JP2003517411A - 液化ガスからスラッシュを製造する方法及び装置 - Google Patents

液化ガスからスラッシュを製造する方法及び装置

Info

Publication number
JP2003517411A
JP2003517411A JP2000537022A JP2000537022A JP2003517411A JP 2003517411 A JP2003517411 A JP 2003517411A JP 2000537022 A JP2000537022 A JP 2000537022A JP 2000537022 A JP2000537022 A JP 2000537022A JP 2003517411 A JP2003517411 A JP 2003517411A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slush
gas
hydrogen
liquefied gas
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000537022A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003517411A5 (ja
JP4006617B2 (ja
Inventor
クラウス ブルンホーフエル，
Original Assignee
エムアイ・デベロプメンツ・オーストリア・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシヤフト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エムアイ・デベロプメンツ・オーストリア・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシヤフト filed Critical エムアイ・デベロプメンツ・オーストリア・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシヤフト
Publication of JP2003517411A publication Critical patent/JP2003517411A/ja
Publication of JP2003517411A5 publication Critical patent/JP2003517411A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4006617B2 publication Critical patent/JP4006617B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0005—Light or noble gases
    • F25J1/001—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0221—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0275—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/402—Propellant tanks; Feeding propellants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/20—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using solidification of components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/90—Mixing of components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/02—Mixing or blending of fluids to yield a certain product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Air Bags (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、固体の結晶が形成され、これらの結晶が、スラッシュになるように液化ガスと混合し又は混合される、液化ガスからスラッシュを製造する方法に関する。固体結晶は液体粒子から生じ、これらの液体粒子は、液体粒子の凍結点より下の温度を有するガス雰囲気内に圧力をかけて釈放され、又は侵入する。さらに本発明は、クライオスタット容器が、部分的に液化ガスによって満たされており、この液化ガスが、スラッシュになるように固体結晶と混合される、クライオスタット容器（１）内において液化ガスからスラッシュを製造する装置に関する。装置は、供給される液化ガスから液体粒子を形成する噴霧装置（２，１２）を有し、その際、液体粒子は、容器（１）内にある液化ガス上に支配的でありかつ液体粒子の凍結点の下の温度を有するガス雰囲気内に侵入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 対象となる発明は、固体の結晶が形成され、これらの結晶が、スラッシュにな
るように液化ガスと混合し又は混合される、液化ガスからスラッシュを製造する
方法に関する。さらに本発明は、液化ガスからスラッシュを製造する装置に関す
る。
【０００２】 水素（Ｈ２）は、その小さな分子量及びその大きな燃焼熱のために、高エネル
ギーのロケット燃料組合せに推進剤として適している。液体水素（ＬＨ２）は、
低温燃料に所属し、かつ駆動ユニットに適用する際に、タンクの相応する断熱を
必要とする。水素とのつきあいの際、特別な安全予防処置を調えなければならな
い。水素に対して点火の危険は、その高い拡散速度のため、他の推進剤よりも大
きい。燃焼又は爆発を開始するために、すでに小さな火花（例えば静電帯電によ
る）で十分である。
【０００３】 空間運搬システムのできるだけ重量及び空間を節約する構成様式の要求によっ
て、駆動ガス、水素の貯蔵のために、ガスの液化、及び低い温度における液体水
素のそれ以上の圧縮が考慮され、かつ最終的にスラッシュ−４０−６０重量％の
結晶含有量を含む液体水素と混合された水素結晶−を使用することが提案されて
いる。スラッシュは、高い密度、高い冷却維持及び良好な流動特性のような一連
の望ましい特性をまとめている。それ故にこれらの特性に基づいて、液化ガスの
スラッシュは、宇宙空間任務のための低温冷却媒体として適しているが、地上の
用途にも適している。
【０００４】 水素スラッシュを製造することができる方法は、すでに開発されており、その
際、これらの方法に、文献においてもすでに種々に記載された凍結−露−技術、
及びアウゲル方法が所属する。
【０００５】 凍結露技術において、三重点レベルに冷却される液体水素は、真空の発生によ
って蒸発され、その際、液体水素の表面に水素結晶が生じる。真空圧力は、三重
点圧力のわずかに上及びわずかに下の値において周期的に変化し、その際、三重
点圧力の下の圧力において、水素結晶のゆるいマトリクスが形成され、三重点圧
力のわずかに上の圧力において、水素が結晶に凝縮し、かつ固体粒子が液体内に
沈む。この方法の所定の利点は、必要な技術的装備の比較的簡単なことにある。
しかしながらこの方法において、スラッシュの製造は、負圧において行なわれる
ので、所定の安全性の危険が存在する。なぜなら意図しない空気の吸入、したが
って爆発性の水素−酸素−混合気の発生が、排除できないからである。生産量も
、ほぼ液体水素の冷却プロセスによって制限されており、この水素は、冷たいヘ
リウムの又はガス混合気、ヘリウム−ネオンの吹き込みによる間接的な冷却によ
って所定の量の液体水素の蒸発によって行なわれる。１日あたり少なくとも数ト
ンの必要な多くの量は、これまでこの方法によって経済的にひきあう費用で製造
できない。さらに水素スラッシュの品質の改善のために、これを１ないし２日老
化できることが必要である。
【０００６】 水素スラッシュを製造する前記の第２の方法、アウゲル方法において、液体水
素内にある中空シリンダは、ヘリウムガスにより水素の凍結点より下の温度に冷
却される。構成は、シリンダの内壁に固体水素が形成でき、この水素が、回転さ
せられるスクリュによって定常的にかき取られるようになっている。装置の下側
部分において、このようにして生じた水素結晶は、スラッシュになるように液体
水素と混合される。この方法は、凍結露方法に対して、負圧によって動作する必
要がないので、ここに存在する安全性の危険は存在しないという利点を有するが
、これまでこの方法は、実験室量の製造のためにしか利用できなかった。この方
法にしたがって動作しかつ水素スラッシュの工業的な製造に適した装置は、必要
な機械的な費用及びこれに結び付いたコストのため、おそらくほとんど実現不可
能である。さらにこの方法にしたがって製造された水素スラッシュは、１ないし
２日の期間の間、老化プロセスを受けなければならない。
【０００７】 この時、本発明は、負圧の適用を避けることができ、かつさらに多くのスラッ
シュ量を製造することができる、液化ガスからスラッシュを製造する、とくに水
素スラッシュを製造するという課題を設定した。その上さらに例えばスラッシュ
の老化のための時間消費を減少することができ、かつ導管、弁等における生じた
スラッシュの流動品質を改善するように、生じたスラッシュの品質を改善するこ
とが可能であるようにする。さらに本発明の課題は、かなりの程度まで減少した
機械的費用によって前記の目的を同様に達成可能である、この方法の適用に適し
かつ動作確実でありかつ工業的尺度でスラッシュの製造を可能にする装置を開発
することにある。
【０００８】 本発明によれば、設定された課題は、次のようにして解決される。すなわち固
体結晶が液体粒子から形成され、これらの液体粒子が、液体粒子の凍結点より下
の温度を有するガス雰囲気内に圧力をかけて釈放され、又は侵入する。
【０００９】 それ故に本発明による方法は、比較的短い期間内における粒子の凍結又は結晶
化を保証する。したがって生じた固体粒子の形は、早期には丸く、かつ増大した
密度を有する品質適に良好なスラッシュが生じる。早期に丸い形によって、さら
にスラッシュの高い密度及び良好な流動特性を保証するために、老化は全く又は
わずかしか必要ない。さらにスラッシュの製造のために、負圧は必要ないので、
水素スラッシュを製造する場合、安全性の危険はかなり減少している。
【００１０】 本発明による方法の別の特徴によれば、液体粒子は、液化ガスの噴霧によって
とくに簡単に形成される。
【００１１】 そのためにきわめて簡単に構成できかつ例えばノズル、渦又は混合室等を含む
適当な噴霧装置だけが必要である。
【００１２】 噴霧過程は、少なくとも部分的に圧力をかけて噴霧装置に供給されるガスによ
って行なうことができ、このガスは、なるべく供給される液化ガスのガス状の相
に相当する。
【００１３】 その際、噴霧装置に供給される液化ガスは、噴霧過程の前及び／又はその間に
、ガス状の冷却媒体によって冷却することができる。追加的な冷却は、結晶化の
期間の短縮に作用する。
【００１４】 圧力をかけて供給されるガスによる噴霧に加えて又はその代わりに、方法は、
噴霧が、少なくとも部分的に冷たいガス雰囲気内に液化ガスが出る際に行なわれ
るように構成することもできる。
【００１５】 この場合、噴霧装置から出る液体ビームのできるだけ最適な噴霧、擬似的には
じけを保証するために、冷たいガス雰囲気内における圧力は、噴霧装置の出口横
断面に相当する臨界圧力より低く設定される。
【００１６】 安全性の危険をできるだけ小さく維持するために、さらに結晶化が行なわれる
冷たいガス雰囲気内における圧力は、少なくとも回りを囲む空気圧力に相当し、
とくに回りを囲む空気圧力のわずかに上の値を有するように設定される。
【００１７】 生じたスラッシュが、新しいスラッシュの製造の間に、少なくとも大体におい
て連続的に取出すことができることは、本発明による方法においてとくに有利で
ある。その際、スラッシュの取出しが、その密度の定常的な測定を介して調整さ
れることは望ましく、このことは、取出されるスラッシュの等しく維持される品
質を保証する。
【００１８】 本発明による方法は、低温推進剤として大きくなった意味を有する水素スラッ
シュの製造にとくに良好に適している。
【００１９】 噴霧装置に供給される冷却媒体として、この場合に、ヘリウムガスが適してい
る。
【００２０】 液体粒子を凍結する又は結晶化する冷たいガス雰囲気として、有利なように相
応して低い温度で利用することができるヘリウムガス雰囲気が使用される。
【００２１】 対象となる発明は、クライオスタット容器が、部分的に液化ガスによって満た
されており、この液化ガスが、スラッシュになるように固体結晶と混合される、
クライオスタット容器内において液化ガスからスラッシュを製造する装置にも関
する。この時、本発明による装置は、供給される液化ガスから液体粒子を形成す
る噴霧装置を有し、その際、液体粒子は、容器内にある液化ガス上に支配的であ
りかつ液体粒子の凍結点の下の温度を有するガス雰囲気内に侵入する。
【００２２】 したがって本発明による装置は、比較的短い期間内に結晶を形成することを簡
単に保証し、これらの結晶が品質適に高級なスラッシュを保証する。
【００２３】 噴霧装置は、とくに簡単に構成することができ、かつとくにノズル、渦又は混
合室等を含むことができる。
【００２４】 供給される液化ガスの噴霧を保証するために、種々の可能性を利用することが
できる。噴霧装置が、圧力をかけたガスを供給する供給導管を有し、このガスが
、したがって噴霧装置内において噴霧を引起こす構成は、とくに簡単である。
【００２５】 別の構成変形において、ここに設定される圧力が、噴霧装置の外の冷たいガス
雰囲気内において支配的な圧力より高いように、噴霧装置のノズルの出口横断面
が構成される。このような構成において、噴霧装置から出る際のビームのはじけ
、したがって生じる液体粒子の最適な渦形成を行なうことができる。
【００２６】 結晶化時間をできるだけ短く維持するために、噴霧装置は、ガス状の冷却媒体
を供給する少なくとも１つの別の供給導管を有する。渦又は混合室を有する構成
において、噴霧空間内への冷却媒体の供給は、とくに有利である。
【００２７】 噴霧装置の有利な構成変形において、ガス状の冷却媒体は、圧力をかけてガス
ノズルを介して供給され、かつ噴霧装置内においてガスガイド円錐体内に導かれ
、このガスガイド円錐体が、ノズルの範囲に流出ギャップを形成する。それ故に
この構成においてガスビームは、冷却媒体として使われるだけでなく、これは、
ノズルから出る液体粒子及び生じた結晶粒子の渦形成にも貢献する。
【００２８】 クライオスタット容器内におけるかなりの程度まで均一に冷たいガス雰囲気を
保証するために、冷たいガス雰囲気を形成するガスの供給のために容器が、とく
にシャワー状に配置された複数の入口開口を有すると、有利である。このことは
、場合によっては望まれる圧力変化もとくに急速に可能にする。
【００２９】 本発明による装置によれば、装置が、製造課程の間に形成されたスラッシュを
取出しかつ液化ガスの量を補充する装置を備えることができるので、スラッシュ
の連続的な製造が可能である。取出されるスラッシュの良好な品質を保証するた
めに、装置は、スラッシュの密度を測定する装置を有し、この装置を介してスラ
ッシュの取出しが調整される。
【００３０】 装置は、液化した水素から水素スラッシュを製造するためにとくに有利に使用
することができる。
【００３１】 その際、噴霧装置内における噴霧に供給される圧力をかけられたガスが、なる
べく同様に水素である。
【００３２】 供給される液体水素のための冷却媒体として、この場合、ヘリウムガスがとく
に良好に適している。
【００３３】 クライオスタット容器内における冷たいガス雰囲気のためにも、必要な低い温
度の保証のため、ヘリウムガスがとくに適している。
【００３４】 本発明による装置は、そのまま大量のスラッシュを製造することができる製造
設備に構成することができ、ここにおいて例えば複数の噴霧装置が使用され、こ
れらの噴霧装置は、例えばリング等になるようにまとめられている。
【００３５】 今度は概略的な表示で装置の実施例を図示する図面によって本発明のその他の
特徴、利点及び詳細を詳細に説明する。
【００３６】 スラッシュを製造する、とくに水素スラッシュを製造する本発明による方法に
おいて、特殊なスプレイ方法が問題になり、ここにおいて液体水素の噴霧された
粒子からスラッシュの固体結晶成分が製造される。液体水素の噴霧のために、な
るべく高い圧力を受けたガス状の媒体、例えばガス状の水素が使用され、その際
、噴霧された水素粒子の流れは、冷たい（ほぼ１１Ｋ）ヘリウムの雰囲気内に侵
入し又は膨張する。ここにおいて固体の水素結晶が生じ、これらの水素結晶は、
システム内にある液体水素（三重点水素、１３．８Ｋ）の表面に沈積しかつ沈下
する。その際、結晶粒子の増大する割合を有する、したがって増大する密度及び
品質を有する水素スラッシュが生じる。
【００３７】 図２における概略的な表示は、本発明による噴霧装置２を利用して噴霧過程を
構成する種々の可能性を説明している。
【００３８】 ここにおいて横断面においてトランペット形に収縮する噴霧装置２に、液体水
素（ＬＨ２）が供給され、かつ連通口範囲に配置されたここには特別に図示しな
いノズルに運ばれる。冷却媒体として、必要な量にしてガス状のヘリウム（ＧＨ
ｅ）が供給される。噴霧装置２の連通口範囲の前の供給導管２ａを介して、圧力
をかけたガス状の水素（ＧＨ２）が供給され、それにより液体水素は、少なくと
も部分的に噴霧される。ガス状の水素の圧力及び量の相応する制御によって、か
なりの程度までの又は完全な噴霧を行なうことができる。ガス状の水素の代わり
に又はこれに加えて、別の供給導管２ｂを介して、生じる粒子を同時に冷却する
ガス状のヘリウムも噴霧のために使用することができる。生じた水素粒子（Ｈ２
粒子）は、ノズルから冷たいヘリウムガス雰囲気内に出た後に膨張し、かつここ
において凍結するので、水素結晶が生じる。
【００３９】 結晶化は短い期間しか必要としないので、生じる粒子の形は、早期には丸い。
このことは、生じる粒子の品質に、例えばその流動特性にきわめて望ましい作用
を有し、生じるスラッシュの老化を必要としないか又は比較的短期的な老化しか
必要としない。
【００４０】 ノズルに供給される液体水素（ＬＨ２）は、それにしたがってＮＢＰＬＨ２（
通常沸点液体水素２０Ｋ、１ｂａｒ）としてのその状態とＴＰＬＨ２（三重点液
体水素１３．８Ｋ、０．０７ｂａｒ）としてのその状態との間にある任意の液体
状態にして供給することができる。
【００４１】 液体水素（ＬＨ２）の噴霧は、水素ビームがノズルから出る際に擬似的にはじ
けることによって、噴霧装置２の相応する構成の際及び圧力比の相応する設定の
際、少なくとも部分的にノズルから出る際にも行なうことができる。このように
してヘリウムガス雰囲気内における水素粒子の最適な渦形成が行なわれる。この
“はじけ”は、ヘリウムガス雰囲気内の圧力がノズルの出口横断面に相当する臨
界圧力より下に低下することによって達成される。その際、ノズルの、とくに出
口における横断面の及び圧力比のようなその他のパラメータの相応する構造的な
構成によって、噴霧過程は、ノズルから出る際に完全に行なうことができる。
【００４２】 図３は、本発明による噴霧装置１２のいくらか具体的に構成された別の可能な
変形を示している。噴霧装置１２は、ハウジング１３を含み、このハウジングは
、とくに円筒形に構成されたベース部分１３ａ及び円錐台形のガスガイド部分１
３ｂからなり、これらの部分の間に中間部分１３ｃ、一種の板がある。噴霧すべ
き低温液体、ここでは液体水素は、導管１４を介して噴霧装置１２に供給され、
かつハウジング１３の内部においてノズル支持体１５を通ってノズル１５ａに導
かれ、ここにおいて超臨界流出によってビームのはじけが行なわれる。
【００４３】 ノズル１５ａは、円錐台形のガスガイド部分１３ｂの上側の一層狭い端部範囲
の範囲にあり、その際、この部分１３ｂは、ここでは閉じているのではなく、ノ
ズル１５ａ又はノズル支持体１５と上側ハウジング縁との間に流出ギャップ１６
が形成されている。
【００４４】 ハウジング１３のベース部分１３ａは、導管１４又はノズル支持体１５の回り
に冷却ガスのためのリング通路を形成しており、この冷却ガスは、圧力をかけて
別の導管１７を介して通路内に導入される。ここにおいて冷却ガスは、とくにガ
ス状のヘリウム（ＧＨｅ）であり、このヘリウムは、低温液体のものより低い温
度を有する。
【００４５】 ベース部分１３ａ内におけるリング通路から冷却ガスは、複数のガスノズル１
８を介して円錐台形のガスガイド部分１３ｂの内部に押され、かつここにおいて
流出ギャップ１６に流れ、ここにおいて冷却周面としてノズル１５ａから出る液
体粒子ビームの回りにある。その際、ガスビームは、液体粒子の追加的な渦形成
にも貢献する。
【００４６】 ノズル１５ａは、同様に液体ビームの渦形成に貢献するら旋穴を備えているこ
とができる。追加的に必要に応じて投入可能な加熱装置１９によってノズル１５
ａの出口開口のわずかに前の範囲において、低温液体が凍結しないことを保証す
ることができる。
【００４７】 水素の噴霧は、渦又は混合室内においても行なうことができ、ここにおいて噴
霧のためのガス及び冷却媒体（ヘリウムガス）も流入する。その際、ここにおい
て粒子は、冷却媒体に混合され、かつすでに凍結点の近くにある温度で噴霧装置
から出る。
【００４８】 水素粒子の急速な結晶化を引起こす冷却は、この時、一方において出る際に行
なわれる膨張により、かつ他方において噴霧された水素粒子が侵入するヘリウム
ガス雰囲気の温度によって保証される。前記のように、これに関連して、噴霧装
置又は混合室内にすでに冷たいヘリウムガスが導入されると望ましい。
【００４９】 ヘリウムガス雰囲気内に生じる水素結晶は、液体水素（ＴＰＬＨ２、１３．８
Ｋ、ほぼ０．０７ｂａｒ）の表面上に沈下し、液体水素と混合し、かつこれとと
もに上昇した品質を有するスラッシュになる。スラッシュの一時的な機械的な混
合は、その流動品質の改善に貢献する。
【００５０】 製造されたスラッシュの混合又はミックスは、その意図に反した固体化も防止
する。混合の代わりに、ガスノズルを介してスラッシュに導入されるヘリウムガ
ス流、又は固体化に抗する加熱装置も使用することができる。
【００５１】 この時、図１は、本発明による方法にしたがって動作する装置の基本構成変形
を概略的に示している。装置は、クライオスタット容器１を含み、その壁は、相
応して断熱されている（真空断熱及び特別のＬＮ２ビーム保護による超断熱）。
容器１の上側範囲に、ほぼ１１Ｋの温度で供給されるガス状のヘリウムのための
供給導管が、蓋を通して設けられている。その際、供給導管は、なるべく一種の
リング通路に連通しており、ここからシャワーの様式の複数の開口３を介して、
ヘリウムガスの流入を行なうことができる。
【００５２】 すでに述べたように容器１の下側範囲に、液体水素４があり、この液体水素を
通って噴霧装置２も導かれている。このことは、噴霧装置２の追加的な冷却の利
点を有する。窓５を介して結晶化過程の観察を行なうことができる。
【００５３】 供給されるガス状のヘリウムによって、液体水素４又は生じるスラッシュの上
の容器１内における圧力は、なるべく１ｂａｒのわずかに上に維持される。この
ことは、場合によっては存在する漏れによる空気の吸入が不可能なので、安全性
の危険を減少する。さらに過圧弁６を設けることができ、この過圧弁は、例えば
１．１ｂａｒの所定の内部圧力の際に応答する。
【００５４】 水素粒子が結晶化までに容器１内にどのくらい遠くに投出されるかは、シャワ
ー状に流入するヘリウムの圧力の調節によって調整することができる。その際、
上からのガス状ヘリウムと下から到来するＧＨ２／ＬＨ２流との間に、バランス
が設定される。容器の下側部分に、生じた水素スラッシュ（ＳＬＨ２）のための
取出し装置７があり、この水素スラッシュは、定常的に後から製造される。生じ
たスラッシュの密度の監視と測定によって、取出される量の調整を行なうことが
できる。同時に相応する供給導管を介して図示しない様式で、容器１内における
液体水素が補充されることが保証される。それ故にスラッシュの連続的な製造が
可能である。したがってスラッシュの取扱いの際にも、溶融したスラッシュの簡
単かつ迅速な補償（置き換え）が保証されている。
【００５５】 さらに本発明による装置は、図示しない熱交換器を含む。熱交換器は、ガス相
で存在する媒体を噴霧すべき低温液体（例えばＬＨ２）に変換するために設けら
れ、このことは、水素の場合、液体ヘリウム（ＬＨｅ）によって行なわれる。他
の熱交換器は、とくに同様に液体ヘリウム（ＬＨｅ）を使用して、熱いガス状の
媒体（例えばＧＨｅ）を冷たいガス状の媒体に冷却する。冷たいガス状の媒体（
例えばＧＨｅ冷たい）は、一方において前記のシャワーのためにかつ他方におい
て噴霧装置のために利用される。
【００５６】 その基本的な構成について説明した装置は、さらに多くの量の水素スラッシュ
を製造する完全な装置になるように構成することができる。このことは、例えば
複数の噴霧装置を例えばリング状にまとめることにより簡単に可能である。
【００５７】 図４は、複数の、ここでは１５の噴霧装置１２のきわめて望ましい配置を平面
図で示している。その際、スラッシュ製造装置は、噴霧装置１２を収容するとく
に真空断熱されかつ相応してビーム保護された円筒形のハウジング２０を含み、
このハウジング内に同心的な配置で、噴霧装置１２の２つのリングが収納されて
いる。これらそれぞれのリングに対して、低温液体及び冷却ガスのためのリング
状の供給導管２１が設けられている。製造されたスラッシュの収集のために、中
央のここには示されていないスラッシュ流出部を設けることができる。
【００５８】 本発明による方法によればかつ場合によっては相応して整合された装置によっ
て、水素スラッシュの製造の他に、他の液化ガス、例えば窒素からスラッシュの
造を行なうこともでき、ここではスラッシュは、長期間運搬の際の低温冷却媒体
として利用され、又は酸素からも製造を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 簡単化して示す本発明による液化ガスからスラッシュを製造する装置の断面図
であり、その際、本発明は、水素スラッシュの製造によって説明される。
【図２】 図１に示された噴霧装置の可能な基本的構成を示す図である。
【図３】 噴霧装置のいくらか具体化された他の構成を示す長手断面図である。
【図４】 中間の大きさの製造装置のための複数の噴霧装置の可能な配置を示す平面図で
ある。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月２３日（２０００．２．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 液化ガスからスラッシュを製造する方法及び装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 対象となる発明は、液化ガスが、噴霧によってクライオスタット容器内に運び
込まれ、その際、固体の結晶が生じ、これらの結晶が、スラッシュになるように
クライオスタット容器内において存在する液化ガスと混合し又は混合される、液
化ガスからスラッシュを製造する方法に関する。さらに本発明は、液化ガスから
スラッシュを製造する装置に関する。
【０００２】 水素（Ｈ２）は、その小さな分子量及びその大きな燃焼熱のために、高エネル
ギーのロケット燃料組合せに推進剤として適している。液体水素（ＬＨ２）は、
低温燃料に所属し、かつ駆動ユニットに適用する際に、タンクの相応する断熱を
必要とする。水素とのつきあいの際、特別な安全予防処置を調えなければならな
い。水素に対して点火の危険は、その高い拡散速度のため、他の推進剤よりも大
きい。燃焼又は爆発を開始するために、すでに小さな火花（例えば静電帯電によ
る）で十分である。
【０００３】 空間運搬システムのできるだけ重量及び空間を節約する構成様式の要求によっ
て、駆動ガス、水素の貯蔵のために、ガスの液化、及び低い温度における液体水
素のそれ以上の圧縮が考慮され、かつ最終的にスラッシュ−４０−６０重量％の
結晶含有量を含む液体水素と混合された水素結晶−を使用することが提案されて
いる。スラッシュは、高い密度、高い冷却維持及び良好な流動特性のような一連
の望ましい特性をまとめている。それ故にこれらの特性に基づいて、液化ガスの
スラッシュは、宇宙空間任務のための低温冷却媒体として適しているが、地上の
用途にも適している。
【０００４】 水素スラッシュを製造することができる方法は、すでに開発されており、その
際、これらの方法に、文献においてもすでに種々に記載された凍結−露−技術、
及びアウゲル方法が所属する。
【０００５】 凍結露技術において、三重点レベルに冷却される液体水素は、真空の発生によ
って蒸発され、その際、液体水素の表面に水素結晶が生じる。真空圧力は、三重
点圧力のわずかに上及びわずかに下の値において周期的に変化し、その際、三重
点圧力の下の圧力において、水素結晶のゆるいマトリクスが形成され、三重点圧
力のわずかに上の圧力において、水素が結晶に凝縮し、かつ固体粒子が液体内に
沈む。この方法の所定の利点は、必要な技術的装備の比較的簡単なことにある。
しかしながらこの方法において、スラッシュの製造は、負圧において行なわれる
ので、所定の安全性の危険が存在する。なぜなら意図しない空気の吸入、したが
って爆発性の水素−酸素−混合気の発生が、排除できないからである。生産量も
、ほぼ液体水素の冷却プロセスによって制限されており、この水素は、冷たいヘ
リウムの又はガス混合気、ヘリウム−ネオンの吹き込みによる間接的な冷却によ
って所定の量の液体水素の蒸発によって行なわれる。１日あたり少なくとも数ト
ンの必要な多くの量は、これまでこの方法によって経済的にひきあう費用で製造
できない。さらに水素スラッシュの品質の改善のために、これを１ないし２日老
化できることが必要である。
【０００６】 水素スラッシュを製造する前記の第２の方法、アウゲル方法において、液体水
素内にある中空シリンダは、ヘリウムガスにより水素の凍結点より下の温度に冷
却される。構成は、シリンダの内壁に固体水素が形成でき、この水素が、回転さ
せられるスクリュによって定常的にかき取られるようになっている。装置の下側
部分において、このようにして生じた水素結晶は、スラッシュになるように液体
水素と混合される。この方法は、凍結露方法に対して、負圧によって動作する必
要がないので、ここに存在する安全性の危険は存在しないという利点を有するが
、これまでこの方法は、実験室量の製造のためにしか利用できなかった。この方
法にしたがって動作しかつ水素スラッシュの工業的な製造に適した装置は、必要
な機械的な費用及びこれに結び付いたコストのため、おそらくほとんど実現不可
能である。さらにこの方法にしたがって製造された水素スラッシュは、１ないし
２日の期間の間、老化プロセスを受けなければならない。
【０００７】 初めに挙げたような方法は、ヨーロッパ特許出願公開第０６４１９８１号明細
書により公知である。ここでは水素スラッシュを“スプレイ−凍結−方法”にし
たがって水素スラッジ発生器内において製造し、この水素スラッジ発生器がクラ
イオスタット容器を含み、このクライオスタット容器内においてポンプを介して
真空が発生されることが提案される。この真空内に、散布装置を介して液体水素
が運び込まれる。散布によって粒子から熱が奪われるので、これは即座に蒸発し
、かつ霧が生じ、この霧は、少なくとも部分的に凍結し、又は結晶化する。水素
スラッジの製造速度は、とりわけ負圧の維持にも強力に依存する。さらに生じる
結晶の品質は、大幅に異なっていてもよく、とくに大きな結晶の形成を阻止する
ことができない。それ故に生じたスラッシュ内において回転する刃等を介してあ
まりに大きな粒子の分割を行なうことも考慮されている。
【０００８】 この時、本発明は、負圧の適用を避けることができ、かつさらに多くのスラッ
シュ量を製造することができる、液化ガスからスラッシュを製造する、とくに水
素スラッシュを製造するという課題を設定した。その上さらに例えばスラッシュ
の老化のための時間消費を減少することができ、かつ導管、弁等における生じた
スラッシュの流動品質を改善するように、生じたスラッシュの品質を改善するこ
とが可能であるようにする。さらに本発明の課題は、かなりの程度まで減少した
機械的費用によって前記の目的を同様に達成可能である、この方法の適用に適し
かつ動作確実でありかつ工業的尺度でスラッシュの製造を可能にする装置を開発
することにある。
【０００９】 本発明によれば、設定された課題は、次のようにして解決される。すなわち液
体粒子が、少なくとも大体において周囲圧力及び液体粒子の凍結点の下の温度を
有するガス雰囲気内に圧力をかけて釈放され、又は侵入するので、液体粒子が、
直接固体結晶になるように凍結し又は結晶化する。
【００１０】 それ故に本発明による方法は、比較的短い期間内における粒子の凍結又は結晶
化を保証する。したがって生じた固体粒子の形は、早期には丸く、かつ増大した
密度を有する品質適に良好なスラッシュが生じる。早期に丸い形によって、さら
にスラッシュの高い密度及び良好な流動特性を保証するために、老化は全く又は
わずかしか必要ない。さらにスラッシュの製造のために、負圧は必要ないので、
水素スラッシュを製造する場合、安全性の危険はかなり減少している。
【００１１】 本発明による方法の別の特徴によれば、液体粒子は、液化ガスの噴霧によって
とくに簡単に形成される。
【００１２】 噴霧のために設けられた噴霧装置は、きわめて簡単に構成でき、かつ例えば少
なくとも１つのノズル又は渦又は混合室等を含むことができる。
【００１３】 噴霧過程は、少なくとも部分的に圧力をかけて噴霧装置に供給されるガスによ
って簡単な様式で行なうことができ、このガスは、なるべく供給される液化ガス
のガス状の相に相当する。
【００１４】 その際、噴霧装置に供給される液化ガスは、噴霧過程の前及び／又はその間に
、ガス状の冷却媒体によって冷却することができる。追加的な冷却は、結晶化の
期間の短縮に作用する。
【００１５】 圧力をかけて供給されるガスによる噴霧に加えて又はその代わりに、方法は、
噴霧が、少なくとも部分的に冷たいガス雰囲気内に液化ガスが出る際に行なわれ
るように構成することもできる。
【００１６】 この場合、噴霧装置から出る液体ビームのできるだけ最適な噴霧、擬似的には
じけを保証するために、冷たいガス雰囲気内における圧力は、噴霧装置の出口横
断面に相当する臨界圧力より低く設定される。
【００１７】 安全性の危険をできるだけ小さく維持するために、さらに結晶化が行なわれる
冷たいガス雰囲気内における圧力は、少なくとも回りを囲む空気圧力に相当し、
とくに回りを囲む空気圧力のわずかに上の値を有するように設定される。
【００１８】 生じたスラッシュが、新しいスラッシュの製造の間に、少なくとも大体におい
て連続的に取出すことができることは、本発明による方法においてとくに有利で
ある。その際、スラッシュの取出しが、その密度の定常的な測定を介して調整さ
れることは望ましく、このことは、取出されるスラッシュの等しく維持される品
質を保証する。
【００１９】 本発明による方法は、低温推進剤として大きくなった意味を有する水素スラッ
シュの製造にとくに良好に適している。
【００２０】 噴霧装置に供給される冷却媒体として、この場合に、ヘリウムガスが適してい
る。
【００２１】 液体粒子を凍結する又は結晶化する冷たいガス雰囲気として、有利なように相
応して低い温度で利用することができるヘリウムガス雰囲気が使用される。
【００２２】 対象となる発明は、クライオスタット容器が、部分的に液化ガスによって満た
されており、この液化ガスが、スラッシュになるように固体結晶と混合される、
クライオスタット容器内によって液化ガスからスラッシュを製造する装置にも関
する。本発明による装置は、クライオスタット容器内に、供給される液化ガスか
ら液体粒子を形成する噴霧装置が配置されており、この噴霧装置が、容器内にあ
る液化ガスの上において液体粒子をガス雰囲気内に釈放し、このガス雰囲気が、
液体粒子の凍結点の下の温度を有し、かつ少なくとも大体において周囲空気圧に
あることを特徴とする。
【００２３】 したがって本発明による装置は、比較的短い期間内に結晶を形成することを簡
単に保証し、これらの結晶が品質適に高級なスラッシュを保証する。
【００２４】 噴霧装置は、とくに簡単に構成することができ、かつとくにノズル、渦又は混
合室等を含むことができる。
【００２５】 供給される液化ガスの噴霧を保証するために、種々の可能性を利用することが
できる。噴霧装置が、圧力をかけたガスを供給する供給導管を有し、このガスが
、したがって噴霧装置内において噴霧を引起こす構成は、とくに簡単である。
【００２６】 別の構成変形において、ここに設定される圧力が、噴霧装置の外の冷たいガス
雰囲気内において支配的な圧力より高いように、噴霧装置のノズルの出口横断面
が構成される。このような構成において、噴霧装置から出る際のビームのはじけ
、したがって生じる液体粒子の最適な渦形成を行なうことができる。
【００２７】 結晶化時間をできるだけ短く維持するために、噴霧装置は、ガス状の冷却媒体
を供給する少なくとも１つの別の供給導管を有する。渦又は混合室を有する構成
において、噴霧空間内への冷却媒体の供給は、とくに有利である。
【００２８】 噴霧装置の有利な構成変形において、ガス状の冷却媒体は、圧力をかけてガス
ノズルを介して供給され、かつ噴霧装置内においてガスガイド円錐体内に導かれ
、このガスガイド円錐体が、ノズルの範囲に流出ギャップを形成する。それ故に
この構成においてガスビームは、冷却媒体として使われるだけでなく、これは、
ノズルから出る液体粒子及び生じた結晶粒子の渦形成にも貢献する。
【００２９】 クライオスタット容器内におけるかなりの程度まで均一に冷たいガス雰囲気を
保証するために、冷たいガス雰囲気を形成するガスの供給のために容器が、とく
にシャワー状に配置された複数の入口開口を有すると、有利である。このことは
、場合によっては望まれる圧力変化もとくに急速に可能にする。
【００３０】 本発明による装置によれば、装置が、製造課程の間に形成されたスラッシュを
取出しかつ液化ガスの量を補充する装置を備えることができるので、スラッシュ
の連続的な製造が可能である。取出されるスラッシュの良好な品質を保証するた
めに、装置は、スラッシュの密度を測定する装置を有し、この装置を介してスラ
ッシュの取出しが調整される。
【００３１】 装置は、液化した水素から水素スラッシュを製造するためにとくに有利に使用
することができる。
【００３２】 その際、噴霧装置内における噴霧に供給される圧力をかけられたガスが、なる
べく同様に水素である。
【００３３】 供給される液体水素のための冷却媒体として、この場合、ヘリウムガスがとく
に良好に適している。
【００３４】 クライオスタット容器内における冷たいガス雰囲気のためにも、必要な低い温
度の保証のため、ヘリウムガスがとくに適している。
【００３５】 本発明による装置は、そのまま大量のスラッシュを製造することができる製造
設備に構成することができ、ここにおいて例えば複数の噴霧装置が使用され、こ
れらの噴霧装置は、例えばリング等になるようにまとめられている。
【００３６】 今度は概略的な表示で装置の実施例を図示する図面によって本発明のその他の
特徴、利点及び詳細を詳細に説明する。
【００３７】 スラッシュを製造する、とくに水素スラッシュを製造する本発明による方法に
おいて、特殊なスプレイ方法が問題になり、ここにおいて液体水素の噴霧された
粒子からスラッシュの固体結晶成分が製造される。液体水素の噴霧のために、な
るべく高い圧力を受けたガス状の媒体、例えばガス状の水素が使用され、その際
、噴霧された水素粒子の流れは、冷たい（ほぼ１１Ｋ）ヘリウムの雰囲気内に侵
入し又は膨張する。ここにおいて固体の水素結晶が生じ、これらの水素結晶は、
システム内にある液体水素（三重点水素、１３．８Ｋ）の表面に沈積しかつ沈下
する。その際、結晶粒子の増大する割合を有する、したがって増大する密度及び
品質を有する水素スラッシュが生じる。
【００３８】 図２における概略的な表示は、本発明による噴霧装置２を利用して噴霧過程を
構成する種々の可能性を説明している。
【００３９】 ここにおいて横断面においてトランペット形に収縮する噴霧装置２に、液体水
素（ＬＨ２）が供給され、かつ連通口範囲に配置されたここには特別に図示しな
いノズルに運ばれる。冷却媒体として、必要な量にしてガス状のヘリウム（ＧＨ
ｅ）が供給される。噴霧装置２の連通口範囲の前の供給導管２ａを介して、圧力
をかけたガス状の水素（ＧＨ２）が供給され、それにより液体水素は、少なくと
も部分的に噴霧される。ガス状の水素の圧力及び量の相応する制御によって、か
なりの程度までの又は完全な噴霧を行なうことができる。ガス状の水素の代わり
に又はこれに加えて、別の供給導管２ｂを介して、生じる粒子を同時に冷却する
ガス状のヘリウムも噴霧のために使用することができる。生じた水素粒子（Ｈ２
粒子）は、ノズルから冷たいヘリウムガス雰囲気内に出た後に膨張し、かつここ
において凍結するので、水素結晶が生じる。
【００４０】 結晶化は短い期間しか必要としないので、生じる粒子の形は、早期には丸い。
このことは、生じる粒子の品質に、例えばその流動特性にきわめて望ましい作用
を有し、生じるスラッシュの老化を必要としないか又は比較的短期的な老化しか
必要としない。
【００４１】 ノズルに供給される液体水素（ＬＨ２）は、それにしたがってＮＢＰＬＨ２（
通常沸点液体水素２０Ｋ、１ｂａｒ）としてのその状態とＴＰＬＨ２（三重点液
体水素１３．８Ｋ、０．０７ｂａｒ）としてのその状態との間にある任意の液体
状態にして供給することができる。
【００４２】 液体水素（ＬＨ２）の噴霧は、水素ビームがノズルから出る際に擬似的にはじ
けることによって、噴霧装置２の相応する構成の際及び圧力比の相応する設定の
際、少なくとも部分的にノズルから出る際にも行なうことができる。このように
してヘリウムガス雰囲気内における水素粒子の最適な渦形成が行なわれる。この
“はじけ”は、ヘリウムガス雰囲気内の圧力がノズルの出口横断面に相当する臨
界圧力より下に低下することによって達成される。その際、ノズルの、とくに出
口における横断面の及び圧力比のようなその他のパラメータの相応する構造的な
構成によって、噴霧過程は、ノズルから出る際に完全に行なうことができる。
【００４３】 図３は、本発明による噴霧装置１２のいくらか具体的に構成された別の可能な
変形を示している。噴霧装置１２は、ハウジング１３を含み、このハウジングは
、とくに円筒形に構成されたベース部分１３ａ及び円錐台形のガスガイド部分１
３ｂからなり、これらの部分の間に中間部分１３ｃ、一種の板がある。噴霧すべ
き低温液体、ここでは液体水素は、導管１４を介して噴霧装置１２に供給され、
かつハウジング１３の内部においてノズル支持体１５を通ってノズル１５ａに導
かれ、ここにおいて超臨界流出によってビームのはじけが行なわれる。
【００４４】 ノズル１５ａは、円錐台形のガスガイド部分１３ｂの上側の一層狭い端部範囲
の範囲にあり、その際、この部分１３ｂは、ここでは閉じているのではなく、ノ
ズル１５ａ又はノズル支持体１５と上側ハウジング縁との間に流出ギャップ１６
が形成されている。
【００４５】 ハウジング１３のベース部分１３ａは、導管１４又はノズル支持体１５の回り
に冷却ガスのためのリング通路を形成しており、この冷却ガスは、圧力をかけて
別の導管１７を介して通路内に導入される。ここにおいて冷却ガスは、とくにガ
ス状のヘリウム（ＧＨｅ）であり、このヘリウムは、低温液体のものより低い温
度を有する。
【００４６】 ベース部分１３ａ内におけるリング通路から冷却ガスは、複数のガスノズル１
８を介して円錐台形のガスガイド部分１３ｂの内部に押され、かつここにおいて
流出ギャップ１６に流れ、ここにおいて冷却周面としてノズル１５ａから出る液
体粒子ビームの回りにある。その際、ガスビームは、液体粒子の追加的な渦形成
にも貢献する。
【００４７】 ノズル１５ａは、同様に液体ビームの渦形成に貢献するら旋穴を備えているこ
とができる。追加的に必要に応じて投入可能な加熱装置１９によってノズル１５
ａの出口開口のわずかに前の範囲において、低温液体が凍結しないことを保証す
ることができる。
【００４８】 水素の噴霧は、渦又は混合室内においても行なうことができ、ここにおいて噴
霧のためのガス及び冷却媒体（ヘリウムガス）も流入する。その際、ここにおい
て粒子は、冷却媒体に混合され、かつすでに凍結点の近くにある温度で噴霧装置
から出る。
【００４９】 水素粒子の急速な結晶化を引起こす冷却は、この時、一方において出る際に行
なわれる膨張により、かつ他方において噴霧された水素粒子が侵入するヘリウム
ガス雰囲気の温度によって保証される。前記のように、これに関連して、噴霧装
置又は混合室内にすでに冷たいヘリウムガスが導入されると望ましい。
【００５０】 ヘリウムガス雰囲気内に生じる水素結晶は、液体水素（ＴＰＬＨ２、１３．８
Ｋ、ほぼ０．０７ｂａｒ）の表面上に沈下し、液体水素と混合し、かつこれとと
もに上昇した品質を有するスラッシュになる。スラッシュの一時的な機械的な混
合は、その流動品質の改善に貢献する。
【００５１】 製造されたスラッシュの混合又はミックスは、その意図に反した固体化も防止
する。混合の代わりに、ガスノズルを介してスラッシュに導入されるヘリウムガ
ス流、又は固体化に抗する加熱装置も使用することができる。
【００５２】 この時、図１は、本発明による方法にしたがって動作する装置の基本構成変形
を概略的に示している。装置は、クライオスタット容器１を含み、その壁は、相
応して断熱されている（真空断熱及び特別のＬＮ２ビーム保護による超断熱）。
容器１の上側範囲に、ほぼ１１Ｋの温度で供給されるガス状のヘリウムのための
供給導管が、蓋を通して設けられている。その際、供給導管は、なるべく一種の
リング通路に連通しており、ここからシャワーの様式の複数の開口３を介して、
ヘリウムガスの流入を行なうことができる。
【００５３】 すでに述べたように容器１の下側範囲に、液体水素４があり、この液体水素を
通って噴霧装置２も導かれている。このことは、噴霧装置２の追加的な冷却の利
点を有する。窓５を介して結晶化過程の観察を行なうことができる。
【００５４】 供給されるガス状のヘリウムによって、液体水素４又は生じるスラッシュの上
の容器１内における圧力は、なるべく１ｂａｒのわずかに上に維持される。この
ことは、場合によっては存在する漏れによる空気の吸入が不可能なので、安全性
の危険を減少する。さらに過圧弁６を設けることができ、この過圧弁は、例えば
１．１ｂａｒの所定の内部圧力の際に応答する。
【００５５】 水素粒子が結晶化までに容器１内にどのくらい遠くに投出されるかは、シャワ
ー状に流入するヘリウムの圧力の調節によって調整することができる。その際、
上からのガス状ヘリウムと下から到来するＧＨ２／ＬＨ２流との間に、バランス
が設定される。容器の下側部分に、生じた水素スラッシュ（ＳＬＨ２）のための
取出し装置７があり、この水素スラッシュは、定常的に後から製造される。生じ
たスラッシュの密度の監視と測定によって、取出される量の調整を行なうことが
できる。同時に相応する供給導管を介して図示しない様式で、容器１内における
液体水素が補充されることが保証される。それ故にスラッシュの連続的な製造が
可能である。したがってスラッシュの取扱いの際にも、溶融したスラッシュの簡
単かつ迅速な補償（置き換え）が保証されている。
【００５６】 さらに本発明による装置は、図示しない熱交換器を含む。熱交換器は、ガス相
で存在する媒体を噴霧すべき低温液体（例えばＬＨ２）に変換するために設けら
れ、このことは、水素の場合、液体ヘリウム（ＬＨｅ）によって行なわれる。他
の熱交換器は、とくに同様に液体ヘリウム（ＬＨｅ）を使用して、熱いガス状の
媒体（例えばＧＨｅ）を冷たいガス状の媒体に冷却する。冷たいガス状の媒体（
例えばＧＨｅ冷たい）は、一方において前記のシャワーのためにかつ他方におい
て噴霧装置のために利用される。
【００５７】 その基本的な構成について説明した装置は、さらに多くの量の水素スラッシュ
を製造する完全な装置になるように構成することができる。このことは、例えば
複数の噴霧装置を例えばリング状にまとめることにより簡単に可能である。
【００５８】 図４は、複数の、ここでは１５の噴霧装置１２のきわめて望ましい配置を平面
図で示している。その際、スラッシュ製造装置は、噴霧装置１２を収容するとく
に真空断熱されかつ相応してビーム保護された円筒形のハウジング２０を含み、
このハウジング内に同心的な配置で、噴霧装置１２の２つのリングが収納されて
いる。これらそれぞれのリングに対して、低温液体及び冷却ガスのためのリング
状の供給導管２１が設けられている。製造されたスラッシュの収集のために、中
央のここには示されていないスラッシュ流出部を設けることができる。
【００５９】 本発明による方法によればかつ場合によっては相応して整合された装置によっ
て、水素スラッシュの製造の他に、他の液化ガス、例えば窒素からスラッシュの
造を行なうこともでき、ここではスラッシュは、長期間運搬の際の低温冷却媒体
として利用され、又は酸素からも製造を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 簡単化して示す本発明による液化ガスからスラッシュを製造する装置の断面図
であり、その際、本発明は、水素スラッシュの製造によって説明される。
【図２】 図１に示された噴霧装置の可能な基本的構成を示す図である。
【図３】 噴霧装置のいくらか具体化された他の構成を示す長手断面図である。
【図４】 中間の大きさの製造装置のための複数の噴霧装置の可能な配置を示す平面図で
ある。

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体の結晶が形成され、これらの結晶が、スラッシュになる
    ように液化ガスと混合し又は混合される、液化ガスからスラッシュを製造する方
    法において、固体結晶が液体粒子から生じ、これらの液体粒子が、液体粒子の凍
    結点の下の温度を有するガス雰囲気内に圧力をかけて釈放され、又は侵入するこ
    とを特徴とする、液化ガスからスラッシュを製造する方法。
  2. 【請求項２】 液体粒子が、液化ガスの噴霧によって形成されることを特徴
    とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 噴霧が、とくにノズル（１５ａ）、渦又は混合室等を含む噴
    霧装置（２，１２）によって行なわれることを特徴とする、請求項１又は２に記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 噴霧が、少なくとも部分的に圧力をかけてノズル（２）、渦
    又は混合室等に供給されるガスによって行なわれることを特徴とする、請求項１
    ないし３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 このガスが、供給される液化ガスのガス状の相に相当するこ
    とを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 噴霧装置（２，１２）に供給される液化ガスが、噴霧過程の
    前及び／又はその間に、ガス状の冷却媒体によって冷却されることを特徴とする
    、請求項１ないし５の１つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 噴霧が、少なくとも部分的に冷たいガス雰囲気内に液化ガス
    が出る際に行なわれることを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載の方法
    。
  8. 【請求項８】 冷たいガス雰囲気内における圧力が、噴霧装置（２，１２）
    のノズル（１５ａ）の出口横断面に相当する臨界圧力より低く設定されているこ
    とを特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載の方法。
  9. 【請求項９】 冷たいガス雰囲気内における圧力が、少なくとも回りを囲む
    空気圧力の値に設定されることを特徴とする、請求項１ないし８の１つに記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 生じたスラッシュが、新しいスラッシュの製造の間に、少
    なくとも大体において連続的に取出されることを特徴とする、請求項１ないし９
    の１つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 スラッシュの取出しが、その密度の定常的な測定を介して
    調整されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 液化ガスが液体水素であることを特徴とする、請求項１な
    いし１１の１つに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 噴霧装置に供給される液体水素が、ヘリウムガスの供給に
    より冷却されることを特徴とする、請求項１ないし１２の１つに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 冷たいガス雰囲気がヘリウムガス雰囲気であることを特徴
    とする、請求項１ないし１３の１つに記載の方法。
  15. 【請求項１５】 クライオスタット容器が、部分的に液化ガスによって満た
    されており、この液化ガスが、スラッシュになるように固体結晶と混合される、
    とくに請求項１ないし１４の１つに記載の方法を実施するクライオスタット容器
    内において液化ガスからスラッシュを製造する装置において、装置が、供給され
    る液化ガスから液体粒子を形成する噴霧装置（２，１２）を有し、その際、液体
    粒子が、容器内にある液化ガス上に支配的でありかつ液体粒子の凍結点の下の温
    度を有するガス雰囲気内に侵入することを特徴とする、とくに請求項１ないし１
    ４の１つに記載の方法を実施するクライオスタット容器内において液化ガスから
    スラッシュを製造する装置。
  16. 【請求項１６】 噴霧装置（２，１２）が、ノズル（１５ａ）、渦又は混合
    室等を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 噴霧装置が、圧力をかけたガスを供給する供給導管（２ａ
    ）を有することを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 ここに設定される圧力が、噴霧装置の外の冷たいガス雰囲
    気内における圧力より高いように、噴霧装置のノズル（２）の出口横断面が選定
    されていることを特徴とする、請求項１５ないし１７の１つに記載の装置。
  19. 【請求項１９】 噴霧装置（２，１２）が、ガス状の冷却媒体を供給する少
    なくとも１つの供給導管（２ｂ，１７）を有することを特徴とする、請求項１５
    ないし１８の１つに記載の装置。
  20. 【請求項２０】 噴霧装置（１２）が、圧力をかけてガス状の冷却媒体を供
    給するガスノズル（１８）を有することを特徴とする、請求項１９に記載の装置
    。
  21. 【請求項２１】 噴霧装置（１２）が、ガス状の冷却媒体のためにガスガイ
    ド円錐体（１３ｂ）を有し、このガスガイド円錐体が、ノズル（１５ａ）の範囲
    に流出ギャップ（１６）等を形成することを特徴とする、請求項１５ないし２０
    の１つに記載の装置。
  22. 【請求項２２】 冷たいガス雰囲気を形成するガスの供給部が、とくにシャ
    ワー状に配置された複数の入口開口（３）を有することを特徴とする、請求項１
    ５ないし２１の１つに記載の装置。
  23. 【請求項２３】 装置が、製造課程の間に形成されたスラッシュを取出しか
    つ液化ガスの量を補充する装置を有することを特徴とする、請求項１５ないし２
    ２の１つに記載の装置。
  24. 【請求項２４】 装置が、スラッシュの密度を測定する装置を有し、この装
    置によってスラッシュの取出しが調整されることを特徴とする、請求項２３に記
    載の装置。
  25. 【請求項２５】 液化ガスが液体水素であることを特徴とする、請求項１５
    ないし２４の１つに記載の装置。
  26. 【請求項２６】 噴霧装置に供給される圧力をかけられたガスが水素である
    ことを特徴とする、請求項１７又は２５に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 冷却媒体がヘリウムガスであることを特徴とする、請求項
    １７又は１９に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 冷たいガス雰囲気が、ヘリウムガスによって形成されるこ
    とを特徴とする、請求項１５ないし２７の１つに記載の装置。
  29. 【請求項２９】 装置が、複数の噴霧装置（１２）を有し、これらの噴霧装
    置が、なるべくリング状に配置されていることを特徴とする、請求項１５ないし
    ２８の１つに記載の装置。
JP2000537022A 1998-03-16 1999-03-04 液化ガスからスラッシュを製造する方法及び装置 Expired - Fee Related JP4006617B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19811315A DE19811315C2 (de) 1998-03-16 1998-03-16 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Matsch aus verflüssigtem Gas
DE19811315.3 1998-03-16
PCT/EP1999/001418 WO1999047872A1 (de) 1998-03-16 1999-03-04 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von matsch aus verflüssigtem gas

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003517411A true JP2003517411A (ja) 2003-05-27
JP2003517411A5 JP2003517411A5 (ja) 2006-06-01
JP4006617B2 JP4006617B2 (ja) 2007-11-14

Family

ID=7861035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000537022A Expired - Fee Related JP4006617B2 (ja) 1998-03-16 1999-03-04 液化ガスからスラッシュを製造する方法及び装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6405541B1 (ja)
EP (1) EP1064509B1 (ja)
JP (1) JP4006617B2 (ja)
AT (1) ATE217702T1 (ja)
CA (1) CA2323535C (ja)
DE (2) DE19811315C2 (ja)
WO (1) WO1999047872A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009009908A (ja) * 2007-06-29 2009-01-15 Mayekawa Mfg Co Ltd 超電導送電ケーブル、及びそのシステム
KR100908289B1 (ko) 2009-02-03 2009-07-17 한국항공대학교산학협력단 하이브리드 로켓의 파라핀계 연료 제조장치

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6131397A (en) * 1999-03-04 2000-10-17 Boeing North American Inc. Slush producing process and device
US7201018B2 (en) * 2003-01-28 2007-04-10 Air Products And Chemicals, Inc. Generation and delivery system for high pressure ultra high purity product
US6688115B1 (en) * 2003-01-28 2004-02-10 Air Products And Chemicals, Inc. High-pressure delivery system for ultra high purity liquid carbon dioxide
WO2004080892A1 (ja) * 2003-03-11 2004-09-23 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. スラッシュ窒素の製造方法及びその装置
CN1902126A (zh) * 2004-02-06 2007-01-24 株式会社前川制作所 生产氮浆的方法和设备
EP1876404A4 (en) * 2005-04-25 2012-08-01 Maekawa Seisakusho Kk METHOD FOR PRODUCING A FLUID FLUID AND DEVICE THEREFOR
AU2007217133B2 (en) * 2006-02-27 2013-05-30 Highview Enterprises Limited A method of storing energy and a cryogenic energy storage system
JP4961551B2 (ja) * 2006-06-20 2012-06-27 国立大学法人東北大学 極低温マイクロスラッシュ生成システム
GB201601878D0 (en) 2016-02-02 2016-03-16 Highview Entpr Ltd Improvements in power recovery
CN112225173B (zh) * 2020-09-30 2021-12-28 西安交通大学 一种小型氢浆制备可视化实验装置
CN113566470B (zh) * 2021-08-20 2023-01-31 楼建军 一种氢浆发生器、连续批量制备氢浆的系统及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3354662A (en) * 1964-02-21 1967-11-28 Malaker Lab Inc Dynamic flash production of hydrogen slush
FR2253193A1 (en) * 1973-12-03 1975-06-27 Air Liquide Refrigeration of prods partic food prods - using carbon dioxide snow
DE2423681C2 (de) * 1974-05-15 1980-08-14 Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zum Tiefkühlen von Objekten mittels eines tiefsiedenden
DE2423610C2 (de) * 1974-05-15 1981-12-03 Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zum Herstellen von Matsch tiefsiedender Gase
US4488407A (en) * 1983-03-23 1984-12-18 Union Carbide Corporation Process for making slush
DE4034077A1 (de) * 1990-10-26 1992-04-30 Linde Ag Vorrichtung zur expansion verfluessigter gase
JPH085642B2 (ja) * 1991-03-08 1996-01-24 岩谷産業株式会社 スラッシュ水素製造装置
US5368105A (en) * 1991-12-11 1994-11-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Cryogenic slurry for extinguishing underground fires
US5402649A (en) * 1993-09-02 1995-04-04 Rockwell International Corporation Spray-freeze slush hydrogen generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009009908A (ja) * 2007-06-29 2009-01-15 Mayekawa Mfg Co Ltd 超電導送電ケーブル、及びそのシステム
KR100908289B1 (ko) 2009-02-03 2009-07-17 한국항공대학교산학협력단 하이브리드 로켓의 파라핀계 연료 제조장치

Also Published As

Publication number Publication date
DE59901456D1 (de) 2002-06-20
WO1999047872A1 (de) 1999-09-23
DE19811315A1 (de) 1999-09-23
EP1064509A1 (de) 2001-01-03
ATE217702T1 (de) 2002-06-15
EP1064509B1 (de) 2002-05-15
CA2323535A1 (en) 1999-09-23
CA2323535C (en) 2009-03-24
US6405541B1 (en) 2002-06-18
DE19811315C2 (de) 2000-08-03
JP4006617B2 (ja) 2007-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003517411A (ja) 液化ガスからスラッシュを製造する方法及び装置
US2020719A (en) Process and apparatus for solidifying material in finely subdivided form
US7526925B2 (en) Method and apparatus for producing slush nitrogen
JP2003517411A5 (ja)
US5927082A (en) Gas generator
US5207068A (en) Cooling liquids
CN104176229A (zh) 独立式两相流喷雾冷却系统及其喷雾方法
US4295346A (en) Recirculating vapor system for gelling cryogenic liquids
US2877966A (en) Common oxygen supply for engine and cabin of high altitude aircraft
JP2006274140A (ja) ガスハイドレートの製造方法及び製造装置
JP3233457B2 (ja) 蒸発ガス制御装置
CN114776478A (zh) 一种利用谐振点火的液体火箭发动机双组元推进系统
JP2008133983A (ja) 超低温ガス発生装置
EP0904172B1 (en) A process and plant for producing atomized metal powder, metal powder and the use of the metal powder
US2464089A (en) Method and apparatus for producing composite solid carbon dioxide
US20020070488A1 (en) Method and appartus for efficient utilization of a cryogen for inert cover in metals melting furnaces
JPH10213296A (ja) Ｌｎｇ貯蔵設備のｂｏｇ処理装置
JP3566329B2 (ja) 白煙リング発生装置及び白煙リング形成方法
JPH0544682Y2 (ja)
RU2358900C2 (ru) Способ и устройство для получения азотной пасты
CN107367100B (zh) 一种利用液氮人工造雪的系统及方法
US1968318A (en) Apparatus for producing solid carbon dioxide
JPH04302974A (ja) スノーマシン
RU1818501C (ru) Способ газификации криогенной жидкости
CN117927870A (zh) 一种浆氢制备系统及其方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060222

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070726

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070807

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070815

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110907

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees