JP2023526398A - 液化ガス貯蔵タンク - Google Patents

Abstract

液化ガス、具体的には液化水素を貯蔵するためのタンクであって、タンク（１）の使用形態において水平である主要方向（Ａ）に延在する貯蔵空間を画定するハウジング（２）を含み、タンク（１）は、貯蔵空間に少なくとも１つの偏向壁（３）を含み、タンク（１）は、流体を長手方向（Ａ）に少なくとも１往復させる一方で、貯蔵空間（２）の下端及び上端を通過させるために主要方向（Ａ）にずれて延在する、貯蔵空間内に数個の偏向壁（３）を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、液化ガス、具体的には液化水素を貯蔵するためのタンクに関する。

本発明は、より詳細には、液化ガス、具体的には液化水素を貯蔵するためのタンクに関し、前記タンクは、タンクの使用形態において水平である主要方向に延在する貯蔵容積を区切るシェルを含み、タンクは、貯蔵容積内に少なくとも１つの偏向壁を含む。

液状の水素は、大量の製品を長距離にわたって貯蔵又は輸送しなければならない時に好ましい。液体水素の別の利点は、２０Ｋの温度で、この液体水素が事実上気体から全ての不純物（不純物はこの温度では固体である）を取り除き、それによってそれを使用する燃料電池の作動を最適化することである。

それに反して、この液体は水と比べて密度が低いので、例えば静圧ヘッドを通って利用可能な圧力の量を制限し、低温により輸送中にかなりの蒸発損失を生じることがある。トラック及びタンクを水素供給ステーションで降ろすためのシステムは、生産の最高１５％にも及ぶ可能性がある損失をもたらす可能性がある。

これらのトラックの加圧損失は、当然ながら各ステーションで浪費され又は回収され、再加熱され、再圧縮され、液化装置に再注入される可能性がある。これは、損失再循環システムに行う投資、及び液化システムの大型化を必要とする。

過冷却された液体の輸送は、タンク内の圧力が気圧より低くならないように対策を取る必要がある。これは、タンクの機械的強度の観点から、又は輸送された流体に空気が入る可能性に起因して、危険である恐れがある。

液化装置からのトラックは、液体水素をステーションでトラックから貯蔵部（この貯蔵部は、液体ポンプの作動を確実にし、又は水素を加圧された状態で供給できるように、概して加圧したまま保たれる）に降ろすために加圧されなければならない。この加圧は、トラックから水素を蒸発させて再加熱することによって行われる（ＰＢＵ）。これは、従ってトラックの中にエネルギーを導入する。

一旦液体が使用者に移送されると、トラックは、別のステーションに供給するために行き、又は補給のために液化装置に戻ることができる。トラックの移動により、貯蔵容積内の液体が動き、それが気相と接触するお陰で、減圧が可能になる。一方、得られる圧力は、システム内にエネルギーを追加するので、最初の圧力より常に大きくなる。

最終的に、トラックによって実行された充填数及びこれらのステーションに必要な圧力は、往復した後に液化装置内で浪費され、又は再液化される水素の量を決定する。

圧力が極低温液貯蔵部から機器の別の品目に解放される時に、様々な場合のシナリオを生じる可能性がある。その点で、貯蔵部の内側の圧力の低減により、液体が水蒸気と平衡状態にある場合に液体は蒸発する（液体内の泡）。この蒸発は、液体の温度を均質化する傾向がある（反成層）。圧力を低減するために貯蔵部から抽出される液体の質量は、貯蔵部から出る水蒸気の温度に直接関連する（水蒸気が低温であるほど、圧力の同じ変化に対して抽出される密度は高くなり質量は大きくなる）。

極低温液体貯蔵庫が排熱により、又は別のタンクからの移送により加圧される時に、様々な場合のシナリオが生じる可能性がある。その点で、液体の上で成層する水蒸気が多いほど、貯蔵部の内側の圧力が速く上昇する（温度が上昇すると、水蒸気の密度は低減する）。圧力の同じ上昇に対して、気体の密度に比べて「高温の」水蒸気の質量より多い質量の低温水蒸気（平衡温度）を注入する必要がある。

極低温液体貯蔵部が別のタンクからの液体によって充填される時、様々な場合のシナリオが生じる可能性がある。その点で、液体の上に成層される水蒸気が多いほど、頂部から水蒸気を抽出することなく充填が貯蔵部の底部から行われる時に、圧力の上昇は速い。貯蔵部内に存在する水蒸気より液体の温度が低いほど、貯蔵部が頂部から充填される（雨）時に、圧力の降下は大きい。

極低温液体貯蔵部が排出される時に、様々な場合のシナリオが生じる可能性がある。その点で、液体が平衡から離れる（過冷却される）ほど、貯蔵部が頂部に水蒸気を追加することなく排出される時に、圧力の降下は速く、そうでなければ、減圧の場合のように蒸発が起きる。

水蒸気の温度が平衡から離れるほど、貯蔵部が頂部に水蒸気を追加することによって排出される時に、追加される水蒸気の質量は低下する。

要するに、タンク内の水蒸気（気相）、及び液体の理想的な構成は、それぞれの作動（減圧、充填、その他）に応じて変えることができ、以下のように要約することができる。
減圧：成層された水蒸気、過冷却された液体。
充填：成層された水蒸気、過冷却された液体。
満杯時の貯蔵／輸送：成層されない水蒸気、過冷却された液体。
一部満杯／空の時の貯蔵／輸送：成層された水蒸気、過冷却された液体。
加圧：成層された水蒸気、過冷却された液体。
排出：成層された水蒸気、過冷却された液体。

このように満杯のタンクの貯蔵及び／又は輸送のみが、この少量の水蒸気の圧力の大幅な上昇を回避するために、気相内の平衡（成層がない）が必要であるはずである。従って好ましくは、液体は貯蔵部内の圧力で平衡温度に対して成層して過冷却される。

本発明の目的は、上記の先行技術の欠点の全て又は一部を克服することである。

その目的のために、本発明による、更に上記前文に与えられた一般的定義によるタンクは、流体が貯蔵容積の下端と上端との間を通過する際に、流体を主要方向に少なくとも１往復動かすように、主要方向にずれて延在する貯蔵容積に複数の偏向壁を含むことを基本的に特徴とする。

この構造により、輸送、自然対流、又は充填／排出動作によって起きる液体の動きの可能性にかかわらず、成層されて過冷却された液体の温度を保つことを可能にする。

更に、本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ又は複数を有することがある、すなわち
偏向壁は、シェルの一端から主要方向に貯蔵容積の一部にわたって延在する、
偏向壁は、タンクの使用形態において水平又は実質的に水平である、
偏向壁は、貯蔵容積の断面全体を水平に通って延在する、
奇数の偏向壁、具体的には３つの偏向壁を有する、タンク
タンクは、シェルの一方の長手方向端部の下部に置かれた充填及び／又は排出オリフィスを有する、
タンクは、シェルの一方の長手方向端部の上部に置かれた充填及び／又は排出オリフィスを有する、
タンクは、一方の長手方向端部、及び貯蔵容積の上部と下部との間の中間高さに置かれた流体の充填又は排出オリフィスを有する、
タンクは、複数のオリフィスによって穿孔された偏向壁を有する、
タンクは、複数のオリフィスによって、例えば前記偏向壁の表面の一部のみにわたって穿孔された偏向壁を有する、
貯蔵容積の上部に置かれた偏向壁は、複数のオリフィスによって穿孔される、
偏向壁の少なくとも一部は、具体的にはシェルが作成される材料より軽量である、可撓性材料から構成される。

本発明は、特許請求の範囲内の上記若しくは下記の特徴のあらゆる組合せを含む、あらゆる代替デバイス又は方法にも関してもよい。

更に具体的な特徴及び利点は、与えられた図を参照して以下の記載を読めば明らかになろう。

本発明によるタンクの第１の例示的実施形態を例示する、垂直断面の概略部分図を示す。 本発明によるタンクの第２の例示的実施形態を例示する、垂直断面の概略部分図を示す。 本発明によるタンクの第３の例示的実施形態を例示する、垂直断面の概略部分図を示す。

タンク１は、概略的に示されており、液化ガス、具体的には液化水素を貯蔵するように構成される。

このタンクは、主要方向Ａに延在する貯蔵容積を区切る、例えば全体の形状が円筒形を有するシェル２を含む。例えばこの主要方向Ａは、タンクの長手方向である。円筒部の母線は、この主要方向Ａ又は軸に平行であってもよい。主要方向Ａは、タンク１の使用形態において水平であってもよい。すなわち、タンク１は、「水平」若しくは「垂直」又は球体型（後者の場合、主要方向Ａは水平であってもよい）のタンクであってもよく、或いはあらゆる他の適切な形を有してもよい。

概略図では、シェル２のみが示されている。当然のことながら、タンク１は、真空下で断熱された空間を形成して、シェル２の周りに壁が配置された、二重壁型からなってもよい。

タンク１は、主要方向Ａにずれて延在する貯蔵容積に、複数の水平偏向壁３を含む。これらの偏向壁３は、流体が貯蔵容積２の下端と上端との間を通過する際に、流体を主要方向Ａに少なくとも１往復動かすように配置される。

例示された例では、３つの偏向壁が提供されている。当然のことながら、２つ又は４つ以上の壁３が提供されてもよい。

偏向壁３は、シェル２の一方の長手方向端部から貯蔵容積の長さの一部にわたって延在する。例えば垂直に連続して切り取られた偏向壁３は、シェル２の一方の長手方向端部、次いで他方の長手方向端部に交互に連結される。

３つの偏向壁３の場合、例示されたように、これは、タンクの頂部から底部に（又は逆も同様である）通過するために、流体を長手方向に３回方向を変更させる３つのシケインを形成する。

偏向壁３は、好ましくは貯蔵容積の断面全体にわたって水平に延在し、それらの横方向周辺にわたってシェルに連結される（流体用の垂直通路を形成するフリー端部と呼ばれる端部を除く）。

これらの偏向壁３は、貯蔵容積の底部の液体が貯蔵容積の頂部の液体若しくは水蒸気と接触又は移送するのを制限する。

これは、成層されて過冷却された液体を貯蔵容積の底部に維持することを可能にする。充填レベルに依存して、水蒸気も意図した利点により成層又は非成層され得る。

図２及び図３に例示されたように、タンクは、シェル２の一方の長手方向端部の下部に置かれ、導管に連結された充填又は排出オリフィス４を有してもよい。

同様に、タンクは、シェル２の一方の長手方向端部の上部に置かれ、導管に連結された充填又は排出オリフィス５を有してもよい。

底部から充填が行われる場合に、オリフィス４を通って到着する冷液は、次のレベルに上昇することができる前に、貯蔵容積の長さを通って流れなければならず、次も同様である。

液体は再加熱され、特にシェル２の壁が熱過ぎる場合に蒸発する。しかし平衡に近いこの水蒸気又はこの液体は、供給部を介して到着する冷液と相互作用することなく、水平偏向壁により貯蔵容積の頂部に向けられる。

貯蔵部から出る水蒸気は、水蒸気が高温の壁と接触した際に貯蔵部内で上昇するので再加熱される（壁は冷却される）。

貯蔵容積が満杯の時に、液体の成層は、偏向壁によって保存され、（輸送のための）動きにより、又は固定した貯蔵部のために水蒸気を抽出することによって起きる水蒸気の成層を制限することができる。

この解決策は、好都合なことに必要に応じて、移動可能なタンク内に伝統的に設置される液体のスロッシングを防ぐための「反スロッシング」壁に交換することも可能にする。これは、偏向壁３により動き始めることができる液体の質量を制限することにより、急な動きによる液体のスロッシング効果を自動的に低減するからである。

図２又は図３に例示されたように、流体、好ましくは水蒸気の戻りを貯蔵容積の上部と下部との間の中間の高さに置かれたオリフィス６を介して、貯蔵容積の内部に向かって提供することができる。

この中間オリフィス６は、導管に連結されてもよく、濃縮するためにこの流体、具体的にはこの水蒸気が液体を通過できる一方で、依然として過冷却された液体の一部を下部に留めるために、２つの偏向壁３の間に置かれてもよい。

追加として又は別法として、図３に例示されたように、最後の（上部）偏向壁３は、気体が通過し、気体と液体との間の接触表面積を増加することができるために穿孔構造（複数の穴）を有してもよい。

この選択肢は、好都合なことに流入する（落下する）液体と存在する気体との間の交換領域を拡大するために、貯蔵容積を頂部から充填する場合にも使用されてもよい。これにより、タンクの長さにわたる「注入器」型の液体分配器を設置する必要性を回避することが可能になる。

追加として又は別法として、偏向壁３は、タンク内のこれらの偏向壁３の追加質量を制限するために（例えば、仏国特許第２９６６８９９Ａ号明細書参照）、その機械的特性を低温で維持する、軽量で可撓性の材料（例えばタンクの残余部より軽量）から作成されてもよい。これは、輸送のために使用されるタンクに対して、タンクの質量は、輸送できる製品の最大量を制限するからである。

本発明によるタンクは、液相内に少なくとも一部が沈んだ偏向壁のお陰で、液体の成層を維持できる一方で、気相と接合する液体を依然として気相と平衡に（具体的には気圧より高い圧力に）保つことを可能にする。これは、液体の過冷却層をタンクの下部に留めることを可能にする。これは、輸送、具体的には過冷却された液体の輸送に使用されるタンクに特に好都合である。

Claims (14)

1. 液化ガス、具体的には液化水素を貯蔵するためのタンクであって、前記タンク（１）の使用形態において水平である主要方向（Ａ）に延在する貯蔵容積を区切るシェル（２）を含み、前記タンク（１）は、流体が前記貯蔵容積（２）の下端と上端との間を通過する際に、前記流体を前記主要方向（Ａ）に少なくとも１往復動かすように、前記主要方向（Ａ）にずれて延在する、前記貯蔵容積に複数の偏向壁（３）を含み、複数のこれらの前記偏向壁（３）は、前記貯蔵容積の下半分に置かれることを特徴とする、タンク。
2. 前記偏向壁（３）は、前記シェル（２）の一端から前記主要方向（Ａ）に前記貯蔵容積の一部にわたって延在することを特徴とする、請求項１に記載のタンク。
3. 前記偏向壁（３）は、前記タンク（１）の前記使用形態において水平又は実質的に水平であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタンク。
4. 前記偏向壁（３）は、前記貯蔵容積の断面全体を水平に通って延在することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のタンク。
5. 前記タンク（１）は、奇数の偏向壁（３）、具体的には３つの偏向壁（３）を有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のタンク。
6. 前記タンク（１）は、前記シェル（２）の一方の長手方向端部の下部に置かれた充填及び／又は排出オリフィス（４）を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のタンク。
7. 前記タンク（１）は、前記シェル（２）の一方の長手方向端部の上部に置かれた充填及び／又は排出オリフィス（５）を有することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のタンク。
8. 前記タンク（１）は、一方の長手方向端部、及び前記貯蔵容積の上部と下部との間の中間高さに置かれた流体の充填及び／又は排出オリフィス（６）を有することを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のタンク。
9. 前記タンク（１）は、複数のオリフィス（７）で穿孔された偏向壁（３）を有することを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のタンク。
10. 前記タンク（１）は、複数のオリフィス（７）で穿孔された偏向壁（３）を前記偏向壁（３）の表面の一部のみにわたって有することを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のタンク。
11. 前記貯蔵容積の上部に置かれた前記偏向壁（３）は、複数のオリフィス（７）で穿孔されることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載のタンク。
12. 前記偏向壁（３）の少なくとも一部は、具体的には前記シェルが作成される材料より軽量である、可撓性材料から構成されることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のタンク。
13. 前記タンク（１）は、液化ガスを含有し、前記偏向壁（３）の少なくとも一部は、液相に沈んでいることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のタンク。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載のタンクを使用する極低温液化ガスを貯蔵するための方法であって、前記液化ガスは、前記偏向壁の少なくとも１つの上に置かれた液位で前記タンク（１）に貯蔵されることを特徴とする、方法。
    
    

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