(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行船の浮揚ガスが充填された浮揚ガス嚢から不純物を含む浮揚ガスを取り出して回収する浮揚ガス回収路と、上記回収された浮揚ガスから水分を除去する水分除去槽と、上記水分除去された浮揚ガスから不純物を除去して浮揚ガスを精製する浮揚ガス精製装置と、上記精製された浮揚ガスを再び浮揚ガス嚢に充填する浮揚ガス充填路とを備え、水分除去槽の出口から浮揚ガス精製装置を回避して浮揚ガス精製装置の出口にガスを送るバイパス路が設けられ、上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転が可能となっていることを特徴とする飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項２】
上記浮揚ガス回収路で回収された浮揚ガスを昇圧する昇圧装置が設けられている請求項１記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項３】
上記浮揚ガス精製装置から排出された精製ガスを一時的に貯留したのち浮揚ガス充填路に供給する精製ガス貯留槽を備えた請求項１または２記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項４】
精製ガス貯留槽内の圧力を測定する圧力測定器を備え、上記精製ガス貯留槽内の圧力が所定の基準値以上になったときに昇圧装置が昇圧を休止するようになっている請求項２または３記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項５】
上記浮揚ガス充填路に、バックアップ用の浮揚ガスを供給するバックアップガス槽を備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項６】
精製ガス貯留槽から排出された精製ガスの供給圧力が、バックアップガス槽から排出されるバックアップガスの供給圧力より高くなるよう設定されている請求項５記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項７】
浮揚ガス精製装置から排出された精製ガスの不純物濃度を測定する純度測定器を備え、精製ガスの不純物濃度が上昇したときに、浮揚ガス嚢への精製ガスの供給を遮断してバックアップガスを充填するようになっている請求項５または６記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項８】
飛行船の浮揚ガス嚢内の圧力を測定する圧力測定器を備え、上記浮揚ガス嚢内の圧力が略一定範囲内に収まるように制御するようになっている請求項１〜７のいずれか一項に記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項９】
上記浮揚ガス嚢内の圧力が所定の基準値以上に上昇したときに浮揚ガス充填路の遮断弁を閉じるようになっている請求項８記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項１０】
上記浮揚ガス嚢内の圧力が所定の基準値以下に下降したときに浮揚ガス回収路の遮断弁を閉じるようになっている請求項８または９記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項１１】
上記浮揚ガス嚢内の圧力を大気圧以上で制御する請求項８〜１０のいずれか一項に記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項１２】
浮揚ガス充填路内の不純物濃度を測定する純度測定器を備え、浮揚ガス充填路内の不純物濃度が上昇したときに、浮揚ガス充填路および浮揚ガス回収路の遮断弁を閉じるようになっている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項１３】
浮揚ガス回収路内の不純物濃度を測定する純度測定器を備え、浮揚ガス回収路内の不純物濃度が所定の基準値以下になったときに、浮揚ガス充填路および浮揚ガス回収路の遮断弁を閉じるようになっている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項１４】
上記浮揚ガス精製装置によるヘリウムガスの純度アップに比べて水分除去槽から排出される浮揚ガスの水分量が多い場合に、上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転を実行するよう構成された請求項１〜１３のいずれか一項に記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項１５】
浮揚ガスの精製が終了した後に所定時間だけを上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転を実行するよう構成された請求項１〜１３のいずれか一項に記載の飛行船の浮揚ガス再生装置。
【請求項１６】
飛行船の浮揚ガスが充填された浮揚ガス嚢から不純物を含む浮揚ガスを取り出して回収する工程と、上記回収された浮揚ガスから水分を除去する水分除去工程と、上記水分除去された浮揚ガスから不純物を除去して浮揚ガスを精製する精製工程と、上記精製された浮揚ガスを再び浮揚ガス嚢に充填する工程とを備え、上記水分除去槽の出口から浮揚ガス精製装置を回避して浮揚ガス精製装置の出口にガスを送るバイパス路を連通させる水分除去重視の運転が可能となっていることを特徴とする飛行船の浮揚ガス再生方法。
【請求項１７】
上記浮揚ガス精製装置によるヘリウムガスの純度アップに比べて水分除去槽から排出される浮揚ガスの水分量が多い場合に、上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転を実行する請求項１６記載の飛行船の浮揚ガス再生方法。
【請求項１８】
浮揚ガスの精製が終了した後に所定時間だけを上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転を実行する請求項１６記載の飛行船の浮揚ガス再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛行船の浮揚ガスを回収し、精製して再充填する飛行船の浮揚ガス再生装置および方法に関するものであり、特に、成層圏プラットフォーム飛行船等の大型飛行船に好適な浮揚ガス再生装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、オゾンホール，地球温暖化，海洋汚染等の地球環境や災害等の監視、ならびに情報通信基盤の整備等の必要性から、成層圏プラットフォームの研究が盛んに行われており、航空宇宙技術の新分野として期待されている。
【０００３】
成層圏プラットフォームとは、気象条件が比較的安定した高度２０ｋｍ程度の成層圏に通信機材，観測センサ等が搭載された無人の飛行船を滞空させ、この飛行船を通信，放送，地球観測等に利用しようとするものであり、大いな可能性を秘めた構想として早期の実現化が望まれている。
【０００４】
ここで、成層圏に滞空するための飛行船では、地上近辺の低空で運航する現有の飛行船とは異なった技術が採用される。すなわち、成層圏は、−５６℃の低温，地上より強い紫外線，平均２５ｍ／ｓという強風，約５０ｈＰａという地上の１／２０程度の低い気圧等、地上とは全く異なる環境であることから、これらに耐えうる軽量な材料を用い、十分な浮力と滞空能力を備えた構造が採られている。
【０００５】
例えば、成層圏プラットフォーム用飛行船は、半硬式の構造様式のものが用いられ、船体自体は空気圧で形状を保つための外皮と内部の浮力ガス嚢とから構成されている。船体外皮に作用する浮力荷重は、カテナリー等を使って支持され、２つの空気バロネットが姿勢保持のため内蔵されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記成層圏プラットフォーム用飛行船では、浮力ガスとして一般にヘリウムガスが用いられている。浮力ガス嚢内のヘリウムガスは、打ち上げ時には約９７％以上の純度に保たれているが、飛行を終えて回収される際には、空気の漏れこみ等によって約９４％程度まで純度が低下することがわかっている。このため、成層圏プラットフォーム用飛行船では、飛行船を回収して再び打ち上るたびに浮力ガス嚢内のヘリウムガスを９７％以上の純度まで高める必要がある。
【０００７】
ところが、現在までの飛行船技術では、使用後のヘリウムガスを回収することなく廃棄して新しい高純度ヘリウムを充填する方法が採られていた。例えば、純度が９４％まで低下したヘリウムガスを容量の半分を廃棄して、１００％近い高純度ヘリウムガスを新たに充填すれば、浮力ガス嚢内のヘリウムガス純度を９７％まで高めることができる。
【０００８】
しかしながら、成層圏プラットフォーム用飛行船は、全長が約２００ｍと極めて大型であるため、浮力ガス嚢の容量も極めて大きなものとなり、回収・再打ち上げのたびに容量の半分ずつを廃棄しても、ヘリウムガスに要するコストは膨大なものとなる。加えて、地上に比べて厳しい環境の成層圏で飛行させるため、比較的短期間で回収してメンテナンスを行なう必要性も予測されることから、ヘリウムガスに要するコストをできるだけ低下させることが急務となっていた。
【０００９】
また、上記のように飛行船の浮力ガスを廃棄して高純度ガスを充填する作業を行なう場合、浮力ガスを抜き出す過程で飛行船の浮力低下を避けることができない。この場合、全長約２００ｍの極めて大型な成層圏プラットフォーム用飛行船では、浮力が低下すると船体や付属する機器を支える必要が生じ、支持台等の設備が必要になるうえ、自重で船体等を破損させないよう大型の支持台を採用しなければならなくなる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、浮力ガスの使用効率をあげて浮力ガスにかかるコストを大幅に節減でき、飛行船の浮力を保持したまま浮力ガスの回収と充填を行いうる飛行船の浮揚ガス再生装置および方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置は、飛行船の浮揚ガスが充填された浮揚ガス嚢から不純物を含む浮揚ガスを取り出して回収する浮揚ガス回収路と、上記回収された浮揚ガスから水分を除去する水分除去槽と、上記水分除去された浮揚ガスから不純物を除去して浮揚ガスを精製する浮揚ガス精製装置と、上記精製された浮揚ガスを再び浮揚ガス嚢に充填する浮揚ガス充填路とを備え、水分除去槽の出口から浮揚ガス精製装置を回避して浮揚ガス精製装置の出口にガスを送るバイパス路が設けられ、上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転が可能となっていることを要旨とする。
【００１２】
したがって、飛行船の浮揚ガス嚢内の純度低下した浮揚ガスを回収して精製し、精製された高純度の浮揚ガスを再び浮揚ガス嚢に充填して浮揚ガス嚢内の浮揚ガスを再生するため、従来と比べて浮揚ガスの使用効率が飛躍的に向上して廃棄量が大幅に少なくなり、浮揚ガスに要するコストを大幅に低下させることができる。また、この場合において、浮揚ガスの回収と精製ならびに再充填を連続的に行なうことにより、従来のような支持台を使用することなく、飛行船の浮力をある程度維持しながら船体を係留したままの状態で飛行船を再度打ち上げできる状態にすることが可能になる。また、浮揚ガスの精製に比べて水分除去には比較的時間を要することがあるため、浮揚ガス精製装置を回避したバイパス路を設けることにより水分除去重視の運転が可能となる。
【００１３】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、上記浮揚ガス精製装置によるヘリウムガスの純度アップに比べて水分除去槽から排出される浮揚ガスの水分量が多い場合に、上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転を実行するよう構成することができる。
また、本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、浮揚ガスの精製が終了した後に所定時間だけを上記バイパス路を連通させる水分除去重視の運転を実行するよう構成することができる。
【００１４】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、上記浮揚ガス回収路で回収された浮揚ガスを昇圧する昇圧装置が設けられている場合には、浮揚ガス嚢から回収された浮揚ガスを昇圧することにより、昇圧されたガス圧で精製ガスを再び浮揚ガス嚢に充填できることから、回収，精製および充填作業を連続的に行なえ、従来のような支持台を使用することなく、飛行船の浮力をある程度維持しながら船体を係留したままの状態で飛行船を再度打ち上げできる状態にすることが可能になる。また、浮揚ガス嚢から回収された浮揚ガスを効率的な精製が可能な圧力まで昇圧してから精製することが可能になり、精製効率を上げて浮揚ガスの再生に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、上記浮揚ガス精製装置から排出された精製ガスを一時的に貯留したのち浮揚ガス充填路に供給する精製ガス貯留槽を備えた場合には、精製ガスを一旦貯留してから浮揚ガス嚢に充填することにより、浮揚ガス精製装置が不連続的な運転で精製ガスを連続的に排出しなくても、浮揚ガスの回収と充填を連続的に行なえるようになる。
【００１６】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、精製ガス貯留槽内の圧力を測定する圧力測定器を備え、上記精製ガス貯留槽内の圧力が所定の基準値以上になったときに昇圧装置が昇圧を休止するようになっている場合には、浮揚ガス嚢に導入される精製ガスの異常上昇が防止され、浮揚ガス嚢内の圧力の異常上昇を未然に防ぐことができるようになる。
【００１７】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、上記浮揚ガス充填路に、バックアップ用の浮揚ガスを供給するバックアップガス槽を備えている場合には、浮揚ガス精製装置で浮揚ガスのロスがあった場合等にバックアップガスを供給することにより、浮揚ガスの減少を防止することができる。
【００１８】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、精製ガス貯留槽から排出された精製ガスの供給圧力が、バックアップガス槽から排出されるバックアップガスの供給圧力より高くなるよう設定されている場合には、バックアップガスよりも優先的に精製ガスが浮揚ガス嚢に導入されるため、バックアップガスの無駄な消費量を防止し、バックアップガスに要する不要なコストアップを避けることができる。
【００１９】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、浮揚ガス精製装置から排出された精製ガスの不純物濃度を測定する純度測定器を備え、精製ガスの不純物濃度が上昇したときに、浮揚ガス嚢への精製ガスの供給を遮断してバックアップガスを充填するようになっている場合には、浮揚ガス嚢内に純度の低い精製ガスが導入されてしまうのを防止し、再生された浮揚ガス嚢内の浮揚ガスの純度低下を防止するとともに、浮揚ガスの再生時間の延長等を防止できる。
【００２０】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、飛行船の浮揚ガス嚢内の圧力を測定する圧力測定器を備え、上記浮揚ガス嚢内の圧力が略一定範囲内に収まるように制御するようになっている場合や、上記浮揚ガス嚢内の圧力が所定の基準値以上に上昇したときに浮揚ガス充填路の遮断弁を閉じるようになっている場合、あるいは、上記浮揚ガス嚢内の圧力が所定の基準値以下に下降したときに浮揚ガス回収路の遮断弁を閉じるようになっている場合には、浮揚ガス嚢内の圧力の異常低下や異常上昇を防止できる。
【００２１】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、上記浮揚ガス嚢内の圧力を大気圧以上で制御する場合には、浮揚ガス嚢の急激な収縮を防止して船体を形状保持した状態で浮揚ガスの再生を行なうことができる。
【００２２】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、浮揚ガス充填路内の不純物濃度を測定する純度測定器を備え、浮揚ガス充填路内の不純物濃度が上昇したときに、浮揚ガス充填路および浮揚ガス回収路の遮断弁を閉じるようになっている場合には、浮揚ガス嚢内に純度の低い精製ガスが導入されてしまうのを防止し、再生された浮揚ガス嚢内の浮揚ガスの純度低下を防止するとともに、浮揚ガスの再生時間の延長等を防止できる。
【００２３】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置において、浮揚ガス回収路内の不純物濃度を測定する純度測定器を備え、浮揚ガス回収路内の不純物濃度が所定の基準値以下になったときに、浮揚ガス充填路および浮揚ガス回収路の遮断弁を閉じるようになっている場合には、浮揚ガス嚢内の浮揚ガスの純度が目標値に達したときに再生を自動的に終了し、いたずらな再生時間の延長が防止される。
【００２４】
また、本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法は、飛行船の浮揚ガスが充填された浮揚ガス嚢から不純物を含む浮揚ガスを取り出して回収する工程と、上記回収された浮揚ガスから水分を除去する水分除去工程と、上記水分除去された浮揚ガスから不純物を除去して浮揚ガスを精製する精製工程と、上記精製された浮揚ガスを再び浮揚ガス嚢に充填する工程とを備え、上記水分除去槽の出口から浮揚ガス精製装置を回避して浮揚ガス精製装置の出口にガスを送るバイパス路を連通させる水分除去重視の運転が可能となっていることを要旨とする。
【００２５】
このように、飛行船の浮揚ガス嚢内の純度が低下した浮揚ガスを回収して精製し、精製された高純度の浮揚ガスを再び浮揚ガス嚢に充填して浮揚ガス嚢内の浮揚ガスを再生するため、従来と比べて浮揚ガスの使用効率が飛躍的に向上して廃棄量が大幅に少なくなり、浮揚ガスに要するコストを大幅に低下させることができる。また、この場合において、浮揚ガスの回収と精製ならびに再充填を連続的に行なうことにより、従来のような支持台を使用することなく、飛行船の浮力をある程度維持しながら船体を係留したままの状態で飛行船を再度打ち上げできる状態にすることが可能になる。また、浮揚ガスの精製に比べて水分除去には比較的時間を要することがあるため、浮揚ガス精製装置を回避したバイパス路を設けることにより水分除去重視の運転が可能となる。
【００２６】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、上記浮揚ガス嚢から回収された浮揚ガスを昇圧してから精製する場合には、浮揚ガス嚢から回収された浮揚ガスを昇圧することにより、昇圧されたガス圧で精製ガスを再び浮揚ガス嚢に充填できることから、回収，精製および充填作業を連続的に行なえ、従来のような支持台を使用することなく、飛行船の浮力をある程度維持しながら船体を係留したままの状態で飛行船を再度打ち上げできる状態にすることが可能になる。また、浮揚ガス嚢から回収された浮揚ガスを効率的な精製が可能な圧力まで昇圧してから精製することが可能になり、精製効率を上げて浮揚ガスの再生に要する時間を短縮することができる。
【００２７】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、精製後の精製ガスを精製ガス貯留槽に一時的に貯留したのち浮揚ガス嚢に充填する場合には、精製ガスを一旦貯留してから浮揚ガス嚢に充填することにより、浮揚ガス精製装置が不連続的な運転で精製ガスを連続的に排出しなくても、浮揚ガスの回収と充填を連続的に行なえるようになる。
【００２８】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、精製ガス貯留槽内の圧力を測定し、上記精製ガス貯留槽内の圧力が所定の基準値以上になったときに昇圧装置が昇圧を休止する場合には、浮揚ガス嚢に導入される精製ガスの異常上昇が防止され、浮揚ガス嚢内の圧力の異常上昇を未然に防ぐことができるようになる。
【００２９】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、上記浮揚ガス嚢にバックアップ用の浮揚ガスを充填する場合には、浮揚ガス精製装置で浮揚ガスのロスがあった場合等にバックアップガスを供給することにより、浮揚ガスの減少を防止することができる。
【００３０】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、精製ガスの供給圧力がバックアップ用のバックアップガスの供給圧力より高くなるよう設定されている場合には、バックアップガスよりも優先的に精製ガスが浮揚ガス嚢に導入されるため、バックアップガスの無駄な消費量を防止し、バックアップガスに要する不要なコストアップを避けることができる。
【００３１】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、浮揚ガス精製装置から排出される精製ガスの不純物濃度を測定し、精製ガスの不純物濃度が上昇したときに、浮揚ガス嚢への精製ガスの供給を遮断してバックアップガスを充填する場合には、浮揚ガス嚢内に純度の低い精製ガスが導入されてしまうのを防止し、再生された浮揚ガス嚢内の浮揚ガスの純度低下を防止するとともに、浮揚ガスの再生時間の延長等を防止できる。
【００３２】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、飛行船の浮揚ガス嚢内の圧力を測定し、上記浮揚ガス嚢内の圧力が略一定範囲内に収まるように制御する場合や、上記浮揚ガス嚢内の圧力が所定の基準値以上に上昇したときに浮揚ガスの充填を遮断する場合、あるいは、上記浮揚ガス嚢内の圧力が所定の基準値以下に下降したときに浮揚ガスの回収を遮断する場合には、浮揚ガス嚢内の圧力の異常低下や異常上昇を防止できる。
【００３３】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、上記浮揚ガス嚢内の圧力を大気圧以上で制御する場合には、浮揚ガス嚢の急激な収縮を防止して船体を形状保持した状態で浮揚ガスの再生を行なうことができる。
【００３４】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、浮揚ガス嚢に充填される浮揚ガスの不純物濃度を測定し、上記不純物濃度が上昇したときに、浮揚ガスの充填および回収を遮断する場合には、浮揚ガス嚢内に純度の低い精製ガスが導入されてしまうのを防止し、再生された浮揚ガス嚢内の浮揚ガスの純度低下を防止するとともに、浮揚ガスの再生時間の延長等を防止できる。
【００３５】
本発明の飛行船の浮揚ガス再生方法において、浮揚ガス嚢から回収される浮揚ガスの不純物濃度を測定し、上記不純物濃度が所定の基準値以下になったときに、浮揚ガスの充填および回収を遮断する場合には、浮揚ガス嚢内の浮揚ガスの純度が目標値に達したときに再生を自動的に終了し、いたずらな再生時間の延長が防止される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施の形態の飛行船の浮揚ガス再生装置を示す図である。
【００３８】
図において１は飛行船、２は上記飛行船１の浮揚ガス（この例ではヘリウムガス）が充填されて飛行船１に浮力を発生させるヘリウムガス嚢である。
【００３９】
この装置は、上記ヘリウムガス嚢２から、空気の漏れこみ等によって純度低下し、不純物を含むヘリウムガスを取り出して回収するガス回収路３と、上記ガス回収路３により回収された低純度のヘリウムガスから不純物を除去して精製するヘリウム精製装置５と、上記ヘリウム精製装置５によって精製された精製ガスを再びヘリウムガス嚢２に充填するガス充填路４とを備えている。
【００４０】
上記ガス回収路３には、回収ガスタンク７，昇圧装置６，熱交換器８，水分除去槽９が設けられている。上記回収ガスタンク７は、ガス回収路３で回収された低純度のヘリウムガスを一時的に貯留する。このように、回収ガスを一時的に回収ガスタンク７に貯留してからヘリウム精製装置５に導入することにより、ヘリウム精製装置５が断続的に不純ガスの精製を行なう場合でも、ヘリウムガスの回収を連続的に行なえるようになる。
【００４１】
上記昇圧装置６は、回収ガスタンク７に貯留された不純ガスを、ヘリウム精製装置５に導入する前に昇圧する。このようにすることにより、ヘリウムガス嚢２から回収されたヘリウムガスを、ヘリウム精製装置５により効率的な精製が可能な圧力（例えば０．７ＭＰａ・Ｇ程度）まで昇圧してから精製することができ、精製効率を上げてヘリウムガスの再生に要する時間を短縮することができる。
【００４２】
また、昇圧されたガス圧で精製ガスを再びヘリウムガス嚢２に充填できることから、回収，精製および充填の一連の再生作業を連続的に行なえ、飛行船１の浮力をある程度維持しながら船体を係留したままの状態で飛行船１を再度打ち上げできる状態にすることが可能になる。なお、上記昇圧装置６としては、具体的には、ファン，ブロア，圧縮機等を用いることができるが、これらに限定するものではない。
【００４３】
上記熱交換器８は、昇圧された不純ガスを水等の冷熱媒体と熱交換させて冷却する。また、上記水分除去槽９は、圧縮された不純ガス中に含まれる水分を吸着等によって除去する。図において、１０は水分除去槽９中を減圧する真空ポンプである。
【００４４】
上記水分除去槽９での水分除去を吸着によって行なう場合、吸着材としては、例えば、シリカゲル，活性炭，アルミナ，モレキュラーシーブ（合成ゼオライト）等、各種のものを用いることができる。なお、例えば、不純ガスを冷凍機等で冷却してガス中の水分を結露させて除去する等、吸着以外の手法で水分除去を行なうこともできる。
【００４５】
上記ヘリウム精製装置５は、吸着材として活性炭や合成ゼオライト等が充填された複数（この例では３つ）の精製塔１１ａ，１１ｂ，１１ｃを備え、３つの精製塔１１ａ，１１ｂ，１１ｃでそれぞれ吸着工程，再生工程，充圧工程を順次切り替えて運転することにより、略連続的にヘリウムガスの精製を行ない得るようになっている。
【００４６】
吸着工程の精製塔１１ａでは、下部から供給された不純ガスが内部の活性炭や合成ゼオライト等の吸着材と接触して不純物である空気（窒素および酸素）が吸着除去され、純度９９．８％以上の精製ガスとして上部より排出される。
【００４７】
再生工程の精製塔１１ｂでは、吸着終了後に脱着ガス回収タンク１２に大気圧になるまでのヘリウムガスを主体とする脱着ガスを導入し、真空ポンプ１３により精製塔１１ｂ内を約２６６６４Ｐａ（約２００Ｔｏｒｒ）以下程度に減圧して吸着材に吸着された窒素および酸素を脱着して吸着材の再生を行なう。
【００４８】
充圧工程の精製塔１１ｃでは、窒素および酸素の脱着が終了した精製塔１１ｃ内にヘリウムガスを主体とする脱着ガスまたはヘリウムガスを導入して精製に適当な圧力（この例では０．７ＭＰａ・Ｇ程度）まで昇圧する。
【００４９】
この装置では、ヘリウム精製装置５から排出された精製ガスを一時的に貯留したのちガス充填路４に供給する精製ガス貯留槽１４を備えている。このように、精製ガスを一旦貯留してからヘリウムガス嚢２に充填することにより、ヘリウム精製装置５に異常等が生じて不連続的な運転となり、精製ガスを連続的に排出できなくても、ヘリウムガスの充填を連続的に行なえる。
【００５０】
また、この装置は、ガス充填路４に、バックアップ用のヘリウムガスを供給するバックアップガス槽１５を備えている。バックアップ用のヘリウムガスとしては、例えば、純度９９．９％以上の高純度ヘリウムガスが用いられる。これにより、ヘリウム精製装置５でヘリウムガスのロスがあった場合等にバックアップガスを供給し、ヘリウムガスの減少を防止することができる。また、後述するように、ヘリウム精製装置５に異常が生じて必要な純度まで精製できなかった場合等にバックアップガスを供給し、連続的な精製ガスの充填が可能になる。
【００５１】
さらに、この装置では、水分除去槽９の出口（すなわちヘリウム精製装置５の入口）から精製ガス貯留槽１４の入口（すなわちヘリウム精製装置５の出口）にわたってヘリウム精製装置５を回避してガスを送るバイパス路２８が設けられている。ヘリウムの精製に比べて水分除去には比較的時間を要することがあるため、上記のようにヘリウム精製装置５を回避したバイパス路２８を設けることにより、ヘリウム精製工程を行なわずに水分除去工程を実行する運転が可能となる。
【００５２】
また、この例では、上記バイパス路２８には開閉弁２７が設けられるとともに、水分除去槽９の出口近傍には水分量測定器Ａ４が設けられている。そして、ヘリウムガスの純度アップに比べて上記水分量測定器Ａ４で検出される水分量が多い場合に上記開閉弁２７を開いてバイパス路２８を連通させ、ヘリウム精製工程を行なわずに水分除去工程を実行する運転を行なうことができる。
【００５３】
なお、上記バイパス路２８を使用した水分除去工程重視の運転は、上述したように水分量を測定しながら水分の除去度合いに合わせて実行することもできるし、ヘリウムの精製が終了した後、タイマー等により一定時間を水分除去重視の運転を継続することにより実行するようにしてもよい。
【００５４】
この装置では、上記ガス回収路３に、緊急遮断弁２０，ヘリウムガス嚢２内の圧力を調整する圧力調整弁２１およびヘリウムガス嚢２内のガスを放出する放出弁２２が設けられている。一方、上記ガス充填路４には、緊急遮断弁２３と、ヘリウムガス嚢２内の圧力を調整する圧力調整弁２４とが設けられている。
【００５５】
また、上記精製ガス貯留槽１４から排出される精製ガスをガス充填路４に導入する精製ガス導入路１６には遮断弁２５が設けられ、バックアップガス槽１５から排出されるバックアップガスをガス充填路４に導入するバックアップガス導入路１７には、ガス充填路４に供給するバックアップガスの供給圧力を調節する圧力調整弁２６が設けられている。
【００５６】
さらに、この装置では、飛行船１のヘリウムガス嚢２内の圧力を測定する圧力測定器Ｐ１を備えている。そして、上記圧力測定器Ｐ１で測定されるヘリウムガス嚢２内の圧力が所定の基準値以上に上昇したときにガス充填路４の緊急遮断弁２３を閉じたり、ガス回収路３の放出弁２２を開けてヘリウムガス嚢２内のガスを放出したり、あるいは、ガス回収路３やガス充填路４の圧力調整弁２１，２４を調整することにより、ヘリウムガス嚢２内の圧力の異常上昇を防止するようになっている。
【００５７】
また、上記圧力測定器Ｐ１で測定されるヘリウムガス嚢２内の圧力が所定の基準値以下に下降したときにガス回収路３の緊急遮断弁２０を閉じたり、ガス回収路３やガス充填路４の圧力調整弁２１，２４を調整したりすることにより、ヘリウムガス嚢２内の圧力の異常下降を防止するようになっている。
【００５８】
このようにして、上記ヘリウムガス嚢２内の圧力が略一定範囲内に収まるように制御される。この場合において、ヘリウムガス嚢２内の圧力は、大気圧以上を保持した状態で制御するのが好ましく、より好適には、３００Ｐａ・Ｇ以上を保持した状態で制御するのが好ましい。このようにすることにより、ヘリウムガス嚢２の急激な収縮を防止して半硬式構造の船体を形状保持した状態でヘリウムガスの再生を行なうことができる。また、形状保持のための空気圧制御等の必要性も少なくなり、ヘリウム再生に伴う作業や工程の増加を防止することができる。
【００５９】
さらに、この装置では、精製ガス貯留槽１４内の圧力を測定する圧力測定器Ｐ２を備えている。そして、上記圧力測定器Ｐ２で測定される精製ガス貯留槽１４内の圧力が所定の基準値以上になったときに、昇圧装置６の運転を休止等することにより、昇圧を休止するようになっている。このようにすることにより、ヘリウムガス嚢２に導入される精製ガスの異常上昇が防止され、ヘリウムガス嚢２内の圧力の異常上昇を未然に防ぐことができるようになる。また、ヘリウム精製装置５や精製ガス貯留槽１４，ガス充填路４等の処理系全体のガス圧の異常上昇を防止して安全で安定した運転が図られる。
【００６０】
この場合において、圧力測定器Ｐ２で測定される精製ガス貯留槽１４内の圧力が略一定範囲内に収まるように制御するのが好ましい。このようにすることにより、ヘリウム精製装置５内のガス圧を略一定に制御し、安定したヘリウム精製が可能となる。また、ガス充填路４のガス圧を略一定化し、後述するようにバックアップガスの供給圧力を制御しやすくなって、安定した運転を図ることができる。
【００６１】
また、この装置では、バックアップガス槽１５のバックアップガスをガス充填路４に導入するバックアップガス導入路１７に、バックアップガス槽１５から排出されてガス充填路４に導入されるバックアップガスの供給圧力を測定する圧力測定器Ｐ３が設けられている。そして、上記圧力測定器Ｐ３で測定されるバックアップガスの供給圧力が、精製ガス貯留槽１４から排出されてガス充填路４でヘリウムガス嚢２に供給される精製ガスの供給圧力よりも少し低くなるよう（すなわち精製ガスの供給圧力がバックアップガスの供給圧力より高くなるよう）バックアップガス導入路１７の圧力調整弁２６を制御するようになっている。
【００６２】
このようにすることにより、バックアップガス槽１５から供給されるバックアップガスよりも、精製ガス貯留槽１４から供給される精製ガスが優先的にヘリウムガス嚢２に導入されるため、バックアップガスの無駄な消費を防止し、バックアップガスに要する不要なコストアップを避けることができる。
【００６３】
さらに、この装置では、ヘリウム精製装置５から排出されて精製ガス貯留槽１４内に貯留されている精製ガスの不純物濃度を経時的に測定する純度測定器Ａ２を備えている。そして、精製ガス貯留槽１４内の精製ガスの不純物濃度が上昇したときに、精製ガス導入路１６の遮断弁２５を閉じて精製ガスの供給を遮断し、ヘリウムガス嚢２にバックアップガスを充填するようになっている。このようにすることにより、ヘリウムガス嚢２内に純度の低い精製ガスが導入されてしまうのを防止し、再生されたヘリウムガス嚢２内のヘリウムガスの純度低下を防止するとともに、ヘリウムガスの再生時間の延長等を防止できる。
【００６４】
また、この装置では、ガス充填路４にガス充填路４内の不純物濃度を経時的に測定する純度測定器Ａ３を備えている。そして、ガス充填路４内の不純物濃度が上昇したときに、ガス充填路４およびガス回収路３の緊急遮断弁２３，２０を閉じるようになっている。このようにすることにより、ヘリウムガス嚢２内に純度の低い精製ガスが導入されてしまうのを防止し、再生されたヘリウムガス嚢２内のヘリウムガスの純度低下を防止するとともに、ヘリウムガスの再生時間の延長等を防止できる。
【００６５】
さらに、この装置では、ガス回収路３内の不純物濃度を経時的に測定する純度測定器Ａ１を備え、ガス回収路３内の不純物濃度が所定の基準値以下になったときに、ガス充填路４およびガス回収路３の緊急遮断弁２３，２０を閉じてヘリウム再生作業を終了するようになっている。このようにすることにより、ヘリウムガス嚢２内のヘリウムガスの純度が目標値に達したときに再生を自動的に終了し、いたずらな再生時間の延長が防止される。
【００６６】
上記飛行船のヘリウムガス再生装置を用い、例えば、つぎのようにしてヘリウムガスの再生が行なわれる。
【００６７】
すなわち、まず、飛行船１のヘリウムガスが充填されたヘリウムガス嚢２から空気等の不純物を含んで純度が約９４％程度まで低下したヘリウムガスをガス回収路３から取り出し、回収ガスタンク７に一時的に貯留する。ついで、回収ガスタンク７に貯留された低純度ガスを昇圧装置６で効率的に精製できる圧力（この例では０．７ＭＰａ・Ｇ）まで圧縮し、熱交換器８で冷却したのち水分除去槽９で水分除去を行なう。
【００６８】
つぎに、水分除去された低純度ガスをヘリウム精製装置５に導入して不純物である空気成分を吸着除去し、約９８．５％以上の純度まで精製を行なう。ヘリウム精製装置５で精製された精製ガスは、精製ガス貯留槽１４に一時的に貯留され、精製ガス導入路１６およびガス充填路４を介して飛行船１のヘリウムガス嚢２に充填される。
【００６９】
このとき、ヘリウム精製装置５によってある程度ヘリウムガスのロスが発生することから、このロス分を補うためにバックアップガス槽１５に貯留されたバックアップ用のヘリウムガスをバックアップガス導入路１７を介してガス充填路４に供給する。
【００７０】
このような不純ガスの回収，精製による不純物除去，精製ガスの再充填の一連の工程を繰り返すことにより、徐々にヘリウムガス嚢２内のヘリウムガスの純度を高くして、ガス回収路３に設けられた純度測定器Ａ１の測定値が目標純度である９７％以上になった時点で再生を終了する。
【００７１】
このように、上記飛行船のヘリウムガス再生装置および方法によれば、飛行船のヘリウムガス嚢２内の純度低下したヘリウムガスを回収して精製し、精製された高純度のヘリウムガスを再びヘリウムガス嚢に充填してヘリウムガス嚢２内のヘリウムガスを再生するため、従来と比べてヘリウムガスの使用効率が飛躍的に向上して廃棄量が大幅に少なくなり、ヘリウムガスに要するコストを大幅に低下させることができる。また、ヘリウムガスの回収と精製ならびに再充填を連続的に行なうことにより、従来のような支持台を使用することなく、飛行船の浮力をある程度維持しながら船体を係留したままの状態で飛行船を再度打ち上げできる状態にすることが可能になる。
【００７２】
なお、上記実施の形態では、飛行船の浮揚ガスとしてヘリウムガスを用いた例を示したが、これに限定するものではなく、飛行船に浮力を与えて浮揚させうるガスであれば、各種のガスを適用することができる。
【００７３】
また、上記実施の形態において、ヘリウム精製装置５としては、上述したものだけではなく、純度低下したヘリウムガスを純度約９７％以上程度まで精製することができるものであれば、特に限定するものではない。例えば、圧力変動吸着法，温度変動吸着法，膜分離法，液化分離法等、各種の精製手法が適用された精製装置を用いることができる。また、精製対象とする浮揚ガスの種類等に応じて適宜の精製装置を適用することが可能である。
【００７４】
また、本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置および方法は、成層圏プラットフォーム飛行船のような大型の飛行船において優れた効果を発揮するが、本発明の適用範囲を成層圏プラットフォーム飛行船に限定する趣旨はなく、地上近辺の低空飛行を行なう通常の飛行船に適用することも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、飛行船の浮揚ガス嚢内の純度低下した浮揚ガスを回収して精製し、精製された高純度の浮揚ガスを再び浮揚ガス嚢に充填して浮揚ガス嚢内の浮揚ガスを再生するため、従来と比べて浮揚ガスの使用効率が飛躍的に向上して廃棄量が大幅に少なくなり、浮揚ガスに要するコストを大幅に低下させることができる。また、この場合において、浮揚ガスの回収と精製ならびに再充填を連続的に行なうことにより、従来のような支持台を使用することなく、飛行船の浮力をある程度維持しながら船体を係留したままの状態で飛行船を再度打ち上げできる状態にすることが可能になる。また、浮揚ガスの精製に比べて水分除去には比較的時間を要することがあるため、浮揚ガス精製装置を回避したバイパス路を設けることにより水分除去重視の運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の飛行船の浮揚ガス再生装置の一実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１    飛行船
２    ヘリウムガス嚢
３    ガス回収路
４    ガス充填路
５    ヘリウム精製装置
６    昇圧装置
７    回収ガスタンク
８    熱交換器
９    水分除去槽
１０    真空ポンプ
１１ａ  精製塔
１１ｂ  精製塔
１１ｃ  精製塔
１２    脱着ガス回収タンク
１３    真空ポンプ
１４    精製ガス貯留槽
１５    バックアップガス槽
１６    精製ガス導入路
１７    バックアップガス導入路
２０    緊急遮断弁
２１    圧力調整弁
２２    放出弁
２３    緊急遮断弁
２４    圧力調整弁
２５    遮断弁
２６    圧力調整弁
２７    開閉弁
２８    バイパス路
Ａ１    純度測定器
Ａ２    純度測定器
Ａ３    純度測定器
Ａ４    水分量測定器
Ｐ１    圧力測定器
Ｐ２    圧力測定器
Ｐ３    圧力測定器
【図１】
0004036435.tif 000002