特許 6864689 ＬＮＧを含む非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算する方法およびシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6864689

(24)【登録日】2021年4月6日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】ＬＮＧを含む非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算する方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20210419BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/02 302

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-532050(P2018-532050)

(86)(22)【出願日】2016年12月16日

(65)【公表番号】特表2018-538495(P2018-538495A)

(43)【公表日】2018年12月27日

(86)【国際出願番号】FR2016053518

(87)【国際公開番号】WO2017103531

(87)【国際公開日】20170622

【審査請求日】2019年9月26日

(31)【優先権主張番号】1562854

(32)【優先日】2015年12月18日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】517022108

【氏名又は名称】エンジー

【氏名又は名称原語表記】ＥＮＧＩＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベン ベルガセム − ストレック、ミシェル

(72)【発明者】

【氏名】ゼルーフ、ヤシーヌ

(72)【発明者】

【氏名】ルグラン、フレデリク

【審査官】 佐藤 正宗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１６２８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２００５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１８９７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１７０３４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−０６９０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３０２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８０３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８０９７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １３／０２

Ｆ１７Ｃ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算する方法であって、前記非冷却タンクは、バルブの設定圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}、その形状、および寸法、ならびにその自然気化率によって規定され、前記非冷却タンクが、天然ガスを含み、前記天然ガスは、
液体状態（ｌ）の天然ガス層であって、前記液体状態（ｌ）は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）、組成ｘ_ｌｉｑ（ｔ）、および、液体状態（ｌ）の前記天然ガス層による前記非冷却タンクの充填率によって規定される、液体状態（ｌ）の天然ガス層と、
気体状態（ｇ）の天然ガス層であって、前記気体状態（ｇ）は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｇａｓ（ｔ）およびその組成ｘ_ｇａｓ（ｔ）、ならびに圧力ｐ（ｔ）によって規定される、気体状態（ｇ）の天然ガス層と、
に分割されており、
前記方法は、アルゴリズムからなり、前記アルゴリズムが、
Ａ．時点ｔ_０において、圧力センサと温度センサを用いて、液体の温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ_０）およびガスの圧力ｐ（ｔ_０）を測定することにより、液体状態（ｌ）の前記天然ガス層および気体状態（ｇ）の前記天然ガス層の物理的パラメータを初期化するステップであって、液体ｘ_ｌｉｑ（ｔ_０）および気体ｘ_ｇａｓ（ｔ_０）相のそれぞれの組成は、前記非冷却タンクの装填時における液体相および気相のそれぞれの組成に対応する、あるいは、使用されるＬＮＧのタイプの平均の組成に対応する、既知の入力データである、ステップと、
Ｂ．時点ｔ_０以降の時点ｔごとに、気体状態または液体状態の天然ガスの所定の体積を減算し、前記体積は、この時点ｔでの前記非冷却タンクの運転状態に対応しており、減算後の残存天然ガスの体積に基づいて、前記非冷却タンク内の液体の天然ガスと気体の天然ガスの質量とエネルギーの保存に基づく式を用いて、物理的パラメータｐ（ｔ）、Ｔ_ｇａｓ（ｔ）、Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）を計算するステップと、
Ｃ．圧力ｐ（ｔ）がｐ_{ｖａｌｖｅ}より小さい限り、一定の物理的時間δｔを用いた次の時点ｔ＋δｔに関しても、ステップＢの計算を繰り返すステップと、
Ｄ．ｐ（ｔ）、ｐ（ｔ＋δｔ）、…、ｐ（ｔ＋Ｎ＊δｔ）を計算するプロセスのＮ回の反復の間に、時点ｔ＋Ｎ＊δｔでの気相の圧力ｐ（ｔ＋Ｎ＊δｔ）がバルブの開バルブ圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}以上になると、前記アルゴリズムを終了させるステップと、を含み、
Ｅ．求められる自立時間は、計算の停止の瞬間に前記アルゴリズムによって経過した総持続時間Ｎ＊δｔと同じである、方法。

【請求項2】

時点ｔ_０＋ΔＴでの自立時間を再計算するために、時間間隔ΔＴが経過するとすぐに、Ａ〜Ｄの全てのステップが繰り返される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記物理的パラメータｐ（ｔ）、Ｔ_ｇａｓ（ｔ）、およびＴ_ｌｉｑ（ｔ）の前記ステップＢにおける計算が、
液体状態の天然ガスと気体状態の天然ガスの熱容量、前記非冷却タンクの製造者により規定される前記非冷却タンクの断熱、ならびに、液体ＬＮＧおよび気体ＬＮＧの時点ｔ−δｔにおける温度を、入力データとして使用して、エネルギー変換式により、液相の温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）と気相の温度Ｔ_ｇａｓ（ｔ）を直接算出するステップと、
時点ｔ−δｔにおいて、前のステップで算出される液体の温度と圧力に従って関係式（５）によって、気相に蒸発した液体の質量を算出するステップであって、
（８）ｑ_ｅｖ＝Ｋ・（ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}）^α
なお、
Ｋは、ＬＮＧに対する、常に正の値をとる定数を示し、
ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}は、ＬＮＧの前記非冷却タンク内の蒸発現象中に発生する過熱を示し、
q_ｅｖは、ＬＮＧの標準の蒸発率を示し、
αは、ＬＮＧに対する係数を示し、１≦α≦２の条件を満たし、
αは、ＬＮＧに対する係数であり、１≦α≦２での条件を満たす、ステップと、
時点ｔにおける液体の蒸発質量、前記非冷却タンクの容積、および気体の温度を入力データとして、Ｐｅｎｇ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ方程式によって、気相の圧力ｐ（ｔ）を算出するステップと
に従って実行される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記アルゴリズムが、前記非冷却タンクの自立時間を計算する計算機によって実施され、前記計算機は、この自立時間をオペレータに知らせることを可能にするＭＭＩインターフェースに接続されている、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

請求項３に記載の方法に従って、バルブの設定圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}、その形状、およびその寸法、ならびにその自然気化率によって規定される、非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算するシステムであって、前記システムは、
液化天然ガスを含む非冷却タンクであって、前記液化天然ガスが、
液体状態の天然ガス層であって、前記液体状態は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）、組成ｘ_ｌｉｑ（ｔ）、および、前記天然ガス層による前記非冷却タンクの充填率によって規定される、液体状態の天然ガス層と、
気体状態の天然ガス層であって、前記気体状態は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｇａｓ（ｔ）および組成ｘ_ｇａｓ（ｔ）、ならびに圧力ｐ（ｔ）によって規定される、気体状態の天然ガス層と、に分割されている、非冷却タンクと、
圧力センサおよび温度センサと、
を含み、前記システムが、オンボードシステムであり、前記オンボードシステムは、
前記圧力センサ（３）および温度センサ（４）に接続されているオンボード計算機（５）であって、前記オンボード計算機（５）は、請求項４に記載の方法のアルゴリズムを実行するよう設計されている、オンボード計算機（５）と、
請求項４に記載の方法に従って計算される自立時間をオペレータ（７）に通知するために、前記オンボード計算機（５）とやりとりをする、車両のオンボードダッシュボードタイプのＭＭＩインターフェース（６）と、
をさらに含むことを特徴とする、システム。

【請求項6】

ＮＧ非冷却タンクと、請求項５に記載されるシステムとを含む車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、液化天然ガス（ＬＮＧ）の層と気体の天然ガス（ＧＮＧ）の層を含む天然ガス（通常頭字語ＮＧで示される）を含む非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算する方法およびシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＧを含む非冷却タンクの自立時間とは、本発明に関して、タンクのバルブを開く前のタンク内の天然ガスの残りの保持時間（または貯蔵時間）を意味する。

【0003】

液化天然ガス（略してＬＮＧ）は、実質的に液体状態のメタンを凝縮した天然ガスであり、大気圧で約−１６０℃の温度に冷却すると、透明で無臭の形態をとる、非腐食性および非毒性の液体となる。ＬＮＧを含むタンク内では、このＬＮＧは一般に液体層の形態を有し、気体層（「タンク屋根」）によって覆われる。

【0004】

ＬＮＧ発熱は、従来の燃料に代わるシンプルで効果的な方法である。ＣＯ_２や汚染粒子の排出の観点、およびエネルギー密度の観点から、用途がますます増えており、特に道路、海上または鉄道の運搬業者に向けられている。

【0005】

しかし、ＬＮＧの本質的な欠点の１つとして、大気圧で極低温液体としての質が挙げられる。これは、ＬＮＧが液体状態に留まるために、周囲温度よりかなり低い温度に維持されなければならないことを意味する。これは、非冷却のＬＮＧタンクに必然的に熱が入り込み、それにより、タンクのバルブを開けるまでの間に気体層における圧力が上昇してしまうことを示唆する。この圧力の上昇により、タンク内のＬＮＧの自立時間が制限される。

【0006】

しかし、この自立時間が、重要なパラメータとなり、これにより、物流チェーン、特に、ＬＮＧの輸送チェーンの規模が決まり、オペレータに残りの自立時間をリアルタイムで通知することができる（電池の自立時間が、通常、そのユーザに伝達されるのと同じ方法で）。そのような情報がＬＮＧタンクのオペレータに伝達されない場合、結果として、例えば、現在の環境要件に準拠しないメタンが大気中に排出されてしまう。

【0007】

現在のところ、バルブを開く前にＬＮＧタンクの自立時間（または保持時間）をオペレータにリアルタイムで知らせるソリューションは知られていない。オペレータが唯一頼れる情報は、タンク屋根（すなわち、タンク内の気体の表面層）の圧力である。したがって、オペレータは、経験から推測される、タンク製造業者によって提供される良好な操作の規則に従うことにより、大気中へのガスの放出を防止している。

【0008】

現在の安全基準（特に「米国機械学会」、「国際海事機関」、「道路による危険物の国際運送に関する欧州協定」、「国際海上危険物」）により、タンクの製造業者は、特定の正確な充填状態、各基準に特有の温度および圧力の最大保持時間を計算し測定することが強いられている。この最大保持時間が、現在、ロジスティクスチェーンの規模に関する調査の参考資料となる。しかし、これは、タンクの自立時間に関するリアルタイムの情報ではなく、リアルタイムでのこの情報が欠如していることは以下の理由で問題である。
ロジスティクスチェーンの柔軟性の欠如が確認される。実際、最大保持時間はロジスティクスチェーンが確立される前に計算される。予想外の状況では、顧客やオペレータが、選択肢を決定する際にサポートするツールが用意されていない。
不均衡なＬＮＧの管理は考慮されていない。実際、現在の基準で考慮されている事例とは異なり、ＬＮＧは必ずしも気相と平衡状態にあるとは限らない。不均衡の状態により、オペレータを驚かせる恐れがある。例えば、準冷却ＬＮＧの場合、平衡温度に達すると、圧力の上昇が急激に増加する可能性がある。明らかにオペレータではこの平衡温度を計算することができない。ＬＮＧを管理しなければならない全てのオペレータは、ＬＮＧを操作する上で適切な訓練を受ける必要がある。これは、ほとんどが、そのような訓練を受けたプロフェッショナルであり、最初からうまく操作を行っている現在の関係者のケースである。しかし、現在のＬＮＧ燃料の市場が比較的小さいため、これが可能である。しかし、市場が急速に拡大すれば、訓練の少ない関係者も、ＬＮＧとの関わり合うことになるであろう。ガス抜きまでの時間を知ることで、これらの新しい関係者はＬＮＧを容易に管理することができる。

【発明の概要】

【0009】

結論として、今日の目的は、燃料としてのＬＮＧの開発を確実にするために、その挙動をよりよくリアルタイムで予測することを可能にするソリューションを確立することである。事前に決められたストレートジャケットで動かなければならないことは、ディーゼルのような直接の競争相手に現在利益をもたらす技術的なロックの１つとなる。

【0010】

前述の目的を達成するために、本出願人は、ＬＮＧを含む非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算する方法およびシステムを開発した。この方法およびシステムによって、
一方では、タンク内のセンサによって測定されるＬＮＧの熱力学的パラメータ（タンク内の液体および気体の組成、ガス状ＬＮＧの圧力、およびタンク内の液体ＬＮＧの割合）により、
他方では、タンクに関するデータ（形状、寸法、タンクのバルブを較正する圧力、および自然気化（ＢＯＲ））により、
ＬＮＧタンクの自立時間を即座に提供することが可能となった。

【0011】

したがって、本発明は、非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算する方法であって、タンクは、バルブの設定圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}、その形状、および寸法、ならびにその自然気化率（ＢＯＲ、そのタンクに関する入力データ）によって規定され、前記タンクは、天然ガス（ＮＧ）を含み、この天然ガスは、
液体状態（ＬＮＧ）の天然ガスの層であって、液体状態（ＬＮＧ）は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）、組成ｘ_ｌｉｑ（ｔ）、および前記液体状態の前記天然ガス層による前記タンクの充填率（液体状態のＮＧに対する熱力学的パラメータ）によって規定される、液体状態（ＬＮＧ）の天然ガスの層と、
気体状態（ＧＮＧ）の天然ガス層であって、気体状態（ＧＮＧ）は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｇａｓ（ｔ）およびその組成ｘ_ｇａｓ（ｔ）、ならびに圧力ｐ（ｔ）（気体中のＮＧに対する熱力学的パラメータ）によって規定される、気体状態（ＧＮＧ）の天然ガス層と、
に分割されており、
前記方法が、以下のステップからなるアルゴリズムを含むことを特徴とする。
Ａ．時点ｔ_０において、圧力センサと温度センサを用いて、液体の温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ_０）、およびガスの圧力ｐ（ｔ_０）を測定することにより、前記液化天然ガス層の物理的パラメータを初期化するステップであって、液体ｘ_ｌｉｑ（ｔ_０）および気体ｘ_ｇａｓ（ｔ_０）相のそれぞれの組成は、タンクの装填時における液体相および気相のそれぞれの組成に対応する、あるいは、使用されるＬＮＧのタイプの平均の組成に対応する、既知の入力データである、ステップ。
Ｂ．時点ｔ_０以降の時点ｔごとに、気体状態または液体状態の天然ガスの所定の体積のＶを減算し、前記体積は、この時点ｔでのタンクの運転状態に対応しており（このタンクが、停止している車両によって輸送されている場合はＶ＝０、そうでなければ、ＶはＮＧにおける車両の消費に対応する）、減算後の残存天然ガスの体積に基づいて、タンク内の液体の天然ガスと気体の天然ガスの質量とエネルギーの保存に基づく式を用いて、物理的パラメータｐ（ｔ）、Ｔ_ｇａｓ（ｔ）、Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）を計算するステップ。
Ｃ．圧力ｐ（ｔ）がｐ_{ｖａｌｖｅ}より小さい限り、一定の物理的時間δｔ（熱流、および熱力学的平衡の時定数による、具体的には約１分）を用いた次の時点ｔ＋δｔに関しても、ステップＢの計算を繰り返すステップ。
Ｄ．ｐ（ｔ）、ｐ（ｔ＋δｔ）、…、ｐ（ｔ＋Ｎ＊δｔ）の計算プロセスのＮ回の反復の間に、圧力ｐ（ｔ＋Ｎ＊δｔ）が圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}以上になったらすぐに、計算を停止するステップ。
Ｅ．求められる自立時間は、計算の停止の瞬間にアルゴリズムによって経過した総持続時間Ｎ＊δｔと同じである。

【0012】

タンクは、開かれたシステム（この場合は運行中の車両によって運ばれる）または閉められたシステム（この場合、停止した車両によって運ばれる、すなわち運ばれていない）で動作可能である。

【0013】

図２には、本発明による方法が示されている。

【0014】

タンクに関する入力データに関し、このタンクは、様々な形態、例えば、角柱形、円筒形、または球形を有し得る。その寸法は、通常、長さが約１．５ｍ、円筒形タンクの直径が０．５ｍである。タンクのバルブの設定圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}は、ＬＮＧタンクの製造業者によって与えられる。容積が３００リットルの容器の場合、通常、約１６バールであり、最大２５バールの範囲であってもよい。

【0015】

この用途に関して、「自然気化率」という用語は、タンクが開かれるときの熱の入力のために、気化する液体の１日の等量を意味する。これはタンクの特定の値でもあり、通常は製造業者によって与えられる。

【0016】

ＮＧに対する熱力学的パラメータに関しては、図１に示すように、タンク内に含まれる液化天然ガスは、液体状態の天然ガス層と気体状態の天然ガス層とに分けられていると想定する。各層は、温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）およびＴ_ｇａｓ（ｔ）（それぞれ液体状態のＬＮＧ層および気体状態のＬＮＧ層に関する）およびその組成ｘ_ｌｉｑ（ｔ）およびｘ_ｇａｓ（ｔ）（それぞれＬＮＧの層とＧＮＧの層に関する）により、各時点で規定される。

【0017】

気相（すなわち、気体状態の天然ガス層）は、Ｐｅｎｇ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎの状態方程式^［１］によって各時点で計算される圧力ｐ（ｔ）によってより具体的に特徴付けられ、液相（すなわち液体状態の天然ガス層）は、液体状態の天然ガス層によるタンクの充填率ｚによって具体的に特徴付けられ、これは通常タンクの装填後約８０〜９０％容積であり、自立時間の終わりには、約１０〜２０％の量である。

【0018】

組成ｘ_ｌｉｑ（ｔ）およびｘ_ｇａｓ（ｔ）は、ＬＮＧ（通常、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、ｉＣ_４Ｈ_１０、ｎＣ_４Ｈ_１０、ｉＣ_５Ｈ_１２、ｎＣ_５Ｈ_１２、ｎＣ_６Ｈ_１４およびＮ_２の質量含有率ＬＮＧの気相または液相）の各成分の質量含有率を与えるベクトルである。なお、液相および気相は、必ずしも熱力学的平衡にあるとは限らない。実際、充填中の気相の圧縮では、２つの相（過冷却状態の液体）の間の熱交換に遅れが誘発される。

【0019】

本発明による計算方法は、様々なステップＡ〜Ｄを含むアルゴリズム（またはＮＧの挙動コード）からなる。このコード（または、アルゴリズム）では、圧力に影響を与えるいくつかの物理現象（以下に詳細に説明する）が考慮されている。
ガスの圧縮性、
伝導による熱の侵入、
放射による熱の侵入
ＬＮＧの蒸発

【0020】

ＮＧの挙動コードは反復型である。すなわちバブルの開放まで、各物理的時間ステップδｔでの圧力の変化を計算する。

【0021】

第１のステップ（ステップＡ）では、圧力センサと温度センサを用いて、ガスの圧力ｐ（ｔ_０）と液体の温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ_０）を測定することにより（連続的に）を、時点ｔ_０での液化天然ガスの前記層の物理的パラメータを初期化する。一方、液体ｘ_ｌｉｑ（ｔ_０）および気体ｘ_ｇａｓ（ｔ_０）相の各組成は、タンクの装填時の液相および気相のそれぞれの組成に対応する、あるいは、使用されるＬＮＧのタイプの平均の組成に対応する、既知の入力データである。

【0022】

次に、時点ｔ_０以降の時点ｔごとに、タンクの運転状態に対応する気体状態または液体状態の所定量の天然ガスＶが減算される。次いで、ステップＢの間に、タンク内に含まれる液体および気体の天然ガスのエネルギーおよび質量の保存に基づく方程式を用いて、物理的パラメータｐ（ｔ）、Ｔ_ｇａｓ（ｔ）およびＴ_ｌｉｑ（ｔ）の計算が行われる。

【0023】

以下に詳述するこれらの方程式は、非冷却タンクが閉められているシステムとみなされるという想定に基づき、したがって、質量保存式は気相と液相との間で相補的であり、表面蒸発が質量の移動を可能にする唯一の現象と考えられる。

【0024】

液体の質量の計算は、液体の温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）における天然ガスによるタンクの充填率ｚおよびＬＮＧの密度を考慮に入れて行われる。

【0025】

気相の質量の変化は、関係式（１）によって得られる。

【数1】

なお、
ｍ_ｉは天然ガスの成分の質量流量ｉを示し（挙動則で考慮されるべき物理現象を記述する記述部分の表面蒸発に関する段落をさらに参照）、
ｘ_{Ｅｖ，ｌｉｑ，ｉ}は、液体層の自由表面（言い換えれば、液体面と気体面との間の界面）におけるＬＮＧの蒸発に関連する成分の質量含有率ｉを示す。

【0026】

液相に用いられるエネルギー保存の式は、関係式（２）で得られる。

【数2】

なお、
ｈ_ｌｉｑは、液相のトータルエンタルピーを示し、
Фは、ＬＮＧに作用する各現象に関連する熱流を示し、
φ^ｌｉｑ_Ｃｏｎｄは、特にタンクの濡れた壁（側面と底面）を介した伝導による寄生熱の入力を示し、
Ф_Ｒａｙは、具体的には、気相への入射放射線（タンクの上層）を示し、
Ф_Ｅｖは、液体ＬＮＧの層の自由表面で蒸発したＬＮＧの流れを示す。

【0027】

気相のエネルギー保存の均衡は、次の関係式（３）で得られる。

【数3】

なお、
ｈ_ｇａｚは、気相のトータルエンタルピーを示し、
Ф_Ｅｖは上記に定義し、
φ^ｇａｚ_Ｃｏｎｄは、特にタンクの濡れた壁（側面と底面）を介した伝導による寄生熱の入力を示す。

【0028】

上述したように、気相の圧力ｐ（ｔ）はＰｅｎｇ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ方程式^［１］によって計算することができる。

【0029】

気体の温度Ｔ_ｇａｓ（ｔ）および液体の温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）は、各相の一定体積における熱容量Ｃｖによって決定され得、関係式（４）で得られる。

【数4】

なお、
Ｔ（ｔ）は、時点ｔで計算される対象の相の温度を示す。
ｈは、対象の相のエンタルピーを示す。
Ｃｖは、対象の相の一定体積における熱容量を示す。

【0030】

本発明による方法によるタンクの自立時間の計算において考慮される、圧力ｐ（ｔ）に影響を及ぼす主要な物理的現象には、具体的には、ガスの圧縮性、伝導による熱の侵入、放射を介する熱の侵入、およびＬＮＧの蒸発が含まれる。次に、これらの現象を詳述する。

【0031】

表面蒸発
液相と気相との間の熱交換および質量は、液体状態で貯蔵されたＬＮＧのコアとその自由表面との間の差である表面蒸発則によって誘導されると考えられる。タンクの気相における圧力ｐ（Ｔ）は、この圧力に対応する液体／蒸気表面におけるＮＧの平衡温度に影響を与えることによって表面の蒸発に影響を及ぼす。ＬＮＧの自由表面の温度は、ＬＮＧの平衡温度と等しいと想定される。

【0032】

静止しているＮＧのタンク内での蒸発は、表面上で起こる局所的な現象である。相の変化は、比較的「穏やか」であり（すなわち、沸騰せず、比較的薄い限界層で）、沸騰することなく起こる。本発明による方法のアルゴリズムでは、自然の乱流対流の法則に基づく法則を用いることができ、これは特に形式^［２］をとる。
（５）ｑ_ｅｖ＝Ｋ・（ΔＴ_{ｓｕｒｃｈａｕｆｆｅ}）^α
なお、
Ｋは、常に正であるＬＮＧに対する定数を示し、
ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}は、ＬＮＧタンク内の蒸発現象中に発生する過熱を示し、
Ｑ_ｅｖは、ＬＮＧの標準化された蒸発率を示し、
αは、ＬＮＧに関する係数を示し、１≦ａ≦２である。

【0033】

壁面の熱伝導
壁との熱交換のために、均一で一定の壁面流が考慮され得る。流量の値は計算した入力量であり、製造業者の基準による自然気化率（ＢＯＲ）に直接的に関連する。

【0034】

壁の熱放射
濡れていない縦の壁も、熱流のシートとなり得、気相を加熱する効果を有するが、放射線による液体の加熱にも寄与する。

【0035】

液体を加熱するときの気相の寄与を考慮するために、全ての表面上の放射平衡を確立する、すなわち、ＬＮＧ（界面）の自由表面、およびタンクの濡れていない表面（タンクの表面はタンク内のＮＧの気相とだけ接触する）上の放射平衡を確立する単純なモデルを使用することができる。このモデルの想定の詳細を以下に説明する。
自由表面は、ＬＮＧの飽和温度では、平坦であると想定される。一方、この面は、ε＝α＝１、ρ＝０、（εは放射率、αは吸収率、ρは反射率を示す）の黒色であると想定される。
タンクの垂直壁は一定の温度にあると想定される。これらの面も一定の放射率ε＝α＝ｃｔｅ、ρ＝１−αを有する灰色であると想定される。
気体は壁の放射に対して透明であると想定される。

【0036】

関与する表面ごとに、これらのエクスチェンジを支配するためにラジオシティの式を使用することが可能である。
（６）Φ_ｎｅｔ＝Ｓｕｒｆａｃｅ×（Ｒａｙｏｎｎｅｍｅｒｔ ｒｅｎｖｏｙｅ−Ｒａｙｏｎｎｅｍｅｒｔ ｉｎｃｉｄｅｎｔ）＝Ｓ×（Ｊ−Ｅ）
なお、
Ｅは、照明（または入射光束）を示し、
Ｊは、（εσＴ^４＋ρＥ）として表されるラジオシティを示し、
Ｓ_{Ｓｕｒｆａｃｅ}は、関与する表面の領域を示し、
Ф_ｎｅｔは、この表面で受信された正味フローを意味する。

【0037】

したがって、物理的パラメータｐ（ｔ）、Ｔ_ｇａｓ（ｔ）、およびＴ_ｌｉｑ（ｔ）のステップＢにおける計算は、好都合にも、以下のように定義されたステップに従って実行することができる。
液体状態の天然ガスと気体状態の天然ガスの熱容量、タンクの製造者により規定されるタンクの断熱、ならびに、ＬＮＧおよびＧＮＧの時点ｔ−δｔにおける温度を、入力データとして使用して、エネルギー変換式により、液相の温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）と気相の温度Ｔ_ｇａｓ（ｔ）を直接算出するステップ。
時点ｔ−δｔにおいて、前のステップで算出される液体の温度と圧力に従って関係式（５）によって、気相に蒸発した液体の質量を算出するステップであって、
（７）ｑ_ｅｖ＝Ｋ・（ΔＴ_{ｓｕｒｃｈａｕｆｆｅ}）^α
なお、
Ｋは、ＬＮＧに対する、常に正の値をとる定数を示し、
ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}は、ＬＮＧタンク内の蒸発現象中に発生する過熱を示し、
Ｑ_ｅｖは、ＬＮＧの標準の蒸発率を示し、
αは、ＬＮＧに対する係数を示し、１≦ａ≦２の条件を満たし、
ａは、ＬＮＧに対する係数であり、１≦ａ≦２での条件を満たす、ステップ。
時点ｔにおける液体の蒸発質量、タンクの容積、および気体の温度を入力データとして、Ｐｅｎｇ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ方程式によって、気相の圧力ｐ（ｔ）得るステップ。

【0038】

本発明による方法のアルゴリズムのステップＣの間、圧力ｐ（ｔ）がｐ_{ｖａｌｖｅ}より小さい限り、次の時点ｔ＋δｔ（一定の物理的時間ステップδｔを用いる）に関して、質量およびエネルギーの保存の式を再スタートすることにより、ステップＢの計算を繰り返す。この時間ステップδｔは約１分でよい。その値は、熱力学的平衡の時定数である熱流に依存する。

【0039】

ｐ（ｔ）、ｐ（ｔ＋δｔ）、…、ｐ（ｔ＋Ｎ＊δｔ）を計算するプロセスのＮ回の反復の間に、時点ｔ＋Ｎ＊δｔでの気相の圧力ｐ（ｔ＋Ｎ＊δｔ）が、バブルの開バブル圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}以上になると、アルゴリズムを終了させ（ステップＤ）、計算の終了と同時にアルゴリズムによって経過する総持続時間Ｎ＊δｔである、アルゴリズムによって移動された総持続時間を戻す（ステップＥ）。

【0040】

この自立時間を知っているオペレータは、タンクの自律性の持続時間、すなわち、タンクのバルブを開く前のタンク内のＬＮＧの残りの保持時間（または貯蔵時間）を推定することができる。

【0041】

好都合にも、本発明の方法では、時刻ｔ_０＋ΔＴにおける自立時間を再計算するために、時間間隔ΔＴ（計算機の技術に従って定義される）が経過するとすぐに、ステップＡからＤの全てのステップが繰り返される。通常、この時間間隔は約１分であるが、使用される技術（電卓、特にＭＭＩインターフェース）によって異なり得る。

【0042】

好都合にも、本発明による方法のアルゴリズム（または挙動コードＮＧ）は、ＭＭＩインターフェースに接続した計算機によって実行可能であり、これにより、この自立時間にオペレータに知らせることができる。ＭＭＩインターフェースに接続する計算機のおかげで、自立時間の物理的計算が、全ての時間間隔ΔＴ（使用される技術により様々である、例えば、１分ごと）で実行可能であり、この計算の結果をＭＭＩに送信することができる。

【0043】

上述のように、異なるタイプのデータを計算機に入力しなければならない。
タンクに関するデータ（ユーザが一度だけ入力する）：
タンクの形状（プリズム形、円筒形、球状など）、
タンクの寸法、
タンクの自然気化率（すなわちＢＯＲ）、
熱入力の評価（製造業者からのデータ）、ならびに
バルブｐ_{ｖａｌｖｅ}の校正、
ＮＧの組成（タンクの装填開始時または平均組成の使用開始時）、および
センサによって（連続的に）提供されるデータ：気体および液体の温度および気体の圧力

【0044】

したがって、本発明はまた、非冷却タンクの自立時間をリアルタイムで計算するシステムを対象としており、バルブの設定圧力ｐ_{ｖａｌｖｅ}、その形状、およびその寸法、ならびにその自然気化率によってタンクが規定された状態で、そのタンクの自立時間を計算する計算機によってアルゴリズムが実行さる。
この本発明によるシステムは、
液化天然ガスを含むタンクであって、液化天然ガスが、
液体状態の天然ガスの層であって、液体状態は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）、組成ｘ_ｌｉｑ（ｔ）、および、前記天然ガス層によるタンクの充填率によって規定される、液体状態の天然ガスの層と、
気体状態の天然ガスの層であって、気体状態は、所与の時点ｔにおいて、温度Ｔ_ｇａｓ（ｔ）および組成ｘ_ｇａｓ（ｔ）、ならびに圧力ｐ（ｔ）によって規定される、気体状態の天然ガスの層と、に分割されている、タンクと、
圧力センサおよび温度センサと、
を含み、前記システムが、
前記圧力センサおよび温度センサに接続されている計算機であって、前記計算機は、本発明に従って規定される方法のアルゴリズムを実行することができる、計算機と、
ＭＭＩインターフェースに接続する計算機によって実行されると、本発明による方法のアルゴリズム（すなわち挙動コードＬＮＧ）に従って計算される自立時間をオペレータに通知するために、前記計算機とやりとりをするＭＭＩインターフェースと、
をさらに含む。

【0045】

本発明の枠組みの中で使用されているＭＭＩ（ＭＭＩ：Ｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）インターフェースにより、具体的には、車のダッシュボード、コンピュータ・キーボード、ＬＥＤ表示灯、タッチスクリーン、タブレットが可能となる。

【0046】

本発明によるシステムの好適な実施形態によれば、本発明によるシステムは、オンボードシステムであり、
この計算機は、前記圧力センサおよび温度センサに接続されているオンボード計算機であり、前記計算機は、本発明による方法のアルゴリズムを実行するように特別に設計され、
このＭＭＩインターフェースもオンボードでよい、あるいは、例えば、車両が中央制御装置に接続していれば、オフセットでもよく、
オンボードの場合、このＭＭＩインターフェースは、具体的には、本発明の方法に従って、このオンボード計算機とやりとりして、計算される自立時間をオペレータ（ここではドライバー）に報告する車両のオンボードダッシュボードタイプでよい。

【0047】

本発明による方法のアルゴリズムを実行するように特別に設計された計算機という用語は、本発明に関して、専用ストレージメモリおよびインターフェースのマザーボードに関連するプロセッサを備えるオンボードコンピュータを意味し、機械的、熱力学的、および電磁気的抵抗の観点から「オンボードコンピュータ」ユニットの堅牢性を保証するようこれらの要素の全てが組み立てられ、ＬＮＧ車両に使用に適合可能となる。

【0048】

具体的には、この計算機には、画面やキーボードがさらに含まれ得る。この計算機は、２つのセンサ（１つは圧力用、もう１つは温度用）に接続し、これらのセンサにより、タンク内のＬＮＧの状態に関する情報が提供される（図１参照）。

【0049】

図２には、本発明によるシステムが示される。

【0050】

また、本発明は、本発明に従うＬＮＧタンクおよびシステムを備える車両（陸上、海上、または航空）も対象とするものであり、タンクおよびシステムは上で定義したものである。オペレータにとって重要な情報である自立時間（例えば、車両のドライバーまたは遠隔操作者）は、例えば、車両のダッシュボード、および／または、車両の側面に好適に表示され得る。

【0051】

したがって、本発明は、以下の複数の利点を有する。
全てのＬＮＧタンクに関する維持持続時間情報を即時に提供する。
純粋なメタンが基準となる現在の基準ではなく、計算におけるＬＮＧの品質を考慮することができる。
不均衡なＬＮＧを管理することができる。
タンク屋根の圧縮性を報告することができる。

【0052】

本発明のその他の利点および特徴は、非限定的な例として提供され、添付図面を参照して行われる以下の説明から明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】本発明によるＮＧのタンク１のブロック図である。

【図2】本発明によるシステムのブロック図である。

【図3】本発明による方法のブロック図である。

【図4】Ｎの非冷却タンクを輸送する車両のダッシュボードのスクリーンの画面である。

【図5】Ｎの非冷却タンクを輸送する車両のダッシュボードのスクリーンの画面である。

【図6】Ｎの非冷却タンクを輸送する車両のダッシュボードのスクリーンの画面である。

【図7】Ｎの非冷却タンクを輸送する車両のダッシュボードのスクリーンの画面である。

【図8】Ｎの非冷却タンクを輸送する車両のダッシュボードのスクリーンの画面である。

【発明を実施するための形態】

【0054】

図１には、ＮＧ、液体層ｌ（ＬＮＧ）および気体層ｇ（ＧＮＧ）の２つの均質な層を有する２層システムによってモデル化されるＬＮＧのタンク１が図式的に示される。

【0055】

図２には、本発明によるシステムのブロック図であり、このシステムは、
液化天然ガスを含むタンク１であって、液化天然ガスは、
液体状態の天然ガスの層１（Ｔ_ｌｉｑ（ｔ）、ｘ_ｌｉｑ（ｔ）、および、液体状態の天然ガスの層によるタンクの充填率ｚ）と、
気体状態の天然ガスの層ｇ（Ｔ_ｇａｓ（ｔ）、ｘ_ｇａｓ（ｔ）、およびｐ（ｔ））と
に分割されている、タンク１と、
圧力センサ３および温度センサ４と、
前記圧力センサ３および温度センサ４に接続されている計算機５であって、計算機は、請求項４に記載の方法のアルゴリズムを実行することができる、計算機５と、
計算機とやりとりを行って、請求項４に記載の方法に従って計算される自立時間を所与のオペレータ７に報告するＭＭＩインターフェース６と、
を含む。

【0056】

図３には、上述の方法の様々なステップを示す、本発明による方法のブロック図が示される。

【0057】

図４〜図８には、非冷却のＬＮＧタンクを輸送する車両のダッシュボードのスクリーンの画面が示される。

【0058】

特に、図４には、タンク固有の入力データ（寸法、自然気化率、最大許容圧力）を示すダッシュボードのスクリーン画面が示される。このデータは、以下に説明する全ての実施例に共通するものである。

【0059】

図５には、本発明による計算方法による計算の第１の例に関する、ＬＮＧに特有の入力データ（組成、温度、圧力および充填率ｚ）を示すダッシュボードのスクリーン画面が示される。この例では、ＬＮＧはわずかに過熱され、ＬＮＧの平衡温度は−１６２．３１℃であるが、温度は−１６０℃である。

【0060】

図６には、本発明による計算方法による第２の計算例について、ＬＮＧに特有の入力データ（組成、温度、圧力および充填率ｚ）を示すダッシュボードのスクリーン画面が示される。この例では、ＬＮＧはわずかに過冷却され、温度は−１５７℃であるが、このＬＮＧの平衡温度は−１５４．１７℃である。

【0061】

図７および図８には、車両により輸送される非冷却タンクの計算された自立時間の第１の例（図４および図５のデータ）、および第２の例（図４および図６のデータ）をそれぞれ示すスクリーンキャプチャが示される。

【0062】

参考文献一覧
［１］Ｐｅｎｇ，Ｄ．Ｙ．（１９７６）．Ａ Ｎｅｗ Ｔｗｏ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｅ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，１５：５９−６４
［２］Ｈ．Ｔ Ｈａｓｈｅｍｉ，Ｈ．Ｗ．（１９７１）．ＣＵＴ ＬＮＧ ＳＴＯＲＡＧＥ ＣＯＳＴＳ．Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１１７−１２０

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】