JP2000304469A

JP2000304469A - 流体の相変換器

Info

Publication number: JP2000304469A
Application number: JP11112479A
Authority: JP
Inventors: Akira Honda; 旭本田; Shizuo Yokota; 静夫横田
Original assignee: NKK Plant Engineering Corp
Current assignee: NKK Plant Engineering Corp
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】小型でかつ過熱蒸気を効率よく発生させると
共に、沸点の異なる成分のものを分離して気化又は凝縮
し得る流体の相変換器を提供する。【解決手段】外管１１と、この外管１１の内部に所定
間隔を隔てて配された内管１４とを備え、前記内管１４
の内側又は外側の一方を熱媒体が流れる熱媒体通路とし
て、他方を前記熱媒体と熱交換して気相と液相との間で
相変化する流体が流れる流体通路として設け、前記流体
通路に、伝熱性接着材で相互に接着された複数の伝熱片
２０を充填し、これらのうち前記内管１４の壁面と接触
するものを前記内管１４の壁面に伝熱性接着材で接着す
る。また、前記流体通路に、前記流体を前記流体通路内
で回り込んで通過させる隔壁２１を設け、前記流体の入
口１５と出口１６とを前記隔壁２１を挟んで設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液化石油ガス等の
流体を液相と気相の間で相変換させる流体の相変換器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、流体を気化又は凝縮する流体
の相変換器としての気化器又は凝縮器において、液化石
油ガス、液化天然ガス等の流体に温水やスチーム等の加
熱用熱媒体から熱を与えて流体を気化したり、大気や冷
却水等の冷却用熱媒体が冷却して流体を液化する等、熱
交換することで気相と液相との間で相変換を行うものが
知られている。かかる流体の相変換器として、多管式熱
交換器型、フィン付き管型、蛇管を熱媒体層に浸漬する
形式のものがある。また、気化器では、多重に積層され
たアルミダイキャスト製の棚段と、この棚段を貫通する
複数の伝熱管等を備えたものがある。

【０００３】これら流体の相変換器としての気化器にあ
っては、気化器から排出された流体が冷却されても液化
しないよう過熱蒸気の状態で排出する必要が有る。一
方、流体の相変換器としての凝縮器にあっては、多成分
の混合蒸気を凝縮する場合、気相・液相の構成成分の分
離効果において多少の精留効果が存在した方が望ましい
ことが少なくない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記気化器の
うち、水平に配された伝熱管が液相に完全に没した状態
で使用される多管式の気化器（タイプ１とする。）によ
り得られる気相は飽和蒸気であり、これを過熱蒸気に変
換するには、気化器の下流で別途加熱手段を設置する必
要があり装置を小型化させることが困難である。また、
縦位置に配した多管式の気化器（タイプ２とする。）で
は蒸気の流通路が比較的大きく、形成された気相内で逆
混合、飛沫同伴、ショートパス等が生じ、気相内の伝熱
部においても効率のよい過熱は困難である。更にアルミ
ダイキャストの棚段と伝熱管を備えたもの（タイプ３と
する。）では、過熱蒸気を容易に発生させ得るが、製作
コストがかかると共に清掃のとき等に破損させやすい。

【０００５】一方、上記の相変換器を凝縮器として使用
する場合、タイプ１の相変換器では、精留効果を奏する
ことができず、タイプ２の相変換器では精留効果はゼロ
ではないが非常に小さく、タイプ３では、精留効果を奏
するが、気化器として使用した場合と同様に上述した欠
点が有る。

【０００６】そこで本発明では、小型かつ堅牢で気化器
としては過熱蒸気を効率よく発生させるとともに、多成
分流体の凝縮器としては、精留効果を持ち分離効果の高
い流体の相変換器を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、熱
媒体が流れる熱媒体通路と、前記熱媒体と熱交換して気
相と液相との間で相変化する流体が流れる流体通路とを
備えた流体の相変換器（１）であって、外管（１１）
と、この外管（１１）の内部に所定間隔を隔てて配され
た内管（１４）とを備え、前記内管（１４）の内側又は
外側の一方を前記流体通路として、他方を前記熱媒体通
路として設け、前記流体通路には、伝熱性接着材で相互
に接着された複数の伝熱片（２０）が充填され、複数の
前記伝熱片（２０）のうち前記内管（１４）の壁面と接
触する伝熱片（２０）が前記内管（１４）の壁面に伝熱
性接着材で接着された流体の相変換器により上記課題を
解決する。

【０００８】本発明によれば、流体が伝熱片（２０）と
接触して、熱伝達するための面積を多くすることがで
き、効率良く熱媒体と流体との間で熱交換することがで
きる。

【０００９】請求項２の発明では、請求項１記載の流体
の相変換器において、前記流体通路には、前記流体を前
記流体通路内で回り込んで通過させる隔壁（２１）が設
けられ、前記流体が前記流体通路に出入りする入口（１
５）と出口（１６）とが前記隔壁（２１）を挟んで設け
られたことを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、隔壁（２１）により強制
的に流体の進路が決定され、流体が伝熱片（２０）に接
触する通路の距離及び接触時間を長くでき、熱交換が確
実に行われる。

【００１１】請求項３の発明では、請求項２記載の流体
の相変換器（１）において、前記隔壁（２１）は、前記
流体通路の軸方向に沿って配され、この隔壁（２１）に
接触する前記伝熱片（２０）がこの隔壁（２１）に伝熱
性接着剤で接着されていることを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、前記流体通路の軸方向に
沿って隔壁（２１）が配されているので相変換器を小型
化しつつも、流体が伝熱片（２０）に接触する通路の距
離及び接触時間を長くできる。また、伝熱片（２０）と
隔壁（２１）とは、伝熱性接着剤で接着されているの
で、内管壁面と距離を隔てた流体通路の内部にも熱媒体
の熱を伝達することができる。

【００１３】請求項４の発明では、請求項１乃至３いず
れかに記載の流体の相変換器（１）において、前記伝熱
片（２０）がラシヒリング（２０）であることを特徴と
する。

【００１４】請求項５の発明では、請求項１乃至３いず
れかに記載の流体の相変換器（１）において、前記伝熱
片（２０）が球状体であることを特徴とする。

【００１５】請求項４または５の発明によれば、伝熱片
（２０）同士の間で流体が通過可能な隙間を形成させる
ので、流体がこの隙間を通過することで伝熱片（２０）
との接触面積を大きくすることができる。

【００１６】請求項６の発明では、請求項１乃至５のい
ずれかに記載の流体の相変換器（１）において、前記伝
熱片（２０）が鉄鋼により形成されていることを特徴と
する。

【００１７】本発明によれば、伝熱片（２０）が熱伝導
率のよい材質により形成されているので、確実に熱媒体
と流体との間で熱交換をさせることができる。

【００１８】請求項７の発明では、請求項１乃至６いず
れかに記載の流体の相変換器（１）において、前記流体
が炭化水素又は液化石油ガスを含有することを特徴とす
る。

【００１９】本発明によれば、相変換器（１）を沸点の
異なる多成分の炭化水素を含有する流体の気化又は凝縮
に使用するとき、気相中の高沸点成分量を減らし、か
つ、液相中の低沸点成分量を減らせ、高い分離効率を得
ることができる。例えば、相変換器（１）を液化石油ガ
スの気化器として使用した場合、液化石油ガス中に含有
される高沸点不純物を液相のまま残し、実質的にプロパ
ン又はブタンのみを効率よく気化することが可能であ
る。

【００２０】請求項８の発明では、請求項７記載の流体
の相変換器（１）において、前記相変換器（１）は、前
記流体に含有される非気化物質を抜き取るドレン口（１
８）を備えたことを特徴とする。

【００２１】本発明によれば、相変換器（１）を気化器
として使用した場合、流体に含まれる沸点が高く気化さ
れない物質を相変換器から排出することができる。

【００２２】請求項９の発明では、請求項１乃至６いず
れかに記載の流体の相変換器（１）において、前記流体
がアンモニアを含有することを特徴とする。

【００２３】本発明によれば、アンモニアを含有する流
体からアンモニアのみを効率よく気化させたり凝縮させ
ることが可能である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。

【００２５】図１は、本発明にかかる流体の相変換器と
しての気化器１，１を備え、流体としての液化プロパン
を気化させ、一定比の空気と混合し発熱量を調整した都
市ガスプラントの１実施形態体を示している。このプラ
ントは、プロパンローリー車９から供給される液体プロ
パンを貯蔵する貯蔵タンク３と、貯蔵タンク３から供給
される液体プロパンを気化させるベーパライザーミキサ
ユニット１ａと、気化された高圧のプロパンガスを一時
的に貯蔵しかつ、アキュムレータの役割を果たす有水ホ
ルダ４とを備えている。ベーパライザーミキサユニット
１ａには、熱交換により液体プロパンを気化させる気化
器１，１と、気化されたプロパンガスを一定の圧力で吐
出する混合機２，２とを備えている。さらに、このプラ
ントは、熱媒体としての温水を生成する温水ボイラ６，
６と、温水ボイラ６，６から供給される温水をベーパラ
イザーミキサユニット１ａに供給するための温水ポンプ
７，７とを備えている。

【００２６】温水ボイラ６，６と温水ポンプ７，７とは
配管８ａにより接続され、温水ボイラ６，６で生成され
た温水は、配管８ａを通って温水ポンプ７，７に供給さ
れる。また、温水ポンプ７，７とベーパライザーミキサ
ユニット１ａの気化器１，１とは、配管８ｂにより接続
され、温水はこの配管８ｂを通って、気化器１，１に供
給される。そして気化器１，１で熱交換に使用された温
水は、気化器１，１に接続された別の配管８ｃにより温
水ボイラ６，６に再び戻されている。

【００２７】一方、貯蔵タンク３に接続されたホース３
ａの先端にはローディングアーム３０により移動自在に
支持された接続口３１が設けられており、液体プロパン
は、この取出し口３１をプロパンローリ車９の供給口に
接続して貯蔵タンク３に導入される。なお、貯蔵タンク
３にはホース３ａとは別に、貯蔵タンク内の気相部まで
通ずる配管３ｆが接続されている。この配管３ｆの先端
にはコンプレッサ５が設けられていて、このコンプレッ
サ５で貯蔵タンク３の気相プロパンを吸い取ることによ
り、液体プロパンが貯蔵タンクに導入される。なお、ホ
ース３ｇは、ホース３ａと同様にローディングアーム３
０により支持され、その先端にプロパンローリ車９の返
却口に接続する接続口３１が設けられている。

【００２８】貯蔵タンク３と気化器１，１とは配管３ｂ
によって接続されていて、貯蔵タンク３内の液体プロパ
ンは配管３ｂを通ってポンプ１０により気化器１，１に
導かれる。液体プロパンは、気化器１，１内で温水と熱
交換して気化され、プロパンガスに相変換される。な
お、ポンプ１０により過剰に供給され、気化器１，１内
に入らなかった液体プロパンは、配管３ｅにより再度貯
蔵タンク３へ返却される。気化器１，１とガス混合機
２，２とは、ベーパライザーミキサユニット１ａ内で、
配管３ｃ，３ｃにより接続されており、気化されたプロ
パンガスは、この配管３ｃ，３ｃを通り混合機２，２へ
導入される。この混合機２，２はエジェクター構造を持
ち、エジェクターの根元部分には、プロパンガスを導入
するバルブと、このバルブとは別に空気を導入するバル
ブが設けられている。混合機２，２に導入されたプロパ
ンガスはエジェクターにより一定比の空気と混合され、
所定の発熱量を持つ都市ガスとして所定の圧力で吐出さ
れる。吐出された都市ガスは、配管３ｄを通り、有水ホ
ルダ４に導入され、この有水ホルダ４により脈動の無い
ものに生成される。そして図示しない供給先へ供給され
ている。有水ホルダ４と温水ボイラ６，６とは、配管８
ｄでつながれ、有水ホルダ４内の都市ガスを温水ボイラ
へ導入し、燃料としている。

【００２９】次に、図２を参照して図１の都市ガスプラ
ントに使用される気化器１の詳細を説明する。

【００３０】この気化器１は、外殻をなす筒状の外管１
１と外管１１の内部に外管１１の壁面と一定間隔を隔て
て配された筒状の内管１４とを備えている。内管１４は
外管１１より軸方向にやや長めに形成されていて、内管
１４の底面は、外管１１の底面と一定間隔を隔てて設け
られているとともに、内管１４の上部は外管１１の上端
から突出している。外管１１の上端は外周が半径方向外
側に張り出すフランジ状の蓋取付部１１ａが形成されて
いる。この蓋取付部１１ａの上には、外径が蓋取付部１
１ａの外径とほぼ同寸法で、中央部に内管１４を挿通さ
せる孔を有するドーナツ状の閉塞蓋１３が取り付けられ
ている。この閉塞蓋１３の上面には、１８０度反対方向
を向くようにＬ字に曲成された２本の配管が設けられ、
一方を液体プロパンを内管１４に流入する流入管１５と
して、他方をプロパンガスを流出する流出管１６として
使用されている。また、外管１１の側面の下部には、温
水を外管内部に流入させる入口管１２ａが半径方向外側
に向けて延びており、上部には、入口管１２ａと反対方
向に延びる温水の出口管１２ｂが設けられている。更
に、外管１１の底面には、ドレンバルブ１８を取り付け
る取付孔１１ｂが設けられており、ドレンバルブ１８は
この取付孔１１ｂを貫通するように取り付けられてい
る。また、その先端は内管１４の底面につながれ、内管
１４の内部と連通している。なお、外管１１の底面に
は、ドレンバルブ１８の外周面と取付孔１１ｂとの隙間
から温水が漏れ出すのを防止するシール材１９が設けら
れている。

【００３１】一方、内管１４の上端は、外管１１の上端
と同様に、半径方向外側に張り出すフランジ状の蓋取付
部１４ａが形成され、この蓋取付部１４ａの上には、内
管１４の上端を閉鎖する円盤状の閉鎖蓋１７が取り付け
られている。そして内管１４の内部には複数の小さなリ
ング状の伝熱片としてのラシヒリング２０‥２０が一杯
に充填されている。このラシヒリング２０‥２０は、ハ
ンダ、鉛、すず等の伝熱性に優れた金属材で相互に接着
され、内管１４に接触するラシヒリング２０‥２０は内
管１４に金属材で接着されている。また、内管１４の中
央には、上端部から軸方向に延び、内管１４の内部をプ
ロパンの流入管１５側と流出管１６側とに仕切る板状の
隔壁２１が設けられている。この隔壁２１は、隔壁２１
に接触するラシヒリング２０‥２０とハンダ、鉛、すず
等の伝熱性に優れた金属材で相互に接着され、温水の熱
が伝わるようになっている。なお、内管１４の下部には
隔壁２１に切れ目が設けられ、プロパンが回り込むよう
に流通できるようになっている。

【００３２】この気化器１では、外管１１と内管１４と
により囲まれた部分が熱媒体としての温水が流れる熱媒
体通路として、内管１４の内部が相変換される流体とし
てのプロパンが流れる流体通路として設けられている。

【００３３】温水は、外管１１の下部に設けられた入口
管１２ａから外管１１と内管１４との間の熱媒体通路を
満たすように流入され、外管１１の上部の出口管１２ｂ
から流出される。この際、温水の熱が内管１１を介して
ラシヒリング２０‥２０へ伝達される。また、プロパン
は、流入管１５から内管１４に流入され、内部に充填さ
れたラシヒリング２０‥２０を伝わりながら内管１４内
部の隔壁２１より流入管１５側を流下する。この際、内
管１４及びラシヒリング２０‥２０を介して伝達された
温水の熱により、液体プロパンは、流下途中でプロパン
ガスに相変換される。相変換されたプロパンガスは、そ
のまま隔壁２１の切れ目まで流下し、隔壁２１を回り込
んで流出管１６側を上昇し、流出管１６から流出され
る。なお、流体内に含まれるプロパン以外の不要なもの
で、気化されないものは、液体のまま内管１４内を流下
して底部に溜められる。この不要なものは、ドレンバル
ブ１８により気化器１の外部に排出することができる。

【００３４】なお、内管内に充填される伝熱片は、ラシ
ヒリングでなくとも流体が伝熱片同士の間に形成された
隙間を通過できる球状体であってもよい。伝熱片を流体
通路及び熱媒体通路の双方に設けても構わない。なお、
かかる伝熱片は伝熱性を確保するため、鉄鋼材で形成す
るとよい。また、外管及び内管に取り付けられた入口管
等の配管等の取付位置を適宜配設し直して、外管と内管
との間の部分を流体通路とし、内管内部を熱媒体通路と
して設け、ラシヒリング等の伝熱片及び隔壁を外管と内
管との間の流体通路に設けてもよい。更に、流体として
プロパンに関する実施形態について説明したが、他の炭
化水素、液化石油ガス又は液化アンモニアその他の流体
の気化器として使用してもよい。

【００３５】また、以上の説明では気化器に付いて説明
したが、本発明にかかる流体の相変換器は凝縮器として
も使用できる。凝縮器として使用する場合には、熱媒体
として冷却水を使用し、熱媒体通路にはこの冷却水が流
入される。一方、流体通路流入する流体は、例えば、ガ
ソリン蒸気等の気体の流体が流入される。

【００３６】

【実施例】図２に示す気化器１と従来の多管式熱交換器
（シェル・アンド・チューブ）型との液化ブタンの気化
性能を比較した。

【００３７】胴径が４０６ｍｍ、胴長１８００ｍｍ、伝
熱面積が約８．６ｍ²のシェル・アンド・チューブで
は、伝熱面積密度が約３７ｍ²／ｍ³である。このシェル
・アンド・チューブの標準ブタン気化量は、約１０００
ｋｇ／ｈである。

【００３８】一方、図２の気化器１は、内管径３３０ｍ
ｍ、胴径（外管径）４０２ｍｍ、全長９００ｍｍであ
り、その内管１４には、外径及び高さが１２．７ｍｍの
鉄製のラシヒリング２０‥２０がその底面から６００ｍ
ｍの位置まで充填されている。この気化器１の有効全充
填物表面積は、約１９ｍ²であり、その面積密度が約３
７７ｍ²／ｍ³である。

【００３９】本気化器１により、熱媒体として８５℃の
温水を、相変換させる流体として２０℃の液化ブタンを
それぞれ用いて液化ブタンを気化させたところ、液化ブ
タンは、２０００ｋｇ／ｈ気化し、出口温度は、６２℃
であった。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明にかかる気
化器または凝縮器としての流体の相変換器によれば、変
換器を簡便な機構でコンパクトに形成させることができ
る。また、流体に熱を伝達する部分の面積を大きくで
き、熱媒体から流体へ効率よく熱伝達させることがで
き、気化又は凝縮を迅速に行える。更に、沸点の異なる
複数の構成成分が含まれる流体を所定の沸点成分を境に
気相、液相に分離する際、低沸点限界成分、高沸点限界
成分の沸点差の小さく、高い分離効率で分離することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる流体の相変換器を使用したプロ
パンプラントの１実施形態の構成図。

【図２】図１のプロパンプラントに使用される本発明の
１実施形態にかかる流体の相変換器の縦断面図。

【符号の説明】

１流体の相変換器１１外管１４内管２０ラシヒリング（伝熱片）２１隔壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱媒体が流れる熱媒体通路と、前記熱媒
体と熱交換して気相と液相との間で相変化する流体が流
れる流体通路とを備えた流体の相変換器であって、外管と、この外管の内部に所定間隔を隔てて配された内
管とを備え、前記内管の内側又は外側の一方を前記流体
通路として、他方を前記熱媒体通路として設け、前記流体通路には、伝熱性接着材で相互に接着された複
数の伝熱片が充填され、複数の前記伝熱片のうち前記内
管の壁面と接触する伝熱片が前記内管の壁面に伝熱性接
着材で接着されていることを特徴とする流体の相変換
器。
【請求項２】前記流体通路には、前記流体を前記流体
通路内で回り込んで通過させる隔壁が設けられ、前記流
体が前記流体通路に出入りする入口と出口とが、前記隔
壁を挟んで設けられていることを特徴とする請求項１記
載の流体の相変換器。
【請求項３】前記隔壁は、前記流体通路の軸方向に沿
って配され、この隔壁に接触する前記伝熱辺が前記隔壁
に伝熱性接着剤で接着されていることを特徴とする請求
項２記載の流体の相変換器。
【請求項４】前記伝熱片がラシヒリングであることを
特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の流体の相変
換器。
【請求項５】前記伝熱片が球状体であることを特徴と
する請求項１乃至３いずれかに記載の流体の相変換器。
【請求項６】前記伝熱片が鉄鋼により形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の流体
の相変換器。
【請求項７】前記流体が炭化水素又は液化石油ガスを
含有することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記
載の流体の相変換器。
【請求項８】前記流体の相変換器は、前記流体に含有
される非気化物質を抜き取るドレン口を備えたことを特
徴とする請求項７記載の流体の相変換器。
【請求項９】前記流体がアンモニアを含有することを
特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の流体の相変
換器。