(57)【要約】【課題】水素ガスを液化するために必要な動力を格段に低減し、効率よく液体水素を生成する水素液化装置および水素利用システムを提供すること。【解決手段】本発明に係る水素液化装置１０は、断熱容器１５と、断熱容器１５内外に連通する水素流通系統１１と、断熱容器１５内外に連通するヘリウム流通系統１６とを備え、水素流通系統１１は、断熱容器１５内に設けられた断熱容器内水素流通配管３３中の流体を冷却する冷却部７５と、断熱容器１５内に設けられ冷却部７５に連通する液体水素収容部１２とを有し、ヘリウム流通系統１６は、断熱容器１５内に設けられた低温ヘリウムガス収容部１７を有し、水素流通系統１１の断熱容器内水素流通配管３３とヘリウム流通系統の断熱容器内ヘリウム流通配管５３との間で熱交換を行う熱交換部３６を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱容器と、
この断熱容器内外に連通する水素流通系統と、
前記断熱容器内外に連通するヘリウム流通系統とを備え、
前記水素流通系統は、前記断熱容器内に設けられた断熱容器内水素流通配管と、この断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、前記断熱容器内に設けられ前記冷却部に連通する液体水素収容部とを有し、
前記ヘリウム流通系統は、前記断熱容器内に設けられた断熱容器内ヘリウム流通配管と、この断熱容器内ヘリウム流通配管に連通し断熱容器内に設けられた低温ヘリウムガス収容部とを有し、
前記水素流通系統の断熱容器内水素流通配管と前記ヘリウム流通系統の断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う熱交換部を備えることを特徴とする水素液化装置。
【請求項２】
前記熱交換部は、前記水素流通系統の断熱容器内水素流通配管のうち、断熱容器内に導入された水素ガスが前記冷却部に到達するまでの間の配管と、前記ヘリウム流通系統の断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の水素液化装置。
【請求項３】
前記水素流通系統は、前記断熱容器外に設けられ前記断熱容器内水素流通配管に連通する容器外水素流通配管に、水素ガス流量計と水素ガス流量制御バルブとが設けられるとともに、
前記ヘリウム流通系統は、前記断熱容器外に設けられ前記断熱容器内ヘリウム流通配管に連通する容器外ヘリウム流通配管に、ヘリウムガス流量計とヘリウムガス流量制御バルブとを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水素液化装置。
【請求項４】
前記熱交換部は、流体同士が壁面を介して熱交換を行う熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の水素液化装置。
【請求項５】
前記熱交換部は、隣接する配管中の流体の熱を蓄熱する蓄冷材部を備えた蓄冷器であることを特徴とする請求項１に記載の水素液化装置。
【請求項６】
前記ヘリウム流通系統は、前記容器外ヘリウム流通配管の一部が、一方端でヘリウムガス圧縮配管とヘリウムガス取出配管との２系統に分岐されるとともに他方端で合流し、
前記ヘリウムガス圧縮配管には、前記非低温ヘリウムガスを加圧する圧縮機が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の水素液化装置。
【請求項７】
断熱容器と、
この断熱容器内外に連通する水素流通系統とを備え、
前記水素流通系統は、前記断熱容器内に設けられた断熱容器内水素流通配管と、この断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、前記断熱容器内に設けられ前記冷却部に連通する液体水素収容部とを有し、
前記断熱容器内水素流通配管のうち、断熱容器内に導入された水素ガスが前記冷却部に到達するまでの間の配管に、流体の熱を蓄熱する蓄冷部が設けられたことを特徴とする水素液化装置。
【請求項８】
第１断熱容器と、この第１断熱容器内外に連通し、水素ガスから液体水素を生成する第１水素流通系統と、前記第１断熱容器内外に連通し、低温ヘリウムガスから非低温ヘリウムガスを生成する第１ヘリウム流通系統とを有する水素液化装置と、
第２断熱容器と、この第２断熱容器内外に連通し、液体水素から水素ガスを生成する第２水素流通系統と、前記第２断熱容器内外に連通し、非低温ヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する第２ヘリウム流通系統とを有する水素気化装置と、
流体を低温状態を保って収容する流体収容部を有し、前記水素液化装置と水素気化装置との間で流体を輸送する低温流体輸送容器と、
を備え、
前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内水素流通配管と、この第１断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、この冷却部に連通し第１断熱容器内に設けられた第１液体水素収容部とを有するとともに、前記第１ヘリウム流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、
前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内水素流通配管と、この第２断熱容器内水素流通配管に連通し第２断熱容器内に設けられた第２液体水素収容部とを有するとともに、前記第２ヘリウム流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、
前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統の第１断熱容器内水素流通配管と第１ヘリウム流通系統の第１断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第１熱交換部を有し、
前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統の第２断熱容器内水素流通配管と第２ヘリウム流通系統の第２断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第２熱交換部を有することを特徴とする水素利用システム。
【請求項９】
前記水素液化装置の第１熱交換部は、前記第１水素流通系統の第１断熱容器内水素流通配管のうち第１断熱容器内に導入された水素ガスが前記冷却部に到達するまでの間の配管と、前記第１ヘリウム流通系統の第１断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換するように設けられ、
前記水素気化装置の第２熱交換部は、前記第２水素流通系統の第２断熱容器内水素流通配管のうち前記第２液体水素収容部から第２断熱容器外に連通する配管と、前記第２ヘリウム流通系統の第２断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換するように設けられることを特徴とする請求項８に記載の水素利用システム。
【請求項１０】
前記水素液化装置は、第１水素流通系統における、前記第１液体水素収容部から水素液化装置外に液体水素を排出する配管と、前記第１ヘリウム流通系統における、水素液化装置外から第１断熱容器内に低温ヘリウムガスを導入する配管と、が断熱配管であり、
前記水素気化装置は、第２水素流通系統における、水素気化装置外から前記第２液体水素収容部内に液体水素を導入する配管と、前記第２ヘリウム流通系統における、第２断熱容器内から水素気化装置外に低温ヘリウムガスを排出する配管と、が断熱配管であることを特徴とする請求項８に記載の水素利用システム。
【請求項１１】
前記第１熱交換部および第２熱交換部が、流体同士が壁面を介して熱交換を行う熱交換器であることを特徴とする請求項８に記載の水素利用システム。
【請求項１２】
前記第１熱交換部および第２熱交換部は、それぞれ隣接する配管中の流体の熱を蓄熱する蓄冷部を備え、この蓄冷部の熱により隣接する配管中の流体間で熱交換を行う蓄冷器であることを特徴とする請求項８に記載の水素利用システム。
【請求項１３】
断熱容器と、この断熱容器内外に連通し、水素ガスから液体水素を生成する水素流通系統と、前記断熱容器内外に連通し、低温ヘリウムガスから非低温ヘリウムガスを生成するヘリウム流通系統とを有する水素液化装置と、
水素ガスを消費する水素ガス消費装置と、
前記非低温ヘリウムガスを供給する非低温ヘリウムガス供給装置と、
流体を低温状態を保って収容する流体収容部と、外部と流体を授受する流体授受部と、この流体授受部と前記流体収容部とを連通する導入路と、この導入路中の流体の熱を蓄熱する蓄冷部とを有し、前記水素液化装置と水素ガス消費装置と非低温ヘリウムガス供給装置との間で流体を輸送する低温流体輸送容器と、
を備え、
前記水素液化装置は、前記水素流通系統が、断熱容器内に設けられた断熱容器内水素流通配管と、この断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、前記断熱容器内に設けられ前記冷却部に連通する液体水素収容部とを有するとともに、前記ヘリウム流通系統が、断熱容器内に設けられた断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、
前記水素流通系統の断熱容器内水素流通配管とヘリウム流通系統の断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う熱交換部を有することを特徴とする水素利用システム。
【請求項１４】
前記水素液化装置の熱交換部は、前記水素流通系統の断熱容器内水素流通配管のうち断熱容器内に導入された水素ガスが前記冷却部に到達するまでの間の配管と、前記ヘリウム流通系統の断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換するように設けられることを特徴とする請求項１３に記載の水素利用システム。
【請求項１５】
前記水素液化装置は、水素流通系統における、前記液体水素収容部から水素液化装置外に液体水素を排出する配管と、前記ヘリウム流通系統における、水素液化装置外から断熱容器内に低温ヘリウムガスを導入する配管と、が断熱配管であることを特徴とする請求項１３に記載の水素利用システム。
【請求項１６】
第１断熱容器と、この第１断熱容器内外に連通し、水素ガスから液体水素を生成する第１水素流通系統と、前記第１断熱容器内外に連通し、低温ヘリウムガスから非低温ヘリウムガスを生成する第１ヘリウム流通系統とを有する水素液化装置と、
第２断熱容器と、この第２断熱容器内外に連通し、液体水素から水素ガスを生成する第２水素流通系統と、前記第２断熱容器内外に連通し、非低温ヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する第２ヘリウム流通系統と有する水素気化装置と、
前記水素液化装置から前記水素気化装置に液体水素を供給する液体水素パイプラインと、
前記水素気化装置から前記水素液化装置に前記低温ヘリウムガスを供給する低温ヘリウムガスパイプラインと、
を備え、
前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内水素流通配管と、この第１断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、この冷却部に連通し第１断熱容器内に設けられた第１液体水素収容部とを有するとともに、前記第１ヘリウム流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、
前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内水素流通配管と、この第２断熱容器内水素流通配管に連通し第２断熱容器内に設けられた第２液体水素収容部とを有するとともに、前記第２ヘリウム流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、
前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統の第１断熱容器内水素流通配管と第１ヘリウム流通系統の第１断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第１熱交換部を有し、
前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統の第２断熱容器内水素流通配管と第２ヘリウム流通系統の第２断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第２熱交換部を有することを特徴とする水素利用システム。
【請求項１７】
前記液体水素パイプラインは、前記水素液化装置の第１液体水素収容部と、前記水素気化装置の第２液体水素収容部とを連通し、
前記低温ヘリウムガスパイプラインは、前記水素液化装置の第１断熱容器内ヘリウム流通配管と、前記水素気化装置の第２断熱容器内ヘリウム流通配管とを連通することを特徴とする請求項１６に記載の水素利用システム。
【請求項１８】
前記液体水素パイプラインと前記低温ヘリウムガスパイプラインは、断熱配管であることを特徴とする請求項１６に記載の水素利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスから液体水素を生成する水素液化装置および水素液化装置を用いた水素利用システムに関し、特に効率よく熱交換を行う水素液化装置および水素利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、地球で消費されるエネルギーの多くは化石燃料に依存している。しかし、近い将来に化石燃料の資源が枯渇するという問題が指摘されている。また、地球温暖化の原因として二酸化炭素の排出抑制が国際的な公約になっている。このため、化石燃料の消費を低減する要求が高まっている。
【０００３】
化石燃料の代替エネルギー源としては、従来、原子力や自然エネルギーの活用が知られている。また、近年、他の代替エネルギー源として水素エネルギーの利用が提案されている。水素エネルギーの利用のうち、特に電気エネルギーで水素ガスを製造し、この水素ガスを燃料電池に用いて発電する方法は、貯蔵の困難な電気エネルギーを水素ガスの形で貯蔵・輸送できるという利点がある。この水素ガスを燃料電池に用いて発電する方法は、非特許文献１に記載されるような、電気エネルギーの大量貯蔵や長距離輸送の問題を解消するものであり、たとえば、出力の不安定な風力発電等と組合せることで発電効率がさらに向上するものと考えられる。
【０００４】
水素ガスを燃料電池に用いて発電する方法では、水素ガスの貯蔵方法が重要である。水素ガスの貯蔵方法としては、高圧水素ガスとして貯蔵する方法、液体水素として貯蔵する方法、水素吸蔵合金中に貯蔵する方法などが考えられる。この中で、液体水素として貯蔵する方法は水素の密度が高く、貯蔵容積が少なくなるため、水素の貯蔵・輸送に適しており、好ましい。
【０００５】
図９に、従来の液体水素による貯蔵・輸送システムの一例を示す。図９に示す貯蔵・輸送システム１０１は、水素液化装置１１０と、水素気化装置１２０と、水素液化装置１１０と水素気化装置１２０との間で液体水素を輸送する輸送容器１７０とを備える。
【０００６】
貯蔵・輸送システム１０１を用いて水素ガスから液体水素を作製する場合、図示しない水素製造装置で製造した水素ガスを、水素液化装置１１０の水素ガス導入部１１３から配管１３２を介して断熱容器１１５内の配管１３３に導入し、配管１３３に設けられた冷凍機１７５で冷却して水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する。得られた液体水素Ｌは液体水素容器１１２内に貯蔵される。
【０００７】
次に、貯蔵・輸送システム１０１を用いて液体水素を水素液化装置１１０から水素気化装置１２０に輸送する場合、通常、(a)液体水素容器１１２内の液体水素Ｌを配管１３４、１３５内を流通させて輸送用容器１７０に移送し、(b)輸送用容器１７０をローリー、貨車、船などで輸送用容器１７０ごと輸送し、(c)輸送用容器１７０内の液体水素Ｌを水素気化装置１２０の配管１４５、１４４内を流通させて断熱容器１２５内の液体水素容器１２２内に貯蔵し、(d)空になった輸送用容器１７０を水素液化装置１１０に返送する、という手順が行われる。
【０００８】
水素気化装置１２０の液体水素容器１２２内では、液体水素Ｌの一部が気化して水素ガスＧを生成する。得られた水素ガスＧは、配管１４３、１４２内を流通させ、断熱容器１２５外に設けられた水素ガス排出部１２３から取り出され、燃料電池等に用いられる。
【０００９】
図１０に、従来の液体水素による貯蔵・輸送システムの他の一例を示す。図１０に示す貯蔵・輸送システム２０１は、水素液化装置２１０と、水素気化装置２２０と、水素液化装置２１０と水素気化装置２２０との間で液体水素を輸送するパイプライン２９０とを備える。
【００１０】
貯蔵・輸送システム２０１は、図９に示す貯蔵・輸送システム１０１と同様に、図示しない水素製造装置で製造した水素ガスを、水素液化装置２１０の水素ガス導入部２１３から配管２３２を介して断熱容器２１５内の配管２３３に導入し、配管２３３に設けられた冷凍機２７５で冷却して水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する。得られた液体水素Ｌは液体水素容器２１２内に貯蔵される。
【００１１】
得られた液体水素Ｌは、パイプライン２９０を用いて水素気化装置２２０の断熱容器２２５内の液体水素容器２２２内に移送される。
【００１２】
水素気化装置２２０の液体水素容器２２２内では、液体水素Ｌの一部が気化して水素ガスＧを生成する。得られた水素ガスＧは、配管２４３、２４２内を流通させ、断熱容器２２５外に設けられた水素ガス排出部２２３から取り出され、燃料電池等に用いられる。
【非特許文献１】平林他、「二次エネルギーとしての電力・液体水素の比較検討」、第７８回２００８年度春季低温工学・超電導学会  講演概要集、社団法人低温工学協会、平成２０年、ｐ．３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、貯蔵・輸送システム１０１や２０１では、水素ガスを液体水素にするために冷凍機で冷却する必要があるが、この冷凍機の消費電力は、高圧水素ガスを生成するための圧縮機の消費電力に比べて格段に大きい。このため、貯蔵・輸送システム１０１や２０１のような液体水素を輸送する方式は、高圧水素を輸送する方式に比べて、システムとしての効率が低いという課題があった。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水素ガスを液化するために必要な動力を格段に低減し、効率よく液体水素を生成する水素液化装置、および水素液化装置を用いた水素利用システム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】
【００１５】
本発明に係る水素液化装置は、上記問題点を解決するものであり、断熱容器と、この断熱容器内外に連通する水素流通系統と、前記断熱容器内外に連通するヘリウム流通系統とを備え、前記水素流通系統は、前記断熱容器内に設けられた断熱容器内水素流通配管と、この断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、前記断熱容器内に設けられ前記冷却部に連通する液体水素収容部とを有し、前記ヘリウム流通系統は、前記断熱容器内に設けられた断熱容器内ヘリウム流通配管と、この断熱容器内ヘリウム流通配管に連通し断熱容器内に設けられた低温ヘリウムガス収容部とを有し、前記水素流通系統の断熱容器内水素流通配管と前記ヘリウム流通系統の断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う熱交換部を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る水素液化装置は、上記問題点を解決するものであり、断熱容器と、この断熱容器内外に連通する水素流通系統とを備え、前記水素流通系統は、前記断熱容器内に設けられた断熱容器内水素流通配管と、この断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、前記断熱容器内に設けられ前記冷却部に連通する液体水素収容部とを有し、前記断熱容器内水素流通配管のうち、断熱容器内に導入された水素ガスが前記冷却部に到達するまでの間の配管に、流体の熱を蓄熱する蓄冷部が設けられたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る水素利用システムは、上記問題点を解決するものであり、第１断熱容器と、この第１断熱容器内外に連通し、水素ガスから液体水素を生成する第１水素流通系統と、前記第１断熱容器内外に連通し、低温ヘリウムガスから非低温ヘリウムガスを生成する第１ヘリウム流通系統とを有する水素液化装置と、第２断熱容器と、この第２断熱容器内外に連通し、液体水素から水素ガスを生成する第２水素流通系統と、前記第２断熱容器内外に連通し、非低温ヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する第２ヘリウム流通系統とを有する水素気化装置と、流体を低温状態を保って収容する流体収容部を有し、前記水素液化装置と水素気化装置との間で流体を輸送する低温流体輸送容器と、を備え、前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内水素流通配管と、この第１断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、この冷却部に連通し第１断熱容器内に設けられた第１液体水素収容部とを有するとともに、前記第１ヘリウム流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内水素流通配管と、この第２断熱容器内水素流通配管に連通し第２断熱容器内に設けられた第２液体水素収容部とを有するとともに、前記第２ヘリウム流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統の第１断熱容器内水素流通配管と第１ヘリウム流通系統の第１断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第１熱交換部を有し、前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統の第２断熱容器内水素流通配管と第２ヘリウム流通系統の第２断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第２熱交換部を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る水素利用システムは、上記問題点を解決するものであり、断熱容器と、この断熱容器内外に連通し、水素ガスから液体水素を生成する水素流通系統と、前記断熱容器内外に連通し、低温ヘリウムガスから非低温ヘリウムガスを生成するヘリウム流通系統とを有する水素液化装置と、水素ガスを消費する水素ガス消費装置と、前記非低温ヘリウムガスを供給する非低温ヘリウムガス供給装置と、流体を低温状態を保って収容する流体収容部と、外部と流体を授受する流体授受部と、この流体授受部と前記流体収容部とを連通する導入路と、この導入路中の流体の熱を蓄熱する蓄冷部とを有し、前記水素液化装置と水素ガス消費装置と非低温ヘリウムガス供給装置との間で流体を輸送する低温流体輸送容器と、を備え、前記水素液化装置は、前記水素流通系統が、断熱容器内に設けられた断熱容器内水素流通配管と、この断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、前記断熱容器内に設けられ前記冷却部に連通する液体水素収容部とを有するとともに、前記ヘリウム流通系統が、断熱容器内に設けられた断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、前記水素流通系統の断熱容器内水素流通配管とヘリウム流通系統の断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う熱交換部を有することを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明に係る水素利用システムは、上記問題点を解決するものであり、第１断熱容器と、この第１断熱容器内外に連通し、水素ガスから液体水素を生成する第１水素流通系統と、前記第１断熱容器内外に連通し、低温ヘリウムガスから非低温ヘリウムガスを生成する第１ヘリウム流通系統とを有する水素液化装置と、第２断熱容器と、この第２断熱容器内外に連通し、液体水素から水素ガスを生成する第２水素流通系統と、前記第２断熱容器内外に連通し、非低温ヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する第２ヘリウム流通系統と有する水素気化装置と、前記水素液化装置から前記水素気化装置に液体水素を供給する液体水素パイプラインと、前記水素気化装置から前記水素液化装置に前記低温ヘリウムガスを供給する低温ヘリウムガスパイプラインと、を備え、前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内水素流通配管と、この第１断熱容器内水素流通配管中の流体を冷却する冷却部と、この冷却部に連通し第１断熱容器内に設けられた第１液体水素収容部とを有するとともに、前記第１ヘリウム流通系統が、第１断熱容器内に設けられた第１断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内水素流通配管と、この第２断熱容器内水素流通配管に連通し第２断熱容器内に設けられた第２液体水素収容部とを有するとともに、前記第２ヘリウム流通系統が、第２断熱容器内に設けられた第２断熱容器内ヘリウム流通配管を有し、前記水素液化装置は、前記第１水素流通系統の第１断熱容器内水素流通配管と第１ヘリウム流通系統の第１断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第１熱交換部を有し、前記水素気化装置は、前記第２水素流通系統の第２断熱容器内水素流通配管と第２ヘリウム流通系統の第２断熱容器内ヘリウム流通配管との間で熱交換を行う第２熱交換部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る水素液化装置および水素利用システムは、水素ガスを液化するために必要な動力を格段に低減し、効率よく液体水素を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１実施形態］
図面を参照して、本発明に係る水素液化装置を説明する。図１は、本発明に係る水素液化装置の第１の実施形態を示す図である。図１（Ａ）は、水素液化装置１０の水素気化工程の状態を示し、図１（Ｂ）は、水素液化装置１０の水素液化工程の状態を示す。
【００２２】
図１に示す水素液化装置１０は、断熱容器１５と、断熱容器１５内外に連通する水素流通系統１１と、断熱容器１５内外に連通するヘリウム流通系統１６と、前記断熱容器１５内で、水素流通系統１１の配管とヘリウム流通系統１６の配管との間で熱交換を行う熱交換部３６とを備える。
【００２３】
断熱容器１５は、内部を低温に保つことが可能な真空断熱容器である。ここで低温とは、たとえば、水素が液体水素として存在する程度の温度域を示す。水素の一気圧での融点は約−２５９℃である。
【００２４】
なお、断熱容器１５外の部分の温度は、室温環境になっており、断熱容器１５外に設けられた配管中を流通する流体は、室温の温度に近づくようになっている。
【００２５】
（水素流通系統）
水素流通系統１１は、断熱容器１５外に設けられた水素ガス授受部１３と、断熱容器１５外に設けられ水素ガス授受部１３に連通する配管３２と、断熱容器１５内に設けられ配管３２に連通する配管３３と、配管３３を冷却する冷却部７５と、断熱容器１５内に設けられ冷却部７５に連通する液体水素収容部１２と、配管３２に設けられた水素ガス流量制御バルブ３８Ａとを備える。
【００２６】
水素流通系統１１を構成する配管を水素流通配管３１という。水素液化装置１０では、配管３２、３３が水素流通配管３１である。また、水素流通系統１１を構成する配管３１のうち、断熱容器１５内に設けられた配管を断熱容器内水素流通配管という。水素液化装置１０では、配管３３が断熱容器内水素流通配管である。さらに、水素流通系統１１を構成する配管３１のうち、断熱容器１５外に設けられた配管を断熱容器外水素流通配管という。水素液化装置１０では、配管３２が断熱容器外水素流通配管である。
【００２７】
＜水素ガス授受部＞
水素ガス授受部１３は、断熱容器１５外の配管３２の端部に設けられ、水素液化装置１０外の図示しない水素製造装置から水素ガスを供給されたり、水素液化装置１０外の図示しない燃料電池に水素ガスを供給したりする。
【００２８】
＜冷却部＞
冷却部７５は、断熱容器１５内の配管３３内の流体を冷却する。これにより、配管３３内を流通する水素ガスＧが液体水素Ｌまで冷却される。冷却部７５としては、たとえば公知の冷却機が用いられる。
【００２９】
＜液体水素収容部＞
液体水素収容部１２は、断熱容器１５内に設けられ、配管３３内を介して冷却部７５に連通し、液体水素を収容するタンクである。冷却部７５により配管３３内で生成された液体水素は、液体水素収容部１２に収容される。
【００３０】
水素ガス流量制御バルブ３８Ａは、水素流通系統１１内の水素ガスの流量を制御する。
【００３１】
（ヘリウム流通系統）
ヘリウム流通系統１６は、断熱容器１５外に設けられた非低温ヘリウムガス授受部１９と、断熱容器１５外に設けられ非低温ヘリウムガス授受部１９に連通する配管５５と、断熱容器１５内に設けられ配管５５に連通する配管５３と、断熱容器１５内に設けられ、配管５３に連通し低温ヘリウムガスを収容する低温ヘリウムガス収容部１７とを備える。
【００３２】
また、容器外ヘリウム流通配管５５は、その一部分が、一方端でヘリウムガス圧縮配管７７とヘリウムガス取出配管７８との２系統に分岐されるとともに他方端で合流するようになっている。
【００３３】
ヘリウムガス圧縮配管７７には、ヘリウムガス圧縮配管７７中のヘリウムガスを加圧する圧縮機７６と、ヘリウムガスの流量を制御するヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａ、５８Ｂとが設けられる。
【００３４】
ヘリウムガス取出配管７８には、ヘリウムガス取出配管７８中のヘリウムガスの流量を制御するヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃが設けられる。
【００３５】
ヘリウム流通系統１６の配管をヘリウム流通配管５１という。水素液化装置１０では、配管５３、５５、７７、７８がヘリウム流通配管５１である。また、ヘリウム流通系統１６を構成する配管５１のうち、断熱容器１５内に設けられた配管を断熱容器内ヘリウム流通配管という。水素液化装置１０では、配管５３が断熱容器内ヘリウム流通配管である。さらに、ヘリウム流通系統１６を構成する配管５１のうち、断熱容器１５外に設けられた配管を断熱容器外ヘリウム流通配管という。水素液化装置１０では、配管５５、７７および７８が断熱容器外ヘリウム流通配管である。
【００３６】
＜非低温ヘリウムガス授受部＞
非低温ヘリウムガス授受部１９は、断熱容器１５外の配管５５の端部に設けられ、非低温ヘリウムガスボンベ６６から非低温ヘリウムガスが供給されたり、非低温ヘリウムガスボンベ６６に非低温ヘリウムガスを供給したりする。ここで、非低温ヘリウムガスとは、水素の沸点以上の温度のヘリウムガスを意味する。非低温ヘリウムガスの温度は、通常、室温程度である。
【００３７】
＜低温ヘリウムガス収容部＞
低温ヘリウムガス収容部１７は、低温ヘリウムガスを収容するタンクである。ここで、低温ヘリウムガスとは、非低温ヘリウムガスより低温のヘリウムガスを意味する。すなわち、低温ヘリウムガスとは、水素の沸点未満の温度のヘリウムガスを意味する。
【００３８】
（熱交換部）
熱交換部３６は、水素流通系統１１の配管３３と、ヘリウム流通系統１６の配管５３との間で熱交換を行う。
【００３９】
具体的には、熱交換部３６は、水素流通系統１１の配管３３のうち、断熱容器１５内に導入された水素ガスが冷却部７５に到達するまでの間の配管３３Ａと、ヘリウム流通系統１６の配管５３との間で熱交換するように設けられる。断熱容器１５内に導入された水素ガスが冷却部７５に到達するまでの間の配管３３Ａとは、断熱容器１５内外の境界部３９Ａと冷却部７５との間の配管である。
【００４０】
熱交換部３６は、水素流通系統１１の配管と、ヘリウム流通系統１６の配管との間で熱交換可能なものが用いられる。熱交換部３６としては、たとえば、図１に示すような、流体同士が壁面を介して熱交換を行う熱交換器３６Ａが用いられる。熱交換器３６Ａとしては、公知の構造のものが用いられる。
【００４１】
（作用）
図１を参照して、水素液化装置１０の作用を説明する。
【００４２】
＜水素気化工程＞
図１（Ａ）を参照して、水素気化工程を説明する。
【００４３】
はじめに、水素流通系統１１では、断熱容器１５内の液体水素収容部１２内に、液体水素Ｌを収容しておく。液体水素収容部１２内では、底部に液体水素Ｌが貯まるとともに、上部空間には液体水素Ｌが気化して得られた低温の水素ガスＧが充満する。液体水素収容部１２内は、低温の水素ガスＧにより、内圧が大気圧よりも高い状態になっている。
【００４４】
一方、ヘリウム流通系統１６では、非低温ヘリウムガス授受部１９に、室温程度の非低温ヘリウムガスＸが充填された非低温ヘリウムガスボンベ６６が取り付けられている。
【００４５】
次に、水素流通系統１１の水素ガス流量制御バルブ３８Ａを開放すると、液体水素収容部１２内の低温の水素ガスＧは、配管３３、３２中を順次流通し、加熱されて水素ガス授受部１３に送られる。なお、水素流通系統１１の配管３３には冷却部７５が設けられるが、冷却部７５は稼働させず、水素ガスＧは冷却部７５で冷却されない。
【００４６】
一方、水素ガス流量制御バルブ３８Ａの開放と同時に、ヘリウム流通系統１６のヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃを開放すると、非低温ヘリウムガスボンベ６６中の非低温ヘリウムガスＸは、配管７８、５５、５３中を順次流通し、低温ヘリウムガスＹを生成して断熱容器１５内の低温ヘリウムガス収容部１７に収容される。
【００４７】
このように水素流通系統１１を水素ガスＧが流通するとともにヘリウム流通系統１６を非低温ヘリウムガスＸが流通すると、熱交換器３６Ａでは、低温の水素ガスＧと非低温ヘリウムガスＸとの間で熱交換が行われる。
【００４８】
具体的には、水素流通系統１１では熱交換器３６Ａが設けられた配管３３中の低温の水素ガスＧが加熱されるとともに、ヘリウム流通系統１６では熱交換器３６Ａが設けられた配管５３中の非低温ヘリウムガスＸが液体水素Ｌの温度近くまで冷却されて低温ヘリウムガスＹになる。熱交換器３６Ａで加熱された水素ガスＧは、断熱容器１５外に設けられた室温環境の配管３２を流通するうちにさらに室温近辺まで加熱される。
【００４９】
この結果、水素流通系統１１の水素ガス授受部１３からは、室温程度の水素ガスＧが排出される。水素ガス授受部１３から排出された室温程度の水素ガスＧは、燃料電池等に用いられる。一方、ヘリウム流通系統１６では、熱交換器３６Ａで冷却されて得られた低温ヘリウムガスＹが低温ヘリウムガス収容部１７に収容される。
【００５０】
水素気化工程は、液体水素収容部１２内の液体水素Ｌがなくなるまで行うことが好ましいが、液体水素Ｌが残存した状態で終えてもよい。
【００５１】
＜水素液化工程＞
図１（Ｂ）を参照して、水素液化工程を説明する。
【００５２】
はじめに、水素液化装置１０は、水素気化工程の最終状態で液体水素収容部１２内の液体水素Ｌがなくなった状態、すなわち、水素流通系統１１では液体水素収容部１２内は空かまたは低温の水素ガスＧのみが存在する状態にあり、ヘリウム流通系統１６では低温ヘリウムガス収容部１７に低温ヘリウムガスＹが貯蔵された状態にする。
【００５３】
また、水素液化装置１０は、水素ガス授受部１３を水素気化工程の燃料電池等から取り外し、図示しない水素製造装置に接続する。水素液化装置１０の水素製造装置への接続は、たとえば、水素液化装置１０を水素気化工程で接続されていた燃料電池装置から切り離し、水素製造装置のあるところまで輸送して接続することにより行う。
【００５４】
次に、水素流通系統１１の配管３３に設けられた冷却部７５を稼働させ、配管３３内の流体の冷却を行う。
【００５５】
さらに、水素流通系統１１の水素ガス流量制御バルブ３８Ａを開放すると、水素製造装置から水素ガス授受部１３に室温程度の水素ガスＧが供給される。水素ガス授受部１３に供給された室温程度の水素ガスＧは配管３２、３３を順次流通し、冷却されて液体水素Ｌを生成して、液体水素収容部１２に送られる。
【００５６】
一方、水素ガス流量制御バルブ３８Ａの開放と同時に、ヘリウム流通系統１６のヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃを閉塞し、ヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａ、５８Ｂを開放し、圧縮機７６を稼働させると、低温ヘリウムガス収容部１７中の低温ヘリウムガスＹは、配管５３、５５、７７中を順次流通し、非低温ヘリウムガスＸを生成して、断熱容器１５外の非低温ヘリウムガスボンベ６６に送られる。
【００５７】
このように水素流通系統１１を水素ガスＧが流通するとともにヘリウム流通系統１６を低温ヘリウムガスＹが流通すると、熱交換器３６Ａでは、室温程度の水素ガスＧと低温ヘリウムガスＹとの間で熱交換が行われる。
【００５８】
具体的には、水素流通系統１１では熱交換器３６Ａが設けられた配管３３中の室温程度の水素ガスＧが液体水素Ｌの温度近くまで冷却され、ヘリウム流通系統１６では熱交換器３６Ａが設けられた配管５３中の低温ヘリウムガスＹが加熱されて非低温ヘリウムガスＸとなる。
【００５９】
また、水素流通系統１１では、熱交換器３６Ａで液体水素Ｌの温度近くまで冷却された水素ガスＧが、冷却部７５でさらに冷却され、液体水素Ｌを生成する。生成した液体水素Ｌは、液体水素収容部１２内に収容、貯蔵される。
【００６０】
一方、ヘリウム流通系統１６では、圧縮機７６により圧縮された非低温ヘリウムガスＸが非低温ヘリウムガスボンベ６６に収容される。
【００６１】
水素液化装置１０によれば、水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する水素液化工程の際に、熱交換器３６Ａでの冷却と冷却部７５での冷却という２段階の冷却工程を用いて水素ガスＧを冷却するため、従来の冷却部７５での冷却のみを用いる場合に比べて、冷却部７５での冷却負担と冷却コストを格段に低減させることができる。
【００６２】
また、熱交換器３６Ａでの冷却はヘリウム流通系統１６の低温ヘリウムガスＹの低温を利用するもので冷却コストがかからないため、水素液化装置１０全体の冷却コストを格段に低減させることができる。
【００６３】
さらに、水素液化工程の際には、低温ヘリウムガスＹは熱交換器３６Ａで熱交換することにより加熱、昇圧するため、加熱して得られた非低温ヘリウムガスＸの非低温ヘリウムガスボンベ６６への充填のための圧縮機７６の動力コストも低減させることができる。
【００６４】
［第２実施形態］
図２は、本発明に係る水素液化装置の第２の実施形態を示す図である。図２（Ａ）は、水素液化装置１０Ａの水素気化工程の状態を示し、図２（Ｂ）は、水素液化装置１０Ａの水素液化工程の状態を示す。
【００６５】
図２に示す水素液化装置１０Ａは、図１に第１の実施形態として示した水素液化装置１０に比較して、水素流通系統１１に代えて水素流通系統１１Ａが用いられる点、およびヘリウム流通系統１６に代えてヘリウム流通系統１６Ａが用いられる点で異なり、他の構成は同様である。このため、両者の同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【００６６】
水素流通系統１１Ａは、水素流通系統１１に水素ガス流量計３７をさらに備えたものである。ヘリウム流通系統１６Ａは、ヘリウム流通系統１６にヘリウムガス流量計５７をさらに備えたものである。
【００６７】
水素ガス流量計３７は、断熱容器１５外に設けられるとともに配管３３に連通する配管３２に設けられる。水素ガス流量計３７は、配管３２内を流通する水素ガスの流量を検出する。
【００６８】
ヘリウムガス流量計５７は、断熱容器１５外に設けられるとともに配管５３に連通する配管５５に設けられる。ヘリウムガス流量計５７は、配管５５内を流通するヘリウムガスの流量を検出する。
【００６９】
（作用）
図２を参照して、水素液化装置１０Ａの作用を説明する。
【００７０】
水素液化装置１０Ａの作用は、図１に第１の実施形態として示した水素液化装置１０の作用に比較して、水素ガス流量計３７およびヘリウムガス流量計５７を設けたことによる作用が加わる以外は同様であるため、同様の作用については説明を省略する。
【００７１】
水素液化装置１０Ａの水素ガス流量計３７およびヘリウムガス流量計５７を設けたことによる作用は以下のとおりである。
【００７２】
水素液化装置１０Ａの水素ガス流量計３７およびヘリウムガス流量計５７を設けると、熱交換器３６Ａでの、水素流通系統１１Ａ中を流通する水素ガスと、ヘリウム流通系統１６Ａ中を流通するヘリウムガスとの間の熱交換の効率を改善することができる。
【００７３】
すなわち、一般的に、熱交換器３６Ａでは、熱交換器３６Ａを流通する２つのガスの水当量（＝流量×比熱）が一致する場合に熱交換の効率が最もよい。これに対し、熱交換器３６Ａを流通する２つのガスの水当量が一致しない場合は、熱交換量が少ない方の水当量で決定される。このため、熱交換器３６Ａを効率よく活用するためには、２つのガスの水当量が一致するように、一方または両方のガスの流量を制御する必要がある。
【００７４】
水素液化装置１０Ａでは、水素ガス流量計３７およびヘリウムガス流量計５７が設けられているため、水素ガスおよびヘリウムガスの流量を測定した後、水素ガスおよびヘリウムガスの水当量が一致するように、水素ガス流量制御バルブ３８Ａ、ヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ等の開度を調整してガスの流量を制御することにより、熱交換器３６Ａでの熱交換の効率を向上させることができる。
【００７５】
これにより、水素液化装置１０Ａでは、水当量を制御しない水素液化装置１０に比較して、水素液化工程で、熱交換器３６Ａを通過した水素ガスＧの温度をより低くすることができる。
【００７６】
このため、水素液化装置１０Ａによれば、第１実施形態に示した水素液化装置１０に比較して、冷却部７５での冷却負担、水素液化装置１０全体の冷却コスト、および圧縮機７６の動力コストをさらに低減させることができる。
【００７７】
［第３実施形態］
図３は、本発明に係る水素液化装置の第３の実施形態を示す図である。図３（Ａ）は、水素液化装置１０Ｂの水素気化工程の状態を示し、図３（Ｂ）は、水素液化装置１０Ｂの水素液化工程の状態を示す。
【００７８】
図３に示す水素液化装置１０Ｂは、図１に第１の実施形態として示した水素液化装置１０に比較して、水素流通系統１１に代えて水素流通系統１１Ｂを用いる点、ヘリウム流通系統１６に代えてヘリウム流通系統１６Ｂを用いる点、および熱交換器３６Ａに代えて蓄冷器３６Ｂを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、両者の同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【００７９】
水素流通系統１１Ｂは、水素流通系統１１に水素ガス流量制御バルブ３８Ｂをさらに備えたものである。
【００８０】
ヘリウム流通系統１６Ｂは、ヘリウム流通系統１６にヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｅ、５８Ｄをさらに備えたものである。
【００８１】
蓄冷器３６Ｂは、熱交換部３６の一形態であり、隣接する配管中の流体の熱を蓄熱する図示しない蓄冷材部を備え、配管中の流体が蓄冷材部に蓄熱された熱により、冷却または加熱されるものである。蓄冷器３６Ｂとしては、公知のものを用いることができる。
【００８２】
（作用）
図３を参照して、水素液化装置１０Ｂの作用を説明する。
【００８３】
水素液化装置１０Ｂの作用は、図１に第１の実施形態として示した水素液化装置１０の作用と比較して、熱交換器３６Ａに代えて蓄冷器３６Ｂを用いた点、水素流通系統１１Ｂの水素ガス流量制御バルブ３８Ｂの制御の点、およびヘリウム流通系統１６Ｂのヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｄ、５８Ｅの制御の点以外は同様であるため、この点以外の説明を省略する。
【００８４】
水素液化装置１０Ｂの作用は、水素液化装置１０の作用に比較して、水素流通系統１１Ｂ中を流通する水素ガスとヘリウム流通系統１６Ｂ中を流通するヘリウムガスの流通のさせ方が異なる。
【００８５】
すなわち、第１実施形態として示した水素液化装置１０では熱交換器３６Ａを用いて熱交換を行うため、熱交換を行う際に、水素流通系統１１中に水素ガスを流通させると同時に、ヘリウム流通系統１６中にヘリウムガスを流通させる。
【００８６】
これに対し、水素液化装置１０Ｂでは蓄冷器３６Ｂを用いて熱交換を行うため、熱交換を行う際に、水素流通系統１１Ｂ中の水素ガスの流通と、ヘリウム流通系統１６Ｂ中のヘリウムガスの流通とを、交互に行い、同時には行わない。
【００８７】
以下、この水素ガスおよびヘリウムガスの流通のさせ方の違いに関する作用について説明する。
【００８８】
＜水素気化工程＞
水素液化装置１０Ｂの水素気化工程を説明する。
【００８９】
はじめに、水素流通系統１１Ｂの水素ガス流量制御バルブ３８Ａ、３８Ｂを開放すると、液体水素収容部１２内の低温の水素ガスＧは、配管３３、３２中を順次流通し、加熱されて水素ガス授受部１３に送られる。
【００９０】
低温の水素ガスＧが水素流通系統１１Ｂの配管３３中を流通すると、配管３３に設けられた蓄冷器３６Ｂでは、図示しない蓄冷材部が低温の水素ガスＧで冷却されるとともに、低温の水素ガスＧが蓄冷材部に蓄熱された熱により加熱される。低温の水素ガスＧを流通し続けると蓄冷器３６Ｂの蓄冷材部は低温の水素ガスＧに近い温度まで冷却される。
【００９１】
蓄冷器３６Ｂで加熱された水素ガスＧは、配管３２中でさらに室温近辺まで加熱され、水素ガス授受部１３から排出される。水素ガス授受部１３から排出された室温程度の水素ガスＧは、燃料電池等に用いられる。
【００９２】
しかし、低温の水素ガスＧを流通し続けると、蓄冷器３６Ｂが冷却されすぎて、水素ガス授受部１３から排出される水素ガスＧの温度も低下し続ける。水素ガスＧの温度が低すぎると燃料電池の使用等に適さなくなる場合がある。このため、水素ガス授受部１３から排出される水素ガスＧの温度が所定の温度以下になった時点で、水素流通系統１１Ｂの水素ガス流量制御バルブ３８Ａ、３８Ｂを閉塞して、水素ガスＧの流通を止める。
【００９３】
次に、ヘリウム流通系統１６Ｂのヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃ、５８Ｄ、５８Ｅを開放すると、非低温ヘリウムガスボンベ６６中の室温程度の非低温ヘリウムガスＸは、配管７８、５５、５３中を順次流通し、低温ヘリウムガスＹを生成して、断熱容器１５内の低温ヘリウムガス収容部１７に送られる。
【００９４】
すなわち、室温程度の非低温ヘリウムガスＸがヘリウム流通系統１６Ｂの配管５３中を流通すると、配管５３に設けられ、低温の水素ガスＧの流通により液体水素Ｌの温度近くの低温になった蓄冷材部を有する蓄冷器３６Ｂでは、蓄冷材部が非低温ヘリウムガスＸで加熱されるとともに、非低温ヘリウムガスＸが蓄冷材部により液体水素Ｌの温度近くまで冷却されて低温ヘリウムガスＹになる。得られた低温ヘリウムガスＹは、低温ヘリウムガス収容部１７に収容、貯蔵される。
【００９５】
しかし、非低温ヘリウムガスＸを流通し続けると、蓄冷器３６Ｂが非低温ヘリウムガスＸで加熱されすぎて、低温ヘリウムガス収容部１７に収容される低温ヘリウムガスＹの温度も上昇し続ける。低温ヘリウムガス収容部１７中に収容される低温ヘリウムガスＹの温度が高すぎると、水素液化工程の際に蓄冷器３６Ｂを十分に冷却することができなくなるため問題がある。このため、はじめに流通させた水素流通系統１１Ｂの水素ガスの体積と同じくらいの体積の非低温ヘリウムガスＸを流通させた時点で、ヘリウム流通系統１６Ｂのヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃ、５８Ｄ、５８Ｅを閉塞して、非低温ヘリウムガスＸの流通を止める。
【００９６】
その後、上記の水素流通系統１１Ｂの水素ガスを流通させる工程と、ヘリウム流通系統１６Ｂの非低温ヘリウムガスＸを流通させる工程とを、適宜、繰り返して、室温程度の水素ガスＧの生成と低温ヘリウムガスＹの生成とを繰り返すことにより、水素ガス授受部１３から室温程度の水素ガスＧを取り出して使用する。
【００９７】
＜水素液化工程＞
水素液化装置１０Ｂの水素液化工程を説明する。
【００９８】
はじめに、水素液化装置１０Ｂは、水素気化工程の最終状態で液体水素収容部１２内の液体水素Ｌがなくなった状態、すなわち、水素流通系統１１Ｂでは液体水素収容部１２内は空かまたは低温の水素ガスＧのみが存在し、ヘリウム流通系統１６Ｂでは低温ヘリウムガス収容部１７に低温ヘリウムガスＹが貯蔵された状態にする。
【００９９】
また、水素液化装置１０Ｂは、水素流通系統１１Ｂの水素ガス授受部１３を図示しない水素製造装置に接続し、配管３３に設けられた冷却部７５を稼働させ、配管３３内の流体の冷却を行う。
【０１００】
さらに、ヘリウム流通系統１６Ｂのヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃを閉塞し、ヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃ、５８Ｄ、５８Ｅを開放し、圧縮機７６を稼働させると、低温ヘリウムガス収容部１７中の低温ヘリウムガスＹは、配管５３、５５、７７中を順次流通し、非低温ヘリウムガスＸを生成して、非低温ヘリウムガスボンベ６６に送られる。
【０１０１】
低温ヘリウムガスＹがヘリウム流通系統１６Ｂの配管５３中を流通すると、配管５３に設けられた蓄冷器３６Ｂでは、図示しない蓄冷材部が低温ヘリウムガスＹで冷却されるとともに、低温ヘリウムガスＹは蓄冷材部に蓄熱された熱により加熱され、非低温ヘリウムガスＸになる。
【０１０２】
蓄冷器３６Ｂで加熱されて得られた非低温ヘリウムガスＸは、配管５５中でさらに室温近辺まで加熱され、圧縮機７６により圧縮されて非低温ヘリウムガスボンベ６６に収容される。
【０１０３】
しかし、低温ヘリウムガスＹを流通し続けると、蓄冷器３６Ｂが冷却されすぎて、非低温ヘリウムガスボンベ６６に収容される非低温ヘリウムガスＸの温度も低下し続ける。
【０１０４】
非低温ヘリウムガスボンベ６６に収容される非低温ヘリウムガスＸの温度が低すぎると、水素気化工程の際に蓄冷器３６Ｂを十分に加熱することができなくなるため問題がある。このため、非低温ヘリウムガスボンベ６６に充填される非低温ヘリウムガスＸの温度が所定の温度以下になった時点で、ヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｃ、５８Ｄ、５８Ｅを閉塞し、圧縮機７６の稼働を止めて、低温ヘリウムガスＹの流通を止める。
【０１０５】
次に、水素流通系統１１Ｂの水素ガス流量制御バルブ３８Ａ、３８Ｂを開放すると、水素製造装置から水素ガス授受部１３に室温程度の水素ガスＧが供給される。水素ガス授受部１３に供給された室温程度の水素ガスＧは配管３２、３３を順次流通し、冷却されて液体水素Ｌを生成して、液体水素収容部１２に送られる。
【０１０６】
室温程度の水素ガスＧが水素流通系統１１Ｂの配管３３を流通すると、配管３３に設けられた蓄冷器３６Ｂでは、図示しない蓄冷材部が室温程度の水素ガスＧで加熱されるとともに、室温程度の水素ガスＧが低温ヘリウムガスＹの流通で低温になった蓄冷材部により液体水素Ｌの温度近くまで冷却される。
【０１０７】
蓄冷器３６Ｂで冷却された水素ガスＧは、冷却部７５でさらに冷却されて液体水素Ｌを生成し、液体水素収容部１２内に収容、貯蔵される。
【０１０８】
その後、上記の水素流通系統１１Ｂの水素ガスを流通させる工程と、ヘリウム流通系統１６Ｂの非低温ヘリウムガスＸを流通させる工程とを、適宜、繰り返して、液体水素Ｌの生成と非低温ヘリウムガスＸの生成とを繰り返すことにより、水素ガスＧを断続的に液化して液体水素Ｌを生成する。
【０１０９】
水素液化装置１０Ｂによれば、水素液化装置１０と同様の効果を奏する。
【０１１０】
［第４実施形態］
図４は、本発明に係る水素液化装置の第４の実施形態を示す図である。図４（Ａ）は、水素液化装置１０Ｃの水素気化工程の状態を示し、図４（Ｂ）は、水素液化装置１０Ｃの水素液化工程の状態を示す。
【０１１１】
図４に示す水素液化装置１０Ｃは、図３に第３の実施形態として示した水素液化装置１０Ｂに比較して、ヘリウム流通系統１６を設けない点、水素流通系統１１Ｂに代えて水素流通系統１１Ｃを用いた点、および蓄冷器３６Ｂに代えて蓄冷器３６Ｃを用いた点で異なり、他の構成は同様である。このため、両者の同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１１２】
水素流通系統１１Ｃは、水素流通系統１１Ｂから水素ガス流量制御バルブ３８Ｂを除去したものである。
【０１１３】
蓄冷器３６Ｃは、図３に第３の実施形態として示した水素液化装置１０Ｂに用いられる蓄冷器３６Ｂと同様の構成でかつ蓄熱能力が大きいものになっている。蓄冷器３６Ｃとして、蓄冷器３６Ｂよりも蓄熱能力が大きいものを用いる理由は、水素液化装置１０Ｃでは蓄冷器３６Ｃに熱を供給するヘリウム流通系統１６を設けず、水素流通系統１１の熱のみで蓄冷器３６Ｃに蓄熱させるためである。
【０１１４】
水素液化装置１０Ｃの作用は、ヘリウム流通系統１６を用いない点、および水素ガス流量制御バルブ３８Ｂを操作しない点以外は同じである。ただし、水素液化装置１０Ｃは、水素流通系統１１中の水素ガスのみを長時間流通させたり、ヘリウム流通系統１６中のヘリウムガスのみを長時間流通させたりすると、蓄冷器３６Ｃの熱交換作用が不十分になるため、水素気化工程と水素液化工程とが短時間で切り替わる状況で用いることが好ましい。
【０１１５】
水素液化装置１０Ｃによれば、水素液化装置１０と同様の効果を奏する。
【０１１６】
［第５実施形態］
図５は、本発明に係る水素利用システムの第１の実施形態を示す図である。
【０１１７】
水素利用システム１は、水素液化装置１０Ｄと、水素気化装置２０Ｄと、水素液化装置１０Ｄと水素気化装置２０Ｄとの間で流体を輸送する低温流体輸送容器７０とを備える。
【０１１８】
（水素液化装置）
水素液化装置１０Ｄは、第１断熱容器１５と、第１断熱容器１５内外に連通し、水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する第１水素流通系統１１Ｄと、第１断熱容器１５内外に連通し、低温ヘリウムガスＹから非低温ヘリウムガスＸを生成する第１ヘリウム流通系統１６Ｄと、第１水素流通系統１１Ｄと第１ヘリウム流通系統１６Ｄとの間で熱交換を行う第１熱交換部３６としての第１熱交換器３６Ａとを有する。
【０１１９】
水素液化装置１０Ｄは、図１に示した水素液化装置１０に比較して、水素流通系統１１に代えて第１水素流通系統１１Ｄを用いる点、およびヘリウム流通系統１６に代えて第１ヘリウム流通系統１６Ｄを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、両者の同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１２０】
なお、水素液化装置１０Ｄでは、図１に示した水素液化装置１０における断熱容器１５を第１断熱容器１５という。
【０１２１】
＜第１水素流通系統＞
第１水素流通系統１１Ｄは、第１断熱容器１５外に設けられた水素ガス導入部１３と、第１断熱容器１５外に設けられ水素ガス導入部１３に連通する配管３２と、第１断熱容器１５内に設けられ配管３２に連通する配管３３と、配管３３を冷却する冷却部７５と、第１断熱容器１５内に設けられ冷却部７５に連通する第１液体水素収容部１２と、第１断熱容器１５内に設けられ第１液体水素収容部１２に連通する配管３４と、第１断熱容器１５外に設けられ配管３４に連通する配管３５と、配管３５の端部に設けられた液体水素排出部１４と、配管３２に設けられた水素ガス流量制御バルブ３８Ａとを備える。
【０１２２】
第１水素流通系統１１Ｄの水素ガス導入部１３および第１液体水素収容部１２は、それぞれ図１に示す水素液化装置１０の水素流通系統１１の水素ガス授受部１３および液体水素収容部１２と同様の構成になっている。
【０１２３】
第１水素流通系統１１Ｄは、図１に示した水素液化装置１０の水素流通系統１１に比較して、配管３４と配管３５と液体水素排出部１４とがさらに設けられる点で異なり、他の構成は同様になっている。
【０１２４】
そこで、水素液化装置１０Ｄの第１水素流通系統１１Ｄは、水素液化装置１０の水素流通系統１１との同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１２５】
なお、第１水素流通系統１１Ｄを構成する配管を第１水素流通配管３１という。水素液化装置１０Ｄでは、配管３２、３３、３４、３５が第１水素流通配管３１である。
【０１２６】
配管３４は、第１断熱容器１５内の第１液体水素収容部１２から第１断熱容器１５外に液体水素を排出する配管であり、具体的には、第１液体水素収容部１２と、水素排出側の第１断熱容器１５内外の境界部３９Ｂとの間を連通する配管である。
【０１２７】
配管３５は、配管３４および液体水素排出部１４に連通し、第１断熱容器１５外において断熱容器１５内から供給された液体水素を液体水素排出部１４に供給する配管であり、具体的には、水素排出側の第１断熱容器１５内外の境界部４９Ｂと、液体水素排出部１４との間を連通する配管である。
【０１２８】
第１水素流通系統１１Ｄの配管のうち、配管３２、３５は第１断熱容器１５外に設けられる水素流通配管であるため、配管３２、３５を第１断熱容器外水素流通配管ともいう。また、配管３３、３４は第１断熱容器１５内に設けられる水素流通配管であるため、配管３３、３４を第１断熱容器内水素流通配管ともいう。
【０１２９】
配管３４、３５と液体水素排出部１４とは、第１液体水素収容部１２内の液体水素Ｌを水素液化装置１０Ｄ外に排出するためのラインを形成する。また、配管３４、３５は、液体水素Ｌを低温のまま流通させるために断熱配管になっている。
【０１３０】
第１水素流通系統１１Ｄは、水素ガス導入部１３と液体水素排出部１４とが、配管３２および３３、第１液体水素収容部１２、配管３４および３５を介して連通される。また、配管３３には、第１熱交換器３６Ａおよび冷却部７５が設けられる。第１熱交換器３６Ａは、配管３３のうちの配管３３Ａと、第１ヘリウム流通系統１６Ｄの配管３４との間に設けられる。配管３３Ａとは、水素導入側の第１断熱容器１５内外の境界部３９Ａと冷却部７５との間の配管である。
【０１３１】
このため、第１水素流通系統１１Ｄでは、水素ガス導入部１３から導入された水素ガスＧが第１熱交換器３６Ａおよび冷却部７５で冷却されて液体水素Ｌを生成した後、この液体水素Ｌは第１液体水素収容部１２に収容され、さらに液体水素排出部１４から排出されるようになっている。
【０１３２】
＜第１ヘリウム流通系統＞
第１ヘリウム流通系統１６Ｄは、第１断熱容器１５外に設けられた低温ヘリウムガス導入部１８と、第１断熱容器１５外に設けられ低温ヘリウムガス導入部１８に連通する配管５２と、第１断熱容器１５内に設けられ配管５２に連通する配管５３と、第１断熱容器１５外に設けられ配管５３に連通する配管５５と、配管５５に連通する非低温ヘリウムガス排出部１９と、配管５５に設けられたヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａと圧縮機７６とを備える。
【０１３３】
第１ヘリウム流通系統１６Ｄは、図１に示した水素液化装置１０のヘリウム流通系統１６に比較して、低温ヘリウムガス収容部１７が設けられない点、配管５２と低温ヘリウムガス導入部１８とをさらに備える点、および配管５５にヘリウムガス圧縮配管７７とヘリウムガス取出配管７８が設けられない点で異なり、他の構成は同様である。
【０１３４】
また、第１ヘリウム流通系統１６Ｄの低温ヘリウムガス導入部１８は、図１に示した水素液化装置１０のヘリウム流通系統１６の非低温ヘリウムガス授受部１９と同様の構成を有する。
【０１３５】
このため、水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄは、水素液化装置１０のヘリウム流通系統１６との同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１３６】
なお、第１ヘリウム流通系統１６Ｄを構成する配管を第１ヘリウム流通配管５１という。水素液化装置１０Ｄでは、配管５２、５３、５５が第１ヘリウム流通配管５１である。
【０１３７】
配管５２は、低温ヘリウムガス導入部１８から導入された低温ヘリウムガスを、第１断熱容器１５外から水素気化装置１０Ｄ内に導入する配管のうち、第１断熱容器１５外に位置する配管である。具体的には、配管５２は、低温ヘリウムガス導入部１８と、ヘリウム導入側の第１断熱容器１５内外の境界部５９Ａとの間を連通する配管である。
【０１３８】
第１ヘリウム流通系統１６Ｄの配管のうち、配管５２、５５は第１断熱容器１５外に設けられるヘリウム流通配管であるため、第１断熱容器外ヘリウム流通配管ともいう。また、配管５３は第１断熱容器１５内に設けられるヘリウム流通配管であるため、第１断熱容器内ヘリウム流通配管ともいう。
【０１３９】
配管５２と低温ヘリウムガス導入部１８とは、低温ヘリウムガス導入部１８に接続された低温流体輸送容器７０から水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄ内に低温ヘリウムガスＹを導入するためのラインを形成する。配管５２は、低温ヘリウムガスＹを低温のまま流通させるために断熱配管になっている。
【０１４０】
第１ヘリウム流通系統１６Ｄでは、低温ヘリウムガス導入部１８と非低温ヘリウムガス排出部１９とが、配管５２、配管５３および配管５５を介して連通される。また、配管５３には、第１熱交換器３６Ａが設けられる。
【０１４１】
このため、第１ヘリウム流通系統１６Ｄでは、低温ヘリウムガス導入部１８から導入された低温ヘリウムガスＹが第１熱交換器３６Ａで加熱されて非低温ヘリウムガスＸを生成した後、非低温ヘリウムガスＸを非低温ヘリウムガス排出部１９から排出することができるようになっている。
【０１４２】
＜第１熱交換部＞
第１熱交換部３６Ａは、第１水素流通系統１１Ｄの配管３３のうち第１断熱容器１５内に導入された水素ガスが冷却部７５に到達するまでの間の配管３３Ａと、第１ヘリウム流通系統１６Ｄの配管５３との間で熱交換するように設けられる。
【０１４３】
（水素気化装置）
水素気化装置２０Ｄは、第２断熱容器２５と、第２断熱容器２５内外に連通し、液体水素Ｌから水素ガスＧを生成する第２水素流通系統２１Ｄと、第２断熱容器２５内外に連通し、非低温ヘリウムガスＸから低温ヘリウムガスＹを生成する第２ヘリウム流通系統２６Ｄと、第２水素流通系統２１Ｄと第２ヘリウム流通系統２６Ｄとの間で熱交換を行う第２熱交換部４６としての第２熱交換器４６Ａとを有する。
【０１４４】
水素気化装置２０Ｄは、水素液化装置１０Ｄに比較して、第１水素流通系統１１Ｄに代えて第２水素流通系統２１Ｄを用いる点、および第１ヘリウム流通系統１６Ｄに代えて第２ヘリウム流通系統２６Ｄを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、両者の同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１４５】
＜第２水素流通系統＞
第２水素流通系統２１Ｄは、第２断熱容器２５外に設けられた液体水素導入部２４と、第２断熱容器２５外に設けられ液体水素導入部２４に連通する配管４５と、第２断熱容器２５内に設けられ配管４５に連通する配管４４と、第２断熱容器２５内に設けられ配管４４に連通する第２液体水素収容部２２と、第２断熱容器２５内に設けられ第２液体水素収容部２２に連通する配管４３と、第２断熱容器２５外に設けられ配管４３に連通する配管４２と、配管４２の端部に設けられた水素ガス排出部２３と、配管４２に設けられた水素ガス流量制御バルブ４８Ａとを備える。
【０１４６】
第２水素流通系統２１Ｄの液体水素導入部２４、配管４５、配管４４、第２液体水素収容部２２、配管４３、配管４２、水素ガス排出部２３、および水素ガス流量制御バルブ４８Ａは、それぞれ、第１水素流通系統１１Ｄの液体水素排出部１４、配管３５、配管３４、第１液体水素収容部１２、配管３３、配管３２、水素ガス導入部１３、水素ガス流量制御バルブ３８Ａと同様の構成である。
【０１４７】
第２水素流通系統２１Ｄを構成する配管を第２水素流通配管４１という。水素気化装置２０Ｄでは、配管４２、４３、４４、４５が第２水素流通配管４１である。
【０１４８】
配管４５は、液体水素導入部２４から第２断熱容器２５内に液体水素を供給する配管であり、具体的には、液体水素導入部２４と、水素導入側の第２断熱容器２５内外の境界部４９Ａとの間を連通する配管である。
【０１４９】
配管４４は、第２断熱容器２５外から第２断熱容器２５内の第２液体水素収容部２２に液体水素を供給する配管であり、具体的には、水素導入側の第２断熱容器２５内外の境界部４９Ａと、第２液体水素収容部２２との間を連通する配管である。
【０１５０】
第２水素流通系統２１Ｄの配管のうち、配管４２、４５は第２断熱容器２５外に設けられる水素流通配管であるため、配管４２、４５を第２断熱容器外水素流通配管ともいう。また、配管４３、４４は第２断熱容器２５内に設けられる水素流通配管であるため、配管４３、４４を第２断熱容器内水素流通配管ともいう。
【０１５１】
配管４４および４５は、水素気化装置１０Ｄの第１水素流通系統１１Ｄの配管３４と同様の断熱配管構成になっている。
【０１５２】
第２水素流通系統２１Ｄは、第１水素流通系統１１Ｄに比較して、冷却部７５が設けられない点以外は同様の構成になっている。このため、第２水素流通系統２１Ｄの構成およびその作用についての説明を省略または簡略化する。
【０１５３】
第２水素流通系統２１Ｄは、第１水素流通系統１１Ｄに比較して、冷却部７５が設けられない点以外は同様の構成であるが、両者は、水素ガスＧまたは液体水素Ｌを流通させる方向が逆である点で作用が異なる。
【０１５４】
すなわち、第１水素流通系統１１Ｄでは、水素ガス導入部１３から導入された水素ガスＧから液体水素Ｌが生成され、液体水素排出部１４から液体水素Ｌが排出されるが、第２水素流通系統２１Ｄでは、液体水素導入部２４から導入された液体水素Ｌから水素ガスＧが生成され、水素ガス排出部２３から水素ガスＧが排出されるようになっている。
【０１５５】
具体的には、第２水素流通系統２１Ｄでは、液体水素導入部２４から導入された液体水素Ｌは第２液体水素収容部２２に収容された後、第２熱交換器４６Ａで加熱されて水素ガスＧが生成され、水素ガス排出部２３から水素ガスＧが排出される。
【０１５６】
＜第２ヘリウム流通系統＞
第２ヘリウム流通系統２６Ｄは、第２断熱容器２５外に設けられた非低温ヘリウムガス導入部２９と、第２断熱容器２５外に設けられ非低温ヘリウムガス導入部２９に連通する配管６５と、第２断熱容器２５内に設けられ配管６５に連通する配管６３と、第２断熱容器２５外に設けられ配管６３に連通する配管６２と、配管６２に連通する低温ヘリウムガス排出部２８と、配管６５に設けられたヘリウムガス流量制御バルブ６８Ａとを備える。
【０１５７】
第２ヘリウム流通系統２６Ｄの非低温ヘリウムガス導入部２９、配管６５、配管６３、配管６２、低温ヘリウムガス排出部２８、およびヘリウムガス流量制御バルブ６８Ａは、それぞれ、水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄの非低温ヘリウムガス排出部１９、配管５５、配管５３、配管５２、低温ヘリウムガス導入部１８、およびヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａと同様の構成である。
【０１５８】
第２ヘリウム流通系統２６Ｄは、第１ヘリウム流通系統１６Ｄに比較して、圧縮機７６が設けられない点以外は同様の構成になっている。このため、第２ヘリウム流通系統２６Ｄの構成およびその作用についての説明を省略または簡略化する。
【０１５９】
なお、第２ヘリウム流通系統２６Ｄを構成する配管を第２ヘリウム流通配管６１という。水素気化装置２０Ｄでは、配管６２、６３、６５が第２ヘリウム流通配管６１である。
【０１６０】
配管６２は、第２断熱容器２５内から水素気化装置１０Ｄ外に低温ヘリウムガスを排出する配管であり、水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄの配管５２と同様の断熱配管構成になっている。
【０１６１】
具体的には、配管６２は、ヘリウム排出側の第２断熱容器２５内外の境界部６９Ｂと、非低温ヘリウムガス導入部２９との間を連通する配管である。
【０１６２】
第２ヘリウム流通系統２６Ｄのうち、配管６２、６５は第２断熱容器２５外に設けられるヘリウム流通配管であるため、配管６２、６５を第２断熱容器外ヘリウム流通配管ともいう。また、配管６３は第２断熱容器２５内に設けられるヘリウム流通配管であるため、配管６３を第２断熱容器内ヘリウム流通配管ともいう。
【０１６３】
第２ヘリウム流通系統２６Ｄは、第１ヘリウム流通系統１６Ｄに比較して、圧縮機７６が設けられない点以外は同様の構成であるが、両者は、ヘリウムガスを流通させる方向が逆である点で作用が異なる。
【０１６４】
すなわち、第１ヘリウム流通系統１６Ｄでは、低温ヘリウムガス導入部１８から導入された低温ヘリウムガスＹから非低温ヘリウムガスＸが生成され、非低温ヘリウムガス排出部１９から非低温ヘリウムガスＸが排出されるが、第２ヘリウム流通系統２６Ｄでは、非低温ヘリウムガス導入部２９から導入された非低温ヘリウムガスＸから低温ヘリウムガスＹが生成され、低温ヘリウムガス排出部２８から低温ヘリウムガスＹが排出されるようになっている。
【０１６５】
具体的には、第２ヘリウム流通系統２６Ｄでは、非低温ヘリウムガス導入部２９から導入された非低温ヘリウムガスＸは、熱交換器４６Ａで冷却されて低温ヘリウムガスＹが生成され、低温ヘリウムガス排出部２８から低温ヘリウムガスＹが排出される。
【０１６６】
＜第２熱交換部＞
第２熱交換部４６としての第２熱交換器４６Ａは、第２水素流通系統２１Ｄの配管のうち第２液体水素収容部２２から第２断熱容器２５外に連通する配管４３と、第２ヘリウム流通系統の第２断熱容器内ヘリウム流通配管６３との間で熱交換するように設けられる。
【０１６７】
（低温流体輸送容器）
低温流体輸送容器７０は、低温流体輸送容器本体７１と、低温流体輸送容器本体７１中に設けられ、流体を低温状態を保って収容する流体収容部７２を有し、水素液化装置１０Ｄと水素気化装置２０Ｄとの間で流体を低温状態を保って輸送する。
【０１６８】
低温流体輸送容器７０としては、たとえば、トレーラー、貨物列車、船等に搭載可能なタンクやボンベが用いられる。
【０１６９】
（作用）
図５を参照して、水素利用システム１の作用を説明する。
【０１７０】
＜水素気化工程＞
水素気化工程を説明する。
【０１７１】
燃料電池等での使用のために水素ガスを生成する水素気化工程は、水素気化装置２０Ｄで行われる。
【０１７２】
はじめに、水素気化装置２０Ｄを、水素気化装置２０Ｄ外から第２水素流通系統２１Ｄに液体水素Ｌが供給されるとともに、水素気化装置２０Ｄ外から第２ヘリウム流通系統２６Ｄに非低温ヘリウムガスＸが供給される状態にする。
【０１７３】
具体的には、第２水素流通系統２１Ｄの液体水素導入部２４に液体水素Ｌの収容された低温流体輸送容器７０（７０Ａ）の流体収容部７２を連通させるともに、第２ヘリウム流通系統２６Ｄの非低温ヘリウムガス導入部２９に非低温ヘリウムガスＸの収容された非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂを接続する。
【０１７４】
また、生成された水素ガスを使用するために第２水素流通系統２１Ｄの水素ガス排出部２３に燃料電池等の水素使用機器を連通させるとともに、生成された低温ヘリウムガスを使用するために第２ヘリウム流通系統２６Ｄの低温ヘリウムガス排出部２８に低温流体輸送容器７０Ａとは別の低温流体輸送容器７０（７０Ｂ）の空の流体収容部７２を連通させる。
【０１７５】
このとき、水素気化装置２０Ｄの第２水素流通系統２１Ｄでは、第２液体水素収容部２２中に液体水素Ｌを収容しておく。第２液体水素収容部２２内では、底部に液体水素Ｌが貯まるとともに、上部空間には液体水素Ｌが気化して得られた低温の水素ガスＧが充満する。第２液体水素収容部２２内は、水素ガスＧにより、内圧が大気圧よりも高い状態になっている。
【０１７６】
次に、水素気化装置２０Ｄの第２水素流通系統２１Ｄの水素ガス流量制御バルブ４８Ａを開放すると、第２液体水素収容部２２内の水素ガスＧは、配管４３、４２中を順次流通して第２熱交換器４６Ａで加熱され、水素ガス排出部２３に送られる。なお、第２水素流通系統２１Ｄの配管４３には冷却部７５が設けられないため、水素ガスＧは冷却されない。
【０１７７】
一方、水素気化装置２０Ｄにおいて、水素ガス流量制御バルブ４８Ａの開放と同時に第２ヘリウム流通系統２６Ｄのヘリウムガス流量制御バルブ６８Ａを開放すると、非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂ中の非低温ヘリウムガスＸは、非低温ヘリウムガス導入部２９を介して第２ヘリウム流通系統２６Ｄ内に導入され、配管６５、６３、６２中を順次流通して冷却され、低温ヘリウムガスＹになった後、低温ヘリウムガス排出部２８に接続された低温流体輸送容器７０Ｂの流体収容部７２内に収容される。
【０１７８】
このように水素気化装置２０Ｄにおいて第２水素流通系統２１Ｄを水素ガスＧが流通するとともに第２ヘリウム流通系統２６Ｄを非低温ヘリウムガスＸが流通すると、第２熱交換器４６Ａでは、低温の水素ガスＧと非低温ヘリウムガスＸとの間で熱交換が行われる。
【０１７９】
具体的には、水素気化装置２０Ｄにおいて、第２水素流通系統２１Ｄでは配管４３中の低温の水素ガスＧが加熱されるとともに、第２ヘリウム流通系統２６Ｄでは配管６３中の非低温ヘリウムガスＸが液体水素Ｌの温度近くまで冷却されて低温ヘリウムガスＹになる。第２熱交換器４６Ａで加熱された水素ガスＧは、第２断熱容器２５外に設けられた室温環境の配管４２を流通する間にさらに室温近辺まで加熱される。
【０１８０】
この結果、第２水素流通系統２１Ｄの水素ガス排出部２３からは、室温程度の水素ガスＧが排出される。水素ガス排出部２３から排出された水素ガスＧは、燃料電池等に用いられる。一方、第２ヘリウム流通系統２６Ｄの低温ヘリウムガス排出部２８に接続された低温流体輸送容器７０Ｂには低温ヘリウムガスＹが収容される。
【０１８１】
＜低温ヘリウムガスの輸送工程＞
低温ヘリウムガスＹが収容された低温流体輸送容器７０Ｂは、トレーラー、貨物列車、船等に搭載されて、水素気化装置２０Ｄから水素液化装置１０Ｄに輸送される。低温ヘリウムガスＹが収容された低温流体輸送容器７０Ｂは、水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄの低温ヘリウムガス導入部１８に取り付けられ、水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄに低温ヘリウムガスＹを供給する。
【０１８２】
＜水素液化工程＞
水素液化工程を説明する。
【０１８３】
水素ガスを液化する工程は、水素液化装置１０Ｄで行われる。
【０１８４】
はじめに、水素液化装置１０Ｄを、水素液化装置１０Ｄ外から第１水素流通系統１１Ｄに水素ガスＧが供給されるとともに、水素液化装置１０Ｄ外から第１ヘリウム流通系統１６Ｄに低温ヘリウムガスＹが供給される状態にする。
【０１８５】
具体的には、第１水素流通系統１１Ｄの水素ガス導入部１３に図示しない水素製造装置を接続するとともに、第１ヘリウム流通系統１６Ｄの低温ヘリウムガス導入部１８に低温ヘリウムガスＹの収容された低温流体輸送容器７０（７０Ｂ）の流体収容部７２を連通させる。
【０１８６】
また、生成された液体水素Ｌを使用するために第１水素流通系統１１Ｄの液体水素排出部１４に低温流体輸送容器７０Ｂとは別の低温流体輸送容器７０（７０Ａ）の空の流体収容部７２を連通させるとともに、生成された非低温ヘリウムガスを使用するために第１ヘリウム流通系統１６Ｄの非低温ヘリウムガス排出部１９に空の非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａを接続する。
【０１８７】
次に、第１水素流通系統１１Ｄの配管３３に設けられた冷却部７５を稼働させ、配管３３内の流体の冷却を行う。
【０１８８】
さらに、第１水素流通系統１１Ｄの水素ガス流量制御バルブ３８Ａを開放すると、水素製造装置から水素ガス導入部１３に室温程度の水素ガスＧが供給される。水素ガス導入部１３に供給された水素ガスＧは配管３２、３３を順次流通し、第１熱交換器３６Ａおよび冷却部７５の作用により液体水素Ｌまで冷却された後、第１液体水素収容部１２に送られる。
【０１８９】
一方、水素ガス流量制御バルブ３８Ａの開放と同時に、第１ヘリウム流通系統１６Ｄのヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａを開放し、圧縮機７６を稼働させると、低温流体輸送容器７０Ｂ中の低温ヘリウムガスＹは、配管５２、５３、５５中を順次流通し、第１熱交換器３６Ａで加熱されて非低温ヘリウムガスＸになった後、第１断熱容器１５外の非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａに送られる。
【０１９０】
このように水素液化装置１０Ｄにおいて第１水素流通系統１１Ｄを水素ガスＧが流通するとともに第１ヘリウム流通系統１６Ｄを低温ヘリウムガスＹが流通すると、第１熱交換器３６Ａでは、水素ガスＧと低温ヘリウムガスＹとの間で熱交換が行われる。
【０１９１】
具体的には、水素液化装置１０Ｄにおいて、第１水素流通系統１１Ｄでは配管３３中の水素ガスＧが冷却されて液体水素Ｌを生成するとともに、第１ヘリウム流通系統１６Ｄでは配管６３中の低温ヘリウムガスＹが加熱されて非低温ヘリウムガスＸになる。第１熱交換器３６Ａで冷却されて生成した液体水素Ｌは、第１液体水素収容部１２に収容される。
【０１９２】
第１液体水素収容部１２に収容された液体水素Ｌは、配管３５、３４中を流通して、液体水素排出部１４に接続された低温流体輸送容器７０Ａに送られ、低温流体輸送容器７０Ａの流体収容部７２内に収容される。
【０１９３】
＜液体水素の輸送工程＞
液体水素Ｌが収容された低温流体輸送容器７０Ａは、トレーラー、貨物列車、船等に搭載され、水素液化装置１０Ｄから水素気化装置２０Ｄに輸送される。液体水素Ｌが収容された低温流体輸送容器７０Ａは、水素気化装置２０Ｄの第２水素流通系統２１Ｄの液体水素導入部２４に取り付けられ、水素気化装置２０Ｄの第２水素流通系統２１Ｄに液体水素Ｌを供給する。
【０１９４】
水素利用システム１によれば、水素液化装置１０Ｄと水素気化装置２０Ｄとが離れた場所に設置されている場合でも、液体水素Ｌと、液体水素Ｌと熱交換して得られた低温ヘリウムガスＹとを交互に輸送することにより、水素液化装置１０Ｄでの水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する際に、第１熱交換器３６Ａでの冷却と冷却部７５での冷却という２段階の冷却工程を用いて水素ガスＧを冷却するため、従来の冷却部７５での冷却のみを用いる場合に比べて、冷却部７５での冷却負担を格段に低減させることができる。
【０１９５】
また、水素液化装置１０Ｄの第１熱交換器３６Ａでの冷却は第１ヘリウム流通系統１６Ｄの低温ヘリウムガスＹの低温を利用するもので冷却コストがかからないため、水素利用システム１全体の冷却コストを格段に低減させることができる。
【０１９６】
さらに、水素液化装置１０Ｄでの水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する際には、低温ヘリウムガスＹは第１熱交換器３６Ａで熱交換することにより加熱、昇圧するため、加熱して得られた非低温ヘリウムガスＸの非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａへの充填のための圧縮機７６の動力コストも低減させることができる。
【０１９７】
［第６実施形態］
図６は、本発明に係る水素利用システムの第２の実施形態を示す図である。
【０１９８】
水素利用システム１Ａは、水素液化装置１０Ｅと、水素気化装置２０Ｅと、低温流体輸送容器７０とを備える。
【０１９９】
図６に示す水素利用システム１Ａは、図５に示した水素利用システム１に比較して、水素液化装置１０Ｄに代えて水素液化装置１０Ｅを用いる点、および水素気化装置２０Ｄに代えて水素気化装置２０Ｅを用いる点で異なり、他の構成は同様である。
【０２００】
（水素液化装置）
水素液化装置１０Ｅは、第１断熱容器１５と、第１断熱容器１５内外に連通し、水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する第１水素流通系統１１Ｅと、第１断熱容器１５内外に連通し、低温ヘリウムガスＹから非低温ヘリウムガスＸを生成する第１ヘリウム流通系統１６Ｅと、第１水素流通系統１１Ｄと第１ヘリウム流通系統１６Ｄとの間で熱交換を行う第１蓄冷器３６Ｂとを有する。
【０２０１】
図６に示す水素液化装置１０Ｅは、図５に示した水素液化装置１０Ｄに比較して、第１水素流通系統１１Ｄに代えて第１水素流通系統１１Ｅを用いる点、第１ヘリウム流通系統１６Ｄに代えて第１ヘリウム流通系統１６Ｅを用いる点、および第１熱交換部３６として、第１熱交換器３６Ａに代えて第１蓄冷器３６Ｂを用いる点で異なり、他の構成は同様である。
【０２０２】
第１水素流通系統１１Ｅは、第１水素流通系統１１Ｄに水素ガス流量制御バルブ３８Ｂをさらに備えたものである。第１ヘリウム流通系統１６Ｅは、第１ヘリウム流通系統１６Ｄにヘリウムガス流量制御バルブ５８Ｆをさらに備えたものである。
【０２０３】
第１蓄冷器３６Ｂとしては、図３に示した水素液化装置１０Ｂで用いられる蓄冷器３６Ｂと同様のものが用いられる。
【０２０４】
このため、水素液化装置１０Ｅと水素液化装置１０Ｄとの同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０２０５】
（水素気化装置）
水素気化装置２０Ｅは、第２断熱容器２５と、第２断熱容器２５内外に連通し、液体水素Ｌから水素ガスＧを生成する第２水素流通系統２１Ｅと、第２断熱容器２５内外に連通し、非低温ヘリウムガスＸから低温ヘリウムガスＹを生成する第２ヘリウム流通系統２６Ｅと、第２水素流通系統２１Ｄと第２ヘリウム流通系統２６Ｄとの間で熱交換を行う第２蓄冷器４６Ｂとを有する。
【０２０６】
図６に示す水素気化装置２０Ｅは、図５に示した水素気化装置２０Ｄに比較して、第２水素流通系統２１Ｄに代えて第２水素流通系統２１Ｅを用いる点、第２ヘリウム流通系統２６Ｄに代えて第２ヘリウム流通系統２６Ｅを用いる点、および第２熱交換部４６として、第２熱交換器４６Ａに代えて第２蓄冷器４６Ｂを用いる点で異なり、他の構成は同様である。
【０２０７】
また、第２水素流通系統２１Ｅは、第２水素流通系統２１Ｄに水素ガス流量制御バルブ４８Ｂをさらに備えたものである。さらに、第２ヘリウム流通系統２６Ｅは、第２ヘリウム流通系統２６Ｄにヘリウムガス流量制御バルブ６８Ｂをさらに備えたものである。
【０２０８】
このため、水素気化装置２０Ｅと水素気化装置２０Ｄとの同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０２０９】
第２蓄冷器４６Ｂとしては、第１蓄冷器３６Ｂと同様のものが用いられる。
【０２１０】
（作用）
水素利用システム１Ａの作用は、図５に示した水素利用システム１の作用に比較して、第１水素流通系統１１Ｅおよび第２水素流通系統２１Ｅ中を流通する水素ガスと、第１ヘリウム流通系統１６Ｅおよび第２ヘリウム流通系統２６Ｅ中を流通するヘリウムガスの流通のさせ方が水素利用システム１と異なる。
【０２１１】
すなわち、図５に示した水素利用システム１では第１熱交換器３６Ａ、第２熱交換器４６Ａを用いて熱交換を行うため、熱交換を行う際に、水素液化装置１０Ｄでは、第１水素流通系統１１Ｄ中の水素ガスの流通と第１ヘリウム流通系統１６Ｄ中のヘリウムガスの流通とを同時に行うとともに、水素気化装置２０Ｄでは、第２水素流通系統２１Ｄ中の水素ガスの流通と第２ヘリウム流通系統２６Ｄ中のヘリウムガスの流通とを同時に行う。
【０２１２】
これに対し、水素利用システム１Ａでは第１蓄冷器３６Ｂ、第２蓄冷器４６Ｂを用いて熱交換を行うため、熱交換を行う際に、水素液化装置１０Ｅでは、第１水素流通系統１１Ｅ中の水素ガスの流通と第１ヘリウム流通系統１６Ｅ中のヘリウムガスの流通とを同時に行わず、また、水素気化装置２０Ｅでは、第２水素流通系統２１Ｅ中の水素ガスの流通と第２ヘリウム流通系統２６Ｅ中のヘリウムガスの流通とを同時には行わない。
【０２１３】
以下、この水素ガスおよびヘリウムガスの流通のさせ方の違いに関する作用について説明する。
【０２１４】
＜水素気化工程＞
水素気化工程を説明する。
【０２１５】
燃料電池等での使用のために水素を気化する工程は、水素気化装置２０Ｅで行われる。
【０２１６】
はじめに、水素気化装置２０Ｅを、水素気化装置２０Ｅ外から第２水素流通系統２１Ｅに液体水素Ｌが供給されるとともに、水素気化装置２０Ｅ外から第２ヘリウム流通系統２６Ｅに非低温ヘリウムガスＸが供給される状態にする。
【０２１７】
具体的には、第２水素流通系統２１Ｅの液体水素導入部２４に液体水素Ｌの収容された低温流体輸送容器７０（７０Ａ）の流体収容部７２を連通させるとともに、第２ヘリウム流通系統２６Ｅの非低温ヘリウムガス導入部２９に非低温ヘリウムガスＸの収容された非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂを接続する。
【０２１８】
また、生成された水素ガスを使用するために第２水素流通系統２１Ｅの水素ガス排出部２３に燃料電池等の水素使用機器を連通させるとともに、生成された低温ヘリウムガスを使用するために第２ヘリウム流通系統２６Ｅの低温ヘリウムガス排出部２８に低温流体輸送容器７０Ａとは別の低温流体輸送容器７０（７０Ｂ）の空の流体収容部７２を連通させる。
【０２１９】
このとき、水素気化装置２０Ｅの第２水素流通系統２１Ｅでは、第２液体水素収容部２２中に液体水素Ｌを収容しておく。第２液体水素収容部２２内では、底部に液体水素Ｌが貯まるとともに、上部空間には液体水素Ｌが気化して得られた低温の水素ガスＧが充満する。第２液体水素収容部２２内は、水素ガスＧにより、内圧が大気圧よりも高い状態になっている。
【０２２０】
次に、水素気化装置２０Ｅの第２水素流通系統２１Ｅの水素ガス流量制御バルブ４８Ａ、４８Ｂを開放すると、第２液体水素収容部２２内の低温の水素ガスＧは、配管４３、４２中を順次流通し、第２熱交換器４６Ａで加熱されて水素ガス排出部２３に送られる。
【０２２１】
低温の水素ガスＧが第２水素流通系統２１Ｅの配管４３中を流通すると、配管４３に設けられた第２蓄冷器４６Ｂでは、図示しない蓄冷材部が低温の水素ガスＧで冷却されるとともに、低温の水素ガスＧが蓄冷材部に蓄熱された熱により加熱される。
【０２２２】
第２蓄冷器４６Ｂで加熱された水素ガスＧは、第２断熱容器２５外に設けられた室温環境の配管４２中で室温近辺までさらに加熱され、水素ガス排出部２３から排出される。
【０２２３】
しかし、水素ガスＧを流通し続けると、第２蓄冷器４６Ｂが冷却されすぎて、水素ガス排出部２３から排出される水素ガスＧの温度も低下するため、水素ガスＧが燃料電池の使用等に適さなくなる場合がある。このため、水素ガス排出部２３から排出される水素ガスＧの温度が所定の温度以下になった時点で、第２水素流通系統２１Ｅの水素ガス流量制御バルブ４８Ａ、４８Ｂを閉塞して、水素ガスＧの流通を止める。
【０２２４】
次に、第２ヘリウム流通系統２６Ｅのヘリウムガス流量制御バルブ６８Ａ、６８Ｂを開放すると、非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂ中の室温程度の非低温ヘリウムガスＸは、配管６５、６３、６２中を順次流通し、低温ヘリウムガスＹを生成して、低温ヘリウムガス排出部２８に接続された低温流体輸送容器７０Ｂの流体収容部７２内に送られる。
【０２２５】
室温程度の非低温ヘリウムガスＸが第２ヘリウム流通系統２６Ｅの配管６３中を流通すると、配管６３に設けられた第２蓄冷器４６Ｂでは、図示しない蓄冷材部が非低温ヘリウムガスＸで加熱されるとともに、非低温ヘリウムガスＸは蓄冷材部に蓄熱された熱により液体水素Ｌの温度近くまで冷却されて低温ヘリウムガスＹになる。得られた低温ヘリウムガスＹは、低温ヘリウムガス排出部２８に接続された低温流体輸送容器７０Ｂの流体収容部７２内に収容、貯蔵される。
【０２２６】
しかし、非低温ヘリウムガスＸを流通し続けると、第２蓄冷器４６Ｂが加熱されすぎて、低温ヘリウムガスＹの温度も上昇する。このため、はじめに流通させた第２水素流通系統２１Ｅの水素ガスの体積と同じくらいの体積の非低温ヘリウムガスＸを流通させた時点で、第２ヘリウム流通系統２６Ｅのヘリウムガス流量制御バルブ６８Ａ、６８Ｂを閉塞して、非低温ヘリウムガスＸの流通を止める。
【０２２７】
＜低温ヘリウムガスの輸送工程＞
低温ヘリウムガスＹが収容された低温流体輸送容器７０Ｂは、トレーラー、貨物列車、船等に搭載されて、水素気化装置２０Ｅから水素液化装置１０Ｅに輸送される。低温ヘリウムガスＹが収容された低温流体輸送容器７０Ｂは、水素液化装置１０Ｅの第１ヘリウム流通系統１６Ｅの低温ヘリウムガス導入部１８に取り付けられ、水素液化装置１０Ｅの第１ヘリウム流通系統１６Ｅに低温ヘリウムガスＹを供給する。
【０２２８】
その後、上記の第２水素流通系統２１Ｅの水素ガスを流通させる工程と、第２ヘリウム流通系統２６Ｅの非低温ヘリウムガスＸを流通させる工程とを、適宜、繰り返すことにより、水素気化装置２０Ｅの水素ガス排出部２３から室温程度の水素ガスＧを断続的に取り出して使用する。
【０２２９】
＜水素液化工程＞
水素液化工程を説明する。
【０２３０】
水素を液化する工程は、水素液化装置１０Ｅで行われる。
【０２３１】
はじめに、水素液化装置１０Ｅを、水素液化装置１０Ｅ外から第１水素流通系統１１Ｅに水素ガスＧが供給されるとともに、水素液化装置１０Ｅ外から第１ヘリウム流通系統１６Ｅに低温ヘリウムガスＹが供給される状態にする。
【０２３２】
具体的には、第１水素流通系統１１Ｅの水素ガス導入部１３に図示しない水素製造装置を接続するとともに、第１ヘリウム流通系統１６Ｅの低温ヘリウムガス導入部１８に低温ヘリウムガスＹの収容された低温流体輸送容器７０（７０Ｂ）の流体収容部７２を連通させる。
【０２３３】
また、生成された液体水素Ｌを使用するために第１水素流通系統１１Ｅの液体水素排出部１４に低温流体輸送容器７０Ｂとは別の低温流体輸送容器７０（７０Ａ）の空の流体収容部７２を連通させるとともに、生成された非低温ヘリウムガスを使用するために第１ヘリウム流通系統１６Ｅの非低温ヘリウムガス排出部１９に空の非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａを接続する。
【０２３４】
次に、第１水素流通系統１１Ｅの配管３３に設けられた冷却部７５を稼働させ、配管３３内の流体の冷却を行う。
【０２３５】
さらに、第１ヘリウム流通系統１６Ｅのヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａ、５８Ｆを開放し、圧縮機７６を稼働させると、低温流体輸送容器７０Ｂの流体収容部７２に収容された低温ヘリウムガスＹが、第１蓄冷器３６Ｂで加熱されて非低温ヘリウムガスＸになった後、低温ヘリウムガス導入部１８から第１ヘリウム流通系統１６Ｅに導入される。
【０２３６】
低温ヘリウムガスＹが第１ヘリウム流通系統１６Ｅの配管５３中を流通すると、配管５３に設けられた第１蓄冷器３６Ｂでは、図示しない蓄冷材部が低温ヘリウムガスＹで冷却されるとともに、低温ヘリウムガスＹは蓄冷材部に蓄熱された熱により加熱され、非低温ヘリウムガスＸになる。
【０２３７】
第１蓄冷器３６Ｂで加熱されて得られた非低温ヘリウムガスＸは、第２断熱容器２５外に設けられた室温環境の配管５５中で室温近辺までさらに加熱され、圧縮機７６により圧縮されて、非低温ヘリウムガス排出部１９から非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａに充填される。
【０２３８】
しかし、低温ヘリウムガスＹを流通し続けると、第１蓄冷器３６Ｂが冷却されすぎて、非低温ヘリウムガス排出部１９から排出される非低温ヘリウムガスＸの温度も低下し続ける。このため、非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａに充填される非低温ヘリウムガスＸの温度が所定の温度以下になった時点で、ヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａ、５８Ｆを閉塞し、圧縮機７６の稼働を止める。
【０２３９】
次に、第１水素流通系統１１Ｅの水素ガス流量制御バルブ３８Ａ、３８Ｂを開放すると、水素製造装置から水素ガス導入部１３に室温程度の水素ガスＧが供給される。水素ガス導入部１３に供給された室温程度の水素ガスＧは配管３２、３３を順次流通し、冷却されて液体水素Ｌを生成して、第１液体水素収容部１２に送られる。
【０２４０】
室温程度の水素ガスＧが第１水素流通系統１１Ｅの配管３３を流通すると、配管３３に設けられた第１蓄冷器３６Ｂでは、図示しない蓄冷材部が室温程度の水素ガスＧで加熱されるとともに、室温程度の水素ガスＧが蓄冷材部に蓄熱された熱により液体水素Ｌの温度近くまで冷却される。
【０２４１】
第１蓄冷器３６Ｂで冷却された水素ガスＧは、冷却部７５でさらに冷却されて液体水素Ｌを生成し、第１液体水素収容部１２内に収容、貯蔵される。
【０２４２】
第１液体水素収容部１２に収容された液体水素Ｌは、配管３５、３４中を流通して、液体水素排出部１４に接続された低温流体輸送容器７０Ａに送られ、低温流体輸送容器７０Ａの流体収容部７２内に収容される。
【０２４３】
＜液体水素の輸送工程＞
液体水素Ｌが収容された低温流体輸送容器７０Ａは、トレーラー、貨物列車、船等に搭載され、水素液化装置１０Ｅから水素気化装置２０Ｅに輸送される。液体水素Ｌが収容された低温流体輸送容器７０Ａは、水素気化装置２０Ｅの第２水素流通系統２１Ｅの液体水素導入部２４に取り付けられ、水素気化装置２０Ｅの第２水素流通系統２１Ｅに液体水素Ｌを供給する。
【０２４４】
その後、上記の第１水素流通系統１１Ｅの水素ガスＧを流通させる工程と、第１ヘリウム流通系統１６Ｅの非低温ヘリウムガスＸを流通させる工程とを、適宜、繰り返すことにより、水素液化装置１０Ｅで水素ガスＧを断続的に液化して液体水素Ｌを生成する。
【０２４５】
水素利用システム１Ａによれば、水素利用システム１と同様の効果を奏する。
【０２４６】
［第７実施形態］
図７は、本発明に係る水素利用システムの第３の実施形態を示す図である。
【０２４７】
水素利用システム１Ｂは、水素液化装置１０Ｄと、水素ガス消費装置８０と、非低温ヘリウムガス供給装置８５と、水素液化装置１０Ｄと水素ガス消費装置８０と非低温ヘリウムガス供給装置８５との間で流体を輸送する低温流体輸送容器９１とを備える。
【０２４８】
図７に示す水素利用システム１Ｂは、図５に示した水素利用システム１に比較して、水素気化装置２０Ｄに代えて水素ガス消費装置８０と非低温ヘリウムガス供給装置８５とを用いる点、および低温流体輸送容器７０に代えて低温流体輸送容器９１を用いる点で異なり、他の構成は同様である。
【０２４９】
（水素ガス消費装置）
水素ガス消費装置８０は、水素ガスが流通する配管８１と、配管８１の一方端に設けられ、接続された低温流体輸送容器９１から水素ガスを導入する水素ガス導入部２４Ｂと、配管８１の他方端に設けられ、外部の燃料電池等に水素ガスを排出する水素ガス排出部８４と、配管８１に設けられた水素ガス流量制御バルブ８２とを備える。
【０２５０】
（非低温ヘリウムガス供給装置）
非低温ヘリウムガス供給装置８５は、非低温ヘリウムガスが流通する配管８６と、ヘリウム配管８６の一方端に設けられ、外部の非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂから非低温ヘリウムガスを導入する非低温ヘリウムガス導入部８８と、配管８６の他方端に設けられ、接続された低温流体輸送容器９１に非低温ヘリウムガスを排出する非低温ヘリウムガス排出部２８と、配管８６に設けられたヘリウムガス流量制御バルブ８７とを備える。
【０２５１】
（低温流体輸送容器）
低温流体輸送容器９１は、低温流体輸送容器本体７１と、低温流体輸送容器本体７１中に設けられ、流体を低温状態を保って収容する流体収容部７２と、低温流体輸送容器９１外部と流体を授受する第１流体授受部７４Ａと、第１流体授受部７４Ａと流体収容部７２とを連通する第１導入路７９Ａと、温流体輸送容器９１外部と流体を授受する第２流体授受部７４Ｂと、第２流体授受部７４Ｂと流体収容部７２とを連通する第２導入路７９Ｂと、第１導入路７９Ａ中の流体の熱を蓄熱する蓄冷部７３とを有する。蓄冷部７３としては、図３に示した水素液化装置１０Ｂで用いられる蓄冷器３６Ｂと同様のものが用いられる。
【０２５２】
低温流体輸送容器９１は、水素液化装置１０Ｄと水素ガス消費装置８０と非低温ヘリウムガス供給装置８５との間で流体を低温状態を保って輸送する。
【０２５３】
低温流体輸送容器９１としては、たとえば、トレーラー、貨物列車、船等に搭載可能なタンクやボンベが用いられる。
【０２５４】
（作用）
図７を参照して、水素利用システム１Ｂの作用を説明する。
【０２５５】
＜水素気化工程＞
水素気化工程を説明する。
【０２５６】
燃料電池等での使用のために水素ガスを生成する水素気化工程は、水素ガス消費装置８０で行われる。
【０２５７】
はじめに、低温流体輸送容器９１の流体収容部７２内に液体水素Ｌを収容する。低温流体輸送容器９１への液体水素Ｌの収容は、たとえば、低温流体輸送容器９１（９１Ａ）の第２流体授受部７４Ｂを水素液化装置１０Ｄの液体水素排出部１４に接続し、液体水素排出部１４から流体収容部７２内に第２導入路７９Ｂを介して液体水素Ｌを導入することにより行われる。
【０２５８】
液体水素Ｌが導入された低温流体輸送容器９１Ａは、流体収容部７２内の底部に液体水素Ｌが存在し、流体収容部７２内の上部空間に液体水素Ｌが気化してなる低温の水素ガスＧが存在する状態になっている。
【０２５９】
次に、液体水素Ｌが収容された低温流体輸送容器９１Ａを水素液化装置１０Ｄから取り外し、水素ガス消費装置８０まで輸送し、水素ガス消費装置８０の水素ガス導入部２４Ｂに低温流体輸送容器９１Ａの第１流体授受部７４Ａを接続する。
【０２６０】
水素ガス消費装置８０の水素ガス導入部２４Ｂは、低温流体輸送容器９１Ａの流体収容部７２内の液体水素Ｌを導入せず低温の水素ガスＧのみを導入するように、水素ガス導入部２４Ｂの先端部が流体収容部７２内の液体水素Ｌに浸からないように配置する。
【０２６１】
さらに、水素ガス消費装置８０の水素ガス流量制御バルブ８２を開放すると、低温の水素ガスＧが、低温流体輸送容器９１Ａ内の流体収容部７２から、第１導入路７９Ａを流通し、水素ガス消費装置８０の水素ガス導入部２４Ｂを介して配管８１に導入される。
【０２６２】
このとき、低温流体輸送容器９１Ａの第１導入路７９Ａ中を流通する低温の水素ガスＧは、第１導入路７９Ａ近傍に配置された蓄冷部７３で加熱されるとともに、蓄冷部７３は低温の水素ガスＧで冷却される。
【０２６３】
低温流体輸送容器９１Ａから水素ガス消費装置８０に導入された水素ガスＧは、室温環境にある水素ガス消費装置８０の配管８１中でさらに加熱され、室温程度の水素ガスＧになる。室温程度の水素ガスＧは、水素ガス排出部８４から排出され、燃料電池等に用いられる。
【０２６４】
水素気化工程は、低温流体輸送容器９１Ａは、流体収容部７２が空になるまで行う。
【０２６５】
＜冷却された蓄冷部を有する空の低温流体輸送容器の輸送工程＞
水素気化工程の終了後、低温流体輸送容器９１Ａは、流体収容部７２が空になるとともに、蓄冷部７３が第１導入路７９Ａ中を流通する低温の水素ガスＧにより冷却されて低温になっている。
【０２６６】
このため、この流体収容部７２が空で蓄冷部７３が低温の低温流体輸送容器９１Ａを、水素ガス消費装置８０から取り外して非低温ヘリウムガス供給装置８５に接続し、非低温ヘリウムガス供給装置８５から非低温ヘリウムガスＸを低温流体輸送容器９１Ａの流体収容部７２に導入すると、低温ヘリウムガスＹを生成することができる。すなわち、非低温ヘリウムガスＸを、低温流体輸送容器９１Ａの第１流体授受部７４Ａから第１導入路７９Ａを介して流体収容部７２に導入すると、非低温ヘリウムガスＸが第１導入路７９Ａの近傍に設けられた蓄冷部７３で冷却されて低温ヘリウムガスＹが生成され、低温ヘリウムガスＹが流体収容部７２に収容される。
【０２６７】
水素ガス消費装置８０から取り外した低温流体輸送容器９１Ａを、非低温ヘリウムガス供給装置８５まで移動させる方法としては、低温流体輸送容器９１Ａを、トレーラー、貨物列車、船等に搭載して輸送する方法等が挙げられる。
【０２６８】
＜低温ヘリウムガス生成工程＞
低温ヘリウムガス生成工程を説明する。
【０２６９】
低温ヘリウムガス生成工程は、非低温ヘリウムガス供給装置８５と、流体収容部７２が空で蓄冷部７３が低温の低温流体輸送容器９１Ａとを用いることにより行われる。
【０２７０】
はじめに、非低温ヘリウムガス供給装置８５の非低温ヘリウムガス導入部８８に非低温ヘリウムガスＸが収容された非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂを接続するとともに、非低温ヘリウムガス排出部２８Ｂに流体収容部７２が空で蓄冷部７３が低温の低温流体輸送容器９１Ａの第１流体授受部７４Ａを接続する。
【０２７１】
次に、非低温ヘリウムガス供給装置８５のヘリウムガス流量制御バルブ８７を開放すると、非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂ中の非低温ヘリウムガスＸが配管８６を流通し、非低温ヘリウムガス排出部２８Ｂを介して、低温流体輸送容器９１Ａに供給される。低温流体輸送容器９１Ａでは、非低温ヘリウムガスＸが第１流体授受部７４Ａを介して第１導入路７９Ａに導入され、第１導入路７９Ａ中を流通して流体収容部７２に導入される。
【０２７２】
なお、低温流体輸送容器９１Ａの蓄冷部７３は、水素気化工程で低温の水素ガスＧが第１導入路７９Ａ中を流通したため低温になっている。このため、低温流体輸送容器９１Ａの第１導入路７９Ａ中を非低温ヘリウムガスＸが流通すると、非低温ヘリウムガスＸは低温の蓄冷部７３で冷却されて低温ヘリウムガスＹを生成する。生成された低温ヘリウムガスＹは、流体収容部７２内に収容される。
【０２７３】
＜低温ヘリウムガスが収容された低温流体輸送容器の輸送工程＞
低温ヘリウムガスＹが収容された低温流体輸送容器９１Ａは、トレーラー、貨物列車、船等に搭載されて、非低温ヘリウムガス供給装置８５から水素液化装置１０Ｄに輸送される。低温ヘリウムガスＹが収容された低温流体輸送容器９１Ａは、水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄの低温ヘリウムガス導入部１８に取り付けられ、水素液化装置１０Ｄの第１ヘリウム流通系統１６Ｄに低温ヘリウムガスＹを供給する。
【０２７４】
＜水素液化工程＞
水素液化工程を説明する。
【０２７５】
水素ガスを液化する工程は、水素液化装置１０Ｄで行われる。
【０２７６】
はじめに、水素液化装置１０Ｄを、水素液化装置１０Ｄ外から第１水素流通系統１１Ｄに水素ガスＧが供給されるとともに、水素液化装置１０Ｄ外から第１ヘリウム流通系統１６Ｄに低温ヘリウムガスＹが供給される状態にする。
【０２７７】
具体的には、第１水素流通系統１１Ｄの水素ガス導入部１３に図示しない水素製造装置を接続するとともに、第１ヘリウム流通系統１６Ｄの低温ヘリウムガス導入部１８に低温ヘリウムガスＹの収容された低温流体輸送容器９１Ａの流体収容部７２を連通させる。
【０２７８】
また、生成された液体水素を使用するために第１水素流通系統１１Ｄの液体水素排出部１４に低温流体輸送容器９１Ａとは別の低温流体輸送容器９１（９１Ｂ）の空の流体収容部７２を連通させるとともに、生成された非低温ヘリウムガスを使用するために第１ヘリウム流通系統１６Ｄの非低温ヘリウムガス排出部１９に空の非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａを接続する。
【０２７９】
この後の作用は、図５に示した水素利用システム１の水素液化工程と同様であるため、説明を省略する。
【０２８０】
水素利用システム１Ｂによれば、水素利用システム１と同様の効果を奏する。
【０２８１】
また、水素利用システム１Ｂによれば、水素気化装置２０が不要になる。
【０２８２】
［第８実施形態］
図８は、本発明に係る水素利用システムの第４の実施形態を示す図である。
【０２８３】
水素利用システム１Ｃは、水素液化装置１０Ｇと、水素気化装置２０Ｇと、水素液化装置１０Ｇから水素気化装置２０Ｇに液体水素を供給する液体水素パイプライン９０と、水素気化装置２０Ｇから水素液化装置１０Ｇに低温ヘリウムガスを供給する低温ヘリウムガスパイプライン９５とを備える。
【０２８４】
図８に示す水素利用システム１Ｃは、図５に示した水素利用システム１に比較して、水素液化装置１０Ｄに代えて水素液化装置１０Ｇを用いる点、水素気化装置２０Ｄに代えて水素気化装置２０Ｇを用いる点、および低温流体輸送容器７０に代えて液体水素パイプライン９０と低温ヘリウムガスパイプライン９５とを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、両者の同一または同様の構成に同一符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０２８５】
（水素液化装置）
水素液化装置１０Ｇは、第１断熱容器１５と、第１断熱容器１５内外に連通し、水素ガスＧから液体水素Ｌを生成する第１水素流通系統１１Ｇと、第１断熱容器１５内外に連通し、低温ヘリウムガスＹから非低温ヘリウムガスＸを生成する第１ヘリウム流通系統１６Ｇと、第１水素流通系統１１Ｇと第１ヘリウム流通系統１６Ｇとの間で熱交換を行う第１熱交換部３６としての第１熱交換器３６Ａとを有する。
【０２８６】
図８に示す水素液化装置１０Ｇは、図５に示した水素液化装置１０Ｄに比較して、第１水素流通系統１１Ｄに代えて第１水素流通系統１１Ｇを用いる点、および第１ヘリウム流通系統１６Ｄに代えて第１ヘリウム流通系統１６Ｇを用いる点で異なり、他の構成は同様である。
【０２８７】
第１水素流通系統１１Ｇは、図５に示した第１水素流通系統１１Ｄから、配管３４、３５を除去したものである。第１ヘリウム流通系統１６Ｇは、図５に示す第１ヘリウム流通系統１６Ｄから、配管５２を除去したものである。
【０２８８】
＜第１水素流通系統＞
第１水素流通系統１１Ｇは、第１断熱容器１５外に設けられた水素ガス導入部１３と、第１断熱容器１５外に設けられ水素ガス導入部１３に連通する配管３２と、１断熱容器１５内に設けられ配管３２に連通する配管３３と、配管３３を冷却する冷却部７５と、第１断熱容器１５内に設けられ冷却部７５に連通する第１液体水素収容部１２と、配管３２に設けられた水素ガス流量制御バルブ３８Ａとを備える。
【０２８９】
第１水素流通系統１１Ｇには、図５に示した第１水素流通系統１１Ｄと異なり、第１水素流通系統１１Ｄの配管３４、３５のような配管、すなわち、第１液体水素収容部１２から第１断熱容器１５外に液体水素Ｌを排出する配管が設けられない。しかし、第１液体水素収容部１２には、液体水素Ｌを第１液体水素収容部１２から水素気化装置２０Ｇの第２液体水素収容部２２に直接に供給する液体水素パイプライン９０が設けられる。
【０２９０】
＜第１ヘリウム流通系統＞
第１ヘリウム流通系統１６Ｇは、第１断熱容器１５内に設けられた配管５３と、第１断熱容器１５外に設けられ配管５３に連通する配管５５と、配管５５に連通する非低温ヘリウムガス排出部１９と、配管５５に設けられたヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａと圧縮機７６とを備える。
【０２９１】
第１ヘリウム流通系統１６Ｇには、図５に示した第１ヘリウム流通系統１６Ｄと異なり、第１ヘリウム流通系統１６Ｄの配管５２のような配管、すなわち、第１断熱容器１５外から第１断熱容器１５内に低温ヘリウムガスＹを導入する配管が設けられない。
【０２９２】
しかし、第１ヘリウム流通系統１６Ｇの配管５３には、水素気化装置２０Ｇの第２ヘリウム流通系統２６Ｇの配管６３に連通する低温ヘリウムガスパイプライン９５が接続される。これにより、第１ヘリウム流通系統１６Ｇの配管５３には、水素気化装置２０Ｇの第２ヘリウム流通系統２６Ｇの配管６３から、低温ヘリウムガスパイプライン９５を介して、低温ヘリウムガスＹが導入されるようになっている。
【０２９３】
（水素気化装置）
水素気化装置２０Ｇは、第２断熱容器２５と、第２断熱容器２５内外に連通し、液体水素Ｌから水素ガスＧを生成する第２水素流通系統２１Ｇと、第２断熱容器２５内外に連通し、非低温ヘリウムガスＸから低温ヘリウムガスＹを生成する第２ヘリウム流通系統２６Ｇと、第２水素流通系統２１Ｇと第２ヘリウム流通系統２６Ｇとの間で熱交換を行う第２熱交換部４６としての第２熱交換器４６Ａとを有する。
【０２９４】
図８に示す水素気化装置２０Ｇは、図５に示した水素気化装置２０Ｄに比較して、第２水素流通系統２１Ｄに代えて第２水素流通系統２１Ｇを用いる点、および第２ヘリウム流通系統２６Ｄに代えて第２ヘリウム流通系統２６Ｇを用いる点で異なり、他の構成は同様である。
【０２９５】
第２水素流通系統２１Ｇは、図５に示した第２水素流通系統２１Ｄから、配管４４、４５を除去したものである。第２ヘリウム流通系統２６Ｇは、図５に示す第２ヘリウム流通系統２６Ｄから、配管６２を除去したものである。
【０２９６】
＜第２水素流通系統＞
第２水素流通系統２１Ｇは、第２断熱容器２５内に設けられた第２液体水素収容部２２と、第２断熱容器２５内に設けられ第２液体水素収容部２２に連通する配管４３と、第２断熱容器２５外に設けられ配管４３に連通する配管４２と、配管４２の端部に設けられた水素ガス排出部２３と、配管４２に設けられた水素ガス流量制御バルブ４８Ａとを備える。
【０２９７】
第２水素流通系統２１Ｇには、図５に示した第２水素流通系統２１Ｄと異なり、第２水素流通系統２１Ｄの配管４４、４５のような配管、すなわち、第２断熱容器２５外から第２液体水素収容部２２に液体水素Ｌを導入する配管が設けられない。しかし、第２液体水素収容部２２には、水素液化装置１０Ｇの第１液体水素収容部１２から第２液体水素収容部２２に液体水素Ｌを直接に導入する液体水素パイプライン９０が設けられる。
【０２９８】
＜第２ヘリウム流通系統＞
第２ヘリウム流通系統２６Ｇは、第２断熱容器２５外に設けられた非低温ヘリウムガス導入部２９と、第２断熱容器２５外に設けられ非低温ヘリウムガス導入部２９に連通する配管６５と、第２断熱容器２５内に設けられ配管６５に連通する配管６３と、配管６５に設けられたヘリウムガス流量制御バルブ６８Ａとを備える。
【０２９９】
第２ヘリウム流通系統２６Ｇには、図５に示した第２ヘリウム流通系統２６Ｄと異なり、第２ヘリウム流通系統２６Ｄの配管６２のような配管、すなわち、第２断熱容器２５内から第２断熱容器２５外に低温ヘリウムガスＹを排出する配管が設けられない。
【０３００】
しかし、第２ヘリウム流通系統２６Ｇの配管６３には、水素液化装置１０Ｇの第１ヘリウム流通系統１６Ｇの配管５３に連通する低温ヘリウムガスパイプライン９５が接続される。これにより、第２ヘリウム流通系統２６Ｇの配管６３には、低温ヘリウムガスパイプライン９５を介して、水素液化装置１０Ｇの第１ヘリウム流通系統１６Ｇの配管５３に、低温ヘリウムガスＹを排出するようになっている。
【０３０１】
（液体水素パイプライン９０）
液体水素パイプライン９０は、水素液化装置１０Ｇの第１液体水素収容部１２と、水素気化装置２０Ｇの第２液体水素収容部２２とを連通するパイプラインであり、水素液化装置１０Ｇの第１液体水素収容部１２から水素気化装置２０Ｇの第２液体水素収容部２２に液体水素を供給する。
【０３０２】
液体水素パイプライン９０は、液体水素Ｌを低温のまま流通させるために断熱配管になっている。
【０３０３】
（低温ヘリウムガスパイプライン）
低温ヘリウムガスパイプライン９５は、水素液化装置１０Ｇの第１ヘリウム流通系統１６Ｇの配管５３と、水素気化装置２０Ｇの第２ヘリウム流通系統２６Ｇの配管６３とを連通するパイプラインであり、水素気化装置２０Ｇの配管６３から水素液化装置１０Ｇの配管５３に低温ヘリウムガスＹを供給する。
【０３０４】
低温ヘリウムガスパイプライン９５は、低温ヘリウムガスＹを低温のまま流通させるために断熱配管になっている。
【０３０５】
低温ヘリウムガスパイプライン９５は、液体水素パイプライン９０と並行してまとめて設けられている。これにより、低温ヘリウムガスパイプライン９５と液体水素パイプライン９０の設置スペース、設置作業等の効率が良好になっている。
【０３０６】
（作用）
図８を参照して、水素利用システム１Ｃの作用を説明する。
【０３０７】
水素利用システム１Ｃでは、水素液化装置１０Ｇと水素気化装置２０Ｇとが協働することにより水素液化工程と水素気化工程とが略同時に行われる。ただし、水素液化工程の水素液化自体は水素液化装置１０Ｇで行われ、水素気化工程の水素気化自体は水素気化装置２０Ｇで行われる。
【０３０８】
はじめに、水素液化工程と水素気化工程とを略同時に行うため、水素利用システム１Ｃの環境を整える。具体的には、水素液化装置１０Ｇの第１水素流通系統１１Ｇの水素ガス導入部１３に図示しない水素製造装置を接続するとともに、水素気化装置２０Ｇの第２水素流通系統２１Ｇの水素ガス排出部２３に燃料電池等の水素使用機器を連通させる。これにより、水素液化装置１０Ｇの水素ガス導入部１３と、水素気化装置２０Ｇの水素ガス排出部２３とが、液体水素パイプライン９０を介して連通する。
【０３０９】
また、水素気化装置２０Ｇの第２ヘリウム流通系統２６Ｇの非低温ヘリウムガス導入部２９に非低温ヘリウムガスＸが収容された非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂを接続するとともに、水素液化装置１０Ｇの第１ヘリウム流通系統１６Ｇの非低温ヘリウムガス排出部１９に空の非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａを接続する。これにより、水素気化装置２０Ｇの非低温ヘリウムガス導入部２９と、水素液化装置１０Ｇの非低温ヘリウムガス排出部１９とが低温ヘリウムガスパイプライン９５を介して連通する。
【０３１０】
次に、水素液化装置１０Ｇの第１水素流通系統１１Ｇの配管３３に設けられた冷却部７５を稼働させ、配管３３内の流体の冷却を行う。
【０３１１】
さらに、水素液化装置１０Ｇの第１水素流通系統１１Ｇの水素ガス流量制御バルブ３８Ａと、水素気化装置２０Ｇの第２水素流通系統２１Ｇの水素ガス流量制御バルブ４８Ａとを開放すると、水素製造装置から供給された室温程度の水素ガスＧは、水素液化装置１０Ｇの第１水素流通系統１１Ｇ、液体水素パイプライン９０、および水素気化装置２０Ｇの第２水素流通系統２１Ｇを順次流通して、水素気化装置２０Ｇの水素ガス排出部２３から排出される。
【０３１２】
具体的には、水素製造装置から水素液化装置１０Ｇの水素ガス導入部１３に供給された室温程度の水素ガスＧは配管３２、３３を順次流通し、第１熱交換器３６Ａおよび冷却部７５の作用により液体水素Ｌまで冷却された後、第１液体水素収容部１２に送られる。
【０３１３】
第１液体水素収容部１２中の液体水素Ｌは、液体水素パイプライン９０を流通して水素気化装置２０Ｇの第２液体水素収容部２２に送られる。
【０３１４】
水素気化装置２０Ｇの第２液体水素収容部２２内では、底部に液体水素Ｌが貯まるとともに、上部空間には液体水素Ｌが気化して得られた低温の水素ガスＧが充満する。第２液体水素収容部２２内は、水素ガスＧにより、内圧が大気圧よりも高い状態になっている。
【０３１５】
水素気化装置２０Ｇの第２水素流通系統２１Ｇの水素ガス流量制御バルブ４８Ａを開放すると、第２液体水素収容部２２内の水素ガスＧは、配管４３、４２中を順次流通し、第２熱交換器４６Ａの作用により加熱されるとともに配管４２中で室温程度まで加熱された後、水素ガス排出部２３に送られる。なお、第２水素流通系統２１Ｇの配管４３には冷却部７５が設けられないため、水素ガスＧは冷却されない。水素ガス排出部２３を介して取り出された室温程度の水素ガスＧは、燃料電池等に使用される。
【０３１６】
一方、水素液化装置１０Ｇの水素ガス流量制御バルブ３８Ａの開放と同時に、水素気化装置２０Ｇの第２ヘリウム流通系統２６Ｇのヘリウムガス流量制御バルブ６８Ａと、水素液化装置１０Ｇの第１ヘリウム流通系統１６Ｇのヘリウムガス流量制御バルブ５８Ａとを開放し、圧縮機７６を稼働させると、水素気化装置２０Ｇに接続された非低温ヘリウムガスボンベ６６Ｂ中の非低温ヘリウムガスＸは、水素気化装置２０Ｇの第２ヘリウム流通系統２６Ｇ、低温ヘリウムガスパイプライン９５、および水素液化装置１０Ｇの第１ヘリウム流通系統１６Ｇを順次流通して、水素液化装置１０Ｇに接続された非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａ内に収容される。
【０３１７】
具体的には、非低温ヘリウムガス導入部２９を介して第２ヘリウム流通系統２６Ｇ内に導入された非低温ヘリウムガスＸは、配管６５、６３中を順次流通し、第２熱交換器４６Ａの作用で冷却され、低温ヘリウムガスＹになる。配管６３中の低温ヘリウムガスＹは、低温ヘリウムガスパイプライン９５を流通して、水素液化装置１０Ｇに導入され、第１ヘリウム流通系統１６Ｇの配管５３、５５中を順次流通する。低温ヘリウムガスＹは、第１熱交換器３６Ａおよび室温環境の配管５５の作用で加熱されて非低温ヘリウムガスＸになり、圧縮機７６で加圧されて、非低温ヘリウムガスボンベ６６Ａ内に収容される。
【０３１８】
＜水素液化工程＞
このように水素液化装置１０Ｇにおいて第１水素流通系統１１Ｇを水素ガスＧが流通するとともに第１ヘリウム流通系統１６Ｇを低温ヘリウムガスＹが流通すると、水素液化装置１０Ｇの第１熱交換器３６Ａでは、室温程度の水素ガスＧと低温ヘリウムガスＹとの間で熱交換が行われるとともに水素ガスＧが冷却部７５で冷却されることにより、水素ガスＧが液化して液体水素Ｌを生成する。
【０３１９】
具体的には、水素液化装置１０Ｇにおいて、第１水素流通系統１１Ｇでは配管３３中の水素ガスＧが第１熱交換器３６Ａにより冷却されさらに冷却部７５で冷却されて液体水素Ｌを生成するとともに、第１ヘリウム流通系統１６Ｇでは配管６３中の低温ヘリウムガスＹが第１熱交換器３６Ａにより加熱されて非低温ヘリウムガスＸになる。
【０３２０】
この結果、水素液化装置１０Ｇの第１水素流通系統１１Ｇの第１液体水素収容部１２には、液体水素Ｌが収容される。第１液体水素収容部１２中の液体水素Ｌは、液体水素パイプライン９０を介して水素気化装置２０Ｇの第２水素流通系統２１Ｇの第２液体水素収容部２２に送られる。
【０３２１】
＜水素気化工程＞
また、このように水素気化装置２０Ｇにおいて第２水素流通系統２１Ｇを水素ガスＧが流通するとともに第２ヘリウム流通系統２６Ｇを非低温ヘリウムガスＸが流通すると、水素気化装置２０Ｇの第２熱交換器４６Ａでは、低温の水素ガスＧと非低温ヘリウムガスＸとの間で熱交換が行われ、室温程度の水素ガスＧが生成する。
【０３２２】
具体的には、水素気化装置２０Ｇにおいて、第２水素流通系統２１Ｇでは配管４３中の低温の水素ガスＧが第２熱交換器４６Ａにより加熱されるとともに、第２ヘリウム流通系統２６Ｇでは配管６３中の非低温ヘリウムガスＸが第２熱交換器４６Ａにより液体水素Ｌの温度近くまで冷却されて低温ヘリウムガスＹになる。第２熱交換器４６Ａで加熱された水素ガスＧは、第２断熱容器２５外に設けられた室温環境の配管４２を流通する間にさらに室温近辺まで加熱される。
【０３２３】
この結果、水素気化装置２０Ｇの第２水素流通系統２１Ｇの水素ガス排出部２３からは、室温程度の水素ガスＧが排出される。水素ガス排出部２３から排出された室温程度の水素ガスＧは、燃料電池等に用いられる。一方、水素気化装置２０Ｇの第２ヘリウム流通系統２６Ｇの低温ヘリウムガス排出部２８に接続された低温流体輸送容器７０Ｂには低温ヘリウムガスＹが収容される。
【０３２４】
水素利用システム１Ｃによれば、水素利用システム１と同様の効果を奏する。
【０３２５】
また、水素利用システム１Ｃによれば、水素液化装置１０Ｇと水素気化装置２０Ｇとの間に、液体水素パイプライン９０と、低温ヘリウムガスパイプライン９５とが設けられているため、液体水素Ｌおよび低温ヘリウムガスの移送が容易である。
【図面の簡単な説明】
【０３２６】
【図１】本発明に係る水素液化装置の第１実施形態を示す図。
【図２】本発明に係る水素液化装置の第２実施形態を示す図。
【図３】本発明に係る水素液化装置の第３実施形態を示す図。
【図４】本発明に係る水素液化装置の第４実施形態を示す図。
【図５】本発明に係る水素利用システムの第１実施形態を示す図。
【図６】本発明に係る水素利用システムの第２実施形態を示す図。
【図７】本発明に係る水素利用システムの第３実施形態を示す図。
【図８】本発明に係る水素利用システムの第４実施形態を示す図。
【図９】従来の水素利用システムを示す図。
【図１０】従来の他の水素利用システムを示す図。
【符号の説明】
【０３２７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１０１、２０１  水素利用システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｇ、１１０、２１０  水素液化装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  水素流通系統
１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｇ  第１水素流通系統
１２、１１２、２１２  液体水素収容部（第１液体水素収容部）
１３、１１３、２１３  水素ガス授受部（水素ガス導入部）
１４  液体水素排出部
１５、１１５、２１５  断熱容器（第１断熱容器）
１６、１６Ａ、１６Ｂ  ヘリウム流通系統
１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｇ  第１ヘリウム流通系統
１７  低温ヘリウムガス収容部
１８  低温ヘリウムガス導入部
１９  非低温ヘリウムガス授受部（非低温ヘリウムガス排出部）
２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｇ、１２０、２２０  水素気化装置
２１、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｇ  第２水素流通系統
２２、１２２、２２２  第２液体水素収容部
２３、１２３、２２３  水素ガス排出部
２４  液体水素導入部
２５、１２５、２２５  第２断熱容器
２６Ｄ、２６Ｅ、２６Ｇ  第２ヘリウム流通系統
２８  低温ヘリウムガス排出部
２９  非低温ヘリウムガス導入部
３１  水素流通配管
３２、１３２、２３２  断熱容器外水素流通配管（第１断熱容器外水素流通配管）
３３、１３３、２３３  断熱容器外水素流通配管（第１断熱容器内水素流通配管）
３４、１３４  第１断熱容器内水素流通配管
３５、１３５  第１断熱容器外水素流通配管
３６  熱交換部（第１熱交換部）
３６Ａ  熱交換器（第１熱交換器）
３６Ｂ、３６Ｃ  蓄冷器
３７  水素ガス流量計
３８、３８Ａ、３８Ｂ、４８Ａ、４８Ｂ  水素ガス流量制御バルブ
３９Ａ  断熱容器内外の境界部（水素導入側の第１断熱容器内外の境界部）
３９Ｂ  水素排出側の第１断熱容器内外の境界部
４１  水素流通配管
４２、４５、１４５  第２断熱容器外水素流通配管
４３、４４、１４３、１４４、２４３  第２断熱容器内水素流通配管
４６  第２熱交換部
４６Ａ  熱交換器（第２熱交換器）
４６Ｂ  蓄冷器
４９Ａ  水素導入側の第２断熱容器内外の境界部
４９Ｂ  水素排出側の第１断熱容器内外の境界部
５１  ヘリウム流通配管
５２  第１断熱容器外ヘリウム流通配管
５３  第１断熱容器内ヘリウム流通配管
５５  容器外ヘリウム流通配管（第１断熱容器外ヘリウム流通配管）
５７  ヘリウムガス流量計
５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ、５８Ｄ、５８Ｅ、  ヘリウムガス流量制御バルブ
５９Ａ  ヘリウム導入側の第１断熱容器内外の境界部
６１  ヘリウム流通配管
６２、６５  第２断熱容器外ヘリウム流通配管
６３  第２断熱容器内ヘリウム流通配管
６６、６６Ａ、６６Ｂ  非低温ヘリウムガスボンベ
６８Ａ、６８Ｂ  ヘリウムガス流量制御バルブ
６９Ｂ  ヘリウム排出側の第２断熱容器内外の境界部
７０、７０Ａ、７０Ｂ、９１、１７０  低温流体輸送容器
７１  低温流体輸送容器本体
７２  流体収容部
７３  蓄冷部
７４Ａ  第１流体授受部
７４Ｂ  第２流体授受部
７５  冷却部
７６  圧縮機
７７  ヘリウムガス圧縮配管
７８  ヘリウムガス取出配管
７９Ａ  第１導入路
７９Ｂ  第２導入路
８０  水素ガス消費装置
８１  水素ガス消費装置の配管
８２  水素ガス消費装置の水素ガス流量制御バルブ
８４  水素ガス消費装置の水素ガス排出部
８５  非低温ヘリウムガス供給装置
８６  非低温ヘリウムガス供給装置の配管
８７  ヘリウムガス流量制御バルブ
８８  非低温ヘリウムガス導入部
９０  液体水素パイプライン
９５  低温ヘリウムガスパイプライン
１７５、２７５  冷却機
２９０  パイプライン
Ｇ  水素ガス
Ｌ  液体水素
Ｘ  非低温ヘリウムガス
Ｙ  低温ヘリウムガス
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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