WO2023074787A1

WO2023074787A1 - 水素航空機、予冷用設備、並びに、水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム及び予冷方法

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Publication number: WO2023074787A1
Application number: PCT/JP2022/040123
Authority: WO
Inventors: 正人 ▲高▼井; 遼祐大島
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2023-05-04
Also published as: JPWO2023074787A1

Abstract

水素航空機は、水素を燃料とするエンジン、燃料を貯蔵する燃料タンク、及び、燃料タンクからエンジンへ燃料を供給する燃料供給ラインを備え、燃料タンク又は燃料供給ラインが冷媒供給口を有し、燃料供給ラインが冷媒供給口より燃料の流れの下流に配置された冷媒回収口を有する。この水素航空機の燃料供給ラインの予冷システムは、冷媒供給口へ冷媒を供給する冷媒供給ラインと、冷媒回収口から冷媒を回収する冷媒回収ラインと、を備え、冷媒供給ラインから冷媒供給口を通じて燃料供給ラインに冷媒を供給するとともに、冷媒回収ラインから冷媒回収口を通じて燃料供給ラインに供給した冷媒を回収することによって、燃料供給ラインを予冷する。

Description

水素航空機、予冷用設備、並びに、水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム及び予冷方法

　本開示は、水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム及び予冷方法に関する。

　近年、水素航空機の開発が進められている。水素航空機は、燃料の一部又は全部が水素であるエンジンを搭載した航空機である（例えば、特許文献１）。

　水素航空機には、水素燃料を貯蔵した燃料タンクと、水素燃焼向けのエンジンと、燃料タンクからエンジンの燃焼器へ燃料を送る燃料供給ラインとが搭載される。燃料供給ラインには、例えば、燃料を昇圧するエンジンポンプ、フィルタ、流量制御弁、及び熱交換器等が設けられている。燃料タンクに貯蔵された燃料は、例えば、液体水素である。燃料タンクの液体水素は、航空機内に敷設された燃料供給ラインを通り、エンジンの燃焼器へ供給される。

米国特許出願公開第２０１５／０３３６６８０号明細書

　水素航空機の燃料供給ラインにおいて、燃料タンクに貯蔵された水素燃料と燃料供給ラインに温度差がある場合（例えば、水素航空機のエンジンの始動前）、燃料タンクから燃料供給ラインへ流入した水素燃料は、燃料供給ラインを通過する間に温度が上昇し、エンジンでの使用に適さない温度になるおそれがある。水素燃料と燃料供給ラインとの温度差は、小さいことが望ましい。

　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る水素航空機の燃料供給ラインの予冷システムは、
水素を燃料とするエンジン、前記燃料を貯蔵する燃料タンク、及び、前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインを備え、前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインが冷媒供給口を有し、前記燃料供給ラインが前記冷媒供給口より前記燃料の流れの下流に配置された冷媒回収口を有する水素航空機の前記燃料供給ラインの予冷システムであって、
前記冷媒供給口へ冷媒を供給する冷媒供給ラインと、
前記冷媒回収口から前記冷媒を回収する冷媒回収ラインと、を備え、
前記冷媒供給ラインから前記冷媒供給口を通じて前記燃料供給ラインに前記冷媒を供給するとともに、前記冷媒回収ラインから前記冷媒回収口を通じて前記燃料供給ラインに供給した前記冷媒を回収することによって、前記燃料供給ラインを予冷するものである。

　本開示の一態様に係る水素航空機の燃料供給ラインの予冷方法は、
水素を燃料とするエンジン、前記燃料を貯蔵する燃料タンク、及び、前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインを備える水素航空機の燃料供給ラインの予冷方法であって、
冷媒供給ラインと前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインに配置された冷媒供給口とを接続すること、
冷媒回収ラインと前記燃料供給ラインに配置され、前記冷媒供給口より前記燃料の流れの下流に配置された冷媒回収口とを接続すること、及び、
前記冷媒供給ラインから前記冷媒供給口を通じて前記燃料供給ラインに冷媒を供給するとともに、前記冷媒回収ラインから前記冷媒回収口を通じて前記燃料供給ラインに供給した前記冷媒を回収することによって、前記燃料供給ラインを予冷すること、を含むものである。

　本開示の一態様に係る水素航空機は、
水素を燃料とするエンジンと、
前記燃料を貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインと、を備え、
前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインは、冷媒が供給される冷媒供給口を有し、
前記燃料供給ラインは、前記冷媒供給口より前記燃料の流れの下流に配置されて前記冷媒を回収する冷媒回収口を有し、
前記冷媒供給口から供給され、前記燃料供給ラインを流れて前記冷媒回収口から回収される前記冷媒によって前記燃料供給ラインが予冷されるものである。

　本開示の一態様に係る予冷用設備は、
水素を燃料とするエンジン、前記燃料を貯蔵する燃料タンク、及び、前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインを備え、前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインが冷媒供給口を有し、前記燃料供給ラインが前記冷媒供給口より下流に配置された冷媒回収口を有する水素航空機の前記燃料供給ラインを予冷する予冷用設備であって、
前記冷媒供給口と接続される冷媒供給ラインと、
前記冷媒回収口と接続される冷媒回収ラインと、を備え、
前記冷媒供給ラインから前記冷媒供給口を通じて前記燃料供給ラインに冷媒を供給するとともに、前記冷媒回収ラインから前記冷媒回収口を通じて前記燃料供給ラインに供給した前記冷媒を回収することによって、前記燃料供給ラインを予冷するものである。

　本開示の一態様によれば、水素燃料と燃料供給ラインとの温度差を抑制し、燃料供給ラインを通じてエンジンへ安定して水素燃料を供給できる。

図１は、本開示の第１実施形態に係る水素航空機の燃料供給ラインとその予冷システムの系統図である。図２は、本開示の第１実施形態の変形例１に係る水素航空機の燃料供給ラインとその予冷システムの系統図である。図３は、本開示の第１実施形態の変形例２に係る水素航空機の燃料供給ラインとその予冷システムの系統図である。図４は、本開示の第２実施形態に係る水素航空機の燃料供給ラインとその予冷システムの系統図である。

［第１実施形態］
　図１は、本開示の第１実施形態に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２の系統図である。本開示に係る予冷システム２は、例えば、水素航空機１のエンジン６の始動前に、燃料タンク５とエンジン６とを接続する燃料供給ライン３を予冷するために利用される。

〔水素航空機１の構成例〕
　水素航空機１は、水素を燃料Ｆとするエンジン６と、燃料Ｆを貯蔵した燃料タンク５と、燃料タンク５からエンジン６へ燃料Ｆを送る燃料供給ライン３とを備える。燃料タンク５に貯蔵されている燃料Ｆは、液体、気体、又は超臨界状態の水素である。エンジン６は燃料Ｆとして水素を燃焼する燃焼器６１を備え、燃料タンク５の燃料Ｆは燃料供給ライン３を通じてエンジン６へ供給される。

　燃料供給ライン３は、燃料タンク５の出口５１からエンジン６の入口６２までの燃料Ｆの流路を形成している。エンジン６の入口６２は、例えば、エンジン６内の燃焼器６１へ繋がる配管の入口である。燃料供給ライン３には、第１シャットオフバルブ３１、ブースタポンプ３２、チェックバルブ３３、第２シャットオフバルブ３４、エンジンポンプ３５、燃料フィルタ３６、流量計３７、流量制御バルブ３８、第３シャットオフバルブ３９、及び熱交換器４０が、上流から下流へ向かって配置されている。燃料供給ライン３のこれらの要素は、適宜、順序を入れ替えることができる。燃料供給ライン３のこれらの要素の間は配管等で接続されている。なお、本明細書において「上流」及び「下流」は、燃料Ｆの流れ方向を基準としている。エンジンポンプ３５は、エンジン６で燃料Ｆに対し要求される所定の圧力まで、燃料Ｆを昇圧する。第３シャットオフバルブ３９を通過する燃料Ｆが気体である場合には、燃料供給ライン３から熱交換器４０が省略されてもよい。

　燃料供給ライン３には、冷媒供給口４１と、冷媒供給口４１よりも下流に配置された冷媒回収口４２とが設けられている。好ましくは、冷媒供給口４１は燃料供給ライン３のエンジンポンプ３５よりも上流に配置され、冷媒回収口４２は燃料供給ライン３のエンジンポンプ３５より下流に配置される。冷媒供給口４１は、燃料供給ライン３のうち、より上流側に配置されることが更に好ましい。本実施形態において冷媒供給口４１は、燃料供給ライン３のうち燃料タンク５の出口５１と第１シャットオフバルブ３１の間に配置されている。

　冷媒回収口４２は、燃料供給ライン３のうち、より下流側に配置されることが好ましい。燃料供給ライン３が熱交換器４０を含む場合には、冷媒回収口４２は熱交換器４０よりも上流に配置される。本実施形態において冷媒回収口４２は、燃料供給ライン３のうち第３シャットオフバルブ３９と熱交換器４０の間に配置されている。

〔予冷システム２の構成例〕
　予冷システム２は、冷媒ポンプ２２、冷媒供給ライン２３、及び、冷媒回収ライン２４を備える。

　冷媒ポンプ２２、冷媒供給ライン２３、及び冷媒回収ライン２４は、予冷用設備２１に設けられている。予冷用設備２１は、冷媒供給ライン２３に冷媒を供給する設備である。予冷用設備２１は、例えば、地上又は地中に固定されていてもよいし、可動であってもよい。また、予冷用設備２１を構成する複数の機器は互いに離間して配置されていてもよい。冷媒ポンプ２２は、水素航空機１のエンジンポンプ３５と兼ねてもよい。

　予冷用設備２１には、冷媒供給源２１１が設けられており、冷媒供給源２１１は、冷媒供給ライン２３に冷媒Ｍを供給する。冷媒供給源２１１は、冷媒Ｍが収容された容器であってもよいし、外部から冷媒Ｍを導入する配管等であってもよい。冷媒Ｍは、例えば、液体、気体、又は超臨界状態の水素である。冷媒Ｍは、燃料タンク５に収容されている燃料Ｆと状態が異なっていてもよい。冷媒Ｍは燃料Ｆと異なる物質であってもよい。なお、燃料供給ライン３と燃料タンク５に収容されている燃料Ｆとの温度差をより小さくする観点から、冷媒Ｍと燃料Ｆは同じ物質であることが好ましい。

　予冷用設備２１には、冷媒処理系統２１２が設けられており、冷媒回収ライン２４から冷媒処理系統２１２へ冷媒Ｍが送られる。冷媒処理系統２１２は、燃料供給ライン３を流れた後、冷媒回収ライン２４を通じて予冷用設備２１へ戻ってきた冷媒Ｍを処理する。燃料供給ライン３を流れた後の冷媒Ｍは、温度が上昇し、膨張していることがある。冷媒処理系統２１２は、例えば、冷媒回収ライン２４より戻ってきた冷媒Ｍを冷却して、冷媒供給源２１１へ還すように構成されている。冷媒処理系統２１２は、冷媒回収ライン２４より戻ってきた冷媒Ｍを貯蔵又は廃棄するように構成されていてもよいし、戻ってきた冷媒Ｍを燃料供給ライン３の冷却とは別の用途のために処理するように構成されていてもよい。

　予冷用設備２１の冷媒供給源２１１と冷媒供給口４１は、冷媒供給ライン２３よって接続される。冷媒供給ライン２３は、冷媒供給口４１に対し着脱可能である。冷媒回収口４２と予冷用設備２１の冷媒処理系統２１２とは、冷媒回収ライン２４によって接続される。冷媒回収ライン２４は、冷媒回収口４２に対し着脱可能である。冷媒ポンプ２２は、本実施形態においては冷媒供給ライン２３又は冷媒回収ライン２４に配置されたポンプである。冷媒ポンプ２２は、燃料供給ライン３のエンジンポンプ３５と兼ねてもよい。或いは、冷媒ポンプ２２として、燃料供給ライン３のエンジンポンプ３５と、冷媒供給ライン２３又は冷媒回収ライン２４に配置されたポンプとの両方が用いられてもよい。

　予冷システム２は、例えば、水素航空機１のエンジン６の始動前に、燃料タンク５とエンジン６とを接続する燃料供給ライン３を予冷することで、水素燃料と燃料供給ライン３との温度差を抑制できる。よって、燃料供給ライン３を通じてエンジン６へ安定して水素燃料を供給できる。また、燃料供給ライン３を通過した冷媒Ｍは燃料タンク５へそのまま戻されたり、エンジン６へ送られたりせずに冷媒回収ライン２４によって回収されるので、温度が上昇した冷媒Ｍが燃料タンク５やエンジン６に流入することを防止できる。

　また、予冷システム２は、水素航空機１から着脱可能であるため、燃料供給ライン３を予冷する際に燃料供給ライン３に接続することができる。よって、水素航空機１から燃料供給ライン３の予冷のための機器が省略可能であり、水素航空機１を軽量化できる。

〔燃料供給ライン３の予冷方法〕
　第１実施形態の予冷システム２を用いた、水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷方法を説明する。燃料供給ライン３の予冷は、例えば、エンジン６の始動前に行われる。燃料供給ライン３の予冷方法は、次の工程を含む。
（ｉ）冷媒供給口４１に冷媒供給ライン２３が接続され、冷媒回収口４２に冷媒回収ライン２４が接続される。ここで、冷媒回収ライン２４が接続された後に、冷媒供給ライン２３が接続されることが好ましい。
（ii）冷媒ポンプ２２が起動される。ここで、燃料タンク５の出口５１及び熱交換器４０の入口は閉止されており、第１シャットオフバルブ３１、第２シャットオフバルブ３４、及び第３シャットオフバルブ３９は開放されている。
（iii）燃料供給ライン３が所定温度になった場合、又は、所定の予冷時間が経過した場合、冷媒ポンプ２２が停止される。
（iv）冷媒供給口４１と冷媒供給ライン２３の接続が解除され、冷媒回収口４２と冷媒回収ライン２４の接続が解除される。ここで、第１シャットオフバルブ３１、第２シャットオフバルブ３４、及び第３シャットオフバルブ３９は閉止されている。

　上記の工程（ii）において、冷媒ポンプ２２の稼働によって、予冷用設備２１の冷媒供給源２１１の冷媒Ｍが、冷媒供給ライン２３、燃料供給ライン３、及び、冷媒回収ライン２４を順に流れて、予冷用設備２１の冷媒処理系統２１２へ戻される。冷媒Ｍが燃料供給ライン３を流れることによって、燃料供給ライン３が予冷される。

　燃料供給ライン３が予冷された後、エンジンポンプ３５が起動される。ここで、熱交換器４０の入口、第１シャットオフバルブ３１、第２シャットオフバルブ３４、及び第３シャットオフバルブ３９は開放されている。これにより、燃料タンク５の燃料Ｆが燃料供給ライン３を通じてエンジン６へ供給される。このように、予冷システム２で燃料供給ライン３が予冷されることによって、水素航空機１のエンジン６の始動時において、燃料供給ライン３は燃料Ｆの温度の上昇を抑制できる。その結果、水素航空機１では、エンジン６の始動時より、燃料タンク５から燃料供給ライン３を通じエンジン６へ、エンジン６での使用に適した温度で、燃料Ｆを安定して供給できる。

　図１に示す水素航空機１では、燃料供給ライン３に冷媒供給口４１が設けられており、冷媒Ｍは燃料タンク５を通らない。このように、燃料タンク５内が冷媒Ｍの流路から除外されることによって、燃料Ｆと冷媒Ｍが燃料タンク５内で混ざらない。これにより、燃料タンク５内の燃料Ｆを低温に保持しつつ、燃料供給ライン３を予冷できる。なお、燃料タンク５内は燃料Ｆの流れにおいて燃料供給ライン３のエンジンポンプ３５の上流と見做すことができ、燃料タンク５が冷媒Ｍの流路の一部として利用されてもよい。

〔変形例１〕
　図２は、第１実施形態の変形例１に係る水素航空機１の燃料供給ライン３とその予冷システム２の系統図である。図２に示す変形例１では、燃料タンク５には、冷媒供給口４１が設けられている。冷媒供給口４１は、燃料タンク５の燃料入口と共用されてもよい。なお、変形例１及び変形例２の説明において、前述の第１実施形態と実質的に同一の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

　図２に示す変形例１では、燃料供給ライン３の予冷時には、燃料タンク５の出口５１は開放され、熱交換器４０の入口は閉止され、第１シャットオフバルブ３１、第２シャットオフバルブ３４、及び第３シャットオフバルブ３９は開放された状態で、冷媒ポンプ２２が起動される。これにより、冷媒供給源２１１の冷媒Ｍは、冷媒供給ライン２３、燃料タンク５内、燃料供給ライン３、及び冷媒回収ライン２４を順に流れて、冷媒処理系統２１２へ回収される。

〔変形例２〕
　図３は、第１実施形態の変形例２に係る水素航空機１の燃料供給ライン３とその予冷システム２の系統図である。図３に示す変形例２では、冷媒回収口４２が燃料供給ライン３の熱交換器４０よりも下流に配置されている。

　図３に示す変形例２では、燃料供給ライン３に熱交換器４０を回避して、熱交換器４０の上流から下流へ冷媒Ｍを流すバイパスライン４３が接続されている。バイパスライン４３は、エンジン６の作動中、燃料Ｆが通過してもよい。そして、燃料供給ライン３において、バイパスライン４３より下流に冷媒回収口４２が配置されている。

　変形例２において、燃料供給ライン３の予冷時には、冷媒Ｍが熱交換器４０を通らずにバイパスライン４３を通るように燃料供給ライン３の流路が切り替えられ、且つ、第１シャットオフバルブ３１、第２シャットオフバルブ３４、及び第３シャットオフバルブ３９が開放された状態で、冷媒ポンプ２２が起動される。これにより、冷媒供給源２１１の冷媒Ｍは、冷媒供給ライン２３、燃料タンク５、燃料供給ライン３、及び冷媒回収ライン２４を順に流れて、冷媒処理系統２１２へ回収される。燃料供給ライン３を流れる冷媒Ｍは、バイパスライン４３を流れて、熱交換器４０には流れない。このように、燃料供給ライン３が熱交換器４０などの予冷を要しない機器を有する場合に、予冷を要しない機器をバイパスするように流路を形成し、冷媒Ｍを流すことによって、燃料供給ライン３のうち、予冷が必要な部分を予冷することができる。

［第２実施形態］
　図４は、第２実施形態に係る水素航空機１の燃料供給ライン３とその予冷システム２Ａの系統図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と実質的に同一の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

　図４に示す水素航空機１の燃料タンク５には、燃料Ｆとして液体水素が収容されている。燃料タンク５内の上部には、液体水素の気化によって生じた気体水素（ボイルオフガスと称し得る）が滞留している。燃料タンク５には、燃料タンク５内から燃料Ｆの気化によって生じた気体水素を燃料供給ライン３に排出する冷媒供給ライン２３が接続されている。燃料タンク５は、冷媒供給ライン２３を通じて冷媒回収口４２と接続されている。なお、燃料タンク５にボイルオフガスラインが接続され、ボイルオフガスラインと冷媒供給ライン２３とが接続され、燃料タンク５は、ボイルオフガスライン及び冷媒供給ライン２３を通じて冷媒回収口４２と接続されてもよい。第２実施形態に係る予冷システム２Ａでは、冷媒Ｍとして燃料タンク５で燃料Ｆの気化によって生じた気体水素を利用する。

　予冷システム２Ａは、冷媒ポンプ２２と、冷媒供給ライン２３、及び、冷媒回収ライン２４を備える。冷媒ポンプ２２は、エンジンポンプ３５と共用されてもよいし、予冷用設備２１に配置されてもよい。冷媒ポンプ２２は、省略されてもよい。冷媒供給ライン２３は、水素航空機１に配置されてもよいし、予冷用設備２１に配置されてもよい。冷媒回収ライン２４は、予冷用設備２１に配置される。冷媒回収口４２は、燃料供給ライン３のエンジンポンプ３５よりも下流に配置されている。

　燃料供給ライン３の予冷を開始するにあたり、冷媒供給ライン２３と冷媒供給口４１とが接続される。冷媒供給ライン２３が水素航空機１に設けられている場合は、冷媒供給ライン２３は予め冷媒供給口４１と接続されており、冷媒供給ライン２３と冷媒供給口４１とが連通されるように弁などが操作されてもよい。そして、燃料供給ライン３の予冷時には、燃料タンク５の出口５１及び熱交換器４０の入口は閉止され、第１シャットオフバルブ３１、第２シャットオフバルブ３４、及び第３シャットオフバルブ３９は開放される。冷媒ポンプ２２により、燃料タンク５内で生じた気体水素が冷媒Ｍとして、冷媒供給ライン２３、冷媒供給口４１、燃料供給ライン３、冷媒回収口４２、及び冷媒回収ライン２４を順に流れて、冷媒処理系統２１２へ回収される。このように、燃料Ｆの気化によって生じた気体水素が冷媒Ｍとして燃料供給ライン３を流れるので、燃料タンク５内の燃料Ｆを低温に保持しつつ、燃料供給ライン３を予冷できる。

　なお、第２実施形態に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２Ａは、第１実施形態に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２と同時に適用できる。即ち、燃料タンク５に貯蔵された燃料Ｆのボイルオフガスを冷媒Ｍとして燃料供給ライン３へ供給するとともに、冷媒供給源２１１に貯蔵された冷媒Ｍを燃料供給ライン３へ供給して、燃料供給ライン３を流れたのち、冷媒回収ライン２４を通じて、冷媒Ｍを冷媒処理系統２１２へ回収してもよい。これにより、燃料供給ライン３、燃料タンク５に貯留された燃料Ｆ、予冷用設備２１などの状況に応じて、予冷システム２及び２Ａの一方又は両方を使用し、燃料供給ライン３を予冷できる。

〔総括〕
　本開示の第１の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２，２Ａは、
水素を燃料Ｆとするエンジン６、燃料Ｆを貯蔵する燃料タンク５、及び、燃料タンク５からエンジン６へ燃料Ｆを供給する燃料供給ライン３を備え、燃料タンク５又は燃料供給ライン３が冷媒供給口４１を有し、燃料供給ライン３が冷媒供給口４１より燃料Ｆの流れの下流に配置された冷媒回収口４２を有する水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２であって、
冷媒供給口４１へ冷媒Ｍを供給する冷媒供給ライン２３と、
冷媒回収口４２から冷媒Ｍを回収する冷媒回収ライン２４と、を備え、
冷媒供給ライン２３から冷媒供給口４１を通じて燃料供給ライン３に冷媒Ｍを供給するとともに、冷媒回収ライン２４から冷媒回収口４２を通じて燃料供給ライン３に供給した冷媒Ｍを回収することによって、燃料供給ライン３を予冷するものである。

　上記の予冷システム２によれば、例えば、水素航空機１のエンジン６の始動前に、当該エンジン６へ燃料Ｆを送る燃料供給ライン３が冷媒Ｍによって予冷されるので、燃料Ｆと燃料供給ライン３との温度差を抑制できる。よって、燃料供給ライン３を通じて、燃料Ｆである水素をエンジン６へ安定して供給できる。また、燃料供給ライン３を通過した冷媒Ｍは燃料タンク５へそのまま戻されたり、エンジン６へ送られたりせずに冷媒回収ライン２４によって回収されるので、温度が上昇した冷媒Ｍが燃料タンク５やエンジン６に流入することを防止できる。

　本開示の第２の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２，２Ａは、第１の項目に係る予冷システム２において、冷媒Ｍを供給する冷媒ポンプ２２を更に備えるものである。

　冷媒ポンプ２２が冷媒Ｍを供給することで、燃料供給ライン３を速やかに冷却できる。

　本開示の第３の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２，２Ａは、第１又は２の項目に係る予冷システム２において、燃料供給ライン３から着脱可能である冷媒供給ライン２３及び冷媒回収ライン２４が配置されている予冷用設備２１を備えるものである。

　水素航空機１から冷媒供給ライン２３及び冷媒回収ライン２４を省略して、水素航空機１を軽量化できる。

　本開示の第４の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２，２Ａは、第１乃至３のいずれかの項目に係る予冷システム２において、冷媒供給ライン２３に冷媒Ｍを供給する冷媒供給源２１１と、冷媒回収ライン２４により回収した冷媒Ｍを冷却、貯蔵又は廃棄する冷媒処理系統２１２と、を有する予冷用設備２１を更に備えるものである。

　水素航空機１から冷媒供給源２１１及び冷媒処理系統２１２を省略して、水素航空機１を軽量化できる。

　本開示の第５の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２，２Ａは、第１乃至４のいずれかの項目に係る予冷システム２において、燃料タンク５に貯蔵された燃料Ｆが液体水素であって、冷媒Ｍが液体水素の気化により生じた気体水素であり、冷媒供給口４１は、燃料供給ライン３に配置されており、燃料タンク５は、冷媒供給ライン２３と接続し、冷媒供給口４１を通じて、気体水素を燃料供給ライン３に供給するものである。

　燃料タンク５内の燃料Ｆの気化によって生じた気体水素が冷媒Ｍとして燃料供給ライン３を流れるので、燃料タンク５で生じた燃料Ｆの気体水素を有効に利用できる。また、冷媒Ｍは燃料タンク５を通らないので、燃料タンク５内の燃料Ｆを低温に保持しつつ、燃料供給ライン３を予冷できる。

　本開示の第６の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷システム２は、第１乃至４のいずれかの項目に係る予冷システム２において、冷媒Ｍは、液体、気体、又は超臨界状態の水素であるものである。

　冷媒Ｍとして燃料Ｆと同じ物質が用いられることによって、燃料供給ライン３と燃料タンク５に収容されている燃料Ｆとの温度差をより小さくできる。また、燃料供給ライン３の汚染を低減できる。

　本開示の第７の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷方法は、
水素を燃料Ｆとするエンジン６、燃料Ｆを貯蔵する燃料タンク５、及び、燃料タンク５からエンジン６へ燃料Ｆを供給する燃料供給ライン３を備える水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷方法であって、
冷媒供給ライン２３と燃料タンク５又は燃料供給ライン３に配置された冷媒供給口４１とを接続すること、
冷媒回収ライン２４と燃料供給ライン３に配置され、冷媒供給口４１より燃料Ｆの流れの下流に配置された冷媒回収口４２とを接続すること、及び、
冷媒供給ライン２３から冷媒供給口４１を通じて燃料供給ライン３に冷媒Ｍを供給するとともに、冷媒回収口４２を通じて冷媒回収ライン２４より冷媒Ｍを回収することによって、燃料供給ライン３を予冷すること、を含むものである。

　上記の予冷方法によれば、例えば、水素航空機１のエンジン６の始動前に、当該エンジン６へ燃料Ｆを送る燃料供給ライン３が冷媒Ｍによって予冷されるので、燃料Ｆと燃料供給ライン３との温度差を抑制できる。よって、燃料供給ライン３を通じて、燃料Ｆである水素をエンジン６へ安定して供給できる。また、燃料供給ライン３を通過した冷媒Ｍは燃料タンク５へそのまま戻されたり、エンジン６へ送られたりせずに冷媒回収ライン２４によって回収されるので、温度が上昇した冷媒Ｍが燃料タンク５やエンジン６に流入することを防止できる。

　本開示の第８の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷方法は、第７の項目に係る予冷方法において、冷媒回収ライン２４を接続した後に、冷媒供給ライン２３を接続するものである。

　冷媒回収ライン２４を接続し、冷媒を回収する経路を確保した後に、冷媒供給ライン２３を接続することで、燃料供給ライン３を安全に予冷できる。

　本開示の第９の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷方法は、第７又は８の項目に係る予冷方法において、燃料タンク５に貯蔵された燃料Ｆが液体水素であり、冷媒Ｍが液体水素の気化により生じた気体水素であり、冷媒供給口４１は、燃料供給ライン３に配置されており、燃料タンク５は、冷媒供給ライン２３と接続され、冷媒供給口４１を通じて気体水素を燃料供給ライン３に供給するものである。

　燃料タンク５内の燃料Ｆの気化によって生じた気体水素が冷媒Ｍとして燃料供給ライン３を流れるので、燃料タンク５で生じた燃料Ｆの気体水素を有効に利用できる。冷媒Ｍは燃料タンク５を通らないので、燃料タンク５内の燃料Ｆを低温に保持しつつ、燃料供給ライン３を予冷できる。

　本開示の第１０の項目に係る水素航空機１の燃料供給ライン３の予冷方法は、第７又は８の項目に係る予冷方法において、冷媒Ｍは、液体、気体、又は超臨界状態の水素であるものである。

　本開示の第１１の項目に係る水素航空機１は、
水素を燃料Ｆとするエンジン６と、
燃料Ｆを貯蔵する燃料タンク５と、
燃料タンク５からエンジン６へ燃料Ｆを供給する燃料供給ライン３と、を備え、
燃料タンク５又は燃料供給ライン３は、冷媒Ｍが供給される冷媒供給口４１を有し、
燃料供給ライン３は、冷媒供給口４１より燃料Ｆの流れの下流に配置されて冷媒Ｍを回収する冷媒回収口４２を有し、
冷媒供給口４１から供給され、燃料供給ライン３を流れて冷媒回収口４２から回収される冷媒Ｍによって燃料供給ライン３が予冷されるものである。

　上記の水素航空機１によれば、例えば、水素航空機１のエンジン６の始動前に、当該エンジン６へ燃料Ｆを送る燃料供給ライン３が冷媒Ｍによって予冷されるので、燃料Ｆと燃料供給ライン３との温度差を抑制できる。よって、燃料供給ライン３を通じて、燃料Ｆである水素をエンジン６へ安定して供給できる。また、燃料供給ライン３を通過した冷媒Ｍは燃料タンク５へそのまま戻されたり、エンジン６へ送られたりせずに冷媒回収ライン２４によって回収されるので、温度が上昇した冷媒Ｍが燃料タンク５やエンジン６に流入することを防止できる。

　本開示の第１２の項目に係る水素航空機１は、第１１の項目に係る水素航空機１において燃料供給ライン３は燃料Ｆを昇圧するエンジンポンプ３５を有し、冷媒供給口４１はエンジンポンプ３５よりも上流に配置され、冷媒回収口４２はエンジンポンプ３５よりも下流に配置されているものである。

　上記水素航空機１では、燃料供給ライン３が予冷されるので、例えば、エンジン６の始動時に、燃料供給ライン３へ流入した燃料Ｆの温度が抑制され、エンジンポンプ３５によって燃料Ｆは所定の圧力まで安定して昇圧される。よって、例えば、水素航空機１のエンジン６の始動時において、燃料供給ライン３を通じて、燃料Ｆである水素をエンジン６へ安定して供給できる。

　本開示の第１３の項目に係る水素航空機１は、第１１又は１２の項目に係る水素航空機１において、燃料供給ライン３は燃料Ｆを気化する熱交換器４０を有し、冷媒回収口４２が燃料供給ライン３のうち熱交換器４０よりも上流に配置されているものである。

　燃料供給ライン３のうち予冷を要しない要素については、冷媒Ｍを流さないようにして冷却を回避しつつ、燃料供給ライン３を予冷できる。

　本開示の第１４の項目に係る予冷用設備２１は、
水素を燃料Ｆとするエンジン６、燃料Ｆを貯蔵する燃料タンク５、及び、燃料タンク５からエンジン６へ燃料Ｆを供給する燃料供給ライン３を備え、燃料タンク５又は燃料供給ライン３が冷媒供給口４１を有し、燃料供給ライン３が冷媒供給口４１より下流に配置された冷媒回収口４２を有する水素航空機１の燃料供給ライン３を予冷する予冷用設備２１であって、
冷媒供給口４１と接続される冷媒供給ライン２３と、
冷媒回収口４２と接続される冷媒回収ライン２４と、を備え、
冷媒供給ライン２３から冷媒供給口４１を通じて燃料供給ライン３に冷媒Ｍを供給するとともに、冷媒回収口４２を通じて冷媒回収ライン２４より冷媒Ｍを回収することによって、燃料供給ライン３を予冷するものである。

　本開示の第１５の項目に係る予冷用設備２１は、第１４の項目に係る予冷用設備２１において、冷媒供給ライン２３に冷媒Ｍを供給する冷媒供給源２１１と、冷媒回収ライン２４により回収した冷媒Ｍを冷却、貯蔵又は廃棄する冷媒処理系統２１２と、を更に備えるものである。

　上記第１４及び上記第１５の項目に係る予冷用設備２１によれば、例えば、水素航空機１のエンジン６の始動前に、当該エンジン６へ燃料Ｆを送る燃料供給ライン３が冷媒Ｍによって予冷されるので、燃料Ｆと燃料供給ライン３との温度差を抑制できる。よって、燃料供給ライン３を通じて、燃料Ｆである水素をエンジン６へ安定して供給できる。また、燃料供給ライン３を通過した冷媒Ｍは燃料タンク５へそのまま戻されたり、エンジン６へ送られたりせずに冷媒回収ライン２４によって回収されるので、温度が上昇した冷媒Ｍが燃料タンク５やエンジン６に流入することを防止できる。更に、予冷用設備２１が水素航空機１から独立して構成されることによって、水素航空機１から燃料供給ライン３の予冷に必要な機器を省略し、水素航空機１を軽量化できる。

　本開示は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、前述の詳細な説明では、本開示の様々な特徴は、本開示を合理化する目的で２つの実施形態に纏められているが、複数の特徴のうち幾つかが組み合わされてもよい。また、本開示に含まれる複数の特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わされてもよい。

Claims

　水素を燃料とするエンジン、前記燃料を貯蔵する燃料タンク、及び、前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインを備え、前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインが冷媒供給口を有し、前記燃料供給ラインが前記冷媒供給口より前記燃料の流れの下流に配置された冷媒回収口を有する水素航空機の前記燃料供給ラインの予冷システムであって、
　前記冷媒供給口へ冷媒を供給する冷媒供給ラインと、
　前記冷媒回収口から前記冷媒を回収する冷媒回収ラインと、を備え、
　前記冷媒供給ラインから前記冷媒供給口を通じて前記燃料供給ラインに前記冷媒を供給するとともに、前記冷媒回収ラインから前記冷媒回収口を通じて前記燃料供給ラインに供給した前記冷媒を回収することによって、前記燃料供給ラインを予冷する、
水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム。
　前記冷媒を供給する冷媒ポンプを更に備える、
請求項１に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム。
　前記燃料供給ラインから着脱可能である前記冷媒供給ライン及び前記冷媒回収ラインが配置されている予冷用設備を備える、
請求項１又は２に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム。
　前記冷媒供給ラインに前記冷媒を供給する冷媒供給源と、
　前記冷媒回収ラインにより回収した前記冷媒を冷却、貯蔵又は廃棄する冷媒処理系統と、を有する予冷用設備を更に備える、
請求項１又は２に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム。
　前記燃料タンクに貯蔵された前記燃料が液体水素であって、前記冷媒が前記液体水素の気化により生じた気体水素であり、
　前記冷媒供給口は、前記燃料供給ラインに配置されており、
　前記燃料タンクは、前記冷媒供給ラインと接続し、前記冷媒供給口を通じて、前記気体水素を前記燃料供給ラインに供給する、
請求項１又は２に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム。
　前記冷媒は、液体、気体、又は超臨界状態の水素である、
請求項１又は２に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷システム。
　水素を燃料とするエンジン、前記燃料を貯蔵する燃料タンク、及び、前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインを備える水素航空機の燃料供給ラインの予冷方法であって、
　冷媒供給ラインと前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインに配置された冷媒供給口とを接続すること、
　冷媒回収ラインと前記燃料供給ラインに配置され、前記冷媒供給口より前記燃料の流れの下流に配置された冷媒回収口とを接続すること、及び、
　前記冷媒供給ラインから前記冷媒供給口を通じて前記燃料供給ラインに冷媒を供給するとともに、前記冷媒回収ラインから前記冷媒回収口を通じて前記燃料供給ラインに供給した前記冷媒を回収することによって、前記燃料供給ラインを予冷すること、を含む、
水素航空機の燃料供給ラインの予冷方法。
　前記冷媒回収ラインを接続した後に、前記冷媒供給ラインを接続する、
請求項７に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷方法。
　前記燃料タンクに貯蔵された前記燃料が液体水素であり、前記冷媒が前記液体水素の気化により生じた気体水素であり、
　前記冷媒供給口は、前記燃料供給ラインに配置されており、
　前記燃料タンクは、前記冷媒供給ラインと接続され、前記冷媒供給口を通じて前記気体水素を前記燃料供給ラインに供給する、
請求項７又は８に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷方法。
　前記冷媒は、液体、気体、又は超臨界状態の水素である、
請求項７又は８に記載の水素航空機の燃料供給ラインの予冷方法。
　水素を燃料とするエンジンと、
　前記燃料を貯蔵する燃料タンクと、
　前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインと、を備え、
　前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインは、冷媒が供給される冷媒供給口を有し、
　前記燃料供給ラインは、前記冷媒供給口より前記燃料の流れの下流に配置されて前記冷媒を回収する冷媒回収口を有し、
　前記冷媒供給口から供給され、前記燃料供給ラインを流れて前記冷媒回収口から回収される前記冷媒によって前記燃料供給ラインが予冷される、
水素航空機。
　前記燃料供給ラインは前記燃料を昇圧するエンジンポンプを有し、
　前記冷媒供給口は前記エンジンポンプよりも上流に配置され、前記冷媒回収口は前記エンジンポンプよりも下流に配置されている、
請求項１１に記載の水素航空機。
　前記燃料供給ラインは前記燃料を気化する熱交換器を有し、
　前記冷媒回収口が前記燃料供給ラインのうち前記熱交換器よりも上流に配置されている、
請求項１１又は１２に記載の水素航空機。
　水素を燃料とするエンジン、前記燃料を貯蔵する燃料タンク、及び、前記燃料タンクから前記エンジンへ前記燃料を供給する燃料供給ラインを備え、前記燃料タンク又は前記燃料供給ラインが冷媒供給口を有し、前記燃料供給ラインが前記冷媒供給口より下流に配置された冷媒回収口を有する水素航空機の前記燃料供給ラインを予冷する予冷用設備であって、
　前記冷媒供給口と接続される冷媒供給ラインと、
　前記冷媒回収口と接続される冷媒回収ラインと、を備え、
　前記冷媒供給ラインから前記冷媒供給口を通じて前記燃料供給ラインに冷媒を供給するとともに、前記冷媒回収ラインから前記冷媒回収口を通じて前記燃料供給ラインに供給した前記冷媒を回収することによって、前記燃料供給ラインを予冷する、
予冷用設備。
　前記冷媒供給ラインに前記冷媒を供給する冷媒供給源と、
　前記冷媒回収ラインにより回収した前記冷媒を冷却、貯蔵又は廃棄する冷媒処理系統と、を更に備える、
請求項１４に記載の予冷用設備。