(57)【要約】【課題】水素ステーションにおける各種監視を簡易な設備で一元管理することのできる水素ステーションの防災設備を提供する。【解決手段】水素を貯蔵する貯蔵タンク１３を有する水素ステーションの防災設備において、貯蔵タンク１３の表面には、当該表面と共に変形するように敷設される光ファイバ４０と、光ファイバ４０の長さ方向に沿う温度及びひずみの分布を検出する検出器３４とを有する。検出器３４は、光ファイバ４０のコアに任意の波長範囲の光を入射し、入射した光が入射側に反射された光を検出することにより、光ファイバ４０の長さ方向に沿う温度及びひずみの分布を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を貯蔵する貯蔵タンクを有する水素ステーションの防災設備において、
前記貯蔵タンクの表面には、当該表面と共に変形するように敷設される光ファイバと、該光ファイバの長さ方向に沿う温度及びひずみの分布を検出する検出器とを有することを特徴とする水素ステーションの防災設備。
【請求項２】
前記検出器は、前記光ファイバのコアに任意の波長範囲の光を入射し、該入射した光が入射側に反射された光を検出することにより、前記光ファイバの長さ方向に沿う温度及びひずみの分布を検出することを特徴とする請求項１に記載の水素ステーションの防災設備。
【請求項３】
前記光ファイバは、前記検出器を設置する建物の窓及び／又は出入口と連動して移動又は変形する連動体に敷設され、前記検出器により前記窓及び／又は出入口の開閉を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の水素ステーションの防災設備。
【請求項４】
前記光ファイバは、前記水素ステーションに設置される水素製造装置及び／または水素の圧縮機に敷設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素ステーションの防災設備。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記水素ステーションに設置される水素の圧縮機に敷設されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素ステーションの防災設備。
前記光ファイバは、前記水素ステーションに設置される水素製造装置、圧縮機、貯蔵タンクの少なくともいずれか１つが有する継手部に敷設されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素ステーションの防災設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体水素や圧縮水素を貯蔵して燃料電池自動車などに水素を供給する水素ステーションの防災設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を燃料として用いる燃料電池自動車は、走行時に二酸化炭素を排出せず、また、大気汚染の原因となるＮＯｘ等の物質も排出しない。また、数分程度の燃料供給で数百ｋｍの走行が可能であるので、充電に時間を要する電気自動車よりも利便性が高い。このため、将来の普及を見込んだ燃料電池自動車に対する技術開発が行われている。
【０００３】
燃料電池自動車に対する燃料供給は、水素ステーションにおいて行われる。水素ステーションには、工場などで製造され輸送された水素を貯蔵して供給するオフサイト型と、ステーション内でＬＰＧなどの原料を改質し水素を製造して供給するオンサイト型とがある。
【０００４】
水素が漏洩、引火すると大規模な爆発を起こす可能性もあるので、いずれの形式であっても、水素の貯蔵タンク等を配置する区画は、所定の強度及び高さを有する障壁で取り囲むことが求められている。また、万一水素ステーション内で火災が発生した場合には、大きな災害となる可能性があるので、通常の設備に比べてより厳重な防火設備を設ける必要がある。かかる防火設備を備えた水素ステーションとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６６０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水素ステーションにおいては、火災発生を始めとする様々な監視が行われる。例えば、水素の貯蔵タンク等高圧水素のある設備は、温度が高くなると内部圧力が上昇することによる設備破壊を生じるおそれがあるので、表面温度が所定以上とならないように常時監視されている。仮に表面温度が所定以上となった場合には、水を噴霧するなどして貯蔵タンクの温度を下げる必要がある。貯蔵タンクの表面温度を監視するために、貯蔵タンクの近傍には温度検出器が設けられる。また、火災発生を検出するために、火災感知器が設けられる。
【０００７】
水素の貯蔵タンクにおける異常は、火災などにつながりかねないため、表面温度だけでなく、ひずみなども計測できることが望ましい。この場合には、貯蔵タンクの表面にひずみゲージなどのセンサを配置し、監視装置と接続する必要がある。
【０００８】
また、水素ステーションにおける機器の制御、監視などを行う制御盤は、障壁が設けられた区画とは別に区画された事務所などの部屋に設置することが求められる。この場合に、事務所の窓や出入口から不審者が侵入することを監視する必要がある。このために、事務所には防犯監視装置が設けられる。
【０００９】
このように、水素ステーションでは火災発生監視や温度監視、防犯監視など様々な監視を行うために、それぞれ異なる監視装置を設けており、水素ステーションにおける監視の一元管理や低コスト化を妨げている。
【００１０】
本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、水素ステーションにおける各種監視を簡易な設備で一元管理することのできる水素ステーションの防災設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る水素ステーションの防災設備は、水素を貯蔵する貯蔵タンクを有する水素ステーションの防災設備において、
前記貯蔵タンクの表面には、当該表面と共に変形するように敷設される光ファイバと、該光ファイバの長さ方向に沿う温度及びひずみの分布を検出する検出器とを有することを特徴として構成されている。
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、貯蔵タンクの局所的な温度変化を検出し、監視することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明に係る水素ステーションの防災設備は、前記検出器は、前記光ファイバのコアに任意の波長範囲の光を入射し、該入射した光が入射側に反射された光を検出することにより、前記光ファイバの長さ方向に沿う温度及びひずみの分布を検出することを特徴として構成されている。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、比較的簡単な構成により、光ファイバの長さ方向に沿う温度変化分布及びひずみ分布を測定することができる。
【００１５】
さらに、請求項３の発明に係る水素ステーションの防災設備は、前記光ファイバは、前記検出器を設置する建物の窓及び／又は出入口と連動して移動又は変形する連動体に敷設され、前記検出器により前記窓及び／又は出入口の開閉を検出することを特徴として構成されている。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、貯蔵タンクの温度変化検出と同様の構成により、建物の防犯監視を行うことができる。
【００１７】
さらにまた、請求項４の発明に係る水素ステーションの防災設備は、前記光ファイバは、前記水素ステーションに設置される水素製造装置及び／または水素の圧縮機に敷設されることを特徴として構成されている。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、貯蔵タンクの温度変化検出と同様の構成により、水素製造装置や水素の圧縮機の異常検出を行うことができる。
【００１９】
そして、請求項５の発明に係る水素ステーションの防災設備は、前記光ファイバは、前記水素ステーションに設置される水素製造装置、圧縮機、貯蔵タンクの少なくともいずれか１つが有する継手部に敷設されることを特徴前記光ファイバは、前記水素ステーションに設置される水素の圧縮機に敷設されることを特徴として構成されている。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、継手部の緩み等による水素の漏洩を検出することができる。貯蔵タンクの温度変化検出と同様の構成により、水素の圧縮機の異常検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る水素ステーションの防災設備によれば、光ファイバの敷設により、貯蔵タンクの温度変化を検出でき、同じ構成を用いて他の機器の異常検出や、建物の防犯監視を行うこともでき、水素ステーションにおける各種監視を一元化したシステムで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態における防災設備を備えた水素ステーションの構成図である。
【図２】防災設備の構成図である。
【図３】検出器における波形例である。
【図４】検出用光ファイバを敷設した貯蔵タンクの正面図である。
【図５】別のパターンで検出用光ファイバを敷設した貯蔵タンクの正面図である。
【図６】検出用光ファイバを敷設した窓の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における防災設備を備えた水素ステーションの構成図を示している。この図に示す水素ステーションは、ガソリンスタンドを併設しており、また、燃料を改質してステーション内で水素を製造することが可能なオンサイト型として構成されている。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態の水素ステーションは、道路１に面して設置されており、法令等で定められた所定の隔壁２に囲まれた領域に設けられる。隔壁２に囲まれた領域内で、さらに水素の製造（改質）及び貯蔵を行う場所は、高さ２ｍ以上の障壁３によって囲まれている。
【００２５】
水素ステーション内には、水素を自動車に対して供給する水素ディスペンサー５と、ガソリンを自動車に対して供給する給油設備６とが配置されている。さらに、水素ステーション内には、事務所棟４も配置される。事務所棟４内には、水素ステーション内に設置された火災感知器等によって火災等の異常が検出された際に、それを集中的に監視できる監視盤３２が設置されている。また、事務所棟４には、水素の貯蔵タンク１３における温度等の監視を行うための防災装置の一部として、光源装置３３及び検出器３４が配置される。この防災装置については、後で詳述する。
【００２６】
水素の原料となる燃料は、水素ステーションの地下に設けられる燃料タンク１０に貯蔵される。燃料タンク１０からの燃料は、水素製造装置１１に送られ、ここで燃料が改質されて水素が製造される。製造された水素は気体の状態であり、これが圧縮機１２１１に送られて圧縮され、圧縮水素の状態で貯蔵タンク１３に貯蔵される。
【００２７】
障壁３で囲まれた領域で火災等が発生すると、水素に引火するおそれもあるので、この領域には火災等の異常を検出する機器が複数設置されている。本実施形態では、障壁３内の領域での火災発生を検出する火災感知器３０と、手動で火災発生などの異常を報知したり、あるいは火災感知器３０で火災発生が検出された際の火災確定信号を送信するための起動装置３１とが設けられている。
【００２８】
また、貯蔵タンク１３には、温度変化及びひずみの発生を検出可能な検出用光ファイバ４０が敷設されている。検出用光ファイバ４０は、水素製造装置１１、圧縮機１２、及び事務所棟４の窓５０や出入口５５にも、それぞれ敷設されていて、各検出用光ファイバ４０は、事務所棟４に設置された光源装置３３及び検出器３４に接続されている。
【００２９】
火災感知器３０や起動装置３１は、水素ディスペンサー５の近くにも設けられる。これらの火災感知器３０や起動装置３１は、いずれも監視盤３２３３に接続される。また、検出用光ファイバ４０は、検出器３４に接続され、さらに検出器３４は監視盤３２３３に接続されていて、貯蔵タンク１３や水素製造装置１１、圧縮機１２における温度及びひずみの変化や、窓５０や出入口５５の開閉を監視することができる。
【００３０】
障壁３で囲まれた領域には、貯蔵タンク１３に対して散水可能な散水部である水噴霧ヘッド２４が設けられている。水噴霧ヘッド２４は、水貯蔵タンク２０から水供給ラインを介して水の供給を受けるものであって、貯蔵タンク１３に対して散水可能な位置に複数が設置されている。水供給ラインには、水貯蔵タンク２０から水噴霧ヘッド２４に水を送るためのポンプ２１が設けられている。水噴霧ヘッド２４は、火災発生時に消火のために散水する他、貯蔵タンク１３の表面温度が上昇した場合に、これを冷却するために散水することができる。
【００３１】
温度やひずみの変化を検出する防災設備の構成について詳細に説明する。図２には、防災設備の構成図を示している。この防災設備は、測定対象に敷設された検出用光ファイバ４０の中で生じるレイリー散乱光を測定することにより、検出用光ファイバ４０に生じた温度及びひずみの長さ方向分布を測定することができる。検出用光ファイバ４０は、測定対象と共に変形可能となるように敷設されるので、測定対象における温度変化やひずみの発生を検出することができる。これを用いて、本実施形態では、貯蔵タンク１３や水素製造装置１１及び圧縮機１２における温度変化及びひずみの発生を検出し、各機器における異常の発生を検出する。また、事務所棟４の窓５０や出入口５５に検出用光ファイバ４０を敷設することにより、これらの開閉を監視し、防犯装置としても使用する。
【００３２】
防災設備は、測定対象に敷設される検出用光ファイバ４０と、検出用光ファイバ４０に入射される光を発生する光源装置３３と、検出用光ファイバ４０からの反射光を受信して温度及びひずみの発生を検出する検出器３４と、光源装置３３からの光を検出用光ファイバ４０側と検出器３４側とに分光する第１の分光器４１と、光源装置３３からの光を検出用光ファイバ４０に通しつつ、検出用光ファイバ４０からの反射光を検出器３４側に分光する第２の分光器４２とを有して構成される。
【００３３】
光源装置３３は、所定の波長範囲の光を変化させながら発生することが可能な波長可変レーザー装置によって構成される。本実施形態では、１５１０ｎｍから１５７０ｎｍの波長範囲の光を発生させる。ただし、波長範囲はこれに限られず、他の波長範囲であってもよい。
【００３４】
第１の分光器４１では、検出用光ファイバ４０に向かう測定光と、検出器３４に向かう参照光とに分光される。測定光は、検出用光ファイバ４０内に導かれる。光ファイバは、一般的にガラス分子に微小な密度ムラがあり、長さ方向において密度ムラによる光の屈折率の違いが生じる。各位置における光の屈折率の違いにより、各位置では特定の波長において強いレイリー散乱が発生する。検出用光ファイバ４０において、各位置でどの波長のレイリー散乱光が発生するかは、固有指紋情報として予め測定されている。
【００３５】
検出用光ファイバ４０において発生したレイリー散乱光は、光の入射方向、すなわち光源装置３３側に向かって進み、第２の分光器４２において検出器３４側に分光される。検出器３４では、光源装置３３からの参照光と、検出用光ファイバ４０からの反射光とが合流する。
【００３６】
図３には、検出器３４における波形例を示している。図３（ａ）は、参照光の時間変化と反射光の時間変化を示している。これらが合流すると、光の干渉が生じ、図３（ｂ）のような波形が得られる。この干渉光のデータをフーリエ変換して図３（ｃ）のようなデータを得ることができる。このデータから、検出用光ファイバ４０からのレイリー散乱光の周波数を特定する。また、参照光と反射光によって生じた干渉光強度の波数に対する周期から、両者の光路差を算出することができ、これを基に検出用光ファイバ４０における反射位置を特定する。そして、予め測定されている検出用光ファイバ４０の固有指紋情報と測定されたレイリー散乱光の周波数とを比較し、周波数の変化量を算出する。周波数の変化量から検出用光ファイバ４０の特定の位置におけるひずみ量を求めることができる。
【００３７】
例えば、貯蔵タンク１３の表面においては、外部からの力が加わることは想定されないから、検出用光ファイバ４０のひずみ量は、温度変化によるものであり、測定されたひずみ量を基に、貯蔵タンク１３の表面温度の変化を検出することができる。また、事務所棟４の窓５０においては、急激な温度変化は想定されないから、検出用光ファイバ４０により検出されるひずみは、窓５０に何らかの力が加わったためと考えられ、窓５０の開閉検知を行うことができる。
【００３８】
次に、貯蔵タンク１３における検出用光ファイバ４０の敷設について説明する。図４には、検出用光ファイバ４０を敷設した貯蔵タンク１３の正面図を示している。貯蔵タンク１３の周面は、概ね円筒状に形成されており、図４において検出用光ファイバ４０は、貯蔵タンク１３の周面に対し螺旋状に巻き付けるように敷設されている。温度変化分布は、検出用光ファイバ４０の長さ方向に沿って検出されるので、図４のように検出用光ファイバ４０を敷設することにより、貯蔵タンク１３の全周に渡り、また、貯蔵タンク１３の長さ方向に沿って、温度変化分布を取得することができる。これにより、貯蔵タンク１３の表面における局所的な温度上昇を含め、温度変化の検出を行うことができる。
【００３９】
また、図５には、別のパターンで検出用光ファイバ４０を敷設した貯蔵タンク１３の正面図を示している。この図に示すように、検出用光ファイバ４０を、貯蔵タンク１３の長さ方向に往復しつつ、周方向に位置を変えていくように敷設してもよい。このような検出用光ファイバ４０の配置でも、貯蔵タンク１３の周方向及び長さ方向における温度変化分布を取得することができる。
【００４０】
さらには、貯蔵タンク１３における検出用光ファイバ４０の敷設パターンは、これらの例には限られず、貯蔵タンク１３の温度検出が必要な箇所に検出用光ファイバ４０が敷設されていればよい。
【００４１】
水素製造装置１１は、複数のタンクや熱交換器を有しており、これらのうち温度変化測定またはひずみ測定が必要な箇所に沿うように、検出用光ファイバ４０を敷設することで、水素製造装置１１における異常検出を行うことができる。また、圧縮機１２についても、温度変化測定またはひずみ測定が必要な箇所に沿うように、検出用光ファイバ４０を敷設することで、異常検出を行うことができる。
【００４２】
水素製造装置１１や圧縮機１２、貯蔵タンク１３は、鋼材同士が突き当てられ、あるいはパッキン等を挟んで突き当てられ、固定された継手部を有している。継手部の固定が緩むなどすると、水素の漏洩を招く可能性があるので、継手部の状態を監視することが必要である。継手部を跨ぐように検出用光ファイバ４０を敷設することにより、継手部における鋼材同士の相対移動を検出することができる。これにより、継手部における異常検出を行うことができる。
【００４３】
水素製造装置１１や圧縮機１２、貯蔵タンク１３は、鋼材同士が溶接等により接合された接合部を有している。接合部が、熱膨張などにより剥離し、開口すると、そこから水素が漏洩する可能性があるので、このような接合部についても監視が必要である。接合部を跨ぐように検出用光ファイバ４０を敷設することにより、ひずみの検出によって接合部に開口が生じることを検出することができる。これにより、接合部における異常検出を行うことができる。
【００４４】
また、水素製造装置１１や圧縮機１２、貯蔵タンクを形成する鋼材に対し、その圧延方向に沿って検出用光ファイバ４０を敷設することもできる。鋼材は、熱膨張によって圧延方向に引っ張られるように変形するが、これを繰り返すことにより、薄くなる部分が生じる。鋼材の薄くなった部分が開口することで、水素が漏洩する可能性があるので、鋼材の熱膨張を繰り返し生じる部分について、監視が必要である。鋼材の圧延方向に沿って検出用を敷設することにより、ひずみの検出によって鋼材が薄くなった箇所を検出することができる。これにより、鋼材における異常検出を行うことができる。
【００４５】
事務所棟４に設置される監視盤３２３３では、貯蔵タンク１３の温度変化や、水素製造装置１１及び圧縮機１２における異常検出を常時監視している。貯蔵タンク１３において、所定以上の温度上昇があった場合には、水供給ラインを通じて、水噴霧ヘッド２４から散水を行い、貯蔵タンク１３を冷却する。また、水素製造装置１１や圧縮機１２において異常が検出された場合には、これらの動作を停止させると共に、所定の警報を発報したり、あるいは外部に対して通報を行う。
【００４６】
次に、窓５０における検出用光ファイバ４０の敷設について説明する。図６には、検出用光ファイバ４０を敷設した窓５０の正面図を示している。窓５０は、建物の開口部に設置される方形状の枠体５１内に、２枚の障子５２が引き違い状に納められ、各障子５２が枠体５１内を横方向に移動自在とされることで、障子５２を開閉することができるように構成されている。
【００４７】
窓５０において検出用光ファイバ４０は、枠体５１の下辺下部に沿うように敷設されている。これにより、枠体５１の下辺について、長さ方向におけるひずみの分布を検出することができる。枠体５１の下辺は、障子５２の重量を受けているため、わずかに変形する。障子５２を開閉させると、枠体５１の下辺に生じる変形の位置及び大きさが変化するので、枠体５１の下辺における長さ方向のひずみ分布を計測することで、この変化を検出することができる。これによって、障子５２が開閉されたことを検知することができる。
【００４８】
また、事務所棟４の出入口５５についても、枠体の下辺下部に沿うように検出用光ファイバ４０を敷設し、開閉を検出することができる。窓５０や出入口５５における検出用光ファイバ４０の敷設位置は、枠体の下辺下部のように、窓５０や出入口５５の開閉と連動して移動または変形する連動体であればよく、その他の連動体に敷設してもよい。
【００４９】
水素ステーションの営業時間外など、事務所棟４への人の出入りが想定されない不在時には、監視盤３２３３において窓５０や出入口５５における開閉を監視し、不測の開閉があった場合には、所定の警報を発報したり、あるいは外部に通報を行う。
【００５０】
このように、温度変化及びひずみを検出可能な検出用光ファイバ４０を、水素ステーションの各機器や窓５０あるいは出入口５５に敷設することで、水素ステーション内における異常検出、防犯監視を包括的に行うことができ、水素ステーションにおける各種監視を簡易な設備で容易に一元管理することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は上述の実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうる。例えば、検出用光ファイバ４０を用いた監視対象としては、水素ステーション内のその他の機器あるいは場所も加えることができる。また、本実施形態では、レイリー散乱光を検出器３４で測定し、検出用光ファイバ４０における温度変化やひずみの長さ方向分布を検出しているが、ブリルアン散乱光またはラマン散乱光を利用して分布を検出するものであってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１    道路
２    隔壁
３    障壁
４    事務所棟
５    水素ディスペンサー
６    給油設備
１０    燃料タンク
１１    水素製造装置
１２    圧縮機
１３    貯蔵タンク
２０    水貯蔵タンク
２１    ポンプ
２４    水噴霧ヘッド
３０    火災感知器
３１    起動装置
３２    監視盤
３３    光源装置
３４    検出器
４０    検出用光ファイバ
４１    第１の分光器
４２    第２の分光器
５０    窓
５１    枠体
５２    障子
５５    出入口
【図１】
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【図２】
2017032126.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017032126.tif 000006
【図５】
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【図６】
2017032126.tif 000008