機であって、前記駆動源が原動機の回転運動を往復運動に変換する往復機構を含み、前記圧縮室は前記圧縮子として往復運動するピストンを含み、前記駆動軸は前記往復機構と前記ピストンとを連結している。

【0058】

第２の態様によれば、レシプロ式の圧縮機が採用される場合において、パージガスとしての不活性ガスが、ピストンが往復動する圧縮室へ混入することを抑止できる。従って、不活性ガスの凍結によりピストン摺動が阻害されるといった不具合を防止できる。

【0059】

第３の態様に係る水素ガス輸送装置は、第１または第２の態様の水素ガス輸送装置において、前記検出部は、前記第１パージ室の圧力もしくは前記第１パージ配管内の圧力を検出する圧力計である。

【0060】

第３の態様によれば、圧力計の計測結果に基づき、輸送配管の圧力低下によりパージ効果が低減している状態を直ちに把握することができる。

【0061】

第４の態様に係る水素ガス輸送装置は、第１または第２の態様の水素ガス輸送装置において、前記検出部は、前記圧縮機の動作停止に関する情報を取得する情報取得部である。

【0062】

圧縮機の動作停止は輸送配管の圧力低下に直結する。第４の態様によれば、情報取得部が取得する前記圧縮機の停止情報に基づき、パージ効果の低減状態を直ちに把握できる。

【0063】

第５の態様に係る水素ガス輸送装置は、第１～第４の態様の水素ガス輸送装置において、前記水素ガス供給源が、圧縮機を備えた他の輸送配管、もしくは前記輸送配管と他の輸送配管とが合流した合流配管であり、前記第２パージ配管は、前記圧縮機よりも下流側において前記輸送配管もしくは前記合流配管から分岐している。

【0064】

圧縮機よりも下流側の輸送配管では、当該輸送配管を流れる水素ガスの圧力が高められている。第５の態様によれば、第２パージ配管から第１パージ室へ、所要のパージ圧を備えた水素ガスを供給し易い。また、前記第２パージ配管の水素ガス供給源を身近で確保し易い。

【0065】

第６の態様に係る水素ガス輸送装置は、第１～第５の態様の水素ガス輸送装置において、前記圧縮室の圧力をＰ１、前記第１パージ室の圧力をＰ２、前記第２パージ室の圧力をＰ３とするとき、前記第１パージ配管および前記第２パージ配管のいずれから前記第１パージ室へ水素ガスが供給されている場合でも、運転中はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係が維持されるよう、水素ガスの供給圧が選ばれる。

【0066】

第６の態様によれば、水素ガス輸送装置の運転中は常時Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の圧力関係が維持されるので、不活性ガスの圧縮室への混入を確実に防止できる。

【0067】

本開示の第７の態様に係る圧縮機のパージ方法は、水素ガスの輸送配管に配置され前記水素ガスを送り出す圧縮機のパージ方法であって、前記圧縮機は、駆動源と、前記水素ガスの圧縮子を有し前記輸送配管が接続される圧縮室と、前記駆動源と前記圧縮子とを連結する駆動軸と、前記駆動軸を収容するハウジングと、を含み、前記ハウジングが、前記圧縮室に隣接し水素ガスがパージガスとして供給される第１パージ室と、前記第１パージ室に隣接し不活性ガスがパージガスとして供給される第２パージ室と、前記圧縮室と前記第１パージ室とを区画する第１隔壁と、前記第１パージ室と前記第２パージ室とを区画する第２隔壁と、を有し、前記駆動軸は、前記第１隔壁および前記第２隔壁を貫通して配置され、前記駆動軸の前記第１隔壁の貫通部分には第１軸シールが、前記第２隔壁の貫通部分には第２軸シールが各々配置されており、前記輸送配管の圧力低下が検出されないとき、前記輸送配管から分岐した第１パージ配管から前記第１パージ室へ水素ガスを供給し、前記輸送配管の圧力低下が検出されたときに、所定の水素ガス供給源に連通した第２パージ配管から前記第１パージ室へ水素ガスを供給し、前記第２パージ室へは第３パージ配管を用いて不活性ガスを供給する。

【0068】

第７の態様によれば、前記第１パージ配管から前記第１パージ室への水素ガス供給が滞っても、前記第２パージ管を通したルートで補完できる。従って、第１軸シールおよび第２軸シールを通して、第２パージ室の不活性ガスが圧縮室ないしは輸送配管へ混入することを抑制できる。

【符号の説明】

【0069】

１ 水素ガス輸送ライン
１Ａ 水素ガス輸送装置
１０ 輸送配管
１１ 水素ガス発生源
１２ 圧縮機
１２Ａ、１２Ｂ 第１、第２圧縮機
２１ 駆動源
２１２ クランク室（往復機構）
２２ 圧縮室
２２３ ピストン（圧縮子）
２３ 駆動軸
２４ ハウジング
２５ 第１パージ室
２６ 第２パージ室
３１ 第１隔壁
３２ 第２隔壁
３４ 第１軸シール
３５ 第２軸シール
４０ 水素ガス供給源
４１ 第１パージ配管
４２ 第２パージ配管
６ 圧力計
６１、６２ 第１、第２圧力計（検出部）
７ 制御装置
７１ 情報取得部（検出部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】