JP4624215B2

JP4624215B2 - 水素製造・貯蔵装置の防災設備

Info

Publication number: JP4624215B2
Application number: JP2005254351A
Authority: JP
Inventors: 成紀足立
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP2007061519A

Description

本発明は、水素製造・貯蔵装置の防災設備に関する。

従来、水素ステーション等における防災設備には、例えば火災検知装置、及び水素ステーションの設備に向けて噴射液を噴射する消火装置が設けられ、火災検知装置が水素ガスの火災を検知すると、消火装置が起動して噴射ヘッドから噴射液を放射し、火災熱を奪うことにより消火を行う方式のものが提案されている（例えば特許文献１参照）。また、火災を早期発見するために、質量分析によりサンプリングしたガスを分析して可燃性ガスの漏洩を検知する火災検知装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００５−１５５８２４号公報特開平５−８９３８７号公報

しかし、従来の水素ステーションにおける防災設備は、半導体式のスポット型センサをガス検知器として使っており、また、水素ステーションの設備周囲に火災に備えて消火ノズルを設けているが、スポット型センサは感度が周囲の気流に左右され、検知精度が低く反応速度も遅いという問題点がある。更に、水素ガスの引火点は非常に低いので、微量な水素ガスをできるだけ早く検知しなければならないが、半導体式のスポット型センサはそのような要求に応えることができず、水素ガスの検知手段として理想な検知装置ではなかった。一方、ガスを吸引してサンプリングする質量分析法は可燃性ガスの漏洩を早期発見することができるが、この場合には、サンプリングのための吸引管と消火用の消火配管とを敷設しなければならず、配管の敷設が二重となり、防災設備が煩雑となりコストが高くなってしまうという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、水素ガスの漏洩を迅速に検出することができるとともに、設備のコストを軽減することを可能にした水素製造・貯蔵装置の防災設備を提供することを目的とする。

本発明に係る水素製造・貯蔵装置における防災設備は、水素製造・貯蔵装置の設備の周囲に配設され、複数のノズル孔が設けられた防護配管と、定常的に開となっている第１のバルブを介して前記防護配管と接続され、前記ノズルを介してガスを吸引し、その成分を分析する検知部と、定常的に閉となっている第２のバルブを介して前記防護配管と接続され、前記ノズルを介して消火剤を保護対象物に放射させる消火部と、前記検知部及び前記消火部をそれぞれ制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記検知部の分析結果により水素が所定濃度以上であると判定すると前記第１のバルブを閉にし、且つ前記第２のバルブを開にし、前記消火部により前記ノズルを介して消火剤を保護対象物に放射させるものである。なお、本発明において、水素製造・貯蔵装置とは、水素製造装置の他に、水素を貯蔵する設備も包含する概念である。
また、本発明に係る水素製造・貯蔵装置における防災設備において、前記検知部は、質量分析法によりガス分析を行うものである。
また、本発明に係る水素製造装置等における防災設備において、前記消火部は、前記消火剤として噴霧水又は不燃性ガスを噴射するものである。
また、本発明に係る水素製造・貯蔵装置における防災設備は、前記防護配管に接続され、定常的に開となっている第３のバルブを備え、前記制御装置は、前記検知部の分析結果により水素が所定濃度以上であると判定すると、前記第３のバルブを閉にし、前記第２のバルブと前記第３のバルブとによって特定される領域に対して消火剤を噴射させる。

本発明は、上記の構成を採用したことにより次のような効果が得られる。
（ａ）検知部は吸引式のガスサンプリング方式を採用しており、検知感度は環境要素、例えば風等の影響を受けず、安定したガスを測定することができる。また、ノズル孔はガス吸引孔と消火剤放射孔とを兼用しており、吸引管と消火用の配管が一本化されることによって、配管等設備の二重配置は不要となり、システム全体のコストは低減できる。
（ｂ）感知部は質量分析法によりガス分を行っており、その高精度、高速応答の特徴を利用して水素ガス漏洩の早期発見ができる。
（ｃ）制御装置の制御により消火剤を放射する消火部は、ガス漏洩を検知する検知部とを連携して異常を早期発見するとともに、消火活動を迅速に行うことができる。すなわち、霧状の水は、水素が製造装置周辺の湿度を高め、設備や壁に溜まっている静電気による水素ガスの燃焼爆発を抑制することができ、また、不燃性ガス（例えば窒素ガス、二酸化炭素ガス）の放射は、空気中の酸素分圧を低下させ、水素ガスが燃焼爆発の発生がしにくくなり、水素ガスの漏洩による災害を最小程度で抑えることができる。
（ｄ）防護配管の途中に第３のバルブを備え、第２のバルブと第３のバルブとによって特定される領域に対して消火剤を噴射するので、消火効果をさらに高めることができるとともに、消火剤の使用量を軽減させることができる。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る水素製造装置の防災設備及びその関連設備の構成を示したブロック図である。水素製造装置１００は建物２００の室内２０１に設置されており、建物２００には排気ダクト２０２が設けられており、部屋内部の空気を換気している。水素製造装置１００は、原料の天然ガスから水素ガスを生成するまでの製造工程が、一次処理工程１０１、二次処理工程１０２及び水素生成処理工程１０３の三つの工程に分かれており、この製造工程自体は従来から行われているものであるが、その概要を説明する。一次処理工程１０１においては、天然ガス又はプロパンガスと水蒸気とを混合し、加熱された触媒と反応させ、水素と一酸化炭素に改質する。二次処理工程１０２においては、改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気等をさらに反応させて、二酸化炭素と水素に転換する。水素生成処理工程１０３においては、生成ガス中の炭酸ガス・水蒸気等の不純物を除去し、水素ガスを取り出す。

水素製造装置１００に対する防災設備３００は、サンプリングしてガスを質量分析する検知部１０と、消火剤を放射する消火部２０と、検知部１０及び消火部２０をそれぞれ制御する制御装置３０と、水素製造装置１００の周囲に配設された防護配管Ｐとから構成されている。防護配管Ｐは水素製造装置１００の配置形態に沿って水素製造装置１００の上側に敷設されおり、ノズルＤが所定の間隔に沿って設けられている。水素は軽く上昇が速いので、防護配管Ｐを室内２０１の天井面に沿って配設してもよい。また、排気ダクト２０２内の水素を早期発見するため、排気ダクト２０２にもノズルＤが設置されている。上記ノズルＤは、ガスを吸引する吸引孔と、消火剤を放射する放射孔として兼用されるものであり、常時開放状態になっている。このノズルＤは消火剤放射時に流量が大きくなるように、逆止弁構造のオリフィスを設けることができる。

検知部１０は、ガスをサンプリングするための吸引用のポンプ１１、質量分析装置１２、及びデータ変換装置１３を備えている。消火部２０は、消火剤を貯蔵する容器２１、及び容器２１を開放する起動装置２２を備えている。制御装置３０は、防災設備３００全体の動作を制御し、例えば検知部１０と消火部２０との連動や信号線３１を介してバルブＶ１〜Ｖ３の開閉等を制御する。なお、本実施形態１においては、バルブＶ４は後述の実施形態２の説明に用いられるものであり、本実施形態１においては無視するものとする。

図２は防災設備３００の処理過程を示したフローチャートである。制御装置３０はバルブＶ１（本発明の第１のバルブ）、Ｖ３を開き、バルブＶ２（本発明の第２のバルブ）を閉じる（Ｓ１１）。検知部１０のポンプ１１を駆動させて防護配管ＰのノズルＤから室内２０１及び排気ダクト２０２の空気を吸引させる（Ｓ１２）。質量分析装置１２は吸引された空気をサンプリングして分析し、分析結果はデータ変換装置１３によりデータ変換されて制御装置３０に出力する（Ｓ１３）。制御装置３０はその分析結果に基づいて水素が含まれているかどうかを判定し（Ｓ１４）、水素が含まれていない場合には、検知部１０に上記の処理（Ｓ１３）を繰り返させる。制御装置３０は水素が含まれていたと判定した場合には、それが所定の濃度以上であるかどうかを判定し（Ｓ１５）、所定の濃度未満であった場合には予備警報を出力し（Ｓ１６）、検知部１０に上記の処理（Ｓ１３）を繰り返させる。制御装置３０は水素が所定の濃度以上であると判定した場合には、ポンプ１１の駆動を停止させ、それまで開いていたバルブＶ１，Ｖ３を閉じ、それまで閉じていたバルブＶ２を開く（Ｓ１７）。これにより、防護配管Ｐと検知部１０とは遮断され、防護配管Ｐと消火部２０とは連通状態になる。制御装置３０は消火部２０の起動装置２２を駆動し、起動装置２２は容器２１を開放して消火剤を防護配管Ｐに送給し、防護配管Ｐに設けられたノズルＤから消火剤が水素製造装置１００に向けて噴射し、消火活動を行う（Ｓ１８）。なお、消火剤の放射や消火活動等では「消火」と表現されているが、必ずしも水素ガスにより火災が発生した後に行う活動ではなく、水素ガス火災の発生を抑制する意味も含まれている。例えば消火剤として霧状の水を噴射した場合には、水素が製造装置周辺の湿度を高め、設備や壁に溜まっている静電気による水素ガスの燃焼爆発を抑制することができる。また、消火剤として不燃性ガス（例えば窒素ガス、二酸化炭素ガス）を放射した場合には、空気中の酸素分圧を低下させ、水素ガスが燃焼爆発の発生がしにくくなり、水素ガスの漏洩による災害を最小程度で抑えることができる。

以上のように本実施形態１においては、検知部１０は吸引式のガスサンプリング方式を採用したため、検知感度は環境要素、例えば風等の影響を受けず、安定したガスを測定することができる。また、ガス吸引孔と消火剤放射孔とが兼用されており、吸引管と消火用配管とが一本化されることによって、配管等設備の二重配置が不要となり、システム全体のコストは低減できる。また、質量分析装置１２を使用したことにより、その高精度、高速応答の特徴を活かして水素ガス漏洩の早期発見が可能になった。また、制御装置３０は消火剤を放射する消火部２０とガス漏洩を検知する検知部１０とを連携し、異常を早期発見するとともに、上記の消火活動を迅速に行うことができる。

実施形態２．
水素製造装置１００では、水素漏洩の可能性は主に水素生成処理工程１０３にある。そのため、防護配管Ｐに仕切用のバルブＶ４を設けて（図１参照）、その開閉によって消火剤の放射を水素生成処理工程１０３の周囲に集中させるようにしてもよい。その場合には、図２の処理（Ｓ１１）においてバルブＶ１、Ｖ３の他にＶ４を開き、処理（Ｓ１７）においてバルブＶ１、Ｖ３の他にＶ４を閉じる、という点が上記の実施形態１と相違するだけであり、その他は同じである。
ところで、この実施形態２においては、水素製造装置１００の水素生成処理工程１０３に着目したものであるから、防護配管Ｐは水素生成処理工程１０３に関連する設備の近傍に配置することが好ましい。なお、防護配管ＰのバルブＶ４は、１個に限らず、設備の大きさに応じて複数設けても構わない。

以上のように本実施形態２においては水素漏洩の可能性がある水素生成処理工程１０３の領域に消火剤の放射を限定するようにしたので、消火効果をさらに高めるとともに、消火剤の使用量を軽減させることができる。

実施形態３．
なお、上記の実施形態１，２は何れも水素製造装置の例であるが、本発明は水素ステーション等の水素を貯蔵する設備においても同様に適用される。また、ここで水素は天然ガスが原料として使われて製造された例について記載したが、これに限らずに、水を電気分解して水素を製造する製造装置にも本発明は同様に適用される。

本発明の実施形態１に係る水素製造装置の防災設備及びその関連設備の構成を示したブロック図である。防災設備の処理過程を示したフローチャートである。

符号の説明

１０検知部、１１吸引ポンプ、１２質量分析装置、１３データ変換装置、２０消火部、２１容器、２２起動装置、３０制御装置、３１信号線、１００水素製造装置、２００建物、２０１室内、２０２排気ダクト、３００防災設備、Ｄノズル、Ｐ防護配管。

Claims

水素製造・貯蔵装置の設備の周囲に配設され、複数のノズル孔が設けられた防護配管と、
前記防護配管と、定常的に開となっている第１のバルブを介して接続され、前記ノズルを介してガスを吸引し、その成分を分析する検知部と、
前記防護配管と、定常的に閉となっている第２のバルブを介して接続され、前記ノズルを介して消火剤を保護対象物に放射させる消火部と、
前記検知部及び前記消火部をそれぞれ制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記検知部の分析結果により水素が所定濃度以上であると判定すると前記第１のバルブを閉にし、且つ前記第２のバルブを開にし、前記消火部により前記ノズルを介して消火剤を保護対象物に放射することを特徴とする水素製造・貯蔵装置の防災設備。
前記検知部は、質量分析法によりガス分析を行うことを特徴とする請求項１記載の水素製造・貯蔵装置の防災設備。
前記消火部は、前記消火剤として水又は不燃性ガスを噴射することを特徴とする請求項１又は２記載の水素製造・貯蔵装置の防災設備。
前記防護配管に接続され、定常的に開となっている第３のバルブを備え、前記制御装置は、前記検知部の分析結果により水素が所定濃度以上であると判定すると、前記第３のバルブを閉にし、前記第２のバルブと前記第３のバルブとによって特定される領域に対して消火剤を噴射させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の水素製造・貯蔵装置の防災設備。