JP2009299858A - 液化ガスの気化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管と基板との接合部の耐久性に優れた気化装置を提供する。
【解決手段】温水を満たすためのバス２と、液化ガスを流している間にバス内の温水と液化ガスとの間で熱交換させる伝熱管３と、伝熱管内に液化ガスを供給する供給管１０と、伝熱管の入口側端部を固定するとともにバス内外を仕切る基板７と、伝熱管の入口側端部に伝熱管内で基板を貫通するように固定された内管３１を備える装置１において、前記伝熱管の入口側端部における液化ガスの流路の周囲に、供給される液化ガスの一部を滞留させるために、伝熱管の内周面と内管の外周面とに挟まれ一端が供給管に通じ他端が閉塞された環状間隙３２を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液体窒素などの液化ガスを気化させる装置に関する。

メタン（ＬＮＧの主成分）及び液体窒素は、その沸点がそれぞれ−１９６℃、−１６２℃と非常に低い。一般に液化ガスは気化装置を用いて飽和温度（ＬＮＧの場合−１４０℃）まで昇温させて気化し、更に常温まで昇温させて使用される。気化装置としては、温水などの媒体を収容するバスと、バス内外を仕切る基板に固定されて液化ガスを通す伝熱管とを備えたものが汎用されており、液化ガスを伝熱管に通し、管壁を介して媒体と熱交換させることにより気化している（非特許文献１）。

具体的には、従来の気化装置は多管式とコイル式とがあり、多管式は図２に鉛直方向断面図で示すように、側面に媒体入口２ａ、媒体出口２ｂが設けられた薄肉円筒状のバス２と、バス２内に立てられた多数の伝熱管３、３・・・３と、バス２の下方に固定されＬＮＧ入口４ａを有する漏斗状の分配器４と、バス２の上方に固定され気化した天然ガス（ＮＧ）の出口５ａを有する逆漏斗状の集束器５とを備える。バス２の上下端は、厚肉の基板６、７にて閉じられており、これらの基板６、７に伝熱管３の出口側端部及び入口側端部が溶接等にて固定されている。バス２の内周面には媒体の流れを径方向に誘導するためのじゃま板９、９・・・が左右から交互に取付られている。伝熱管３はじゃま板９を貫通している。分配器４は、入口４ａにおいて供給管１０に接続されており、入口４ａから供給されたＬＮＧは、分配器４にて各伝熱管３に分配され、伝熱管３内を通過中に媒体と熱交換して気化し、集束器５にて集束されて送出される。

コイル式は図４に鉛直方向断面図で示すように、下端に媒体入口１２ａ、上端に媒体出口１２ｂが設けられ、媒体出口１２ｂを除いて上端が閉じられた薄肉円筒状のバス１２と、バス１２内に配置された伝熱管８と、バス１２の下端を閉じる基板１７とを備える。伝熱管８は、分配管８ａ、分配側環状管８ｂ、複数の分岐管８ｃ、８ｃ・・・、集束側環状管８ｄ、及び集束管８ｅからなる。分配管８ａは、供給管１０に接続され、基板１７を貫通し、それに溶接等にて固定されている。分配側環状管８ｂは、分配管８ａに接続されてバス１２内で水平に配置されている。分岐管８ｃ、８ｃ・・・は、入口側端部でそれぞれ環状管８ｂの適所に接続されて鉛直方向に螺旋状に巻かれている。集束側環状管８ｄは、全ての分岐管８ｃの出口側端部に接続されて水平に配置されている。集束管８ｅは、環状管８ｄに接続されて分岐管８ｃの螺旋軸上に立てられ、基板１７を貫通し、それに固定されている。供給管１０から供給されたＬＮＧは、分配管８ａ及び環状管８ｂにて各分岐管８ｃに分配され、分岐管８ｃ内を通過中に媒体と熱交換して気化し、環状管８ｄにて集束されて集束管８ｅより送出される。
http://www.kobelco.co.jp/eng/lng/j/lng03.htm

しかし、従来の気化装置では管壁の内外で２００℃以上もの温度差を有することから、伝熱管と基板との接合部、即ち図２における伝熱管３と基板７との接合部Ｐ、又は図４における分配管８ａと基板１７との接合部Ｑに熱応力が発生し、伝熱管が破損するおそれがあった。
それ故、この発明の課題は、伝熱管と基板との接合部の耐久性に優れた気化装置を提供することにある。

その課題を解決するために、この発明の気化装置は、
温水を満たすためのバスと、液化ガスを流している間にバス内の温水と液化ガスとの間で熱交換させる伝熱管と、伝熱管内に液化ガスを供給する供給管と、伝熱管の入口側端部を固定するとともにバス内外を仕切る基板とを備える装置において、
前記伝熱管の入口側端部における液化ガスの流路の周囲に、供給される液化ガスの一部を滞留させるガス溜めを設けたことを特徴とする。

この発明の気化装置によれば、供給管から供給される液化ガスの一部がガス溜めに流入し、残部が本来の流路を通って伝熱管の出口側端部に送られる。ガス溜めに流入した液化ガスは、そこで滞留し、伝熱管の入口側端部周辺の温水と熱交換して気化する。気化ガスは液化ガスに比べて熱伝導率が低い。このため、ガス溜めに滞留した気化ガスが、その後に供給される液化ガスと温水との断熱層となり、伝熱管と基板との熱応力が軽減される。

以上のように、伝熱管と基板との熱応力が軽減されることから、両者の接合部の耐久性に優れ、気化装置としての信頼性が向上する。

−実施形態１−
この発明の気化装置の第一の実施形態を図面とともに説明する。図１は第一の実施形態に係る気化装置を示し、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図、（ｃ）は伝熱管の軸方向断面図である。
気化装置１は、多管式であって、薄肉円筒状のバス２と、バス２内に立てられた多数の伝熱管３、３・・・３と、バス２の下方に固定されＬＮＧ入口４ａを有する漏斗状の分配器４と、バス２の上方に固定され気化した天然ガス（ＮＧ）の出口（図示省略）を有する逆漏斗状の集束器５（図示省略）とを備える。バス２の上下端は、厚肉の基板６（図示省略）、７にて閉じられており、これらの基板に伝熱管３の出口側端部及び入口側端部が溶接されている。バス２の内周面には入口２ａから供給される温水の流れを径方向に誘導するためのじゃま板９、９・・・が左右から交互に取付られている。じゃま板９は、平面視円形の一方の端が切り落とされた欠円をなしており、その切り落とし部分のみ媒体の軸方向の移動を許容する。伝熱管３はじゃま板９を貫通している。分配器４は、入口４ａにおいて供給管１０に接続されている。

各伝熱管３の入口側端部には伝熱管３内で基板７を貫通するように内管３１が挿入されている。内管３１は伝熱管３と同軸上に配置され、内管３１の外径は伝熱管３の内径よりも小さい。従って、伝熱管３の内周面と内管３１の外周面とで環状の間隙３２が形成されている。環状間隙３２は後述のガス溜めとして機能する。内管３１の上端には径方向外方に突き出た鍔３３が形成されており、鍔３３が伝熱管３に接合されることにより、内管３１が固定されるとともに、環状間隙３２の下流端が閉じられている。内管３１、３１・・・は、基板７の中心に近いものほど高い。即ち、基板７の中心に近いものほどその出口側端部が基板７から遠ざかっている。

装置１は、更に分配器４内にもう一つの分配器４１を備えている。分配器４１は、下方に向かって細くなるテーパ部４１ａと、その下に連なる筒状部４１ｂとからなる漏斗状をなす。そして、テーパ部４１ａの上面は内管３１が貫通していることを除くほかは気密に閉じられている。筒状部４１ｂは下端が開放されており入口４ａ内に挿入されている。筒状部４１ｂの外径は入口４ａの内径よりも小さい。内管３１、３１・・・は、テーパ部４１ａの上面に溶接されることにより固定されており、その後にそれぞれ伝熱管３、３・・内に挿入される。従って、前記の通り、中心に近いものほど高くすることにより、挿入し易くなっている。

装置１によれば、供給管１０から供給される液化ガスの一部が入口４ａの内周面と筒状部４１ｂの外周面との間隙を通り抜けて分配器４に入り、各環状間隙３２に分配される。そして、環状間隙３２内の液化ガスは伝熱管３周囲の温水と熱交換して気化する。一方、液化ガスの残部は、筒状部４１ｂより分配器４１に入り、各内管３１内に流れ続け、伝熱管３内を通過中に温水と熱交換して気化し、集束器５（図示省略）にて集束されて送出される。各伝熱管３内には螺旋状に軸方向に延びる伝熱促進体３４が取り付けられており、気化したガスは螺旋軌道を描きながら通過する。

装置１においては、環状間隙３２内で気化したガスが、そこに滞留し、伝熱管３周囲の温水と内管３１内を流れ続ける液化ガスとの間で断熱層として機能する。このため、伝熱管３における基板７との接合部近傍の外周面と内周面とではあまり温度差がなく、接合部に大きな熱応力がかからない。また、液化ガスが螺旋軌道を描きながら伝熱管３内を通過するので、伝熱管３が短くてもガスの昇温に必要な熱伝達が確保される。従って、バス２の全高を従来よりも低く、小型化可能である。

−実施形態２−
この発明の気化装置の第二の実施形態を図面とともに説明する。図３は第二の実施形態に係る気化装置を示し、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
気化装置１１は、下端に媒体入口１２ａ、上端に媒体出口１２ｂ（図示省略）が設けられ、媒体出口１２ｂを除いて上端が閉じられた薄肉円筒状のバス１２と、バス１２内に配置された伝熱管８と、バス１２の下端を閉じる基板１７とを備える。伝熱管８は、分配管８ａ、分配側環状管８ｂ、複数の分岐管８ｃ、８ｃ・・・（図示省略）、集束側環状管８ｄ（図示省略）、及び集束管８ｅからなる。

分配管８ａは、供給管１０に接続され、基板１７を貫通し、それに溶接されている。分配側環状管８ｂは、分配管８ａに接続されてバス１２内で水平に配置されている。分岐管８ｃ、８ｃ・・・は、入口側端部でそれぞれ環状管８ｂの適所に接続されて鉛直方向に螺旋状に巻かれている。集束側環状管８ｄは、全ての分岐管８ｃの出口側端部に接続されて水平に配置されている。集束管８ｅは、環状管８ｄに接続されて分岐管８ｃの螺旋軸上に立てられ、基板１７を貫通し、それに固定されている。

分配管８ａには分配管８ａ内で基板１７を貫通するように内管８１が挿入されている。内管８１は分配管８ａと同軸上に配置され、内管８１の外径は分配管８ａの内径よりも小さい。従って、分配管８ａの内周面と内管８１の外周面とで環状の間隙８２が形成されている。内管８１の上端には径方向外方に突き出た鍔８３が形成されており、鍔８３が分配管８ａに接合されることにより、内管８１が固定されるとともに、環状間隙８２の下流端が閉じられている。

装置１１によれば、供給管１０から供給される液化ガスの一部が環状間隙８２に入る。そして、環状間隙８２内の液化ガスは分配管８ａ周囲の温水と熱交換して気化する。一方、液化ガスの残部は、内管８１内に流れ続け、分岐管８ｃ内を通過中に温水と熱交換して気化し、集束管８ｅにて集束されて送出される。
装置１１においては、環状間隙８２内で気化したガスが、そこに滞留し、分配管８ａ周囲の温水と内管８１内を流れ続ける液化ガスとの間で断熱層として機能する。このため、分配管８ａにおける基板１７との接合部近傍の外周面と内周面とではあまり温度差がなく、接合部に大きな熱応力がかからない。

第一の実施形態に係る気化装置を示し、（ａ）はその鉛直方向要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図、（ｃ）は伝熱管の軸方向断面図である。 従来の多管式気化装置を示す一部破断正面図である。 第二の実施形態に係る気化装置を示し、（ａ）はその鉛直方向要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。 従来のコイル式気化装置を示す鉛直方向断面図である。

符号の説明

１、１１ 気化装置
２、１２ バス
３、８ 伝熱管
４ 分配器
５ 集束器
６、７、１７ 基板
８ａ 分配管
８ｂ、８ｄ 環状管
８ｃ 分岐管
８ｅ 集束管
３１、８１ 内管
３２、８２ 環状間隙

Claims (5)

1. 温水を満たすためのバスと、液化ガスを流している間にバス内の温水と液化ガスとの間で熱交換させる伝熱管と、伝熱管内に液化ガスを供給する供給管と、伝熱管の入口側端部を固定するとともにバス内外を仕切る基板とを備える装置において、
   前記伝熱管の入口側端部における液化ガスの流路の周囲に、供給される液化ガスの一部を滞留させるガス溜めを設けたことを特徴とする液化ガスの気化装置。
2. 更に伝熱管の入口側端部に伝熱管内で基板を貫通するように固定された内管を備え、前記ガス溜めが、伝熱管の内周面と内管の外周面とに挟まれ一端が供給管に通じ他端が閉塞された環状間隙である請求項１に記載の気化装置。
3. 前記装置は、二以上の伝熱管が鉛直方向に立てられた多管式であって、前記供給管から供給される液化ガスの一部を前記二以上の伝熱管内の各環状間隙に分配する第一の分配器と、前記供給管から供給される液化ガスの残部を前記二以上の伝熱管内の各内管に分配する第二の分配器とを更に備える請求項２に記載の気化装置。
4. 前記二以上の伝熱管の内管は、基板の中心に向かうほどその出口側端部が基板から遠ざかっている請求項３に記載の気化装置。
5. 前記装置は、二以上の分岐管がバス内でコイル状に巻かれ、入口側端部と出口側端部とで一本に集約されたコイル式である請求項２に記載の気化装置。

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