JP2022504226A - 液化水素を貯蔵し、分配する方法及び設備 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022504226000001
本発明は、所定の貯蔵圧力での液体水素の貯蔵部（４）と、水素ガスの供給源（２）と、供給源（２）に接続された入口と液体水素貯蔵部（４）に接続された出口を含む液化装置（３）と、を含み、貯蔵部（４）は、液体水素貯蔵部（４）に接続された１つの端と少なくとも１つの移動タンク（８）に接続される予定の１つの端を含む液体取出し用の管（１０）を含む施設（１）を使って液体水素を貯蔵し、分配する方法に関し、方法は、供給源（２）により補給される水素ガスを液化するステップと、液化水素を貯蔵部（４）に輸送するステップと、を含み、液化装置（３）により液化され、貯蔵部（４）内に輸送される液体水素は貯蔵圧力での水素の沸点より低い温度を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液化水素を貯蔵し、分配するための方法と施設に関する。
本発明は、より詳しくは、液体水素タンク、特にセミトレーラの移動タンクへの充填を行う方法に関し、この方法は、液体水素の第一の量を、水素液化装置を含む第一の液体水素供給源からタンク内に輸送する第一のステージを含み、液体水素の第一の量はタンク内の温度と圧力を下げるために提供される。
特にその密度から、大量の生成物を長距離に渡って運搬しなければならない場合、液体水素は気体水素より有利である。
液体水素の他の利点は、その密度と、燃料電池自動車用水素サービスステーションでの貯蔵容量の大きさに関する。２０Ｋの温度で、事実上、気体からすべての不純物（この温度では固体である）が取り除かれ、それによって燃料電池の動作が最適化される。
他方で、水と比較した液体水素の密度の低さ（７０ｇ／リットル）により、静水頭により利用可能な圧力が低く、それによって送出が困難となり、また、低い温度が液体輸送中のかなり大きな蒸発損失の原因となり得る。
これは、トラック及び水素液化工場においてタンクに充填するためのシステムによって生じ得る損失は、生成量の１５％に及ぶ可能性があるからである（例えば、タンクからの損失０．２％、タンクに充填するための弁におけるフラッシュ蒸発による損失５％、及びトラックにおける損失１０％）。
これらの蒸発による損失はもちろん、貯蔵後に回収、再加熱、圧縮し、液化装置の中に再注入できる。このことは図１において概略的に示されており、これは生成された液体の貯蔵のための貯蔵設備４を含む施設を表す。水素は気体水素の供給源２から生成され、それが液化装置３の中で液化されてから貯蔵設備４へと輸送される。ボイルオフガスは、例えば直列のヒータ５、バッファタンク６（例えば、等圧）、及び圧縮部品７を含むユニットから取り出すことができる。回収され、圧縮された気体は、液化装置３の入口で取り込むことができ、それを再液化し、貯蔵設備４へと再導入できる。
例えば、液化装置３により生成される液体水素は貯蔵設備４に、（例えば、液化装置の故障を補償するために数日分の消費量を自給自足できる割合で）例えば１．０５～５ ｂａｒ ａｂｓの圧力で供給される。
従来、生成された液体水素は貯蔵設備の圧力におけるその沸点にあり、これは液化がジュール－トムソン効果弁を通じて行われる水素クロードサイクルを用いる水素液化ユニットの従来の設計による。
タンク８は、その中の液体水素が小さい体積パーセンテージであり（例えば、約５％）、加圧され（例えば、３～１０ ｂａｒ ａｂｓ）、高温ガスヘッドスペース（温度は１００Ｋまで到達することもある）と層状となった状態でローディングステーションに到着する。タンク８の全内壁も「高温」（通常、それが接触する液体と同じ温度）である可能性がある。
１つ又は複数のタンク８には重力により充填を行うことができるが、液体の密度が低いため、これでは急速な充填ができない。充填はまた、圧力差により行うこともできる（貯蔵設備４の圧力はタンク８の圧力より高く、特に圧力差は所望の充填速度に応じて３００ ｍｂａｒ～１ ｂａｒであり、流体連通するとそれが流れを生じさせる）。これらの損失水頭には、液体の一部を気化させる効果がある（弁における異常な損失水頭若しくは事故、又はライン内の損失水頭）。
それに加えて、比較的より低温の貯蔵設備４からの水素が比較的より高温のタンク８の金属壁及び輸送配管の壁と接触することもかなりの蒸発の原因となる。
この動作中に蒸発した水素はその後、図１に示されるように、排気されるか、又は液化装置３へと再循環される。この解決策にはそれゆえ、液化装置を実際に使用できるものより速い流速にプロポーショニングする必要がある。それに加えて、これは、加熱装置、等圧貯蔵能力（ガスタンク型）、及びフラッシュガス圧縮器を含むフラッシュガス再循環システムへの投資を必要とするが、それはフラッシュガスもまた場合によっては低温の状態で直接液化装置に戻る可能性があるからである。しかしながら、これはトラックに充填を行うための作業から生じるボイルオフの不安定な流速のために液化装置の動作を妨害する。
したがってこれらの解決策は、生成物の損失（空気中への放出）を発生させるか、又は液化装置３と気体回収ユニットを、トラックの充填中に生成されるボイルオフガスを吸収できるように調整する必要がある。
本発明の１つの目的は、上述の先行技術の欠点の全部又は幾つかを克服することである。
そのために、本発明による、さらには上の序文に記されたその一般的定義による方法は基本的に、この方法が第二の量の液体水素を、液体水素貯蔵設備を含む第二の液体水素供給源からタンクに輸送する第二のステージを含み、第二の量の液体水素は液体水素貯蔵設備とタンクとの間の圧力差によってタンク内に輸送されることを特徴とする。
さらに、本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ又は複数を含むことができる：
－第一の液体水素供給源により補給される液体水素の第一の量は、タンク内の貯蔵圧力の水素の沸点より低い温度を有する。
－タンク内に輸送される液体水素の第一の量は、液体水素の所定の量、タンク内の液体貯蔵容量の所定の割合、第一の液体水素供給源からタンクへの液体水素の特定の流量での輸送の所定の持続時間に対応する液体水素の量、タンク内の温度と圧力をそれぞれの所定の数値だけ下げるのに必要な液体水素の量、タンク内で、それぞれ所定の温度及び圧力値を実現するのに必要な液体水素の量のうちの１つである。
－方法は、第一の輸送ステージと第二の輸送ステージとの間に、タンクから貯蔵設備への加圧ガスの特に圧力等化による取出し、加圧ガスの外部への取出し、特に大気中への放出のうちの少なくとも１つを含むタンク内の圧力を低下させるステージを含む。
－タンク内の圧力を低下させるステージは、タンクからの加圧ガスの貯蔵設備の液相への取出しにより貯蔵設備内の前記加圧ガスを少なくとも部分的に凝結させることを含む。
－方法は、第一の液体水素供給源から液体水素を液体水素貯蔵設備へと、貯蔵設備内の温度を特定の範囲内、特に一定の温度に保つように調整された温度で輸送するステージを含む。
－方法は、タンク内の圧力を、タンクから外部への、特に大気中への加圧ガスの取出しを介して低下させるステージを含み、この圧力低下のステージの終了時に、タンク内の圧力は大気圧より高く保たれる。
－方法は、第一の輸送ステージの前に、タンク内の初期圧力及び、任意選択により温度状態を測定又は推定するステージを含む。
－第一の輸送ステージの前のタンク内の初期圧力及び任意選択により温度状態に応じて、方法はタンク内の圧力を低下させるステージを含むか、又は含まない。
－タンク内の初期圧力が１．０５～１２ ｂａｒ絶対圧、特に３ ｂａｒ絶対圧である場合、第二の輸送ステージは、第一の輸送ステージの直後に行われ、すなわち、これら２つの輸送ステージ間の、タンク内の圧力を低下させるためのタンクからの流体の取出しが行われない。
－タンク内の初期圧力が４～８ ｂａｒ ａｂｓ、特に６ ｂａｒ ａｂｓと等しく、タンク内の初期温度が８０～１２０Ｋ、特に１００Ｋと等しい場合、方法は、２つの輸送ステージ間にタンク内の圧力を下げるステージを含む。
－タンク内の初期圧力が８～１２ ｂａｒ ａｂｓ、特に１０ ｂａｒ絶対圧と等しく、タンク内の初期温度が２０～１２０Ｋ、特に７０又は１００Ｋと等しい場合、方法は、２つの輸送ステージ間にタンク内の圧力を低下させるステージを含む。
－第一の液体水素供給源により補給される液体水素の第一の量は、タンクに直接、及び任意選択により貯蔵設備にも輸送され、液体の圧力での飽和温度と水素の凝固温度よりわずかに高い温度との間の温度、特に２．５バールの貯蔵圧力の場合に１５Ｋ～２３．７Ｋの温度を有する。
－第一の液体水素供給源により補給される液体水素の第一の量は、タンク内の貯蔵圧力での水素の沸点に対して０．１～１２Ｋ低い温度を有する。
－第一の液体水素供給源により補給される液体水素の第一の量は、１．０５～１２ ｂａｒの貯蔵圧力の場合に２０．４Ｋ～３３Ｋの温度及び／又は１．０５～５ ｂａｒの貯蔵圧力の場合に１５Ｋ～２７．１Ｋの温度を有する。
本発明はまた、特定の貯蔵圧力の液体水素貯蔵設備と、充填対象の少なくとも１つの移動タンクと、気体水素供給源と、供給源に接続された入口と液体水素貯蔵設備に接続された出口を含む液化装置と、を含み、貯蔵設備は液体水素貯蔵設備に接続された１つの端と移動タンクに接続される予定の少なくとも１つの他の端を含む液体取出し管を含み、液化装置は、貯蔵圧力での水素の沸点より低い温度の水素を生成し、それを貯蔵設備に供給するように構成される液化水素の貯蔵及び分配施設にも関し、施設はボイルオフガス回収管を含み、これは、タンクに接続される予定の端と貯蔵設備に接続される予定の端を含み、それによってこのボイルオフガスをその液化のために貯蔵設備に輸送し、施設はそれに加えて、液化装置の出口に接続された端と、タンクに直接接続される予定の端を有する輸送管を含み、施設は、少なくとも１つのタンクへの充填を、液体水素の第一の量を液化装置から輸送管を介してタンク内に輸送し、その後、液体水素の第二の量を貯蔵設備から液体取出し管を介してタンクへと輸送することによって行うように構成され、施設は、任意選択によって第一及び第二の量の輸送間で、タンクから貯蔵設備への回収管を介した、特に圧力等化による加圧ガスの取出し、外部への、特に大気への排気管を介した加圧ガスの取出しの少なくとも一方を含む、タンク内の圧力低下を生じさせるように構成される。
他の考え得る顕著な特徴によれば：
－施設は、充填を行う前にタンク内の初期圧力及び任意選択により温度状態を測定又は推定するためのセンサ群を含み、施設は、任意選択により第一及び第二の量の輸送間で、タンク内の前記初期圧力及び任意選択により温度状態に応じてタンク内の圧力低下を生じさせるように構成される。
その他の特有の特徴と利点は、図面に関して提供される以下の説明文を読めば明らかとなるであろう。
先行技術による施設の構造と動作を図解する概略部分図を表す。 本発明による施設の例の構造と動作を図解する概略部分図を表す。 本発明による施設の例の構造と動作を図解する概略部分図を表す。
本発明の実装可能な実施例による液化水素の貯蔵、分配のための施設１が図２に示されている。図１のものと同じ要素は同じ参照番号で指示されている。
施設１は、特定の貯蔵圧力の液体水素貯蔵設備４を含む。この貯蔵設備４は例えば、例えば数百立方メートルという大容量の真空断熱貯蔵設備である。この貯蔵設備４は従来、気相と共に液相を収容し、これら２つの相は、タンクの大きさと充填／排出作業の結果として、熱力学平衡状態にならないようにすることができる。
従来、貯蔵圧力は好ましくは、例えば固定値（例えば、１．０５～１１バール、例えば１．１～５バール、特に２．５バール絶対圧力）に調整される。
「貯蔵圧力」とは、例えば貯蔵設備内又は貯蔵設備の底部若しくは上部（ガスヘッドスペース）内の平均圧力を意味すると理解されたい。これは、水素が低密度である結果として、貯蔵設備の下部内の圧力は上部の圧力と実質的に等しいからである。
設備はさらに、気体水素の供給源２と、供給源２に接続された入口と液体水素貯蔵設備４に接続された出口を含む液化装置３と、を含む。
供給源２は、水素ネットワーク及び／又は水素産生のためのユニット（例えば、水蒸気改質及び／又は電解による、又は他の何れかの適当な供給源）とすることができる。供給源はそれゆえ、純度の低い供給源からの水素（製錬残留ガス、塩素アルカリ水電解装置から生じる有害水素、及びその他）の回収を含むこともできる。
供給源２により供給され、液化装置３により液化される水素は、貯蔵設備４に間欠的及び／又は連続的及び／又は貯蔵設備４内の液位が所定の閾値を下回ったときに輸送できる。好ましくは、貯蔵設備４内の液位は、液化装置３側の供給を介して（液化装置３からの流量及び／又は貯蔵設備４に供給される液体の流量の調整のための弁）自動的に制御される。
施設はさらに、液体水素貯蔵設備４に接続された端と、充填される１つ又は複数のタンク８、特に配送トラックに取り付けられたタンク等の移動タンクに接続される予定の端を含む、液体の取出のための管１０を含む。
この取出し管１０には弁１９、例えばパイロット式弁、及び／又はポンプ若しくはその他を提供できる。
これらのトラックは特に、固定タンク、特に車両に水素を補給するためのステーションに供給できる。
それゆえ、貯蔵設備４には、液体部の中、特に貯蔵設備４の底部に出る充填管１２を介して充填できる。例えば、この管１２は、貯蔵設備４の壁間の真空断熱空間を通ることができる（図２参照）。
輸送／充填は、この管１２上に設けられた弁１６（例えば、パイロット式弁）を介して制御できる。
図２の施設例は追加的に、液化装置３の出口に接続された端とタンク８に直接（貯蔵設備４を通らずに）接続される予定の端を有する輸送管１３を含む。輸送管１３には、液体水素を液化装置３からタンク８へと輸送するために弁２０（好ましくはパイロット式弁）を備えることができる。
液化装置３は、サブクールされた、すなわち貯蔵設備の圧力での水素の沸点より低い温度の液体を生成するように構成される。
この液体はそれゆえ、蒸発が始まる前に利用可能な「予備エネルギー」を有する。これは、作動流体が典型的にヘリウムを含む混合物である“Ｔｕｒｂｏ－Ｂｒａｙｔｏｎ”型のサイクル液化装置で得ることができる。液化装置３は例えば、その作動流体がヘリウムを含むか、又はヘリウムからなる液化装置とすることができる。例えば、液化装置３は、本出願人が販売する“Ｔｕｒｂｏ－Ｂｒａｙｔｏｎ”冷却システムを含むことができ、これは特に１５Ｋ～２００Ｋの冷却及び液化を提供できる。
もちろん、他の何れの液化策も想定できる。それゆえ、例えば、真空膨張弁を含む水素作動流体サイクルを用いるか、又は液体タービン若しくは追加のヘリウムサイクル型の、液化後に水素をサブクーリングするためのシステムを用いるその他の構成も可能である。
この種の液化装置３により、１５Ｋと低い温度且つ１０ｂａｒ（絶対圧）と高い圧力のサブクールされた液体水素を補給することが可能となる。この場合、タンク８への充填は、幾つかのステージで、後述のような幾つかのシナリオで行うことができる。
特に、第一のフェーズにより、タンク８への部分的な充填は特に液化装置３によって直接行うことができる。
この第一のフェーズにおいて、タンク８には、輸送管１３を介して、液化装置３から直接生じた水素を充填でき、液化装置３は水素をタンク８内の初期圧力（タンク８の入口圧力）で補給でき、これは貯蔵設備４の圧力より高い可能性がある。
タンク８内（好ましくは、上部）に輸送されたサブクール液体は、タンク８の高温のガスヘッドスペースと接触する。これによって、タンク８の温度と圧力は、ガスヘッドスペースの一部の凝結により低下する。
この第一のフェーズ中に、タンク８は層状となり得る（全体的な熱力学的平衡状態は平衡状態での温度の非均質性にリンクしない）。サブクール液体はまた、比較的高温のタンク８の内側（金属）壁と接触し、それが冷える。
この第一のステージ又は第一のフェーズで、タンク８内に輸送される液体水素の量は：
－液体水素の所定の量、
－タンク８内の液体貯蔵容量の所定の割合、例えば１０分の１、
－液体水素の第一の供給源からタンク８への特定の流量での所定の輸送持続時間に対応する液体水素の量、
－タンク内の温度と圧力をそれぞれ所定の値だけ下げるのに必要な液体水素の量、タンク８内でそれぞれ所定の温度及び圧力値に到達するのに必要な液体水素の量
のうちの１つとすることができる。
第二の考え得るフェーズにおいて、タンク８は貯蔵設備４の中で少なくとも部分的に減圧できる。
この第二の考え得るフェーズ中に、タンク８は気体の取出しにより減圧でき、これは貯蔵設備４の液相に（例えば回収管１１を介して）戻される。
すると、この高温の気体により、貯蔵設備４の中で、貯蔵設備４のサブクール液体との直接的なエネルギー交換によって部分的又は完全に凝結する。
毎回の充填後に、この再循環された気体水素を完全に凝結させ、貯蔵設備４の温度を一定に保持するために、液化装置３によって貯蔵設備４の中に送られる液体水素の温度は任意選択により下方に調整できる。
第三の考え得るフェーズでは、タンク８は、大気又は回収領域に向かって貯蔵設備４の圧力より低い圧力まで少なくとも部分的に減圧できる。これは、例えば排気管１５を介して実現でき、それには弁（例えば、制御弁）を設けることができる。
好ましくは、この第三の減圧フェーズを中断させて、タンク８内の圧力を大気圧より厳格に高い圧力として、タンク８に向かう空気のクライオポンピングのあらゆる問題を回避する。
第四のフェーズで、タンク８への充填（好ましくはその目標充填レベルまで）は、貯蔵設備４から、好ましくは貯蔵設備４とタンク８との間の圧力差によって行われる。この第四のフェーズ中に、タンク８は好ましくは、貯蔵設備４との圧力差による充填を可能にするのに十分に低い圧力である（３００～１０００ ｍｂａｒの圧力不均衡）。この輸送は、液体がタンク８内の所望のレベルに到達するまでこのように継続できる。
充填方法は少なくとも第一のフェーズを使用し、上述のその他のフェーズの１つ又は複数を使用することができる。
好ましくは、タンク８の初期状態（圧力及び／又は温度）を測定又は特定できる。これは、充填プロセスがこれらすべてのフェーズを使用することも、又は後述の例に示されているようにそれらの１つ又は複数を省略することもできるからである。
例えば、図３に示されるように、機器はタンク８内に圧力及び／又は温度センサ群２２を含むことができる。
それゆえ、充填が行われるべきタンク８内の初期状態が次の通り：すなわち圧力１～５ ｂａｒ、好ましくは３ ｂａｒ ａｂｓと等しく、タンクのガスヘッドスペースの温度が２０Ｋ～１２０Ｋ、好ましくは７０Ｋと等しい場合、好ましくは充填プロセスで第一及び第四のフェーズが使用され、第二及び第三のフェーズが省略される。
初期圧力５～８ ｂａｒ、好ましくは６ ｂａｒ ａｂｓと等しく、またタンクのガスヘッドスペースの温度が２０～１２０Ｋ、好ましくは１００Ｋと等しい場合、好ましくは充填プロセスで４つのフェーズ（すなわち、タンク８の減圧の中間フェーズを含む）が使用される。
初期圧力８～１２ ｂａｒ、好ましくは１０ ｂａｒ ａｂｓと等しく、タンクのガスヘッドスペースの温度が２０～１２０Ｋ、好ましくは７０Ｋと等しい場合、好ましくは充填プロセスで４つのフェーズが使用される。
本発明者らは、この充填方式によって、異なる原因から生じるボイルオフ損失を低減化できることを実証した。
この充填方法は、有利な点として、液化装置３（例えば、“Ｔｕｒｂｏ－Ｂｒａｙｔｏｎ”型）のサブクーリング能力と、液体水素を比較的高圧で（例えば、最高１０ ｂａｒ（絶対圧））で補給するその能力も利用する。これによって、ボイルオフガスを再循環させる系及び液化装置３のオーバプロポーショニングを回避することが可能となる。これを回避できる代わりに、後述のように、液化によるエネルギー消費が若干増加する。
第一のフェーズ（第一の輸送ステージ）により、タンク８を熱力学的平衡状態にして、その圧力とその温度を大幅に下げることができる。
第一のステージ（フェーズ１）中、タンク８内に存在する高温の流体は、貯蔵設備４に戻すための管１１上の弁２１を閉じることによってタンク８内に保持し、液化装置３から発生するサブクールされた液体水素による高温蒸気の凝結の結果としてタンク８内の圧力が（特定の圧力レベルまで）十分に下がるようにすることができる。
タンク８内の圧力により特定される時間の後、液化装置３からのこの直接的な部分的充填は停止され、タンク８内の圧力に応じて、タンク８の充填の継続（及び終了）を貯蔵設備４との圧力差により実行できる（フェーズ４）。
反対に、タンク８の圧力が第一のフェーズ／ステージの終了時に依然として高すぎれば、タンク８をまず貯蔵設備４の底部へと減圧し（タンク８内の圧力低下ステージであるフェーズ２）、及び／又は外部に向かって減圧する（タンク８内の圧力低下ステージであるフェーズ３）ことができる。
貯蔵設備４への減圧の場合、貯蔵設備４内のレベルはわずかに上昇するかもしれない（例えば、１体積％未満）。
貯蔵設備４へと輸送された高温ガスの質量の全部を凝結させるために、サブクールされた液体水素を十分な量だけ液化装置３によって貯蔵設備へと送らなければならない。
それゆえ、液化装置３の出口における液体のサブクーリングの程度の調整を制御して、蒸発による水素の損失を制限し、又はなくすことができる。
タンク８の初期状態が「極端」すぎる（例えば、圧力が１０ ｂａｒ ａｂｓ以上、気体の温度が１００Ｋ以上である）場合、フェーズ２を実行しないこと、又は部分的にのみ実行することにより、高温の減圧された気体の質量が貯蔵設備４の状態を乱して、それを補償するために液化装置３からの液体水素を過剰に大量に必要とするのを防止することが有利であり得る。
これは、液化装置３により補給される液体水素のこのような質量の増大が多大な追加的コストを生じさせる原因となり得るからである。これを防止するために、フェーズ２の代替的又は同時的解決策はタンク８からの高温の気体を大気圧まで減圧させること（フェーズ３）であり得る。
他方で、より好ましいケース（例えば、初期圧力が３ ｂａｒ ａｂｓ以下、初期温度が７０Ｋ以下）では、圧力低下ステージ（フェーズ２及び／又は３）を用いずにタンク８への充填を行うことができる。
それゆえ、これらの状況では第一のステージ（フェーズ１）でタンク８内の圧力を貯蔵設備４の圧力より低く下げるのに十分であるかもしれず、それによって圧力差による充填が可能となる。
留意すべき点して、圧力差圧力が不十分である場合、液体を貯蔵設備４からタンク８へと輸送するためにポンプを使用することもできる。
本発明者らは、この方法によって蒸発による損失を従来の充填手順と比較して８～１０分の１に低減できることを実証した。
この解決策により、序文に記載された蒸発した気体の再循環のための系をなくすことが可能である。
本解決策により、このようにしてその代わりに液化エネルギーの消費量はわずかに増大するが、施設の資本コストを削減できる。
それに加えて、エネルギーの価格と水素の価値に応じて、本明細書に記載のシステムによれば、タンク８に送達される液体水素の生成コストに関して全体的節約の全体を可能にできる。
この解決策により、必要に応じて、利用可能な水素の量がより少なければ液体のサブクーリングを増大させることも可能となる。これによって、有利な点として、貯蔵設備４内に収容される液体のサブクーリングの程度を調整できる。それゆえ、貯蔵設備４内のこの液体は、蒸発の開始前に「予備エネルギー」又は「予備フリゴリ」を有する。
この施設によって幾つかのタンクへの充填を同時にできる場合（幾つかの管１１、１３、又はこれらの管の幾つかの端）、好ましくは施設１が異なるステージ（フェーズ）を連続して行い、それによって第一の輸送ステージ（フェーズ１）を異なるタンク８間で逐次的に使用することができるように構成できる。同様に、施設１は充填対象の異なるタンク８についてその他のステージ／フェーズを連続して行うように構成できる。
「～ように構成される」という用語は、施設が手動で、及び／又は自動的に制御できることを意味すると理解されたい。例えば、図３に図式的に示されるように、施設１は電子制御ユニット２３を含むことができ、これは例えば、施設の構成要素の全部又は一部（液化装置、弁及びその他）を制御し、機能させるように構成（プログラム／制御）されたコンピュータ又はマイクロプロセッサを含む。
回収管１１により回収された高温の流体はそれゆえ、貯蔵設備４に戻し、そこで冷却し／凝結させることができる。この構成により、有利な点として、サブクールされた水素を、タンク４の最大動作圧力より高い圧力で、ポンプを用いずにタンク８に充填することが可能となる。
還流管１１の弁２１により、それゆえ、直接的な再液化により、貯蔵設備８内の圧力と水素の質量を保持することが可能となる。
好ましくは、液化装置３は、水素を生成し、貯蔵圧力での水素の沸点より低い温度で水素を貯蔵設備４に供給するために構成される。
貯蔵圧力は例えば、１．０５バール～５バール、特に２．５バールである。
例えば、液化装置３により生成され、貯蔵設備４に輸送される液体水素の温度は、貯蔵圧力での水素の沸点に関して０．１～１２Ｋ低く、特に１．０５～１１バールの貯蔵圧力の場合に１６Ｋ～２３Ｋの温度にて、特に２．５バールの貯蔵温度の場合に２０．４～２１Ｋの温度にてである。
例えば、液化装置により生成され、貯蔵設備４の中へと輸送される液体水素は、液体の圧力での飽和温度と１．１ ｂａｒ ａｂｓの圧力での飽和温度との間の温度、特に貯蔵圧力２．５ ｂａｒの場合に２０．４～２３．７Ｋの温度を有する。
液化装置により生成され、貯蔵設備４の中へと輸送される液体水素は、液体の圧力での飽和温度と水素の凝固温度よりわずかに高い温度との間の温度、特に貯蔵圧力２．５ ｂａｒの場合に１５Ｋ～２３．７Ｋの温度を有することができる。
同様に、液化装置により生成される液体水素は、タンク８へと直接輸送され、及び任意選択により貯蔵設備４にも輸送される液体水素は、液体の圧力での飽和温度と水素の凝固温度よりわずかに高い温度との間の温度、特に貯蔵圧力２．５ ｂａｒの場合に１５Ｋ～２３．７Ｋの温度を有することができる。
すなわち、液化装置３は、先行技術の構成に関して、すなわち貯蔵設備４の圧力での水素の沸点より低い温度にてサブクールされる液体を生成する。
沸点とは、沸騰（気化）から最初の気泡（気化）出現する温度（ある圧力下）を指す。
好ましくは、液化装置３は、サブクールされた熱力学状態の液体水素を直接供給する。例えば、液化装置３の出口で、水素は、任意選択により貯蔵設備４まで続く回路中の加熱を考慮に入れたサブクーリング状態を有する。
好ましくは、水素の液相及び気相は貯蔵設備４の中で熱力学平衡状態にない。すなわち、貯蔵設備４の水素の気相及び液相は、異なるそれぞれの温度を有する。特に、水素は安定した圧力（貯蔵圧力）に保持できるものの、水素、特に気体水素の温度は下部における低温の液相と上部におけるより高温の気体部との間で層状となり得る。
この状態（気体部と液体部との間で異なる温度）では、気体部の大部分が４０Ｋの温度となり得る。
実際、水素の臨界点は３３Ｋで１２．８バールである。それゆえ、ガスの圧力を４０Ｋの等温で高めることによってガスを濃縮することは不可能である。
すると、第一の方式では、貯蔵設備４の底から低温の液体を追加することによって、ガスヘッドスペースを凝縮させずに貯蔵設備４を加圧できるという結論を容易に出すことができる。
それゆえ、比較的「高温の」ガスヘッドスペース（例えば、４０Ｋ以上の温度）と、その沸点に対応する温度以下の液体部を含む準安定の（又は不安定の）熱力学系を得ることができる。これは特に、温度が層状のガスヘッドスペースに関連付けられるサブクール液体の場合に当てはまる。
貯蔵圧力は、１．０５ ｂａｒ～５ ｂａｒ、特に２．５ ｂａｒに含まれ、維持されることができる。
貯蔵設備４とタンク８は、ジャケットを備え、真空断熱することができる。
施設１は、液化装置の出口に接続された端と貯蔵設備４の気相（上側部分）の中に出る端を有する管１４を含むことができる。
施設はそれゆえ、貯蔵設備に液化装置３により生成された水素を自動的に補給することによって、貯蔵設備４内の液面を特定の閾値より高く保つように構成できる。
貯蔵設備４の中の圧力は、例えばガスヘッドスペースの圧力を制御することによって制御できる。例えば、圧力を上げることができる（ガスヘッドスペース内により高温の水素を注入するための従来の装置であるが、簡潔にするために図示されていない）。すなわち、圧力上昇装置は、貯蔵設備から液体を取出し、それを再加熱して、貯蔵設備４の上部に再注入することができる。
貯蔵設備４の中の圧力を下げるために、１つの解決策は、液化装置３から出る液体水素を気体部中に噴霧することによって注入することであり得る。これは、例えば弁１７の設けられた適当な管１４を介して行うことができる。貯蔵設備４の中の圧力を低下させるためには、ガスヘッドスペース内に収容される気体水素の一部を空気中に放出することも可能である（例えば、図示されていない、弁の設けられた管１８）。
本発明は、必要に応じて水素以外のガスにも応用できる。

Claims (14)

  1. 液体水素タンク（８）、特にセミトレーラの移動タンクを充填する方法において、液体水素の第一の量を、水素液化装置（３）を含む第一の液体水素供給源から前記タンク（８）に輸送する第一のステージ（３３）を含み、前記液体水素の第一の量は前記タンク（８）内の温度と圧力を下げるために提供され、液体水素の第二の量を、液体水素貯蔵設備（４）を含む第二の液体水素供給源から前記タンク（８）に輸送する第二のステージ（３４）を含み、前記液体水素の第一の量は前記水素液化装置（３）から前記タンク（８）に直接輸送され、前記液化水素の第二の量は、前記液体水素貯蔵設備（４）と前記タンク（８）との間の圧力差によって前記タンク（８）の中に輸送されることを特徴とする方法。
  2. 前記液体水素の第一の供給源（３）により供給される前記液体水素の第一の量は、前記タンク（８）内の前記貯蔵圧力での水素の沸点より低い温度を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記タンク（８）内に輸送される前記液体水素の第一の量は、液体水素の所定の量、前記タンク（８）内の液体貯蔵容量の所定の割合、前記第一の液体水素供給源から前記タンク（８）への液体水素の特定の流量での輸送の所定の持続時間に対応する液体水素の量、前記タンク（８）内の温度と圧力をそれぞれの所定の数値だけ下げるのに必要な液体水素の量、前記タンク（８）内で、それぞれ所定の温度及び圧力値を実現するのに必要な液体水素の量のうちの１つであることを特徴とする、請求項１及び２の何れか１項に記載の方法。
  4. 前記第一の輸送ステージ（３３）と前記第二の輸送ステージ（３４）との間に、前記タンク（８）からの加圧ガスの前記貯蔵設備（４）への、特に圧力等化による取出し（３８）、加圧ガスの外部への取出し（１５）、特に大気中の放出のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、前記タンク（８）内の圧力を低下させるステージ（３８、１５）を含む、請求項１～３の何れか１項に記載の方法。
  5. 前記タンク（８）内の圧力を低下させる前記ステージは、前記タンク（８）からの加圧ガスの前記貯蔵設備（４）の液相への取出し（３８）により、前記貯蔵設備（４）内の前記加圧ガスを少なくとも部分的に凝結させることを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. 前記第一の液体水素供給源（３）から液体水素を前記液体水素貯蔵設備（４）へと、前記貯蔵設備（４）内の温度を所定の範囲内、特に一定の温度に保つために調整された温度で輸送するステージを含むことを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
  7. 前記タンク（８）の内の圧力を、前記タンク（８）から外部への、特に大気中への加圧気体の取出し（１５）を介して低下させるステージを含むことと、この圧力低下ステージの終了時に、前記タンク（８）内の圧力が大気圧より高く保たれることを特徴とする、請求項４～６の何れか１項に記載の方法。
  8. 前記第一の輸送ステージ（３３）の前に、前記タンク（８）内の初期圧力及び、任意選択により温度状態を測定又は推定するステージを含むことを特徴とする、請求項１～７の何れか１項に記載の充填方法。
  9. 前記第一の輸送ステージ（３３）の前の前記タンク（８）内の初期圧力及び、任意選択により温度状態に応じて、前記タンク（８）内の圧力を低下させるステージを含むか、又は含まないことを特徴とする、請求項８と請求項４～７の何れか１項との組合せに記載の方法。
  10. 前記タンク（８）内の初期圧力が１．０５～１２ ｂａｒ絶対圧、特に３ｂａｒ絶対圧である場合、前記第二の輸送ステージは前記第一の輸送ステージの直後に行われ、すなわち、これら２つの輸送ステージ間の、前記タンク（８）内の圧力を低下させるための前記タンク（８）からの流体の取出しが行われないことを特徴とする、請求項８又は９と請求項１～６の何れか１項との組合せに記載の充填方法。
  11. 前記タンク（８）内の初期圧力が４～８ ｂａｒ ａｂｓ、特に６ ｂａｒ ａｂｓと等しく、前記タンク（８）内の初期温度が８０～１２０Ｋ、特に１００Ｋと等しい場合、前記２つの輸送ステージ間に前記タンク（８）内の圧力を下げるステージを含むことを特徴とする、請求項８～１０の何れか１項と請求項４～７の何れか１項との組合せに記載の充填方法。
  12. 前記タンク（８）内の初期圧力が８～１２ ｂａｒ ａｂｓ、特に１０ ｂａｒ絶対圧と等しく、前記タンク（８）内の初期温度が２０～１２０Ｋ、特に７０Ｋ又は１００Ｋと等しい場合、前記２つの輸送ステージ間に前記タンク（８）内の圧力を低下させるステージを含むことを特徴とする、請求項８～１０の何れか１項と請求項４～７の何れか１項との組合せに記載の充填方法。
  13. 特定の貯蔵圧力の液体水素貯蔵設備（４）と、充填対象の少なくとも１つの移動タンク（８）と、気体水素供給源（２）と、前記供給源（２）に接続された入口と前記液体水素貯蔵設備（４）に接続された出口を含む液化装置（３）と、を含み、前記貯蔵設備（４）は前記液体水素貯蔵設備（４）に接続された１つの端と前記移動タンク（８）に接続される予定の少なくとも１つの他の端を含む液体取出し管（１０）を含み、前記液化装置（３）は、前記貯蔵圧力での水素の沸点より低い温度の水素を生成し、それを前記貯蔵設備（４）に供給するように構成される液化水素の貯蔵及び分配施設において、ボイルオフガス回収管（１１）を含み、これは、前記タンク（８）に接続される予定の端と前記貯蔵設備（４）に接続される予定の端を含み、それによってこのボイルオフガスをその液化のために前記貯蔵設備（４）に輸送し、それに加えて、前記液化装置（３）の前記出口に接続された端と、前記タンク（８）に直接接続される予定の端を有する輸送管（１３）を含み、前記少なくとも１つのタンク（８）への充填を、液体水素の第一の量を前記液化装置（３）から前記輸送管（１３）を介して前記タンク（８）内に輸送し、その後、液体水素の第二の量を前記貯蔵設備（４）から前記液体取出し管（１０）を介して前記タンク（８）へと輸送することによって行うように構成され、任意選択により前記第一及び第二の量の前記輸送間で、前記タンク（８）から前記貯蔵設備（４）への前記回収管（１１）を介した、特に圧力等化による加圧ガスの取出し、外部への、特に大気への排気管（１５）を介した加圧ガスの取出しの少なくとも一方を含む、前記タンク（８）内の圧力低下を生じさせるように構成される施設。
  14. 充填を行う前に前記タンク（８）内の初期圧力及び任意選択により温度状態を測定又は推定するためのセンサ群（２２）を含むことと、前記第一及び第二の量の前記輸送間で、前記タンク（８）内の前記初期圧力及び任意選択により温度状態に応じて前記タンク（８）内の圧力低下を生じさせるか生じさせないように構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の施設。
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