JPH10332261A - スラッシュ水素の製造方法及び装置 - Google Patents

スラッシュ水素の製造方法及び装置

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JPH10332261A
JPH10332261A JP13987297A JP13987297A JPH10332261A JP H10332261 A JPH10332261 A JP H10332261A JP 13987297 A JP13987297 A JP 13987297A JP 13987297 A JP13987297 A JP 13987297A JP H10332261 A JPH10332261 A JP H10332261A
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JP
Japan
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hydrogen
heat transfer
transfer member
regenerator
gas
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JP13987297A
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English (en)
Inventor
Shinobu Matsuo
忍 松尾
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極低温ヘリウム発生装置を用いることなくス
ラッシュ水素を製造可能なスラッシュ水素の製造方法及
び製造装置を提供する。 【解決手段】 液体水素容器1内の液体水素2の中に浸
漬されるように円筒型伝熱部材101が配設されてい
る。円筒型伝熱部材101を冷却するように第2段寒冷
ヘッド106を配設されたギフォードマクマホンサイク
ルによる蓄冷器式の小型冷凍機104が設けられてい
る。第2段寒冷ヘッド106で冷却された円筒型伝熱部
材101の表面に生成した固体水素8を削り落とすオー
ガ9が設けられていてスラッシュ水素4をつくり出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液体水素と固体水素
の混合したスラッシュ水素の製造方法およびその装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】スラッシュ水素は固体水素と液体水素が
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ことからスペ
ースプレーンの燃料やエネルギーの輸送、貯蔵媒体とし
て利用されようとしている。
【0003】従来、スラッシュ水素の製造方法として
は、液体水素を間欠的に減圧する方法(間欠減圧法)
や、極低温のヘリウムと熱交換して低温となった伝熱面
に固体水素を凝縮させ、その凝縮した固体水素をオーガ
と呼ばれる回転する錐状の刃物で削り落とす方法(ヘリ
ウム冷凍法)などが提案されている。
【0004】図5により従来のヘリウム冷凍法によるス
ラッシュ水素製造装置を説明する。図5において、1は
液体水素容器であり、2は液体水素、3は固体水素の
粒、4は液体水素2と固体水素3が混合したスラッシュ
水素である。
【0005】5は熱交換器であり、極低温のヘリウムガ
ス6と液体水素2が熱交換し、伝熱面7に固体水素8が
生成する。9はオーガと呼ばれる錐状の刃物であり、駆
動用モータ10により回転し、伝熱面7に生成した固体
水素8を削り落とす。
【0006】11は極低温ヘリウム供給配管、12は液
体水素と熱交換した極低温ヘリウムの逃気管である。1
3は極低温ヘリウム発生装置、14は液体水素容器1お
よび極低温ヘリウム供給配管11などへの侵入熱を低減
するための断熱真空容器である。
【0007】以上の構成をもつ図5のスラッシュ水素製
造装置において、極低温ヘリウム発生装置13で発生し
た極低温ヘリウム6は極低温ヘリウム供給配管11を通
して熱交換器5に供給され、液体水素2と熱交換して伝
熱面7に固体水素8が生成する。
【0008】伝熱面7に生成した固体水素8はオーガ9
が回転することによって削り落とされ、固体水素の粒3
となって、液体水素容器1の下部へ落下する。以上のよ
うに、極低温ヘリウムおよび原料となる液体水素を供給
することにより、連続的にスラッシュ水素を製造するこ
とができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来のヘ
リウム冷凍法によるスラッシュ水素製造装置ではスラッ
シュ水素を連続的に製造するためには極低温ヘリウムを
連続的に供給する必要があり、極低温ヘリウム発生装置
13が必要なため、装置全体の大きさが大きくなるとい
う問題があった。
【0010】本発明は従来のような極低温ヘリウム発生
装置を用いることなくスラッシュ水素を製造可能なスラ
ッシュ水素の製造方法及び製造装置を提供することを課
題としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は液体水素中に浸漬された伝熱部材をギフォ
ードマクマホンサイクルによる蓄冷器式冷凍機の寒冷ヘ
ッドで冷却し、その伝熱部材表面に生成した固体水素を
削り落としてスラッシュ水素を製造するようにしたスラ
ッシュ水素の製造方法を提供する。
【0012】ギフォードマクマホンサイクルは、ヘリウ
ムガス等を媒体として極低温を得るもので、ディスプレ
ーサを駆動する機構の違いによりクランク機構型とガス
バランシング型がある。
【0013】図3はガスバランシング型の蓄冷器式冷凍
機の構成を示している。ガスバランシング型ではディス
プレーサ20に働く媒体ガスの圧力でディスプレーサ2
0が移動される。
【0014】図3において、22は蓄冷器、23は媒体
ガスを圧縮する圧縮機、24及び25はサージタンクを
示している。28はロータリバルブを示している。
【0015】図3に示した蓄冷器式冷凍機の作動につい
て図4 により説明する。図4 の線図において、イ→ロの
工程ではディスプレーサ20が最下位置、空間V1 とデ
ィスプレーサ20の上部空間及び蓄冷器22の圧力がP
2 の状態からディスプレーサ20が空間V1 を低圧P1
にすることによりシリンダ29の上部まで移動される。
【0016】これによってディスプレーサ20の上方の
上部膨脹室のガスは押し出されて蓄冷器22を通ってデ
ィスプレーサ20の下方の膨脹室へ移動する。このと
き、ガスは蓄冷器22で冷却されて圧力が下がるが、入
口弁から入ってくるガスで圧力は一定に保持される。
【0017】次にロ→ハの工程では、ディスプレーサ2
0がシリンダ29の最上部で空間V 2 空間V3 が低圧側
1 に接続されることによりディスプレーサ20の下の
膨脹室のガスは圧力P1 まで膨脹する。膨脹室に残った
ガスはガスを押しのけた仕事をするので温度が更に低下
する。
【0018】ハ→ニの工程では空間V1 が高圧P2 に接
続されることによりディスプレーサ20がシリンダ29
の下部へ移動されディスプレーサ20の下の膨脹室内の
低温のガスは蓄冷器22を通って流れ寒冷が回収され
る。
【0019】ニ→イの工程ではディスプレーサ20がシ
リンダ29の最下位置に移動された状態において圧縮機
23で加圧された高圧のヘリウムガス等の媒体ガスが蓄
冷器22とディスプレーサ20の上部に充満する。この
ようにディスプレーサ20の移動を繰り返えしロ→ハの
工程で低温が得られる。
【0020】本発明によるスラッシュ水素製造方法で
は、前記した原理のギフォードマクマホンサイクルによ
る蓄冷器式冷凍機で得られる極低温を利用して伝熱部材
表面に固体水素を生成させ、それを削り落してスラッシ
ュ水素を製造する。
【0021】また本発明は、前記課題を解決するため、
液体水素容器、同容器内の液体水素中に浸漬されるよう
に配置された伝熱部材、同伝熱部材を冷却するように寒
冷ヘッドを配設されたギフォードマクマホンサイクルに
よる蓄冷器式冷凍機、及び前記伝熱部材の表面に生成し
た固体水素を削り落とす手段を具えたスラッシュ水素製
造装置を提供する。
【0022】本発明のこのスラッシュ水素製造装置によ
れば、ギフォードマクマホンサイクルによる蓄冷器式冷
凍機を用いた前記した本発明のスラッシュ水素製造方法
を効果的に実施できる装置が提供される。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるスラッシュ水
素の製造方法及び装置について図1、図2に示した実施
の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施
の形態において、図5に示した従来の装置と同じ構成の
部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。
【0024】図1において、101は銅製などの円筒型
伝熱部材であり、液体水素容器1の内部に設置されてい
る。102はステンレス鋼製などの断熱壁であり、伝熱
部材101と共に液体水素容器1の内部に断熱空間10
3を構成する。
【0025】104はギフォードマクマホンサイクルを
利用し、ヘリウムガスを作動ガスとする蓄冷器式の小型
冷凍機である。105は小型冷凍機104の第1段寒冷
ヘッド、106は第2段寒冷ヘッドである。第2段寒冷
ヘッド106は伝熱部材101に伝熱性良好に接続され
る。107は輻射熱シールド板であり、第1段寒冷ヘッ
ド105に接続され、液体水素容器1を囲むように設置
される。
【0026】小型冷凍機104は図示しないヘリウムコ
ンプレッサに接続されている。小型冷凍機104を作動
すると第2段寒冷ヘッド106および、この第2段寒冷
ヘッド106に伝熱性良好に接続された伝熱部材101
は水素の三重点温度13.8K以下まで冷却される。
【0027】この後液体水素容器1にこの三重点温度に
近い温度の液体水素2を充填すると伝熱部材101の伝
熱面上にて融解の潜熱を液体水素2からうばい固体水素
8が生成する。伝熱部材101の内部には従来例と同様
のオーガ(錐状刃物)9が設置されており、駆動用モー
タ10により回転し、伝熱部材101の伝熱面に生成し
た固体水素8を削り落とし、スラッシュ水素4を製造す
る。
【0028】従って、原料となる液体水素2を連続的に
供給し、小型冷凍機104を連続運転することによりス
ラッシュ水素を連続的に製造することができる。また、
第2段寒冷ヘッド106で発生した寒冷は断熱壁102
で構成された断熱真空空間103のために伝熱部材10
1以外には伝わらず、伝熱部材101の伝熱面以外で液
体水素2が固化することを防止する。
【0029】輻射熱シールド板107は本発明に必須の
構成ではないが、本シールド板107は第1段寒冷ヘッ
ド105にて発生する寒冷を効率よく利用し、温度約5
0K〜100K程度に冷却され、液体水素容器1への輻
射侵入熱を低減することができる。小型冷凍機104の
第2段寒冷ヘッド106は水素の三重点温度13.8K
以下(例えば約10K程度)まで冷却される。
【0030】この第2段寒冷ヘッド106に接続された
円筒型伝熱部材101の伝熱面は液体水素2中に露出し
ており、水素を伝熱面上に凝縮、固化することができ
る。従って、極低温ヘリウム発生装置を設置することな
く、スラッシュ水素を製造することが可能となり、スラ
ッシュ水素製造装置全体を小型化することができる。
【0031】図2に本発明で用いうるギフォードマクマ
ホンサイクルによる蓄冷器式冷凍機の一例を示す。図2
において、30は第1段ディスプレーサ、31は第2段
ディスプレーサである。32は第1段蓄冷器で、33は
第2段蓄冷器である。
【0032】34は第1段ディスプレーサ30を収容し
ている外筒、35は第2段ディスプレーサ31を収容し
ている外筒である。36はバルブ駆動モータ、37はバ
ルブディスク、38はガス通路を示している。
【0033】39は21atm の高圧ヘリウムガスの入
口、40は7atm の低圧ヘリウムガスの出口を示してい
る。この蓄冷器式冷凍機は次のような作動を行う。
【0034】1.バルブ駆動モータ36によりバルブデ
ィスク37が回転することで、空間V1 を高圧Heガス
ラインに接続してディスプレーサ30、31を下方に移
動し、空間V2 に高圧Heガスを充満させる。
【0035】2.次に空間V1 のみを低圧Heガスライ
ンに接続すると圧力差によりディスプレーサ30、31
が上方に移動し、空間V2 の高圧Heガスは蓄冷器3
2、33を通って冷却されながら空間V3 ,空間V4
移動する。
【0036】3.次に空V2 、V3 、V4 を低圧Heガ
スラインに接続すると空間V3 、V 4 の高圧Heガスは
膨張して温度が低下する。
【0037】4.最後に空間V1 を高圧Heガスライン
に接続するとディスプレーサ30、31は下方へ移動し
空間V3 、V4 の低圧Heガスは蓄冷器32、33を冷
却しながら空間V2 へ移動する。
【0038】以上のサイクルを繰り返すことにより、寒
冷発生部41、42でそれぞれ77K以下、20K以下
の低温を発生する。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、液体
水素中に浸漬された伝熱部材をギフォードマクマホンサ
イクルによる蓄冷器式冷凍機によって冷却し、そこに固
体水素を生成させてこれを削り落としてスラッシュ水素
を製造するので、従来のように極低温ヘリウム発生装置
を用いなくてよい。従って、本発明によれば、コンパク
トな装置によりスラッシュ水素を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態によるスラッシュ水素製
造装置の構成を示す断面図。
【図2】本発明で用いるギフォードマクマホンサイクル
による蓄冷器式冷凍機の一例を示す断面図。
【図3】ガスバランス型ディスプレーサ方式の蓄冷器式
冷凍機の原理を示す系統図。
【図4】ギフォードマクマホンサイクル方式の蓄冷器式
冷凍機のサイクル線図。
【図5】従来のスラッシュ水素製造装置の構成を示す断
面図。
【符号の説明】
1 液体水素容器 2 液体水素 3 固体水素の粒 4 スラッシュ水素 8 固体水素 9 オーガ 10 駆動用モータ 20 ディスプレーサ 22 蓄冷器 23 圧縮機 24 サージタンク 25 サージタンク 28 ロータリバルブ 30 第1段ディスプレーサ 31 第2段ディスプレーサ 32 第1段蓄冷器 33 第2段蓄冷器 34 外筒 35 外筒 36 バルブ駆動モータ 37 バルブディスク 38 ヘリウムガス通路 39 高圧ヘリウムガス入口 40 低圧ヘリウムガス出口 41 寒冷発生部 42 寒冷発生部 101 円筒型伝熱部材 102 断熱壁 103 断熱空間 104 蓄冷器式の小型冷凍機 105 第1段寒冷ヘッド 106 第2段寒冷ヘッド 107 輻射熱シールド板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体水素中に浸漬された伝熱部材をギフ
    ォードマクマホンサイクルによる蓄冷器式冷凍機の寒冷
    ヘッドで冷却し、前記伝熱部材表面に生成した固体水素
    を削り落としてスラッシュ水素を製造することを特徴と
    するスラッシュ水素の製造方法。
  2. 【請求項2】 液体水素容器、同容器内の液体水素中に
    浸漬されるように配置された伝熱部材、同伝熱部材を冷
    却するように寒冷ヘッドを配設されたギフォードマクマ
    ホンサイクルによる蓄冷器式冷凍機、及び前記伝熱部材
    の表面に生成した固体水素を削り落とす手段を有するこ
    とを特徴とするスラッシュ水素製造装置。
JP13987297A 1997-05-29 1997-05-29 スラッシュ水素の製造方法及び装置 Pending JPH10332261A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007145029A1 (ja) * 2006-06-13 2007-12-21 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 低温スラッシュ状流体製造装置
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20031014