JP2005344790A

JP2005344790A - 空気熱源液化天然ガス気化器

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Publication number: JP2005344790A
Application number: JP2004163685A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Hisakado; 喜徳久角; Yasuhiro Fukuyoshi; 保弘福吉; Hideji Sakaguchi; 秀司坂口
Original assignee: Seibu Giken Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Nippon Gas Co Ltd
Current assignee: Seibu Giken Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Nippon Gas Co Ltd
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: JP4610932B2

Abstract

【課題】装置の小型化と運転費用の軽減が可能な空気熱源液化天然ガス気化器を提供する。
【解決手段】気化用熱交換器２でＬＮＧと熱交換する処理空気は、加熱器９で常温以上の所定温度に加熱されているので、ＬＮＧを気化させて、さらに常温まで充分に昇温させることができる。処理空気は除湿器３で除湿されるので、気化用熱交換器２を着霜で閉塞させないようにすることができる。再生空気ヒータ１９での除湿器３の再生に用いる再生空気、および加熱器９での空気の加熱用の熱源として、高温水または蒸気が利用可能であるので、比較的低廉な熱源を利用することができ、運転費用の軽減を図ることができる。気化用熱交換器２のみで天然ガスを常温まで昇温させることができるので、装置の小型化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と略称する）を、空気を熱源として昇温気化させるとともに、冷却された空気を低温源として利用可能にする空気熱源液化天然ガス気化器に関する。

従来から、ＬＮＧは都市ガスの原料や、火力発電所の燃料などに利用されている。ＬＮＧは、天然ガスを産地で−１６０℃以下に冷却して低温液化させた状態で、ＬＮＧタンカなどで運搬され、臨海部に設置されるＬＮＧタンクに受入れられ、ＬＮＧタンクから需要に応じて供給される。ＬＮＧを使用する際には、海水などを熱源として、気化させて常温まで昇温させている。ＬＮＧを気化昇温させる際には熱を必要とするけれども、この必要とする熱を供給する側は冷却されるので、ＬＮＧは気化させるための潜熱と低温であることによる顕熱とを含む冷熱源と考えることができる。ＬＮＧと空気とを直接熱交換すれば、ＬＮＧ冷熱を有効に利用することができる（たとえば、特許文献１および特許文献２参照。）。

特許文献１には、ＬＮＧを冷熱源とする空気冷却装置が開示されている。この空気冷却装置では、押込送風機４で周囲の大気中の空気を全熱交換器に押込む。全熱交換器は、蓄熱回転式であり、シリカを材料とするハニカム構造のロータが回転しながら、ハニカム構造を通る空気から水分を吸着して除湿し、露点を−３０℃まで低下させることができる。除湿された空気は、気化器でＬＮＧと熱交換し、−３０℃〜−１００℃程度に冷却されるとともに、ＬＮＧを昇温気化させる。全熱交換器では、ロータの一部を気化器で冷却した空気の一部を用いて冷却し、冷却した部分に周囲の大気中からの空気を押込んで、空気中の水分を冷却されているハニカム構造のフィンの表面に霜として付着させ、水分を除去する。

特許文献２には、空気を熱源としてＬＮＧを気化させる空気熱源ＬＮＧ気化器が開示されている。この空気熱源ＬＮＧ気化器では、外気から水分を除去するための除湿器として、特許文献１の全熱交換器と同様な吸着器を用いる。外気は予冷器で予冷された後で吸着器に導入されて除湿され、さらに深冷器で低温まで冷却される。深冷器でＬＮＧは気化するけれども、常温よりは低温の状態にとどまる。ＬＮＧが気化した低温の天然ガス（以下、「ＮＧ」と略称する）は、予冷器で導入される外気と熱交換して、外気を５℃程度に冷却するとともに、常温まで昇温する。

特開２００１−３１７８４７号公報特開２００３−１４８８４５号公報

特許文献１の空気冷却装置では、全熱交換器が外気を冷却して除湿し、全熱交換器の除湿能力を再生するために、ロータを乾燥させてさらに冷却する必要がある。ロータの冷却のために気化器でのＬＮＧとの熱交換で冷却された空気が多く使用されてしまう。除湿後の空気は低温であり、気化器ではＬＮＧを常温まで昇温させることができず、気化天然ガスを燃料とした高温燃焼空気やコージェネレーションシステムの排ガスなどを熱源とする再生用の空気を用いて、気化天然ガスを昇温させるとともに、ロータの再生も行うように制御する必要がある。このことは、ＬＮＧの気化の熱源として外気のみでは充分でなく、燃料を要して、運転費用が増大する問題がある。

特許文献２の空気熱源ＬＮＧ気化器においては、吸着器の除湿用ロータに導入する空気を低温天然ガスにより熱交換器を用いて冷却するとともに、外気温度に応じて、除湿用ロータ再生後の排ガスや発生冷気を熱交換器の前後に投入することで、天然ガスの常温昇温と導入外気の所定温度までの冷却とを行う。また除湿用ロータの再生は、気化天然ガスを燃料とする高温燃焼空気やコージェネレーション装置の排ガスを熱源とする再生空気を用いて、所定の温度に制御している。深冷器では、ＬＮＧを気化させることはできても、常温まで昇温させることはできないので、吸着器の前に予冷器を設け、天然ガスの昇温と空気の予冷とを行う。予冷器は低温の天然ガスが導入されるので、伝熱管やフィンが冷却され、天然ガスの温度を上げるための伝熱特性が悪くなる問題があり、予冷器を深冷器と同様に構成する必要があるので、空気熱源ＬＮＧ気化器としての装置が大型化してしまう。

本発明の目的は、装置の小型化と運転費用の軽減が可能な空気熱源液化天然ガス気化器を提供することである。

本発明は、空気を液化天然ガスの有する冷熱で冷却しながら、液化天然ガスを空気によって加熱して気化させる空気熱源液化天然ガス気化器であって、
外気中から導入される空気から水分を吸着して除湿するとともに、吸着した水分を脱着させて除湿機能の再生が可能な除湿器と、
除湿器で除湿された空気を常温以上の所定温度に加熱する加熱器と、
加熱器で加熱された空気を液化天然ガスと熱交換して、空気が冷却されるとともに液化天然ガスが昇温気化される気化用熱交換器とを、含むことを特徴とする空気熱源液化天然ガス気化器である。

本発明に従えば、気化用熱交換器で液化天然ガスと熱交換する空気は、加熱器で常温以上の所定温度に加熱されているので、液化天然ガスを気化させて、さらに常温まで充分に昇温させることができる。空気は除湿器で除湿されるので、気化用熱交換器を着霜で閉塞させないようにすることができる。除湿器での再生用、および加熱器での空気の加熱用の熱源として、比較的低温の熱源を使用可能であり、高温水または蒸気なども利用可能となるなど、比較的低廉な熱源を利用することができ、運転費用の軽減を図ることができる。気化熱交換器のみで天然ガスを常温まで昇温させることができるので、装置の小型化を図ることができる。

また本発明で、前記気化用熱交換器は、冷却された空気を低温空気として外部に供給するとともに、冷却途中の空気の一部を抽気することが可能であり、
気化用熱交換器から抽気した空気を、前記除湿器に導入される空気に混合して、除湿器で除湿する空気の温度を予め定める温度以下に低下させる混合冷却手段を、さらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、混合冷却手段で、除湿器に導入する外気に低温の空気を混合することが可能なので、外気の温度が高いときに冷却することができる。この冷却用の空気は、気化用熱交換器で低温空気として外部に供給するまで冷却する途中の空気を抽出するので、低温過ぎることがなく、外気の冷却を円滑に行うことができる。

また本発明は、前記気化用熱交換器で気化させる液化天然ガスの流量の変動と、昇温気化される天然ガスの温度とに応じて、前記外気中から導入される空気の導入量、および前記除湿器での除湿と再生とに対し、予め設定される最適化制御を行う制御手段を、さらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、気化熱交換器の熱源としての外気中から導入される空気の導入量、および除湿器での除湿と再生とに対して、液化天然ガスの流量の変動と、気化した天然ガスの温度に応じて、予め設定される最適化制御が行われるので、液化天然ガスの流量等が変動しても一定温度以上に天然ガスを気化昇温させることができ、しかも運転費用を軽減することができる。

また本発明で、前記制御手段は、前記気化用熱交換器への液化天然ガス導入開始時に、液化天然ガスの流量に対して前記最適化制御で対応する空気の導入量よりも該導入量を抑えて、気化用熱交換器からの空気の出口温度を急速に低下させて予め定める温度以下に下げた後に、液化天然ガスの流量を増大させるように制御することを特徴とする。

本発明に従えば、気化用熱交換器への液化天然ガス導入開始時に、液化天然ガスの流量に対して最適化制御で対応する空気の導入量よりも導入量を抑えて外気中から空気を導入するので、外気を急速に冷却し、気化用熱交換器の出口での空気温度を急速に低下させることができる。起動時に外気中からの空気の導入量が多いと、気化用熱交換器の伝熱管の内壁付近で液化天然ガスが急激に沸騰し、沸騰膜によって伝熱管の中心部には熱が伝わりにくくなり、液化天然ガスが急速に高温側の領域にも進出するような現象が生じるおそれがある。起動時には、少量の空気を導入して、空気の出口温度が急速に低下してから液化天然ガスの流量を増大させるように制御するので、気化用熱交換器での液化天然ガスと空気との熱交換を確実に行わせて、安定に天然ガスの気化昇温を行うことができる。

本発明によれば、除湿器の再生用、および加熱器での空気の加熱用の熱源として、比較的低廉な熱源を利用し、気化用熱交換器のみで天然ガスを常温まで昇温させることができるので、装置の小型化を図ることができ、運転費用も軽減することができる。

また本発明によれば、外気の温度が高いときに、外気の冷却を円滑に行うことができる。

また本発明によれば、液化天然ガスの流量等が変動しても一定温度以上に天然ガスを気化昇温させることができ、しかも運転費用を軽減することができる。

また本発明よれば、気化用熱交換器への液化天然ガス導入開始時に、外気中から少量の空気を導入して、空気の出口温度が急速に低下してから液化天然ガスの流量を増大させるように制御するので、気化用熱交換器での液化天然ガスと空気との熱交換を確実に行わせて、安定に天然ガスの気化昇温を行うことができる。

図１は、本発明の実施の一形態としての空気熱源ＬＮＧ気化器１の概略的な構成を示す。ＬＮＧは、気化用熱交換器２に導入され、空気との間で熱交換を行う。この空気は、除湿器３で除湿される。除湿器３へは、処理ブロワ（Ｄ．Ｂ．）４が吸引する外気が導入される。処理ブロワ４に吸引される外気は、エアフィルタ（Ａ．Ｆ．）５で除塵され、ミストセパレータ６で水分の除去が行われる。エアフィルタ５とミストセパレータ６との間には、分散器７が設けられ、冷気を混合することができる。処理ブロワ４と除湿器３との間にも、ミストセパレータ８が設けられる。除湿器３と気化用熱交換器２との間には、加熱器９が設けられる。加熱器９では、気化用熱交換器２に導入する空気を、常温以上の温度、たとえば４０〜５０℃程度に過熱する。

気化用熱交換器２では、過熱された空気との熱交換によってＬＮＧが気化昇温され、空気は冷却されて、出口温度が−１００℃の低温空気として外部に供給することができる。気化用熱交換器２で空気を冷却する経路の途中には、抽気部１０が設けられ、たとえば−８０℃程度に冷却された空気を外部に取出すことができる。このような気化用熱交換器２は、空気の冷却装置としても機能し、抽気部１０よりも高温側を予冷器（ＰＡＣ）、抽気部１０よりも低温側を深冷器（ＭＡＣ）とみなすことができる。

気化用熱交換器２には、入口管１１を介してＬＮＧが導入され、気化昇温後に、出口管１２を介して、常温付近の天然ガスを外部に取出すことができる。出口管１２には流量検出部１３が設けられ、流量指示制御器１４で流量の計測が行われる。出口管１２には、温度指示制御器１５および圧力計１６も設けられる。入口管１１には、流量制御弁１７および遮断弁１８が設けられる。流量制御弁１７は、温度と圧力とが補正された気化天然ガス流量に応じて、流量指示制御器１４によって開度が制御され、導入されるＬＮＧが流量制御される。

一方、外気は、エアフィルタ５で除塵された後、一部、たとえば約１／５は再生用空気として再生空気ヒータ（R.A.H.）１９に供給され、残りの約４／５の空気は、外気温度がたとえば８℃以上の場合、気化用熱交換器２を通過し、抽気部１０で抽気された約−８０℃冷気を分散器７に導入して混合し、除湿器３の出口空気露点が−３０℃以下となるのに必要な温度である１０℃〜２℃まで冷却される。除湿器３は、特許文献２と同様な蓄熱回転式熱交換器を使用することができる。蓄熱回転式熱交換器に導入して除湿する空気の冷却温度を下げれば、蓄熱回転式熱交換器の除湿能力を回復させるための再生温度を下げることができるけれども、夏季では気化用熱交換器２からの発生冷気量が減少してしまう。分散器７への冷気の導入による冷却過程で凝縮した水分は、１次のミストセパレータ（Ｍ．Ｓ．）６で除去され、その後処理ブロワ４でゲージ圧で１．５ｋＰａ前後に昇圧され、さらに２次のミストセパレータ８でドレンを除かれる。ミストセパレータ８でドレンを除かれた空気は、水蒸気で飽和している。

除湿器３では、蓄熱回転式熱交換器としての除湿ロータ２０が飽和空気から水蒸気を吸着して除去し、露点を−３０℃以下に低下させる除湿処理が行われる。除湿ロータ２０は、空気の導入方向とほぼ平行な回転軸まわりに回転し、水蒸気を吸着して吸湿を行う処理部２０ａと、吸着している水蒸気を加熱によって脱着して吸湿能力を再生する再生部２０ｂと、再生部ｂを冷却するパージ部２０ｃとに区画される。ミストセパレータ８を出た飽和空気は、除湿ロータ２０の処理部２０ａとパージ部２０ｃとに導入される。除湿ロータ２０のパージ部２０ｃに導入される風量は、全量の１／６程度である。除湿ロータ２０のパージ部２０ｃを通過した空気は、再生部２０ｂで加熱された除湿ロータ２０を冷却するので８０℃前後に加熱される。この加熱された空気と、エアフィルタ５で除塵された外気とは、合流して再生空気となる。再生空気は、再生空気ヒータ１９に供給される。

除湿ロータ２０の処理部２０ａには、処理空気の流路に沿って、ロータ差圧計（ＰＤＩ）２１が設けられる。ロータ差圧計２１によって計測されるロータ差圧は、通過風量の増加とともに増加し、定格風量に対する値は約５００Ｐａである。除湿ロータ２０の再生温度は、ロータ差圧に応じて決められ、その温度制御は、再生空気ヒータ１９に供給する高温水の流量を、温度制御弁２２で調整して行う。温度制御弁２２の開度制御は、再生空気ヒータ１９で高温水と熱交換して加熱される再生空気の出側での温度を、温度指示制御器２３で計測しながら行う。再生空気は、除湿ロータ２０の再生部２０ｂを、処理空気が処理部２０ａを通過する方向とは逆方向に通過する。再生空気に関して再生部２０ｂの下流側には、再生ブロワ（Ｒ．Ｂ．）２４が設けられ、再生空気を再生部２０ｂから吸引して大気中に放出させる。

処理空気の定格風量での必要再生温度は、１３０℃前後であり、定格風量の２／３および１／２では、それぞれ再生温度を１１０℃および９０℃と下げても、所定の処理空気露点が得られる。したがって、再生用の高温水（ＨＷ）に必要な温度は、約１４０℃である。この程度の温度は、比較的容易に得られる。たとえば、出口管１２から取り出す天然ガスの一部を燃料とするコージェネレーションシステムを設置し、マイクロガスタービン、ガスエンジン、または燃料電池などで電力とともに発生する熱を利用する場合でも、他の用途に利用した後で充分に利用することができる。また高温水に代えて、水蒸気を用いることもできる。さらに燃焼や電気ヒータで直接加熱することもできる。

処理空気の流路には、温度指示制御器２５および温度計２６，２７が設けられる。温度指示制御器２５は、処理ブロワ４に吸引される空気の温度を計測し、前述の温度範囲となるように、気化用熱交換器２の抽気部１０から抽気する低温空気の流量を温度制御弁２８の開度調整で制御して、分散器７に供給する。温度計２６は、加熱器９から気化用熱交換器２に導入する処理空気の温度を計測する。温度計２７は、気化用熱交換器２で冷却される空気の温度を、出口２９で計測する。

流量指示制御器１４が計測する気化した天然ガスの流量、温度指示制御器１５，２５が計測する温度、およびロータ差圧計２１が計測するロータ差圧などのデータは、ＣＰＵ３０に入力され、ＣＰＵ３０を含むコンピュータによる最適化制御が行われる。最適化制御の出力は、ＣＰＵ３０から、処理ブロワ４、除湿ロータ２０、温度指示制御器２３，２５、および再生ブロワ２４に与えられる。最適化制御では、後述するようにして、所定の再生空気温度が得られるように高温水の流量が調整される。除湿ロータ２０の再生部２０ｂに導入された９０℃〜１３０℃の再生空気は、再生部２０ｂを通過すると３０℃前後となり、再生ブロワ２４により吸引され、外気に放出される。次に、除湿ロータ２０の処理部２０ａを通過して露点を−３０℃以下に下げられた２０℃〜３５℃の処理空気は、再生空気ヒータ１９で再生空気と熱交換して温度が低下した高温水と加熱器９で熱交換し、約４５℃まで加熱される。

図２は、図１の空気熱源ＬＮＧ気化器１についてのコンピュータシミュレーションによる運転解析結果の一例を示す。なお、圧力は、絶対圧で示し、流量は、１時間当たりの体積流量を標準状態での換算値（Ｎｍ³ ／ｈ）で示す。外気温度が３２℃のときに、気化用熱交換器２の出口管１２に気化された天然ガス（ＮＧ）を、温度２０℃、圧力４８５ｋＰａ、および流量１２５５Ｎｍ³ ／ｈ得るためには、入口管１１にＬＮＧを、温度−１４２．２℃、圧力５４０ｋＰａ、および流量１２５５Ｎｍ³ ／ｈで供給すればよい。エアフィルタ５から導入する外気の圧力は１０１．３ｋＰａで流量は４３３５Ｎｍ³ ／ｈとなる。気化用熱交換器２の出口２９からは、温度−１０６．３℃、圧力１０１．８ｋＰａ、流量２４５６Ｎｍ³ ／ｈの冷却空気が得られる。気化用熱交換器２に導入する処理空気の温度は４５℃であり、抽気部１０から抽気する空気の温度は−８０℃であり、処理ブロワ４が吸引する空気の温度は、７℃となる。この空気は、大気と抽気部１０で抽気した空気とを分散器７で混合して得るようにしている。前述のように外気温度が８℃以上で低温空気を外気に混合するようにしているけれども、低温空気の温度が低過ぎると、特に外気温度が８℃よりもあまり高くないときに、低温空気の混合時には急激に温度が低下し、混合を停止すると温度が上昇するような変動を生じやすくなる。抽気による中間の低温空気を使用することによって、処理ブロワ４に吸引させる空気の温度を円滑に制御することが可能になる。

図３は、図１の気化用熱交換器２で、処理空気である除湿空気とＬＮＧとの間の熱交換特性を示す。上側のHot Composite が除湿空気に対応し、下側のCold CompositeがＬＮＧに対応する。ＬＮＧの気化条件は、流量が１時間当たりの質量として１ｔ／ｈであり、圧力は５００ｋＰａとする。外気の温度は３２℃であり、相対湿度は６５％である場合を想定する。気化用熱交換器２に導入された除湿空気の４５％が−８０℃に冷却されて抽気部１０から抽気され、分散器７で外気と混合することで、処理ブロワ４が吸引する外気を７℃まで冷却することができる。気化用熱交換器２に導入された除湿空気の残り５５％は、さらにＬＮＧと熱交換して、−１００℃以下に冷却される。抽気することで、正圧で冷気を取り出すことができ、外気を所定温度に冷却するための制御性を高めることができる。また、冷却空気温度を下げることで、伝熱管内でのＬＮＧの膜沸騰の抑制に寄与させることもできる。また、抽気温度を−８０℃まで下げることで、抽気して前段側の分散器７に戻す冷気循環量を減らすことができ、除湿ロータ２０や処理ブロワ４の容量を抑えることができるとともに、除湿ロータ２０の再生に要する熱を減らすこともできる。

図４は、図１の空気熱源ＬＮＧ気化器１で、ＬＮＧの気化圧力が５．５ＭＰａと０．４ＭＰａとの場合について、外気温度と発生冷気量および冷気循環量との関係を示す。外気の相対湿度は６５％とし、処理ブロワ４が吸引する空気は、予冷空気温度７℃に冷却されるものとする。外気温度の上昇とともに発生冷気量が減少する。外気温度の上昇とともに、抽気部１０で抽気して分散器７に戻す冷気循環量は増加する。外気温度が上昇すれば、空気予冷用の冷気の必要量も多くなるからである。外気温度が３８℃になると、ほぼ発生冷気の５０％が空気予冷に使用される。空気予冷用に−８０℃の冷気を抽気部１０から抽出して分散器７に戻すように循環させるのに対し、発生冷気の温度は−１００℃である。熱バランス的に外気温度の上昇とともに、冷気循環量と発生冷気量との合計は増える。

図５は、空気熱源ＬＮＧ気化器１での空気予冷温度と発生冷気量および冷気循環量との関係を示す。ＬＮＧ気化圧力は５．５ＭＰａ、外気温度３８℃、相対湿度６５％の場合を想定する。予冷空気温度を下げれば、温度３８℃での相対湿度６５％に対応する同一露点の処理空気でも、除湿ロータ２０の再生に必要な再生空気温度を下げることができるけれども、図５からは発生冷気量が低減することが判る。このため、空気熱源ＬＮＧ気化器１は、予冷空気温度として７℃程度で運転している。

図６は、図１のＣＰＵ３０による最適化制御の概略的な風量ＳＴＥＰ制御ロジックを示す。風量ＳＴＥＰ制御では、予め設定されるプログラムに従い、処理ブロワ４および再生ブロワ２４について、駆動用インバータの周波数をそれぞれ段階的に変化させる。除湿器３での除湿ロータ２０の回転速度も、風量ＳＴＥＰ制御に応じて段階的に変化させる。気化用熱交換器２としてのＬＮＧ気化能力は１２５０Ｎｍ³ ／ｈとする。気化した天然ガス（ＮＧ）の流量は、たとえば３０秒毎に判定され、流量に応じて風量ＳＴＥＰ制御ロジックが変更される。

この場合の風量ＳＴＥＰ制御ロジックに従う運転制御は、起動後の通常運転時に行われ、たとえば一定の時間毎にステップａ０からの手順を実行する。ＣＰＵ３０は、温度指示制御器１５が計測する気化用熱交換器２の出口管１２での天然ガスの温度に応じて、処理ブロワ４、除湿ロータ２０および再生ブロワ２４の回転速度を上下させる。

ステップａ１では、天然ガスの温度が０℃以下であるか否かを判断する。０℃以下であると判断するときには、ステップａ２で全速運転を行う。ステップａ１で天然ガスの温度が０℃以下ではない、すなわち０℃より高いと判断するときは、ステップａ３で、天然ガスの温度が５℃以下であるか否かを判断する。５℃以下であると判断するときには、ステップａ４で制御を２段階下げるようにする。ステップａ３で天然ガスの温度が５℃以下ではない、すなわち５℃より高いと判断するときは、ステップａ５で、天然ガスの温度が１０℃以下であるか否かを判断する。１０℃以下であるときは、ステップａ６で制御を１段階下げるようにする。ステップａ５で、天然ガスの温度が１０℃よりも高いと判断するときは、ステップａ７で、天然ガスの温度が２０℃以下であるか否かを判断する。２０℃以下であると判断するときには、ステップａ８で基準速度運転を行う。ステップａ７で天然ガスの温度が２０℃以下ではない、すなわち２０℃よりも高いと判断するときは、ステップａ９で天然ガスの温度が２５℃以下か否かを判断する。２５℃以下であると判断するときは、ステップａ１０で制御を１段階上げるようにする。ステップａ９で天然ガスの温度が２５℃以上であるときは、ステップａ１１で制御を２段階上げるようにする。

ステップａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０およびａ１１が終了すると、ステップａ１２で運転終了か否かを判断し、終了でないと判断するときは、ステップａ１に戻る。ステップａ１２で、運転終了と判断するときは、ステップａ１３で運転を停止する。

図８は、図７の風量ＳＴＥＰ制御を８段階で行う場合の制御パラメータの例を示す。前述のように、気化用熱交換器２でのＬＮＧ気化能力が一定の値の場合の制御パラメータであり、気化能力が他の値になると、この制御パラメータも変ることは当然である。

以上のような段階的な変化は、ＬＮＧの流量に応じて予め設定されるプログラムに従って行われる。この機能により、気化用熱交換器２の出口での天然ガス温度を、ほぼ１０〜２０℃の範囲に制御することができる。ステップａ２〜１１の制御では、処理ブロワ４を駆動するインバータの周波数設定を２０Ｈｚから６０Ｈｚまでで８段階に分割しているけれども、１５段階程度に分割するようにしてもよい。８段階から１５段階程度に分割することで、処理空気の露点が一時的に−３０℃以上に上がり、気化用熱交換器２のフィンや伝熱管に着霜して風量が低下しても、処理空気の風量低下は天然ガスの温度下降となるので、風量が増加するように制御される。この天然ガス出口温度に基づく段階的な制御により、風量の増加で着霜を解消させて、長期的には連続してＬＮＧ気化器としての安定運転を行うことができる。また、風量が過大になると天然ガスの出口温度が上昇して風量が減少するように制御され、必要以上に風量を増加させないために、出口２９での冷気温度を−１００℃前後に維持することができる。

図９、図１の空気熱源ＬＮＧ気化器１で、起動時に行われる制御手順を概略的に示す。ＣＰＵ３０に対して設定されるプログラムには、起動時に処理空気の風量とＬＮＧ流量との比率の最適化を図り、気化用熱交換器２での伝熱管内での膜沸騰とＬＮＧ流量との大きな変動を抑える運転システムが組み込まれている。

初期状態では、空気熱源ＬＮＧ気化器１の運転は停止しているものとする。ステップｂ０で作業者が起動スイッチ（ＳＷ）を投入してＯＮにすると、本運転システムが動作を開始する。ステップｂ１では、再生ブロワ２４および除湿ロータ２０の駆動モータをＯＮにする。処理ブロワ４は停止しているので、再生ブロワ２４による吸引で、再生空気の流路は負圧となる。このため、負圧となっても動作異常でないことを示すように、再生ライン負圧スイッチをＯＮにする。さらに高温水の熱源として設けるバーナのファンをＯＮにする。ＬＮＧの入口管１１に設けられる遮断弁１８を自動で「開」とする。さらに９０秒経過後に、バーナプロテクトリレーの電源をＯＮにする。また、流量制御弁１７を徐開して、５分程度の時間をかけて定格流量の３０〜４０％を流すようにする。

次に、ステップｂ２に移行し、バーナのパイロット電磁弁を「開」とし、イグニッションをＯＮとしてパイロットバーナを点火し、バーナ主電磁弁を「開」とする。ステップｂ３では、バーナの点火を確認する。点火が確認されないときは、ステップｂ４で、バーナ異常情報を表示や通知し、バーナ主電磁弁を「閉」とし、プロテクトリレー電源をＯＦＦとし、パイロット電磁弁を「閉」とし、バーナを消火して、バーナファンを停止する。

ステップｂ４でバーナの点火を確認すると、ステップｂ５での５分間の待機時間が終了していれば、ステップｂ６で処理ブロワ４を図６のステップａ１２に示す「１速」でＯＮにする。次のステップｂ７では、処理ブロワ４から空気が除湿ロータ２０の処理部２０ａに供給されて除湿運転が開始される。気化用熱交換器２に導入される処理空気の風量は最小の状態であるので、クールダウン運転となり、出口２９での空気温度を急速に−１００℃以下まで低下させることができる。ステップｂ６での処理ブロワ４の「１速」でのＯＮの後、ステップｂ８で４０分間待機すれば、ステップｂ９で処理ブロワ４を自動的に「２速」へ移行させ、図６のステップａ０以下の風量ＳＴＥＰ制御運転に移行する。

図９は、図８の起動時運転システムによる運転実績の例を示す。四角印のプロットは、流量指示制御器１４が計測する天然ガスの流量を示し、図８のステップｂ１に従い、起動後５分程度で徐々に増加させているのが判る。菱形印のプロットは、ロータ差圧計２１によって計測されるロータ差圧から換算される処理空気の風量であり、ステップｂ６で処理ブロワ４がＯＮになるまでは風量が負の値になっている。ステップｂ６での１速と、ステップｂ９での２速への切換えとに従って、処理空気風量が段階的に増加していることが判る。×印のプロットは、温度指示制御器２５によって計測される予冷空気の温度を示す。起動時には２０℃以上の温度が１０℃以下まで低下することが判る。三角印のプロットは、温度計２７が計測する冷気の出口温度を示す。起動時には２０℃以上であっても、クールダウン運転で、−１００℃以下に低下するのが判る。丸印のプロットは、温度指示制御器１５が計測する天然ガスの出口温度を示す。起動時には、処理空気の風量が少ないので熱源が不足し、１０℃以下まで低下するけれども、風量ＳＴＥＰ制御運転に移行して、処理空気の風量が増大して比率が適切になれば、１０℃〜２０℃の範囲に制御することができる。

本発明の実施の一形態としての空気熱源ＬＮＧ気化器１の概略的な構成を示す配管系統図である。図１の空気熱源ＬＮＧ気化器１についてのコンピュータシミュレーションによる運転解析結果の一例を示す図である。図１の気化用熱交換器２で、処理空気である除湿空気とＬＮＧとの間の熱交換特性を示すグラフである。図１の空気熱源ＬＮＧ気化器１で、ＬＮＧの気化圧力が５．５ＭＰａと０．４ＭＰａとの場合について、外気温度と発生冷気量および冷気循環量との関係を示すグラフである。図１の空気熱源ＬＮＧ気化器１での空気予冷温度と発生冷気量および冷気循環量との関係を示すグラフである。図１のＣＰＵ３０による最適化制御の概略的な風量ＳＴＥＰ制御ロジックを示すフローチャートである。図６の各段階での制御パラメータの例を示す図表である。図１の空気熱源ＬＮＧ気化器１で、起動時運転システムの制御手順を概略的に示す図である。図８の起動時運転システムによる運転実績の例を示すグラフである。

符号の説明

１空気熱源ＬＮＧ気化器
２気化用熱交換器
３除湿器
４処理ブロワ
９加熱器
１０抽気部
１４流量指示制御器
１５，２３，２５温度指示制御器
１７流量制御弁
１９再生空気ヒータ
２０除湿ロータ
２１ロータ差圧計
２２，２８温度制御弁
２４再生ブロワ
３０ＣＰＵ

Claims

空気を液化天然ガスの有する冷熱で冷却しながら、液化天然ガスを空気によって加熱して気化させる空気熱源液化天然ガス気化器であって、
外気中から導入される空気から水分を吸着して除湿するとともに、吸着した水分を脱着させて除湿機能の再生が可能な除湿器と、
除湿器で除湿された空気を常温以上の所定温度に加熱する加熱器と、
加熱器で加熱された空気を液化天然ガスと熱交換して、空気が冷却されるとともに液化天然ガスが昇温気化される気化用熱交換器とを、含むことを特徴とする空気熱源液化天然ガス気化器。
前記気化用熱交換器は、冷却された空気を低温空気として外部に供給するとともに、冷却途中の空気の一部を抽気することが可能であり、
気化用熱交換器から抽気した空気を、前記除湿器に導入される空気に混合して、除湿器で除湿する空気の温度を予め定める温度以下に低下させる混合冷却手段を、さらに含むことを特徴とする請求項１記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
前記気化用熱交換器で気化させる液化天然ガスの流量の変動と、昇温気化される天然ガスの温度とに応じて、前記外気中から導入される空気の導入量、および前記除湿器での除湿と再生とに対し、予め設定される最適化制御を行う制御手段を、さらに含むことを特徴とする請求項２記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
前記制御手段は、前記気化用熱交換器への液化天然ガス導入開始時に、液化天然ガスの流量に対して前記最適化制御で対応する空気の導入量よりも該導入量を抑えて、気化用熱交換器からの空気の出口温度を急速に低下させて予め定める温度以下に下げた後に、液化天然ガスの流量を増大させるように制御することを特徴とする請求項３記載の空気熱源液化天然ガス気化器。