JP2007333264A - 低温スラッシュ状流体製造装置 - Google Patents

低温スラッシュ状流体製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】スラッシュ状流体の重量固化率を増加させることができる低温スラッシュ状流体製造装置を提供すること。
【解決手段】容器１０の内部に貯留された液体状の低温流体Ｌの中に配置された、伝熱面１１を有する熱交換器１２と、前記伝熱面１１の表面に生成した固体状の低温流体を掻き落とす掻き落とし手段１３とを備えたスラッシュ状流体製造部２と、前記伝熱面１１の内部に、前記容器１０の内部に貯留された液体状の低温流体Ｌよりも温度の低い極低温流体を供給する極低温流体発生部３と、を備えた低温スラッシュ状流体製造装置１であって、前記掻き落とし手段１３によって掻き落とされる固体状の低温流体の粒径に応じて、前記伝熱面１１の内部に流入する前記極低温流体の流量と温度、および前記掻き落とし手段１３の回転速度または往復動速度が、調整され得るように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スラッシュ状の低温流体（例えば、スラッシュ水素（固体水素と液体水素とがシャーベット状に混合したものであり、液体水素に比べて密度が大きく、保有する寒冷量が大きいもの））を製造する低温スラッシュ状流体製造装置に関するものである。
従来、スラッシュ水素を製造する装置としては、非特許文献１に開示されたものが知られている。
D.E. デイニー（D.E.Daney）著、「HYDROGEN SLUSH PRODUCTION WITH A LARGE AUGER」（米国）Advanced in CryogenicEngineering, Vol.35
しかしながら、上記非特許文献１に開示されたスラッシュ水素を製造する装置では、固化水素の粒径を小さくするのに限界があり、スラッシュ水素の重量固化率（液体水素中における固化水素の重量割合）を思うように増加させることができないといった問題点があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、スラッシュ状流体の重量固化率を増加させることができる低温スラッシュ状流体製造装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による低温スラッシュ状流体製造装置は、容器の内部に貯留された液体状の低温流体の中に配置された、伝熱面を有する熱交換器と、前記伝熱面の表面に生成した固体状の低温流体を掻き落とす掻き落とし手段とを備えたスラッシュ状流体製造部と、前記伝熱面の内部に、前記容器の内部に貯留された液体状の低温流体よりも温度の低い極低温流体を供給する極低温流体発生部と、を備えた低温スラッシュ状流体製造装置であって、前記掻き落とし手段によって掻き落とされる固体状の低温流体の粒径に応じて、前記伝熱面の内部に流入する前記極低温流体の流量と温度、および前記掻き落とし手段の回転速度または往復動速度が、調整され得るように構成されている。
このような低温スラッシュ状流体製造装置によれば、例えば、図１に示す加熱器６による加熱量、第１のバルブ７の弁開度、第２のバルブ８の弁開度、および駆動用のモータ１９の回転速度を調整（制御）することにより、オーガ（掻き落とし手段）１３の刃１３ａによって掻き落とされる低温流体Ｌの粒２２の粒径を小径化（微粒化）することができるので、スラッシュ状流体の重量固化率を増加させることができる。
また、このようなスラッシュ状流体（重量固化率が増加したスラッシュ水素）を、例えば、燃料電池自動車、水素自動車等の水素を燃料として走行する車両に搭載される車載用水素充填タンクに充填（補充）するような場合には、車載用水素充填タンク内における水素の蒸発を低減させることができるとともに、水素の利用効率を向上させることができることとなる。
上記低温スラッシュ状流体製造装置において、前記掻き落とし手段はオーガとされ、該オーガの中心軸と、該オーガを駆動する駆動用のモータの駆動軸とが、ユニバーサルジョイントを介して接続されているとさらに好適である。
このような低温スラッシュ状流体製造装置によれば、駆動用のモータの駆動軸からオーガの中心軸に伝達される熱が、ユニバーサルジョイントのところで大幅に低減されることとなるので、駆動用のモータの駆動軸からオーガの中心軸へ侵入する熱の低減化を図ることができる。
上記低温スラッシュ状流体製造装置において、前記掻き落とし手段はオーガとされ、該オーガが、前記伝熱面に対して回転可能に構成されているとともに、前記オーガの回転軸の両端部が、ベアリングを介して軸受け支持されているとさらに好適である。
このような低温スラッシュ状流体製造装置によれば、オーガを安定した状態で回転させることができ、オーガによって掻き落とされる低温流体の粒の粒径を略一定に保つことができるとともに、スラッシュ状流体の製造効率を向上させることができる。
本発明による低温スラッシュ状流体貯蔵施設は、上記低温スラッシュ状流体製造装置と、前記容器の底部に溜まったスラッシュ状の低温流体を別の場所に移送する移送手段と、この移送手段により移送されてきたスラッシュ状の低温流体を貯蔵しておく低温スラッシュ状流体貯蔵タンクと、を備えている。
このような低温スラッシュ状流体貯蔵施設によれば、低温スラッシュ状流体貯蔵タンクの内部が、重量固化率の高いスラッシュ状の低温流体で満たされることとなるので、低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体の気化（ボイルオフ）を低減させることができる。
上記低温スラッシュ状流体貯蔵施設において、前記低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵されるスラッシュ状の低温流体の重量固化率が、所望の値となるように構成されているとさらに好適である。
このような低温スラッシュ状流体貯蔵施設によれば、例えば、スラッシュ状流体製造部により製造される低温流体の粒の粒径を調整したり、移送手段により移送されるスラッシュ状の低温流体と液体状の低温流体との割合を調整することで、低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵されるスラッシュ状の低温流体の重量固化率が、所望の値となるようになっている。
これにより、低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）を低減させることができ、貯蔵期間の長期化を図ることができる。
本発明によれば、スラッシュ状流体の重量固化率を増加させることができるという効果を奏する。
以下、本発明による低温スラッシュ状流体製造装置（以下、「製造装置」という。）の一実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る製造装置１全体の概略構成図である。図１に示すように、製造装置１は、スラッシュ状の低温流体（例えば、スラッシュ水素）を製造するスラッシュ状流体製造部２と、このスラッシュ状流体製造部２に供給される極低温流体（例えば、１３Ｋの気体ヘリウム）を発生させる極低温流体発生部３とを主たる要素として構成されている。また、図２は、スラッシュ状流体製造部２の要部拡大断面図である。
極低温流体発生部３は、極低温流体貯蔵タンク４と、流量・温度調整装置５とを備えている。
極低温流体貯蔵タンク４の内部には、液体状の極低温流体（例えば、４Ｋの液体ヘリウム）が貯留されている。また、この極低温流体貯蔵タンク４と、スラッシュ状流体製造部２の熱交換器１２とは、極低温流体供給管１４を介して接続（連結）されている。
流量・温度調整装置５は、極低温流体供給管１４の途中に配置されるとともに、極低温流体貯蔵タンク４から送られてきた（圧送されてきた）液体状の極低温流体を加熱してガス化（気化）させる加熱器６と、この加熱器６の上流側に位置する極低温流体供給管１４に配置されるとともに、極低温流体貯蔵タンク４から加熱器６に流入する液化された極低温流体の流量を調整する第１のバルブ７と、加熱器６の下流側に位置する極低温流体供給管１４に配置されるとともに、加熱器６からスラッシュ状流体製造部２の熱交換器１２に流入する気体状の極低温流体（例えば、１３Ｋの気体ヘリウム）の流量を調整する第２のバルブ８とを備えている。
スラッシュ状流体製造部２は、液体状の低温流体（例えば、１３．８Ｋの液体水素）Ｌを貯留する容器１０と、この容器１０内に配置された円筒状の伝熱面１１を有する熱交換器１２と、伝熱面１１の表面に生成した図示しない固体状の低温流体（例えば、固体水素）を掻き落とす（削り落とす）オーガ（掻き落とし手段）１３とを備えている。
容器１０は、その内部が真空とされ、かつその内面に、例えば、銅板等の輻射シールド板（図示せず）が貼られた断熱真空容器（図示せず）の中に収容されており、これにより、容器１０の外部から内部へ侵入する熱の低減化が図られるようになっている。
熱交換器１２の内部には、極低温流体発生部３で発生した極低温流体（容器１０内に貯留された液体状の低温流体Ｌよりも温度の低い流体）が供給されるようになっている。熱交換器１２の内部に供給された極低温流体は、容器１０内に貯留された液体状の低温流体Ｌと熱交換させられて伝熱面１１の表面に固体状の低温流体Ｌを生成させた後、極低温流体戻り管１５を通って貯蔵タンク（図示せず）に一旦貯留され、液化装置（図示せず）により液化されてから、極低温流体発生部３の極低温流体貯蔵タンク４に戻されるようになっている。
図２に示すように、オーガ１３は、その回転軸（中心軸）１６の両端部がベアリング１７，１８によって軸受け支持されるとともに、伝熱面１１に沿って回転可能に収容された円筒状の部材であり、その外周面（すなわち、伝熱面１１と対向する面）には、長手方向に沿って螺旋状に形成された刃１３ａが設けられている。
また、回転軸１６と、駆動用のモータ１９（図１参照）から延びる駆動軸２０（図１参照）とは、ユニバーサルジョイント２１を介して接続（連結）されており、駆動用のモータ１９が回転すると、その回転に伴ってオーガ１３も同じように（図１中の矢印の方向（図１の上方から見て時計方向）に回転し、伝熱面１１に生成した固体状の低温流体が、オーガ１３の刃１３ａによって掻き落とされ、低温流体Ｌの粒（例えば、固体水素の粒）２２となって、容器１０の底部へ落下し、スラッシュ状流体（例えば、スラッシュ水素）Ｓを形成するようになっている。
さらに、加熱器６、第１のバルブ７、第２のバルブ８、および駆動用のモータ１９はそれぞれ、図示しない制御器に接続されており、オーガ１３の刃１３ａによって掻き落とされる低温流体Ｌの粒（例えば、固体水素の粒）２２の粒径が所望の大きさ（例えば、１μｍ〜１０μｍ）となるように制御されるようになっている。
本実施形態による製造装置１によれば、加熱器６による加熱量、第１のバルブ７の弁開度、第２のバルブ８の弁開度、および駆動用のモータ１９の回転速度を調整（制御）することにより、オーガ１３の刃１３ａによって掻き落とされる低温流体Ｌの粒２２の粒径を小径化（微粒化）することができるので、スラッシュ状流体の重量固化率（固化率）を増加させることができる。
また、このようなスラッシュ状流体（重量固化率が増加したスラッシュ水素）を、例えば、燃料電池自動車、水素自動車等の水素を燃料として走行する車両に搭載される車載用水素充填タンクに充填（補充）するような場合には、車載用水素充填タンク内における水素の蒸発を低減させることができるとともに、水素の利用効率を向上させることができることとなる。
さらに、オーガ１３の回転軸１６と、駆動用のモータ１９から延びる駆動軸２０とが、ユニバーサルジョイント２１を介して接続（連結）されているので、駆動用のモータ１９の駆動軸２０からオーガ１３の回転軸１６に伝達される熱が、ユニバーサルジョイント２１のところで大幅に低減されることとなるので、駆動用のモータ１９および駆動軸２０の側から回転軸１６およびオーガ１３の側に伝達される熱の低減化を図ることができる。
さらにまた、オーガ１３の回転軸１６の両端部がベアリング１７，１８によって軸受け支持されているので、オーガ１３を安定した状態で回転させることができ、オーガ１３の刃１３ａによって掻き落とされる低温流体Ｌの粒２２の粒径を略一定に保つことができるとともに、スラッシュ状流体の製造効率を向上させることができる。
なお、上述した実施形態では、加熱器６による加熱量、第１のバルブ７の弁開度、第２のバルブ８の弁開度、および駆動用のモータ１９の回転速度が、制御器により調整（制御）されるようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの調整を手動で行うようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、オーガ１３が、伝熱面１１に沿って回転可能に構成されたものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、オーガ１３が、伝熱面１１に沿って往復動可能に構成されたもの、すなわち、駆動用のモータ１９の代わりに往復動アクチュエータまたは超音波振動子を備えたものであってもよい。
さらに、容器１０の底部に溜まったスラッシュ状の低温流体を別の場所に移送する移送手段（図示せず）と、この移送手段により移送されてきたスラッシュ状の低温流体を貯蔵しておく低温スラッシュ状流体貯蔵タンク（図示せず）とを備えているとさらに好適である。
これにより、低温スラッシュ状流体貯蔵タンクの内部が、重量固化率の高いスラッシュ状の低温流体で満たされることとなるので、低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体の気化（ボイルオフ）を低減させることができる。
さらにまた、低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体の重量固化率が、所望の値となるように構成されているとさらに好適である。これは、スラッシュ状流体製造部２により製造される低温流体Ｌの粒２２の粒径を調整したり、移送手段により移送されるスラッシュ状流体Ｓと液体状の低温流体Ｌとの割合を調整することで実現することができる。
これにより、低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵された低温流体の気化（ボイルオフ）を低減させることができ、貯蔵期間の長期化を図ることができる。
さらにまた、本明細書中において使用した「低温」とは、−２７３℃〜−数１０℃のことを指している。
本発明による低温スラッシュ状流体製造装置の一実施形態を示す図であって、製造装置全体の概略構成図である。 図１に示す低温スラッシュ状流体製造装置の要部拡大断面図である。
符号の説明
１ 低温スラッシュ状流体製造装置
２ スラッシュ状流体製造部
３ 極低温流体発生部
１０ 容器
１１ 伝熱面
１２ 熱交換器
１３ オーガ（掻き落とし手段）
１６ 回転軸（中心軸）
１７ ベアリング
１８ ベアリング
１９ 駆動用のモータ
２０ 駆動軸
２１ ユニバーサルジョイント
Ｌ 液体状の低温流体
Ｓ スラッシュ状の低温流体

Claims (5)

  1. 容器の内部に貯留された液体状の低温流体の中に配置された、伝熱面を有する熱交換器と、前記伝熱面の表面に生成した固体状の低温流体を掻き落とす掻き落とし手段とを備えたスラッシュ状流体製造部と、
    前記伝熱面の内部に、前記容器の内部に貯留された液体状の低温流体よりも温度の低い極低温流体を供給する極低温流体発生部と、を備えた低温スラッシュ状流体製造装置であって、
    前記掻き落とし手段によって掻き落とされる固体状の低温流体の粒径に応じて、前記伝熱面の内部に流入する前記極低温流体の流量と温度、および前記掻き落とし手段の回転速度または往復動速度が、調整され得るように構成されていることを特徴とする低温スラッシュ状流体製造装置。
  2. 前記掻き落とし手段はオーガとされ、該オーガの中心軸と、該オーガを駆動する駆動用のモータの駆動軸とが、ユニバーサルジョイントを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の低温スラッシュ状流体製造装置。
  3. 前記掻き落とし手段はオーガとされ、該オーガが、前記伝熱面に対して回転可能に構成されているとともに、前記オーガの回転軸の両端部が、ベアリングを介して軸受け支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の低温スラッシュ状流体製造装置。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の低温スラッシュ状流体製造装置と、前記容器の底部に溜まったスラッシュ状の低温流体を別の場所に移送する移送手段と、この移送手段により移送されてきたスラッシュ状の低温流体を貯蔵しておく低温スラッシュ状流体貯蔵タンクと、を備えてなることを特徴とする低温スラッシュ状流体貯蔵施設。
  5. 前記低温スラッシュ状流体貯蔵タンク内に貯蔵されるスラッシュ状の低温流体の重量固化率が、所望の値となるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の低温スラッシュ状流体貯蔵装置。
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