JP4050019B2 - ボイルオフガス処理装置 - Google Patents
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Description
【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、触媒燃焼器で燃焼して排出する技術が検討されている。
しかしながら、前述したようにボイルオフガスは極低温なため、これを触媒燃焼器に導入しても触媒が活性温度に達しないことが多く、そのため触媒反応が起こらず、ボイルオフガスが燃焼されずに排出されてしまうことがある。
【０００８】
そこで、この発明は、ボイルオフガスを電気ヒータで加熱してから触媒に導くことにより、触媒を早期に活性化させて、ボイルオフガスを確実に燃焼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、前記液体水素タンクから排出される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ボイルオフガス排出路１０）に空気を導入して空気とボイルオフガスとを混合する混合手段（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ６）と、前記混合手段により混合された混合気体を燃焼させる触媒燃焼器（例えば、後述する実施の形態における触媒燃焼器７）と、前記触媒燃焼器における前記混合気体の導入側に設けられた電気ヒータ（例えば、後述する実施の形態における電気ヒータ８）と、前記混合手段よりも上流の前記排出流路に設けられ、前記液体水素タンクの内圧が、該液体水素タンク内のボイルオフガスを外部に排出することが必要となる第１の所定圧力を超えると開弁して液体水素タンク内のボイルオフガスを前記混合手段に導入し、前記第１の所定圧力以下で閉弁する排出弁（例えば、後述する実施の形態における開放弁５）と、前記液体水素タンク内の圧力を検出する圧力センサ（例えば、後述する実施の形態における圧力センサ１３）と、を備え、前記圧力センサにより検出された前記液体水素タンクの内圧が前記第１の所定圧力よりも低い第２の所定圧力に達したときに前記電気ヒータに通電して、前記触媒燃焼器へのボイルオフガスの導入に先立って前記電気ヒータにより前記触媒燃焼器を予備加熱することを特徴とするボイルオフガス処理装置である。
【００１０】
このように構成することにより、ボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるのに先立って電気ヒータに通電して触媒燃焼器を予備加熱することが可能になる。
さらにその後、排出弁が開弁して液体燃料タンクからボイルオフガスが排出されたときには、混合手段により混合された混合気体を電気ヒータで加熱してから触媒燃焼器の触媒に導くことができ、触媒を迅速に活性温度まで昇温して早期に活性化させることが可能になる。
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。
【００１１】
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、前記排出弁の開閉に応じて前記電気ヒータの通電を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、排出弁が開きボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるときに電気ヒータに通電して混合気体を加熱し、排出弁が閉じボイルオフガスが触媒燃焼器に導入されないときには電気ヒータを非通電状態にすることが可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記触媒燃焼器の温度を検出する温度検出手段（例えば、後述する実施の形態における温度センサ１５）を備え、前記触媒燃焼器の温度に応じて前記電気ヒータの通電を制御することを特徴とする
このように構成することにより、触媒燃焼器の温度が所定温度よりも低いときにだけ電気ヒータに通電することが可能になる。その結果、必要時にのみ電気ヒータに通電するので、電気ヒータで消費する電力を小さくすることができる。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記電気ヒータは、発熱線（例えば、後述する実施の形態における発熱線８１）の表面に触媒（例えば、後述する実施の形態における触媒８２）が付着された電熱線（例えば、後述する実施の形態における電熱線８０）で構成されていることを特徴とする。
このように構成することにより、発熱線に通電すると発熱線で生じた熱により発熱線に付着している触媒が加熱されて活性化し、この触媒で混合気体を触媒燃焼してその燃焼ガスで下流の触媒燃焼器の触媒を加熱し活性化させることが可能になる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒燃焼器から排出される燃焼ガスを排出する燃焼ガス流路（例えば、後述する実施の形態における燃焼ガス流路１２）が、前記触媒燃焼器から前記電気ヒータの上流に至る前記排出流路の外側を包囲するように設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの廃熱を利用して、触媒燃焼器に導入される前の混合気体や触媒燃焼器を加熱することが可能になる。また、触媒燃焼器から前記電気ヒータの上流に至る排出流路の外側を包囲するように燃焼ガス流路を設けてあるので、燃焼ガスの熱を逃がさず有効利用することができるとともに、新たな加熱デバイスを付加することがないので、装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
【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実施の形態を図１から図８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、すなわち水素燃料車両に搭載されている。
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２が運転されているときには、制御弁３を介して水素利用機器２に燃料として供給される。
【００１８】
水素利用機器２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４に設けられた開放弁（排出弁）５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５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。開放弁５は開弁信号を中央制御装置（ＥＣＵ）２０に出力する。
また、液体水素タンク１には、液体水素タンク１の内圧を検出する圧力センサ１３が設けられており、圧力センサ１３の出力信号はＥＣＵ２０に入力される。
【００１９】
開放弁５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を介してエゼクタ（混合手段）６に導入され、さらに触媒燃焼器７へと導かれる。
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。
【００２０】
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。
【００２１】
触媒燃焼器７は、その混合気体の導入側に電気ヒータ８、排出側に触媒部９を備えている。電気ヒータ８は、図３から図５に示すように、電熱線８０を触媒燃焼器７のケーシング内にて渦巻き状に卷回させたものが複数直列接続されて構成されており、電熱線８０は、例えばＰｔ製の発熱線８１に、例えばＰｔブラック（Ｐｔ−Ｂｌａｃｋ）からなる触媒８２を電着させて構成されている。
一方、触媒部９は、ハニカム状のメタル担体に触媒（例えば、Ｐｔ）を担持して構成されている。触媒部９には、触媒燃焼器７の温度（正確に言えば、触媒部９の温度）を検出する温度センサ（温度検出手段）１５が設けられており、温度センサ１５の出力信号はＥＣＵ２０に入力される。また、電気ヒータ８は、スイッチ１６とバッテリ１７を備えた電気回路に接続されており、ＥＣＵ２０は、所定の条件が満たされたときに、スイッチ１６をＯＮして電気ヒータ８に通電する。
【００２２】
また、図３に示すように、エゼクタ６と触媒燃焼器７を含むボイルオフガス排出路１０は外筒１１で包囲されており、排出路１０と外筒１１の間は、触媒燃焼器７から排出される燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路１２になっている。外筒１１においてエゼクタ６よりも開放弁５に近い部位には排出口１３が設けられており、触媒燃焼器７から排出された燃焼ガスは燃焼ガス流路１２を触媒燃焼器７の出口側からエゼクタ６に向かって流れ、排出口１３から排出される。つまり、燃焼ガス流路１２は触媒燃焼器７から排出される燃焼ガスを外部に排出する流路になっている。
【００２３】
次に、このボイルオフガス処理装置の作用を説明する。
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から放出されるボイルオフガスと空気の混合気体も極低温であり、この混合気体を触媒燃焼器７に導入しても、導入初期においては触媒部９の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。これを防止するために、このボイルオフガス処理装置では、そのような虞があるときには電気ヒータ８に通電して、発熱線８１を発熱させることにより発熱線８１に付着している触媒８２を加熱し、この触媒８２を瞬時に活性温度まで昇温して活性化させる。これにより、エゼクタ６から触媒燃焼器７に導入された最初の混合気体は電気ヒータ８の触媒８２において燃焼し、その燃焼ガスが下流の触媒部９に流れ、触媒部９の触媒を加熱する。その結果、触媒部９の触媒が迅速に昇温して活性温度に達し、それ以降に導入される混合気体を触媒部９の触媒によって燃焼せしめることができるようになる。したがって、エゼクタ６から触媒燃焼器７に導入される混合気体を、導入初期から確実に燃焼させることができるようになり、未燃焼のボイルオフガスが触媒燃焼器７を素通りして排出されるのを防止することができる。このように、触媒部９の上流に触媒８２を備えた電気ヒータ８を設けると、電気ヒータ８を設けずに触媒部９にヒータを設けて触媒部９全体を加熱するよりも、触媒部９の早期活性化に必要な消費電力を減少することができる。
【００２４】
また、触媒燃焼器７から排出された燃焼ガスが燃焼ガス流路１２を流れるので、燃焼ガスの廃熱で触媒燃焼器７、エゼクタ６、ボイルオフガス排出路１０を加熱することができる。これにより、エゼクタ６によって吸引された空気に含まれる水分が極低温のボイルオフガスによって凍結するのを防止することができ、その結果、径の絞られたロート部６５を有するエゼクタ６やボイルオフガス排出路１０が氷結により閉塞するのを防止することができる。なお、エゼクタ６の外表面にフィンを設けると、エゼクタ６をさらに迅速に加熱することができる。
また、燃焼ガスの廃熱で触媒燃焼器７を加熱しているので、燃焼ガスが電気ヒータ８をアシストして触媒部９の温度上昇を更に早めることができ、その結果、電気ヒータ８の容量を小さくしたり、あるいは、電気ヒータ８の通電時間を短縮することができる。
【００２５】
次に、図６のフローチャートを参照して、この実施の形態におけるボイルオフガス処理制御について説明する。
まず、ステップＳ１０１において、水素利用機器２が運転開始したか否か判定する。水素利用機器２の運転中は液体水素タンク１から水素利用機器２に水素が放出され続けるため、液体水素タンク１内の圧力が開放弁５の開弁圧力Ｐ１を越えることはなく、触媒燃焼器７にボイルオフガスが導入されることはない。そこで、ステップＳ１０１の判定結果が「ＹＥＳ」（水素利用機器２を運転開始した）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０への通電を停止し（ステップＳ１０２）、本ルーチンの実行を終了する。
【００２６】
ステップＳ１０１の判定結果が「ＮＯ」（水素利用機器２を運転していない）である場合は、ステップＳ１０３に進んで、開放弁５が開いているか否か判定する。開放弁５が開いていればボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入され、開放弁５が閉じていればボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入されることはない。
【００２７】
ステップＳ１０３の判定結果が「ＹＥＳ」（開放弁５が開いている）である場合は、ステップＳ１０４に進んで、触媒燃焼器７の触媒部９の温度が所定温度Ｔ１よりも低いか否か判定する。ステップＳ１０４の判定結果が「ＹＥＳ」（触媒温度がＴ１よりも低温）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０への通電を開始する（ステップＳ１０５）。すなわち、この場合には、触媒部９を加熱しなければボイルオフガスが燃焼されないと判断して、電気ヒータ８をＯＮにし、電気ヒータ８の触媒８２を触媒燃焼させることによって触媒部９の早期活性化を図り、触媒燃焼器７へのボイルオフガス導入初期からボイルオフガスを確実に燃焼させるのである。
なお、電熱線８０を通電するか否かの判定基準である所定温度Ｔ１は、触媒部９に担持される触媒の活性や担持量に応じて適宜設定されるものである。
ステップＳ１０５で電熱線への通電を開始したらステップＳ１０１に戻る。
【００２８】
また、ステップＳ１０４の判定結果が「ＮＯ」（触媒温度がＴ１以上）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０への通電を停止する（ステップＳ１０６）。すなわち、この場合には、触媒部９を加熱しなくてもボイルオフガスを燃焼することができると判断して、電気ヒータ８をＯＦＦにする。
【００２９】
一方、ステップＳ１０３の判定結果が「ＮＯ」（開放弁５が閉じている）である場合は、ステップＳ１０７に進み、電気ヒータ８の電熱線８０が通電中か否か判定する。ステップＳ１０７の判定結果が「ＮＯ」（非通電）である場合は、直ちにステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０７の判定結果が「ＹＥＳ」（通電中）である場合は、すでに開放弁５が閉ざされて触媒燃焼器７へのボイルオフガスの導入が停止されているので、電熱線８０への通電を停止して（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１に戻る。
【００３０】
このように制御することにより、開放弁５が閉じているとき、すなわち、ボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入されないときには、電気ヒータ８の電熱線８０に通電されないので、電気ヒータ８の消費電力を低く抑えることができる。
また、触媒燃焼器７の触媒部９の温度が所定温度Ｔ１以上のときには電気ヒータ８の電熱線８０に通電されず、触媒部９の温度が所定温度Ｔ１よりも低いときだけ電熱線８０に通電されるので、電気ヒータ８の消費電力を低く抑えることができる。
特に、この実施の形態では、開放弁５が開き且つ触媒部９の温度が所定温度Ｔ１よりも低いときだけ電熱線８０に通電されるので、電気ヒータ８の消費電力を必要最小限に抑えることができる。
【００３１】
ところで、前述したボイルオフガス処理制御では、開放弁５が開弁してボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入されなければ電気ヒータ８の電熱線８０に通電されないようになっているが、触媒燃焼器７へのボイルオフガスの導入に先立って電気ヒータ８を予備加熱することができれば、導入初期のボイルオフガスの燃焼をより迅速且つ確実にすることができる。
図７および図８は、触媒部９の予備加熱処理のフローチャートであり、これについて説明する。
【００３２】
図７は、液体水素タンク１の内圧に基づいて実行される予備加熱処理のフローチャートである。なお、この予備加熱処理は前記ステップＳ１０１の判定結果が「ＮＯ」（水素利用機器停止中）であるときに実行し、本予備加熱処理の終了後にステップＳ１０３へ進むこととなる。
まず、ステップＳ２０１において、液体水素タンク１の内圧を圧力センサ１３によって検出する。
【００３３】
次に、ステップＳ２０２において、検出された液体水素タンク１の内圧が、第２の所定圧力Ｐ２よりも高いか否か判定する。ここで、第２の所定圧力Ｐ２は、開放弁５の開弁圧力である前記所定圧力（第１の所定圧力）Ｐ１よりも低い圧力に予め設定しておく。
ステップＳ２０２の判定結果が「ＹＥＳ」（Ｐ２より大）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０に通電を開始する（ステップＳ２０３）。これにより、電熱線８０の発熱線８１が発熱し、触媒８２を加熱するとともに、この熱が触媒燃焼器７の触媒部９に伝わって触媒部９を加熱する。ただし、この時点では、ボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入されていないので、触媒燃焼は起きない。このようにして、電熱線８０の触媒８２と触媒部９の触媒を予備加熱しておくと、液体水素タンク１の内圧が開放弁５の開弁圧（第２の所定圧力）Ｐ１を越えてボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入された時には、触媒８２により直ちにボイルオフガスを燃焼することができ、触媒部９の触媒を直ちに活性化させて触媒燃焼させることができるようになる。ステップＳ２０３の処理を実行した後、本ルーチンの実行を終了する。
ステップＳ２０２の判定結果が「ＮＯ」（Ｐ２より小）である場合は、まだ予備加熱をする必要がないので、本ルーチンの実行を終了する。
【００３４】
図８は、触媒部９の温度に基づいて実行される予備加熱処理のフローチャートである。なお、この予備加熱処理は前記ステップＳ１０１の判定結果が「ＮＯ」（水素利用機器停止中）であるときに実行し、本予備加熱処理の終了後にステップＳ１０３へ進むこととなる。
まず、ステップＳ３０１において、触媒部９の温度を温度センサ１５によって検出する。
【００３５】
次に、ステップＳ３０２において、触媒部９の温度が、所定温度Ｔ２よりも低いか否か判定する。
ステップＳ３０２の判定結果が「ＹＥＳ」（Ｔ２より低い）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０に通電を開始する（ステップＳ３０３）。これにより、電熱線８０の発熱線８１が発熱し、触媒８２を加熱するとともに、この熱が触媒燃焼器７の触媒部９に伝わって触媒部９を加熱する。ただし、この時点では、ボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入されていないので、触媒燃焼は起きない。このようにして、電熱線８０の触媒８２と触媒部９の触媒を予備加熱しておくと、液体水素タンク１の内圧が開放弁５の開弁圧（第２の所定圧力）Ｐ１を越えてボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入された時には、触媒８２により直ちにボイルオフガスを燃焼することができ、触媒部９の触媒を直ちに活性化させて触媒燃焼させることができるようになる。ステップＳ３０３の処理を実行した後、本ルーチンの実行を終了する。
ステップＳ３０２の判定結果が「ＮＯ」（Ｔ２より高い）である場合は、予備加熱をする必要がないので、本ルーチンの実行を終了する。
【００３６】
なお、液体水素タンク１の内圧に基づく予備加熱処理と、触媒部９の温度に基づく予備加熱処理の両方を実行するようにしてもよく、そのようにした方が、効果的であり、確実にボイルオフガスを燃焼して排出することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載の発明によれば、ボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるのに先立って電気ヒータに通電して触媒燃焼器を予備加熱することができるので、混合気体の導入前に触媒を活性化させておくことができる。
さらにその後、排出弁が開弁して液体燃料タンクからボイルオフガスが排出されたときには、混合手段により混合された混合気体を電気ヒータで加熱してから触媒燃焼器の触媒に導くことができ、触媒を迅速に活性温度まで昇温して早期に活性化させることができるので、ボイルオフガスを確実に燃焼させることができ、未燃焼のボイルオフガスが排出され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。
【００３８】
請求項２に記載の発明によれば、排出弁が開きボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるときに電気ヒータに通電して混合気体を加熱し、排出弁が閉じボイルオフガスが触媒燃焼器に導入されないときには電気ヒータを非通電状態にすることができるので、電気ヒータの消費電力を最小限に抑えることができるという効果がある。
【００３９】
請求項３に記載の発明によれば、触媒燃焼器の温度が所定温度よりも低いときにだけ電気ヒータに通電することができるので、電気ヒータの消費電力を最小限に抑えることができるという効果がある。
【００４０】
請求項４に記載の発明によれば、初めに電気ヒータの触媒を活性化して混合気体を触媒燃焼させ、その燃焼ガスで下流の触媒を加熱し活性化させることができるので、触媒燃焼器の触媒を素早く活性温度まで上昇させることができ、ボイルオフガスを早期に燃焼させることができるという効果がある。
【００４１】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの廃熱を利用して、触媒燃焼器に導入される前の混合気体や触媒燃焼器を加熱することができるので、燃焼ガスが電気ヒータをアシストすることができ、電気ヒータの容量を小さくしたり、あるいは電気ヒータの通電時間を短縮することができるという効果がある。また、燃焼ガスの熱を逃がさず有効利用することができるとともに、装置の小型化を図ることができる。
【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。
【図３】 燃焼ガス流路を示す図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 電気ヒータを構成する電熱線の断面図である。
【図６】 ボイルオフガス処理のフローチャートである。
【図７】 液体水素タンク内圧に基づく予備加熱処理のフローチャートである。
【図８】 触媒燃焼器の温度に基づく予備加熱処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 液体水素タンク
２ 水素利用機器
５ 開放弁（排出弁）
６ エゼクタ（混合手段）
７ 触媒燃焼器
８ 電気ヒータ
１０ 排出路（排出流路）
１２ 燃焼ガス流路
１５ 温度センサ（温度検出手段）
８０ 電熱線
８１ 発熱線
８２ 触媒
【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、触媒燃焼器で燃焼して排出する技術が検討されている。
しかしながら、前述したようにボイルオフガスは極低温なため、これを触媒燃焼器に導入しても触媒が活性温度に達しないことが多く、そのため触媒反応が起こらず、ボイルオフガスが燃焼されずに排出されてしまうことがある。
【０００８】
そこで、この発明は、ボイルオフガスを電気ヒータで加熱してから触媒に導くことにより、触媒を早期に活性化させて、ボイルオフガスを確実に燃焼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、前記液体水素タンクから排出される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ボイルオフガス排出路１０）に空気を導入して空気とボイルオフガスとを混合する混合手段（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ６）と、前記混合手段により混合された混合気体を燃焼させる触媒燃焼器（例えば、後述する実施の形態における触媒燃焼器７）と、前記触媒燃焼器における前記混合気体の導入側に設けられた電気ヒータ（例えば、後述する実施の形態における電気ヒータ８）と、前記混合手段よりも上流の前記排出流路に設けられ、前記液体水素タンクの内圧が、該液体水素タンク内のボイルオフガスを外部に排出することが必要となる第１の所定圧力を超えると開弁して液体水素タンク内のボイルオフガスを前記混合手段に導入し、前記第１の所定圧力以下で閉弁する排出弁（例えば、後述する実施の形態における開放弁５）と、前記液体水素タンク内の圧力を検出する圧力センサ（例えば、後述する実施の形態における圧力センサ１３）と、を備え、前記圧力センサにより検出された前記液体水素タンクの内圧が前記第１の所定圧力よりも低い第２の所定圧力に達したときに前記電気ヒータに通電して、前記触媒燃焼器へのボイルオフガスの導入に先立って前記電気ヒータにより前記触媒燃焼器を予備加熱することを特徴とするボイルオフガス処理装置である。
【００１０】
このように構成することにより、ボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるのに先立って電気ヒータに通電して触媒燃焼器を予備加熱することが可能になる。
さらにその後、排出弁が開弁して液体燃料タンクからボイルオフガスが排出されたときには、混合手段により混合された混合気体を電気ヒータで加熱してから触媒燃焼器の触媒に導くことができ、触媒を迅速に活性温度まで昇温して早期に活性化させることが可能になる。
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。
【００１１】
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、前記排出弁の開閉に応じて前記電気ヒータの通電を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、排出弁が開きボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるときに電気ヒータに通電して混合気体を加熱し、排出弁が閉じボイルオフガスが触媒燃焼器に導入されないときには電気ヒータを非通電状態にすることが可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記触媒燃焼器の温度を検出する温度検出手段（例えば、後述する実施の形態における温度センサ１５）を備え、前記触媒燃焼器の温度に応じて前記電気ヒータの通電を制御することを特徴とする
このように構成することにより、触媒燃焼器の温度が所定温度よりも低いときにだけ電気ヒータに通電することが可能になる。その結果、必要時にのみ電気ヒータに通電するので、電気ヒータで消費する電力を小さくすることができる。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記電気ヒータは、発熱線（例えば、後述する実施の形態における発熱線８１）の表面に触媒（例えば、後述する実施の形態における触媒８２）が付着された電熱線（例えば、後述する実施の形態における電熱線８０）で構成されていることを特徴とする。
このように構成することにより、発熱線に通電すると発熱線で生じた熱により発熱線に付着している触媒が加熱されて活性化し、この触媒で混合気体を触媒燃焼してその燃焼ガスで下流の触媒燃焼器の触媒を加熱し活性化させることが可能になる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記触媒燃焼器から排出される燃焼ガスを排出する燃焼ガス流路（例えば、後述する実施の形態における燃焼ガス流路１２）が、前記触媒燃焼器から前記電気ヒータの上流に至る前記排出流路の外側を包囲するように設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの廃熱を利用して、触媒燃焼器に導入される前の混合気体や触媒燃焼器を加熱することが可能になる。また、触媒燃焼器から前記電気ヒータの上流に至る排出流路の外側を包囲するように燃焼ガス流路を設けてあるので、燃焼ガスの熱を逃がさず有効利用することができるとともに、新たな加熱デバイスを付加することがないので、装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
【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実施の形態を図１から図８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、すなわち水素燃料車両に搭載されている。
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２が運転されているときには、制御弁３を介して水素利用機器２に燃料として供給される。
【００１８】
水素利用機器２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４に設けられた開放弁（排出弁）５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５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。開放弁５は開弁信号を中央制御装置（ＥＣＵ）２０に出力する。
また、液体水素タンク１には、液体水素タンク１の内圧を検出する圧力センサ１３が設けられており、圧力センサ１３の出力信号はＥＣＵ２０に入力される。
【００１９】
開放弁５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を介してエゼクタ（混合手段）６に導入され、さらに触媒燃焼器７へと導かれる。
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。
【００２０】
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。
【００２１】
触媒燃焼器７は、その混合気体の導入側に電気ヒータ８、排出側に触媒部９を備えている。電気ヒータ８は、図３から図５に示すように、電熱線８０を触媒燃焼器７のケーシング内にて渦巻き状に卷回させたものが複数直列接続されて構成されており、電熱線８０は、例えばＰｔ製の発熱線８１に、例えばＰｔブラック（Ｐｔ−Ｂｌａｃｋ）からなる触媒８２を電着させて構成されている。
一方、触媒部９は、ハニカム状のメタル担体に触媒（例えば、Ｐｔ）を担持して構成されている。触媒部９には、触媒燃焼器７の温度（正確に言えば、触媒部９の温度）を検出する温度センサ（温度検出手段）１５が設けられており、温度センサ１５の出力信号はＥＣＵ２０に入力される。また、電気ヒータ８は、スイッチ１６とバッテリ１７を備えた電気回路に接続されており、ＥＣＵ２０は、所定の条件が満たされたときに、スイッチ１６をＯＮして電気ヒータ８に通電する。
【００２２】
また、図３に示すように、エゼクタ６と触媒燃焼器７を含むボイルオフガス排出路１０は外筒１１で包囲されており、排出路１０と外筒１１の間は、触媒燃焼器７から排出される燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路１２になっている。外筒１１においてエゼクタ６よりも開放弁５に近い部位には排出口１３が設けられており、触媒燃焼器７から排出された燃焼ガスは燃焼ガス流路１２を触媒燃焼器７の出口側からエゼクタ６に向かって流れ、排出口１３から排出される。つまり、燃焼ガス流路１２は触媒燃焼器７から排出される燃焼ガスを外部に排出する流路になっている。
【００２３】
次に、このボイルオフガス処理装置の作用を説明する。
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から放出されるボイルオフガスと空気の混合気体も極低温であり、この混合気体を触媒燃焼器７に導入しても、導入初期においては触媒部９の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。これを防止するために、このボイルオフガス処理装置では、そのような虞があるときには電気ヒータ８に通電して、発熱線８１を発熱させることにより発熱線８１に付着している触媒８２を加熱し、この触媒８２を瞬時に活性温度まで昇温して活性化させる。これにより、エゼクタ６から触媒燃焼器７に導入された最初の混合気体は電気ヒータ８の触媒８２において燃焼し、その燃焼ガスが下流の触媒部９に流れ、触媒部９の触媒を加熱する。その結果、触媒部９の触媒が迅速に昇温して活性温度に達し、それ以降に導入される混合気体を触媒部９の触媒によって燃焼せしめることができるようになる。したがって、エゼクタ６から触媒燃焼器７に導入される混合気体を、導入初期から確実に燃焼させることができるようになり、未燃焼のボイルオフガスが触媒燃焼器７を素通りして排出されるのを防止することができる。このように、触媒部９の上流に触媒８２を備えた電気ヒータ８を設けると、電気ヒータ８を設けずに触媒部９にヒータを設けて触媒部９全体を加熱するよりも、触媒部９の早期活性化に必要な消費電力を減少することができる。
【００２４】
また、触媒燃焼器７から排出された燃焼ガスが燃焼ガス流路１２を流れるので、燃焼ガスの廃熱で触媒燃焼器７、エゼクタ６、ボイルオフガス排出路１０を加熱することができる。これにより、エゼクタ６によって吸引された空気に含まれる水分が極低温のボイルオフガスによって凍結するのを防止することができ、その結果、径の絞られたロート部６５を有するエゼクタ６やボイルオフガス排出路１０が氷結により閉塞するのを防止することができる。なお、エゼクタ６の外表面にフィンを設けると、エゼクタ６をさらに迅速に加熱することができる。
また、燃焼ガスの廃熱で触媒燃焼器７を加熱しているので、燃焼ガスが電気ヒータ８をアシストして触媒部９の温度上昇を更に早めることができ、その結果、電気ヒータ８の容量を小さくしたり、あるいは、電気ヒータ８の通電時間を短縮することができる。
【００２５】
次に、図６のフローチャートを参照して、この実施の形態におけるボイルオフガス処理制御について説明する。
まず、ステップＳ１０１において、水素利用機器２が運転開始したか否か判定する。水素利用機器２の運転中は液体水素タンク１から水素利用機器２に水素が放出され続けるため、液体水素タンク１内の圧力が開放弁５の開弁圧力Ｐ１を越えることはなく、触媒燃焼器７にボイルオフガスが導入されることはない。そこで、ステップＳ１０１の判定結果が「ＹＥＳ」（水素利用機器２を運転開始した）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０への通電を停止し（ステップＳ１０２）、本ルーチンの実行を終了する。
【００２６】
ステップＳ１０１の判定結果が「ＮＯ」（水素利用機器２を運転していない）である場合は、ステップＳ１０３に進んで、開放弁５が開いているか否か判定する。開放弁５が開いていればボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入され、開放弁５が閉じていればボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入されることはない。
【００２７】
ステップＳ１０３の判定結果が「ＹＥＳ」（開放弁５が開いている）である場合は、ステップＳ１０４に進んで、触媒燃焼器７の触媒部９の温度が所定温度Ｔ１よりも低いか否か判定する。ステップＳ１０４の判定結果が「ＹＥＳ」（触媒温度がＴ１よりも低温）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０への通電を開始する（ステップＳ１０５）。すなわち、この場合には、触媒部９を加熱しなければボイルオフガスが燃焼されないと判断して、電気ヒータ８をＯＮにし、電気ヒータ８の触媒８２を触媒燃焼させることによって触媒部９の早期活性化を図り、触媒燃焼器７へのボイルオフガス導入初期からボイルオフガスを確実に燃焼させるのである。
なお、電熱線８０を通電するか否かの判定基準である所定温度Ｔ１は、触媒部９に担持される触媒の活性や担持量に応じて適宜設定されるものである。
ステップＳ１０５で電熱線への通電を開始したらステップＳ１０１に戻る。
【００２８】
また、ステップＳ１０４の判定結果が「ＮＯ」（触媒温度がＴ１以上）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０への通電を停止する（ステップＳ１０６）。すなわち、この場合には、触媒部９を加熱しなくてもボイルオフガスを燃焼することができると判断して、電気ヒータ８をＯＦＦにする。
【００２９】
一方、ステップＳ１０３の判定結果が「ＮＯ」（開放弁５が閉じている）である場合は、ステップＳ１０７に進み、電気ヒータ８の電熱線８０が通電中か否か判定する。ステップＳ１０７の判定結果が「ＮＯ」（非通電）である場合は、直ちにステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０７の判定結果が「ＹＥＳ」（通電中）である場合は、すでに開放弁５が閉ざされて触媒燃焼器７へのボイルオフガスの導入が停止されているので、電熱線８０への通電を停止して（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１に戻る。
【００３０】
このように制御することにより、開放弁５が閉じているとき、すなわち、ボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入されないときには、電気ヒータ８の電熱線８０に通電されないので、電気ヒータ８の消費電力を低く抑えることができる。
また、触媒燃焼器７の触媒部９の温度が所定温度Ｔ１以上のときには電気ヒータ８の電熱線８０に通電されず、触媒部９の温度が所定温度Ｔ１よりも低いときだけ電熱線８０に通電されるので、電気ヒータ８の消費電力を低く抑えることができる。
特に、この実施の形態では、開放弁５が開き且つ触媒部９の温度が所定温度Ｔ１よりも低いときだけ電熱線８０に通電されるので、電気ヒータ８の消費電力を必要最小限に抑えることができる。
【００３１】
ところで、前述したボイルオフガス処理制御では、開放弁５が開弁してボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入されなければ電気ヒータ８の電熱線８０に通電されないようになっているが、触媒燃焼器７へのボイルオフガスの導入に先立って電気ヒータ８を予備加熱することができれば、導入初期のボイルオフガスの燃焼をより迅速且つ確実にすることができる。
図７および図８は、触媒部９の予備加熱処理のフローチャートであり、これについて説明する。
【００３２】
図７は、液体水素タンク１の内圧に基づいて実行される予備加熱処理のフローチャートである。なお、この予備加熱処理は前記ステップＳ１０１の判定結果が「ＮＯ」（水素利用機器停止中）であるときに実行し、本予備加熱処理の終了後にステップＳ１０３へ進むこととなる。
まず、ステップＳ２０１において、液体水素タンク１の内圧を圧力センサ１３によって検出する。
【００３３】
次に、ステップＳ２０２において、検出された液体水素タンク１の内圧が、第２の所定圧力Ｐ２よりも高いか否か判定する。ここで、第２の所定圧力Ｐ２は、開放弁５の開弁圧力である前記所定圧力（第１の所定圧力）Ｐ１よりも低い圧力に予め設定しておく。
ステップＳ２０２の判定結果が「ＹＥＳ」（Ｐ２より大）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０に通電を開始する（ステップＳ２０３）。これにより、電熱線８０の発熱線８１が発熱し、触媒８２を加熱するとともに、この熱が触媒燃焼器７の触媒部９に伝わって触媒部９を加熱する。ただし、この時点では、ボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入されていないので、触媒燃焼は起きない。このようにして、電熱線８０の触媒８２と触媒部９の触媒を予備加熱しておくと、液体水素タンク１の内圧が開放弁５の開弁圧（第２の所定圧力）Ｐ１を越えてボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入された時には、触媒８２により直ちにボイルオフガスを燃焼することができ、触媒部９の触媒を直ちに活性化させて触媒燃焼させることができるようになる。ステップＳ２０３の処理を実行した後、本ルーチンの実行を終了する。
ステップＳ２０２の判定結果が「ＮＯ」（Ｐ２より小）である場合は、まだ予備加熱をする必要がないので、本ルーチンの実行を終了する。
【００３４】
図８は、触媒部９の温度に基づいて実行される予備加熱処理のフローチャートである。なお、この予備加熱処理は前記ステップＳ１０１の判定結果が「ＮＯ」（水素利用機器停止中）であるときに実行し、本予備加熱処理の終了後にステップＳ１０３へ進むこととなる。
まず、ステップＳ３０１において、触媒部９の温度を温度センサ１５によって検出する。
【００３５】
次に、ステップＳ３０２において、触媒部９の温度が、所定温度Ｔ２よりも低いか否か判定する。
ステップＳ３０２の判定結果が「ＹＥＳ」（Ｔ２より低い）である場合は、電気ヒータ８の電熱線８０に通電を開始する（ステップＳ３０３）。これにより、電熱線８０の発熱線８１が発熱し、触媒８２を加熱するとともに、この熱が触媒燃焼器７の触媒部９に伝わって触媒部９を加熱する。ただし、この時点では、ボイルオフガスは触媒燃焼器７に導入されていないので、触媒燃焼は起きない。このようにして、電熱線８０の触媒８２と触媒部９の触媒を予備加熱しておくと、液体水素タンク１の内圧が開放弁５の開弁圧（第２の所定圧力）Ｐ１を越えてボイルオフガスが触媒燃焼器７に導入された時には、触媒８２により直ちにボイルオフガスを燃焼することができ、触媒部９の触媒を直ちに活性化させて触媒燃焼させることができるようになる。ステップＳ３０３の処理を実行した後、本ルーチンの実行を終了する。
ステップＳ３０２の判定結果が「ＮＯ」（Ｔ２より高い）である場合は、予備加熱をする必要がないので、本ルーチンの実行を終了する。
【００３６】
なお、液体水素タンク１の内圧に基づく予備加熱処理と、触媒部９の温度に基づく予備加熱処理の両方を実行するようにしてもよく、そのようにした方が、効果的であり、確実にボイルオフガスを燃焼して排出することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載の発明によれば、ボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるのに先立って電気ヒータに通電して触媒燃焼器を予備加熱することができるので、混合気体の導入前に触媒を活性化させておくことができる。
さらにその後、排出弁が開弁して液体燃料タンクからボイルオフガスが排出されたときには、混合手段により混合された混合気体を電気ヒータで加熱してから触媒燃焼器の触媒に導くことができ、触媒を迅速に活性温度まで昇温して早期に活性化させることができるので、ボイルオフガスを確実に燃焼させることができ、未燃焼のボイルオフガスが排出され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。
【００３８】
請求項２に記載の発明によれば、排出弁が開きボイルオフガスが混合手段を通って触媒燃焼器に導入されるときに電気ヒータに通電して混合気体を加熱し、排出弁が閉じボイルオフガスが触媒燃焼器に導入されないときには電気ヒータを非通電状態にすることができるので、電気ヒータの消費電力を最小限に抑えることができるという効果がある。
【００３９】
請求項３に記載の発明によれば、触媒燃焼器の温度が所定温度よりも低いときにだけ電気ヒータに通電することができるので、電気ヒータの消費電力を最小限に抑えることができるという効果がある。
【００４０】
請求項４に記載の発明によれば、初めに電気ヒータの触媒を活性化して混合気体を触媒燃焼させ、その燃焼ガスで下流の触媒を加熱し活性化させることができるので、触媒燃焼器の触媒を素早く活性温度まで上昇させることができ、ボイルオフガスを早期に燃焼させることができるという効果がある。
【００４１】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの廃熱を利用して、触媒燃焼器に導入される前の混合気体や触媒燃焼器を加熱することができるので、燃焼ガスが電気ヒータをアシストすることができ、電気ヒータの容量を小さくしたり、あるいは電気ヒータの通電時間を短縮することができるという効果がある。また、燃焼ガスの熱を逃がさず有効利用することができるとともに、装置の小型化を図ることができる。
【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。
【図３】 燃焼ガス流路を示す図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 電気ヒータを構成する電熱線の断面図である。
【図６】 ボイルオフガス処理のフローチャートである。
【図７】 液体水素タンク内圧に基づく予備加熱処理のフローチャートである。
【図８】 触媒燃焼器の温度に基づく予備加熱処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 液体水素タンク
２ 水素利用機器
５ 開放弁（排出弁）
６ エゼクタ（混合手段）
７ 触媒燃焼器
８ 電気ヒータ
１０ 排出路（排出流路）
１２ 燃焼ガス流路
１５ 温度センサ（温度検出手段）
８０ 電熱線
８１ 発熱線
８２ 触媒
Claims (5)
- 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、
前記液体水素タンクから排出されるボイルオフガスの排出流路に空気を導入して空気とボイルオフガスとを混合する混合手段と、
前記混合手段により混合された混合気体を燃焼させる触媒燃焼器と、
前記触媒燃焼器における前記混合気体の導入側に設けられた電気ヒータと、
前記混合手段よりも上流の前記排出流路に設けられ、前記液体水素タンクの内圧が、該液体水素タンク内のボイルオフガスを外部に排出することが必要となる第１の所定圧力を超えると開弁して液体水素タンク内のボイルオフガスを前記混合手段に導入し、前記第１の所定圧力以下で閉弁する排出弁と、
前記液体水素タンク内の圧力を検出する圧力センサと、
を備え、前記圧力センサにより検出された前記液体水素タンクの内圧が前記第１の所定圧力よりも低い第２の所定圧力に達したときに前記電気ヒータに通電して、前記触媒燃焼器へのボイルオフガスの導入に先立って前記電気ヒータにより前記触媒燃焼器を予備加熱することを特徴とするボイルオフガス処理装置。 - 前記排出弁の開閉に応じて前記電気ヒータの通電を制御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。
- 前記触媒燃焼器の温度を検出する温度検出手段を備え、前記触媒燃焼器の温度に応じて前記電気ヒータの通電を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイルオフガス処理装置。
- 前記電気ヒータは、発熱線の表面に触媒が付着された電熱線で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボイルオフガス処理装置。
- 前記触媒燃焼器から排出される燃焼ガスを排出する燃焼ガス流路が、前記触媒燃焼器から前記電気ヒータの上流に至る前記排出流路の外側を包囲するように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のボイルオフガス処理装置。
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