JP7364527B2 - ハイドレート包装装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイドレートを包装するハイドレート包装装置に関する。

近年、天然ガスハイドレート、メタンハイドレート、二酸化炭素ハイドレート、オゾンハイドレート等のハイドレートからガスを放出させて、燃料、原料、殺菌等に利用する技術が検討されている。このようなハイドレートの取り扱いを容易にするために、ハイドレートをペレット化する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の技術は、天然ガスハイドレートおよび水を含むスラリーを圧搾して含水率が５％以上１０％以下の粉体とし、さらに、粉体をピストンで圧縮して固形物に成型する。

特開２００６－１０４２５８号公報

しかし、上記特許文献１の技術では、ハイドレートを高圧で圧搾したり、圧縮したりするため、ハイドレートが破壊されてしまうおそれがある。また、圧搾や圧縮によって、ハイドレートのゲスト分子が減衰してしまう場合もある。

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、ハイドレートの破壊およびゲスト分子の減衰を低減することが可能なハイドレート包装装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のハイドレート包装装置は、中空形状の収容容器と、収容容器内に設けられ、ハイドレートおよび水を含むスラリーを収容する包装袋と、収容容器内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部と、を備える。

また、上記ハイドレート包装装置は、収容容器内から冷却ガスを排出し、収容容器内を脱圧する脱圧部を備えてもよい。

また、上記ハイドレート包装装置は、収容容器内の冷却ガスを、冷却ガスとは異なるパージガスで置換する置換部を備えてもよい。

また、上記ハイドレート包装装置は、一端がスラリーの供給源に接続され、他端が収容容器に着脱自在に設けられる供給管を有し、包装袋にスラリーを供給するスラリー供給部を備えてもよい。

また、上記ハイドレート包装装置は、包装袋を複数備え、スラリー供給部は、複数の包装袋のうち、少なくともいずれか１の包装袋と、他の包装袋とに排他的にスラリーを供給してもよい。

冷却ガスは、ハイドレートに内包されるガスであってもよい。

ハイドレートは、オゾンハイドレートであってもよい。

本発明によれば、ハイドレートの破壊およびゲスト分子の減衰を低減することが可能となる。

ハイドレート製造システムの概略的な構成を説明する図である。 ハイドレート包装装置を説明する第１の図である。 ハイドレート包装装置を説明する第２の図である。 第２供給管、ソケット、および、収容容器の斜視図である。 第２供給管、ソケット、および、収容容器の鉛直断面図である。 冷却機構を説明する図である。 中央制御部によるハイドレート包装処理の流れを示すフローチャートである。 ハイドレート包装処理の各工程における、第１入口開閉弁、第２入口開閉弁、冷却ガス供給弁、冷却ガス排出弁、脱圧弁、および、パージガス供給弁の開閉状態を示す図である。 冷却ガス置換工程における中央制御部の処理を説明する第１の図である。 冷却ガス置換工程における中央制御部の処理を説明する第２の図である。 加圧冷却工程における中央制御部の処理を説明する第１の図である。 加圧冷却工程における中央制御部の処理を説明する第２の図である。 収容工程における中央制御部の処理を説明する第１の図である。 収容工程における中央制御部の処理を説明する図である。 固化工程における中央制御部の処理を説明する図である。 脱圧工程における中央制御部の処理を説明する図である。 パージ工程における中央制御部の処理を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

［ハイドレート製造システム１００］
図１は、ハイドレート製造システム１００の概略的な構成を説明する図である。図１に示すように、ハイドレート製造システム１００は、ハイドレート生成装置１１０と、脱水装置１２０と、ハイドレート包装装置１３０とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、スラリー（オゾンハイドレート）、および、水の流れを示す。

ハイドレート生成装置１１０は、オゾンガスおよび二酸化炭素を含む原料ガスと、冷却水とを高圧状態（加圧状態）で混合して、オゾンハイドレートを生成する。ハイドレート生成装置１１０は、既存の様々な技術を利用できるため、ここでは、詳細な説明を省略する。ハイドレート生成装置１１０によって生成されたオゾンハイドレートおよび水（遊離水）を含むスラリーは、配管１１２を通じて、脱水装置１２０に送出される。

脱水装置１２０は、スラリーに含まれる水の一部を脱水する。脱水装置１２０は、例えば、スクリュープレス式脱水機、または、二重円筒型慣性濾過器である。脱水装置１２０によって、濃縮（脱水）されたスラリーは、供給ヘッダ管１２２を通じて、ハイドレート包装装置１３０に送出される。一方、脱水装置１２０によってスラリーから分離された水（詳細には、水および少量のオゾンハイドレート）は、ポンプ１２６によって、配管１２４、配管１２８を通じて、ハイドレート生成装置１１０に返送される。

ハイドレート包装装置１３０は、高圧下でスラリーを包装袋に収容した状態で、凍結して固化し、固形物に成型する。以下、ハイドレート包装装置１３０の具体的な構成について説明する。

［ハイドレート包装装置１３０］
図２は、ハイドレート包装装置１３０を説明する第１の図である。図３は、ハイドレート包装装置１３０を説明する第２の図である。図２、図３中、破線の矢印は、信号の流れを示す。なお、図２中、理解を容易にするために、中央制御部３１０から第１入口開閉弁２１２ａへの信号の流れ、および、中央制御部３１０から第２入口開閉弁２１６ａへの信号の流れを省略する。また、本実施形態の図２、図３をはじめとする以下の図では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。

図２、図３に示すように、ハイドレート包装装置１３０は、複数の包装ユニット２１０と、冷却ガス供給部２４０と、脱圧部２８０と、置換部２９０と、温度センサ３００と、中央制御部３１０とを含む。

［包装ユニット２１０］
複数の包装ユニット２１０は、供給ヘッダ管１２２に接続される。供給ヘッダ管１２２は、脱水装置１２０（スラリーの供給源）によって脱水されたスラリーを複数の包装ユニット２１０に導く。

包装ユニット２１０は、スラリー供給部として機能する第１供給管２１２（供給管）、第１入口開閉弁２１２ａ、計量容器２１４、第２供給管２１６（供給管）、第２入口開閉弁２１６ａ、および、ソケット２１８と、収容容器２２０と、包装袋２３０とを含む。

第１供給管２１２は、供給ヘッダ管１２２と計量容器２１４とを接続する。第１入口開閉弁２１２ａは、第１供給管２１２に設けられる。第１入口開閉弁２１２ａは、第１供給管２１２に形成される流路を開閉する。

計量容器２１４は、供給ヘッダ管１２２の下方に設けられる。計量容器２１４は、円筒形状の容器である。計量容器２１４の容積は、後述する包装袋２３０の容積未満である。計量容器２１４は、上端が第１供給管２１２に接続され、下端が第２供給管２１６に接続される。

第２供給管２１６は、一方の端部が計量容器２１４に接続される。第２供給管２１６の他方の端部２１６ｂは、後述するソケット２１８によって収容容器２２０に接続される。第２入口開閉弁２１６ａは、第２供給管２１６に設けられる。第２入口開閉弁２１６ａは、第２供給管２１６に形成される流路を開閉する。収容容器２２０は、計量容器２１４の下方に設けられる。

図４は、第２供給管２１６、ソケット２１８、および、収容容器２２０の斜視図である。図５は、第２供給管２１６、ソケット２１８、および、収容容器２２０の鉛直断面図である。

図４、図５に示すように、収容容器２２０は、円筒形状（円管）である。収容容器２２０は、上端が開放されており、下端が封止されている。つまり、収容容器２２０は、有底円筒形状である。収容容器２２０の外周面における上部には、外方に突出した突出部２２２が設けられる。また、収容容器２２０の下部には、第１通過管２２４が接続される。第１通過管２２４は、後述する冷却ガス供給部２４０の冷却ガス排出管２４４に接続される。

収容容器２２０の内部には、支持枠２２６が設けられる。支持枠２２６は、収容容器２２０の内周面と所定の間隔離隔して設けられる。支持枠２２６は、円筒形状であり、複数の連通孔２２８を有する。支持枠２２６は、金属、木材、プラスチック等で構成される。

本実施形態において、支持枠２２６は、上環２２６ａと、下環２２６ｂと、複数の棒部材２２６ｃと、１または複数の連結環２２６ｄとを含む。上環２２６ａ、および、下環２２６ｂは、円環形状である。上環２２６ａは、収容容器２２０の上端より下方に設けられる。下環２２６ｂは、上環２２６ａの下方に設けられる。本実施形態において、下環２２６ｂは、収容容器２２０の底面に固定（例えば、溶接）される。棒部材２２６ｃは、棒形状である。棒部材２２６ｃは、上環２２６ａと下環２２６ｂとを接続する。連結環２２６ｄは、円環形状である。連結環２２６ｄは、上環２２６ａと下環２２６ｂとの間に設けられる。連結環２２６ｄは、複数の棒部材２２６ｃを連結する。支持枠２２６において、複数の棒部材２２６ｃの間に連通孔２２８が形成される。

包装袋２３０は、可撓性を有する袋である。包装袋２３０は、開口部２３２が上方に位置するように、支持枠２２６内に着脱自在に設けられる。包装袋２３０は、供給ヘッダ管１２２、第１供給管２１２、計量容器２１４、第２供給管２１６を通じて、脱水装置１２０から供給されたスラリーを収容する。本実施形態において、包装袋２３０は、第１の材料で構成される領域と、第２の材料で構成される領域とを有する。

第１の材料は、ガスの通過率が液体の通過率より大きい材料である。つまり、第１の材料は、透湿性および防水性を有する材料である。具体的に説明すると、第１の材料は、ＪＩＳ Ｚ ０２０８に基づき、４０℃および９０％ＲＨ（Relative Humidity：相対湿度）の条件下で測定された透湿度が５０ｇ／ｍ^２２６ｈ以上であり、ＪＩＳ Ｌ １０９２：２００９における耐水度試験（静水圧法）Ａ法（低水圧法）によって測定された耐水度が２００ｍｍＨ_２Ｏ以上である。第１の材料は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、または、紙で構成される。本実施形態において、第１の材料は、タイベック（登録商標）である。タイベック（登録商標）は、０．５μｍ以上１．０μｍ以下のポリエチレンの極細長繊維をランダムに積層し、熱と圧力だけで結合させた不織布（シート）である。

第２の材料は、透明または半透明であり、防ガス性および防水性を有する材料である。つまり、第２の材料は、可視光線透過度が７０％以上であり、ＪＩＳ Ｌ １０９２：２００９における耐水度試験（静水圧法）Ａ法（低水圧法）によって測定された耐水度が２００ｍｍＨ_２Ｏ以上である。第２の材料は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、または、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で構成される。

第２供給管２１６における他方の端部２１６ｂ側には、ソケット２１８が設けられる。ソケット２１８（第２供給管２１６）は、収容容器２２０に着脱自在に設けられる。ソケット２１８は、円筒形状である。ソケット２１８は、上端が封止されており、下端が開放されている。第２供給管２１６は、ソケット２１８の上面を貫通する。第２供給管２１６は、ソケット２１８に溶接等で固定される。また、ソケット２１８は、内側に溝部２１８ａを有する。溝部２１８ａは、ソケット２１８の内周に沿って形成される。溝部２１８ａは、突出部２２２に嵌合可能に設けられる。換言すれば、ソケット２１８（溝部２１８ａ）および突出部２２２は、継手（例えば、クイックカプラ（ワンタッチカプラ））として機能する。

また、第２供給管２１６は、ソケット２１８が突出部２２２に嵌合された際に、端部２１６ｂが、収容容器２２０内に位置するようにソケット２１８に固定される。なお、第２供給管２１６は、ソケット２１８が突出部２２２に嵌合された際、第２供給管２１６の端部２１６ｂと、包装袋２３０の開口部２３２（包装袋２３０の上端）とが、所定の間隔Ｌ離隔するようにソケット２１８に固定される。間隔Ｌは、例えば、１ｃｍ程度である。

また、第２供給管２１６は、ソケット２１８が突出部２２２に嵌合された際に、端部２１６ｂが、開口部２３２に臨むように、ソケット２１８に固定される。本実施形態において、第２供給管２１６の端部２１６ｂは、開口部２３２の略中央に臨む。

［冷却ガス供給部２４０］
図３に戻って説明すると、冷却ガス供給部２４０は、収容容器２２０内に冷却ガスを供給して、包装袋２３０に収容（充填）されたスラリーを冷却する。冷却ガスは、例えば、原料ガス（オゾンガスおよび二酸化炭素の混合気体）である。本実施形態において、冷却ガス供給部２４０は、冷却ガス供給管２４２と、冷却ガス供給弁２４２ａと、冷却ガス排出管２４４と、冷却ガス排出弁２４４ａと、冷却機構２５０とを含む。

冷却ガス供給管２４２は、冷却機構２５０と第２通過管２１２ｂとを接続する。第２通過管２１２ｂは、第１供給管２１２における第１入口開閉弁２１２ａと計量容器２１４との間に接続される。冷却ガス供給弁２４２ａは、冷却ガス供給管２４２に設けられる。冷却ガス供給弁２４２ａは、冷却ガス供給管２４２に形成される流路を開閉する。

冷却ガス排出管２４４は、冷却機構２５０と第１通過管２２４とを接続する。冷却ガス排出管２４４と第１通過管２２４とは、継手２２４ａによって着脱自在に接続される。継手２２４ａは、例えば、クイックカプラ（ワンタッチカプラ）である。冷却ガス排出弁２４４ａは、冷却ガス排出管２４４に設けられる。冷却ガス排出弁２４４ａは、冷却ガス排出管２４４に形成される流路を開閉する。なお、冷却ガス排出管２４４における継手２２４ａと、冷却ガス排出弁２４４ａとの間は、フレキシブルチューブであってもよい。

冷却機構２５０は、冷却ガスを冷却する。図６は、冷却機構２５０を説明する図である。図６に示すように、冷却機構２５０は、第１ドラム２５２と、第１配管２５４と、ブロワ２５６と、第２配管２５８と、冷却器２６０と、第３配管２６２と、第２ドラム２６４と、第４配管２６６と、圧力制限オリフィス２６８と、第５配管２７０と、冷却ガス交換部２７２とを含む。

第１ドラム２５２は、冷却ガスを一時的に貯留する。第１配管２５４は、第１ドラム２５２とブロワ２５６の吸入側とを接続する。ブロワ２５６は、第１ドラム２５２に貯留された冷却ガスを吸引して冷却器２６０の熱交換器２６０ａに送出する。第２配管２５８は、ブロワ２５６の吐出側と熱交換器２６０ａとを接続する。

冷却器２６０は、オゾンハイドレートの分解温度未満の所定の温度（例えば、－５０℃以上－５℃以下）に冷却ガスを冷却する。冷却器２６０は、熱交換器２６０ａと、冷媒供給管２６０ｂと、流量調整弁２６０ｃと、冷媒返送管２６０ｄと、冷却部２６０ｅと、温度センサ２６０ｆとを含む。

熱交換器２６０ａは、冷却ガスと冷媒とを熱交換させて、冷却ガスを冷却する。冷媒供給管２６０ｂは、冷却部２６０ｅと熱交換器２６０ａとを接続する。冷却部２６０ｅによって冷却された冷媒は、冷媒供給管２６０ｂを通じて熱交換器２６０ａに供給される。流量調整弁２６０ｃは、冷媒供給管２６０ｂに設けられる。流量調整弁２６０ｃは、冷媒供給管２６０ｂに形成される流路の開度を調整する。

冷媒返送管２６０ｄは、熱交換器２６０ａと冷却部２６０ｅとを接続する。熱交換器２６０ａにおいて冷却ガスと熱交換されることで温度が上昇した冷媒は、冷媒返送管２６０ｄを通じて、冷却部２６０ｅに返送される。冷却部２６０ｅは、冷媒を冷却する。温度センサ２６０ｆは、第２ドラム２６４に貯留される冷却ガスの温度を測定する。

第３配管２６２は、熱交換器２６０ａと第２ドラム２６４とを接続する。第２ドラム２６４は、冷却ガスを一時的に貯留する。第４配管２６６は、第２ドラム２６４と、圧力制限オリフィス２６８とを接続する。圧力制限オリフィス２６８は、第４配管２６６と第５配管２７０との圧力差を安定化させる。第５配管２７０は、圧力制限オリフィス２６８と第１ドラム２５２とを接続する。

したがって、ブロワ２５６が駆動されると、第１ドラム２５２、熱交換器２６０ａ、第２ドラム２６４、圧力制限オリフィス２６８をこの順で冷却ガスが循環することになる。また、第４配管２６６には、冷却ガス供給管２４２が接続される。このため、冷却器２６０（熱交換器２６０ａ）によって冷却された冷却ガスは、第３配管２６２、第２ドラム２６４、第４配管２６６を通じて、冷却ガス供給管２４２に導かれる。また、第５配管２７０には、冷却ガス排出管２４４が接続される。このため、収容容器２２０から排出された冷却ガスは、冷却ガス排出管２４４、第５配管２７０を通じて、第１ドラム２５２に導かれる。

冷却ガス交換部２７２は、第１ドラム２５２に冷却ガスを補充したり、第１ドラム２５２から冷却ガスを抜き出したりする。冷却ガス交換部２７２は、冷却ガス供給源２７２ａと、冷却ガス補給管２７２ｂと、冷却ガス補給弁２７２ｃと、圧力センサ２７２ｄと、冷却ガス放出管２７２ｅと、冷却ガス放出弁２７２ｆと、圧力センサ２７２ｇ（図２、図３参照）とを含む。

冷却ガス補給管２７２ｂは、冷却ガス供給源２７２ａと第１ドラム２５２とを接続する。冷却ガス補給弁２７２ｃは、冷却ガス補給管２７２ｂに設けられる。冷却ガス補給弁２７２ｃは、冷却ガス補給管２７２ｂに形成される流路を開閉する。圧力センサ２７２ｄは、冷却ガス補給管２７２ｂ（第１ドラム２５２）内の圧力を測定する。冷却ガス放出管２７２ｅは、第１ドラム２５２と、冷却ガス供給源２７２ａとを接続する。冷却ガス放出弁２７２ｆは、冷却ガス放出管２７２ｅ内に形成される流路を開閉する。図３に戻って説明すると、圧力センサ２７２ｇは、供給ヘッダ管１２２内の圧力を測定する。

［脱圧部２８０］
脱圧部２８０は、収容容器２２０内から冷却ガスを排出し、収容容器２２０内を脱圧する。脱圧部２８０は、ガス処理部２８２と、脱圧配管２８４と、脱圧弁２８４ａとを含む。ガス処理部２８２は、冷却ガスを無害化する。ガス処理部２８２は、大気圧に維持される。本実施形態において、ガス処理部２８２は、デオゾナイザである。脱圧配管２８４は、第２通過管２１２ｂと、ガス処理部２８２とを接続する。脱圧弁２８４ａは、脱圧配管２８４に設けられる。脱圧弁２８４ａは、脱圧配管２８４に形成される流路を開閉する。

［置換部２９０］
置換部２９０は、収容容器２２０内の冷却ガスをパージガスで置換する。パージガスは、冷却ガスとは異なるガスである。パージガスは、例えば、空気、窒素である。本実施形態において、置換部２９０は、パージガス供給源２９２と、パージガス供給管２９４と、パージガス供給弁２９４ａとを含む。パージガス供給管２９４は、パージガス供給源２９２と、冷却ガス排出管２４４における冷却ガス排出弁２４４ａと継手２２４ａとの間とを接続する。パージガス供給弁２９４ａは、パージガス供給管２９４に設けられる。パージガス供給弁２９４ａは、パージガス供給管２９４に形成される流路を開閉する。

［温度センサ３００］
温度センサ３００は、冷却ガス排出管２４４内の温度を測定する。つまり、温度センサ３００は、冷却ガス排出管２４４を通過する冷却ガスの温度を測定する。

［中央制御部３１０］
中央制御部３１０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部３１０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部３１０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してハイドレート包装装置１３０全体を管理および制御する。

本実施形態において、中央制御部３１０は、第１入口開閉弁２１２ａ、第２入口開閉弁２１６ａ、冷却ガス供給弁２４２ａ、冷却ガス排出弁２４４ａ、脱圧弁２８４ａ、パージガス供給弁２９４ａを開閉する。

また、中央制御部３１０は、温度センサ２６０ｆの測定結果に基づいて、流量調整弁２６０ｃの開度を調整する。中央制御部３１０は、圧力センサ２７２ｄ、２７２ｇの測定結果に基づいて、冷却ガス補給弁２７２ｃ、および、冷却ガス放出弁２７２ｆを開閉する。本実施形態において、中央制御部３１０は、圧力センサ２７２ｄによって測定される圧力（第１ドラム２５２（冷却ガス補給管２７２ｂ）の圧力）が、圧力センサ２７２ｇによって測定される圧力（供給ヘッダ管１２２の圧力）より所定圧力（例えば、０．５ＭＰａ程度）低くなるように、冷却ガス補給弁２７２ｃおよび冷却ガス放出弁２７２ｆを開閉する。なお、中央制御部３１０は、冷却ガス補給弁２７２ｃおよび冷却ガス放出弁２７２ｆを排他的に開閉する。

［ハイドレート包装方法］
続いて、中央制御部３１０による制御について詳述する。図７は、中央制御部３１０によるハイドレート包装処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、ハイドレート包装処理（ハイドレート包装方法）は、取付工程Ｓ１１０、冷却ガス置換工程Ｓ１２０、加圧冷却工程Ｓ１３０、収容工程Ｓ１４０、固化工程Ｓ１５０、脱圧工程Ｓ１６０、パージ工程Ｓ１７０、取出工程Ｓ１８０を含む。

図８は、ハイドレート包装処理の上記各工程における、第１入口開閉弁２１２ａ、第２入口開閉弁２１６ａ、冷却ガス供給弁２４２ａ、冷却ガス排出弁２４４ａ、脱圧弁２８４ａ、および、パージガス供給弁２９４ａの開閉状態を示す図である。図８中、開弁状態を「〇」で示し、閉弁状態を「×」で示す。

なお、初期状態において、第１入口開閉弁２１２ａ、第２入口開閉弁２１６ａ、冷却ガス供給弁２４２ａ、冷却ガス排出弁２４４ａ、脱圧弁２８４ａ、および、パージガス供給弁２９４ａは、閉弁されている。また、ハイドレート包装装置１３０は、包装ユニット２１０を複数備えるため、冷却ガス供給部２４０（ブロワ２５６）は、ハイドレート包装処理の開始時に駆動される。また、ハイドレート生成装置１１０は、オゾンハイドレートを連続して生成し、脱水装置１２０は、スラリーを連続してハイドレート包装装置１３０に供給するものとする。

［取付工程Ｓ１１０］
取付工程Ｓ１１０は、包装袋２３０が装着された収容容器２２０を、第２供給管２１６および冷却ガス排出管２４４に接続する工程である。取付工程Ｓ１１０では、まず、開口部２３２が上方に位置するように、包装袋２３０が収容容器２２０内の支持枠２２６に装着される。そして、収容容器２２０の突出部２２２がソケット２１８に嵌合されることで収容容器２２０が第２供給管２１６に接続され、また、継手２２４ａによって第１通過管２２４が冷却ガス排出管２４４に接続される。

［冷却ガス置換工程Ｓ１２０］
冷却ガス置換工程Ｓ１２０は、中央制御部３１０が、冷却ガス供給部２４０を制御して、収容容器２２０内の空気を冷却ガスで置換する工程である。図９、図１０は、冷却ガス置換工程Ｓ１２０における中央制御部３１０の処理を説明する図である。なお、図９、図１０中、実線の矢印は、空気および冷却ガスの流れを示す。また、図９、図１０中、閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。

中央制御部３１０は、第２入口開閉弁２１６ａを開弁する（図８中、「〇」で示す）。そして、中央制御部３１０は、冷却ガス供給弁２４２ａ、および、脱圧弁２８４ａを排他的に開閉する（図８中、「〇→×」および「×→〇」で示す）。具体的に説明すると、図９に示すように、中央制御部３１０は、まず、第２入口開閉弁２１６ａを開弁する。そして、中央制御部３１０は、脱圧弁２８４ａの閉弁状態を維持したまま、冷却ガス供給弁２４２ａを開弁する。そうすると、収容容器２２０内に冷却ガスが供給される。

続いて、図１０に示すように、中央制御部３１０は、冷却ガス供給弁２４２ａを閉弁するとともに、脱圧弁２８４ａを開弁する。そうすると、収容容器２２０内から空気および冷却ガスが排出され、ガス処理部２８２に導かれる。

冷却ガス置換工程Ｓ１２０において、中央制御部３１０は、冷却ガス供給弁２４２ａの開弁および脱圧弁２８４ａの閉弁と、冷却ガス供給弁２４２ａの閉弁および脱圧弁２８４ａの開弁とを行う冷却ガス置換処理を複数回（例えば、３回）実行する。これにより、収容容器２２０内が冷却ガスで置換される。

そして、中央制御部３１０は、冷却ガス置換処理を複数回実行した後、脱圧弁２８４ａを閉弁して、加圧冷却工程Ｓ１３０に処理を移す。

［加圧冷却工程Ｓ１３０］
加圧冷却工程Ｓ１３０は、中央制御部３１０が、冷却ガス供給部２４０を制御して、収容容器２２０内を冷却し、また、収容容器２２０内を加圧する工程である。

図１１、図１２は、加圧冷却工程Ｓ１３０における中央制御部３１０の処理を説明する図である。なお、図１１、図１２中、実線の矢印は、冷却ガスの流れを示す。また、図１１、図１２中、閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。

図１１に示すように、まず、中央制御部３１０は、冷却ガス供給弁２４２ａ、および、冷却ガス排出弁２４４ａを開弁する。そうすると、冷却ガスが収容容器２２０内を循環して、収容容器２２０内が、オゾンハイドレートの分解温度未満まで冷却される。これにより、後段の収容工程Ｓ１４０において、オゾンハイドレートの熱分解を防止することができる。

そして、温度センサ３００によって測定された温度が、オゾンハイドレートの分解温度未満になったら、図１２に示すように、中央制御部３１０は、冷却ガス供給弁２４２ａを閉弁する（図８中、「〇→×」で示す）。そうすると、冷却ガスが、冷却機構２５０（第１ドラム２５２）から逆流し、収容容器２２０内の圧力が第１ドラム２５２（第５配管２７０）の圧力まで加圧される。

上記したように、第１ドラム２５２の圧力は、供給ヘッダ管１２２の圧力よりも低圧に制御される。このため、加圧冷却工程Ｓ１３０において、収容容器２２０内を第１ドラム２５２の圧力とすることにより、後段の収容工程Ｓ１４０を容易に行うことができる。

そして、収容容器２２０内の圧力が第１ドラム２５２の圧力まで加圧されたら、中央制御部３１０は、冷却ガス排出弁２４４ａを閉弁して、収容工程Ｓ１４０に処理を移す。

［収容工程Ｓ１４０］
収容工程Ｓ１４０は、中央制御部３１０（スラリー供給部）が、第１入口開閉弁２１２ａおよび第２入口開閉弁２１６ａを開閉して、収容容器２２０に装着された包装袋２３０内にスラリーを収容する工程である。

図１３、図１４は、収容工程Ｓ１４０における中央制御部３１０の処理を説明する図である。なお、図１３、図１４中、実線の矢印は、スラリーの流れを示す。また、図１３、図１４中、閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。

図１３に示すように、まず、中央制御部３１０は、第２入口開閉弁２１６ａを閉弁するとともに、第１入口開閉弁２１２ａを開弁する。上記したように、計量容器２１４は、供給ヘッダ管１２２の下方に設けられる。したがって、第１入口開閉弁２１２ａが開弁されるだけで、供給ヘッダ管１２２から計量容器２１４にスラリーを自重で落下させることができる。

そして、計量容器２１４内がスラリーで充填されたら、図１４に示すように、中央制御部３１０は、第１入口開閉弁２１２ａを閉弁して、第２入口開閉弁２１６ａを開弁する（図８中、「〇→×」および「×→〇」で示す）。上記したように、収容容器２２０（包装袋２３０）は、計量容器２１４の下方に設けられる。したがって、第２入口開閉弁２１６ａが開弁されるだけで、計量容器２１４から包装袋２３０にスラリーＳを自重で落下させることができる。なお、本実施形態において、包装袋２３０の上部にある程度（例えば、５ｃｍ程度）空間が形成されるように、スラリーＳが包装袋２３０に充填される。そして、包装袋２３０にスラリーＳが収容されたら、中央制御部３１０は、固化工程Ｓ１５０に処理を移す。

［固化工程Ｓ１５０］
固化工程Ｓ１５０は、中央制御部３１０が、冷却ガス供給部２４０を制御して、収容容器２２０内のスラリーＳを包装袋２３０ごと凍結して固化させ、固形物Ｋを製造する工程である。

図１５は、固化工程Ｓ１５０における中央制御部３１０の処理を説明する図である。なお、図１５中、実線の矢印は、冷却ガスの流れを示す。また、図１５中、閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。

図１５に示すように、中央制御部３１０は、冷却ガス供給弁２４２ａおよび冷却ガス排出弁２４４ａを開弁する。そうすると、冷却ガス供給管２４２、第２通過管２１２ｂ、および第１供給管２１２、計量容器２１４、第２供給管２１６を通じて、冷却ガスが収容容器２２０内に導かれる。そして、収容容器２２０内に導かれた冷却ガスは、第１通過管２２４、冷却ガス排出管２４４を通じて冷却機構２５０に返送される。つまり、冷却ガスは、収容容器２２０を循環することになる。

これにより、冷却ガスによって、スラリーＳが包装袋２３０ごと、高圧状態で凍結（冷却）され、固化される。

なお、固化工程Ｓ１５０において、計量容器２１４を通じて収容容器２２０に冷却ガスを供給することにより、計量容器２１４に残存したスラリーＳを収容容器２２０（包装袋２３０）に押し出すことができる。

そして、温度センサ３００による検出値に基づき、包装袋２３０内のスラリーＳが固化されたと判定したら、中央制御部３１０は、冷却ガス供給弁２４２ａおよび冷却ガス排出弁２４４ａを閉弁して、脱圧工程Ｓ１６０に処理を移す。

［脱圧工程Ｓ１６０］
脱圧工程Ｓ１６０は、中央制御部３１０が、脱圧部２８０を制御して、収容容器２２０内を脱圧する工程である。

図１６は、脱圧工程Ｓ１６０における中央制御部３１０の処理を説明する図である。なお、図１６中、実線の矢印は、冷却ガスの流れを示す。また、図１６中、閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。

図１６に示すように、中央制御部３１０は、脱圧弁２８４ａを開弁する。そうすると、収容容器２２０内から冷却ガスが排出され、収容容器２２０内が大気圧に脱圧される。

そして、中央制御部３１０は、脱圧弁２８４ａを開弁してから所定時間が経過したら、パージ工程Ｓ１７０に処理を移す。なお、所定時間は、収容容器２２０内が大気圧まで脱圧される時間である。

［パージ工程Ｓ１７０］
パージ工程Ｓ１７０は、中央制御部３１０が、置換部２９０を制御して、収容容器２２０内の冷却ガスをパージガスで置換（パージ）する工程である。

図１７は、パージ工程Ｓ１７０における中央制御部３１０の処理を説明する図である。なお、図１７中、実線の矢印は、冷却ガスおよびパージガスの流れを示す。また、図１７中、閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。

図１７に示すように、中央制御部３１０は、パージガス供給弁２９４ａを開弁する。そうすると、パージガス供給源２９２から収容容器２２０へパージガスが供給される。そして、パージガスは、収容容器２２０を通過し、第２供給管２１６、計量容器２１４、第１供給管２１２、第２通過管２１２ｂ、および、脱圧配管２８４を通じて、ガス処理部２８２に導かれる。

これにより、収容容器２２０内の冷却ガスがパージガスに置換される。中央制御部３１０は、パージガス供給弁２９４ａを開弁してから所定時間が経過したら、第２入口開閉弁２１６ａ、脱圧弁２８４ａ、および、パージガス供給弁２９４ａを閉弁して、取出工程Ｓ１８０に処理を移す。なお、所定時間は、収容容器２２０内の冷却ガスがパージガスで置換される時間である。

［取出工程Ｓ１８０］
取出工程Ｓ１８０は、収容容器２２０から包装袋２３０を取り出す工程である。取出工程Ｓ１８０では、まず、ソケット２１８が収容容器２２０から取り外されるとともに、第１通過管２２４が冷却ガス排出管２４４から取り外される。そして、収容容器２２０内から包装袋２３０（固形物Ｋ）が取り出される。

収容容器２２０から取り出された包装袋２３０は、不図示の圧着装置（例えば、シーラー）によって、開口部２３２が圧着（密封）され、不図示の冷凍庫で保管される。

そして、中央制御部３１０は、取付工程Ｓ１１０からの処理を繰り返す。

また、中央制御部３１０は、複数の包装ユニット２１０のうち、いずれか１の包装ユニット２１０に対し、取付工程Ｓ１１０、脱圧工程Ｓ１６０、パージ工程Ｓ１７０、および、取出工程Ｓ１８０のいずれか１または複数の工程を行っている間、他の包装ユニット２１０に対し、冷却ガス置換工程Ｓ１２０、加圧冷却工程Ｓ１３０、収容工程Ｓ１４０、および、固化工程Ｓ１５０のいずれか１または複数の工程を行う。つまり、中央制御部３１０は、複数の包装ユニット２１０のうち、少なくともいずれか１の包装ユニット２１０と、他の包装ユニット２１０とに排他的に（異なるタイミングで）スラリーＳを供給する。これにより、ハイドレート包装装置１３０は、脱水装置１２０から連続して供給されるスラリーＳを順次固形物Ｋに成型することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかるハイドレート包装装置１３０は、包装袋２３０にスラリーＳを収容した状態で、スラリーＳを凍結して固化させる。これにより、スラリーを高圧で圧搾したり、高圧で圧縮したりしてハイドレートを固化させる従来技術と比較して、ハイドレート包装装置１３０は、余分な圧力を付与せずにスラリーＳを固化させることができる。したがって、ハイドレート包装装置１３０は、オゾンハイドレートの破壊およびオゾンの減衰を低減して、オゾンハイドレートを固形物Ｋに成型することが可能となる。

また、ハイドレート包装装置１３０は、包装袋２３０にスラリーＳを収容した状態で、スラリーＳを凍結して固化させる。このため、ハイドレート包装装置１３０は、包装袋２３０の形状に固形物Ｋを成型することができる。したがって、ハイドレート包装装置１３０は、包装袋２３０を所望する形状に設計することで、所望する形状の固形物Ｋを容易に製造することが可能となる。

また、従来のハイドレート包装装置は、スラリーを圧搾する圧搾装置、圧搾したスラリーを圧縮成型してペレットを製造するペレタイザ、ペレットを凍結して固化させる冷凍機、固化したペレットを脱圧する脱圧装置、脱圧されたペレットを貯蔵庫に運搬するコンベアを備えていた。したがって、従来のハイドレート包装装置は、圧搾装置、ペレタイザ、冷凍機、脱圧装置、コンベア、貯蔵庫がそれぞれ必要となり、設備費およびランニングコストが高額になっていた。

これに対し、本実施形態のハイドレート包装装置１３０は、スラリーＳの成型およびスラリーＳの凍結を並行して行うことができる。また、ハイドレート包装装置１３０は、スラリーＳの成型、スラリーＳの凍結、および、固形物Ｋの脱圧を同一の包装ユニット２１０内で行うことができる。したがって、ハイドレート包装装置１３０は、従来のハイドレート包装装置と比較して、設備費およびランニングコストを低減することが可能となる。

また、ハイドレート包装装置１３０は、包装袋２３０ごとスラリーＳを固化することができる。したがって、ハイドレートを固化した後、包装袋に充填する従来技術と比較して、ハイドレートの粉砕処理およびハイドレートの包装袋への充填処理を省略することが可能となる。これにより、粉砕の際の衝撃によってオゾンハイドレート内のオゾンが分解してしまう事態を回避することができる。また、粉砕によって生じるオゾンハイドレートの粉体の発生を防止することが可能となる。これにより、ハイドレート包装装置１３０は、オゾンハイドレートの分解（溶解）を抑制することが可能となる。

また、上記したように、包装袋２３０（収容容器２２０）は、供給ヘッダ管１２２の下方に設けられる。これにより、ハイドレート包装装置１３０は、供給ヘッダ管１２２から包装袋２３０（収容容器２２０）にスラリーＳを自重で落下させることが可能となる。

また、上記したように、ソケット２１８は、第２供給管２１６の端部２１６ｂが包装袋２３０の開口部２３２より上方に位置するように、第２供給管２１６を保持する。これにより、スラリーＳを包装袋２３０に供給しつつ、冷却ガスを包装袋２３０の外表面に通過させることが可能となる。つまり、ソケット２１８は、スラリーＳの供給機能と、冷却ガスの供給機能とを第２供給管２１６に持たせることができる。

また、上記したように、収容容器２２０は、支持枠２２６を備える。支持枠２２６は、包装袋２３０と収容容器２２０との間に間隙を形成することができる。したがって、包装袋２３０の外表面に満遍なく冷却ガスを通過させることが可能となる。これにより、ハイドレート包装装置１３０は、包装袋２３０内のスラリーＳを効率よく冷却（凍結）することができる。

また、上記したように、冷却ガス供給部２４０は、冷却ガスとして、原料ガスを用いる。これにより、包装袋２３０内の収容物における原料ガスの濃度の低減を防止することが可能となる。

また、上記したように、ハイドレート包装装置１３０は、置換部２９０を備える。これにより、ハイドレート包装装置１３０は、取出工程Ｓ１８０において、収容容器２２０内から冷却ガスが漏出する事態を回避することができる。

また、上記したように、ハイドレート包装装置１３０は、ソケット２１８および突出部２２２と、継手２２４ａとを備える。これにより、収容容器２２０と第２供給管２１６との着脱、および、収容容器２２０と冷却ガス排出管２４４との着脱を容易に行うことが可能となる。

また、上記したように、置換部２９０は、収容容器２２０の下部からパージガスを供給する。つまり、置換部２９０は、冷却ガス供給部２４０による冷却ガスの供給方向とは逆側からパージガスを供給する。これにより、置換部２９０は、収容容器２２０内のパージガスへの置換を効率よく行うことができる。

また、オゾンハイドレート等のハイドレートは、常温未満の所定温度（例えば、－２５℃）を上回ると、分解され、ガスを放出するとともに、水（液体）が生じる。このため、ハイドレートからガスを放出させて利用する場合、ハイドレート（またはハイドレートの残渣（氷））の周囲が水で濡れてしまうという問題がある。

そこで、上記したように、ハイドレート包装装置１３０は、少なくとも一部が第１の材料（本実施形態では、タイベック（登録商標））で構成される包装袋２３０に固形物Ｋ（オゾンハイドレート）を収容する。第１の材料は、オゾンハイドレートが分解することによって生成されるオゾンガスを包装袋２３０の外部に放出させることができる。また、第１の材料は、液体（水）を殆ど通過させない。このため、第１の材料は、オゾンハイドレートが分解することによって生じる水の、包装袋２３０の外部への漏出を抑制することが可能となる。つまり、包装袋２３０は、外部への水の排出を抑制しつつ、オゾンハイドレートからオゾンガスを放出させることができる。これにより、オゾンハイドレートを収容した包装袋２３０は、対象物または対象物が配される空間を濡らすことなく、オゾンガスで対象物を処理することが可能となる。

また、上記したように、包装袋２３０は、第１の材料に加えて、第２の材料で構成される。第２の材料は、透明または半透明であるため、固形物Ｋ（オゾンハイドレート）を外部から視認することできる。したがって、使用者は、包装袋２３０内の固形物Ｋの量を容易に把握することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、ハイドレートがオゾンハイドレートである場合を例に挙げた。しかし、ハイドレート包装装置１３０が成型するスラリーＳに含まれるハイドレートに限定はない。ハイドレートは、例えば、天然ガスハイドレート、メタンハイドレート、二酸化炭素ハイドレートであってもよい。

また、上記実施形態において、収容容器２２０が円筒形状である場合を例に挙げた。しかし、収容容器２２０は、筒形状であれば形状に限定はない。収容容器２２０は、例えば、矩形の筒形状であってもよい。また、収容容器２２０は、筒形状でなくてもよい。収容容器２２０は、少なくとも中空形状であれば形状に限定はない。

また、上記実施形態において、ハイドレート包装装置１３０が置換部２９０を備える場合を例に挙げた。しかし、置換部２９０は、必須の構成ではない。例えば、冷却ガスが、二酸化炭素、窒素、または、空気である場合、置換部２９０を省略してもよい。

また、上記実施形態において、ハイドレート包装装置１３０が、ソケット２１８および突出部２２２を備える場合を例に挙げた。しかし、第２供給管２１６と収容容器２２０とを着脱自在とすることができれば、ソケット２１８および突出部２２２以外の構成であってもよい。同様に、ハイドレート包装装置１３０が、継手２２４ａを備える場合を例に挙げた。しかし、収容容器２２０（第１通過管２２４）と冷却ガス排出管２４４とを着脱自在とすることができれば、継手２２４ａ以外の構成であってもよい。

また、上記実施形態において、冷却ガスが原料ガス（ハイドレートに内包されるガス（ゲスト分子））である場合を例に挙げた。しかし、冷却ガスの種類に限定はない。

また、上記実施形態において、ハイドレート包装装置１３０が複数の包装ユニット２１０を備える構成を例に挙げた。しかし、ハイドレート包装装置１３０は、少なくとも１つの包装ユニット２１０を備えていればよい。

また、上記実施形態において、包装袋２３０が第１の材料および第２の材料で構成される場合を例に挙げた。しかし、包装袋２３０の材質に限定はない。例えば、包装袋２３０は、第１の材料のみで構成されてもよいし、第２の材料のみで構成されてもよい。また、包装袋２３０は、第１の材料および第２の材料以外の材料で構成されてもよい。

また、上記実施形態の固化工程Ｓ１５０において、中央制御部３１０が、温度センサ３００による検出値に基づき、包装袋２３０内のスラリーＳが固化されたか否かを判定する場合を例に挙げた。しかし、中央制御部３１０は、冷却ガスの供給時間に基づき、包装袋２３０内のスラリーＳが固化されたか否かを判定してもよい。

本発明は、ハイドレート包装装置に利用することができる。

１３０ ハイドレート包装装置
２１２ 第１供給管（スラリー供給部）
２１２ａ 第１入口開閉弁（スラリー供給部）
２１４ 計量容器（スラリー供給部）
２１６ 第２供給管（スラリー供給部）
２１６ａ 第２入口開閉弁（スラリー供給部）
２１６ｂ 端部（スラリー供給部）
２１８ ソケット（スラリー供給部）
２２０ 収容容器
２３０ 包装袋
２４０ 冷却ガス供給部
２８０ 脱圧部
２９０ 置換部
３１０ 中央制御部（スラリー供給部）

Claims (7)

1. 中空形状の収容容器と、
   前記収容容器内に設けられ、ハイドレートおよび水を含むスラリーを収容する包装袋と、
   前記収容容器内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部と、
   を備えるハイドレート包装装置。
2. 前記収容容器内から前記冷却ガスを排出し、前記収容容器内を脱圧する脱圧部を備える請求項１に記載のハイドレート包装装置。
3. 前記収容容器内の前記冷却ガスを、前記冷却ガスとは異なるパージガスで置換する置換部を備える請求項１または２に記載のハイドレート包装装置。
4. 一端が前記スラリーの供給源に接続され、他端が前記収容容器に着脱自在に設けられる供給管を有し、前記包装袋に前記スラリーを供給するスラリー供給部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載のハイドレート包装装置。
5. 前記包装袋を複数備え、
   前記スラリー供給部は、複数の前記包装袋のうち、少なくともいずれか１の前記包装袋と、他の前記包装袋とに排他的に前記スラリーを供給する請求項４に記載のハイドレート包装装置。
6. 前記冷却ガスは、前記ハイドレートに内包されるガスである請求項１から５のいずれか１項に記載のハイドレート包装装置。
7. 前記ハイドレートは、オゾンハイドレートである請求項１から６のいずれか１項に記載のハイドレート包装装置。

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