(57)【要約】【課題】容器内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体のエイジング現象を防止することができ、かつ、伝熱面の表面に生成された低温固体によってオーガが回らなくなるオーガロックを防止す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５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６を有する熱交換器３と、前記伝熱面６の表面に生成した低温固体を掻き落とすオーガ７と、前記容器５の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体Ｓを攪拌翼１８によって攪拌する攪拌装置８とを備えたスラッシュ状流体製造部２を具備した低温スラッシュ状流体製造装置１であって、攪拌工程と製造工程とが交互に行われるように制御する制御装置１９を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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低温固体を掻き落とすオーガと、前記容器の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体を攪拌翼によって攪拌する攪拌装置とを備えたスラッシュ状流体製造部を具備した低温スラッシュ状流体製造装置であって、
攪拌工程と製造工程とが交互に行われるように制御する制御装置を備え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。
【請求項２】
前記攪拌翼は、樹脂からなり、その下端と前記容器の底面との間にわずかな隙間が形成され、かつ、回転してその先端が前記容器の内周面に最も接近した時に、その先端と前記容器の内周面との間にわずかな隙間が形成されるように設計・製作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。
【請求項３】
前記攪拌翼は、樹脂からなる複数枚の翼を備え、各翼は、回転時の遠心力によって長手方向に伸び、回転時、その先端が前記容器の内周面と当接することによって長手方向に縮むように構成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。
【請求項４】
前記攪拌翼が、前記容器の底面に設置された、超伝導モータからなる駆動用モータにより駆動されるように構成されていることを特徴とする請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
スラッシュ状の低温流体を製造する装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００７−３３３２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
低温スラッシュ状流体製造装置を用いて製造されたスラッシュ状の低温流体は、潜熱および顕熱の利用と貯蔵密度の向上の観点から、容器の底部に一旦溜められ、固化率が高められた後に、容器から取り出されて（抜き出されて）利用される。
しかしながら、容器の底部に溜められたスラッシュ状の低温流体は、長時間そのままの状態で放置されると、エイジング現象（スラッシュ水素中の固体水素が外部からの侵入熱により一部融解し、再度凝結する際に周囲の固体水素と結合してその粒径が大きくなる現象（Liquid-solid mixtures of hydrogen near the triple point：Advances in cryogenic engineering Vol.11 P207参照。））を起こし、スラッシュ状の低温流体が取り出せなくなってしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、容器の底部に溜められたスラッシュ状の低温流体がエイジング現象を起こさないよう、容器の底部に溜められたスラッシュ状の低温流体を攪拌装置を使って攪拌することが提案されている。
しかしながら、伝熱面の表面に生成した低温固体（例えば、固体水素）をオーガで掻き落とす（削り落とす）ことによりスラッシュ状の低温流体を製造する装置では、攪拌によって伝熱面の表面に生成される低温固体の成長速度が所望の速度よりも速くなり、伝熱面の表面に生成された低温固体によってオーガが回らなくなるオーガロックが発生し、スラッシュ状の低温流体を製造できなくなってしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、容器内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体のエイジング現象を防止することができ、かつ、伝熱面の表面に生成された低温固体によってオーガが回らなくなるオーガロックを防止す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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
本発明に係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低温固体を掻き落とすオーガと、前記容器の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体を攪拌翼によって攪拌する攪拌装置とを備えたスラッシュ状流体製造部を具備した低温スラッシュ状流体製造装置であって、攪拌工程と製造工程とが交互に行われるように制御する制御装置を備えている。
【０００７】
本発明に係る低温スラッシュ状流体製造装置によれば、攪拌工程と製造工程とが交互に行われることとなるので、容器内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体のエイジング現象を防止することができ、かつ、伝熱面の表面に生成された低温固体によってオーガが回らなくなるオーガロックを防止することができる。
【０００８】
上記低温スラッシュ状流体製造装置において、前記攪拌翼は、樹脂からなり、その下端と前記容器の底面との間にわずかな隙間が形成され、かつ、回転してその先端が前記容器の内周面に最も接近した時に、その先端と前記容器の内周面との間にわずかな隙間が形成されるように設計・製作されている。
【０００９】
このような低温スラッシュ状流体製造装置によれば、容器の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体は、その下端と容器の底面との間にわずかな隙間が形成され、かつ、回転してその先端が容器の内周面に最も接近した時に、その先端と容器の内周面との間にわずかな隙間が形成されるように設計・製作された翼面積の大きい攪拌翼によって攪拌されることとなるので、エイジング現象をより確実に防止することができる。
また、攪拌翼は樹脂製であり、万が一、その下端が容器の底面と接触しても容器の底面を傷つけることがなく、また、その先端が容器の内周面と接触しても容器の内周面を傷つけることがないので、容器の損傷を防止することができる。
さらに、攪拌翼は樹脂製とされ、攪拌翼の軽量化が図られることとなるので、駆動用モータの回転を攪拌翼に伝達する駆動軸の軸振れを低減させることができて、その下端と容器の底面との接触、その先端と容器の内周面との接触を低減させることができる。
【００１０】
上記低温スラッシュ状流体製造装置において、前記攪拌翼は、樹脂からなる複数枚の翼を備え、各翼は、回転時の遠心力によって長手方向に伸び、回転時、その先端が前記容器の内周面と当接することによって長手方向に縮むように構成されている。
【００１１】
このような低温スラッシュ状流体製造装置によれば、容器の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体は、回転時の遠心力によって長手方向に伸びる翼面積の大きい攪拌翼によって攪拌されることとなるので、より広範囲のスラッシュ状の低温流体を攪拌することができて、エイジング現象をより確実に防止することができる。
また、攪拌翼の各翼は樹脂製であり、万が一、その先端が容器の内周面と接触しても容器の内周面を傷つけることがないので、容器の損傷を防止することができる。
さらに、攪拌翼は樹脂製とされ、攪拌翼の軽量化が図られることとなるので、駆動用モータの回転を攪拌翼に伝達する駆動軸の軸振れを低減させることができて、その先端と容器の内周面との接触を低減させることができる。
【００１２】
上記低温スラッシュ状流体製造装置において、前記攪拌翼が、前記容器の底面に設置された、超伝導モータからなる駆動用モータにより駆動されるように構成されているとさらに好適である。
【００１３】
このような低温スラッシュ状流体製造装置によれば、駆動用モータが容器の底面に設置され、駆動用モータの回転を攪拌翼に伝達する駆動軸が、容器の頂部に形成された貫通穴を貫通することを回避することができるので、貫通穴の内径を小さくすることができて、容器内への侵入熱を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る低温スラッシュ状流体製造装置によれば、容器内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体のエイジング現象を防止することができ、かつ、伝熱面の表面に生成された低温固体によってオーガが回らなくなるオーガロックを防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る低温スラッシュ状流体製造装置（以下「製造装置」という。）の第１実施形態について、図１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の概略構成図である。
製造装置１は、例えば、図１に示す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（図示せず）とを主たる要素として構成されている。
【００１６】
極低温流体発生部は、極低温流体貯蔵タンク（図示せず）と、流量・温度調整装置（図示せず）とを備えている。
極低温流体貯蔵タンクの内部には、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と、スラッシュ状流体製造部２の熱交換器３とは、極低温流体供給管４を介して接続（連結）されている。
流量・温度調整装置は、極低温流体供給管４の途中に配置されるとともに、極低温流体貯蔵タンクから送られてきた（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（図示せず）と、この加熱器の上流側に位置する極低温流体供給管４に配置されるとともに、極低温流体貯蔵タンクから加熱器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（図示せず）と、加熱器の下流側に位置する極低温流体供給管４に配置されるとともに、加熱器からスラッシュ状流体製造部２の熱交換器３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（図示せず）とを備えている。
【００１７】
スラッシュ状流体製造部２は、液体状の低温流体（例えば、１３．９Ｋの液体水素）Ｌおよびスラッシュ状の低温流体（例えば、１３．８Ｋのスラッシュ水素）Ｓを貯留する容器５と、この容器５内に配置された円筒状の伝熱面６を有する熱交換器３と、伝熱面６の表面に生成した図示しない低温固体（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）７と、攪拌装置８とを備えている。
【００１８】
容器５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９の中に収容されており、これにより、容器５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。
【００１９】
熱交換器３の内部には、極低温流体発生部（図示せず）で発生した極低温流体（容器５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）が極低温流体供給管４を介して供給されるようになっている。熱交換器３の内部に供給された極低温流体は、容器５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６の表面に低温固体を生成させた後、極低温流体戻り管１０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、極低温流体発生部の極低温流体貯蔵タンク（図示せず）に戻されるようになっている。
【００２０】
オーガ７は、その回転軸（中心軸）１１の両端部がベアリング（図示せず）によって軸受け支持されるとともに、伝熱面６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６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１２が設けられている。
また、回転軸１１と、駆動用モータ１３から下方に延びる駆動軸１４とは、ユニバーサルジョイント１５を介して接続（連結）されており、駆動用モータ１３が回転すると、その回転に伴ってオーガ７も同じように（例えば、図１の上方から見て時計方向）に回転し、伝熱面３に生成した低温固体が、オーガ７の刃１２によって掻き落とされ、所望の大きさ（例えば、１μｍ〜１０μｍ）の粒（例えば、固体水素の粒）となって、容器５の底部へ落下し、スラッシュ状の低温流体Ｓを形成するようになっている。
【００２１】
駆動用モータ１３、極低温流体発生部の加熱器、第１のバルブ、および第２のバルブはそれぞれ、電気的に接続された制御装置１９により、ＯＮ状態（運転状態）とＯＦＦ状態（停止状態）とを繰り返すように（例えば、５０分〜５５分間、オーガ７および駆動軸１４を回転させたら、つぎの１０分〜５分間、オーガ７および駆動軸１４を回転させないように）制御される。これにより、低温固体は、間歇的に製造されることとなる。
【００２２】
攪拌装置８は、駆動用モータ１６と、駆動軸１７と、攪拌翼１８とを備えている。
駆動用モータ１６は、その下端から容器５の底面に向かって延びる駆動軸１７を、例えば、図１の上方から見て時計方向に回転させるものである。
駆動軸１７の一端部（図１において上側の端部）は、駆動用モータ１６の回転軸（図示せず）の一端部と連結されており、駆動軸１７の他端部（図１において下側の端部）には、攪拌翼１８が取り付けられている。
【００２３】
攪拌翼１８は、樹脂（例えば、PTFE）からなり、その下端と容器５の底面との間にわずかな隙間（例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の隙間）が形成され、かつ、回転してその先端が容器５の内周面に最も接近した時に、その先端と容器５の内周面との間にわずかな隙間（例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の隙間）が形成されるように設計・製作されている。
【００２４】
また、駆動用モータ１６は、電気的に接続された制御装置１９により、ＯＮ状態（運転状態）とＯＦＦ状態（停止状態）とを繰り返すように（例えば、５分〜１０分間、駆動軸１７および攪拌翼１８を回転させたら、つぎの５５分〜５０分間、駆動軸１７および攪拌翼１８を回転させないように）制御される。これにより、攪拌翼１８は、間歇的に回転させられることとなる。
【００２５】
本実施形態に係る製造装置１によれば、攪拌工程と製造工程とが交互に行われることとなるので、容器５内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体Ｓのエイジング現象を防止することができ、かつ、伝熱面６の表面に生成された低温固体の成長速度を所望の速度内で制御することによってオーガ７が回らなくなるオーガロックを防止することができる。
また、容器５の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体Ｓは、その下端と容器５の底面との間にわずかな隙間が形成され、かつ、回転してその先端が容器５の内周面に最も接近した時に、その先端と容器５の内周面との間にわずかな隙間が形成されるように設計・製作された翼面積の大きい攪拌翼１８によって攪拌されることとなるので、エイジング現象をより確実に防止することができる。
さらに、攪拌翼１８は樹脂製であり、万が一、その下端が容器５の底面と接触しても容器５の底面を傷つけることがなく、また、その先端が容器５の内周面と接触しても容器５の内周面を傷つけることがないので、容器５の損傷を防止することができる。
さらにまた、攪拌翼１８は樹脂製とされ、攪拌翼１８の軽量化が図られることとなるので、駆動軸１７の軸振れを低減させることができて、その下端と容器５の底面との接触、その先端と容器５の内周面との接触を低減させることができる。
【００２６】
本発明の第２実施形態に係る製造装置について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は本実施形態に係る製造装置の概略構成図、図３は図２に示す攪拌翼の挙動を説明するための図であって、攪拌翼を上方から見た平面図である。
図２に示すように、本実施形態に係る製造装置２１は、撹拌翼１８の代わりに攪拌翼２２を備えたスラッシュ状流体製造部２３を具備しているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００２７】
図２および図３に示すように、攪拌翼２２を構成する翼２４はそれぞれ、樹脂（例えば、PTFE）からなり、その長手方向に対して伸縮自在な入れ子構造になっている。すなわち、攪拌翼２２の各翼２４は、回転時の遠心力によって長手方向に伸び、回転時、その先端が容器５の内周面と当接することによって長手方向に縮むようになっている。また、製造時（組立時）には、各翼２４が長手方向に最も縮められた状態で、容器５内に納められる。
【００２８】
本実施形態に係る製造装置２１によれば、攪拌工程と製造工程とが交互に行われることとなるので、容器５内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体Ｓのエイジング現象を防止することができ、かつ、伝熱面６の表面に生成された低温固体の成長速度を所望の速度内で制御することによってオーガ７が回らなくなるオーガロックを防止することができる。
また、容器５の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体Ｓは、回転時の遠心力によって長手方向に伸びる翼面積の大きい攪拌翼によって攪拌されることとなるので、より広範囲のスラッシュ状の低温流体Ｓを攪拌することができて、エイジング現象をより確実に防止することができる。
さらに、攪拌翼２２の各翼２４は樹脂製であり、万が一、その先端が容器５の内周面と接触しても容器５の内周面を傷つけることがないので、容器５の損傷を防止することができる。
さらにまた、攪拌翼２２は樹脂製とされ、攪拌翼２２の軽量化が図られることとなるので、駆動軸１７の軸振れを低減させることができて、その先端と容器５の内周面との接触を低減させることができる。
【００２９】
本発明の第３実施形態に係る製造装置について、図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る製造装置の概略構成図である。
図４に示すように、本実施形態に係る製造装置３１は、攪拌装置８を備えたスラッシュ状流体製造部２の代わりに攪拌装置３２を備えたスラッシュ状流体製造部３３を具備しているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００３０】
攪拌装置３２は、回転しても発熱しない超伝導モータからなる駆動用モータ３４と、駆動軸３５と、攪拌翼３６とを備えている。
駆動用モータ３４は、その上端から容器５の頂部に向かって延びる駆動軸３５を、例えば、図４の上方から見て時計方向に回転させるものであり、容器５の底面に設置されている。
駆動軸３５の一端部（図４において下側の端部）は、駆動用モータ３４の回転軸（図示せず）の一端部と連結されており、駆動軸３５の他端部（図４において上側の端部）には、攪拌翼３６が取り付けられている。
【００３１】
攪拌翼３６は、樹脂（例えば、PTFE）からなり、回転してその先端が容器５の内周面に最も接近した時に、その先端と容器５の内周面との間にわずかな隙間（例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の隙間）が形成されるように設計・製作されている。
【００３２】
また、駆動用モータ３４は、電気的に接続された制御装置１９により、ＯＮ状態（運転状態）とＯＦＦ状態（停止状態）とを繰り返すように（例えば、５分〜１０分間、駆動軸３５および攪拌翼３６を回転させたら、つぎの５５分〜５０分間、駆動軸３５および攪拌翼３６を回転させないように）制御される。これにより、攪拌翼３６は、間歇的に回転させられることとなる。
【００３３】
本実施形態に係る製造装置３１によれば、攪拌工程と製造工程とが交互に行われることとなるので、容器５内に貯蔵されたスラッシュ状の低温流体Ｓのエイジング現象を防止することができ、かつ、伝熱面６の表面に生成された低温固体の成長速度を所望の速度内で制御することによってオーガ７が回らなくなるオーガロックを防止することができる。
また、容器５の底部に堆積したスラッシュ状の低温流体Ｓは、回転してその先端が容器５の内周面に最も接近した時に、その先端と容器５の内周面との間にわずかな隙間が形成されるように設計・製作された翼面積の大きい攪拌翼３６によって攪拌されることとなるので、エイジング現象をより確実に防止することができる。
さらに、攪拌翼３６は樹脂製であり、万が一、その先端が容器５の内周面と接触しても容器５の内周面を傷つけることがないので、容器５の損傷を防止することができる。
さらにまた、攪拌翼３６は樹脂製とされ、攪拌翼３６の軽量化が図られることとなるので、駆動軸３５の軸振れを低減させることができて、その先端と容器５の内周面との接触を低減させることができる。
さらにまた、駆動用モータ３４が容器５の底面に設置され、駆動用モータ３４の回転を攪拌翼３６に伝達する駆動軸３５が、容器５の頂部に形成された貫通穴３７を貫通することを回避することができるので、貫通穴３７の内径を小さくすることができ、エイジング現象の要因である容器５内への侵入熱を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る低温スラッシュ状流体製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る低温スラッシュ状流体製造装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す攪拌翼の挙動を説明するための図であって、攪拌翼を上方から見た平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る低温スラッシュ状流体製造装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
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  熱交換器
５  容器
６  伝熱面
７  オーガ
８  攪拌装置
１８  攪拌翼
１９  制御装置
２１  スラッシュ状流体製造装置
２２  攪拌翼
２３  スラッシュ状流体製造部
２４  翼
３１  低温スラッシュ状流体製造装置
３２  攪拌装置
３３  スラッシュ状流体製造部
３４  駆動用モータ
３６  攪拌翼
Ｌ  液体状の低温流体
Ｓ  スラッシュ状の低温流体
【図１】
2010043796.tif 000003
【図２】
2010043796.tif 000004
【図３】
2010043796.tif 000005
【図４】
2010043796.tif 000006