JP2015183861A - 常温水式気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】下方から上方に流される液化ガスを常温水と間接接触させることで気化させる常温水式気化器において、下部領域における常温水の流速を広範囲にわたって大きくする。【解決手段】横置き配置され、内部に常温水が供給される筒状の本体容器１と、本体容器１の軸方向に沿って本体容器１の内部に配置され、下方から上方へ液化ガスが流される伝熱管束２と、本体容器１の軸方向から見て、本体容器１の内部かつ伝熱管束２の両側に配置された常温水案内板５と、伝熱管束２の下方から本体容器１の内部に常温水を供給する常温水供給管３と、伝熱管束２内の液化ガスとの熱交換により抜熱された水を伝熱管束２の上方から本体容器１の外部に排出する抜熱水排出管４と、を備える常温水式気化器１００において、常温水案内板５に、本体容器１の軸方向から見て、上方に向かうほど内側に狭まる傾斜部１４を設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＮＧなどの液化ガスを常温水の有する熱で気化させる常温水式気化器に関する。

ＬＮＧ（液化天然ガス）などの液化ガスを、流体の有する熱で気化させる流体式気化器として、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の常温水式気化器は、液化ガスが下方から上方に流れる伝熱管束に常温水を接触させることで、伝熱管束内の液化ガスの気化を行うものである。常温水を熱源流体とすることで、温水を容易に確保できない場所においても、液化ガスの気化を行うことができるものとなっている。

ここで、特許文献１の常温水式気化器では、低温の液化ガスが導入される下部領域において伝熱管表面で常温水が氷結することを抑制するため、伝熱管束の両側に常温水案内板が設けられており、当該案内板の間隔が下部領域で狭くなるよう構成されている。こうすることで、案内板の間隔が狭い下部領域では、案内板の間を流れる常温水の流速が大きくなり、下部領域における常温水の氷結を抑制できるとされている。

特開２０１３−１５５９１２号公報

しかしながら、特許文献１の常温水式気化器では、確かに下部領域において常温水の流速は大きくなっているものの、流速の大きな常温水が案内板に沿ってそのまま上部領域に流れる傾向が見られた（特許文献１の図３参照）。つまり、流速の大きな常温水を、下部領域において十分に有効活用できているとは言えず、この点において改良の余地があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、下方から上方に流される液化ガスを常温水と間接接触させることで気化させる常温水式気化器において、下部領域における常温水の流速を広範囲にわたって大きくし、常温水の氷結をより効果的に抑制することを目的とする。

本発明は、液化ガスと常温水とを間接接触させることで液化ガスを気化させる常温水式気化器であって、横置き配置され、内部に常温水が供給される筒状の本体容器と、前記本体容器の軸方向に沿って前記本体容器の内部に配置され、下方から上方へ液化ガスが流される伝熱管束と、前記本体容器の軸方向から見て、前記本体容器の内部かつ前記伝熱管束の両側に配置された常温水案内板と、前記伝熱管束の下方から前記本体容器の内部に常温水を供給する常温水供給管と、前記伝熱管束内の液化ガスとの熱交換により抜熱された水を前記伝熱管束の上方から前記本体容器の外部に排出する抜熱水排出管と、を備え、前記常温水案内板に、前記本体容器の軸方向から見て、上方に向かうほど内側に狭まる傾斜部が形成されていることを特徴とする。

本発明の常温水式気化器によれば、常温水供給管から供給された常温水が上方の抜熱水排出管に向かう際に、常温水の一部が傾斜部で跳ね返されて下方への反転流を形成する。このため、下部領域における常温水の流速が広範囲にわたって大きくなり、常温水の氷結をより効果的に抑制することができる。

常温水式気化器を示す軸方向に沿った断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本体容器内の常温水の流速分布を数値解析した結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態では、気化させる液化ガスをＬＮＧとしているが、気化対象はＬＮＧに限定されることはない。

（常温水式気化器の構成）
図１に示すように、常温水式気化器１００は、本体容器１、伝熱管束２、常温水供給管３、抜熱水排出管４などを具備してなる。この常温水式気化器１００は、ＬＮＧと常温水とを間接接触させることでＬＮＧを気化させる常温水式の気化器である。ここで、常温水とは、常温の水のことであり、熱したり冷やしたりしない自然な温度、例えば、１５〜３５℃程度の温度の水のことをいう。

（本体容器）
本体容器１は、その内部に常温水が供給される円筒状の容器であり、横置き配置される（本体容器１の軸方向が水平となるように設置される）。本体容器１の両端は、蓋板２２で閉止されている。また、本体容器１は脚部材８で支持されている。

（伝熱管束）
本体容器１の内部には、ＬＮＧが流される伝熱管束２が配置されている。伝熱管束２は、多数本の伝熱管１１と、伝熱管１１同士を接続する多数の１８０°リターンベンド１２（以下、リターンベンド１２と記載する）と、からなる伝熱管の束である。ＬＮＧは、伝熱管束２内を下方から上方に向かうように流されている。

伝熱管１１は直管であって、本体容器１の軸方向に沿って配置されている。伝熱管１１同士をリターンベンド１２で接続することで、伝熱管１１は、本体容器１の軸方向に沿って複数回１８０°折り返し配管されている。リターンベンド１２は、斜めを含む配置とされている。

ここで、伝熱管束２の上流側端部はＬＮＧ分配管２０に接続され、伝熱管束２の下流側端部は気化ガス合流管２１に接続されている。ＬＮＧ分配管２０は、ＬＮＧ受入管６から供給されたＬＮＧを伝熱管束２に分配供給するための管であり、ＬＮＧ受入管６に接続されている。本実施形態では、ＬＮＧ受入管６から供給されたＬＮＧを３経路（３パス）で伝熱管束２に流している。気化ガス合流管２１は、伝熱管束２内を複数の経路（複数パス）で流れて気化した気化ガス（ＮＧ）を１つにまとめるための管であり、気化ガス出口管７に接続されている。本実施形態では、伝熱管束２内を３経路で流れて気化した気化ガスを気化ガス合流管２１で１つにまとめている。

図２に示すように、伝熱管束２内を流れるＬＮＧの経路は複数あり、本実施形態では３経路（３パス）とされている。これらの３経路（３パス）のそれぞれに、本実施形態では７個のリターンベンド１２が設けられている。すなわち、伝熱管束２内の３経路（３パス）は、それぞれ、伝熱管１１が７回、折り返し配管されてなるものであり、本実施形態では直管部が８つ（８段）とされている。なお、パスの数、段数などは、本実施形態のものに限られることはない。

（常温水供給管）
常温水供給管３は、伝熱管束２の下方から本体容器１の内部に常温水を供給するための管である。常温水供給管３は、横置き配置された状態の本体容器１の下部側面に取り付けられた常温水供給用ヘッダー管１６（母管）と、常温水供給用ヘッダー管１６から分岐する複数本（本実施形態では２本）の常温水分配管１７（枝管）と、を有する。

常温水分配管１７は、本体容器１の内部であってその底部付近に、本体容器１の軸方向に沿って配管されている。また、常温水分配管１７は、伝熱管束２（伝熱管１１）の全長にわたって、伝熱管束２（最も下側の伝熱管１１）の下方に配管されている。

ここで、常温水分配管１７には、本体容器１の内部に常温水を供給するための複数の孔１７ａ（１７ｂ）が所定の間隔で開けられている。図２に示したように、これら複数の孔１７ａ（１７ｂ）は、本体容器１の軸方向から見て、斜め上方に向かって常温水が吹き出すように開けられている。なお、本実施形態では、孔１７ａ（１７ｂ）の位置は、鉛直方向から３０°傾いた位置とされており、孔１７ａから吐出された常温水は、後述の常温水案内板５の傾斜部１４に向かうように構成されている。また、孔１７ａと孔１７ｂとは、本体容器１の軸方向から見て左右対称の位置とされている。

（抜熱水排出管）
抜熱水排出管４は、ＬＮＧと常温水とが伝熱管１１を介して間接接触することで常温水が抜熱されてなる水（ＬＮＧとの熱交換により抜熱された水）を本体容器１の外部に排出するための管である。なお、本体容器１の外部に排出された低温の水を、常温に戻した後、常温水供給管３（常温水供給用ヘッダー管１６）に戻して、ＬＮＧを気化させる常温水として循環使用することが好ましい。本体容器１の外部に排出された低温の水を常温に戻す方法としては、例えば、当該排出された低温の水を、一旦、所定容量のタンクに受けて、常温水供給用ヘッダー管１６に戻されるまでに、自然に、常温にまで温度上昇させる、という方法がある。

抜熱水排出管４は、横置き配置された状態の本体容器１の上部側面に取り付けられた抜熱水排出用ヘッダー管１８（母管）と、抜熱水排出用ヘッダー管１８から分岐する複数本（本実施形態では２本）の抜熱水集水管１９（枝管）と、を有する。

抜熱水集水管１９は、本体容器１の内部であってその天井部付近に、本体容器１の軸方向に沿って配管されている。また、抜熱水集水管１９は、伝熱管束２（伝熱管１１）の全長にわたって、伝熱管束２（最も上側の伝熱管１１）の上方に配管されている。

ここで、抜熱水集水管１９には、抜熱された水を集水するための複数の孔１９ａ（１９ｂ）が所定の間隔で開けられている。図２に示したように、これら複数の孔１９ａ（１９ｂ）は、抜熱水集水管１９の側面に水平方向に開けられている。さらには、本体容器１の軸方向から見て、抜熱水集水管１９の側面中央部に、孔１９ａ（１９ｂ）が開けられている。なお、孔１９ａ（１９ｂ）は、必ずしも水平方向に開けられている必要はない。抜熱水集水管１９の側面中央部に孔１９ａ（１９ｂ）が位置する必要も必ずしもない。

（常温水案内板）
本体容器１の軸方向から見て、本体容器１の内部であって伝熱管束２の両側には、左右対称で一対の常温水案内板５（５ａ、５ｂ）が配設されている。この常温水案内板５（５ａ、５ｂ）は、本体容器１の軸方向に沿って、伝熱管束２（伝熱管１１）の全長にわたって配設されている。

常温水案内板５ａ（５ｂ）を構成する板材は、横置きされた本体容器１の内部に配設された状態で、鉛直方向に延びる上側鉛直部１３と、本体容器１の軸方向から見て、上側鉛直部１３よりも内側に配置され同様に鉛直方向に延びる下側鉛直部１５と、上側鉛直部１３の下端から下側鉛直部１５の上端まで延在する傾斜部１４と、を有する。つまり、傾斜部１４は、本体容器１の軸方向から見て、上方に向かうほど内側に狭まる形状とされている。なお、常温水案内板５ａ（５ｂ）は、１枚の板材が折り曲げられてなるものであってもよいし、複数枚の板材が溶接などにより接合されてなるものであってもよい。

以下の説明では、便宜上、一対の常温水案内板５ａ、５ｂとの間の領域のうち、上半分の領域（上側鉛直部１３の間の領域および傾斜部１４上部の間の領域）を上部領域、下半分の領域（下側鉛直部１５の間の領域および傾斜部１４下部の間の領域）を下部領域と称する。

本実施形態では、幅広の下部領域を有効利用して、伝熱管１１の折り返し回数が、上部領域よりも下部領域で多くなるように構成されている。換言すれば、上部領域よりも下部領域のほうにリターンベンド１２を多く配置し、伝熱管１１の段数を、上部領域よりも下部領域で多くしている。具体的には、上部領域では１経路（１パス）当たり直管部の段数が３段なのに対して、下部領域では１経路（１パス）当たり伝熱管１１の段数が５段とされている。

また、常温水案内板５ａ（５ｂ）の上端部にはガイド部材９が、下端部にはガイド部材１０が、それぞれ溶接などにより取り付けられている。一方で、本体容器１内の天井部付近には左右一対の支持部材２３が、底部付近には左右一対の支持部材２４が、それぞれ溶接などにより取り付けられている。ガイド部材９は支持部材２３に対して、ガイド部材１０は支持部材２４に対して、それぞれ本体容器１の軸方向に摺動自在となっている。ガイド部材９、１０および支持部材２３、２４は、いずれも山形鋼材（アングル鋼材）が用いられているが、これに限られることはない。なお、左右一対の支持部材２３の間に抜熱水排出管４（抜熱水集水管１９）が配置されており、左右一対の支持部材２４の間に常温水供給管３（常温水分配管１７）が配置されている。

常温水案内板５と伝熱管束２とは鋼材などで相互に固定され一体化されている。ＬＮＧ受入管６、ＬＮＧ分配管２０、気化ガス合流管２１、気化ガス出口管７、伝熱管束２、および常温水案内板５は、支持部材２３、２４に沿ってガイド部材９、１０を支持部材２３、２４に対して摺動させながら、一体で、本体容器１から抜き出せるようにされており、維持管理性に優れた構造となっている。

（ＬＮＧ気化ガスの製造）
ＬＮＧ受入管６の入口６ａから常温水式気化器１００へＬＮＧを供給する。供給されたＬＮＧは、ＬＮＧ分配管２０で３経路に分配され、それぞれ蛇行しながら下方から上方へ伝熱管束２を流れていく。一方で、常温水供給用ヘッダー管１６の入口１６ａから本体容器１内へ熱源流体として常温水を供給する。

供給された常温水は、一対の常温水案内板５ａ、５ｂの間を上昇していく。このとき、ＬＮＧと常温水とが伝熱管１１を介して間接接触することで、ＬＮＧは気化していく。気化ガス（ＮＧ）は、気化ガス合流管２１で合流した後、気化ガス出口管７の出口７ａから出ていく。ＬＮＧとの間接接触により抜熱された水は、抜熱水集水管１９で集水された後、抜熱水排出用ヘッダー管１８の出口１８ａから出ていく。

なお、伝熱管束２が配置されている一対の常温水案内板５ａ、５ｂとの間の領域のうち、基本的に下部領域は、主として液体状態のＬＮＧを気化させるための蒸発域である。これに対して、基本的に上部領域は、液体状態のＬＮＧが気化ガスに混在したままで本体容器１から出て行かないように、主として気化ガス（または、液体状態のＬＮＧが混在した気化ガス）を加温して、ＬＮＧを完全に気化させるための部分、すなわち、加温域である。

（作用・効果）
本実施形態では、本体容器１の軸方向から見て、伝熱管束２の両側に一対の常温水案内板５ａ、５ｂが配置されており、この常温水案内板５ａ（５ｂ）には、上方に向かうほど内側に狭まる傾斜部１４が形成されている。このような傾斜部１４を設けることで、常温水供給管３から供給された常温水が上方の抜熱水排出管４に向かう際に、常温水の一部が傾斜部１４で跳ね返されて下方への反転流を形成する。このため、液化ガスの蒸発域である下部領域における常温水の流速が大きくなり、かつ、その高流速域を広範囲に維持することができるため、常温水の氷結をより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、常温水案内板５が、本体容器１の軸方向に沿って、伝熱管束２の全長にわたって配置されている。このため、伝熱管束２の全長にわたって、下部領域における常温水の流速を大きくすることができ、常温水の氷結をより確実に抑制または防止することができる。

また、本実施形態では、常温水案内板５ａ（５ｂ）のうち傾斜部１４よりも下側の部分が、鉛直方向に沿って延びる下側鉛直部１５となっている。ここで、液化ガスの蒸発域である下部領域では、できるだけ断面積を小さくして、常温水の流速を大きくすることが望ましい。一方、断面積を小さくしすぎると、下部領域にて伝熱管１１を多く折り返させて配置することが難しくなり、液化ガスの気化効率が低下してしまうおそれがある。そこで、上述のように、傾斜部１４よりも下側の部分を下側鉛直部１５とすることにより、下部領域の断面積が適度なものとなり、下部領域における常温水の流速増大という要求と伝熱管１１の多段配置という要求とをバランスよく実現することができる。

また、本実施形態では、常温水供給管３（常温水分配管１７）から供給される常温水は、傾斜部１４に向かって吐出される。このため、常温水供給管３から供給された常温水を、積極的に傾斜部１４で跳ね返すことができ、下方への反転流がより形成されやすくなる。その結果、下部領域における常温水の流速を広範囲にわたって一層大きくすることができる。

また、本体容器１の軸方向から見て常温水供給管３（常温水分配管１７）の両側には、常温水案内板５の外側に常温水が流出することを抑制する流出抑制部材の機能を果たす支持部材２４が設けられている。このため、常温水供給管３から供給された常温水を、より確実に常温水案内板５の内側の領域、すなわち伝熱管束２が配置されている領域へ向かわせることができるので、常温水を無駄なく有効活用することができる。

（実施例）
図３は、本体容器１内の常温水の流速分布を数値解析した結果を示す図である。なお、流速の単位は［ｍ／ｓ］である。図３からわかるように、常温水供給管３（常温水分配管１７）から供給されて上方に向かう常温水は、傾斜部１４で跳ね返されることで反転流を形成しており、そのまま上部領域へ抜けていくことが抑えられている。このため、下部領域における常温水の流速が広範囲にわたって大きくなっている。

ここで、常温水の供給量を下部領域の断面積で割って算出した空塔速度は約０．００６［ｍ／ｓ］である。これに対し、下部領域における常温水の氷結を防止するためには、空塔速度の１０倍程度以上の流速が下部領域の伝熱管１１の周囲で生じていることが好ましい。本実施例では、下部領域の伝熱管１１の周囲において、概ね０．０６［ｍ／ｓ］以上と空塔速度の１０倍以上の高流速が達成されており、下部領域において氷結を有効に抑制できることが数値解析の結果からも示された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

例えば、上記実施形態では、常温水案内板５ａ（５ｂ）に傾斜部１４を１つだけ設ける構成としたが、常温水案内板５ａ（５ｂ）に複数の傾斜部１４を設ける構成としてもよい。また、傾斜部１４は、上方に向かうほど内側に狭まる形状であれば、例えば湾曲していても構わない。

１：本体容器
２：伝熱管束
３：常温水供給管
４：抜熱水排出管
５：常温水案内板
１３：上側鉛直部
１４：傾斜部
１５：下側鉛直部
２４：支持部材（流出抑制部材）
１００：常温水式気化器

Claims (5)

1. 液化ガスと常温水とを間接接触させることで液化ガスを気化させる常温水式気化器であって、
   横置き配置され、内部に常温水が供給される筒状の本体容器と、
   前記本体容器の軸方向に沿って前記本体容器の内部に配置され、下方から上方へ液化ガスが流される伝熱管束と、
   前記本体容器の軸方向から見て、前記本体容器の内部かつ前記伝熱管束の両側に配置された常温水案内板と、
   前記伝熱管束の下方から前記本体容器の内部に常温水を供給する常温水供給管と、
   前記伝熱管束内の液化ガスとの熱交換により抜熱された水を前記伝熱管束の上方から前記本体容器の外部に排出する抜熱水排出管と、
   を備え、
   前記常温水案内板に、前記本体容器の軸方向から見て、上方に向かうほど内側に狭まる傾斜部が形成されていることを特徴とする常温水式気化器。
2. 前記常温水案内板は、前記本体容器の軸方向に沿って、前記伝熱管束の全長にわたって配置されている常温水式気化器。
3. 前記常温水案内板のうち前記傾斜部よりも下側の部分が、鉛直方向に沿って延びる鉛直部となっている請求項１または２に記載の常温水式気化器。
4. 前記常温水供給管から供給される常温水は、前記傾斜部に向かって吐出される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の常温水式気化器。
5. 前記本体容器の軸方向から見て前記常温水供給管の両側には、前記常温水案内板の外側に常温水が流出することを抑制する流出抑制部材が設けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の常温水式気化器。