(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化容器に貯留された低温液化ガス又は低温液化ガスが共存する系で一対の電極からなる放電電極により放電着火する燃焼・爆発試験において前記低温液化ガスを撹拌する低温液化ガスの撹拌装置であって、
気体状態の前記低温液化ガスを蓄積するバッファタンクと、
該バッファタンクを外部から加熱し、該バッファタンク内に蓄積された前記気体状態の低温液化ガスを昇温させる加熱手段と、
前記液化容器と前記バッファタンクとが連通するように接続し、前記液化容器内の気体状態の低温液化ガスを前記バッファタンクに戻す循環経路と、
該循環経路に設けられた逆止弁とを備え、
前記電極の少なくとも一方は、前記気体状態の低温液化ガスが流通可能な電極管からなり、該電極管の一端側が前記バッファタンクに連通され、他端側が前記液化容器内に挿入されており、
前記バッファタンク内の気体状態の低温液化ガスを昇温することにより、前記電極管を介して、前記液化容器内の液体状態の前記低温液化ガス中に気体状態の低温液化ガスを導入してバブリングすることを特徴とする低温液化ガスの撹拌装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記バッファタンクを間欠的に加熱する加熱制御機構を有することを特徴とする請求項１記載の低温液化ガスの撹拌装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の低温液化ガスの撹拌装置を用いて前記低温液化ガスを撹拌する低温液化ガスの撹拌方法であって、
前記液化容器に挿入された前記電極管の他端側を前記液体状態の低温液化ガス中に浸漬させ、
前記バッファタンクに蓄積された気体状態の低温液化ガスの昇温と降温を交互に行い、
前記バブリングを間欠的に行うことを特徴とする低温液化ガスの撹拌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温液化ガス又は低温液化ガスが共存する系の燃焼・爆発試験に用いる低温液化ガスの撹拌装置及び方法に関する。
なお、本発明において、液体酸素＋液体メタン、液体酸素＋液体プロパンなど、支燃性液化ガスと可燃性液化ガスの混合系や、液体酸素＋固体金属粉、固体樹脂、活性表面をもつ固体混合物を総称して「低温液化ガス又は低温液化ガスが共存する系」と呼び、以下、単に「低温液化ガス」と記載する場合がある。
【背景技術】
【０００２】
可燃性の低温液化ガスは、安全に取り扱うために、爆発範囲、表面の触媒効果、最小着火エネルギー、爆発の威力の測定など、燃焼や爆発を起こす条件を測定する必要がある。
このような測定に用いる試験装置の例として、可燃性ガスを対象としたものには、例えば特許文献１に開示されている「爆発限界領域測定装置」や、特許文献２に開示されている「可燃性ガス・蒸気の爆発試験装置」のような簡易的な設備がある。
粉体を対象とした試験装置の例としては、特許文献３に開示されている「粉塵爆発試験装置」、特許文献４に開示されている「粉塵爆発試験装置および粉塵爆発試験方法」、特許文献５に開示されている「粉体の最小着火エネルギー評価装置」や特許文献６に開示されている「粉体着火試験装置」がある。
これらは、大気圧で解放された空間での試験であり、常温以外の温度での試験や、液化ガスを伴う試験に応用することは困難であった。
【０００３】
低温液化ガスの爆発試験に関する先行技術としては、液体酸素と液体メタンの混合液を入れたステンレス容器の上方に設置した着火源により液体酸素と液体メタンの混合気を着火爆発させ、燃焼形態を検討した例が非特許文献１に開示されている。しかしながら、この方法は低温液化ガスの気相中で着火するものであり、外気から容器内への侵入熱により被検体試料である液体酸素と液体メタンの混合液の蒸発速度が非常に大きくなり、気相と液相の双方で被検体試料の組成を推定できないばかりでなく、多くの試料を必要とするため、試験に用いる防護壁など安全面の環境整備や安全対策に非常に多くのコストが必要であった。
【０００４】
低温液化ガスの爆発試験においては、液化容器内を液化温度に冷却して常温のガスを液化することにより低温液化ガスを調整し、低温液化ガスの組成や夾雑物の濃度を変更して試験を実施する必要があるが、系によって液比重や低温液化ガスの溶解度が違うため、液化容器内を撹拌して低温液化ガスの組成を均一にする必要がある。
【０００５】
一般に、液体を撹拌する方法としては、磁力を使用したマグネチックスターラー、撹拌羽根によるもの、バブリングによるもの、容器自体を転回させる方法など、これまでに非常に多くの方法が知られている。
さらに、低温液化ガスの液層内を撹拌する方法としては、特許文献７〜９に開示されたものがあげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１４５９２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−８１３５号公報
【特許文献３】特開２０００−３１０５８３号公報
【特許文献４】特開２０１１−２２０８１３号公報
【特許文献５】特開２０１３−１５２１９６号公報
【特許文献６】特開平１１−２０１９２５号公報
【特許文献７】特開平９−８９１９５号公報
【特許文献８】特開平９−２１７８９６号公報
【特許文献９】特開平１１−０３７３９３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】金東俊他、火薬学会2008年度年会講演要旨集、pp.29-30（2008）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
先に述べた様に、液化容器内に低温液化ガスを貯留して燃焼・爆発試験を安定して行うためには、例えば、液体酸素の様な支燃性物質と炭化水素やグリスなどの可燃性物質と混合させた低温液化ガス混合物を沸点近くの温度で組成を均一にする必要がある。
【０００９】
例えば支燃性物質として液体酸素、可燃性物質として液体メタンを混合した低温液化ガス混合物の場合、液体酸素中への液体メタンの溶解度は無限大であり非常に良く溶解するものの、両者の液比重はそれぞれ1.2及び0.4であって比重差があり、小容量の液化容器内においては、液体酸素中における液体メタンの拡散によって両者が完全混合して組成が均一になるまでには非常に長時間が必要になる。
また、液体酸素中で使用するグリス、オイルなどの可燃物の燃焼性の試験をする場合においては、これらの可燃物が液体酸素中に十分に溶解していることが必要である。
【００１０】
さらに、低温液化ガスの燃焼・爆発試験においては、以下に示す５つの制限がある。
１．外部から導入する物質により、液化容器内に貯留された低温液化ガスの組成が変動しないこと。
２．特に、可燃性物質の混入など、燃焼に影響する物質の共存がないこと。
３．外部からの空気成分などの汚染がないこと。
４．低温液化ガスの温度を数日間にわたって一定に保てること。
５．爆発実験に伴う損壊を想定し、液化容器は可能な限りシンプルであって、少ない部品点数から構成されること。
【００１１】
これらの制限から、マグネチックスターラーなどは、低温液化ガスに可燃性物質を混入することになる他、液化容器が真空断熱槽内に収納されるため、利用することができなかった。
羽根式撹拌棒などは、摺動部が空気雰囲気からの空気成分の侵入の汚染源となるため使用できなかった。
系外からの流体の導入によるバブリングは、液化容器内の組成を大きく変更するため、使用できなかった。
さらに、特許文献７〜９に開示されている低温液化ガスの液層内を撹拌する方法は、いずれも大規模の低温液化ガスタンク内に貯留されている液体状態の低温液化ガスを撹拌するものであって、小規模の燃焼・爆発試験装置に利用することが難しい。
以上より、低温液化ガスの燃焼・爆発試験に使用できる撹拌装置及び方法はこれまでになかった。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低温液化ガスの燃焼・爆発試験を行う小規模な装置において、可燃性物質の混入や燃焼に影響する物質の共存がなく、又、摺動部を設けずに液化容器内に貯留された低温液化ガス混合物を撹拌することができる低温液化ガスの撹拌装置及び方法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】
【００１３】
発明者は、上記課題を解決するため、鋭意検討した。
液体状態の低温液化ガスの燃焼・爆発試験は、液化容器に貯留した液体状態の低温液化ガス中（液相）に放電電極を設け、該放電電極により放電着火して行うものであるが、放電電極には液相中に２本の電極を設ける方法と、１本の電極と接地極（アース）を設ける方法がある。
【００１４】
２本の電極を設ける方法は、電極間距離を予め決定することが容易であるが、構造や配線が複雑になるデメリットがあり、又、低温液化ガスの液相中において放電させるためには、放電電極の構造が複雑になり製作が困難である。
【００１５】
一方、１本の電極と接地極を設ける方法は、電極間距離を固定することは難しいが、構造を簡単にすることができる。さらに、電極に中空の管状部材からなる電極管を使用し、該電極管の先端を低温液化ガスの液相中に浸漬させ、前記電極管を介して、前記先端から液相中に気体状態の低温液化ガスを導入してバブリングすることにより、前記液体状態の低温液化ガスを撹拌することが可能になるという着想を得た。
【００１６】
この場合、爆発性のある気体状態の低温液化ガスを循環させる必要があるため、着火の可能性がある方法及び部材の使用は避けるべきであるため、液化容器内にマグネチックスターラーなどの異物及び部材が摩擦や衝突する方法は使用できない。
前記液化容器の外部から撹拌棒などを挿入する方法も、摺動部を設けることになるため避けるべきである。さらに、バブリングさせて循環させる気体状態の低温液化ガスを直接加熱することは着火の要因になるため、直接加熱は避けるべきである。
【００１７】
そこで、検討をさらに進めた結果、気体状態の低温液化ガスに対して装置の外部から間欠的に熱を与えることにより、前記気体状態の低温液化ガスを自己循環させて撹拌させる運動エネルギーを得ることができるという知見を得た。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
【００１８】
（１）本発明に係る低温液化ガスの撹拌装置は、液化容器に貯留された低温液化ガス又は低温液化ガスが共存する系で一対の電極からなる放電電極により放電着火する燃焼・爆発試験において前記低温液化ガスを撹拌するものであって、気体状態の前記低温液化ガスを蓄積するバッファタンクと、該バッファタンクを外部から加熱し、該バッファタンク内に蓄積された前記気体状態の低温液化ガスを昇温させる加熱手段と、前記液化容器と前記バッファタンクとが連通するように接続し、前記液化容器内の気体状態の低温液化ガスを前記バッファタンクに戻す循環経路と、該循環経路に設けられた逆止弁とを備え、前記電極の少なくとも一方は、前記気体状態の低温液化ガスが流通可能な電極管からなり、該電極管の一端側が前記バッファタンクに連通され、他端側が前記液化容器内に挿入されており、
前記バッファタンク内の気体状態の低温液化ガスを昇温することにより、前記電極管を介して、前記液化容器内の液体状態の前記低温液化ガス中に気体状態の低温液化ガスを導入してバブリングすることを特徴とするものである。
【００１９】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記加熱手段は、前記バッファタンクを間欠的に加熱する加熱制御機構を有することを特徴とするものである。
【００２０】
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記バッファタンクを冷却し、該バッファタンク内に蓄積された前記気体状態の低温液化ガスを降温させる冷却手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
（４）本発明に係る低温液化ガスの撹拌方法は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の低温液化ガスの撹拌装置を用いて前記低温液化ガスを撹拌するものであって、前記液化容器に挿入された前記電極管の他端側を前記液体状態の低温液化ガス中に浸漬させ、前記バッファタンクに蓄積された気体状態の低温液化ガスの昇温と降温を交互に行い、前記バブリングを間欠的に行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る低温液化ガスの撹拌装置においては、液化容器に貯留された低温液化ガス又は低温液化ガスが共存する系で一対の電極からなる放電電極により放電着火する燃焼・爆発試験において前記低温液化ガスを撹拌するものであって、気体状態の前記低温液化ガスを蓄積するバッファタンクと、該バッファタンクを外部から加熱し、該バッファタンク内に蓄積された前記気体状態の低温液化ガスを昇温させる加熱手段を備え、前記電極の少なくとも一方は、前記気体状態の低温液化ガスが流通可能な電極管からなり、該電極管の一端側が前記バッファタンクに連通され、他端側が前記液化容器内に挿入されており、前記バッファタンク内の気体状態の低温液化ガスを昇温することにより、前記電極管内を介して、前記液化容器内の液体状態の前記低温液化ガス中に気体状態の低温液化ガスを導入してバブリングすることにより、該液化容器内における液体状態の低温液化ガスを撹拌して組成を均一にし、燃焼・爆発試験に用いる低温液化ガスを再現性及び精度よく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態に係る低温液化ガスの撹拌装置を説明する説明図である。
【図２】本実施の形態に係る低温液化ガスの撹拌装置における要部の断面を示す断面図である。
【図３】本実施の形態に係る低温液化ガスの撹拌装置における系内の状態を説明する説明図である。
【図４】本実施の形態に係る低温液化ガスの撹拌装置の他の態様を説明する説明図である。
【図５】実施例における気相中のメタン濃度の測定結果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態に係る低温液化ガスの撹拌装置１（以下、「撹拌装置１」という）は、図１に示すように、液化容器１１に貯留された低温液化ガス又は低温液化ガスが共存する系で一対の電極からなる放電電極２１により放電着火する燃焼・爆発試験において前記低温液化ガスを撹拌するものであって、気体状態の前記低温液化ガスを蓄積するバッファタンク３１と、バッファタンク３１を外部から加熱し、バッファタンク３１内に蓄積された前記気体状態の低温液化ガスを昇温させる加熱手段３３と、液化容器１１とバッファタンク３１とが連通するように接続し、液化容器１１内の気体状態の低温液化ガスをバッファタンク３１に戻す循環経路４１と、循環経路４１に設けられた逆止弁４３とを備え、放電電極２１の少なくとも一方は、前記気体状態の低温液化ガスが流通可能な電極管２２からなり、電極管２２の一端側がバッファタンク３１に連通され、他端側が液化容器１１内に挿入されており、バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスを昇温することにより、電極管２２を介して、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣ中に気体状態の低温液化ガスを導入してバブリングするものである。
以下、図１及び図２を参照して、撹拌装置１の各構成要素について詳細に説明する。
【００２５】
＜液化容器＞
液化容器１１は、ガス導入経路１０３を介してガス供給源１００と連通するガス導入部１３から導入された前記気体状態の低温液化ガスを冷却して液化し、液体状態の低温液化ガスＣを貯留するものである。
【００２６】
図１において、液化容器１１は、電極設備フランジ５３により上部が密閉された真空断熱槽５１内に収納され、液化容器１１に導入された前記低温液化ガスの沸点と平衡になるように冷却されている。
そして、液化容器１１内においては、液体状態の低温液化ガスＣ（液相）が貯留されるとともに、該液体状態の低温液化ガスＣの液面上方には気体状態の液化ガス（気相）が共存している。
【００２７】
＜バッファタンク＞
バッファタンク３１は、液体状態の低温液化ガスＣを撹拌するために液化容器１１に導入する気体状態の低温液化ガスを一時的に蓄積するものである。
【００２８】
＜加熱手段＞
加熱手段３３は、バッファタンク３１を外部から加熱することにより、バッファタンク３１内の前記気体状態の低温液化ガスを昇温させるものである。
バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスを昇温すると、バッファタンク３１内の圧力が上昇し、前記気体状態の低温液化ガスが電極管２２を介して液化容器１１内に導入される。
【００２９】
加熱手段３３の一例として、バッファタンク３１の外壁を加熱するヒーターと、バッファタンク３１の外壁温度を調節する温度調節計を備えたものが例示でき、これにより、バッファタンク３１の外壁温度が一定となるように加熱することができる。
【００３０】
このように、バッファタンク３１を外部から加熱することは、バッファタンク３１に蓄積されている低温液化ガスが可燃性ガスであっても自然発火温度を超えない限りにおいては着火せず、利用が可能である。
【００３１】
これに対し、バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスを直接加熱することは、着火の要因になるため避けるべきである。また、直接加熱において温度による自然着火の可能性を排除できたとしても、（ａ）着火される気体状態の低温液化ガスが存在する系内に配管材料、電極材料以外の物質（例えば発熱体であるニクロム線、炭素発熱体など）を共存させなければならず、それら表面の触媒作用等の影響を事前に調査する必要があること、（ｂ）気体状態の低温液化ガスを直接加熱するための通電電極と温度調節するための温度測定端を系内に導入する必要があり、装置が複雑な構成になること、等が問題となる。
そのため、バッファタンク３１を外部から加熱することは、装置の構成が最もシンプルであり、効果的と考える。
【００３２】
＜放電電極＞
放電電極２１は、液化容器１１に貯留された液体状態の低温液化ガスＣ中で放電して着火させるものであり、電極管２２と接地電極２３から構成されている。
【００３３】
電極管２２は、前記気体状態の低温液化ガスが流通可能な流路を有する管状部材からなるものであり、図１に示すように、電極管２２の一端側がバッファタンク３１に連通するように接続され、他端側が液化容器１１内に挿入されている。
そして、前記他端側の端部２２ａは、液化容器１１に貯留された液体状態の低温液化ガスＣに浸漬されている。
これにより、電極管２２は、バッファタンク３１に一時的に蓄積された前記気体状態の低温液化ガスが電極管２２内の前記流路を流通し、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣ中に導入されてバブリングする機能を有する。
【００３４】
接地電極２３は、図２に示すように、液化容器１１の内壁面に設けられたものであり、少量の低温液化ガスを液化容器１１に貯留した場合においても放電箇所を液体状態の低温液化ガスＣ中とするため、液化容器１１の底部１１ａに設置されている。
【００３５】
放電電極２１は90K以下の低温でも使用されるため、電極管２２は冷却時に熱収縮しても接地電極２３との電極間距離を調整可能に設けられたものであることが好ましい。そして、接地電極２３との電極間距離を精度良く再現するために、電極管２２の放電端である端部２２ａは斜めに切断した形状であることが望ましい。
【００３６】
特に、放電電極２１の放電端の熱容量が大きいと、放電着火した際に火炎伝播しにくいという知見もあるため、最小着火エネルギーの測定等においては端部２２ａを細くする必要がある。
【００３７】
電極管２２とバッファタンク３１とを電気的に絶縁するため、電極管２２は図２に示す樹脂継手２５のような絶縁性を有するシール部材を介してバッファタンク３１と接続される。
【００３８】
さらに、電極管２２が電極設備フランジ５３を貫通する電極管挿入管２７の内部に挿入されている場合（図２参照）、電極管２２への放電電力は、真空断熱槽５１の外部であって樹脂継手２５の位置よりも端部２２ａ側の位置に接続したケーブル又は接続端子などにより供給することができる。ただし、電極管２２は接地電極２３と電気的に絶縁する必要があるため、電極管挿入管２７を介して接地電極２３と導電する電極設備フランジ５３と電極管２２を絶縁する樹脂継手２９が設けられている。
【００３９】
なお、本実施の形態に係る放電電極２１は、正極と負極の２本の電極から構成されるものであることを排除するものではない。この場合、２本の電極のうち少なくとも一方の電極に電極管２２を用いればよい。
【００４０】
＜循環経路＞
循環経路４１は、ガス導入経路１０３と連結路４２から構成され、液化容器１１とバッファタンク３１とが連通するように接続し、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣ中に導入されてバブリングした気体状態の低温液化ガスをバッファタンク３１に戻すための流路である。図１において、連結路４２は、液化容器１１とガス供給源１００とを連通させるガス導入経路１０３とバッファタンク３１とを接続するものである。
【００４１】
循環経路４１は、図２に示すように、電極設備フランジ５３に第１ガス流路４５及び第２ガス流路４６を設け、電極管２２と電極管挿入管２７との隙間を流通する気体状態の低温液化ガスが第１ガス流路４５及び第２ガス流路４６を経てバッファタンク３１に戻るものであっても良く、液化容器１１内における液体状態の低温液化ガスＣの液面よりも上方（気相側）とバッファタンク３１とが連通するものであれば、循環経路４１の態様は問わない。
【００４２】
＜逆止弁＞
逆止弁４３は、連結路４２に設けられ、液化容器１１からバッファタンク３１へ向かう流通のみを許容するものである。
逆止弁４３を循環経路４１の途中に設けることにより、バッファタンク３１を加熱した際、バッファタンク３１に蓄積された気体状態の低温液化ガスが循環経路４１を逆流するのを防止する。
【００４３】
本実施の形態に係る撹拌装置１は、バッファタンク３１を外部から加熱することにより、バッファタンク３１内における気体状態の低温液化ガスの緩慢な加熱しかできないことや、該気体状態の低温液化ガスの温度制御が難しいことが懸念されるが、本発明のようなバブリングによる液体状態の低温液化ガスの撹拌目的への利用には大きな支障はない。
【００４４】
ただし、バッファタンク３１を常時加熱していると、液化容器１１の冷却とバッファタンク３１の加熱及び外部からの侵入熱の収支が同等になり、バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスが昇温せず、液化容器１１内への導入及びバブリングが起こらなくなるため、加熱手段３３においてはバッファタンク３１を間欠的に加熱する加熱制御機構（図示なし）を有することが望ましい。
【００４５】
このように、撹拌装置１においては、液化容器１１→循環経路４１→逆止弁４３→バッファタンク３１→電極管２２→液化容器１１に至る閉流路が形成され、加熱手段３３によりバッファタンク３１が間欠的に加熱されることで気体状態の低温液化ガスが前記閉流路を自己循環する。
そして、この自己循環の過程において、電極管２２を流通して液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣ中に気体状態の低温液化ガスが導入されてバブリングすることにより、不純物が混入されずに液体状態の低温液化ガスＣを撹拌することができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態に係る撹拌装置１は、図４に示すように、バッファタンク３１を強制的に冷却する冷却手段３５をさらに備え、バッファタンク３１を強制的に冷却するものであっても良い。
そして、冷却手段３５を備えることにより、バッファタンク３１内に一時的に蓄積された気体状態の低温液化ガスを液化容器１１に導入するサイクルを早くすることができ、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣを撹拌して組成を均一するのに要する時間を短縮することが可能となる。
【００４７】
なお、バッファタンク３１を間欠的に加熱する前記加熱制御機構、及び、バッファタンク３１を冷却する冷却手段３５を有することによる効果が得られる理由については後述する。
【００４８】
次に、本発明に係る低温液化ガスの撹拌方法について説明する。
本実施の形態に係る低温液化ガスの撹拌方法は、図１に示す撹拌装置１を用いて液化容器１１に貯留された低温液化ガスを撹拌するものであって、液化容器１１に挿入された電極管２２の他端側を液体状態の低温液化ガスＣ中に浸漬させ、バッファタンク３１に蓄積された気体状態の低温液化ガスの昇温と降温を交互に行い、バブリングを間欠的に行うことを特徴とするものである。
以下、図１及び図２に示す撹拌装置１の動作とともに本発明に係る低温液化ガスの撹拌方法を詳細に説明する。
【００４９】
まず、ガス供給源１００からガス導入経路１０３を経て導入された気体状態の低温液化ガスを冷却して液化し、液体状態の低温液化ガスＣを液化容器１１内に貯留する。
この時、図１に示すように、撹拌装置１においてガス供給源１００と液化容器１１とが連通するように接続するガス導入経路１０３の途中からバッファタンク３１とを接続する連結路４２を経て、バッファタンク３１に気体状態の低温液化ガスが蓄積される。
【００５０】
液化容器１１に所定量の液体状態の低温液化ガスＣを貯留した後、バルブ１０１を閉じ、加熱手段３３によりバッファタンク３１を外側から加熱する。
これにより、バッファタンク３１内に蓄積された気体状態の低温液化ガスが昇温して膨張し、バッファタンク３１内の圧力が上昇する。バッファタンク３１の加熱は、バッファタンク３１の外壁温度が一定となるように温度調節計などで制御する機構を有する加熱手段３３により行うことが好ましい。
【００５１】
バッファタンク３１の加熱を一定の温度で長時間継続すると、バッファタンク３１と液化容器１１とが温度平衡（平衡状態Ａ）となり、液化容器１１内に気体状態の低温液化ガスが導入されなくなりバブリングが停止してしまう。
【００５２】
そこで、バッファタンク３１の外壁の加熱を停止して自然冷却させると、平衡状態Ａが変化し、バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスが降温し圧力が低下する。
【００５３】
このとき、液化容器１１の気相圧力は平衡状態Ａにおける圧力を保ったままであり、バッファタンク３１内の圧力よりも高くなる。そのため、液化容器１１において液面が押し下げられることにより液相下部にある液体状態の低温液化ガスＣが電極管２２内に吸い上げられて液柱Ｄとなると共に（図３参照）、循環経路４１に設けた逆止弁４３はバッファタンク３１の方向に押圧される。
【００５４】
ここで、電極管２２内に吸い上げられた液柱Ｄの抵抗（液面の高低差による圧力差）よりも逆止弁４３のクラッキング圧が低い、すなわち、当該クラッキング圧を前記抵抗よりも低く設定しておくことで、液化容器１１内の前記気体状態の低温液化ガスは循環経路４１を流通してバッファタンク３１に戻される。
【００５５】
このように、バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスを昇温することにより、電極管２２を介して、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣ中に気体状態の低温液化ガスが導入され、バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスを降温することにより、循環経路４１を介して、液化容器１１内の気体状態の低温液化ガスがバッファタンク３１に戻される。すなわち、バッファタンク３１を間欠的に加熱することによりバッファタンク３１に蓄積された気体状態の低温液化ガスの昇温と降温を交互に行うことで、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣ中において気体状態の低温液化ガスを間欠的にバブリングすることができる。
【００５６】
なお、循環経路４１及び逆止弁４３を設けずにバッファタンク３１を冷却した場合においては、電極管２２に吸い上げられた液柱Ｄの表面から低温液化ガスが気化し、バッファタンク３１に戻される。
【００５７】
バッファタンク３１の冷却方法としては、前述のようにバッファタンク３１を自然冷却させるもので良いが、図４に示すように、冷却手段３５により強制冷却するものであっても良い。
【００５８】
冷却手段３５によりバッファタンク３１を強制冷却する場合においては、バッファタンク３１内の気体状態の低温液化ガスを速やかに降温して圧力を低下させることにより、液化容器１１に導入された気体状態の低温液化ガスを速やかにバッファタンク３１に戻すことができるため、気体状態の低温液化ガスのバブリング及び循環を繰り返すサイクルを早くすることが可能となり、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスＣを撹拌して組成を均一にするために要する時間を短縮することができる。
【００５９】
上記の説明は、低温液化ガスの組成については考慮していないものであったため、以下、低温液化ガスとして液体酸素と液体メタンの混合物を対象とする場合を例として説明する。
【００６０】
液体酸素と液体メタンの混合物を用いる場合、まず、酸素ガスを液化容器１１に導入して液化した後、メタンガスを液化容器１１に導入して液化して、液体酸素と液体メタンの混合物（液相）を貯留すると、液体酸素と液体メタンの比重はそれぞれ1.2及び0.4であるため、液化容器１１内の液相下部においては液体酸素濃度が高く、液相上部においては液体メタン濃度が高い領域が形成される。
【００６１】
そして、液体酸素と液体メタンの混合物の沸点と平衡になるように液化容器１１を冷却して一定温度に保った場合、上記のように液化容器１１内の液相に濃度差が形成されると、液体酸素中における液体メタンの拡散によって両者が完全混合し、液相内の濃度が均一になるまでには非常に長い時間を要する。
【００６２】
このように、比重の異なる低温液化ガスからなる混合物においては、液化容器１１内の液相の表層近傍においては比重の小さい成分が多い状態であり、液化容器１１の気相（気体状態の低温液化ガスの混合物）においても、液相の表層から気化した比重の小さい成分の分圧が高い状態となる。
【００６３】
ここで、バッファタンク３１を加熱し、バッファタンク３１内の圧力が液化容器１１における気相圧力と、液面から電極管２２の端部２２ａまでの液相圧力を足した圧力以上になると、バッファタンク３１に一時的に蓄積された気体状態の低温液化ガスが液化容器１１に供給され、液相において電極管２２の端部２２ａから気泡が発生し、バブリングする。そして、発生した気泡は液相内を上昇し、液相内の下部にある比重の大きい成分を撹拌する。
【００６４】
このとき、液化容器１１内の気相においては、比重の小さい低温液化ガス成分が多く含まれているので、バッファタンク３１の加熱を止めて冷却してバッファタンク３１内の圧力が低下すると、液化容器１１の気相に多く含まれる比重の小さい低温液化ガス成分が循環経路４１及び逆止弁４３を経てバッファタンク３１に戻る。
【００６５】
このように、循環経路４１と逆止弁４３を設けてバッファタンク３１を加熱することにより、気体状態の低温液化ガスが電極管２２を流通して液化容器１１内に導入されてバブリングし、その後、バッファタンク３１を冷却して液化容器１１内における気体状態の低温液化ガスをバッファタンク３１に戻すことにより、比重の重い液体状態の低温液化ガスを比重の軽い気体状態の低温液化ガスで撹拌できるため、より混合させやすくすることができる。
【００６６】
ここで、図４に示すように、バッファタンク３１の外側に配置した冷却手段３５によりバッファタンク３１を強制冷却することにより、気体状態の低温液化ガスのバブリングと循環のサイクルを早くすることができ、液化容器１１内の液体状態の低温液化ガスをより速やかに混合して濃度が均一な液相を形成する効果を奏する。
【実施例】
【００６７】
本発明に係る低温液化ガスの撹拌装置による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
【００６８】
本実施例では、図１に示す撹拌装置１を用い、低温液化ガスにはN2とCH4の混合物（N2＋CH4混合物）を用いた。なお、燃料となるCH4をN2との混合物とすることで、爆発の可能性を排除し、本発明の撹拌の効果を確認している。
【００６９】
まず、気体状態のN2＋CH4混合物を液化容器１１に導入し、冷却して液化した混合物（LN2＋LCH4混合液）を貯留した。
液化容器１１内においてLN2＋LCH4混合液が気液平衡状態に達した後、加熱手段３３を用いてバッファタンク３１を加熱した。そして、バッファタンク３１の外壁温度が一定となったら、加熱手段３３による加熱を停止し、バッファタンク３１を自然冷却した。
【００７０】
本実施例では、バッファタンク３１の加熱と自然冷却の１サイクルを５時間とし、バッファタンク３１の外壁温度を室温〜80℃の間で繰り返し変化させた。
【００７１】
さらに、本実施例では、バッファタンク３１の加熱と自然冷却のサイクルを繰り返している過程において、液化容器１１からバッファタンク３１に戻される気体状態のN2＋CH4混合物の一部をサンプリングし、サンプリングしたガスを質量分析計（図示なし）に導入してガス組成（CH4濃度）を測定した。
なお、上記サンプリングは、混合物のガス組成に影響がない頻度で行った。
【００７２】
図５に本実施例における結果を示す。
開始時においては、液体窒素LN2に比べて液体メタンLCH4の比重が小さいため、液化容器１１内の気相におけるCH4濃度は、液化する前のN2＋CH4混合物中におけるCH4濃度も高くなっている。
【００７３】
しかし、バッファタンク３１の加熱と自然冷却のサイクルを繰り返すことにより液化容器１１内におけるLN2+LCH4混合液が撹拌され、これに伴って気相中におけるCH4濃度は低くなる。そして、20時間程度経過すると、液化する前の気体状態におけるN2+CH4混合物中のCH4濃度とほぼ等しくなり、系内の組成が均一になった。
【００７４】
一方、間欠的に加熱を行わないと、LN2+LCH4混合液においては濃度差だけが撹拌（混合）のドライビングフォースとなるので、界面においては平衡状態になるまで混合するが、LN2+LCH4混合液の上層においては比重の軽い液（LCH4）が、又、下層においては比重の重い液（LN2）がそれぞれ組成100%に近い状態で安定していると予想されるため、系内の組成は均一にならないと考えられる。
【００７５】
以上より、本発明に係る低温液化ガスの撹拌装置及び方法によれば、液化容器に貯留した液体状態の低温液化ガスに気体状態の低温液化ガスを導入してバブリングさせ、前記液体状態の低温液化ガスを撹拌することにより、液体状態の低温液化ガスの組成を効率的に均一にできることが実証された。
【符号の説明】
【００７６】
１  撹拌装置
１１  液化容器
１１ａ  底部
１３  ガス導入部
２１  放電電極
２２  電極管
２２ａ  端部
２３  接地電極
２５  樹脂継手
２７  電極管挿入管
２９  樹脂継手
３１  バッファタンク
３３  加熱手段
３５  冷却手段
４１  循環経路
４２  連結路
４３  逆止弁
４５  第１ガス流路
４６  第２ガス流路
５１  真空断熱槽
５３  電極設備フランジ
１００  ガス供給源
１０１  バルブ
１０３  ガス導入経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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