(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温の液化ガスを貯蔵するための貯蔵タンクと、該貯蔵タンク内の液化ガスをユースポイントへ供給するためのユースポイント供給ラインと、  液化ガスを加圧蒸発せしめるための加圧蒸発器と、該貯蔵タンクから該加圧蒸発器に液化ガスを供給するための加圧蒸発器入口ラインと、加圧蒸発器からの蒸発ガスを貯蔵タンクに供給するための加圧蒸発器出口ラインとを有する液化ガス貯蔵システムにおいて、
前記加圧蒸発器直後の前記加圧蒸発器出口ラインに、前記加圧蒸発器内をパージするためのパージ手段を設けたことを特徴とする液化ガス貯蔵システム。
【請求項２】
前記パージ手段は、バルブ、逆止弁、流量調整弁、大気逆拡散防止用配管、フローメータのいずれかの組み合わせとからなり、前記加圧蒸発器出口ラインに接続されていることを特徴とする請求項１記載の液化ガス貯蔵システム。
【請求項３】
貯蔵タンク内の極低温の液化ガスを加圧蒸発器に供給して蒸発させ、蒸発したガスを前記貯蔵タンクに供給することにより前記貯蔵タンク内の圧力を維持する液化ガス貯蔵方法において、
前記加圧蒸発器の停止時に前記加圧蒸発器内をパージすることを特徴とする液化ガス貯蔵方法。
【請求項４】
貯蔵タンク内の極低温の液化ガスを加圧蒸発器に供給して蒸発させ、蒸発したガスを前記貯蔵タンクに供給することにより前記貯蔵タンク内の圧力を維持する液化ガス貯蔵方法において、
前記加圧蒸発器の作動開始時に前記加圧蒸発器内をパージすることを特徴とする液化ガス貯蔵方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガス貯蔵システム及び貯蔵方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液化ガス貯蔵システムを図５に示す。液化ガス貯蔵タンク１０００内の液化ガス１００３は、その上面に加わる圧力Ｐがある一定の圧力以上になるとユースポイント供給ライン１００１を介して液化ガスを蒸発する蒸発器１００２に供給され、さらに減圧ユニット１０１２を介してユースポイント１０１１に供給される。
【０００３】
液化ガス１００３の上面に加わる圧力Ｐ（液化貯蔵タンク１０００内の圧力Ｐ）は、液化ガス１００３の自己蒸気圧と、加圧蒸発器１００５からの液化ガスをガス化させたガスによる昇圧により維持される。液化ガス貯蔵タンク１０００から加圧蒸発器１００５へは加圧蒸発器入口ライン１０１３（図中ＴoutとＶinとを結ぶライン）を介して供給される。なお加圧蒸発器入口ライン中にはバルブ１００４が設けられている。一方、加圧蒸発器１００５でガス化したガスは加圧蒸発器出口ライン１００８（図中ＶoutとＴinとを結ぶライン）を介して液化ガス貯槽タンク１０００に供給される。
【０００４】
しかし、上記した従来の液化ガス貯蔵システムには次のような問題がある。
【０００５】
一つ目の問題は、このシステムの作動・停止を繰り返すほど液化貯蔵タンク１０００内に貯蔵される液化ガス中の不純物濃度が高くなるという問題である。ここにいう不純物は水分が主であるが、極低温であるが故に蓄積される液化ガス成分以外の成分である。
【０００６】
二つ目の問題は、次の通りである。ガス使用量が少ない場合、液化貯蔵タンク１０００内の圧力が上昇する。圧力があるレベル以上に上昇すると安全弁１００９が作動し、安全弁１００９が破壊する。これにより圧力の異常上昇は防止される。しかるに、安全弁１００９の破壊を招くことなく圧力の異常上昇を防止するために、ユースポイント供給ラインと前記加圧蒸発器出口ラインとがそれぞれの中流（点ａ、点ｂ）においてバルブ１０１０を介してａｂラインで接続することが行われる。この構成においては、バルブ１０１０を開にしておき加圧蒸発器１００５からのガスをａｂラインを介してユースポイント供給ライン１００１に導入することにより液化ガス貯蔵タンク１０００内の圧力を逃がし、これにより液化ガス貯蔵タンク１０００内の圧力の異常上昇を防止せんとするものである。
【０００７】
しかし、この構成においては、ユースポイント１０１１への不純物供給が多いという問題がある。これが第２の問題点である。ユースポイントへの不純物の供給は、液化ガス１００３の量が少ないほど（すなわち、液化ガス１００３の液面が低いほど）多くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、液化ガス中の不純物濃度の蓄積化を防止することが可能な液化ガス貯蔵システム及び貯蔵方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、ガス使用量が少ない場合であっても液化ガス貯蔵タンク内の圧力の異常上昇を防止でき、かつ、ユースポイントへの不純物の供給を低減させることが可能な液化ガス貯蔵システム及び貯蔵方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、極低温の液化ガスを貯蔵するための貯蔵タンクと、該貯蔵タンク内の液化ガスをユースポイントへ供給するためのユースポイント供給ラインと、  液化ガスを加圧蒸発せしめるための加圧蒸発器と、該貯蔵タンクから該加圧蒸発器に液化ガスを供給するための加圧蒸発器入口ラインと、加圧蒸発器からの蒸発ガスを貯蔵タンクに供給するための加圧蒸発器出口ラインとを有する液化ガス貯蔵システムにおいて、
前記加圧蒸発器直後の前記加圧蒸発器出口ラインに、前記加圧蒸発器内をパージするためのパージ手段を設けたことを特徴とする液化ガス貯蔵システムである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記パージ手段は、バルブ、逆止弁、流量調整弁、大気逆拡散防止用配管、フローメータのいずれかの組み合わせとからなり、前記加圧蒸発器出口ラインに接続されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、貯蔵タンク内の極低温の液化ガスを加圧蒸発器に供給して蒸発させ、蒸発したガスを前記貯蔵タンクに供給することにより前記貯蔵タンク内の圧力を維持する液化ガス貯蔵方法において、
前記加圧蒸発器の停止時に前記加圧蒸発器内をパージすることを特徴とする液化ガス貯蔵方法である。
請求項４に係る発明は、貯蔵タンク内の極低温の液化ガスを加圧蒸発器に供給して蒸発させ、蒸発したガスを前記貯蔵タンクに供給することにより前記貯蔵タンク内の圧力を維持する液化ガス貯蔵方法において、
前記加圧蒸発器の作動開始時に前記加圧蒸発器内をパージすることを特徴とする液化ガス貯蔵方法である。
【００１４】
【作用】
以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得た知見等とともに説明する。
なお、以下の説明では、被パージ部として加圧蒸発器を例にとり説明する。
【００１５】
本発明者は、従来の技術で述べた２つの問題点がなぜ発生するのかを調べた。
【００１６】
液化ガス貯蔵タンク１０００から加圧蒸発器入口ライン１０１３を介して液化ガスが加圧蒸発器１００５に導入されると加圧蒸発器１００５は常温に保持されているため、液化ガスの温度は上昇し、加圧蒸発器１００５において液化ガスはガス化する。しかるに、加圧蒸発器１００５自体は液化ガスにより冷却されるため、大気温度との熱平衡が保たれた温度において熱平衡状態となる。例えば液化ガスが液体窒素、不純物が液化ガス中に含まれていた水分とすると、水分はガス化した窒素中に混入するよりは加圧蒸発器１００５の表面に吸着する。ガス化することにより不純物を放出したことを意味する。このような理屈からすると、加圧蒸発器１００５を通過せしめれば不純物濃度は低減すると考えられる。また、当業者の間においてもそのように理解されていた。しかし、詳細に調べると、加圧蒸発器１００５は、不純物濃度を低下させるどころか逆に、不純物の濃化現象は加圧蒸発器１００５に起因することを本発明者は突き止めたのである。
【００１７】
確かに、最初の加圧蒸発器１００５の作動においては液化ガス中の不純物は加圧蒸発器１００５に吸着し、清浄なガスが液化ガス貯蔵タンク１０００に供給される。しかし、加圧蒸発器１００５停止状態においては、加圧蒸発器１００５は常温に戻り、加圧蒸発器１００５に吸着した不純物は表面から脱離し、気相に存在する。その状態で再度加圧蒸発器１００５の作動を行う、ガス化した液化ガスと気相中の不純物とが混合し（ガスが不純物を巻き込み）、加圧蒸発器出口ライン１００８を介して液化ガス貯蔵タンク１０００に供給されてしまう。つまり、加圧蒸発器１００５を再作動させたとき、瞬間的に加圧蒸発器１００５が極低温まで冷却されれば気相中の不純物も再度加圧蒸発器１００５に吸着してしまうため、不純物の巻き込みは起きないが、加圧蒸発器１００５自体も熱容量を有しているため、徐々に冷却される。ガス化した液化ガスに気相に存在する不純物が巻き込まれてしまうのである。従って、作動・停止を繰り返すほど液化ガス中の不純物の濃度は高くなってくるのである。
【００１８】
そこで、本発明者は、加圧蒸発器１００５内をパージするためのパージ手段（パージライン）を設けたのである。パージラインは、加圧蒸発器１００５内のガスを排除しえる構造ならばどのような構造でもよい。例えば、、バルブと逆止弁、バルブと流量調整弁、バルブと大気逆拡散防止用配管、バルブとフローメータとによりパージラインを構成してもよい。もちろん、バルブ、逆止弁、流量調整弁、大気逆拡散防止用配管、フローメータを適宜組み合わせて構成してもよい。図１に示すように、バルブ１０１、逆止弁１０２、流量調整弁１０３、大気逆拡散防止用配管１０４、フローメータ１０５から構成し、これらをこの順に加圧蒸発器１００５の出口Ｖoutに接続することが好ましい（請求項３）。かかる構成とすることによりパージ量を適宜の量に選択することができるとともに、大気から不純物が逆拡散し、液化ガスあるいは蒸発ガス中に不純物が混入することを防止できる。
【００１９】
また、以上説明では、被パージ部として加圧蒸発器１００５内を例にとり説明した。しかし、液化ガス乃至蒸発ガスが通過するとともに、液化ガス乃至蒸発ガスが通過する前は常温に保持されている部分ならば同じ現象が生じるわけであるから、そのような現象が生じる部分にパージラインを接続すればよい。例えば、充填用フレキシホースから液化ガス貯蔵タンク１０００に液化ガスを充填するためのライン１０１５〜１０１６は、液化ガス乃至蒸発ガスが通過する前は常温に保持されている部分であり、このラインの適宜の位置にパージラインを接続してもよい。
【００２０】
次に第２の問題点について述べる。
【００２１】
第２の問題点も加圧蒸発器１００５における不純物巻き込みが原因であることを本発明者は知見したのである。前述した通り、第２の問題は、ユースポイント供給ラインと前記加圧蒸発器出口ラインとがそれぞれの中流において接続した場合、ユースポイントへの不純物の供給量が多くなり、液化ガス貯糟タンク１０００内の液化ガス１００３の量が少ないほど不純物の供給量が多くなるというものであった。本発明者は、この事実の確認をまず行った。
【００２２】
バルブ１０１０を開の状態にし、液化貯蔵タンク１０００の液化ガス（液体窒素）の液面低下に伴うユースポイント１０１１での水分（不純物）濃度の変化を計測した。計測結果を図６に示す。水分濃度は、上昇と低下を繰り返しながら約１ｐｐｂから数ｐｐｂまで上昇する純度劣化が観測された。
【００２３】
また、バルブ１０１０を閉の状態にし、液化ガス充填による衝撃によるユースポイント１０１１での水分濃度の変化を計測した。計測結果を図７に示す。充填後数分後において水分濃度の急激な上昇が観測された。
【００２４】
ところで、図１に示すａｂラインを介してユースポイント供給ライン１００１に導入されるガスは加圧蒸発器１００５において蒸発したガスである。このガスは加圧蒸発器１００５において不純物を巻き込むことは前述した通りであり、これがユースポイントへの不純物の供給量増加の原因となっていたわけである。液化ガス貯糟タンク１０００内の液化ガス１００３の量が少ないほど加圧蒸発器１００５の作動時間は長くならざるを得ず、従って、ユースポイントへの不純物の供給量も多くなっていたわけである。従って、ユースポイント供給ラインと前記加圧蒸発器出口ラインとがそれぞれの中流において接続されている場合においても加圧蒸発器１００５の出口にパージラインを設ければユースポイントへの不純物の供給を低減させることができる。液化ガス貯糟タンク１０００内の液化ガス１００３の量にかかわりなく、ユースポイント１０１１への不純物の供給量の低減が可能となる。
【００２５】
加圧蒸発器１００５の停止時及び／又は作動時に加圧蒸発器１００５内をパージすれば不純物の巻き込みを防止でき、液化ガス貯糟タンク内の液化ガスの不純物の濃化を防止できるとともに、ユースポイントへの不純物供給量を低下させることができる（請求項４）。
【００２６】
パージライン１００による加圧蒸発器１００５のパージは、加圧蒸発器１００５の作動・停止にかかわらず行ってもよいが、加圧蒸発器１００５作動開始時のみ行うことが液化ガスの無駄な消費を防ぐ上からは好ましい（請求項４）。
【００２７】
なお、液化ガス貯蔵タンク１０００への液化ガスの充填による不純物の混入において、従来では液化ガス貯蔵タンク内表面に結晶成長した不純物が、充填時の衝撃により液中に混入し純度の劣化を引き起こしていたが、加圧蒸発器１００５からパージを行い、液化ガス貯蔵タンク１００５内の不純物の蓄積量を低減することにより、充填時の衝撃で混入する不純物量を低減し、ユースポイント１０１１への不純物の供給量を低減することができる。
【００２８】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明を更に詳しく説明する。
【００２９】
（実施例１）
本実施例は、図１に示すシステムとした。
本実施例は、表面積の大きい加圧蒸発器内表面を用いて液化ガスの供給による加圧蒸発器の温度低下を利用し液化ガス内の不純物を吸着せしめ、加圧蒸発器停止後の温度上昇を利用しそれを外部へ排除せしめるものである。
【００３０】
加圧蒸発器の末端にバルブ１０１を取り付け、その下流に逆流防止弁１０２、流量調整弁１０３、大気逆拡散防止用配管１０４、パージ流量確認用のフローメーターｌＯ５を設けて、加圧蒸発器作動弁（液化貯蔵タンク内圧力感知による作動）１００６が閉まり、加圧蒸発器が停止している際に流量調整弁１０３で最低パージ流量を決定し、加圧蒸発器の作動・停止に係わらず常に加圧蒸発器内表面をバージし、加圧蒸発器内の雰囲気ならびにガス純度を高清浄度化するものである。
【００３１】
次の手順によりパージを行った。
まず、バルブ１０１を開け、次ぎに流量調整弁１０３を微開にし、フローメータで３Ｌ／ｍｉｎに調節してパージを行った。
【００３２】
図２は、大気逆拡散防止用配管１０４の下流側にて加圧蒸発器１００５の作動・停止を行った際の水分濃度の変化を計測した結果を示すグラフである。加圧発生器１００５が作動し、液化ガス（液体窒素）が供給されたことにより加圧蒸発器１００５内表面は冷却されるため、気相中の水分は内表面に吸着されるため約１ｐｐｂから約０．７ｐｐｂに低減された。加圧蒸発器が停止し、流量調整弁１０３だけで決定されたガスが供給され始めると、加圧蒸発器内表面は温度が上昇し吸着した水分が脱離し、水分濃度が０．７ｐｐｂから約１２ｐｐｂまで上昇し、約３０分後水分濃度はもとの約１ｐｐｂレベルに戻った。このことから加圧蒸発器１００５にパージライン１００を設けることにより不純物の除去が可能であることが明らかになった。
【００３３】
なお、図１ではパージラインは加圧蒸発器１００５の出口Ｖoutに直接接続したが、接続場所はこれに限るものではない。加圧蒸発器出口ライン１００８の任意の場所に接続すればよい。ただ、ａｂラインを設けた場合には、Ｖoutとｂ点との間にパージラインを接続する。
【００３４】
（実施例２）
本例ではａｂラインにおけるバルブ１０１０を開にし、実施例１と同様にパージライン１００を用いて加圧蒸発器１００５内のパージを行った。
【００３５】
ユースポイントにおいて水分濃度を計測し、その結果を図３に示した。なお、液化ガス１００３の液面を７００ｍｍＨ2０から５００ｍｍＨ2０まで変化させ水分濃度を計測した。
【００３６】
その結果、液面高さにかかわらず水分濃度は約１．３ｐｐｂと一定であった。
【００３７】
（実施例３）
本例では、液化貯蔵タンク１０００内に液充填した際の衝撃による水分濃度の変化をユースポイントにて計測した例を示す。
【００３８】
次の手順により液充填を行った。
液は、フレキシブルホースを介して下部充填バルブ１０１９、上部充填バルブ１０２０よりタンク内に供給した。この時、上部から供給された液は、タンク内表面に衝撃を与えていると思われる。
【００３９】
充填している最中のユースポイント１０１１での純度の変化を減圧ユニット後段にＡＰＩＭＳ（大気圧イオン化質量分析装置）を設置しておき計測を行った。図４に計測結果を示す。図４に示すように、充填前後において水分濃度は約１．３ｐｐｂと一定であった。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、液化ガス中の不純物が蓄積することを防止することが可能となる。
【００４１】
また、液化ガス中の不純物蓄積の最大の原因は加圧蒸発器と考えられるため、請求項１に係る発明によれば最も効果的に不純物の蓄積を防止することができる。
請求項２に係る発明によれば常時加圧蒸発器をパージすることができる。また、大気からの不純物の逆拡散等による不純物の混入を伴うことなくパージを行うことができる。
【００４２】
請求項３に係る発明によれば液化ガス中の不純物が蓄積することを防止することが可能となる。
請求項４に係る発明によればパージは、加圧蒸発器作動開始時のみ行うことが液化ガスの無駄な消費を防ぐ上からは好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る液化ガス貯蔵システムを示すシステム概念図である。
【図２】実施例１における測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例２における測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例３における測定結果を示すグラフである。
【図５】従来の液化ガス貯蔵システムを示すシステム概念図である。
【図６】従来の液化ガス貯蔵システムで発生する純度不良を示すグラフである。
【図７】従来の液化ガス貯蔵システムで発生する純度不良を示すグラフである。
【符号の説明】
１００  パージライン、
１０００  液化ガス貯蔵タンク、
１００５  加圧蒸発器、
１０１９  下部充填バルブ、
１０２０  上部充填バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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