JP2003056800A - ボイルオフガス処理装置 - Google Patents

ボイルオフガス処理装置

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JP2003056800A
JP2003056800A JP2001242338A JP2001242338A JP2003056800A JP 2003056800 A JP2003056800 A JP 2003056800A JP 2001242338 A JP2001242338 A JP 2001242338A JP 2001242338 A JP2001242338 A JP 2001242338A JP 2003056800 A JP2003056800 A JP 2003056800A
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gas
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hydrogen
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Takeaki Shimada
毅昭 島田
Takahiro Kuriiwa
貴寛 栗岩
Yoshio Nuitani
芳雄 縫谷
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイルオフガスの排出流路が空気中の水分凍
結により閉塞するのを防止する。 【解決手段】 水素燃料車両に搭載した液体水素タンク
1から発生するボイルオフガスを燃焼して排出するボイ
ルオフガス処理装置であって、ボイルオフガスの排出路
10に設けられて空気を吸引するエゼクタ6と、エゼク
タ6より下流の排出路に設けられた触媒燃焼器7と、エ
ゼクタ6に吸引される空気の流路上に設けられて該空気
中の水分を除去する除湿器5と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、液体水素のボイ
ルオフガスを燃焼して排出するボイルオフガス処理装置
に関し、特に、水素エンジンや燃料電池などの水素利用
機器によって駆動する車両に搭載するボイルオフガス処
理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池には、固体高分子電解質膜の両
側にアノード電極とカソード電極とを備え、アノード電
極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード電極に
酸化剤ガスとして例えば空気を供給して、これらガスの
酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギ
として抽出するようにしたものがある。この固体高分子
電解質型の燃料電池は、高効率、クリーンなどの理由に
よって、自動車などに多く搭載されている。
【0003】この燃料電池への水素の供給方法として
は、高圧水素タンクや水素貯蔵合金タンクや液体水素タ
ンクなどの貯蔵手段に貯蔵された純水素を供給する方法
と、炭化水素燃料を改質器によって水素を含む改質ガス
に改質して供給する方法などが検討されている。前者の
純水素を供給する方法において、液体水素はエネルギー
貯蔵密度が比較的に高く、燃料タンクへの水素充填速度
が比較的に速いなどの利点から、燃料電池車両や水素エ
ンジン車両など水素を燃料とする車両の水素供給源とし
て検討されている。
【0004】しかしながら、液体水素は沸点がマイナス
253゜Cと極めて低く、車載用の液体水素貯蔵タンク
において、外部(外気)から侵入した熱により液体水素
が気化することによってボイルオフガスが発生する。こ
のボイルオフガスの発生によりタンク内の圧力が上昇す
るので、貯蔵タンク内のボイルオフガスは適宜に外部に
排出し処理する必要がある。
【0005】このボイルオフガスを処理する方法とし
て、特開平5−180397号公報には、タンカーでの
液体水素輸送中に発生するボイルオフガスを水素貯蔵合
金に吸蔵し貯蔵する技術が開示されている。水素吸蔵合
金は単位容積当たりの吸蔵量が比較的に高いので、ボイ
ルオフガス処理装置に利用するのに優れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、長期間
に亘って車両を運転せず放置しておくと多量のボイルオ
フガスが発生し、その全てのボイルオフガスを吸蔵可能
な水素吸蔵合金を備えるとなると、容量の大きな水素吸
蔵合金タンクが必要となり、小型・軽量を要求される車
載用のボイルオフガス処理装置として望ましくない。
【0007】一方、水素吸蔵合金などで処理しきれなか
ったボイルオフガスをそのまま大気に排出することは好
ましくなく、燃焼して排出する技術が検討されている。
この場合、排出されるボイルオフガスを燃焼させるため
には酸化剤として空気を供給するが、ボイルオフガスは
極低温のため、供給される空気中の水分が凍結してしま
い、ボイルオフガスの排出流路を閉塞するという問題が
生じる。
【0008】そこで、この発明は、空気を除湿してから
ボイルオフガスの排出流路に供給するようにして、前記
排出流路の閉塞を防止できるようにしたボイルオフガス
処理装置を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載した発明は、水素燃料車両に搭載し
た液体水素タンク(例えば、後述する実施の形態におけ
る液体水素タンク1)から発生するボイルオフガスを燃
焼して排出するボイルオフガス処理装置であって、前記
ボイルオフガスの排出流路(例えば、後述する実施の形
態における排出路10)に設けられて空気を吸引するエ
ゼクタ(例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ
6)と、前記エゼクタより下流の前記排出流路に設けら
れボイルオフガスを燃焼させる燃焼器(例えば、後述す
る実施の形態における触媒燃焼器7)と、前記エゼクタ
に吸引される空気の流路(例えば、後述する実施の形態
における空気の流路14)上に設けられて該空気中の水
分を除去する除湿手段(例えば、後述する実施の形態に
おける除湿器5)と、を備えることを特徴とするボイル
オフガス処理装置である。このように構成することによ
り、エゼクタに流入する前に除湿手段により空気を除湿
しているので、エゼクタには乾燥空気が吸引されること
となる。吸引された空気と低温のボイルオフガスがエゼ
クタで混合されても、凍結する水分がないことからボイ
ルオフガスの排出流路が水分凍結により閉塞することが
ない。なお、この発明において水素燃料車両とは、水素
エンジンや燃料電池など水素を燃料とする水素利用機器
によって駆動する車両をいう。
【0010】請求項2に記載した発明は、請求項1に記
載の発明において、前記除湿手段は、前記ボイルオフガ
スと空気を熱交換させることで該空気中の水分を凝縮さ
せて除湿することを特徴とする。このように構成するこ
とにより、空気の除湿に必要なエネルギーをボイルオフ
ガスで賄うことが可能になる。
【0011】請求項3に記載した発明は、請求項2に記
載の発明において、前記燃焼器から排出される燃焼ガス
によって、除湿手段に導入されるボイルオフガスを温度
調節する温調手段(例えば、後述する実施の形態におけ
る温調器4)を備えることを特徴とする。このように構
成することにより、除湿手段に供給されるボイルオフガ
スを除湿に最適な温度に調節することが可能であるとと
もに、廃熱の有効利用が可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係るボイルオフ
ガス処理装置の一実施の形態を図1および図2の図面を
参照して説明する。このボイルオフガス処理装置は、水
素エンジンや燃料電池などの水素利用機器によって駆動
する車両(以下、これを水素燃料車両という)に搭載さ
れている。図1はボイルオフガス処理装置の概略構成図
である。液体水素タンク1には液体水素が貯蔵されてお
り、この液体水素が気化して生じた水素ガスは燃料電池
等の水素利用機器50が運転されているときには、制御
弁51を介して水素利用機器50に燃料として供給され
る。
【0013】前記水素利用機器の運転を停止していると
きに、外部の熱によって液体水素タンク1が暖められる
と、液体水素タンク1内で気化した水素が増大し、液体
水素タンク1内の圧力が上昇する。液体水素タンク1内
の圧力が所定圧力P1に達すると、液体水素タンク1の
ガス出口管2に設けられた開放弁3が開弁して、気化し
た水素をボイルオフガスとしてボイルオフガス排出路
(排出流路)10に放出し、液体水素タンク1内の圧力
が前記所定圧力P1以下になると開放弁3は閉弁する。
これにより、液体水素タンク1内は前記所定圧力P1以
下に保たれることになる。
【0014】開放弁3を介して液体水素タンク1から放
出されたボイルオフガスは、ボイルオフガス排出路10
を介して触媒燃焼器7に供給される。排出路10には、
上流側から順に、温調器(温調手段)4、除湿器(除湿
手段)5、エゼクタ6が設けられている。触媒燃焼器7
はボイルオフガスを触媒燃焼させるものであり、この燃
焼に必要な酸化剤としての酸素を含む空気がエゼクタ6
を介して大気から吸引され、ボイルオフガスと混合され
て触媒燃焼器7に供給される。
【0015】エゼクタ6について、図2の概略断面図を
参照して説明すると、エゼクタ6は、ボイルオフガスの
導入部である主管61と、主管61の先端に設けられた
ノズル62と、主管61の前方に設置されたラッパ状の
ディフューザ63と、ディフューザ63の基部に連結さ
れ空気の導入部となる副管64とを備えてなる。ディフ
ューザ63は途中が絞られてスロート部65になってい
て、ノズル62はこのスロート部65に向かって延びて
いる。このエゼクタ6においては、ボイルオフガスをノ
ズル62からスロート部65に向けて噴射すると、ノズ
ル62の周囲に発生する負圧により副管64から空気が
吸引され、ボイルオフガスと空気の混合気体がディフュ
ーザ63から放出される。
【0016】ところで、ボイルオフガスは極低温(約マ
イナス250゜C)なため、エゼクタ6に吸引される空
気に水分が含まれていると、空気中の水分が凍結してし
まう。この水分の凍結がエゼクタ6のスロート部65で
生じると、スロート部65は断面が小さいため閉塞する
虞がある。そこで、このボイルオフガス処理装置では、
エゼクタ6よりも上流の排出路10に除湿器5を設けて
いる。この除湿器5は、エゼクタ6に導入されるボイル
オフガスと、エゼクタ6に吸引される空気を熱交換させ
ることで、空気中の水分を凝縮させて除湿するようにな
っている。
【0017】このように、除湿器5でボイルオフガスと
空気を熱交換させれば空気を除湿することができるので
あるが、極低温のボイルオフガスをそのまま除湿器5に
導入すると、除湿器5内で凝縮させた空気中の水分が除
湿器5から排出される前に凍結し、空気の流路14を閉
塞させる虞がある。そこで、このボイルオフガス処理装
置では、除湿器5内で除湿した空気中の水分の凍結を防
止するため、除湿器5よりも上流の排出路10に温調器
4を設けている。この温調器4には、触媒燃焼器7から
排出される燃焼ガスが燃焼ガス路11を介して導入され
るようになっており、温調器4は、除湿器5に導入され
るボイルオフガスと燃焼ガスを熱交換することで、ボイ
ルオフガスを加熱し、除湿に最適な温度に調節する。こ
の温度調節のために、温調器4と除湿器5との間の排出
路10には温度センサ12が設けられていて、その出力
信号が中央制御装置(ECU)20に入力されるように
なっており、また、燃焼ガス路11には燃焼ガスを大気
に排出するための排出制御弁13が設けられていて、E
CU20は温度センサ12の出力信号に応じて排出制御
弁13の開度を制御し、温度制御に必要な熱量分の燃焼
ガスを温調器4に供給して、余分な燃焼ガスは大気に排
出する。
【0018】なお、触媒燃焼器7に最初にボイルオフガ
スと空気の混合気体が導入されるときには、導入される
混合気体が低温であるので、触媒が活性温度に達しない
ことがある。触媒が活性温度に達しないと触媒反応が起
こらず、したがって、ボイルオフガスが燃焼されずに触
媒燃焼器7を素通りして排出されてしまう。そこで、こ
のボイルオフガス処理装置では、触媒燃焼器7内におけ
る最上流部分に電気ヒータ21を設置し、触媒燃焼器7
に触媒温度を検出するための温度センサ22を設け、触
媒温度が所定温度以下であるときにスイッチ23をON
して、電気ヒータ21をバッテリ24に接続し、導入さ
れた混合気体を電気ヒータ21により加熱して触媒燃焼
を促進させるようにしている。
【0019】このように構成されたボイルオフガス処理
装置では、開放弁3から放出されたボイルオフガスは、
温調器4を通過する際に触媒燃焼器7から排出された燃
焼ガスと熱交換して除湿に最適な温度に調節され、除湿
器5に導入される。そして、除湿器5に導入されたボイ
ルオフガスは、エゼクタ6に導入される空気と熱交換す
ることにより加熱され、一方、エゼクタ6に導入される
空気は冷却されて空気中の水分が凝縮して分離され、乾
燥空気となってエゼクタ6に導入されるようになる。
【0020】したがって、エゼクタ6に流入する前に除
湿器5により空気が除湿されて乾燥空気となり、この乾
燥空気がエゼクタ6に吸引されるようになるので、吸引
された空気が低温のボイルオフガスと混合されても、空
気中に凍結する水分がないので、エゼクタ6を含むボイ
ルオフガスの排出路10が水分凍結により閉塞すること
がない。また、空気の除湿に必要な熱エネルギーをボイ
ルオフガスで賄っているので、エネルギーの有効利用を
図ることができる。
【0021】さらに、温調器4によって、除湿器5に供
給されるボイルオフガスを除湿に最適な温度に調節して
いるので、除湿器5内で凝縮水が凍結するのを防止する
ことができる。しかも、温調器4の熱源には触媒燃焼器
7から排出される燃焼ガスの廃熱を利用しているので、
エネルギーの有効利用を図ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明するように、請求項1に記載し
た発明によれば、エゼクタに流入する前に除湿手段によ
り空気が除湿されるので、エゼクタには乾燥空気が吸引
されることとなり、吸引された空気が低温のボイルオフ
ガスと混合しても、空気中に凍結する水分がないのでボ
イルオフガスの排出流路が水分凍結により閉塞するのを
防止することができるという優れた効果が奏される。
【0023】請求項2に記載した発明によれば、空気の
除湿に必要な熱エネルギーをボイルオフガスで賄うこと
ができるので、エネルギーの有効利用を図ることができ
るという効果がある。請求項3に記載した発明によれ
ば、除湿手段に供給されるボイルオフガスを除湿に最適
な温度に調節することができるので、除湿手段における
過冷却を防止することができ、その結果、除湿手段にお
いて凝縮水が凍結するのを防止することができるという
効果がある。また、燃焼ガスの廃熱を有効利用すること
ができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係るボイルオフガス処理装置の一
実施の形態における概略構成図である。
【図2】 エゼクタの基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 液体水素タンク 4 温調器(温調手段) 5 除湿器(除湿手段) 6 エゼクタ 7 触媒燃焼器(燃焼器) 10 排出路(排出流路)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 縫谷 芳雄 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 3E073 DD00 5H027 AA02 BA13 DD05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素燃料車両に搭載した液体水素タンク
    から発生するボイルオフガスを燃焼して排出するボイル
    オフガス処理装置であって、 前記ボイルオフガスの排出流路に設けられて空気を吸引
    するエゼクタと、 前記エゼクタより下流の前記排出流路に設けられボイル
    オフガスを燃焼させる燃焼器と、 前記エゼクタに吸引される空気の流路上に設けられて該
    空気中の水分を除去する除湿手段と、 を備えることを特徴とするボイルオフガス処理装置。
  2. 【請求項2】 前記除湿手段は、前記ボイルオフガスと
    空気を熱交換させることで該空気中の水分を凝縮させて
    除湿することを特徴とする請求項1に記載のボイルオフ
    ガス処理装置。
  3. 【請求項3】 前記燃焼器から排出される燃焼ガスによ
    って、除湿手段に導入されるボイルオフガスを温度調節
    する温調手段を備えることを特徴とする請求項2に記載
    のボイルオフガス処理装置。
JP2001242338A 2001-08-09 2001-08-09 ボイルオフガス処理装置 Withdrawn JP2003056800A (ja)

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Effective date: 20081104