特表 2024-543279 希ガス生産システム及びこれを含む液化水素受入基地

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-21

(54)【発明の名称】希ガス生産システム及びこれを含む液化水素受入基地

(51)【国際特許分類】

   F25J 3/06 20060101AFI20241114BHJP

   F25J 3/08 20060101ALI20241114BHJP

   F17C 9/02 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

F25J3/06

F25J3/08

F17C9/02

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023503506

(86)(22)【出願日】2022-11-15

(85)【翻訳文提出日】2023-01-18

(86)【国際出願番号】 KR2022017919

(87)【国際公開番号】W WO2024080439

(87)【国際公開日】2024-04-18

(31)【優先権主張番号】10-2022-0130383

(32)【優先日】2022-10-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515282809

【氏名又は名称】コリア ガス コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】イ，ジョン ヨル

(72)【発明者】

【氏名】イ，ジェ フン

(72)【発明者】

【氏名】ファン，ジュ ヒョン

(72)【発明者】

【氏名】イ，ヒョン ジン

(72)【発明者】

【氏名】チョン，ウォン ヒョン

【テーマコード（参考）】

3E172

4D047

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB01

3E172BA04

3E172BB03

3E172CA01

4D047AA08

4D047AB03

4D047AB08

4D047BB10

4D047CA06

4D047DA01

(57)【要約】

【課題】本発明は、希ガス生産費用を節減できる希ガス生産システム及びこれを含む液化水素受入基地に関する。
【解決手段】本発明に係る希ガス生産システムは、空気を圧縮する空気圧縮機；前記空気圧縮機で圧縮された空気と、気化させながら需要先に供給する液化水素とを熱交換させ、圧縮された空気は冷却させ、液化水素は気化させる気化器；前記気化器で凝縮された酸素及び窒素を分離する分離塔；前記分離塔の上部排出部から移送された流体のうち、酸素及び窒素が分離されて残った残余空気から硬質成分を凝縮させて分離する硬質カラム；及び前記分離塔の下部排出部から移送された流体のうち、酸素及び窒素が分離されて残った残余空気から重質成分を気化させて分離する重質カラム；を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気を圧縮する空気圧縮機；
前記空気圧縮機で圧縮された空気と、気化させながら需要先に供給する液化水素とを熱交換させ、圧縮された空気は冷却させ、液化水素は気化させる気化器；
前記気化器で凝縮された酸素及び窒素を分離する分離塔；
前記分離塔の上部排出部から移送された流体のうち、酸素及び窒素が分離されて残った残余空気から硬質成分を凝縮させて分離する硬質カラム；及び
前記分離塔の下部排出部から移送された流体のうち、酸素及び窒素が分離されて残った残余空気から重質成分を気化させて分離する重質カラム；を含む、希ガス生産システム。

【請求項2】

前記気化器、分離塔、硬質カラム及び重質カラムは、コールドボックスに備えられ、
前記コールドボックスから残余の冷熱を回収し、前記空気圧縮機から気化器に供給される圧縮空気に含まれた異物を凝縮させて分離する前処理装置；をさらに含む、請求項１に記載の希ガス生産システム。

【請求項3】

前記硬質成分は、ネオン及びメタンを含み、
前記重質成分は、キセノン及びクリプトンを含む、請求項１に記載の希ガス生産システム。

【請求項4】

前記硬質カラムは、
前記液化水素の冷熱を用いて残余空気を冷却させる１次熱交換部；及び
前記液化水素を気化させながら液化水素の冷熱を回収した熱媒体を用いて、前記１次熱交換部で冷却された残余空気をさらに冷却させる２次熱交換部；を含む、請求項１に記載の希ガス生産システム。

【請求項5】

前記重質カラムは、
前記液化水素の蒸発ガスを用いて電力を生産しながら排出される排気ガスの廃熱を回収し、重質成分を気化させる、請求項１に記載の希ガス生産システム。

【請求項6】

前記分離塔で生産された液体状態の窒素を、前記液化水素を液体状態に維持させるための冷媒として供給する、請求項１に記載の希ガス生産システム。

【請求項7】

前記分離塔で生産された液体状態の酸素又は窒素を気化させる再気化器；及び
前記再気化器で気化された酸素又は窒素を膨張させるタービンと、前記タービンの駆動力で電力を生産する発電機と、を含むタービン－発電機；をさらに含む、請求項１に記載の希ガス生産システム。

【請求項8】

前記液化水素を貯蔵する液化水素貯蔵タンク；
熱媒体を循環させ、前記液化水素貯蔵タンク及び硬質カラムのうちいずれか一つ以上から熱エネルギーを回収する熱媒体循環部；及び
前記タービンで膨張した酸素又は窒素と前記熱媒体とを熱交換させ、前記熱媒体を冷却させる冷熱回収装置；をさらに含む、請求項７に記載の希ガス生産システム。

【請求項9】

前記液化水素を貯蔵する液化水素貯蔵タンク；
熱媒体を循環させ、前記液化水素貯蔵タンク及び硬質カラムのうちいずれか一つ以上から熱エネルギーを回収する熱媒体循環部；及び
前記熱媒体循環部から前記液体状態の酸素又は窒素を気化させる熱媒体を前記再気化器に供給する第４熱媒体ライン；をさらに含む、請求項７に記載の希ガス生産システム。

【請求項10】

液化水素を貯蔵し、内圧を低圧に維持させるために内部温度を調節する温度調節装置が設けられる多数の液化水素貯蔵タンク；
前記液化水素貯蔵タンクから液化水素を受け取る液化水素需要先；及び
前記液化水素貯蔵タンクから前記液化水素需要先に供給する液化水素を受け取って貯蔵し、前記液化水素貯蔵タンクより小容量でありながら高圧に維持される多数の圧力タンク；を含み、
前記液化水素需要先は、
前記液化水素を気化させ、気体状態の水素を生産した後で気体水素需要先に供給する気化器；及び
請求項１から９のいずれか１項に記載の希ガス生産システム；を含む、液化水素受入基地。

【請求項11】

前記圧力タンクから前記気化器及び希ガス生産システムに液化水素が移送される流路である第２液化水素供給ライン；をさらに含む、請求項１０に記載の液化水素受入基地。

【請求項12】

前記温度調節装置で前記液化水素の冷熱を回収したり、前記液化水素又は前記希ガス生産システムに冷熱を供給する熱媒体を循環させる熱媒体循環部；を含む、請求項１０に記載の液化水素受入基地。

【請求項13】

前記液化水素貯蔵タンクで生成された水素蒸発ガスを圧縮した後で、前記圧力タンクから液化水素需要先に液化水素を供給する送出圧力になるように前記圧力タンクに供給する圧縮機；
前記圧縮機によって圧縮された蒸発ガスを燃料として使用して電力を生産するエネルギー転換部；及び
前記エネルギー転換部で電力を生産しながら発生した廃熱を前記重質カラムに供給する廃熱回収ライン；をさらに含む、請求項１０に記載の液化水素受入基地。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、希ガス生産費用を節減できる希ガス生産システム及びこれを含む液化水素受入基地に関する。

【背景技術】

【0002】

キセノン（Ｘｅ、Ｘｅｎｏｎ）及びクリプトン（ｋｒ、ｋｒｙｐｔｏｎ）は、半導体製造工程で必須的に使用される希ガスである。キセノンとクリプトンは、色と臭いがない単原子分子として空気中に微量含有されており、空気中からこれらを分離して得ることができる。

【0003】

空気分離ユニット（Ａｉｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）は、空気から酸素及び窒素を分離し、空気中に極少量存在するネオン、キセノン、クリプトン及びヘリウムなどの希ガスを含有する粗ストリームも生成する。

【0004】

空気分離ユニットでクリプトンなどの希ガスを分離する技術は、１９６９年にドイツで始まり、歴史が深い技術である。しかし、クリプトンなどの希ガスは、空気１，０００，０００ｍ^３当たり約１ｍ^３のみが含まれている程度に極微量であるにもかかわらず、これらを分離するためには約－２００℃以下の極低温が必要であり、低温冷凍機に莫大なエネルギーが要される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一方、液化水素は、船舶などによって運送され、受入基地に設けられる貯蔵タンクに荷役され、液体状態で貯蔵された後、気化されながら需要先に送出される。液化水素は、貯蔵タンクに約－２５３℃で貯蔵されているので、液化水素を気化させるためには常温以上の温熱を持続的に供給する必要がある。

【0006】

本発明は、液化水素を送出する過程において、液化水素を気化させながら捨てられる極低温の気化熱を大規模の空気分離ユニットに活用することによって、希ガスの生産に必要なエネルギーを供給できる希ガス生産システム及びこれを含む液化水素受入基地を提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した目的を達成する本発明の一側面によると、空気を圧縮する空気圧縮機；前記空気圧縮機で圧縮された空気と、気化させながら需要先に供給する液化水素とを熱交換させ、圧縮された空気は冷却させ、液化水素は気化させる気化器；前記気化器で凝縮された酸素及び窒素を分離する分離塔；前記分離塔の上部排出部から移送された流体のうち、酸素及び窒素が分離されて残った残余空気から硬質成分を凝縮させて分離する硬質カラム；及び前記分離塔の下部排出部から移送された流体のうち、酸素及び窒素が分離されて残った残余空気から重質成分を気化させて分離する重質カラム；を含む、希ガス生産システムが提供される。

【0008】

好ましくは、前記気化器、分離塔、硬質カラム及び重質カラムは、コールドボックスに備えられ、前記コールドボックスから残余の冷熱を回収し、前記空気圧縮機から気化器に供給される圧縮空気に含まれた異物を凝縮させて分離する前処理装置；をさらに含むことができる。

【0009】

好ましくは、前記硬質成分は、ネオン及びメタンを含み、前記重質成分は、キセノン及びクリプトンを含むことができる。

【0010】

好ましくは、前記硬質カラムは、前記液化水素の冷熱を用いて残余空気を冷却させる１次熱交換部；及び前記液化水素を気化させながら液化水素の冷熱を回収した熱媒体を用いて、前記１次熱交換部で冷却された残余空気をさらに冷却させる２次熱交換部；を含むことができる。

【0011】

好ましくは、前記重質カラムは、前記液化水素の蒸発ガスを用いて電力を生産しながら排出される排気ガスの廃熱を回収し、重質成分を気化させることができる。

【0012】

好ましくは、前記分離塔で生産された液体状態の窒素を、前記液化水素を液体状態に維持させるための冷媒として供給することができる。

【0013】

好ましくは、前記分離塔で生産された液体状態の酸素又は窒素を気化させる再気化器；及び前記再気化器で気化された酸素又は窒素を膨張させるタービンと、前記タービンの駆動力で電力を生産する発電機とを含むタービン－発電機；をさらに含むことができる。

【0014】

好ましくは、前記液化水素を貯蔵する液化水素貯蔵タンク；熱媒体を循環させ、前記液化水素貯蔵タンク及び硬質カラムのうちいずれか一つ以上から熱エネルギーを回収する熱媒体循環部；及び前記タービンで膨張した酸素又は窒素と前記熱媒体とを熱交換させ、前記熱媒体を冷却させる冷熱回収装置；をさらに含むことができる。

【0015】

好ましくは、前記液化水素を貯蔵する液化水素貯蔵タンク；熱媒体を循環させ、前記液化水素貯蔵タンク及び硬質カラムのうちいずれか一つ以上から熱エネルギーを回収する熱媒体循環部；及び前記熱媒体循環部から前記液体状態の酸素又は窒素を気化させる熱媒体を前記再気化器に供給する第４熱媒体ライン；をさらに含むことができる。

【0016】

上述した目的を達成するための本発明の他の一側面によると、液化水素を貯蔵し、内圧を低圧に維持させるために内部温度を調節する温度調節装置が設けられる多数の液化水素貯蔵タンク；前記液化水素貯蔵タンクから液化水素を受け取る液化水素需要先；及び前記液化水素貯蔵タンクから前記液化水素需要先に供給する液化水素を受け取って貯蔵し、前記液化水素貯蔵タンクより小容量でありながら高圧に維持される多数の圧力タンク；を含み、前記液化水素需要先は、前記液化水素を気化させ、気体状態の水素を生産した後で気体水素需要先に供給する気化器；及び前記希ガス生産システム；を含む、液化水素受入基地が提供される。

【0017】

好ましくは、前記圧力タンクから前記気化器及び希ガス生産システムに液化水素が移送される流路である第２液化水素供給ライン；をさらに含むことができる。

【0018】

好ましくは、前記温度調節装置で前記液化水素の冷熱を回収したり、前記液化水素又は前記希ガス生産システムに冷熱を供給する熱媒体を循環させる熱媒体循環部；を含むことができる。

【0019】

好ましくは、前記液化水素貯蔵タンクで生成された水素蒸発ガスを圧縮し、前記圧力タンクから液化水素需要先に液化水素を供給する送出圧力になるように前記圧力タンクに供給する圧縮機；前記圧縮機によって圧縮された蒸発ガスを燃料として使用して電力を生産するエネルギー転換部；及び前記エネルギー転換部で電力を生産しながら発生した廃熱を前記重質カラムに供給する廃熱回収ライン；をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係る希ガス生産システム及びこれを含む液化水素受入基地は、液化水素を送出する過程で液化水素を気化させながら捨てられる極低温の気化熱を回収し、大規模の空気分離ユニットに活用することによって、窒素及び酸素はもちろん、半導体産業に必要なネオン、キセノン、クリプトンなどの希ガスを生産することができる。

【0021】

また、液化水素の貯蔵温度は約－２５３℃であるので、液化水素の気化熱を空気分離ユニットの冷凍エネルギーとして活用することによって、液化水素の貯蔵温度より液化温度が低いヘリウムを除いては、空気に含まれているほぼ全ての成分を分離及び生産することができる。

【0022】

また、液化水素の気化熱を空気分離ユニットに活用することによって、冷凍機などに使用される電力消耗及び生産費用を節減することができる。

【0023】

また、空気分離ユニットで生産された液化窒素、液化酸素などは、液化空気エネルギー貯蔵ユニットに供給することによって、電力を生産するエネルギー源として活用することができる。

【0024】

また、液化水素受入基地に空気分離ユニットを連係し、液化水素を送出するのに必要な熱源と空気を分離するのに必要な冷熱を互いに交換し、電力をさらに生産できるので、追加利益を創出することができ、エネルギー及び生産費用と効率において有利な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施例に係る希ガス生産システムを含む液化水素受入基地を簡略に示した図である。

【図2】本発明の一実施例に係る希ガス生産システムを簡略に示した図である。

【図3】本発明の一実施例に係る液化空気エネルギー貯蔵ユニットを簡略に示した図である。

【発明を実施するための最善の形態】

【0026】

本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の好ましい実施例を例示する添付の図面及び添付の図面に記載の内容を参照しなければならない。

【0027】

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例に対する構成及び作用を詳細に説明すると、次の通りである。ここで、各図面の各構成要素に対して参照符号を付加するにおいて、同一の構成要素に限っては、たとえ他の図面上に表示されたとしても、可能な限り、同一の符号で表記されたことに留意しなければならない。また、下記の実施例は、多くの他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が下記の実施例に限定されることはない。

【0028】

以下、図１及び図３を参考にして、本発明の一実施例に係る希ガス生産システム及びこれを含む液化水素受入基地を説明する。

【0029】

本実施例を説明するにおいて、液化水素受入基地とは、陸上や海上に多数の大容量液化水素貯蔵タンクを備えており、船舶などの運送手段から液化水素を受け取って貯蔵し、液化水素貯蔵タンクに貯蔵された液化水素を船舶やタンクローリーなどの運送手段によって、又は直接液化水素需要先に送出する基地を意味する。

【0030】

まず、図１を参考にすると、本発明の一実施例に係る液化水素受入基地は、液化水素を貯蔵し、内部に温度維持部４６及び高密度化部４５のうちいずれか一つ以上が設けられ、貯蔵温度を制御できる多数の液化水素貯蔵タンク１０２と、液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された水素を受け取る液化水素需要先５１、５２、５３と、液化水素が気化して生成された蒸発ガスを処理する蒸発ガス処理部と、液化水素の熱エネルギーを回収する熱媒体循環部４０とを含む。

【0031】

本実施例において、蒸発ガス処理部は、液化水素貯蔵タンク１０２から蒸発ガスを排出させる圧縮機４１と、液化水素貯蔵タンク１０２から排出された蒸発ガスを貯蔵するバッファータンク４２と、液化水素貯蔵タンク１０２から排出された蒸発ガスを用いて電力を生産するエネルギー転換部４７とを含む。

【0032】

また、本実施例において、液化水素需要先５１、５２、５３は、液化水素を気化させた後で気体水素需要先に供給する気化器５２と、液化水素の冷熱、熱媒体循環部４０の冷熱及び温熱、そして、エネルギー転換部４７の廃熱などの液化水素受入基地で熱エネルギーを回収しながら空気を分離し、窒素、酸素及び１種以上の希ガスを生産する希ガス生産システム５３を含むことができる。また、液化水素需要先５１、５２、５３は、陸上のターミナル、船舶又は陸上用トレーラーなどの液化水素の運送を目的として液化水素を受け取って貯蔵する液化水素貯蔵基地５１をさらに含むこともできる。

【0033】

気化器５２では、液化水素需要先５１、５２、５３に送出する液化水素と、希ガス生産システム５３で酸素などの各有効成分を生成するための空気とが直接又は間接的に熱交換される。気化器５２で熱交換しながら液化水素が気化され、空気に含有された特定の成分のうち少なくとも一部が凝縮されることによって、凝縮された成分を空気から分離させることができる。

【0034】

図１及び図２を参考にすると、本実施例の希ガス生産システム５３は、空気を圧縮する空気圧縮機６２と、空気圧縮機６２で圧縮した空気に含有されている不純物を除去する前処理装置６３とを含む。

【0035】

空気圧縮機６２の上流には、空気圧縮機６２に入り込む空気に含まれている液相を分離し、気体状態の空気のみを空気圧縮機６２に流入させるノックアウトドラム６１が備えられてもよい。

【0036】

前処理装置６３では、圧縮した空気に含有されている不純物、例えば、水分（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）が除去され得る。

【0037】

前処理装置６３は、気体状態の圧縮空気に含まれている各不純物を凝縮させるための凝縮器（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）（図示せず）を含むことができる。前処理装置６３の凝縮器では、後述するコールドボックス６０の残余冷熱を活用することができ、残余冷熱を回収し、不純物を凝縮させた後で圧縮空気から分離することができる。

【0038】

前処理装置６３で不純物が除去された圧縮空気は、上述した気化器５２に供給されながら液化水素と熱交換することができる。気化器５２で液化水素と熱交換しながら、圧縮空気の一部、特に、特定の成分は凝縮され得る。

【0039】

本実施例に係る希ガス生産システムは、気化器５２で液化水素との熱交換によって冷却された、圧縮空気から分別蒸留工程によって液体状態の窒素と液体状態の酸素を生産する分離塔５４と、分離塔５４で液化窒素及び液化酸素を分離した後の残りの空気から、比重が小さい各成分を分離する硬質カラム５５と、分離塔５４で液化窒素及び液化酸素を分離した後の残りの空気から比重が大きい各成分を分離する重質カラム５６とを含む。

【0040】

分離塔５４で分離された液体状態の窒素と酸素は、別途の貯蔵タンク（図示せず）にそれぞれ貯蔵される。貯蔵タンクに貯蔵した液体状態の窒素と酸素は、各需要先に販売することができる。

【0041】

また、本実施例に係る希ガス生産システムは、需要先に販売して残った残余の液体窒素又は液体酸素を用いて電力を生産する液化空気エネルギー貯蔵（ＬＡＥＳ；Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ａｉｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ）ユニットＬＳをさらに含むことができる。

【0042】

図３を参考にすると、本実施例では、気化器５２で生産された液体酸素が液体空気ラインＡＬを介して液化空気エネルギー貯蔵ユニットＬＳに供給されることを例に挙げて説明するが、液体窒素が液化空気エネルギー貯蔵ユニットＬＳに供給されてもよい。

【0043】

本実施例の液化空気エネルギー貯蔵ユニットＬＳは、希ガス生産システムから受け取った液体酸素を貯蔵する液化空気貯蔵容器Ｓと、液化空気貯蔵容器Ｓから液体酸素を排出させるポンプＰと、ポンプＰによって加圧された液化酸素を気化させる再気化器Ｖと、再気化器Ｖで再気化された空気を作動流体としてタービンを駆動させ、タービンの回転力で電力を生産するタービン－発電機Ｔとを含む。

【0044】

本実施例によると、希ガス生産システム５３で生産された液体窒素又は液体酸素を液化空気エネルギー貯蔵ユニットＬＳの作動流体として供給し、追加電力を生産することができる。

【0045】

本実施例の再気化器Ｖでは、液体空気ラインＡＬに沿って再気化器Ｖに供給された液体酸素と、熱媒体循環部４０から第４熱媒体ラインＭＬ５に沿って移送された高温の熱媒体との熱交換により、高温の熱媒体は冷却させ、液体酸素は気化させることができる。すなわち、液体酸素の気化熱を、熱媒体循環部４０を循環する熱媒体を冷却させる冷媒として活用することもできる。

【0046】

また、本実施例によると、タービン－発電機Ｔを駆動しながら膨張した再気化酸素と、熱媒体循環部４０に供給される高温の熱媒体とを熱交換させ、熱媒体循環部４０に供給される高温の熱媒体を予冷させる冷熱回収装置（図示せず）をさらに含むことができる。

【0047】

このように、再気化酸素の冷熱を回収することによって、熱媒体循環部４０の冷却負荷を低減させることができる。

【0048】

図２を参考にすると、本実施例の硬質カラム５５は、硬質ラインＧＬによって分離塔５４の上部排出部と連結される。分離塔５４の上部から排出される流体は、硬質ラインＧＬを介して硬質カラム５５に移送される。

【0049】

硬質ラインＧＬを介して硬質カラム５５に移送される流体は、残留窒素とネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びメタン（ＣＨ_４）などの比重が軽い各物質とがガス相で混合されている。

【0050】

硬質カラム５５には、硬質ラインＧＬを介して硬質カラム５５に流入した流体を、液化水素貯蔵タンク１０２又は後述する圧力タンク１００から、第２液化水素供給ラインＳＬ２を介して受け取った液化水素との熱交換によって１次冷却させる１次熱交換部（図示せず）と、１次熱交換部で１次冷却された流体を、熱媒体循環部４０から第３熱媒体ラインＭＬ４を介して受け取った極低温の熱媒体との熱交換によって２次冷却させる２次熱交換部（図示せず）とが設けられてもよい。

【0051】

１次熱交換部では、第２液化水素供給ラインＳＬ２を介して移送された液化水素の冷熱によって流体を約２０Ｋまで冷却させることができる。２次熱交換部では、第３熱媒体ラインＭＬ４を介して移送された極低温の熱媒体の冷熱によって流体を約１０Ｋ以下に冷却させることができる。

【0052】

この過程で、ネオン及びメタンが凝縮されて分離されてもよい。分離された液体状態のネオン及びメタンは、別途の貯蔵タンクにそれぞれ貯蔵されてもよい。

【0053】

重質カラム５６は、重質ラインＨＬによって分離塔５４の下部排出部と連結される。分離塔５４の下部から排出される流体は、重質ラインＨＬを介して重質カラム５６に移送される。

【0054】

重質ラインＨＬを介して重質カラム５６に移送される流体は、残留窒素とキセノン（Ｘｅ）、クリプトン（ｋｒ）などの比重が重い各成分とが液相で混合されている。

【0055】

重質カラム５６では、重質ラインＨＬを介して重質カラム５６に流入した流体を、エネルギー転換部４７から廃熱供給ラインＥＬを介して移送される排気ガスの廃熱を用いて加熱することができる。排気ガスの廃熱によって液体状態の残留窒素を気化させることによって、液相のキセノンとクリプトンを得ることができる。

【0056】

また、重質カラム５６で生成されたキセノン及びクリプトンは、別途の貯蔵タンクにそれぞれ貯蔵され、各需要先に販売され得る。

【0057】

本実施例に係る希ガス生産システム５３は、液化水素受入基地に設置されるので、希ガス生産システム５３で生産された液体窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどの各生成物を各需要先に供給できるインフラを別途に備えなくてもよい。

【0058】

本実施例の前処理装置６３、気化器５２、分離塔５４、硬質カラム５５及び重質カラム５６は、コールドボックス６０内に設けられてもよい。

【0059】

上述したように、前処理装置６３では、異物を凝縮させるためにコールドボックス６０内の残余冷熱を活用することができる。よって、気化器５２又は分離塔５４で流体を冷却させながら気化されたり、温度が上昇した水素の残余冷熱を活用して前処理装置６３で圧縮空気に含有されている水分や二酸化炭素などの異物を凝縮させて除去することができる。

【0060】

このように、本発明によると、液化水素受入基地で捨てられる極低温の液化水素の気化熱を回収し、空気中に含有されている窒素と酸素を液体状態で分離して生産することができる。

【0061】

また、液化水素受入基地で発生する熱エネルギー、具体的には、エネルギー転換部４７の排気ガス廃熱と、熱媒体循環部４０で冷却された極低温状態の熱媒体の冷熱とをさらに回収し、ネオン、キセノンなどの希ガスを得ることができる。

【0062】

また、生産された液体酸素又は窒素を用いてタービンを駆動させることによって追加電力を生産することができ、この液体酸素又は窒素は、熱媒体循環部４０で熱媒体を冷却させる冷媒として活用することもできる。

【0063】

したがって、本発明によると、空気から窒素、酸素、ネオンなどの多くの気体成分を分離して生成するにおいて、冷却に必要な電力が要されないので生産費用を節減することができる。

【0064】

一方、本実施例の液化水素貯蔵タンク１０２は、１００ｍ^３以上の大容量貯蔵タンクとして、少なくとも２台以上備えられてもよい。液化水素貯蔵タンク１０２の運転圧力は、０．１ｂａｒ乃至６ｂａｒであってもよく、好ましくは３ｂａｒ以下、さらに好ましくは１ｂａｒ以下又は常圧に維持され得る。

【0065】

また、液化水素貯蔵タンク１０２は、第１温度に維持させる低温モード、及び第１温度より高い温度である第２温度に維持させる高温モードのうちいずれか一つのモードで運転され得る。

【0066】

本実施例において、第１温度は、貯蔵された液化水素の密度を高める高密度化温度として、液化水素が固体及び液体の混合状態で存在する温度範囲、すなわち、約１４Ｋ乃至２１Ｋであってもよい。低温モードで液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された液化水素の少なくとも一部は、液体より密度が高い固体状態で存在することができ、よって、液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された液化水素は、液体状態、液体と固体の２相混合状態又は液体、固体及び気体の３相混合状態、好ましくは、スラッシュ状態で存在し得る。

【0067】

本実施例において、第２温度は、液化水素の三重点温度を上回る温度であってもよく、液化水素貯蔵タンク１０２が第２温度に維持されると、貯蔵タンク内の水素の温度は、２１Ｋよりやや高い温度又は約２１Ｋの温度に維持され得る。液化水素貯蔵タンク１０２が高温モードで運転されると、液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵されている水素は、液体状態、気体状態又は液体と気体の２相混合状態で存在し得る。

【0068】

液化水素貯蔵タンク１０２の温度維持部４６及び高密度化部４５は、第１熱媒体ラインＭＬ２によって熱媒体循環部４０と連結される。熱媒体循環部４０で冷却された極低温の熱媒体が第１熱媒体ラインＭＬ２に沿って温度維持部４６及び高密度化部４５に移送され、温度維持部４６及び高密度化部４５で液体水素を冷却させながら温度が高くなった熱媒体は、第１熱媒体ラインＭＬ２に沿って熱媒体循環部４０に回収されてもよく、又は重質カラム５６内の流体を加熱させながら温度が低くなった状態で熱媒体循環部４０に回収されてもよい。

【0069】

本実施例の熱媒体循環部４０は、液化水素貯蔵タンク１０２が低温モードで運転されるときは極低温の熱媒体を液化水素貯蔵タンク１０２に供給し、液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された水素に冷熱を伝達した後、高温の熱媒体を受け取る。

【0070】

また、熱媒体循環部４０は、液化水素貯蔵タンク１０２が高温モードで運転されるときは高温の熱媒体を液化水素貯蔵タンク１０２に供給し、液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された水素の冷熱を回収し、極低温の熱媒体を受け取る。

【0071】

本実施例において、熱媒体循環部４０を循環する熱媒体は、ヘリウム又はヘリウムと液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された液化水素との間で熱エネルギーを間接的に伝達する他の媒体であってもよい。

【0072】

本実施例において、低温モードは、液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された液化水素の反応性を抑制させ、安定的に水素を液体状態で維持させながら貯蔵するための目的で使用され得る。液化水素の一部が固体化され始めると、液化水素のオルソ－パラ転換反応が抑制されることによって、液化水素が気体に相変化すること及び気化の拡散を防止して安定化させることができる。

【0073】

高密度化部４５によって液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された液化水素は、部分的にスラリー状態で存在し得る。貯蔵された液化水素全体ではなく、部分的に固体化させることによって、部分的に冷熱をさらに多く保有している固体状態で水素を貯蔵し、保有潜熱を最大化し、水素を安定的に貯蔵することができる。

【0074】

また、液化水素の一部が固体状態で存在することによって遮蔽の役割をするようになり、液化水素の気化を抑制させ、このような作動により、液化水素貯蔵タンク１０２の内部圧力が１ｂａｒ以下に維持され得る。

【0075】

高温モードは、液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された液化水素の一部を気化させ、一定量の蒸発ガスの生成を誘導することによって、エネルギー転換部４７で電力を生産するための燃料を供給するための目的で実施され得る。また、熱媒体を用いて、高温モードで運転される液化水素貯蔵タンク１０２の液化水素から低温モードで運転される液化水素貯蔵タンク１０２又は希ガス生産システム５３に供給する冷熱を回収することもできる。

【0076】

本実施例の高温モードで温度維持部４６に高温の熱媒体が供給されると、気化反応が起こり始める。気体状態の窒素やメタンを圧縮した後でジュール－トムソン膨張させると、温度が減少して液化されるが、気体状態の水素やヘリウムは、常温より逆転温度（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が低いので、常温でのジュール－トムソン膨張時に却って温度が上昇するようになる。よって、水素を逆転温度以下で膨張させたときに、温度が低くなる。

【0077】

本実施例において、高温モードで運転される液化水素貯蔵タンク１０２の内部温度は、２０Ｋより高い温度でありながら逆転温度よりは低い温度に維持され、液化水素貯蔵タンク１０２の内部に真空を付与し、パラ水素への転換を促進させると同時に、蒸発ガスを給・排気し、液化水素貯蔵タンク１０２の圧力及び蒸発ガスの発生量を制御することができる。このような作動により、液化水素貯蔵タンク１０２の内部圧力は３ｂａｒ以下に維持され得る。

【0078】

水素は、オルソ－パラ転換反応時に発生する転換熱が液化水素の蒸発潜熱より大きいので、転換熱によって液化水素が蒸発するという特性を有する。このような特性により、水素蒸発ガスは、瞬間的に連鎖発生してから、反応の停止によって発生量が急激に減少することなどが不規則に発生するようになる。

【0079】

本実施例によると、液化水素貯蔵タンク１０２を高温モード及び低温モードで運転し、蒸発ガスの発生量を一定に調節することができる。

【0080】

本実施例に係る液化水素受入基地では、系内で活用する電力を生産する燃料として水素の蒸発ガス（又は気化ガス）を活用することができる。多数の液化水素貯蔵タンク１０２のうち少なくとも１台以上の液化水素貯蔵タンク１０２は、高温モードで運転しながら一定量の水素蒸発ガスを持続的に発生させ、蒸発ガスをエネルギー転換部４７に供給することによって、安定的に電力を生産及び供給することができる。

【0081】

一方、本実施例において、液化水素貯蔵タンク１０２内の蒸発ガスを排出させる時点になると、圧縮機４１を稼働させながら蒸発ガスを排出させる。液化水素貯蔵タンク１０２と圧縮機４１は、蒸発ガス供給ラインＢＬ２によって連結され、液化水素貯蔵タンク１０２で生成された蒸発ガスは、蒸発ガス供給ラインＢＬ２を介して排出された後で圧縮機４１に流入し得る。

【0082】

一方、本実施例の圧縮機４１は、液化水素貯蔵タンク１０２内の蒸発ガスが爆発的に発生する時点では、液化水素貯蔵タンク１０２から蒸発ガスを給・排気させ、中真空状態になるように作動し得る。

【0083】

圧縮機４１が稼動されながら液化水素貯蔵タンク１０２が中真空状態になると、液化水素貯蔵タンク１０２内のオルソ－パラ転換反応が起こるようになり、パラ水素の比率が高くなると、圧縮機４１の作動を停止させ、液化水素貯蔵タンク１０２の真空を解除させることによって液化水素貯蔵タンク１０２を安定化させることができる。

【0084】

液化水素貯蔵タンク１０２から排出された蒸発ガスは、第１蒸発ガス分配ラインＣＬ１を介してバッファータンク４２に移送された後でバッファータンク４２に貯蔵されてもよく、第２蒸発ガス分配ラインＣＬ２を介してエネルギー転換部４７に移送されてもよい。

【0085】

本実施例において、エネルギー転換部４７は、水素を燃料として使用して電気化学反応によって電力を生産する燃料電池（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）、及び水素を作動流体として使用してタービンを駆動させ、タービンの駆動エネルギーを電力に変換することによって電力を生産するタービン発電機のうちいずれか一つ以上を含むことができる。

【0086】

本実施例のエネルギー転換部４７で生成された電力は、熱媒体循環部４０及び希ガス生産システム５３で使用されてもよく、図示していないスイッチボードなどの電力分配手段（図示せず）によって船内の電力需要先で分配・供給されてもよい。

【0087】

また、本実施例によると、液化水素貯蔵タンク１０２より小容量でありながら高圧で運転され、液化水素需要先５１、５２、５３に供給する液化水素を貯蔵する２台以上の圧力タンク１００と、圧力タンク１００と液化水素需要先５１、５２、５３とを連結し、圧力タンク１００から液化水素需要先５１、５２、５３に液化水素を移送する液化水素供給ラインＳＬ１、ＳＬ２と、圧力タンク１００及び液化水素需要先５１、５２、５３から蒸発ガスを回収する回収ラインＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４、ＲＬ５とをさらに含むことができる。

【0088】

本実施例の圧力タンク１００の運転圧力は、３ｂａｒ以下で運転される液化水素貯蔵タンク１０２の運転圧力より高い高圧に維持され得る。例えば、本実施例の圧力タンク１００は、６ｂａｒ以上、８ｂａｒ以上又は１０ｂａｒ以上で運転されてもよい。

【0089】

一方、圧力タンク１００の運転圧力が液化水素貯蔵タンク１０２の運転圧力より高いので、液化水素貯蔵タンク１０２と圧力タンク１００とを連結する液化水素排出ラインＬＬには、液化水素貯蔵タンク１０２から圧力タンク１００に液化水素を昇圧させて供給するための供給ポンプ５０が設けられてもよい。このとき、液化水素は、供給ポンプ５０によって加圧された後で圧力タンク１００に移送される。

【0090】

本実施例の圧力タンク１００は、液化水素貯蔵タンク１０２の配置高さより低い位置に配置されてもよい。よって、供給ポンプ５０は、選択的構成として省略が可能であり、供給ポンプ５０などの追加動力を提供しなくても、液化水素は、高さ差によって液化水素貯蔵タンク１０２から圧力タンク１００に移送され得る。

【0091】

本実施例によると、液化水素貯蔵タンク１０２から圧力タンク１００に液化水素を移送する前に、液化水素貯蔵タンク１０２と圧力タンク１００とを連結する液化水素排出ラインＬＬを介して液化水素貯蔵タンク１０２から排出された液化水素を用いて予冷することができる。供給ポンプ５０が配置される場合、液化水素排出ラインＬＬと供給ポンプ５０を共に予冷することによって、供給ポンプ５０のキャビテーション現象を防止することができる。

【0092】

液化水素排出ラインＬＬを予冷するための手段として、圧力タンク１００又は圧力タンク１００と液化水素排出ラインＬＬとが接する部位、すなわち、ヘッダーの上流から分岐された後、供給ポンプ５０の上流又は液化水素貯蔵タンク１０２と液化水素排出ラインＬＬとが接する部位、すなわち、ヘッダーの下流に合流され、液化水素排出ラインＬＬを予冷しながら、温度が上昇した液化水素を液化水素排出ラインＬＬの上流に再循環させる液化水素回収ラインＬＬ１をさらに含むことができる。

【0093】

本実施例において、圧力タンク１００の内圧は、８ｂａｒ又は１０ｂａｒ以上に維持され、液化水素需要先５１、５２、５３の運転圧力は、８ｂａｒ又は１０ｂａｒより低い圧力、好ましくは３ｂａｒ以下に維持され得る。

【0094】

圧力タンク１００の内圧は、液化水素貯蔵タンク１０２から排出された蒸発ガスを圧縮した後、圧力タンク１００に供給することによって維持させ得る。圧力タンク１００の圧力が運転圧力より低くなることを防止するために、バッファータンク４２に貯蔵された高圧蒸発ガスをエネルギー転換部４７より優先的に圧力タンク１００に供給することができる。

【0095】

圧力タンク１００から液化水素需要先５１、５２、５３への液化水素の供給は、液化水素排出ラインＬＬに沿って液化水素貯蔵タンク１０２から圧力タンク１００に移送された液化水素、又はバッファータンク４２から第３蒸発ガス分配ラインＣＬ３を介して移送される高圧蒸発ガス自体の圧力により、圧力タンク１００から液化水素が第１液化水素供給ラインＳＬ１及び第２液化水素供給ラインＳＬ２に送出されることによって行われ得る。

【0096】

第３蒸発ガス分配ラインＣＬ３は、バッファータンク４２と圧力タンク１００とを連結する高圧蒸発ガスの流路として、圧力タンク１００の内圧を維持させるための手段である。圧縮機４１で圧縮された高圧蒸発ガス、又は圧縮機４１で圧縮された後でバッファータンク４２に貯蔵されている高圧蒸発ガスは、第３蒸発ガス分配ラインＣＬ３を介して圧力タンク１００に移送される。

【0097】

本実施例において、圧力タンク１００の内圧を維持させるにおいて、第３蒸発ガス分配ラインＣＬ３を介して移送された高圧蒸発ガスだけでは不足する場合は、圧力タンク１００に貯蔵された液化水素を気化させて供給することによって圧力タンク１００の内圧を維持することができる。

【0098】

圧力タンク１００の内圧を維持させる手段として、圧力タンク１００と熱媒体循環部４０とを連結する第２熱媒体ラインＭＬ３と、圧力タンク１００と圧縮機４１の上流とを連結する第５回収ラインＲＬ５とをさらに含むことができる。

【0099】

第２熱媒体ラインＭＬ３を介して熱媒体循環部４０から高温の熱媒体が圧力タンク１００に移送され、圧力タンク１００に貯蔵された液化水素を気化させながら冷熱を回収した低温の熱媒体は、第２熱媒体ラインＭＬ３を介して熱媒体循環部４０に再び回収される。

【0100】

第２熱媒体ラインＭＬ３によって熱媒体が循環しながら圧力タンク１００で蒸発ガスが生成されると、圧力タンク１００の内圧が上昇することによって圧力タンク１００の運転圧力が維持され得る。

【0101】

また、第５回収ラインＲＬ５を介して蒸発ガスを排出させた後で圧縮機４１の上流に供給し、蒸発ガスを圧縮機４１で圧縮した後、高圧蒸発ガスの状態で圧力タンク１００に供給することによって圧力タンク１００の運転圧力を維持させることもできる。

【0102】

圧力タンク１００と熱媒体循環部４０とを連結する第２熱媒体ラインＭＬ３、第２熱媒体ラインＭＬ３が圧力タンク１００及び熱媒体循環部４０と連結される部位であるヘッダー、及び第２熱媒体ラインＭＬ３に設置され得る熱交換器とバルブなどの各種装置は、コールドボックス（ｃｏｌｄ ｂｏｘ）に設置し、１次真空断熱を行うことができる。

【0103】

コールドボックスには、水素の漏れを感知する水素感知装置が設置されてもよい。また、コールドボックスの外部に断熱材を設置し、２次断熱をさらに行うこともできる。

【0104】

本実施例の液化水素貯蔵基地５１は、圧力タンク１００と液化水素貯蔵基地５１とを連結する第１液化水素供給ラインＳＬ１を介して液化水素を受け取り、気化器５２及び希ガス生産システム５３は、圧力タンク１００と気化器５２及び希ガス生産システム５３とを連結する第２液化水素供給ラインＳＬ２を介して液化水素を受け取ることができる。

【0105】

一方、液化水素需要先５１、５２、５３に液化水素を移送する前に、圧力タンク１００又は液化水素貯蔵タンク１０２に貯蔵された液化水素を用いて液化水素供給ラインＳＬ１、ＳＬ２を予冷することができる。

【0106】

液化水素供給ラインＳＬ１、ＳＬ２を予冷しながら気化された蒸発ガスは、圧力タンク１００に連結される第３回収ラインＲＬ３を介して圧力タンク１００に回収されてもよく、圧縮機４１に連結される第４回収ラインＲＬ４を介して圧縮機４１に回収されてもよい。

【0107】

第１液化水素供給ラインＳＬ１を予冷しながら気化された蒸発ガスは、第１回収ラインＲＬ１を介して第３回収ラインＲＬ３及び第４回収ラインＲＬ４に回収され、第２液化水素供給ラインＳＬ２を予冷しながら気化された蒸発ガスは、第２回収ラインＲＬ２を介して第３回収ラインＲＬ３及び第４回収ラインＲＬ４に回収される。

【0108】

一方、液化水素需要先５１、５２、５３に液化水素を供給しながら液化水素需要先５１、５２で発生し、液化水素需要先５１、５２の許容圧力を超える蒸発ガスも、第１乃至第４回収ラインＲＬ１～ＲＬ４を介して圧縮機４１に回収され得る。

【0109】

第４回収ラインＲＬ４及び第５回収ラインＲＬ５を介して圧縮機４１の上流に回収された蒸発ガスは、圧縮機４１によって圧縮された後でバッファータンク４２に貯蔵されてもよく、圧力タンク１００に回収された後、圧力タンク１００の内圧を維持するのに使用されてもよい。

【0110】

また、第４回収ラインＲＬ４及び第５回収ラインＲＬ５を介して液化水素需要先５１、５２、５３から回収された蒸発ガスは、エネルギー転換部４７に連結される第２蒸発ガス分配ラインＣＬ２を介してエネルギー転換部４７に供給された後、電力の生産に活用されてもよい。

【0111】

一方、気化器５２で液化水素が気化されながら発生する気化熱は、希ガス生産システム５３を介して回収されてもよい。

【0112】

また、エネルギー転換部４７と希ガス生産システム５３とを連結する廃熱供給ラインＥＬを介してエネルギー転換部４７で電力を生産しながら発生する廃熱を受け取った後、空気を分離するために必要な熱エネルギーとして活用することもできる。廃熱供給ラインＥＬを介して移送される熱エネルギーの温度は、約５００℃乃至６００℃であってもよい。

【0113】

本実施例に係る液化水素受入基地は、液化水素を荷役する過程で発生する蒸発ガスを圧力タンク１００の圧力に維持し、液化水素需要先５１、５２、５３への送出圧力を生成するのに使用することができ、エネルギー転換部４７で電力を生産する燃料として使用することができる。

【0114】

また、液化水素を荷役する過程において、液化水素の冷熱及び廃熱を効果的に最大限に活用しながら、圧力タンク１００の圧力を維持することができる。

【0115】

また、本実施例によると、２以上の圧力タンク１００のうちいずれか一つの圧力タンク１００から液化水素需要先に液化水素を供給すると同時に、他の一つの圧力タンク１００には液化水素を充填することができる。

【0116】

本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的要旨を逸脱しない範囲内で多様に修正又は変形して実施可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとって自明であろう。

【符号の説明】

【0117】

１００ 圧力タンク
１０２ 液化水素貯蔵タンク
４０ 熱媒体循環部
４１ 圧縮機
４２ バッファータンク
４５ 高密度化部
４６ 温度維持部
４７ エネルギー転換部
５０ 供給ポンプ
５１ 液化水素貯蔵基地
５２ 気化器
５３ 希ガス生産システム
５４ 分離塔
５５ 硬質カラム
５６ 重質カラム
６０ コールドボックス
６１ ノックアウトドラム
６２ 空気圧縮機
ＢＬ２ 蒸発ガス供給ライン
ＬＬ 液化水素排出ライン
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３ 蒸発ガス分配ライン
ＬＬ１ 液化水素回収ライン
ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４、ＭＬ５ 熱媒体ライン
ＥＬ 廃熱供給ライン
ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４、ＲＬ５ 回収ライン
ＧＬ 硬質ライン
ＳＬ１、ＳＬ２ 液化水素供給ライン
ＨＬ 重質ライン
ＬＳ 液化空気エネルギー貯蔵ユニット
ＡＬ 液体空気ライン
Ｓ 液化空気貯蔵容器
Ｐ ポンプ
Ｖ 再気化器
Ｔ タービン－発電機

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】