5.3 液体水素貯蔵設備の開発

5.3.1 研究開発目標

　液体水素貯蔵設備の開発は、前年度と同様に「貯蔵設備全体システム設計」と「貯蔵設 備の研究」に大別して実施した。 　「貯蔵設備全体システム設計」においては、新たに保安技術及び関連法制度の調査を行 い、基本システムの検討では前年度実施した大量貯蔵システムのインターフェイス条件の 見直しを行い、新たに分散貯蔵システムの事例調査を実施した。また、「貯蔵設備の研究 」においては、前年度に引き続き断熱材・断熱構造の調査を行い、貯槽の概念設計では貯 槽本体構造に関する設計検討を行った。さらに、今年度新たに、貯槽断熱構造試験装置に 関する調査を行うとともに、地下式貯槽の躯体構造ならびに岩盤貯蔵の検討も実施した。 これらの概要を以下に示す。

5.3.2 平成７年度の研究開発成果

5.3.2.1 貯蔵設備全体システム設計

(1) 保安技術及び関連法制度の調査

(I)　国内の液体水素貯蔵に関する保安対策の現状調査
　宇宙開発事業団種子島宇宙センター（球形二重殻、540m³×2基）と岩谷産業�鞄�崎工 場（竪型円筒二重殻、50m³× 4基）で行われている保安対策の内、主に保安設備につい て調査した。前者では、液体水素貯槽と液体酸素貯槽の距離を米国空軍の爆風圧の基準に より167ｍも取ったりするなど高圧ガス取締法に規定されている以上の保安対策をとって いる。後者においては、石油コンビナート等災害防止法、高圧ガス取締法に準拠し、レイ アウト上の保安対策、電気品の防爆対策、静電気除去措置対策等がとられている。

(II) 液体水素貯蔵に関する現状法規制の調査
　液体水素貯蔵に関連する法規制として、国内の殆どの液体水素貯蔵設備に適用されてい る高圧ガス取締法について、その安全に関する規制内容の調査と、WE-NET計画での大容量 液体水素貯槽への適用した場合のモデル例（離隔距離、保安設備例）を検討した。

(III) 類似液化ガス大型貯蔵設備における保安対策の現状調査
　都市ガス用ＬＮＧの輸入基地とＬＰＧ輸入基地の内、保安設備について調査してまとめ た。ＬＮＧ輸入基地ではガス事業法に、ＬＰＧ輸入基地では高圧ガス取締法に準拠すると 共に、取り扱う物資の特性を考慮した保安設備も自主的に設置されている。前者で低温検 知警報設備、高発泡設備が自主設置されている他は 両者とも同様の保安設備（異常事態 の早期発見設備、異常事態の発生後の処置設備、その他の設備）が設置されている。

(IV)　液体水素貯蔵における保安対策に関する文献調査
　保安対策とは、異常状態を発生させないことと、異常状態が発生した場合、その状態を 速やかに検知し、安全な状態に戻すこと（狭義の保安）であり、万一、災害が発生した場 合にその拡大を防止すること（防災）である。具体的には、組織・体制、運転管理、設備 保全管理、教育・訓練等の人的対策と工場立地・設備レイアウト、設備・機器の安全構造 設計、保安設備の設置等の物的対策がある。これらは一般的な事項で水素貯蔵に限った場 合特別な文献は見あたらなかった。

(2)　基本システムの検討

(I)　大量貯蔵システム
　前年度実施した液化基地および発電基地における貯蔵設備の規模想定について、今年度 提示があった「WE-NET全体システム概念設計公開資料」に基づきインターフェイス条件を 見直した。また、同インターフェイス条件にて基本システムフロー、熱・物質収支計算な らびに貯蔵基地構成設備の要目についても見直した。 　見直し検討を行ったが、液体水素貯槽の開発目標とする基本容量については、前年度に 設定した50,000m³は変更を要しない結果を得たが、全体システムについては今後細部に ついての整合調整が、経済的なボイルオフ率の設定ならびに備蓄容量の設定等も含み、次 年度以降の課題である。

(II)　分散貯蔵システム
　分散貯蔵システムは、大量貯蔵基地から直接水素供給ができない遠隔地の需 要家に水素を供給する分散中継基地における液体水素貯蔵システムと位置付け られる。
　国内には液体水素の中継基地が存在しないため、北米における液体水素分散 貯蔵設備を調査した。北米の水素ディストリビューション・センターは、30数 ヶ所あり、液体水素を低温トレーラーで受入れ、周辺のユーザに液体水素およ びガス水素を供給しているが、その規模は総じて小さい。また、ケネディ・ス ペース・センターでは、液体水素をトレーラー、鉄道貨車、パージ船で受入れ、 液体水素貯蔵タンクに貯蔵して、スペースシャトル等に真空ジャケット配管で 液体水素を移送している。移送はポンプを使用せず、全て加圧圧送している。 　また、類似エネルギーの分散貯蔵システムとして、国内のＬＮＧサテライト 基地ならびにＬＰＧ二次基地を調査した。わが国のＬＮＧサテライト基地は19 箇所あるが、すべて１次基地からローリーによって液の状態でＬＮＧを受け入 れている。サテライト基地内のＬＮＧ貯槽は、容量25〜100m³の真空パーライ ト断熱した二重殻円筒形式が大多数であるが、敷地有効利用、景観等を重視し た地下式貯槽も増加の傾向にある。
　ＬＰＧ二次基地は、ＬＰＧの物的流通の中継基地としての機能をもち、メー カ配給の拠点になっている。受入れは一次基地より内航タンカーやタンク車で 行われ、出荷はタンクローリーによる配送が主体である。ＬＰＧは常温高圧タ ンクに貯蔵され、貯蔵容量は 3,200m³程度である。一次基地と二次基地を比較 すると、貯蔵容量で68：1、基地の数で 0.4：1 になっている。この他、液体水 素の分散貯蔵・輸送システムを決める上で参考となるＬＰＧの流通システム全 体を調査した。

5.3.2.2 「貯蔵設備の研究」

(1)　断熱材・断熱構造の検討

　液体水素貯槽の蒸発率をＬＮＧ貯槽のそれと同程度（約0.1％／日）にするには、 液体水素貯槽の断熱材の断熱性能をＬＮＧ貯槽のそれより約10倍良くする必要が ある。従って、断熱材及び荷重支持材の選定が重要になる為、その文献調査を実 施した。
　その結果、常圧保冷の場合には熱シールドを設ける必要性が高いことが分った。 又、平底円筒貯槽の底部断熱構造として、断熱材と支持材との兼用案、例えばＰ ＵＦ、泡ガラス、マイクロスフェア等が考えられるが、これらは設計データが不 足しており、実験が必要である。

(2)　貯槽の概念設計

　前年度に引き続き、大容量の液体水素貯槽の概念設計を行った。前年度は断熱 性能および断熱構造を主体とした検討であったが、今年度は貯槽本体構造に関す る設計検討を行った。概念設計を行った貯槽は、貯槽形状では平底円筒形と球形、 断熱方法では真空と常圧、断熱材は粉体（パーライト等）、固体（ＰＵＦ等）お よびスーパインシュレーション（ＳＩ＋ＦＲＰ）、また輻射熱シールドの有る場 合と無い場合等が含まれ、前年度と同様に以下の４タイプについて実施した。

• タイプ１：粉末真空断熱の平底円筒形及び球形貯槽
  
• タイプ２：真空で固体断熱材を使用した平底円筒貯槽と横置き円筒貯槽
  
• タイプ３：積層真空断熱および粉末真空断熱のメンブレン形式貯槽
  
• タイプ４：常圧断熱の平底円筒形貯槽、球形貯槽

　各タイプ共通の問題点は、保冷材の断熱性及び内槽材等の低温時特性データの 不足である。また、内槽支持方法の詳細検討も今後の課題である。常圧断熱タイ プでは、シールガス圧調整システム及びシールド構造の検討が必要である。 　検討の結果、各タイプとも断熱方法を含めた構造詳細、施工性ならびに経済性 等を引き続き検討する必要があるが、構造的には成立しうる結果を得た。

(3)　断熱構造試験装置の調査

(I)　断熱性能試験装置の調査
　断熱性能試験方法の調査を行い、ＪＩＳ規格での熱伝導率測定方法を紹介し た。
　また、大型断熱構造の断熱性能試験装置の調査を行い、ＬＮＧ用断熱材の試 験装置について紹介した。

(II)　断熱構造強度試験装置の調査
　極低温材料強度試験装置の保有機関と断熱試験方法につき調査した。 　試験温度20K以下の強度試験を行えるのは、国内では10ヶ所以下であり、最大 荷重は10tonである。液体水素を使って試験できるのは１ヶ所である。 　断熱材試験方法の調査では、ＰＵＦの圧縮強度試験方法であるＡＳＴＭ、Ｄ 1621を紹介した。

(4)　貯槽躯体及び周辺技術の研究

(I)　地下式貯槽の躯体構造の設計概念検討
　容量50,000KLの液体水素地下式貯槽躯体構造の設計概念を確立するために、 既存実績調査結果を基に、設計条件として、a) 極低温用鉄筋・コンクリート材 料、b) 周辺地盤条件、c) 断熱材料性能、d) 耐震設計法の考え方、 e) 凍結制 御・ヒーター設備の考え方、f) 土留構造、について検討を行った。
　上記設計条件の基に、50,000m³の液体水素地下式貯槽構造案を提案した。た だし、入熱によるＢＯＧ発生率から規制される断熱性能、屋根構造、及び保安・ 安全上から求められる地震規模の設定等は今後の検討課題である。

(II)　極低温下における岩盤物性の研究
　液体水素岩盤貯蔵タンクの概念設計を行うに当たって、貯蔵システムを構成 する岩盤の極低温下での熱的物性および力学的物性を把握しておく必要がある。 平成５年度より液体水素温度領域での岩盤物性に関する研究の現状を調査した が皆無であった。したがって、これを計測するための測定原理を提案すると共 に、測定装置の概略設計および試作費の検討を行った。

5.3.3 今後の進め方及び課題

　平成８年度以降は、貯槽の概念設計を施工性、経済性等についての検討を進め実現性の ある貯槽形式および断熱構造の開発研究を進める一方、断熱構造確立に必要な断熱データ の確認のための要素試験を行い検証していくことが必要である。