JP2002195493A - 加圧下でのガス貯蔵装置 - Google Patents

加圧下でのガス貯蔵装置

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JP2002195493A JP2001320821A JP2001320821A JP2002195493A JP 2002195493 A JP2002195493 A JP 2002195493A JP 2001320821 A JP2001320821 A JP 2001320821A JP 2001320821 A JP2001320821 A JP 2001320821A JP 2002195493 A JP2002195493 A JP 2002195493A
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pressure
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ピエール・ペロワ−ジェルベ
Patrick Sanglan
パトリック・サングラン
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に輸送のために圧縮ガス（例えば燃料電池
によって給電される電気モーター自動車の燃料ガス）を
貯蔵する。 【解決手段】 この装置は、遮断可能な調整された流出
を保証する手段に連結された出口配管を有する少なくと
も１つの高圧タイプのガス容器と（前記ガスは約４０か
ら２５０バールまで、好ましくは５０から２００バール
までの圧力範囲、および約１５°Ｋから２１０°Ｋま
で、好ましくは２０°Ｋから２００°Ｋまでの温度範囲
にわたって容器中で気相である）、その中に前記容器を
配置する断熱エンベロープとを有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスの貯蔵と輸送に
関し、より具体的には、予備的に長く困難な処理を必要
としない形態にあるガスの貯蔵と輸送を可能にする、加
圧下でガスを貯蔵するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ガスは、液相状態で、または周囲
温度で圧力下において気相状態で、容器中に貯蔵され輸
送されている。
【０００３】ガスの液化は、経済的およびエネルギー的
にコストがかかる。特に、水素の場合には、温度が非常
に低く（２０°Ｋ）、潜熱が高く、オルト−パラ転換相
を通過する必要がある。
【０００４】たとえば約２００バールの加圧下での貯蔵
（いわゆるＨＰ貯蔵）は、比較的少量のガスに対して比
較的重いシリンダを必要とする。圧力の増加（非常に高
い圧力すなわちＶＨＰでの貯蔵）は、現状の技術におい
ては、フィラメントを巻いたシリンダを伴うが、これら
のシリンダは非常にコストがかかり、圧縮手段は高い流
量には適合しない。さらに、水素のようなガスに対して
は、７００バール、２９０°Ｋでの貯蔵は、立方メート
ルの容器体積あたり２２５Ｎｍ3のガス、すなわち絶対
圧力で２気圧で液相状態にある体積（立方メートルの容
器体積あたり７５０Ｎｍ3のガス）の６０％未満に相当
するにすぎない。
【０００５】結果として、このような場合に、非常に高
い圧力下にガスを置くことはそれほど利益のあることで
はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は公知の
装置の欠点を克服することにあり、より具体的には最少
のコストで、可能な最小の体積および重量で最大のガス
を特にその輸送のために貯蔵することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達するため
に、本発明は加圧下でガスを貯蔵する装置に関し、前記
装置は、遮断可能な調整された流出(closeable calibra
ted loss)を保証する手段に連結された出口配管を有す
る少なくとも１つの高圧タイプのガス容器と（前記ガス
は約４０から２５０バールまで、好ましくは５０から２
００バールまでの圧力範囲、および約１５°Ｋから２１
０°Ｋまで、好ましくは２０°Ｋから２００°Ｋまでの
温度範囲にわたって容器中で気相である）、その中に前
記容器を配置する断熱エンベロープとを有することを特
徴とする。
【０００８】これらの特徴によって、たとえば水素に対
して、高い流量を持つ通常の圧縮設備により、非常にエ
ネルギーを消費するオルト−パラ転換なしに、かつ通常
選択される材料を使用した比較的軽量のシリンダを用い
ることによって、多量のガスを短時間で処理することが
できる。
【０００９】さらに、本発明は以下の特徴の１つまたは
いくつかを有していてもよい。
【００１０】前記容器は前記ガスの膨張によって低温を
回復する手段を有する。
【００１１】前記容器は、低温ガスによる充填前に用い
て充填前に容器を冷却するのに適合した熱交換器形成手
段を備えている。
【００１２】前記容器は出口制御弁を備えた出口配管を
有し、前記遮断可能な調整された流出を保証する手段は
前記弁に平行な枝管を有する。
【００１３】前記装置はエンベロープ内にいくつかの容
器を有する。
【００１４】前記装置は、（容器以外の）液体窒素のデ
ュワー容器内部に少なくとも１つの容器を有する。
【００１５】前記容器は２００バールのオーダーの圧力
でガスを収容する。
【００１６】前記容器は、気相状態にあり、かつ約４０
°Ｋから１２０°Ｋまでの範囲内の温度の水素を収容す
る。
【００１７】前記容器は、気相状態にあり、かつ約８０
°Ｋのオーダーの温度、例えば７７°Ｋの水素を収容す
る。
【００１８】前記容器は、気相状態にあり、かつ約２０
°Ｋから８０°Ｋまでの範囲内の温度のヘリウムを収容
する。
【００１９】前記容器は、気相状態にあり、かつ約５０
°Ｋから７０°Ｋまでの範囲内の温度のネオンを収容す
る。
【００２０】前記容器は、気相状態にあり、かつ約１４
０°Ｋから２００°Ｋまでの範囲内の温度の一酸化炭素
を収容する。
【００２１】前記容器は、気相状態にあり、かつ約１４
５°Ｋから２００°Ｋまでの範囲内の温度のメタンを収
容する。
【００２２】本発明の他の特徴および利点は、添付の図
面によって図示される非限定的な例によって示される、
以下の本発明の実施形態の記載から明らかになるであろ
う。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１図示の本発明に係る装置は気
相状態にあるガスのための容器を有し、この容器はシリ
ンダ１の形態をなし、一般的に二重壁となっている断熱
性エンベロープ２によって覆われている。
【００２４】このシリンダは、スワンネック３を備えた
出口配管を有する高圧シリンダであり、出口配管の末端
には出口制御弁が設けられ、出口制御弁は配管の出口で
遮断可能な調整された排気(closeable calibrated esca
pe)を保証する枝管５に並列に連結されている。
【００２５】シリンダに収容されるガスは、この場合２
００バールまで圧縮されて気相状態にあり、８０°Ｋの
オーダーの温度、より正確にはこの場合７７°Ｋ（これ
はいかなるオルト−パラ転換も回避する）の水素であ
る。しかし、実際には、水素にとって可能な圧力の範囲
は約５０から２５０バールであり、温度の範囲は４０°
Ｋから１２０°Ｋである。８０°Ｋの場合には、２００
バールは電気自動車モーターの燃料電池への供給能力を
構成するのによく適合し、必要な排気は、装置の冷却機
構がない場合に、電池を温度に関して維持し、および／
または蓄電バッテリーを再充電するために良好に用いる
ことができる。
【００２６】シリンダを外部環境から断熱するエンベロ
ープ２は、許容量の流出、すなわちバッテリーを再充電
するか、または他の装置に供給することができる量の流
出の関数として設計されている。例えば、真空下でいわ
ゆる超断熱タイプ（すなわちＳ．Ｉ．タイプ）の高断熱
能を持つエンベロープ２を選び、電池が使用されていな
いときにガスの消費を限定することができる。「超断熱
材」は、通常タイプのものでもよいし、必要に応じて、
後に見るように、１つまたは連結したいくつかの内部シ
ールド６を持つものでもよい。燃料電池を持つ電気モー
ター自動車に用いる場合、最良の解決法は、真空下で超
断熱材からなるエンベロープ２を、少なくとも一端が発
泡材料で断熱されている、配列したまたは連結したシー
ルド６とともに用いることにある（図１）。この場合、
２００バール以下の圧力を維持するのに必要な流出は、
約３００ワットの電力の生成を可能にする。
【００２７】図１に示される装置において、シリンダの
底はエンベロープの底から心出しパーティション７によ
って分離されており、心出しパーティションは長手方向
の溝が穿設された短い円柱からなり、その両端にはそれ
ぞれシリンダおよびエンベロープの突起が挿入されてい
る。エンベロープの反対側の末端は径がシリンダの径よ
りもわずかに大きいネックを持ち、シリンダをエンベロ
ープの中へ導入できるようになっている。このネック
は、例えばステンレス鋼、エポキシガラスまたはインコ
ネル（商標）からなり、シリンダの出口配管が横切る、
断熱性発泡材料からなるプラグ８を備えている。
【００２８】シリンダの出口配管は、シリンダの内部
で、ガスの膨張によって生じる低温を回復するための手
段９まで延びていてもよく、この手段は膨張弁９１と熱
交換器９２とを有する。したがって、エンベロープ２の
１つまたは複数のシールド６は、手段９たとえば熱交換
器９２によって構成される低温源に対して接続されてい
る。
【００２９】注目すべきことは、圧縮された気相状態に
あるガスを貯蔵するための本発明に係る装置は、公知の
装置に比べて水素の輸送能力を約３倍に増加させること
ができ、さらに特に圧力を（約５０バールまで）減らす
ことができるが、一方で、装置の大きさに関して実質的
な利益を伴っており、周囲温度で２００バールに加圧さ
れた同一体積におけるのと同一の量の水素を輸送できる
ことである。
【００３０】わかるように、変形例として、エンベロー
プは１つまたはいくつかのシールド（例えば５つまでの
シールド）と各シールドの反対側にある発泡材料を含ん
でいてもよい。
【００３１】図２（この図では図１の要素に対応する要
素は同じ参照符号を付している）の実施形態は、内部低
温源に接続された４つのシールドと発泡体（または他の
断熱材）からなる５つの層１０を持つエンベロープ２を
有する。図２のシリンダ１は、エンベロープの内部構造
の違いのために、心出し突起を持たずかつその出口配管
が二重スワンネック３を備えていることを除いて、図１
のものと同一である。
【００３２】エンベロープは高圧シリンダと独立でもよ
い。例えば、エンベロープはドライなまたは液体窒素で
冷却されたデュワーびんからなっていてもよい。
【００３３】図３は、エンベロープが長方形の横断面を
有するドライデュアーびんであり、３つのシリンダ１が
同一平面内で平行に延びて横並びに並置されている実施
形態を示す。図４は、エンベロープが円形の横断面を有
するデュアーびんであり、７つのシリンダ１が平行に延
びて横並びに配置されている実施形態を示す。シリンダ
の１つはエンベロープの横断面に関して中央に配置さ
れ、６つの他のシリンダは中央のシリンダの周りに分布
している。シリンダ間およびシリンダとエンベロープと
の間の空間は液体窒素１１で充填してもよい。変形例と
して、シリンダを「直列に」接続されたチューブで置き
換えて蛇行管を構成してもよい。両端を有するチューブ
の１つは、弁を有するスワンネックを有する配管と枝管
（図示せず）、そして望ましい場合には、図１および２
の実施形態のように、ガスの膨張による低温の回復手段
を備えている。液体窒素の存在は、脱ガスなしに実質的
に自律(autonomy)を確実にし、しかもこの場合には弁４
の下流で出口配管の遮断により排気を止めることができ
る。
【００３４】図５は、シリンダが周囲温度にあるとき
に、冷却ガスによる充填前に予備冷却を可能にする熱交
換器形成手段１２に連結されている実施形態を示す。熱
交換器形成手段１２はシリンダの外部にあってもよい
し、図５のように内部にあってもよい。図５は、高圧シ
リンダ１を配管１２１（これを通して液体窒素が流れ
る）が長手方向に横切り、この配管は外部と熱交換する
フィン１２２を持ち、配管１２１およびフィン１２２が
熱交換器形成手段１２を構成することを示している。
【００３５】本発明は、適当な範囲の温度および圧力に
ある水素以外のガスを最終的な輸送のために貯蔵するの
に応用することができる。
【００３６】たとえば、本発明に係る装置は最小限の変
形で、以下のガスに対して用いることができる。
【００３７】約２００バールで２０°Ｋから８０°Ｋの
ヘリウム。これは、大気圧での液体ヘリウムの密度の
１．５から０．７倍の密度に相当する。
【００３８】約２００バールで５０°Ｋから７０°Ｋの
ネオン。これは、大気圧での液体ネオンの密度の０．９
から０．５倍の密度に相当する。
【００３９】約２００バールで１４０°Ｋから２００°
Ｋの一酸化炭素。これは、大気圧での液体一酸化炭素の
密度の０．８から０．５倍の密度に相当する。
【００４０】約２００バールで１４５°Ｋから２００°
Ｋのメタン。これは、大気圧での液体メタンの密度の
０．９５から０．７５倍の密度、または絶対圧力で７気
圧での液体メタンの密度の１．１から０．８５倍の密度
に相当する。
【００４１】もちろん、本発明は上述し図示した実施形
態に限定されないので、本発明の範囲から離れることな
く他の実施形態を自明のこととして仮定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る装置（特に水素
を貯蔵するための装置でありうる）の概略縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る装置の概略縦断
面図。
【図３】本発明の第３の実施形態の概略横断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る装置の概略横断
面図。
【図５】本発明に係る他の実施形態の装置とともに用い
られる、改造した容器の概略縦断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピエール・ペロワ−ジェルベ フランス国、38180 セイシン、セイシー ネ・パリセ、アブニュ・ドゥ・ラ・ポスト 17 (72)発明者 パトリック・サングラン フランス国、38180 セイシン、アブニ ュ・ドゥ・ラ・ポスト 11 Ｆターム(参考） 3E072 AA01 DA05 3E073 CA01 CB01

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加圧下でガスを貯蔵する装置であって、
    前記装置は、遮断可能な調整された流出を保証する手段
    に連結された出口配管を有する少なくとも１つの高圧タ
    イプのガス容器と（前記ガスは約４０から２５０バール
    まで、好ましくは５０から２００バールまでの圧力範
    囲、および約１５°Ｋから２１０°Ｋまで、好ましくは
    ２０°Ｋから２００°Ｋまでの温度範囲にわたって容器
    中で気相である）、その中に前記容器を配置する断熱エ
    ンベロープとを有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記容器は前記ガスの膨張によって低温
    を回復する手段を有することを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  3. 【請求項３】 前記容器は、低温ガスによる充填前に好
    適に用いられ、充填前に容器を冷却する、熱交換器形成
    手段を備えていることを特徴とする請求項１および２の
    １項に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記容器は出口制御弁を備えた出口配管
    を有し、前記調整された流出を保証する手段は前記弁と
    平行な枝管を有することを特徴とする請求項１ないし３
    の１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記容器はシリンダであることを特徴と
    する請求項１ないし４の１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 エンベロープ内にいくつかの容器を有す
    ることを特徴とする請求項１ないし５の１項に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 デュワーびん内部に少なくとも１つの容
    器を有し、デュワーびんは前記容器に加えて液体窒素を
    収容することを特徴とする請求項１ないし６の１項に記
    載の装置。
  8. 【請求項８】 前記容器は２００バールのオーダーの圧
    力でガスを収容することを特徴とする請求項１ないし７
    の１項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記容器は、気相状態にあり、約４０°
    Ｋから１２０°Ｋまでの範囲内の温度の水素を収容する
    ことを特徴とする請求項１ないし８の１項に記載の装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記容器は、気相状態にあり、約８０
    °Ｋの温度の水素を収容することを特徴とする請求項９
    に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記容器は、気相状態にあり、約２０
    °Ｋから８０°Ｋまでの範囲内の温度のヘリウムを収容
    することを特徴とする請求項１ないし９の１項に記載の
    装置。
  12. 【請求項１２】 前記容器は、気相状態にあり、約５０
    °Ｋから７０°Ｋまでの範囲内の温度のネオンを収容す
    ることを特徴とする請求項１ないし９の１項に記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記容器は、気相状態にあり、約１４
    ０°Ｋから２００°Ｋまでの範囲内の温度の一酸化炭素
    を収容することを特徴とする請求項１ないし９の１項に
    記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記容器は、気相状態にあり、約１４
    ５°Ｋから２００°Ｋまでの範囲内の温度のメタンを収
    容することを特徴とする請求項１ないし９の１項に記載
    の装置。
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