特表 2023-551664 アンモニア貯蔵システムの温度管理プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-12

(54)【発明の名称】アンモニア貯蔵システムの温度管理プロセス

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20231205BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20231205BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20231205BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20231205BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20231205BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALI20231205BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALI20231205BHJP

   H01M 8/04007 20160101ALI20231205BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20231205BHJP

   B60L 50/70 20190101ALI20231205BHJP

   B60L 58/33 20190101ALI20231205BHJP

   B60L 58/34 20190101ALI20231205BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20231205BHJP

   F17C 11/00 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

F17C13/00 301Z

H01M8/00 Z

H01M8/0606

H01M8/04701

H01M8/04746

H01M8/04225

H01M8/04302

H01M8/04007

H01M8/0438

B60L50/70

B60L58/33

B60L58/34

F01N3/08 B

F17C11/00 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023530892

(86)(22)【出願日】2021-12-20

(85)【翻訳文提出日】2023-05-22

(86)【国際出願番号】 EP2021086811

(87)【国際公開番号】W WO2022136281

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】2013776

(32)【優先日】2020-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515269659

【氏名又は名称】プラスチック・オムニウム・アドヴァンスド・イノベーション・アンド・リサーチ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ユルゲン・デデールワーダー

【テーマコード（参考）】

3E172

3G091

5H125

5H127

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB20

3E172BA09

3E172BD03

3E172EA13

3E172EA22

3E172EA23

3E172EB02

3E172FA26

3G091AA02

3G091AB05

3G091AB16

3G091BA14

3G091CA17

5H125AA01

5H125AC07

5H125BD12

5H125CD06

5H125CD09

5H125EE34

5H125EE37

5H125FF09

5H125FF26

5H125FF27

5H127AB04

5H127BA01

5H127BA12

5H127BA28

5H127DA01

5H127DB77

5H127DC83

5H127DC84

5H127EE13

5H127FF02

(57)【要約】

－ スタート塩に吸収された形でのアンモニアの少なくとも１つのスタート貯蔵カートリッジ（８）と、
－ メイン塩に吸収された形でのアンモニアの少なくとも１つのメイン貯蔵カートリッジ（１０）であって、スタート塩のアンモニア脱着温度の方がメイン塩のアンモニア脱着温度よりも高い、少なくとも１つのメイン貯蔵カートリッジ（１０）と、
－ スタートカートリッジを加熱するように配置された加熱器（３４）と、
－ アンモニア消費装置（６）と、
－ 伝熱流体と、スタートカートリッジ（８）、メインカートリッジ（１０）および装置（６）のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも１つの伝熱流体循環ライン（２２）と、
－ スタートカートリッジ（８）と、メインカートリッジ（１０）と、装置（６）とをつなぐアンモニア循環管路（１２）と
を備えることを特徴とする、車両用アンモニア貯蔵システム（２）。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両用アンモニア貯蔵システム（２、２’）における熱管理プロセスであって、前記システムが、
－ スタートカートリッジ（８）と呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ メインカートリッジ（１０）と呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、所与の圧力下でのアンモニア脱着温度は前記スタート塩の方が高い、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ 前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）を加熱して、前記スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着させるように配置された加熱器（３４）と、
－ アンモニア消費装置（６）と、
－ 伝熱流体と、前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）、前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）および前記アンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも１つの伝熱流体循環ライン（２２）と、
－ 前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）と、前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）と、前記アンモニア消費装置（６）とをつなぐアンモニア循環管路（１２）と
を備え、前記熱管理プロセスでは、
－ スタート態勢で、前記加熱器（３４）を起動して前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）を加熱し、前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）に向かう伝熱流体の循環を制限し、前記伝熱流体を前記ライン（２２）に循環させて前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）を加熱するステップと、
－ 供給態勢で、前記加熱器（３４）を停止し、前記伝熱流体を引き続き前記ライン（２２）に循環させて前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）を加熱し、アンモニアが前記管路（１２）内を前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）の方に循環できるようにするステップと
が実行される、熱管理プロセス。

【請求項2】

前記アンモニア貯蔵システム（２、２’）が、前記アンモニア循環管路（１２）内に圧力センサ（１６）をさらに備え、前記圧力センサ（１６）が、２バールまたは３バールというような所定の閾値を超えるアンモニア圧力を測定したときに前記スタート態勢から前記供給態勢への移行が行われる、請求項１に記載の熱管理プロセス。

【請求項3】

－ 供給ピーク態勢で、前記加熱器（３４）を起動して前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）を加熱し、前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）に向かう前記伝熱流体の循環を制限し、前記伝熱流体を引き続き前記ライン（２２）に循環させて前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）を加熱するステップ
が実行される、請求項１または２に記載の熱管理プロセス。

【請求項4】

前記加熱器（３４）が誘導加熱器を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱管理プロセス。

【請求項5】

前記供給態勢の間、前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）に、前記所与の圧力下における前記メイン塩のアンモニア脱着温度と前記スタート塩のアンモニア脱着温度との間の温度にある前記伝熱流体をさらに循環させて、前記少なくとも１つのスタートカートリッジを冷却する、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱管理プロセス。

【請求項6】

前記アンモニア貯蔵システム（２’）が、
－ 前記伝熱流体と前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）との間で熱量交換を行えるように配置された第１の伝熱流体循環ライン（２２ａ）と、
－ 前記伝熱流体と、前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）および前記アンモニア消費装置（６）のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された第２の伝熱流体循環ライン（２２ｂ）と
を備え、
前記アンモニア貯蔵システム（２’）が、前記第１のライン（２２ａ）の前記伝熱流体と前記第２のライン（２２ｂ）の前記伝熱流体との間の熱量交換を、好ましくは２つのラインの前記伝熱流体が混ざり合うことなく行えるように配置された熱交換器（４４）をさらに備える、
請求項１から４のいずれか一項に記載の熱管理プロセス。

【請求項7】

車両（４）上で実行される、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱管理プロセス。

【請求項8】

－ スタートカートリッジ（８）と呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ メインカートリッジ（１０）と呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ 前記少なくとも１つのスタートカートリッジを加熱して前記スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着するように配置された加熱器（３４）と、
－ アンモニア消費装置（６）と、
－ 前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）と、前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）と、前記アンモニア消費装置（６）とをつなぐアンモニア循環管路（１２）と
を備えることを特徴とし、
－ 伝熱流体と、前記少なくとも１つのスタートカートリッジ（８）、前記少なくとも１つのメインカートリッジ（１０）および前記アンモニア消費装置（６）のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも１つの伝熱流体循環ライン（２２）をさらに備えること、ならびに
前記スタート塩が、所与の圧力下で、前記メイン塩のアンモニア脱着温度よりも高いアンモニア脱着温度をもつこと
を特徴とする、車両用アンモニア貯蔵システム（２、２’）。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載の熱管理プロセスを実行するように配置された制御ユニット（４０）をさらに備える、請求項８に記載のアンモニア貯蔵システム（２、２’）。

【請求項10】

前記加熱器（３４）が、導体材料、好ましくは強磁性体材料で製作されたパイプ（３６）を含み、前記パイプ（３６）が、
－ 誘導によって加熱され、
－ 前記伝熱流体循環ライン（２２）の一区間を形成する
ように構成されている、請求項８または９に記載のアンモニア貯蔵システム（２）。

【請求項11】

請求項８から１０のいずれか一項に記載のアンモニア貯蔵システム（２、２’）を備える自動車両（４）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両上でのアンモニア貯蔵システムの熱管理に関する。より詳細には、本発明は、車両用アンモニア貯蔵システムおよびそのシステムの熱管理プロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

アンモニアには、自動車両の車上で果たすことができる幾つかの機能がある。特に普及しているものとして、アンモニアを直接用いて動作する燃料電池または二水素を用いて動作する燃料電池（後者の場合には、電池への供給前にアンモニアをクラッキングする必要あり）におけるエネルギー担体としての利用が挙げられる。さらに、熱機関車両における排気ガスの触媒還元を挙げることもできる。

【0003】

アンモニアを車上で貯蔵するためには、貯蔵カートリッジ内で塩に吸収または吸着された気体の形で貯蔵することが知られている。これはアンモニアの安全な貯蔵法の１つである。その場合、アンモニアを消費できるようにするためには、アンモニアをまず脱着させる必要がある。特許文献１は、請求項８のプリアンブルでアンモニア貯蔵システムを開示している。本発明の説明の文脈では、簡潔のため、吸収および脱着という用語は、それぞれ気体アンモニアの塩への貯蔵と塩からの放出をいうために使用し、その貯蔵が吸収によるものであると、吸着によるものであるもとを問わないことにする。

【0004】

アンモニアの脱着反応は吸熱反応であるため、アンモニアの脱着を可能にするためには貯蔵カートリッジを加熱する必要がある。そのため、車両がアンモニアを消費する必要があるときには、伝熱流体を使うなどしてカートリッジを加熱することが知られている。それでも、カートリッジ内のアンモニアの脱着に必要な熱移動の慣性により、アンモニアの脱着が十分迅速に進まない可能性があり、車両の発進時に燃料電池に供給されるものとしてアンモニアが使われる場合などでは、それによって車両の動作に悪影響が及ぶ可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＥＰ２１８１９６３Ｂ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、アンモニアの迅速な脱着を可能にすること、特に車両の発進時に可能にすることによってその問題を解決することをとりわけ目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

そこで、本発明では、車両用アンモニア貯蔵システムにおける熱管理プロセスであって、そのシステムが、
－ スタートカートリッジと呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ メインカートリッジと呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、所与の圧力下でのアンモニア脱着温度はスタート塩の方が高い、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ 該少なくとも１つのスタートカートリッジを加熱して、スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着させるように配置された加熱器と、
－ 燃料電池などからなるアンモニア消費装置と、
－ 伝熱流体と、該少なくとも１つのスタートカートリッジ、該少なくとも１つのメインカートリッジおよびアンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも１つの伝熱流体循環ラインと、
－ 該少なくとも１つのスタートカートリッジと、該少なくとも１つのメインカートリッジと、アンモニア消費装置とをつなぐアンモニア循環管路と
を備え、熱管理プロセスでは、
－ スタート態勢で、加熱器を起動して該少なくとも１つのスタートカートリッジを加熱し、該少なくとも１つのスタートカートリッジに向かう伝熱流体の循環を制限し、伝熱流体をラインに循環させて該少なくとも１つのメインカートリッジを加熱するステップと、
－ 供給態勢で、加熱器を停止し、伝熱流体を引き続きラインに循環させて該少なくとも１つのメインカートリッジを加熱し、アンモニアが管路内を該少なくとも１つのスタートカートリッジの方に循環できるようにするステップと
が実行される、熱管理プロセスを企図する。

【0008】

そのため、貯蔵システムは、少なくとも１つのスタートカートリッジであって、該少なくとも１つのメインカートリッジがアンモニアの脱着を開始するまでの間、素早くそのスタートカートリッジの加熱を行うことで、消費装置に供給するためのアンモニアの素早い脱着を可能にする加熱器を装備したスタートカートリッジを備える。

【0009】

供給態勢の間、該少なくとも１つのメインカートリッジから放出されるアンモニアの一部は、該少なくとも１つのスタートカートリッジを満たす役割を果たす。実際、加熱器が停止されると、供給態勢時には所与の圧力下におけるメイン塩のアンモニア脱着温度とスタート塩のアンモニア脱着温度との間の温度にある伝熱流体の循環などによって、該少なくとも１つのスタートカートリッジ内の温度は供給態勢時のスタート塩の脱着温度未満に下がる。すると、該少なくとも１つのスタートカートリッジのスタート塩は該少なくとも１つのメインカートリッジからのアンモニアを吸収することができる。それにより、該少なくとも１つのスタートカートリッジは、車両の次なるスタートのための待機状態となる。

【0010】

一方、供給態勢の間は、伝熱流体は該少なくとも１つのメインカートリッジを加熱するように、同時に該少なくとも１つのスタートカートリッジを冷却するように構成されるため、スタート態勢時に加熱器から少なくとも１つのスタートカートリッジに与えられた熱量を供給態勢時には伝熱流体によって該少なくとも１つのメインカートリッジに改めて配給することができる。そうすることで、熱管理プロセスのエネルギー収支が最適化される。

【0011】

有利には、該少なくとも１つのスタートカートリッジのアンモニア貯蔵容量は、該少なくとも１つのメインカートリッジのアンモニア貯蔵容量よりも小さい。

【0012】

そのため、該少なくとも１つのスタートカートリッジにおけるアンモニアの脱着はその分だけ加速される。

【0013】

有利には、アンモニア貯蔵システムは、アンモニア循環管路内に圧力センサをさらに備え、圧力センサが、２バールまたは３バールというような所定の閾値を超えるアンモニア圧力を測定したときにスタート態勢から供給態勢への移行が行われる。

【0014】

態勢の切換えは、こうして圧力センサの測定値によって駆動することができ、容易に実装することができる。

【0015】

有利には、
－ 供給ピーク態勢で、加熱器を起動して該少なくとも１つのスタートカートリッジを加熱し、該少なくとも１つのスタートカートリッジに向かう伝熱流体の循環を制限し、伝熱流体を引き続きラインに循環させて該少なくとも１つのメインカートリッジを加熱するステップ
がさらに実行される。

【0016】

これにより、本発明は消費装置によるアンモニア消費の瞬間的なピークにも対応することができる。つまり、該少なくとも１つのスタートカートリッジは、車両のスタートのためのバッファとしても、アンモニアを非常に迅速に放出することができる補完的なアンモニアタンクとしても機能する。

【0017】

有利には、加熱器は誘導加熱器を備える。

【0018】

このタイプの加熱器は、該少なくとも１つのスタートカートリッジを素早く加熱するのに適している。

【0019】

有利には、スタート塩は、塩化マグネシウムもしくは塩化マンガン、または両者の混合物を含む。

【0020】

有利には、メイン塩は、塩化カルシウムもしくは塩化ストロンチウム、または両者の混合物を含む。

【0021】

これらの塩は互いに十分に離れた脱着温度を有しており、そのため、該少なくとも１つのスタートカートリッジを冷却する場合でも、該少なくとも１つのメインカートリッジを加熱する場合でも、伝熱流体とそれらのカートリッジとの間の熱移動の効率を高めることができる。

【0022】

本発明の１つの実施形態によれば、供給態勢の間、該少なくとも１つのスタートカートリッジに、所与の圧力下におけるメイン塩のアンモニア脱着温度とスタート塩のアンモニア脱着温度との間の温度にある伝熱流体をさらに循環させて、該少なくとも１つのスタートカートリッジを冷却する。

【0023】

それにより、伝熱流体は、該少なくとも１つのスタートカートリッジが次なるスタートまたは次なる消費ピークのためにアンモニアを吸収できるように行う該少なくとも１つのスタートカートリッジの冷却と、アンモニア消費装置への供給のためにアンモニアを脱着できるように行う該少なくとも１つのメインカートリッジの加熱とを、供給態勢時に同時に行うことができる。そのため、貯蔵システムにおける熱移動の編成を単純化することができ、したがってシステムの構造を、とりわけ伝熱流体の循環ラインを、単純化することができる。さらに、スタート態勢の間に加熱器によって該少なくとも１つのスタートカートリッジに与えられた熱エネルギーが失われないこともわかる。これは、その熱エネルギーが供給態勢の間に伝熱流体の再加熱に役立てられ、その伝熱流体が今度は該少なくとも１つのメインカートリッジの加熱を行うことになるためである。こうして、貯蔵システムのエネルギー消費を最適化することができる。

【0024】

本発明の別の実施形態によれば、アンモニア貯蔵システムは、
－ 伝熱流体と該少なくとも１つのスタートカートリッジとの間で熱量交換を行えるように配置された第１の伝熱流体循環ラインと、
－ 伝熱流体と、該少なくとも１つのメインカートリッジおよびアンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された第２の伝熱流体循環ラインと
を備え、
アンモニア貯蔵システムは、第１のラインの伝熱流体と第２のラインの伝熱流体との間の熱量交換を、好ましくは２つのラインの伝熱流体が混ざり合うことなく行えるように配置された熱交換器をさらに備える。

【0025】

そのため、本発明は、該少なくとも１つのスタートカートリッジと該少なくとも１つのメインカートリッジの個別の熱管理を、熱交換器によって熱エネルギーの損失を防ぎながら行うことができる。さらに、スタート態勢の間に加熱器によって該少なくとも１つのスタートカートリッジに与えられた熱エネルギーが失われないこともわかる。これは、その熱エネルギーが供給態勢の間に第１のラインの伝熱流体の再加熱に役立てられ、その伝熱流体が今度は熱交換器によって第２のラインの伝熱流体を加熱し、該少なくとも１つのメインカートリッジを間接的に加熱することになるためである。こうして、貯蔵システムのエネルギー消費を最適化することができる。

【0026】

有利には、本プロセスは車両上で実行される。

【0027】

本発明では、
－ スタートカートリッジと呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ メインカートリッジと呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、所与の圧力下でのアンモニア脱着温度はスタート塩の方が高い、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジと、
－ 該少なくとも１つのスタートカートリッジを加熱して、スタート塩に貯蔵されていたアンモニアを脱着するように配置された加熱器と、
－ アンモニア消費装置と、
－ 伝熱流体と、該少なくとも１つのスタートカートリッジ、該少なくとも１つのメインカートリッジおよびアンモニア消費装置のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された少なくとも１つの伝熱流体循環ラインと、
－ 該少なくとも１つのスタートカートリッジと、該少なくとも１つのメインカートリッジと、アンモニア消費装置とをつなぐアンモニア循環管路と
を備える車両用アンモニア貯蔵システムも企図する。

【0028】

有利には、貯蔵システムは、上に説明したような熱管理プロセスを実行するように配置された制御ユニットをさらに備える。

【0029】

本発明の１つの実施形態によれば、加熱器は、導体材料、好ましくは強磁性体材料で製作されたパイプを含み、そのパイプは、
－ 誘導によって加熱され、
－ 伝熱流体循環ラインの一区間を形成する
ように構成される。

【0030】

好ましくは、該少なくとも１つのスタートカートリッジの容器、つまりジャケットを形成する該少なくとも１つのスタートカートリッジの外側部分は、誘導加熱されることのない、プラスチックなどの材料で製作される。

【0031】

本発明によれば、上に説明したようなアンモニア貯蔵システムを備える自動車両も企図される。

【0032】

ここからは、本発明について、添付の図面を参照しながら例としてのみ行う以下の説明を通して紹介する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の第１の実施形態による車両用アンモニア貯蔵システムを示した図である。

【図2】図１のアンモニア貯蔵システムのスタートカートリッジをより大きな縮尺で示した全体図である。

【図3】本発明の第２の実施形態による車両用アンモニア貯蔵システムを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

図１に本発明の第１の実施形態による車両４用のアンモニア貯蔵システム２を示した。

【0035】

アンモニア貯蔵システム２はアンモニア消費装置６を備える。アンモニア消費装置６とは、動作のためにアンモニアの供給を受ける必要のある車両４の装置である。それは、アンモニア型燃料電池であることも、アンモニアをクラッキングして二水素を含む気体混合物に変えるように構成されたクラッキングモジュールを備える水素型燃料電池であることもできる。また、車両の排気ガスの触媒還元装置であることもできる。こうした様々なタイプのアンモニア消費装置は既知のものであり、この先これ以上説明することはしない。

【0036】

アンモニア貯蔵システム２は、スタートカートリッジ８と呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、スタート塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジを備える。アンモニア貯蔵システム２は、ここでは１つのみのスタートカートリッジ８を備えるが、アンモニア貯蔵システムが２つまたはそれ以上というように複数のスタートカートリッジを備えることを企図することができる。スタートカートリッジ８は、気体の形でのアンモニアの貯蔵を可能にする。そのため、スタートカートリッジ８はスタート塩を含んだマトリックスを備え、アンモニアはそのスタート塩に吸収される。ここでは、スタート塩は、塩化マグネシウムもしくは塩化マンガン、または両者の混合物を含む。

【0037】

アンモニア貯蔵システム２は、メインカートリッジ１０と呼ぶ少なくとも１つのアンモニア貯蔵カートリッジであって、メイン塩と呼ぶ塩に吸収された形でのアンモニアの貯蔵カートリッジを備える。アンモニア貯蔵システム２は、ここでは２つのメインカートリッジ１０を備えるが、アンモニア貯蔵システムがそれ以上の数のメインカートリッジを備えることを企図することができる。メインカートリッジ１０は、気体の状態でのアンモニアの貯蔵を可能にする。そのため、メインカートリッジ１０は、メイン塩を含んだマトリックスをそれぞれ備え、アンモニアはそのメイン塩に吸収される。ここでは、メイン塩は、塩化カルシウムもしくは塩化ストロンチウム、または両者の混合物を含む。スタート塩は、２バールまたは３バールなどの所与の圧力下で、メイン塩のアンモニア脱着温度Ｔ_ｐよりも高いアンモニア脱着温度Ｔ_ｄをもつ。この性質のメリットについては後述する。

【0038】

アンモニア貯蔵システム２は、スタートカートリッジ８と、メインカートリッジ１０と、アンモニア消費装置６とをつなぐアンモニア循環管路１２を備える。アンモニア循環管路１２は、スタートカートリッジ８およびメインカートリッジ１０から放出されたアンモニアをアンモニア消費装置６へと導くことができる。

【0039】

アンモニア循環管路１２は、カートリッジ８、１０からアンモニア消費装置６に向けて送り出されるアンモニアの量を計ることができる定量計量ユニット１４を備える。アンモニア循環管路１２は、アンモニア循環管路１２内のアンモニアの圧力を測定することができる圧力センサ１６をさらに備える。

【0040】

アンモニア循環管路１２は、スタートカートリッジ８のアンモニア出口に電気制御可能に構成されたオンオフ弁１８ａを備える。オンオフ弁１８ａは、弁を通して両方向のアンモニアの流通を可能にする開位置と、弁を通して両方向のアンモニアの流通を妨げる閉位置とを占めることができる。

【0041】

アンモニア循環管路１２は、各々のメインカートリッジ１０のアンモニア出口に受動弁２０を備える。「受動」とは、そのバルブがエネルギー供給を受けることも、そのために設けられた機器による制御を受けることもなしに動作することをいう。各々の受動弁２０は、それぞれが接続されているメインカートリッジ１０にアンモニア循環管路１２内のアンモニアが入り込むのを阻止するように構成される。各々の受動弁２０は、それぞれが接続されているメインカートリッジ１０内のアンモニア圧力が十分に高いときには、そのメインカートリッジ１０のアンモニアがアンモニア循環管路１２に向けて流通するのを許可するように構成される。

【0042】

アンモニア貯蔵システム２は、伝熱流体と、スタートカートリッジ８、メインカートリッジ１０およびアンモニア消費装置６のそれぞれとの間で熱量交換を行えるように配置された伝熱流体循環ライン２２を備える。図１では、循環ライン２２内の伝熱流体の循環方向が矢印で示されている。

【0043】

伝熱流体循環ライン２２は、４つの区間を画定する四方弁２４を有する。第１の区間２６は、アンモニア消費装置６の伝熱流体出口に対応する。第２の区間２８は、スタートカートリッジ８の伝熱流体入口に対応する。第３の区間３０は、メインカートリッジ１０の伝熱流体入口に対応する。第３の区間３０は、各々のメインカートリッジ１０について、電気制御可能に構成されたオンオフ弁１８ｂを備える。第３の区間３０は、スタートカートリッジ８の伝熱流体出口からも供給を受ける。第４の区間３２は、アンモニア消費装置６の伝熱流体入口に対応する。第４の区間３２は、メインカートリッジ１０の伝熱流体出口からさらに供給を受ける。

【0044】

図２は、アンモニア貯蔵システム２におけるスタートカートリッジ８の配置を示している。この図に示すように、アンモニア貯蔵システム２は、スタートカートリッジ８を加熱して、スタート塩に貯蔵されているアンモニアを脱着するように構成された加熱器３４を備える。ここでは、加熱器３４は誘導式の加熱器である。加熱器は、導体材料、ここでは強磁性体材料で製作されたパイプ３６であって、交流電源３８に接続されたパイプ３６を備える。パイプ３６はスタートカートリッジ８の周りにコイル状に巻き付けられる。パイプ３６をおのずと明らかな形で誘導加熱によって加熱することにより、スタートカートリッジ８も加熱される。スタートカートリッジ８の外側ジャケットは、誘導加熱が起こらないようにプラスチックで製作される。パイプ３６は、誘導加熱が停止されたときにパイプ３６が冷却されるように構成された冷却流体の供給源に連結される。

【0045】

本発明の１つの具体的実施形態によれば、パイプ３６は、伝熱流体循環ライン２２に接続されて伝熱流体循環ライン２２の１つの区間を形成する。その場合、パイプ３６は、誘導による熱源を形成するとともに、伝熱流体循環ライン２２の一区間として熱交換器を形成することにもなる。つまり、加熱器３４は、スタートカートリッジ８に熱量を与えるとともに、スタートカートリッジ８の熱量を吸収することもできる。これは、アンモニア貯蔵システム２の構成要素数の低減に資するものであり、それはまた、設計を容易にし、製造コストを抑制することにつながる。

【0046】

アンモニア貯蔵システム２は、アンモニア貯蔵システム２の各要素の動作、とりわけ定量計量ユニット１４、オンオフ弁１８ａ、１８ｂおよび加熱器３４の動作を制御するように構成された制御ユニット４０を備える。

【0047】

ここからは、車両４上で制御ユニット４０によって実行されるアンモニア貯蔵システム２の熱管理プロセスについて説明する。

【0048】

車両４は、初めは停止状態にあるものと仮定する。車両が始動するとき、プロセスはスタート態勢から始まる。

【0049】

スタート態勢では、加熱器３４が起動され、スタートカートリッジ８と、アンモニアを吸収したスタート塩とが加熱される。この加熱の間、スタートカートリッジ８に向かう伝熱流体の循環は制限されて、スタートカートリッジ８が無用に冷却されることがないようにする。加熱により、スタート塩はアンモニア脱着温度Ｔ_ｄに至る。すると、スタート塩からのアンモニアの脱着が始まる。スタート態勢時には、オンオフ弁１８ａは開放され、スタート塩から脱着されたアンモニアは、それによってスタートカートリッジ８を出て、アンモニア循環管路１２に供給され得る。定量計量ユニット１４によってアンモニアが計量され、アンモニア消費装置６に提供される。

【0050】

スタート態勢の間、オンオフ弁１８ｂは開かれ、伝熱流体が循環ライン２２内に循環されてメインカートリッジ１０を加熱する。初めは伝熱流体の温度は低いが、装置６がアンモニアを消費するにつれてこれが熱を放出し、その熱は伝熱流体によって吸収されて伝熱流体の温度が上がる。この条件では、伝熱流体は、加熱器３４がスタートカートリッジ８を加熱するよりもゆっくりとメインカートリッジ１０を加熱し、そのため、アンモニアはまずはスタートカートリッジ８から脱着する。

【0051】

スタート態勢の間、伝熱流体はメインカートリッジ１０の加熱を続け、メインカートリッジ１０のメイン塩はそのアンモニア脱着温度Ｔ_ｐへと至る。すると、スタート塩からのアンモニアの脱着が始まる。この脱着されたアンモニアは、メインカートリッジ１０を出て、受動弁２０を通ってアンモニア循環管路１２に供給され、それによってアンモニア循環管路１２内のアンモニア圧力が上昇する。

【0052】

スタート態勢の間、装置６は、主にスタートカートリッジ８からアンモニアの供給を受ける。

【0053】

圧力センサ１６が、２バールまたは３バールというような所定の閾値を超えるアンモニア圧力を測定すると、スタート態勢から供給態勢に移行する。

【0054】

供給態勢の間は、加熱器３４は停止され、伝熱流体がスタートカートリッジ８に向けて循環される。そのとき、伝熱流体の温度Ｔ_ｆは、メイン塩のアンモニア脱着温度Ｔ_ｐとスタート塩のアンモニア脱着温度Ｔ_ｄとの間にある。そのため、伝熱流体はスタートカートリッジ８を冷却することができ、それによってスタート塩はアンモニアの脱着を終える。したがって、スタート塩が、メイン塩のアンモニア脱着温度Ｔ_ｐよりも高いアンモニア脱着温度Ｔ_ｄをもつことは、同時にスタートカートリッジ８とメインカートリッジ１０を同じ伝熱流体で冷却することを可能にするものであることがわかる。

【0055】

供給態勢では、オンオフ弁１８ａを開放状態に保って、メインカートリッジ１０からのアンモニアがスタートカートリッジ８を満たすことができるようにする。伝熱流体によるスタート塩の温度低下によってスタート塩によるアンモニアの吸収が可能になる。スタートカートリッジ８が十分にアンモニアを吸収したところでオンオフ弁１８ａを閉ざす。それにより、スタートカートリッジ８は、車両４の次なるスタートなどのためのアンモニア放出に備えることができる。

【0056】

供給態勢では、伝熱流体を循環ライン２２に循環させ続けることによってメインカートリッジ１０を加熱して、装置６が必要とする限りメインカートリッジ１０がアンモニアを放出し続けるようにする。この管理の制御は制御ユニット４０および定量計量ユニット１４によって行われる。

【0057】

供給態勢の間は、装置６は、主としてメインカートリッジ１０によってアンモニアの供給を受ける。

【0058】

装置６にアンモニア消費のピークがある場合には供給ピーク態勢が実行されるが、その場合には、加熱器３４を起動して、供給態勢の間にアンモニアが改めて充填されたスタートカートリッジ８を加熱する。この加熱の間、スタートカートリッジ８に向かう伝熱流体の循環は制限されて、スタートカートリッジ８が無用に冷却されることがないようにする。加熱により、スタート塩はアンモニア脱着温度Ｔ_ｄに至る。すると、スタート塩からのアンモニアの脱着が始まる。供給ピーク態勢時には、オンオフ弁１８ａは開放され、スタート塩から脱着されたアンモニアは、それによってスタートカートリッジ８を出て、アンモニア循環管路１２に供給され得る。定量計量ユニット１４によってアンモニアが計量され、アンモニア消費装置６に提供される。供給ピーク態勢の間、メインカートリッジ１０は、供給態勢の間と同じように伝熱流体によって加熱される。そのため、供給ピーク態勢の間は、装置６は、スタートカートリッジ８からもメインカートリッジ１０からもアンモニアの供給を受ける。

【0059】

図３に、本発明の第２の実施形態によるアンモニア貯蔵システム２’を示した。

【0060】

アンモニア貯蔵システム２’は、伝熱流体循環ライン２２が、伝熱流体とスタートカートリッジ８との間で熱量交換が可能となるように配置された第１の伝熱流体循環ライン２２ａを備え、さらに、伝熱流体と、メインカートリッジ１０およびアンモニア消費装置６のそれぞれとの間で熱量交換が可能となるように配置された第２の伝熱流体循環ライン２２ｂを備える点で、第１の実施形態のアンモニア貯蔵システムとは異なる。第１のライン２２ａにおける伝熱流体の循環は、ポンプ４２によって行われる。アンモニア貯蔵システム２’は、第１のライン２２ａの伝熱流体と第２のライン２２ｂの伝熱流体との間の熱量交換を、２つのライン２２ａ、２２ｂの伝熱流体が混ざり合うことなく行えるように構成された熱交換器４４をさらに備える。

【0061】

アンモニア貯蔵システム２’は、第１の実施形態のアンモニア貯蔵システムの四方弁に代えて三方弁２５を備える。実際、第２のポートは熱交換器４４に置き換えられている。残る３つのポートは、第１の実施形態と同じように構成されている。

【0062】

アンモニア貯蔵システム２’は、第１の実施形態のものと同様のアンモニア貯蔵システム２’の熱管理プロセスを実行するように構成された制御ユニット４０を備える。

【0063】

本発明は、紹介した実施形態だけに限定されるものではなく、当業者にはそれ以外の実施形態もおのずと明らかとなろう。

【0064】

とりわけ、伝熱流体の温度Ｔ_ｆが供給態勢におけるメイン塩のアンモニア脱着温度Ｔ_ｐとスタート塩のアンモニア脱着温度Ｔ_ｄとの間にあることを確認するために、伝熱流体循環ライン内に温度センサを設けることを企図することができる。

【0065】

それぞれの実施形態において、スタート態勢から供給態勢への移行のタイミングを判断するためのものとして、圧力センサ以外の手段を用いることができよう。たとえば、スタート態勢から供給態勢への移行を行うタイミングを判断するための基準として、アンモニア貯蔵システムのデータについてあらかじめ策定されたアバカス（ａｂａｑｕｅ）を用いることができる。より一般的には、スタート態勢から供給態勢への移行を行うタイミングを判断するためには、アンモニア循環管路内のアンモニアの量を直接または間接的に測定することができるあらゆる手段または方法が適当である。

【符号の説明】

【0066】

２、２’ アンモニア貯蔵システム
４ 車両
６ アンモニア消費装置
８ スタートカートリッジ
１０ メインカートリッジ
１２ アンモニア循環管路
１４ 定量計量ユニット
１６ 圧力センサ
１８ａ、１８ｂ オンオフ弁
２０ 受動弁
２２ 伝熱流体循環ライン
２２ａ 第１の伝熱流体循環ライン
２２ｂ 第２の伝熱流体循環ライン
２４ 四方弁
２５ 三方弁
２６ 第１の区間
２８ 第２の区間
３０ 第３の区間
３２ 第４の区間
３４ 加熱器
３６ パイプ
３８ 交流電源
４０ 制御ユニット
４２ ポンプ
４４ 熱交換器

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】