JP2011002120A - 温水バス式気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】シェル本体の径を小さくすることができ、温水バスの小型化を図れ、また、設置面積が小さくてすみ、更には、シェル本体内を上下方向に流れる温水の温度の均等化を図ることができる温水バス式気化器を提供することを課題とする。
【解決手段】垂直円筒型のシェル本体２内の、伝熱管束４の始端部と入口ヘッダー６を、入口ヘッダー６からシェル本体２の半径方向外側に向けて折れ曲がる入口側接続管７で接続すると共に、伝熱管束４の終端部と出口ヘッダー８を、シェル本体２の半径方向中心側に向けて折れ曲がる出口側接続管９で接続し、シェル本体２内に、複数枚のバッフルプレート１０を配置して、シェル本体２内の温水の流れを蛇行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化酸素（ＬＯ_２）、液化窒素（ＬＮ_２）、液化エチレン等の低温の気化対象媒体を、温水を用いて気化する温水バス式気化器に関するものである。

小規模のＬＮＧ基地等において、ＬＮＧ等の気化対象媒体を連続して気化する気化器としては、従来から、大気を熱源とする空温式気化器と、温水を熱源とする温水式気化器が知られていた。特に温水式気化器は、連続運転ができ、切り替え予備機を必要としないという特長があり、また、小スペース、低イニシャルコストであるという理由で広く採用されてきた。

従来から用いられてきた温水バス式気化器の一例としては、特許文献１に記載の温水バス式気化器がある。この温水バス式気化器は、温水バスを形成するシェル本体内に温水を供給すると共に、シェル本体内に設けた複数列の伝熱管でなる伝熱管束内にＬＮＧ等の気化対象媒体を供給し、伝熱管束内の気化対象媒体とシェル本体内の温水との熱交換により、伝熱管束内の液体の気化対象媒体を気化させ、その気化、蒸発した気化対象媒体のガスを次工程等に送り活用しようという装置である。尚、特許文献１に記載の温水バス式気化器のシェル本体は水平円筒型であり、コンパクト、低重量、低価格等の理由で近年採用されるようになってきたが、他に従来から汎用されてきた温水バス式気化器としては、水平角型のシェル本体を用いた温水バス式気化器がある。

しかしながら、これら従来から用いられてきた温水バス式気化器は、いずれもが横置きの水平型のシェル本体を用いており、また、特許文献１に記載の温水バス式気化器は、それ以前から用いられてきた水平角型のシェル本体を用いた温水バス式気化器と比較して小型化されたといえども、まだシェル本体の径は大きく、且つその重量も重く、その温水バス式気化器が設置される基礎が負担する荷重はかなり大きく、堅固な基礎を構築しなければならないという実情があった。

具体的な従来技術を、水平円筒型のシェル本体を有する温水バス式気化器を例にとり、以下、図１０および図１１に基づき説明する。この従来の温水バス式気化器では、伝熱管束４内を流通する気化対象媒体と熱交換させるためにシェル本体２内に供給される温水は、シェル本体２内の下部に配置された温水分配管２９から供給される。このシェル本体２内に供給された温水は、伝熱管束４内を流通する気化対象媒体と熱交換し、徐々に温度を下げつつシェル本体２内を上昇し、対向配置された整流板３０ａ、３０ｂのうち、上縁にジグザグの隙間が形成された一方の整流板３０ａの上縁を越えて流路変更し、温水出口３１より排水されてボイラ系の次工程へ送出される。

このように、従来の横置き水平型のシェル本体２を用いた温水バス式気化器では、シェル本体２内の下部に温水分配管２９を配置する必要があり、また、温水は一方の整流板３０ａの上縁を越えて温水出口３１より排水されるため、シェル本体２内の上部には一定の容積以上の空間が必要であり、必然的にシェル本体２は一定の大きさ以上としなければならないのが実情であり、横置き水平型の温水バス式気化器を小型化するには限界があった。

特開２００１−２０１２７９号公報

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、シェル本体の径を小さくすることができ、温水バスの小型化を図れ、また、設置面積が小さくてすみ、更には、シェル本体内を上下方向に流れる温水の温度の均等化を図ることができる温水バス式気化器を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、温水バスを形成する垂直円筒型のシェル本体内に、垂直方向に複数列に並んだ伝熱管と、その伝熱管の端部を接続する１８０°リターンベンドでなる伝熱管束を設け、その伝熱管束内を流通する気化対象媒体を、前記シェル本体内を流通する温水と熱交換して気化させる温水バス式気化器であって、前記伝熱管束の始端部と入口ヘッダーを、その入口ヘッダーから前記シェル本体の半径方向外側に向けて折れ曲がる入口側接続管で接続すると共に、前記伝熱管束の終端部と出口ヘッダーを、その伝熱管束の終端部から前記シェル本体の半径方向中心側に向けて折れ曲がる出口側接続管で接続し、前記シェル本体内に、複数枚のバッフルプレートを上下方向に間隔を開けて配置して、前記シェル本体内を上下方向に流通する温水の流れを蛇行させることを特徴とする温水バス式気化器である。

請求項２記載の発明は、前記複数枚のバッフルプレートは、複数の通水孔が形成されたバッフルプレートであり、上下に隣り合うバッフルプレートの通水孔の位置は、水平方向でずれた位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の温水バス式気化器である。

請求項３記載の発明は、上下に隣り合うバッフルプレート間の、前記シェル本体内の前記伝熱管束が配置されていない周縁部に、整流板が配置されていることを特徴とする請求項２記載の温水バス式気化器である。

請求項４記載の発明は、前記複数枚のバッフルプレートは、前記シェル本体の内壁面に添った一側方に通水口が形成された状態で配置されたバッフルプレートであり、上下に隣り合うバッフルプレートで、通水口が形成された位置が水平方向でずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の温水バス式気化器である。

請求項５記載の発明は、前記入口ヘッダーが、伝熱管束の荷重を受ける支承材に収縮緩衝材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の温水バス式気化器である。

請求項６記載の発明は、前記シェル本体内には、他の熱交換器用の伝熱管束が併せて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の温水バス式気化器である。

本発明の請求項１記載の温水バス式気化器によると、シェル本体を垂直円筒型とすることで、シェル本体の径を小さくすることができ、温水バスの小型化を図ることができ、また、垂直円筒型であるため設置面積も小さくてすむ。また、シェル本体内に、伝熱管束をスペースの無駄なく幅広く配置することができる。更には、シェル本体内に複数枚のバッフルプレートを配置することで、垂直円筒型のシェル本体内を上下方向に流れる温水の温度の均等化を図ることができる。

本発明の請求項２記載の温水バス式気化器によると、上下に隣り合うバッフルプレートの通水孔の位置を水平方向でずれた位置に形成することにより、垂直円筒型のシェル本体内を上下方向に流れる温水の流れを確実に蛇行させることができ、シェル本体内を上下方向に流れる温水の温度の均等化を図ることができる。

本発明の請求項３記載の温水バス式気化器によると、整流板を配置することにより、伝熱管束が配置されていないシェル本体内の周縁部を、温水がショートパスして流れることを防止することができる。

本発明の請求項４記載の温水バス式気化器によると、通水口の位置を、上下に隣り合うバッフルプレートの配置を変えることで、水平方向でずれた位置とすることができ、垂直円筒型のシェル本体内を上下方向に流れる温水の流れを確実に蛇行させることができ、シェル本体内を上下方向に流れる温水の温度の均等化を図ることができる。

本発明の請求項５記載の温水バス式気化器によると、気化する前の気化対象媒体の低温の影響を受けて、入口ヘッダーの取付部に収縮熱応力が発生することを抑制することができる。

本発明の請求項６記載の温水バス式気化器によると、シェル本体内に、他の熱交換器用の伝熱管束が併せて配置することで、有効利用、多機能化を図ることができる。

本発明の一実施形態の温水バス式気化器を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の温水バス式気化器を示す図１のＡ−Ａ線横断面図である。 伝熱管と、入口ヘッダー或いは出口ヘッダーを接続した状態を示す正面図である。 本発明の一実施形態の温水バス式気化器を示し、（ａ）は図１のシェル本体を除くＢ−Ｂ線横断面図、（ｂ）は図１のシェル本体を除くＣ−Ｃ線横断面図である。 本発明の異なる実施形態の温水バス式気化器を示す縦断面図である。 本発明の異なる実施形態の温水バス式気化器を示す図５のＡ−Ａ線横断面図である。 入口ヘッダーの支承材への取付状態を示す正面図である。 出口ヘッダーの支承材への取付状態を示す正面図である。 本発明の更に異なる実施形態の温水バス式気化器を示す横断面図である。 従来の温水バス式気化器の一例を示す長尺方向の縦断面図である。 従来の温水バス式気化器の一例を示す短尺方向の縦断面図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

図１および図２は本発明の一実施形態の温水バス式気化器を示し、図１は温水バス式気化器の縦断面図、図２は温水バス式気化器の横断面図である。

この温水バス式気化器は、温水が供給されるための温水バス１を形成する垂直円筒型のシェル本体２と、このシェル本体２の内部に設けられる垂直方向複数列の伝熱管３とその伝熱管の端部を接続する１８０°リターンベンド５で形成された伝熱管束４を有して構成されており、シェル本体２内には温水が、伝熱管束４内には、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化酸素（ＬＯ_２）、液化窒素（ＬＮ_２）、或いは液化エチレン等の気化対象媒体が供給される。

シェル本体２は、先に説明したように垂直円筒型であり、その上下面が閉塞されて温水バス１を形成している。このシェル本体２の下部側面には給水口１７が形成されており、この給水口１７から熱交換のために必要な高温の温水が供給される。また、このシェル本体２の上面には排水口１８が形成されている。シェル本体２内を上昇し、熱交換を終えて供給時と比較して低温になった温水が、この排水口１８から排水され、例えば、ボイラ系の次工程へ送出される。尚、１９は、供給された高温の温水がその正面の入口ヘッダー６側に直接流入して高温のまま入口ヘッダー６に接触しないように設けられたインピンンジメントバッフルである。

伝熱管束４は、その内部に供給されたＬＮＧ等の気化対象媒体を、温水バス１内に供給された温水と熱交換することにより、その伝熱管束４の内部で、ＬＮＧ等の気化対象媒体を天然ガス（ＮＧ）等のガスとして気化させるために設けられたものである。この伝熱管束４は、直管状の伝熱管３を垂直方向に複数列並べ、それら隣り合う伝熱管３の端部を複数の１８０°リターンベンド５で接続することにより管路が連続する状態として構成されており、その伝熱管束４の始端部を入口側接続管７を介して入口ヘッダー６に、また、その伝熱管束４の終端部を出口側接続管９を介して出口ヘッダー８に夫々接続することで、シェル本体２内に設けられている。この入口ヘッダー６並びに出口ヘッダー８に関わる構成については後ほど詳細に説明する。

図３に、伝熱管束４の始端部（伝熱管３）と入口ヘッダー６を入口側接続管７を介して接続した状態、或いは、伝熱管束４の終端部（伝熱管３）と出口ヘッダー８を出口側接続管９を介して接続した状態を示す。伝熱管束４の始端部と入口ヘッダー６を接続する場合は、入口ヘッダー６からシェル本体２の半径方向外側に向けて折れ曲がるような形状の入口側接続管７を介して接続する。一方、伝熱管束４の終端部と出口ヘッダー８を接続する場合は、伝熱管束４の終端部からシェル本体２の半径方向中心側に向けて折れ曲がるような形状の出口側接続管９を介して接続する。このように、伝熱管束４の始端部および終端部を、入口ヘッダー６および出口ヘッダー８に接続することで、シェル本体２内に、伝熱管束４をスペースの無駄なく幅広く配置することができる。

伝熱管束４は、前述したように、複数本の平行に配置した伝熱管３と、それら伝熱管３を接続する複数本の円弧状の１８０°リターンベンド５より構成されており、シェル本体２内に複数本の伝熱管３が垂直方向に延びて複数回パスされる。本実施形態では、伝熱管束４において、複数本の１８０°リターンベンド５を、図２に示すように、ランダムに様々な方向に向けて配置することにより、伝熱管束４を、温水バス１の上面側（或いは下面側）から見てジグザグに配置することができる。このように、伝熱管束４をシェル本体２内にジグザグに配置することにより、各伝熱管３の間に間隔をあけて、垂直円筒型のシェル本体２内に、伝熱管束４を幅広く高密度に有効に配置することができる。

尚、以上の説明では、１８０°リターンベンド５をランダムに様々な方向に向けて配置することにより、伝熱管束４を温水バス１の上面側から見てジグザグに配置することができると説明した。このジグザグの配置は、シェル本体２内に伝熱管束４を幅広く高密度に配置することができるという点で有効であるが、全ての１８０°リターンベンド５を、温水バス１の上面側から見て９０°で順に折れ曲がるように配置し、各伝熱管３を等間隔で整列した状態で配置しても構わない。

また、シェル本体２内には、複数枚のバッフルプレート１０が上下方向に一定間隔を開けて配置されている。このバッフルプレート１０の形状は、図４に示すように円盤状であり、シェル本体２内に供給された温水が下方から上方に向けて通過する複数の通水孔１１と、伝熱管３が挿通する複数の挿通孔２０が配置されている。バッフルプレート１０は、この挿通孔２０を挿通する伝熱管３に取り付けられていると共に、シェル本体２内の周縁部に垂直に設けられた複数本のタイロッド２１で支持されることで、シェル本体２内に取り付けられている。

図４（ａ）に示すバッフルプレート１０は奇数段（下から数える）に設けられるバッフルプレート１０ａ、図４（ｂ）に示すバッフルプレート１０は偶数段に設けられるバッフルプレート１０ｂであり、両方のバッフルプレート１０ａ、１０ｂは、平面視で、伝熱管３が挿通する挿通孔２０は同じ位置に形成されている。一方、温水が通過する通水孔１１は水平方向にずれた位置、具体的には、１ピッチ置き（図の上下方向）にずれた位置に形成されている。

このように、奇数段に設けられるバッフルプレート１０ａと偶数段に設けられるバッフルプレート１０ｂで、温水が通過する通水孔１１が水平方向にずれた位置に形成することにより、シェル本体２内を下方から上方に向けて流通する温水の流れを蛇行させることができ、シェル本体２内を下方から上方に向けて流れる温水の温度の均等化を図ることができる。

尚、以上の説明では、図４に示すように、複数の通水孔１１が規則正しく並んだ事例に基づいて説明したが、これら複数の通水孔１１はランダムに配置されていても良く、また、２種類のバッフルプレート１０が奇数段と複数段の１段置きではなく、例えば、３種類の通水孔１１の配置のバッフルプレート１０が、３段置きに順に並べられていても良い。

また、上下に隣り合うバッフルプレート１０ａ、１０ｂの間の、伝熱管束４が配置されていないシェル本体２内の周縁部には整流板１２が配置されている。この整流板１２の形状は、円弧と直線で囲まれたような弓形であり、バッフルプレート１０と同様に、シェル本体２内の周縁部に垂直に設けられた複数本のタイロッド２１で支持されている。また、この整流板１２は伝熱管束４の両側に対になって設けられている（図４では破線で示す。）が、伝熱管束４の周囲の四方に４枚対になって設けられていても良い。また、これら整流板１２は必ずしも対になって設けられていなくても良く、シェル本体２内の異なる高さ位置に設けられていても良い。

このように上下に隣り合うバッフルプレート１０ａ、１０ｂの間に整流板１２を配置することにより、シェル本体２内を下方から上方に向けて流通する温水が、伝熱管束４が配置されていないシェル本体２内の周縁部を通過して、伝熱管束４内の気化対象媒体と熱交換せずに、ショートパスして流れ去ることを防止することができる。

入口ヘッダー６並びに出口ヘッダー８は、シェル本体２の周縁部とは離れて温水バス１の比較的内方の位置に設けられている。その理由は、供給管２２並びに排気管２３の貫通部に、管内冷熱から断熱するためのキャップや板を取り付けている（図示せず）ためであり、必然的に、直交する入口ヘッダー６並びに出口ヘッダー８は、温水バス１の比較的内方の位置に設けられる。入口ヘッダー６には気化対象媒体が、温水バス１の外部から供給される供給管２２が接続されており、出口ヘッダー８には気化対象媒体が熱交換により気化されたガスが、温水バス１の外部の次工程へ送出される排気管２３が接続されている。

図７は入口ヘッダー６の支承材１４（入口側支承材１４ａ）への取付状態を、図８は出口ヘッダー８の支承材１４（出口側支承材１４ｂ）への取付状態を夫々示す。図７および図８に示すように、入口ヘッダー６並びに出口ヘッダー８は、伝熱管束４の荷重を受ける支承材１４に取り付けられる。

気化対象媒体の温度は、供給管２２から供給された状態では気化する前の極めて低温であるのに対し、排気管２３から送出する直前の熱交換を終えて気化した状態では温度が上昇しているため、入口ヘッダー６と出口ヘッダー８では、支承材１４への取付方法が異なる。

図７に示すように、入口ヘッダー６は、シェル本体２内に設けられた入口側支承材１４ａに取り付けられる。その入口ヘッダー６が設けられた位置では、気化対象媒体の温度が極めて低温であり、インピンンジメントバッフル１９で極低温の給水が直接入口ヘッダー６に当たらないようにしてはいるが、雰囲気温度が高いので、入口ヘッダー６内での異常沸騰に伴う液面変動並びに温度差サイクルによって疲労が発生する懸念があるため、入口ヘッダー６の周囲は断熱材２４で被覆されている。また、この断熱材２４で被覆された入口ヘッダー６にはＴ字形の支持材２５の先端部が固着され、その支持材２５の取付面と入口側支承材１４ａの間にゴム等の収縮緩衝材１５を挟み込み、スプリングワッシャー付きのボルトナット等の固着具２６で固定することで、入口ヘッダー６は取り付けられる。

一方、出口ヘッダー８が設けられた位置では、前記した温度差サイクルの影響を受ける可能性は殆どないため、図８に示すように、入口ヘッダー６は、Ｕボルト２７により簡易な方法で出口側支承材１４ｂに取り付けられる。

図５および図６は本発明の異なる実施形態の温水バス式気化器を示し、図５は温水バス式気化器の縦断面図、図６は温水バス式気化器の横断面図である。図１および図２に示す実施形態と異なるのは、バッフルプレート１０に関わる構成だけで、その他の構成は同一であるので、バッフルプレート１０に関する構成以外の説明については省略する。

この実施形態でも、シェル本体２内に、複数枚のバッフルプレート１０が上下方向に一定間隔を開けて配置されている。このバッフルプレート１０の形状は、図６に示すように一側方が弓形に切り欠かれたような略円盤状の形状であり、シェル本体２の内壁面との間の空間が通水口１３となっている。このバッフルプレート１０は、いわゆるセグメンタルバッフルと称されるバッフルプレート１０であり、図５に示すように、通水口１３は、上下１段置きに対向する側に設けられており、奇数段同士のバッフルプレート１０、偶数段同士のバッフルプレート１０では、通水口１３は夫々同じ側に設けられている。

このように、奇数段に設けられるバッフルプレート１０と偶数段に設けられるバッフルプレート１０で、温水が通過する通水口１３がシェル本体２内の対向する側に形成されることにより、シェル本体２内を下方から上方に向けて流通する温水の流れを横断する方向の流れとして大きく蛇行させることができ、シェル本体２内を下方から上方に向けて流れる温水の温度の均等化を図ることができる。

尚、以上の説明では、図５に示すように、通水口１３が上下１段置きに対向する側に設けられた事例に基づいて説明したが、これら複数の通水口１３は上下で水平方向にずれた位置に設けられておれば良く、例えば、ランダムな位置に配置されていても良い。また、これらバッフルプレート１０は、そのバッフルプレート１０に形成された挿通孔２０を挿通する伝熱管３に取り付けられていると共に、シェル本体２内の周縁部に垂直に設けられた複数本のタイロッド２１で支持されている。

尚、図１および図５に示す２８は、本発明の温水バス式気化器が設置される基礎であり、温水バス１を形成するシェル本体２を垂直円筒型とすることにより、温水バス１を形成するシェル本体２が横置き水平型の場合より、小さな基礎２８とすることができる。

図９には、シェル本体２内に、以上に説明した伝熱管束４とは異なる他の熱交換器用の伝熱管束１６を併せて配置した事例を示す。具体的には、他の熱交換器用の伝熱管束１６は、ＢＯＧ加湿器の伝熱管束１６や、加圧蒸発器の伝熱管束１６である。

１…温水バス
２…シェル本体
３…伝熱管
４…伝熱管束
５…１８０°リターンベンド
６…入口ヘッダー
７…入口側接続管
８…出口ヘッダー
９…出口側接続管
１０…バッフルプレート
１０ａ…奇数段に設けられるバッフルプレート
１０ｂ…偶数段に設けられるバッフルプレート
１１…通水孔
１２…整流板
１３…通水口
１４…支承材
１４ａ…入口側支承材
１４ｂ…出口側支承材
１５…収縮緩衝材
１６…他の熱交換器用の伝熱管束
１７…給水口
１８…排水口
１９…インピンンジメントバッフル
２０…挿通孔
２１…タイロッド
２２…供給管
２３…排気管
２４…断熱材
２５…支持材
２６…固着具
２７…Ｕボルト
２８…基礎

Claims (6)

1. 温水バスを形成する垂直円筒型のシェル本体内に、垂直方向に複数列に並んだ伝熱管と、その伝熱管の端部を接続する１８０°リターンベンドでなる伝熱管束を設け、その伝熱管束内を流通する気化対象媒体を、前記シェル本体内を流通する温水と熱交換して気化させる温水バス式気化器であって、
   前記伝熱管束の始端部と入口ヘッダーを、その入口ヘッダーから前記シェル本体の半径方向外側に向けて折れ曲がる入口側接続管で接続すると共に、
   前記伝熱管束の終端部と出口ヘッダーを、その伝熱管束の終端部から前記シェル本体の半径方向中心側に向けて折れ曲がる出口側接続管で接続し、
   前記シェル本体内に、複数枚のバッフルプレートを上下方向に間隔を開けて配置して、前記シェル本体内を上下方向に流通する温水の流れを蛇行させることを特徴とする温水バス式気化器。
2. 前記複数枚のバッフルプレートは、複数の通水孔が形成されたバッフルプレートであり、上下に隣り合うバッフルプレートの通水孔の位置は、水平方向でずれた位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の温水バス式気化器。
3. 上下に隣り合うバッフルプレート間の、前記シェル本体内の前記伝熱管束が配置されていない周縁部に、整流板が配置されていることを特徴とする請求項２記載の温水バス式気化器。
4. 前記複数枚のバッフルプレートは、前記シェル本体の内壁面に添った一側方に通水口が形成された状態で配置されたバッフルプレートであり、上下に隣り合うバッフルプレートで、通水口が形成された位置が水平方向でずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の温水バス式気化器。
5. 前記入口ヘッダーが、伝熱管束の荷重を受ける支承材に収縮緩衝材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の温水バス式気化器。
6. 前記シェル本体内には、他の熱交換器用の伝熱管束が併せて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の温水バス式気化器。

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