(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度のガスハイドレートペレットを連続して製造する装置及び方法の提供。【解決手段】ガス供給部１１０と、給水部１２０と、前記ガス供給部及び前記給水部からガスと水がそれぞれ供給され、前記供給されたガスと水が内部で反応する反応器２００とを含み、前記反応器はデュアルシリンダーユニット３００を含み、前記デュアルシリンダーユニットは前記ガスと水が反応したガスハイドレートスラリーを圧搾して高密度のガスハイドレートペレットを生成する。【選択図】図２
2011062685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給部；
給水部；及び
前記ガス供給部及び前記給水部からガスと水がそれぞれ供給され、前記供給されたガスと水が内部で反応する反応器を含んでなり、
前記反応器はデュアルシリンダーユニットを含み、
前記デュアルシリンダーユニットは前記ガスと水が反応した反応水のスラリーを圧搾してガスハイドレートを生成することを特徴とする、デュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項２】
前記デュアルシリンダーユニットは、
上部シリンダー；
下部シリンダー；及び
前記上部シリンダーと前記下部シリンダーを連結する連結管を含んでなり、
前記連結管は多数の開口部を備え、
前記多数の開口部を通じて前記反応器内の前記反応水が前記連結管の内部と外部の間で流動することを特徴とする、請求項１に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項３】
前記上部シリンダー部は、上部ピストン、及び非圧縮性流体及び前記上部ピストンの一部が収容される中空の上部ケーシングを含み；
前記下部シリンダーは、下部ピストン、及び前記非圧縮性流体及び前記下部ピストンの一部が収容される中空の下部ケーシングを含み；
前記デュアルシリンダーユニットは、
前記上部ピストン及び下部ピストンにそれぞれ連結されて駆動力を提供するアクチュエータ；及び
前記上部ケーシング及び下部ケーシングを互いに連結して前記非圧縮性流体の流動を案内する管路；を含み、
前記非圧縮性流体が前記上部ケーシングと前記下部ケーシングとの間で前記管路を通じて流動することにより、前記上部ピストンと下部ピストンの移動を同時に制御することを特徴とする、請求項２に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項４】
前記管路は、一対の流路転換バルブが配置される第１管路、及び前記一対の流路転換バルブを連結する第２管路を含み、
前記アクチュエータ及び流路転換バルブは制御部に電気的に連結されることを特徴とする、請求項３に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記流路転換バルブの開閉方向を調節して前記上部ピストンと下部ピストン間の離隔空間である間隙を一定に維持するか変更することを特徴とする、請求項４に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項６】
前記反応水のスラリーは反応水の回転によって前記連結管の多数の開口部を通じて前記デュアルシリンダーユニットの内部に流入し、
前記上部ピストンと前記下部ピストンの圧搾行程によって前記スラリーが圧搾されることを特徴とする、請求項２に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項７】
前記下部ピストンは相異なる高さに位置する二つのセンサーを含み、
前記二つのセンサーの高さを制御することにより、前記生成されるガスハイドレートの高さを制御することを特徴とする、請求項２に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項８】
前記多数の開口部は第１開口部と第２開口部を含み、
前記第１開口部は前記第２開口部の上側に位置し、
前記第１開口部の大きさは前記第２開口部の大きさより大きいことを特徴とする、請求項２に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項９】
前記ガスハイドレート連続製造装置はベンチュリバルブをさらに含み、
前記ベンチュリバルブは第１ガス供給管を介して前記ガス供給部に連結され、水供給管を介して前記給水部に連結され、排出管を介して前記反応器に連結されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項１０】
前記ベンチュリバルブは第２ガス供給管を介して前記反応器に連結されることを特徴とする、請求項９に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項１１】
前記ガス供給部から前記第１ガス供給管を通じて供給されたガスは、前記ベンチュリバルブによって前記給水部から前記水供給管を通じて供給された水と混合されて前記排出管を通じて前記反応器に供給され、
前記反応器内で水と反応しなかったガスが前記第２ガス管を通じて前記ベンチュリバルブに再供給され、前記ベンチュリバルブに供給された水と混合されて前記排出管を通じて前記反応器に再供給されることを特徴とする、請求項１０に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項１２】
前記ガスハイドレート連続製造装置は、生成されたガスハイドレートを外部に吐き出すペレタイザーをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項１３】
前記デュアルシリンダーユニットは吐出開口部を含み、
前記ペレタイザーは、前記デュアルシリンダーユニットで生成されたガスハイドレートを前記吐出開口部に相応する位置に位置させた場合に作動することを特徴とする、請求項１２に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項１４】
前記ガスハイドレート連続製造装置は冷却器をさらに含み、
前記反応器は、そのハウジングに前記冷却器と流体連通可能な多数の冷却流路をさらに含むことを特徴とする、請求項１カラのいずれか１項に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置。
【請求項１５】
（ａ）反応器内に水とガスを供給して反応水を形成する段階；
（ｂ）前記反応水にスラリーが形成されるように撹拌する段階；
（ｃ）前記スラリーをデュアルシリンダーユニットで圧搾してガスハイドレートを生成する段階；及び
（ｄ）前記デュアルシリンダーユニット内に生成されたガスハイドレートをペレタイザーによって吐き出す段階；
を含むことを特徴とする、デュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法。
【請求項１６】
予め決まったガスハイドレート生産量によって、前記（ａ）、（ｂ）段階は続いて行われ、前記（ｃ）、（ｄ）段階は順次繰り返されることを特徴とする、請求項１５に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法。
【請求項１７】
前記（ｃ）段階は、
（ｃ１）前記デュアルシリンダーユニットの上部ピストン及び下部ピストンを最初位置に位置させる段階；
（ｃ２）前記デュアルシリンダーユニットを数回下降させて前記デュアルシリンダーユニット内のスラリーを圧搾する段階
を含むことを特徴とする、請求項１５または１６に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法。
【請求項１８】
前記（ｃ）段階は、
（ｃ２’）前記（ｃ２）段階と同時に、前記下部ピストンが予め設定されたガスハイドレートの高さに下降する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法。
【請求項１９】
前記（ｃ）段階は、
（ｃ３）前記上部ピストンと前記下部ピストンを吐出位置に位置させる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法。
【請求項２０】
前記（ａ）段階は、
（ａ１）前記反応器内に水を供給する段階；
（ａ２）ベンチュリバルブに水とガスを供給する段階；
（ａ３）前記ベンチュリバルブに供給された水とガスを前記反応器に供給する段階
を含むことを特徴とする、請求項１５または１６に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法。
【請求項２１】
前記（ａ）段階は、
（ａ４）前記反応器内で反応しなかったガスを前記ベンチュリバルブに再供給する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項２０に記載のデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置及びその方法に関するものである。より詳しくは、本発明はデュアルシリンダーユニットの圧搾作用を用いて、ガスハイドレートが生成される反応器内で水をほとんど含まない高密度のガスハイドレートペレットを連続的に製造することができる装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クラスレートハイドレート（ｃｌａｔｈｒａｔｅ ｈｙｄｒａｔｅ）とは、ホスト（ｈｏｓｔ）分子らが水素結合によって形成する３次元格子構造にゲスト（ｇｕｅｓｔ）分子を化学的結合なしで物理的に捕獲して閉じこめた結晶性化合物を言う。ホスト分子が水分子で、ゲスト分子がメタン、エタン、プロパン、または二酸化炭素のように低分子ガスの場合はガスハイドレート（ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ）と言う。
【０００３】
ガスハイドレートは１８１０年イギリスのＨｕｍｐｈｒｙ Ｄａｖｙ卿によって初めて発見された。彼はイギリスの王立協会を対象とするＢａｋｅｒｉａｎ Ｌｅｃｔｕｒｅで塩素と水を反応させるとき、氷に似ている形態の化合物が生ずるが、その温度が０℃より高いということを発表した。１８２３年Ｍｉｃｈａｅｌ Ｆａｒａｄａｙが１０個の水分子に対して１個の塩素分子が反応してガスハイドレートが生成することを最初に明かした。それから現在に至るまでガスハイドレートは相変化物質（ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＰＣＭ）の１種として学問的研究が続いている。主要研究内容としては相平衡と生成／解離の条件、結晶構造、多結晶の共存現象、空洞内の競争的組成変化などをあげることができ、以外にも多様な微視的または巨視的側面での細密な研究が進んでいる。
【０００４】
ガスハイドレートに捕獲可能なゲスト分子は現在まで約１３０余種が知られており、その例としてＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＣＯ２、Ｈ２、ＳＦ６などがある。また、ガスハイドレート結晶構造は水素結合でなった水分子によって形成された多面体の空洞（ｃａｖｉｔｙ）で構成されており、ガス分子の種類と生成条件によって体心立方構造Ｉ（ｂｏｄｙ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉ、ｓＩ）、ダイヤモンド型立方構造ＩＩ（ｄｉａｍｏｎｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＩＩ、ｓＩＩ）と六方構造Ｈ（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｈ、ｓＨ）の結晶構造でなっている。ｓＩとｓＩＩは客体分子の大きさによって決まり、ｓＨにおいては客体分子の大きさと形態が重要な要素となる。
【０００５】
深海と永久凍土地域に自然的に存在するガスハイドレートのゲスト分子は大部分メタンであり、このようなメタンは燃焼の際に二酸化炭素（ＣＯ２）の発生が少なくて環境に優しい清浄エネルギー源として脚光を浴びている。具体的に、ガスハイドレートは既存の化石燃料を取り替えることができるエネルギー源として利用可能であり、ハイドレート構造を用いる天然ガス固体化貯蔵及び輸送に使用でき、温暖化防止のためのＣＯ２の隔離／貯蔵に使用でき、ガスまたは水溶液の分離技術として、特に海水の淡水化装置としても使用可能であるので、その活用度は非常に高い。
【０００６】
ガスハイドレートは石油または天然ガス貯留層及び石炭層と隣接した地域、あるいは低温高圧の深海堆積層、特に大陸斜面で多く発見される。また、人為的にガスハイドレートを製造することもでき、これまで知られた従来のガスハイドレート製造装置は一般的に図１に示すような形態を持つ。
【０００７】
図１は従来技術による一般的なガスハイドレート製造装置１０を示す。
【０００８】
従来技術によるガスハイドレートの製造装置１０は、給水部１と、ガス供給部２と、前記給水部１から供給された水と前記ガス供給部２から供給されたガスが反応する反応器３と、反応器で生成されたガスハイドレートを外部に吐き出す吐出器５とからなる。水とガスの反応速度を高めるために撹拌器４を採択する場合もある。
【０００９】
より具体的に、文献らに公開された従来のガスハイドレート製造装置は次のようである。
【００１０】
特許文献１〜３はガスハイドレートを生成させる装置または方法を開始する。前記特許文献１〜３は、共通して、ガスを供給する段階と；水を供給する段階と；ガスと水の反応でガス水和物粒子を生成する段階と；これを集塊化（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｎｇ）する段階とを含むが、一部の特許はガスを再循環させる段階、温度を低める段階などをさらに含む。
【００１１】
特許文献４は水噴霧式のハイドレート製造方法を開始する。すなわち、水供給部から反応器に水を供給するとき、水微粒子を噴霧して気体との接触面積を増やすことでガスと水の反応速度を高める方法を開始する。
【００１２】
特許文献５は水とガスを混合、溶解し、混合及び溶解された反応水を一定管路を通じて流動させ、前記管路を冷却させる追加の構成要素によってガスハイドレートを製造する方法及び装置を開始する。
【００１３】
特許文献６は、水とガスが反応する反応器に鉛直するように設置された回転駆動軸と；前記回転駆動軸の中心から放射状に一定間隔で離隔して位置するブレードで、水とガスが反応した反応水の水面がブレードに含まれるように位置させて回転させることができるブレードと；これによって回転駆動軸の周りにスラリーが集まると、これを反応器の下部に吐き出す取出管とを含むガスハイドレート連続式製造装置を開始する。
【００１４】
特許文献７は、温度と気圧の作用によって反応用水とガスが反応してガスハイドレートを生成するか分解させる反応チャンバーと；前記反応チャンバー内の反応用水の温度を一定水準に維持させる恒温維持水槽とを含むガスハイドレート生成及び分解装置を開始する。
【００１５】
ただ、このような従来技術によるガスハイドレート製造装置は次のような問題点を共通して持つ。
【００１６】
従来技術によるガスハイドレート製造装置はガスハイドレートを連続して製造することが難しい。特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献７によるガスハイドレート製造装置の場合、実験室で多数のガスハイドレートを製造することができるが、ガスと水が反応した反応水からガスハイドレートを抽出する過程についての具体的な考察または暗示が少ないかまったくないため、ガスハイドレートを製造する時間、製造に所要電力などが過多にかかり、これによって連続して製造することが不可能なものに違いない。
【００１７】
また、従来技術によるガスハイドレート製造装置は、ガスハイドレート製造段階が長くて複雑である。特許文献５は連続式製造装置を開始しているが、反応水のスラリーからガスハイドレートを抽出する過程が複雑であり、段階ごとにいずれも温度と圧力を一定に維持しなければならないため、実在の連続式製造に制限要素が多く、すべての段階及び装置ごとに温度と圧力を一定に維持することがやはり容易でない。
【００１８】
その外にも、反応器の内部はガスハイドレート生成条件に応じて高圧が維持されなければならないが、このような高圧の反応器内にガスを注入することが容易でないという問題点、ガスと水が反応する速度を高めることができないため、ガスハイドレートの生成速度が落ちる問題点が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】日本登録特許第３１７３６１１号公報
【特許文献２】アメリカ登録特許第５，５３６，８９３号明細書
【特許文献３】アメリカ登録特許第６，８５５，８５２号明細書
【特許文献４】日本登録特許第３５１７８３２号公報
【特許文献５】日本登録特許第４０４５４７６号公報
【特許文献６】日本登録特許第３８９１０３３号公報
【特許文献７】大韓民国登録特許第０７８６８１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、デュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置及びその方法を提供することにある。
【００２１】
特に、本発明は水とガスが反応してなるスラリーを含む反応器からガスハイドレートペレットまたは脱水した高密度ガスハイドレートを簡単で早く吐き出すための装置及び方法を提供する。
【００２２】
本発明の他の目的は水とガスが反応してガスハイドレートスラリーが生成されるとともに同一空間内で脱水した高密度のガスハイドレートペレットを連続して製造するための装置及びその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記のような目的を達成するために、本発明の一面によれば、ガス供給部と、給水部と、前記ガス供給部及び前記給水部からガスと水がそれぞれ供給された反応器とを含むガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置を提供する。前記供給されたガスと水は反応器内部でお互いに反応する。前記反応器はデュアルシリンダーユニットを含み、前記デュアルシリンダーユニットは前記ガスと水が反応した反応水のスラリーを圧搾してガスハイドレートを生成する。
【００２４】
また、前記デュアルシリンダーユニットは、上部シリンダーと、下部シリンダーと、前記上部シリンダーと前記下部シリンダーを連結する連結管とを含み、前記連結管は多数の開口部を備え、前記多数の開口部を通じて前記反応器内の前記反応水が前記連結管の内部と外部の間で流動することができる。
【００２５】
また、前記上部シリンダーは、上部ピストン、及び非圧縮性流体及び前記上部ピストンの一部が収容される中空の上部ケーシングを含み；前記下部シリンダーは、下部ピストン、及び前記非圧縮性流体及び前記下部ピストンの一部が収容される中空の下部ケーシングを含み；前記デュアルシリンダーユニットは、前記上部ピストン及び下部ピストンにそれぞれ連結されて駆動力を提供するアクチュエータと、前記上部ケーシング及び下部ケーシングを互いに連結して前記非圧縮性流体の流動を案内する管路とを含み、前記非圧縮性流体が前記上部ケーシング及び下部ケーシングの間で前記管路を通じて流動することで前記上部ピストンと下部ピストンの移動を同時に制御することができる。
【００２６】
また、前記管路は、一対の流路転換バルブが配置される第１管路、及び前記一対の流路転換バルブを連結する第２管路を含み、前記アクチュエータ及び流路転換バルブは制御部に電気的に連結されることができる。
【００２７】
また、前記制御部は前記流路転換バルブの開閉方向を調節して前記上部ピストンと下部ピストン間の離隔空間である間隙を一定に維持するかあるいは変更することができる。
【００２８】
この場合、前記反応水のスラリーは、反応水の回転によって前記連結管の多数の開口部を通じて前記デュアルシリンダーユニットの内部に流入し、前記上部ピストンと前記下部ピストンの圧搾行程によって前記スラリーが圧搾されることができる。
【００２９】
また、前記下部ピストンは相異なる高さに位置する二つのセンサーを含み、前記二つのセンサーの高さを制御することにより前記生成されるガスハイドレートの高さを制御することができる。
【００３０】
また、前記多数の開口部は第１開口部と第２開口部を含み、前記第１開口部は前記第２開口部の上側に位置し、前記第１開口部の大きさは前記第２開口部の大きさより大きいことができる。
【００３１】
前記デュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置は、ベンチュリバルブをさらに含み、前記ベンチュリバルブは第１ガス供給管を介して前記ガス供給部に連結され、水供給管を介して前記給水部に連結され、排出管を介して前記反応器に連結されることができる。
【００３２】
また、前記ベンチュリバルブは第２ガス供給管を介して前記反応器に連結されることができる。
【００３３】
この場合、前記ガス供給部から前記第１ガス供給管を通じて供給されたガスは、前記ベンチュリバルブによって前記給水部から前記水供給管を通じて供給された水と混合されて前記排出管を通じて前記反応器に供給され、前記反応器内で水と反応しなかったガスが前記第２ガス管を通じて前記ベンチュリバルブに再供給され、前記ベンチュリバルブに供給された水と混合されて前記排出管を通じて前記反応器に再供給されることができる。
【００３４】
前記デュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置は、生成されたガスハイドレートを外部に吐き出すペレタイザーをさらに含むことができる。
【００３５】
この場合、前記デュアルシリンダーユニットは吐出開口部を含み、前記ペレタイザーは、前記デュアルシリンダーユニットで生成されたガスハイドレートを前記吐出開口部に相応する位置に位置させた場合に作動することができる。
【００３６】
前記デュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置は、冷却器をさらに含み、前記反応器はそのハウジングに前記冷却器と流体連通可能な多数の冷却流路をさらに含むことができる。
【００３７】
本発明の他の面によれば、（ａ）反応器内に水とガスを供給して反応水を形成する段階と；（ｂ）前記反応水にスラリーが形成されるように撹拌する段階と；（ｃ）前記スラリーをデュアルシリンダーユニットで圧搾してガスハイドレートを生成する段階と；（ｄ）前記デュアルシリンダーユニット内に生成されたガスハイドレートをペレタイザーによって吐き出す段階を含む、デュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造方法を提供する。
【００３８】
ここで、予め決まったガスハイドレート生産量によって前記反応水を形成する段階（ａ）及び前記反応水を撹拌する段階（ｂ）は続いて行われ、前記ガスハイドレートを生成する段階（ｃ）及び前記ガスハイドレートを吐き出す段階（ｄ）は順次繰り返されることができる。
【００３９】
また、前記ガスハイドレートを生成する段階（ｃ）は、前記デュアルシリンダーユニットの上部ピストン及び下部ピストンを最初位置に位置させる段階（c1）と；前記上部ピストンを数回下降させて前記デュアルシリンダー部内のスラリーを圧搾する段階（c2）を含むことができる。
【００４０】
また、前記（ｃ）段階は、前記下部ピストンが予め設定されたガスハイドレートの高さに下降する段階をさらに含むことができる。
【００４１】
また、前記（ｃ）段階は、前記上部ピストンと前記下部ピストンを吐出位置に位置させる段階（c3）をさらに含むことができる。
【００４２】
前記（ａ）段階は、前記反応器内に水を供給する段階（a1）と；ベンチュリバルブに水とガスを供給する段階（a2）と；前記ベンチュリバルブに供給された水とガスを前記反応器に供給する段階（a3）とを含むことができる。
【００４３】
また、前記（ａ）段階は、前記反応器内で反応しなかったガスを前記ベンチュリバルブに再供給する段階（a4）をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によるデュアルシリンダー方式のガスハイドレート連続生成及びペレット製造装置は、デュアルシリンダーユニットが反応器内で反応水のスラリー形成と同時にガスハイドレートを製造することができるので、水とガスを一定の温度及び圧力で維持する反応器に続けて注入することでガスハイドレートを連続的に製造することができる。
【００４５】
また、反応器のデュアルシリンダーユニットの圧搾行程によって反応器で直接ガスハイドレートを製造することができることから、ガスと水の反応後の複雑なガスハイドレート生成過程または段階を省略することができるので、一定の温度及び圧力を維持しなければならない装置及び工程を省略し、早くガスハイドレートを連続的に製造するとともに所要電力を節減することができる。
【００４６】
特に、従来技術に比べ、水とガスが反応してガスハイドレートスラリーが生成されるとともに同一空間内で脱水した高密度のガスハイドレートペレットを連続的に製造することにより、別途のスラリー製造／脱水／ペレット化工程が要らなくて効率的にガスハイドレートを連続的に製造することができるという利点を持つ。
【００４７】
また、デュアルシリンダーユニットの下部ピストンのセンサーの位置を制御することで、生成されるガスハイドレートの大きさを簡単に制御することができる。
【００４８】
また、ベンチュリバルブを採択することで、圧力差によってガスと水が自動で混合されるようにするとともに混合／反応を促進させることにより、従来技術に比べて、ガスハイドレート製造時間を減らすことができる。
【００４９】
また、反応器内で水と反応しなかったガスを再循環させることでガスと水の混合／反応を促進させることにより、ガスハイドレート製造時間を一層減らすことができる。
【００５０】
その他に、本明細書に記載したすべての効果を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来技術によるガスハイドレート生成装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置に含まれるベンチュリバルブの断面図である。
【図４（ａ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の斜視図である。
【図４（ｂ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の分解斜視図である。
【図５】デュアルシリンダーユニットの全体的な作動概念を示す構成図である。
【図６（ａ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の各反応段階を示す断面図である。
【図６（ｂ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の各反応段階を示す断面図である。
【図６（ｃ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の各反応段階を示す断面図である。
【図６（ｄ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の各反応段階を示す断面図である。
【図６（ｅ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の各反応段階を示す断面図である。
【図６（ｆ）】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置の反応器の各反応段階を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成装置で生成されたガスハイドレートが吐き出される方法を説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成段階を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の一実施例によるガスハイドレート連続式生成段階においてデュアルシリンダーユニットの作動を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００５３】
以下で、‘ガス’はガスハイドレートのゲスト分子を意味し、‘水’はホスト分子を意味する。ガスハイドレート生成において、ゲスト分子となることができる分子はＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＣＯ２、Ｈ２、ＳＦ６などの多数が存在するが、以下ではこのようなゲスト分子をガスと指示する。また、ホスト分子として水（Ｈ２Ｏ）を指示する。
【００５４】
また、本製造装置によって生成された結果物をガスハイドレートまたはペレット化したガスハイドレート（以下、ガスハイドレートペレット）と指示し、ガスハイドレートをペレット化する工程をペレット化（ｐｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇ）と指示する。ただ、本発明はガスハイドレートを製造するための装置であり、製造者または使用者の選択によってガスハイドレートペレットを製造することができるのはいうまでもない。
【００５５】
〔ガスハイドレート連続製造装置の全体構成〕
図２を参照して本発明によるガスハイドレート連続製造装置１００を説明する。
【００５６】
本発明によるガスハイドレート連続製造装置１００は、それぞれの供給部／ポンプ／タンクなどの前後にあるいは流路上にボールバルブまたはチェックバルブを採択することができるが、この図面では説明の便宜上これを省略する。
【００５７】
また、反応器／供給部／タンクなどには温度センサー及び圧力センサーが位置し、前記センサーとそれぞれのバルブ及びポンプは制御部に連結されて制御できるが、このようなセンサー及び制御部も説明の便宜上図面では省略する。
【００５８】
また、使用者が作動パラメーターを入力してガスハイドレート連続製造装置１００の作動を制御するためのコントロールユニット（ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）が前記制御部に連結できるが、やはり説明の便宜上図面では省略する。
【００５９】
また、本図面は本発明によるガスハイドレート連続製造装置１００の一実施例を説明するための概念図であるだけで、本発明の範囲は図面に示すそれぞれの構成要素の位置、配置、連結方式などに制限されないのはいうまでもない。
【００６０】
本発明によるガスハイドレート連続製造装置１００は、ガス供給部１１０と、給水部１２０と、反応器２００とを含む。ガス供給部１１０と給水部１２０はそれぞれガスと水を反応器２００に供給することができる。
【００６１】
また、本発明によるガスハイドレート連続製造装置１００は、反応器２００内に存在する流体を外部に排出することができる排出部１３０と、最終生成物であるガスハイドレートが生成されればこれを吐き出すことができるペレタイザー（ｐｅｌｌｅｔｉｚｅｒ）１４０と、吐き出されたガスハイドレートが貯蔵される貯蔵部１５０と、反応器２００及び前記反応器２００と連結される導管の中で温度維持が必要な部分に冷却水を供給することができる冷却部１６０とをさらに含むことができる。
【００６２】
また、水とガスが円滑に混合するようにして反応器に供給することができるベンチュリバルブ１７０をさらに含むことができる。
【００６３】
また、図面に示されていないが、反応器２００内の反応水を撹拌するための別途の撹拌装置（図示せず）、反応器２００内のセンサー（図示せず）などの構成要素が凍結（ｆｒｅｅｚｉｎｇ）した場合、これを解凍させるためのヒーター（図示せず）などをさらに含むことができる。
【００６４】
ガス供給部１１０はガスハイドレート生成に必要なガスを反応器２００に供給する。ガス供給部１１０を反応器２００に直接連結することができるが、ガスハイドレートが生成される条件は一般的に圧力が高いため、中間にバッファータンク１１１を連結することが安全性の面で好ましい。
【００６５】
バッファータンク１１１は、ガス供給部１１０から供給されたガスを一時貯蔵し、これを反応器２００またはベンチュリバルブ１７０に供給することができる。また、バッファータンク１１１には圧力センサー（図示せず）とバルブ（図示せず）が設置されることができ、バッファータンク１１１の圧力を反応器２００内の圧力より高く維持することで反応器２００との圧力差によって反応器２００にガスを自動で供給することができる。ベンチュリバルブ１７０を使用する場合、ベンチュリバルブ１７０側にガスが流動することができ、その詳細な説明は図３を参照して後述する。
【００６６】
給水部１２０はガスハイドレート生成に必要な水を反応器２００に供給する。給水部１２０を反応器２００に直接連結することができるが、ガスハイドレートが生成される条件は一般的に圧力が高く、給水部１２０に水を補充する作業の容易性などを考慮してフィードタンク１２２を中間に連結することが好ましい。
【００６７】
給水部１２０内の水はフィードポンプ１２１によってフィードタンク１２２に供給され、フィードタンク１２２内の水は循環ポンプ１２３によって反応器２００に直接供給されるか、あるいはベンチュリバルブ１７０に供給されることができる。
【００６８】
排出部１３０は反応器２００に連結されている。反応器２００内部の流体を外部に排出する必要がある場合、流体は排出部１３０を通じて排出する。
【００６９】
ペレタイザー１４０は、反応器２００で生成されたガスハイドレート４００がデュアルシリンダーユニット３００によって反応器の外部に排出されれば、吐出開口部２６０を通じてこれを押して貯蔵部１５０に貯蔵する。ペレタイザー１４０の詳細な作動原理は図７を参照して後述する。
【００７０】
冷却部１６０は、反応器２００及び主要導管が一定温度を維持するように、冷却水ライン（図示せず）を通じて冷却水を供給する。反応器２００に供給された冷却水は反応器２００のハウジング２４０内の反応器冷却水ライン２４１を通じて循環することができる（図６（ｂ）参照）。
【００７１】
反応器２００はデュアルシリンダーユニット３００を含み、その内部でガス供給部１１０及び給水部１２０から供給されたガスと水が反応することができる。反応器２００についての詳細な説明は図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して後述する。
【００７２】
〔ベンチュリバルブ〕
図３を参照してベンチュリバルブ１７０を詳細に説明する。
【００７３】
本発明の一実施例によれば、ベンチュリバルブ１７０を使わずにガス供給部１１０及び給水部１２０から直接反応器２００にガスと水を供給することができ、本発明の他の実施例によれば、ガス供給部１１０から供給されるガスと給水部１２０から供給される水が流速及び流圧の差によって自動でベンチュリバルブ１７０で混合して反応器２００に供給することができる。ベンチュリバルブ１７０を採択する場合、ガスと水が混合されて一緒に反応器２００に供給されることにより、反応器２００での反応速度を上昇させる効果を持つ。
【００７４】
ベンチュリバルブ１７０を使用する一実施例において、ベンチュリバルブ１７０には、ガスを供給する第１ガス管１７１と、水を供給する給水管１７２と、ガスと水を混合して反応器２００に供給する排出管１７３とが連結される。
【００７５】
ベンチュリバルブ１７０の内部流路は、流入する流体が直接供給される第１流路１８１と、流動方向に沿って流動断面積が次第に小さくなる第２流路１８２と、流動断面積が一番小さな第３流路１８３と、流動方向に沿って流動断面積が次第に大きくなる第４流路１８４と、流体が外部に排出される第５流路１８５とからなることができる。
【００７６】
ベンチュリバルブ１７０を流動する流体は流動断面積が次第に小さくなるにつれて流速が速くなり、第３流路１８３を通るときに最大の流速を持つ。この場合、流圧が一番低くなり、第１ガス管１７１を流動する流体の流圧が第３流路１８３の流体の流圧より高い場合は、流圧差によって自動で供給される。ガスを受けた流体は流動断面積が次第に大きくなる第４流路１８４を通るにつれてさらに元の流速を回復する。
【００７７】
言い換えれば、第１ガス管１７１に供給されるガスの流圧を第３流路１８３を通過する水の流圧より高くすることで、ガスが自動でベンチュリバルブ１７０に供給されて水と混合され、このように混合された水とガスは排出管１７３を通じて反応器２００に供給されることができる。
【００７８】
ベンチュリバルブ１７０を使用する他の実施例において、ベンチュリバルブ１７０には反応器２００内のガスをベンチュリバルブ１７０に再供給する第２ガス管１７５がさらに連結できる。
【００７９】
作動中のガスハイドレート連続製造装置１００の反応器２００内部には、ガスと水が反応している反応水が一定の水位を維持することになる。この際に、反応器２００上部は反応しかったガスで満たされる（図６（ａ）参照）。そのガスのうち、反応水の水位に近くなったガスは反応水と反応して容易に溶けて入るが、水位から離隔した上部のガスは反応水と反応することが容易でない。
【００８０】
この場合、反応しかったガスで満たされた反応器２００の上部をベンチュリバルブ１７０で連結することで、反応しかったガスを第２ガス管１７５を通じてベンチュリバルブ１７０にフィードバックさせることができる。これは、ベンチュリバルブ１７０の第３流路１８３内の流圧と反応器２００の内部圧力の差を調節することで可能となる。
【００８１】
言い換えれば、ベンチュリバルブ１７０を採択することで、ベンチュリバルブ１７０の第３流路１８３の流圧は反応器２００の内部圧力より低くすることができ、第５流路１８５の流圧は反応器２００の内部圧力より高くすることができるので、自動で循環される構造を成すことができる。
【００８２】
このように、ガスが継続的に循環される構造を採択することで、反応しかったガスを水と混合して再び反応器２００に戻すことにより、ガスと水の反応速度を非常に速めることができる。
【００８３】
本発明の他の実施例において、このような循環システムを促進させるために、更なるイジェクトポンプ（ｅｊｅｃｔ ｐｕｍｐ）（図示せず）を採択することができる。
【００８４】
〔反応器〕
図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して反応器２００を詳細に説明する。図４（ａ）は反応器２００の斜視図、図４（ｂ）は反応器２００の分解斜視図である。
【００８５】
反応器２００は、上部プレート２１０、下部プレート２２０、及びディスプレイウィンドウ２３０とを含むハウジング２４０と、デュアルシリンダーユニット３００とを含む。デュアルシリンダーユニット３００はハウジング２４０を越えて上下に長く連結管３３２が延びる構造であるが、本図面では説明の便宜上ハウジング２４０から遠く位置する部位の図示を省略する。
【００８６】
上部プレート２１０は、上部プレート部材２１１と、前記上部プレート部材２１１とハウジング２４０との間を密封する密封部材２１５と、上部プレート部材２１１とハウジング２４０を結合する結合部材２１４とを含む。本実施例では、密封部材２１５としてＯーリングを示すが、これに制限されないし、また結合部材２１４としてボルトを示すが、これに制限されないのはいうまでもない。
【００８７】
下部プレート２２０は、第１ないし第３下部プレート部材２２１、２２２、２２３と、前記第１ないし第３下部プレート部材２２１、２２２、２２３及びハウジング２４０のそれぞれとの間を密封する密封部材２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃと、全体的にこれらを結合する結合部材２２４とを含む。本実施例において、密封部材２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃとしてＯリングが示すが、これに制限されないし、また結合部材２２４としてボルトを示すが、これに制限されないのはいうまでもない。また、本実施例では、三つの下部プレート部材を使用したが、その個数に制限されないのはいうまでもない。
【００８８】
ガスハイドレートを生成する作動の際、ハウジング２４０の内部圧力が高いので、上部プレート２１０と下部プレート２２０はハウジング２４０に堅たく密封されなければならない。
【００８９】
また、上部プレート２１０と下部プレート２２０は中央にデュアルシリンダーユニット３００が位置することができる開口部を持ち、デュアルシリンダーユニット３００の連結管３３２とそれぞれ密封される。
【００９０】
反応器２００のハウジング２４０は反応器２００の内部圧力に耐えられる材質でなり、ハウジング２４０の内部に冷却水が流動することができる反応器冷却水ライン２４１が位置する。冷却部１６０を通じて供給される冷却水によって反応器２００の内部温度は使用者が望む温度に維持することができる。
【００９１】
ハウジング２４０にはディスプレイウィンドウ２３０が位置して、使用者が反応器２００内のガスハイドレート生成過程をモニタリングすることができる。本図面にはディスプレイウィンドウ２３０が二つ示されているが、その個数に制限されないのはいうまでもない。
【００９２】
ディスプレイウィンドウ２３０は、ハウジング２４０に位置する開口部２３１と、フレーム２３２と、前記フレーム２３２に設置される透明素材のウィンドウ２３３と、前記ハウジング２４０とフレーム２３２とウィンドウ２３３との間を密封する密封部材２３５と、これらを結合する結合部材２３４とを含む。本実施例において、密封部材２３５としてＯリングが示されているが、これに制限されないし、また結合部材２３４としてボルトが示されているが、これに制限されないのはいうまでもない。
【００９３】
〔デュアルシリンダーユニット〕
図４（ｂ）をまた参照すれば、デュアルシリンダーユニット３００は、上部ピストン３１４を含む上部シリンダー３１０と、上部シリンダー３１０一定離隔の間隔を維持する下部ピストン３２４を含む下部シリンダー３２０と、上部シリンダー３１０と下部シリンダー３２０との間に配置される連結管３３２とを含む。説明の便宜上本図面には連結管３３２の長さを短く示したが、連結管３３２は上部ピストン３１４及び下部ピストン３２４が移動する全変位にわたるように長く構成されることが好ましい。
【００９４】
反応器２００の組立ての際、連結管３３２は反応器２００の上部プレート２１０と下部プレート２２０の外部に長く突出し、前述したように、連結管３３２と上部プレート２１０との間でかつ連結管３３２と下部プレート２２０との間で互いに密封される。
【００９５】
また、上部ピストン３１４と下部ピストン３２４は連結管３３２の内部で密封状態で移動する。このために、上部ピストン３１４及び下部ピストン３２４のローダーはＯリングのような密封部材を含むことができる。
【００９６】
連結管３３２の内部には多数の第１及び第２開口部３３５、３３６が形成される。図４（ａ）ではディスプレイウィンドウ２３０を通じて反応器２００の内側に示され、そして図６（ａ）〜図６（ｆ）では反応器２００の断面図として示されているように、第１及び第２開口部３３５、３３６はデュアルシリンダーユニット３００の組立ての際に反応器２００の内部に位置することになり、反応器２００内の反応水が第１及び第２開口部３３５、３３６を通じて連結管３３２の内外部に流動することができる。それぞれの第１及び第２開口部３３５、３３６の機能は後に説明する。
【００９７】
デュアルシリンダーユニット３００の上部ピストン３１４と下部ピストン３２４にはアクチュエータ３４０が連結されることで、駆動力を受けることができ、連結管３３２の上部ピストン３１４側の上部と下部ピストン３２４側の下部には非圧縮性流体が満たされることができる。このような非圧縮性流体は上部シリンダー部３１０と下部シリンダー部３２０を連結する多数の流体導管を通じて流動することができる。
【００９８】
上部ピストン３１４と下部ピストン３２４は制御部３５５に連結されることができ、制御部３５５は上部ピストン３１４及び下部ピストン３２４の移動をそれぞれ精密に制御することができる。また、このために、上部ピストン３１４と下部ピストン３２４にレベルセンサーが配置されて、それぞれのピストンの高さを制御部に伝達し、これを制御することができる。特に、下部ピストン３２４には二つのレベルセンサー３３２ａ、３３２ｂが配置されることができ、これを用いて生成されるガスハイドレートの大きさを特定することができる。これについては後に説明する（図６（ｂ）及び図６（ｅ）参照）。
【００９９】
次に、図５を参照してデュアルシリンダーユニット３００をより詳細に説明する。
【０１００】
デュアルシリンダーユニット３００は、全体的に、上部シリンダー３１０と、上部シリンダー３１０から一定離隔の間隔を維持する下部シリンダー３２０と、上部シリンダー３１０と下部シリンダー３２０との間に配置される連結管３３２と、前記シリンダー３１０、３２０に接続されるアクチュエータ３４０とを備える。
【０１０１】
本発明では、上部シリンダー３１０と下部シリンダー３２０間の空間に圧縮性物質が注入されて加圧される過程で一定の体積に圧縮成形される工程を経ることができるので、上部シリンダー３１０が下部シリンダー３２０に比べて上側に配置されることが好ましくなる。すなわち、前記連結管３３２の周囲で遠心分離などの工程によって脱水化処理された物質が連結管３３２の内部に流入して重力作用によって自然に圧縮されるようにする構造を有することができる。ただ、前記垂直型構造だけでなく、必要によって水平型または傾斜型構造に変形して使用することができるのはいうまでもない。
【０１０２】
上部シリンダー３１０は中空箱状の第１ケーシング３１１、及び第１ケーシング３１１の内部に一定の部分が収容された状態で垂直に往復運動する上部ピストン３１４を備える。上部ピストン３１４は断面“Ｔ”字形に構成可能であり、第１ヘッダー３１２及び第１ローダー３１３でなる。前記第１ヘッダー３１２は第１ケーシング３１１の内部空間を第１主チャンバー３１０ａと第１補助チャンバー３１０ｂに分離する機能をし、第１ケーシング３１１の内壁面に沿って上下に移動する。前記第１主チャンバー３１０ａには第１非圧縮性流体が貯蔵され、第１補助チャンバー３１０ｂには第２非圧縮性流体が貯蔵される。
【０１０３】
この場合、第１ケーシング３１１の内面と第１ヘッダー３１２との間は完全な密閉されることが要求される。第１ローダー３１３は第１ヘッダー３１２の下端部に連結された状態で第１ケーシング３１１の下部に形成された第１連通孔３１９を通じて連結管３３２の内部に伸びる。
【０１０４】
下部シリンダー部３２０は前記上部シリンダー３１０と類似の形態に構成されるもので、中空箱状の第２ケーシング３２１、及び第２ケーシング３２１の内部に一定の部分が収容された状態で垂直に往復運動する下部ピストン３２４を備える。同様に、下部ピストン３２４は“Ｔ”字形に構成可能であり、第２ヘッダー３２２及び第２ローダー３２３でなる。ここで、下部ピストン３２４は逆“Ｔ”字形に配置される。前記第２ヘッダー３２２は第２ケーシング３２１の内部空間を第２主チャンバー３２０ａと第２補助チャンバー３２０ｂに分離する機能をし、第２ケーシング３２１の内壁面に沿って上下に移動する。前記第２主チャンバー３２０ａには第１非圧縮性流体が貯蔵され、第２補助チャンバー３２０ｂには第２非圧縮性流体が貯蔵される。
【０１０５】
前記の場合にも、第２ケーシング３２１の内面と第２ヘッダー３２２との間は完全に密閉されることが要求される。第２ローダー３２３は第２ヘッダー３２２の上端部に連結された状態で第２ケーシング３２１の上部に形成された第２連通孔３２９を通じて連結管３３２の内部に伸びる。
【０１０６】
連結管３３２は第１連通孔３１９と第２連通孔３２９を通じてそれぞれ上部シリンダー３１０と下部シリンダー３２０に接続され、内部はシリンダー部３１０、３２０のローダー３１３、３２３が移動することができる程度の空間が形成される。前記連結管３３２の内部は高圧環境が形成されるので、圧力に強い高耐圧性素材で製造されることが好ましい。
【０１０７】
例えば、ゲスト分子（Ｇｕｅｓｔ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ）がとけた水（ｈｏｓｔ）が、連結管３３２の内外面を貫くように形成された第１及び第２開口部３３５、３３６を通じて流動しているうちに一定形状の固形に連結管３３２の内部で加圧されてから脱水され、ペレット化して外部に吐き出されることができる。ここで、連通孔ドル３１９、３２９と各ピストン３１４、３２４、つまりローダー３１３、３２３との間が密封されることにより、第２非圧縮性流体が連結管３３２に漏洩しないことになる。これにより、連結管３３２は非圧縮性流体の遺失に対するおそれなしに開口部３３５、３３６を形成することができ、前記開口部３３５、３３６を通じて連結管３３２の内外部への流体の流動が可能である。
【０１０８】
制御部３５５はアクチュエータ３４０に電気的に連結されて、シリンダー部３１０、３２０のピストン３１４、３２４を上下に調整する。制御部３５５はピストン３１４、３２４間の間隙３３４を一定に維持した状態でアクチュエータ３４０を駆動してピストン３１４、３２４を上下方向に一定距離移動することができるようにする。一方、前記間隙３３４を調節する必要がある場合、制御部３５５はアクチュエータ３４０、及びシリンダー部３１０、３２０の内外に流動する非圧縮性流体を用いて間隙３３４の調節を精密に実施することができる。また、制御部３５５は、シリンダー部３１０、３２０を連結する管路上に配置される複数の開閉器３３０に連結されて断続を調節する。前記開閉器３３０は第１及び第２主開閉器３１７、３２７、及び第１及び第２補助開閉器３１８、３２８でなる。
【０１０９】
以下、主チャンバー３１０ａ、３２０ａ及び補助チャンバー３１０ｂ、３２０ｂにそれぞれ貯蔵された非圧縮性流体の流動のためのデュアルシリンダーユニット３００の内部構造を説明する。
【０１１０】
第１ケーシング３１１の上下面にはそれぞれ第１主開口３１５と第１補助開口３１６が形成されて第１主チャンバー３１０ａと第１補助チャンバー３１０ｂにそれぞれ連通する構造を取る。一方、第２ケーシング３２１の上下面にはそれぞれ第２主開口３２５と第２補助開口３２６が形成されて第２主チャンバー３２０ａと第２補助チャンバー３２０ｂにそれぞれ連通する構造を取る。
【０１１１】
前記第１主開口３１５と第２主開口３２５は第１流路転換バルブ３６０を介して連結され、第１補助開口３１６と第２補助開口３２６は第２流路転換バルブ３８０を介して連結される構造を取る。第１流路転換バルブ３６０と第２流路転換バルブ３８０は接続管路３８３を介して直接連結され、前記接続管路３８３上にオリフィス装置３７０が配置された状態で互いに連結される。ここで、流路転換バルブ３６０、３８０はそれぞれ３方バルブでなることができる。オリフィス装置３７０は、流路転換バルブ３６０、３８０の間を移動する非圧縮性流体の流量を調節して測定する機能をすることで円滑な流体の流れが可能にすることができる。
【０１１２】
それぞれのチャンバー３１０ａ、３１０ｂ、３２０ａ、３２０ｂから非圧縮性流体のケーシング３１１、３２１の内外部への流動を断続するために開閉器３３０が設置される。
【０１１３】
前記開閉器３３０を配置場所によって分類すれば次のようである。第１流路転換バルブ３６０と第１主開口３１５間の管路には第１主開閉器３１７が配置され、第１流路転換バルブ３６０と第２主開口３２５間の管路には第２主開閉器３２７が配置される。同様に、第２流路転換バルブ３８０と第１補助開口３１６間の管路には第１補助開閉器３１８が配置され、第２流路転換バルブ３６０と第２補助開口３２６間の管路には第２補助開閉器３２８が配置される。
【０１１４】
前記第１及び第２流路転換バルブ３６０、３８０、オリフィス装置３７０、第１及び第２主開閉器３１７、３２７、及び第１及び第２補助開閉器３１８、３２８は制御部３５５にそれぞれ電気的に接続される。
【０１１５】
〔デュアルシリンダー部の作動〕
図６（ａ）〜図６（ｆ）を参照してデュアルシリンダーユニット３００の作動及びこれによるガスハイドレート生成の手順を説明する。
【０１１６】
デュアルシリンダーユニット３００は、“最初状態”、“スラリー吸入状態”、“圧搾行程”、及び“吐出状態”を１サイクルとして繰り返すことができる。ここで、“圧搾行程”は数回の圧搾を示すことができる。また、“最初状態”、“スラリー吸入状態”、“吐出状態”での上部ピストン３１４及び下部ピストン３２４の位置を“最初位置”、“スラリー吸入位置”、及び“吐出位置”と指称する。
【０１１７】
図６（ａ）はデュアルシリンダーユニット３００の“最初状態（ｉｎｉｔｉａｌ ｓｔａｔｅ）を示す。
【０１１８】
最初状態はガスハイドレートの生成作動前の状態で、準備状態であることができる。この場合、図６（ａ）に示すように、上部ピストン３１４と下部ピストン３２４が最初位置を取っている。最初状態で、反応器に水とガスが直接供給されるかあるいはベンチュリバルブ３７０を通じて混合されて供給できる。図６（ａ）で、下部ピストン３２４が第１開口部３３５は開放し第２開口部３３６を閉鎖したものとして示されているが、これに制限されるものではない。
【０１１９】
図６（ｂ）はデュアルシリンダーユニット３００のスラリー吸入状態（ｓｌｕｒｒｙ ｓｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ）を示す。
【０１２０】
ガスハイドレートの生成作動が始まると、反応器２００内に水とガスが予め設定した濃度に至るように充分に供給される。水とガスが充分に供給された後、あるいは水とガスが供給されると同時に、反応器２００内の水とガスの反応を促進させるために別の撹拌器（図示せず）などを用いて高速で撹拌する。
【０１２１】
水とガスが予め設定された濃度に至ってから撹拌が始まる前、あるいは撹拌と同時に、下部ピストン３２４は第１及び第２開口部３３５、３３６をすべて開放するように下降する。連結管３３２は下部ピストン３２４側に相異なる高さに配置される二つのセンサーを含むことができる。すなわち、スラリー吸入状態で、上部センサー３３２ａの高さに下部ピストン３２４の基準面が配置されるようにすることができる。
【０１２２】
反応された水とガスは徐々にスラリー３５０を形成する。このようなスラリー３５０は高速撹拌によって反応器２００の中心に集まることができる。反応器２００の中心に集まったスラリー３５０は遠心力によって第１開口部３３５を通じて、または部分的に第２開口部３３６を通じて連結管３３２の内部に流入する。
【０１２３】
図６（ｃ）〜図６（ｅ）はデュアルシリンダーユニット３００の“圧搾行程（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｓｔｒｏｋｅ）”を示す。ここで、“圧搾（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ）”は圧縮（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）及び圧縮によるスラリーまたはガスハイドレートの脱水（ｄｅｍｏｉｓｔｕｒｉｚｉｎｇ）を含む概念として理解されなければならなく、場合によってはガスハイドレートをペレット化することを含む概念として理解されなければならない。
【０１２４】
連結管３３２の内部に十分なスラリーが流入すれば、上部ピストン３１４が一定速度で下降してスラリーを圧搾する。スラリーを圧縮することでスラリー周辺の水（湿気）が除去される。この際、第２開口部３３６を通じて固体スラリーは連結管３３２の外部に流出せずに水（湿気）だけが除去される。このために、第２開口部３３６のそれぞれの大きさは、スラリーが連結管３３２外部に流出しないように小さなものが好ましい。
【０１２５】
ここで、上部ピストン３１４は流圧で作動することができ、約１００〜２００ｋｇ／ｃｍ２の高圧で圧搾することができる。このような高圧による油圧式作動、及び第２開口部３３６の大きさによって、前記圧搾行程によってスラリーの圧縮及び脱水と、場合によってはペレット化が同時になされることになる。
【０１２６】
一方、このような圧搾行程は数回行われることができ、その回数は使用者によって予め設定できる。
【０１２７】
図６（ｃ）は上部ピストン３１４が下降した状態（１次圧搾行程）を示し、図６（ｄ）は再圧縮のために上部ピストン３１４が再び上昇した状態を示し、図６（ｅ）は上部ピストン３１４が再び下降した状態（２次圧搾行程）を示す。
【０１２８】
上部ピストン３１４と下部ピストン３２４との間でガスハイドレート４００を生成するために、上部ピストン３１４の下降／圧搾によって下部ピストン３２４は所定の長さだけ少しずつ下方に下降しなければならない。所定回数の全圧搾行程が完了すれば、下部ピストン３２４の最終位置は下部センサー３３２ｂの高さに下部ピストン３２４の基準面が配置されるようにすることができる。
【０１２９】
すなわち、下部ピストン３２４は、圧搾行程の前後にその基準面が上部センサー３３２ａの位置から下部センサー３３２ｂの位置に変更される。これにより、生成されたガスハイドレートの高さは上部センサー３３２ａと下部センサー３３２ｂ間の高さ差（Ｄ）と同一になる。言い換えれば、上部センサー３３２ａと下部センサー３３２ｂの高さを変更することで、生成されるガスハイドレートの高さを変更させることができる。
【０１３０】
図６（ｆ）はデュアルシリンダーユニット３００の“吐出状態（ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｓｔａｔｅ）”を示す。
【０１３１】
ガスハイドレートの生成が完了すれば、上部ピストン３１４と下部ピストン３２４は連結管３３２に沿って同一速度で下降し、これによりその間に形成されたガスハイドレート４００も一緒に下降することになる。そしてガスハイドレート４００を吐き出すためのペレタイザー１４０及び吐出開口部２６０に相応する位置に至ることになり、このような位置を“吐出位置”と言える。吐出方式は以下に図７を参照して詳細に説明する。
【０１３２】
ガスハイドレート４００が吐き出された後、上部ピストン３１４と下部ピストン３２４は再び最初状態（図６（ａ））またはスラリー吸入状態（図６（ｂ））に復帰し、次の作業を準備することができる。
【０１３３】
言い換えれば、反応器２００内にデュアルシリンダーユニット３００を設置することにより、反応器２００内でスラリーを直接製造するとともにこれを脱水して高密度のガスハイドレートペレットを製造する過程を実施することができる。
【０１３４】
このように、スラリー製造、脱水、ガスハイドレートペレットの製造を同時に成すことにより、付加の工程が要らなくて、製造装置の製造効率が高くなるとともに、各工程の特別な制御が不要になり、各工程別の温度及び圧力の維持が不要になり、さらに高密度の脱水したガスハイドレートペレットを製造することができるという点は従来技術とは格段に異なる利点であるといえる。
【０１３５】
一方、表１に上部ピストン３１４と下部ピストン３２４のそれぞれの状態／行程別に位置を整理すれば次のようである。
【０１３６】
【表１】
2011062685.tif 000003
【０１３７】
ここで、Ａは上部ピストン３１４の最初状態（図６（ａ））の高さであり、Ｂは上部ピストン３１４の圧縮行程中の最下部（図６（ｃ））の高さである。圧縮行程の際に上部ピストン３１４は繰り返してＡとＢの間を移動する。
【０１３８】
Ｘは下部ピストン３２４の最初状態（図６（ａ））の高さであり、Ｙは下部ピストン３２４のスラリー吸入状態（図６（ｂ））の高さであり、Ｙ’は下部ピストン３２４の圧縮行程が完了した状態（図６（ｅ））の高さである。Ｙは上部センサー３３２ａの高さに相応し、Ｙ’は下部センサー３３２ｂの高さに相応する。ＹとＹ’の高さ差は図６（ｅ）に示すＤであり、使用者はこれを制御することで所望のガスハイドレートの大きさを設定することができる。
【０１３９】
ＣとＺはそれぞれ上部ピストン３１４と下部ピストン３２４の吐出状態（図６（ｆ））の高さである。
【０１４０】
〔ガスハイドレートの吐出〕
図７を参照して、生成されたガスハイドレート４００を吐き出す方法を説明する。
【０１４１】
ガスハイドレート４００の生成が完了すれば、上部ピストン３１４と下部ピストン３２４が連結管３３２に沿って下降し始める。連結管３３２は反応器２００を貫いて上下に伸び、反応器２００の下方に突出した連結管３３２には、ガスハイドレート吐出のための吐出開口部２６０が存在する（図２参照）。上部ピストン３１４と下部ピストン３２４は吐出位置に、つまりガスハイドレート４００が吐出開口部２６０に相応する位置に至るように下降する（図６（ｆ）参照）。
【０１４２】
ペレタイザー１４０は吐出開口部２６０に相応する位置に設置される。デュアルシリンダーユニット３００が吐出位置に下降してガスハイドレート４００が吐出開口部２６０に相応する位置に至ると、ペレタイザー１４０がガスハイドレート４００を押して反対側に位置する貯蔵部１５０にガスハイドレート４００を供給することができる。
【０１４３】
貯蔵部１５０は多数のガスハイドレート４００を貯蔵するのに好ましい温度及び／または圧力を維持することができる。
【０１４４】
〔ガスハイドレートの生成段階〕
図８を参照して、ガスハイドレート生成方法を説明する。
【０１４５】
使用者は制御部（図示せず）に連結されるコントロールユニット（図示せず）にてゲスト分子を選択し、前記ゲスト分子のガスハイドレートの生成に必要な温度、圧力などの作動パラメーターを入力する（Ｓ１００）。この際、デュアルシリンダーユニット３００の圧搾行程の回数、生産しようとするガスハイドレートの総生産量、供給する水とガスの量などを入力することができる。
【０１４６】
入力された作動パラメーターによってそれぞれガス供給部１１０と給水部１２０から反応器２００にガスと水が供給される。反応器２００に直接供給されるかまたはベンチュリバルブ１７０を通じて供給されることができる。
【０１４７】
好適な一実施例において、まず給水部１２０から反応器２００に直接一定量の水が供給され、ついで水とガスがベンチュリバルブ１７０を通じてさらに供給されることができる。一定量に到逹したか否かは反応器２００内に位置する水位センサー（図示せず）によって確認することができる。
【０１４８】
反応器２００内に供給されたガスと水を撹拌して反応水を生成し、これによりスラリーが形成される（Ｓ３００）。
【０１４９】
特に、ガスハイドレートが連続的に生成されるにつれて、水とガス及びこれによるスラリーが連続してガスハイドレートとして生成されて吐き出されるため、水とガスを持続的に供給しなければならなく、スラリーを持続的に形成しなければならない。すなわち、水とガスの供給段階（Ｓ２００）及びスラリー撹拌段階（Ｓ３００）は、全工程がなされる限り持続的に行われることができる。
【０１５０】
反応器２００に位置する水位センサー、圧力センサー（図示せず）などによって水とガスの不足量の程度を把握することができ、制御部（図示せず）によって自動で供給されるようにすることができる。
【０１５１】
スラリーが形成され始めれば、デュアルシリンダーユニット３００が作動してガスハイドレートを生成する（Ｓ４００）。前述したように、反応器２００内に位置するデュアルシリンダーユニット３００の作動のみでスラリーの圧搾、脱水及びガスハイドレートペレットの製造が同時になされるという点は本発明の固有の利点である。その後、生成されたガスハイドレートはペレタイザー１４０によって貯蔵部１５０に吐き出される（Ｓ５００）。このために、デュアルシリンダーユニット３００の作動順序は図９を参照して後述する。
【０１５２】
ガスハイドレートの追加生産が必要な場合、デュアルシリンダーユニット３００が再び作動してガスハイドレートを連続的に製造することができ、そうでない場合、作動を終了することになる（Ｓ６００）。使用者が望むガスハイドレートの総生産量、またはガスと水の総供給量を制御部（図示せず）に予め入力することができ、これによりガスハイドレートの生産可否が自動で決定できる。
【０１５３】
ガスハイドレートの追加生産が必要でない場合、水とガスの供給が中断され、スラリーの形成が中断される（Ｓ７００）。ついで、反応器２００内に残っている流体を排出部１３０を通じて外部に排出させることができる（Ｓ８００）。
【０１５４】
ガスハイドレートの追加生産が必要な場合、デュアルシリンダーユニット３００が連続的に作動する。ガスハイドレートの生産によって不足になる水、ガスは反応器２００に続いて供給され、スラリーも反応器２００内で続いて形成される状態である。
【０１５５】
デュアルシリンダーユニット３００の連続作動によってガスハイドレートが連続的に生産されて吐き出される。このような連続作動は前述したサイクルの循環を意味する。
【０１５６】
〔デュアルシリンダー部の作動手順〕
図９を参照してデュアルシリンダーユニット３００作動順序及びこれによるガスハイドレートの生成及び吐出段階（Ｓ４００〜Ｓ６００）を詳述する。
【０１５７】
ガスハイドレート連続製造装置１００の作動開始と同時に、または反応器内でスラリーを形成しながら下部ピストン３２４が所定の位置に下降してスラリー吸入状態を取る（Ｓ４１０）。この際、下部ピストン３２４が連結管３３２のすべての開口部３３５、３３６を開放する位置にあることが好ましい（図６（ｂ）参照）。
【０１５８】
反応器２００内でスラリーが生成され、上部ピストン３１４が下降してスラリーを圧縮する圧搾行程を始め、これにより下部ピストン３２４は少しずつ下降する（Ｓ４２０）。このような圧搾によってスラリーは圧縮／脱水され、場合によってはペレット化することができる（図６（ｃ）〜図６（ｅ）参照）。
【０１５９】
すなわち、前記圧搾行程によって別途の脱水、ペレット化過程が不要になり、高密度の脱水したガスハイドレートペレットを同一空間で同時に効率的に製造することができる。
【０１６０】
ここで、１回の圧搾行程が完了すれば、追加の圧搾行程が必要であるか否かを確認する（Ｓ４３０）。使用者は制御部（図示せず）によって１回のサイクルで行われる総圧搾行程回数を予め入力することができる。
【０１６１】
すべての圧搾行程が完了してガスハイドレートが生成されれば、上部ピストン３１４及び下部ピストン３２４がすべて下降して吐出位置に至る（Ｓ４４０）。
【０１６２】
吐出位置でペレタイザー１４０がガスハイドレートを貯蔵部１５０に吐き出す（Ｓ５００）。
【０１６３】
ガスハイドレートが吐き出された後、上部ピストン３１４と下部ピストン３２４は次の作業のために最初位置に復帰する（Ｓ４６０）。
【０１６４】
その後、前述したようにガスハイドレートの追加生産が必要であるか否かが確認され（Ｓ６００）、追加の生産が必要な場合、デュアルシリンダーユニット３００はサイクルを繰り返す。
【０１６５】
以上説明した内容から、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で多様な変更及び修正が可能であることが分かる。よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
本発明は、デュアルシリンダーユニットの圧搾作用を用いて、ガスハイドレートが生成される反応器内で水をほとんど含まない高密度のガスハイドレートペレットを連続的に製造することができる装置及びその製造方法に適用可能である。
【符号の説明】
【０１６７】
１００    ガスハイドレート連続式製造装置
１１０    ガス供給部
１１１    バッファータンク
１２０    給水部
１２１    フィードポンプ
１２２    フィードタンク
１２３    循環ポンプ
１３０    排出部
１４０    ペレタイザー
１５０    貯蔵部
１６０    冷却部
１７０    ベンチュリバルブ
１７１    第１ガス管
１７２    給水管
１７３    排出管
１７５    第２ガス管
１８１    第１流路    
１８２    第２流路
１８３    第３流路
１８４    第４流路
１８５    第５流路
２００    反応器
２１０    上部プレート
２１１    上部プレート部材
２１４    結合部材
２１５    密封部材
２２０    下部プレート
２２１    第１下部プレート部材
２２２    第２下部プレート部材
２２３    第３下部プレート部材
２２４    結合部材
２２５ａ〜２２５ｃ    密封部材
２３０    ディスプレイウィンドウ
２３１    開口部
２３２    フレーム
２３３    ウィンドウ
２３４    結合部材
２３５    密封部材
２４０    ハウジング
２４１    反応器冷却水ライン
３００    デュアルシリンダー
３１０    第１シリンダー部
３１０ａ    第１主チャンバー
３１０ｂ    第１補助チャンバー
３１１    第１ケーシング
３１２    第１ヘッダー
３１３    第１ローダー
３１４    第１ピストン
３１５    第１主開口
３１６    第１補助開口
３１７    第１主開閉器
３１８    第１補助開閉器
３１９    第１連通孔
３２０    第２シリンダー部
３２０ａ    第２主チャンバー
３２０ｂ    第２補助チャンバー
３２１    第２ケーシング
３２２    第２ヘッダー
３２３    第２ローダー
３２４    第２ピストン
３２５    第２主開口
３２６    第２補助開口
３２７    第２主開閉器
３２８    第２補助開閉器
３２９    第２連通孔
３３０    開閉器
３３２    連結管
３３４    間隙
３３５    第１開口部
３３６    第２開口部
３４０    アクチュエータ
３５０    スラリー
３５５    制御部
３６０    第１流路転換バルブ
３６５    吐出開口部
３７０    オリフィス装置
３８０    第２流路転換バルブ
３８３    接続管路
４００    ガスハイドレート
【図１】
2011062685.tif 000004
【図２】
2011062685.tif 000005
【図３】
2011062685.tif 000006
【図４（ａ）】
2011062685.tif 000007
【図４（ｂ）】
2011062685.tif 000008
【図５】
2011062685.tif 000009
【図６（ａ）】
2011062685.tif 000010
【図６（ｂ）】
2011062685.tif 000011
【図６（ｃ）】
2011062685.tif 000012
【図６（ｄ）】
2011062685.tif 000013
【図６（ｅ）】
2011062685.tif 000014
【図６（ｆ）】
2011062685.tif 000015
【図７】
2011062685.tif 000016
【図８】
2011062685.tif 000017
【図９】
2011062685.tif 000018