(57)【要約】【解決手段】ガスボンベ内に封入した液化ガスを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出する方法であって、液化ガスを液体状態でポンプのうちの第１ポンプに供給し、この第１ポンプによって、第１ポンプの下流側に配置した第２ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスを最も小さくてもその飽和蒸気圧ＰＶよりも高い圧力ｐｍｉｎとなるように予備加圧する。【効果】第１ポンプ内での気泡の発生を容易に防止することができ、従来のような過冷却等の特別な方法を用いずに液化ガスを所定の圧力確実に送出することが容易にできる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に封入した液化ガスを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出する方法であって、
前記液化ガスを液体状態で前記ポンプのうちの上流側ポンプに供給し、
この上流側ポンプによって、上流側ポンプの下流側に配置した下流側ポンプの液化ガス吸引時に、前記液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるように予備加圧することを特徴とする液化ガス圧送方法。
【請求項２】
炭化水素を原料として改質反応により改質ガスを生成し、この改質ガスから水素分離膜により水素を選択的に分離することにより高純度の水素を製造する水素製造方法であって、
容器内に封入した前記炭化水素からなる液化ガスを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出するために、前記液化ガスを液体状態で上流側ポンプに供給し、この上流側ポンプによって、上流側ポンプの下流側に配置した下流側ポンプの液化ガス吸引時に、前記液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるようにを予備加圧することで、この予備加圧後の液化ガスを原料として水素を得ることを特徴とする水素製造方法。
【請求項３】
容器内に封入した液化ガスを直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出する液化ガス圧送装置において、
この液化ガス圧送装置は、容器内の液化ガスを吸引して昇圧させる上流側ポンプと、この上流側ポンプの下流側に接続するとともに前記液化ガスを所定の圧力に昇圧させる下流側ポンプとからなり、上流側ポンプは、下流側ポンプの液化ガス吸引時に、前記液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるように予備加圧することを特徴とする液化ガス圧送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のポンプによる液化ガス圧送方法、水素製造方法及び液化ガス圧送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化ガス圧送装置及び液化ガス圧送方法として、過冷却手段を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１０６７８９公報（第３−４頁、図１）
【０００４】
特許文献１の図１を以下の図４で説明する。なお、符号は振り直した。
図４は従来の液化ガス圧送装置の系統図であり、液化ガス容器１０１、液溜め容器１０２、ポンプ１０３、蒸発器１０４及び高圧ガス容器１０５を順に接続した液化ガス圧送設備を示す。
【０００５】
過冷却手段としての液溜め容器１０２は、断熱構造を有する密閉容器であって、液化ガス容器１０２に接続した液化ガス流入経路１０７と、液溜め容器１０２の液相部１０８とポンプ１０３の吸込口１１１とを接続する液化ガス流出経路１１２と、液溜め容器１０２の気相部１１３のガスを放出するガス放出経路１１４及びガス放出経路１１４に設けたガス放出弁１１５と、ポンプ１０３のガス抜き口１１７に接続したガス抜き経路１１８とを備える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した液化ガス圧送設備では、過冷却状態とするために上記した多くの構成を備える液溜め容器１０２を必要とするため、設備の構成が複雑になり、コストアップを招く。
また、過冷却状態とするために液化ガスの温度や圧力の管理を精度よく行う必要があり、液化ガス圧送方法として工程が複雑になる。
【０００７】
更に、例えば、この液化ガス圧送設備を水素製造方法に用いる場合、液化ガス圧送設備、改質器、水素分離装置の順に設けて、液化ガスから水素を得るようにすると、液化ガス圧送設備の工程が複雑であるから、水素製造方法全体の工程数が増え、生産性が低下することになる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、液化ガスを容易に圧送できる液化ガス圧送方法と、この液化ガス圧送方法を用いて工程数の増加を抑えた水素製造方法と、構成を簡素化できる液化ガス圧送装置とを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、容器内に封入した液化ガスを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出する方法であって、液化ガスを液体状態でポンプのうちの上流側ポンプに供給し、この上流側ポンプによって、上流側ポンプの下流側に配置した下流側ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるように予備加圧することを特徴とする。
【００１０】
上流側ポンプによって、下流側ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるようにを予備加圧することで、下流側ポンプ内での気泡の発生を容易に防止することができ、従来のような過冷却等の特別な方法を用いずに液化ガスを所定の圧力で確実に送出することが容易にできる。
【００１１】
請求項２は、炭化水素を原料として改質反応により改質ガスを生成し、この改質ガスから水素分離膜により水素を選択的に分離することにより高純度の水素を製造する水素製造方法であって、容器内に封入した炭化水素からなる液化ガスを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出するために、液化ガスを液体状態で上流側ポンプに供給し、この上流側ポンプによって、上流側ポンプの下流側に配置した下流側ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるようにを予備加圧することで、この予備加圧後の液化ガスを原料として水素を得ることを特徴とする。
【００１２】
水素製造方法に上記液化ガス圧送方法を採用することで、液化ガス圧送方法を含む水素製造方法の工程数の増加を抑え、生産性を高めることができる。
【００１３】
請求項３は、容器内に封入した液化ガスを直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出する液化ガス圧送装置において、この液化ガス圧送装置を、容器内の液化ガスを吸引して昇圧させる上流側ポンプと、この上流側ポンプの下流側に接続するとともに液化ガスを所定の圧力に昇圧させる下流側ポンプとから構成し、上流側ポンプでは、下流側ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるように予備加圧することを特徴とする。
【００１４】
液化ガス圧送装置を上流側ポンプと下流側ポンプとから構成し、この液化ガス圧送装置で液化ガスを圧送することで、簡単な構成で液化ガスを所定の圧力の液体状態として確実に送出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る液化ガス圧送装置を備える水素製造装置の系統図であり、水素製造装置１０は、液化ガス１１ａを入れた容器としてのガスボンベ１１と、このガスボンベ１１から延ばした液化ガス配管１２と、この液化ガス配管１２の先端に接続した水素発生装置１３と、この水素発生装置１３から排出するガスの出口となるガス出口管１３ａに設けたバックプレッシャレギュレータ１４と、上記の液化ガス配管１２の途中に設けた液化ガス流量調整バルブ１５、上流側ポンプとしての第１ポンプ１６及び下流側ポンプとしての第２ポンプ１７とからなる。
上記した第１ポンプ１６及び第２ポンプ１７は、液化ガス圧送装置１８を構成するものである。
【００１６】
ガスボンベ１１は、倒立させることで出口２１を最下部に位置するようにして出口２１に液相２２が臨むようにしたものである。なお、２３はガスボンベ１１内にできる気相である。
液化ガスとしては、ノルマルブタンガス、イソブタンガス、プロパンガス、オートガス、液化天然ガスが好適である。
【００１７】
水素発生装置１３は、改質触媒を充填した改質触媒層２６と、この改質触媒層２６の内側に配置した水素分離層２７と、改質触媒層２６内の改質触媒を所定温度まで昇温させて改質反応を促進させるために改質触媒層２６の外方に設けたヒータ２８，２８と、改質触媒層２６に水を供給する水供給管３１と、改質触媒層２６に空気を供給する空気供給管３２と、前述のガス出口管１３ａと、水素分離層２７から水素を回収する水素回収管３３とからなる。
【００１８】
改質触媒層２６は、改質触媒を内蔵するものであり、この改質触媒を高温に保った状態で原料ガス及び水（場合によっては、原料ガス及び空気、あるいは原料ガス、水及び空気）を供給することで改質反応を起こし、水素、二酸化炭素、微量の一酸化炭素を生成する。
【００１９】
水素分離層２７は、改質触媒層２６内で改質してできた改質ガス中の水素のみを改質触媒層２６内の圧力で水素分離膜を介して分離するものであり、改質触媒層２６に隣接させた水素分離膜と、水素分離膜の内側に形成したチャンバとからなる。
【００２０】
第１ポンプ１６は、液化ガスを予備加圧して第１ポンプ１７へ送る装置であり、第２ポンプ１７が液化ガスを吸引するときに、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるようにを加圧する。
【００２１】
第２ポンプ１７は、第１ポンプ１６で予備加熱された液化ガスを液体状態で所定圧力まで加圧して水素発生装置１３へ圧送する装置である。
バックプレッシャレギュレータ１４は、第２ポンプ１７により加圧するときの圧力値を調整する装置、即ち、水素発生装置１３の改質触媒層２６内の圧力を調整する装置である。
【００２２】
このように、水素製造装置１０は、液化ガス１１ａを原料とすることで、例えば、高圧ガス等を原料とするのに比べて、ガスボンベ１１内の圧力が低圧で済み、またガスボンベ１１が小型になって、取り扱い性を向上させることができる。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第１・第２ポンプを示す説明図であり、（ａ）で構造を説明し、（ｂ），（ｃ）で作用を説明する。なお、第１ポンプ１６と第２ポンプ１７とは同一構造であり、以下では第１ポンプ１６について説明し、第２ポンプ１７の説明は省略する。
（ａ）において、第１ポンプ１６は、ダイヤフラム形式のものであり、ポンプケース３６と、このポンプケース３６に付設した駆動部３７とからなる。
ポンプケース３６は、ポンプ室４１と、このポンプ室４１の側壁を形成するダイヤフラム４２と、ポンプ室４１の入口に設けた入口バルブ４３と、ポンプ室４１の出口に設けた出口バルブ４４とからなる。
【００２４】
ダイヤフラム４２は、断面を円弧状に形成した弾性を有する部材である。
入口バルブ４３は、一方向弁であり、ポンプ室４１に一体成形した入口バルブケース４６と、この入口バルブケース４６のガスボンベ１１（図１参照）側に設けた入口管４７と、この入口管４７を閉じることができるように入口バルブケース４６内に設けたボール４８と、入口バルブケース４６のポンプ室４１側に設けた通孔５１…（…は複数個を表す。以下同じ。）付きの隔壁５２とからなる。
【００２５】
出口バルブ４４は、一方向弁であり、ポンプ室４１に一体成形した出口バルブケース５４、この出口バルブケース５４の第２ポンプ１７（図１参照）側に設けた出口管５５と、この出口管５５を閉じることができるように出口バルブケース５４内に設けたボール５６と、出口バルブケース４６の第２ポンプ１７側に設けた通孔５７…付きの隔壁５８とからなる。
【００２６】
駆動部３７は、ダイヤフラム４２に取付けたプランジャ６１と、このプランジャ６１に一体に設けたフランジ６２と、このフランジ６２を吸引するソレノイド６３と、プランジャ６１の一部及びフランジ６２を移動可能に収納するとともにソレノイド６３を内蔵する駆動ケース６４とからなる。
【００２７】
以上に述べた第１ポンプ１６の作用を次に説明する。
（ａ）において、ソレノイド６３に通電してフランジ６２をソレノイド６３側に吸引すると、（ｂ）に示すように、プランジャ６１が軸方向に移動し、ダイヤフラム４２がほぼ平坦になるように撓み、ポンプ室４１の容積を減少させてポンプ室４１内の圧力を高める。この結果、ポンプ室４１内に貯まっていた液化ガスは出口バルブ４４のボール５６を押し退け、隔壁５８の通孔５７…を通って第２ポンプ側に流れる。
【００２８】
次に、ソレノイドの通電を止めると、ダイヤフラム４２は弾性力によって、（ｃ）に示すように、元の状態（（ａ）の状態）に戻る。この結果、ポンプ室４１の容積が増加し、ポンプ室４１内の圧力が低下する。従って、液化ガスがガスボンベ側からボール４８を押し退けて入口バルブ４３内に流れ込み、更に隔壁５２の通孔５１…を通ってポンプ室４１内に流れ込む。
以上に述べたソレノイドへの通電を間欠的に行うことで、液化ガスの送出を連続的に行うことができる。
【００２９】
図３は本発明に係る第１・第２ポンプにより発生する圧力を示すグラフであり、縦軸は第１ポンプ内圧Ｐ１１、第１ポンプ出口圧Ｐ１２、第２ポンプ内圧Ｐ２１及び第２ポンプ出口圧Ｐ２２、横軸は時間Ｔを表す。
第１ポンプ内圧Ｐ１１及び第２ポンプ内圧Ｐ２１は、ポンプ室４１（図２参照）内の圧力（図２（ａ）に示したＡ点の圧力であり、ゲージ圧である。）、第１ポンプ出口圧Ｐ１２及び第２ポンプ出口圧Ｐ２２は出口バルブ４４内の圧力（図２（ａ）に示したＢ点の圧力であり、ゲージ圧である。）である。
【００３０】
図１において、液化ガス流量調整バルブ１５を開けて液化ガスの流量を所定流量に調整し、第１ポンプ１６のソレノイド６３（図２（ａ）参照）に通電を開始する。これにより、ガスボンベ１１内の気相２３の圧力、即ち液化ガスの蒸気圧によって、液化ガスが第１ポンプ１６側に流出する。
【００３１】
図３において、第１ポンプ内圧Ｐ１１は、時間ｔ１を始点として前述の液化ガスの飽和蒸気圧ＰＶ（以下、単に「蒸気圧ＰＶ」と記す。）を中央値とした振幅（ｐ４−ｐ３）、周期ｄｔ１のパルス状の変化を繰り返す。
【００３２】
第１ポンプ出口圧Ｐ１２は、第１ポンプ内圧Ｐ１１が蒸気圧ＰＶより小さくなったときでも、図２（ｃ）に示したように、出口バルブ４４内はボール５６によってポンプ室４１内と隔離されるために、図３において、蒸気圧ＰＶよりも低下しない。
【００３３】
従って、第１ポンプ出口圧Ｐ１２は、時間ｔ１にて蒸気圧ＰＶからｐ５まで立ち上がる。この圧力ｐ５は圧力ｐ４にほぼ等しい。
そして、第１ポンプ出口圧Ｐ１２が立ち上がった後は、第１ポンプ内圧Ｐ１１がｐ４のときにｐ５となり、第１ポンプ内圧Ｐ１１がｐ３のときには徐徐に低下する。このときの圧力低下量はｄｒ１である。
【００３４】
第２ポンプ内圧Ｐ２１は、まず、第１ポンプ出口圧Ｐ１２と同様に、時間ｔ１を始点として蒸気圧ＰＶから圧力ｐ６まで立ち上がり、時間ｔ２までその圧力ｐ６を維持する。そして、時間ｔ２にて第２ポンプのソレノイドに通電を開始する。この結果、第２ポンプ内圧Ｐ２１は時間ｔ２で圧力ｐ６から圧力ｐ７まで立ち上がり、以降は圧力ｐ６を中央値として振幅（ｐ７−ｐｍｉｎ）、周期ｄｔ２のパルス状の変化を繰り返す。
【００３５】
このとき、第２ポンプ内圧Ｐ２１の圧力最小値ｐｍｉｎは蒸気圧ＰＶよりも大きくなるように設定する。即ち、第２ポンプ圧力Ｐ２１を液化ガスの蒸気圧ＰＶよりも大きくすることで、第２ポンプ内で液化ガスが気泡になるのを防止することができ、液化ガスを液体の状態で且つ圧力の低下を抑えつつ確実に水素発生装置へ供給することができる。
【００３６】
第２ポンプ出口圧Ｐ２２は、時間ｔ１にて蒸気圧ＰＶから圧力ｐ８まで立ち上がり、時間ｔ２まで圧力ｐ８を維持し、時間ｔ２にて圧力ｐ８から圧力ｐ９まで立ち上がる。この圧力ｐ９は圧力ｐ７にほぼ等しい。
そして、以降は第２ポンプ内圧Ｐ２１がｐ７のときにｐ９となり、第２ポンプ内圧Ｐ２１がｐｍｉｎのときには徐徐に低下する。このときの圧力低下量はｄｒ２である。
【００３７】
以上に示したように、第１ポンプでは、出口圧Ｐ１２を圧力ｐ５まで予備加圧し、第２ポンプでは、第１ポンプの出口圧ｐ５をベースにして圧力ｐ９まで高める。
【００３８】
以上の図１及び図３で説明したように、本発明は第１に、ガスボンベ１１内に封入した液化ガス１１ａを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出する方法であって、液化ガス１１ａを液体状態でポンプのうちの第１ポンプ１６に供給し、この第１ポンプ１６によって、第１ポンプ１６の下流側に配置した第２ポンプ１７の液化ガス吸引時に、液化ガス１１ａをその飽和蒸気圧ＰＶよりも高い圧力、即ち圧力最小値ｐｍｉｎとなるように予備加圧することを特徴とする。
【００３９】
第１ポンプ１６によって、第２ポンプ１７の液化ガス吸引時に、液化ガス１１ａを、最も小さくてもその飽和蒸気圧ＰＶよりも高い圧力ｐｍｉｎとなるように予備加圧することで、第２ポンプ１７内での気泡の発生を容易に防止することができ、従来のような過冷却等の特別な方法を用いずに液化ガス１１ａを所定の圧力ｐ９で確実に送出することが容易にできる。
【００４０】
本発明は第２に、炭化水素を原料として改質反応により改質ガスを生成し、この改質ガスから水素分離膜により水素を選択的に分離することにより高純度の水素を製造する水素製造方法であって、ガスボンベ１１内に封入した炭化水素からなる液化ガス１１ａを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出するために、液化ガス１１ａを液体状態で第１ポンプ１６に供給し、この第１ポンプ１６によって、第１ポンプ１６の下流側に配置した第２ポンプ１７の液化ガス吸引時に、液化ガス１１ａを、最も小さくてもその飽和蒸気圧ＰＶよりも高い圧力ｐｍｉｎとなるように予備加圧することで、この予備加圧後の液化ガス１１ａを原料として水素を得ることを特徴とする。
水素製造方法に上記液化ガス圧送方法を採用することで、液化ガス圧送方法を含む水素製造方法の工程数の増加を抑え、生産性を高めることができる。
【００４１】
本発明は第３に、ガスボンベ１１内に封入した液化ガス１１ａを直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出する液化ガス圧送装置１８において、この液化ガス圧送装置１８を、ガスボンベ１１内の液化ガス１１ａを吸引して昇圧させる第１ポンプ１６と、この第１ポンプ１６の下流側に接続するとともに液化ガス１１ａを所定の圧力ｐ９に昇圧させる第２ポンプ１７とから構成し、第１ポンプ１６では、第２ポンプ１７の液化ガス吸引時に、液化ガス１１ａを、最も小さくてもその飽和蒸気圧ＰＶよりも高い圧力ｐｍｉｎとなるように予備加圧することを特徴とする。
【００４２】
液化ガス圧送装置１８を第１ポンプ１６と第２ポンプ１７とから構成し、この液化ガス圧送装置１８で液化ガス１１ａを圧送することで、簡単な構成で液化ガス１１ａを所定の圧力の液体状態として確実に送出することができる。
【００４３】
尚、本実施の形態では、ポンプを第１ポンプと第２ポンプとしたが、これに限らず、水素発生装置内の圧力設定に応じてこれらの第１ポンプ及び第２ポンプに別のポンプを更に直列に接続してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の液化ガス圧送方法は、液化ガスを液体状態でポンプのうちの上流側ポンプに供給し、この上流側ポンプによって、上流側ポンプの下流側に配置した下流側ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるように予備加圧するので、下流側ポンプ内での気泡の発生を容易に防止することができ、従来のような過冷却等の特別な方法を用いずに液化ガスを所定の圧力で確実に送出することが容易にできる。
【００４５】
請求項２の水素製造方法は、容器内に封入した炭化水素からなる液化ガスを、直列に配置した少なくとも２台のポンプで昇圧して送出するために、液化ガスを液体状態で上流側ポンプに供給し、この上流側ポンプによって、上流側ポンプの下流側に配置した下流側ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるようにを予備加圧することで、この予備加圧後の液化ガスを原料として水素を得るので、水素製造方法に上記液化ガス圧送方法を採用することにより、液化ガス圧送方法を含む水素製造方法の工程数の増加を抑え、生産性を高めることができる。
【００４６】
請求項３の液化ガス圧送装置は、容器内の液化ガスを吸引して昇圧させる上流側ポンプと、この上流側ポンプの下流側に接続するとともに液化ガスを所定の圧力に昇圧させる下流側ポンプとから構成し、上流側ポンプでは、下流側ポンプの液化ガス吸引時に、液化ガスをその飽和蒸気圧よりも高い圧力となるように予備加圧するので、簡単な構成で液化ガスを所定の圧力の液体状態として確実に送出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液化ガス圧送装置を備える水素製造装置の系統図
【図２】本発明に係る第１・第２ポンプを示す説明図
【図３】本発明に係る第１・第２ポンプにより発生する圧力を示すグラフ
【図４】従来の液化ガス圧送装置の系統図
【符号の説明】
１１…容器（ガスボンベ）、１１ａ…液化ガス、１６…上流側ポンプ（第１ポンプ）、１７…下流側ポンプ（第２ポンプ）、１８…液化ガス圧送装置、ｐ９…所定の圧力、ＰＶ…飽和蒸気圧。
【図１】
2004257475.tif 000003
【図２】
2004257475.tif 000004
【図３】
2004257475.tif 000005
【図４】
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