JP7833944B2 - 液化ガスタンク及び液化ガスタンク用ポンプのメンテナンス方法 - Google Patents

Description

本開示は、液化ガスを貯留する液化ガスタンクに関する。

液化水素や液化天然ガスなどの液化ガスを貯留する液化ガスタンクには、タンク内の液化ガスを払い出すためのポンプが設けられる。タンク屋根を通じて液化ガスの払い出しを行う場合、ポンプはタンク内に配置され、タンク屋根を貫通する筒状のポンプバレルを通して液化ガスが外部に送り出される。

ここで、例えば下記特許文献１に示されるように、タンク内のポンプをメンテナンス等のためにタンクから搬出する作業が行われる場合がある。具体的に、特許文献１では、タンク屋根上に設置されたウィンチを用いてポンプを吊り上げることにより、タンクからポンプバレルを通じてポンプを搬出することが行われている。

特開２０１７－１３２６１９号公報

前記のようにポンプをタンク内から搬出する際には、ポンプバレルの上端が開放されるので、この開放された上端を通じて不適切なガスの出入りが生じる可能性がある。例えば、タンク内の液化ガスに対応するガスがポンプバレルを通じて大気に飛散したり、ポンプバレルを通じてタンク内に空気等が混入することが懸念される。このことは、タンク内にポンプを搬入する際にも同様に起こり得る。

本開示は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ポンプの搬出入時にポンプバレルを通じて不適切なガスの出入りが生じるのを防止し得る液化ガスタンクを提供することを目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本開示の一局面に係る液化ガスタンクは、液化ガスを貯留するタンク本体と、前記液化ガスを払い出すために前記タンク本体内に配置されたポンプと、前記ポンプを収容するとともに当該ポンプの収容位置から上方に延びて前記タンク本体の外側へと至る下部室、当該下部室の上方に配置された中間室、及び当該中間室の上方に配置された上部室とを含む筒状のポンプバレルと、前記上部室と前記中間室との間に開閉可能に設けられた第１開閉弁と、前記中間室と前記下部室との間に開閉可能に設けられた第２開閉弁と、前記中間室及び前記上部室内のガスを前記液化ガスに対応するガスと不活性ガスとの間で切り替え可能なガス置換装置とを備えたものである。

本開示の液化ガスタンクによれば、ポンプの搬出入時にポンプバレルを通じて不適切なガスの出入りが生じるのを防止することができる。

本開示の一実施形態に係る液化ガスタンクの構造を示す概略図である。 ポンプバレル及びその周辺構造の詳細を示すための図１の一部拡大図である。 ポンプを取り出す作業の手順を説明するための図である。 ポンプを据え付ける作業の手順を説明するための図である。

以下、図面に基づいて、本開示の実施形態に係る液化ガスタンクを詳細に説明する。本開示の液化ガスタンクは、低温の液化ガスを貯留するタンクである。貯留される液化ガスは、例えば液化水素、液体ヘリウム、液体窒素、液化アンモニア、液化天然ガス又は液化石油ガス等である。とりわけ、本開示に係る液化ガスタンクは、液化水素を貯留するタンクとして好適である。

［タンクの全体構造］
図１は、本開示の一実施形態に係る液化ガスタンク１の構造を示す概略図である。液化ガスタンク１は、極低温の液化水素ＬＨを貯留するタンクであって、地上据え置き式の多重殻構造を備えた平底タンクである。液化ガスタンク１は、タンク本体１０と、ポンプバレル２と、ポンプ３と、吊上げ装置４と、バルブ装置５と、ガス置換装置６とを備える。タンク本体１０は、液化水素ＬＨを貯留するドーム型の容器である。ポンプ３は、液化水素ＬＨに浸漬された状態でタンク本体１０内に配置される潜没式のポンプである。ポンプバレル２は、ポンプ３によってタンク本体１０から払い出される液化水素ＬＨが流通する上下方向に延びる筒状体である。吊上げ装置４は、メンテナンス等の必要時にポンプバレル２を通じてポンプ３を吊り上げる装置である。バルブ装置５は、ポンプバレル２の内部流路を開閉可能に遮断する装置である。ガス置換装置６は、ポンプバレル２の上部（後述する中間室２２及び上部室２３）内のガスを置換する装置である。

タンク本体１０は、液化水素ＬＨを貯留するための空間を内部に画成する密閉体である。図１ではタンク本体１０を簡略化して単殻構造のように表現しているが、実際のタンク本体１０は、二重殻構造又は三重殻構造などの多重殻構造を備えている。二重殻構造の場合、タンク本体１０は、基礎の上に立設される外槽と、この外槽に内包される内槽とで構成される。液化水素ＬＨは、前記内槽の内部に貯留される。前記外槽と前記内槽との間には断熱空間としての保冷層が形成され、当該保冷層には、例えば粒状パーライトのような粉体断熱材と低沸点ガスとが充填される。三重殻構造の場合、タンク本体１０は、前記外槽と前記内槽との間にさらに中間槽を備える構造となる。

図２は、ポンプバレル２及びその周辺構造の詳細を示すための図１の一部拡大図である。図１及び図２に示すように、ポンプバレル２は、タンク本体１０の内外を連通するようにタンク屋根１１を貫通している。すなわち、ポンプバレル２は、タンク本体１０の内部における底面近傍の高さからタンク屋根１１の上方の高さまでに亘って、タンク屋根１１を貫通しつつ上下方向（鉛直方向）に延びるように形成されている。ポンプバレル２は、タンク本体１０内の液化水素ＬＨを外部へ払い出すための導出管として機能する。

バルブ装置５は、第１開閉弁５１、第２開閉弁５２、及び第３開閉弁５３を備える。第１～第３開閉弁５１～５３はそれぞれ、ポンプバレル２の内部流路を開放する開状態と当該内部流路を閉塞する閉状態との間で切り替え可能なバルブである。第１～第３開閉弁５１～５３は、ポンプバレル２の途中において、上から第１開閉弁５１、第３開閉弁５３、第２開閉弁５２の順に並ぶように配置されている。すなわち、第１開閉弁５１の下方に第３開閉弁５３が配置され、かつ第３開閉弁５３の下方に第２開閉弁５２が配置されている。

ポンプバレル２は、第２開閉弁５２の下側に位置する下部室２１と、第１開閉弁５１の上側に位置する上部室２３と、下部室２１と上部室２３との間（換言すれば第１開閉弁５１と第２開閉弁５２との間）に形成された中間室２２とを備える。

下部室２１は、上下方向に亘って断面が略一定とされたストレート状の円筒体であり、タンク本体１０の内部におけるポンプ３に対応する位置から上方に延びてタンク本体１０の外側（タンク屋根１１の上方）へと至るように形成されている。下部室２１は、ポンプ３を収容する下端部２１ａと、タンク屋根１１の上方に突出する上端部２１ｂとを有する。上端部２１ｂには、払い出しポート２４が突設されている。払い出しポート２４は、ポンプ３の稼働時に払い出される液化水素Ｌを外部に排出するためのポートである。

中間室２２は、下部室２１と同一の径を有する円筒体であり、下部室２１と上部室２３との間に同軸に取り付けられている。本実施形態において、中間室２２は、第１～第３開閉弁５１～５３によって２つの部屋に画成されている。すなわち、中間室２２は、第１開閉弁５１と第３開閉弁５３との間に形成された短円筒状の第１中間室２２１と、第２開閉弁５２と第３開閉弁５３との間に形成された短円筒状の第２中間室２２２とを有する。

上部室２３は、断面積が途中で拡大するように形成された筒状体である。具体的に、上部室２３は、下部室２１及び中間室２２と同一の径を有する小径部２３ａと、小径部２３ａよりも径の大きい大径部２３ｂと、小径部２３ａと大径部２３ｂとを互いに接続する中間部２３ｃとを有する。小径部２３ａは、第１中間室２２１上に第１開閉弁５１を介して同軸に接続されている。中間部２３ｃは、大径部２３ｂに近い上方ほど内径が大きくなるように形成されている。大径部２３ｂは、中間部２３ｃの上端から当該上端と同一の径をもって上方に延びるように形成されている。

上部室２３（大径部２３ｂ）の上端には、ヘッドプレート２５が着脱可能に取り付けられている。すなわち、ヘッドプレート２５は、上部室２３の上面開口を開閉可能に塞ぐプレートである。ヘッドプレート２５の上面には吊り手２５ａが突設されている。

ポンプ３は、ポンプバレル２（下部室２１）の下端部２１ａに収容されかつ液化水素Ｌに浸漬された状態でタンク本体１０内に配置されている。ポンプバレル２の下端部２１ａには、その下面開口である取込み口を開閉するためのフート弁２６が取り付けられている。フート弁２６の上にはポンプ３が載置されており、ポンプ３の自重を受けてフート弁２６が下降することにより、ポンプバレル２の前記取込み口が開放されるようになっている。ポンプ３は、このように取込み口が開放された状態で駆動されることにより、タンク本体１０内の液化水素ＬＨを前記取込み口から取り込んで上方に圧送し、ポンプバレル２（下部室２１）を通じて液化水素ＬＨを外部に払い出す。

吊上げ装置４は、ポンプバレル２の上部室２３内に配置されている。吊上げ装置４は、ポンプバレル２（下部室２１）の下端部２１ａに収容されたポンプ３を上部室２３まで吊り上げることが可能なウィンチである。具体的に、吊上げ装置４は、水平方向の軸回りに回転可能なドラム４１と、ドラム４１とポンプ３とを連結する吊りワイヤ４２とを備える。吊りワイヤ４２は、ドラム４１に巻回されるとともに、ドラム４１から下方に延びてポンプ３まで至るように配索されている。ドラム４１は、吊りワイヤ４２を巻き取る正転方向の回転と吊りワイヤ４２を引き出す反転方向の回転とが可能なドラムであり、ヘッドプレート２５の下面に固定された支持部材４３により支持されている。すなわち、ドラム４１は、支持部材４３を介してヘッドプレート２５の下面に取り付けられることにより、上部室２３の内部において回転可能に支持されている。なお、吊上げ装置４は、ドラム４１を正転方向及び反転方向に回転駆動するための駆動源をさらに含み得る。駆動源としては、気体を用いた気動式のものや、電力を用いた電動式のものなど、適宜のものを使用し得る。

第１開閉弁５１は、上部室２３と第１中間室２２１との間に配置され、上部室２３と第１中間室２２１とを連通する開状態と両者の連通を遮断する閉状態との間で切り替え可能である。第２開閉弁５２は、第２中間室２２２と下部室２１との間に配置され、第２中間室２２２と下部室２１とを連通する開状態と両者の連通を遮断する閉状態との間で切り替え可能である。第３開閉弁５３は、第１中間室２２１と第２中間室２２２との間に配置され、第１中間室２２１と第２中間室２２２とを連通する開状態と両者の連通を遮断する閉状態との間で切り替え可能である。

図中において、バルブを表す記号が黒塗りされていることは当該バルブが閉じていることを、バルブを表す記号が黒塗りされていないことは当該バルブが開いていることを示す。図１及び図２に示すように、液化ガスタンク１の運用中、第１～第３開閉弁５１～５３は開状態に維持される。吊りワイヤ４２は、この開状態の各開閉弁５１～５３をそれぞれ通って上部室２３から下部室２１へと延びるように配索され、下部室２１の下端部２１ａにあるポンプ３と上部室２３にあるドラム４１とを互いに連結する。一方、メンテナンス等のためにポンプ３をタンク本体１０から取り出す際には、吊上げ装置４によってポンプ３が下部室２１から上部室２３まで吊り上げられる。このとき、第１～第３開閉弁５１～５３は、ポンプ３の上部室２３への移動が完了するまで開状態に維持され、移動完了後に閉状態へと切り替えられる。下部室２１と上部室２３との間のポンプ３の移動が可能になるように、第１～第３開閉弁５１～５３は、それぞれ開状態においてポンプ３の通過を許容し得る弁体を有している。そのような開閉弁５１～５３としては、中空ボール状の弁体を有するボール弁が好適である。

ガス置換装置６は、ポンプ３の取出し時等の必要時に中間室２２（第１及び第２中間室２２１，２２２）及び上部室２３内のガスを置換する装置である。ガス置換装置６は、水素ガス供給源６０と、窒素ガス供給源６１と、第１水素ガス導入管６２と、第２水素ガス導入管６３と、第１窒素ガス導入管６４と、第２窒素ガス導入管６５と、第１～第４ガス導出管６６～６９と、第１～第８バルブ７０Ａ～７０Ｈとを備える。

水素ガス供給源６０は、タンク本体１０に貯留されている液化ガス（ここでは液化水素ＬＨ）に対応するガスつまり水素ガスを供給する供給源であり、例えば水素ガスを圧送可能な送気ポンプ等を含む。窒素ガス供給源６１は、不活性ガスとしての窒素ガスを供給する供給源であり、例えば窒素ガスを圧送可能な送気ポンプ等を含む。なお、水素ガス供給源６０は本開示における第１供給源に相当し、窒素ガス供給源６１は本開示における第２供給源に相当する。

第１水素ガス導入管６２は、水素ガス供給源６０と上部室２３とを連結するパイプである。第２水素ガス導入管６３は、水素ガス供給源６０と第２中間室２２２とを連結するパイプである。第１窒素ガス導入管６４は、窒素ガス供給源６１と上部室２３とを連結するパイプである。第２窒素ガス導入管６５は、窒素ガス供給源６１と第１中間室２２１とを連結するパイプである。第１ガス導出管６６及び第２ガス導出管６７は、被置換ガスを排出するために上部室２３に接続されたパイプである。第３ガス導出管６８は、被置換ガスを排出するために第１中間室２２１に接続されたパイプである。第４ガス導出管６９は、被置換ガスを排出するために第２中間室２２２に接続されたパイプである。なお、第１及び第２水素ガス導入管６２，６３並びに第１及び第２窒素ガス導入管６４，６５は、本開示における導入部に相当する。中でも、第１及び第２水素ガス導入管６２，６３は、本開示における第１ガス導入管に相当し、第１及び第２窒素ガス導入管６４，６５は、本開示における第２ガス導入管に相当する。また、第１～第４ガス導出管６６～６９は、本開示における導出部に相当する。

第１バルブ７０Ａは、第１水素ガス導入管６２に開閉可能に設けられたバルブである。第２バルブ７０Ｂは、第１窒素ガス導入管６４に開閉可能に設けられたバルブである。第３バルブ７０Ｃは、第２窒素ガス導入管６５に開閉可能に設けられたバルブである。第４バルブ７０Ｄは、第２水素ガス導入管６３に開閉可能に設けられたバルブである。第５バルブ７０Ｅは、第１ガス導出管６６に開閉可能に設けられたバルブである。第６バルブ７０Ｆは、第２ガス導出管６７に開閉可能に設けられたバルブである。第７バルブ７０Ｇは、第３ガス導出管６８に開閉可能に設けられたバルブである。第８バルブ７０Ｈは、第４ガス導出管６９に開閉可能に設けられたバルブである。

ガス置換装置６は、中間室２２（第１及び第２中間室２２１，２２２）及び上部室２３内のガスを、水素ガス供給源６０から供給される水素ガスと、窒素ガス供給源６１から供給される窒素ガスとの間で切り替えるガス置換を行うことが可能である。このガス置換の際、第１～第８バルブ７０Ａ～７０Ｈは必要に応じて開かれる。一方、液化ガスタンク１の運用中は、図１及び図２に示すように、第１～第８バルブ７０Ａ～７０Ｈはいずれも閉状態に維持される。

［ポンプ取出し作業］
上述したとおり、ポンプ３は、例えばメンテナンスのためにタンク本体１０から取り出されることがある。この作業の詳細を図３を用いて説明する。

ポンプ３の取出し作業（図３）に先立って、まず、ポンプバレル２内の液化水素ＬＨをタンク本体１０内へ押し出す作業が行われる。液化ガスタンク１の運用中、ポンプバレル２の内部には液化水素ＬＨが入り込んでいる。一般に、液化水素ＬＨの払い出し時以外は、タンク本体１０の液面と同じ高さまでポンプバレル２内に液化水素ＬＨが存在している。ポンプ３の吊り上げ抵抗を小さくする、もしくは液体の抱き込みを抑制する等の観点から、ポンプ３の取出し時にはポンプバレル２内に液体が存在しないことが望ましい。そこで、本実施形態では、ポンプ３を取り出す前の準備として、払い出しポート２４からポンプバレル２内に対し、貯留されている液化ガス（ここでは液化水素ＬＨ）に対応するガスつまり水素ガスが供給される。このとき、第１～第８バルブ７０Ａ～７０Ｈはいずれも閉じておく。すると、払い出しポート２４から供給された水素ガスに押されて、ポンプバレル２内の液化水素ＬＨがタンク本体１０内へ戻される。これにより、ポンプバレル２内が全体的に水素ガスで満たされた状態が得られる。なお、このような液化水素ＬＨの押出し作業は、必要に応じて実施すればよく、省略することも可能である。

次に、図３のステップ１－１のように、吊上げ装置４を用いてポンプ３を上部室２３まで吊り上げる。この吊り上げの際、第１～第３開閉弁５１～５３は、液化ガスタンク１の運用中と同じく開いておく。吊り上げられたポンプ３は、開状態にある各開閉弁５１～５３を通過してポンプバレル２の下部室２１から上部室２３まで移動する。また、上部室２３へのポンプ３の移動が完了するまで、第１～第８バルブ７０Ａ～７０Ｈはいずれも閉じておく。これにより、上部室２３、第１中間室２２１、及び第２中間室２２２は、ポンプ３の移動（吊り上げ）が完了するまで水素ガスで満たされた状態に維持される。

次に、図３のステップ１－２のように、上部室２３及び第１中間室２２１内のガスを水素ガスから窒素ガスに置換する。詳しくは、第１開閉弁５１を開状態に維持しつつ、第２及び第３開閉弁５２，５３を開状態から閉状態に切り替える。また、第１、第２、及び第６バルブ７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｆを閉状態に維持しつつ、第３、第４、第５、第７及び第８バルブ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ，７０Ｇ，７０Ｈを閉状態から開状態に切り替える。これにより、第１中間室２２１と第２中間室２２２との連通、及び第２中間室２２２と下部室２１との連通がそれぞれ遮断された状態で、第２窒素ガス導入管６５から第１中間室２２１に窒素ガスが導入されるとともに、第２水素ガス導入管６３から第２中間室２２２に水素ガスが導入される。このことは、上部室２３及び第１中間室２２１内のガスを置換する作用をもたらす。

すなわち、第２窒素ガス導入管６５からの窒素ガスは、第１中間室２２１に導入されるだけでなく、開状態にある第１開閉弁５１を通じて第１中間室２２１から上部室２３にも導入される。このような窒素ガスの導入により、第１中間室２２１及び上部室２３の内部がそれぞれ窒素ガスによって満たされるとともに、第１中間室２２１及び上部室２３に存在していた水素ガスが第１ガス導出管６６及び第３ガス導出管６８へと押し出される。言い換えると、第１中間室２２１及び上部室２３の内部が、水素ガスで満たされる状態から窒素ガスで満たされる状態へと切り替えられる。一方、第２水素ガス導入管６３からの水素ガスは、第２中間室２２２を通じて第４ガス導出管６９へと排出される。これにより、第２中間室２２２の内部は水素ガスで満たされる状態に維持される。なお、詳細は省略するが、導出管６６～６９からガスが排出される場合（特に水素ガスが排出される場合）、この排出ガスを回収することが望ましい。このため、導出管６６～６９には適宜回収器を接続することが望ましい。

次に、図３のステップ１－３のように、上部室２３からヘッドプレート２５を取り外し、当該ヘッドプレート２５と共に吊上げ装置４及びポンプ３を搬出する。詳しくは、ヘッドプレート２５を固定しているボルト等の固定手段を解除し、予め用意されたウィンチ等の外部搬出装置を用いてヘッドプレート２５を搬出する。例えば、外部搬出装置から延びるワイヤＷをヘッドプレート２５の吊り手２５ａに掛けた状態で、外部搬出装置を操作してヘッドプレート２５を所定の搬出先まで搬出する。当該搬出によりヘッドプレート２５が取り外されると、上部室２３の上面が開放されるので、当該上部室２３内のガス（窒素ガス）は適宜空気に置換される。ここで、ヘッドプレート２５には吊上げ装置４が固定されており、かつ吊上げ装置４は吊りワイヤ４２によってポンプ３を保持している。このため、ヘッドプレート２５が搬出されると、このヘッドプレート２５と共に吊上げ装置４及びポンプ３も搬出される。

上述したポンプ３の搬出（ヘッドプレート２５の取外し）は、第１～第３開閉弁５１～５３が全て閉じた状態で行われる。すなわち、先のステップ１－２の後、第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を閉状態に維持しつつ第１開閉弁５１を開状態から閉状態に切り替える操作が行われ、その状態でポンプ３が搬出される。また、ポンプ３の搬出前に、第５バルブ７０Ｅは開状態から閉状態に切り替えられる。一方、第５バルブ７０Ｅ以外の他のバルブ、つまり第１～第４バルブ７０Ａ～７０Ｄ及び第６～第８バルブ７０Ｆ～７０Ｈは、先のステップ１－２における状態から変更されない。これにより、ステップ１－２からステップ１－３にかけて、第２窒素ガス導入管６５からの窒素ガスの供給と、第２水素ガス導入管６３からの水素ガスの供給とがいずれも継続される。このようなガス供給により、ポンプ３の搬出の間、第１中間室２２１の内部が窒素ガスで満たされる状態に維持されるとともに、第２中間室２２２の内部が水素ガスで満たされる状態に維持される。

以上により、ポンプ３をタンク本体１０から取り出す作業が完了する。取り出されたポンプ３は、搬出先でメンテナンス等の所定の処置に供される。なお、以上のようなポンプ３の搬出作業（図３）において、ポンプ３を下部室２１から上部室２３に引き上げるステップ１－１の作業は、本開示における第１ステップに相当し、上部室２３及び第１中間室２２１内のガスを水素ガスから窒素ガスに置換しかつ第２中間室２２２内を水素ガスで満たすステップ１－２の作業は、本開示における第２ステップに相当し、上部室２３を開放して当該上部室２３からポンプ３を搬出するステップ１－３の作業は、本開示における第３ステップに相当する。

［ポンプ据付け作業］
続けて、ポンプ３をタンク本体１０に据え付ける作業を図４を用いて説明する。

まず、上部室２３の上面にヘッドプレート２５を固定するとともに、上部室２３の内部に吊上げ装置４及びポンプ３を挿入する。この作業は、図３のステップ１－３の逆手順の作業であり、吊上げ装置４及びポンプ３を伴ったヘッドプレート２５を上部室２３の上面に固定することで実現される。ヘッドプレート２５の固定により、上部室２３内には空気が閉じ込められる。

次に、図４のステップ２－１のように、上部室２３内のガスを空気から窒素ガスに置換する。詳しくは、第１～第３開閉弁５１～５３並びに第１及び第６バルブ７０Ａ，７０Ｆを閉状態に維持しかつ第３、第４、第７及び第８バルブ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｇ，７０Ｈを開状態に維持しつつ、第２及び第５バルブ７０Ｂ，７０Ｅを閉状態から開状態に切り替える。これにより、第１窒素ガス導入管６４から上部室２３に窒素ガスが導入されるとともに、当該上部室２３から第１ガス導出管６６を通じて空気が排出される。すなわち、上部室２３の内部が、空気で満たされる状態から窒素ガスで満たされる状態へと切り替えられる。また、ここでの上部室２３のガス置換の間、第２窒素ガス導入管６５及び第２水素ガス導入管６３からはそれぞれガス（窒素ガス又は水素ガス）の供給が継続される。これにより、第１中間室２２１の内部が窒素ガスで満たされる状態に維持されるとともに、第２中間室２２２の内部が水素ガスで満たされる状態に維持される。

次に、図４のステップ２－２のように、上部室２３内のガスを窒素ガスから水素ガスに置換する。詳しくは、第１～第３開閉弁５１～５３を閉状態に維持しかつ第３、第４、第７及び第８バルブ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｇ，７０Ｈを開状態に維持しつつ、第１バルブ７０Ａ及び第６バルブ７０Ｆを閉状態から開状態に切り替えかつ第２及び第５バルブ７０Ｂ，７０Ｅを開状態から閉状態に切り替える。これにより、第１水素ガス導入管６２から上部室２３に水素ガスが導入されるとともに、当該上部室２３から第２ガス導出管６７を通じて窒素ガスが排出される。すなわち、上部室２３の内部が、窒素ガスで満たされる状態から水素ガスで満たされる状態へと切り替えられる。また、ここでの上部室２３のガス置換の間、第２窒素ガス導入管６５及び第２水素ガス導入管６３からはそれぞれガス（窒素ガス又は水素ガス）の供給が継続される。これにより、第１中間室２２１の内部が窒素ガスで満たされる状態に維持されるとともに、第２中間室２２２の内部が水素ガスで満たされる状態に維持される。

次に、図４のステップ２－３のように、第１中間室２２１内のガスを窒素ガスから水素ガスに置換する。詳しくは、第２及び第３開閉弁５２，５３並びに第２及び第５バルブ７０Ｂ，７０Ｅを閉状態に維持しかつ第１、第４、第７及び第８バルブ７０Ａ，７０Ｄ，７０Ｇ，７０Ｈを開状態に維持しつつ、第１開閉弁５１を閉状態から開状態に切り替えかつ第３及び第６バルブ７０Ｃ，７０Ｆを開状態から閉状態に切り替える。これにより、開状態にある第１開閉弁５１を通じて第１水素ガス導入管６２から第１中間室２２１に水素ガスが導入されるとともに、当該第１中間室２２１から第３ガス導出管６８を通じて窒素ガスが排出される。すなわち、第１中間室２２１の内部が、窒素ガスで満たされる状態から水素ガスで満たされる状態へと切り替えられる。なお、第２中間室２２２については、第２水素ガス導入管６３からの水素ガスの継続供給により、水素ガスで満たされる状態に維持される。

次に、吊上げ装置４を用いてポンプ３を上部室２３から下部室２１の下端部２１ａまで下降させる。この下降の前に、第１～第８バルブ７０Ａ～７０Ｈは全て閉じられるとともに、第１～第３開閉弁５１～５３は全て開かれる（図１及び図２参照）。ポンプ３は、開状態にある各開閉弁５１～５３を通過して上部室２３から下部室２１の下端部２１ａまで移動する。

以上により、ポンプ３がポンプバレル２内の正規の収容位置（下部室２１の下端部２１ａ）へと戻され、ポンプ３をタンク本体１０に据え付ける作業が完了する。なお、以上のようなポンプ３の搬入作業（図４）において、ポンプ３を上部室２３に挿入する作業（ステップ２－１の前段階の作業）は、本開示における第４ステップに相当し、上部室２３内のガスを空気から窒素ガスに置換するステップ２－１の作業は、本開示における第５ステップに相当し、上部室２３及び第１中間室２２１内のガスを窒素ガスから水素ガスに置換しかつ第２中間室２２２内を水素ガスで満たすステップ２－２及び２－３の作業は、本開示における第６ステップに相当し、上部室２３から下部室２１にポンプ３を下降させる作業（ステップ２－３の後続の作業）は、本開示における第７ステップに相当する。

［作用効果］
以上説明したとおり、本実施形態では、ポンプバレル２の下部室２１と上部室２３との間に、第１～第３開閉弁５１～５３によって仕切られた第１中間室２２１及び第２中間室２２２が形成されるとともに、各中間室２２１，２２２及び上部室２３の内部を水素ガス又は窒素ガスで満たすことが可能なガス置換装置６がポンプバレル２に適用される。このような構成によれば、ポンプ３の搬出入時にポンプバレル２を通じて不適切なガスの出入りが生じるのを防止できるという利点がある。

例えば、メンテナンス等のためにポンプ３をタンク本体１０から取り出す搬出時には、ポンプ３を下部室２１から上部室２３へと吊り上げた上で、ガス置換装置６を用いて第１中間室２２１及び上部室２３内のガスを不活性ガスである窒素ガスに置換し、その状態でポンプ３を上部室２３から搬出することにより（図３参照）、貯留されている液化ガス（液化水素ＬＨ）に対応するガスつまり水素ガスが大気に飛散するのを防止することができる。一方、ポンプ３をポンプバレル２の下部室２１に据え付ける搬入時には、ガス置換装置６を用いて第１及び第２中間室２２１，２２２並びに上部室２３内のガスを水素ガスに置換し、その状態で上部室２３から下部室２１へとポンプ３を下降させることにより（図４参照）、水素ガスとは異なるガスがタンク本体１０内に混入するのを防止することができる。

具体的に、本実施形態で用いられるガス置換装置６は、水素ガス供給源６０及び窒素ガス供給源６１と、各供給源から供給される水素ガス及び窒素ガスを選択的に中間室２２１，２２２又は上部室２３に導入するための複数の導入管６２～６５と、中間室２２１，２２２及び上部室２３からガスを排出するための複数の導出管６６～６９とを備える。このようなガス置換装置６を用いることにより、本実施形態では、ポンプ３の搬出入時に求められる上述したガス置換を適切に行うことができる。

例えば、ポンプ３の搬出前に第１中間室２２１及び上部室２３の内部を窒素ガスに置換する際には、第１開閉弁５１を開きかつ第３開閉弁５３を閉じた状態で、例えば第２窒素ガス導入管６５から第１中間室２２１及び上部室２３に窒素ガスを導入し、かつ導入した窒素ガスを第１及び第３ガス導出管６６，６８から排出することにより（図３のステップ１－２参照）、前記窒素ガスへの置換を適切に行うことができる。そして、当該ガス置換の後にポンプ３を上部室２３から搬出することにより（図３のステップ１－３参照）、上部室２３から水素ガスが大気に飛散するのを防止することができる。

一方、ポンプ３の搬入前に第１及び第２中間室２２１，２２２並びに上部室２３の内部を水素ガスに置換する際には、第１開閉弁５１を開きかつ第２及び第３開閉弁５２，５３を閉じた状態で、例えば第１及び第２水素ガス導入管６２，６３から上部室２３並びに第１及び第２中間室２２１，２２２に水素ガスを導入し、かつ導入した窒素ガスを第３及び第４ガス導出管６８，６９から排出することにより（図４のステップ２－３参照）、前記水素ガスへの置換を適切に行うことができる。そして、当該ガス置換の後にポンプ３を上部室２３から下部室２１に移動させることにより、水素ガスとは異なるガスがタンク本体１０内に混入するのを防止することができる。

また、本実施形態では、第１中間室２２１の下側に第２中間室２２２が形成されるので、ポンプ３の搬出入時に当該第２中間室２２２の内部を水素ガスで満たすことにより、ポンプバレル２を通じた不適切なガスの出入りが生じる可能性をより低減することができる。

例えば、第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を共に閉じた状態で、第２水素ガス導入管６３から第２中間室２２２に水素ガスを導入し、かつ導入した水素ガスを第４ガス導出管６９から排出することにより、第２中間室２２２の内部を水素ガスで満たされる状態に維持することができる。このように、本実施形態では、下部室２１の直ぐ上側の第２中間室２２２を水素ガスで継続的に満たしつつポンプ３を搬出入できるので、上部室２３から水素ガスが大気に飛散すること、及び水素ガス以外のガス（窒素ガス）が下部室２１を通じてタンク本体１０内に混入するのをそれぞれ効果的に防止することができる。

具体的に、ポンプ３の搬入時には、第２中間室２２２を水素ガスで満たしながら、上部室２３及び第１中間室２２１内のガスを窒素ガスから水素ガスへと置換し（図４参照）、その状態でポンプ３を上部室２３から下部室２１へと下降させることにより、窒素ガスがタンク本体１０内に混入するのを的確に防止することができる。この場合において、第１中間室２２１と第２中間室２２２とを仕切る閉状態の第３開閉弁５３のシール性が完全でなければ、当該第３開閉弁５３を介して第１中間室２２１から第２中間室２２２に少量の窒素ガスが漏洩することが想定されるが、漏洩した窒素ガスは、第２中間室２２２を満たす水素ガスの中で希釈される。これにより、第２中間室２２１から下部室２１へとさらに窒素ガスが漏洩する可能性が可及的に低減されるので、窒素ガスが下部室２１を通じてタンク本体１０内に混入するのを的確に防止することができる。

一方、ポンプ３の搬出時には、第２中間室２２２を水素ガスで満たしながら、上部室２３及び第１中間室２２１内のガスを水素ガスから窒素ガスに置換し（図３のステップ１－２参照）、その状態でポンプ３を上部室２３から搬出することにより、当該上部室２３から水素ガスが大気に飛散するのを的確に防止することができる。この場合において、第１中間室２２１と第２中間室２２２とを仕切る閉状態の第３開閉弁５３のシール性が完全でなければ、当該第３開閉弁５３を介して第２中間室２２２から第１中間室２２１に少量の水素ガスが漏洩することが想定されるが、漏洩した水素ガスは、第１中間室２２１を満たす窒素ガスの中で希釈される。これにより、第１中間室２２１から上部室２３へとさらに水素ガスが漏洩する可能性が可及的に低減されるので、上部室２３から水素ガスが大気に飛散するのを的確に防止することができる。

このように、第１中間室２２１及び第２中間室２２２からなる中間室２２が下部室２１と上部室２３との間に形成される本実施形態によれば、窒素ガス又は水素ガスによって当該中間室２２を選択的に満たすことにより、下部室２１と上部室２３との間で異種のガスが直接出入りするのを防ぐバッファとして中間室２２を有効利用することができる。これにより、水素ガスの大気への飛散、及び水素ガス以外のガスのタンク本体１０への混入をそれぞれ効果的に防止することができる。

また、本実施形態では、ポンプバレル２の下部室２１から上部室２３へとポンプ３を吊り上げ可能な吊上げ装置４が上部室２３に配置されるので、タンク本体１０内からポンプ３を取り出す作業を比較的簡単に行うことができる。

例えば、ポンプ３をタンク本体１０から取り出す際には、第１～第３開閉弁５１～５３をいずれも開いた状態で吊上げ装置４によりポンプ３を吊り上げることで、ポンプバレル２の下部室２１から上部室２３へとポンプ３を移動させることができ、当該上部室２３からポンプ３を搬出することができる。また、ポンプ３を上部室２３まで吊り上げた後は、第１～第３開閉弁５１～５３を開状態から閉状態に切り替えることにより、上部室２３と下部室２１との連通を遮断することができる。これにより、上部室２３から下部室２１へと空気が流入するのを防止しながら、上部室２３からヘッドプレート２５を取り外して上部室２３を開放することができ、当該上部室２３からポンプ３を容易に搬出することができる。

［変形例］
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示はこれに限定されるわけではなく、例えば次のような変形が可能である。

前記実施形態では、上部室２３及び第１中間室２２１内のガスを水素ガスから窒素ガスに置換する図３のステップ１－２において、第７バルブ７０Ｇを閉状態から開状態に切り替えたが、第７バルブ７０Ｇは閉状態のままとしてもよい。この場合、第１中間室２２１からの水素ガスの排出は、第３ガス導出管６８ではなく第１ガス導出管６６を通じて行われることになる。つまり、第１中間室２２１内の水素ガスは、第２窒素ガス導入管６５から導入される窒素ガスに押されることにより、第１中間室２２１から開状態にある第１開閉弁５１を通じて上部室２３へと移動し、さらに当該上部室２３から第１ガス導出管６６を通じて外部に排出される。窒素ガスは水素ガスよりも重いので、このような水素ガスの排出は支障なく行われ得る。

また、前記のように図３のステップ１－２で第７バルブ７０Ｇを閉状態に維持した場合、続くステップ１－３では第７バルブ７０Ｇを閉状態から開状態に切り替えるようにする。これにより、上部室２３を大気開放しつつ、第１中間室２２１を窒素ガスで満たされる状態に維持することができる。

前記実施形態では、上部室２３内のガスを窒素ガスから水素ガスに置換する作業（図４のステップ２－２）と、第１中間室２２１内のガスを窒素ガスから水素ガスに置換する作業（図４のステップ２－３）とをこの順に行ったが、これら上部室２３及び第１中間室２２１に対するガス置換を同時に行ってもよい。すなわち、上部室２３内のガスを空気から窒素ガスに置換するステップ２－１の後、第１開閉弁５１及び第１バルブ７０Ａを閉状態から開状態に切り替えるとともに、第２、第３及び第５バルブ７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｅを開状態から閉状態に切り替えることにより、ステップ２－２を経ずにステップ２－３に直接移行してもよい。このようにすれば、上部室２３及び第１中間室２２１に対する窒素ガスから水素ガスへの置換を同時に行うことができる。

前記実施形態では、液化ガスタンク１に貯留される液化ガスが液化水素ＬＨであることを前提に、ポンプバレル２の中間室２２（第１及び第２中間室２２１，２２２）及び上部室２３内のガスを水素ガス又は窒素ガスに置換可能なガス置換装置６をポンプバレル２に適用したが、ガス置換装置は、中間室及び上部室内のガスを液化ガスに対応するガス又は不活性ガスに置換可能なものであればよく、その限りにおいて置換ガスの種類は適宜変更可能である。

前記実施形態では、ポンプバレル２の下部室２１から上部室２３までポンプ３を吊り上げ可能な吊上げ装置４をポンプバレル２の上部室２３に配置するために、当該上部室２３の天井を構成するヘッドプレート２５の下面に吊上げ装置４を取り付けたが、これに代えて、上部室２３の内壁に吊上げ装置４を着脱可能に取り付けてもよい。さらに、上部室２３への吊上げ装置４の配置自体を省略してもよい。例えば、ポンプ３の搬出入時に、ポンプバレル２の外部にウィンチ等からなる外部吊上げ装置を設置し、当該外部吊上げ装置を用いてポンプ３の搬出入を行ってもよい。

前記実施形態では、下部室２１と上部室２３との間に、第１～第３開閉弁５１～５３によって仕切られた２つの部屋（第１中間室２２１及び第２中間室２２２）からなる中間室２２を設けたが、３つ以上の部屋からなる中間室を設けてもよい。逆に、中間室を単一の部屋から構成してもよい。言い換えると、ポンプバレルは、上部室と、上部室の下方に第１開閉弁を挟んで配置された単一の中間室と、当該中間室の下方に第２開閉弁を挟んで配置された下部室とを含むものであってもよい。この場合でも、ガス置換装置を用いて、ポンプの搬出時に中間室及び上部室内のガスを窒素ガスに置換し、かつポンプの搬入時に中間室及び上部室内のガスを水素ガスに置換することにより、ポンプの搬出入時にポンプバレルを通じて不適切なガスの出入りが生じるのを防止することができる。

［まとめ］
前記実施形態及びその変形例には、以下の開示が含まれる。

本開示の一局面に係る液化ガスタンクは、液化ガスを貯留するタンク本体と、前記液化ガスを払い出すために前記タンク本体内に配置されたポンプと、前記ポンプを収容するとともに当該ポンプの収容位置から上方に延びて前記タンク本体の外側へと至る下部室、当該下部室の上方に配置された中間室、及び当該中間室の上方に配置された上部室とを含む筒状のポンプバレルと、前記上部室と前記中間室との間に開閉可能に設けられた第１開閉弁と、前記中間室と前記下部室との間に開閉可能に設けられた第２開閉弁と、前記中間室及び前記上部室内のガスを前記液化ガスに対応するガスと不活性ガスとの間で切り替え可能なガス置換装置とを備える。

この液化ガスタンクによれば、ポンプの搬出入時にポンプバレルを通じて不適切なガスの出入りが生じるのを防止することができる。

例えば、メンテナンス等のためにポンプをタンク本体から取り出す搬出時には、ポンプを下部室から上部室へと吊り上げた上で、ガス置換装置を用いて中間室及び上部室の内部を不活性ガスに置換し、その状態でポンプを上部室から搬出することにより、貯留されている液化ガスに対応するガスが大気に飛散するのを防止することができる。一方、ポンプをポンプバレルの下部室に据え付ける搬入時には、ガス置換装置を用いて中間室及び上部室内のガスを液化ガスに対応するガスに置換し、その状態で上部室から下部室へとポンプを下降させることにより、液化ガスに対応するガスとは異なるガスがタンク本体内に混入するのを防止することができる。

特に、下部室と上部室との間に中間室が形成される本態様によれば、液化ガスに対応するガス又は不活性ガスによって当該中間室を選択的に満たすことにより、下部室と上部室との間で異種のガスが直接出入りするのを防ぐバッファとして中間室を利用することができ、上述した不適切なガスの出入りを効果的に防止することができる。

好ましくは、前記液化ガスタンクは、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁との間に配置された第３開閉弁をさらに備え、前記中間室は、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁との間に画成された第１中間室と、前記第２開閉弁と前記第３開閉弁との間に画成された第２中間室とを含む。

このように、開閉弁で仕切られた２つの部屋（第１中間室及び第２中間室）を中間室として設けた場合には、中間室に期待される上述したバッファとしての機能をより高めることができ、ポンプバレルを通じた不適切なガスの出入りを高い確率で阻止することができる。

好ましくは、前記ガス置換装置は、前記液化ガスに対応するガスを供給する第１供給源と、前記不活性ガスを供給する第２供給源と、前記第１及び第２供給源から供給されるガスを選択的に前記第１及び第２中間室並びに前記上部室に導入するための導入部と、前記第１及び第２中間室並びに前記上部室からガスを排出するための導出部とを含む。

この態様では、ポンプの搬出入時に、下部室に近い第２中間室の内部を液化ガスに対応するガスで満しつつ、上部室に近い第１中間室内のガスを液化ガスに対応するガスと不活性ガスとの間で適宜入れ替えることができる。これにより、液化ガスに対応するガスが大気に飛散すること、及び当該ガス以外のガスがタンク本体に混入するのをそれぞれ効果的に防止することができ、ポンプバレルを通じた不適切なガスの出入りを高い確率で阻止することができる。

具体的に、前記導入部は、前記上部室及び前記第２中間室に前記液化ガスに対応するガスを導入する第１ガス導入管と、前記上部室及び前記第１中間室に前記不活性ガスを導入する第２ガス導入管とを有するものとすることができる。

この態様では、第１及び第２ガス導入管を用いて上述したガス置換を適切に行うことができる。

本開示の他の局面に係る液化ガスタンク用ポンプのメンテナンス方法は、上述した液化ガスタンクにおける前記ポンプをメンテナンスする方法であって、前記第１～第３開閉弁を開いた状態で前記ポンプを前記下部室から前記上部室へ引き上げる第１ステップと、前記第２及び第３開閉弁を閉じた状態で、前記ガス置換装置を用いて、前記上部室及び前記第１中間室内のガスを前記液化ガスに対応するガスから前記不活性ガスに置換しかつ前記第２中間室を前記液化ガスに対応するガスで満たす第２ステップと、前記第１～第３開閉弁を閉じた状態で前記上部室を開放し、当該上部室から前記ポンプを搬出する第３ステップとを含む。

さらに、前記メンテナンス方法は、前記第３ステップの後、前記ポンプを前記上部室に挿入する第４ステップと、前記第１開閉弁を閉じた状態で、前記ガス置換装置を用いて前記上部室内のガスを空気から前記不活性ガスに置換する第５ステップと、前記第２及び第３開閉弁を閉じた状態で、前記ガス置換装置を用いて、前記上部室及び前記第１中間室内のガスを前記不活性ガスから前記液化ガスに対応するガスに置換しかつ前記第２中間室を前記液化ガスに対応するガスで満たす第６ステップと、前記第１～第３開閉弁を開いた状態で前記ポンプを前記上部室から前記下部室へ下降させる第７ステップとをさらに含んでいてもよい。

このような方法によれば、ポンプバレルを通じた不適切なガスの出入りを防止しつつタンク本体から適切にポンプを搬出入することができる。

ＬＨ 液化水素（液化ガス）
１ 液化ガスタンク
２ ポンプバレル
３ ポンプ
６ ガス置換装置
１０ タンク本体
２１ 下部室
２２ 中間室
２３ 上部室
５１ 第１開閉弁
５２ 第２開閉弁
５３ 第３開閉弁
６０ 水素ガス供給源（第１供給源）
６１ 窒素ガス供給源（第２供給源）
６２ 第１水素ガス導入管（第１ガス導入管；導入部）
６３ 第２水素ガス導入管（第１ガス導入管；導入部）
６４ 第１窒素ガス導入管（第２ガス導入管；導入部）
６５ 第２窒素ガス導入管（第２ガス導入管；導入部）
６６ 第１ガス導出管（導出部）
６７ 第２ガス導出管（導出部）
６８ 第３ガス導出管（導出部）
６９ 第４ガス導出管（導出部）
２２１ 第１中間室
２２２ 第２中間室

Claims (6)

1. 液化ガスを貯留するタンク本体と、
   前記液化ガスを払い出すために前記タンク本体内に配置されたポンプと、
   前記ポンプを収容するとともに当該ポンプの収容位置から上方に延びて前記タンク本体の外側へと至る下部室、当該下部室の上方に配置された中間室、及び当該中間室の上方に配置された上部室とを含む筒状のポンプバレルと、
   前記上部室と前記中間室との間に開閉可能に設けられた第１開閉弁と、
   前記中間室と前記下部室との間に開閉可能に設けられた第２開閉弁と、
   前記中間室及び前記上部室内のガスを前記液化ガスに対応するガスと不活性ガスとの間で切り替え可能なガス置換装置とを備えた、液化ガスタンク。
2. 請求項１に記載の液化ガスタンクにおいて、
   前記第１開閉弁と前記第２開閉弁との間に配置された第３開閉弁をさらに備え、
   前記中間室は、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁との間に画成された第１中間室と、前記第２開閉弁と前記第３開閉弁との間に画成された第２中間室とを含む、液化ガスタンク。
3. 請求項２に記載の液化ガスタンクにおいて、
   前記ガス置換装置は、前記液化ガスに対応するガスを供給する第１供給源と、前記不活性ガスを供給する第２供給源と、前記第１及び第２供給源から供給されるガスを選択的に前記第１及び第２中間室並びに前記上部室に導入するための導入部と、前記第１及び第２中間室並びに前記上部室からガスを排出するための導出部とを含む、液化ガスタンク。
4. 請求項３に記載の液化ガスタンクにおいて、
   前記導入部は、前記上部室及び前記第２中間室に前記液化ガスに対応するガスを導入する第１ガス導入管と、前記上部室及び前記第１中間室に前記不活性ガスを導入する第２ガス導入管とを有する、液化ガスタンク。
5. 請求項２～４のいずれか１項に記載の液化ガスタンクにおける前記ポンプをメンテナンスする方法であって、
   前記第１～第３開閉弁を開いた状態で前記ポンプを前記下部室から前記上部室へ引き上げる第１ステップと、
   前記第２及び第３開閉弁を閉じた状態で、前記ガス置換装置を用いて、前記上部室及び前記第１中間室内のガスを前記液化ガスに対応するガスから前記不活性ガスに置換しかつ前記第２中間室を前記液化ガスに対応するガスで満たす第２ステップと、
   前記第１～第３開閉弁を閉じた状態で前記上部室を開放し、当該上部室から前記ポンプを搬出する第３ステップとを含む、液化ガスタンク用ポンプのメンテナンス方法。
6. 請求項５に記載の液化ガスタンク用ポンプのメンテナンス方法において、
   前記第３ステップの後、前記ポンプを前記上部室に挿入する第４ステップと、
   前記第１開閉弁を閉じた状態で、前記ガス置換装置を用いて前記上部室内のガスを空気から前記不活性ガスに置換する第５ステップと、
   前記第２及び第３開閉弁を閉じた状態で、前記ガス置換装置を用いて、前記上部室及び前記第１中間室内のガスを前記不活性ガスから前記液化ガスに対応するガスに置換しかつ前記第２中間室を前記液化ガスに対応するガスで満たす第６ステップと、
   前記第１～第３開閉弁を開いた状態で前記ポンプを前記上部室から前記下部室へ下降させる第７ステップとをさらに含む、液化ガスタンク用ポンプのメンテナンス方法。