JP2015105810A - Condensing mixing device and boil-off gas re-liquefying apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気と低温液体を接触させ蒸気を凝縮し液化して低温液体に混合する凝縮混合装置及びこれを有する蒸発ガス再液化装置に関する。 The present invention relates to a condensing and mixing apparatus for bringing vapor into contact with a low-temperature liquid, condensing and liquefying the vapor, and mixing it into a low-temperature liquid, and an evaporative gas reliquefaction apparatus having the same.
液化天然ガス(LNG)をはじめとする低温液体をタンクで貯蔵する場合、外部からのタンクへの入熱によりタンク内の低温液体の一部が蒸発し、タンク内には蒸発ガスが発生する。低温液体がLNGの場合には、メタンを主成分とする蒸発ガスが発生する。 When low temperature liquid such as liquefied natural gas (LNG) is stored in a tank, a part of the low temperature liquid in the tank evaporates due to heat input to the tank from the outside, and evaporated gas is generated in the tank. When the low-temperature liquid is LNG, an evaporating gas mainly composed of methane is generated.
発生した蒸発ガスは、そのまま圧縮して都市ガスとして需要側へ供給することも可能であるが、圧縮動力が非常に大きくなる。そこで、かかる動力を削減するために、蒸発ガスを再液化して液の状態で昇圧した後に再びガス化して都市ガスとして供給することが考えられる。再液化するには、蒸発ガスを圧縮し、そして冷却する工程を経ることになるが、その冷却方法として、タンクからの低温液体としての払出LNGの冷熱で蒸発ガスを冷却する、つまり圧縮された蒸発ガスをLNGとの間で熱交換して冷却する方法が、特許文献1,2に開示されている。
The generated evaporative gas can be compressed as it is and supplied to the demand side as city gas, but the compression power becomes very large. Therefore, in order to reduce such power, it can be considered that the evaporated gas is re-liquefied and pressurized in a liquid state and then gasified again to be supplied as city gas. In order to reliquefy, evaporative gas is compressed and cooled, and as a cooling method, evaporative gas is cooled by the cold heat of LNG discharged as a low temperature liquid from the tank, that is, compressed.
特許文献1では、圧縮された蒸発ガスを熱交換器でLNGと熱交換して冷却する方式(間接熱交換方式)が開示されている。しかし、熱交換器を要するこの間接熱交換方式では、熱交換のための十分な伝熱面積を確保するために大型の熱交換器が必要となり、設備が大型になりコストが嵩むという問題がある。さらには、伝熱が伝熱面を介しての間接であるため、この伝熱面での伝熱性能の改善も求められる。
これに対し、特許文献2では、圧縮された蒸発ガスをLNG配管内に吹き込みLNGと直接に接触させて熱交換する方式(直接接触熱交換方式)が開示され、蒸発ガスのLNG中への吹込み方法として、LNG配管内を流れる払出しLNGの流れ方向と直交する方向もしくはLNGの流れ方向に逆らう方向になるように一つの蒸発ガス供給ノズルをLNG配管内に配置する装置が開示されている。該蒸発ガス供給ノズルは、LNG配管内でL字状に屈曲されていて、LNG配管の中心線上に該ノズルの吐出口が位置していて蒸発ガスがLNGの流れと逆方向に向けてLNG中へ吐出されている。吐出された蒸発ガスは、LNGとの熱交換により冷却され、凝縮して液化しLNGと混合される。
On the other hand,
このような特許文献2の直接接触熱交換方式は、伝熱面を介さずに熱交換するためLNGと蒸発ガスの両者が接する界面での伝熱性能は向上する。しかし、直接接触熱交換方式では、気体である蒸発ガスと低温液体であるLNGの密度の違いから、蒸発ガスと低温液体の接触、混合が十分に行われないことに起因して液化効率が悪くなりやすい。その改善のために、気体の蒸発ガスと低温液体のLNGとを混合し蒸発ガスを凝縮させ混合する効率的な装置が要望されているが、特許文献2の方法であっても、気体の蒸発ガスと液体のLNGの接触、混合を十分に確保でき、所望の液化性能を確保できるとは言い難い。
Since the direct contact heat exchange method of
一方、直接接触熱交換方式には、特許文献2の形式以外のものとして、ベンチュリ管型の流管内を流れる低温液体に蒸気を注入して直接接触させ蒸気を凝縮し混合する凝縮混合装置が特許文献3,4に開示されている。この特許文献3,4に開示されている形式の装置にあっては、流管に対して半径方向から蒸気を注入する蒸気孔が形成されていて、蒸気は、流管内を流れる低温液体のベンチュリ現象によって蒸気孔から流管内へ吸引される。吸引された直後の蒸気は低温液体中に気泡として存在し、その後、凝縮し低温液体に混合される。
On the other hand, as a direct contact heat exchange system, a condensing and mixing device that condenses and mixes steam by injecting steam into a low-temperature liquid flowing in a venturi-type flow tube and directly contacting it is patented. It is disclosed in
先ず、特許文献3にあっては、ベンチュリ管の喉部よりも下流側をなす拡径部に、円周方向そして液体の流れ方向の複数位置に、小口径の蒸気孔が多数、形成されている。蒸気は、それら複数の蒸気孔から分散して上記拡径部へ吸引されるので、吸引された直後の蒸気の気泡径は小さい。その結果、蒸気の凝縮は短時間で完了し、拡径部内でのウォーターハンマー作用が抑制される。
First, in
次に、特許文献4にあっては、ベンチュリ管の喉部の直後に段差をもって急拡径されてから等径で下流側に延び流路断面積を一定とした区間を形成し、気体流入孔は、流路を段差で急拡径させた該段差の位置に1箇所だけ設けられている。
Next, in
また、他の方式の凝縮混合装置として、特許文献5には、管内の混合室を流通する低温液体としての水に蒸発ガスとしての蒸気を注入して該蒸気を凝縮して水に混合することにより温水を生成する凝縮混合装置が開示されている。この凝縮混合装置には、混合室内で水に旋回を付与するための固定旋回羽根が設けられており、該固定旋回羽根によって水と蒸気との混合効率の向上が図られている。
As another type of condensing and mixing apparatus,
しかしながら、特許文献3,4のような装置においても、気体の蒸発ガスを昇圧して、低温液体としてのLNGに直接接触させる場合、十分な凝縮混合性能が確保されないと、LNGに合流した蒸発ガスが完全に液化されず、液化されないままで気泡が残留した状態で液送ポンプに供給されると、液送が困難になるのみならず、液送ポンプの故障の原因にもなる。
However, even in an apparatus such as
このように、所定量の蒸気を液体のベンチュリ現象で、さらに効率的に吸引するには、蒸気を吸引する蒸気孔の配置、ベンチュリ管内の圧力損失の低減するための最適な形状や構造など、凝縮混合装置としての最適な構造が求められることになる。また、特許文献5のような凝縮混合性能を向上させる旋回付与機構を備えた凝縮混合装置において、該凝縮混合装置内の流体は固定旋回羽根を通過するため、凝縮混合装置の圧力損失が大きくなるという問題がある。
In this way, in order to suck a predetermined amount of vapor more efficiently with the liquid venturi phenomenon, the arrangement of the vapor holes for sucking the vapor, the optimal shape and structure for reducing the pressure loss in the venturi pipe, etc. An optimum structure as a condensing and mixing apparatus is required. Further, in the condensing and mixing apparatus provided with the swirl imparting mechanism that improves the condensing and mixing performance as in
かかる事情に鑑み、本発明は、気体の蒸発ガスを昇圧して、この蒸発ガスをLNG等の低温液体に直接接触させて再液化させる際に、蒸発ガスを効果的に凝縮して低温液体へ混合する凝縮混合装置及び該装置を有して再液化を効果的に実現できる蒸発ガス再液化装置を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention increases the pressure of gaseous evaporative gas, and when this evaporative gas is brought into direct contact with a low temperature liquid such as LNG for reliquefaction, the evaporative gas is effectively condensed to a low temperature liquid. It is an object of the present invention to provide a condensing and mixing apparatus for mixing and an evaporative gas reliquefying apparatus having the apparatus and capable of effectively realizing reliquefaction.
上述した課題は、本発明によると、次のような構成の凝縮混合装置そしてこれを有する蒸発ガス再液化装置により解決される。 According to the present invention, the above-described problems are solved by a condensing and mixing apparatus having the following configuration and an evaporative gas reliquefaction apparatus having the same.
<凝縮混合装置>
上流側から下流側へ向け漸次内径を小さくする縮径部に引き続き最小径をなす喉部を経て該喉部から漸次内径を大きくする拡径部が形成されたベンチュリ管型の流管を有する混合流管部を設け、流管外から蒸気を流管内へ注入するために、該流管の半径方向かつ下流側方向に向いた蒸気孔が流管の軸線方向の複数位置で上記拡径部の内径面に注入開口を有するように形成されていて、流管内を下流に向け流れる低温液体へ蒸気孔の注入開口から蒸気を注入して該蒸気を凝縮して低温液体に混合する凝縮混合装置において、流管に対して上流側で該流管の軸線の延長上に位置して上記縮径部に連通接続されて低温液体を上記流管へ向けて流通することを許容する旋回流形成部を設け、上記旋回流形成部は、流管内の低温液体と同一種の液体を接線方向から注入するように形成されており、上記混合流管部の拡径部は、軸線方向で複数位置に段部が形成されていて、該段部で順次拡径され軸線方向で下流側に向け延びる内周面をもつ段状拡径部を有し、各段状拡径部の域内での上流側位置に蒸気孔の注入開口が設けられていることを特徴とする凝縮混合装置。
<Condensation mixer>
Mixing having a venturi-type flow tube in which a diameter-reduced portion that gradually decreases from the upstream side toward the downstream side is followed by a throat portion that has the smallest diameter, and then a diameter-expanded portion that gradually increases from the throat portion. In order to provide a flow tube portion and inject steam into the flow tube from the outside of the flow tube, the steam holes directed in the radial direction and downstream direction of the flow tube have a plurality of positions in the axial direction of the flow tube. In a condensing and mixing apparatus that is formed to have an injection opening on an inner diameter surface, injects steam from an injection opening of a vapor hole into a low-temperature liquid that flows downstream in a flow tube, condenses the vapor, and mixes it with the low-temperature liquid A swirl flow forming portion that is located upstream of the flow tube and on an extension of the axis of the flow tube and that is connected to the reduced diameter portion to allow low temperature liquid to flow toward the flow tube. The swirl flow forming part is in contact with the same kind of liquid as the low temperature liquid in the flow tube. The diameter-enlarged portion of the mixed flow pipe portion is formed with a plurality of step portions in the axial direction, and the diameter is gradually increased at the step portion and downstream in the axial direction. A condensing and mixing apparatus comprising a step-shaped enlarged portion having an inner peripheral surface extending in a direction, and an injection opening for a vapor hole provided at an upstream position in the region of each step-shaped enlarged portion.
かかる本発明において、旋回流形成部は、流管の縮径部へ供給される低温液体の一部を該旋回流形成部よりも上流側位置で分流して該旋回流形成部に対して接線方向に注入するようにすることができる。 In the present invention, the swirl flow forming portion divides a part of the low-temperature liquid supplied to the reduced diameter portion of the flow tube at a position upstream of the swirl flow formation portion, and is tangential to the swirl flow formation portion. Inject in the direction.
本発明において、段部は、該段部に対して上流側で隣接する先行の段状拡径部と下流で隣接する後続の段状拡径部との半径差が上記先行の段状拡径部の内径の12〜30%の寸法となっていることが好ましい。 In the present invention, the stepped portion has a radius difference between a preceding stepped diameter-enlarged portion adjacent to the stepped portion on the upstream side and a succeeding stepped diameter-expanded portion adjacent downstream on the stepped portion. The size is preferably 12 to 30% of the inner diameter of the part.
また、本発明において、段状拡径部は、該段状拡径部の半径の2.5〜8倍の区間長にわたり軸線方向に延びていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the stepped enlarged portion extends in the axial direction over a section length of 2.5 to 8 times the radius of the stepped enlarged portion.
<蒸発ガス再液化装置>
貯槽内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを、貯槽から払い出された低温液体に混合して凝縮させ再液化する蒸発ガス再液化装置において、既出の凝縮混合装置と、蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機と、貯槽から低温液体を送出する送出ポンプとを備え、該送出ポンプで低温液体を凝縮混合装置の流管へ上流側から供給し、上記蒸発ガス圧縮機で蒸発ガスを凝縮混合装置の蒸気孔から上記流管内へ注入するようになっていることを特徴とする蒸発ガス再液化装置。
<Evaporative gas reliquefaction device>
Evaporative gas generated from cryogenic liquid stored in the storage tank is mixed with the low-temperature liquid discharged from the storage tank to condense and re-liquefy. An evaporative gas compressor, and a delivery pump for delivering cryogenic liquid from the storage tank. The evaporative gas is supplied from the upstream side to the flow pipe of the condensing and mixing device by the delivery pump, and the evaporative gas is condensed by the evaporative gas compressor. An evaporative gas reliquefaction apparatus, wherein the evaporative gas reliquefaction apparatus is adapted to inject into the flow pipe from a vapor hole of a mixing apparatus.
本発明の凝縮混合装置そして蒸発ガス再液化装置によらない場合、蒸気孔から吸引された直後の蒸気は、低温液体との接触時間、接触面積が小さいため凝縮できず、液体中に気泡として存在してしまうが、本発明による凝縮混合装置そして蒸発ガス再液化装置では、前段で旋回流形成部を設けて、混合流管部へ流入する前の低温液体に旋回流を生じさせ、その後に、後段の混合流管部にて、蒸気孔を混合流管部の流管に形成された段状拡径部の域内での上流側位置に、すなわち、蒸気孔をベンチュリ管の拡径部の段部で急拡大した直後に位置するようにすることで、上記段部にて急拡大した直後の空間を、低温液体中に混じって蒸気の気泡が流れる十分な大きさの空間として確保でき、この空間において蒸気と低温液体との接触時間を十分に確保することができ、蒸気を低温液体により冷却し凝縮させ混合させることができる。さらに、段状拡径部の空間内で流管中の低温液体の流れにあまり影響を受けずに効率良く蒸気がベンチュリ現象で良好に吸引される。また、低温液体は旋回流を形成しながら混合流管部へ流入するため、蒸気と低温液体とは周方向でも半径方向でも十分に混合される。 When not using the condensing and mixing apparatus and evaporative gas reliquefaction apparatus of the present invention, the vapor immediately after being sucked from the vapor hole cannot be condensed due to the small contact time and contact area with the low temperature liquid, and is present as bubbles in the liquid. However, in the condensing and mixing apparatus and the evaporative gas reliquefaction apparatus according to the present invention, a swirl flow forming unit is provided in the previous stage to generate a swirl flow in the low-temperature liquid before flowing into the mixed flow tube unit, In the downstream mixed flow pipe section, the steam hole is positioned upstream in the region of the step-shaped expanded diameter portion formed in the flow pipe of the mixed flow pipe section, that is, the steam hole is positioned at the expanded diameter section of the venturi pipe. The space immediately after the sudden expansion at the stepped portion can be secured as a sufficiently large space through which vapor bubbles are mixed in the cryogenic liquid. Sufficient contact time between vapor and cryogenic liquid in space It can be coercive, can be mixed and the vapor is cooled by a cryogenic liquid condensate. Further, the vapor is efficiently sucked by the venturi phenomenon efficiently without being affected by the flow of the low-temperature liquid in the flow tube in the space of the stepped enlarged diameter portion. Further, since the low temperature liquid flows into the mixed flow pipe portion while forming a swirling flow, the vapor and the low temperature liquid are sufficiently mixed both in the circumferential direction and in the radial direction.
また、本発明では、混合流管部の流管に段状拡径部を複数設け、それぞれの段状拡径部に蒸気孔を形成させるので、蒸気孔は小口径で多数、円周方向ならびに液体の流れ方向に分散配置されているようにすることができるので、蒸気の気泡径が小さくなり、蒸気の凝縮と低温液体との混合が促進され、ウォーターハンマー作用は抑制される。 Further, in the present invention, a plurality of step-shaped enlarged diameter portions are provided in the flow tube of the mixed flow tube portion, and steam holes are formed in each step-shaped enlarged diameter portion. Since the liquid can be dispersedly arranged in the flow direction of the liquid, the bubble diameter of the vapor is reduced, the condensation of the vapor and the mixing with the low-temperature liquid are promoted, and the water hammer action is suppressed.
本発明は、以上のように、前段での旋回流形成部で低温液体を旋回流とし、しかる後に、後段で、凝縮混合装置の混合流管部における流管に段状拡径部を複数設けて順次拡径させると共に蒸気孔の注入開口を各段状拡径部の域内で上流側に位置させることで、先行する段状拡径部に対して拡径した部分の空間で、蒸発ガスを低温液体中へ確実に導入して凝縮させ混合するとともに、低温液体を旋回流として混合流管部へ流入して、蒸気と低温液体とを周方向でも半径方向でも十分に混合する構成としたので、蒸発ガスを低温液体中に効果的に再液化させることができ、ポンプに蒸発ガスが気体のまま流入してポンプに障害が発生するのを防止できる。また、このような構成の凝縮混合装置を有する蒸発ガス再液化装置では、蒸発ガスの再液化が効率よく短時間で完了すると共に、その結果、装置構成がコンパクトにできる。 In the present invention, as described above, the cryogenic liquid is swirled in the swirling flow forming section in the former stage, and then, in the latter stage, a plurality of step-shaped enlarged diameter sections are provided in the flow tube in the mixing flow tube section of the condensing and mixing apparatus. The diameter of the vapor hole is gradually increased and the injection opening of the vapor hole is positioned upstream in the region of each step-shaped enlarged portion, so that the evaporative gas can be generated in the space of the portion expanded with respect to the preceding step-shaped enlarged portion. Since it is reliably introduced into the cryogenic liquid, condensed and mixed, and the cryogenic liquid flows into the mixing flow pipe as a swirling flow, and the vapor and the cryogenic liquid are sufficiently mixed both in the circumferential direction and in the radial direction. The evaporative gas can be effectively reliquefied in the low-temperature liquid, and the evaporative gas can be prevented from flowing into the pump as a gas and causing trouble in the pump. Moreover, in the evaporative gas reliquefaction apparatus having the condensing and mixing apparatus having such a configuration, the reliquefaction of the evaporative gas can be completed efficiently in a short time, and as a result, the apparatus configuration can be made compact.
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<第一実施形態>
図1は、本発明の一実施形態としての凝縮混合装置を備えた蒸発ガス再液化装置の概要構成図である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an evaporative gas reliquefaction apparatus including a condensing and mixing apparatus as an embodiment of the present invention.
図1において、符号1は本実施形態の蒸発ガス再液化装置であり、後に図2に詳細に示される構造の凝縮混合装置2を有していて該凝縮混合装置2の入口側(図にて左側)には、該凝縮混合装置2へ低温液体11を送出する送出ポンプ3そして蒸発ガス12を注入する蒸発ガス圧縮機4が接続されている。
In FIG. 1,
低温液体11は、例えば、タンク(図示せず)内に貯蔵されている液化天然ガス(LNG)の一部であり、また、蒸発ガス12は、例えば、上記タンク内の液化天然ガスの一部が蒸発して発生したボイルオフガス(BOG)である。
The
図1に見られるように、低温液体11は送出ポンプ3により送出されて上記凝縮混合装置2へ流入する。この凝縮混合装置2内を流れる上記低温液体11へ、蒸発ガス圧縮機4で圧縮された蒸発ガス12が注入される。
As seen in FIG. 1, the
上記凝縮混合装置2の出口側には、昇圧ポンプ5が接続されていて、低温液体11中への注入後に凝縮して該低温液体11に混合された蒸発ガス12を液化状態で含んで凝縮混合装置2から排出された混合低温液体11Aを昇圧する。昇圧された混合低温液体11Aは、例えば、該低温液体が液化天然ガスならば、気化器へもたらされ再びガス化されてから都市ガスとして需要側に送出される。
A
凝縮混合装置2は、図2(A)に示されているように、送出ポンプ3から送り出される低温液体11を受ける位置に配された旋回流形成部2Aと、これに引き続いてその下流側に位置する混合流管部2Bとを有している。旋回流形成部2Aと混合流管部2Bは、一つの軸線X上に位置していて、一つの装置として形成されている。
As shown in FIG. 2 (A), the condensing and mixing
上記旋回流形成部2Aは、図2(A)に見られるように、後述のベンチュリ管型の混合流管部2Bの入口側内径に等しい内径の直管をなし、少なくとも、周方向の一箇所に接線方向で低温液体を注入する接線方向注入口2A‐1が設けられている(図2(B)をも参照)。本実施形態では、該接線方向注入口2A‐1は、該接線方向注入口2A‐1の上流側位置に設けられた分岐管2A‐2が接続されており、送出ポンプ3で送り出され旋回流形成部2Aに流入する低温液体11の一部が該分岐管2A‐2で抽出された後に上記接線方向注入口2A‐1を通って旋回流形成部2Aへ注入され、その注入により生ずる接線方向の流れによって該旋回流形成部2A内の低温液体を旋回流Sとする。上記分岐管2A‐2内を流れる低温液体は、もともと送出ポンプ3により与えられた流れの勢いで接線方向注入口2A‐1に注入されることもできるが、その勢いをさらに確実に得るには、分岐管2A‐2にポンプを設けておくことが好ましい。
As shown in FIG. 2A, the swirl
本実施形態では、接線方向注入口2A‐1には分岐管2A‐2で抽出された低温液体を注入することとしているが、これには限定されず、上記低温液体と同種の液体を注入することとしてもよい。注入される液体は、上記旋回流形成部2Aを流れる低温液体と注入後に完全に同一液になればそれで十分であり、分岐管2A‐2によらず、別の供給源から供給される液体であってもよい。
In the present embodiment, the cryogenic liquid extracted by the
上記旋回流形成部2Aに対して後流側で接続されている混合流管部2Bは、横型筒状のケーシング6内に、ベンチュリ管型の流管7が収められており、ケーシング6と流管7の間には、ステンレススチールなどの繊維状金属細線の織物あるいは編物から成る挿填物8が挿填されている。
The mixed
ケーシング6は、低温液体11の流れ方向における上流側に入口部6Aと、下流側に出口部6Bと、それらの中間位置で流管7が収容配置される流管収容部6Cとを有しており、入口部6Aと出口部6Bは内径が等しく、流管収容部6Cにて内径が増大されている。入口部6A、出口部6Bそして流管収容部6Cの中心となる軸線Xは同一の直線上に位置している。上記流管収容部6Cは、その内径が上記流管7の外径よりも大きく、該流管7の周囲に空間を形成し、この空間に分散して上記挿填物8が挿填されている。さらに、上記流管収容部6Cの上部上流側位置には、上方に開口する蒸発ガス注入部6Dが開口形成されていて、蒸発ガス圧縮機4から圧送されてくる蒸発ガス12を該蒸発ガス注入部6Dで受け入れるようになっている。図2(A)で示す凝縮混合装置2では、蒸発ガス注入部6Dが流管収容部6Cの上部上流側位置に開口形成されているが、蒸発ガス注入部6Dの位置はこれに限定されるものではなく、流管収容部6Cの側部上流側位置に開口形成されてもよい。また、図2(A)で示す実施形態では、凝縮混合装置2を水平方向に配置しているが、鉛直方向に配置してもよい。凝縮混合装置2を鉛直方向に配置し低温液体11を鉛直方向下向きに流通し、蒸発ガス12を水平方向から流入することにより、低温液体中で蒸発ガスは浮力を受け滞留時間が長くなるため、蒸発ガスの凝縮混合がより安定して行われる。
The
ベンチュリ管型の流管7は、軸線X方向の両側に半径外方に突出する取付フランジ9A,9Bを有していて、該取付フランジ9A,9Bで、上記ケーシング6の流管収容部6C内に、流管7、ケーシング6の入口部6Aそして出口部6Bの軸線Xが一致して一つの直線上に位置するように取り付けられている。
The venturi-
上記流管7の内径は、ケーシング6の入口部6A側に位置する縮径部7A、該縮径部7Aの直後に位置する喉部7B、そして該喉部7Bから出口部6Bに向け延びる拡径部7Cを順次形成している。上記縮径部7Aは曲面をもって比較的急激に内径が小さくなって流路断面積を絞り込んでおり、拡径部7Cは軸線X方向で長い距離にわたり内径を回復するように拡径している。喉部7Bは縮径部7Aと拡径部7Cとを低温液体の流れに対して低抵抗となるように円滑な曲線で結んでおり、最小の流路断面積となるように最小径に形成されている。
The inner diameter of the
上記拡径部7Cは、軸線X方向にて喉部7Bの直後の位置から右方のフランジ部9Bの位置までの範囲が区分されて複数の段状拡径部7C‐1,7C‐2,…,7C‐Nとして形成されている。各段状拡径部7C‐1,7C‐2,…,7C‐Nは円筒状内径面を有して同じ段状拡径部内では内径は変わらずに均一となっているが、最初の段状拡径部7C‐1に対し次の段状拡径部7C‐2、さらに次の段状拡径部7C‐3がそれぞれ上流側位置に形成された段部10B‐1,10B‐2,…でステップ状に拡径されている。
The diameter-expanded
図2(C)は、上記拡径部7Cの複数の段状拡径部7C‐1,7C‐2,…,7C‐Nのうち、その一部として、段状拡径部7C‐1,7C‐2,そして7C‐3の部分を拡大して示している。
FIG. 2 (C) shows a stepped
図2(C)において、軸線方向で中間に位置する段状拡径部7C‐2は、これに対して上流側で隣接する段状拡径部7C‐1の半径Rに対して段部10B‐2をなすようにΔRの段差寸法だけ拡大されたR+ΔRなる半径で、軸線方向に延びる区間長Lを有する円筒内面を形成している。これに対して下流側で隣接する段状拡径部7C‐3も同様に、段状拡径部7C‐2よりも拡径されて上記区間長Lだけ延びている。図2(C)において、段状拡径部7C‐1,7C‐2,…,7C‐Nの区間長Lは、一定の長さとしているが、下流側の段状拡径部になるほど区間長Lを長くするようにしてもよい。また、一段の段状拡径部の半径は軸線方向において、一定の寸法であって円筒内面を形成しているが、一段の段状拡径部において下流側になるほど拡径するようにしてもよい。このようにすることにより、段状拡径部の空間容積がさらに大きくなり、蒸発ガスを低温液体中へ導入して凝縮させ混合する空間をさらに大きくすることができ、より確実に蒸発ガスの凝縮混合を行うことができる。
In FIG. 2 (C), the stepped
上記段状拡径部7C‐2には、その域内での上流側位置に蒸気孔10‐2の注入開口10A‐2が位置している。図2(C)の例では、上記注入開口10A‐2の上流側縁が上記段部10B‐2の位置にくるように形成されている。上記蒸気孔10‐2は、流管7の管壁を半径方向に貫通して形成されていて、半径内方に向け軸線方向下流側に傾くように形成されている。他の蒸気孔10‐1,10‐3,…,10‐Nも同様に対応する段状拡径部7C‐1,7C‐3,…,7C‐Nに対して、それぞれの域内での上流側に注入開口10A‐1、10A‐3、10A‐Nが位置するようにして設けられている。
In the stepped
本発明では、蒸気孔10‐1,10‐2,…,10‐Nをベンチュリ管の拡径部の段部10B‐1,10B‐2,…で急拡大した直後に位置するようにしたので、上記段部10B‐1,10B‐2,…にて急拡大した直後の区間長Lにわたる空間を、低温液体中に混じって蒸発ガスの気泡が流れる十分な大きさの空間として確保でき、この空間において蒸発ガスと低温液体との接触時間を十分に確保することができ、蒸発ガスを低温液体により冷却し凝縮させ混合させることができる。さらに、段状拡径部の空間内で流管中の低温液体の流れにあまり影響を受けずに効率良く蒸発ガスがベンチュリ現象で良好に吸引されるようになる。
In the present invention, the steam holes 10-1, 10-2,..., 10-N are positioned immediately after the sudden expansion at the stepped
上述の段部をもった段状拡径部の形態が蒸発ガスを低温液体中で凝縮させ混合するのに有効であるが、段状拡径部の寸法を適切に設定することにより、この効果をより確実に奏するようにできる。例えば、ベンチュリ管型の流管7の内径を急拡大させる段部10B‐1,10B‐2,…の段差寸法ΔRが大きすぎると、低温液体の流れにはこの段部の位置から乱れが生じ、蒸気孔10‐1,10‐2,…周辺での蒸発ガスの吸引を阻害する。この結果、低温液体のベンチュリ現象による蒸気の吸引の効率が低下する。したがって、ベンチュリ管拡径部内径を急拡大させる段差寸法を最適に設定する必要がある。
The form of the stepped enlarged portion having the stepped portion described above is effective for condensing and mixing the evaporative gas in the low-temperature liquid, but this effect can be achieved by appropriately setting the size of the stepped enlarged portion. Can be played more reliably. For example, if the step size ΔR of the
そこで、発明者は、どのような段差寸法とすれば、蒸発ガスの低温液体への吸引の効率が良好となるか、種々実験を重ねた。その実験にもとづき、段差寸法とベンチュリ現象による吸引の効率性を検討した結果を図3(A)に示す。段差寸法比は、段差寸法のその直前半径に対する比率(%)、すなわち、段部の上流側に位置する段状拡径部の半径に対する段差寸法の比率(%)で表したものである。効率向上率は、低温液体をベンチュリ管に流送するのに必要な動力を同じとして、低温液体のベンチュリ現象によって吸引される蒸発ガスの流量が、段差を設けないときに比べて増加する比率を効率向上率(%)として表したものである。図3(A)に見られるように、段差寸法をその直前半径の5〜40%の範囲にすることにより段差を設けないときに比べて効率向上率が増加しており、段差寸法をその直前半径の12〜30%の範囲にすることにより効率向上率が70%以上となり高い吸引効率となることが判る。 Therefore, the inventor conducted various experiments to determine what step size the efficiencies of sucking the evaporative gas into the low-temperature liquid are good. FIG. 3A shows the result of examining the efficiency of suction based on the step size and the venturi phenomenon based on the experiment. The step size ratio is expressed as a ratio (%) of the step size to the immediately preceding radius, that is, a ratio (%) of the step size to the radius of the step-shaped enlarged diameter portion located on the upstream side of the step portion. The efficiency improvement rate is the ratio at which the flow rate of the evaporative gas sucked by the low temperature liquid venturi phenomenon increases compared to when no step is provided, assuming that the power required to flow the low temperature liquid to the venturi pipe is the same. It is expressed as an efficiency improvement rate (%). As shown in FIG. 3A, the efficiency improvement rate is increased by setting the step size in the range of 5 to 40% of the immediately preceding radius compared to when no step is provided, and the step size is set immediately before the step size. It can be seen that when the radius is in the range of 12 to 30%, the efficiency improvement rate is 70% or more and the suction efficiency is high.
さらに、本発明では、上記段差半径についてのみならず、ベンチュリ管拡径部内径を急拡大した段状拡径部の区間長(軸線方向長さである一区間の長さ)についても適正な範囲があると考え、これについても実験を行った。一区間の長さが短ければ、蒸発ガスと低温液体の混合が不十分なうちに、次の段状拡径部へ移行してしまうので、蒸気孔近傍の低温液体のみ温度が上昇してしまい、その結果、後流において蒸発ガスと低温液体の温度差が小さくなるので蒸発ガスが凝縮しにくくなってしまう。一方で、区間長が長すぎると、ベンチュリ管内の圧力損失が大きくなるのでより大きな動力を必要とし、また装置が大きくなるのでコストアップに繋がる。段状拡径部の半径に対する区間長寸法の比率である区間長寸法比とベンチュリ管の吸引の効率向上率(%)についての実験の結果、図3(B)に見られるように、区間長寸法は段状拡径部の半径の2.5〜8倍が適正であることが判明した。 Furthermore, in the present invention, not only the above step radius but also the section length (the length of one section which is the length in the axial direction) of the stepped diameter enlarged portion in which the inner diameter of the venturi expanded portion is rapidly expanded is an appropriate range. We thought that there was, and experimented about this. If the length of one section is short, the transition to the next step-shaped enlarged diameter portion occurs while mixing of the evaporating gas and the cryogenic liquid is insufficient, so that the temperature of only the cryogenic liquid near the vapor hole rises. As a result, since the temperature difference between the evaporative gas and the low-temperature liquid becomes small in the downstream, the evaporative gas is difficult to condense. On the other hand, if the section length is too long, the pressure loss in the venturi tube increases, so that more power is required, and the apparatus becomes larger, leading to an increase in cost. As a result of an experiment on the ratio of the section length dimension, which is the ratio of the section length dimension to the radius of the stepped enlarged portion, and the venturi tube suction efficiency improvement rate (%), as shown in FIG. It has been found that the appropriate size is 2.5 to 8 times the radius of the stepped enlarged portion.
次に、上述ように構成された本実施形態の蒸発ガス再液化装置そしてその動作を図1そして図2にもとづき説明する。 Next, the evaporative gas reliquefaction apparatus of this embodiment configured as described above and its operation will be described with reference to FIGS.
先ず、タンク(図示せず)内の低温液体(例えば、LNG)11の一部が、送出ポンプ3によって送出されて凝縮混合装置2に導入される。また、上記タンク内で発生した蒸発ガスは、蒸発ガス圧縮機4によって大気圧と都市ガス運用圧力(4〜7MPa)の間の圧力(中間圧)まで昇圧された後、凝縮混合装置2に導入される。
First, a part of a cryogenic liquid (for example, LNG) 11 in a tank (not shown) is sent out by the
凝縮混合装置2に導入される低温液体11は、旋回流形成部2Aに直接流入すると共に、一部が分岐管2A‐2を経て接線方向注入口2A‐1から注入される。旋回流形成部2Aに直接流入した低温液体11は軸線X方向に流入し、接線方向注入口2A‐1から注入された低温液体は周方向に流れて、旋回流形成部2Aを流れる低温液体11が旋回流を形成するようになる。
The
上記旋回流形成部2Aで旋回流となった低温液体11は、混合流管部2Bを収容している凝縮混合装置2のケーシング6に設けられた入口部6Aを経て流管7に流入し、縮径部7A、喉部7Bそして拡径部7Cを流れ、ケーシング6の出口部6Bへ達する。流管7内を流れる低温液体11は、縮径部7Aで流速を高め、喉部7Bで最大流速に達し、その後、拡径部7Cで徐々に流速を低めるが、拡径部7Cでの右端における最大内径でも上記入口部6Aの内径より小さいので、拡径部7Cでの流速は入口部6Aの流入時の流速よりも高く、したがって、圧力は低くなっており、蒸気孔10‐1,10‐2,…に対しては吸引力をもたらす。
The
一方、蒸発ガス12は蒸発ガス圧縮機4により昇圧されて、上記凝縮混合装置2のケーシング6に設けられた、蒸発ガス注入部6Dを経て上記ケーシング6内に注入される。流管7を収容しているケーシング6の流管収容部6Cには、流管7の外周に挿填物8が挿填されており、蒸発ガス圧縮機4で圧送されて上記蒸発ガス注入部6Dから注入された蒸発ガス12は、挿填物8により緩衝されそして流管収容部6C内で流管7の全周そして全長にわたり拡散する。
On the other hand, the
上述の通り、流管7の拡径部7Cを流れる低温液体11は、ベンチュリ管現象により蒸気孔10‐1,10‐2,…に対して吸引力をもたらすので、上記流管収容部6C内に拡散している蒸発ガス12は、各蒸気孔10‐1,10‐2,…から拡径部7Cへ吸引導入される。例えば、図2(B)に示されている蒸気孔10‐2では、蒸発ガス12は、該蒸気孔10‐2から吸引されてその注入開口10A‐2を経て、段状拡径部7C‐2内に流入する。上記注入開口10A‐2は段状拡径部7C‐2の域内の上流側に位置していると共に、蒸気孔10‐2が半径内方に向け上流側に傾いているので、流入した蒸発ガスは、流管7内の低温液体11の流れに逆らうことなく低抵抗のもとで合流する。その際、低温液体11は旋回流を形成しているので、上記蒸発ガス12は周方向でも半径方向でも、十分に低温液体11に混合される。
As described above, the low-
上記段状拡径部7C‐2は、これに対して上流側に位置する前段の段状拡径部7C‐1よりも段部10B‐2でΔR分だけ急拡径していて、この段部10B‐2よりも下流側で、区間長Lにわたる空間を形成しており、この空間を、低温液体11中に混じって蒸発ガス12の気泡が流れる十分な大きさの空間として確保でき、この空間において蒸発ガス12と低温液体11との接触時間を十分に確保することができ、蒸発ガス12を容易に低温液体11内に混入させて、蒸発ガス12を低温液体11により冷却し凝縮させ混合させることができる。この結果、蒸発ガス12は凝縮して確実に再液化し、低温液体11の一部として下流側へ流れる。このように蒸気孔から蒸発ガスの流入そして低温液体への混入による合流は、上記段状拡径部7C‐2以外の他の段状拡径部でも同様に行われる。かくして、再液化された蒸発ガスを含む混合低温液体11Aは昇圧ポンプ5で昇圧されて気化器へもたらされた後、気化器で気化されて都市ガスとして需要側に送出される。
The stepped diameter-enlarged
<第二実施形態>
第一実施形態では、低温液体の流量は特に制御されていないが、第二実施形態では、低温液体の流量を制御することにより、生成される混合低温液体の過冷度を調整可能となっており、この点で、第一実施形態と異なっている。図4は、第二実施形態における低温液体の流量を制御するための構成を示す概略図である。以下、第一実施形態との相違点を中心に説明し、第一実施形態と同じ部分には同一符号を付して説明を省略する。
<Second embodiment>
In the first embodiment, the flow rate of the cryogenic liquid is not particularly controlled. However, in the second embodiment, the degree of supercooling of the generated mixed cryogenic liquid can be adjusted by controlling the flow rate of the cryogenic liquid. This is different from the first embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration for controlling the flow rate of the cryogenic liquid in the second embodiment. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described, and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
図4に示される凝縮混合装置2は、図2に示される第一実施形態の凝縮混合装置2と全く同じ装置であり、各部について第一実施形態と同一の符号を付されている。図4に見られるように、凝縮混合装置2には、上流側から下流側へ向けて流れる低温液体11を主流として流通させる主流管25が旋回流形成部2Aの上流側の端部に接続されており、また、該主流管25から分岐して低温液体11を副流として流通させる副流管26が旋回流形成部2Aの接線方向注入口2A-1に接続されている。本実施形態では、タンク(図示せず)内の低温液体(例えば、LNG)11の一部が、送出ポンプ3によって送出されて、主流として主流管25内を流通して旋回流形成部2Aに直接流入する。また、主流管25を流通する主流の低温液体の一部が副流管26を副流として流通し旋回流形成部2Aの接線方向注入口2A-1から接線方向に注入される。旋回流形成部2Aは、上記主流および上記副流の低温液体を受けて、旋回流形成部2A内で周方向に流れる該副流により該主流に対して旋回流を生じさせる。また、凝縮混合装置2には、出口部6Bから流出した混合低温液体を下流側、すなわち昇圧ポンプ5側へ向けて流通させる混合液管10が出口部6Bの下流側の端部に接続されている。
The condensing and mixing
凝縮混合装置2は、さらに、主流管25に設けられた主流流量計27および主流調整弁28と、副流管26に設けられた副流流量計13および副流調整弁14と、混合液管10に設けられた混合液圧力計15および混合液温度計16と、主流および副流のそれぞれの流量を制御するための制御手段17と、該制御手段17による制御に際して参照されるデータを記憶する記憶手段18とを有している。
The condensing and mixing
上述したように、主流流量計27および主流調整弁28は、それぞれ主流管25に設けられている。該主流流量計27は、主流管25内を流れ旋回流形成部2Aへ流入する主流の低温液体11の流量を計測する。主流調整弁28は、後述する制御手段17の制御を受けて開度が調整されることにより、主流の流量を調整可能となっている。また、副流流量計13および副流調整弁14は、それぞれ副流管26に設けられている。該副流流量計13は、副流管26内を流れ旋回流形成部2Aへ注入される副流の低温液体11の流量を計測する。副流調整弁14は、後述する制御手段17の制御を受けて開度が調整されることにより、副流の流量を調整可能となっている。また、上述したように、混合液圧力計15および混合液温度計16は、それぞれ混合液管10に設けられており、出口部6Bから流出し混合液管10内を流れる混合低温液体の圧力および温度をそれぞれ計測する。
As described above, the
記憶手段18は、混合低温液体の圧力とその圧力での飽和温度との対応関係のデータを第一対応関係Aとして、そして許容し得る混合低温液体の過冷度の最小値と副流流量比(旋回強さ)との対応関係のデータを第二対応関係B(図5参照)として予め記憶している。この第一対応関係Aおよび第二対応関係Bのデータは、後述するように、副流の流量の制御を行う際に制御手段17によって参照される。ここで、「過冷度の最小値」とは、混合低温液体に蒸気が存在しないようにする過冷度の最も小さい値である。過冷度の最小値が小さいほど、混合低温液体に蒸気が存在しないように混合低温液体を冷却する温度は飽和温度に近くなる。過冷度算出手段により、過冷度が飽和温度の導出値と上記混合低温液体の温度の計測値との差として算出される。また、「副流流量比」とは、主流の流量と副流の流量の和に対する副流の流量の割合であり、副流流量比算出手段23によって、主流の流量の計測値と副流の流量の計測値との和で副流の流量の計測値を除して算出される。また、記憶手段18は、上記第一対応関係Aを、例えば、混合低温液体の圧力と飽和温度との関係式、関係線図または蒸気表等の形態として記憶していることが望ましい。 The storage means 18 uses the data of the correspondence between the pressure of the mixed cryogenic liquid and the saturation temperature at that pressure as the first correspondence A, and the allowable minimum value of the subcooling degree of the mixed cryogenic liquid and the side flow rate ratio. Data on the correspondence with (turning strength) is stored in advance as the second correspondence B (see FIG. 5). The data of the first correspondence relationship A and the second correspondence relationship B is referred to by the control means 17 when controlling the flow rate of the secondary flow, as will be described later. Here, the “minimum value of the degree of supercooling” is the smallest value of the degree of supercooling that prevents vapor from being present in the mixed low-temperature liquid. As the minimum value of the degree of supercooling is smaller, the temperature at which the mixed cryogenic liquid is cooled so that there is no vapor in the mixed cryogenic liquid is closer to the saturation temperature. The degree of supercooling is calculated by the supercooling degree calculating means as the difference between the derived value of the saturation temperature and the measured value of the temperature of the mixed cryogenic liquid. The “substream flow rate ratio” is the ratio of the substream flow rate to the sum of the mainstream flow rate and the substream flow rate. It is calculated by dividing the measured value of the flow rate of the secondary flow by the sum of the measured value of the flow rate. Further, it is desirable that the storage means 18 stores the first correspondence relationship A as, for example, a relational expression between the pressure of the mixed cryogenic liquid and the saturation temperature, a relationship diagram, or a form of a vapor table.
図5は、混合低温液体の過冷度の最小値と副流流量比(旋回強さ)との関係、すなわち第二対応関係Bを示す図である。図5に示されているように、副流流量比が0すなわち旋回がない場合に比べて旋回があると混合低温液体の過冷度の最小値が小さくなり、また、混合低温液体の過冷度の最小値と副流流量比(旋回強さ)とは、副流流量比が大きいほど過冷度の最小値が低下する関係にある。つまり、副流流量比が大きいほど過冷度の最小値が小さくなり、混合低温液体に蒸気が存在しない液体状態の混合低温液体の温度は飽和温度に近くなり、凝縮混合装置の混合性能が向上する。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the minimum value of the degree of supercooling of the mixed low-temperature liquid and the side flow rate ratio (swirl strength), that is, the second correspondence relationship B. As shown in FIG. 5, the minimum value of the degree of supercooling of the mixed cryogenic liquid is reduced when the side flow rate ratio is 0, that is, when there is a swirling, and the subcooling of the mixed cryogenic liquid is reduced. The minimum value of the degree of flow and the secondary flow rate ratio (swirl strength) have a relation that the minimum value of the degree of supercooling decreases as the secondary flow rate ratio increases. In other words, the larger the side flow rate ratio, the smaller the minimum value of the degree of supercooling, the temperature of the mixed cryogenic liquid in the liquid state in which no vapor exists in the mixed cryogenic liquid is close to the saturation temperature, and the mixing performance of the condensing and mixing device is improved. To do.
制御手段17は、図4に見られるように、混合低温液体の過冷度を算出する過冷度算出手段22と、副流流量比を算出する副流流量比算出手段23と、主流調整弁28および副流調整弁14のそれぞれの開度を調整する流量調整手段24とを有している。過冷度算出手段22は、記憶手段18に記憶されている第一対応関係Aを参照して、混合低温液体の圧力の計測値に対応する飽和温度を導出してから、飽和温度の導出値と上記混合低温液体の温度の計測値との差を該混合低温液体の過冷度として算出する。副流流量比算出手段23は、主流の流量の計測値と副流の流量の計測値との和で該副流の流量の計測値を除して副流流量比を算出する。流量調整手段24は、上記過冷度の算出値を、上記記憶手段18に記憶されている第二対応関係B(図5参照)における過冷度の最小値と比較して、上記過冷度の算出値が上記最小値以下であるときには、上記第二対応関係Bを参照して、上記過冷度の算出値が上記最小値より大きくなるような副流流量比を目標値として導出し、副流流量比の算出値が上記目標値に追従するように、副流調整弁14の開度を大きくして副流の流量を増大させる。
As shown in FIG. 4, the control means 17 includes a supercooling degree calculating means 22 for calculating the degree of supercooling of the mixed cryogenic liquid, a subflow flow rate ratio calculating means 23 for calculating a subflow flow rate ratio, and a main flow regulating valve. 28 and a flow rate adjusting means 24 for adjusting the respective opening degrees of the auxiliary
次に、制御手段17による副流の流量の制御動作について説明する。本実施形態では、主流調整弁28が開状態そして副流調整弁14が閉状態で蒸発ガス再液化装置1が運転されている場合において、必要に応じて、副流調整弁14を開状態として旋回流形成部2Aに副流を注入して旋回流を形成するときの制御動作について説明する。
Next, the control operation of the side flow rate by the control means 17 will be described. In this embodiment, when the evaporative
制御手段17の過冷度算出手段22は、記憶手段18に記憶されている第一対応関係Aを参照して、混合液圧力計15により計測された混合低温液体の圧力の計測値に対応する飽和温度を算出し、次に、算出した飽和温度と混合液温度計16により計測された混合低温液体の温度の計測値との差を過冷度として算出する。また、副流流量比算出手段23は、主流流量計27により計測された主流の流量の計測値と副流流量計13により計測された副流の流量の計測値との和で該副流の流量の計測値を除して副流流量比(旋回強さ)を算出する。
The supercooling degree calculation means 22 of the control means 17 refers to the first correspondence relationship A stored in the storage means 18 and corresponds to the measured value of the pressure of the mixed cryogenic liquid measured by the mixed
流量調整手段24は、過冷度算出手段22により算出された過冷度の算出値を、記憶手段18に記憶されている第二対応関係Bにおける過冷度の最小値と比較する。この比較の結果、上記過冷度の算出値が上記最小値より大きいときには、蒸発ガスは低温液体中に気泡として存在することなく低温液体に混合していると言える。したがって、流量調整手段24は、副流調整弁14を開状態とする制御を行うことはない。つまり、旋回流形成部2Aに副流が注入されないので、主流に対して旋回流が形成されない状態が維持される。
The flow
一方、上記過冷度の算出値が上記最小値以下であるときには、出口部6Bから流出する混合低温液体に蒸発ガスの気泡が残存していて該混合低温液体が気液二相流となっていると言える。このような状態において、凝縮混合装置2の下流側で蒸発ガスが凝縮すると、ウォーターハンマー作用の発生など、蒸発ガス再液化装置1全体の安全な運転に支障が生じる。
On the other hand, when the calculated value of the degree of supercooling is less than or equal to the minimum value, bubbles of evaporative gas remain in the mixed low-temperature liquid flowing out from the
そこで、流量調整手段24は、上記第二対応関係Bを参照して、上記過冷度の算出値が上記最小値より大きくなるような副流流量比を目標値として導出し、副流流量比算出手段23により算出される副流流量比の算出値が上記目標値に追従するように、副流調整弁14の開度を調整する。この結果、適切な流量に調整された副流の低温液体が旋回流形成部2Aに接線方向で注入され、主流に対して旋回流を形成することにより、混合低温液体の過冷度が小さくなる。したがって、蒸発ガスを低温液体中に残存させることなく確実に凝縮して低温液体に混合させることができる。
Therefore, the flow rate adjusting means 24 refers to the second correspondence B, derives the subflow flow rate ratio so that the calculated value of the degree of supercooling is larger than the minimum value, and sets the subflow flow rate ratio as a target value. The opening degree of the secondary
上述の制御動作の具体的な例として、旋回流が形成されておらず(旋回強さ0%)混合低温液体の過冷度を5℃で運転している状態から、混合低温液体の流量をあまり変えずに、混合低温液体の温度を高くするような場合について説明する。この場合、流管7に吹き込む蒸発ガスの流量を増大させる必要があるが、第二対応関係Bを示す図5を見ると判るように、混合低温液体の過冷度は最小値(5℃)にあるので、このままでは混合低温液体中蒸発ガスの気泡が残存することになり、蒸発ガスの流量を増大できない。
As a specific example of the above-described control operation, the flow rate of the mixed cryogenic liquid is changed from the state in which the swirling flow is not formed (the swirl strength is 0%) and the supercooling degree of the mixed cryogenic liquid is operating at 5 ° C. A case where the temperature of the mixed cryogenic liquid is increased without changing much will be described. In this case, it is necessary to increase the flow rate of the evaporating gas blown into the
そこで、副流調整弁14を開状態として副流の低温液体を旋回流形成部8に接線方向で注入して旋回流を形成することにより、過冷度の最小値を低下させ、混合低温液体の温度を高くする。図5より、混合低温液体の温度を2℃上昇させる(過冷度5℃から過冷度3℃に上昇させる)場合は、副流流量比(旋回強さ)を約35%になるように副流の流量を調整して、蒸発ガスの凝縮混合性能を高め、混合低温液体中に蒸発ガスの気泡が残存しないようにする。このような旋回の付与は凝縮混合装置2の流体の圧力損失の増大を招き、供給するポンプの動力を増大させるので、旋回の付与は混合低温液体の過冷度を小さくする場合にのみ実施することが望ましい。このように旋回の付与を必要な場合にのみ行うようにすることにより、固定旋回羽根等の装置を設ける場合に比べて圧力損失の増大を最小限に抑制することができ、むやみにエネルギー消費を増大させることを防ぐことができる。
Therefore, the secondary
上述したような旋回付与の制御は、上述したように、低温液体に凝縮混合させる蒸発ガスの量を増大させる場合に行われる。また、この旋回付与の制御は、例えば、低温液体としての水に蒸発ガスとしての水蒸気を混合して混合低温液体としての温水を生成するときのように、得られる混合低温液体の温度を高くすることが所望される場合においても有効である。 As described above, the turning control as described above is performed when the amount of evaporating gas to be condensed and mixed in the low temperature liquid is increased. In addition, this swirl control is performed by increasing the temperature of the obtained mixed low temperature liquid, for example, when water as evaporative gas is mixed with water as low temperature liquid to generate hot water as mixed low temperature liquid. This is also effective when desired.
本実施形態では、混合低温液体の過冷度が常に最小値より大きくなるように副流の低温液体の流量が制御される構成としたので、蒸発ガスを低温液体中に効果的に混合して再液化させることができ、ポンプに蒸発ガスが気体のまま流入してポンプに障害が発生するのを防止できる。また、旋回付与のために、従来のような固定旋回羽根等の装置を設ける必要がないので、凝縮混合装置の圧力損失を最小限に抑えることができ、蒸発ガスの再液化が効率よく短時間で完了すると共に、装置構成をコンパクトにできる。 In the present embodiment, since the flow rate of the low-temperature liquid in the secondary flow is controlled so that the degree of supercooling of the mixed low-temperature liquid is always greater than the minimum value, the evaporative gas is effectively mixed into the low-temperature liquid. The liquid can be reliquefied, and it is possible to prevent the evaporative gas from flowing into the pump as a gas and causing a failure of the pump. In addition, since it is not necessary to provide a device such as a conventional fixed swirl blade for imparting swirl, the pressure loss of the condensing and mixing device can be minimized, and the reliquefaction of the evaporative gas can be efficiently performed in a short time. In addition, the apparatus configuration can be made compact.
また、本実施形態では、制御手段17は、主流調整弁28および副流調整弁14の両方を制御することとしたが、これに代えて、副流調整弁14のみを制御するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the control means 17 controls both the main
また、本実施形態では、凝縮混合装置2を水平方向に配置しているが、鉛直方向に配置してもよい。凝縮混合装置2を鉛直方向に配置し低温液体11を鉛直方向下向きに流通し、蒸発ガスを水平方向から流入することにより、低温液体中で蒸発ガスは浮力を受け滞留時間が長くなるため、蒸発ガスの凝縮混合がより安定して行われる。
Moreover, in this embodiment, although the
また、本実施形態では、過冷度の算出値を第二対応関係Bにおける過冷度の最小値と比較して、過冷度の算出値が最小値より大きくなるような副流流量比を目標値として副流の流量を調整することとしているが、過冷度の最小値に一定値を加算した値より大きくなるような副流流量比を目標値とするようにして、適用システムに要求される安全係数を反映するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the calculated value of the degree of supercooling is compared with the minimum value of the degree of supercooling in the second correspondence B, and the side flow rate ratio is set such that the calculated value of the degree of supercooling is larger than the minimum value. The flow rate of the secondary flow is adjusted as the target value, but the target system is required to set the secondary flow rate ratio that is larger than the value obtained by adding a constant value to the minimum value of the degree of subcooling. The safety factor may be reflected.
1 蒸発ガス再液化装置
2 凝縮混合装置
2A 旋回流形成部
2B 混合流管部
3 送出ポンプ
4 蒸発ガス圧縮機
7 流管
7A 縮径部
7B 喉部
7C 拡径部
7C‐1,7C‐2 段状拡径部
9A 取付フランジ
9B 取付フランジ
10‐1,10‐2 蒸気孔
10A‐1,10A‐2 注入開口
10B‐1,10B‐2 段部
L 区間長
R 段状拡径部の半径
ΔR 半径差(段差寸法)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
流管に対して上流側で該流管の軸線の延長上に位置して上記縮径部に連通接続されて低温液体を上記流管へ向けて流通することを許容する旋回流形成部を設け、
上記旋回流形成部は、上記流管内の低温液体と同一種の液体を接線方向から注入するように形成されており、
上記混合流管部の拡径部は、軸線方向で複数位置に段部が形成されていて、該段部で順次拡径され軸線方向で下流側に向け延びる内周面をもつ段状拡径部を有し、各段状拡径部の域内での上流側位置に蒸気孔の注入開口が設けられていることを特徴とする凝縮混合装置。 Mixing having a venturi-type flow tube in which a diameter-reduced portion that gradually decreases from the upstream side toward the downstream side is followed by a throat portion that has the smallest diameter, and then a diameter-expanded portion that gradually increases from the throat portion. In order to provide a flow tube portion and inject steam into the flow tube from the outside of the flow tube, the steam holes directed in the radial direction and downstream direction of the flow tube have a plurality of positions in the axial direction of the flow tube. In a condensing and mixing apparatus that is formed to have an injection opening on an inner diameter surface, injects steam from an injection opening of a vapor hole into a low-temperature liquid that flows downstream in a flow tube, condenses the vapor, and mixes it with the low-temperature liquid ,
A swirl flow forming portion is provided upstream of the flow tube and on the extension of the axial line of the flow tube and connected to the reduced diameter portion to allow low temperature liquid to flow toward the flow tube. ,
The swirl flow forming portion is formed so as to inject a liquid of the same type as the low temperature liquid in the flow tube from a tangential direction,
The expanded diameter portion of the mixed flow pipe section is formed with stepped portions at a plurality of positions in the axial direction, and has a stepped diameter expansion having an inner peripheral surface that is sequentially expanded in diameter in the stepped section and extends toward the downstream side in the axial direction. A condensing and mixing apparatus, characterized in that a steam hole injection opening is provided at a position upstream of each step-shaped enlarged diameter portion.
請求項1ないし請求項4のいずれか一つに記載の凝縮混合装置と、蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機と、貯槽から低温液体を送出する送出ポンプとを備え、該送出ポンプで低温液体を凝縮混合装置の流管へ上流側から供給し、上記蒸発ガス圧縮機で蒸発ガスを凝縮混合装置の蒸気孔から上記流管内へ注入するようになっていることを特徴とする蒸発ガス再液化装置。 In the evaporative gas reliquefaction device that mixes the condensed gas generated from the cryogenic liquid stored in the storage tank with the cryogenic liquid dispensed from the storage tank, condenses and reliquefies it,
5. A condensing and mixing apparatus according to claim 1, an evaporative gas compressor for compressing evaporative gas, and a delivery pump for delivering a cryogenic liquid from a storage tank, wherein the cryogenic liquid is supplied by the delivery pump. The evaporative gas reliquefaction is characterized in that the evaporative gas is supplied from the upstream side to the flow tube of the condensing and mixing device, and the evaporative gas is injected into the flow tube from the vapor hole of the condensing and mixing device by the evaporative gas compressor. apparatus.
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