JP2006009917A

JP2006009917A - 液体水素貯蔵装置

Info

Publication number: JP2006009917A
Application number: JP2004187134A
Authority: JP
Inventors: Masaru Iwamatsu; 勝岩松
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】液体水素タンク中に磁場をかけることによりパラ水素への変換を抑制して、オルソ水素の状態を保持し、液体水素の蒸発を抑制できる液体水素貯蔵装置を提供する。
【解決手段】液体水素タンク１中に磁場を付与する磁場発生装置３を配置し、前記液体水素タンク１内のオルソ水素の状態を保持して液体水素の気化を防ぐ機能を持たせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体水素の気化を防ぐ機能を有する液体水素貯蔵装置に関するものである。

低温の水素を液化する上で重要な要素として、オルソ（ｏｒｔｈｏ−）水素からパラ（ｐａｒａ−）水素への変換がある。

図６はオルソ水素とパラ水素の模式図であり、図６（ａ）はオルソ水素、図６（ｂ）はパラ水素を示している。なお、図中の矢印は核スピンの向きを示している。また、図７は平衡水素のパラ水素濃度と温度の関係を示す図である。

２原子分子である水素は２個の陽子を持っているが、この陽子にはスピン自由度があり、図６に示すように、その向きが同一のものをオルソ水素、反対向きのものをパラ水素と呼んでいる。

図７に示すように、常温〔２００Ｋ付近〕で平衡状態にあるものは、オルソ水素７５％、パラ水素２５％からなり、ノーマル水素と呼ばれている。また、液体水素の沸点〔２０Ｋ付近〕ではほとんどパラ水素となっている。ただし、室温のノーマル水素をそのまま液化した液体水素はほとんどノーマル水素と同じオルソ・パラ濃度をもっている。このような液体水素中では、徐々に、オルソ水素は自動的にパラ水素に変わっていく。このオルソ・パラ転換の時定数は、容器壁面の磁性原子の触媒作用によることが多く、明確には求められていないが、およそ数日程度である。

オルソ水素からパラ水素に転換する時にはエネルギーを放出し、その転換熱は水素の沸点で５２３Ｊ／ｇである。この値は、同じ温度の液体水素の蒸発潜熱４４６Ｊ／ｇよりも大きな値であるため、大量の液体水素が蒸発する原因となる。

そこで、従来は液化の段階においてエネルギーを吸収する触媒を用いながらオルソ・パラ転換を進め、パラ水素濃度を高めていく工夫がなされてきた。

なお、貯蔵圧力を低く、かつ貯蔵温度を高くして、オルソ水素の状態を保持できる水素貯蔵方法が下記特許文献１に開示されている。
特開２００１−１２６９３号公報

上記したように、液体水素の蒸発は、オルソ水素からパラ水素に転換する際の転換熱に起因するため、できるだけオルソ水素の状態を保持することが、液体水素の蒸発を防ぐことになる。

本発明は、上記状況に鑑みて、液体水素タンク中に磁場をかけることによりパラ水素への変換を抑制して、オルソ水素の状態を保持し、液体水素の蒸発を抑制できる液体水素貯蔵装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕液体水素貯蔵装置において、液体水素タンク中に磁場を付与する磁場発生装置を配置し、前記液体水素タンク内のオルソ水素の状態を保持して液体水素の気化を防ぐ機能を持たせることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外周部に巻回される常電導コイルであることを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内周部に巻回される常電導コイルであることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外周部に巻回される超電導コイルであることを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内周部に巻回される超電導コイルであることを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外部に対向配置される永久磁石であることを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内部に対向配置される永久磁石であることを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外部に対向配置される着磁高温超電導バルク体であることを特徴とする。

〔９〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内部に対向配置される着磁高温超電導バルク体であることを特徴とする。

〔１０〕上記〔１〕記載の液体水素貯蔵装置において、前記液体水素タンクが燃料電池車両用の液体水素貯蔵タンクであることを特徴とする。

本発明によれば、液体水素の蒸発を抑制できる。また、必要に応じて印加する磁場を調整することにより、自在に液体水素の気化を制御することができる。

液体水素貯蔵装置において、液体水素タンク中に磁場を付与する磁場発生装置を配置し、前記液体水素タンク内のオルソ水素の状態を保持して液体水素の気化を防ぐ機能を持たせる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。

この図において、１はステンレススチールからなる液体水素タンク、２はその液体水素タンク１内に貯蔵される液体水素、３はその液体水素タンク１の外周部に巻回される常電導コイルである。

このように、液体水素タンク１の外周部に巻回される常電導コイル３を設けることにより、液体水素タンク１中に磁場をかけることができるので、液体水素２は、磁場の存在により、パラ水素への変換が抑制され、オルソ水素の状態を保持することができる。

また、この実施例では、液体水素２に磁場をかける手段を、液体水素タンク１の外周部に巻回される常電導コイル３としたので、常電導コイル３への通電電流を変化させることにより、容易に磁場の強さを調整することができる。

さらに、液体水素２に磁場をかける手段として常電導コイルの代わりに超電導コイルを用いてもよい。

図２は本発明の第２実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。

この実施例では、１１はステンレススチールからなる液体水素タンク、１２はその液体水素タンク１１内に貯蔵される液体水素、１３はその液体水素タンク１の内周部に巻回される常電導コイルである。

このように、液体水素タンク１１の内周部に巻回される常電導コイル１３を設けることにより、液体水素タンク１１中に磁場をかけることができるので、液体水素１２は、磁場の存在により、パラ水素への変換が抑制され、オルソ水素の状態を保持することができる。

また、液体水素の沸点は２０Ｋであることから、常電導コイル１３の代わりに超電導コイルを用い、この液体水素１２をＭｇＢ₂や高温超電導線材を用いた超電導コイルの冷媒とすると同時に、それらの超電導コイルをこの液体水素１２に磁場を与える装置として有効に機能させることができる。

図３は本発明の第３実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。

この実施例では、２１はステンレススチールからなる液体水素タンク、２２はその液体水素タンク２１内に貯蔵される液体水素、２３はその液体水素タンク２１の外部に対向配置される永久磁石である。

このように、液体水素タンク２１の外部に永久磁石２３を対向配置することにより、液体水素タンク２１中に磁場をかけることができるので、液体水素２２は、磁場の存在により、パラ水素への変換が抑制され、オルソ水素の状態を保持することができる。

この実施例でも、永久磁石２３が、液体水素タンク２１の外部に対向配置されるため、永久磁石２３の距離を変えることにより、磁場の強さを容易に変化させることができる。なお、ここでは磁場の発生に永久磁石２３を用いたが、代わりに着磁高温超電導バルク体を用いても良い。

図４は本発明の第４実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。

この実施例では、３１はステンレススチールからなる液体水素タンク、３２はその液体水素タンク３１内に貯蔵される液体水素、３３はその液体水素タンク３１の内部に対向配置される着磁高温超電導バルク体である。

このように、液体水素タンク３１の内部に着磁高温超電導バルク体３３を対向配置することにより、液体水素タンク３１中に磁場をかけることができるので、液体水素３２は、磁場の存在により、パラ水素への変換が抑制され、オルソ水素の状態を保持することができる。さらに、着磁高温超電導バルク体３３を液体水素タンク３１の内側に配置することで、液体水素３２をバルク体３３を冷却するための冷媒として機能させることができる。なお、ここでは、磁場の発生に着磁高温超電導体３３を用いたが、代わりに永久磁石を用いるようにしてもよい。

また、上記各実施例における液体水素タンク壁面の磁性原子の影響を抑制するために、タンクの内面に樹脂によりコーティングを施しておくことも有効である。

図５は本発明の液体水素貯蔵装置の磁場の強さを示す図である。

この図に示すように、Ｂ₁はオルソ水素７５％を維持できる磁場の強さであり、Ｂ₂は水素が転換熱で気化する磁場の強さ（閾値）である。

例えば、燃料電池において水素を転換熱にて気化させる必要がある場合に、磁場の強さをＢ₁からＢ₂へ下げることで、パラ水素への転換が起こり、水素の気化を実現することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の液体水素貯蔵装置は、燃料電池車両用の液体水素貯蔵装置として利用可能である。

本発明の第１実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。本発明の第２実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。本発明の第３実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。本発明の第４実施例を示す液体水素貯蔵装置の模式図である。本発明の液体水素貯蔵装置の磁場の強さを示す図である。オルソ水素とパラ水素の模式図である。平衡水素のパラ水素濃度と温度の関係を示す図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１ステンレススチールからなる液体水素タンク
２，１２，２２，３２液体水素
３液体水素タンクの外周部に巻回される常電導コイル
１３液体水素タンクの内周部に巻回される常電導コイル
２３液体水素タンクの外部に対向配置される永久磁石
３３液体水素タンクの内部に対向配置される着磁高温超電導バルク体

Claims

液体水素タンク中に磁場を付与する磁場発生装置を配置し、前記液体水素タンク内のオルソ水素の状態を保持して液体水素の気化を防ぐ機能を持たせることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外周部に巻回される常電導コイルであることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内周部に巻回される常電導コイルであることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外周部に巻回される超電導コイルであることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内周部に巻回される超電導コイルであることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外部に対向配置される永久磁石であることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内部に対向配置される永久磁石であることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの外部に対向配置される着磁高温超電導バルク体であることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記磁場発生装置は、前記液体水素タンクの内部に対向配置される着磁高温超電導バルク体であることを特徴とする液体水素貯蔵装置。
請求項１記載の液体水素貯蔵装置において、前記液体水素タンクが燃料電池車両用の液体水素貯蔵タンクであることを特徴とする液体水素貯蔵装置。