WO2023074866A1 - 水素航空機の燃料供給システム及びタンク内圧調整方法 - Google Patents

水素航空機の燃料供給システム及びタンク内圧調整方法 Download PDF

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WO2023074866A1
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hydrogen
tank
internal pressure
heater
aircraft
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PCT/JP2022/040470
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康一 佐々木
茂法 安田
和成 津留
翔汰 田中
和子 清水
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川崎重工業株式会社
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    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D37/00—Arrangements in connection with fuel supply for power plant
    • B64D37/02—Tanks
    • B64D37/06—Constructional adaptations thereof
    • B64D37/10—Constructional adaptations thereof to facilitate fuel pressurisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D37/00—Arrangements in connection with fuel supply for power plant
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel supply system and tank internal pressure adjustment method applied to a hydrogen aircraft that uses hydrogen as an energy source (fuel) for propulsion.
  • a hydrogen aircraft disclosed in Patent Document 1 below is known.
  • This hydrogen aircraft includes a propulsion device using a hydrogen gas turbine engine or a fuel cell system, and a fuel tank that stores hydrogen as fuel to be supplied to the propulsion device.
  • a pump When liquefied hydrogen is stored in the fuel tank, a pump is provided to discharge the liquefied hydrogen from the fuel tank to the propulsion device.
  • the pressure of liquefied hydrogen introduced into this pump that is, the inlet pressure of the pump, is affected by the tank internal pressure, which is the internal pressure of the fuel tank. Therefore, if the tank internal pressure fluctuates carelessly, the inlet pressure of the pump fluctuates, and there is a risk that the discharge flow rate of the liquefied hydrogen will become unstable.
  • repeated fluctuations in tank internal pressure may, in the worst case, cause fatigue failure of the tank. Therefore, when the tank internal pressure is expected to fluctuate, the tank weight may increase because the fatigue strength of the tank is set in anticipation of the effect.
  • the present disclosure has been made in view of the circumstances as described above, and provides a fuel supply system for a hydrogen aircraft and a tank internal pressure adjustment method capable of stabilizing the inlet pressure of a pump that discharges liquefied hydrogen from a fuel tank. intended to
  • a system is a fuel supply system applied to a hydrogen aircraft including a propulsion device that uses hydrogen as an energy source, the fuel storing liquefied hydrogen a tank, a pump that discharges liquefied hydrogen from the fuel tank and supplies it to the propulsion device, a boosting mechanism that increases the tank internal pressure that is the pressure inside the fuel tank, and the fuel supplied from the fuel tank to the propulsion device.
  • a flow controller for controlling the flow rate of liquefied hydrogen
  • a pressure controller for controlling the boost mechanism to adjust the tank internal pressure based on information about the flow rate of the liquefied hydrogen input from the flow rate controller. It is.
  • a method is a tank internal pressure adjustment method applied to a hydrogen aircraft, wherein the hydrogen aircraft includes a propulsion device that uses hydrogen as an energy source and a fuel tank that stores liquefied hydrogen. a pump that discharges liquefied hydrogen from the fuel tank and supplies it to the propulsion device; a booster mechanism that increases tank internal pressure, which is the internal pressure of the fuel tank; and a control device that inputs operations to the hydrogen aircraft wherein the method includes information on the output of the propulsion device, information on the flow rate of liquefied hydrogen discharged from the fuel tank toward the propulsion device, and information on the operation performed on the control device. and controlling the boost mechanism to adjust the tank internal pressure based on the information.
  • FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a hydrogen-powered aircraft to which a fuel supply system according to a first embodiment of the present disclosure is applied.
  • FIG. 2 is a system diagram showing a schematic configuration of the fuel supply system.
  • FIG. 3 is a time chart showing changes over time in each parameter seen during control for adjusting the internal pressure of the fuel tank.
  • FIG. 4 is a diagram showing a fuel supply system according to a second embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 5 is a diagram showing a fuel supply system according to a third embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a hydrogen aircraft to which a fuel supply system 1 (FIG. 2) according to the first embodiment of the present disclosure is applied.
  • the hydrogen-powered aircraft shown in this figure is an aircraft that uses hydrogen as an energy source (fuel) for propulsion, and includes a fuselage 101 and a plurality of engines 102 (propulsion devices) attached to the fuselage 101 .
  • Airframe 101 includes a body 101a and a pair of wings 101b attached to the left and right of body 101a.
  • the engine 102 is attached to each of the pair of wings 101b.
  • the engine 102 is a hydrogen turbine engine including a gas turbine rotationally driven by combustion energy of hydrogen.
  • FIG. 2 is a system diagram showing a schematic configuration of the fuel supply system 1.
  • a fuel supply system 1 shown in this figure is a system for supplying hydrogen as fuel to an engine 102 and is installed inside an airframe 101 .
  • the fuel supply system 1 includes a fuel tank 2 , a booster mechanism 3 , a fuel supply pipe 4 , a pump 5 , a pressure limiting mechanism 6 and a controller 7 .
  • the fuel tank 2 is a container that stores liquefied hydrogen LH, which is cryogenic liquefied hydrogen.
  • the fuel tank 2 has both heat insulating properties and pressure resistance, and stores the liquefied hydrogen LH inside while maintaining cold and pressure.
  • the fuel tank 2 is made of metal such as aluminum or a composite material such as CFRP or GFRP.
  • the fuel tank 2 shown in FIG. 2 has hemispherical end portions and a cylindrical intermediate portion. However, the shape is not limited to this as long as the shape can maintain a high pressure.
  • a gas phase portion 2 a is formed above the liquefied hydrogen LH inside the fuel tank 2 .
  • the gas phase portion 2a is a space occupied by hydrogen gas including boil-off gas (BOG) generated by evaporating the liquefied hydrogen LH due to heat input.
  • a pressure sensor SN1 is attached to the fuel tank 2 to detect the tank internal pressure, which is the pressure of the gas phase portion 2a.
  • the boosting mechanism 3 is a mechanism that increases the internal pressure of the tank.
  • the boost mechanism 3 includes a plurality of heaters 31 arranged inside the fuel tank 2 .
  • a plurality of heaters 31 are arranged near the bottom of the fuel tank 2 while being spaced apart from each other. The heater 31 at such a position is likely to be immersed in the liquefied hydrogen LH within the fuel tank 2 .
  • the heater 31 heats the liquefied hydrogen LH, for example, by receiving electric power from an external power source and increasing its temperature.
  • evaporation (vaporization) of the liquefied hydrogen LH is promoted, and the tank internal pressure rises. That is, the heating by the heater 31 promotes the evaporation of the liquefied hydrogen LH, so that the amount of gas (hydrogen gas) present in the gas phase portion 2a of the fuel tank 2 increases, and the pressure of the gas phase portion 2a, that is, the tank internal pressure rises.
  • the pressure increasing mechanism 3 is configured to increase the tank internal pressure by heating and promoting evaporation of the liquefied hydrogen LH.
  • a temperature sensor SN2 is attached to each of the plurality of heaters 31 .
  • the temperature sensor SN2 is a sensor that detects the temperature of the heater 31, and is provided to determine whether or not there is a heating abnormality in which the temperature of the heater 31 rises abnormally.
  • the fuel supply pipe 4 is a pipe that connects the fuel tank 2 and the engine 102 .
  • the liquefied hydrogen LH in the fuel tank 2 is supplied to the engine 102 through the fuel supply pipe 4 .
  • the fuel supply pipe 4 has one end located inside the fuel tank 2 and the other end connected to the engine 102 .
  • One end of the fuel supply pipe 4 extends to near the bottom of the fuel tank 2 .
  • the pump 5 is an electric pump that delivers the liquefied hydrogen LH in the fuel tank 2 to the engine 102 through the fuel supply pipe 4 .
  • the pump 5 is provided in the middle of the fuel supply pipe 4 located outside the fuel tank 2 .
  • the pump 5 sucks out the liquefied hydrogen LH in the fuel tank 2 and discharges the sucked liquefied hydrogen toward the engine 102 on the downstream side.
  • the pump 5 is not limited to an electric pump, and may be a mechanical pump that utilizes the shaft power of the engine 102, for example.
  • a flow control valve 9 is provided at a position downstream of the pump 5 in the fuel supply pipe 4 .
  • the flow rate adjustment valve 9 is an electrically operated valve that adjusts the flow rate of the liquefied hydrogen LH supplied to the engine 102 through the fuel supply pipe 4 .
  • the pressure limiting mechanism 6 is a mechanism that limits the pressure so that the tank internal pressure does not rise excessively.
  • the pressure limiting mechanism 6 includes a vent pipe 61 , an internal pressure control valve 62 , a flame arrestor 63 , a check valve 64 , a vent heater 65 , a branch pipe 66 and an emergency relief valve 67 .
  • the vent pipe 61 is a pipe connected to the upper portion of the fuel tank 2, and communicates the gas phase portion 2a of the fuel tank 2 with the outside air.
  • the internal pressure control valve 62 is a valve that opens when the tank internal pressure, which is the pressure of the gas phase portion 2a, exceeds a predetermined upper limit value, and is provided in the middle of the vent pipe 61 .
  • the internal pressure control valve 62 may be either mechanical or electrical. When the internal pressure control valve 62 is opened, hydrogen gas is discharged from the gas phase portion 2 a of the fuel tank 2 to the outside air through the vent pipe 61 . As a result, the tank internal pressure is limited to the upper limit value or less.
  • the flame arrestor 63 is a device that prevents the flame from advancing to the upstream side (flashback), and is arranged downstream of the internal pressure control valve 62 in the vent pipe 61 .
  • the flame arrestor 63 is provided as a countermeasure against fire or the like occurring outside the fuel tank 2 .
  • the check valve 64 is a valve that regulates the flow of gas flowing through the vent pipe 61 in one direction, and is arranged downstream of the flame arrestor 63 in the vent pipe 61 . Specifically, the check valve 64 allows the hydrogen gas to flow from the inside of the fuel tank 2 (the gas phase portion 2a) to the outside air through the vent pipe 61, while allowing the hydrogen gas to flow from the outside air to the inside of the fuel tank 2 through the vent pipe 61. prevent gas from entering the
  • the vent heater 65 is a heater that heats the hydrogen gas discharged through the vent pipe 61 and is arranged at the downstream end of the vent pipe 61 .
  • the vent heater 65 is provided to prevent the hydrogen gas from being discharged to the outside air at a cryogenic temperature.
  • the branch pipe 66 is a pipe that connects the middle of the vent pipe 61 and the fuel tank 2 . Specifically, the branch pipe 66 connects the portion of the vent pipe 61 between the internal pressure control valve 62 and the flame arrestor 63 and the upper portion of the fuel tank 2 to each other. It is not essential that the branch pipe 66 connects the middle of the vent pipe 61 and the fuel tank 2 .
  • a pipe corresponding to the branch pipe 66 extending from the fuel tank 2 may be connected to a flame arrestor different from the flame arrestor 63 and communicated with the outside of the aircraft.
  • the emergency relief valve 67 is a valve that opens when the tank internal pressure exceeds a predetermined abnormal value, and is provided in the middle of the branch pipe 66 .
  • Emergency relief valve 67 may be mechanical or electrical.
  • the pressure (abnormal value) at which the emergency relief valve 67 opens is greater than the pressure (upper limit value) at which the internal pressure control valve 62 is opened.
  • Such an emergency relief valve 67 functions as a backup when the internal pressure control valve 62 does not operate normally.
  • the controller 7 is a control device that comprehensively controls each part of the fuel supply system 1 .
  • the controller 7 includes a FADEC 71 , an aircraft controller 72 and a tank internal pressure controller 73 .
  • FADEC 71 is a control module that mainly controls engine 102 .
  • the body controller 72 is a control module that mainly controls the body 101 .
  • the tank internal pressure controller 73 is a control module that controls the tank internal pressure, which is the pressure inside the fuel tank 2 (gas phase portion 2a).
  • the FADEC 71, aircraft controller 72, and tank internal pressure controller 73 each include a processor and memory. All or part of the FADEC 71, aircraft controller 72, and tank internal pressure controller 73 may be configured to use a common processor or memory.
  • the FADEC 71 corresponds to the "flow rate controller" in the present disclosure
  • the tank internal pressure controller 73 corresponds to the "pressure controller” in the present disclosure.
  • the FADEC 71 is signally connected to the engine 102 and the flow control valve 9 .
  • the FADEC 71 controls each control element in the engine 102 so that the output of the engine 102 becomes an appropriate value according to the operating conditions, and the flow rate of the liquefied hydrogen LH supplied to the engine 102 is appropriately adjusted according to the operating conditions.
  • the opening degree of the flow rate control valve 9 is controlled so that the flow rate becomes .
  • the FADEC 71 is also signal-connected to the control device 103 provided in the cockpit of the airframe 101 .
  • the control device 103 includes, for example, a control stick for controlling the attitude of the airframe 101 and a power lever for controlling the output of the engine 102 . Signals including the amount of operation of the control stick and power lever are sequentially input to the FADEC 71 as control signals.
  • the tank internal pressure controller 73 is electrically connected to each heater 31 inside the fuel tank 2 .
  • the tank internal pressure controller 73 controls the energization of each heater 31 so that the tank internal pressure is within a certain range.
  • the tank internal pressure controller 73 is electrically connected to the pressure sensor SN1 and the temperature sensor SN2. Information on the tank internal pressure detected by the pressure sensor SN1 is sequentially input to the tank internal pressure controller 73, and information on the temperature of the heater 31 detected by the temperature sensor SN2 is also sequentially input.
  • first and second controls are prepared as the control of the tank internal pressure by the tank internal pressure controller 73 .
  • the first control is control to operate the heater 31 based on input information from the FADEC 71
  • the second control is control to operate the heater 31 based on input information from the pressure sensor SN1.
  • the first control is primary control that is always performed while engine 102 is running, and the second control is preliminary control for when the first control is not performed normally.
  • FIG. 3 is a time chart for explaining the contents of the first and second controls described above.
  • the upper chart in FIG. 3 shows the time change of the tank internal pressure
  • the lower chart shows the time change of the heater output.
  • the heater 31 is turned on at time t1 to start energizing the heater 31, and then at time t4, the heater 31 is turned off and the heater 31 is supplied with electricity. is de-energized.
  • Time t1 is the time at which flow rate increase information indicating that the flow rate of liquefied hydrogen LH discharged from fuel tank 2 toward engine 102 is increased is input from FADEC 71 to tank internal pressure controller 73 .
  • Time t ⁇ b>4 is the time at which flow rate reduction information indicating that the flow rate of liquefied hydrogen LH discharged from the fuel tank 2 toward the engine 102 is reduced is input from the FADEC 71 to the tank internal pressure controller 73 .
  • the flow rate increase information and flow rate decrease information are information issued from the FADEC 71 based on the predicted output change of the engine 102 .
  • the FADEC 71 discharges liquefied hydrogen LH from the fuel tank 2 when at least one of an operation to raise the airframe 101 and an operation to increase the output (rpm) of the engine 102 is performed on the control device 103. It predicts that the flow rate will increase, and transmits flow rate increase information to the tank internal pressure controller 73 .
  • the FADEC 71 determines the discharge flow rate of the liquefied hydrogen LH from the fuel tank 2 when at least one of the operation of canceling the ascent of the airframe 101 and the operation of reducing the output of the engine is performed on the control device 103.
  • the flow rate decrease information is transmitted to the tank internal pressure controller 73 .
  • the flow rate increase information and the flow rate decrease information may not be information based on such operating conditions of the control device 103, and may be information based on, for example, a control signal sent from the FADEC 71 to the flow rate adjustment valve 9. good.
  • the tank internal pressure controller 73 switches the heater 31 from OFF to ON. As a result, the temperature of the heater 31 rises, and evaporation (vaporization) of the liquefied hydrogen LH in the fuel tank 2 is promoted.
  • the amount of liquefied hydrogen LH discharged from the fuel tank 2 is less than the effect of increasing the tank internal pressure due to the evaporation of the liquefied hydrogen LH.
  • the effect of lowering the tank internal pressure due to the increase in is greater. This is the reason why the tank internal pressure continues to decrease from time t1 to time t3 in the upper chart of FIG.
  • time t3 the effect of evaporation of the liquefied hydrogen LH becomes apparent, and the tank internal pressure turns to rise.
  • the tank internal pressure controller 73 switches the heater 31 from ON to OFF. This lowers the temperature of the heater 31 and makes it difficult for the liquefied hydrogen LH to evaporate. This, together with the decrease in the flow rate of the liquefied hydrogen LH, has the effect of suppressing the increase in tank internal pressure.
  • the residual heat of the heater 31 increases the tank internal pressure for a while from time t4. This is why the tank internal pressure continues to rise from time t4 to time t6 in the upper chart of FIG.
  • the effect of reducing the tank internal pressure due to the discharge of the liquid hydrogen LH from the fuel tank 2 becomes greater than the effect of increasing the tank internal pressure due to residual heat, and the tank internal pressure begins to decrease.
  • the tank internal pressure controller 73 controls the heater 31 based on input information from the FADEC 71 .
  • the signal from the FADEC 71 may be interrupted.
  • the second control assumes such a case, and is control for turning ON/OFF the heater 31 based on the input information from the pressure sensor SN1 instead of the input information from the FADEC71.
  • time t2 is the time when the detected value of the tank internal pressure input from the pressure sensor SN1 falls below the predetermined first threshold value X1
  • time t5 is This is the time when the detected value of the tank internal pressure exceeds the predetermined second threshold value X2.
  • the first threshold X1 is set to a value greater than the lower limit of the tank internal pressure.
  • the lower limit value of the tank internal pressure is the lower limit value for ensuring the normal discharge operation of the pump 5 .
  • the first threshold value X1 is set to a level higher than the lower limit so that the heater 31 is turned on before the tank internal pressure drops to the lower limit.
  • the second threshold X2 is set to a value that is larger than the first threshold X1 and smaller than the upper limit of the tank internal pressure.
  • the upper limit of the tank internal pressure is the pressure at which the internal pressure control valve 62 of the pressure limiting mechanism 6 is opened, that is, the pressure at which hydrogen gas from the fuel tank 2 is forcibly vented.
  • the second threshold value X2 is set to a level lower than the upper limit so that the heater 31 is turned off before the tank internal pressure rises to such an upper limit.
  • the tank internal pressure controller 73 switches the heater 31 from OFF to ON at time t2 when the detected value of the tank internal pressure falls below the first threshold value X1.
  • the temperature of the heater 31 rises and the evaporation of the liquefied hydrogen LH is accelerated.
  • the tank internal pressure begins to rise after some delay time.
  • the tank internal pressure controller 73 switches the heater 31 from ON to OFF.
  • the heater 31 is turned off, the temperature of the heater 31 is lowered and evaporation of the liquefied hydrogen LH is suppressed. As a result, the tank internal pressure begins to drop after some delay time.
  • the tank internal pressure controller 73 controls the heater 31 based on the detected value of the tank internal pressure input from the pressure sensor SN1. Therefore, the control timing of the heater 31 in the second control is delayed compared to the above-described first control in which the heater 31 is controlled based on the input information from the FADEC 71 . That is, time t2, which is the timing to turn on the heater 31 in the second control, is later than time t1, which is the timing to turn on the heater 31 in the first control, and is the timing to turn off the heater 31 in the second control. A certain time point t5 is later than the time point t4, which is the timing for turning off the heater 31 in the first control.
  • the broken line waveform is lower than the solid line waveform, and the difference between the solid line waveform and the broken line waveform widens. This indicates that the heating of the heater 31 is slower in the second control than in the first control, so the pressure drop rate in the second control is higher than in the first control. Also, after time t3 in the upper chart of FIG. 3, the time corresponding to the trough of the broken-line waveform is later than the time (time t3) corresponding to the trough of the solid-line waveform. This indicates that the heating of the heater 31 is later in the second control than in the first control, so the pressure rise point in the second control is later than in the first control.
  • the heaters 31 may come out from the liquid surface of the liquefied hydrogen LH in the fuel tank 2 .
  • the angle difference between the bottom surface of the fuel tank 2 and the liquid surface of the liquefied hydrogen LH increases, and there is a possibility that part of the heaters 31 may protrude from the liquid surface.
  • the heater 31 protruding from the liquid surface is much easier to raise in temperature than the other heaters 31 immersed in the liquefied hydrogen LH.
  • the fact that the heater 31 has come out of the liquid surface can be regarded as a heating abnormality in which the temperature of the heater 31 rises abnormally. Below, control when such abnormal heating occurs will be described.
  • the tank internal pressure controller 73 determines for each heater 31 whether or not there is a heating abnormality in which the temperature rises abnormally, based on input information from each temperature sensor SN2 provided in each of the heaters 31. . Then, when it is confirmed that the heating abnormality has occurred in any of the heaters 31 , the tank internal pressure controller 73 stops energizing the heater 31 causing the heating abnormality and turns off the heater 31 . That is, the temperature of the heater 31 is lowered by stopping the energization, and the abnormal heating of the heater 31 is eliminated.
  • the tank internal pressure controller 73 turns off the heater 31 with the heating abnormality, and also controls the output (energization amount) of the other heaters 31 in which the heating abnormality does not occur. ) is raised.
  • This control raises the temperature of the other heater 31 immersed in the liquefied hydrogen LH to promote evaporation of the liquefied hydrogen LH. This compensates for the decrease in the amount of heating due to the fact that some of the heaters 31 have come out of the liquid surface of the liquefied hydrogen LH, and serves to maintain the effect of increasing the tank internal pressure due to the evaporation of the liquefied hydrogen LH.
  • the heater 31 (the pressure-increasing mechanism 3) in the fuel tank 2 causes the liquefied hydrogen LH to
  • the tank internal pressure which is the pressure inside the fuel tank 2, is adjusted by being controlled based on the flow rate of .
  • the tank internal pressure controller 73 increases the temperature of the heater 31 to increase the tank internal pressure.
  • the heating of the heater 31 accelerates the evaporation of the liquefied hydrogen LH. Therefore, the decrease in tank internal pressure caused by the increase in volume of the gas phase portion 2a can be compensated for by the boosting effect caused by the evaporated hydrogen (hydrogen gas). As a result, the tank internal pressure can be kept within a certain range regardless of changes in the flow rate of the liquefied hydrogen LH, and the inlet pressure of the pump 5 can be stabilized. When the inlet pressure of the pump 5 is stabilized, the discharge amount of the liquefied hydrogen LH from the pump 5 is easily matched with the target amount. be able to.
  • the tank internal pressure controller 73 reduces the temperature of the heater 31 to suppress the increase of the tank internal pressure. According to such a configuration, it is possible to avoid continuation of heating by the heater 31 in a situation where the rate of increase in the volume of the gas phase portion 2a is slow, thereby preventing an excessive rise in the tank internal pressure. can.
  • a pressure sensor SN1 for detecting the tank internal pressure is attached to the fuel tank 2, and when the pressure detected by the pressure sensor SN1 is below the first threshold value X1, the temperature of the heater 31 is raised. Control is executed to increase the tank internal pressure. Conversely, when the pressure detected by the pressure sensor SN1 exceeds the second threshold value X2, which is larger than the first threshold value X1, the temperature of the heater 31 is lowered to suppress the increase in tank internal pressure. According to such a configuration, even if the signal from the FADEC 71 is interrupted for some reason, that is, even if the information regarding the flow rate of the liquefied hydrogen LH becomes unavailable, the heater 31 can be controlled based on the actual tank internal pressure. The inlet pressure of the pump 5 can be stabilized.
  • the plurality of heaters 31 are used to determine whether or not a heating abnormality such as an abnormal temperature rise occurs during operation of the engine 102 in which the tank internal pressure is adjusted using the heaters 31 as described above. are examined, and if it is confirmed that any of the heaters 31 has a heating abnormality, control is executed to stop the heater 31 having the heating abnormality and to increase the output of the other heaters 31. be.
  • a heating abnormality such as an abnormal temperature rise occurs during operation of the engine 102 in which the tank internal pressure is adjusted using the heaters 31 as described above.
  • control is executed to stop the heater 31 having the heating abnormality and to increase the output of the other heaters 31. be.
  • the engine 102 which is a hydrogen turbine engine, is used as the propulsion device for applying propulsion to the fuselage 101. It's not limited to engines.
  • a fuel cell system includes, for example, a power generation unit that chemically reacts hydrogen and oxygen to generate electric power, a power storage unit that stores the power generated by the power generation unit, and the power supplied from the power storage unit to rotate a turbine or propeller. and a driving motor.
  • the fuel supply system of the present disclosure can also be used as a system for supplying liquefied hydrogen to the power generation section of such a fuel cell system.
  • the boosting mechanism 3 including a plurality of heaters 31 arranged in the fuel tank 2 is provided as a mechanism for increasing the tank internal pressure, which is the pressure inside the fuel tank 2 (the gas phase portion 2a).
  • the boost mechanism only needs to include at least one heater. That is, the number of heaters arranged in the fuel tank may be one or two or more.
  • the shape of the heater 31 is not particularly limited. The heater 31 may be sheet-shaped, or may be elongated in the longitudinal direction.
  • the heater does not necessarily have to be placed inside the fuel tank, and may be placed outside the fuel tank.
  • a reflux line for discharging liquefied hydrogen from the fuel tank and returning it to the fuel tank, and to provide a heater in this reflux line.
  • an element other than the heater as the boosting mechanism.
  • an accumulator for storing high-pressure hydrogen gas is provided. may be supplied. Even in this case, the internal pressure of the tank can be kept within a certain range, and the inlet pressure of the pump can be stabilized.
  • information on the flow rate of the liquefied hydrogen LH discharged from the fuel tank 2 toward the engine 102 Based on any one of information on the output of the engine 102, information on the flow rate of the liquefied hydrogen LH discharged from the fuel tank 2 toward the engine 102, and information on the operation performed on the control device 103.
  • the tank internal pressure may be adjusted by controlling the boost mechanism.
  • Information about the output of engine 102 can be obtained from the control signal of engine 102 output from controller 7 .
  • Information about the flow rate of the liquefied hydrogen LH discharged from the fuel tank 2 toward the engine 102 is obtained from a control signal sent to the flow rate adjustment valve 9 or the value of a flow rate sensor (not shown) provided in the fuel supply pipe 4.
  • Information about operations performed on the control device 103 can be obtained from values of sensors attached to the control device 103 or values of sensors built into the control device 103 .
  • a mechanism for discharging the hydrogen gas in the gas phase portion 2a of the fuel tank 2 to the outside is provided as the pressure limiting mechanism 6. may be recovered in a recovery device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a fuel supply system for a hydrogen-powered aircraft according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the controller monitors the tank internal pressure detected by the pressure sensor, and the controller controls the opening of the electronic internal pressure control valve and the heating time by the tank pressurization heater or the pressurization time by the accumulator. Control to constant pressure. By controlling the pressure to be constant, the pump inlet pressure is kept constant and a stable pump discharge pressure is obtained.
  • the tank internal pressure controller receives data on the state of the engine and pump and the amount of fuel from the engine control unit, and performs tank internal pressure control and fault diagnosis.
  • the tank internal pressure controller monitors the amount of fuel in the tank. In addition, even if the liquid level changes, the correct capacity is displayed by correcting the liquid level according to the aircraft attitude signal.
  • One or more tank pressure heaters If there are a plurality of tank pressure heaters, redundancy can be ensured.
  • the pump may be installed inside or outside the tank.
  • the impeller part is installed inside the tank, and the motor part is installed outside the tank. In other words, only the motor part that easily breaks down can be replaced without removing the liquid hydrogen from the tank.
  • the tank pressurization heater is installed at a position away from the fuel capacity meter and the pump so as not to be affected by hydrogen vaporization when the tank pressurization heater is activated.
  • the liquid hydrogen is vaporized (boiled off) by heat generated by a pump or other equipment, and the inside of the tank is pressurized, thereby reducing the tank pressurization heater power.
  • the tank pressurization heater and the internal pressure control valve are controlled by the tank internal pressure controller in accordance with the depressurization effect caused by supplying fuel to the engine. target value.
  • an emergency relief valve is installed to prevent the tank from being pressurized above a predetermined value in an emergency/parking.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a fuel supply system for a hydrogen-powered aircraft according to a third embodiment of the present disclosure.
  • "connected in terms of signals” means that a plurality of devices are wired or wirelessly connected so that electrical signals for information transmission can be transmitted or received between the devices.
  • Fuel tank The fuel tank is for storing liquid hydrogen inside.
  • the fuel tank is made of metal (aluminum, etc.) or composite material (CFRP, GFRP, etc.).
  • the fuel tank shown in FIG. 2 has hemispherical end portions and a cylindrical intermediate portion.
  • the shape is not limited to this as long as the shape can maintain a high pressure.
  • the tank internal pressure controller exchanges signals with multiple components of the fuel supply system to control the internal pressure of the fuel tank to a desired value or within a desired range.
  • the tank internal pressure controller includes a processor and memory.
  • the memory of the tank internal pressure controller stores programs for obtaining desired control results and various data (various threshold values, etc.) used in the programs. Programs stored in memory are executed by the processor.
  • the fuel supply pipe is for supplying the liquid hydrogen stored in the fuel tank to the engine (not shown).
  • One end of the fuel supply pipe is provided inside the fuel tank and the other end is connected to the engine.
  • the fuel supply line may comprise a return line that returns a portion of the pressurized liquid hydrogen present downstream of the pump to the tank.
  • a flow control valve for controlling the return amount of liquid hydrogen may be provided in the return pipe, and the flow control valve may be signal-connected to the tank internal pressure controller.
  • a pump is for flowing liquid hydrogen through the fuel supply line and is connected to the fuel supply line.
  • the pump is also signal-connected to the tank internal pressure controller.
  • the pump may be provided inside the fuel tank or may be provided outside the fuel tank. Also, a part of the pump may be provided inside the fuel tank and the other part of the pump may be provided outside the fuel tank.
  • the heat generated when the pump operates can be used to heat the liquid hydrogen fuel for pressurizing the fuel tank, as will be described later.
  • Providing the pump outside the fuel tank facilitates maintenance of the pump.
  • the impeller may be placed inside the fuel tank while the motor, which requires high maintenance, may be placed outside the fuel tank. By doing so, it is possible to replace the motor without removing liquid hydrogen from the fuel tank. In this case, the pump would penetrate the wall of the fuel tank and the gap between the pump and the wall of the fuel tank would be sealed to avoid leakage of liquid hydrogen.
  • a tank pressurization heater (heater) is provided in the fuel tank to increase the internal pressure of the fuel tank. Also, the tank pressure heater is signal-connected to the tank internal pressure controller. When the tank pressure heater is operated, part of the liquid hydrogen in the fuel tank is heated and vaporized, increasing its volume. This increases the internal pressure of the fuel tank.
  • the tank pressurization heater may be provided at a position where liquid hydrogen exists in the fuel tank, or may be provided at a position where liquid hydrogen does not exist.
  • a tank pressurization heater may be provided at the bottom of the fuel tank. In the case of a fuel tank having a cylindrical middle portion as shown in FIG. 2, a tank pressure heater may be provided at the bottom portion of the cylindrical shape.
  • the tank pressure heater By arranging the tank pressure heater at a position as low as possible, liquid hydrogen can be heated regardless of the amount of liquid hydrogen stored in the fuel tank.
  • a plurality of tank pressure heaters may be provided to ensure redundancy.
  • the tank pressure heater is located away from the fuel capacity meter and the pump (if the pump is located in the fuel tank) so as not to be affected by hydrogen vaporization when the tank pressure heater is activated.
  • the fuel capacity meter and pump may be arranged so that there is no fuel capacity meter or pump above the tank pressure heater, and the hydrogen vaporized by the tank pressure heater moves upward through the liquid hydrogen.
  • a fuel capacity meter or a pump may be arranged outside the range (the existence range of vaporized hydrogen).
  • the internal pressure control valve receives a signal from the tank internal pressure controller and opens and closes the valve. By opening the internal pressure control valve, the internal pressure of the fuel tank approaches atmospheric pressure (usually, the internal pressure of the fuel tank decreases).
  • the internal pressure control valve is selected to operate both on the ground and at high altitudes.
  • the internal pressure control valve may be operated by either absolute pressure or gauge pressure, and may be operated mechanically or electrically.
  • the emergency relief valve is for maintaining the internal pressure of the fuel tank within a safe range. When the internal pressure of the fuel tank exceeds a predetermined threshold, an emergency relief valve is opened to reduce the pressure within the fuel tank.
  • the pressure sensor is for detecting the internal pressure of the fuel tank, and is signal-connected to the tank internal pressure controller.
  • the pressure sensor is provided in a region (gas phase portion) in which liquid hydrogen does not exist inside the fuel tank.
  • a pressure sensor may be provided in the fuel tank above the upper limit where liquid hydrogen exists. If the fuel tank has a mechanism that prevents the amount of liquid hydrogen in the fuel tank from exceeding the upper limit, the amount of liquid hydrogen at the upper limit must be maintained at least in the steady state of the aircraft (parking or level flight).
  • a pressure sensor may be provided above the upper limit position that may exist in the state). The position of the pressure sensor is not limited to the position described above.
  • the pressure sensor may be arranged in the middle of a pipe extending from the fuel tank and connected to the emergency relief valve.
  • Fuel capacity meter is for detecting the amount of liquid hydrogen stored in the fuel tank.
  • the accumulator is for increasing the internal pressure in the fuel tank and is connected to the fuel tank so as to allow fluid to flow into the fuel tank. Also, the accumulator is signally connected to the tank internal pressure controller.
  • Engine control unit (not shown) An engine control unit (FADEC) is for controlling the engine and is signal-connected to the tank internal pressure controller.
  • FADEC engine control unit
  • Control ⁇ Purpose of control> By controlling the internal pressure of the tank to a constant value or within a certain range, the pump inlet pressure is kept at a constant value or within a certain range to obtain a stable pump discharge pressure.
  • the tank internal pressure controller reads the detected value of the pressure sensor, and if the detected value is greater than a predetermined value, the tank internal pressure controller sends a signal to the internal pressure control valve. open the valve.
  • the tank internal pressure controller reads the detected value of the pressure sensor, and if the detected value is smaller than a predetermined value, the tank internal pressure controller sends a signal to the tank pressure heater to heat the liquid hydrogen.
  • the tank internal pressure controller controls the heating time of the tank pressure heater. If the tank pressure heater has a heating temperature adjustment function, the tank internal pressure controller may control the heating temperature of the tank pressure heater.
  • the tank internal pressure controller reads the detected value of the pressure sensor, and if the detected value is smaller than a predetermined value, the tank internal pressure controller sends a signal to the accumulator to pressurize the liquid hydrogen.
  • the tank internal pressure controller controls the pressurization time of the accumulator.
  • the tank internal pressure controller may receive a signal from the engine (not shown) regarding the operating state (degree of output, etc.) and control the internal pressure control valve, tank pressurization heater, and accumulator based on the signal. .
  • the internal pressure of the fuel tank can be controlled with higher accuracy even when the pump transfer amount changes according to the operating state of the engine.
  • the rate at which the liquid hydrogen in the fuel tank decreases also changes, causing fluctuations in the internal pressure of the fuel tank as the amount of liquid hydrogen decreases, adversely affecting control. but can avoid this ill effect.
  • Signals relating to operating conditions may be obtained from the engine control unit or from detection values of various sensors provided on the aircraft.
  • the tank internal pressure controller receives data on the state of the engine and pump and the amount of fuel from the engine control unit, and performs internal pressure control and fault diagnosis of the fuel tank.
  • the tank internal pressure controller may read the detected value of the fuel capacity meter and control the internal pressure control valve, the tank pressurization heater, and the accumulator based on the detected value. Since the level of liquid hydrogen in the fuel tank changes depending on the attitude of the aircraft, the tank internal pressure controller may correct the detection value of the fuel capacity meter based on the aircraft attitude information. Airframe attitude information can be obtained from detection values of various sensors provided in the aircraft.

Abstract

水素航空機の燃料供給システム（１）は、液化水素を貯留する燃料タンク（２）と、燃料タンク（２）から液化水素を吐出して推進装置（１０２）に供給するポンプ（５）と、燃料タンク（２）の内部の圧力であるタンク内圧を上昇させる昇圧機構（３）と、燃料タンク（２）から推進装置（１０２）に供給される液化水素の流量を制御する流量コントローラ（７１）と、流量コントローラ（７１）から入力される液化水素の流量に関する情報に基づいて、昇圧機構（３）を制御してタンク内圧を調整する圧力コントローラ（７３）とを備える。

Description

水素航空機の燃料供給システム及びタンク内圧調整方法
　本開示は、推進力のエネルギー源（燃料）として水素を利用する水素航空機に適用される燃料供給システム及びタンク内圧調整方法に関する。
　下記特許文献１の水素航空機が公知である。この水素航空機は、水素ガスタービンエンジン又は燃料電池システムを用いた推進装置と、当該推進装置に供給される燃料としての水素を貯留する燃料タンクとを備える。
　前記燃料タンク内に液化水素が貯留される場合、当該燃料タンクから推進装置に向けて液化水素を吐出するポンプが用意される。このポンプに導入される液化水素の圧力、つまりポンプの入口圧力は、燃料タンクの内部の圧力であるタンク内圧の影響を受ける。このため、タンク内圧が不用意に変動すると、ポンプの入口圧力が変動し、液化水素の吐出流量が不安定になるおそれがある。また、タンク内圧の変動が繰り返し起こることにより、最悪の場合タンクが疲労破壊する可能性がある。このため、タンク内圧変動が考えられる場合には、その影響を見越してタンクの疲労強度を設定するため、タンク重量が増大することが考えられる。
米国特許出願公開第２０２２／０２２７４９７号明細書
　本開示は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料タンクから液化水素を吐出するポンプの入口圧力を安定させることが可能な水素航空機の燃料供給システム及びタンク内圧調整方法を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するためのものとして、本開示の一局面に係るシステムは、水素をエネルギー源として利用する推進装置を含む水素航空機に適用される燃料供給システムであって、液化水素を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクから液化水素を吐出して前記推進装置に供給するポンプと、前記燃料タンクの内部の圧力であるタンク内圧を上昇させる昇圧機構と、前記燃料タンクから前記推進装置に供給される液化水素の流量を制御する流量コントローラと、前記流量コントローラから入力される前記液化水素の流量に関する情報に基づいて、前記昇圧機構を制御して前記タンク内圧を調整する圧力コントローラと、を備えたものである。
　また、本開示の他の局面に係る方法は、水素航空機に適用されるタンク内圧調整方法であって、前記水素航空機は、水素をエネルギー源として利用する推進装置と、液化水素を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクから液化水素を吐出して前記推進装置に供給するポンプと、前記燃料タンクの内部の圧力であるタンク内圧を上昇させる昇圧機構と、前記水素航空機に対する操作が入力される操縦装置とを有し、前記方法は、前記推進装置の出力に関する情報と、前記燃料タンクから前記推進装置に向けて吐出される液化水素の流量に関する情報と、前記操縦装置に対して行われた操作に関する情報と、のいずれかの情報に基づいて、前記昇圧機構を制御して前記タンク内圧を調整することを含む、ものである。
　本開示によれば、燃料タンクから液化水素を吐出するポンプの入口圧力を安定させることができる。
図１は、本開示の第一の実施形態に係る燃料供給システムが適用される水素航空機の概略構成を示す正面図である。 図２は、前記燃料供給システムの概略構成を示すシステム図である。 図３は、燃料タンクの内部圧力を調整する制御中に見られる各パラメータの時間変化を示すタイムチャートである。 図４は、本開示の第二の実施形態に係る燃料供給システムを示す図である。 図５は、本開示の第三の実施形態に係る燃料供給システムを示す図である。
　［第一の実施形態］
　１．燃料供給システム
　図１は、本開示の第一の実施形態に係る燃料供給システム１（図２）が適用される水素航空機の概略構成を示す正面図である。本図に示される水素航空機は、推進力のエネルギー源（燃料）として水素を利用する航空機であり、機体１０１と、機体１０１に取り付けられた複数のエンジン１０２（推進装置）とを備える。機体１０１は、胴部１０１ａと、胴部１０１ａの左右に取り付けられた一対の翼１０１ｂとを含む。エンジン１０２は、一対の翼１０１ｂにそれぞれ取り付けられている。エンジン１０２は、水素の燃焼エネルギーにより回転駆動されるガスタービンを含む水素タービンエンジンである。
　図２は、燃料供給システム１の概略構成を示すシステム図である。本図に示される燃料供給システム１は、燃料としての水素をエンジン１０２に供給するシステムであって、機体１０１の内部に設置されている。燃料供給システム１は、燃料タンク２と、昇圧機構３と、燃料供給配管４と、ポンプ５と、圧力制限機構６と、コントローラ７とを備える。
　燃料タンク２は、極低温の液化した水素である液化水素ＬＨを貯留する容器である。燃料タンク２は、断熱性と耐圧性とを兼ね備えており、液化水素ＬＨを保冷・保圧しつつ内部に貯留する。燃料タンク２は、アルミ等の金属、もしくはＣＦＲＰやＧＦＲＰ等の複合材により構成されている。図２に示される燃料タンク２は、半球状に形成された両端部分と、円筒状に形成された中間部分とを有する。ただし、高圧を維持できる形状であればこれに限るものではない。
　燃料タンク２の内部における液化水素ＬＨの上側には、気相部２ａが形成されている。気相部２ａは、液化水素ＬＨが入熱により蒸発することで生じるボイルオフガス（ＢＯＧ）を含む水素ガスが占める空間である。燃料タンク２には、当該気相部２ａの圧力であるタンク内圧を検出する圧力センサＳＮ１が取り付けられている。
　昇圧機構３は、タンク内圧を上昇させる機構である。本実施形態において、昇圧機構３は、燃料タンク２の内部に配置された複数のヒータ３１を含む。複数のヒータ３１は、互いに間隔をあけた状態で燃料タンク２の底部の近傍に配置されている。このような位置にあるヒータ３１は、燃料タンク２内の液化水素ＬＨに浸漬され易い。
　ヒータ３１は、例えば外部電源から電力の供給を受けて昇温することにより、液化水素ＬＨを加熱する。液化水素ＬＨがヒータ３１により加熱されると、液化水素ＬＨの蒸発（気化）が促進されて、タンク内圧が上昇する。すなわち、ヒータ３１による加熱が液化水素ＬＨの蒸発を促進することにより、燃料タンク２の気相部２ａに存在する気体（水素ガス）の量が増加し、当該気相部２ａの圧力つまりタンク内圧が上昇する。このように、昇圧機構３は、液化水素ＬＨの加熱及び蒸発促進によってタンク内圧を上昇させるように構成されている。
　複数のヒータ３１には、それぞれ温度センサＳＮ２が取り付けられている。温度センサＳＮ２は、ヒータ３１の温度を検出するセンサであり、ヒータ３１の温度が異常に上昇する加熱異常の有無を判定するために設けられている。
　燃料供給配管４は、燃料タンク２とエンジン１０２とを接続する配管である。燃料タンク２内の液化水素ＬＨは、燃料供給配管４を通じてエンジン１０２に供給される。燃料供給配管４は、燃料タンク２の内部に配置された一端部と、エンジン１０２に接続された他端部とを有している。燃料供給配管４の一端部は、燃料タンク２の底部の近傍まで延びている。
　ポンプ５は、燃料タンク２内の液化水素ＬＨを燃料供給配管４を通じてエンジン１０２に送り出す電動式のポンプである。ポンプ５は、燃料タンク２の外側に位置する燃料供給配管４の途中に設けられている。ポンプ５は、燃料タンク２内の液化水素ＬＨを外側に吸い出すとともに、吸い出した液化水素を下流側のエンジン１０２に向けて吐出する。なお、ポンプ５は電動式に限定されず、例えばエンジン１０２の軸動力を利用した機械式のポンプでもよい。
　燃料供給配管４におけるポンプ５よりも下流側の位置には、流量調整バルブ９が設けられている。流量調整バルブ９は、燃料供給配管４を通じてエンジン１０２に供給される液化水素ＬＨの流量を調整する電動式のバルブである。
　圧力制限機構６は、タンク内圧が過度に上昇しないように圧力を制限する機構である。圧力制限機構６は、ベント管６１と、内圧制御バルブ６２と、フレームアレスタ６３と、チェックバルブ６４と、ベントヒータ６５と、分岐管６６と、緊急リリーフバルブ６７とを備える。
　ベント管６１は、燃料タンク２の上部に接続された配管であり、燃料タンク２の気相部２ａと外気とを互いに連通している。
　内圧制御バルブ６２は、気相部２ａの圧力であるタンク内圧が所定の上限値を上回った場合に開くバルブであり、ベント管６１の途中に設けられている。内圧制御バルブ６２は、機械式、電気式のいずれでもよい。内圧制御バルブ６２の開弁に応じて、ベント管６１を通じて燃料タンク２の気相部２ａから外気へと水素ガスが排出される。これにより、タンク内圧が前記上限値以下に制限される。
　フレームアレスタ６３は、火炎の上流側への進展（逆火）を防止する装置であり、ベント管６１における内圧制御バルブ６２よりも下流側の位置に配置されている。フレームアレスタ６３は、燃料タンク２の外側で発生した火災等に対する対策のために用意されている。
　チェックバルブ６４は、ベント管６１を流通するガスの流れを一方向に規制するバルブであり、ベント管６１におけるフレームアレスタ６３よりも下流側の位置に配置されている。具体的に、チェックバルブ６４は、ベント管６１を通じて燃料タンク２の内部（気相部２ａ）から外気へと水素ガスが流出することを許容する一方、ベント管６１を通じて外気から燃料タンク２の内部へとガスが流入するのを禁止する。
　ベントヒータ６５は、ベント管６１を通じて排出される水素ガスを加熱するヒータであり、ベント管６１の下流端部に配置されている。ベントヒータ６５は、水素ガスが極低温のまま外気に放出されるのを防止するために設けられている。
　分岐管６６は、ベント管６１の途中と燃料タンク２とを接続する配管である。具体的に、分岐管６６は、ベント管６１における内圧制御バルブ６２とフレームアレスタ６３との間の部位と、燃料タンク２の上部とを互いに接続している。なお、分岐管６６がベント管６１の途中と燃料タンク２とを接続することは必須ではない。例えば、燃料タンク２から延びた分岐管６６に相当する配管が、フレームアレスタ６３とは別のフレームアレスタに接続されて機外に連通される構成となっていてもよい。
　緊急リリーフバルブ６７は、タンク内圧が所定の異常値を上回った場合に開くバルブであり、分岐管６６の途中に設けられている。緊急リリーフバルブ６７は、機械式、電気式のいずれでもよい。緊急リリーフバルブ６７が開く圧力（異常値）は、上述した内圧制御バルブ６２が開く圧力（上限値）よりも大きい。このような緊急リリーフバルブ６７は、内圧制御バルブ６２が正常に作動しなかった場合のバックアップとして機能する。
　コントローラ７は、燃料供給システム１の各部を統括的に制御する制御装置である。コントローラ７は、ＦＡＤＥＣ７１と、機体コントローラ７２と、タンク内圧コントローラ７３とを含む。ＦＡＤＥＣ７１は、主にエンジン１０２の制御を司る制御モジュールである。機体コントローラ７２は、主に機体１０１の制御を司る制御モジュールである。タンク内圧コントローラ７３は、燃料タンク２の内部（気相部２ａ）の圧力であるタンク内圧の制御を司る制御モジュールである。ＦＡＤＥＣ７１、機体コントローラ７２、及びタンク内圧コントローラ７３は、それぞれプロセッサ及びメモリを含む。ＦＡＤＥＣ７１、機体コントローラ７２、及びタンク内圧コントローラ７３の全部又は一部が、共通のプロセッサ又はメモリを使用するように構成されてもよい。なお、ＦＡＤＥＣ７１は、本開示における「流量コントローラ」に相当し、タンク内圧コントローラ７３は、本開示における「圧力コントローラ」に相当する。
　ＦＡＤＥＣ７１は、エンジン１０２及び流量調整バルブ９と信号的に接続されている。ＦＡＤＥＣ７１は、エンジン１０２の出力が運転条件に応じた適宜の値になるようにエンジン１０２内の各制御要素を制御するとともに、エンジン１０２に供給される液化水素ＬＨの流量が運転条件に応じた適宜の流量になるように流量調整バルブ９の開度を制御する。
　また、ＦＡＤＥＣ７１は、機体１０１のコックピットに設けられた操縦装置１０３と信号的に接続されている。操縦装置１０３は、例えば、機体１０１の姿勢を操作するための操縦桿と、エンジン１０２の出力を操作するためのパワーレバーとを含む。ＦＡＤＥＣ７１には、これら操縦桿やパワーレバーの操作量等を含む信号が、操縦信号として逐次入力される。
　タンク内圧コントローラ７３は、燃料タンク２内の各ヒータ３１と電気的に接続されている。タンク内圧コントローラ７３は、タンク内圧が一定の範囲に収まるように各ヒータ３１への通電を制御する。
　また、タンク内圧コントローラ７３は、圧力センサＳＮ１及び温度センサＳＮ２と電気的に接続されている。タンク内圧コントローラ７３には、圧力センサＳＮ１により検出されたタンク内圧の情報が逐次入力されるとともに、温度センサＳＮ２により検出されたヒータ３１の温度の情報が逐次入力される。
　２．タンク内圧の制御
　次に、タンク内圧コントローラ７３による制御の詳細について説明する。本実施形態では、タンク内圧コントローラ７３によるタンク内圧の制御として、２種類の制御（第１及び第２の制御）が用意される。第１の制御は、ＦＡＤＥＣ７１からの入力情報に基づきヒータ３１を作動させる制御であり、第２の制御は、圧力センサＳＮ１からの入力情報に基づきヒータ３１を作動させる制御である。第１の制御は、エンジン１０２の運転中に必ず行われる主位的な制御であり、第２の制御は、第１の制御が正常に行われないときのための予備的な制御である。
　図３は、上述した第１及び第２の制御の内容を説明するためのタイムチャートである。図３の上段のチャートがタンク内圧の時間変化を示し、下段のチャートがヒータ出力の時間変化を示している。図３のチャートを用いて、まず第１の制御について説明する。この第１の制御では、下段のチャートに実線波形で示すように、時点ｔ１でヒータ３１がＯＮされてヒータ３１への通電が開始され、その後の時点ｔ４でヒータ３１がＯＦＦされてヒータ３１への通電が停止される。時点ｔ１は、燃料タンク２からエンジン１０２に向けて吐出される液化水素ＬＨの流量が増加することを示す流量増加情報がＦＡＤＥＣ７１からタンク内圧コントローラ７３に入力された時点である。時点ｔ４は、燃料タンク２からエンジン１０２に向けて吐出される液化水素ＬＨの流量が減少することを示す流量減少情報がＦＡＤＥＣ７１からタンク内圧コントローラ７３に入力された時点である。
　流量増加情報及び流量減少情報は、エンジン１０２の出力変化予想に基づきＦＡＤＥＣ７１から発せされる情報である。例えば、ＦＡＤＥＣ７１は、機体１０１を上昇させる操作、及びエンジン１０２の出力（回転数）を高める操作の少なくとも一方が、操縦装置１０３に対し行われた場合に、燃料タンク２からの液化水素ＬＨの吐出流量が増加すると予想し、タンク内圧コントローラ７３に対し流量増加情報を送信する。逆に、ＦＡＤＥＣ７１は、機体１０１の上昇を解除する操作、及びエンジンの出力を低下させる操作の少なくとも一方が、操縦装置１０３に対し行われた場合に、燃料タンク２からの液化水素ＬＨの吐出流量が減少すると予想し、タンク内圧コントローラ７３に対し流量減少情報を送信する。なお、流量増加情報及び流量減少情報は、このような操縦装置１０３の操作状況に基づく情報でなくてもよく、例えば、ＦＡＤＥＣ７１から流量調整バルブ９に送信される制御信号に基づく情報であってもよい。
　図３の時点ｔ１において流量増加情報が入力されると、タンク内圧コントローラ７３は、ヒータ３１をＯＦＦからＯＮに切り替える。これにより、ヒータ３１の温度が上昇し、燃料タンク２内の液化水素ＬＨの蒸発（気化）が促進される。ただし、実際に蒸発が促進されるまでには時間がかかるので、時点ｔ１からしばらくの間は、液化水素ＬＨの蒸発によるタンク内圧の上昇効果よりも、燃料タンク２からの液化水素ＬＨの吐出量の増加によるタンク内圧の低下効果の方が大きい。図３の上段のチャートにおいて、時点ｔ１から時点ｔ３までの間タンク内圧が低下し続けているのはそのためである。一方、時点ｔ３以降は、液化水素ＬＨの蒸発による効果が顕在化し、タンク内圧が上昇に転じる。
　時点ｔ３から遅れた時点ｔ４において、流量減少情報が入力されると、タンク内圧コントローラ７３は、ヒータ３１をＯＮからＯＦＦに切り替える。これにより、ヒータ３１の温度が低下し、液化水素ＬＨが蒸発し難くなる。このことは、液化水素ＬＨの流量が低下することと相俟って、タンク内圧の上昇を抑制する作用をもたらす。ただし、時点ｔ４からしばらくの間は、ヒータ３１の余熱によりタンク内圧が上昇する。図３の上段のチャートにおいて、時点ｔ４から時点ｔ６までの間、タンク内圧が上昇し続けているのはそのためである。一方、時点ｔ６以降は、余熱によるタンク内圧の上昇効果よりも、液体水素ＬＨが燃料タンク２から吐出されることによるタンク内圧の低下効果の方が大きくなり、タンク内圧が低下に転じる。
　以上のとおり、第１の制御では、ＦＡＤＥＣ７１からの入力情報に基づいてタンク内圧コントローラ７３がヒータ３１を制御する。ただし、例えば何らかの事情でＦＡＤＥＣ７１からの信号が途絶えることもあり得る。第２の制御は、このようなケースを想定したものであり、ＦＡＤＥＣ７１からの入力情報ではなく圧力センサＳＮ１からの入力情報に基づきヒータ３１をＯＮ／ＯＦＦする制御である。
　第２の制御では、図３の下段のチャートに破線波形で示すように、時点ｔ２でヒータ３１がＯＮされ、その後の時点ｔ５でヒータ３１がＯＦＦされる。図３の上段のチャートに破線波形で示すように、時点ｔ２は、圧力センサＳＮ１から入力されるタンク内圧の検出値が予め定められた第１閾値Ｘ１を下回った時点であり、時点ｔ５は、タンク内圧の検出値が予め定められた第２閾値Ｘ２を上回った時点である。
　第１閾値Ｘ１は、タンク内圧の下限値よりも大きい値に設定されている。タンク内圧の下限値とは、ポンプ５の正常な吐出動作が保証するための下限値である。タンク内圧が当該下限値を下回ると、燃料タンク２からポンプ５に導入される液化水素ＬＨの圧力つまりポンプ５の入口圧力が低くなり過ぎて、ポンプ５による液化水素ＬＨの吐出動作が不安定になるおそれがある。そこで、このような下限値までタンク内圧が低下する前にヒータ３１がＯＮされるように、当該下限値よりも高いレベルに第１閾値Ｘ１が設定されている。
　第２閾値Ｘ２は、第１閾値Ｘ１よりも大きく、かつタンク内圧の上限値よりも小さい値に設定されている。タンク内圧の上限値とは、上述した圧力制限機構６の内圧制御バルブ６２が開く圧力、つまり燃料タンク２からの水素ガスの強制ベントが行われる圧力である。このような上限値までタンク内圧が上昇する前にヒータ３１がＯＦＦされるように、当該上限値よりも低いレベルに第２閾値Ｘ２が設定されている。
　図３に示すように、タンク内圧の検出値が第１閾値Ｘ１を下回った時点ｔ２において、タンク内圧コントローラ７３は、ヒータ３１をＯＦＦからＯＮに切り替える。ヒータ３１がＯＮされることで、当該ヒータ３１の温度が上昇して液化水素ＬＨの蒸発が促進される。これにより、タンク内圧は、幾らかの遅れ時間の後に上昇に転じる。
　タンク内圧が上昇に転じた後の時点ｔ５において、タンク内圧の検出値が第２閾値Ｘ２を上回る。これを受けて、タンク内圧コントローラ７３は、ヒータ３１をＯＮからＯＦＦに切り替える。ヒータ３１がＯＦＦされることで、当該ヒータ３１の温度が低下して液化水素ＬＨの蒸発が抑制される。これにより、タンク内圧は、幾らかの遅れ時間の後に低下に転じる。
　以上のとおり、第２の制御では、タンク内圧コントローラ７３が、圧力センサＳＮ１から入力されるタンク内圧の検出値に基づきヒータ３１を制御する。このため、当該第２の制御におけるヒータ３１の制御タイミングは、ＦＡＤＥＣ７１からの入力情報に基づきヒータ３１を制御する上述した第１の制御に比べて遅くなる。すなわち、第２の制御においてヒータ３１をＯＮするタイミングである時点ｔ２は、第１の制御においてヒータ３１をＯＮするタイミングである時点ｔ１よりも遅く、第２の制御においてヒータ３１をＯＦＦするタイミングである時点ｔ５は、第１の制御においてヒータ３１をＯＦＦするタイミングである時点ｔ４よりも遅くなる。図３の上段のチャートの時点ｔ１から時点ｔ３にかけて、実線波形よりも破線波形が低くなっており、実線波形と破線波形の差が広がっている。これは、第１の制御よりも第２の制御のときのヒータ３１の加熱が遅い分、第１の制御よりも第２の制御のときの圧力低下速度が大きくなったことを表している。また、図３の上段のチャートの時点ｔ３以降において、破線波形の谷に相当する時点は、実線波形の谷に相当する時点（時点ｔ３）よりも遅くなっている。これは、第１の制御よりも第２の制御のときのヒータ３１の加熱が遅い分、第１の制御よりも第２の制御のときの圧力上昇時点が遅くなったことを表している。
　ここで、機体１０１の姿勢によっては、複数のヒータ３１の少なくとも一部が燃料タンク２内の液化水素ＬＨの液面から出る可能性がある。例えば、機体１０１が大きく傾いたような場合には、燃料タンク２の底面と液化水素ＬＨの液面との角度差が拡大し、一部のヒータ３１が当該液面から出る可能性がある。液面から出たヒータ３１は、液化水素ＬＨに浸っている他のヒータ３１と比べて大幅に昇温し易くなる。すなわち、ヒータ３１が液面から出たことは、ヒータ３１の温度が異常に上昇する加熱異常として捉えることができる。以下では、このような加熱異常が起きた場合の制御について説明する。
　エンジン１０２の運転中、タンク内圧コントローラ７３は、複数のヒータ３１に設けられた各温度センサＳＮ２からの入力情報に基づいて、温度が異常に上昇する加熱異常の有無をそれぞれのヒータ３１について判定する。そして、当該加熱異常がいずれかのヒータ３１で発生していることが確認された場合、タンク内圧コントローラ７３は、当該加熱異常のヒータ３１への通電を停止させてヒータ３１をＯＦＦする。すなわち、通電停止によってヒータ３１の温度を低下させ、ヒータ３１の加熱異常を解消する。
　また、ヒータ３１の加熱異常が確認された場合、タンク内圧コントローラ７３は、当該加熱異常のヒータ３１をＯＦＦする上述した制御と併せて、加熱異常が起きていない他のヒータ３１の出力（通電量）を上昇させる制御を実行する。この制御は、液化水素ＬＨに浸っている他のヒータ３１の温度を上昇させて、液化水素ＬＨの蒸発を促進させる。このことは、一部のヒータ３１が液化水素ＬＨの液面から出たことによる加熱量の減少を補い、液化水素ＬＨの蒸発によるタンク内圧の昇圧効果を維持する役割を果たす。
　３．作用効果
　以上説明したとおり、本実施形態では、燃料タンク２内の液化水素ＬＨがポンプ５によって吐出されるエンジン１０２の運転中に、燃料タンク２内のヒータ３１（昇圧機構３）が液化水素ＬＨの流量に基づき制御されることにより、燃料タンク２の内部の圧力であるタンク内圧が調整される。例えば、液化水素ＬＨの流量が増加することを示す流量増加情報がＦＡＤＥＣ７１から入力されると、タンク内圧コントローラ７３は、ヒータ３１の温度を上げてタンク内圧を上昇させる。このような構成によれば、ポンプ５の入口圧力を安定させることができ、所要量の液化水素ＬＨをエンジン１０２に精度よく供給することができる。
　すなわち、本実施形態では、液化水素ＬＨの流量増加時、つまり燃料タンク２内での気相部２ａの体積の増加速度が速くなる状況において、ヒータ３１の加熱により液化水素ＬＨの蒸発が促進されるので、気相部２ａの体積増加がもたらすタンク内圧の低下を、蒸発した水素（水素ガス）がもたらす昇圧効果によって補うことができる。これにより、液化水素ＬＨの流量変化にかかわらずタンク内圧を一定の範囲に収めることが可能になり、ポンプ５の入口圧力を安定させることができる。ポンプ５の入口圧力が安定すると、ポンプ５による液化水素ＬＨの吐出量を目標量に一致させ易くなるので、エンジン１０２の運転条件に応じた所要量の液化水素ＬＨを精度よくエンジン１０２に供給することができる。
　一方、液化水素ＬＨの流量が減少することを示す流量減少情報がＦＡＤＥＣ７１から入力されると、タンク内圧コントローラ７３は、ヒータ３１の温度を下げてタンク内圧の上昇を抑制する。このような構成によれば、気相部２ａの体積の増加速度が遅くなる状況でヒータ３１による加熱が継続されるのを避けることができ、タンク内圧が過度に上昇するのを防止することができる。
　また、本実施形態では、タンク内圧を検出する圧力センサＳＮ１が燃料タンク２に取り付けられるとともに、当該圧力センサＳＮ１による検出圧力が第１閾値Ｘ１を下回った場合には、ヒータ３１の温度を上げてタンク内圧を上昇させる制御が実行される。逆に、圧力センサＳＮ１による検出圧力が第１閾値Ｘ１よりも大きい第２閾値Ｘ２を上回った場合には、ヒータ３１の温度を下げてタンク内圧の上昇を抑制する制御が実行される。このような構成によれば、何らかの事情でＦＡＤＥＣ７１からの信号が途絶えたような場合、つまり液化水素ＬＨの流量に関する情報が入手できなくなった場合においても、実際のタンク内圧に基づくヒータ３１の制御によってポンプ５の入口圧力を安定させることができる。
　また、本実施形態では、前記のようにヒータ３１を用いたタンク内圧の調整が行われるエンジン１０２の運転中に、温度が異常に上昇する加熱異常が発生しているか否かが複数のヒータ３１についてそれぞれ調べられ、いずれかのヒータ３１で加熱異常が発生していることが確認された場合には、当該加熱異常のヒータ３１を停止するとともに他のヒータ３１の出力を上昇させる制御が実行される。このような構成によれば、例えば機体１０１の姿勢変化に伴って一部のヒータ３１が液化水素ＬＨの液面から出たような場合に、そのことによるヒータ３１の加熱異常を解消することができる。また、加熱異常が起きていない他のヒータ３１の出力が上げられるので、一部のヒータ３１が液化水素ＬＨの液面から出たことによる加熱量の減少を補うことができ、液化水素ＬＨの蒸発によるタンク内圧の昇圧効果を維持することができる。
　４．変形例
　前記第一の実施形態では、機体１０１に推進力を付与する推進装置として、水素タービンエンジンからなるエンジン１０２を用いたが、推進装置は、水素をエネルギー源として推進力を生みだすものであればよく、エンジンに限られない。例えば、推進装置として、燃料電池システムを用いることも可能である。燃料電池システムは、例えば、水素と酸素とを化学反応させて電力を生成する発電部と、発電部で生成された電力を蓄える蓄電部と、蓄電部から供給される電力によりタービンやプロペラを回転駆動するモータとを含むものとすることができる。本開示の燃料供給システムは、このような燃料電池システムの発電部に液化水素を供給するシステムとしても利用することができる。
　前記第一の実施形態では、燃料タンク２の内部（気相部２ａ）の圧力であるタンク内圧を上昇させる機構として、燃料タンク２内に配置された複数のヒータ３１を含む昇圧機構３を設けたが、昇圧機構は、少なくとも１つのヒータを含んでいればよい。すなわち、燃料タンク内に配置されるヒータの数は１つでも２つ以上でもよい。また、ヒータ３１の形状も特に限定されない。ヒータ３１はシート状であってもよいし、長手方向を持つ長尺形状でもよい。
　また、ヒータについては、必ずしも燃料タンクの内部に配置される必要はなく、燃料タンクの外部に配置されていてもよい。例えば、燃料タンクから液化水素を導出して再び燃料タンクに戻す還流ラインを設けるとともに、この還流ラインにヒータを設けることが考えられる。
　さらに、昇圧機構として、ヒータ以外の要素を用いることも可能である。例えば、燃料タンクとは別に、高圧の水素ガスを貯えるアキュムレータを設け、燃料タンクからの液化水素の吐出流量が増加する状況（タンク内圧が低下する状況）において、前記アキュムレータから燃料タンクに対し水素ガスを供給してもよい。このようにした場合でも、タンク内圧を一定の範囲に収めてポンプの入口圧力を安定させることができる。
　エンジン１０２の出力に関する情報と、燃料タンク２からエンジン１０２に向けて吐出される液化水素ＬＨの流量に関する情報と、操縦装置１０３に対して行われた操作に関する情報と、のいずれかの情報に基づいて、前記昇圧機構を制御して前記タンク内圧を調整してもよい。エンジン１０２の出力に関する情報は、コントローラ７から出力されるエンジン１０２の制御信号から得ることができる。燃料タンク２からエンジン１０２に向けて吐出される液化水素ＬＨの流量に関する情報は、流量調整バルブ９に送信される制御信号や、燃料供給配管４に設けられた流量センサ（図示せず）の値から得ることができる。操縦装置１０３に対して行われた操作に関する情報は、操縦装置１０３に取り付けられたセンサの値、又は操縦装置１０３に内蔵されたセンサの値から得ることができる。
　前記第一の実施形態では、圧力制限機構６として、燃料タンク２の気相部２ａ内の水素ガスを外気に排出する機構を設けたが、圧力制限機構は、気相部２ａから排出した圧力を回収器に回収するものであってもよい。
　［第二の実施形態］
　以下、本開示の第二の実施形態について説明する。図４は、本開示の第二の実施形態に係る、水素航空機の燃料供給システムを示す図である。
　１．制御システム
（１）圧力センサにより検出されたタンク内圧をコントローラでモニタし、電子式の内圧制御バルブの開度及びタンク加圧ヒータによる加熱時間又はアキュムレータによる加圧時間をコントローラが制御することでタンク内を一定圧に制御する。一定圧に制御することで、ポンプ入口圧を一定とし、安定したポンプ吐出圧を得る。
（２）エンジン運転状態に応じて、ポンプ移送量が変化した場合でもタンク内を一定圧に制御する。
（３）タンク内圧コントローラは、エンジン・コントロール・ユニットからエンジン及びポンプの状態、燃料量のデータを受信し、タンク内圧制御及び故障診断を行う。
（４）タンク内圧コントローラは、タンク内の燃料量をモニタする。また、機体姿勢信号により、液面が変化した場合でも補正し、正しい容量を表示する。
　２．構成品
（１）タンク加圧ヒータは１個又は複数である。タンク加圧ヒータが複数あれば冗長性を確保することができる。
（２）ポンプは、タンク内、外のどちらに装備してもよい。整備性を考慮し、外側に装備する場合は、インペラ部分はタンク内、モータ部分はタンク外に装備する。つまり、タンクから液体水素を抜かなくても故障しやすいモータ部分のみを交換可能とする。
（３）内圧制御バルブ、緊急リリーフバルブは、地上でも高高度でも作動するものであり、その作動圧は絶対圧、ゲージ圧のいずれでもよい。また、各バルブは、機械式、電気式のいずれでもよい。
　３．配置
（１）タンク加圧ヒータ作動時の水素気化の影響を受けないようにタンク加圧ヒータは、燃料容量計とポンプから離れた位置に装備する。
　４．エネルギー削減
（１）タンク加圧ヒータ以外に、ポンプ又はその他装備品等の発熱により液体水素を気化（ボイルオフ）させ、タンク内を加圧することでタンク加圧ヒータ電力を低減する。
（２）ポンプ下流の加圧液体水素の一部をタンクに戻すことにより、タンク内圧を高め、タンク加圧ヒータ電力を低減する。
　図１に示すように、エンジンへ燃料を供給することによる減圧作用に合わせ、タンク加圧ヒータと内圧制御バルブをタンク内圧コントローラで制御し、タンク内を加減圧することにより、タンク内圧力を所望の目標値に保つ。また、緊急時/駐機時にタンクが所定値以上に加圧されないよう緊急リリーフバルブを併設する。
　［第三の実施形態］
　以下、本開示の第三の実施形態について説明する。図５は、本開示の第三の実施形態に係る、水素航空機の燃料供給システムを示す図である。なお、本明細書において「信号的に接続される」とは、複数の機器間で情報伝達のための電気信号を送信または受信できるように有線または無線で接続されていることを意味する。
　１．構成品
（１）燃料タンク
　燃料タンクは、その内部に液体水素を貯蔵するためのものである。燃料タンクは金属（アルミ等）や複合材（ＣＦＲＰやＧＦＲＰ等）によって構成される。図２に示される燃料タンクは、両端部分が半球形状であり、中間部分が円筒形状である。ただし、高圧を維持できる形状であればこれに限るものでもない。
（２）タンク内圧コントローラ
　タンク内圧コントローラは、燃料供給システムの複数の構成品と信号をやりとりすることで、燃料タンクの内圧を所望の値または所望の範囲に制御するためのものである。タンク内圧コントローラは、プロセッサやメモリを備える。タンク内圧コントローラのメモリには所望の制御結果を得るためのプログラムやプログラムで使用される各種データ（各種閾値等）が記憶されている。メモリに記憶されたプログラムがプロセッサで実行される。
（３）燃料供給配管
　燃料供給配管は、燃料タンクに貯蔵された液体水素をエンジン（図示せず）へ供給するためのものである。燃料供給配管の一端は燃料タンク内に設けられ、他端はエンジンに接続される。燃料供給配管は、ポンプの下流に存在する加圧された液体水素の一部をタンクに戻す戻り配管を備えてもよい。戻り配管には液体水素の戻り量を制御するための流量制御弁が設けられてもよく、当該流量制御弁がタンク内圧コントローラと信号的に接続されていてもよい。
（４）ポンプ（図示せず）
　ポンプは、燃料供給配管を通して液体水素を流すためのものであり、燃料供給配管に接続される。また、ポンプはタンク内圧コントローラと信号的に接続される。ポンプは、燃料タンク内に設けられてもよいし、燃料タンク外に設けられてもよい。また、ポンプの一部が燃料タンク内に設けられ、ポンプの他の部分が燃料タンク外に設けられてもよい。ポンプを燃料タンク内に設ける場合には、後述するようにポンプ作動時に発生する熱を、燃料タンク加圧のための液体水素燃料加熱に利用することができる。ポンプを燃料タンク外に設けるとポンプの整備が容易になる。インペラとモータを有するポンプを使用する場合において、インペラを燃料タンク内に設けつつ、整備の必要性の高いモータを燃料タンク外に設けてもよい。このようにすることで、燃料タンクから液体水素を抜くことなくモータを交換することが可能となる。この場合、ポンプは燃料タンクの壁を貫通することになり、ポンプと燃料タンクの壁の間は液体水素の漏洩を避けるためにシールされる。
（５）タンク加圧ヒータ
　タンク加圧ヒータ（ヒータ）は、燃料タンクの内圧を上げるためのものであり、燃料タンク内に設けられる。また、タンク加圧ヒータは、タンク内圧コントローラと信号的に接続される。タンク加圧ヒータを作動させると燃料タンク内の液体水素の一部が加熱されて気化し、体積が増える。これによって燃料タンクの内圧が上がる。タンク加圧ヒータは、燃料タンク内において液体水素が存在する位置に設けられてもよく、液体水素が存在しない位置に設けられてもよい。タンク加圧ヒータは、燃料タンクの底に設けられてもよい。図２に示されるように中間部分が円筒形状の燃料タンクの場合、円筒形状の底部分にタンク加圧ヒータが設けられてもよい。タンク加圧ヒータを極力低い位置に配置することで、燃料タンク内の液体水素の貯蔵量に関わらず液体水素を加熱することができる。タンク加圧ヒータは、冗長性確保のために複数設けられてもよい。タンク加圧ヒータ作動時の水素気化の影響を受けないように、タンク加圧ヒータは、燃料容量計とポンプ（ポンプが燃料タンク内に配置される場合）から離れた位置に設けられる。例えば、タンク加圧ヒータの上に燃料容量計やポンプが存在しないように燃料容量計やポンプを配置してもよく、タンク加圧ヒータによって気化された水素が液体水素の中を上方に移動する範囲（気化水素の存在範囲）外に燃料容量計やポンプを配置してもよい。
（６）内圧制御バルブ
　内圧制御バルブは、タンク内圧コントローラからの信号を受けてバルブを開閉するものである。内圧制御バルブのバルブを開けることで燃料タンクの内圧が大気圧に近づく（通常は燃料タンクの内圧が下がる）。内圧制御バルブは地上でも高高度でも作動するものが選択される。内圧制御バルブは絶対圧とゲージ圧のいずれで作動するものであってもよく、機械式と電気式のいずれで作動するものであってもよい。
（７）緊急リリーフバルブ
　緊急リリーフバルブは、燃料タンクの内圧を安全な範囲内に維持するためのものである。燃料タンクの内圧が、予め定められた閾値を超えた場合に緊急リリーフバルブが開かれ、燃料タンク内の圧力が下げられる。
（８）圧力センサ
　圧力センサは、燃料タンクの内圧を検出するためのものであり、タンク内圧コントローラと信号的に接続される。圧力センサは、燃料タンク内であって液体水素が存在しない領域（気相部）に設けられる。燃料タンク内であって、液体水素が存在する上限位置より上に圧力センサが設けられてもよい。燃料タンクが、燃料タンク内の液体水素の量が上限値以上となることを防ぐ機構を有する場合には、当該上限値の量の液体水素が、少なくとも航空機の定常状態（駐機状態または水平飛行状態）において存在し得る上限位置より上に圧力センサが設けられてもよい。なお、圧力センサの位置は上記の位置に限らず、例えば燃料タンクから延びて緊急リリーフバルブに接続される配管の途中に配置されてもよい。
（９）燃料容量計
　燃料容量計は、燃料タンク内に貯蔵された液体水素の貯蔵量を検出するためのものである。
（１０）アキュムレータ（図示せず）
　アキュムレータは、燃料タンク内の内圧を上げるためのものであり、燃料タンク内に流体を流せるように燃料タンクと接続されている。また、アキュムレータはタンク内圧コントローラと信号的に接続される。
（１１）エンジン・コントロール・ユニット（図示せず）
　エンジン・コントロール・ユニット（ＦＡＤＥＣ）は、エンジンを制御するためのものであり、タンク内圧コントローラと信号的に接続される。
　２．制御
＜制御の目的＞
　タンクの内圧を一定の値または一定の範囲内に制御することで、ポンプ入口圧を一定の値または一定の範囲内とし、安定したポンプ吐出圧を得る。
＜制御の方法＞
　以下、制御の方法について説明する。以下の方法全てが上記プログラムに含まれてもよく、以下の方法の一部のみ上記プログラムに含まれてもよい。
（１）内圧制御バルブが電気式の場合、タンク内圧コントローラが圧力センサの検出値を読み取り、その検出値が予め定められた値より大きい場合に、タンク内圧コントローラが内圧制御バルブに信号を送ってバルブを開く。
（２）タンク内圧コントローラが圧力センサの検出値を読み取り、その検出値が予め定められた値より小さい場合に、タンク内圧コントローラがタンク加圧ヒータに信号を送って液体水素を加熱する。タンク内圧コントローラはタンク加圧ヒータの加熱時間を制御する。タンク加圧ヒータが加熱温度調整機能を有している場合、タンク内圧コントローラはタンク加圧ヒータの加熱温度を制御してもよい。
（３）タンク内圧コントローラが圧力センサの検出値を読み取り、その検出値が予め定められた値より小さい場合に、タンク内圧コントローラがアキュムレータに信号を送って液体水素を加圧する。タンク内圧コントローラはアキュムレータの加圧時間を制御する。
（４）タンク内圧コントローラがエンジン（図示せず）の運転状態（出力の程度等）に関する信号をエンジンから受け、その信号に基づいて内圧制御バルブ、タンク加圧ヒータ、アキュムレータを制御してもよい。このようにすることで、エンジンの運転状態に応じてポンプ移送量が変化した場合でも、より高精度に燃料タンクの内圧を制御することができる。つまり、エンジンの運転状態に応じてポンプ移送量が変化する場合には、燃料タンク内の液体水素の減少速度も変化し、液体水素の減少に伴う燃料タンクの内圧変動が生じて制御に悪影響を与えるが、この悪影響を回避することができる。運転状態に関する信号は、エンジン・コントロール・ユニットから得てもよく、航空機が備える各種センサの検出値から得てもよい。
（５）タンク内圧コントローラは、エンジン・コントロール・ユニットからエンジン及びポンプの状態、燃料量のデータを受信し、燃料タンクの内圧制御及び故障診断を行う。
（６）タンク内圧コントローラが燃料容量計の検出値を読み取り、その検出値に基づいて内圧制御バルブ、タンク加圧ヒータ、アキュムレータを制御してもよい。機体の姿勢によっては燃料タンク内の液体水素の液面位置が変化するので、タンク内圧コントローラは機体姿勢情報に基づいて、燃料容量計の検出値を補正してもよい。機体姿勢情報は航空機が備える各種センサの検出値から得ることができる。

Claims (9)

  1. 　水素をエネルギー源として利用する推進装置を含む水素航空機に適用される燃料供給システムであって、
    　液化水素を貯留する燃料タンクと、
    　前記燃料タンクから液化水素を吐出して前記推進装置に供給するポンプと、
    　前記燃料タンクの内部の圧力であるタンク内圧を上昇させる昇圧機構と、
    　前記燃料タンクから前記推進装置に供給される液化水素の流量を制御する流量コントローラと、
    　前記流量コントローラから入力される前記液化水素の流量に関する情報に基づいて、前記昇圧機構を制御して前記タンク内圧を調整する圧力コントローラとを備えた、水素航空機の燃料供給システム。
  2. 　請求項１に記載の水素航空機の燃料供給システムにおいて、
    　前記昇圧機構は、前記燃料タンク内に配置されたヒータを含む、水素航空機の燃料供給システム。
  3. 　請求項１に記載の水素航空機の燃料供給システムにおいて、
    　前記昇圧機構は、前記燃料タンク内に分散して配置された複数のヒータを含む、水素航空機の燃料供給システム。
  4. 　請求項３に記載の水素航空機の燃料供給システムにおいて、
    　複数の前記ヒータの温度をそれぞれ検出する複数の温度センサをさらに備え、
    　前記圧力コントローラは、前記ヒータの温度が異常に上昇する加熱異常の有無を前記温度センサからの入力情報に基づき判定し、当該加熱異常がいずれかの前記ヒータで発生していることが確認された場合に、当該加熱異常のヒータを停止させるとともに他のヒータの出力を上昇させる、水素航空機の燃料供給システム。
  5. 　請求項２に記載の水素航空機の燃料供給システムにおいて、
    　前記圧力コントローラは、前記液化水素の流量が増加することを示す情報が前記流量コントローラから入力された場合に、前記ヒータの温度を上げて前記タンク内圧を上昇させる、水素航空機の燃料供給システム。
  6. 　請求項５に記載の水素航空機の燃料供給システムにおいて、
    　前記圧力コントローラは、前記液化水素の流量が減少することを示す情報が前記流量コントローラから入力された場合に、前記ヒータの温度を下げて前記タンク内圧の上昇を抑制する、水素航空機の燃料供給システム。
  7. 　請求項２に記載の水素航空機の燃料供給システムにおいて、
    　前記タンク内圧を検出する圧力センサをさらに備え、
    　前記圧力コントローラは、前記圧力センサにより検出された前記タンク内圧が所定の第１閾値を下回った場合に、前記ヒータの温度を上げて前記タンク内圧を上昇させる、水素航空機の燃料供給システム。
  8. 　請求項７に記載の水素航空機の燃料供給システムにおいて、
    　前記圧力コントローラは、前記圧力センサにより検出された前記タンク内圧が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を上回った場合に、前記ヒータの温度を下げて前記タンク内圧の上昇を抑制する、水素航空機の燃料供給システム。
  9. 　水素航空機に適用されるタンク内圧調整方法であって、
    　前記水素航空機は、
    　　水素をエネルギー源として利用する推進装置と、
    　　液化水素を貯留する燃料タンクと、
    　　前記燃料タンクから液化水素を吐出して前記推進装置に供給するポンプと、
    　　前記燃料タンクの内部の圧力であるタンク内圧を上昇させる昇圧機構と、
    　　前記水素航空機に対する操作が入力される操縦装置とを有し、
    　前記方法は、前記推進装置の出力に関する情報と、前記燃料タンクから前記推進装置に向けて吐出される液化水素の流量に関する情報と、前記操縦装置に対して行われた操作に関する情報と、のいずれかの情報に基づいて、前記昇圧機構を制御して前記タンク内圧を調整することを含む、水素航空機のタンク内圧調整方法。
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