特開 2024-17052 液体水素移送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017052

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】液体水素移送システム

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/00 20060101AFI20240201BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

C01B3/00 Z

F17C13/00 302A

F17C13/00 302F

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119429

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000110099

【氏名又は名称】トキコシステムソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】吉田 純

(72)【発明者】

【氏名】高橋 強

(72)【発明者】

【氏名】蓮仏 達也

【テーマコード（参考）】

3E172

4G140

【Ｆターム（参考）】

3E172AA06

3E172AB01

3E172BA06

3E172BB03

3E172BD01

3E172DA04

3E172HA02

3E172HA04

3E172HA12

4G140AB02

(57)【要約】

【課題】液体水素の移送に伴うボイルオフガスの発生をより簡易に抑制することが可能な技術を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る液体水素移送システム１は、液体水素を貯留する液体水素貯槽１０と、液体水素を貯留する液体水素貯槽２０と、液体水素貯槽１０と液体水素貯槽２０との間で液体水素を移送するための液体水素流路３１と、液体水素流路３１に設けられ、液体水素に含まれるオルト水素のパラ水素への転換を促進する触媒を含むオルト・パラ転換触媒槽３１Ｒと、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体水素を貯留する第１の貯留部と、
液体水素を貯留する第２の貯留部と、
前記第１の貯留部と前記第２の貯留部との間で液体水素を移送するための第１の経路と、
前記第１の経路に設けられ、液体水素に含まれるオルト水素のパラ水素への転換を促進する触媒を含む転換促進部と、を備える、
液体水素移送システム。

【請求項2】

前記第１の貯留部から前記第２の貯留部に液体水素を移送するための前記第１の経路、及び前記第２の貯留部から前記第１の貯留部に液体水素を移送するための前記第１の経路が設けられ、
前記転換促進部は、前記第１の貯留部から前記第２の貯留部に液体水素を移送するための前記第１の経路、及び前記第２の貯留部から前記第１の貯留部に液体水素を移送するための前記第１の経路の双方に設けられる、
請求項１に記載の液体水素移送システム。

【請求項3】

前記第１の貯留部と前記第２の貯留部との間を接続する管部と、
液体水素が気化したボイルオフガスを前記第１の貯留部及び前記第２の貯留部の少なくとも一方から外部に流出させるための第２の経路と、を備え、
前記第１の経路及び前記第２の経路の双方は、前記管部の内部に設けられる、
請求項１又は２に記載の液体水素移送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液体水素移送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、第１の貯留部と第２の貯留部との間で、液体水素を移送する移送システムが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１０８７５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、液体水素の移送の過程や移送後の貯留の過程では、様々な要因で液体水素が気化したボイルオフガス（ＢＯＧ：Boil Off Gas）が発生する可能性がある。そのため、例えば、ボイルオフガスを燃料として利用可能な設備や液化するための設備がない場合、貯留部の圧力上昇に伴いボイルオフガスを大気に放出する必要が生じる。よって、液体水素の移送に伴うボイルオフガスの発生は抑制されることが望ましい。

【0005】

一方、例えば、液体水素の移送経路や移送先の貯留部を液体窒素等で冷却可能な構造を採用し、ボイルオフガスの発生を抑制することも可能であるが、設備が複雑化しコストの上昇を招来する可能性がある。

【0006】

そこで、上記課題に鑑み、液体水素の移送に伴うボイルオフガスの発生をより簡易に抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
液体水素を貯留する第１の貯留部と、
液体水素を貯留する第２の貯留部と、
前記第１の貯留部と前記第２の貯留部との間で液体水素を移送するための第１の経路と、
前記第１の経路に設けられ、液体水素に含まれるオルト水素のパラ水素への転換を促進する触媒を含む転換促進部と、を備える、
液体水素移送システムが提供される。

【発明の効果】

【0008】

上述の実施形態によれば、液体水素の移送に伴うボイルオフガスの発生をより簡易に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】液体水素移送システムの第１例を示す図である。

【図2】液体水素移送システムの第２例を示す図である。

【図3】液体水素移送システムの第３例を示す図である。

【図4】移送管の構造の一例を示す断面図である。

【図5】移送管の構造の一例を示す断面図である。

【図6】移送管の構造の一例を示す断面図である。

【図7】再液化装置の構成の一例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

【0011】

本実施形態では、ボイルオフガスには、発生原因に依らず、あらゆる液体水素の気化ガスが含まれる前提で説明を行う。例えば、ボイルオフガスには、液体水素の貯留中や移送中の外部からの入熱に伴うフラッシュにより発生するガスが含まれる。また、例えば、ボイルオフガスには、液体水素の移送時に移送流路や移送先の貯槽の予冷に伴う蒸発により生じるガスが含まれる。また、例えば、ボイルオフガスには、液体水素の移送中に発生する圧力差に伴うフラッシュにより発生するガスが含まれる。圧力差に伴うフラッシュには、例えば、移送中の圧力損失に伴うフラッシュ、移送中に通過する弁によるフラッシュ、移送流路から貯槽への流入時の膨張に伴うフラッシュ等が含まれる。また、例えば、ボイルオフガスには、水素の核スピン異性体であるオルト水素からパラ水素への平衡状態に向かう転換（以下、「オルト・パラ転換」）に伴う転換熱に伴う蒸発により発生するガスが含まれる。以下、特に断らない限り、「平衡状態」は、オルト水素及びパラ水素の比率に関する平衡状態を意味する。

【0012】

［液体水素移送システムの第１例］
図１を参照して、本実施形態に係る液体水素移送システム１の第１例について説明する。

【0013】

図１は、液体水素移送システム１の第１例を示す図である。

【0014】

図１に示すように、液体水素移送システム１は、液体水素貯槽１０，２０と、移送管３０，４０と、断熱バルブボックス５０と、再液化装置６０とを含む。

【0015】

液体水素貯槽１０，２０は、それぞれ、液体水素を貯留する。例えば、液体水素貯槽１０，２０は、地上Ｌの液体水素の貯留用の施設内に設置される。

【0016】

移送管３０，４０は、液体水素貯槽１０と液体水素貯槽２０との間で液体水素を移送するための管である。移送管３０，４０は、後述の如く、断熱構造を有する。断熱には、熱の出入りがない状態だけでなく、熱の出入りが通常の構造の場合よりも抑制された状態が含まれ、以下、同様の意図で用いる。

【0017】

移送管３０は、液体水素貯槽１０から液体水素貯槽２０への液体水素の移送、及び液体水素貯槽２０から再液化装置６０へのボイルオフガスの移送のために用いられる。

【0018】

移送管３０は、一端が液体水素貯槽２０に接続されると共に、他端側で移送管３０－１，３０－２に分岐する。

【0019】

移送管３０－１は、その先端が液体水素貯槽１０に接続される。

【0020】

移送管３０－２は、その先端が断熱バルブボックス５０に接続される。

【0021】

移送管３０は、液体水素流路３１と、ＢＯＧ流路３２とを内部に含む。

【0022】

液体水素流路３１は、液体水素貯槽１０から液体水素貯槽２０に液体水素を移送するための流路である。液体水素流路３１は、一端が液体水素貯槽２０に接続されると共に、他端が移送管３０－１に内包される形で液体水素貯槽１０の底部と接続される。

【0023】

液体水素流路３１には、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒが設けられる。

【0024】

オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒには、オルト水素からパラ水素への転換を促進する触媒が設置される。触媒は、例えば、鉄系やクロム系の常磁性物質により形成される。これにより、例えば、液体水素貯槽１０に貯留されている液体水素が平衡状態にない場合であっても、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒを通じて、オルト・パラ転換を促進することができる。また、例えば、液体水素流路３１での入熱や圧力差に伴うフラッシュによる温度条件の変化によって、パラ水素がオルト水素に転換し平衡状態が崩れても、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒを通じて、オルト・パラ転換を促進することができる。そのため、液体水素貯槽２０に流入する液体水素のオルト水素及びパラ水素の比率を平衡状態にしたり、平衡状態に近づけたりすることができる。その結果、液体水素貯槽２０の中は、オルト水素が大半を占める液体水素として理想的な平衡状態により近づくことで、オルト・パラ転換の際の転換熱に伴って生じる、液体水素貯槽２０の中での液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0025】

ＢＯＧ流路３２は、液体水素貯槽２０から断熱バルブボックス５０を経由して再液化装置６０にボイルオフガスを移送するための流路である。ＢＯＧ流路３２は、一端が液体水素貯槽２０の飽和ガス層部分に接続されると共に、他端が移送管３０－２に内包される形で断熱バルブボックス５０に接続される。これにより、液体水素流路３１に沿って配置されるＢＯＧ流路３２を通流する、極低温のボイルオフガスの顕熱を利用した熱シールド作用で、液体水素流路３１の液体水素への外部からの熱侵入量を抑制することができる。その結果、液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0026】

移送管４０は、液体水素貯槽２０から液体水素貯槽１０への液体水素の移送、及び液体水素貯槽１０，２０から再液化装置６０へのボイルオフガスの移送のために用いられる。

【0027】

移送管４０は、一端が液体水素貯槽２０の底部に接続されると共に、他端が断熱バルブボックス５０に接続される。

【0028】

移送管４０は、液体水素流路４１と、ＢＯＧ流路４２，４３とを内部に含む。

【0029】

液体水素流路４１は、液体水素貯槽２０から液体水素貯槽１０に液体水素を移送するための流路である。液体水素流路４１は、一端が液体水素貯槽２０の底部に接続されると共に、他端が断熱バルブボックス５０の内部を経由して液体水素貯槽１０に接続される。

【0030】

ＢＯＧ流路４２は、液体水素貯槽２０から断熱バルブボックス５０を経由して再液化装置６０にボイルオフガスを移送するための流路である。ＢＯＧ流路４２は、一端が液体水素貯槽２０の飽和ガス層部分に接続されると共に、他端が断熱バルブボックス５０に接続される。これにより、液体水素流路４１に沿って配置されるＢＯＧ流路４２を通流する、極低温のボイルオフガスの顕熱を利用した熱シールド作用で、液体水素流路４１の液体水素への外部からの熱侵入量を抑制することができる。その結果、液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0031】

ＢＯＧ流路４２には、バルブ４２Ｖが設けられる。

【0032】

バルブ４２Ｖは、ＢＯＧ流路４２の開閉状態の切換や開度の調整を行うことができる。

【0033】

ＢＯＧ流路４３は、液体水素貯槽１０からＢＯＧ流路４２に液体水素貯槽１０のボイルオフガスを移送し合流させる流路である。これにより、ＢＯＧ流路４３からＢＯＧ流路４２を経由して液体水素貯槽１０のボイルオフガスを再液化装置６０に移送することができる。ＢＯＧ流路４３は、一端がＢＯＧ流路４２の中間部に接続されると共に、他端が断熱バルブボックス５０を経由して液体水素貯槽１０の飽和ガス層部分と接続される。これにより、液体水素流路４１に沿って配置されるＢＯＧ流路４３を通流する、極低温のボイルオフガスの顕熱を利用した熱シールド作用で、液体水素流路４１の液体水素への外部からの熱侵入量を抑制することができる。その結果、液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0034】

また、ＢＯＧ流路４３は、ＢＯＧ流路４２のバルブ４２Ｖよりも断熱バルブボックス５０（再液化装置６０）側でＢＯＧ流路４２に接続される。これにより、バルブ４２Ｖが閉じられている場合に、液体水素貯槽１０のボイルオフガスのみをＢＯＧ流路４２，４３に通流させることで、液体水素流路４１の液体水素への外部からの熱侵入量を抑制することができる。その結果、液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0035】

尚、移送管３０の内部には、移送管４０の場合と同様、ＢＯＧ流路３２に加えて、液体水素貯槽１０のボイルオフガスを移送するＢＯＧ流路が含まれてもよい。これにより、追加されるＢＯＧ流路を通流する、極低温のボイルオフガスの顕熱を利用した熱シールド作用で、液体水素流路３１の液体水素への外部から熱の侵入量をより低減させることができる。この場合、追加されるＢＯＧ流路は、一端が液体水素貯槽１０に接続されると共に、他端がＢＯＧ流路３２の中間部に接続されてよい。これにより、追加されるＢＯＧ流路は、液体水素貯槽１０のボイルオフガスを移送しＢＯＧ流路３２に合流させることができ、その結果、ＢＯＧ流路３２を経由して液体水素貯槽１０のボイルオフガスを再液化装置６０に移送することができる。

【0036】

断熱バルブボックス５０は、地上Ｌの液体水素の貯留用の施設内に設置され、ＢＯＧ流路３２，４２を通じて移送されるボイルオフガスを再液化装置６０に投入する。断熱バルブボックス５０は、例えば、液体水素貯槽２０の上部に設置される。断熱バルブボックス５０は、断熱構造を有し、内部を通過する各流路の液体水素やボイルオフガスへの外部からの熱の侵入を抑制することができる。

【0037】

例えば、断熱バルブボックス５０は、ＢＯＧ流路３２，４２から移送されるボイルオフガスを再液化装置６０の複数の投入経路のうちの何れか一つに選択的に投入する。具体的には、断熱バルブボックス５０は、複数の投入経路に接続される複数の流路と、複数の流路の何れか一つに選択的にボイルオフガスを流入させるためのバルブ群とを含む。

【0038】

再液化装置６０は、地上Ｌの液体水素の貯留用の施設内に設置され、液体水素貯槽１０や液体水素貯槽２０のボイルオフガスを再液化する。再液化装置６０から出力される液体水素は、液体水素貯槽１０に戻される。

【0039】

尚、断熱バルブボックス５０及び再液化装置６０は、省略されてもよい。この場合、ＢＯＧ流路３２，４２のボイルオフガスは、液体水素流路３１，４１の液体水素への外部からの熱侵入量の抑制のために利用された後、大気に放出される。また、再液化装置６０に代えて、或いは、加えて、ボイルオフガスを気体のままで燃料等として直接消費可能な設備が設けられてもよい。

【0040】

［液体水素移送システムの第２例］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る液体水素移送システム１の第２例について説明する。

【0041】

本例では、上述の第１例と同じ或いは対応する構成には同じ符号を付し、上述の第１例と異なる部分を中心に説明を行うと共に、上述の第１例と同じ或いは対応する内容の説明を簡略化或いは省略する場合がある。

【0042】

図２は、液体水素移送システム１の第２例を示す図である。

【0043】

図２に示すように、本例では、液体水素移送システム１は、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒが設けられる点で上述の第１例と異なる。

【0044】

移送管４０は、上述の第１例と同様、液体水素流路４１と、ＢＯＧ流路４２，４３とを内部に含む。

【0045】

液体水素流路４１には、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒが設けられる。

【0046】

オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒには、オルト水素からパラ水素への転換を促進する触媒が設置される。これにより、例えば、液体水素貯槽２０に貯留されている液体水素が平衡状態にない場合であっても、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒを通じて、液体水素のオルト・パラ転換を促進することができる。また、例えば、液体水素流路４１での入熱や圧力差に伴うフラッシュによる温度条件の変化によって、パラ水素がオルト水素に転換し平衡状態が崩れても、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒを通じて、オルト・パラ転換を促進することができる。そのため、液体水素貯槽１０に流入する液体水素のオルト水素及びパラ水素の比率を平衡状態にしたり、平衡状態に近づけたりすることができる。その結果、液体水素貯槽１０の中は、オルト水素が大半を占める液体水素として理想的な平衡状態により近づくことで、オルト・パラ転換の際の転換熱に伴って生じる、液体水素貯槽１０の中での液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0047】

例えば、図２に示すように、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒは、移送管４０の内部において、液体水素流路４１におけるＢＯＧ流路４２，４３の双方に隣り合う箇所に配置される。これにより、ＢＯＧ流路４２，４３の双方の極低温の顕熱を利用した熱シールド作用で、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒの液体水素への外部からの熱侵入をより適切に抑制し、オルト・パラ転換をより適切に促進させることができる。

【0048】

尚、上述の第１例において、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒに代えて、液体水素流路４１に、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒが設けられてもよい。

【0049】

［液体水素移送システムの第３例］
次に、図３を参照して、本実施形態に係る液体水素移送システム１の第３例について説明する。

【0050】

本例では、上述の第１例や第２例と同じ或いは対応する構成には同じ符号を付し、上述の第１例や第２例と異なる部分を中心に説明を行うと共に、上述の第１例や第２例と同じ或いは対応する内容の説明を簡略化或いは省略する場合がある。

【0051】

図３は、液体水素移送システム１の第３例を示す図である。

【0052】

図３に示すように、本例では、液体水素移送システム１は、液体水素貯槽２０が船舶ＳＰに搭載される点で、上述の第１例や第２例と異なる。

【0053】

液体水素貯槽１０は、岸壁Ｑに隣接する地上Ｌの液体水素の貯留用の施設内に設置される。

【0054】

液体水素貯槽２０は、岸壁Ｑに接岸される船舶ＳＰに搭載される。

【0055】

移送管３０は、船舶ＳＰが液体水素を液体水素貯槽２０に貯留し外部に運搬する際に用いられる。

【0056】

移送管３０は、上述の第１例や第２例と同様、液体水素流路３１と、ＢＯＧ流路３２とを含む。

【0057】

液体水素流路３１には、上述の第１例と同様、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒが設けられる。これにより、上述の第１例や第２例と同様の作用・効果を奏する。

【0058】

移送管４０は、液体水素を液体水素貯槽２０に貯留した状態で船舶ＳＰが岸壁Ｑに接岸する際に用いられる。

【0059】

移送管４０は、上述の第１例や第２例と同様、液体水素流路４１と、ＢＯＧ流路４２，４３とを含む。

【0060】

液体水素流路４１には、上述の第２例と同様、オルト・パラ転換触媒槽４１Ｒが設けられる。これにより、上述の第２例と同様の作用・効果を奏する。

【0061】

尚、本例では、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒ，４１Ｒのうちの何れか一方が省略されてもよい。

【0062】

［移送管の構造］
次に、図４～図６を参照して、移送管３０，４０の構造について説明する。

【0063】

図４～図６は、移送管３０の一例を示す断面図である。具体的には、図４～図６は、移送管３０の一例の互いに異なる箇所の断面図であり、図４、図５は、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒが設けられる箇所とは別の箇所の移送管３０の断面図を示すと共に、図６は、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒが設けられる箇所の移送管３０の断面図を示す。

【0064】

以下、上述の第１例（図１）の移送管４０の構造は、図４、図５の移送管３０の構造と同じであり、上述の第２例（図２）及び第３例（図３）の移送管の構造は、図４～図６の移送管３０の構造と同じであるため、移送管４０の構造の図示及び説明を省略する。

【0065】

図４～図６に示すように、移送管３０は、外管３０Ａと、シールド内管３０Ｂと、移送管３０Ｃ，３０Ｄとを含む。

【0066】

外管３０Ａは、移送管３０の外形に相当し、例えば、円形の横断面を有する。

【0067】

シールド内管３０Ｂは、外管３０Ａからの放射侵入熱が移送管３０Ｃに直接伝わらないように外管３０Ａの内側に設けられる。例えば、シールド内管３０Ｂは、外管３０Ａより外径が小さく且つ外管３０Ａと略同心の円形の横断面を有する。「略」は、例えば、製造上の誤差や製造上の限界を許容する意図であり、以下同様の意味で使用する。

【0068】

外管３０Ａとシールド内管３０Ｂとの間には、移送管３０の延びる方向で所定の間隔ごとにスペーサ３０Ｆが設けられる。これにより、外管３０Ａの内部でシールド内管３０Ｂの位置を真空断熱層中に保持することができる。

【0069】

外管３０Ａとシールド内管３０Ｂとの間の空間ＳＰ１は、例えば、略真空状態とされている。これにより、外管３０Ａからシールド内管３０Ｂへの入熱を抑制し、移送管３０Ｃ，３０Ｄで移送される液体水素やボイルオフガスへの熱侵入量を抑制することができる。そのため、液体水素のガス化によるエネルギロスを抑制することができる。

【0070】

移送管３０Ｃは、外管３０Ａ及びシールド内管３０Ｂからの放射侵入熱が直接伝わらないようにシールド内管３０Ｂの内側に設けられる。例えば、移送管３０Ｃは、シールド内管３０Ｂより外径が小さく且つ外管３０Ａ及びシールド内管３０Ｂと略同心の円形の横断面を有する。移送管３０Ｃの内部は、液体水素流路３１に相当し、液体水素が通流する。

【0071】

オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒが設けられる箇所の移送管３０Ｃの外径は、オルト・パラ転換触媒槽３１Ｒが設けられる箇所とは異なる箇所の移送管３０Ｃの外径よりも大きく設定される。これにより、移送管３０Ｃの圧力損失を抑制しつつ、移送管３０Ｃの内部に液体水素のオルト・パラ転換を促進させるための触媒を設置することができる。

【0072】

シールド内管３０Ｂと移送管３０Ｃとの間には、移送管３０の延びる方向で所定の間隔ごとにスペーサ３０Ｇが設けられる。これにより、シールド内管３０Ｂの内部で移送管３０Ｃの位置を真空断熱層中に保持することができる。

【0073】

シールド内管３０Ｂと移送管３０Ｃとの間の空間ＳＰ２は、例えば、略真空状態とされている。これにより、外管３０Ａやシールド内管３０Ｂから移送管３０Ｃへの入熱を抑制し、移送管３０Ｃで移送される液体水素への熱侵入量を抑制することができる。そのため、液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0074】

移送管３０Ｄは、シールド内管３０Ｂに熱接触する形で配置される。例えば、移送管３０Ｄは、シールド内管３０Ｂより外径が小さい円形の横断面を有する。移送管３０Ｄの内部は、ＢＯＧ流路３２に相当し、ボイルオフガスが通流するのに十分な断面内径を有する。

【0075】

移送管３０Ｄは、例えば、シールド内管３０Ｂに取り付けられる。具体的には、シールド内管３０Ｂの周方向の一部が切り欠かれ、移送管３０Ｄは、その切り欠かれた部分に嵌め込まれる形で固定されてよい。これにより、極低温のボイルオフガスが通流する移送管３０Ｄの作用により、シールド内管３０Ｂが有効な放射シールド温度に保たれ、その結果、シールド内管３０Ｂの内側の移送管３０Ｃの液体水素への熱侵入量を更に抑制することができる。そのため、液体水素のガス化量を更に低減し、エネルギロスを更に抑制することができる。

【0076】

また、移送管３０Ｄは、例えば、複数（本例では、２つ）設けられる。複数の移送管３０Ｄの周方向での配置位置は、それぞれに通流するボイルオフガスの温度レベルに応じ最適に決められる。例えば、図４～図６に示すように、２つの移送管３０Ｄが周方向で１８０度間隔に配置される。これにより、移送管３０Ｃの液体水素への熱侵入量を更に抑制することができる。その結果、液体水素のガス化量を更に低減し、エネルギロスを更に抑制することができる。

【0077】

また、外管３０Ａと移送管３０Ｄとの間には、移送管３０の延びる方向で所定間隔ごとにスペーサ３０Ｈが設けられる。これにより、外管３０Ａの内部で移送管３０を介してシールド内管３０Ｂを真空断熱層中に保持することができる。

【0078】

尚、移送管４０の場合、移送管３０Ｄと同様の管（以下、便宜的に「移送管４０Ｄ」）の内部は、ＢＯＧ流路４２，４３の何れかに相当する。そのため、移送管４０の場合、複数の移送管４０Ｄのうちの一部の移送管４０ＤがＢＯＧ流路４２に対応し、残りの一部の移送管４０ＤがＢＯＧ流路４３に対応する形で構成されてよい。

【0079】

このように、本例では、シールド内管３０Ｂによって、移送管３０Ｃを二重に真空断熱することができると共に、移送管３０Ｄのボイルオフガスによってシールド内管３０Ｂを有効な放射シールド温度に保つことができる。そのため、シールド内管３０Ｂの内側の移送管３０Ｃを通流する液体水素への熱侵入量を抑制することができ、その結果、液体水素のガス化量を低減し、エネルギロスを抑制することができる。

【0080】

［再液化装置の構成］
次に、図７を参照して、再液化装置６０の概略的な構成について説明する。

【0081】

図７は、再液化装置の構成の一例を概略的に示す図である。具体的には、図７は、比較的液化効率が高いプロセスの事例として、クロードサイクルを例示している。

【0082】

尚、図７では省略されるが、実際には、再液化装置６０において、水素ガスの液化の際のオルト・パラ転換の進行を早めるための低温触媒槽等の構成要素も必要となる。また、再液化装置６０には、他の液化ガス（例えば、液体ヘリウム等）が補助冷媒として組み込まれる方式や、タービン回路と液化回路とが完全に分離される分離ブライトン方式等の様々な方式が任意に適用されてもよい。

【0083】

再液化装置６０は、経路Ｌ１～Ｌ３と、圧縮機ＣＰと、熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６と、超臨界膨張タービンＥＰと、ジュールトムソン弁ＪＴと、膨張タービンＥＰ３と、低圧戻りＩＮ１，ＩＮ２と、液化経路ＯＵＴとを含む。

【0084】

経路Ｌ１は、低圧戻りＩＮ１，ＩＮ２を通じて投入される液化循環ガス及びボイルオフガス（水素ガス）を圧縮機ＣＰの吸入側へ送る。

【0085】

経路Ｌ１は、極低温側（上流側）から順に、熱交換器ＨＸ６、熱交換器ＨＸ５、熱交換器ＨＸ４、熱交換器ＨＸ３、熱交換器ＨＸ２、及び熱交換器ＨＸ１を通過し、圧縮機ＣＰに接続される。

【0086】

経路Ｌ２は、圧縮機ＣＰにより外部エネルギで機械圧縮された水素ガスを熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６により経路Ｌ１の水素ガス（低圧戻りガス）で冷却し、最終的に、ジュールトムソン弁ＪＴ等の断熱膨張により水素ガスの一部を液化するために循環させる。

【0087】

経路Ｌ２は、高温側（上流側）から順に、熱交換器ＨＸ１、熱交換器ＨＸ２、熱交換器ＨＸ３、熱交換器ＨＸ４、熱交換器ＨＸ５、超臨界膨張タービン、熱交換器ＨＸ６、及びジュールトムソン弁ＪＴを通過する。

【0088】

経路Ｌ３は、経路Ｌ２の熱交換器ＨＸ２，ＨＸ３の間の箇所から水素ガスを分岐させ、膨張タービンＥＰ３により断熱膨張し温度を低下させた水素ガスを寒冷利用するため、経路Ｌ１の熱交換器ＨＸ６及び熱交換器ＨＸ５の間の箇所に合流させる。

【0089】

圧縮機ＣＰは、経路Ｌ１から供給される水素ガスを断熱圧縮し、経路Ｌ２に吐出する。

【0090】

熱交換器ＨＸ１は、経路Ｌ１の上流側の相対的に温度が低い水素ガス、及び外部から供給される液体窒素と、経路Ｌ２の圧縮機ＣＰにより機械圧縮された直後の相対的に温度が高い水素ガスとの間で熱交換を行う。これにより、経路Ｌ２の水素ガスを順次冷却することができる。

【0091】

熱交換器ＨＸ２は、経路Ｌ１の相対的に温度が低い水素ガスと、経路Ｌ２相対的に温度が高い水素ガスとの間で熱交換を行う。これにより、熱交換器ＨＸ１を通過後の経路Ｌ２の水素ガスを更に冷却することができる。

【0092】

熱交換器ＨＸ３は、経路Ｌ１の相対的に温度が低い水素ガスと、経路Ｌ２の相対的に温度が高い水素ガスとの間で熱交換を行う。これにより、熱交換器ＨＸ２を通過後の経路Ｌ２の水素ガスを更に冷却することができる。

【0093】

熱交換器ＨＸ４は、経路Ｌ１の相対的に温度が低い水素ガス、及び経路Ｌ３の膨張タービンＥＰ３１で断熱膨張された相対的に温度が低い水素ガスと、経路Ｌ２の上流側の相対的に温度が高い水素ガスとの間で熱交換を行う。これにより、熱交換器ＨＸ３を通過後の経路Ｌ２の水素ガスを更に冷却することができる。

【0094】

熱交換器ＨＸ５は、経路Ｌ１の相対的に温度が低い水素ガスと、経路Ｌ２の上流側の相対的に温度が高い水素ガスとの間で熱交換を行う。これにより、熱交換器ＨＸ４を通過後の経路Ｌ２の水素ガスを更に冷却することができる。

【0095】

熱交換器ＨＸ６は、経路Ｌ１の相対的に温度が低い水素ガスと、経路Ｌ２の相対的に温度が高い水素ガスとの間で熱交換を行う。これにより、超臨界膨張タービンＥＰで断熱膨張された水素ガスを更に冷却することができる。

【0096】

超臨界膨張タービンＥＰは、経路Ｌ２における熱交換器ＨＸ５と熱交換器ＨＸ６との間に設けられ、熱交換器ＨＸ５を通過した水素ガスを断熱膨張させることで温度を低下させ、熱交換器ＨＸ６に供給する。

【0097】

ジュールトムソン弁ＪＴは、経路Ｌ２において、熱交換器ＨＸ６から出力される水素ガスを等エンタルピ膨張させる。この際、ジュールトムソン弁ＪＴに供給される水素ガスの温度が逆転温度以下であるため、等エンタルピ膨張によって温度降下が生じる。これにより、ジュールトムソン弁ＪＴは、水素ガスの一部を液化させて液化経路ＯＵＴに出力し、液体水素を液体水素貯槽１０に戻すことができる。

【0098】

膨張タービンＥＰ３は、上述の如く、経路Ｌ３に設けられる。膨張タービンＥＰ３は、膨張タービンＥＰ３１，ＥＰ３２を含む。膨張タービンＥＰ３は、経路Ｌ３の水素ガスを断熱膨張させ、経路Ｌ１に還流させる。これにより、熱交換器ＨＸ１～ＨＸ５の低温側である経路Ｌ１に必要な寒冷量を生成することができる。

【0099】

膨張タービンＥＰ３１は、経路Ｌ３の最上流の水素ガスを断熱膨張させる。これにより、経路Ｌ２で熱交換器ＨＸ２を通過後の水素ガスの温度を更に低下させ、経路Ｌ３の下流側（熱交換器ＨＸ４）に供給することができる。

【0100】

膨張タービンＥＰ３２は、経路Ｌ３の熱交換器ＨＸ４から出力される水素ガスを断熱膨張させる。これにより、更に水素ガスの温度を低下させ、相対的に温度が低い水素ガスを経路Ｌ１に還流させることができる。そのため、熱交換器ＨＸ１～ＨＸ５の低温側（経路Ｌ１）に必要な寒冷量を確保することができる。

【0101】

低圧戻りＩＮ１は、液体水素貯槽１０のボイルオフガス（水素ガス）を再液化装置６０（経路Ｌ１）に投入するために用いられる。

【0102】

低圧戻りＩＮ２は、ＢＯＧ流路３２，４２を通じて移送される、液体水素貯槽２０のボイルオフガスを再液化装置６０の低温側（経路Ｌ１）に投入するために用いられる。

【0103】

低圧戻りＩＮ２は、低圧戻りＩＮ２１～ＩＮ２３を含む。

【0104】

低圧戻りＩＮ２１は、ＢＯＧ流路３２，４２を通じて移送される、液体水素貯槽２０のボイルオフガスを経路Ｌ１における最も温度の低い（最上流の）熱交換器ＨＸ６の上流側に投入するために用いられる。

【0105】

低圧戻りＩＮ２２は、ＢＯＧ流路３２，４２を通じて移送される、液体水素貯槽２０のボイルオフガスを経路Ｌ１における熱交換器ＨＸ６と熱交換器ＨＸ５との間に投入するために用いられる。

【0106】

低圧戻りＩＮ２３は、ＢＯＧ流路３２，４２を通じて移送される、液体水素貯槽２０のボイルオフガスを経路Ｌ１における熱交換器ＨＸ２と熱交換器ＨＸ１との間に投入するために用いられる。

【0107】

低圧戻りＩＮ２１～ＩＮ２３のうちの何れの投入経路を使用するかは、上述の如く、断熱バルブボックス５０に内蔵されるバルブ群の開閉状態が適宜制御されることにより、切り換えることができる。断熱バルブボックス５０のバルブ群を制御する制御装置は、任意の場所に設置されてよい。例えば、制御装置は、再液化装置６０に搭載されてもよいし、断熱バルブボックス５０に搭載されてもよいし、地上Ｌの液体水素の貯留施設に設置されてもよい。

【0108】

例えば、制御装置は、ＢＯＧ流路３２，４２を通じて移送されるボイルオフガスの温度状態に応じて、バルブ群を制御し、低圧戻りＩＮ２１～ＩＮ２３のうちの何れか一つを選択的に利用する。ＢＯＧ流路３２，４２を通じて移送されるボイルオフガスの温度状態は、例えば、断熱バルブボックス５０に設けられる温度センサにより計測され、その計測結果は、制御装置に取り込まれる。具体的には、ボイルオフガスの温度領域を低い方から第１の領域～第３の領域に区分してよい。そして、制御装置は、ボイルオフガスの温度が第１の領域にある場合、低圧戻りＩＮ２１を使用し、第２の領域にある場合、低圧戻りＩＮ２２を使用し、第３の領域にある場合、低圧戻りＩＮ２３を使用してよい。これにより、制御装置は、経路Ｌ１の下流側に向けて高くなる水素ガスの温度に合わせて、経路Ｌ１へのボイルオフガスの投入経路を適切に選択することができる。

【0109】

また、制御装置は、低圧戻りＩＮ１を通じて経路Ｌ１に投入される液体水素貯槽１０のボイルオフガスの温度状態を更に考慮して、低圧戻りＩＮ２１～ＩＮ２３のうちの何れか一つを選択的に利用してもよい。液体水素貯槽１０のボイルオフガスの温度状態は、例えば、液体水素貯槽１０に設置される温度センサにより計測され、その計測結果は、制御装置に取り込まれる。例えば、ボイルオフガスの温度領域（第１の領域～第３の領域）が液体水素貯槽１０のボイルオフガスの温度状態に応じて可変される。これにより、制御装置は、経路Ｌ１の温度状態に対して支配的な、液体水素貯槽のボイルオフガスの温度状態に合わせて、経路Ｌ１へのボイルオフガスの投入経路を適切に選択することができる。

【0110】

尚、低圧戻りＩＮ２には、液体水素貯槽２０のボイルオフガスを投入可能な１つのみ或いは２つのみの投入経路が含まれてもよいし、４つ以上の投入経路が含まれてもよい。

【0111】

液化経路ＯＵＴは、ジュールトムソン弁ＪＴから出力される液体水素を液体水素貯槽１０に向けて出力する。

【0112】

このように、本例では、再液化装置６０は、液体水素貯槽１０，２０のボイルオフガスを再液化し、液体水素貯槽１０に戻すことができる。

【0113】

また、本例では、再液化装置６０は、液体水素貯槽２０から移送されるボイルオフガスの温度状態に合わせて、断熱圧縮後の水素ガスの冷却に使用される、断熱圧縮前の水素ガスに液体水素貯槽２０のボイルオフガスを合流させる位置を変化させる。これにより、水素ガスの再液化の運転効率の最適化を図ることができる。

【0114】

［作用］
次に、本実施形態に係る液体水素移送システムの作用について説明する。

【0115】

本実施形態では、液体水素移送システムは、第１の貯留部と、第２の貯留部と、第１の経路と、転換促進部と、を備える。液体水素移送システムは、例えば、上述の液体水素移送システム１である。第１の貯留部は、例えば、液体水素貯槽１０である。第２の貯留部は、例えば、液体水素貯槽２０である。第１の経路は、例えば、液体水素流路３１や液体水素流路４１である。転換促進部は、例えば、上述のオルト・パラ転換触媒槽３１Ｒやオルト・パラ転換触媒槽４１Ｒである。具体的には、第１の貯留部は、液体水素を貯留する。また、第２の貯留部は、液体水素を貯留する。また、第１の経路は、第１の貯留部と第２の貯留部との間で液体水素を移送するために用いられる。そして、転換促進部は、第１の経路に設けられ、液体水素に含まれるオルト水素のパラ水素への転換を促進する触媒を含む。

【0116】

これにより、液体水素移送システムは、第１の経路で移送される極低温の液体水素のオルト・パラ転換を促進させることができる。そのため、液体水素移送システムは、第１の貯留部及び第２の貯留部のうちの移送先の貯留部に流入する液体水素を平衡状態にしたり、平衡状態に近づけたりすることができる。よって、液体水素移送システムは、移送先の貯留部でのオルト・パラ転換の際の転換熱に伴う液体水素の蒸発を抑制し、ボイルオフガスの発生をより簡易に抑制することができる。

【0117】

また、本実施形態では、液体水素移送システムでは、第１の貯留部から第２の貯留部に液体水素を移送するための第１の経路、及び第２の貯留部から第１の貯留部に液体水素を移送するための第１の経路が設けられてもよい。前者及び後者の第１の経路は、それぞれ、例えば、上述の液体水素流路３１及び液体水素流路４１である。そして、転換促進部は、前者及び後者の第１の経路の双方に設けられてもよい。

【0118】

これにより、液体水素移送システムは、第１の貯留部から第２の貯留部に液体水素を移送する場合、及び第２の貯留部から第１の貯留部に液体水素を移送する場合の双方について、移送中の液体水素のオルト・パラ転換を促進することができる。そのため、液体水素移送システムは、第１の貯留部から第２の貯留部に液体水素を移送する場合、及び第２の貯留部から第１の貯留部に液体水素を移送する場合の双方について、移送先の貯留部でのオルト・パラ転換の際の転換熱に伴う液体水素の蒸発を抑制できる。

【0119】

また、本実施形態では、液体水素移送システムは、管部と、第２の経路と、を備えてもよい。管部は、例えば、移送管３０や移送管４０である。第２の経路は、例えば、ＢＯＧ流路３２やＢＯＧ流路４２，４３である。具体的には、管部は、第１の貯留部と第２の貯留部との間を接続する。また、第２の経路は、液体水素が気化したボイルオフガスを第１の貯留部及び第２の貯留部の少なくとも一方から外部に流出させるために用いられる。そして、第１の経路及び第２の経路の双方は、管部の内部に設けられる。

【0120】

これにより、液体水素移送システムは、管部の内部の第２の経路の極低温のボイルオフガスによって、管部の内部の第１の経路の液体水素の温度上昇を抑制することができる。そのため、液体水素移送システムは、第１の貯留部や第２の貯留部のボイルオフガスを利用して、第１の貯留部と第２の貯留部との間の液体水素の移送に伴うボイルオフガスの発生を抑制することができる。また、第１の貯留部や第２の貯留部には、液体水素の移送時における圧力差によって生じる、不可避のフラッシュガスに起因するボイルオフガスが含まれうる。そのため、ゼロにすることが不可能なボイルオフガスを利用して、第１の貯留部と第２の貯留部との間の液体水素の移送に伴うボイルオフガスの発生を安定的に抑制することができる。

【0121】

以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0122】

１ 液体水素移送システム
１０，２０ 液体水素貯槽
３０ 移送管
３０－１，３０－２ 移送管
３０Ａ 外管
３０Ｂ シールド内管
３０Ｃ，３０Ｄ 移送管
３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｈ スペーサ
３１ 液体水素流路
３１Ｒ オルト・パラ転換触媒槽
３２ ＢＯＧ流路
４０ 移送管
４０Ｄ 移送管
４１ 液体水素流路
４１Ｒ オルト・パラ転換触媒槽
４２ ＢＯＧ流路
４２Ｖ バルブ
４３ ＢＯＧ流路
５０ 断熱バルブボックス
６０ 再液化装置
ＣＰ 圧縮機
ＥＰ 超臨界膨張タービン
ＥＰ３ 膨張タービン
ＥＰ３１，ＥＰ３２ 膨張タービン
ＨＸ１～ＨＸ６ 熱交換器
ＪＴ ジュールトムソン弁
Ｌ１～Ｌ３ 経路
ＯＵＴ 液化経路
ＳＰ１，ＳＰ２ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】