JP3612661B2 - 極低温液体用貯槽 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は極低温液体用貯槽にかかるもので、とくに液体水素、液体窒素、液体ヘリウムなどの極低温液体を一時的に蓄えるための極低温液体用貯槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の極低温液体用貯槽１について図２にもとづき概説する。
図２は、従来の極低温液体用貯槽１の概略断面図であって、極低温液体用貯槽１は、貯槽本体２と、液体出入口３と、蒸発ガス出口４と、を有する。
【０００３】
貯槽本体２は、その内部貯槽空間５に液体水素その他任意の極低温液体Ｌを蓄えるもので、ステンレスなどの厚肉材料によりこれを二層構造として耐高圧性とし、その間に多孔質材料などによる断熱層６を設ける。断熱層６の代わりに真空室を形成することもできる。
【０００４】
液体出入口３から極低温液体Ｌを注入し、貯槽本体２などに接触してガス化し吸熱した極低温液体Ｌの蒸発ガスを蒸発ガス出口４から排出する。
なお蒸発ガス出口４は、これを閉鎖することにより加圧口として機能する。
【０００５】
こうした構成の極低温液体用貯槽１において、液体出入口３から極低温液体Ｌを内部貯槽空間５内に注入すると、通常状態のままでは常温である貯槽本体２の熱により極低温液体Ｌが蒸発してガス化し、内部に充満しつつ貯槽本体２を冷却してゆき、貯槽本体２が所定の液化温度にまで冷却されると、極低温液体Ｌが液体として貯留される。
なお、蒸発ガス出口４を適宜開放あるいは閉鎖することにより、内部貯槽空間５内を所定の高圧に維持する。
【０００６】
しかしながら、極低温液体用貯槽１においては、貯槽本体２自体を極低温にまで冷却するために充填時に多量の蒸発ガスが発生し、したがって、極低温液体Ｌの損失が多い。しかも、この蒸発にともなう損失に加えて、多量かつ急激に発生する蒸発ガスにより液体極低温液体Ｌが吹きとばされるという問題がある。
したがって、蒸発ガスにより充填流量が制限されて、極低温液体Ｌの内部貯槽空間５への充填時間がかかる。
しかも、蒸発ガス出口４から排出される蒸発ガス量が限定されるため、内部貯槽空間５にはこの排出量に見合った量の液体極低温液体Ｌしか蓄えることができない。
【０００７】
さらに、貯槽本体２自体は耐圧のため厚肉構造としてあり、熱容量が多く、充填後も貯槽本体２が完全に冷却されるまで蒸発損失が続くことになって、場合によっては再注入が必要になる。
また、貯槽本体２、断熱層６および極低温液体Ｌが互いに直接接触しているため、貯槽本体２および断熱層６から極低温液体Ｌに直接熱侵入があり、この熱侵入による熱損失も大きいという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、極低温液体の充填時における蒸発損失を低減させて省エネルギー型とした極低温液体用貯槽を提供することを課題とする。
【０００９】
また本発明は、極低温液体の貯留部分（内槽）を速く冷却可能とした極低温液体用貯槽を提供することを課題とする。
【００１０】
また本発明は、充填時間を短縮可能として操作性を向上させた極低温液体用貯槽を提供することを課題とする。
【００１１】
また本発明は、外部からの侵入熱量を低減させ、さらに注入後の蒸発による極低温液体の損失を低減可能として性能を向上させた極低温液体用貯槽を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、極低温液体用貯槽を二層構造とすること、この間に蒸発ガス層を形成することに着目したもので、極低温液体を一時的に蓄えるための極低温液体用貯槽であって、上記極低温液体の液体出入口およびその蒸発ガス出口を有する貯槽本体と、この貯槽本体内部に圧力開放して設けるとともに前記極低温液体を貯留可能な内槽と、を設けるとともに、上記貯槽本体とこの内槽との間に上記極低温液体の蒸発ガス層を形成したことを特徴とする極低温液体用貯槽である。
【００１３】
上記内槽は、繊維強化合成樹脂などの複合材あるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、さらにはステンレス材など、熱侵入を抑制可能な材料からこれを構成することができる。
【００１４】
上記内槽は、その外面を、繊維強化合成樹脂などの複合材あるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）その他の断熱材で覆うことができる。
【００１５】
上記内槽は、常温でその外面を振止め片に当接する寸法とすることができる。
【００１６】
上記液体出入口は、上記内槽に連通するようにこれを設けて、上記極低温液体を上記内槽に直接充填することができる。
【００１７】
本発明による極低温液体用貯槽においては、貯槽本体の内部に内槽を設け、貯槽本体との間に蒸発ガス層を設けたので、液体出入口から内槽に注入された液体は、内槽に貯蔵されるとともに、蒸発して貯槽本体の内部に充満し、蒸発ガス層を通った上で蒸発ガス出口から外部に排出される。
したがって、蒸発ガス自体が内槽および貯槽本体を冷却しつつ排出されてゆき、しかも、内槽は、これを薄肉に構成可能で熱容量を小さくすることができ、すぐ冷却され、蒸発ガスの発生も少なく、短時間で液体が貯まることになり、蒸発損失を低減可能である。
さらに、低温の蒸発ガスが充満している蒸発ガス層が外層の貯槽本体との間で断熱層として機能し、断熱効果が向上し、外部からの熱侵入による蒸発損失を低減させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態による極低温液体用貯槽１０を図１にもとづき説明する。ただし、図２と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、極低温液体用貯槽１０の概略断面図であり、極低温液体用貯槽１０は、前記貯槽本体２、液体出入口３および蒸発ガス出口４と、内槽１１と、を有する。
【００１９】
貯槽本体２は、その内部に内槽１１を収容し、内槽１１はその上部を貯槽本体２内部に圧力開放状態として、内部貯槽空間１２を有し、貯槽本体２との間に蒸発ガス層１３を形成している。
さらに内槽１１は、液体出入口３にその底部が連通しているとともに、液体出入口３の配管構造１４により、その底部を支持している。
液体出入口３は、貯槽本体２には連通しておらず、気密構造である。
蒸発ガス出口４は、蒸発ガス層１３の底部に連通している。
【００２０】
内槽１１の周囲における所定位置に対向した貯槽本体２の内壁面には、たとえば三本（あるいは四本）の振止め片１５を等角度間隔で取り付けてある。
この振止め片１５は、その固定端１５Ａを貯槽本体２の内壁面側に固定してあり、その自由端１５Ｂを内槽１１の外周面に通常温度で当接状態としてある。振止め片１５は、常温時における輸送その他の間の内槽１１の振れによる破損を防止し、極低温液体Ｌの注入により内槽１１が冷却され熱収縮するにともなって内槽１１は振止め片１５から離れ（図中、部分拡大部における仮想線を参照）、振止め片１５を伝わってくる外部からの熱侵入を防止可能とする。
【００２１】
内槽１１は、できるだけ薄く、また断熱作用があるように、これを構成することが望ましく、たとえば、ステンレス、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＲＰ（繊維強化合成樹脂）などを採用可能である。ＦＲＰは、たとえば基材としてエポキシ樹脂を、繊維としてガラス、カーボンなどを用いる。
【００２２】
なお、内槽１１の外表面には、必要に応じて断熱部材１６（図中、仮想線）を設けることができる。
断熱部材１６の材料としては、上記ＰＴＦＥやＦＲＰなどを採用することができる。
【００２３】
こうした構成の極低温液体用貯槽１０において、液体出入口３から内槽１１の内部貯槽空間１２に極低温液体Ｌを注入し、極低温液体Ｌは内部貯槽空間１２のみに貯蔵される。
極低温液体Ｌは注入にともなって蒸発し、その蒸発ガスは、蒸発ガス層１３をその上部から下部を通って蒸発ガス出口４から外部に排出される。
この通過時に、蒸発ガスは内槽１１および貯槽本体２全体と効率的に熱交換し、これらを冷却してゆく。内槽１１の方が薄いので、貯槽本体２より早く冷却される。
【００２４】
蒸発ガスは蒸発ガス層１３に溜まり、貯槽本体２内部が所定の高圧になったとき、蒸発ガス出口４を随時開放するが、その間貯槽本体２を冷却し続けるとともに、蒸発ガス層１３が断熱層となって外部からの熱侵入をより効果的に抑制可能である。
【００２５】
内槽１１が薄いため、蒸発ガスの量も少なく、早く冷却されて液体状態の極低温液体Ｌを貯留可能で、無駄なく、短時間で、より多くの極低温液体Ｌを貯めることができる。
【００２６】
一例として、極低温液体用貯槽１０（図１）の全体内容量が１２００リットル、設計圧力が６．０ＭＰａ（６０Ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）、内槽１１の重量が１０７Ｋｇ、同等な量の従来の極低温液体用貯槽１（図２）の設計重量が１１４２Ｋｇとすると、極低温液体Ｌ（たとえば液体水素）の蒸発量は、顕熱を５０％利用したとして、ステンレス１Ｋｇを常温から液体水素温度（２０Ｋ）に冷却するために必要な液体水素の量は１．６８リットル／Ｋｇである。
液体水素の蒸発損失は、従来の極低温液体用貯槽１では１９１９リットル、本発明の極低温液体用貯槽１０では１８０リットルで、損失低減量は１７３９リットルである。
また送液速度を２０リットル／分とすると、内部貯槽空間１２に液体水素を充填する時間としては、従来の極低温液体用貯槽１が９６分、本発明の極低温液体用貯槽１０が９分で、８７分も早く注入することができた。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、貯槽本体内に内槽を設けて蒸発ガス層を形成したので、蒸発損失を減らし、短時間に無駄なく極低温液体を貯留することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による極低温液体用貯槽１０の概略断面図である。
【図２】従来の極低温液体用貯槽１の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 極低温液体用貯槽（図２）
２ 貯槽本体
３ 液体出入口
４ 蒸発ガス出口
５ 内部貯槽空間
６ 断熱層
１０ 極低温液体用貯槽（実施の形態、図１）
１１ 内槽
１２ 内部貯槽空間
１３ 蒸発ガス層
１４ 液体出入口３の配管構造
１５ 振止め片
１５Ａ 振止め片１５の固定端
１５Ｂ 振止め片１５の自由端
１６ 断熱部材
Ｌ 液体水素その他任意の極低温液体

Claims (2)

1. 極低温液体を一時的に蓄えるための極低温液体用貯槽であって、
   前記極低温液体の液体出入口およびその蒸発ガス出口を有する貯槽本体と、
   この貯槽本体内部に圧力開放して設けるとともに前記極低温液体を貯留可能な内槽と、
   前記貯槽本体の内壁面に固定した振止め片と、
   を設けるとともに、
   前記液体出入口は、前記内槽の底部に連通して該底部から前記極低温液体を前記内槽に直接充填可能とし、前記液体出入口の配管構造により前記内槽の該底部を支持し、
   前記貯槽本体とこの内槽との間に前記極低温液体の蒸発ガス層を形成し、さらに
   前記内槽は、常温でその外面を前記振止め片に当接するとともに極低温において前記振止め片から離れる寸法としたことを特徴とする極低温液体用貯槽。
2. 前記内槽は、熱侵入を抑制可能なステンレス、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、あるいはＦＲＰ（繊維強化合成樹脂）からこれを構成したことを特徴とする請求項１記載の極低温液体用貯槽。

Images