JP4127970B2 - メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム - Google Patents

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、メタンを主成分とする気体を他の炭化水素（有機溶媒）と混合して貯蔵する、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの改良に関する。
【０００２】
［背景技術］
従来より、メタンあるいは天然ガス等のメタンを主成分とする気体を貯蔵する方法には種々のものがあり、たとえば、高圧に圧縮して貯蔵したり、吸着材に吸着させて貯蔵する方法等が考えられる。さらに、メタンをプロパンやブタン等の炭化水素の混合溶媒に溶解させて液体状態で貯蔵する方法も提案されている。たとえば、ＵＳＰ５３１５０５４号公報にも、このようなメタンの溶解貯蔵方法が開示されている。
【０００３】
しかし、上記従来のメタンの溶解貯蔵方法においては、単にメタンを炭化水素溶媒に溶解して貯蔵できる旨の開示があるのみであり、メタンをさらに高い貯蔵密度で貯蔵するためには、開示内容が不十分である。
【０００４】
また、貯蔵容器から、燃料となるメタンあるいはメタンを主成分とする気体を一定組成で取り出す方法も開示されていない。貯蔵容器から取り出すガスあるいは液の組成が一定でないと、その燃焼性が変化し、内燃機関等での燃焼が不安定になるという不都合が考えられる。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、メタンを高い貯蔵密度で貯蔵することができ、貯蔵容器から一定組成で貯蔵物を取り出せる、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムを提供することにある。
【０００６】
［発明の開示］
上記目的を達成するために、本発明は、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて超臨界状態で貯蔵容器内に貯蔵し、その貯蔵容器内から貯蔵物を取り出して使用する、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムであって、前記貯蔵物が超臨界状態ではなくなり気相及び液相として存在するときには前記貯蔵物を気相部及び液相部の両方から取り出すことを特徴とする。
【０００７】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、炭化水素溶媒は常温で液状の炭化水素であることを特徴とする。
【０００８】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭化水素溶媒は常温で液化しにくい炭化水素と常温で液状の炭化水素との混合溶媒であることを特徴とする。
【０００９】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、炭化水素溶媒はヘキサンであることを特徴とする。
【００１０】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、炭化水素溶媒はガソリンまたは軽油であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、炭化水素溶媒の代わりにジメチルエーテルを使用することを特徴とする。
【００１２】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、少なくとも貯蔵物の取り出し初期においては、貯蔵容器内は超臨界状態であることを特徴とする。
【００１３】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器内の組成比は、炭素数３以上の炭化水素が７〜４５％であり、炭素数２以下の炭化水素が９３〜５５％であることを特徴とする。
【００１４】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器内の組成比は、炭素数３以上の炭化水素が７〜６５％であり、炭素数２以下の炭化水素が９３〜３５％であることを特徴とする。
【００１５】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、炭素数３以上の炭化水素の主成分はブタンであることを特徴とする。
【００１６】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、炭素数３以上の炭化水素の主成分はプロパンであることを特徴とする。
【００１７】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器の内部が温度調節されることを特徴とする。
【００１８】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器内の炭化水素の組成比と炭化水素量とを検出する貯蔵容器内状態検出手段と、この検出結果に基づきメタンを主成分とする気体と炭化水素溶媒との貯蔵容器への供給比を算出して供給する供給比制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、供給比制御手段はさらに、メタンを主成分とする気体の供給量に基づき供給比を算出することを特徴とする。
【００２０】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器内状態検出手段は、貯蔵容器内の圧力と温度と溶媒液量とを検出し、これらから炭化水素の組成比と炭化水素量とを求めることを特徴とする。
【００２１】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から取り出される炭化水素は、内燃機関において燃焼させるものであり、貯蔵容器内状態検出手段は、この内燃機関に設けられた空燃比検出手段の出力に基づき炭化水素の組成比を求めることを特徴とする。
【００２２】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器には一時充填容器、および貯蔵容器から残存炭化水素を回収する回収容器が接続されており、先に炭化水素溶媒が一時充填容器に供給された後、回収された残存炭化水素とメタンを主成分とする気体とが一時充填容器に供給され、その後一時充填容器から貯蔵容器へ供給されることを特徴とする。
【００２３】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器には一時充填容器、および貯蔵容器から残存炭化水素を回収する回収容器が接続されており、炭化水素溶媒がこの一時充填容器に供給された後、貯蔵容器へ供給され、メタンを主成分とする気体が回収容器に供給された後、回収された残存炭化水素とともに貯蔵容器に供給されることを特徴とする。
【００２４】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器の上方に位置し、貯蔵容器と並列に接続されてその連通を制御する手段を備えた配管を介して溶媒専用一時充填容器が設けられ、この溶媒専用一時充填容器に連通を遮断した状態で炭化水素溶媒が充填され、その後連通遮断が解除されて貯蔵容器に炭化水素溶媒が落とし込まれることを特徴とする。
【００２５】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器は移動体上に設けられ、さらに移動体上の前記貯蔵容器には炭化水素溶媒を貯蔵する炭化水素溶媒専用貯蔵容器が接続されていることを特徴とする。
【００２６】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器の貯蔵物を気相部から気体として取り出し、取り出した気体から炭化水素溶媒を液層として分離し、貯蔵容器に戻すことを特徴とする。
【００２７】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、気相部からの気相炭化水素と液相部からの液層炭化水素とを一定比率で取り出して混合することを特徴とする。
【００２８】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器には液量検出装置が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から取り出される貯蔵物は、内燃機関において燃焼させるものであり、内燃機関に設けられた空燃比検出手段の出力に基づき貯蔵容器内の組成を一定に維持することにより、取り出された貯蔵物の組成を一定に維持することを特徴とする。
【００３０】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、取り出された気相炭化水素と液層炭化水素とは、加熱混合されることを特徴とする。
【００３１】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、取り出された液層炭化水素を気化させた後、取り出された気相炭化水素と混合することを特徴とする。
【００３２】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器へのメタンを主成分とする気体の供給の際には、貯蔵容器を冷却することを特徴とする。
【００３３】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器には、互いに離間した位置にメタンを主成分とする気体の複数の充填口が設けられ、メタンを主成分とする気体の充填途中で、充填口を変えることを特徴とする。
【００３４】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器に設けられたメタンを主成分とする気体の充填口に接続され、貯蔵容器内部に延在する熱伝導手段が設けられていることを特徴とする。
【００３５】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器には、互いに離間した位置にメタンを主成分とする気体の複数の充填口が設けられ、複数の充填口からメタンを主成分とする気体が同時に充填されることを特徴とする。
【００３６】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器に設けられたメタンを主成分とする気体の充填口から内部に延在する延長通路部材が設けられ、延長通路部材の長手方向に亘って貯蔵容器の内壁から離間する位置に複数の放出口が設けられていることを特徴とする。
【００３７】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器に設けられたメタンを主成分とする気体の充填口の内部出口の放出口が、斜め方向を向いていることを特徴とする。
【００３８】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器内の溶媒貯留域の最遠方にメタンを主成分とする気体の充填口が配置されたことを特徴とする。
【００３９】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、メタンを主成分とする気体の充填途中から、貯蔵容器下部に設けられた充填口から充填することを特徴とする。
【００４０】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、メタンを主成分とする気体の充填前に、炭化水素溶媒の一部を気化させて貯蔵容器外へ放出させることを特徴とする。
【００４１】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器内部または表面に設けられた減圧通路を介して貯蔵容器外へ貯蔵物を放出することを特徴とする。
【００４２】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、減圧通路に蓄冷材を付設したことを特徴とする。
【００４３】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、メタンを主成分とする気体の充填前に、冷却された炭化水素溶媒を充填することを特徴とする。
【００４４】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器は攪拌手段を備えることを特徴とする。
【００４５】
また、上記メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、緊急時には貯蔵容器から炭化水素溶媒を取り出して使用できることを特徴とする。
【００４６】
また、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵装置であって、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて貯蔵する貯蔵容器内の貯蔵物の組成を検出する組成情報検出手段と、この検出結果を前記貯蔵容器へのメタンを主成分とする気体と炭化水素溶媒との供給側に送信する送信手段とを備えることを特徴とする。
【００４７】
また、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵装置であって、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて貯蔵する貯蔵容器内の残存炭化水素を回収する回収容器と、回収容器内の炭化水素の組成を検出する検出手段と、この検出結果に基づいて前記貯蔵容器へのメタンを主成分とする気体と炭化水素溶媒との供給比を制御する供給比制御手段とを備えることを特徴とする。
【００４８】
また、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵装置であって、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて貯蔵する貯蔵容器の前段に、貯蔵容器にメタンを主成分とする気体より平衡圧力が低い炭化水素溶媒を充填するための溶媒専用一時充填容器が、これと前記貯蔵容器との連通を制御する手段を介して設けられていることを特徴とする。
【００４９】
また、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵装置であって、メタンを主成分とする気体と炭化水素溶媒との供給源が、一時貯蔵タンクにそれぞれ制御手段を介して接続され、一時貯蔵タンクは、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて貯蔵する貯蔵容器に接続されていることを特徴とする。
【００５０】
また、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵装置であって、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて貯蔵する貯蔵容器と、炭化水素溶媒のみを貯蔵し、貯蔵容器に制御手段を介して接続された炭化水素溶媒専用貯蔵容器とを備えることを特徴とする。
【００５１】
また、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵装置であって、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて貯蔵する貯蔵容器の上部に設けられ、気体状の貯蔵物を取り出す気相取り出し口と、その気体状の貯蔵物から液を分離する気液分離器と、気液分離器で分離された液を貯蔵容器に戻す還流通路とを備えることを特徴とする。
【００５２】
［発明を実施するための最良の形態］
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００５３】
実施形態１．
本実施形態から実施形態９までは、本発明にかかるメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、メタンあるいは天然ガス等のメタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させ、貯蔵容器内にメタンを高い貯蔵密度で貯蔵する技術に関するものである。
【００５４】
図１には、プロパンとメタンとの混合液体の３８℃における気液平衡特性が示される。図１において、上部の線が液相線であり、下部の線が気相線である。図１からわかるように、プロパンとメタンとの混合液体は、メタンのモル割合が４０％程度までは液体状態で存在している。しかし、メタンのモル割合がこの範囲を超え、液体状態で存在できなくなると、気体状態となるので、メタンの貯蔵密度が低下する。従って、広い温度範囲でメタンを高い密度で貯蔵するためには、この液体状態で存在できる範囲がなるべく広い方が好ましい。
【００５５】
図２には、７１℃におけるブタンとメタンとの混合液体の気液平衡特性が示される。この場合には、混合液体中のメタンのモル割合が６０％程度まで液体状態が維持されることがわかる。
【００５６】
さらに、図３には、１００℃におけるヘキサンとメタンとの混合液体の気液平衡特性が示される。この場合には、混合液体中のメタンのモル割合が７０％程度まで液体状態で存在できることがわかる。
【００５７】
このように、炭素数の多い炭化水素、すなわち常温で液状の炭化水素の方が、メタンを溶解させた場合にも、広い温度範囲で液体状態を維持できる。この性質は、ヘキサンのような常温で液状の炭化水素を、上述したプロパンやブタンのような常温で液化しにくい炭化水素と混合した場合にも維持される。
【００５８】
図４には、プロパンにヘキサンを１０％加えた炭化水素溶媒にメタンを溶解させた場合の３８℃における気液平衡特性が示される。図４に示されるように、メタンのモル割合が５５％程度まで液体状態が維持されていることがわかる。これを、図１に示された、プロパンが１００％の炭化水素溶媒を使用した場合と比較すると、メタンを溶解していった場合に液体状態として存在できる範囲が広くなっており、また一定のメタン濃度の場合には、ヘキサンを混合した炭化水素溶媒（図４）の方が圧力も低いことがわかる。これは、常温で液状の炭化水素であるヘキサンが、メタンとプロパンを安定化させているためと考えられる。
【００５９】
同様にして、図５にはブタンにヘキサンを１０％加えた炭化水素溶媒にメタンを溶解した場合の７１℃における気液平衡特性が示される。この場合には、メタンのモル割合が７０％程度まで液体状態が維持されることがわかる。図２に示されたブタン１００％の炭化水素溶媒を使用した場合と比較すると、液体状態で存在できるメタンのモル割合の範囲が広くなり、また同じメタン濃度の場合の圧力も低くなっている。従って、ブタン１００％の炭化水素溶媒の場合よりも、ヘキサンを１０％加えた方が液としての安定性が向上していることがわかる。
【００６０】
このように、ヘキサンのような常温で液状の炭化水素を含む炭化水素溶媒を使用することにより、より広い温度範囲でかつより広いメタンのモル割合で液体状態を維持できる。このため、メタンの貯蔵密度を向上することができ、メタンの貯蔵量を増加させることができる。この結果、例えば車載用途等で、広い温度範囲で使用される場合にも、安定してかつ多量のメタンを貯蔵することができる。
【００６１】
なお、以上の説明では、２成分系の炭化水素溶媒を述べたが、これを３成分系以上とするのも好適である。また、常温で液化しにくい炭化水素の例としては、上述したプロパン、ブタン等があるが、この他の有機溶媒として、例えばジメチルエーテル等も使用できる。
【００６２】
実施形態２．
本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムを車載用途に使用する場合には、通常燃料として使用されるガソリンあるいは軽油等をメタンを溶解するための炭化水素溶媒として使用できれば、インフラが整っている点、エンジンを搭載したバイフューエル車において、ガソリンや軽油を燃料としても使用できる点において優れている。ガソリンはＣ５〜Ｃ８程度の炭化水素の混合液体であり、軽油はＣ７〜Ｃ１２の炭化水素の混合液体である。本発明者らは、環境温度範囲において、ガソリンあるいは軽油が液体であり、メタンを十分に溶解できることを確認した。
【００６３】
図６には、ガソリンにメタンを溶解した場合の７１℃における気液平衡特性が示される。図６からわかるように、メタンのモル割合として８０％程度まで液体状態が維持されることがわかる。このため、メタンを溶解貯蔵させるための炭化水素溶媒として、ガソリンあるいは軽油は極めてすぐれているものと考えられる。
【００６４】
実施形態３．
図７には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態３を実施するための装置の断面図が示される。図７において、貯蔵容器１０には気相部１２からメタンを取り出すための気相取出口１４と、液相部１６から炭化水素溶媒を取り出すための液相取出口１８とが設けられている。液相取出口１８は、貯蔵容器１０の下部に設けられている。
【００６５】
図７に示される液相部１６には、炭化水素溶媒であるガソリンまたは軽油が収容され、これにメタンが溶解貯蔵される構成となっている。このため、ガソリンまたは軽油とメタンとを同時に貯蔵でき、貯蔵容器１０のエネルギ密度を高く維持することができるとともに、燃料を貯蔵する貯蔵容器１０が１つですむので、車載用途等に使用する場合に有利である。
【００６６】
本実施形態においては、メタンをガソリンまたは軽油に溶解させて貯蔵するので、メタンを液相状態で貯蔵することができ、例えば天然ガスを圧縮ガスの状態（ＣＮＧ）で貯蔵する場合よりも低い圧力で貯蔵することができる。したがって、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の日本での規定圧力が２００ＭＰａであるが、同じ圧力であれば本実施形態の方法によった方が貯蔵密度を高くでき、貯蔵量を多くすることができる。
【００６７】
本実施形態において貯蔵容器１０に貯蔵されたメタンを使用する場合には、気相取出口１４から貯蔵容器１０の気相部１２に存在しているメタンが９０％程度の組成がほぼ一定のガスを取り出して使用する。メタンは炭化水素溶媒である液相部１６に溶解しているので、気相部１２からガスを取り出すと、溶解しているメタンが気相部１２に気化蒸発してくる。液相部１６に溶解しているメタンを使い終わると、気相部１２からメタンを吹き込み、メタンの再充填を行う。
【００６８】
本実施形態において特徴的な点は、液相部１６の炭化水素溶媒を液相取出口１８から取り出せる構成となっている点である。これにより、緊急的にガソリンあるいは軽油を燃料として使用することができ、燃料の種類に柔軟性を持たせることができる。
【００６９】
実施形態４．
図８には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態４を実施するための装置の断面図が示される。図８において、貯蔵容器１０には、気相部１２にメタンを吹き込むためのメタン導入口２０と、液相部１６に炭化水素溶媒を導入するための溶媒導入口２２とが設けられている。また、液相部１６を攪拌するための攪拌器２４も設けられている。
【００７０】
貯蔵容器１０の中に溶媒導入口２２から炭化水素溶媒を導入し液相部１６を形成した後、気相部１２にメタン導入口２０からメタンを導入すると、メタンは炭化水素溶媒である液相部１６に溶解していく。しかし、単にメタンの圧力を増加させただけでは、液相部１６への溶解が十分には行われない。この溶解度を上げるためには、例えば液相部１６からメタンを吹き込みバブリングすることも考えられるが、実験の結果これでも十分な溶解度を得られないことがわかった。以上より、本実施形態においては、貯蔵容器１０に攪拌器２４を設け、メタン導入口２０からメタンを導入する際に、この攪拌器２４により液相部１６の炭化水素溶媒を攪拌できることとした。これによりメタンの溶解度を著しく向上させることができた。
【００７１】
表１には、本実施形態に係る方法により攪拌しながらメタンを吹き込んだ場合及び攪拌せずにメタンを吹き込んだ場合（液上方から導入）及び液相部１６中にメタンを吹き込みバブリングさせた場合のメタンの溶解度の結果がそれぞれ示される。
【００７２】
【表１】

【００７３】
表１からわかるように、本実施形態の方法により、液相部１６を攪拌器２４で攪拌しながらメタンを吹き込んだ場合の炭化水素溶媒へのメタン溶解度が著しく向上されていることがわかる。
【００７４】
例えば、実施形態３においてガソリンまたは軽油にメタンを溶解させる場合にも、本実施形態のように貯蔵容器１０に攪拌器２４を設け、液相部１６を攪拌しながら溶解させればよりメタンの貯蔵量を増加させることができる。
【００７５】
実施形態５．
図９には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態５を実施するための装置の断面図が示される。
【００７６】
図９において、貯蔵容器１０の内部には、有機多孔質材料２６が収容されている。この有機多孔質材料２６は、有機材料で構成されたスポンジである。本実施形態においては、このような有機多孔質材料２６が収容された貯蔵容器１０に、溶媒導入口２２から炭化水素溶媒を導入し、ここにメタン導入口２０からメタンを導入する。貯蔵容器１０の気相部１２及び液相部１６には、有機多孔質材料２６が存在しており、この作用により、より少ない炭化水素溶媒でより多くのメタンを溶解貯蔵できる。これは、以下のような理由によると考えられる。すなわち、メタンが炭化水素溶媒に溶解し、液化する理由は、溶媒となる炭化水素の分子にメタンの分子が引き寄せられるためであるが、貯蔵容器１０内に有機多孔質材料２６を収容すると、この有機多孔質材料２６の分子にもメタン分子が引き寄せられる。このため、メタンの液化が容易となり、その結果として炭化水素溶媒の量を減らすことができる。
【００７７】
なお、図９に示した例では、貯蔵容器１０内のすべての空間に有機多孔質材料２６が満たされているが、これを炭化水素溶媒の収容空間である液相部１６の部分のみに有機多孔質材料２６を配置する構成とすることも好適である。
【００７８】
例えば、炭化水素溶媒としてブタンを使用し、これにメタンを１４０気圧、５℃の条件で溶解させると、混合溶液中のブタンのモル割合が２０％程度となる。しかし、上述した有機多孔質材料２６を貯蔵容器１０内に配置すると、同じ条件でブタンのモル割合を１４％程度まで減少させることができる。
【００７９】
実施形態６．
以上に述べた各実施形態においては、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ガソリン等の炭化水素溶媒、又はジメチルエーテル（ＤＭＥ）等にメタンを溶解させて貯蔵する方法が採用されている。このように、メタンを各種炭化水素溶媒に溶解する場合に、メタンと炭化水素溶媒との溶液が超臨界状態となるようにメタンを溶解させれば、メタンの貯蔵密度をさらに向上させることができる。
【００８０】
図１０には、メタンとプロパンとを各種割合で混合した液体の温度−圧力曲線が示される。図１０において、例えば温度が３０℃の状態でプロパンの液体にメタンを吹き込んで溶解させ、このメタンの圧力を上昇させていくと、９３気圧程度で臨界軌跡を超え、超臨界状態となる。図１１には、この場合の、各圧力に対するメタンの貯蔵密度が示される。メタンの貯蔵密度は、メタンとプロパンとの混合液体中のメタンの溶解量として示されている。図１１からわかるように、臨界圧力付近でいったん貯蔵密度が下がるが、ほぼ圧力の増加に伴ってメタンの貯蔵密度も上昇している。従って、図１０，図１１においてメタンをより高圧まで吹き込み、超臨界状態で溶解させた方がメタンの貯蔵密度を向上できることがわかる。
【００８１】
次に、メタンを炭化水素溶媒に吹き込む際の温度の影響について述べる。
【００８２】
図１２には、各種炭化水素にメタンを８０ｍｏｌ％溶解させた液体の液相線が示される。各曲線の高温側の端点がそれぞれの臨界点を示している。図１２からわかるように、炭化水素の炭素数が増加するにつれて臨界点が高温かつ高圧側へシフトしている。図１３には、上記各臨界点におけるメタンの貯蔵密度が示される。図１３においては、炭素数の増加とともにメタンの貯蔵密度が減少しているように見えるが、これは、各臨界点における温度が異なるためである。
【００８３】
そこで、メタンの溶解度を調節し、３５℃の一定温度で比較した結果が図１４に示される。この場合、エタンはメタンの溶解量を減少させても液として存在できないので、記載していない。図１４からわかるように、ペンタン及びヘキサンを使用した場合のメタンの貯蔵密度が他に比べて高くなっていることがわかる。これは、ペンタン及びヘキサンの臨界温度がプロパン及びブタンの臨界温度よりも高いため、３５℃の状態でもほぼ臨界状態におけるメタンの貯蔵密度を維持できているからである。このように、一定温度、特に０℃以上の実用上有用な温度範囲においては、ペンタンやヘキサンのような臨界温度の高い炭化水素を使用した方がメタンの貯蔵密度を上げることができる。すなわち、使用温度と臨界温度との差が小さいかあるいは臨界温度の方が使用温度よりも高いような炭化水素を使用することが、メタンの貯蔵密度を増加させるうえで有利である。
【００８４】
なお、以上は、いずれも２成分系で考えているが、これを３成分系あるいはそれ以上の系とすることもできる。
【００８５】
図１５には、ブタン２０％、メタン８０％の混合液体と、ブタン２０％、エタン１６％、メタン６４％の混合液体との温度−圧力曲線が示される。図１５からわかるように、３成分系であるエタンを１６％添加した液体の方が、臨界温度が高くなっている。このように、混合する炭化水素の種類に応じて混合液体の特性を変化させることができるので、用途に応じて柔軟に対応することができる。
【００８６】
実施形態７．
メタンと炭素数が３以上の炭化水素、たとえばプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等（Ｃ３〜Ｃ６）とを混合すると、炭化水素の凝集力によりメタンが溶解液化する。メタンと上記各炭化水素とを混合した場合のメタンの各割合における相図が図１６〜図１９に示される。各図に示されるように、メタンの各混合割合毎に超臨界状態、すなわち圧力を上昇させても液化しない状態が存在する。
【００８７】
本発明者らは、上記超臨界状態でメタンを貯蔵すると、メタン単体で圧縮ガス（ＣＮＧ）として貯蔵する場合よりもメタンの貯蔵密度を高くできることを見いだした。これは、炭化水素を混合することにより、この炭化水素原子がメタン原子同士の反発を緩和し、緩衝材として作用するためと考えられる。
【００８８】
図２０には、３５℃においてプロパン溶媒にメタンを加えていき、そのときのメタン密度及びプロパン密度を測定した結果が示される。また、この場合の混合物のエネルギ密度とメタンのモル割合（％）との関係が図２１に示される。図２０及び図２１において、プロパン溶媒にメタンを加えていくと圧力が上昇していくが、８０気圧まではメタンとプロパンとの混合物に液相が存在した。さらにメタンを加え、圧力が８０気圧を超えると液相はなくなり、超臨界状態となった。８０気圧の状態における液相でのメタンのモル割合は３５％であった。また、メタンを加えることにより圧力が８０気圧〜１００気圧まで上昇する領域では、メタンとプロパンとの混合物が液相から超臨界状態への遷移状態であって、不安定な領域であった。
【００８９】
図２０に示されるように、上記各段階におけるメタンの貯蔵密度は、９０気圧まで増加するが、完全な超臨界状態となった１００気圧の段階では一旦低下する。その後はメタンの混合割合の増加とともに圧力が上昇し、メタンの貯蔵密度も増加する。さらにメタンを加えていき、２００気圧となった段階では、メタンの貯蔵密度が体積割合としてＶ／Ｖ（大気圧下での貯蔵気体体積／貯蔵体積）＝２２０となり、プロパンの貯蔵密度がＶ／Ｖ＝５０となった。ＣＮＧの場合には、２００気圧において貯蔵密度Ｖ／Ｖ＝２００であるので、超臨界状態で貯蔵した方がメタンの貯蔵密度を高くできることがわかった。
【００９０】
また、図２１に示されるように、プロパン溶媒にメタンを加えていき、混合物中のメタンのモル割合が３５％となったときから、すなわち８０気圧となったときから超臨界状態への遷移が始まり、この遷移状態でメタンのモル割合が急激に増加し、圧力が１００気圧となり完全な超臨界状態となったときのメタンのモル割合は５５％となった。さらにメタンを加えると、メタンのモル割合も増加し、圧力も増加していく。上述した圧力が２００気圧の状態までメタンを加えた場合には、メタンのモル割合が８１．５％、プロパンのモル割合が１８．５％となった。また、この場合の混合物のエネルギ密度の変化も図６に示されており、超臨界状態に遷移すると液相状態よりもエネルギ密度が低下することがわかる。しかし、超臨界状態となった後は、ほぼ圧力に対して一定である（微増している）。しかし、この場合のエネルギ密度は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の状態のメタンと比べると約１．６倍となっている。これは、メタンの他にプロパンが混合しているためである。
【００９１】
以上の現象は、プロパン以外の炭素数が３以上の炭化水素を用いても同様である。また、エタンはメタンに近いので、メタンを主成分とするメタンとエタンとの混合物と炭素数が３以上の炭化水素とを用いた場合にも同様のことが言える。したがって、メタンあるいはメタンを主成分とする炭素数２以下の炭化水素の混合割合が９３〜３５％であり、プロパン、ブタン等の炭素数３以上の炭化水素の混合割合が７〜６５％となるように炭素数３以上の炭化水素とメタンとを混合し、超臨界状態で貯蔵することにより上述したメタンの貯蔵密度及びエネルギ密度を向上させることができる。ただし、炭素数３以上の炭化水素にメタンを加えていって超臨界状態に遷移させる際に遷移状態では超臨界状態が不安定であるので、望ましくは超臨界状態が安定する組成範囲、すなわち炭素数３以上の炭化水素の混合割合が７〜４５％であり、メタンあるいはメタンを主成分とする炭素数２以下の炭化水素の混合割合が９３〜５５％であることが望ましい。以上のような組成により超臨界状態で貯蔵することにより、メタンの貯蔵密度及びエネルギ密度の両方を増加させることができる。
【００９２】
実施形態８．
本実施形態においては、炭素数３以上の炭化水素としてブタンが使用されている。図２２には、２１℃においてブタン溶媒にメタンを加えていった場合のメタン密度とブタン密度とが示される。また、この場合のメタンとブタンとの混合物のエネルギ密度とメタンのモル割合とが図２３に示される。ブタン溶媒にメタンを加えていくと、１２０気圧までは液相が存在する。さらにメタンを加えると、液相から超臨界状態への遷移状態となり、不安定な領域となる。この遷移状態は１３０気圧程度まで続く。図２２に示されるように、ブタン溶媒にメタンを加えていった場合、液相から遷移状態、遷移状態から超臨界状態への相変化にはあまり影響されず、圧力の上昇とともにメタンの貯蔵密度も増加していく。超臨界状態となった後、さらにメタンを加え、メタンとブタンとの混合物の圧力が２００気圧となった時点でメタンの貯蔵密度Ｖ／Ｖ＝３００となり、このときのブタンの貯蔵密度Ｖ／Ｖ＝５５となった。
【００９３】
また、図２３に示されるように、メタンとブタンとの混合物の圧力が１２０気圧の時点では、液相が存在し、このときのメタンのモル割合が５５％であった。さらにメタンを加え、圧力が１３０気圧となった段階で超臨界状態となり、このときのメタンのモル割合が７３％となった。また、超臨界状態となると系内の状態も安定する。このように、ブタンを溶媒とした場合にも、プロパンを溶媒として使用した場合と同様に、超臨界状態になった時点でメタンのモル割合が急激に上昇し、天然ガスのメタンのモル割合に近づく。
【００９４】
また、メタンとブタンの混合物のエネルギ密度は、図２３に示されるように、超臨界状態となったときに液相状態よりも低下するが、超臨界状態となった後は、圧力の上昇によらずほぼ一定の値となっている。２００気圧までメタンを加えた場合のメタンのモル割合は８４．５％であり、ブタンのモル割合が１５．５％となった。この場合のエネルギ密度を圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と比較すると、ＣＮＧの約２．１倍となった。
【００９５】
このように、ブタンを溶媒として使用した場合にも、超臨界状態として貯蔵すると、メタンの貯蔵密度及びエネルギ密度を向上させることができる。
【００９６】
実施形態９．
本実施形態においては、炭素数３以上の炭化水素としてプロパンが使用されている。メタンをプロパンに溶解した場合の相図は図１６に示されている。図１６からわかるように、プロパンのモル割合が８０％の場合、温度が１５℃以上となると、圧力によらず露点曲線と接しなくなる。このため、どのような圧力でも液化することなく超臨界状態あるいは気体状態として一定組成で貯蔵容器から取り出すことができる。
【００９７】
このように、炭素数３以上の炭化水素としてプロパンを使用した場合には、常温でも液化しない状態で燃料を使用することができる。
【００９８】
実施形態１０．
本実施形態以降は、本発明にかかるメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器内から貯蔵物を取り出して使用する場合に、取り出された貯蔵物の組成を一定に維持する技術に関するものである。
【００９９】
上述した実施形態７〜実施形態９において、メタンを炭素数３以上の炭化水素と混合する場合には、たとえば図２４に示されるように、貯蔵容器１０に炭化水素とメタンとを投入する。すなわち、まず貯蔵容器１０に充填用配管２８からプロパン、ブタン、ペンタン等の炭素数３以上の炭化水素を投入し、次に充填用配管２８からメタンを吹き込む。この場合には、図２４に示されるように充填用配管２８が貯蔵容器１０の底部に接続されているので、始めに投入された液体状態の炭化水素中をメタンがバブリングされることになる。これにより撹拌効果が生じ、速やかに超臨界状態へ移行させることができる。また、バブリングのみならず、撹拌機３０を設け、これによって貯蔵容器１０内の貯蔵物すなわちメタン含有炭化水素を撹拌するのも好適である。
【０１００】
当初貯蔵容器１０内には液相部１６と気相部１２とが存在しているが、上記のようにして、炭素数３以上の炭化水素中にメタンを吹き込むことにより、超臨界状態に移行すると液相部１６が消失する。超臨界状態に移行すると貯蔵容器１０内の組成は一定になり、取り出される貯蔵物の組成を一定にすることができる。
【０１０１】
図２５には、図２４に示された方法により製造された超臨界状態のメタン含有炭化水素を自動車等の移動体に搭載された移動体側貯蔵容器に充填する場合の例が示される。図２５において、炭素数３以上の炭化水素が充填された炭化水素槽３２から混合器３４に炭化水素を投入する。次に、昇圧機３６で２００〜２５０気圧程度まで昇圧され、メタン蓄圧槽３８に蓄圧されているメタンを混合器３４に吹き込む。図には示されていないが、混合器３４には所定の撹拌装置が設けられている。このようにして、メタンと炭素数が３以上の炭化水素とを混合し、２００気圧程度で超臨界状態としたメタン含有炭化水素を混合ガス蓄圧ボンベ４０に蓄える。混合ガス蓄圧ボンベ４０に蓄えられた超臨界状態のメタン含有炭化水素は、充填機４２により移動体側貯蔵容器に充填される。
【０１０２】
なお、一般の充填所には１３Ａ（ウオッベ指数１２６００〜１３８００（ｋｃａｌ／ｍ^３）、燃焼速度３５〜４７（ｃｍ／ｓｅｃ）、例メタン８８％、エタン６％、プロパン４％、ｉ−ブタン０．８％、ｎ−ブタン１．２％）等の都市ガスが配管されているので、メタンの代わりにこれら都市ガスを使用することも好適である。
【０１０３】
前述した図２４に示される貯蔵容器１０に、メタンを主成分とする気体と炭素数３以上の炭化水素とを混合したメタン含有炭化水素を充填してゆくと、貯蔵容器１０の温度が上昇してくる。貯蔵容器１０の温度が上昇すると、実質的な充填率が低下することになるので貯蔵容器１０を冷却する必要がある。
【０１０４】
図２６は、貯蔵容器１０を冷却する方法の例が示される。図２６において、貯蔵容器１０には、冷却用配管４４が巻かれており、この冷却用配管４４には、冷却液供給配管４６から冷却液が供給される。たとえば、貯蔵容器１０として１００１のタンクを使用し、これにメタン８３％、ブタン１７％の組成のガスを充填した場合、環境温度が２５℃で、冷却液温度を１０℃とすると、タンクの内側温度が３０℃となった。すなわち、環境温度に対して５℃程度の温度上昇にとどまった。これに対して、同様の条件で圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を充填した場合には、タンクの内側温度が５０℃程度となり、環境温度から２５℃程度温度が上昇していた。
【０１０５】
このように、本発明に係るメタン含有炭化水素の方が冷却効果が大きいのは、低圧において液相が存在し、高圧になるにしたがって超臨界状態となっていく性質があるので、超臨界状態に移行する前の低圧状態ではタンク内に存在する液相を冷却することになり、冷却効果が高いためと考えられる。
【０１０６】
実施形態１１．
ブタン溶媒にメタンを加えていった場合の相図は、前述した図１７に示される。図１７に示されるように、メタンのモル割合が８０％の場合には、常温たとえば１５℃程度の温度で露点曲線を横切る圧力が存在する。このため、当初貯蔵容器内に超臨界状態で貯蔵されていても、メタンの使用とともに容器内の圧力が低下していくとある圧力で液化することになる。上記組成の場合には、露点曲線を横切らないための温度は６０℃以上であり、一般的な使用環境の条件では、圧力が低下すると液化してしまうことがわかる。
【０１０７】
上述のとおり、貯蔵容器１０内に気相と液相とが存在する場合、これらの各相におけるメタンの濃度は異なった値となる。すなわち、気相はメタンがリッチであり、液相ではブタンがリッチとなっている。したがって、貯蔵容器１０から超臨界状態でメタン含有炭化水素を取り出す場合と同じ組成のメタン含有炭化水素を取り出すためには、気相及び液相の双方から一定比率で同時に取り出し、これを混合して使用する必要がある。このように、液相及び気相の両方から取り出すようにすれば、貯蔵容器１０内全体としてメタン割合は超臨界状態のときと変化していないので、超臨界状態の場合と同様の組成の燃料を得ることができる。
【０１０８】
以上のような、貯蔵容器１０内の貯蔵物を気相及び液相の双方から同時に取り出し、これを混合する手段の例を、以下に説明する。
【０１０９】
図２７には、貯蔵容器１０の液相部１６及び気相部１２の両方からメタン含有炭化水素を取り出す例が示される。この場合、液相部１６の密度は気相部１２の密度よりも高いので、そのぶん液相部１６側からの取り出し配管４８の径を気相部１２側からの取り出し配管４８の径よりも細くしておく。このようにして液相部１６及び気相部１２から取り出したメタン含有炭化水素は、取り出し配管４８中で混合され、圧力調整器５０で圧力を調整されて燃料使用側に供給される。
【０１１０】
たとえば、ブタンのモル割合１７％、メタンのモル割合８３％の混合物であるメタン含有炭化水素は、２１℃、１３０気圧程度で気液の分離が生じる。この場合、液相部１６側からの取り出し配管４８の径を気相部１２側からの取り出し配管４８の径の２／３程度とすると、貯蔵容器１０から取り出されるメタン含有炭化水素の組成が、超臨界状態で取り出される場合の組成とほぼ同一となる。
【０１１１】
なお、取り出し配管４８には、取り出した燃料が貯蔵容器１０に逆流することを防止するための逆止弁４９が設けられている。
【０１１２】
図２８には、貯蔵容器１０からのメタン含有炭化水素の取り出し方法の変形例が示される。図２８において、取り出し配管４８の途中に、撹拌機５２が設けられている。これにより、液相部１６及び気相部１２からそれぞれ取り出したメタン含有炭化水素の混合をより十分にでき、均一な燃料を得ることができる。撹拌機５２としては、たとえば、ボールベアリングの軸部分に翼を設けたもの等が考えられる。このような撹拌機は、メタン含有炭化水素の圧力により回転し、撹拌を行うので、特に新たなエネルギ源は必要としない。
【０１１３】
図２９には、貯蔵容器１０からのメタン含有炭化水素の取り出し方法の他の変形例が示される。図２９においては、取り出し配管４８の途中に加熱室５４が設けられている。この加熱室５４で、貯蔵容器１０の液相部１６及び気相部１２から取り出され、混合されたメタン含有炭化水素の加熱混合が行われる。これにより、メタン含有炭化水素中に含まれる液滴を完全に気化することができる。したがって、メタン含有炭化水素の混合状態を良好にでき、その組成の均一性を向上させることができる。
【０１１４】
上記加熱室５４は、圧力調整器５０の上流側でも下流側でもよい。この加熱室５４の熱源としては、たとえば、エンジンの冷却水等を使用することができる。これにより、加熱室５４内の温度が４０〜６０℃程度になるように設定するのが好適である。
【０１１５】
図３０には、貯蔵容器１０からのメタン含有炭化水素の取り出し方法のさらに他の変形例が示される。図３０において、液相部１６から取り出した液状のメタン含有炭化水素を加熱室５４に導入して気化させ、このガスと気相部１２から取り出した気体状のメタン含有炭化水素とを一定量ずつ混合することにより、一定組成の燃料をエンジン等の使用側に供給することができる。この場合、加熱室５４から発生するガスと、貯蔵容器１０の気相部１２から取り出した気体状のメタン含有炭化水素との混合比は、必ずしも１：１ではなく、組成比を考慮して適宜混合比を決定する。これにより、さらにメタン含有炭化水素の組成を安定させることができる。
【０１１６】
貯蔵容器１０の液相部１６から取り出された液状のメタン含有炭化水素は、弁５６で取り出し量が調整されつつ、逆止弁４９を介して加熱室５４に導入される。加熱室５４は、エンジンの冷却水等を使用して４０〜６０℃程度の温度に設定されており、導入された液状のメタン含有炭化水素を気化する。加熱室５４で気化したメタン含有炭化水素は、圧力調整器５０で圧力調整されつつ、気相部１２から取り出され同じく圧力調整器５０で圧力調整された気体状のメタン含有炭化水素と混合される。この場合、上述したように、加熱室５４から発生するガスの圧力調整器５０と、貯蔵容器１０の気相部１２から取り出したガスの圧力調整器５０とにより適宜圧力調整しつつ、貯蔵容器１０内の全体の組成と同一組成のメタン含有炭化水素ガスを得るように制御する。なお、取り出し配管４８の途中に、撹拌機５２を設けておけば、さらに組成を均一化することができる。
【０１１７】
図３１には、貯蔵容器１０からのメタン含有炭化水素の取り出し方法のさらに他の変形例が示される。図３１において、貯蔵容器１０の内部に液相部１６が生じた場合には、フロート５８により液相部１６の発生を検出できる構成となっている。フロート５８は生じた液相部１６の液面に位置しているので、この高さを検知すれば、貯蔵容器１０内に生じている液量を検出することができる。このフロート５８の位置は、位置検出センサ６０により検出され、この出力が演算部６２に入力される。ここで、フロート５８、位置検出センサ６０、演算部６２により本発明に係る液量検出装置が構成される。
【０１１８】
また、貯蔵容器１０の気相部１２から気体状のメタン含有炭化水素を取り出すための気相部ノズル６４には、圧力センサ６６が設けられている。この圧力センサ６６の出力も演算部６２に入力される。
【０１１９】
以上のようにして、フロート５８の位置により液相部１６が発生したことを検出した場合には、位置検出センサ６０からの出力に基づき演算部６２が、生じた液量を算出する。同時に、圧力センサ６６により気相部１２の圧力を検出し、図示しない温度計によって検出された温度とともに演算部６２で液相部１６におけるメタン含有炭化水素の量を演算する。これにより、貯蔵容器１０内の残量を正確に知ることができる。なお、あらかじめ貯蔵容器１０内の初期の燃料組成はわかっているので、測定時の温度がわかれば液相部１６及び気相部１２の組成も算出することができる。
【０１２０】
このようにして求めた液相部１６及び気相部１２の組成に基づき、気相部ノズル６４及び液相部ノズル６８から所定の割合で気体状及び液体状のメタン含有炭化水素を取り出し、これらを混合することにより、超臨界状態で取り出す場合と同一組成の燃料を得ることができる。
【０１２１】
なお、以上は、貯蔵容器１０からメタン含有炭化水素を取り出すことにより、貯蔵容器１０の圧力が低下し、これにより超臨界状態が崩れて液相部１６が生じることを前提としている。しかし、たとえば図１７、図１８、図１９に示されるように、所定の割合でメタンを混合した炭化水素の場合には、それぞれ所定の温度より高ければ液相が生じない。したがって、たとえば図２６に示された、貯蔵容器１０の冷却用配管４４に、エンジンの冷却水等を供給し、これによって貯蔵容器１０を加熱すれば、貯蔵容器１０内の圧力が低下しても超臨界状態を維持することができる。これにより、液相部１６、気相部１２から別々にメタン含有炭化水素を取り出す必要がなくなり、超臨界状態で一定組成のメタン含有炭化水素を取り出すことができる。このように、貯蔵容器１０の内部を超臨界状態に維持するように温度調節するには、上述したようにエンジン冷却水を利用すればよい。このエンジン冷却水は通常９０℃程度で供給されるので、たとえば炭化水素としてブタンを使用した場合には、メタンのモル割合が７０〜８０％程度としておけば、液相部１６を生じない状態でメタン含有炭化水素の取り出しが可能となる。
【０１２２】
実施形態１２．
図３２には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器１０の例が示される。図３２において、所定の炭化水素とメタンとを混合する場合には、貯蔵容器１０の底部に設けられた充填用配管２８から炭化水素及びメタンを供給する。この場合、充填用配管２８が貯蔵容器１０の底部に設けられているので、まず液状の炭化水素を供給し、そこにメタンまたはメタンを主成分とする気体を吹き込めばバブリングにより撹拌効果が生じ、超臨界状態への移行が容易となる。この場合、充填用配管２８の貯蔵容器１０への接合部分に撹拌翼７０を設け、メタンまたはメタンを主成分とする気体を吹き込む際にその圧力により回転する構成とすれば、より撹拌効果を高めることができる。
【０１２３】
図３３には、このようなメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図３３の例では、貯蔵容器１０は縦型の構成となっている。これにより、メタンを溶解するための炭化水素液を貯蔵容器１０に入れた場合に、その液面が高くなり、メタンの吹き込み時によりバブリングしやすくなる。この場合、充填用配管２８の貯蔵容器１０への接合部には、図３２と同様に撹拌翼７０を設ける構成としてもよい。
【０１２４】
以上の充填用配管２８あるいは撹拌翼７０が、本発明にかかる攪拌手段の例である。
【０１２５】
また、充填用配管２８は、貯蔵容器１０の下部に設けられており、液相部１６側の取り出し配管４８としても機能する。また、貯蔵容器１０の上部には、気相部１２側の取り出し配管４８も設けられている。したがって、貯蔵容器１０内に超臨界状態で貯蔵されていたメタン含有炭化水素の圧力が低下し、液相部１６が生じた場合には、これらの上部の取り出し配管４８と下部の取り出し配管４８の双方からメタン含有炭化水素を取り出すことができ、前述した実施形態１１の方法によりこれらを混合して、均一な組成のメタン含有炭化水素を得ることができる。
【０１２６】
本実施形態のように、貯蔵容器１０を縦型とすると、たとえば車載用途に使用する場合等にスペース効率を向上させることができる。
【０１２７】
図３４には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の他の例が示される。図３４においては、貯蔵容器は横型のタンクとなっている。この貯蔵容器１０には、図３１の例と同様に、貯蔵容器１０内に液相部１６が生じたときに、この液相部１６から液状のメタン含有炭化水素を取り出すための液相部ノズル６８と、気相部１２から気体状のメタン含有炭化水素を取り出すための気相部ノズル６４とが設けられている。この気相部ノズル６４が図３３の上部の取り出し配管４８に、液相部ノズル６８が図３３の下部の取り出し配管４８にそれぞれ対応している。このようにして、超臨界状態が崩れ、液相部１６が生じた場合には、気相部ノズル６４と液相部ノズル６８とからそれぞれ気体状、液体状のメタン含有炭化水素を取り出すことができ、これらを適宜混合すれば、超臨界状態の場合と同じ組成のメタン含有炭化水素を得ることができる。
【０１２８】
本例における貯蔵容器１０に、炭化水素及びメタンを充填する場合には、液相部ノズル６８からそれぞれの投入を行う。この場合、まず所定の炭化水素液を液相部ノズル６８から貯蔵容器１０に投入し、続いて気体状のメタンを液相部ノズル６８から吹き込む。この液相部ノズル６８には、炭化水素及びメタンの吹き出し口に撹拌翼７０が設けられている。これにより、液状の炭化水素中に気体のメタンが吹き込まれる際には、この撹拌翼７０がメタンの圧力により回転し、撹拌効果を高めることができ、超臨界状態への移行が容易となる。このような撹拌翼７０は、図３４に示されるように複数設けるのが好適である。
【０１２９】
図３５には、図３４に示された撹拌翼７０の例が示される。図３５において、撹拌翼７０はボールベアリング型となっており、アウターレース７２とインナーレース７４との間にボールベアリング７６が設けられてそれぞれが相対的に回転できるような構成となっている。また、インナーレース７４の内部には、羽７８が設けられており、メタンの吹き込み時ここにメタンガスが当たってインナーレース７４とともに回転する構成となっている。このように、インナーレース７４の中に設けられた羽７８がメタンの圧力で回転することにより、貯蔵容器１０内の液体を効率よく撹拌することができる。また、この回転力は、メタンの圧力から得られるので、特別な回転用の動力は不要である。
【０１３０】
実施形態１３．
図３６には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の貯蔵システムの一実施形態の構成が示される。図３６において、固定側貯蔵容器８０には、炭素数３以上の炭化水素とメタンまたはメタンを主成分とする炭素数２以下の炭化水素とが超臨界状態で貯蔵されている。この固定側貯蔵容器８０は、メタン含有炭化水素を移動体に供給するための固定ステーションに設置されている。
【０１３１】
固定側貯蔵容器８０には、充填機４２が接続されており、この充填機４２から自動車等の移動体に搭載された移動側貯蔵容器８４に臨界状態のメタン含有炭化水素を充填する。これにより、移動側貯蔵容器８４にも超臨界状態でメタン含有炭化水素を充填することができる。
【０１３２】
このようにして移動側貯蔵容器８４にメタン含有炭化水素を充填していくと、固定側貯蔵容器８０内の圧力が低下していく。前述した図１６〜図１９に示されるように、各種炭化水素にメタンを混合させて得たメタン含有炭化水素は、各メタンのモル割合に応じた温度と圧力で液化する場合がある。すなわち、所定温度において超臨界状態から圧力が下がっていくと、ある温度で露点曲線に交わりこの点で液相が発生する。たとえば、ブタンにメタンを混合させた場合、メタンのモル割合が８０％のメタン含有炭化水素では、２０℃において１４０気圧以上では超臨界状態であるが、この圧力より低くなると超臨界状態が崩れて液相が発生する。
【０１３３】
したがって、固定側貯蔵容器８０内を常に超臨界状態に保つためには、移動側貯蔵容器８４にメタン含有炭化水素を充填した後で、不足した分を再充填しておく必要がある。本実施形態に係る固定ステーションには、この固定側貯蔵容器８０への充填のための、混合器３４及びピストン８６が設置されている。ピストン８６には、それぞれメタン供給配管８８及びブタン供給配管９０が接続されている。なお、ブタン供給配管９０は、ブタンに限られるものではなく、炭素数３以上の所定の炭化水素を供給できる構成であればよい。また、混合器３４には、撹拌機９２が設けられている。
【０１３４】
これらの混合器３４及びピストン８６で固定側貯蔵容器８０に超臨界状態のメタン含有炭化水素を供給する場合には、まずピストン８６にメタン供給配管８８及びブタン供給配管９０からそれぞれメタンとブタンとを供給し、これを混合器３４にピストン８６によって押し込む。この動作を繰り返すことにより、混合器３４の圧力をメタンとブタンとの混合物が超臨界状態となる圧力まで続け、同時に撹拌機９２によって撹拌して混合器３４内を超臨界状態とする。次に、混合器３４内で超臨界状態としたメタン含有炭化水素を固定側貯蔵容器８０に供給する。なおこの場合、ブタン以外の炭素数３以上の炭化水素を使用することももちろん可能である。
【０１３５】
固定側貯蔵容器８０の圧力としては、移動側貯蔵容器８４の貯蔵圧力を２００気圧程度とすると、２５０気圧程度に維持する必要がある。したがって、混合器３４からメタン含有炭化水素の不足分を固定側貯蔵容器８０に供給し、上記圧力を維持しておく。
【０１３６】
図３７には、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の貯蔵システムの変形例が示される。図３７において、混合器３４とピストン８６とは一体的に構成されている。この場合、撹拌機９２は通常時混合器３４の外に配置されており、必要に応じて混合器３４の中に挿入され、混合器３４の内部を撹拌する構成となっている。撹拌機９２が混合器３４の外に出されている場合には、撹拌機９２の投入口はシャッター９４により閉鎖される。固定側貯蔵容器８０にメタン含有炭化水素を供給する場合には、混合器３４にメタン供給配管８８及びブタン供給配管９０からそれぞれメタンとブタンとを供給し、撹拌機９２により撹拌した後、撹拌機９２を混合器３４の外に引き出して、超臨界状態のメタン含有炭化水素をピストン８６で固定側貯蔵容器８０に押し込む。なお、炭素数３以上の炭化水素としては、ブタンに限られるものではなく、他の炭化水素を使用することが可能である。本変形例においても、固定側貯蔵容器８０の圧力は２５０気圧程度に維持される。
【０１３７】
以上のように、メタン含有炭化水素をピストン８６で圧縮して圧力を上げる場合には、途中で露点曲線を横切って液相が生じる場合がある。図３８には、メタンとブタンとを混合させた場合の相図が示される。この相図は図１７に示したものと同じである。図３８において、たとえばメタンのモル割合が８０％、ブタンのモル割合が２０％の場合には、温度３０℃において圧力を上げていった場合、２０気圧の圧力と１４０気圧の圧力で露点曲線と交わる。したがって、この温度では２０気圧以上１４０気圧以下の範囲で液相が存在することになる。このため、メタンとブタンとの混合物ガスを２０気圧以下、たとえば図３８のＡ点から１４０気圧以上たとえば図３８のＢ点まで一気に圧縮し、さらにＢ点から２５０気圧まで２段階以上で圧縮すれば、メタン含有炭化水素の液化の影響を小さくすることができる。このように、メタン含有炭化水素の圧縮を２段階以上とすることにより、より容易に高圧まで圧縮することができる。このためには、たとえば固定側貯蔵容器８０にメタン含有炭化水素を供給するラインに複数のピストン８６を設けることにより実現することができる。
【０１３８】
図３６、図３７に示された移動体８２に搭載された移動側貯蔵容器８４にメタン含有炭化水素を充填する場合には、充填量を計量しながら行う必要がある。しかし、たとえば図３８に示されるように、メタン含有炭化水素はある温度及び圧力で液化する可能性があるので、正確に計量するためには液相が生じない状態すなわち超臨界状態で計量する必要がある。このため、充填機４２の部分で液相が生じないように、その温度及び圧力を制御することが望ましい。圧力は固定側貯蔵容器８０と同じ圧力とすることができるので、この圧力が多少下がった場合にも超臨界状態が維持できるように、充填機４２に図示しない加熱設備を設けるのがよい。
【０１３９】
なお以上に述べたピストン８６及び混合器３４が本発明に係る圧入装置を構成する。
【０１４０】
実施形態１４．
以上に述べたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにより超臨界状態で貯蔵されたメタンは、たとえば燃料電池に供給するために使用することができる。上述したように、本発明に係るメタンの貯蔵方法によれば、メタンの貯蔵密度を高くすることができるので、たとえば燃料電池式の自動車に応用することにより、メタンを貯蔵するためのタンク容量を小さくすることができ、燃料電池式自動車の燃料系統の軽量化、小型化を図ることができる。
【０１４１】
図３９には、ブタンにメタンを溶解させた場合のメタン含有炭化水素（メタン含有ブタン）を燃料電池に使用するために改質する工程が示される。図３９において、改質器ではメタンとブタンとがそれぞれ分解され、水素が取り出される。ここで、燃料電池式自動車で、たとえば５００Ｋｍ走行するためには、水素４Ｋｇが必要となる。メタン１ｍｏｌからは４ｍｏｌの水素が、ブタン１ｍｏｌからは１３ｍｏｌの水素がそれぞれ得られるので、図３９に示された混合割合（メタンＶ／Ｖ＝３１０、ブタンＶ／Ｖ＝７０）のメタン含有ブタンの場合には、４Ｋｇの水素を得るのに、２１Ｌ（リットル）の超臨界状態でのメタン含有ブタンが必要となる。
【０１４２】
同様にして、メタノールについても、５００Ｋｍ走行するための必要量を算出すると、以下の表２のようになる。
【０１４３】
【表２】

【０１４４】
表２に示されるように、メタノールを使用した場合には、５００Ｋｍ走行するために４１リットル必要となる。これに較べ、メタンをブタンに溶解させたメタン含有ブタンを超臨界状態で貯蔵したものを燃料電池の燃料として使用した場合には、２１リットルで５００Ｋｍの走行が可能となり、燃料貯蔵用のタンクを小型化することができる。
【０１４５】
また、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいては、メタンがプロパン、ブタン等の炭素数３以上の炭化水素とともに貯蔵されている。これらのプロパン、ブタン等は、メタンよりも分解されやすいので、水素を取り出すための改質反応をより低い温度で行うことができる。たとえば、メタンを水蒸気改質するには、９００℃程度の温度が必要であるが、ブタンにメタンを溶解させ、超臨界状態で貯蔵したものは、改質のための分解温度を７００℃程度とすることができる。このため、水素の熱ロスが減少でき、改質効率を向上することができる。
【０１４６】
また、上述したように、本発明に係るメタンを主成分とする気体貯蔵システムにより貯蔵したメタン含有炭化水素では、水蒸気改質の温度を低くできるので、改質に使用した水を回収することが容易となり、水蒸気改質のための水の補給量を大幅に減少させることができる。
【０１４７】
図４０には、天然ガスを原料として、火力発電所において火力発電を行わせる、いわゆる定置発電の場合と、天然ガスをＣＮＧ（圧縮天然ガス）とし、これを改質した後、燃料電池（ＦＣ）に供給する場合と、天然ガスを本発明に係る貯蔵方法により超臨界状態で貯蔵したものを改質し燃料電池に供給する場合との３つの場合についての総合的な発電効率の比較が示される。図４０に示されるように、本発明に係るメタンの貯蔵方法により貯蔵した超臨界状態のメタン含有炭化水素を燃料電池に供給する場合が最も総合効率を高くすることができる。これは、上述のように、本発明に係るメタン含有炭化水素の改質効率を高くすることができるからである。
【０１４８】
実施形態１５．
図４１には、本実施形態に係る貯蔵容器１０及びこの貯蔵容器１０に炭素数３以上の炭化水素とメタンあるいはメタンを主成分とする炭素数２以下の炭化水素とを供給する装置の例が示される。図４１において、貯蔵容器１０には、逆止弁４９を介して小室９６が接続されており、この小室９６には炭素数３以上の炭化水素を供給する溶媒供給配管９８及びメタンあるいはメタンを主成分とする炭素数２以下の炭化水素を供給するメタン供給配管１００とが接続されている。
【０１４９】
貯蔵容器１０からエンジン、燃料電池等のユーザ側にメタン含有炭化水素を供給すると、貯蔵容器１０内のメタンと炭素数３以上の炭化水素とがともに減少していく。したがって、貯蔵容器１０には、メタン及び炭素数３以上の炭化水素の両方を補給する必要がある。この場合、メタンあるいはメタンを主成分とする炭素数２以下の炭化水素では、その圧力が高いので、貯蔵容器１０内を超臨界状態に維持するためにたとえば２００気圧程度の圧力としていても、十分に貯蔵容器１０に充填することができる。これに対して、炭素数３以上の炭化水素の場合にも、その圧力を高くすれば、貯蔵容器１０への充填は可能である。しかし、通常炭素数の多い炭化水素の圧力を高くするのは、液化等の問題もあり、困難をともなう。
【０１５０】
このため、本実施形態においては、まず小室９６に、低い圧力で炭素数３以上の炭化水素を溶媒供給配管９８から所定量供給する。その後、メタン供給配管１００から高圧のメタンを、小室９６を介して貯蔵容器１０に充填する。これにより、メタンが貯蔵容器１０に充填される際に、小室９６にあらかじめ注入しておいた炭素数３以上の炭化水素も同伴されるので、炭素数３以上の炭化水素の圧力を高くしなくても、容易に貯蔵容器１０に充填することができる。
【０１５１】
上記小室９６が本発明にかかる一時充填容器に相当する。
【０１５２】
実施形態１６．
炭素数３以上の炭化水素としてブタンを使用し、これに１３Ａ等の天然ガスを溶解させて超臨界状態にした場合、その組成は図４２に超臨界状態の領域として示されるような割合になる。したがって、貯蔵容器１０から取り出すガスの組成も同様となる。次に、この状態から超臨界状態が崩れ、気相と液相とが混在する状態となった場合（図の液相＋気相の領域）、ブタンは液相により多く含まれることになるので、気相部のガス組成は、メタンの割合が高くなり、ブタンの割合が低くなる。図４２に示された例では、温度２１℃の気液混相状態であり、この場合のｎ−ブタンの割合は７％程度で安定している。そこで、当初から貯蔵容器内のｎ−ブタンの割合を７％程度となるように調整した場合、図４３に示されるように、気液混相の場合の気相部も、超臨界状態の場合にもほぼ一定の組成を維持できることがわかった。すなわち、貯蔵容器１０内へ充填するメタン含有炭化水素の成分組成を、貯蔵容器内を気液混相状態とした場合の気相部の組成と同じにすれば、気液混相状態の気相部から、あるいは超臨界状態の下で、貯蔵容器１０からほぼ一定の組成のメタン含有炭化水素を取り出すことができる。
【０１５３】
図４３に示された例では、ＣＨ_４が８２．２％、Ｃ_２Ｈ_６が６％、Ｃ_３Ｈ_８が４％、ｉ−Ｃ_４Ｈ_１０が０．８％、ｎ−Ｃ_４Ｈ_１０が７％の組成であった。これにより、貯蔵容器１０内の状態が超臨界状態状態であるか、気液混相状態であるかを問わず、貯蔵容器１０から抜き出される貯蔵物の組成をほぼ一定に維持することができ、エンジン等のユーザ側の燃焼特性に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【０１５４】
実施形態１７．
図４４には、貯蔵容器１０内にブタンとメタンとを、ブタン：メタン＝２０：８０の割合で貯蔵した場合に、車両等の使用側に超臨界状態で燃料を供給する場合と、気液混相状態の気相部１２から燃料であるメタン含有炭化水素を供給する場合の、供給される燃料中のメタンの組成割合が示される。超臨界状態で供給される場合には、貯蔵容器１０から抜き出される貯蔵物のメタンの組成割合は一定であるので、貯蔵容器１０に残存するメタン含有炭化水素の割合も一定に維持される。
【０１５５】
これに対して、圧力、温度状態が変化し超臨界状態が崩れて気液混相状態となった場合に、その気相部１２から貯蔵容器１０の貯蔵物を供給した場合には、図４４に示されるように、メタンの組成割合が高くなる。その結果として貯蔵容器１０に残存するメタン含有炭化水素のメタンの組成割合も変化してしまう。従って、このようにメタンの組成割合が変化した貯蔵容器１０にブタン：メタン＝２０：８０の一定の組成割合の燃料を充填しても、貯蔵容器１０内の燃料組成は当初の組成割合とずれたものとなってしまう。このため、燃料使用側に供給される燃料のメタンの組成割合も一定に維持できず、かつ貯蔵容器１０内に最適な組成でメタンを高密度で貯蔵することもできなくなるという問題が生じる。
【０１５６】
そこで、貯蔵容器１０内に残存するメタン含有炭化水素（燃料）量及びその組成割合を測定し、その測定データに基づいて燃料供給側であるガスステーションから貯蔵容器１０内の組成割合を初期と同一となるようにブタン等の炭化水素溶媒及び天然ガス等のメタンを主成分とする気体を供給する必要がある。
【０１５７】
図４５には、このようなメタン及び炭化水素溶媒の貯蔵容器１０への供給を可能とする本実施形態に係る構成例が示される。図４５において、燃料供給側から車両側の貯蔵容器１０への燃料供給時に、貯蔵容器１０に設けた貯蔵容器内状態検出手段１０２により貯蔵容器１０内の貯蔵物であるメタン含有炭化水素の組成比と炭化水素溶媒量とを計測し、その計測値を燃料供給側の供給比制御手段１１４に送信する。このように、貯蔵容器内状態検出手段１０２は、貯蔵容器１０内の貯蔵物の組成と炭化水素溶媒量とを検出する組成情報検出手段と、この検出結果を貯蔵容器１０へのメタンを主成分とする気体と炭化水素溶媒との供給側に送信する送信手段とを備える。供給比制御手段１１４では、この送信データの内容に基づいて、メタンを主成分とする気体であるＣＮＧ（圧縮天然ガス）と炭化水素溶媒との貯蔵容器１０への供給比を算出する。この算出結果により、供給比制御手段１１４がＣＮＧ供給源１０４及び溶媒供給源１０６のバルブ開度を調整し、その車両にあった割合のＣＮＧ及び炭化水素溶媒を一時貯蔵タンク１０８に供給して一時貯留する。その後、車両側の貯蔵容器１０に供給する。
【０１５８】
なお、この場合、一時貯蔵タンク１０８は、まず炭化水素溶媒を充填した後ＣＮＧを充填する。ＣＮＧは通常約２０ＭＰａの高圧であるが、先にＣＮＧを一時貯留タンク１０８に充填すると、液体である炭化水素溶媒が充填しにくくなるためである。
【０１５９】
上記貯蔵容器内状態検出手段１０２には、貯蔵容器１０の圧力、温度、液量が入力される。この圧力、温度により貯蔵容器１０内のガス容量が検出できる。また、貯蔵容器１０内の炭化水素溶媒量は図示しないフロートあるいは貯蔵容器１０の静電容量の測定とにより検出できる。さらに、貯蔵容器１０の圧力、温度から、予め作成した組成割合テーブルにより現在の貯蔵容器１０内の組成比を算出することができる。
【０１６０】
さらに、貯蔵容器１０の貯蔵物は、エンジン１１０等の内燃機関を有する燃料使用側で燃焼される。そこで、この燃料使用側において空燃比（Ａ／Ｆ）検出手段１１２により空燃比を測定し、エンジン１１０で燃焼された燃料組成を算出すれば、エンジンへの燃料供給量を算出することができる。これにより、消費された燃料組成及び燃料量（炭化水素量）を求め、そのデータを溶媒供給側に送信するという構成も好適である。これにより、貯蔵容器１０の貯蔵物の組成をほぼ一定に維持でき、エンジン１１０に供給される燃料組成を一定にできる。
【０１６１】
図４６には、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例が示される。図４６において、一時貯蔵タンク１０８は燃料供給側ではなく車両側に設けられている。現状のガスステーション等の燃料供給側に一時貯蔵タンク１０８を設けることは困難を伴うが、本変形例のように車両側に一時貯蔵タンク１０８を設けることは比較的容易である。これにより、燃料供給側に新たな設備を設けることなくメタンを主成分とする気体及び炭化水素溶媒の車両への充填が容易に行えるようになる。
【０１６２】
なお、以上の例では、貯蔵容器１０に満杯まで充填することが前提になっている。これに対し、満杯量未満の所定量を再充填することも考えられる。このため、本実施形態における供給比制御手段１１４は、メタンを主成分とする気体の供給量に基づいてＣＮＧと炭化水素溶媒との供給比を算出することもできる。これにより、車両の貯蔵容器１０に満杯まで充填せず、満杯量未満の所定量の再充填を容易に行うことができる。
【０１６３】
実施形態１８．
図４７には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態１８の構成が示される。図４７において、車両側に設けられた貯蔵容器１０の貯蔵物は、貯蔵容器１０の上部に設けられた気相取り出し口１４から専ら気相部１２のみが取り出される。また、貯蔵容器１０内の炭化水素溶媒の液量は、液量検出装置１１６により検出される。
【０１６４】
このように、貯蔵容器１０の上部に設けられた気相取り出し口１４により気相部１２のみを燃料として取り出せば、取り出された貯蔵容器１０の貯蔵物の組成は、ほぼ一定の値に維持することができる。また、本実施形態では、貯蔵容器１０からその気相部１２のみを取り出すため、メタンを使用していっても、このメタンを溶解している炭化水素溶媒の消費量を少なく抑えることができる。
【０１６５】
以上のように、燃料供給側から貯蔵容器１０に燃料を補給する際には、通常はＣＮＧ供給源１０４からＣＮＧのみを供給する。また、この際に貯蔵容器１０に設けられた液量検出装置１１６により貯蔵容器１０の液量の減少が検出された場合には、溶媒供給源１０６から適宜炭化水素溶媒も供給する。この場合、上述の通り、貯蔵容器１０の気相部１２から取り出される炭化水素溶媒量は少ないので、液量検出装置１１６により貯蔵容器１０の液量のみを検出しておけば、妥当な炭化水素溶媒の補充量を把握することができる。
【０１６６】
図４８には、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例が示される。図４８においては、気相取り出し口１４の途中に溶媒回収手段１１８が設けられている。この溶媒回収手段１１８は、貯蔵容器１０の気相部１２から取り出される気体中に含まれる微量の炭化水素溶媒を回収し、これを貯蔵容器１０に戻すものである。これにより、貯蔵容器１０内の炭化水素溶媒の減少をさらに抑制でき、貯蔵容器１０内の炭化水素の組成比を安定させることができる。
【０１６７】
図４９には、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの他の変形例が示される。図４９において、貯蔵容器１０は車両側すなわち移動体上に設けられており、この貯蔵容器１０には、炭化水素溶媒のみを貯蔵する炭化水素溶媒専用貯蔵容器１２０が接続されている。貯蔵容器１０と炭化水素溶媒専用貯蔵容器１２０との間には、例えば制御弁等の制御手段が設けられる。これにより、大量に消費しない炭化水素溶媒は、移動体上に設けられた炭化水素溶媒専用貯蔵容器１２０に貯蔵しておくことにより、貯蔵容器１０への炭化水素溶媒の補給をこの炭化水素溶媒専用貯蔵容器１２０から行うことができる。これにより、ガスステーション等の燃料供給側から車両側への炭化水素溶媒の再充填頻度を低下させることができる。
【０１６８】
実施形態１９．
図５０には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態１９の構成例が示される。図５０において、貯蔵容器１０には、その底部から残存する燃料を回収するための回収容器１２２が接続されている。本実施形態において、貯蔵容器１０に炭化水素溶媒及びＣＮＧを充填する場合には、まず上記回収容器１２２に貯蔵容器１０内の残存燃料を回収し、回収容器１２２に設けられた貯蔵容器内状態検出手段１０２により回収された燃料の量と組成とを検出して再充填に必要な炭化水素溶媒とＣＮＧとの量を算出する。このようにして算出された炭化水素溶媒を炭化水素溶媒供給源１０６から一時貯留容器１２４に供給する。次に、回収容器１２２内に回収しておいた残存燃料も一時貯留容器１２４に供給する。この後ＣＮＧ供給源１０４からＣＮＧを前述した所定量だけ一時貯留容器１２４に導入して、一時貯留容器１２４の圧力を昇圧する。その後一時貯留容器１２４から貯蔵容器１０へ一時貯留容器１２４の貯蔵物を供給する。
【０１６９】
以上のような構成とすれば、貯蔵容器１０内の圧力が高い場合にも、炭化水素溶媒を容易に貯蔵容器１０に充填することができる。
【０１７０】
図５１には、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例が示される。図５１において、ＣＮＧは一時貯留容器１２４ではなく回収容器１２２に供給される構成となっている。これは、貯蔵容器１０から回収容器１２２に残存燃料が回収された状態では、貯蔵容器１０内の圧力は低下しているので、ＣＮＧの圧力によらなくても炭化水素溶媒を直接貯蔵容器１０に充填することができる。このため、炭化水素溶媒のみが一時貯留容器１２４に供給され、一時貯留容器１２４から貯蔵容器１０に供給される構成となっている。他方、ＣＮＧは回収容器１２２に供給され、回収容器１２２に回収されていた残存燃料と共に貯蔵容器１０に充填される。なお、残存燃料は、回収容器１２２から一時貯留容器１２４に供給され、炭化水素溶媒と共に貯蔵容器１０に供給してもよい。
【０１７１】
図５２は、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの他の変形例が示される。図５２において、回収容器１２２は、燃料供給側ではなく車両側に設けられている。これにより、燃料供給側に新たに設備を設置するという困難を解消することができる。
【０１７２】
本変形例においては、回収容器１２２に回収された貯蔵容器１０の残存燃料の組成は、図５０と同様に貯蔵容器内状態検出手段１０２によって検出される。この検出結果は、燃料供給側の供給比制御手段１１４に送られ、供給比制御手段１１４によって貯蔵容器１０内の組成を一定にするために必要なＣＮＧと炭化水素溶媒との供給比を算出する。この算出結果に基づいてＣＮＧ供給源１０４及び炭化水素溶媒供給源１０６からそれぞれ所定量のＣＮＧと炭化水素溶媒とが貯蔵容器１０に供給される。
【０１７３】
また、回収容器１２２に回収されていた残存燃料は、ポンプ１２６により貯蔵容器１０に戻される。
【０１７４】
図５３には、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムのさらに他の変形例が示される。本変形例においても、回収容器１２２は車両側に設けられている。ただし、回収容器１２２に回収された残存燃料は、ＣＮＧが回収容器１２２に供給されることにより、ＣＮＧの圧力で貯蔵容器１０に戻されるので、図５２と異なりポンプ１２６が不要となる。
【０１７５】
実施形態２０．
エンジン等の内燃機関によって貯蔵容器１０内のメタン含有炭化水素を燃料として使用していく場合、貯蔵容器１０の気相部１２からのみ貯蔵容器１０の貯蔵物を取り出しても、少量の炭化水素溶媒はエンジン側に供給されてしまう。従って、貯蔵容器１０には、主な燃料であるメタンを主成分とする気体の他、これを溶解するための炭化水素溶媒も供給する必要がある。これにより、貯蔵容器１０内の貯蔵物の組成が一定に維持され、結果的に貯蔵容器１０から取り出された貯蔵物の組成も一定に維持することができる。
【０１７６】
このように、貯蔵容器１０に炭化水素溶媒を補給する場合には、炭化水素溶媒の平衡圧力が低いため、貯蔵容器１０に入れにくいことが問題となる。この問題を解決する方法としては、例えば予めＣＮＧと炭化水素溶媒とを混合した混合物を貯蔵容器１０に充填する方法も考えられるが、燃料供給側でこのような混合物を準備するのは、インフラ等の関係から困難な場合もある。
【０１７７】
図５４には、このような問題を解決するための、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態２０の構成例が示される。図５４において、貯蔵容器１０の上方には、溶媒専用一時充填容器１２８が設けられている。貯蔵容器１０に炭化水素溶媒を補給するためには、まずバルブａを介して、不足分の炭化水素溶媒を溶媒専用一時充填容器１２８に補給する。この場合、溶媒専用一時充填容器１２８内は常圧にしておく。次に、上記バルブａを閉じ、溶媒専用一時充填容器１２８と貯蔵容器１０との連通を制御するバルブｂを開とし、両方の容器の内部圧力を同じにする。
【０１７８】
図５４に示されるように、溶媒専用一時充填容器１２８は、貯蔵容器１０の前段として、貯蔵容器１０よりも高い位置にあるので、その液相部１６も溶媒専用一時充填容器１２８の方が貯蔵容器１０よりも高くなる。このように、両方の容器でその液相部１６に液面差が生じるので、両容器の内部圧力が同じとなった場合には、重力により溶媒専用一時充填容器１２８から貯蔵容器１０に炭化水素溶媒が移動する。
【０１７９】
以上の工程により、溶媒専用一時充填容器１２８中の炭化水素溶媒は、貯蔵容器１０に供給される。なお溶媒専用一時充填用１２８中には、炭化水素溶媒のガスが残っている。このガスは、エンジン作動時にバルブｃを開とし、優先的に使用して、溶媒専用一時充填容器１２８内の圧力を下げておく。これにより、溶媒専用一時充填容器１２８に再度炭化水素溶媒を充填することが可能となる。
【０１８０】
なお、貯蔵容器１０にＣＮＧを充填する場合には、バルブｄを開として貯蔵容器１０に供給する。また、貯蔵容器１０の気相部１２からエンジンに貯蔵物であるメタン含有炭化水素を供給する場合には、バルブｅ及びｆを開として供給する。
【０１８１】
図５５には、本実施形態に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例が示される。図５５においては、メタンを主成分とする気体であるＣＮＧがバルブｄを介して、溶媒専用一時充填容器１２８に炭化水素溶媒を供給するラインに接続されている。この構成により、溶媒専用一時充填容器１２８に補給された炭化水素溶媒は、ＣＮＧの圧力により貯蔵容器１０に移動することができる。
【０１８２】
なお、本変形例においてＣＮＧを貯蔵容器１０に充填する場合には、溶媒専用一時充填容器１２８を介して充填することになる。
【０１８３】
以上に述べた本実施形態では、溶媒専用一時充填容器１２８は全て車両側に設けられている構成となっていた。これに対して、図５６には、このような溶媒専用一時充填容器１２８を燃料供給側に設けた変形例が示される。図５６において、貯蔵容器１０に供給する炭化水素溶媒は、燃料供給側に設けられた溶媒専用一時充填容器１２８に補給され、この炭化水素溶媒を逆止弁４９を介して供給されるＣＮＧと共に車両側に搭載された貯蔵容器１０に送り込む構成となっている。
【０１８４】
通常、貯蔵容器１０からエンジン側に同伴される炭化水素溶媒の量は少ないので、一回の充填で貯蔵容器１０に補給される炭化水素溶媒の量も多くはなく、溶媒専用一時充填容器１２８の容量も小さいもので十分である。このため、燃料供給側に溶媒専用一時充填容器１２８を設けても大幅なコストがかかる等の問題はないと考えられる。また、本変形例によれば、車両側に複雑なシステムを組む必要がなくなるという効果もある。
【０１８５】
実施形態２１．
図５７には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態２１の構成例が示される。図５７において、貯蔵容器１０には、炭化水素溶媒としてブタンあるいはガソリンを使用し、これにメタンを主成分とする気体として天然ガスが溶解貯蔵されている。この場合、炭化水素溶媒としてガソリンを使用すると、常温で天然ガスを吹き込み、貯蔵容器１０内の圧力が１７ＭＰａ程度まで上昇すると貯蔵容器１０内は超臨界状態となる。また、炭化水素溶媒としてブタンを使用した場合には、天然ガスの吹き込みにより１５ＭＰａ程度の圧力となると貯蔵容器１０内が超臨界状態となる。このように、貯蔵容器１０内が超臨界状態となった場合には、前述したようにメタンの貯蔵密度が向上できるほか、貯蔵容器１０から取り出される貯蔵物の組成が一定に維持されるという効果がある。また、貯蔵容器１０内が超臨界状態となった場合には、理論的には液相は存在しないはずである。
【０１８６】
しかし、ガソリンには、その構成物質として種々のものが混在しており、貯蔵容器１０内が超臨界状態となった後にも、芳香族物質やアンチノック剤等が液層として貯蔵容器１０内に残ってしまう。従って、このような状態で貯蔵容器１０から貯蔵物を取り出し燃料として使用していくと、次第に貯蔵容器１０内に上記液層が増加していく。このため、図５７に示されるように、貯蔵容器１０内の圧力が低下して超臨界状態が崩れ、気相部１２と液相部１６とに分離した場合には、液相部１６を構成しているガソリンの組成が初期のものと異なってしまう。このため、かかる液相部１６を取り出しても初期のガソリンと組成が異なってしまい、エンジン作動に支障が生じる可能性があるという問題が起こる。
【０１８７】
また、図５８には、超臨界状態と気液混相状態とで貯蔵容器１０から貯蔵物を取り出した場合の、炭化水素溶媒の組成割合がそれぞれ示される。なお、気液混相の場合には、気相部１２から貯蔵物を取り出している。図５８に示されるように、超臨界状態では、取り出された貯蔵物中の炭化水素溶媒の割合は約２０％程度であるのに対し、気液混相状態の気相部１２から取り出された貯蔵物中の炭化水素溶媒の割合は約８％程度まで低下している。このため、貯蔵容器１０内が超臨界状態であるか気液混相状態であるかによって取り出される貯蔵物の組成が大きく変動してしまう。
【０１８８】
そこで、図５７に示されるように、貯蔵容器１０の上部に設けられた気相取り出し口１４から貯蔵容器１０の貯蔵物を気体状で取り出すこととし、この取り出された貯蔵物からは、気液分離器１３０により液状の炭化水素溶媒を分離して回収する構成となっている。この気液分離器１３０で回収された炭化水素溶媒は、逆止弁４９を備える還流通路１３１を介して貯蔵容器１０に戻される。これにより、貯蔵容器１０内の炭化水素溶媒の量の減少を抑制することができる。このため、貯蔵容器１０内の超臨界状態が崩れ、気液混相状態となった場合に、その液相部１６から貯蔵容器１０の貯蔵物を取り出した場合にも、初期の組成がほぼ維持されたガソリンとして取り出すことができる。
【０１８９】
また、貯蔵容器１０内が気液混相状態となった場合にも、気相取り出し口１４から気相部１２を取り出し、同様の気液分離器１３０により含まれている炭化水素溶媒を分離して貯蔵容器１０に戻す。これにより、さらに貯蔵容器１０内の炭化水素溶媒の減少を抑制できる。
【０１９０】
なお、気液分離器１３０によって炭化水素溶媒が分離されたガスは、ＣＮＧ（天然ガス）がリッチな状態となっており、これを燃料として使用する。このＣＮＧリッチのガスは、貯蔵容器１０内に溶解貯蔵された天然ガスの組成とほぼ一致し、常にその組成が安定化されている。図５９には、気液分離器１３０の出口における炭化水素溶媒の組成割合が示される。図５９では、貯蔵容器１０内が超臨界状態である場合と気液混相である場合のそれぞれについて組成割合が示されている。図５９からわかるように、いずれの状態においても、貯蔵容器１０から取り出された貯蔵物中の炭化水素溶媒の組成割合はほぼ一定となっている。このため、取り出された貯蔵物の残部である天然ガスの割合もほぼ一定となっている。
【０１９１】
図６０には、図５７に示された気液分離器１３０の例が示される。図６０において、貯蔵容器１０から気液分離器１３０に入った貯蔵物は、冷却器１３２により冷却され、低沸点物質である炭化水素溶媒を液化させてより回収効率の向上を図っている。なお、冷却器１３２の冷媒としては、自動車用のエアコンの冷媒を使用することができる。
【０１９２】
図６１には、図５７に示された気液分離器１３０の他の例が示される。図６１において、貯蔵容器１０から取り出された貯蔵物は、気液分離器１３０に入る前にレギュレータ１３４により圧力が低下される。圧力が低下することにより、貯蔵容器１０中で超臨界状態となっていた貯蔵物は気液分離されるので、気液分離器１３０での気液分離をより促進することができる。これにより、炭化水素溶媒の回収効率を向上できる。
【０１９３】
図６２には、図５７に示された気液分離器１３０のさらに他の例が示される。図６２において、レギュレータ１３４は気液分離器１３０の内部に設けられている。レギュレータ１３４では、断熱膨張により貯蔵容器１０から取り出された貯蔵物の圧力が下がるので、レギュレータ１３４の温度も低下する。このため、レギュレータ１３４を気液分離器１３０の内部に設けることにより、気液分離器１３０に入った貯蔵物を冷却することができ、炭化水素溶媒の回収効率をより向上することができる。
【０１９４】
実施形態２２．
図６３には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から貯蔵物を取り出すための構成例が示される。図６３において、貯蔵容器１０には、メタンを主成分とする気体を導入するためのメタン導入口２０と、メタンを主成分とする気体を溶解させるための炭化水素溶媒を導入する溶媒導入口２２とが設けられている。また、貯蔵容器１０には、その貯蔵物である、メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させた溶液１３８を取り出すための溶液取り出し口１３６も設けられている。なお、炭化水素溶媒としては、例えばブタン、ペンタン、ヘキサン、ガソリン等が使用される。
【０１９５】
貯蔵容器１０から上記溶液１３８を取り出す際に、単に溶液取り出し口１３６から溶液１３８を取り出したのでは、貯蔵容器１０内に気相部が生じ、この気相部に揮発性の高いメタンが蒸発するので、溶液取り出し口１３６から取り出される溶液１３８の組成が徐々に変化し、メタンの含有量が減少していく。このように、溶液取り出し口１３６からメタンを炭化水素溶媒に溶解させた溶液１３８を取り出す際に、その溶液１３８の組成が変化すると、この溶液１３８を燃料として使用した場合にその燃焼性が変化する。このため、これを燃料として使用する内燃機関の燃焼が不安定になるおそれがある。
【０１９６】
従って、本実施形態においては、貯蔵容器１０内の溶液１３８を、貯蔵容器１０の内部圧力を一定に維持した状態で取り出せるように、ピストン１４０が設けられている。すなわち、このピストン１４０により、貯蔵容器１０内の溶液１３８を、貯蔵容器１０の内部圧力が一定となるように押し出すことにより、貯蔵容器１０内に気相部が生ずることを防止できる。これにより、貯蔵容器１０内の組成比を一定に維持でき、溶液取り出し口１３６から取り出される溶液１３８の組成も一定に維持することができる。この場合、貯蔵容器１０の圧力は、図示しない圧力計により検知し、その検知圧力が一定となるようにピストン１４０を押し込むように制御する。
【０１９７】
実施形態２３．
図６４には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から貯蔵物を取り出すための構成例が示される。図６４において、貯蔵容器１０には、メタンを導入するためのメタン導入口２０と、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ガソリン等のメタンを主成分とする気体を溶解させるための炭化水素溶媒を導入する溶媒導入口２２とが設けられている。また、本実施形態においては、貯蔵容器１０の気相部から、メタンを主成分とするガスを取り出して燃料として使用するので、そのためのガス取り出し口１４２も設けられている。
【０１９８】
図６５には、ブタンにメタンを８２ｍｏｌ％溶解させた溶液１３８を貯蔵物として貯蔵容器１０に収容し、この気相部からガスを取り出した場合の、貯蔵容器１０内に残る溶液１３８の割合と、気相部から取り出されるガス中のメタンのモル濃度との関係が示される。図６５に示されるように、貯蔵容器１０内に残る溶液１３８が、６０％程度となるまで、気相部から取り出されるガス中のメタンのモル濃度は一定であることがわかる。このため、本実施形態では、貯蔵容器１０の溶液１３８の残量を監視し、その量が６０％となるまでガス取り出し口１４２から燃料とするメタンガスを取り出すこととする。
【０１９９】
以上のようにして、貯蔵容器１０から組成が一定であるメタンを主成分とする気体を取り出すことができ、内燃機関等で使用する際にその燃焼を不安定とすることを防止できる。また、本実施形態では、燃料として使用するのは、主としてメタンであるので、埋蔵量の少ない炭化水素溶媒は、消費量を低く抑えることができ、再使用することが可能となる。
【０２００】
ただし、メタンが溶液１３８から気化する際には、炭化水素溶媒も一部同伴されるので、その減少分は貯蔵容器１０にメタンを供給する前に補給する必要がある。
【０２０１】
実施形態２４．
図６６には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から貯蔵物を取り出すための構成例が示される。図６６において、貯蔵容器１０には、貯蔵容器１０の液相部から取り出された溶液１３８を受け入れ、その中に含まれるメタンを主成分とする気体を取り出すメタン脱気室１４４が接続されている。
【０２０２】
メタン脱気室１４４では、その内部圧力が低くなっているので、貯蔵容器１０から取り出された溶液１３８中からメタンを主成分とする気体を脱気することができる。この場合、メタンの気化熱のため、メタン脱気室１４４内の溶液１３８の温度が低下するので、炭化水素溶媒のメタンを主成分とする気体への同伴は抑制される。従って、メタン脱気室１４４に残る溶液中の炭化水素溶媒量は、ほぼ貯蔵容器１０から取り出されたときの量を維持することができる。このように、メタン脱気室１４４でメタンを主成分とする気体を脱気する際に溶液１３８の温度を十分に低下させるために、メタン脱気室１４４の容積は、貯蔵容器１０に比べて十分小さくしておく必要がある。その容積としては、それに見合う量の溶液１３８を取り出しても、実質的に貯蔵容器１０の内部圧力変化を生じさせない程度の少量であるのがよい。
【０２０３】
メタン脱気室１４４で脱気されたメタンを主成分とする気体は内燃機関等へ燃料として送られ、残った炭化水素溶媒は溶媒用タンク１４６にいったん貯蔵される。このように、貯蔵容器１０から溶液１３８を取り出し、メタン脱気室１４４でメタンを主成分とする気体を取り出した後、残った溶媒を溶媒用タンク１４６に貯蔵しておく工程を繰り返し、貯蔵容器１０内に貯蔵されたメタンを主成分とする気体を燃料として使用することができる。このため、埋蔵量の少ない炭化水素溶媒の再使用率を向上させることができる。例えば、ブタンにメタンを溶解させた場合、メタン脱気室１４４を使用しない場合に比べ、ブタンの残存量を３０％ほど向上させることができた。
【０２０４】
以上の通り、本実施形態の方法によれば、貯蔵容器１０から取り出される貯蔵物の組成を一定に維持することができる。
【０２０５】
なお、貯蔵容器１０内の液体がなくなった場合に、貯蔵容器１０内のガスも取り出して燃料として使用した後、まず溶媒用タンク１４６から溶媒導入口２２を介して炭化水素溶媒を貯蔵容器１０に還流し、ここに再びメタン導入口２０からメタンを導入してメタンを炭化水素溶媒に溶解貯蔵させる。
【０２０６】
実施形態２５．
以上に述べた実施形態２３及び実施形態２４では、貯蔵容器１０の気相部からメタンを主成分とする気体を取り出すか、あるいはメタン脱気室１４４でメタンを主成分とする気体と炭化水素溶媒とを分離する方法が取られるが、これらの方法によっても、ある程度メタンを主成分とする気体に炭化水素溶媒が同伴することは避けられない。このため、貯蔵容器１０内に貯蔵された炭化水素溶媒は、メタンを主成分とする気体の使用とともに少しずつ減少していく。したがって、貯蔵容器１０には炭化水素溶媒を補給する必要がある。しかし、このためには、溶媒となる炭化水素を液化する必要があるが、このために炭化水素溶媒のタンクを冷却する必要があるので、容易に行うことはできない。また、ＣＮＧ等メタンを主成分とする気体とは別に炭化水素溶媒も用意しておくのは、供給ステーションにとっても負担が大きくなる。
【０２０７】
そこで、本実施形態においては、あらかじめ、炭化水素溶媒の減少量を見込んでおき、その分をメタンを主成分とする気体に添加しておき、メタンを主成分とする気体を貯蔵容器１０に供給する際に、炭化水素溶媒も同時に補給されるようにする。これにより、炭化水素溶媒をメタンと別に貯蔵容器１０に供給する必要がなく、上述したような不都合を解消することができる。
【０２０８】
例えば、ブタンにメタンを１４０気圧で溶解させた場合、再使用できるブタンは当初タンク内に注入したブタン量の７０％程度と見積もられる。従って、この減少分を補うために、再充填するメタンにブタンを５％添加すれば、上記減少量を補給することができる。
【０２０９】
実施形態２６．
貯蔵容器１０に天然ガス（ＣＮＧ）等のメタンを主成分とする気体を充填していくと、貯蔵容器１０内で天然ガスが圧縮されるために圧縮熱が生じる。貯蔵容器１０の容積をたとえば５０１程度とした場合に、この圧縮熱により貯蔵容器１０内の温度は環境温度から約６０℃高い温度まで達する。
【０２１０】
図６７（ａ），（ｂ）には、貯蔵容器１０としてボンベ型の容器を使用した場合に、これにＣＮＧを充填した際の様子が示される。図６７（ａ）において、貯蔵容器１０にメタン導入口２０からＣＮＧを充填した場合には、貯蔵容器１０のメタン導入口２０の反対側の部分で発熱が生じる。このように、貯蔵容器１０内で熱が発生すると、気体の熱膨張のために貯蔵容器１０内に貯蔵できるＣＮＧの量が低下する。
【０２１１】
他方、貯蔵容器１０のメタン導入口２０の付近では、導入されるＣＮＧの断熱膨張のために温度が低下する。このため、図６７（ａ），（ｂ）に示されるように、貯蔵容器１０として使用されるボンベに、２つのメタン導入口２０を設けておき、この２つのメタン導入口２０を互いに離間した位置たとえばボンベの上下両端に設けておく。このようなボンベにＣＮＧを充填する際に、まず図６７（ａ）に示されるように、貯蔵容器１０の上部に配置されたメタン導入口２０からＣＮＧを導入し、充填途中で、使用するメタン導入口２０を貯蔵容器１０の下部すなわち最初に使用したメタン導入口２０の反対側に配置されたメタン導入口２０からＣＮＧを充填する。これにより、当初発熱していた部分が、ＣＮＧの断熱膨張により冷却される。また、あとからＣＮＧを導入することにより発熱する部分については、最初にＣＮＧを導入していたときに断熱膨張により温度が下がっているために、温度上昇が抑制される。
【０２１２】
以上のような構成により、貯蔵容器１０の全体として温度上昇が抑制されるので、ＣＮＧの貯蔵密度を向上させることができる。また、これにより貯蔵容器１０内の温度むらも抑制でき、貯蔵容器１０内の貯蔵物の密度を安定できるので、貯蔵容器１０から取り出される貯蔵物の組成の安定化を行いやすくすることができる。このため、貯蔵容器１０から取り出された貯蔵物の組成を一定に維持することが容易となる。
【０２１３】
実施形態２７．
図６８には、本発明にかかるメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図６８において、貯蔵容器１０の内部には、メタン導入口２０に接続され、貯蔵容器１０の内部に延在する熱伝導手段１４８が設けられている。この熱伝導手段１４８としては、例えば銅箔やアルミニウム等の熱伝導性のよい材料が示される。
【０２１４】
このように、貯蔵容器１０の内部に熱伝導手段１４８を設けることにより、貯蔵容器１０にメタン導入口２０からＣＮＧを導入する際に発生する高温部と低温部との間の熱伝達性を向上させ、貯蔵容器１０内の温度の均一化を図ることができる。これによって、貯蔵容器１０内の温度むらをなくすことができ、貯蔵密度の向上等、貯蔵物の組成の安定化を図ることができる。
【０２１５】
図６９には、本実施形態に使用される貯蔵容器１０の変形例が示される。図６９においても貯蔵容器１０の内部に熱伝導手段１４８が設けられている。本変形例では、この熱伝導手段１４８に加え、貯蔵容器１０の、メタン導入口２０の反対側にヒートパイプ１５０も設けられている。これにより、貯蔵容器１０内で発生した熱は、ヒートパイプ１５０から外部に放出されるので、貯蔵容器１０の冷却性がより向上できる。
【０２１６】
実施形態２８．
図７０には、本発明にかかるメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図７０において、貯蔵容器１０の両端側には、２つのメタン導入口２０が設けられている。本実施形態においては、貯蔵容器１０にＣＮＧ等のメタンを主成分とする気体を充填する場合には、２つのメタン充填口２０から同時に充填を行う。これにより、貯蔵容器１０内で発熱する部分と冷却される部分とが互いに重なり合うことになるので、貯蔵容器１０内の温度上昇が抑制され、貯蔵物の密度を安定させることができる。
【０２１７】
実施形態２９．
図７１には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図７１において、貯蔵容器１０には、１つのメタン導入口２０が設けられており、このメタン導入口２０から貯蔵容器１０の内部に延在する延長通路部材１５２が設けられている。この延長通路部材１５２は、メタン導入口２０から導入されたＣＮＧを貯蔵容器１０内に放出するための放出口１５４が多数設けられている。この放出口１５４の径を小さくしておけば、ＣＮＧが吹き出る際に断熱膨張が生じ、これによって貯蔵容器１０内の貯蔵物を冷却することができる。
【０２１８】
この際、放出口１５４のうち最も貯蔵容器１０の内壁に近い側のものと内壁との距離をある程度離すことにより（図７１で距離Ｘとして表示）、放出口１５４から放出されるＣＮＧの断熱膨張によって発生した低温を貯蔵容器１０の壁に伝わり難くできる。これにより、低温により貯蔵容器１０内の貯蔵物を直接、有効に冷却することができる。
【０２１９】
また、上述した放出口１５４を多数設けることにより、冷却箇所が多くなるので、貯蔵容器１０内の貯蔵物全体の発熱を効率よく抑制することができる。
【０２２０】
図７２には、図７１に示された貯蔵容器１０の変形例が示される。図７２においては、延長通路部材１５２が、メタン導入口２０の反対側の端まで延び、貯蔵容器１０の壁に固定されている。これにより、貯蔵容器１０が振動した際にも延長通路部材１５２にひび割れ等が生ずることを防止できる。
【０２２１】
図７３には、図７１に示された貯蔵容器の他の変形例が示される。図７３において、延長通路部材１５２は、そのほぼ中央部分で２分割され、かつ一方の径を他方の径よりも小さくして、径の小さいほうの延長通路部材の端を、径の大きな延長通路部材の端に挿入した挿入部分１５６を形成している。このような構成により、貯蔵容器１０と延長通路部材１５２との熱変位が異なる場合にも、貯蔵容器１０に余分な応力が加わることを防止できる。
【０２２２】
実施形態３０．
図７４には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図７４において、貯蔵容器１０には、メタン導入口２０に接続されて、気体を放出する内部出口である放出口１５４が設けられており、この放出口１５４が斜め方向を向いている。これにより、貯蔵容器１０にメタン導入口２０からＣＮＧを導入した場合には、放出口１５４から放出されるＣＮＧのガス流が貯蔵容器１０内で、図７４に示されるように螺旋状に回転するようになる。これにより、貯蔵容器１０内が攪拌され、貯蔵容器１０内の温度分布が均一化される。これにより、貯蔵容器内の貯蔵物の組成調製の精度を向上させることができる。
【０２２３】
実施形態３１．
図７５には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図７５において、貯蔵容器１０内には、揮発性がある溶媒が導入され、液相部１６を構成している。また、貯蔵容器１０の上記液相部１６すなわち溶媒貯留域の最遠方にはメタン導入口２０が設けられている。このような構成で、メタン導入口２０からＣＮＧを導入すると、溶媒貯留域である液相部１６でＣＮＧの圧縮による熱が発生し、この熱により液相部１６の溶媒が蒸発する。このときの気化潜熱で貯蔵容器１０内の温度上昇を抑制することができる。これにより、貯蔵容器内の温度むらを抑制でき、貯蔵物の密度が安定化でき、その組成調製精度を向上することができる。
【０２２４】
なお、上記溶媒としては、ジエチルエーテル等のエーテル類、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等のパラフィン系炭化水素類、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール等のアルコール類あるいはこれらの混合物が好ましい。混合物の例としては、例えばＬＰＧ、ガソリン、軽油等が考えられる。
【０２２５】
図７６には、図７５に示された貯蔵容器１０の変形例が示される。図７６においては、貯蔵容器１０が横置きで使用される。これにより、液相部１６の面積が増加するので、溶媒が気化しやすくなり、冷却効果をより大きくすることができる。
【０２２６】
図７７には、図７５に示された貯蔵容器１０の他の変形例が示される。図７７では、貯蔵容器１０が斜め置きにされている。これにより、メタン導入口２０からのＣＮＧの導入時に発熱しやすい箇所により多くの溶媒を配置することができ、気化潜熱による冷却効果を高めることができる。
【０２２７】
実施形態３２．
図７８には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図７８において、貯蔵容器１０内には、多孔質体１５８が装填されている。この多孔質体１５８には、図７５で説明したような炭化水素溶媒が吸着されている。このような状態でメタン導入口２０からＣＮＧを導入すると、多孔質体１５８に吸着された液体の表面積は大きくなっているので、より気化しやすくなり、貯蔵容器１０内をより効率的に冷却することができる。これにより、貯蔵容器１０内の温度むらの抑制効果を大きくすることができ、組成調整精度をさらに向上することができる。
【０２２８】
図７９には、図７８に示された貯蔵容器１０の変形例が示される。図７９においては、多孔質体１５８として金属繊維体が使用されている。金属繊維体では、これに吸われた炭化水素溶媒の表面積を大きくできると共に、高い熱伝導性により、さらに冷却効果を向上させることができる。
【０２２９】
このような金属繊維体の材料としては、例えば銅、アルミニウム等の繊維が考えられる。
【０２３０】
図８０には、図７８に示された貯蔵容器１０の他の変形例が示される。図８０においては、多孔質体１５８に通気孔１６０が設けられている。このような構成により、特に貯蔵容器１０内のＣＮＧの圧力が高くなった場合に、ＣＮＧと多孔質体１５８に吸われた炭化水素溶媒との接触面積をより多くすることができる。これにより、炭化水素溶媒が気化しやすくなり、貯蔵容器１０内の冷却効果を向上することができる。
【０２３１】
図８１には、図７８に示された貯蔵容器１０のさらに他の変形例が示される。図８１において、多孔質体１５８は、金属繊維体１６２と樹脂多孔質体１６４とで構成されている。この樹脂多孔質体１６４としては例えばスポンジが考えられる。このように、金属繊維体１６２と樹脂多孔質体１６４を積層して多孔質体１５８を構成することにより、熱伝達は金属繊維体１６２で行い、吸い込まされた炭化水素溶媒の気化は樹脂多孔質体１６４で行う。これにより、多孔質体１５８の軽量化を図ることができる。
【０２３２】
図８２には、図７８に示された貯蔵容器１０のさらに他の変形例が示される。図８２においては、貯蔵容器１０内に装填される多孔質体１５８が、形状記憶合金１６６によって構成されている。この形状記憶合金１６６の径は、当初貯蔵容器１０のメタン導入口２０の径よりも小さい径（１）とされており、貯蔵容器１０内への挿入が容易である。この形状記憶合金１６６を貯蔵容器１０内に挿入した後、加熱することにより、形状記憶合金１６６が貯蔵容器１０内で広がり、貯蔵容器１０の内面に付勢力を作用して固定される。このような構成により、多孔質体１５８を貯蔵容器１０の製造後に入れることができるので、貯蔵容器１０の製造工程を簡略化することができる。
【０２３３】
実施形態３３．
図８３には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図８３において、貯蔵容器１０には予め炭化水素溶媒を充填した後、以上に述べた実施形態２６から実施形態３２に基づいて貯蔵容器１０内に圧力が１６〜１８ＭＰａ程度になるまでＣＮＧを導入する。貯蔵容器１０内の圧力が１６ＭＰａ以上となれば、発熱はほとんど生じないので、貯蔵容器１０内の液相部１６側のメタン導入口２０からＣＮＧを導入する。このように、気体充填途中から貯蔵容器１０の下部に設けられたメタン導入口２０からＣＮＧを充填すると、ＣＮＧは液相部１６中をバブリングしながら貯蔵容器１０内に導入されるので、ＣＮＧの溶解貯蔵密度を上昇させることができる。
【０２３４】
実施形態３４．
図８４には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図８４において、貯蔵容器１０にＣＮＧを充填する前に、貯蔵容器１０内に残存するメタンを主成分とする気体及び炭化水素溶媒の一部を、弁１６８及び減圧チャンバ（減圧通路）１７０を介して貯蔵容器１０の外に放出する。これにより、減圧チャンバ１７０中で放出されるガスの断熱膨張による冷却及び貯蔵容器１０内の液相部１６からの気体状物質の気化潜熱により、液相部１６が冷却される。このため、ＣＮＧの貯蔵密度を高くすることができる。なお、上記放出された貯蔵物は、例えばエンジン等の使用側に供給される。
【０２３５】
図８４に示された例では、主に貯蔵容器１０内の気相部１２から貯蔵物を放出する構成となっていたが、図８５に示されるように、ノズル１７２の先端部を炭化水素溶媒内に位置させれば、主として炭化水素溶媒を放出することができる。これにより、炭化水素溶媒として、例えばガソリン、軽油等を使用した場合には、エンジン等にこれらの燃料を液状で供給できる。
【０２３６】
図８６には、図８４に示された貯蔵容器１０の変形例が示される。図８６においては、弁１６８と減圧チャンバ１７０との間に減圧弁１７４が設けられている。これにより、貯蔵容器１０の気相部１２から放出されるガスの膨張率を大きくでき、減圧チャンバ１７０における冷却効果をより高めることができる。
【０２３７】
図８７には、図８４に示された貯蔵容器１０の他の変形例が示される。図８７において、減圧弁１７４を介して放出されるガスは、貯蔵容器１０内を通過せず、貯蔵容器１０の周囲に巻かれた冷却管１７６を介して放出される。このような構成にすれば、例えば貯蔵容器１０をスチールタンクのような熱伝達性の高い材料で形成した場合に、特に貯蔵容器１０内の貯蔵物の冷却効果を高めることができる。
【０２３８】
図８８には、図８４に示された貯蔵容器１０のさらに他の変形例が示される。図８８において、減圧チャンバ１７０の外側部分には、蓄冷材１７８が付設されている。このような構成によれば、一旦ガス放出により減圧チャンバ１７０が低温になると、この低温が蓄冷材１７８に保持され、長時間冷却効果を維持することができる。これにより、例えばエンジンが動作中で、貯蔵容器１０からガス放出が行われているときのみ貯蔵容器１０内が冷却され、エンジン停止時等ガス放出が行わないときには冷却効果が得られないという問題を解消することができる。このため、貯蔵容器１０の貯蔵物を低温に維持できるので、エンジン停止後直ちにＣＮＧの充填を行わず、ある程度時間がたった後にＣＮＧ充填を行っても高い貯蔵密度を得ることができる。
【０２３９】
実施形態３５．
図８９には、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例が示される。図８９において、貯蔵容器１０にＣＮＧを充填する際には、消費された炭化水素溶媒の補充も行うことになるの。そこで、補充される炭化水素溶媒を溶媒冷却器１８０で冷却して貯蔵容器１０に供給する。これにより、貯蔵容器１０内の貯蔵物の温度を下げることができ、ＣＮＧの貯蔵密度を高くすることができる。
【０２４０】
上述した溶媒冷却器１８０は、例えば車両の内部に設置し、車両用のエアコン冷媒を用いて炭化水素溶媒を冷却する構成とすることができる。これにより、燃料供給側に新たな冷却設備を設ける必要がなく、容易にＣＮＧの高密度充填が可能となる。
【０２４１】
さらに、上述した溶媒冷却器１８０で補充する炭化水素溶媒を冷却する構成に加え、例えば図８４に示されたような貯蔵容器１０内の貯蔵物の放出による冷却も組み合わせれば、貯蔵容器１０の冷却効果をさらに高めることができる。
【０２４２】
［産業上の利用可能性］
以上説明したように、本発明によれば、貯蔵容器から取り出される貯蔵物の組成が一定に維持され、内燃機関等での燃焼を安定化させることができる。
【０２４３】
また、メタンを主成分とする気体は、各種炭化水素溶媒に溶解して貯蔵されるので、メタンの貯蔵密度を向上することができる。
【０２４４】
また、メタンを主成分とする気体及び炭化水素溶媒を、超臨界状態として貯蔵容器内に貯蔵すれば、さらにメタンの貯蔵密度を向上させることができる。
【０２４５】
また、貯蔵容器への再充填を行う際に、貯蔵容器内の組成を把握し、貯蔵容器への供給組成を調整するので、充填後の貯蔵容器内の組成を最適化することができ、メタンの貯蔵密度の向上と、貯蔵容器から取り出されて使用側に供給される貯蔵物の組成を一定に維持することができる。
【０２４６】
また、貯蔵容器から使用側に貯蔵物を供給する際に、貯蔵容器の気相部から供給すれば、炭化水素溶媒の使用を少なくできるので、貯蔵容器内の液量のみを検出することにより、妥当な炭化水素溶媒の補充を行うことができる。
【０２４７】
また、貯蔵容器に供給する炭化水素溶媒は、移動体上に設けられた炭化水素溶媒専用貯蔵容器から貯蔵容器に供給すれば、燃料供給側から移動体へ炭化水素溶媒を補充する頻度を減らすことができる。
【０２４８】
また、貯蔵容器から取り出した気体状の貯蔵物から、炭化水素溶媒を液相として分離し貯蔵容器へ戻せば、さらに貯蔵容器内の炭化水素溶媒の消費量を抑えることができる。
貯蔵容器から使用側に貯蔵物を供給する際に、気相部と液相部の両方から一定比率で取り出せば、貯蔵容器内の組成が一定に維持でき、使用側に供給される貯蔵物の組成も一定に維持できる。
【０２４９】
貯蔵容器へのメタンを主成分とする気体の充填時に、貯蔵容器内を冷却すれば、貯蔵容器の貯蔵物の密度が安定し、貯蔵物の組成調整精度を向上させることができる。このため、貯蔵容器から取り出される貯蔵物の組成を一定に維持しやすくなる。
【０２５０】
また、貯蔵容器から貯蔵物を取り出す際に、取り出された貯蔵物が貯蔵容器外へ放出される際の断熱膨張及び気化潜熱を利用すれば、効率的に貯蔵容器内を冷却することができる。
【０２５１】
また、貯蔵容器内に充填する炭化水素溶媒としてガソリンまたは軽油を使用すれば、緊急時にガソリン又は軽油を燃料として使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロパンとメタンとの３８℃における気液平衡特性を示す図である。
【図２】ブタンとメタンとの７１℃における気液平衡特性を示す図である。
【図３】ヘキサンとメタンとの１００℃における気液平衡特性を示す図である。
【図４】プロパンにヘキサンを１０％加えた溶液とメタンとの３８℃における気液平衡特性を示す図である。
【図５】ブタンにヘキサンを１０％加えた溶液とメタンとの７１℃における気液平衡特性を示す図である。
【図６】ガソリンとメタンとの７１℃における気液平衡特性を示す図である。
【図７】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態３を実施するための装置の断面図である。
【図８】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態４を実施するための装置の断面図である。
【図９】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態５を実施するための装置の断面図である。
【図１０】メタンとプロパンとの各混合割合における温度−圧力曲線を示す図である。
【図１１】３０℃におけるメタンとプロパンとの混合液体中のメタンの貯蔵密度を示す図である。
【図１２】メタン濃度を８０％とした各種炭化水素溶液の液相線を示す図である。
【図１３】図１２に示された各種炭化水素溶液の臨界点におけるメタンの貯蔵密度を示す図である。
【図１４】図１２に示された各種炭化水素溶液の３５℃におけるメタンの貯蔵密度を示す図である。
【図１５】メタンを溶解した２成分系及び３成分系溶液の温度−圧力曲線を示す図である。
【図１６】メタン−プロパンの相図である。
【図１７】メタン−ブタンの相図である。
【図１８】メタン−ペンタンの相図である。
【図１９】メタン−ヘキサンの相図である。
【図２０】プロパン溶媒にメタンを加えていった場合のメタン密度及びプロパン密度を示す図である。
【図２１】図２０の場合において、メタンのモル割合及びエネルギ密度の変化を示す図である。
【図２２】ブタン溶媒にメタンを加えていった場合のメタン密度とブタン密度とを示す図である。
【図２３】図２２の場合においてメタンのモル割合及びエネルギ密度を示す図である。
【図２４】炭素数３以上の炭化水素にメタンを混合するための貯蔵容器の例を示す図である。
【図２５】貯蔵容器から移動体側貯蔵容器にメタン含有炭化水素を充填する場合の例を示す図である。
【図２６】貯蔵容器を冷却する方法の例を示す図である。
【図２７】貯蔵容器の液相及び気相の両方からメタン含有炭化水素を取り出す例を示す図である。
【図２８】図２７の変形例を示す図である。
【図２９】図２７の他の変形例を示す図である。
【図３０】図２７のさらに他の変形例を示す図である。
【図３１】図２７のさらに他の変形例を示す図である。
【図３２】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図３３】縦型のメタン貯蔵容器の例を示す図である。
【図３４】横型の貯蔵容器の例を示す図である。
【図３５】図３４に使用される撹拌翼の例を示す図である。
【図３６】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの例を示す図である。
【図３７】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例を示す図である。
【図３８】メタンとブタンとの混合物の相図である。
【図３９】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにより貯蔵したメタン含有ブタンを改質するための工程を示す図である。
【図４０】天然ガスを定置発電に使用した場合と、ＣＮＧとして燃料電池に供給した場合、本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにより貯蔵したメタン含有炭化水素として燃料電池に供給した場合との効率の比較を示す図である。
【図４１】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、炭素数３以上の炭化水素を低圧で貯蔵容器に充填する方法を示す図である。
【図４２】貯蔵容器内が超臨界状態と気液混相状態の場合の気相部組成を示す図である。
【図４３】図４２の気液混相状態における気相部組成で貯蔵容器を充填した場合の、貯蔵容器内が超臨界状態及び気液混相状態における気相部組成を示す図である。
【図４４】貯蔵容器内にブタン：メタン＝８０：２０の割合で貯蔵し、超臨界状態で取り出した場合と気液混相状態の気相部から取り出した場合とのメタンの組成割合を示す図である。
【図４５】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態１７の構成例を示す図である。
【図４６】図４５に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例を示す図である。
【図４７】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態１８の構成例を示す図である。
【図４８】図４７に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例を示す図である。
【図４９】図４７に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの他の変形例を示す図である。
【図５０】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態１９の構成例を示す図である。
【図５１】図５０に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例を示す図である。
【図５２】図５０に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの他の変形例を示す図である。
【図５３】図５０に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムのさらに他の変形例を示す図である。
【図５４】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態２０の構成例を示す図である。
【図５５】図５４に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの変形例を示す図である。
【図５６】図５４に示されたメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの他の変形例を示す図である。
【図５７】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムの実施形態２１の構成例を示す図である。
【図５８】貯蔵容器から超臨界状態と気液混相状態とで貯蔵物を取り出した場合の炭化水素溶媒の組成割合を示す図である。
【図５９】図５７に示された気液分離器の出口における炭化水素溶媒の組成割合を示す図である。
【図６０】図５７に示された気液分離器の例を示す図である。
【図６１】図５７に示された気液分離器の他の例を示す図である。
【図６２】図５７に示された気液分離器のさらに他の例を示す図である。
【図６３】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から貯蔵物を取り出すための構成例を示す図である。
【図６４】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から貯蔵物を取り出すための構成例を示す図である。
【図６５】貯蔵容器の気相部から貯蔵物取り出す際の貯蔵容器内に残る液体量と取り出されるガス中のメタンのモル濃度との関係を示す図である。
【図６６】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、貯蔵容器から貯蔵物を取り出すための構成例を示す図である。
【図６７】（ａ）ボンベ型の貯蔵容器にＣＮＧを充填した際の様子を示す図である。（ｂ）ボンベ型の貯蔵容器にＣＮＧを充填した際の様子を示す図である。
【図６８】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図６９】図６８に示された貯蔵容器の変形例を示す図である。
【図７０】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図７１】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図７２】図７１に示された貯蔵容器の変形例を示す図である。
【図７３】図７１に示された貯蔵容器の他の変形例を示す図である。
【図７４】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図７５】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図７６】図７５に示された貯蔵容器の変形例を示す図である。
【図７７】図７５に示された貯蔵容器の他の変形例を示す図である。
【図７８】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図７９】図７８に示された貯蔵容器の変形例を示す図である。
【図８０】図７８に示された貯蔵容器の他の変形例を示す図である。
【図８１】図７８に示された貯蔵容器のさらに他の変形例を示す図である。
【図８２】図７８に示された貯蔵容器のさらに他の変形例を示す図である。
【図８３】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図８４】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。
【図８５】図８４に示された貯蔵容器の変形例を示す図である。
【図８６】図８４に示された貯蔵容器の他の変形例を示す図である。
【図８７】図８４に示された貯蔵容器のさらに他の変形例を示す図である。
【図８８】図８４に示された貯蔵容器のさらに他の変形例を示す図である。
【図８９】本発明に係るメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムに使用される貯蔵容器の例を示す図である。

Claims (40)

1. メタンを主成分とする気体を炭化水素溶媒に溶解させて超臨界状態で貯蔵容器内に貯蔵し、その貯蔵容器内から貯蔵物を取り出して使用する、メタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムであって、
   前記貯蔵物が超臨界状態ではなくなり気相及び液相として存在するときには前記貯蔵物を気相部及び液相部の両方から取り出すことを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
2. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭化水素溶媒は常温で液状の炭化水素であることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
3. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭化水素溶媒は常温で液化しにくい炭化水素と常温で液状の炭化水素との混合溶媒であることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
4. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭化水素溶媒はヘキサンであることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
5. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭化水素溶媒はガソリンまたは軽油であることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
6. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭化水素溶媒の代わりにジメチルエーテルを使用することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
7. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、少なくとも前記貯蔵物の取り出し初期においては、前記貯蔵容器内は超臨界状態であることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
8. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器内の組成比は、炭素数３以上の炭化水素が７〜４５％であり、炭素数２以下の炭化水素が９３〜５５％であることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
9. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器内の組成比は、炭素数３以上の炭化水素が７〜６５％であり、炭素数２以下の炭化水素が９３〜３５％であることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
10. 請求項８または請求項９記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭素数３以上の炭化水素の主成分はブタンであることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
11. 請求項８または請求項９記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記炭素数３以上の炭化水素の主成分はプロパンであることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器の内部が温度調節されることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか一項記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器内の炭化水素の組成比と炭化水素量とを検出する貯蔵容器内状態検出手段と、この検出結果に基づきメタンを主成分とする気体と炭化水素溶媒との前記貯蔵容器への供給比を算出して供給する供給比制御手段と、を備えることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
14. 請求項１３記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記供給比制御手段はさらに、メタンを主成分とする気体の供給量に基づき供給比を算出することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
15. 請求項１３または請求項１４記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器内状態検出手段は、前記貯蔵容器内の圧力と温度と溶媒液量とを検出し、これらから前記炭化水素の組成比と炭化水素量とを求めることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
16. 請求項１３または請求項１４記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器から取り出される前記炭化水素は、内燃機関において燃焼させるものであり、前記貯蔵容器内状態検出手段は、この内燃機関に設けられた空燃比検出手段の出力に基づき前記炭化水素の組成比を求めることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
17. 請求項１３から請求項１６のいずれか一項記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器には一時充填容器、および前記貯蔵容器から残存炭化水素を回収する回収容器が接続されており、先に炭化水素溶媒が前記一時充填容器に供給された後、前記回収された残存炭化水素とメタンを主成分とする気体とが前記一時充填容器に供給され、その後前記一時充填容器から前記貯蔵容器へ供給されることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
18. 請求項１３から請求項１６のいずれか一項記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器には一時充填容器、および前記貯蔵容器から残存炭化水素を回収する回収容器が接続されており、前記炭化水素溶媒がこの一時充填容器に供給された後、前記貯蔵容器へ供給され、前記メタンを主成分とする気体が前記回収容器に供給された後、前記回収された残存炭化水素とともに前記貯蔵容器に供給されることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
19. 請求項１３から請求項１６のいずれか一項記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器の上方に位置し、前記貯蔵容器と並列に接続されてその連通を制御する手段を備えた配管を介して溶媒専用一時充填容器が設けられ、この溶媒専用一時充填容器に前記連通を遮断した状態で炭化水素溶媒が充填され、その後連通遮断が解除されて前記貯蔵容器に炭化水素溶媒が落とし込まれることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
20. 請求項１３から請求項１９のいずれか一項記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器は移動体上に設けられ、さらに移動体上の前記貯蔵容器には前記炭化水素溶媒を貯蔵する炭化水素溶媒専用貯蔵容器が接続されていることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
21. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器の貯蔵物を気相部から気体として取り出し、取り出した気体から炭化水素溶媒を液層として分離し、前記貯蔵容器に戻すことを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
22. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記気相部からの気相炭化水素と前記液相部からの液層炭化水素とを一定比率で取り出して混合することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
23. 請求項２２記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器には液量検出装置が設けられていることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
24. 請求項２２記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器から取り出される貯蔵物は、内燃機関において燃焼させるものであり、前記内燃機関に設けられた空燃比検出手段の出力に基づき前記貯蔵容器内の組成を一定に維持することにより、取り出された貯蔵物の組成を一定に維持することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
25. 請求項２２記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記取り出された気相炭化水素と液層炭化水素とは、加熱混合されることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
26. 請求項２２記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記取り出された液層炭化水素を気化させた後、前記取り出された気相炭化水素と混合することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
27. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器へのメタンを主成分とする気体の供給の際には、前記貯蔵容器を冷却することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
28. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器には、互いに離間した位置に前記メタンを主成分とする気体の複数の充填口が設けられ、前記メタンを主成分とする気体の充填途中で、充填口を変えることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
29. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器に設けられたメタンを主成分とする気体の充填口に接続され、前記貯蔵容器内部に延在する熱伝導手段が設けられていることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
30. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器には、互いに離間した位置に前記メタンを主成分とする気体の複数の充填口が設けられ、前記複数の充填口から前記メタンを主成分とする気体が同時に充填されることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
31. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器に設けられた前記メタンを主成分とする気体の充填口から内部に延在する延長通路部材が設けられ、前記延長通路部材の長手方向に亘って前記貯蔵容器の内壁から離間する位置に複数の放出口が設けられていることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
32. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器に設けられた前記メタンを主成分とする気体の充填口の内部出口の放出口が、斜め方向を向いていることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
33. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器内の溶媒貯留域の最遠方に前記メタンを主成分とする気体の充填口が配置されたことを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
34. 請求項２８から請求項３３のいずれか一項記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記メタンを主成分とする気体の充填途中から、前記貯蔵容器下部に設けられた充填口から充填することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
35. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記メタンを主成分とする気体の充填前に、炭化水素溶媒の一部を気化させて前記貯蔵容器外へ放出させることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
36. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器内部または表面に設けられた減圧通路を介して前記貯蔵容器外へ貯蔵物を放出することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
37. 請求項３６記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記減圧通路に蓄冷材を付設したことを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
38. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記メタンを主成分とする気体の充填前に、冷却された炭化水素溶媒を充填することを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
39. 請求項１記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、前記貯蔵容器は攪拌手段を備えることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。
40. 請求項５記載のメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システムにおいて、緊急時には前記貯蔵容器から炭化水素溶媒を取り出して使用できることを特徴とするメタンを主成分とする気体の溶解貯蔵システム。

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