JP2645239B2 - 低温液化ガスの流下装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄肉飲料罐等における内圧確保又は化学物
質，薬品類の安定保存等を目的として罐，容器等に液体
窒素等の低温液化ガスを定量供給する場合に使用される
低温液化ガスの流下装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来からも、この種低温液化ガス流下装置としては種
々のものが開発されており、その代表的なものとして、
例えば、特開昭57−172217号，特開昭58−184395号又は
特公昭61−50200号公報に開示されたものがある。

しかし、何れのものにおいても、断熱容器に低温液化
ガスを供給する際にフラッシュ蒸発ガスが発生すること
によって、どうしても断熱容器内の圧力が変動し、断熱
容器内を一定圧に制御維持しておくことが困難であり、
その結果、低温液化ガスの流下量を正確に制御できない
といった問題がある。

すなわち、特開昭57−172217号公報には、断熱容器内
を大気圧に維持しておき、断熱容器への低温液化ガス供
給を液面制御センサからの信号で制御するようにした流
下装置が開示されているが、この装置においては、低温
液化ガスを収容する断熱容器内が外界に連通して大気圧
に維持されているから、流下する低温液化ガスの圧力は
液位の変動や低温液化ガスのフラッシュ蒸発による圧力
変動の影響を受けることを免れ得ず、必ずしも精密な圧
力制御が容易とは言い難く、したがって流下量の定量性
保持をなし得ない虞れがある。

また、特開昭58−184395号公報に開示されたもので
は、断熱容器内に圧力緩衝用断熱容器を設けて、低温液
化ガスを圧力緩衝用断熱容器内に一旦供給し、しかる
後、該圧力緩衝用断熱容器の流出口から断熱容器内に供
給するようにしてあり、圧力緩衝断熱容器内で発生する
気化ガスを気化ガス放出管から排出して、気化ガス圧に
よる断熱容器内の圧力変動を防止することによって、低
温液化ガス流下量の変化を少なくしてその定量性を確保
するように試みられているが、この装置においても、断
熱容器内部が放出管を介して大気に連通されているか
ら、低温液化ガスのフラッシュ蒸発による圧力変動の影
響を払拭するには至っていない。

また、上記両装置についていえることであるが、断熱
容器の断熱性能を長期に亘って確保することは相当に困
難であり、そのため、低温液化ガスのフラッシュ蒸発を
更に招き易いといった問題がある。しかも、断熱容器内
圧を大気圧に保持することから、低温液化ガスの流下速
度を高速化し得ない。

また、特公昭61−50200号公報には、低温液化ガスを
収容した断熱容器たる貯溜槽の気相空間に、圧力調整弁
を備えた気化ガス放出管を導くと共に、貯溜槽内の圧力
より高圧に保持した低温液化ガス供給用の元タンクにお
ける気化ガス部分を貯溜槽内圧設定用レギュレータを介
して連通接続して、前記圧力制御弁により貯溜槽内を一
定圧に制御維持するようにした溜下装置が開示されてい
るが、この装置においても、貯溜槽と元タンクとの内圧
差により、高圧の低温液化ガスを貯溜槽に供給する際に
低温液化ガスが貯溜槽内でフラッシュ蒸発し、実際上、
流下量に圧力変動による影響を与えないようにすること
は困難であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、断熱容器内の低温を安定に保ち、該容器内
における低温液化ガスのフラッシュ蒸発量を大幅に低減
して、断熱容器内の圧力変動を極力防止し、低温液化ガ
スの定量流下を正確且つ高速で行いうるようにした低温
液化ガス流下装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の低温液化ガスの流下装置は、液体窒素等の低
温液化ガスである被流下液を収容する第１液相領域と該
被流下液の気化ガスが充満する第１気相領域とを容れる
密閉状の断熱容器と、第１気相領域に配設されており、
前記被流下液と同種の低温液化ガスである冷却液を収容
する第２液相領域と該冷却液の気化ガスが充満する第２
気相領域とを形成される密閉状の冷却液容器と、被流下
液供給源から断熱容器周壁内の真空断熱層更に第２液相
領域を通過して断熱容器内に導かれており、被流下液を
冷却液容器内の冷却液と熱交換して冷却させた上で第１
液相領域に供給する被流下液供給路と、第１液相領域に
おける液位を検出して、これに基づいて被流下液供給路
からの被流下液供給量を制御する第１液位制御機構と、
冷却液供給源から断熱容器周壁内の真空断熱層を通過し
て冷却液容器内に導かれた冷却液供給路と、第２液相領
域における液位を検出して、これに基づいて冷却液供給
路からの冷却液供給量を制御する第２液位制御機構と、
第１液相領域から断熱容器外に導いた被流下液の流下通
路と、該流下通路からの被流下液の流下量を制御する流
下量制御機構と、第１気相領域から断熱容器外に導いた
第１気化ガス放出路と、断熱容器内の圧力を大気圧より
高圧の設定圧力に維持すべく、第１気化ガス放出量を制
御する圧力制御機構と、第２気相領域から断熱容器外に
導かれており、大気中に開口して冷却液容器内の圧力を
大気圧に維持する第２気化ガス放出路と、を具備するも
のである。

〔作用〕

第１及び第２液相領域における液位は、第１及び第２
液位制御機構により一定範囲に維持される。

被流下液と冷却液とは同種の低温液化ガスであるが、
冷却液容器内の冷却液温度は、冷却液容器内の圧力が大
気圧に維持されているため、断熱容器内の被流下液より
も低温となる。このため、被流下液供給路から断熱容器
内に供給される被流下液は、それが第２液相領域を通過
する間により低温の冷却液と熱交換されて、過冷却状態
つまり完全に液化された状態で断熱容器内に供給される
ことになる。したがって、断熱容器に被流下液が供給さ
れる際に生じるフラッシュガスの発生は極力防止され、
フラッシュガスの発生量を最小限に抑えることができ
る。その結果、低温液化ガスのフラッシュ蒸発による断
熱容器内の圧力変動は極力回避され、圧力制御機構によ
る圧力制御を正確に行うことができ、断熱容器内の圧力
を一定に維持することができる。

したがって、圧力容器の内圧を大気圧より高圧の一定
圧力に制御維持し得て、低温液化ガスの定量流下を正確
に行うことができ、しかもその高速化を図ることができ
る。

また、被流下液供給路及び冷却液供給路が断熱容器の
真空断熱層内を経過していることによって、真空断熱層
の残流ガスが冷却低温化され、その真空度が向上し、維
持されることになる。したがって、断熱容器の断熱性が
長期に亘って良好に確保され、フラッシュ蒸発量を更に
低減できる。

〔実施例〕

本発明の構成を第１図に示す実施例に基づいてより具
体的に説明する。

第１図は本発明に係る低温液化ガス流下装置の一例を
示した概略の縦断側面図であり、この装置における断熱
容器１は、上部開放状の容器本体２とその上部開口を閉
塞する蓋体３とからなる密閉状のものである。断熱容器
１は、耐低温性に富むステンレス鋼，アルミニウム，樹
脂材等によって構成されており、容器本体２の周壁2aは
内部を真空断熱層2bに形成した２重壁構造とした。この
実施例の断熱容器１は、内径110mm,外径140mm,高さ200m
mの円筒形状とした。

断熱容器１内には、被流下液供給源たる液体窒素供給
源４（圧力3.0Kg/cm²・G,容積175）から被流下液供給
路５を介して液体窒素たる被流下液６が供給されてお
り、この被流下液６が収容されている領域たる第１液相
領域1a上の空間領域たる第１気相領域1bには被流下液６
の気化ガスが充満している。

第１液相領域1aにおける被流下液６の液位は、第１液
位制御機構７により一定の範囲に維持されるようになっ
ている。すなわち、第１液位制御機構７は、断熱容器１
内の液位を検出する第１液位検出器８と、被流下液供給
路５に介設した第１開閉弁９と、検出器８による検出値
に基づいて弁９を開閉制御する制御器10とからなり、断
熱容器１内の液位が設定下限液位にまで下がると、開閉
弁９が開動制御されて、被流下液６を被流下液供給路５
から断熱容器１内に供給させ、しかる後液位が設定上限
液位に達すると、開閉弁９が閉動制御されて被流下供給
路５からの供給を停止させる機構である。

断熱容器１の底部には、第１液相領域1aから断熱容器
１外に導いた被流下液６の流下通路11が形成されてお
り、ここから断熱容器１内の被流下液６を流下排出させ
る。この流下通路11からの流下量は流下量制御機構12に
よって制御される。すなわち、この流下量制御機構12は
公知のものと同様であるから、その詳細は省略するが、
例えば、流下通路11の断熱容器内開口部にニードル弁13
を配設して、このニードル弁13を蓋体３上に配置した制
御装置14により制御することによって、被流下液６の流
下量ないし流下時間を適宜に調整しうる機構である。

第１気相領域1bには、蓋体３を貫通して断熱容器１外
に導かれた第１気化ガス放出路15が開口されており、こ
の第１気化ガス放出路15からの気化ガス放出量を圧力制
御機構16により制御することによって、断熱容器１内の
圧力を一定の設定圧力（100〜200mmAqの範囲で設定され
る）に維持できる。すなわち、この圧力制御機構16は、
断熱容器１内の圧力を検出する圧力検出器17と、第１気
化ガス放出路15に介設した圧力緩衝槽18（容積15）及
び圧力調整弁19と、圧力検出器17による検出値に基づい
て圧力調整弁19を制御する圧力制御器20とからなり、圧
力検出器17による検出値が設定値を超えると、調整弁19
を開動制御して第１気相領域1bの気化ガスを放出させ、
断熱容器１内の圧力が設定値に達すると、調整弁19を閉
動制御して第１気相領域1bからの気化ガス放出を停止さ
せる。

また、断熱容器１内には、第１気相領域1bつまり被流
下液６の上限液位より上位の空間領域に配して、中心部
にニードル弁挿通路21cを有する密閉円筒状の冷却液容
器21（外径90mm,高さ65mm）が設けられている。この冷
却液容器21内には、前記被流下液供給路５に分岐接続さ
れた冷却液供給路22を介して液体窒素たる冷却液23が供
給されており、この冷却液23が収容されている領域たる
第２液相領域21a上の空間領域たる第１気相領域21bには
冷却液23の気化ガスが充満している。ところで、この冷
却液容器21は断熱容器１と同様にステンレス鋼等の耐低
温性材で構成されるが、被流下液６の気化ガスによって
形成される冷気相領域1b内に配置されていることから、
断熱容器１の如き断熱構造としておく必要がなくなり、
構造の簡略化を図りうると共に、冷却液23の蒸発による
ロスを可及的に低減できる。

第２液相領域21aにおける冷却液23の液位は、第２液
位制御機構24により一定の範囲に維持される。すなわ
ち、第２液位制御機構24は、冷却溶液容器21内の液位を
検出する第２液位検出器25と、冷却液供給路22に介設し
た第２開閉弁26と、検出器25による検出値に基づいて弁
26を開閉制御する制御器27とからなり、冷却液容器21内
の液位が設定下限液位にまで下がると、開閉弁26が開動
制御されて、冷却液23を冷却液供給路22から冷却液容器
21内に供給させ、しかる後、液位が設定上限液位に達す
ると、開閉弁26が閉動制御されて冷却液供給路22からの
供給を停止させる。

第２気相領域21bには、蓋体３を貫通して断熱容器１
外に導かれた第２気化ガス放出路28が開口されており、
この第２気化ガス放出路28により第２気相領域21bを大
気中に開放して、冷却液容器21内の圧力を大気圧に維持
している。したがって、冷却液容器21内が大気圧に維持
されていることから、第２液相領域21bにおける冷却液2
3は被流下液６よりも低温（−196℃）に維持されること
になる。

前記被流下液供給路５は、断熱容器１の真空断熱相2b
内を経過した後断熱容器１内に導かれており、断熱容器
１内には、冷却液容器21の第２液相領域21aを経過した
後開口5aに至っている。第２液相領域21a内における被
流下液供給路部分5bは、該供給路部分5b内を通過する被
流下液６が冷却液容器21内の冷却液たる液体窒素23と効
果的に熱交換冷却されるように、高熱伝導性の伝熱管構
造としてあり、且つその伝熱面の増加を図るべくコイル
状に構成してある。したがって、被流下液６は上記した
如く−196℃に維持された冷却液23と熱交換されること
によって、過冷却状態とされた上で第１液相領域1aに供
給される。つまり、被流下液６は完全に液化された状態
で供給されることになり、そのフラッシュ蒸発が極めて
効果的に防止される。なお、この実施例では、上記熱交
換コイル5bを内径4mm,外径5mm,長さ11mのものに構成し
てある。

また、前記冷却液供給路22も、被流下液供給路５と同
様に、断熱容器１の真空断熱層2b内を経過した上で冷却
液容器21内に開口されている。この実施例では、冷却液
供給路22が真空断熱層2b内を螺旋状をなして通過せしめ
られていて、真空断熱層2b内における冷却液供給路22通
過距離を可及的に長尺化すべく図っている。勿論、真空
断熱層2a内における液流下液供給路部分5cも、同様に、
螺旋状にしておくことも可能である（第３図参照）。こ
のように、各供給路5,22が真空断熱層2b内を通過するこ
とにより、該層2b内の残留ガスが冷却低温化されて、断
熱層2bの真空度を高く維持して、その断熱効果を向上さ
せることができる。

なお、液体窒素たる被流下液６を被流下液供給路５か
ら断熱容器１に供給する場合、その初期の段階において
暖かい気化ガスが流入する虞れがあるが、この実施例で
は、かかる気化ガスの流入を次のようにして防止する。

すなわち、被流下液供給路５における第１供給量調整
弁９の介設点と冷却液供給路22の接続点との間に第３気
化ガス放出路29を接続し、被流下液供給路５内の温度を
温度検出器30で検出して、その検出温度が設定温度（大
略−180℃〜−196℃の範囲で設定）以上である場合にの
み、第３気化ガス放出路29の開閉弁31を制御器32により
開動制御して、被流下液供給路５内の気化ガスを排出路
29から排除する。このような構成とすることにより、冷
却液23による冷却負担率を低減できると共に、断熱容器
１内の圧力変動を更に防止できる。

ところで、上記した実施例装置を用いて、制御器20に
おける設定圧力を200mmAq及び1000mmAqとして夫々実験
をしたところ、断熱容器内圧の制御性は200mmAq±3mmAq
（1.5％）,1000mmAq±5mmAq（0.5％）となった。従来装
置では一般に±５〜10％であるから、圧力制御性能が大
幅に改善されていることが理解されよう。また、飲料罐
に液体窒素６を流下充填させた場合、その充填速度は20
0〜1500個／分となり、高速充填が可能となることが確
認された。さらに、断熱容器１の内圧を200mmAqに制御
し、充填速度を350個／分とした場合において、断熱容
器１からの放出変化量は0.25〜0.35m³/hであったが、真
空断熱層2b内の供給路部分5c,22a無しにして測定する
と、断熱容器１からの放出変化量は0.3〜0.4m³/hとな
り、更に冷却液容器21も外して測定すると、0.4〜5.0m³
/hとなった。これにより、冷却液容器21や供給路の断熱
層内部分5c,22aを設けた意義が更に確認された。

なお、被流下液６及び冷却液23として使用される低温
液化ガスとしては、上記した液体窒素の他、必要に応じ
て、アルゴン，液化炭化水素ガス（LPG）等の各種低温
液化ガスを選ぶことができる。また、上記実施例では、
被流下液供給源と冷却液供給源とを一の低温液化ガス供
給源４で兼用したが、個別に設けるようにしてもよいこ
とは勿論である。

さらに、断熱容器１及び冷却溶液器21の形状，各供給
路5,22の配管形状等の構成は、本発明の基本原理を逸脱
しない範囲においては任意であり、例えば第２図又は第
３図に示す如く構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解されるように、本発明の低
温液化ガスの流下装置にあっては、被流下液が冷却液と
の熱交換により過冷却状態で断熱容器に供給されること
から、断熱容器内における低温液化ガスのフラッシュ蒸
発が極力防止される。しかも、被流下液供給路及び冷却
液供給路が断熱容器の真空断熱層内を通過することか
ら、断熱層の真空度がより高く維持され、良好な断熱効
果を長期に亘って維持でき、このことによってフラッシ
ュ蒸発を更に有効に阻止できる。

したがって、本発明によれば、低温液化ガスのフラッ
シュ蒸発に起因する断熱容器内の圧力変動を防止して、
容器内圧力を容易に且つ確実に制御することができ、そ
の結果、断熱容器内の圧力変動による影響を回避して、
低温液化ガスの定量流下を正確且つ安定して行うことが
できる。しかも、断熱容器内を従来技術と異なって大気
圧より高圧に維持することから、低温液化ガスを高速流
下させることができ、飲料罐の生産等を極めて効率よく
行うことができる。また、フラッシュ蒸発量の極少化に
伴い、第１気相領域の容積を小さくしても断熱容器内圧
力の制御を良好に行うことが可能となり、断熱容器の小
形化延いては流下装置の小形化を支障なく実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る低温液化ガスの流下装置の一実施
例を示す概略の縦断側面図であり、第２図及び第３図は
夫々その変形例を示す第１図同様図である。 １……断熱容器、1a……第１液相領域、1b……第１気相
領域、２……容器本体、2a……周壁、2b……真空断熱
層、３……蓋体、４……被流下液供給源（冷却液供給
源）、５……被流下液供給路、６……被流下液、７……
第１液位制御機構、11……流下通路、12……流下量制御
機構、15……第１気化ガス放出路、16……圧力制御機
構、17……圧力検出器（圧力制御機構）、18……圧力緩
衝槽（圧力制御機構）、19……圧力調整弁（圧力制御機
構）、20……圧力制御器（圧力制御機構）、21……冷却
液容器、21a……第２液相領域、21b……第２気相領域、
22……冷却液供給路、23……冷却液、24……第２液位制
御機構、28……第２気化ガス放出路、29……第３気化ガ
ス放出路、30……温度検出器、31……開閉弁。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体窒素等の低温液化ガスである被流下液
   を収容する第１液相領域と該被流下液の気化ガスが充満
   する第１気相領域とを容れる密閉状の断熱容器と、第１
   気相領域に配設され、前記被流下液と同種の低温液化ガ
   スである冷却液を収容する第２液相領域と該冷却液の気
   化ガスが充満する第２気相領域とを容れる密閉状の冷却
   液容器と、被流下液供給源から断熱容器周壁内の真空断
   熱層に第２液相領域を通過して断熱容器内に導かれ、被
   流下液を冷却液容器内の冷却液と熱交換して冷却させた
   後第１液相領域に供給する被流下液供給路と、第１液相
   領域における液位を検出して、これに基づいて被流下液
   供給路からの被流下液供給量を制御する第１液位制御機
   構と、冷却液供給源から断熱容器周壁内の真空断熱層を
   通過して冷却液容器内に導かれた冷却液供給路と、第２
   液相領域における液位を検出して、これに基づいて冷却
   液供給路からの冷却液供給量を制御する第２液位制御機
   構と、第１液相領域から断熱容器外に導いた被流下液の
   流下通路と、該流下通路からの被流下液の流下量を制御
   する流下量制御機構と、第１気相領域から断熱容器外に
   導いた第１気化ガス放出路と、断熱容器内の圧力を大気
   圧より高圧の設定圧力に維持すべく、第１気化ガス放出
   路を制御する圧力制御機構と、第２気相領域から断熱容
   器外に導かれており、大気中に開口して冷却液容器内の
   圧力を大気圧に維持する第２気化ガス放出路と、を具備
   することを特徴とする低温液化ガスの流下装置
2. 【請求項２】前記被流下液供給源と冷却液供給源とが同
   一の低温液化ガス供給源であり、前記冷却供給路が前記
   被流下液供給路に分岐接続されたものであることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載する低温液化ガス
   の流下装置。
3. 【請求項３】前記圧力制御機構が、第１気相領域におけ
   るガス圧力を検出する圧力検出器と、第１気化ガス放出
   路に介設した圧力緩衝槽及び圧力調製弁と、この圧力調
   整弁を前記圧力検出器による検出値に基づいて制御する
   圧力制御器とを具備することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載する低温液化ガスの流下装
   置。
4. 【請求項４】前記被流下液供給路が、路内温度を検出す
   る温度検出器を装備すると共に、この温度検出器による
   検出温度に基づいて開閉制御される開閉弁を備えた第３
   気化ガス放出路を接続したものであることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載す
   る低温液化ガスの流下装置。