(57)【要約】  貯蔵容器、特に液体水素などの深冷媒体用の貯蔵容器であって、気相状態の深冷媒体を受け入れるための少なくとも一つの凝縮管路を備えている。本発明によれば、凝縮管路(３)は貯蔵容器内部空間に配置された少なくとも一つの熱交換器(Ｗ)を備え、気相状態の深冷媒体の受け入れ流れがこの熱交換器により貯蔵容器内の貯蔵深冷媒体(Ｆ)との熱交換で冷却される。更に係る貯蔵容器を深冷媒体で満たすための方法を述べている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵容器、特に液体水素をはじめとする深冷媒体用の貯蔵容器であって、気相状態の深冷媒体を受け入れるための少なくとも一つの凝縮管路を備えたものにおいて、該凝縮管路(３)が貯蔵容器内部空間に配置された少なくとも一つの熱交換器(Ｗ)を備え、気相状態の深冷媒体の受け入れ流れが前記熱交換器において貯蔵容器内の貯蔵深冷媒体(Ｆ)との熱交換により冷却されるように構成されていることを特徴とする深冷媒体用貯蔵容器。
【請求項２】
前記凝縮管路(３)が、気相状態の深冷媒体の受け入れ流れの流れ方向に関して前記熱交換器(Ｗ)の下流側に、貯蔵容器内部空間に配置された圧力解放装置(Ｅ)を備えていることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵容器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の貯蔵容器に気相状態の深冷媒体を受け入れるに際し、気相状態の深冷媒体の受け入れ流れを前記貯蔵容器(Ｓ)内で該貯蔵容器内に貯蔵されている液相状態の深冷媒体(Ｆ)との熱交換(Ｗ)により冷却し、次いでその圧力を解放(Ｅ)することを特徴とする深冷媒体の導入方法。
【請求項４】
固定設置式及び／又は可搬式の貯蔵容器(Ｓ)、特に自動車用貯蔵容器としての請求項１又は２に記載の貯蔵容器の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に液体水素をはじめとする深冷媒体用の貯蔵容器であって、気相状態の深冷媒体を受け入れるための少なくとも一つの凝縮管路を備えた形式の貯蔵容器に関するものである。
【０００２】
本発明は更に、係る貯蔵容器を深冷媒体で満たすための方法及び係る貯蔵容器の使用にも関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明に関する以下の説明において、「深冷媒体」とは原則として所謂深冷状態にある液体、特に液体水素、液化天然ガス、液体窒素、液体酸素及びその他の液化ガスを意味する。
【０００４】
貯蔵容器、特に深冷媒体用の貯蔵容器は、一般に外側容器と、一つ以上の内側容器と、これら外側容器と内側容器との間に配置された断熱体とを備えている。通常、極低温の深冷媒体を貯蔵するための貯蔵容器に用いられる断熱体は、所謂超断熱体によって構成される。これは、薄いアルミ箔又はアルミ蒸着フィルムからなる複数の層と、これらの層間に介装されたガラスクロス又はガラスマット層との積層体である。ガラスクロス又はガラスマット層は、アルミ箔又はアルミ蒸着フィルム層同士が直接触れ合って熱的短絡を引き起こすのを防止する。
【０００５】
冒頭に述べた形式の貯蔵容器は、更に使用目的に応じて深冷媒体の補給管路及び取出管路を備え、これらの管路を介して貯蔵対象の深冷媒体が貯蔵容器に送り込まれ、或いはそこから取り出される。
【０００６】
以下の説明において深冷媒体を特に状態相で区別して表わす場合、気相状態の深冷媒体には「Ｇ」を、また液相状態の深冷媒体には「Ｌ」を前置するものとし、例えば気体水素はＧＨ２、液体水素はＬＨ２で表す。
【０００７】
今日、特に水素はエネルギー需要の増大と環境意識の高揚によってエネルギー媒体としてますます重要とされつつある。既にトラックやバス、或いは乗用車は水素エンジンや燃料電池で駆動されるものが実用化されている。更に、水素燃料で作動するエンジンを搭載した航空機についても初期段階の実験が行われている。
【０００８】
これらの交通手段に搭載する形式における水素の貯蔵は、液体の状態で行うのが最も有意義である。この場合、水素を約２１Ｋに冷却してこの温度に保つ必要があることは確かなことであり、これは貯蔵容器又は貯蔵タンクに相応する断熱を施すことによってはじめて実現できることである。これに対して、気体の状態で貯蔵することは、ＧＨ２の密度が相対的に低いことから通常の車両や航空機では搭載に不利であり、これは高圧での貯蔵には大容積の重い貯蔵容器を必要とするからである。
【０００９】
また、このような深冷媒体用貯蔵容器から深冷媒体が取り出されない期間が比較的長くなると、貯蔵容器の内側容器に対する周囲からの熱侵入は完全には阻止できないので、内側容器内に貯蔵された深冷媒体の温度及び圧力が上昇することになる。この場合、内側容器内で気化により生じた気相状態の深冷媒体は、内側容器の耐圧設計に応じて例えばベントバルブが設けられた補給管路及び／又は取出管路を介して貯蔵容器外部へ時々放出する必要がある。貯蔵容器を例えば自動車に搭載する場合、ベントから放出される気相状態の深冷媒体を収容するに足りる充分な容量の例えば金属水素化物貯蔵器等の付加的な貯蔵装置を付設しない限り、この気相状態の深冷媒体の殆どが利用されることなく失われてしまうことになる。
【００１０】
従来の液体水素用の貯蔵容器は、液体水素が気化して気体水素の損失を生じるに至るまでに２〜３日の有効寿命を保証可能である。特に乗用車の場合、エネルギー媒体としての水素の補給は、就中、乗用車の有効稼働期間にも影響を与える。燃料補給後、２〜３日後には水素が気化して失われてしまうことは決してユーザーにが受け入れられないことである。
【００１１】
尚、何らかの供給源又はプロセスで生じる深冷媒体を再び貯蔵容器内に還流させなければならない応用事例も存在する。この場合、従来は貯蔵容器内に導入する前に貯蔵容器の外部で還流されてくる気相状態の深冷媒体の圧力を解放して再液化を行っている。しかしながら、このような処理方式では貯蔵容器に還流されるべき深冷媒体の凝縮率が比較的低い値に制限される欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、上述の諸欠点を回避することのできる深冷媒体用貯蔵容器、特に深冷媒体を液相状態で貯蔵している貯蔵容器の内部に気相状態の深冷媒体を（再）凝縮して受け入れるための棒と海記載した形式の貯蔵容器及び係る貯蔵容器を深冷媒体で満たすための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題を解決するため、本発明による深冷媒体用貯蔵容器は、気相状態の深冷媒体を受け入れるための凝縮管路が少なくとも一つの熱交換器を備え、気相状態の深冷媒体の受け入れ流れが前記熱交換器において貯蔵容器内の貯蔵深冷媒体との熱交換により冷却されるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
この場合、凝縮管路は、気相状態の深冷媒体の受け入れ流れの流れ方向に関して前記熱交換器の下流側に圧力解放装置を備えていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明による深冷媒体の導入方法は、係る貯蔵容器に気相状態の深冷媒体を受け入れるに際し、気相状態の深冷媒体の受け入れ流れを前記貯蔵容器内で該貯蔵容器内に貯蔵されている液相状態の深冷媒体との熱交換により冷却し、次いでその圧力を解放して再液化することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、還流されるべき気相状態の深冷媒体は貯蔵容器内で該貯蔵容器内に貯蔵されている液相状態の深冷媒体との熱交換で過冷される。この冷却後にはじめて、即ちその直後に、還流されるべき深冷媒体の圧力が解放され、断熱膨張により液化される。その結果、本発明に係る貯蔵容器又は本発明に係る方法によれば、気相状態の深冷媒体を従来技術に比べて著しく高い凝縮率で液化して貯蔵容器内に導入又は還流させることができる。また本発明によれば、気相状態の深冷媒体の還流をその時々の支配的な貯蔵容器内圧に左右されることなく行うことが可能となる。
【００１７】
高い凝縮率が実現されることにより、本発明による貯蔵容器では、内部で気化した深冷媒体の所要のベント放出に至るまでに従来よりも著しく延長された長い有効寿命を達成可能である。
【００１８】
また、気相状態の深冷媒体を受け入れる際、即ち還流に際しては、貯蔵容器の負荷が減少する。その結果、従来の貯蔵容器における還流受け入れ時よりも熱的に受ける負荷が少なくなるので、還流受け入れ操作を停止した後に貯蔵容器を従来よりも有利な始動条件で再稼働状態に移行させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明による貯蔵容器と、係る貯蔵容器を深冷媒体で満たすための本発明による深冷媒体の導入方法の上述及びその他の特徴と利点を図示の実施形態と共に詳述すれば以下の通りである。
【００２０】
図１は本発明による貯蔵容器Ｓの好適な実施形態の構成を示す模式断面図である。図１において、貯蔵容器Ｓは簡略化して示されており、例えば内側容器と外側容器は別段区別して示されてはおらず、またその一貫として通常は内側容器と外側容器との間に設けられている断熱体も図示が省略されている。
【００２１】
図示の貯蔵容器Ｓは例えば液体水素の貯蔵用のものであり、内部に貯蔵されている液体水素で形成された液室Ｆの自由表面上の空間Ｇは気化水素で形成されたクッション空間である。
【００２２】
貯蔵容器Ｓには、図示しない水素供給源から補給管路１を介して液相及び／又は気相状態の水素が供給される。
【００２３】
貯蔵容器Ｓからは、取出管路４を介して液体水素及び／又は気体水素が図示しない負荷装置へ取り出される。
【００２４】
基本的に了解すべきことは、補給管路１と取出管路４、更には後述するベント管路２及び凝縮管路３の管路機能は、単一の導入導出兼用管路で実現できる点である。
【００２５】
貯蔵容器Ｓの内部で気化した水素は、貯蔵容器の最大許容内部圧力を超えると、通常は貯蔵容器Ｓのクッション空間Ｇからベント管路２を介してからガス抜きされ、例えば大気中に放出される。
【００２６】
本発明によれば、貯蔵容器Ｓ内で気化した気相状態の深冷水素はクッション空間から凝縮管路３を介して同じ貯蔵容器Ｓの液室Ｆに導入されるが、この導入に先立って液室Ｆ内における凝縮管路内の熱交換器Ｗで液室Ｆ内の液体水素との熱交換により過冷され、次いで熱交換器Ｗの下流側で同じく液室Ｆ内の凝縮管路に設けられた圧力解放装置Ｅにより断熱膨張されて凝縮流として液室Ｆ中に導入される。このプロセスは、そのときに支配的な貯蔵容器内部圧力に実質的に影響されることなく進行する。この場合も、クッション空間Ｇの圧力が貯蔵容器の最大許容内部圧力を超えると、気体水素は既に述べたようにベント管路２を介して貯蔵容器Ｓの外部へ導出される。
【００２７】
貯蔵容器Ｓに導入される気相状態の深冷水素は、貯蔵容器Ｓ自体に直接由来する場合はクッション室Ｇから凝縮管路３に通じる破線で示した還流管路５を介して導入されるが、この他に任意の水素源又はプロセスからの気相状態の深冷水素を凝縮管路３経由で貯蔵容器Ｓに導入しても良い。
【００２８】
前記圧力解放装置Ｅは、典型的には絞りである。
【００２９】
液室Ｆ中への前記凝縮流の還流は、実際には単数又は複数の凝縮管路を介して行うことができる。この場合の凝縮管路は、貯蔵容器Ｓの液室Ｆに通じる単数又は複数の管路であり、少なくともそれらの末端部は液室Ｆ内に絞り孔を介して連通するように構成されている。この場合、複数の凝縮管路の絞り孔付き末端部を液室内に分布配置し、凝縮流が可能な限り均一な流れで液室Ｆ内に導入されるようにすることは好ましいことである。
【００３０】
本発明による貯蔵容器は、固定設置式及び／又は可搬式の貯蔵容器(Ｓ)、特に自動車用貯蔵容器としての使用に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による貯蔵容器の好適な実施形態の構成を示す模式断面図である。
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【国際調査報告】
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