JP2000220961A - スラッシュ水素の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒の粗い固体水素が分離し沈降することのな
い、理想的な状態のスラッシュ水素を製造する装置及び
製造方法を提供する。 【解決手段】 容器２の内部には、モータ４に接続され
鉛直方向に設置された回転軸５が設けられており、同回
転軸５にはスラッシュ水素の液面を攪拌するための回転
羽根３が備えられている。この回転羽根３は、浮体３ｄ
を備えた羽根部３ａが連結体３ｃを介して、回転軸５の
断面直径よりも内径の大きいリング３ｂに設置された構
成であり、回転羽根３が回転軸５の長手方向に沿って上
下移動自在となるよう、同リング３ｂ内を回転軸５が貫
通するように配置されている。一方、回転軸５には同回
転軸５と平行に伸びる平行棒５ａが設けられており、こ
の平行棒５ａは、回転羽根３のリング３ｂが上下移動す
る際、同リング３ｂと干渉しない程度に回転軸５から離
れた位置に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スラッシュ水素の
製造技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、二酸化炭素を排出しないクリーン
なエネルギーとして水素が注目されており、ロケット燃
料の他、火力発電プラントなど様々な産業分野への大規
模利用が研究されている。こうした水素の大規模利用に
際しては、その輸送及び貯蔵技術の確立が不可欠と考え
られるところ、水素をスラッシュ水素の状態にして輸送
又は貯蔵する技術が提案されるに至っている。

【０００３】スラッシュ水素とは、固体水素と液体水素
がシャーベット状に混合したものであるが、液体水素と
比べて密度や寒冷保有量（他の物体を冷却する能力、た
とえば液体水素で、ある物体を冷やすのとスラッシュ水
素で冷やすのではスラッシュ水素の方が固体水素が混じ
っている分液体水素より多く冷やすことが可能）の点で
大きく異なり、例えば、固体含有率が５０パーセントの
スラッシュ水素は、液体水素に比べて、密度が約１６パ
ーセント高くなり、寒冷保有量が約１８パーセント増加
することが知られている。従って、スラッシュ水素は輸
送や貯蔵に特に適しているといえる。

【０００４】従来におけるスラッシュ水素の代表的製造
方法の１つとして、以下のからの手順からなるフリ
ーズ・ソー（間欠減圧）法が挙げられる。 液体水素が入った容器の内部を真空ポンプにて水素の
３重点（約５３ｔｏｒｒ、１３．８Ｋ）まで減圧し、液
体水素を液面で凝固させ固体水素の層を形成させる。
この状態で真空ポンプを止めて容器の内部を昇圧し、容
器の内部温度をやや上昇させて、固体水素の層が幾分か
溶け出すようにする。そして、液体水素よりも比重の
重い固体水素を、容器の下方に沈降させる。その後、
上記からの手順を間欠的に繰り返すことにより、液
体水素と固体水素を混合しスラッシュ水素を製造する。

【０００５】しかしながら、この方法にて製造したスラ
ッシュ水素は、各固体水素の粒が粗く形成され、隣接す
る固体水素の粒と粒との間に生じる大きな隙間に多量の
液体水素が入り込んでいるため、固体水素の粒が細かい
スラッシュ水素に比べ、液体水素の含有率が高く、全体
として密度が低いという欠点があった。また、固体水素
の粒が粗いため、ある程度の時間が経つと固体水素が容
器下方に沈降し、液体水素と分離してしまう傾向が強か
った。

【０００６】そこで、粒の細かい固体水素が液体水素と
一様に混合された状態のスラッシュ水素を製造するた
め、図７のような装置が提案されている。図７におい
て、０２は蓋体０２’を備えた密封可能な容器であり、
同蓋体０２’を貫通して設けられた配管等を介して真空
ポンプ０１と接続されている。蓋体０２’の中央には、
容器０２の内部に向けて垂下された回転軸０５が回転可
能に支持されており、同回転軸０５は前記蓋体０２’の
上方に設けられたモータ０４に接続されている。そし
て、回転軸０５には、同回転軸０５から水平方向に向け
て延設された単数又は複数の羽根部０３ａを備えた回転
羽根０３が設けられている。

【０００７】回転羽根０３は、回転軸０５の長手方向に
おける所望位置に取り付け可能に設けられており、ねじ
によって回転軸０５に固定されるように構成されてい
る。従って、回転軸０５がモータ０４にて回転駆動され
ると、同回転軸０５の回転に伴ってねじ止め固定した回
転羽根３も回転することとなる。

【０００８】このような構成の装置において、スラッシ
ュ水素の製造に際しては、容器０２に注入する液体水素
の液面の位置に羽根部０３ａが配置されるよう回転羽根
０３を固定しておく。そして、スラッシュ水素の製造
中、回転羽根０３を回転させておくことで、液面の攪
拌、固体水素の粉砕、細粒化が図られ、理想状態に近い
スラッシュ水素が製造できるというものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような装置を用
いると、通常のフリーズ・ソー法に比べ、ある程度は状
態の良いスラッシュ水素が製造できる。しかしながら、
この装置では、スラッシュ水素の製造に伴う液面低下
（スラッシュ水素は液体水素よりも密度が高いため固体
水素の増加により徐々に液面が低下していく）に伴って
攪拌効果が下がり、その結果、粒の粗い固体水素の分
離、沈降を完全に防ぐことができなかった。そこで、本
発明は、粒の粗い固体水素が分離し沈降することのな
い、理想的な状態のスラッシュ水素を製造する装置及び
製造方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、（１）真空ポンプと接続され密封可能
な容器と、容器内に鉛直方向に備えられた回転軸と、回
転軸を回転させる手段と、回転軸の回転に伴って回転す
る回転羽根を有したスラッシュ水素の製造装置におい
て、回転羽根が浮体を備え、かつ、鉛直方向に移動自在
に設けられていることを特徴としている。

【００１１】また、（２）真空ポンプと接続され密封可
能な容器と、容器内に備えられ、上部に開口部を備えた
外筒の内部にスクリュー部を備えたスクリュー装置と、
スクリュー装置のスクリュー部を回転させる手段とを有
したことを特徴としている。

【００１２】また、（３）真空ポンプと接続された真空
室と、真空室内に回転可能に設けられ、内部にフィンを
備えた容器と、容器を回転させる手段とを有したことを
特徴としている。

【００１３】また、（４）フリーズ・ソー法にて生成さ
れたスラッシュ水素に対し、同スラッシュ水素中の沈降
した水素の固体粒を汲み上げ、スラッシュ水素の液面に
落下させる工程を施すことを特徴としている。

【００１４】上記のような構成による作用は下記の通り
である。 （１）回転羽根に備えられた浮体が容器内のスラッシュ
水素（液体水素）面に浮き、かつ、回転羽根が鉛直方向
に移動自在であることにより、回転羽根は常にスラッシ
ュ水素（液体水素）の液面位置にくることとなる。そし
て、従って、スラッシュ水素（液体水素）の液面高さに
影響されることなく、液面の攪拌及び液面に形成される
固体水素の層の粉砕が確実に行われるようになる。

【００１５】（２）容器下方に沈降したスラッシュ水素
中の粒の粗い固体水素は、スクリュー装置によって汲み
上げられ、同スクリュー装置の開口部からスラッシュ水
素の液面に落下する。これにより、粒の粗い固体水素は
粉砕され、スラッシュ水素の上方に分離した液体水素と
再混合される。

【００１６】（３）容器内部に備えられたフィンは、容
器の回転によってスラッシュ水素（液体水素）の液面を
攪拌し、液面に形成される固体水素の層を粉砕する。ま
た、容器下方に沈降した粒の粗い固体水素も前記フィン
によって粉砕され、スラッシュ水素から分離した液体水
素と再混合される。

【００１７】（４）フリーズ・ソー法によって生成され
たスラッシュ水素に対し、その下方に沈降した粒の粗い
固体水素を汲み上げて同スラッシュ水素の液面に落下さ
せることによって、固体水素の粒が粉砕され、スラッシ
ュ水素の上方に分離した液体水素と混合される。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明における第１の実
施の形態にかかるスラッシュ水素の製造装置を示す構成
図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図であ
る。本実施の形態においても、真空ポンプ１、容器２、
容器２の蓋体２’及びモータ４は従来と同じものを用い
ているため、その説明を省略する。上記図１及び２にお
いて、蓋体２’に回転可能に支持され、容器２の内部に
鉛直方向に設置される回転軸５は、従来装置と同様に、
蓋体２’の上方に設置されたモータ４に接続されてい
る。

【００１９】容器２の内部には、スラッシュ水素（液体
水素）の液面を攪拌するための回転羽根３が配置されて
いる。この回転羽根３は、回転軸５の断面直径よりも内
径の大きいリング３ｂから棒状の連結体３ｃを介して単
数又は複数の羽根部３ａが水平方向に延設され、かつ、
内部に水素の融点でもガスの状態であるヘリウムガスを
密封した浮体３ｄが各羽根部３ａに設けられた構成とな
っている。そして、回転羽根３が回転軸５の長手方向に
沿って上下移動自在となるよう、同リング３ｂ内を回転
軸５が貫通するように配置されている。

【００２０】一方、回転軸５には、同回転軸５の上方で
固定され、同回転軸５と平行に伸びる平行棒５ａが設け
られている。この平行棒５ａは、回転羽根３のリング３
ｂが上下移動する際、同リング３ｂと干渉しない程度に
回転軸５から離れた位置に配置されている。

【００２１】このような構成のスラッシュ水素製造装置
において、回転軸５をモータ４にて回転させると平行棒
５ａも同回転軸５と同じ回転数で回転するが、その際、
回転羽根３の連結体３ｃを押しながら回転するため、回
転羽根３は回転軸５を中心として回転する。そして、回
転羽根３の羽根部３ａは浮体３ｄによってスラッシュ水
素（液体水素）の液面位置にくることとなるため、容器
２内におけるスラッシュ水素（液体水素）の液面が常に
回転羽根３の回転部３ａで攪拌され、また、液面に形成
された固体水素の層が粉砕されることとなる。従って、
上記装置によれば、スラッシュ水素（液体水素）の液面
高さに影響されることなく、液面の攪拌や固体層の粉砕
を確実に行うことができることとなるため、製造するス
ラッシュ水素の量と無関係に良好な状態のスラッシュ水
素を製造することが可能となる。

【００２２】なお、上記のように、本実施の形態では、
回転羽根３を回転駆動するための部材として平行棒５ａ
を例示したが、回転羽根３の上下方向の移動を干渉せず
に回転させることができる部材であれば、別の部材を用
いることも可能である。例えば、回転軸５の長手方向に
沿って溝又は突起を設けておき、リング３ｂ内面の対応
する部分に突起又は溝を設けることとしてもよい。ただ
し、平行棒５ａを用いるものは、従来の回転軸に簡単に
取り付け加工できるため、回転軸に溝や突起を設けるも
のよりも装置の製造効率上有利である。

【００２３】また、本実施の形態では、浮体３ｄとして
ヘリウムガスを密封したものを用いたが、回転羽根３を
支えてスラッシュ水素（液体水素）上に浮くことができ
る浮体であれば別のものを用いてもよい。ただし、ヘリ
ウムガスを密封した浮体を用いると、スラッシュ水素温
度以下でもガス状であるので，浮力を得るのに非常に有
益である。

【００２４】図３は、本発明における第２の実施の形態
にかかるスラッシュ水素製造装置を示す構成図であり、
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。本実施の
形態においても、真空ポンプ１、容器２、容器２の蓋体
２’及びモータ４は従来と同じものを用いている。これ
らの図において、蓋体２’の中央下部には、容器２の内
部に向けて垂下したスクリュー装置７が設けられてお
り、同スクリュー装置７は、その外筒の下端が容器２の
底部よりやや上方に位置する程度の長さを有している。
そして、スクリュー装置７には、その外筒の上部に開口
部７ｂが設けられている。

【００２５】スクリュー装置７の内部には、外筒とほぼ
同等の長さを有したスクリュー部７ａが備えられてい
る。スクリュー部７ａは蓋体２’の上方に設置されたモ
ータ４に接続されており、同モータ４にて回転駆動され
るようになっている。そして、スクリュー部７ａの螺旋
は、モータ４の回転に伴って液体等を下方から上方に汲
み上げる方向に形成されている。

【００２６】このような構成においては、以下のような
適用が適している。 まず、スクリュー部７ａを回転させず、従来の攪拌を
伴わないフリーズ・ソー法と同様の方法にて、粒の粗い
固体水素を多く含んだスラッシュ水素を生成する。 その後、スクリュー部７ａを回転させて、容器２の下
方に沈降した粒の粗い固体水素をスクリュー外筒７の下
端から汲み上げ、開口部７ｂからスラッシュ水素の液面
に落下させる。これにより、固体粒を粉砕し、かつ、上
方に分離した液体水素と十分混合させることができる。 上記を十分行い、固体粒が細かく、かつ、液体水素
と固体水素が十分混合されたスラッシュ水素を製造す
る。

【００２７】以上のように、本実施の形態においては、
粒の粗い固体水素が分離沈降した、状態の悪いスラッシ
ュ水素を生成した後、この固体粒を粉砕して、上方に分
離した液体水素分と再混合させることが可能であり、こ
れにより理想的な状態のスラッシュ水素を製造しようと
するものである。

【００２８】図５は、本発明における第３の実施の形態
にかかるスラッシュ水素製造装置を示す構成図であり、
図６は、図３のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。これらの
図において、真空ポンプ１と接続された真空室１０の内
部には、容器１２が傾斜して設けられている。この容器
１２は、その下部に備えられた回転軸１５を介して、真
空室１０外部の斜め下方に設けられたモータ４に接続さ
れ、かつ、傾斜した側方部分をベアリング８によって回
転可能に支持されている。そして、容器１２の内部に
は、容器１２の内壁面に対して斜めに設置されたフィン
９が複数設けられている。

【００２９】このような装置において、容器１２内に液
体水素を注入し、容器１２をモータ４にて回転させなが
らフリーズ・ソー法を実施すると、スラッシュ水素（液
体水素）の液面が攪拌され、また、液面に形成される固
体水素の層がフィン９にて粉砕されて固体水素の細粒化
が図られ、理想状態に近いスラッシュ水素が製造できる
こととなる。また、この装置においては、容器１２を回
転させずにスラッシュ水素を生成し、時間の経過ととも
に下方に分離、沈降した粒の粗い固体水素をフィン９に
て粉砕し液体水素と混合させることも可能となる。

【００３０】なお、図５では、フィン９が容器１２の下
方に５段分設置されているが、特にその位置や数に限定
されるものではなく適宜選択してよいものである。従っ
て、例えば、フィン９を容器１２の下方から開口近傍ま
で設置することも可能であり、この場合には、液面高さ
に影響されず常にフィン９が液面を攪拌、粉砕すること
が可能になるという効果がある。また、フィン９は、容
器１２の開口方向を向いて斜めに設置されているが、そ
の向きに限定されるものでもない。その他、フィン９の
形状や大きさ、等も適宜選択可能である。

【００３１】

【発明の効果】本願の請求項１に記載された発明による
と、スラッシュ水素の液面高さに影響されることなく、
液面の攪拌や固体層の粉砕を確実に行うことができるこ
ととなる。また、製造するスラッシュ水素の量と無関係
に良好な状態のスラッシュ水素を製造することが可能と
なる。

【００３２】また、本願の請求項２に記載された発明に
よると、粒の粗い固体水素が沈降した、状態の悪いスラ
ッシュ水素の固体粒を粉砕し、上方に分離した液体水素
分と再混合させて状態の良いスラッシュ水素を製造する
ことが可能となる。

【００３３】また、本願の請求項３に記載された発明に
よると、スラッシュ水素の液面が攪拌され、また、液面
に形成される固体水素の層が粉砕されて、理想状態に近
いスラッシュ水素が製造できることとなる。また、この
装置においては、容器を回転させずにスラッシュ水素を
生成し、時間の経過とともに下方に分離、沈降した粒の
粗い固体水素をフィンにて粉砕し液体水素と混合させる
ことも可能となる。

【００３４】また、本願の請求項４に記載された発明に
よると、従来のフリーズ・ソー法によって生成された、
粒の粗い固体水素が沈降したスラッシュ水素から、良好
な状態のスラッシュ水素を製造することが容易に行える
ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるスラッシュ
水素の製造装置を示す構成図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態におけるスラッシュ
水素の製造装置を示す構成図。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態におけるスラッシュ
水素の製造装置を示す構成図。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図。

【図７】従来におけるスラッシュ水素の製造装置を示す
構成図。

【符号の説明】

１、０１ 真空ポンプ ２、０２、１２ 容器 ２’、０２’ 蓋体 ３、０３ 回転羽根 ３ａ、０３ａ 羽根部 ３ｂ リング ３ｃ 連結体 ３ｄ 浮体 ４、０４ モータ ５、１５、０５ 回転軸 ５ａ、０５ａ 平行棒 ７ スクリュー装置 ７ａ スクリュー部 ７ｂ 開口部 ８ ベアリング ９ フィン １０ 真空室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空ポンプと接続され密封可能な容器
   と、容器内に鉛直方向に備えられた回転軸と、回転軸を
   回転させる手段と、回転軸の回転に伴って回転する回転
   羽根を有したスラッシュ水素の製造装置において、 回転羽根が浮体を備え、かつ、鉛直方向に移動自在に設
   けられていることを特徴とするスラッシュ水素の製造装
   置。
2. 【請求項２】 真空ポンプと接続され密封可能な容器
   と、 容器内に備えられ、上部に開口部を備えた外筒の内部に
   スクリュー部を備えたスクリュー装置と、 スクリュー装置のスクリュー部を回転させる手段とを有
   したことを特徴とするスラッシュ水素の製造装置。
3. 【請求項３】 真空ポンプと接続された真空室と、 真空室内に回転可能に設けられ、内部にフィンを備えた
   容器と、 容器を回転させる手段とを有したことを特徴とするスラ
   ッシュ水素の製造装置。
4. 【請求項４】 フリーズ・ソー法にて生成されたスラッ
   シュ水素に対し、同スラッシュ水素中の沈降した水素の
   固体粒を汲み上げ、スラッシュ水素の液面に落下させる
   工程を施すことを特徴とするスラッシュ水素の製造方
   法。