JP2006153208A - 低温流体用貯蔵タンク - Google Patents

Abstract

【課題】 低温流体貯蔵槽内における低温流体の気化（ボイルオフ）を低減させることができる低温流体貯蔵槽を提供すること。
【解決手段】 低温流体を低温のまま貯蔵する低温流体用貯蔵タンク１０であって、低温流体が貯蔵される低温流体貯蔵槽１０ｂと、前記低温流体貯蔵槽１０ｂが収容される断熱真空槽１０ａとを具備してなり、前記低温流体貯蔵槽１０ｂ内に、低温スラッシュ状の流体が貯蔵されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低温流体を貯蔵しておくための低温流体用貯蔵タンクに関するものである。

従来、低温の流体（例えば、液体水素や液体窒素等）を貯蔵しておく低温流体用貯蔵タンクとしては、その内部に低温流体貯蔵槽を備えるものが知られている（たとえば、非特許文献１参照）。
ダブリュー・ペシュカ（W PESCHKA）著、「ザ・フューチャー・クリョフューエル・イン・インターナル・コンバッション・エンジンズ（The futurecryofuel in internal combustion engines）」、（英国）、イント・ジェイ・ハイドロジェン・エナジー（Int.J.HydrogenEnergy）、Vol23、No.1、p.27−43、1998

このような低温流体貯蔵槽の内部には、液体状態の低温流体（あるいは液体状態の低温流体と気体状態の低温流体とが混じり合ったもの）が貯蔵されるようになっている。このとき、低温流体貯蔵槽内における低温流体の温度は、例えば液体水素の場合、約２０．３Ｋであり、低温流体が気化（ボイルオフ）してしまう割合は、一日当たり約３〜５％となって、低温流体の蒸発量をこれ以上に低く抑えるのは困難であった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、低温流体貯蔵槽内における低温流体の気化（ボイルオフ）を低減させることができる低温流体貯蔵槽を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の低温流体用貯蔵タンクは、低温流体を低温のまま貯蔵する低温流体用貯蔵タンクであって、低温流体が貯蔵される低温流体貯蔵槽と、前記低温流体貯蔵槽が収容される断熱真空槽とを具備してなり、前記低温流体貯蔵槽内に、低温スラッシュ状の流体が貯蔵されていることを特徴とする。
このような低温流体用貯蔵タンクによれば、低温流体貯蔵槽内には、液状の低温流体（例えば、液体水素）とスラッシュ状の低温流体（例えば、スラッシュ水素）とが混在した状態で、あるいはスラッシュ状の低温流体が液状の低温流体の上表面を覆うように貯蔵されていることとなる。液状の低温流体よりも温度の低いスラッシュ状の低温流体は、液状の低温流体を冷却して、液状の低温流体の温度を低下させる。温度が低下させられた液状の低温流体は蒸発しにくくなる。また、液状の低温流体の上表面がスラッシュ状の低温流体により覆われることにより液状の低温流体は蒸発しにくくなる。すなわち、低温流体貯蔵槽内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）が低減させられることとなる。

請求項２に記載の低温流体用貯蔵タンクは、前記低温スラッシュ状の流体が流入する前記低温流体貯蔵槽の入口に、前記低温スラッシュ状の流体を捕捉する捕捉手段が設けられていることを特徴とする。
このような低温流体用貯蔵タンクによれば、スラッシュ状の低温流体は捕捉手段によりその移動が完全に制限（拘束）されているので、低温流体貯蔵槽の内面がスラッシュ状の低温流体により傷つけられてしまうことを防止することができるとともに、スラッシュ状の低温流体が低温流体貯蔵槽の下流側に流れていくことを防止することができ、低温流体貯蔵槽の下流側における目詰まりを防止することができる。

請求項３に記載の低温流体用貯蔵タンクは、前記低温流体貯蔵槽の内部に、前記低温流体を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする。
このような低温流体用貯蔵タンクによれば、冷却手段により作り出されたスラッシュ状の低温流体、あるいは冷却手段の表面に成長した氷により低温流体貯蔵槽に溜められた液状の低温流体が冷却され、液状の低温流体が蒸発しにくくなる。これにより、低温流体貯蔵槽内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）が低減させられることとなる。

請求項４に記載の燃料供給装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の低温流体用貯蔵タンクと、前記低温流体用貯蔵タンクから、車両を駆動する内燃機関に前記低温流体を導く燃料供給ラインと、前記低温流体用貯蔵タンクから前記燃料供給ラインを介して導かれた低温流体を昇圧する低温流体用昇圧ポンプとを具備してなる燃料供給装置であって、前記低温流体用貯蔵タンクと前記低温流体用昇圧ポンプとの間に、熱交換器が設けられていることを特徴とする。
このような燃料供給装置によれば、ガス化しにくい過冷却状態の流体（例えば、１８Ｋの過冷却水素）が低圧流体用昇圧ポンプに供給されるようになっているので、ポンプ効率の向上を図ることができるとともに、吐出圧力の向上を図ることができる。

請求項５に記載の車両は、請求項４に記載の燃料供給装置を具備してなることを特徴とする。
このような車両によれば、低温流体貯蔵槽内における低温流体の気化（ボイルオフ）を低減させることができる低温流体貯蔵槽を具備しているので、燃料としての低温流体の消費を抑えることができて、燃費を向上させることができる。

本発明によれば、低温流体を加熱することなく昇圧させることができるという効果を奏する。

以下、本発明による低温流体用貯蔵タンクの第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンク１０を具備する燃料供給装置１の概略構成図である。この図１に示すように、燃料供給装置１は、低温流体用貯蔵タンク１０と、第１の熱交換器１１と、低温流体用昇圧ポンプ１２と、第２の熱交換器１３と、燃料供給ライン１４とを主たる要素として構成されたものである。
なお、図中の符号Ｅ、ＪＨはそれぞれ、内燃機関（以下、「エンジン」という。）、高圧用の燃料噴射装置（直接噴射式の燃料噴射装置）を示している。

低温流体用貯蔵タンク１０は、断熱真空槽１０ａと低温流体貯蔵槽１０ｂとを有するものである。
断熱真空槽１０ａは、その内部が真空とされ、かつその内面に、例えば、銅板等の輻射シールド板（図示せず）が貼られた容器であり、この断熱真空槽１０ａ内には、低温流体貯蔵槽１０ｂが収容されるようになっている。
低温流体貯蔵層１０ｂは、その内部に低温（例えば、１６Ｋ）の流体（例えば、液体水素とスラッシュ水素（スラッシュ状の流体：固体水素と液体水素とがシャーベット状に混合したものであり、液体水素に比べて密度が大きく、保有する寒冷量が大きいもの）とが混じり合ったもの）を貯蔵するものである。

第１の熱交換器１１は、燃料供給ライン１４を介して導かれた低温流体（スラッシュ状の流体を含まない液状の流体）を昇温（あるいは加熱）して過冷却状態の低温流体（例えば、１８Ｋの過冷却水素）にするものである。
低温流体用昇圧ポンプ１２は、第１の熱交換器１１により過冷却状態とされた低温流体を圧縮するものである。
第２の熱交換器１３は、低温流体用昇圧ポンプ１２により昇圧され、燃料供給ライン１４を介して導かれた低温流体を気化（ガス化）するものであり、第２の熱交換器１３で気化された低温流体（ガス）は、燃料供給ライン１４を介してエンジンＥに搭載された高圧用の燃料噴射装置ＪＨに供給されるようになっている。
第１の熱交換器１１および第２の熱交換器１３には、それぞれエンジン冷却水が導かれるようになっており、このエンジン冷却水と低温流体との間で熱交換が行われるようになっている。

低温流体用昇圧ポンプ１２と低温流体用貯蔵タンク１０の低温流体貯蔵槽１０ｂとは、戻り管１５を介して接続されているとともに、この戻り管１５にはミニタンク（バッファ）１６がさらに接続されている。なお、図中において低温流体用昇圧ポンプ１２とミニタンク１６との間の戻り管１５は省略している。
ミニタンク１６は、低温流体用昇圧ポンプ１２から低温流体貯蔵槽１０ｂに戻される低温流体を一時貯留しておくための容器である。そして、このミニタンク１６よりも下流側で、かつ低温流体貯蔵槽１０ｂの上流側に位置する戻り管１５には、図示しないバッテリーからの供給される電力により駆動される冷凍機（例えば、パルス管冷凍機や磁気冷凍機等）Ｒが設けられている。
また、この冷凍機Ｒと低温流体貯蔵槽１０ｂとは、再冷却ライン１７により接続されている。
冷凍機Ｒにより冷却された液状あるいはスラッシュ状の低温流体は、戻り管１５を介して低温流体貯蔵槽１０ｂに再び戻されるようになっている。

さらに、低温流体貯蔵槽１０ｂには、充填ライン１８、およびカプラ１９が設けられている。これら充填ライン１８、およびカプラ１９は、屋外（あるいは屋内）に設置された充填ステーションＳｔに具備された充填ライン１８ａ、およびカプラ１９ａに接続され、充填ステーションＳｔから低温流体貯蔵槽１０ｂに低温流体（例えば、２０．３Ｋの液体水素または、例えば、１３．８Ｋのスラッシュ水素）が充填（補充）可能になっている。

本実施形態による低温流体用貯蔵タンク１０によれば、低温流体貯蔵槽１０ｂ内には、液状の低温流体（例えば、液体水素）とスラッシュ状の低温流体（例えば、スラッシュ水素）とが混在した状態で、あるいはスラッシュ状の低温流体が液状の低温流体の上表面を覆うように貯蔵されていることとなる。液状の低温流体よりも温度の低いスラッシュ状の低温流体は、液状の低温流体を冷却して、液状の低温流体の温度を低下させる。温度が低下させられた液状の低温流体は蒸発しにくくなる。また、液状の低温流体の上表面がスラッシュ状の低温流体により覆われることにより液状の低温流体は蒸発しにくくなる。すなわち、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）が低減させられることとなり、これにより低温流体が気化（ボイルオフ）してしまう割合を、例えば、一日当たり１％以下にすることができる。

また、このような低温流体用貯蔵タンク１０を具備する燃料供給装置１によれば、ガス化しにくい過冷却状態の流体（例えば、１８Ｋの過冷却水素）が低圧流体用昇圧ポンプ１２に供給されるようになっているので、ポンプ効率の向上を図ることができるとともに、吐出圧力の向上を図ることができる。

本発明による低温流体用貯蔵タンクの第２実施形態を、図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンク２０を具備する燃料供給装置２の概略構成図である。
本実施形態における低温流体用貯蔵タンク２０は、低温流体貯蔵槽１０ｂの入口部に、スラッシュ状の低温流体を捕捉する捕捉手段２１が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

捕捉手段２１は、低温流体貯蔵槽１０ｂの入口部、すなわち、戻り管１５および充填ライン１８との接続部に配置されて、戻り管１５または充填ライン１８から低温流体貯蔵槽１０ｂに供給されるスラッシュ状の低温流体を捕捉するものであり、例えば、金属製（ステンレスやアルミニウム合金等）のメッシュ部材である。

本実施形態による低温流体用貯蔵タンク２０によれば、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に設けられた捕捉手段２１内に、液状の低温流体よりも温度の低いスラッシュ状の低温流体が収容されることとなる。液状の低温流体よりも温度の低いスラッシュ状の低温流体は、液状の低温流体を冷却して、液状の低温流体の温度を低下させる。温度が低下させられた液状の低温流体は蒸発しにくくなる。これにより、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）が低減させられることとなり、低温流体が気化（ボイルオフ）してしまう割合を、例えば、一日当たり１％以下にすることができる。

また、スラッシュ状の低温流体は捕捉手段２１によりその移動が完全に制限（拘束）されているので、低温流体貯蔵槽１０ｂの内面がスラッシュ状の低温流体により傷つけられてしまうことを防止することができるとともに、燃料供給ライン１４の入口部に到達（あるいは流入）することを防止することができて、スラッシュ状の低温流体によって燃料供給ライン１４が目詰まりしてしまうことを防止することができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。
なお、捕捉手段２１の内部でスラッシュ状から液状に変化した低温流体は、捕捉手段２１の網目を通って低温流体貯蔵槽１０ｂ内に溜められた液状の低温流体と混ざり合うようになっている。

本発明による低温流体用貯蔵タンクの第３実施形態を、図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンク３０を具備する燃料供給装置３の概略構成図である。
本実施形態における低温流体用貯蔵タンク３０は、低温流体貯蔵槽１０ｂの内部に、液状の低温流体を冷却する冷却手段３１が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

冷却手段３１は、低温流体貯蔵槽１０ｂの内部空間に向かって延びる（突出する）金属製（ステンレスやアルミニウム合金等）の棒状部材であり、冷凍機Ｒあるいは図示しない別置きの冷凍機により冷却されるものである。冷却手段３１が冷凍機により冷却されると、低温流体貯蔵槽１０ｂの内部に貯留された液状の低温流体が冷却されてスラッシュ状の低温流体が作り出されたり、あるいは冷却手段３１の表面で低温流体が氷状に成長するようになっている。

本実施形態による低温流体用貯蔵タンク３０によれば、冷却手段３１により作り出されたスラッシュ状の低温流体、あるいは冷却手段３１の表面に成長した氷により低温流体貯蔵槽１０ｂに溜められた液状の低温流体が冷却され、液状の低温流体が蒸発しにくくなる。これにより、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）が低減させられることとなり、低温流体が気化（ボイルオフ）してしまう割合を、例えば、一日当たり１％以下にすることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。

本発明による低温流体用貯蔵タンクの第４実施形態を、図４を用いて説明する。
図４は、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンク４０を具備する燃料供給装置４の概略構成図である。
本実施形態における低温流体用貯蔵タンク４０は、低温流体貯蔵槽１０ｂの内部に、液状の低温流体を冷却する冷却手段４１が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

冷却手段４１は、低温流体貯蔵槽１０ｂの内壁面を覆うように設けられた金属製（ステンレスやアルミニウム合金等）の板状部材であり、冷凍機Ｒあるいは図示しない別置きの冷凍機により冷却されるものである。冷却手段４１が冷凍機により冷却されると、低温流体貯蔵槽１０ｂの内部に貯留された液状の低温流体が冷却されてスラッシュ状の低温流体が作り出されたり、あるいは冷却手段４１の表面で低温流体が氷状に成長するようになっている。

本実施形態による低温流体用貯蔵タンク４０によれば、冷却手段４１により作り出されたスラッシュ状の低温流体、あるいは冷却手段４１の表面に成長した氷により低温流体貯蔵槽１０ｂに溜められた液状の低温流体が冷却され、液状の低温流体が蒸発しにくくなる。これにより、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）が低減させられることとなり、低温流体が気化（ボイルオフ）してしまう割合を、例えば、一日当たり１％以下にすることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。

本発明による低温流体用貯蔵タンクの第５実施形態を、図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンク５０を具備する燃料供給装置５の概略構成図である。
本実施形態における低温流体用貯蔵タンク５０は、低温流体貯蔵槽１０ｂの入口部に、スラッシュ状の低温流体を捕捉する捕捉手段５１が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

捕捉手段５１は、低温流体貯蔵槽１０ｂの入口部、すなわち、戻り管１５および充填ライン１８との接続部に配置されて、戻り管１５または充填ライン１８から低温流体貯蔵槽１０ｂに供給されるスラッシュ状の低温流体を捕捉するものであり、例えば、金属製（ステンレスやアルミニウム合金等）の密閉容器５２と、逃がし弁５３とを具備するものである。
密閉容器５２内には戻り管１５または充填ライン１８を介してスラッシュ状の低温流体が供給されるようになっており、密閉容器５２内に供給されたスラッシュ状の低温流体は、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に収容された液状の低温流体を冷却して液状に変化すると、逃がし弁５３が開かれることにより低温流体貯蔵槽１０ｂ内に液状の低温流体として放出されるようになっている。

本実施形態による低温流体用貯蔵タンク５０によれば、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に設けられた密閉容器５２内に、液状の低温流体よりも温度の低いスラッシュ状の低温流体が収容されることとなる。液状の低温流体よりも温度の低いスラッシュ状の低温流体は、液状の低温流体を冷却して、液状の低温流体の温度を低下させる。温度が低下させられた液状の低温流体は蒸発しにくくなる。これにより、低温流体貯蔵槽１０ｂ内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）が低減させられることとなり、低温流体が気化（ボイルオフ）してしまう割合を、例えば、一日当たり１％以下にすることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同様であるのでここではその説明を省略する。

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、例えば、第２実施形態のところで述べた捕捉手段２１あるいは第５実施形態のところで述べた捕捉手段５１を、第３実施形態あるいは第４実施形態のところで述べた低温流体用貯蔵タンクに設けるようにすることもできる。

本明細書中において使用した「低温」とは、０Ｋ〜約２５０Ｋのことを指し、また、「高圧」とは、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａのことを指している。

本発明による低温流体用貯蔵タンクの第１実施形態を示す図であって、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンクを具備する燃料供給装置の概略構成図である。 本発明による低温流体用貯蔵タンクの第２実施形態を示す図であって、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンクを具備する燃料供給装置の概略構成図である。 本発明による低温流体用貯蔵タンクの第３実施形態を示す図であって、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンクを具備する燃料供給装置の概略構成図である。 本発明による低温流体用貯蔵タンクの第４実施形態を示す図であって、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンクを具備する燃料供給装置の概略構成図である。 本発明による低温流体用貯蔵タンクの第５実施形態を示す図であって、本実施形態に係る低温流体用貯蔵タンクを具備する燃料供給装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 燃料供給装置
２ 燃料供給装置
３ 燃料供給装置
４ 燃料供給装置
５ 燃料供給装置
１０ 低温流体用貯蔵タンク
１０ａ 断熱真空槽
１０ｂ 低温流体貯蔵槽
１１ 第１の熱交換器（熱交換器）
１２ 低温流体用昇圧ポンプ
１４ 燃料供給ライン
２０ 低温流体用貯蔵タンク
２１ 捕捉手段
３０ 低温流体用貯蔵タンク
３１ 冷却手段
４０ 低温流体用貯蔵タンク
４１ 冷却手段
５０ 低温流体用貯蔵タンク
５１ 捕捉手段
Ｅ エンジン（内燃機関）

Claims (5)

1. 低温流体を低温のまま貯蔵する低温流体用貯蔵タンクであって、
   低温流体が貯蔵される低温流体貯蔵槽と、
   前記低温流体貯蔵槽が収容される断熱真空槽とを具備してなり、
   前記低温流体貯蔵槽内に、低温スラッシュ状の流体が貯蔵されていることを特徴とする低温流体用貯蔵タンク。
2. 前記低温スラッシュ状の流体が流入する前記低温流体貯蔵槽の入口に、前記低温スラッシュ状の流体を捕捉する捕捉手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の低温流体用貯蔵タンク。
3. 前記低温流体貯蔵槽の内部に、前記低温流体を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の低温流体用貯蔵タンク。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の低温流体用貯蔵タンクと、
   前記低温流体用貯蔵タンクから、車両を駆動する内燃機関に前記低温流体を導く燃料供給ラインと、
   前記低温流体用貯蔵タンクから前記燃料供給ラインを介して導かれた低温流体を昇圧する低温流体用昇圧ポンプとを具備してなる燃料供給装置であって、
   前記低温流体用貯蔵タンクと前記低温流体用昇圧ポンプとの間に、熱交換器が設けられていることを特徴とする燃料供給装置。
5. 請求項４に記載の燃料供給装置を具備してなることを特徴とする車両。

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