(57)【要約】【課題】水中においてガスを貯蔵するガス貯蔵システムの製造コストを抑える。【解決手段】ガス貯蔵システムは、水中の予め定められた水深に配置され、周囲の水が流入可能な連通孔を有し、該水深に相当する圧力のガスを貯蔵するガス貯蔵室と、水深よりも上方に配置されたガス回収装置と、ガス貯蔵室内のガスをガス回収装置に導く管であって、水深がより浅い位置における肉厚が、水深がより深い位置における肉厚よりも大きい管と、を備える。【選択図】図１
2020012481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス貯蔵システムであって、
水中の予め定められた水深に配置され、周囲の水が流入可能な連通孔を有し、該水深に相当する圧力のガスを貯蔵するガス貯蔵室と、
前記水深よりも上方に配置されたガス回収装置と、
前記ガス貯蔵室内の前記ガスを前記ガス回収装置に導く管であって、水深がより浅い位置における肉厚が、水深がより深い位置における肉厚よりも大きい管と、
を備える、ガス貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの貯蔵に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを貯蔵する設備の立地条件の制約を受けないようにするため等の理由から、海中におけるガスの貯蔵が検討されている。例えば、特許文献１には、海底岩盤に貯蔵タンクを設けてかかる貯蔵タンクに液化天然ガス（ＬＮＧ）を貯蔵し、貯蔵タンク内のＬＮＧガスをガス用パイプラインにて地上設備に導くシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６１５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガス用パイプラインを構成する管には、貯蔵タンク内のガスの圧力が内圧として掛かり、海中においては水深に応じた水圧が外圧として掛かる。ここで、貯蔵タンク内のガスの圧力、すなわち内圧が非常に大きい場合、水深が深い場所では、かかる水深に応じた大きな外圧が管に掛かるため、内圧と外圧の圧力差は小さい。他方、上記場合において、水深が浅い場所では、外圧が小さくなるために圧力差が大きくなり、管に高い耐圧性が求められる。しかし、従来においては、かかる管の耐圧性について十分に検討されていなかった。本願発明者は、このような大きな圧力差に耐え得る程度の肉厚の管であって均一の肉厚の管を用いる場合には、管の材料費として非常に大きな材料費が掛かるために、ガス貯蔵システムの製造コストとして非常に大きな製造コストが掛かるという問題を見出した。
【０００５】
このような問題は、液化天然ガスに限らず、水素ガスや酸素ガスなど任意のガスを海中に貯蔵する構成に共通する。また、海中に限らず水中において貯蔵する構成にも共通する。さらには、貯蔵されたガスを、地上設備に限らず貯蔵された水深よりも上方の任意の位置に配置されたガス回収装置に導く構成にも共通する。そこで、水中においてガスを貯蔵するガス貯蔵システムの製造コストを抑えることが可能な技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
本発明の一形態によれば、ガス貯蔵システムが提供される。このガス貯蔵システムは、水中の予め定められた水深に配置され、周囲の水が流入可能な連通孔を有し、該水深に相当する圧力のガスを貯蔵するガス貯蔵室と、前記水深よりも上方に配置されたガス回収装置と、前記ガス貯蔵室内の前記ガスを前記ガス回収装置に導く管であって、水深がより浅い位置における肉厚が、水深がより深い位置における肉厚よりも大きい管と、を備える。
【０００８】
この形態のガス貯蔵システムによれば、ガス貯蔵室内のガスをガス回収装置に導く管では、水深がより浅い位置における肉厚は水深がより深い位置における肉厚よりも大きいので、水深がより深い位置における肉厚を、水深がより浅い位置における肉厚以上とする構成に比べて、管の材料を抑えることができ、ガス貯蔵システムの製造コストを抑制できる。また、一般に水深がより浅い位置における管の外圧、すなわちかかる水深における水圧は、水深がより深い位置における管の外圧に比べて小さく、管の内圧と外圧の圧力差は大きい。しかし、上記形態のガス貯蔵システムによれば、水深がより浅い位置における管の肉厚はより大きいので、水深がより浅い位置における管の内圧と外圧の圧力差に対する耐久性を向上させることができ、管の損傷を抑制できる。
【０００９】
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、水素ガス貯蔵システム、ガス生成システム、水素ガス生成システム、ガス供給用管等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態としてのガス貯蔵システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】水素収容容器の構成を示す外観図である。
【図３】図１に示す第１領域における管の断面を示す断面図である。
【図４】図１に示す第２領域における管の断面を示す断面図である。
【図５】第１実施形態における水素ガス貯蔵処理の手順を示す工程図である。
【図６】第２実施形態におけるガス貯蔵システムの概略構成を示す説明図である。
【図７】第３実施形態におけるガス貯蔵システムの概略構成を示す説明図である。
【図８】第３実施形態における水素ガス貯蔵処理の手順を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．実施形態：
Ａ１．システム構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのガス貯蔵システムＳ１の概略構成を示す説明図である。ガス貯蔵システムＳ１は、海中の水圧を利用して水素ガスを圧縮し、また圧縮された水素ガスを貯蔵する。ガス貯蔵システムＳ１は、移送部１００と、ガス放出部１５０と、貯蔵部２００と、回収部３００とを備える。なお、図１では、鉛直方向と平行な方向にＺ軸が表されている。図１において、＋Ｚ方向は鉛直上方に相当し、−Ｚ方向は鉛直下方に相当する。なお、他の図２、３、４、６、７におけるＺ軸は、図１のＺ軸に対応する。
【００１２】
移送部１００は、水素ガスが充填された水素収容容器１１０を、貯蔵部２００が備えるガス貯蔵室２１０まで導く。
【００１３】
図２は、水素収容容器１１０の構成を示す外観図である。水素収容容器１１０は、本体部１１１と、取付部１１２と、重り部１１３とを備える。本体部１１１は、略球体状の外観形状を有し、内部に水素ガス収容部１１１ａが形成されている。本実施形態において、本体部１１１は、アルミニウムにより形成されている。本体部１１１の厚さは、図１に示す水深Ｄ１における水圧、具体的には、およそ７０．９ＭＰａよりも低い水圧により変形が生じ得る厚さであり、且つ、およそ７０．９ＭＰａの水圧でも亀裂が生じない程度の厚さに設計されている。本体部１１１には、図示しないガス充填口が形成されており、かかるガス充填口から水素ガス収容部１１１ａに水素ガスが充填される。なお、ガス充填口は、充填後において、図示しない蓋により封止される。取付部１１２は、環状の外観形状を有し、本体部１１１の外表面に接合されている。取付部１１２は、ニッケルおよびチタンを含む合金により形成されている。取付部１１２の中央の開口１１９には、後述のガイド支柱１２０が挿入される。詳細は後述するが、図１に示すように開口１１９にガイド支柱１２０が挿入されるようにして水素収容容器１１０がガイド支柱１２０に取り付けられた後、船５００から水素収容容器１１０が海面に投入されると、水素収容容器１１０は、ガイド支柱１２０にガイドされながら海底Ｂ１に向かって沈降する。図２に示す重り部１１３は、本体部１１１の外表面の一部に接合されている。重り部１１３は、水素ガス収容部１１１ａに水素が充填された状態において水素収容容器１１０が海水に沈むように重りの役割を果たす。重り部１１３は、例えば、ニッケルおよびチタンを含む合金や、鋼、鉛などの金属により形成されている。なお、取付部１１２の大きさや重量を調整して重りの役割を果たさせることにより、重り部１１３を省略してもよい。
【００１４】
図１に示すように、移送部１００は、ガイド支柱１２０を備える。ガイド支柱１２０は、断面が円形状の棒状の構造物であり、一端が船５００に取り付けられ、他端が海底Ｂ１に設けられたガス貯蔵室２１０の内側において海底Ｂ１の近傍に配置されている。本実施形態において、海底Ｂ１までの水深Ｄ１は、およそ７０００ｍ（メートル）である。本実施形態においてガイド支柱１２０は、ニッケルおよびチタンを含む合金により形成され、海底Ｂ１における水圧に耐え得る強度を有する。ガイド支柱１２０は、例えば、所定の長さの棒状部材を多数継ぎ合わせて形成してもよい。ガイド支柱１２０は、水素収容容器１１０をガス貯蔵室２１０まで導く際のガイドの役割を果たす。本実施形態では、ガイド支柱１２０は、海底Ｂ１近傍まで略鉛直方向に沿って配置され、海底Ｂ１近傍において、下降するにつれて次第にガス貯蔵室２１０に近づくように曲げられている。
【００１５】
ガス放出部１５０は、海底Ｂ１に設置されており、海底Ｂ１近傍まで移送された水素収容容器１１０に対して損傷を与えて水素ガス収容部１１１ａから水素収容容器１１０の外部へと水素ガスを放出させる。ガス放出部１５０としては、例えば、ニッケルおよびチタンを含む合金により形成された針状の部材と、かかる針状部材を、水素収容容器１１０に向かって突き刺す動作を行う駆動部とを備える構成としてもよい。また、ハンマー部材と、かかるハンマー部材を水素収容容器１１０に打ち当てる動作を行う駆動部とを備える構成としてもよい。
【００１６】
貯蔵部２００は、ガス放出部１５０を囲むように海底Ｂ１に固定されており、水素収容容器１１０内から放出された水素ガスを貯蔵する。貯蔵部２００は、水素ガスを貯蔵するガス貯蔵室２１０を備える。ガス貯蔵室２１０の内部には、水素ガス貯蔵部２２２としての空間が形成されている。ガス貯蔵室２１０には導入口２２１が形成されている。水素ガス貯蔵部２２２の内部には、導入口２２１を介して周りの海水が流入する。このため、ガス貯蔵室２１０の内圧と外圧の圧力差は無く、ガス貯蔵室２１０自体の耐久性としては、水深Ｄ１における水圧であるおよそ７０．９ＭＰａの圧力に耐え得るほどの耐久性は求められない。そこで、本実施形態において、ガス貯蔵室２１０は、耐食性に優れた樹脂により形成されている。ガイド支柱１２０の先端部分が、導入口２２１から水素ガス貯蔵部２２２内に挿入されている。このため、ガイド支柱１２０にガイドされて沈降する水素収容容器１１０は、導入口２２１から水素ガス貯蔵部２２２内に進入する。
【００１７】
回収部３００は、ガス貯蔵室２１０内の水素ガスを回収する。回収部３００は、管３２０と、ガス回収装置３３０とを備える。管３２０は、一端がガス貯蔵室２１０の天井部に接続され、他端がガス回収装置３３０に接続されている。管３２０は、水素ガス貯蔵部２２２とガス回収装置３３０とを連通し、水素ガス貯蔵部２２２内の水素ガスをガス回収装置３３０に導く。
【００１８】
図３は、図１に示す第１領域Ｐ１における管３２０の断面を示す断面図である。管３２０の内部には、水素ガスの流路３２１が形成されている。管３２０および流路３２１の流路断面形状は、いずれも円形状である。第１領域Ｐ１は、第２領域Ｐ２に比べて深い水深に位置している。第１領域Ｐ１は、水素ガス貯蔵部２２２に近い位置の領域である。管３２０は、水深がより浅い位置における肉厚が、水深がより深い位置における肉厚よりも大きく構成されている。より具体的には、本実施形態の管３２０は、水深が深くなるにつれて肉厚が小さくなるように構成されている。したがって、第１領域Ｐ１における最下方の位置における肉厚Ｗ１ｄと、第１領域Ｐ１におけるＺ軸方向の中央の位置の肉厚Ｗ１ａと、第１領域Ｐ１における最上方の位置における肉厚Ｗ１ｕとを比較した場合、肉厚Ｗ１ｕが最も大きく、肉厚Ｗ１ａが２番目に大きく、肉厚Ｗ１ｄが最も小さい。
【００１９】
図４は、図１に示す第２領域Ｐ２における管３２０の断面を示す断面図である。第２領域Ｐ２は海面に近い位置の領域である。第２領域Ｐ２における管３２０の肉厚は、上述した第１領域Ｐ１における肉厚と同じ傾向を有する。すなわち、第２領域Ｐ２における最下方の位置における肉厚Ｗ２ｄと、第２領域Ｐ２におけるＺ軸方向の中央の位置の肉厚Ｗ２ａと、第２領域Ｐ２における最上方の位置における肉厚Ｗ２ｕとを比較した場合、肉厚Ｗ２ｕが最も大きく、肉厚Ｗ２ａが２番目に大きく、肉厚Ｗ２ｄが最も小さい。また、第１領域Ｐ１における平均肉厚である肉厚Ｗ１ａは、第２領域Ｐ２における平均肉厚である肉厚Ｗ２ａよりも小さい。
【００２０】
ここで、流路３２１における圧力は、水素ガス貯蔵部２２２と連通しているため、水素ガス貯蔵部２２２内の圧力と等しい。後述するように、本実施形態において水素ガス貯蔵部２２２内の圧力は、およそ７０．９ＭＰａである。このため、流路３２１における圧力は、水素ガス貯蔵部２２２からガス回収装置３３０に至るまでおよそ７０．９ＭＰａでほぼ等しい。他方、管３２０の外圧は、水深が小さくなるにつれて小さくなる。具体的には、管３２０の外圧は、水素ガス貯蔵部２２２においておよそ７０．９ＭＰａであり、水深が小さくなるにつれて小さくなり、海面近傍においておよそ０．１ＭＰａである。このため、管３２０における内圧と外圧の圧力差（以下、単に「管３２０の圧力差」とも呼ぶ）は、水深が深くなるにつれて小さくなり、水素ガス貯蔵部２２２の近傍においてほぼ０（ゼロ）となる。このため、水素ガス貯蔵部２２２の近傍においては、圧力差に耐え得る管３２０の肉厚は、非常に小さくて済む。他方、海面の近傍においては、圧力差に耐え得る管３２０の肉厚は、非常に大きくなければならない。ここで、管３２０の肉厚を、管３２０の最大圧力差に耐え得るように、水素ガス貯蔵部２２２から海面までのすべての区間に亘って海面近傍の肉厚で構成した場合、管３２０の材料コストが非常に大きくなる。しかし、本実施形態の管３２０は、水深が深くなるにつれて肉厚が小さくなるように構成されているので、各水深における圧力差に耐え得ると共に、管３２０の材料コストを抑えることができる。
【００２１】
本実施形態において、管３２０は、ニッケルおよびチタンを含む合金により形成されている。管３２０は、例えば、複数の部分管を継ぎ合わせて形成してもよい。
【００２２】
図１に示すように、ガス回収装置３３０は、船５００に搭載されており、管３２０を介して送られる水素ガスを回収する。ガス回収装置３３０は、遮断弁３３２と、水素処理部３３４とを備える。遮断弁３３２は、電磁弁であり、図示しない制御部からの制御信号に基づき、管３２０の開閉を行う。水素処理部３３４は、管３２０を介してガス貯蔵室２１０から送られてきた水素ガスを処理する。かかる処理としては、例えば、水素ガスの検査処理や、図示しない水素ガスタンクに水素ガスを充填する処理などが該当する。
【００２３】
Ａ２．水素ガス貯蔵処理：
図５は、水素ガス貯蔵処理の手順を示す工程図である。この水素ガス貯蔵処理は、およそ７０．９ＭＰａの高圧水素ガスを生成して貯蔵する際に実行される。
【００２４】
水素ガスが充填された水素収容容器１１０を準備する（工程Ｐ１０５）。本実施形態では、図示しない陸上の水素製造プラントにおいて、水素ガスの生成および水素収容容器１１０への充填が行われる。本実実施形態では、水素収容容器１１０への充填時において、水素ガスは圧縮されずに充填される。なお、水素ガス貯蔵処理における目標圧力である７０．９ＭＰａよりも低い圧力まで圧縮されて、水素収容容器１１０に充填されてもよい。水素ガスが充填された多数の水素収容容器１１０は、船５００に積載されてガス貯蔵室２１０が配置された場所まで運ばれる。
【００２５】
水素収容容器１１０をガス貯蔵室２１０まで移送する（工程Ｐ１１０）。水素収容容器１１０の取付部１１２の開口１１９にガイド支柱１２０が通され、水素収容容器１１０が水中に投入される。水素収容容器１１０の重力が浮力に勝り、水素収容容器１１０は、ガイド支柱１２０にガイドされながら海底Ｂ１に向かって沈降する。沈降するにしたがって水圧が上昇し、水素収容容器１１０は、内側に凹むように変形する。このため、図１に模式的に示すように、水素収容容器１１０は、沈降するにしたがって次第に縮小する。その結果、水素ガス収容部１１１ａに充填されている水素ガスは圧縮されることとなる。水素収容容器１１０は、海底Ｂ１の近傍において、導入口２２１から水素ガス貯蔵部２２２の内部へと進入する。
【００２６】
図５に示すように、ガス放出部１５０により水素収容容器１１０から水素ガスを放出させてガス貯蔵室２１０に貯蔵する（工程Ｐ１１５）。水素ガス貯蔵部２２２に進入した水素収容容器１１０は、ガス放出部１５０により損傷を受ける。これにより、水素収容容器１１０内に充填されていた水素ガスは、水素ガス貯蔵部２２２内へと放出される。水素ガス収容部１１１ａ内に充填されていた水素ガスは、上記工程Ｐ１１０において、水圧により圧縮されており、およそ７０．９ＭＰａの圧力に達している。水素ガス貯蔵部２２２内へと放出された高圧の水素ガスは、図１に示すように、水素ガス貯蔵部２２２における天井部分に集まって貯蔵される。
【００２７】
図５に示すように、ガス貯蔵室２１０内に貯蔵されている水素ガスを、管３２０を用いて水素回収装置に導く（工程Ｐ１２０）。遮断弁３３２を閉弁状態から開弁状態に変化させることにより、水素ガス貯蔵部２２２に貯蔵されている高圧の水素ガスは、管３２０を介して水素処理部３３４へと送られる。水素処理部３３４に送られた水素ガスは、水素処理部３３４において、検査や、水素ガスタンクへの充填等の処理に用いられる。
【００２８】
以上述べた第１実施形態のガス貯蔵システムＳ１によれば、ガス貯蔵室２１０内の水素ガスをガス回収装置３３０に導く管３２０では、水深がより浅い位置における肉厚は水深がより深い位置における肉厚よりも大きいので、水深がより深い位置における肉厚を、水深がより浅い位置における肉厚以上とする構成に比べて、管３２０の材料を抑えることができ、ガス貯蔵システムＳ１の製造コストを抑制できる。
【００２９】
また、一般に水深がより浅い位置における管３２０の外圧、すなわちかかる水深における水圧は、水深がより深い位置における管３２０の外圧に比べて小さく、管３２０の内圧と外圧の圧力差は大きい。しかし、ガス貯蔵システムＳ１では、水深がより浅い位置における管３２０の肉厚はより大きいので、水深がより浅い位置における管３２０の圧力差に対する耐久性を向上させることができ、管３２０の損傷を抑制できる。
【００３０】
また、水深Ｄ１の水圧よりも低い圧力で水素ガスが充填された水素収容容器１１０がガス貯蔵室２１０まで移送されるので、移送の途中において水素収容容器１１０が水圧によって圧縮されることにより、内部に充填されている水素ガスを圧縮できる。また、ガス貯蔵室２１０には周りの海水が流入するので、ガス放出部１５０により水素収容容器１１０から放出された圧縮後の水素ガスを、圧縮されたままガス貯蔵室２１０内に貯蔵することができる。このため、水素ガスの圧力に耐え得るほどの大掛かりな設備を要せず、水素ガスの貯蔵コストを抑えることができる。このように、本実施形態のガス貯蔵システムＳ１によれば、水素ガスの圧縮および貯蔵のために、圧縮機や高圧に耐えうる保管設備を要しないので、水素ガスの圧縮および貯蔵に要するコストを抑えることができる。
【００３１】
Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態におけるガス貯蔵システムＳ２の概略構成を示す説明図である。第２実施形態のガス貯蔵システムＳ２は、移送部１００および回収部３００に代えて、移送回収部４００を備える点において、図１に示す第１実施形態のガス貯蔵システムＳ１と異なる。第２実施形態のガス貯蔵システムＳ２におけるその他の構成は、第１実施形態のガス貯蔵システムＳ１と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
移送回収部４００は、第１実施形態における移送部１００と回収部３００とを合わせた機能部である。すなわち、移送回収部４００は、水素ガスが充填された水素収容容器１１０を、ガス貯蔵室２１０まで導くと共に、ガス貯蔵室２１０内の水素ガスを回収する。移送回収部４００は、上述の管３２０に加えて、管３２０ａを備える。
【００３３】
管３２０ａは、第１実施形態の管３２０と同様に、ニッケルおよびチタンを含む合金により形成されている。管３２０ａの一端は、ガス回収装置３３０に接続されている。また、管３２０ａの他方の端部３２２は、図６に示すように、海底Ｂ１の近傍から鉛直上方に延びた構成を有する。端部３２２の端の開口は、水素ガス貯蔵部２２２内の天井近傍に位置している。管３２０ａの肉厚は、第１実施形態の管３２０に肉厚と同様である。すなわち、管３２０ａは、水深がより浅い位置における肉厚が、水深がより深い位置における肉厚よりも大きく構成されている。
【００３４】
図６に示すように、管３２０ａにガイドされながら海底Ｂ１に向かって沈降する水素収容容器１１０は、第１実施形態と同様に、水圧で圧縮されながらガス貯蔵室２１０へと向かう。導入口２２１からガス貯蔵室２１０内に進入した水素収容容器１１０は、ガス放出部１５０により損傷を受ける。これにより、水素ガス収容部１１１ａに充填された水素ガスは、水素ガス貯蔵部２２２内に放出される。水素ガス貯蔵部２２２内に貯蔵されている高圧の水素ガスは、管３２０ａの端部３２２の端の開口から管３２０ａの内部を通ってガス回収装置３３０へと導かれる。
【００３５】
以上説明した第２実施形態のガス貯蔵システムＳ２は、第１実施形態のガス貯蔵システムＳ１と同様な効果を有する。加えて、管３２０ａをガイドとして水素収容容器１１０を沈降させることができるので、沈降方向をガイドするために別部材を設ける構成に比べてガス貯蔵システムＳ２の製造コストを抑えることができる。
【００３６】
Ｃ．第３実施形態：
Ｃ１．システム構成：
図７は、第３実施形態におけるガス貯蔵システムＳ３の概略構成を示す説明図である。ガス貯蔵システムＳ３は、海中において水の電気分解を行うことにより、水圧相当の圧力の水素ガスを生成して貯蔵する。ガス貯蔵システムＳ３は、一対の電極１０と、ガス貯蔵室２０と、ガス回収装置３３０と、管４０と、配線５０とを備える。
【００３７】
一対の電極１０は、陰極１１と陽極１２とを備える。一対の電極１０は、水の電気分解に用いられる。一対の電極１０は、所定の水深Ｄ１の海底Ｂ１の近傍に配置され、周囲の水に曝されている。一対の電極１０は、ガス貯蔵室２０内に配置されている。一対の電極１０には、配線５０を介して、後述の電源装置５１０から直流電力が供給される。これにより、陰極１１では、下記式（１）に示す化学反応が起こり、水素ガスが発生する。また、陽極１２では、下記式（２）に示す化学反応が起こり、酸素ガスが発生する。
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２ＯＨ−・・・（１）
２ＯＨ−→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−・・・（２）
【００３８】
ガス貯蔵室２０は、海底Ｂ１に固定して設置されている。ガス貯蔵室２０は、一対の電極１０のうちの陰極１１に電流が流れることにより陰極１１において発生する水素ガス、換言すると、水の電気分解により陰極１１に発生する水素ガスを貯蔵する。ガス貯蔵室２０は、外壁部２１と、隔壁部２２とを有する。外壁部２１および隔壁部２２は、いずれも耐食性に優れた樹脂、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）により形成されている。後述するように、ガス貯蔵室２０の内部と外部とは連通しており、ガス貯蔵室２０の内圧と外圧の差圧は小さい。このため、ガス貯蔵室２０の材料として水深Ｄ１の水圧に耐え得るほどの耐久性は求められない。
【００３９】
外壁部２１は、ガス貯蔵室２０の外殻を形成する。本実施形態において、外壁部２１は、略円筒状の下方部２１１と、下方部２１１の上方に連なる上方部２１２とを有する。上方部２１２は、中空の円錐状の外観形状を有する。下方部２１１における海底Ｂ１の近傍には、周方向に互いに所定の距離だけ離れた並んだ複数の連通孔２６が形成されている。かかる連通孔２６は、下方部２１１の厚さ方向を貫く貫通孔として形成されている。このため、かかる連通孔２６を介してガス貯蔵室２０内には周囲の海水が流入する。換言すると、ガス貯蔵室２０の内部と外部とは連通している。
【００４０】
隔壁部２２は、上方部２１２の上方壁面２９からガス貯蔵室２０内に向けて鉛直下方に突出する板状部材により形成されている。隔壁部２２は、ガス貯蔵室２０内における上方を、一対の気体貯蔵部２３に区画する。一対の気体貯蔵部２３は、水素貯蔵部２４と、酸素貯蔵部２５とを備える。水素貯蔵部２４は、陰極１１に対応する貯蔵室である。具体的には、水素貯蔵部２４は、陰極１１の上方に位置し、陰極１１において生成される水素ガスを貯蔵する。酸素貯蔵部２５は、陽極１２に対応する貯蔵室である。具体的には、酸素貯蔵部２５は、陽極１２の上方に位置し、陽極１２において生成される酸素ガスを貯蔵する。
【００４１】
上述のように、ガス貯蔵室２０内には周りの海水が流入するため、ガス貯蔵室２０内において上記式（１）の化学反応により生じる水素ガスは、水深Ｄ１の水圧相当の圧力であるおよそ７０．９ＭＰａ（メガパスカル）の水素ガスである。したがって、水素貯蔵部２４には、およそ７０．９ＭＰａ（メガパスカル）の水素ガスが貯蔵される。
【００４２】
なお、ガス貯蔵室２０の外壁部２１には、一対の電極１０をそれぞれ各貯蔵部２４、２５に対応する位置に固定するための図示しない支持部が形成されている。なお、かかる支持部を、外壁部２１とは独立した部材として構成して海底Ｂ１に配置してもよい。
【００４３】
外壁部２１の上方部２１２のうち、酸素貯蔵部２５に対応する領域には、排気口２７が形成されている。排気口２７は、上方部２１２の厚さ方向を貫く貫通孔として形成されている。したがって、酸素貯蔵部２５は、連通孔２６および排気口２７を介して周囲の水が流入可能に構成されている。排気口２７は、上記式（２）の化学反応により陽極１２において発生してガス貯蔵室２０に溜まった酸素ガスを、ガス貯蔵室２０の外部へと排出する。
【００４４】
ガス回収装置３３０は、第１および第２実施形態におけるガス回収装置３３０と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
管４０は、ガス貯蔵室２０内とガス回収装置３３０とを連通し、ガス貯蔵室２０内の水素ガスをガス回収装置３３０に導く。管４０の大部分は海中において鉛直方向に沿って配置されている。管４０の一端は図示しない固定金具によりガス貯蔵室２０に固定され、他端は遮断弁３３２に接続されている。管４０の内部は、水素貯蔵部２４と連通している。管４０の肉厚は、第１実施形態の管３２０および第２実施形態の３２０ａの肉厚と同様である。すなわち、管４０は、水深がより浅い位置における肉厚が、水深がより深い位置における肉厚よりも大きく構成されている。本実施形態において、管４０は、ニッケルおよびチタンを含む合金により形成されている。管４０は、例えば、複数の部分管を継ぎ合わせて形成してもよい。
【００４６】
配線５０は、電源装置５１０と一対の電極１０とを電気的に接続する。配線５０は、管４０に沿って配置され、複数の位置において締結具４５により管４０に固定されている。このような構成により、潮流や波による変位に起因する配線５０の損傷を抑制できる。配線５０は、耐食性に優れた素材、例えばポリエチレンの被覆層で覆われている。電源装置５１０は、船５００に搭載された直流電源である。
【００４７】
船５００ａが図７に示す位置におらず、ガス貯蔵システムＳ３による水素ガスの生成が行われない状況（以下、「水素ガス非生成状況」と呼ぶ）では、配線５０における一対の電極１０と接続された側とは反対側の端部は、電源装置５１０に接続されていない。また、水素ガス非生成状況では、管４０におけるガス貯蔵室２０と接続された側とは反対側の端部は、遮断弁３３２に接続されていない。配線５０における電源装置５１０と接続されるべき端部と、管４０における遮断弁３３２に接続されるべき端部とは、水素ガス非生成状況において、互いに締結具４５で固定されると共に、海面に浮かぶブイに固定されている。
【００４８】
Ｃ２．水素ガス貯蔵処理：
図８は、第３実施形態の水素ガス貯蔵処理の手順を示す工程図である。この水素ガス生成処理は、およそ７０．９ＭＰａの高圧水素ガスを生成して貯蔵するために実行される。
【００４９】
電源に接続された一対の電極１０を所定の水深Ｄ１において周囲の水に曝して配置する（工程Ｐ１０５）。この工程Ｐ１０５は、複数の工程を含む。具体的には、海底Ｂ１にガス貯蔵室２０と一対の電極１０とを配置する工程と、管４０をガス貯蔵室２０に接続する工程と、管４０に沿って配線５０を配置すると共に、複数の締結具４５により配線５０を管４０に固定する工程と、管４０の海上側の端部と配線５０の海上側端部とを、図示しないブイに取り付ける工程と、電源装置５１０およびガス回収装置３３０を積載した船５００ａを、ガス貯蔵室２０の上方の位置に配置する工程と、ブイに取り付けられた配線５０の端部を電源装置５１０に接続する工程と、ブイに取り付けられた管４０の端部を遮断弁３３２に接続する工程と、を含む。なお、これらの工程のうちの多くの工程は、例えば、作業アームを有する潜水艇を利用して行なってもよい。
【００５０】
一対の電極１０に電流を流すことにより、陰極１１から水素ガスを発生させる（工程Ｐ１１０）。工程Ｐ１１０により発生した水素ガスをガス貯蔵室２０、より詳細には、水素貯蔵部２４に貯蔵する（工程Ｐ１１５）。ガス貯蔵室２０内に貯蔵された水素ガスを、管４０を用いてガス回収装置３３０に導く（工程Ｐ１２０）。このようにして、水深Ｄ１に配置された一対の電極１０のうちの陰極１１において発生したおよそ７０．９ＭＰａの水素ガスは、ガス貯蔵室２０において貯蔵され、また、管４０を介して水素処理部３３４へと導かれる。
【００５１】
以上説明した実施形態のガス貯蔵システムＳ３によれば、ガス貯蔵室２０内の水素ガスをガス回収装置３３０に導く管４０では、水深がより浅い位置における肉厚は水深がより深い位置における肉厚よりも大きいので、水深がより深い位置における肉厚を、水深がより浅い位置における肉厚以上とする構成に比べて、管４０の材料を抑えることができ、ガス貯蔵システムＳ１の製造コストを抑制できる。
【００５２】
加えて、海中において予め定められた水深Ｄ１に配置された一対の電極１０による水の電気分解によって水素ガスを生成するので、かかる水深Ｄ１の水圧、すなわち、およそ７０．９ＭＰａの圧力の水素ガスを発生させることができる。したがって、かかる水深Ｄ１よりも上方において水素ガスを生成する構成に比べて高圧の水素ガスを、圧縮機などの設備を用いずに生成でき、水素ガスの圧縮に要するコストを抑えて水素ガスを生成できる。また、生成された水素ガスを周囲の水が流入するガス貯蔵室２０に貯蔵するので、水素ガスを、かかる水深の水圧に相当する圧力の水素ガスのまま貯蔵することができる。このため、水素ガスの圧力に耐え得るほどの大掛かりな設備を要せず、水素ガスの貯蔵コストを抑えることができる。したがって、水素ガスの貯蔵のために高圧に耐えうる貯蔵設備を要しないので、水素ガスの貯蔵に要するコストを抑えることができる。
【００５３】
また、電源装置５１０と一対の電極１０とを電気的に接続する配線５０は、ガス貯蔵室２０内とガス回収装置３３０とを連通する管４０に沿って配置され、複数個所において管４０に固定されているので、配線５０が海中において何ら支持なく設置されている構成に比べて、潮流や波による変位を抑制して配線５０の損傷を抑制できる。
【００５４】
また、ガス貯蔵室２０は、ガス貯蔵室２０内の上方の空間を水素貯蔵部２４と酸素貯蔵部２５とに区画され、また、陰極１１は水素貯蔵部２４の下方に配置され、陽極１２は酸素貯蔵部２５の下方に配置され、管４０は水素貯蔵部２４と連通するので、水の電気分解により陽極１２から発生する酸素ガスを、管４０を介してガス回収装置３３０に導くことを抑制でき、高濃度の水素ガスをガス回収装置３３０に導くことができる。
【００５５】
Ｄ．他の実施形態：
Ｄ１．他の実施形態１：
各実施形態において、管３２０、３２０ａ、４０は、水深が深くなるにつれて肉厚が小さくなるように構成されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、管３２０、３２０ａ、４０は、水深が深くなるにつれて階段状に肉厚が小さくなるように構成されてもよい。管３２０、３２０ａ、４０が複数の部分管を継ぎ合わせて形成されている構成においては、各部分管のうち、より深い水深に設置される管ほど肉厚が小さくなるように構成してもよい。このような構成においても、各実施形態と同様な効果を奏する。
【００５６】
Ｄ２．他の実施形態２：
第１および第２実施形態において、水素収容容器１１０の本体部１１１は、アルミニウムにより形成されていたが、アルミニウムに限らず、他の任意の種類の金属により形成されてもよい。また、耐食性の向上を目的として、本体部１１１を樹脂により形成されてもよい。かかる構成においても、本体部１１１を、およそ７０．９ＭＰａよりも低い水圧環境下において変形が生じ、且つ、かかる水圧環境下でも亀裂が生じない程度の強度を有する構造とすることにより、各実施形態と同様な効果を奏する。このような水素収容容器１１０の本体部１１１として、例えば、水素ガス貯蔵用の燃料タンクに用いられる樹脂製のライナーを用いてもよい。
【００５７】
Ｄ３．他の実施形態３：
第１実施形態において移送部１００は、ガイド支柱１２０を備えていたが、本発明はこれに限定されない。海流が少ない領域では、ガイド支柱１２０を省略して、水素収容容器１１０を海中に投入して自重で沈降する構成としてもよい。また、他の構成として、例えば、ガイド支柱１２０に電動のリフトを備え付け、かかるリフトを用いて水素収容容器１１０をガス貯蔵室２１０まで導いてもよい。すなわち、一般には、水素ガスが充填された水素収容容器１１０を、ガス貯蔵室２１０まで導くことが可能な任意の構成を有する移送部を、本開示における移送部として用いてもよい。
【００５８】
Ｄ４．他の実施形態４：
各実施形態において、ガス貯蔵室２１０、２０は、水深７０００ｍの海底に配置されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、水深１０ｍから８０００ｍまでの範囲における任意の水深に配置されてもよい。より好ましくは、水深１００ｍから７０００ｍまでの範囲における任意の水深に配置されてもよい。この構成においては、かかる水深の位置が海底でなくてもよい。さらに、海に限らず、湖や沼など、任意の水環境に配置されてもよい。
【００５９】
Ｄ５．他の実施形態５：
第１および第２実施形態において、水素収容容器１１０への水素ガスの充填は、陸上において行われていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、船５００においてかかる充填が行われてもよい。また、ヘリコプターや飛行機など航空機内において飛行中に充填が行われ、船５００に搬送されてもよい。また、例えば、潜水艦内において、水深Ｄ１よりも上方の水深において充填されて船５００に搬送されてもよい。なお、かかる構成においては、潜水艦から直接、ガス貯蔵室２１０に水素収容容器１１０が移送されてもよい。また、水素収容容器１１０の海への投入は、船５００からに限らず、陸上や空中から行なわれてもよい。また、ガス回収装置３３０は、船５００ａに積載されていたが、これに代えて、陸上または海中に配置されていてもよい。例えば、第３実施形態のガス回収装置３３０を海中に配置する構成においては、一対の電極１０が配置された水深よりも上方にガス回収装置３３０を配置することにより、かかる水深において水素ガスを発生させる構成に比べて、より圧力の高い水素ガスを回収できる。
【００６０】
Ｄ６．他の実施形態６：
第３実施形態では、電源装置５１０は、船５００ａに積載されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、海底油田から原油を掘削するためのリグやプラットフォームや、水素ガス製造のための専用のリグやプラットフォームに積載されてもよい。また、例えば、電源装置５１０は、陸上に配置されていてもよい。かかる構成においては、電源装置５１０と一対の電極１０とを接続する配線を、陸上に近い位置まで海底Ｂ１に沿って配置し、電源装置５１０の配置位置近傍において、鉛直に配置して電源装置５１０と接続させてもよい。また、例えば、電源装置５１０を海中に配置してもよい。かかる構成においては、電源装置５１０を二次電池などにより構成し、充電後の電源装置５１０を海底Ｂ１に配置しておいてもよい。かかる構成においては、電源装置５１０を、スクリューや舵を備えた潜水艇として構成し、蓄電量が所定の閾値以下になった場合には、かかる電源装置５１０を海上まで浮上させるようにしてもよい。そして、充電後の電源装置５１０をガス貯蔵室２０の近傍まで沈降させてもよい。
【００６１】
Ｄ７．他の実施形態７：
第３実施形態において、隔壁部２２を省略してもよい。かかる構成においては、排気口２７を省略してもよい。かかる構成においては、ガス貯蔵室２０内に、水素ガスと酸素ガスの両方のガスが貯蔵されることとなる。しかし、水素ガスは、酸素ガスよりも比重が軽いため、ガス貯蔵室２０の内部においてより上方に貯蔵される。また、管４０は、ガス貯蔵室２０における上方部２１２と接続されている。このため、かかる構成においても、ガス貯蔵室２０に貯蔵された水素ガスを酸素ガスに比べて優先して、管４０を介してガス回収装置３３０に導くことができる。
【００６２】
Ｄ８．他の実施形態８：
第３実施形態では、水の電気分解により水素ガスを生成していたが、他の方法により水素ガスを生成してもよい。例えば、水深Ｄ１の水圧で開放される排気口を備えた断熱容器に液体水素を充填して、かかる断熱容器を船５００ａからガス貯蔵室２０に向かって投下して沈降させてもよい。また、かかる構成においては、断熱容器がガス貯蔵室２０内に向かうようにガイドする部材を予め用意してもよい。かかる構成では、沈降する断熱容器の排気口は、海底Ｂ１に達すると開く。このとき、断熱容器内に充填されていた液体水素が急激に気化して水素ガスが発生して断熱容器の外部へと排出される。断熱容器がガス貯蔵室２０内にガイドされる構成においては、断熱容器から排出された水素ガスはガス貯蔵室２０内に貯留されることとなる。なお、断熱容器としては、例えば、およそ７０．９ＭＰａの圧力（差圧）に耐え得る材料により形成された二重構造の容器を用いてもよい。また、かかる容器の外観形状を、略球状の外観形状としてもよい。かかる構成によれば、断熱容器を、より高圧に耐え得るようにできる。また、水深Ｄ１の水圧で開放される排気口としては、例えば、弁体と、かかる弁体を断熱容器の内側から外側に向けて付勢するバネ部材とを有する弁装置を備えた排気口として構成してもよい。かかる構成においては、バネ部材の付勢力を水深Ｄ１における水圧よりも小さく設定しておくことにより、水深Ｄ１の水圧で排気口を開放することができる。
【００６３】
Ｄ９．他の実施形態９：
第３実施形態においてガス貯蔵室２０は、海底Ｂ１に固定的に設置されていたが、これに代えて、ガス貯蔵室２０を移動式の部屋としてもよい。具体的には、通常時はガス貯蔵室２０を船５００ａに積載しておき、水素ガス生成処理の工程Ｐ１０５において、ガス貯蔵室２０を船５００ａから海中に投下して、海底Ｂ１近傍まで沈降させてもよい。このとき、管４０をガイド部材として利用してガス貯蔵室２０を沈降させてもよい。例えば、上方部２１２に排気口２７とは別に貫通孔を予め形成しておき、かかる貫通孔に管４０を挿入して、その状態のまま管４０によってガイドされながらガス貯蔵室２０を沈降させてもよい。この構成においては、ガス貯蔵室２０が最も沈降した状態において、貫通孔から管４０が外れないように、管４０の端部を大きなフランジ状に形成しておいてもよい。また、かかる構成においては、一対の電極１０を予めガス貯蔵室２０に固定しておき、ガス貯蔵室２０と一緒に沈降させてもよい。
【００６４】
Ｄ１０．他の実施形態１０：
各実施形態では、ガス貯蔵システムＳ１〜Ｓ３は、いずれも水素ガスを貯蔵していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、酸素ガス、窒素ガス、液化天然ガスなど、任意の種類のガスを貯蔵してもよい。例えば、第３実施形態のガス貯蔵システムＳ３においては、管４０の接続先を水素貯蔵部２４に代えて酸素貯蔵部２５にすることにより、水の電気分解により生じた酸素ガスを酸素貯蔵部２５に貯蔵し、また、管４０を利用して酸素貯蔵部２５内の酸素ガスをガス回収装置３３０に導いてもよい。
【００６５】
Ｄ１１．他の実施形態１１：
各実施形態におけるガス貯蔵システムＳ１〜Ｓ３の構成は、あくまでも一例であり、様々に変更可能である。例えば、第１および第２実施形態において、ガイド支柱１２０、および管３２０，３２０ａは、いずれもニッケルおよびチタンを含む合金により形成されていたが、他の任意の種類の金属、樹脂、セラミックスなど任意の材料により形成してもよい。また、各実施形態において、ガス回収装置３３０が圧縮機を備える構成としてもよい。かかる構成においては、例えば、ガス貯蔵室２１０が水深７０００ｍよりも浅い位置に配置されている場合に、水圧により圧縮された水素ガスを、圧縮機を用いてさらに７０．９ＭＰａまで圧縮することができる。このような構成においても、水圧により圧縮されていない水素ガスを圧縮する構成に比べて、例えば、多段に圧縮する複数の圧縮機のうちの一部を省略できる、或いは、圧縮に要する電力を抑えることができる、といった効果を奏する。また、各実施形態において、工程Ｐ１２０を省略してもよい。すなわち、水素ガス圧縮処理から回収工程を省略し、別処理として回収処理を実行してもよい。また、各実施形態において、ガス回収装置３３０は、水素ガス貯蔵部２２２内の水素ガスを管３２０、３２０ａを介して水素処理部３３４に積極的に送るためのポンプを備えてもよい。また、第３実施形態において、隔壁部２２を省略しないまま排気口２７のみを省略してもよい。また、第３実施形態において外壁部２１および隔壁部２２は、ポリエチレンにより形成されていたが、ポリエチレンに代えて、他の任意の種類の樹脂、金属、およびセラミックス等の任意の材料により形成されてもよい。また、第３実施形態において、海水中の配線５０の全体が管４０に固定されていてもよい。
【００６６】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｂ１…海底、Ｄ１…水深、Ｓ１…ガス貯蔵システム、Ｓ２…ガス貯蔵システム、Ｓ３…ガス貯蔵システム、１０…電極、１１…陰極、１２…陽極、２０…ガス貯蔵室、２１…外壁部、２２…隔壁部、２３…気体貯蔵部、２４…水素貯蔵部、２５…酸素貯蔵部、２６…連通孔、２７…排気口、２９…上方壁面、４０…管、４５…締結具、５０…配線、１００…移送部、１１０…水素収容容器、１１１…本体部、１１１ａ…水素ガス収容部、１１２…取付部、１１３…重り部、１１９…開口、１２０…ガイド支柱、１５０…ガス放出部、２００…貯蔵部、２１０…ガス貯蔵室、２１１…下方部、２１２…上方部、２２１…導入口、２２２…水素ガス貯蔵部、３００…回収部、３２０…管、３２０ａ…管、３２１…流路、３２２…端部、３３０…ガス回収装置、３３２…遮断弁、３３４…水素処理部、４００…移送回収部、５００…船、５００ａ…船、５１０…電源装置、Ｐ１…第１領域、Ｐ２…第２領域、Ｗ１ａ…肉厚、Ｗ１ｄ…肉厚、Ｗ１ｕ…肉厚、Ｗ２ａ…肉厚、Ｗ２ｄ…肉厚、Ｗ２ｕ…肉厚
【図１】
2020012481.tif 000003
【図２】
2020012481.tif 000004
【図３】
2020012481.tif 000005
【図４】
2020012481.tif 000006
【図５】
2020012481.tif 000007
【図６】
2020012481.tif 000008
【図７】
2020012481.tif 000009
【図８】
2020012481.tif 000010