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概要

水素燃料供給プロセス用車載冷熱エネルギー貯蔵システム

キム・ヨンミン

燃料電池自動車の水素貯蔵圧力は、走行距離の延長に対応するため、35 MPa から 70 MPa に増加されました。その一方で、このような圧力増加により、給油所での急速充填中に水素タンク内の温度が大幅に上昇し、安全上の問題が生じる可能性があります。チラーを設置すると、水素ガスがタンク内に沈積する前に冷却されるため、この懸念は軽減されることがよくあります。エネルギー効率の改善と安全上の懸念の両方に対処するため、本稿では、膨張した水素で冷却する車載冷熱エネルギー貯蔵 (CTES) システムを提案しました。運転サイクル中、提案されたシステムでは、圧力調整器の代わりに膨張器を使用して、追加の電力と冷水素ガスを生成します。さらに、CTES には相変化材料 (PCM) が装備されており、膨張した水素ガスの冷エネルギーを回収します。この冷エネルギーは、次回の充填時に給油所からの高圧水素ガスを冷却するために使用されます。数年前、燃料電池自動車の一般的な水素貯蔵圧力は 35 MPa でした。このような圧力では、70 MPaを必要とする長距離走行に対応するには体積エネルギー密度が非常に低くなります。最近では、主に70 MPaの高圧での車載水素貯蔵が広く採用されています。しかし、この圧力の上昇により、圧縮熱とジュール・トムソン膨張により、燃料補給ステーションでの急速充填中に車両タンクの温度が大幅に上昇します。給油前にチラーで水素を予冷すると、温度上昇が緩和され、自動車技術会（SAE）プロトコルや国際標準化機構（ISO）安全コード（つまり、85 °C）などの国際規格や規制に準拠した最大許容タンク温度に適合します。充填プロセス中のこのような温度上昇により、タンク内に貯蔵されるガスの総量も減少します。一連の実験で、Kimらは数値流体力学（CFD）解析を使用してタンクのシリンダー上の温度変化を定量化しました。Miguelらは、充填速度がガスに与える影響を評価しました。