特開 2024-21484 液化装置、液化システム、水素ガス充填システム

(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】P2024021484

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】液化装置、液化システム、水素ガス充填システム

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20240208BHJP

   F17C 5/06 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

F17C13/00 302A

F17C5/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022124334

(22)【出願日】2022-08-03

(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】山本 竜平

(72)【発明者】

【氏名】蓮仏 達也

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA03

3E172AA05

3E172AA06

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB05

3E172BB13

3E172BB17

3E172EA35

3E172EA48

3E172EA51

3E172GA17

3E172HA04

3E172HA14

3E172JA01

3E172JA08

(57)【要約】

【課題】ボイルオフガスの再液化の際のエネルギ消費を低減させることが可能な技術を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る再液化装置３０は、液体水素を貯留する液体水素貯槽１０から供給されるボイルオフガスが通流する低圧経路Ｌ１と、低圧経路Ｌ１のボイルオフガスを圧縮する圧縮部と、圧縮部から流出する高温のボイルオフガスが通流する高圧経路Ｌ２と、低圧経路Ｌ１の低温側のボイルオフガスと高圧経路Ｌ２の高温側のボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換器ＨＸと、熱交換器ＨＸを通じて温度が低下した高圧経路Ｌ２のボイルオフガスの少なくとも一部を膨張により液化させるジュールトムソン弁ＪＴと、低圧経路Ｌ１とは別に設けられ、熱交換器ＨＸのうちの最も高温側の熱交換器ＨＸ１に対して、液体水素貯槽１０から供給されるボイルオフガスを低温側の冷媒として通過させるＢＯＧ回収経路３２Ｂと、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体水素を貯留する貯留装置から供給されるボイルオフガスが通流する第１の経路と、
前記第１の経路のボイルオフガスを圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部から流出する高温のボイルオフガスが通流する第２の経路と、
前記第１の経路の低温側のボイルオフガスと前記第２の経路の高温側のボイルオフガスとの間で熱交換を行う複数段の熱交換部と、
前記複数段の熱交換部を通じて温度が低下した前記第２の経路のボイルオフガスの少なくとも一部を膨張により液化させる液化部と、
前記第１の経路とは別に設けられ、前記複数段の熱交換部のうちの最も高温側の第１の熱交換部に対して、前記貯留装置から供給されるボイルオフガスを低温側の冷媒として通過させる第３の経路と、を備える、
液化装置。

【請求項2】

前記第３の経路は、前記第１の熱交換部と前記圧縮部との間で、前記第１の経路に接続される、
請求項１に記載の液化装置。

【請求項3】

前記複数段の熱交換部のうちの少なくとも一部の熱交換部の上流側で前記貯留装置から供給されるボイルオフガスを前記第１の経路に流入させる第４の経路を備える、
請求項２に記載の液化装置。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか一項に記載の液化装置と、
前記液化装置にボイルオフガスを供給し、前記液化装置からボイルオフガスが液化された液体水素を受け入れる前記貯留装置と、を備える、
液化システム。

【請求項5】

請求項１乃至３の何れか一項に記載の液化装置と、
前記液化装置にボイルオフガスを供給し、前記液化装置からボイルオフガスが液化された液体水素を受け入れる前記貯留装置と、
前記貯留装置から供給される液体水素から水素ガスを生成する生成装置と、
前記生成装置により生成される水素ガスを被充填対象に充填する充填装置と、を備える、
水素ガス充填システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液化装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、液体水素から発生するボイルオフガス（ＢＯＧ：Boil off Gas）を再液化する技術が知られている（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】

しかしながら、ボイルオフガスの再液化には、外部からのエネルギの供給が必要になる。そのため、ボイルオフガスの再液化の際のエネルギ消費は、低減されることが望ましい。

【0005】

そこで、上記課題に鑑み、ボイルオフガスの再液化の際のエネルギ消費を低減させ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】

【0006】

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貯留装置から供給されるボイルオフガスが通流する第１の経路と、
前記第１の経路のボイルオフガスを圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部から流出する高温のボイルオフガスが通流する第２の経路と、
前記第１の経路の低温側のボイルオフガスと前記第２の経路の高温側のボイルオフガスとの間で熱交換を行う複数段の熱交換部と、
前記複数段の熱交換部を通じて温度が低下した前記第２の経路のボイルオフガスの少なくとも一部を膨張により液化させる液化部と、
前記第１の経路とは別に設けられ、前記複数段の熱交換部のうちの最も高温側の第１の熱交換部に対して、前記貯留装置から供給されるボイルオフガスを低温側の冷媒として通過させる第３の経路と、を備える、
液化装置が提供される。

【0007】

また、本開示の他の実施形態では、
上述の液化装置と、
前記液化装置にボイルオフガスを供給し、前記液化装置からボイルオフガスが液化された液体水素を受け入れる前記貯留装置と、を備える、
液化システムが提供される。

【0008】

また、本開示の更に他の実施形態では、
上述の液化装置と、
前記液化装置にボイルオフガスを供給し、前記液化装置からボイルオフガスが液化された液体水素を受け入れる前記貯留装置と、
前記貯留装置から供給される液体水素から水素ガスを生成する生成装置と、
前記生成装置により生成される水素ガスを被充填対象に充填する充填装置と、を備える、
水素ガス充填システムが提供される。

【発明の効果】

【0009】

上述の実施形態によれば、ボイルオフガスの再液化の際のエネルギ消費を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】液体水素貯留システムの一例を示す図である。

【図2】再液化装置の構成の第１例を概略的に示す図である。

【図3】再液化装置の構成の第２例を概略的に示す図である。

【図4】水素ガス充填システムの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

【0012】

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」）の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。

【0013】

［液体水素貯留システム］
図１を参照して、本実施形態に係る液体水素貯留システム１００について説明する。

【0014】

図１は、液体水素貯留システム１００の一例を示す図である。

【0015】

図１に示すように、液体水素貯留システム１００は、液体水素貯槽１０と、液体水素供給ライン２０と、再液化装置３０と、ＢＯＧ回収ライン４０と、液体水素供給ライン５０とを含む。

【0016】

液体水素貯槽１０は、液体水素供給ライン２０を通じて外部から供給される液体水素を貯留する。

【0017】

液体水素貯槽１０は、液体水素が貯留される内槽１１と、内槽１１の外側を覆う外槽１２とを含む。

【0018】

外槽１２は、内槽１１の内部の液体水素への入熱を抑制する断熱構造を有する。例えば、外槽１２と内槽１１との間には、真空断熱層が設けられる。

【0019】

液体水素供給ライン２０は、一端が液体水素貯槽１０（内槽１１）と接続され、外部（他端）から液体水素貯槽１０に液体水素を供給するために用いられる。

【0020】

液体水素供給ライン２０は、主供給ライン２１と、予冷ライン２２とを含む。

【0021】

主供給ライン２１は、液体水素貯槽１０（内槽１１）が液体水素を貯留可能な極低温の状態に冷却済の状態で利用される。主供給ライン２１には、その開閉状態や開度を調整可能な開閉弁２１Ｖが設けられる。

【0022】

予冷ライン２２は、液体水素貯槽１０（内槽１１）が液体水素を貯留可能な極低温状態に冷却されていない状態で利用される。予冷ライン２２には、その開閉状態や開度を調整可能な開閉弁２２Ｖが設けられる。

【0023】

例えば、液体水素貯槽１０（内槽１１）が極低温状態にない場合、予冷ライン２２によって供給される液体水素によって、液体水素貯槽１０（内槽１１）が予冷され、その後、主供給ライン２１によって供給される液体水素が液体水素貯槽１０に貯留される。

【0024】

再液化装置３０は、液体水素貯槽１０の上部に溜まっているボイルオフガスを回収して液化させ、ボイルオフガスが液化された液体水素を液体水素貯槽１０（内槽１１）に戻す。

【0025】

ＢＯＧ回収ライン４０は、液体水素貯槽１０（内槽１１）と再液化装置３０との間を接続し、内槽１１の中の上部に溜まっているボイルオフガスを液体水素貯槽１０に回収するために用いられる。

【0026】

ＢＯＧ回収ライン４０は、一端が液体水素貯槽１０（内槽１１）に接続され、他端がＢＯＧ回収ライン４１，４２に分岐している。ＢＯＧ回収ライン４１，４２の先端は、再液化装置３０に接続される。

【0027】

ＢＯＧ回収ライン４０の一端と分岐箇所との間には、その間の開閉状態や開度を調整可能な開閉弁４０Ｖが設けられる。

【0028】

ＢＯＧ回収ライン４２には、その開閉状態や開度を調整可能な開閉弁４２Ｖが設けられる。これにより、例えば、ＢＯＧ回収ライン４１のみで再液化装置３０にボイルオフガスを回収する場合と、ＢＯＧ回収ライン４１，４２の双方で再液化装置３０にボイルオフガスを回収する場合とを切り換えることができる。

【0029】

液体水素供給ライン５０は、再液化装置３０と液体水素貯槽１０（内槽１１）との間を接続し、再液化装置３０でボイルオフガスが再液化されることにより生成される液体水素を液体水素貯槽１０（内槽１１）に供給するために用いられる。

【0030】

液体水素供給ライン５０には、その開閉状態や開度を調整可能な開閉弁５０Ｖが設けられる。

【0031】

このように、本例では、液体水素貯留システム１００は、再液化装置３０を用いて、液体水素貯槽１０（内槽１１）のボイルオフガスを再液化し、液体水素として液体水素貯槽１０に戻すことができる。そのため、例えば、液体水素貯槽１０（内槽１１）の内部の圧力上昇に応じたボイルオフガスの大気への放出の機会を抑制し、その結果、エネルギロスを抑制することができる。

【0032】

［再液化装置］
次に、図２、図３を参照して、再液化装置３０について説明する。

【0033】

＜第１例＞
図２は、再液化装置３０の構成の第１例を概略的に示す図である。

【0034】

図２に示すように、再液化装置３０は、液化循環回路３１と、ＢＯＧ回収経路３２と、液体水素供給経路３３とを含む。

【0035】

液化循環回路３１は、ＢＯＧ回収ライン４０を通じて液体水素貯槽１０から回収されるボイルオフガスを液化する。液化循環回路３１の大部分（圧縮機ＣＰを除く箇所）は、断熱構造を有するコールドボックスＣＢに覆われている。

【0036】

液化循環回路３１は、低圧経路Ｌ１と、圧縮機ＣＰと、高圧経路Ｌ２と、熱交換器ＨＸと、タービンバイパス経路Ｌ３と、膨張タービンＥＰ１，ＥＰ２と、オルト・パラ変換器ＯＴＣと、バイパス経路Ｌ４と、ジュールトムソン弁ＪＴと、貯槽ＳＴとを含む。

【0037】

低圧経路Ｌ１は、液体水素貯槽１０から回収された、極低温のボイルオフガスを含む水素ガスを圧縮機ＣＰに送るための経路である。低圧経路Ｌ１の水素ガスは、高圧経路Ｌ２の水素ガスに比して温度が常に低い状態にある。低圧経路Ｌ１は、その一端が貯槽ＳＴに接続され、他端が圧縮機ＣＰの吸入側に接続される。

【0038】

圧縮機ＣＰは、低圧経路Ｌ１から吸入される水素ガスを圧縮し、圧縮された水素ガスを高圧経路Ｌ２に吐出する。

【0039】

高圧経路Ｌ２は、圧縮機ＣＰから吐出された水素ガスが通流する経路である。高圧経路Ｌ２の水素ガスは、低圧経路Ｌ１の水素ガスに比して温度が常に高い状態にある。高圧経路Ｌ２は、その一端が圧縮機ＣＰの吐出側に接続され、他端が貯槽ＳＴに接続される。

【0040】

熱交換器ＨＸは、低圧経路Ｌ１の水素ガスと、高圧経路Ｌ２の水素ガスとの間で熱交換を行う。これにより、高圧経路Ｌ２の水素ガスの温度を低下させることができると共に、低圧経路Ｌ１の水素ガスの温度を圧縮機ＣＰが吸入可能な温度域まで回復させることができる。

【0041】

熱交換器ＨＸは、複数段の熱交換器を含む。コールドボックスＣＢの内部の熱交換器の構成数は、再液化装置３０ごとの最適設計によって任意に選択されうる。例えば、図２に示すように、熱交換器ＨＸは、熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６を含む。

【0042】

例えば、低圧経路Ｌ１は、上流（貯槽ＳＴ側）から下流（圧縮機ＣＰ側）に向かって、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の順に通過する。

【0043】

例えば、高圧経路Ｌ２は、上流（圧縮機ＣＰ側）から下流（貯槽ＳＴ側）に向かって、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、及び熱交換器ＨＸ６の順に通過する。

【0044】

例えば、熱交換器ＨＸ１によって、圧縮機ＣＰにより圧縮された水素ガスの温度は、約８０Ｋ（ケルビン）まで低下する。そして、更に、熱交換器ＨＸ２～ＨＸ６によって、水素ガスの温度が順次低下し、熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ６）の下流の高圧経路Ｌ２には、約２１Ｋ（ケルビン）まで温度が低下した水素ガスが流出する。

【0045】

タービンバイパス経路Ｌ３は、高圧経路Ｌ２における熱交換器ＨＸ２と熱交換器ＨＸ３との間の箇所から水素ガスを分岐させ、熱交換器ＨＸ５と熱交換器ＨＸ６との間の箇所で低圧経路Ｌ１に合流させる経路である。タービンバイパス経路Ｌ３は、熱交換器ＨＸ４を通過する。

【0046】

膨張タービンＥＰ１は、タービンバイパス経路Ｌ３における熱交換器ＨＸ４よりも上流側に設けられる。膨張タービンＥＰ１は、タービンバイパス経路Ｌ３の水素ガスを膨張させることにより、圧力及び温度が低下した水素ガスを下流側に流出させる。これにより、熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ４）は、低温側の冷媒としてタービンバイパス経路Ｌ３の水素ガスを利用することができる。そのため、高圧経路Ｌ２の水素ガスの温度をより確実に低下させることができる。

【0047】

膨張タービンＥＰ２は、タービンバイパス経路Ｌ３における熱交換器ＨＸ４よりも下流側に設けられる。膨張タービンＥＰ２は、タービンバイパス経路Ｌ３の水素ガスを膨張させることにより、圧力及び温度が低下した水素ガスを下流側に流出させる。これにより、膨張タービンＥＰ２によって温度を低下させた水素ガスを低圧経路Ｌ１に還流させて、熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ１～ＨＸ５）の低温側の冷媒として寒冷利用することができる。そのため、熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６）の低温側（低圧経路Ｌ１）で必要な寒冷量を確実に達成することができる。

【0048】

タービンバイパス経路Ｌ３には、水素ガスのバイパスの有無やバイパス量を調整可能な開閉弁Ｌ３Ｖが膨張タービンＥＰ１の上流側に設けられる。

【0049】

オルト・パラ変換器ＯＴＣは、高圧経路Ｌ２における熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ６）の下流に配置され、熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６）によって冷却された水素ガスに含まれるオルト水素をパラ水素に変換（転換）させるために用いられる。オルト・パラ変換器ＯＴＣ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内蔵される。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、熱交換器ＨＸにより冷却された非常に低温の水素ガスにおけるオルト水素とパラ水素との比率を平衡状態に近づけることができる。そのため、オルト・パラ転換の際の転換熱に伴って生じる、貯槽ＳＴや液体水素貯槽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。

【0050】

バイパス経路Ｌ４は、オルト・パラ変換器ＯＴＣの中の水素ガスを低圧経路Ｌ１に還流させる経路である。バイパス経路Ｌ４は、一端がオルト・パラ変換器ＯＴＣに接続され、他端が低圧経路Ｌ１における熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ６）の上流側の箇所に接続される。これにより、低圧経路Ｌ１の水素ガスのオルト水素とパラ水素の比率を平衡状態に近づけることができる。

【0051】

ジュールトムソン弁ＪＴは、高圧経路Ｌ２におけるオルト・パラ変換器ＯＴＣの下流に配置され、オルト・パラ変換器ＯＴＣから供給される水素ガスを等エンタルピ膨張（断熱膨張）させる。熱交換器ＨＸは、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になるように構成されている。そのため、ジュールトムソン弁ＪＴにおける等エンタルピ膨張によって温度降下が生じ、水素ガスの少なくとも一部を液化させて、その液化分を再液化の液体水素として貯槽ＳＴに戻すことができる。

【0052】

貯槽ＳＴには、液体水素が貯留される。また、貯槽ＳＴ内の上部には、平衡した水素ガスが溜まっている。

【0053】

ＢＯＧ回収経路３２は、外部から回収される水素ガス（ボイルオフガス）を液化循環回路３１の中に回収するために用いられる。

【0054】

ＢＯＧ回収経路３２は、ＢＯＧ回収経路３２Ａ，３２Ｂを含む。

【0055】

ＢＯＧ回収経路３２Ａは、ＢＯＧ回収ライン４０，４１を通じて回収されるボイルオフガスを液化循環回路３１の中に回収するために用いられる。ＢＯＧ回収経路３２Ａは、その一端がＢＯＧ回収ライン４１と接続され、他端が低圧経路Ｌ１における熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ６）の上流側の箇所に接続される。これにより、液体水素貯槽１０から回収されるボイルオフガスを低圧経路Ｌ１に回収することができる。

【0056】

尚、ＢＯＧ回収経路３２Ａは、液体水素貯槽１０から供給（回収）されるボイルオフガスの温度によっては、熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６）の上流側ではなく、熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６のうちの一部の熱交換器の上流側に接続されてもよい。また、ＢＯＧ回収経路３２Ａは、液体水素貯槽１０から供給（回収）されるボイルオフガスの温度条件の変化に合わせて、熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６との相対的な位置関係において、低圧経路Ｌ１にボイルオフガスを回収する箇所を変更可能に構成されてもよい。

【0057】

ＢＯＧ回収経路３２Ｂは、ＢＯＧ回収ライン４０，４２を通じて回収されるボイルオフガスを液化循環回路３１の中に回収するために用いられる。ＢＯＧ回収経路３２Ｂは、その一端がＢＯＧ回収ライン４２と接続され、他端が低圧経路Ｌ１における熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ１）の下流側の箇所と接続される。これにより、液体水素貯槽１０から回収されるボイルオフガスを低圧経路Ｌ１に回収することができる。

【0058】

また、ＢＯＧ回収経路３２Ｂは、熱交換器ＨＸ１を通過する。これにより、熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ１）は、液体水素貯槽１０から回収される極低温のボイルオフガスを低温側の冷媒として利用することができる。そのため、例えば、通常用いられている液体窒素等の外部からの補助冷媒を導入することなく、高圧経路Ｌ２の水素ガスの温度を確実に低下させることができる。また、熱交換器ＨＸ１を通過させることによって、ボイルオフガスの温度を上昇させ、圧縮機ＣＰに吸入可能な温度域まで回復させることができる。そのため、例えば、圧縮機ＣＰの吸入側に外部から常温の水素ガスを導入する必要がなくなる。

【0059】

ＢＯＧ回収経路３２Ｂには、ＢＯＧ回収経路３２Ｂの開閉状態や開度を調整可能な開閉弁３２ＢＶが設けられる。

【0060】

尚、熱交換器ＨＸ１には、例えば、液体窒素等の他の補助冷媒が更に導入されてもよい。

【0061】

液体水素供給経路３３は、貯槽ＳＴの液体水素を外部に供給するために用いられる。液体水素供給経路３３は、その一端が貯槽ＳＴに接続され、他端が液体水素供給ライン５０に接続される。これにより、液化循環回路３１によってボイルオフガスが再液化された液体水素を液体水素貯槽１０に戻すことができる。

【0062】

このように、再液化装置３０は、外部から回収される極低温のボイルオフガスを熱交換器ＨＸ１の補助冷媒として利用することができる。これにより、液体窒素等の専用の補助冷媒の使用量を減らしたり、その使用自体を止めたりすることができる。そのため、専用の補助冷媒を生成するためのエネルギを低減し、ボイルオフガスの再液化の際のエネルギ消費を低減させることができる。

【0063】

＜第２例＞
図３は、再液化装置３０の構成の第２例を概略的に示す図である。

【0064】

以下、上述の第１例と同じ或いは対応する構成には同一の符号を付すと共に、上述の第１例と異なる部分を中心に説明する。

【0065】

図３に示すように、再液化装置３０は、上述の第１例と同様、液化循環回路３１と、ＢＯＧ回収経路３２と、液体水素供給経路３３とを含む。

【0066】

液化循環回路３１は、上述の第１例と同様、低圧経路Ｌ１と、圧縮機ＣＰと、高圧経路Ｌ２と、熱交換器ＨＸと、タービンバイパス経路Ｌ３と、膨張タービンＥＰ１，ＥＰ２と、オルト・パラ変換器ＯＴＣと、バイパス経路Ｌ４と、ジュールトムソン弁ＪＴと、貯槽ＳＴとを含む。また、液化循環回路３１は、上述の第１例と異なり、超臨界膨張タービンＳＣを含む。

【0067】

熱交換器ＨＸは、上述の第１例と異なり、熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６に加えて、熱交換器ＨＸ７を含む

【0068】

低圧経路Ｌ１は、上流（貯槽ＳＴ側）から下流（圧縮機ＣＰ側）に向かって、熱交換器ＨＸ７、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の順に通過する。

【0069】

高圧経路Ｌ２は、上流（圧縮機ＣＰ側）から下流（貯槽ＳＴ側）に向かって、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、熱交換器ＨＸ６、及び熱交換器ＨＸ７の順に通過する。

【0070】

超臨界膨張タービンＳＣは、高圧経路Ｌ２における熱交換器ＨＸ６と熱交換器ＨＸ７との間に設けられ、熱交換器ＨＸ６を通過した水素ガスを断熱膨張させることで更に温度を低下させ、熱交換器ＨＸ７に供給する。

【0071】

このように、本例では、再液化装置３０は、超臨界膨張タービンＳＣを用いて、高圧経路Ｌ２の水素ガスを更に冷却することができる。そのため、水素ガス（ボイルオフガス）の液化効率を向上させることができる。

【0072】

［液体水素貯留システムの適用例］
次に、図４を参照して、液体水素貯留システム１００の適用例について説明する。

【0073】

図４は、液体水素貯留システム１００の適用例を示す図である。具体的には、図４は、水素ガス充填システム１の一例を示す図である。

【0074】

図４に示すように、水素ガス充填システム１は、液体水素貯留システム１００と、液体水素気化設備２００と、水素ガス圧縮設備３００と、高圧水素ガス貯蔵設備４００と、ディスペンサ５００とを含む。

【0075】

液体水素貯留システム１００は、ローリＲＬにより運び込まれる液体水素を、液体水素供給ライン２０を通じて液体水素貯槽１０に受け入れて、貯留する。

【0076】

液体水素気化設備２００は、例えば、精留塔を中心に構成され、液体水素貯槽１０から供給される液体水素を気化させて水素ガスを生成する。

【0077】

水素ガス圧縮設備３００は、液体水素気化設備２００から供給される水素ガスを圧縮する。

【0078】

水素ガス圧縮設備３００は、低圧水素ガス貯蔵タンク３１０と、圧縮機３２０とを含む。

【0079】

低圧水素ガス貯蔵タンク３１０は、液体水素気化設備２００から供給される、相対的に低い圧力の水素ガスを貯蔵する。

【0080】

圧縮機３２０は、低圧水素ガス貯蔵タンク３１０から供給される水素ガスを圧縮し、相対的に高い圧力に昇圧された水素ガスを生成する。

【0081】

水素ガス圧縮設備３００（圧縮機３２０）で生成される高圧の水素ガスは、高圧水素ガス貯蔵設備４００及びディスペンサ５００の少なくとも一方に供給される。

【0082】

高圧水素ガス貯蔵設備４００は、水素ガス圧縮設備３００から供給される高圧の水素ガスを貯蔵すると共に、ディスペンサ５００に高圧の水素ガスを供給する。例えば、高圧水素ガス貯蔵設備４００は、非常に高い耐圧性能を有し、高圧の水素ガスを貯蔵可能な複数の水素ガス貯蔵タンクを含む。

【0083】

ディスペンサ５００は、水素ガス圧縮設備３００及び高圧水素ガス貯蔵設備４００の少なくとも一方から供給される高圧の水素ガスを車両ＶＣＬの水素タンクＴＮＫに充填する。車両ＶＣＬは、例えば、水素ガスを燃料として発電可能な燃料電池を搭載する燃料電池車である。

【0084】

ディスペンサ５００は、プレクーラ５１０を含む。

【0085】

プレクーラ５１０は、水素ガス圧縮設備３００及び高圧水素ガス貯蔵設備４００の少なくとも一方から供給される高圧の水素ガスを、水素タンクＴＮＫへの充填前に冷却する。これにより、加圧によって充填される際の水素タンクに充填される水素ガスの温度の上昇によって、水素タンクＴＮＫの温度が所定の基準温度（例えば、８５℃）超えてしまうような事態を抑制することができる。

【0086】

プレクーラ５１０は、冷却部５１１と、冷凍機５１２とを含む。

【0087】

冷却部５１１は、水素ガス圧縮設備３００及び高圧水素ガス貯蔵設備４００の少なくとも一方から供給される高圧の水素ガスを冷却する。

【0088】

冷凍機５１２は、冷却部５１１に水素ガスを冷却するための冷熱エネルギを供給する。

【0089】

尚、液体水素気化設備２００の水素ガスをディスペンサ５００にバイパスさせる経路を設けて、ディスペンサ５００から水素タンクＴＮＫに充填される水素ガスに対して、液体水素気化設備２００の水素ガスが直接混合されてもよい。これにより、液体水素気化設備２００の極低温の水素ガスによって、ディスペンサ５００から水素タンクＴＮＫに充填される水素ガスの温度を低下させることができる。この場合、プレクーラ５１０は省略されてもよい。

【0090】

このように、液体水素貯留システム１００を水素ガス充填システム１に適用することができる。

【0091】

尚、液体水素貯留システム１００は、水素ガス充填システム１以外のシステムや設備等に適用されてもよい。例えば、液体水素貯留システム１００は、他の液体水素貯槽との間で液体水素を移送するための液体水素移送システムに適用されてもよい。他の液体水素貯槽は、例えば、同じ液体水素の貯留施設に設置される液体水素貯槽である。また、他の液体水素貯槽は、液体水素貯留システム１００が設置される地上の施設に隣接する港に接岸する船に搭載される液体水素貯槽であってもよい。

【0092】

［作用］
次に、本実施形態に係る液化装置の作用について説明する。

【0093】

本実施形態では、液化装置は、第１の経路と、圧縮部と、第２の経路と、複数段の熱交換部と、液化部と、第３の経路と、を備える。液化装置は、例えば、上述の再液化装置３０である。第１の経路は、例えば、上述の低圧経路Ｌ１である。圧縮部は、例えば、上述の圧縮機ＣＰである。第２の経路は、例えば、上述の高圧経路Ｌ２である。複数段の熱交換部は、例えば、上述の熱交換器ＨＸ（熱交換器ＨＸ１～ＨＸ６或いは熱交換器ＨＸ１～ＨＸ７）である。液化部は、例えば、上述のジュールトムソン弁ＪＴである。第３の経路は、例えば、ＢＯＧ回収経路３２Ｂである。具体的には、第１の経路は、液体水素を貯留する貯留装置から供給されるボイルオフガスが通流する。貯留装置は、例えば、上述の液体水素貯槽１０である。また、圧縮部は、第１の経路のボイルオフガスを圧縮する。また、第２の経路は、圧縮部から流出する高温のボイルオフガスが通流する。また、複数段の熱交換部は、第１の経路の低温側のボイルオフガスと第２の経路の高温側のボイルオフガスとの間で熱交換を行う。また、液化部は、複数段の熱交換部を通じて温度が低下した第２の経路のボイルオフガスの少なくとも一部を膨張により液化させる。そして、第３の経路は、第１の経路とは別に設けられ、複数段の熱交換部のうちの最も高温側の第１の熱交換部に対して、貯留装置から供給されるボイルオフガスを低温側の冷媒として通過させる。第１の熱交換部は、例えば、上述の熱交換器ＨＸ１である。

【0094】

これにより、液化装置は、貯留装置から供給される極低温のボイルオフガスを第１の熱交換部の低温側の冷媒として利用することができる。そのため、例えば、外部から補助冷媒を導入する量を減らしたり、外部からの補助冷媒の導入自体を止めたりすることができる。よって、液化装置は、ボイルオフガスの再液化の際のエネルギ消費を低減させることができる。

【0095】

また、本実施形態では、第３の経路は、第１の熱交換部と圧縮部との間で、第１の経路に接続されてもよい。

【0096】

これにより、第１の熱交換部を通過することによって、圧縮部に導入可能な温度域までボイルオフガスの温度を回復させて、圧縮部に導入することができる。そのため、例えば、常温の水素ガスを外部から導入する必要がなくなる。

【0097】

また、本実施形態では、液化装置は、第４の経路を備えてもよい。第４の経路は、例えば、上述のＢＯＧ回収経路３２Ａである。具体的には、第４の経路は、複数段の熱交換部のうちの少なくとも一部の熱交換部の上流側で貯留装置から供給されるボイルオフガスを第１の経路に流入させる。

【0098】

これにより、液化装置は、第３の経路を通じて第１の経路の下流側で回収するボイルオフガスとは別に、貯留装置から回収されるボイルオフガスを第１の経路の上流側に回収することができる。

【0099】

また、本実施形態では、液化システムは、上述の液化装置と、液化装置にボイルオフガスを供給し、液化装置からボイルオフガスが液化された液体水素を受け入れる貯留装置と、を備えてもよい。液化システムは、例えば、上述の液体水素貯留システム１００である。

【0100】

また、本実施形態では、水素ガス充填システムは、上述の液化装置と、貯留装置と、生成装置と、充填装置と、を備えてもよい。水素ガス充填システムは、例えば、上述の水素ガス充填システム１である。生成装置は、例えば、上述の液体水素気化設備２００である。充填装置は、例えば、上述のディスペンサ５００である。具体的には、貯留装置は、液化装置にボイルオフガスを供給し、液化装置からボイルオフガスが液化された液体水素を受け入れる。また、生成装置は、貯留装置から供給される液体水素から水素ガスを生成する。そして、充填装置は、生成装置により生成される水素ガスを被充填対象に充填する。被充填対象は、車両ＶＣＬの水素タンクＴＮＫである。

【0101】

これにより、液化システムや水素ガス充填システムは、液化装置を用いて、貯留装置のボイルオフガスを再液化し、再液化された液体水素を貯留装置に戻すことができる。そのため、ボイルオフガスによって貯留装置の圧力が上昇し、ボイルオフガスを大気へ放出するような事態を抑制しエネルギロスを抑制することができる。

【0102】

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】

【0103】

１ 水素ガス充填システム
１０ 液体水素貯槽
１１ 内槽
１２ 外槽
２０ 液体水素供給ライン
２１ 主供給ライン
２１Ｖ 開閉弁
２２ 予冷ライン
２２Ｖ 開閉弁
３０ 再液化装置
３１ 液化循環回路
３２ ＢＯＧ回収経路
３２Ａ ＢＯＧ回収経路
３２Ｂ ＢＯＧ回収経路
３２ＢＶ 開閉弁
３３ 液体水素供給経路
４０ ＢＯＧ回収ライン
４０Ｖ 開閉弁
４１ ＢＯＧ回収ライン
４２ ＢＯＧ回収ライン
４２Ｖ 開閉弁
５０ 液体水素供給ライン
５０Ｖ 開閉弁
１００ 液体水素貯留システム
２００ 液体水素気化設備
３００ 水素ガス圧縮設備
３１０ 低圧水素ガス貯蔵タンク
３２０ 圧縮機
４００ 高圧水素ガス貯蔵設備
５００ ディスペンサ
５１０ プレクーラ
５１１ 冷却部
５１２ 冷凍機
ＣＢ コールドボックス
ＣＰ 圧縮機
ＥＰ１，ＥＰ２ 膨張タービン
ＨＸ 熱交換器
ＨＸ１～ＨＸ７ 熱交換器
ＪＴ ジュールトムソン弁
Ｌ１ 低圧経路
Ｌ２ 高圧経路
Ｌ３ タービンバイパス経路
Ｌ３Ｖ 開閉弁
Ｌ４ バイパス経路
ＯＴＣ オルト・パラ変換器
ＲＬ ローリ
ＳＣ 超臨界膨張タービン
ＳＴ 貯槽
ＴＮＫ 水素タンク
ＶＣＬ 車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】