持続可能な航空の革命における効率的な水素タンク システムの役割

水素タンクを通る熱流入を最小限に抑えるには、特殊な材料、厚い壁、適切な断熱材が必要です。

最近、Simple Flying は民間航空機のジェット燃料の代替としての水素の重要性を強調しました。 シンプル フライングでは、水素の貯蔵と動力源としての使用に関連する課題も調査しました。 水素の利点が課題を上回るかどうかを判断するのは困難ですが、水素貯蔵のための独自のソリューションを特定するための技術研究が継続しています。

水素燃料は、ジェット燃料よりもエネルギー密度が高い (3 倍) ため、短距離から中距離の航空機にとって理想的な候補となります。 再生可能エネルギーから水素を生成する場合、二酸化炭素や窒素酸化物を排出しません。

従来のガスタービンエンジンは、燃焼用の燃料として液体水素（LH2）を使用するように改造できます。 高圧コンプレッサーからの加圧空気は、燃焼器内で点火する前に霧状の液体水素と混合できます。

LH2 の最も重要な課題の 1 つは、その体積密度です。 水素はジェット燃料よりも大幅に軽いため、航空機にはジェット燃料の 4 倍の貯蔵量が必要です。 液体水素の機内貯蔵は航空機メーカーにとって課題となっている。

極低温シリンダーは、体積を最小限に抑えながら LH2 を保管する必要があります。 極低温タンクは、水素を極氷温度 (約 -420 °F/-250 °C) で保管します。

必要な水素の重量はジェット燃料の約 3 分の 1 にすぎませんが、はるかに多くの体積が必要となるため、航空機の構造重量が増加します。 その結果、航空分野での水素の持続可能性を達成するには、効率的な貯蔵タンク システムが必要となります。 ジェット燃料とは異なり、水素シリンダーは直径が大きすぎて航空機の翼に収まらない場合があることは注目に値します。

さらに、翼のタンクにジェット燃料が保管されているため、飛行中、航空機の重心が効率的に管理されます。 LH2 タンクの使用では、重心が別の課題になる可能性があります。

貯蔵タンクは、極端な温度に耐えられるように特殊な材料で製造する必要があります。 さらに、タンクの壁を通した熱の流入を最小限に抑えるために、タンクは厚い壁を持ち、スタック間に十分な隔離を提供する必要があります。 漏れた熱により LH2 が沸騰し、LH2 を極氷温度に保つのに必要な周囲の熱を吸収する可能性があります。 極低温タンクのメーカーは、ボイルオフ状態を 1 日あたり 1% 未満に保つことを目指しています。

設計上の損失を最小限に抑えるために、タンクの形状はできる限り球に近づける必要があります。 球体は、LH2 の保持質量あたりの露出表面が最も少なくなります。 重心を維持するには、航空機のピッチングやティッピングモーメントに影響を与えないように、同じサイズの LH2 タンクを配置する必要があります。

球形タンクのスタックは、航空機の前部 (下甲板のコックピットのすぐ後ろ) と後部 (水平尾翼のすぐ前) に配置できます。 上部に断熱材を追加した真空フラスコ技術により、LH2 のボイルオフ状態が最小限に抑えられます。 タンクが真空を失うと、断熱層がシステム内への熱流入を封じ込めます。

タンクには、LH2 と水素ガス (H2) の混合物が入っている場合があります。 H2 圧力は、ポンプとバルブが LH2 を燃焼システムに送るときに調整バルブを通じて制御されます。 LH2 はタービン システムで使用する前に、熱交換器でガス状に変換する必要があることに注意してください。

水素燃料航空機に搭載される水素タンクシステムの設計についてはどう思いますか? コメント欄でお知らせください。

ライター - オマールは航空愛好家であり、博士号を取得しています。 航空宇宙工学の博士号を取得。 オマール氏は長年にわたる技術および研究の経験を活かし、研究に基づいた航空実務に注力することを目指しています。 仕事とは別に、オマールは旅行、航空現場の訪問、飛行機の観察に情熱を持っています。 カナダのバンクーバーに拠点を置く