JP2004036703A

JP2004036703A - 流体流通装置および空温式液化ガス気化器

Info

Publication number: JP2004036703A
Application number: JP2002192819A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kishihata; 岸畑　良幸
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】下マニホルド管からフィン付き管への液化ガスの分流を均一化しうる空温式液化ガス気化器を提供する。
【解決手段】空温式液化ガス気化器の蒸発部は、上下方向に間隔をおいて互いに平行に配された１対のマニホルド管７と、両マニホルド管７間に左右方向に間隔をおいて配されかつ上下両端部がそれぞれ両マニホルド管７に接続された複数のフィン付き管８とからなる蒸発ユニット２を備えている。下マニホルド管７の左端開口が液化ガス入口７ａである。下マニホルド管７における液化ガス入口７ａと左端部のフィン付き管８との間の部分を絞って径を小さくすることにより、抵抗付与部としての縮径部１１を形成する。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体流通装置およびこの流体流通装置が蒸発ユニットとして用いられる空温式液化ガス気化器に関する。
【０００２】
この明細書において、図１の上下を上下というものとする。
【０００３】
【従来の技術】
たとえば天然ガス、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、炭酸ガス、メタン、プロパン、エチレンなどのガスは、輸送時や貯蔵時には、タンクの容量を小さくするために液化した状態で蓄えられている。そして、需要に応じて空温式液化ガス気化器により再ガス化されて使用されるようになっている。
【０００４】
従来、このような空温式液化ガス気化器としては、蒸発部および加温部を備えており、蒸発部が、上下方向に間隔をおいて互いに平行に配された１対のマニホルド管と、両マニホルド管間に配されかつ上下両端部がそれぞれ両マニホルド管に接続されたフィン付き管とよりなる蒸発ユニットを、マニホルド管およびフィン付き管と直交する方向に並列状に複数配置することにより構成されており、各蒸発ユニットの下マニホルド管の一端に液化ガス入口が形成され、液化ガス入口から下マニホルド管内に流入した液化ガスが、全てのフィン付き管に分流した後フィン付き管を通って上マニホルド管内に流入し、上マニホルド管における下マニホルド管への流入側端部とは反対側の端部から加温部に流出するようになされたものが知られている（たとえば特開２０００−３９０９９号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空温式液化ガス気化器では、各蒸発ユニットにおいて、下マニホルド管から全てのフィン付き管への分流が均一に行われず、次のような問題が生じることが判明した。
【０００６】
すなわち、下マニホルド管から全てのフィン付き管への分流が不均一な場合、各フィン付き管への着霜量が不均一になって蒸発性能の差が生じ、気化器全体の性能が低下する。また、各フィン付き管内の液面の高さが異なったものとなり、液面が高くなったフィン付き管の温度が他のフィン付き管に比べて低くなって熱収縮量が大きくなり、上下のマニホルド管における熱収縮量の大きなフィン付き管との溶接部において比較的大きな歪みが発生するという問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、下マニホルド管からフィン付き管への液化ガスの分流を均一化しうる空温式液化ガス気化器およびこれに用いられる流体流通装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく、従来の空温式液化ガス気化器において下マニホルド管から全てのフィン付き管への液化ガスの分流が均一に行われない原因について種々検討を重ねた結果、液化ガス入口から下マニホルド管の一端内に流入した液化ガスが、液化ガス入口から遠ざかる方向に直線的に勢いよく流れ、これにより液化ガス入口から最も離れているフィン付き管内に多くの液化ガスが流入し、液化ガス入口側に向かうにつれてフィン付き管に流入する液化ガスの量が減少するからであることを見出した。
【０００９】
この発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【００１０】
請求項１の発明による流体流通装置は、上下方向に間隔をおいて互いに平行に配された１対の水平管と、両水平管間に水平管の長さ方向に間隔をおいて配されかつ上下両端部がそれぞれ両水平管に接続された複数の垂直管とからなり、下水平管の一端に形成された流体入口から下水平管内に流入した流体が、全ての垂直管に分流するとともに垂直管内を通って上水平管内に流入するようになされた流体流通装置において、下水平管内に、流体入口から流入した流体に流れ抵抗を付与する抵抗付与部が設けられているものである。
【００１１】
請求項１の発明において、流体入口は、全ての垂直管よりも下水平管の一端側に位置している。また、下水平管は、一端が開口されて流体入口となされるとともに、他端が閉鎖されている場合と、両端が閉鎖されるとともに、周壁の一端部に流体入口が形成される場合とがある。上水平管は、一端が閉鎖されるとともに、他端が開口されて流体出口となされる場合と、両端が閉鎖されるとともに、周壁の他端部に流体出口が形成される場合とがある。
【００１２】
請求項１の発明の流体流通装置によれば、流体入口から下水平管内に流入した流体に、抵抗付与部により流れ抵抗が付与されるので、流体が流体入口から遠ざかる方向に直線的に勢いよく流れることが抑制される。
【００１３】
請求項２の発明による流体流通装置は、請求項１の発明において、抵抗付与部が、下水平管における流体入口と、最も流体入口寄りの垂直管との間に設けられているものである。
【００１４】
請求項３の発明による流体流通装置は、請求項２の発明において、抵抗付与部が、下水平管を絞って径を小さくすることにより形成された縮径部からなるものである。
【００１５】
請求項４の発明による流体流通装置は、請求項３の発明において、縮径部の内径が、下水平管の内径よりも２４〜３６％減少させられているものである。
【００１６】
請求項５の発明による流体流通装置は、請求項１の発明において、抵抗付与部が、下水平管における隣接する垂直管間の部分に設けられているものである。
【００１７】
請求項６の発明による流体流通装置は、請求項５の発明において、抵抗付与部により付与される流れ抵抗が、流体入口寄りで最も小さく、流体入口から遠ざかるにつれて徐々に大きくなっているものである。
【００１８】
請求項７の発明による流体流通装置は、請求項５または６の発明において、抵抗付与部が、下水平管を絞って径を小さくすることにより形成された縮径部からなるものである。
【００１９】
請求項８の発明による流体流通装置は、請求項５または６の発明において、抵抗付与部が、下水平管を絞って径を小さくすることにより形成された縮径部からなり、全ての縮径部の内径が、最も流体入口寄りのものが最も大きく、流体入口から遠ざかるにつれて徐々に小さくなっているものである。
【００２０】
請求項９の発明による流体流通装置は、請求項８の発明において、最も流体入口寄りの縮径部の内径が、下水平管の内径よりも８〜１２％減少させられており、他の縮径部の内径が、これよりも流体入口側に隣接する縮径部の内径よりも８〜１２％減少させられているものである。
【００２１】
請求項１０の発明による空温式液化ガス気化器は、蒸発部および加温部を備えており、蒸発部が、上下方向に間隔をおいて互いに平行に配された１対のマニホルド管と、両マニホルド管間にマニホルド管の長さ方向に間隔をおいて配されかつ上下両端部がそれぞれ両マニホルド管に接続された複数のフィン付き管とよりなる蒸発ユニットを、マニホルド管およびフィン付き管と直交する方向に並列状に複数配置することにより構成されている空温式液化ガス気化器において、蒸発ユニットとして、請求項１〜９のうちのいずれかに記載された流体流通装置が用いられ、流体流通装置の水平管がマニホルド管となされるとともに、各垂直管の外周面にフィンが設けられてフィン付き管となされているものである。
【００２２】
請求項１１の発明による空温式液化ガス気化器は、請求項１０の発明において、上マニホルド管における下マニホルド管の一端に形成された流体入口とは反対側の端部に流体出口が形成されているものである。
【００２３】
請求項１２の発明による空温式液化ガス気化器の運転方法は、空温式液化ガス気化器の運転方法において、蒸発ユニットの下マニホルド管内に流体入口から液化ガスを流入させ、液化ガスを全てのフィン付き管に分流させるとともにフィン付き管内を上方に流し、フィン付き管を流れる間に気化させて上マニホルド管内に流入させ、上マニホルド管の流体出口から加温部に流出させるものである。
【００２４】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１および図２は空温式液化ガス気化器の全体構成を示し、図３および図４はその要部の構成を示す。なお、以下の説明において、図１の左右を左右といい、図２の下側を前、上側を後というものとする。また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【００２６】
図１および図２において、空温式液化ガス気化器（１）はこの発明による流体流通装置を蒸発ユニット（２）として備えたものであって、複数の蒸発ユニット（２）を前後方向に間隔をおいて並列状に配置してなる蒸発部（３）と、複数のフィン付き蛇行管（４）を前後方向に間隔をおいて配置してなる加温部（５）とを備えている。
【００２７】
各蒸発ユニット（２）は、上下方向に間隔をおいて互いに平行に配されかつ左右方向に伸びる上下１対の水平状アルミニウム製マニホルド管（６）（７）（水平管）と、両マニホルド管（６）（７）の間にマニホルド管（６）（７）の長さ方向（左右方向）に間隔をおいて配されかつ上下両端部がそれぞれ両マニホルド管（６）（７）の周壁に溶接により連通状に接続された複数の垂直状アルミニウム製フィン付き管（８）（垂直管）とよりなる。したがって、蒸発部（３）は、複数の蒸発ユニット（２）を、両マニホルド管（６）（７）およびフィン付き管（８）と直交する方向に並列状に配置することにより構成されている。なお、各蒸発ユニット（２）において、全てのフィン付き管（８）の内径は等しくなっている。
【００２８】
蒸発ユニット（２）の下マニホルド管（７）は左端が開口して液化ガス入口（７ａ）（流体入口）となされるとともに右端が閉鎖されており、その左端部が前後方向に伸びるアルミニウム製入口ヘッダ（９）の周壁に溶接により連通状に接続されている（図３および図４参照）。入口ヘッダ（９）の長さ方向の中央部にアルミニウム製入口管（１０）が溶接により連通状に接続されている。
【００２９】
図３および図４に示すように、下マニホルド管（７）における液化ガス入口（７ａ）と左端部のフィン付き管（８）との間の部分に、下マニホルド管（７）の周壁を絞って径を他の部分に比べて小さくすることにより、抵抗付与部としての縮径部（１１）が形成されている。縮径部（１１）の内径（Ｄ）は、下マニホルド管（７）の他の部分の内径（ｄ）よりも２４〜３６％減少させられている。縮径部（１１）の内径（Ｄ）は、下マニホルド管（７）の他の部分の内径（ｄ）よりも２８〜３２％減少させられていることが好ましく、３０％程度減少させられていることが望ましい。なお、下マニホルド管（７）としては、たとえば内径（ｄ）が３２ｍｍ、５０ｍｍ、５２ｍｍ、または６８ｍｍのものが用いられる。
【００３０】
下マニホルド管（７）は、たとえば次の方法で製造されるが、これに限定されるものではない。すなわち、直管状の素管内に、形成すべき縮径部（１１）の内径（Ｄ）と等しい外径を有するマンドレルを挿入し、素管の外周面にロールを押し付けつつ素管を回転させることにより製造される。
【００３１】
蒸発ユニット（２）の上マニホルド管（６）は右端が開口して図示しない液化ガス出口（流体出口）となされるとともに左端が閉鎖されている。
【００３２】
蒸発ユニット（２）のフィン付き管（８）は、たとえばアルミニウム押出形材からなるものであり、外周面に上下方向に伸びる複数のフィン（８ａ）が放射状に一体に形成され、内周面に上下方向に伸びる複数の凸条からなるインナーフィン（８ｂ）が周方向に間隔をおいて一体に形成されたものである（図４参照）。なお、インナーフィン（８ｂ）は必ずしも必要としない。各蒸発ユニット（２）において、左右方向に隣接するフィン付き管（８）のフィン（８ａ）どうしは、上下両端部においてアルミニウム製連結部材（１２）により連結されている。また、前後に隣接する蒸発ユニット（２）のフィン付き管（８）におけるフィン（８ａ）どうしも、上下両端部において連結部材（１２）により連結されている。連結部材（１２）は、熱の影響により上下マニホルド管（７）が長さ方向に伸縮した場合にこれを吸収しうるように、たとえば横断面Ｓ字状となされている。
【００３３】
加温部（５）は、各フィン付き蛇行管（４）を、前後方向に関して蒸発ユニット（２）と対応する位置に来るように、蒸発部（３）の右側において前後方向に並列状に配置することにより構成されている。各フィン付き蛇行管（４）は、たとえば複数の直管状フィン付き管（１３）をＵベンド（１４）を介して連通状に接続することにより形成されている。直管状フィン付き管（１３）は、蒸発ユニット（２）のフィン付き管（８）と同様な構成であり、左右方向に隣接する直管状フィン付き管（１３）におけるフィン（１３ａ）の上下両端部どうしは連結部材（１２）により連結されている。また、前後に隣接するフィン付き蛇行管（４）の直管状フィン付き管（１３）におけるフィン（１３ａ）の上下両端部どうしも連結部材（１２）により連結されている。各フィン付き蛇行管（４）の一端は、各蒸発ユニット（２）における上マニホルド管（６）の右端にエルボ（１５）を介して連通状に接続され、同じく他端は、加温部（５）の下方に配された前後方向に伸びるアルミニウム製出口ヘッダ（１６）の周壁に溶接により連通状に接続されている。出口ヘッダ（１６）の長さの中央部にはアルミニウム製出口管（１７）が溶接により連通状に接続されている。
【００３４】
上記構成の空温式液化ガス気化器（１）は次のようにして運転される。すなわち、貯蔵タンクに貯蔵されていた液化ガスは、入口管（１０）から入口ヘッダ（９）内に送り込まれ、入口ヘッダ（９）を経て液化ガス入口（７ａ）から各蒸発ユニット（２）の下マニホルド管（７）内に流入する。下マニホルド管（７）内に流入した液化ガスは全てのフィン付き管（８）に分流し、フィン付き管（８）内を上方に流れる間に、大気と熱交換して再ガス化する。ガスは、上マニホルド管（６）を経て加温部（５）のフィン付き蛇行管（４）内に流入し、フィン付き蛇行管（４）内を流れる間に大気と熱交換して所定温度、たとえば０℃以上に加温される。加温されたガスは出口ヘッダ（１６）内に流入し、出口管（１７）から送り出される。
【００３５】
空温式液化ガス気化器（１）の運転時において、液化ガス入口（７ａ）から下マニホルド管（７）内に流入した液化ガスには、縮径部（１１）により流れ抵抗が付与されるので、液化ガス入口（７ａ）から遠ざかる方向（右方）に直線的に勢いよく流れることが抑制され、その結果各蒸発ユニット（２）において液化ガスの全てのフィン付き管（８）への流入量が均一化される。したがって、全てのフィン付き管（８）への着霜量が均一化されて空温式液化ガス気化器全体の性能が向上する。また、各蒸発ユニット（２）において下マニホルド管（７）から全てのフィン付き管（８）への液化ガスの流入量が均一化されるので、全てのフィン付き管（８）の液面の高さが均一化されて全てのフィン付き管（８）の温度差が小さくなり、その結果全てのフィン付き管（８）の熱収縮量が均一化され、上下マニホルド管（６）（７）におけるフィン付き管（８）との溶接部において大きな歪みが発生することが防止される。
【００３６】
図５はこの発明の他の実施形態を示す。
【００３７】
図５において、各蒸発ユニット（２０）の下マニホルド管（７）における隣接するフィン付き管（８）間の部分に、下マニホルド管（７）の周壁を絞って径を他の部分に比べて小さくすることにより、抵抗付与部としての縮径部（２１）（２２）（２３）が形成されている。全ての縮径部（２１）（２２）（２３）の内径（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）は、最も液化ガス入口（７ａ）寄り（左端部）のものが最も大きく、液化ガス入口（７ａ）から遠ざかるにつれて徐々に小さくなっており、縮径部（２１）（２２）（２３）によって液化ガスに付与される抵抗が、液化ガス入口（７ａ）寄りで最も小さく、液化ガス入口（７ａ）から遠ざかるにつれて徐々に大きく。左端の縮径部（２１）の内径（Ｄ１）は、下マニホルド管（７）の他の部分の内径（ｄ）よりも８〜１２％減少させられており、他の縮径部（２２）（２３）の内径（Ｄ２）（Ｄ３）は左側に隣接する縮径部（２１）（２２）の内径（Ｄ１）（Ｄ２）よりもそれぞれ８〜１２％減少させられている。すなわち、図５に示す例においては、フィン付き管（８）は４本で縮径部（２１）（２２）（２３）が３つ形成されているので、左端の縮径部（２１）の内径（Ｄ１）は下マニホルド管（７）の他の部分の内径（ｄ）よりも８〜１２％減少させられ、左から２番目の縮径部（２２）の内径（Ｄ２）は左端の縮径部（２１）の内径（Ｄ１）よりも８〜１２％減少させられ、右端の縮径部（２３）の内径（Ｄ３）は左から２番目の縮径部（２２）の内径（Ｄ２）よりも８〜１２％減少させられている。左端の縮径部（２１）の内径（Ｄ１）は、下マニホルド管（７）の内径（ｄ）よりも９〜１１％減少させられていることが好ましく、１０％程度減少させられていることが望ましい。また、他の縮径部（２２）（２３）の内径（Ｄ２）（Ｄ３）は左側に隣接する縮径部（２１）（２２）の内径（Ｄ１）（Ｄ２）よりもそれぞれ９〜１１％減少させられていることが好ましく、１０％程度減少させられていることが望ましい。なお、この実施形態においても、下マニホルド管（７）としては、たとえば内径が３２ｍｍ、５０ｍｍ、５２ｍｍ、または６８ｍｍのものが用いられる。また、この実施形態の下マニホルド管（７）も図１〜図４に示す実施形態の場合と同様にして製造される。
【００３８】
その他の構成は図１〜図４に示す実施形態の空温式液化ガス気化器（１）と同一であり、同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３９】
この実施形態の空温式液化ガス気化器は、図１〜図４に示す実施形態の空温式液化ガス気化器と同様にして運転される。
【００４０】
そして、空温式液化ガス気化器の運転時において、液化ガス入口（７ａ）から下マニホルド管（７）内に流入した液化ガスには各縮径部（２１）（２２）（２３）により流れ抵抗が付与されるので、液化ガス入口（７ａ）から遠ざかる方向（右方）に直線的に勢いよく流れることが抑制され、しかも上記流れ抵抗は液化ガス入口（７ａ）から遠ざかるにつれて徐々に大きくなるので、各蒸発ユニット（２０）において液化ガスの各フィン付き管（８）への流入量は、図１〜図４に示す実施形態の場合よりもより均一化される。したがって、全てのフィン付き管（８）への着霜量が均一化されることによる空温式液化ガス気化器の性能向上効果、および上下マニホルド管（６）（７）とフィン付き管（８）との溶接部における歪み発生防止効果も一層優れたものとなる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１〜４の発明によれば、下水平管から全ての垂直管への流体の分流が均一化され、請求項５〜９の発明によれば、下水平管から全ての垂直管への流体の分流が一層均一化される。また、請求項３および７の発明によれば、抵抗付与部を比較的簡単に設けることができる。
【００４２】
請求項１０または１１の発明によれば、各蒸発ユニットにおいて下マニホルド管から全てのフィン付き管への液化ガスの分流が均一化されるので、全ての各フィン付き管への着霜量が均一になって蒸発性能が均一化され、空温式液化ガス気化器全体の性能が向上する。また、各蒸発ユニットにおいて下マニホルド管から全てのフィン付き管への液化ガスの分流が均一化されるので、全てのフィン付き管内の液面の高さも均一化されて全てのフィン付き管の温度差が小さくなる。その結果、全てのフィン付き管の熱収縮量が均一化されて、上下マニホルド管におけるフィン付き管との溶接部において大きな歪みが発生することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による空温式液化ガス気化器の実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】入口ヘッダ、下マニホルド管およびフィン付き管を拡大して示す部分垂直断面図である。
【図４】入口ヘッダ、下マニホルド管およびフィン付き管を拡大して示す部分斜視図である。
【図５】この発明による空温式液化ガス気化器の他の実施形態を示す図３相当の図である。
【符号の説明】
（１）：空温式液化ガス気化器
（２）（２０）：蒸発ユニット（流体流通装置）
（３）：蒸発部
（５）：加温部
（６）：上マニホルド管（水平管）
（７）：下マニホルド管（水平管）
（７ａ）：液化ガス入口（流体入口）
（８）：フィン付き管（垂直管）
（１１）（２１）（２２）（２３）：縮径部（抵抗付与部）
（ｄ）：下マニホルド管の内径
（Ｄ）（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）：縮径部の内径

Claims

上下方向に間隔をおいて互いに平行に配された１対の水平管と、両水平管間に水平管の長さ方向に間隔をおいて配されかつ上下両端部がそれぞれ両水平管に接続された複数の垂直管とからなり、下水平管の一端に形成された流体入口から下水平管内に流入した流体が、全ての垂直管に分流するとともに垂直管内を通って上水平管内に流入するようになされた流体流通装置において、下水平管内に、流体入口から流入した流体に流れ抵抗を付与する抵抗付与部が設けられている流体流通装置。
抵抗付与部が、下水平管における流体入口と、最も流体入口寄りの垂直管との間に設けられている請求項１記載の流体流通装置。
抵抗付与部が、下水平管を絞って径を小さくすることにより形成された縮径部からなる請求項２記載の流体流通装置。
縮径部の内径が、下水平管の内径よりも２４〜３６％減少させられている請求項３記載の流体流通装置。
抵抗付与部が、下水平管における隣接する垂直管間の部分に設けられている請求項１記載の流体流通装置。
抵抗付与部により付与される流れ抵抗が、流体入口寄りで最も小さく、流体入口から遠ざかるにつれて徐々に大きくなっている請求項５記載の流体流通装置。
抵抗付与部が、下水平管を絞って径を小さくすることにより形成された縮径部からなる請求項５または６記載の流体流通装置。
抵抗付与部が、下水平管を絞って径を小さくすることにより形成された縮径部からなり、全ての縮径部の内径が、最も流体入口寄りのものが最も大きく、流体入口から遠ざかるにつれて徐々に小さくなっている請求項５または６記載の流体流通装置。
最も流体入口寄りの縮径部の内径が、下水平管の内径よりも８〜１２％減少させられており、他の縮径部の内径が、これよりも流体入口側に隣接する縮径部の内径よりも８〜１２％減少させられている請求項８記載の流体流通装置。
蒸発部および加温部を備えており、蒸発部が、上下方向に間隔をおいて互いに平行に配された１対のマニホルド管と、両マニホルド管間にマニホルド管の長さ方向に間隔をおいて配されかつ上下両端部がそれぞれ両マニホルド管に接続された複数のフィン付き管とよりなる蒸発ユニットを、マニホルド管およびフィン付き管と直交する方向に並列状に複数配置することにより構成されている空温式液化ガス気化器において、
蒸発ユニットとして、請求項１〜９のうちのいずれかに記載された流体流通装置が用いられ、流体流通装置の水平管がマニホルド管となされるとともに、各垂直管の外周面にフィンが設けられてフィン付き管となされている空温式液化ガス気化器。
上マニホルド管における下マニホルド管の一端に形成された流体入口とは反対側の端部に流体出口が形成されている請求項１０記載の空温式液化ガス気化器。
空温式液化ガス気化器の運転方法において、蒸発ユニットの下マニホルド管内に流体入口から液化ガスを流入させ、液化ガスを全てのフィン付き管に分流させるとともにフィン付き管内を上方に流し、フィン付き管を流れる間に気化させて上マニホルド管内に流入させ、上マニホルド管の流体出口から加温部に流出させる請求項１０または１１記載の空温式液化ガス気化器の運転方法。