(57)【要約】【課題】ボイルオフを抑制することが可能な水素貯蔵システムを提供することを課題とする。【解決手段】水素を貯蔵する第１タンクと、前記第１タンクに接続され、水素ガスを貯蔵する第２タンクと、前記第１タンクと前記第２タンクとの間で前記水素ガスを流通させるポンプと、を具備し、前記ポンプが前記第１タンク内を減圧することにより、前記第１タンク内において前記水素は固体として貯蔵され、前記ポンプが前記第２タンクから前記第１タンクへと前記水素ガスを供給することにより、前記固体の水素が融解する水素貯蔵システム。【選択図】図１
2019219004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を貯蔵する第１タンクと、
前記第１タンクに接続され、水素ガスを貯蔵する第２タンクと、
前記第１タンクと前記第２タンクとの間で前記水素ガスを流通させるポンプと、を具備し、
前記ポンプが前記第１タンク内を減圧することにより、前記第１タンク内において前記水素は固体として貯蔵され、
前記ポンプが前記第２タンクから前記第１タンクへと前記水素ガスを供給することにより、前記固体の水素が融解する水素貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガスまたは液体水素などの液化燃料ガスはタンクに貯蔵され、気化させて内燃機関などに使用される。加熱した液化燃料ガスをタンクに供給することで、タンク内の液化燃料ガスの蒸発を促進する技術が開発されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２４８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし液体水素の沸点は−２５２．８７℃であり蒸発しやすい。タンクに多くの配管を設けると、外部からタンクへの熱の流入が促進される。この結果、液体水素が蒸発する。この場合、タンクおよび配管の内圧を低下させるため、水素ガスを外部に放出する。したがって水素ガスが失われる、いわゆるボイルオフが発生する。そこで、ボイルオフを抑制することが可能な水素貯蔵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】
【０００５】
上記目的は、水素を貯蔵する第１タンクと、前記第１タンクに接続され、水素ガスを貯蔵する第２タンクと、前記第１タンクと前記第２タンクとの間で前記水素ガスを流通させるポンプと、を具備し、前記ポンプが前記第１タンク内を減圧することにより、前記第１タンク内において前記水素は固体として貯蔵され、前記ポンプが前記第２タンクから前記第１タンクへと前記水素ガスを供給することにより、前記固体の水素が融解する水素貯蔵システムによって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
ボイルオフを抑制することが可能な水素貯蔵システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は第１実施形態に係る水素貯蔵システムを例示する模式図である。
【図２】図２は第１実施形態に係る水素貯蔵システムを例示する模式図である。
【図３】図３は第２実施形態に係る水素貯蔵システムを例示する模式図である。
【図４】図４は第２実施形態に係る水素貯蔵システムを例示する模式図である。
【図５】図５は第３実施形態に係る水素貯蔵システムを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の水素貯蔵システム１００について説明する。図１および図２は第１実施形態に係る水素貯蔵システム１００を例示する模式図である。図１は液体水素１２を凍結させる例を図示し、図２は固体水素１３を解凍する例を図示している。
【０００９】
図１および図２に示すように、水素貯蔵システム１００は、貯蔵タンク１０（第１タンク）、ポンプ１４、バッファタンク１６（第２タンク）、バルブ１８および２４を備える。
【００１０】
貯蔵タンク１０は例えばステンレス製であり、真空断熱構造を有し、内部に液体水素１２を貯蔵する。貯蔵タンク１０の温度は例えば−２５３℃以下であり、液体水素１２の沸点よりも低く維持される。貯蔵タンク１０内は例えば平衡状態で保たれており、貯蔵タンク１０内の上部には水素ガスが充満する。貯蔵タンク１０には配管３０が挿入されている。
【００１１】
配管３０の一端は貯蔵タンク１０内に連通し、他端は燃料電池２２に接続されている。配管３０には、貯蔵タンク１０から燃料電池２２にかけて、ポンプ１４、バッファタンク１６およびバルブ１８が順に設けられている。バッファタンク１６は例えばステンレス製であり、真空断熱構造は有さなくてよい。
【００１２】
配管３０の途中であってポンプ１４と貯蔵タンク１０との間に配管３２が接続されている。配管３２は不図示の水素ステーションに接続され、かつバルブ２４が設けられている。バルブ２４が開くことで、配管３２および３０を通じて、液体水素が水素ステーションから貯蔵タンク１０へと供給される。
【００１３】
制御装置２０は例えばコンピュータであり、バルブ１８および２４の開度、ポンプ１４の駆動状態を制御する。制御装置２０がバルブ２４を閉じ、バルブ１８を開き、ポンプ１４を回転（正転）させることで、図１に矢印Ａ１で示すように貯蔵タンク１０内の水素ガスが吸引され、配管３０を通じて燃料電池２２へと供給される。より詳細には、配管３０に設けられたバッファタンク１６が貯蔵タンク１０から流出する水素ガスを貯蔵し、バッファタンク１６内の水素ガスが燃料電池２２へと供給される。燃料電池２２は水素ガスを燃料として発電する。水素ガスを使用する機器として燃料電池２２以外にバーナを設けてもよい。
【００１４】
水素ガスが貯蔵タンク１０の外へと吸い出されると、貯蔵タンク１０内が減圧され、液体水素１２の蒸発が促進される。液体水素１２から蒸発熱が失われ、液体水素１２の温度が低下する。この結果、液体水素１２が凍結し、図２に示すように固体水素１３が形成される。貯蔵タンク１０内の液体水素１２すべてが固体水素１３になってもよいし、液体水素１２と固体水素１３とが混在してもよい。固体水素１３は液体水素１２に比べて高い密度を有するため、液体水素１２の中に沈む。固体水素１３すべての融解が完了するまで、固体水素１３の温度は液体水素の融点以下を維持する。このため水素は蒸発しにくくなり、貯蔵タンク１０の内圧低下のために水素ガスを外部に放出しなくてもよい。したがってボイルオフが抑制される。
【００１５】
一方、固体水素１３は液体水素１２に比べて蒸発の速度が遅いため、水素ガスの供給速度が低下する。特に、固体水素１３が貯蔵タンク１０に張り付き、液体水素１２の表面を覆うと、水素ガスの蒸発がさらに抑制される。これにより、燃料電池２２の駆動に要求される供給速度が満たされない恐れがある。
【００１６】
図２に示すように、水素ガスを貯蔵タンク１０に供給し、水素の融解を促進させる。具体的に、制御装置２０がバルブ１８および２４を閉じ、ポンプ１４を図１の例とは逆方向に回転させる。ポンプ１４の逆転により、図２の矢印Ａ２で示すように、バッファタンク１６から貯蔵タンク１０へと水素ガスが逆流する。水素ガスの温度は固体水素１３よりも高いため、水素ガスの供給により固体水素１３の融解が促進され、水素ガスの供給速度が向上する。
【００１７】
第１実施形態によれば、ポンプ１４が貯蔵タンク１０内を減圧することで固体水素１３が貯蔵される。固体水素１３の温度は水素の融点以下を維持するためボイルオフを抑制することができる。また、ポンプ１４がバッファタンク１６から貯蔵タンク１０へと水素ガスを供給することで、固体水素１３を積極的に加熱し、融解させる。これにより水素ガスを発生させ、燃料電池２２に十分な量の水素ガスを供給することができる。
【００１８】
すなわち、貯蔵タンク１０とバッファタンク１６との間の配管３０を通じて、貯蔵タンク１０の減圧、および水素ガスの貯蔵タンク１０への供給を行う。貯蔵タンク１０に加熱用の配管およびヒータを設けなくてよいため、貯蔵タンク１０の断熱性が向上し、外部からの熱の流入が抑制される。この結果、水素の蒸発が抑制され、ボイルオフが抑制される。
【００１９】
（第２実施形態）
図３および図４は第２実施形態に係る水素貯蔵システム２００を例示する模式図である。図３は液体水素１２を凍結させる例を図示し、図４は固体水素１３を解凍する例を図示している。
【００２０】
図３および図４に示すように、配管３０には、貯蔵タンク１０から燃料電池２２にかけて、バルブ２５、ポンプ１４、バルブ２６、バッファタンク１６およびバルブ１８が順に設けられている。
【００２１】
配管３０には配管３３および３４が接続されている。配管３３の一端は貯蔵タンク１０とバルブ２５との間に接続され、他端はポンプ１４とバルブ２６との間に接続されている。配管３４の一端はバルブ２５とポンプ１４との間に接続され、他端はバルブ２６とバッファタンク１６との間に接続されている。
【００２２】
制御装置２０がバルブ２４、２７および２８を閉じ、バルブ１８、２５および２６を開き、ポンプ１４を回転（正転）させることで、図４に矢印Ａ３で示すように貯蔵タンク１０内の水素ガスが吸引され、貯蔵タンク１０内が減圧される。これにより水素が凍結する。
【００２３】
制御装置２０がバルブ１８、２４、２５および２６を閉じ、バルブ２７および２８を開き、ポンプ１４を回転させる。このとき図４の矢印Ａ４で示すように、バッファタンク１６から配管３４、３３および３０を通じて、貯蔵タンク１０へと水素ガスが逆流する。水素ガスの供給により固体水素１３は融解する。
【００２４】
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、貯蔵タンク１０を減圧して固体水素１３を形成し、かつ水素ガスを供給することで固体水素１３を融解する。配管３０を通じて水素ガスの吸引および供給を行うため、貯蔵タンク１０への熱の流入が抑制され、ボイルオフを抑制することができる。
【００２５】
第１実施形態および第２実施形態では、固体水素１３の融解中に燃料電池２２への水素ガスの供給が停止する。電力の供給を継続するためには、例えば燃料電池２２とは別の電池を設け、固体水素１３の融解中に当該電池が発電をすればよい。また、次に述べる第３実施形態によれば、融解中にも発電が可能である。
【００２６】
（第３実施形態）
図５は第３実施形態に係る水素貯蔵システム３００を例示する模式図である。水素貯蔵システム３００は、水素貯蔵システム１００にバッファタンク４０、ポンプ４２およびバルブ４４を追加したものである。配管３０の途中であって、バルブ１８と燃料電池２２との間に、バッファタンク４０、ポンプ４２およびバルブ４４が順に設けられている。
【００２７】
制御装置２０がバルブ１８および４４を開き、ポンプ１４および４２を回転（正転）させることで、貯蔵タンク１０から水素ガスが吸い出され、固体水素１３が形成される。これによりボイルオフが抑制される。
【００２８】
制御装置２０がバルブ１８および２４を閉じ、ポンプ１４を逆回転させることで、図５に矢印Ａ５で示すように、水素ガスがバッファタンク１６から貯蔵タンク１０へと供給される。これにより固体水素１３を解凍する。また、バルブ４４が開き、ポンプ４２が回転（正転）することで、矢印Ａ６で示すようにバッファタンク４０から燃料電池２２へと水素ガスが供給される。このため固体水素１３の融解中でも燃料電池２２による発電が可能である。
【００２９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０                                      貯蔵タンク（第１タンク）
１２                                      液体水素
１３                                      固体水素
１４、４２                                ポンプ
１６                                      バッファタンク（第２タンク）
４０                                      バッファタンク
１８、２４、２５、２６、２７、２８、４４  バルブ
２０                                      制御装置
２２                                      燃料電池
３０、３２、３３、３４                    配管
１００、２００、３００                    水素貯蔵システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019219004.tif 000005
【図４】
2019219004.tif 000006
【図５】
2019219004.tif 000007