JPH04280801A - スラッシュ水素製造装置 - Google Patents

スラッシュ水素製造装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体水素と液体水素と
が共存しているスラッシュ水素を製造する装置に関する
。
【０００２】
【従来技術】従来、スラッシュ水素を製造する原理とし
ては、ジャケット内に液体ヘリウムを流し、内壁に固体
水素を氷結させ、スクリューにより壁面の固体水素を掻
き落とす間接冷却法、低温のガス状ヘリウムを液体水素
内に吹き込んでヘリウム導入管の先端に固体水素を生成
する直接冷却法、密閉容器内に液体水素を入れ、密閉容
器内を三重点以下の圧力に減圧して液表面部分に固体層
を発生させる連続減圧法、密閉容器内を三重点以下の圧
力に減圧して液表面に固体層を発生させたのち、密閉容
器の内圧を三重点以上の圧力にすることにより、表面固
体層の容器壁面との接触部分を融解させて液内に沈降さ
せる断続減圧法等が知られているが、効率よくスラッシ
ュ水素を製造する装置はいまだ開発されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】間接冷却法によるスラ
ッシュ水素の製造では、固体水素を生成する内壁とスク
リューとのクリアランス設定が微妙で、固体粒子径の均
一化が困難であるという問題があった。また、直接冷却
法によるスラッシュ水素の製造では、ヘリウム導入管の
先端に形成される固体水素がガス状ヘリウムの流れに沿
って筒状に成長することから、撹拌により固体水素を粉
砕する必要があり、この場合でも固体粒子径の均一化が
困難であるという問題がある。
【０００４】連続減圧法によるスラッシュ水素の製造で
は、液層の表面及び容器内周壁と接触している部分から
氷結することから、撹拌を行っても固体層が破砕されに
くく内部をスラッシュ状に形成するのが困難であるとい
う問題がある。一方、断続減圧法では、減圧により一旦
氷結した固体を真空度を落とすことにより、容器周壁部
分で融解し、液表面に形成された固体層を液中に沈降さ
せ、一定時間（数秒〜十数秒）毎に液体表面を気相に露
出させて固体層の発生を成長を促進することができるが
、この場合、固体粒子径を均一化することが困難である
うえ、大型化が困難であるという問題があった。本発明
は、このような点に着目してなされたものであり、固体
粒子径の整ったスラッシュ水素を効率よく製造すること
のできる製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、断続減圧法でのスラッシュ水素製造装
置において、断熱密閉容器の下部に液体水素給排路を接
続するとともに、断熱密閉容器の上部に排気路とヘリウ
ムガス供給路とを接続し、排気路に熱交換器と真空ポン
プとを断熱密閉容器側から順に配置し、断熱密閉容器内
に撹拌手段を配置し、この撹拌手段を断熱密閉容器外か
ら駆動可能に構成したことを特徴としている。
【０００６】
【作用】本発明では、断続減圧法でのスラッシュ水素製
造装置において、断熱密閉容器の下部に液体水素給排路
を接続するとともに、断熱密閉容器の上部に排気路とヘ
リウムガス供給路とを接続し、排気路に熱交換器と真空
ポンプとを断熱密閉容器側から順に配置し、断熱密閉容
器内に撹拌手段を配置し、この撹拌手段を断熱密閉容器
外から駆動可能に構成しているので、真空度を落として
固体層を沈降させた際に、撹拌手段による撹拌で固体を
破砕して固体の粒子径を均一化して液体に混合させるこ
とになる。この結果、流動性に優れたスラッシュ水素を
形成することができる。また、撹拌手段で固液混合を行
うことから、大きな内径の断熱密閉容器内で確実に氷結
させることができるから、スラッシュ水素の製造効率を
高め、短時間で大量のスラッシュ水素を形成することが
できることになる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明装置の概略構成図を示し、図２
は断熱密閉容器の断面図である。図において、符号（１
）は断熱密閉容器であり、この断熱密閉容器（１）に液
体水素を収容し、断熱密閉容器（１）内の圧力を水素の
三重点圧力（７　ｋＰａ）付近で上下させることにより
断熱密閉容器（１）内にスラッシュ水素を製造するよう
にしてある。
【０００８】断熱密閉容器（１）の下部には液体水素を
断熱密閉容器（１）内に供給するとともに、形成された
スラッシュ水素を排出する液体水素給排路（２）が接続
してあり、この液体水素給排路（２）に液体水素充填取
出弁（３）が配置してある。また、断熱密閉容器（１）
の上部には断熱密閉容器（１）内のガスを排出する排気
路（４）と断熱密閉容器（１）内に加圧用ヘリウムガス
を供給するヘリウムガス供給路（５）が接続してある。 排気路（４）には断熱密閉容器（１）側から開閉切換弁
（６）、熱交換器（７）、流量調整弁（８）、真空ポン
プ（９）が配置してあり、ヘリウムガス供給路（５）に
は流量調整弁（１０）と流路開閉弁（１１）がヘリウム
ガス供給源（図示略）側から順に配置してある。
【０００９】断熱密閉容器（１）は図２に示すように、
２重槽に形成してあり、内槽（１２）と外槽（１３）と
の間は真空断熱するとともに、内外槽間の温度差を小さ
くするために内外槽間の空間に外槽冷却用の液体窒素貯
蔵槽（１４）が配置してある。そして、内外各槽（１２
）（１３）には覗き窓（１５）がそれぞれ形成してあり
、この覗き窓（１５）が内槽（１２）内の液体水素の状
態を視認できるようにしてある。また、内槽（１２）の
内部に撹拌手段（１６）を配置し、この撹拌手段（１６
）の回転軸（１７）を断熱密閉容器（１）の上部開口（
１８）外に配置した駆動モータ（１９）で回転駆動させ
るように構成してある。そして、この撹拌手段（１６）
の回転軸（１７）と駆動モータ（１９）の出力軸とは磁
性体を使用したカップリング装置（２０）により非接触
状態で回転伝動可能に構成してある。
【００１０】２重槽で構成した断熱密閉容器（１）の内
槽（１２）内には、収容されている液体水素内に突入す
る状態に熱電対で形成した温度検出具（２１）と密度測
定具（２２）とが配置してある。なお、図中符号（２３
）は温度検出具（２１）や密度測定具（２２）の出力信
号を処理する制御装置、（２４）は覗き窓（１５）に対
応させて配置したビデオカメラであり、このビデオカメ
ラ（２４）により、液体水素の状態をモニタできるよう
にしてある。また、断熱密閉容器（１）の下部に配管さ
れている液体水素の給排路（２）は断熱処理が施されて
いる。
【００１１】次に、このスラッシュ水素製造装置を使用
してのスラッシュ水素の製造手順を説明する。十分に予
冷した断熱密閉容器（１）内に液体水素給排路（２）か
ら液体水素を供給する。この場合、断熱密閉容器（１）
内は大気圧であることから、液体水素温度は２０．３Ｋ
、断熱密閉容器内の圧力は１０１．４　ｋＰａ、液体水
素の密度は７０．８１ｋｇ／ｍ３である。そして、排気
路（４）を開通させて真空ポンプ（９）を作動させ、断
熱密閉容器（１）内の水素ガスを排出することにより、
断熱密閉容器（１）内を水素の三重点圧力である７．３
　ｋＰａまで減圧する。これにより、液体水素の液表面
部分及び内槽（１２）の器壁と接触している部分から氷
結を開始する。このとき、液体水素の温度は１３．８Ｋ
、密度は７７．０６ｋｇ／ｍ３、固体水素の温度は１３
．８Ｋ、密度は８６．６７ｋｇ／ｍ３である。
【００１２】そして、減圧後一定時間（１０秒前後）が
経過すると、排気路（４）の開閉切換弁（６）を閉弁し
、断熱密閉容器（１）内の内圧をわずかに高めることに
より、容器内の圧力は三重点圧力よりも高くなるから氷
結した水素は器壁からの入熱の影響をうけてその器壁と
接触している部分から融解剥離し、液表面部分で氷結し
ている固体水素はそのまま液体水素中に沈降する。この
とき、断熱密閉容器（１）内は撹拌手段（１６）で撹拌
されていることから、氷結している固体水素が破砕され
、小さな固体水素として液体水素中に混合される。
【００１３】真空度を落としてから一定時間（１０秒前
後）が経過すると、再び排気路（４）の開閉切換弁（６
）を開弁し、断熱密閉容器（１）から排気して断熱密閉
容器（１）内を三重点圧力まで減圧して、液体水素の表
面部分に固体水素を形成する。このような操作を繰り返
して、覗き窓（１５）からの目視結果あるいは、断熱密
閉容器（１）内で液体水素中に突入配置した密度測定具
（２２）で検出した液体水素密度が三重点温度での液体
水素密度（７７．０６ｋｇ／ｍ３）と三重点温度での固
体水素密度（８６．６７ｋｇ／ｍ３）との中間値（例え
ば、８１．５４ｋｇ／ｍ３）になると、断熱密閉容器（
１）内の圧力を三重点圧力に維持したまま数時間放置す
る。ここで数時間放置するのは、生成直後の固体水素粒
子はつのが突出した形状であることから流動性を阻害す
るが、生成後数時間経過した固体水素粒子はつのが取れ
た形状になって流動性を阻害しない形状に変化するから
である。
【００１４】一定の放置時間経過後、ヘリウムガス供給
路（５）の流量調整弁（１０）を開弁するとともに、液
体水素給排路（５）の液体水素充填取出弁（３）を開弁
して、密閉断熱容器（１）内に加圧用のヘリウムガスを
注入し、密閉断熱容器内（１）からたシャーベット状の
いわゆるスラッシュ水素を取り出す。
【００１５】
【発明の効果】本発明では、断続減圧法でのスラッシュ
水素製造装置において、断熱密閉容器の下部に液体水素
給排路を接続するとともに、断熱密閉容器の上部に排気
路とヘリウムガス供給路とを接続し、排気路に熱交換器
と真空ポンプとを断熱密閉容器側から順に配置し、断熱
密閉容器内に撹拌手段を配置し、この撹拌手段を断熱密
閉容器外から駆動可能に構成しているので、真空度を落
として固体層を沈降させた際に、撹拌手段による撹拌で
固体を破砕して固体の粒子径を均一化して液体に混合さ
せることができ、流動性に優れたスラッシュ水素を形成
することができる。また、撹拌手段で固液混合を行うこ
とから、大きな内径の断熱密閉容器内での固体粒子の混
合を均一化して氷結時の核を形成することができ、固体
粒子の生成速度を速めてスラッシュ水素の製造効率を高
め、短時間で大量のスラッシュ水素を形成することがで
きることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略構成図である。
【図２】断熱密閉容器の断面図である。
【符号の説明】
１…断熱密閉容器、　　　　　　　　　　　　　　　　
２…液体水素給排路、４…排気路、　　　　　　５…ヘ
リウムガス供給路、７…熱交換器、　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　９…真空ポンプ、１６…撹拌手
段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　断熱密閉容器（１）内に収容した液体
    水素を凍結−融解を繰り返すことによりスラッシュ水素
    を製造する装置であって、断熱密閉容器（１）の下部に
    液体水素給排路（２）を接続するとともに、断熱密閉容
    器（１）の上部に排気路（４）とヘリウムガス供給路（
    ５）とを接続し、排気路（４）に熱交換器（７）と真空
    ポンプ（９）とを断熱密閉容器（１）側から順に配置し
    、断熱密閉容器（１）内に撹拌手段（１６）を配置し、
    この撹拌手段（１６）を断熱密閉容器（１）外から駆動
    可能に構成したスラッシュ水素製造装置。
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