特表 2024-516170 洋上の又は陸上の構造物のためのガス状の二水素を液化する装置

(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】2024-04-12

(54)【発明の名称】洋上の又は陸上の構造物のためのガス状の二水素を液化する装置

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20240405BHJP

   B01J 23/755 20060101ALI20240405BHJP

   C01B 3/00 20060101ALI20240405BHJP

【ＦＩ】

F17C13/00 302A

B01J23/755 M

C01B3/00 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023564572

(86)(22)【出願日】2022-04-14

(85)【翻訳文提出日】2023-10-26

(86)【国際出願番号】 FR2022050701

(87)【国際公開番号】W WO2022223909

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】2104153

(32)【優先日】2021-04-21

(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】515220317

【氏名又は名称】ギャズトランスポルト エ テクニギャズ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100130719

【弁理士】

【氏名又は名称】村越 卓

(72)【発明者】

【氏名】ベルナール、アウン

(72)【発明者】

【氏名】パーベル、ボリシェビキ

【テーマコード（参考）】

3E172

4G140

4G169

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB01

3E172BA06

3E172BB02

3E172BB13

3E172BB17

3E172BD01

3E172EB03

3E172EB10

3E172HA04

3E172HA08

3E172HA12

4G140AB02

4G169AA02

4G169AA03

4G169BA08A

4G169BA38

4G169BB04A

4G169BB05A

4G169BB19A

4G169BC31A

4G169BC58A

4G169BC62A

4G169BC66A

4G169BC67A

4G169BC68A

4G169BD05A

4G169CB81

4G169CD10

4G169DA06

4G169EA08

(57)【要約】

本発明は、少なくとも１つのタンク（３、５）に貯留される液体状態の二水素（９）の気化から生じるガス状の二水素を液化するための装置（１１）に関する。液化装置（１１）は、少なくとも１つの熱交換器（１３）を備え、少なくとも１つの供給ブランチ（２１）は、ガス状の二水素の少なくとも一部をタンク（３、５）からガス状の二水素の消費体に運ぶように構成され、供給ブランチの一部は、パラ水素のオルト水素への変換に関与する触媒（１５１）が内側に配置される熱交換器（１３）を通過し、少なくとも１つの冷却ブランチ（２３）が少なくとも１つの圧縮部材（２５）を有し、熱交換器（１３）を通過する冷却ブランチ（２３）の一部は、冷却ブランチで循環する二水素の少なくとも一部を液化するために且つ供給ブランチで循環する二水素を加熱するために、第１パス（１５）と熱を交換する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのタンク（３、５）に貯留される液体状態の二水素（９）の気化から生じるガス状の二水素を液化するための装置（１１）であって、前記液化装置（１１）は、複数のパス（１５、１７、１９）を有する少なくとも１つの熱交換器（１３）を備え、少なくとも１つの供給ブランチ（２１）は、前記ガス状の二水素の少なくとも一部を前記タンク（３、５）からガス状の二水素の消費体に運ぶように構成され、前記供給ブランチの一部は、前記二水素のパラ異性体の前記二水素のオルト異性体への変換に関与する触媒（１５１）が内側に配置される第１パス（１５）を介して前記熱交換器（１３）を通過し、前記液化装置（１１）は、前記ガス状の二水素の少なくとも一部を液化するように構成される少なくとも１つの冷却ブランチ（２３）を備え、前記冷却ブランチ（２３）は少なくとも１つの圧縮部材（２５）を有し、前記冷却ブランチ（２３）の一部は、前記圧縮部材（２５）の後に配置される第２パス（１７）を介して前記熱交換器（１３）を通過し、前記第２パス（１７）は、前記冷却ブランチ（２３）で循環する前記二水素の少なくとも一部を液化するために、前記第１パス（１５）と熱エネルギーを交換する、ガス状の二水素を液化するための装置（１１）。

【請求項2】

前記触媒（１５１）は、ニッケル、銅、鉄又は金属水素化物のゲル、ニッケル、銅又は鉄フィルム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、水酸化マンガン、酸化鉄、ニッケル－シリコン複合体、活性炭及び／又はそれらの少なくとも１つの組み合わせの中から選択される、請求項１に記載の液化装置（１１）。

【請求項3】

前記供給ブランチ（２１）は、前記第１パス（１５）の出口（１５５）の後に配置される圧縮装置（２７）を備える、請求項１又は２に記載の液化装置（１１）。

【請求項4】

前記冷却ブランチ（２３）の別の部分は、第３パス（１９）を介して前記熱交換器（１３）を通過し、前記第３パス（１９）の出口（１９５）は、前記冷却ブランチ（２３）の接続部（２３１）によって前記第２パス（１７）の入口（１７３）に接続され、前記接続部（２３１）は前記圧縮部材（２５）を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の液化装置（１１）。

【請求項5】

前記熱交換器（１３）の前記第２パス（１７）は、前記熱交換器（１３）の前記第１パス（１５）及び前記第３パス（１９）と熱エネルギーを交換するように配置される、請求項４に記載の液化装置（１１）。

【請求項6】

前記第２パス（１７）の出口（１７５）の後の前記冷却ブランチ（２３）に配置される気液分離器（２９）を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の液化装置（１１）。

【請求項7】

前記気液分離器（２９）の液体出口（２９５）を、タンク（３、５）と流体連通させるように構成される、請求項６に記載の液化装置（１１）。

【請求項8】

前記気液分離器（２９）のガス出口（２９７）は、前記熱交換器（１３）の前記第３パス（１９）の入口（１９３）の前において前記冷却ブランチ（２３）と流体連通する、請求項４と組み合わせられる請求項６又は７に記載の液化装置（１１）。

【請求項9】

前記熱交換器（１３）の前記第１パス（１５５）の入口（１５３）の前において前記供給ブランチ（２１）に配置される集合点（３３）と、前記圧縮部材（２５）の前において前記冷却ブランチ（２３）に配置される接合点（３５）とを接続するバイパスブランチ（３１）を備える、請求項４と組み合わせられる請求項１～８のいずれか一項に記載の液化装置（１１）。

【請求項10】

液体二水素を収容する少なくとも１つのタンク（３、５）を備える液体状態の二水素を輸送すること及び／又は貯留することが意図される構造物（７０）であって、前記浮体構造物（７１）は、少なくとも１つの二水素消費体（７）と、請求項１～９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの液化装置（１１）とを備え、前記少なくとも１つの消費体（７）は、前記液化装置（１１）において少なくとも部分的に循環するガス状態の二水素によって燃料が供給されるように構成される、構造物（７０）。

【請求項11】

前記熱交換器（１３）の前記第１パス（１５）における前記二水素の流れは、前記熱交換器（１３）の前記第２パス（１７）における前記二水素の流れとは反対の方向に向けられる、請求項１０に記載の構造物（７０）。

【請求項12】

前記熱交換器（１３）の前記第１パス（１５）における前記二水素の流れは、前記熱交換器（１３）の前記第３パス（１９）における二水素の流れと同じ方向に向けられる、請求項４と組み合わせられる請求項１０又は１１に記載の構造物（７０）。

【請求項13】

液体状態の二水素のための移送システムであって、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の構造物（７０）と、前記構造物（７０）に設置されるタンク（３、５）を浮体の又は陸上の貯留施設（７７）に接続するように配置される断熱パイプライン（７３、７９、７６、８１）と、前記浮体の又は陸上の貯留施設（７７）から前記構造物（７０）の前記タンク（３、５）に又は前記構造物（７０）の前記タンク（３、５）から前記浮体の又は陸上の貯留施設（７７）に、前記断熱パイプラインを介して冷たい液体製品の流れを運ぶためのポンプと、を有するシステム。

【請求項14】

請求項１０～１２のいずれか一項に記載の構造物（７０）からの積み込み又は積み下ろしのための方法であって、当該構造物（７０）からの積み込み又は積み下ろしの間に、液体状態の二水素が、前記断熱パイプライン（７３、７９、７６、８１）を介して、浮体の又は陸上の貯留施設（７７）から前記構造物（７０）の前記タンク（３、５）に又は前記構造物（７０）の前記タンク（３、５）から浮体の又は陸上の貯留施設（７７）に運ばれる、方法。

【請求項15】

請求項１～９のいずれか一項に記載の液化装置（１１）によって、少なくとも１つのタンク（３、５）に貯留される液体状態の二水素の気化から生じるガス状の二水素を液化する方法であって、前記圧縮部材（２５）によって前記ガス状の二水素を圧縮するステップと、前記圧縮されたガス状の二水素と前記タンク（３、５）から引き出されるガス状の二水素との間で前記熱交換器（１３）において熱エネルギーを交換するステップとを含み、それによって、前記圧縮されたガス状の二水素が少なくとも部分的に液化され、前記熱エネルギーの交換のステップの間に、前記触媒の存在下で、前記引き出されるガス状の二水素に関する前記パラ異性体の前記オルト異性体への転化が起こる、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つの消費体に二水素が供給される浮体構造物又は陸上構造物の分野に関する。これらの構造物は、二水素を液体状態で貯留及び／又は輸送することを可能にする。それは、より具体的には、構造物の、特に浮体構造物又は陸上構造物の、少なくとも１つの消費体の燃料として使用されるガス状の二水素を液化する装置に関する。

【発明の概要】

【0002】

二水素をより容易に輸送及び／又は貯留するために、二水素は一般に、大気圧で二水素の気化温度よりも低い極低温まで冷却された液体状態にある。二水素は、例えば大気圧で－２５３℃まで冷却され、液体状態に移行する。そして、この液化二水素は、構造物の専用タンクに積み込まれる。

【0003】

しかし、そのようなタンクは、決して完全には断熱されているわけではなく、それによって液体状態の二水素の自然気化は避けられない。自然気化現象はボイルオフと呼ばれ、この自然気化の結果生じるガスはボイルオフガス（ｂｏｉｌ－ｏｆｆ ｇａｓ）と呼ばれ、その頭文字はＢＯＧである。このように、構造物体のタンクは、液体形態の二水素とガス形態の二水素の両方を含む。

【0004】

タンクにガス状で存在する二水素の一部は、構造物の運転エネルギー要件を満たすのに、特にその推進力及び／又は構造物に搭載されている機器のための電気の生産に関し、提供される燃料電池などの消費体に供給するために使用されうる。ガス状の二水素の別の部分は、ベント（ｖｅｎｔ）を使用してそれによって二水素を失う代わりに、タンク内の圧力上昇を制限するために、再液化されうる。

【0005】

これらの液化装置は、特に二水素の特性の結果として、複雑で実現が難しいという欠点を有する。その液化効率は低く、それによって液体状態の二水素を輸送するにはコストが高いままであり、あまり利益にならない。

【0006】

本発明の目的は、液体状態の二水素の気化から生じるガス状の二水素を液化するための新規な装置を提案することにより、上述の欠点のうちの少なくとも１つを克服し、さらに他の利点に導くことである。

【0007】

本発明は、少なくとも１つのタンクに貯留される液体状態の二水素の気化から生じるガス状の二水素を液化するための装置を提案し、前記液化装置は、複数のパスを有する少なくとも１つの熱交換器を備え、少なくとも１つの供給ブランチは、前記ガス状の二水素の少なくとも一部を前記タンクからガス状の二水素の消費体に供給するように構成され、前記供給ブランチの一部が、前記二水素のパラ異性体の前記二水素のオルト異性体への変換に関与する触媒が内側に配置される第１パスを介して前記熱交換器を通過し、前記液化装置は、前記ガス状の二水素の少なくとも一部を液化するように構成される少なくとも１つの冷却ブランチを備え、前記冷却ブランチは少なくとも１つの圧縮部材を有し、前記冷却ブランチの一部は、前記圧縮部材の後に配置される第２パスを介して前記熱交換器を通過し、前記第２パスは、前記冷却ブランチで循環する前記二水素の少なくとも一部を液化するために、前記第１パスと熱エネルギーを交換する。

【0008】

本発明において、液化装置は、熱交換器内で、消費体によって燃料として使用されることが意図された極低温のガス状の二水素と、少なくとも部分的に液化されることが意図された極低温のガス状の二水素との間の熱エネルギーの交換を実施するように構成され、極低温のガス状の二水素は、１つ以上のタンクから来る。「極低温」は、－４０℃より低い温度、或いは９０℃よりさらに低い温度、好ましくは－１５０℃より低い温度を意味すると理解される。

【0009】

二水素には核スピン異性体と呼ばれる２つの形態があり、オルト水素とパラ水素とも呼ばれる。オルト水素は、分子の各原子に１つずつある２つのプロトンが互いに平行で同じ方向のスピンを持つ分子によって構成される二水素である。パラ水素は、分子の各原子に１つずつある２つのプロトンが逆平行なスピン（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ ｓｐｉｎｓ）を持つ分子によって構成される二水素である。

【0010】

液体状態の二水素は、すなわち大気圧で－２５３℃以下の温度に関する二水素は、９９．８％パラ水素で構成される。対照的に、周囲温度且つ熱平衡では、二水素は約７５％のオルト水素且つ２５％のパラ水素によって構成される。

【0011】

パラ水素からオルト水素への異性化の反応のエンタルピーは＋５２５ｋＪ／ｋｇに等しく、吸熱反応であることを示す。一方、二水素の気化のエントロピーはたったの４７６ｋＪ／ｋｇである。しかし、パラ水素からオルト水素への異性化の反応は、数日のオーダーである。この関連において、たとえ二水素が気体であり且つ２５℃であっても、パラ水素の割合が依然として非常に大きく優勢でありうることが理解される。

【0012】

タンクにおいて液体状態で貯留された二水素の気化によって生じるガス状の二水素は、消費体によって燃料として使用されることが意図されており、熱交換器の第１パスで循環する。第１パスは触媒を備え、当該触媒は、パラ水素のオルト水素への異性化反応を促進することを可能にし、したがって熱交換器の第２パスとの熱エネルギー交換の間、異性化反応のエネルギー吸収能力から役立つものを得ることを可能にする。

【0013】

液化されることが意図された極低温のガス状の二水素は、圧縮部材を通過し、その後、熱交換器の第２パス内に入り、そこで少なくとも部分的に液化されるようになっている。

【0014】

第２パスにおいて、圧縮されたガス状の二水素は、第１パスに存在するガス状の二水素に熱エネルギーを渡す。第１パスで循環するガス状の二水素は、第２パスから受ける熱エネルギーの吸収により、加熱されることに加え、触媒の存在下で急速に異性化される。第２パスで循環する圧縮されたガス状の二水素は、それが凝縮するまで、冷却される。

【0015】

こうして、液化装置は、１つ以上のタンクに貯留される液体状態の二水素の名目上の積荷の気化を、有益に利用することを可能にする。

【0016】

一実施形態によれば、触媒は、ニッケル、銅、鉄又は金属水素化物のゲル、ニッケル、銅又は鉄フィルム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、水酸化マンガン、酸化鉄、ニッケル－シリコン複合体、活性炭及び／又はそれらの少なくとも１つの組み合わせの中から選択される。

【0017】

一実施形態によれば、供給ブランチは、第１パスの出口の後に配置される少なくとも１つの圧縮装置を備える。言い換えれば、圧縮装置は、第１パスの出口と二水素の消費体との間に配置される。したがって、ガス状の二水素が供給ブランチにおいて循環する場合、それは熱交換器の第１パスを出た後、消費体に到達する前に、圧縮装置を通過する。圧縮装置は、特にガス状の二水素を供給ブランチで強制循環させることを可能にし、二水素の圧力も随意的に高くなる。

【0018】

一実施形態によれば、冷却ブランチの別の部分は、第３パスを介して熱交換器を通過し、第３パスの出口は、冷却ブランチの接続部によって第２パスの入口に接続され、接続部は圧縮部材を備える。したがって、二水素が冷却ブランチで循環する場合、それは熱交換器の第３パスを通過し、その後それは圧縮装置を通過し、その後それは熱交換器の第２パスを通過してそこで少なくとも部分的に液化されるようになっている。

【0019】

一実施形態によれば、熱交換器の第２パスは、熱交換器の第１パス及び第３パスと熱エネルギーを交換するように配置される。

【0020】

一実施形態によれば、液化装置は、第２パスの出口の後の冷却ブランチに配置される気液分離器を備える。熱交換器の第３パス、その後第２パスを連続して出た後に二水素が冷却ブランチで循環する場合、二水素は完全には液化していないかもしれない。したがってそれは、二相流体の形態でありうるものであり、すなわち第２パスを通過した後に二水素の一部は液体状であり且つ一部はガス状でありうるものであり、その二相はその後混合される。気液分離器は、特に、液体状の二水素をガス状の二水素から分離することを可能にする。

【0021】

一実施形態によれば、冷却ブランチは、熱交換器の第２パスの出口と気液分離器の入口との間に配置される膨張装置を備える。

【0022】

一実施形態によれば、液化装置は、気液分離器の液体出口を、タンクと流体連通させるように構成される。気液分離器の液体出口とタンクとの間の流体連通は、冷却パイプの第３部分によって確保されうる。したがって、液化された二水素は、ガス状の二水素が取り出されたタンクに戻されうるものであり、或いはそれは、ガス状の二水素が取り出されたタンクとは別の液体状態の二水素を貯留するためのタンクに送られうるものである。

【0023】

一実施形態によれば、気液分離器のガス出口は、熱交換器の第３パスの入口の前に冷却ブランチと流体連通する。より具体的には、気液分離器のガス出口と冷却ブランチに配置される接合点とを接続する接続ブランチによって、気液分離器のガス出口との流体連通が確保される。接合点は、熱交換器の第３パスの入口の前にある。その結果、気液分離器での二水素の気相は、冷却ブランチに送られうるものであり、そこで有益に利用される。

【0024】

一実施形態によれば、液化装置は、熱交換器の第１パスの入口の前に供給ブランチに配置される集合点と、圧縮部材（２５）の前に冷却ブランチに配置される接合点とを接続するバイパスブランチを備える。

【0025】

一実施形態によれば、接合点は、熱交換器の第３パスの入口の前の冷却ブランチに配置される。つまり、集合点は、二水素が冷却ブランチで循環する場合、ガス状の二水素が取り出されるタンクのガス出口と、熱交換器との間にある。これにより、特に、供給ブランチで循環するものと同じタンクから来る二水素を使用することが可能になる。

【0026】

一実施形態によれば、接合点は、熱交換器の第３パスの出口と圧縮部材の入口との間の冷却ブランチに配置される。

【0027】

一実施形態によれば、熱交換器の第４パスがバイパスブランチを構成する。

【0028】

一実施形態によれば、熱交換器の第４パスは、熱交換器の第２パス及び第３パスと熱エネルギーを交換するように配置される。これにより、熱交換器の第２パスは、熱交換器の第１パス及び熱交換器の第４パスと熱エネルギーを交換するように配置される。そのような構造物の利点の１つは、バイパスブランチから来て熱交換器の第４パスを通過する二水素を、接続ブランチから来て熱交換器の第３パスを通過する二水素と混合する前に冷却することである。こうして、より低温の二水素が第２パスの入口で得られる。したがって、液化装置の再液化効率は向上する。さらに、液化装置のエネルギー消費が減少する。

【0029】

発明の別の主題は、液体状態の二水素を輸送すること及び／又は貯留することが意図された少なくとも１つのタンクを備える構造物、特に浮体構造物又は陸上構造物、であり、その構造物は、燃料としての二水素の少なくとも１つの消費体と、上述の特徴のうちの少なくとも１つを有する少なくとも１つの液化装置とを含み、その少なくとも１つの消費体は、前記液化装置で少なくとも部分的に循環するガス状態の二水素によって燃料が供給されるように構成される。消費体は、例えば、少なくとも１つの燃料電池を含むモーターであってもよい。タンクは、消費体のための燃料の容器を形成してもよい。

【0030】

一実施形態によれば、熱交換器の第１パスにおける二水素の流れは、熱交換器の第２パスにおける二水素の流れとは反対の方向に向けられる。言い換えれば、二水素が液化装置で循環する場合、熱交換器の第１パスにおける二水素の流れは、第２パスにおける二水素の流れに対する逆流を生じる。こうして、熱交換器の第１パスと第２パスと間の熱エネルギーの交換が増加する。

【0031】

一実施形態によれば、熱交換器の第１パスにおける二水素の流れは、熱交換器の第３パスにおける二水素の流れと同じ方向に向けられる。言い換えれば、二水素が液化装置で循環する場合、熱交換器の第１パスにおける二水素の流れは、第３パスにおける二水素の流れと並流となる。この関連において、熱交換器の第３パスにおける二水素の流れは、第２パスにおける二水素の流れと逆流することが理解される。

【0032】

一実施形態によれば、熱交換器の第４パスにおける二水素の流れは、第３パスにおける二水素の流れと同じ方向に向けられる。言い換えれば、二水素が液化装置で循環する場合、熱交換器の第４パスにおける二水素の流れは、第３パスにおける二水素の流れと並流となる。この関連において、熱交換器の第４パスにおける二水素の流れは、第２パスにおける二水素の流れと逆流することが理解される。

【0033】

発明はまた、液体状態の二水素のための移送システムであって、先行する特徴のうちの少なくとも一つを有する構造物と、構造物に、特に構造物の船体（ｈｕｌｌ）に、設置されるタンクを浮体の又は陸上の貯留施設に接続するように配置される断熱パイプラインと、浮体の又は陸上の貯留施設から構造物のタンクに又は構造物のタンクから浮体の又は陸上の貯留施設に、断熱パイプラインを介して冷たい液体製品の流れを送るためのポンプと、を有するシステムを提案する。

【0034】

発明はまた、先行する特徴のうちの少なくとも一つを有する構造物からの積み込み又は積み下ろしのための方法であって、当該構造物からの積み込み又は積み下ろしの間に、液体状態の二水素が、断熱パイプラインを介して、浮体の又は陸上の貯留施設から構造物のタンクに又は構造物のタンクから浮体の又は陸上の貯留施設に搬送される、方法を提供する。
発明はまた、上述した特徴の少なくとも１つを有する液化装置によって少なくとも１つのタンクに貯留される液体状態の二水素の気化から生じるガス状の二水素を液化するための方法を提案し、その方法は、少なくとも、ガス状の二水素を圧縮するステップと、圧縮されたガス状の二水素が液化されるように圧縮されたガス状の二水素とタンクから引き出されたガス状の二水素との間で熱エネルギーを交換するステップとを含み、引き出されたガス状の二水素に関するパラ異性体のオルト異性体への転化が、触媒の存在下で、熱エネルギーを交換するステップの間に起こる。

【0035】

一実施形態によれば、液化方法は、消費体に二水素を供給するために、熱エネルギーを交換するステップの後に、タンクから引き出されたガス状の二水素を圧縮するステップを含む。

【図面の簡単な説明】

【0036】

発明のさらなる特徴及び利点は、以下の説明から及び添付の概略図面を参照して示す複数の非限定的な例示的実施形態から、より明らかになり、添付の概略図面において：

【図1】図１は、発明による液化装置の第１実施形態の概略図であり、液化装置が、浮体構造物の少なくとも１つのタンクに貯留される液体状態の二水素の気化から生じるガス状の二水素を液化するように構成される。

【図2】図２は、発明による液化装置の第２実施形態の概略図であり、液化装置は、浮体構造物の少なくとも１つのタンクに貯留される液体状態の二水素の気化から生じるガス状の二水素を液化するように構成される。

【図3】図３は、図１の液体二水素を輸送するための浮体構造物と、浮体構造物のタンクに対する積み込み／積み下ろしのためのターミナルの切断概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

図は、発明をその実施のために詳細に示すが、それらはもちろん、必要に応じて、発明をより良く定めるのに使用されうることにまず留意されるべきである。また、すべての図において、同様の要素及び／又は同じ機能を果たす要素は、同じ番号付けを用いて示されることに留意されるべきである。

【0038】

図１は、二水素を輸送及び／又は貯留するための浮体構造物の少なくとも１つのタンク３、５に貯留された液体二水素を液化するための装置１１を示す。液化装置１１は、浮体構造物の少なくとも１つの消費体７及びタンク３、５と協働するように構成される。

【0039】

１つ又は複数のタンク３、５は、液体形態の二水素９を、すなわち液体状態の二水素を、収容する。タンクの断熱は完全ではないので、液体状態の二水素９の一部は自然に気化する。したがって、浮体構造物のタンク３、５は、液体状の二水素９とガス状の二水素１０との両方を含む。

【0040】

液化装置１１は、タンク３、５の少なくとも１つから来る二水素を消費体７に供給する。例として、消費体７は少なくとも１つの燃料電池を含むが、それは内燃機関又はタービンとしうる。

【0041】

液化装置１１は、複数のパス１５、１７、１９を有する少なくとも１つの熱交換器１３と、ガス状の二水素１０の少なくとも一部をタンク３、５の１つからガス状の二水素の消費体７にもたらすように構成される少なくとも１つの供給ブランチ２１と、タンク３、５の一方からのガス状の二水素１０の少なくとも一部を液化するように構成される少なくとも１つの冷却ブランチ２３とを備える。

【0042】

供給ブランチ２１の第１部分は、第１パス１５を介して熱交換器１３を通過し、当該第１パス１５の内側には、二水素のパラ異性体から二水素のオルト異性体への変換に関与する触媒１５１が配置される。触媒１５１は、ニッケル、銅、鉄又は金属水素化物のゲル、ニッケル、銅又は鉄フィルム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、水酸化マンガン、酸化鉄、ニッケル－シリコン複合体、活性炭及び／又はそれらの少なくとも１つの組み合わせの中から選択される。

【0043】

供給ブランチ２１は、熱交換器１３の第１パス１５の出口を二水素の消費体７に接続する供給ブランチ２１の第２部分に配置される少なくとも１つの圧縮装置２７を備える。したがって圧縮装置２７は、第１パス１５の出口１５５の後、すなわちその下流に、供給ブランチ２１における二水素の循環の方向において、供給ブランチに配置される。
少なくとも１つのタンク３、５に保持されたガス状の二水素１０が供給ブランチ２１を通って消費体７に流れることができるように、供給ブランチ２１は、二水素を貯留するための少なくとも１つのタンク３、５を、第１パス１５の入口１５３に接続する第３部分を備える。

【0044】

供給ブランチ２１の第３部分は、第１タンク３に接続された第１サブブランチ２１１と、第２タンク５に接続された第２サブブランチ２１３と、を備える。第１サブブランチ２１１及び第２サブブランチ２１３は、供給ブランチ２１の集合点３３で合流し、当該供給ブランチ２１は、接続パイプによって熱交換器１３の第１パス１５の入口１５３に接続される。

【0045】

ガス状の二水素の出所を選択できるようにするために、すなわち第１タンク３からのガス状の二水素１０及び／又は第２タンク５からのガス状の二水素１０を選択できるようにするために、供給ブランチ２１は、集合点３３に配置されるバルブを備えていてもよい。

【0046】

これらのタンク３、５のうちの少なくとも１つから来るガス状の二水素１０は、圧縮装置２７によって供給ブランチ２１で強制循環される。その後、ガス状の二水素はタンクから熱交換器１３の第１パス１５の入口１５３に流れ、その後、熱交換器１３の第１パス１５を通過する。

【0047】

第１パス１５の入口１５３から第１パスの出口１５５へ流れることにより、二水素は、熱交換器１３の第２パス１７と熱エネルギーを交換する。そして第１パス１５を流れるガス状の二水素が加熱される。例として、ガス状の二水素は、第１パス１５の入口１５３において絶対圧１．１ｂａｒで－２４０℃の温度を有し、第１パス１５の出口１５５において１．１ｂａｒで＋２５℃の温度を有する。

【0048】

熱交換器１３の第１パス１５の内側の触媒１５１の存在は、パラ水素からオルト水素への異性化の反応を促進することを可能にし、そのような反応は吸熱反応である。したがって、第１パス１５において循環するガス状の二水素は、熱交換器１３の第２パス１７から来る更なる熱エネルギーを吸収しうる。第２パス１７から第１パス１５への熱の伝達が大幅に増加する。

【0049】

図１を参照すると、冷却ブランチ２３は、少なくとも１つの二水素圧縮部材２５を有する。冷却ブランチ２３の第１部分は、圧縮部材２５の後に配置される第２パス１７を経由して熱交換器１３を通過する。冷却ブランチ２３において循環するガス状の二水素は、上記で説明したように、それによって、それが第２パス１７内で冷却される前に、圧縮部材２５によって圧縮される。この圧力の上昇は、第２パス１７及びそれに続くものの内側で二水素の液化を促進する。

【0050】

図１に図示されているように、しかし任意の方法で、冷却ブランチ２３の第２部分は、第３パス１９を介して熱交換器１３を通過する。第３パス１９の出口１９５は、冷却ブランチ２３の接続部２３１によって第２パス１７の入口１７３に接続される。接続部２３１は圧縮部材２５を支持する。

【0051】

熱交換器１３の第２パス１７は、熱交換器１３の第１パス１５及び第３パス１９と熱エネルギーを交換するように配置される。

【0052】

また、液化装置１１は、供給ブランチ２１の集合点３３と、冷却ブランチ２３に配置される接合点３５とを接続するバイパスブランチ３１を備える。これは、特に、１つの同じタンクからのガス状の二水素を、供給ブランチ２１において及び冷却ブランチ２３において循環させることを可能にする。接合点３５は圧縮部材２５の前に配置される。より具体的には、図１に描かれた第１実施形態において、接合点は、熱交換器１３の第３パス１９の入口１９３の前に配置される。

【0053】

タンクのうちの少なくとも１つから来るガス状の二水素１０は、タンク３、５の一方から熱交換器１３の第３パス１５の入口１９３に流れ、その後、熱交換器１３の第３パス１９を通過する。

【0054】

第３パス１９の出口１９５において、二水素は圧縮部材２５によって圧縮されて、熱交換器１３の第２パスの入口１７３に送られる。言い換えれば、圧縮部材２５を通るその通路の後の二水素の圧力は、圧縮部材２５を通るその通路の前の二水素の圧力よりも大きい。

【0055】

この関連において、圧縮部材２５は、その機能の結果として、圧縮部材２５を通じて冷却ブランチ２３におけるタンク３、５の少なくとも一方から来るガス状の二水素１０の強制循環を可能にすることが理解される。

【0056】

その後、圧縮された二水素は熱交換器１３の第２パス１７において流れ、そこでそれは熱交換器１３の第３パス１９において流れる二水素に対して及び熱交換器１３の第１パス１５において流れる二水素に対して、熱エネルギーを渡す。したがって、第２パス１７において循環する二水素は、少なくとも部分的に液体状態に移行するように状態を変化させる。それによって熱交換器１３の第２パス１７の出口１７５では、二水素の少なくとも一部が液化され、優先的には全ての二水素が液化される。

【0057】

熱交換器１３のパス１５、１７間の熱エネルギーの交換を最適化するため、第２パス１７における二水素の流れは、第１パス１５における二水素の流れと逆流して生じる。熱交換器１３のパス１７、１９間の熱の伝達をさらに改善するために、第２パス１７における二水素の流れは、第３パス１９における二水素の流れと逆流して生じる。第１パス１５における二水素は、第３パス１９における二水素の循環の方向と同じ方向に流れることが理解される。

【0058】

例として、二水素は、熱交換器１３の第３パス１９の入口１９３で－２５０℃の温度を有し、熱交換器１３の第３パス１９の出口１９５で＋２５℃の温度を有する。圧縮部材２５は、温度＋４３℃に関して、二水素を３５～４５バールの圧力まで圧縮する。二水素は、熱交換器１３の第２パス１７の入口１７３で＋４３℃の温度を有し、熱交換器１３の第２パス１７の出口１７５で－２４０℃の温度を有する。

【0059】

熱交換器１３の第２パス１７の出口１７５では、二水素が少なくとも部分的に液化される。言い換えれば、二水素は、熱交換器１３の第２パス１７を通過した後、液相及び気相を有しうる。その後、２つの相が混合される。

【0060】

図１に描かれた実施形態において、液化装置１１は、冷却ブランチ２３に配置される気液分離器２９を備える。その分離器は、第２パス１７の出口１７５の後に配置される。熱交換器１４の第２パス１７を出た後、少なくとも部分的に液化した二水素は、気液分離器２９の入口２９３に向かって流れる。

【0061】

この第１実施形態には描かれていない膨張装置が、気液分離器２９に入る流体の圧力を低下させるように、第２パス１７の出口１７５と気液分離器２９の入口２９３との間に配置されてもよい。

【0062】

気液分離器２９の液体出口２９５は、タンク３、５の少なくとも一方と流体連通しており、そのような流体連通は、冷却管２３の第３部分４１によって確保される。

【0063】

気液分離器２９のガス出口２９７は、熱交換器１３の第３パス１９の入口１９３の前で、冷却ブランチ２３と流体連通する。例として、二水素は気液分離器２９のガス出口２９７において－２５４℃の温度を有する。

【0064】

気液分離器２９のガス出口２９７の冷却ブランチ２３との流体連通は、気液分離器２９のガス出口２９７と冷却ブランチ２３に配置される接合点３５とを接続する接続ブランチ２９９によって確保される。

【0065】

二水素が液化装置１１において循環する場合、熱交換器１３の第２パス１７を出た後、二水素は気液分離器２９に送られて、二水素の液相が気相から分離される。

【0066】

気液分離器２９に収容される二水素の液相は、冷却管２３の第３部分４１を介して、タンク３，５の一方に貯留された二水素の液相９に送られうる。気液分離器２９に含まれる二水素の気相は、接続ブランチ２９９を介して接合点３５において冷却ブランチ２３内に導入されてもよく、そこで液化されるようにしてもよい。

【0067】

図２は、発明による液化装置の第２実施形態を示す。第２実施形態は、接合点３５が第３パス１９の出口１９５と冷却ブランチ２３における圧縮部材２５との間にある点と、バイパスブランチ３１が第４パス２０を介して熱交換器１３を通過する点とで、第１実施形態と異なる。同一要素は同じ参照で示される。これらの同一要素の更なる詳細については、上記の説明を参照しうる。

【0068】

図２を参照すると、熱交換器１３の第４パス２０は、集合点３３と接合点３５とを接続するバイパスブランチ３１を構成する。集合点３１は、第１パス１５の入口１５３の前の供給ブランチ２１にある。

【0069】

接合点３５は冷却ブランチ２３にある。接合点３５は、圧縮部材２５の前に配置される。図２に描かれているように、接合点３５は、第３パス１９の出口１９５と第２パス１７の入口１７３との間に、より具体的には圧縮部材２５の入口の前に、配置される。

【0070】

気液分離器２９のガス出口２９７は、接続ブランチ２９９を介して第３パス１９の入口１９３と流体連通する。接続ブランチ２９９は、この第２実施形態において、冷却ブランチ２３の第２部分を構成する。したがって、第３パス１９に入る二水素は、気液分離器２９を出る二水素の気相と同じ温度、すなわちこの第２実施形態では－２５４℃、を有する。

【0071】

熱交換器１３の第４パス２０は、バイパスブランチ３１を構成する。第４パス２０は、熱交換器１３の第２パス１７及び第３パス１９と熱エネルギーを交換するように配置される。したがって、熱交換器１３の第２パス１７は、熱交換器１３の第１パス１５及び熱交換器１３の第４パス２０と熱エネルギーを交換するように配置される。

【0072】

図２を参照すると、熱交換器１３の第４パス２０におけるガス状の二水素の流れは、第３パス１９におけるガス状の二水素の流れと同じ方向に方向付けられている。換言すれば、ガス状の二水素が液化装置１１において循環する場合、熱交換器１３の第４パス２０における二水素の流れは、第３パス１９における二水素の流れと並流である。さらに、熱交換器１３の第４パス２０におけるガス状の二水素の流れは、第２パス１７における二水素の流れと逆流する。

【0073】

図２に示す第２実施形態による液化装置１に二水素が通過する場合、二水素は圧縮され冷却された状態で熱交換器１３の第２パス１７から出る。したがって、冷却管２３における二水素が気液分離器２９に入ると、それは膨張し、その結果、気液分離器２９において二水素の液相及び二水素の気相を作り出す。
膨張装置２８は、任意のやり方で、気液分離器２９に流入する流体の圧力を低下させるように第２通路１７の出口１７５と気液分離器２９の入口２９３との間に配置されうる。
気液分離器２９における二水素の液相は、タンク３、５のうちの１つに戻されうる。より具体的には、気液分離器２９の液体出口２９５からタンク５内に延びる冷却パイプ２３の第３部分４１を介して、タンク５に収容される液相９に二水素の液相が直接送られ、それによって第３部分４１の一端がタンク５に収容される液体二水素に浸漬される。

【0074】

気液分離器２９における二水素の気相は、その一部に関し、熱交換器１３の第３パス１９を通過して冷却ブランチ２３に送られる。

【0075】

気液分離器２９から来るガス状態の熱交換器１３の第３パス１９の入口１９３における二水素は、第４パス２０の入口２０３で二水素よりも低温である。そして第２実施形態では、熱交換器１３の第４パス２０によって、気液分離器２９から来る気相の熱エネルギー吸収能力から役立つものを得ることを可能にする。

【0076】

したがって、第３パス１９の出口１９５における二水素は、液化装置１が第４パスを有さない第１実施形態の場合よりも低温である。したがって、この第２実施形態における第２パス１７の入口１７３における二水素は、より低温であり、したがって、第２パス１７の出口１７５では第１実施形態よりもさらに冷却される。

【0077】

この第２実施形態において、二水素は第２パス１７の出口１７５において、第１実施形態におけるよりも低温であるため、それは気液分離器２９においてより少ない気相を作り出す。そのため、第１実施形態に比べ、接続ブランチ２９９を介してリサイクルされる二水素の量が少なくなり、液化装置の消費エネルギーが減少する。

【0078】

図３を参照すると、浮体構造物７０の切断面図が、船又は浮体プラットフォームでありうる浮体構造物７０の二重船体７２に取り付けられた、角柱の全体形状の密閉された断熱タンク３、５を示す。タンク３、５の壁は、タンク３、５に収容された液体状態の二水素と接触することを意図した一次密封バリアと、一次密封バリアと船の二重船体７２との間に配置される二次密封バリアと、一次密封バリアと二次密封バリアとの間及び二次密封バリアと二重船体７２との間のそれぞれに配置される２つの断熱バリアとを有する。簡略化されたバージョンにおいて、浮体構造物７０は単一の船体を有する。或いは、二水素タンクは真空下で断熱された球形タンクである。

【0079】

浮体構造物７０の上部デッキに配置される積み込み／積み下ろしパイプライン７３は、液体状態の二水素の積荷をタンク３、５から又はタンク３、５に移送するために、適切なコネクタによって、海上ターミナル又は港湾ターミナルに接続されることができる。

【0080】

図３は、積み込み及び／又は積み下ろしステーション７５、水中パイプ７６、及び陸上施設７７を有する海上ターミナルの一例を示す。積み込み及び／又は積み下ろしステーション７５は、可動性アーム７４と、可動性アーム７４を支持するタワー７８とを有する固定された海上施設である。可動性アーム７４は、積み込み／積み下ろしパイプライン７３に接続可能な断熱されたフレキシブルホース７９の束を支える。可動性アーム７４は向きを変えることができ、あらゆる大きさの浮体構造物７０に適応する。タワー７８の内側に接続パイプ（図示せず）が延びている。積み込み及び／又は積み下ろしステーション７５は、浮体構造物７０が陸上施設７７から又は陸上施設７７に積み込み及び／又は積み下ろしされることを可能にする。後者は、液体状態の二水素を貯留するためのタンク８０と、水中パイプ７６によって積み込み及び／又は積み下ろしステーション７５に接続された接続パイプ８１とを備える。水中パイプ７６は、積み込み及び／又は積み下ろしステーション７５と陸上施設７７との間で、液体状態の二水素を長距離にわたって、例えば５ｋｍにわたって、移送することを可能にし、これは、積み込み及び／又は積み下ろし作業の間、浮体構造物７０を海岸から長距離に保つことを可能にする。

【0081】

二水素の移送に必要な圧力を発生させるために、浮体構造物７０に搭載されたポンプ、及び／又は陸上施設７７に装備されるポンプ、及び／又は積み込み及び積み下ろしステーション７５に装備されるポンプが使用される。或いは、圧力効果を介し、すなわちタンク３、５の圧力を上げることによって、二水素は積み下ろされてもよい。そのため、ポンプを使用せずに二水素が積み下ろされることができる。

【0082】

もちろん、発明は今しがた述べられた例に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱することなく、これらの例に多数の変更が加えられうる。例えば、発明による液化装置のその２つの実施形態は、浮体構造物との関連で説明されてきた。しかし、それらは陸上構造物において実装されうる。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】