JP7518348B2 - 被冷却ガスの液化装置及び被冷却ガスの液化方法 - Google Patents
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Description
(1)被冷却ガスの液体状態に相当する低温液体中に気体状体の被冷却ガスを直接吹き込むことで、前記低温液体中に形成された気泡が上昇する間に、気泡状の前記被冷却ガスと前記低温液体との間で熱交換させることで前記被冷却ガスを液化させる、被冷却ガスの液化装置であって、
前記低温液体が収容されて、前記被冷却ガスの吹き込みにより気液間の熱交換で前記被冷却ガスが液化する場となる液化容器と、
前記被冷却ガスを前記液化容器に供給する被冷却ガス供給装置と、
前記気液間の熱交換の場の形成若しくは維持のために前記液化容器に前記低温液体を供給する低温液体供給装置と、
前記低温液体を前記被冷却ガスの液化成品として前記液化容器から払い出す低温液体回収装置と、
前記液化容器を収容しつつ、前記液化容器の周囲から前記低温液体を冷却する冷媒を共に収容する冷媒容器と、
前記冷媒を前記冷媒容器に供給する冷媒供給装置と、
前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間には中空部を備えた伝熱調整壁が介在されて、該伝熱調整壁の中空部に気体を供給することができると共に、該気体を吸引することができる気体調整装置と、
前記液化容器中の低温液体の温度TLに応じて、前記気体調整装置により前記伝熱調整壁の中空部における気体の圧力を調整して、前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間での伝熱を制御する伝熱制御装置とを有することを特徴とする、被冷却ガスの液化装置。
(2)前記液化容器が容器本体と蓋体とを有して形成され、該容器本体の側壁部及び底面部が二重壁構造を有して、これら側壁部と底面部の中空部により前記伝熱調整壁が構成される、(1)に記載の被冷却ガスの液化装置。
(3)前記被冷却ガスが炭酸ガスであると共に、前記低温液体が液化炭酸ガスであり、前記液化容器は加圧状態が維持可能な圧力容器型の液化容器である、(1)又は(2)に記載の被冷却ガスの液化装置。
(4)(1)~(3)のいずれか1項に記載の被冷却ガスの液化装置を用いて、被冷却ガスの液体状態に相当する低温液体中に気体状体の被冷却ガスを直接吹き込むことで、該低温液体中に形成された気泡が上昇する間に、気泡状の前記被冷却ガスと前記低温液体との間で熱交換させて前記被冷却ガスを液化する、被冷却ガスの液化方法であって、
前記低温液体を予め前記液化容器に供給して収容しておくと共に、前記液化容器の周囲から前記低温液体を冷却する冷熱源となる冷媒を前記冷媒容器に供給して収容し、
前記液化容器中での前記被冷却ガスと前記低温液体との気液間での前記熱交換により変化する前記低温液体の温度TLに応じて、前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間に配設される伝熱調整壁の中空部における気体の圧力を調整して、前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間での伝熱量を制御しながら、前記液化容器内における前記低温液体の温度を所定温度範囲に維持することを特徴とする、被冷却ガスの液化方法。
(5)前記被冷却ガスが炭酸ガスであると共に、前記低温液体が液化炭酸ガスであり、前記液化容器は加圧状態が維持可能な圧力容器型の液化容器である、(4)に記載の被冷却ガスの液化方法。
(6)前記冷媒が液化天然ガスであるか又は液体窒素である、(4)又は(5)に記載の被冷却ガスの液化方法。
Q=-κ(T1-T2)/l ・・・(3)
ここで、液化容器8に入れられた液化炭酸ガスの温度をT1=-50(℃)=223(K)とし、冷媒容器3に入れられた液体窒素の温度をT2=-193(℃)=80(K)として、また、伝熱調整壁9の中空部における窒素(気体)の温度Tを-73(℃)=200(K)として、このときの窒素の熱伝導率κを0.02(W/m・K)とすると、この場合における熱流束Qの値はおよそQ≒1430(W/m2)である。
Q=-α・P(T1-T2) ・・・(4)
上述したように、平均自由工程λを考慮した伝熱調整壁9の厚みlとしたときには、熱伝導率κは気体の種類等や圧力P(=2Pa)に依存するようになり、このときの係数αは、下記式(5)からα=1.458と求まることから、この場合における熱流束Qの値はおよそQ≒416(W/m2)である。
α=〔(γ+1)/2(γ-1)〕×(k/2πmT')1/2 ・・・(5)
ここで、kはボルツマン定数、mはN2分子の質量、γは比熱比(2原子分子の場合は7/5)であり、また、T'は算術平均から-70℃付近として200Kとした。
Claims (6)
- 被冷却ガスの液体状態に相当する低温液体中に気体状体の被冷却ガスを直接吹き込むことで、前記低温液体中に形成された気泡が上昇する間に、気泡状の前記被冷却ガスと前記低温液体との間で熱交換させることで前記被冷却ガスを液化させる、被冷却ガスの液化装置であって、
前記低温液体が収容されて、前記被冷却ガスの吹き込みにより気液間の熱交換で前記被冷却ガスが液化する場となる液化容器と、
前記被冷却ガスを前記液化容器に供給する被冷却ガス供給装置と、
前記気液間の熱交換の場の形成若しくは維持のために前記液化容器に前記低温液体を供給する低温液体供給装置と、
前記低温液体を前記被冷却ガスの液化成品として前記液化容器から払い出す低温液体回収装置と、
前記液化容器を収容しつつ、前記液化容器の周囲から前記低温液体を冷却する冷媒を共に収容する冷媒容器と、
前記冷媒を前記冷媒容器に供給する冷媒供給装置と、
前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間には中空部を備えた伝熱調整壁が介在されて、該伝熱調整壁の中空部に気体を供給することができると共に該気体を吸引し、伝熱調整壁の中空部を伝熱状態から断熱状態まで調整することができる気体調整装置と、
前記液化容器中の低温液体の温度TLに応じて、前記気体調整装置により前記伝熱調整壁の中空部における気体の圧力を調整して、前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間での伝熱を制御する伝熱制御装置とを有することを特徴とする、被冷却ガスの液化装置。 - 前記液化容器が容器本体と蓋体とを有して形成され、該容器本体の側壁部及び底面部が二重壁構造を有して、これら側壁部と底面部の中空部により前記伝熱調整壁が構成される、請求項1に記載の被冷却ガスの液化装置。
- 前記被冷却ガスが炭酸ガスであると共に、前記低温液体が液化炭酸ガスであり、前記液化容器は加圧状態が維持可能な圧力容器型の液化容器である、請求項1又は2に記載の被冷却ガスの液化装置。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の被冷却ガスの液化装置を用いて、被冷却ガスの液体状態に相当する低温液体中に気体状体の被冷却ガスを直接吹き込むことで、該低温液体中に形成された気泡が上昇する間に、気泡状の前記被冷却ガスと前記低温液体との間で熱交換させて前記被冷却ガスを液化する、被冷却ガスの液化方法であって、
前記低温液体を予め前記液化容器に供給して収容しておくと共に、前記液化容器の周囲から前記低温液体を冷却する冷熱源となる冷媒を前記冷媒容器に供給して収容し、
前記液化容器中での前記被冷却ガスと前記低温液体との気液間での前記熱交換により変化する前記低温液体の温度TLに応じて、前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間に配設される伝熱調整壁の中空部における気体の圧力を調整して、前記冷媒容器中の冷媒と前記液化容器中の低温液体との間で伝熱状態から断熱状態までの範囲で伝熱量を制御しながら、前記液化容器内における前記低温液体の温度を所定温度範囲に維持することを特徴とする、被冷却ガスの液化方法。 - 前記被冷却ガスが炭酸ガスであると共に、前記低温液体が液化炭酸ガスであり、前記液化容器は加圧状態が維持可能な圧力容器型の液化容器である、請求項4に記載の被冷却ガスの液化方法。
- 前記冷媒が液化天然ガスであるか又は液体窒素である、請求項4又は5に記載の被冷却ガスの液化方法。
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