JP2012052730A - オープンラック式気化器における散水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも水（熱源流体）の分散性に優れたオープンラック式気化器用の散水装置を提供すること。
【解決手段】トラフ１１、整流板１３、２本の海水導入管１２ａ・１２ｂ、および海水導入管１２ａ・１２ｂのそれぞれの上方に配置された分水器５を備える散水装置１０である。分水器５は、整流板１３に取り付けられた天板２１と、天板２１とトラフ底面との間に間隔を開けて整流板１３に取り付けられた緩衝板２２〜２４とを具備してなる。緩衝板２２〜２４および天板２１のトラフ長手方向の寸法Ｗは、海水導入管１２ａ・１２ｂの直径Ｄの１．５倍以下とされ、海水導入管１２ａ・１２ｂの断面積よりも小さい面積の孔２２ａ〜２４ａが緩衝板２２〜２４の中央に開けられ、２本の海水導入管内の流量を均一化するために、下流側の海水導入管１２ａ側にオリフィス板１５が取り付けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液化ガスを気化させるオープンラック式気化器における散水装置に関する。

従来、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの液化ガスを気化させる気化器として、鉛直方向に並べた伝熱管内にＬＮＧを流すとともに、この伝熱管の外面に沿って海水・河川水などの水を流して、液化ガスを気化させるオープンラック式気化器が知られている。

例えば特許文献１に記載されているオープンラック式気化器は、鉛直方向に延びる多数の伝熱管が並列配置されてなる複数のパネルと、熱源である海水をパネルの外面に沿って流下させる散水装置とを備えている。散水装置は、パネルの間の上部に配置される上面が開口した箱状のトラフと、トラフの底部に接続されてトラフ内に海水を供給する給水管とを備えている。トラフ内に供給された海水は、トラフの上側縁部から溢れ出て、パネルの外面に沿って流下し、伝熱管内を通過する液化ガスを加熱して気化させる。

ここで、特許文献１の気化器の散水装置は、トラフの上側縁部から溢流する流量（溢流量）をパネルの幅方向（トラフの長手方向）において均一化して、熱交換を均一に行わせるために、トラフ内に２枚の整流板と中央に孔の開いた複数枚の緩衝板と天板とを配置している。

特開平１１−３２５７５６号公報

本出願人は、現在、特許文献１に記載の構造に基づく散水装置を採用しているが、実機の測定結果によると、トラフ長手方向の海水の分散性（平均流量に対する偏流の割合、標準偏差／平均流量）は、±５０％程度となっている。気化器のさらなる高性能化（コンパクト化および散水量の低減）を目指したとき、海水の分散性の向上を図らなければならない。コンパクト化とは伝熱管本数を減らすことであり、散水量の低減は動力の低減につながる。気化器の高性能化により、製造コストおよび運転コストを低減することができる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来よりも水（熱源流体）の分散性に優れたオープンラック式気化器用の散水装置を提供することである。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、トラフへの２本の海水導入管のうち、下流側の海水導入管にオリフィスを設けて、２本の海水導入管の流量を均一化する。また、緩衝板の中央に開ける孔の面積を海水導入管の断面積よりも小さくする。さらに、緩衝板のトラフ長手方向の寸法を海水導入管の直径の１．５倍以下とする。これら工夫により、前記課題を解決することができた。この知見に基づき本発明が完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、給水された水を上側縁部から溢流させてパネル面に沿って流下させるトラフと、前記トラフ内の幅方向に間隔を開けて、トラフ長手方向に沿って配置された整流板と、前記トラフ底面の幅方向中央部に開口する複数の水導入管と、前記水導入管の上方に配置された分水器と、を備え、前記分水器は、前記整流板に取り付けられた天板と、前記天板と前記トラフ底面との間に間隔を開けて前記整流板に取り付けられた緩衝板と、を具備してなり、前記緩衝板および前記天板のトラフ長手方向の寸法は、前記水導入管の直径の１．５倍以下とされ、前記水導入管の断面積よりも小さい面積の孔が前記緩衝板の中央に開けられ、前記複数の水導入管内の流量を均一化するために、下流側の前記水導入管側にオリフィス板が取り付けられている、または、下流側の前記水導入管の内径が上流側の前記水導入管の内径よりも小さくされている、オープンラック式気化器における散水装置である。

下流側の水導入管側にオリフィス板を取り付ける、あるいは、下流側の水導入管の内径を上流側の水導入管の内径よりも小さくすることで、複数の水導入管内の流量が均一化する。また、緩衝板の中央に開ける孔の面積を海水導入管の断面積よりも小さくするとともに、緩衝板および天板のトラフ長手方向の寸法を水導入管の直径の１．５倍以下とすることで、水の分散性が従来よりも向上する。

また本発明は、その第２の態様によれば、前記散水装置を備えるオープンラック式気化器である。

本発明によれば、従来よりも水（熱源流体）の分散性に優れたオープンラック式気化器用の散水装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る散水装置を具備してなるオープンラック式気化器を示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ矢視図である。 図２の散水装置部分の拡大断面図である。 図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。 分水器部分の斜視図である。 海水導入管の直径に対する緩衝板の幅寸法の比率と、海水の分散性との関係を示すグラフである。 トラフ長手方向の流量差の分布を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示したオープンラック式気化器１（以下、「気化器」と呼ぶ）は、ＬＮＧ（液化天然ガス）を気化させるための気化器である。

（オープンラック式気化器の構成）
図１、図２に示すように、気化器１は、対向配置された複数のパネルユニット２と、隣り合うパネルユニット２間のそれぞれの上部に配置された複数の散水装置１０とを備えている。

パネルユニット２は、複数の伝熱管Ｐを鉛直方向にカーテン状に並列配列してなるパネル２ａと、パネル２ａの下端に連結されたＬＮＧ供給用の下部ヘッダー管２ｃと、パネル２ａの上端に連結された気化ガス収集用の上部ヘッダー管２ｂとからなる。複数の下部ヘッダー管２ｃの端にはＬＮＧ供給用のＬＮＧマニホールド管４が接続され、複数の上部ヘッダー管２ｂの端には気化ガス送出用の天然ガスマニホールド管３が接続されている。

散水装置１０は、そのトラフ１１の上側縁部から熱源としての海水を溢流させてパネル２ａ面に沿って海水を流下させるための装置である。ＬＮＧマニホールド管４から供給されたＬＮＧは、パネル２ａを構成する伝熱管Ｐ内を通る過程で海水によって加熱され気化し、気化したＬＮＧは、上部ヘッダー管２ｂから天然ガスマニホールド管３へ導かれる。

（散水装置の構成）
図１〜図５に示すように、散水装置１０は、パネル２ａに沿って水平に配置された上部が開口したトラフ１１と、トラフ１１に海水を供給するための給水管（１２、１４）とを備えている。トラフ１１内にはトラフ長手方向に沿って２枚の整流板１３が配置され、２枚の整流板１３の間には分水器５が設けられている。給水管（１２、１４）は、トラフ１１底面の幅方向中央部に開口する２本の海水導入管１２（１２ａ、１２ｂ）と、海水導入管１２に海水を供給する母管１４とからなる。

[トラフ]
トラフ１１は、２つの側壁部１１ｂと、底板部１１ａと、側壁部１１ｂの上端に設けられた垂れ部１１ｃ（図４参照、図３では図示省略）とを有する。垂れ部１１ｃは、側壁部１１ｂの上端から下方外側に延びる形状とされている。垂れ部１１ｃは、トラフ１１の上側縁部から溢流した海水をパネル２ａ面に効果的に当てるためのものであり、トラフ長手方向における海水の分散性向上（平均流量に対する偏流の割合が小さくなる）にも寄与する。トラフ１１の深さ、すなわち、トラフ１１の底面と側壁部１１ｂの上端との間の上下方向長さをＨとする。

トラフ１１の底板部１１ａには、トラフ１１内に海水を導入するための２つの孔１１ｄが所定の間隔をとって開けられている。孔１１ｄは、トラフ１１の長手方向の一端および他端から、それぞれ、トラフ長さの約１／４離れた位置に開けられている。また、孔１１ｄは、ともにトラフ１１の幅方向（トラフ長手方向に対して直交する方向）の略中央の位置に開けられている。孔１１ｄは、海水導入管１２と同径の円形孔である。孔１１ｄの内径（海水導入管１２の内径）をＤとし、その開口面積（断面積）をＡとする。

[給水管]
前記したように、給水管（１２、１４）は、２本の海水導入管１２（１２ａ、１２ｂ）と、海水導入管１２に海水を供給する母管１４とから構成されている。母管１４は、トラフ１１の下側に配置され、トラフ１１と同じ方向に延在されている。母管１４は、一端が閉塞しており、他端から海水が供給されるようになっている。母管１４とトラフ１１とは海水導入管１２で接続されている。海水導入管１２は、トラフ１１の底板部１１ａに開けられた孔１１ｄ部に取り付けられ、上下方向に配置されている。

図３および図４に示したように、２本の海水導入管１２（１２ａ、１２ｂ）のうち、下流側の海水導入管１２ａにはリング状のオリフィス板１５が取り付けられている。本実施形態では、トラフ１１の底板部１１ａに開けられた孔１１ｄ部にオリフィス板１５が取り付けられている。取り付け・取り外しが容易な点から孔１１ｄ部にオリフィス板１５を取り付けることが好ましいが、海水導入管１２ａの長さ方向において、海水導入管１２ａ内のいずれの位置にオリフィス板１５を取り付けてもよい。

[整流板]
２枚の整流板１３は、トラフ１１の長手方向内寸法と同じ長さの矩形状の板材であって、その長手方向両端がトラフ１１の長手方向両端の壁に取り付けられている。２枚の整流板１３は、間隔を開けて平行に配置され、かつ、それぞれ側壁部１１ｂに対して間隔を開けて平行に配置されている。また、整流板１３の下端は、トラフ１１の底面から離間し、整流板１３の上端は、トラフ１１の上端よりも上方に突出している。

[分水器]
分水器５は、海水導入管１２ａ・１２ｂのそれぞれの上方に配置されている。すなわち、本実施形態では２つの分水器５を散水装置１０は有する。この分水器５は、下方から順に、３枚の緩衝板（２２〜２４）と、１枚の天板２１とを有する。

３枚の緩衝板（２２〜２４）および１枚の天板２１は、２枚の整流板１３の間に取り付けられ、上下方向に間隔を開けて平行に配列されている。また、３枚の緩衝板（２２〜２４）および１枚の天板２１のトラフ長手方向長さは全て同じである。このトラフ長手方向長さをＷとすると、Ｗは、緩衝板および天板の下方の対応する海水導入管１２（１２ａ、１２ｂ）の内径Ｄの１．５倍以内の寸法とされている。

緩衝板２２〜２４には、その中心部（底板部１１ａに開けられた孔１１ｄの上方の位置）に矩形状の孔２２ａ〜２４ａが開けられている。孔２２ａ〜２４ａの開口面積をそれぞれＢ１〜Ｂ３とすると、Ｂ１〜Ｂ３は、いずれもその下方の海水導入管１の開口面積Ａよりも小さい。より好ましくは、Ａ＞Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３となるように、上段の緩衝板ほど開口面積を小さくする。なお、天板２１に孔（開口部）は設けない。

さらに好ましくは、トラフ１１底面に対する緩衝板２２〜２４の高さをそれぞれｈ１〜ｈ３とし、孔２２ａ〜２４ａのトラフ長手方向の長さをそれぞれＬｈ１〜Ｌｈ３とすると、０．７Ｄ（１−ｈｉ／Ｈ）^０．５＜Ｌｈｉ＜１．３Ｄ（１−ｈｉ／Ｈ）^０．５ （ｉ＝１〜３）となるように、孔２２ａ〜２４ａのトラフ長手方向の長さを設定することである。海水導入管１２からの流れが乱流噴流である場合、初期領域は５Ｄ程度であることがわかっており、緩衝板および天板がない場合、海水はトラフ高さに達する。海水導入管１２断面内の流速分布はほとんどないため、乱流噴流の断面積が概ね流量となり、緩衝板２２〜２４で分離する流量となる。したがって、Ｌｈ１〜Ｌｈ３は、トラフ１１底面からの距離に応じて小さくすることが好ましい。

海水導入管１２（１２ａ、１２ｂ）からトラフ１１内に供給された海水Ｗは、緩衝板２２〜２４および天板２１により分散され、整流板１３の下端とトラフ１１の底面との間を通過し、整流板１３の外側面とトラフ１１の側壁部１１ｂとの間を上昇した後、側壁部１１ｂの上側縁部から溢流し、パネル２ａの外面に沿って流下する。

以上説明した散水装置１０によると、下流側の海水導入管１２ａにオリフィス板１５を取り付けることで、２本の海水導入管１２内の流量が均一化する。また、緩衝板２２〜２４の中央に開ける孔２２ａ〜２４ａの面積を海水導入管１２の断面積（開口面積）よりも小さくするとともに、緩衝板２２〜２４および天板２１のトラフ長手方向の寸法Ｗを海水導入管１２の直径Ｄの１．５倍以下とすることで、海水の分散性が従来よりも向上する。すなわち、パネル２ａに沿って流下する海水の流量がトラフ長手方向において従来よりも均一化する。

（海水の分散性効果確認結果）
海水の分散性効果を数値解析により確認した。まず、数値解析の条件を以下に示す。分水器の数、分水器を構成する天板・緩衝板の枚数は、図３と同じにした。すなわち、分水器の数は２つとした（海水導入管は２本）。分水器を構成する天板・緩衝板の枚数は、それぞれ、１枚・３枚とした。図３および図５を参照しつつ各部品の寸法・配置について記載する。

海水導入管１２（１２ａ、１２ｂ）の開口面積Ａ＝０．０３１４ｍ^２（φ２００の管）
緩衝板２２（下段）の孔２２ａ：開口部面積Ｂ１＝０．０２５６ｍ^２（１６０ｍｍ×１６０ｍｍ、正方形）
緩衝板２３（中段）の孔２３ａ：開口部面積Ｂ２＝０．０１９６ｍ^２（１４０ｍｍ×１４０ｍｍ、正方形）
緩衝板２４（上段）の孔２４ａ：開口部面積Ｂ３＝０．０１ｍ^２（１００ｍｍ×１００ｍｍ、正方形）

トラフ１１の深さＨ＝６００ｍｍ、緩衝板２２の設置高さｈ１＝２００ｍｍ、緩衝板２３の設置高さｈ２＝３７２ｍｍ、緩衝板２４の設置高さｈ３＝５４２ｍｍ、緩衝板２４と天板２１との間の距離＝９６ｍｍ

母管１４の流量を２５０ｍ^３／時（流体：海水）とし、３枚の緩衝板（２２〜２４）および１枚の天板２１のトラフ長手方向長さＷを変化させて（なお、４枚の板のトラフ長手方向長さＷはすべて同じ）、海水の分散性効果について数値解析を行った。図６、図７に数値解析結果を示す。

図６は、海水導入管１２（１２ａ、１２ｂ）の直径Ｄに対する緩衝板２２〜２４（および天板２１）のトラフ長手方向長さＷの比率（直径比）と、海水の分散性との関係を示すグラフである。図６に示したグラフの縦軸は、標準偏差／平均流量[％]である。ここで、平均流量とは、トラフ１１の長手方向における各測定位置での海水の溢流量の平均値のことであり、標準偏差とは、トラフ１１の長手方向における各測定位置での海水の溢流量の標準偏差のことである。

図６中の◆印はオリフィス板なしの場合の結果であり、●印はオリフィス板つきの場合の結果である。オリフィス板つきの場合は、図３などに示したように下流側の海水導入管１２ａにオリフィス板１５を設けている。

図６からわかるように、直径比を小さくすると標準偏差／平均流量が小さくなる、すなわち海水の分散性が向上する。直径比が２．０のとき標準偏差／平均流量は５０％程度を示すが、直径比が１．５以下では標準偏差／平均流量は４０％程度以下となり、確実に５０％以下を実現している。すなわち、直径比は１．０以上１．５以下とすることが好ましく、より好ましくは、直径比を１．０以上１．３以下とすることである。

次に、図７は、トラフ長手方向における各測定位置での溢流量と平均溢流量との流量差の分布を示すグラフである。流量差（平均溢流量に対する溢流量差の割合）の最大値および最小値に着目すると、直径比（海水導入管の直径Ｄに対する緩衝板および天板のトラフ長手方向長さＷの比率）が小さいほど流量差は小さくなることがわかる。直径比が１．０のとき流量差は概ね±５０％となっている。また、直径比が１．０かつオリフィス板つきにした場合、トラフ長手方向の流量の変化が小さくなることがわかる。パネル２ａにおけるトラフ長手方向の狭い領域で流量の変化が大きいと、近接している伝熱管Ｐ間に温度差が発生しやすく伝熱管Ｐに応力が集中する部位が現れる。したがって、流量差（平均溢流量に対する溢流量差の割合）の最大値と最小値との差が小さいことに加えて、トラフ長手方向の狭い領域で流量の変化が小さいことがより好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

例えば、緩衝板の孔の形状は四角形でなくてもよい。円形、楕円形、四角形以外の多角形であってもよい。また、上下の緩衝板の孔の開口面積が全て同じでもよい。また、緩衝板（および天板）のトラフ長手方向長さＷは、相互に異なっていてもよい。また、３枚の緩衝板を例示したが、緩衝板の枚数は、１枚であってもよく２枚であってもよく４枚以上であってもよい。

海水導入管の数は３本以上であってもよい。分水器も３つ以上であってもよい。また、下流側の海水導入管にオリフィス板を取り付ける代わりに、下流側の海水導入管の内径を上流側の海水導入管の内径よりも小さくして、トラフへの海水導入量の均一化を図ってもよい。パネル（伝熱管）に散水する水は河川水などであってもよい。

１：オープンラック式気化器
２：パネルユニット
５：分水器
１０：散水装置
１１：トラフ
１２：海水導入管（水導入管）
１３：整流板
１５：オリフィス板
２１：天板
２２〜２４：緩衝板

Claims (2)

1. 給水された水を上側縁部から溢流させてパネル面に沿って流下させるトラフと、
   前記トラフ内の幅方向に間隔を開けて、トラフ長手方向に沿って配置された整流板と、
   前記トラフ底面の幅方向中央部に開口する複数の水導入管と、
   前記水導入管の上方に配置された分水器と、
   を備え、
   前記分水器は、
   前記整流板に取り付けられた天板と、
   前記天板と前記トラフ底面との間に間隔を開けて前記整流板に取り付けられた緩衝板と、
   を具備してなり、
   前記緩衝板および前記天板のトラフ長手方向の寸法は、前記水導入管の直径の１．５倍以下とされ、
   前記水導入管の断面積よりも小さい面積の孔が前記緩衝板の中央に開けられ、
   前記複数の水導入管内の流量を均一化するために、下流側の前記水導入管側にオリフィス板が取り付けられている、または、下流側の前記水導入管の内径が上流側の前記水導入管の内径よりも小さくされている、オープンラック式気化器における散水装置。
2. 請求項１に記載の散水装置を備えるオープンラック式気化器。

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