JP2015203555A - 気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】直管部および反転部を有する蛇行状の伝熱管を用いた気化器において、本体容器内を流れる加熱用流体の流速の増大と、直管部と本体容器内面との間隔や直管部同士間のピッチの確保とを両立する。
【解決手段】液化ガスを加熱用流体により気化させる気化器１００であって、筒状の本体容器１０と、本体容器１０の軸方向に沿って延びる直管部２１と、軸方向の端部に位置する反転部２２とを有して蛇行状に形成され、液化ガスが流される伝熱管２０と、軸方向に沿って延びる形状を有し、軸方向から見て本体容器１０内の中央部に配置される断面積低減部材５０と、を備え、本体容器１０の内面と断面積低減部材５０の外面との間の環状空間Ｒに直管部２１が配置されるとともに、環状空間Ｒに加熱用流体が流される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＮＧなどの液化ガスを加熱用流体により気化させる気化器に関する。

ＬＮＧ（液化天然ガス）などの液化ガスを、加熱用流体で気化させる気化器として、例えば特許文献１、２に記載されたものがある。特許文献１の図２や特許文献２の図１に記載されているように、これらの気化器においては、液化ガスが流される伝熱管が、直管部と反転部とを組み合わせてなる蛇行状の配管となっている。このように伝熱管を蛇行状とすることで、液化ガスと加熱用流体との接触領域を増加させ、気化機能を向上させることができる。

特開２００４−９３０９８号公報 特許第４３１３６０５公報

ところで、上述のように構成された気化器においては、本体容器内を流れる加熱用流体の流速を大きくすることで、液化ガスと加熱用流体との熱交換を促進させることができる。加熱用流体の流速を大きくするためには、本体容器の断面積を小さくすればよいが、単純に断面積を小さくした本体容器に伝熱管を収めようとすると、伝熱管を高密度に配置することになり、直管部と本体容器内面との間隔や直管部同士間のピッチが小さくなる。しかしながら、上記間隔やピッチを小さくすると、流体抵抗が大きくなり、加熱用流体が良好に流れなくなるおそれがある。また、直管部同士間のピッチを小さくした場合、それに伴って反転部の径を小さくしなければならないが、反転部の径についてはＪＩＳ（日本工業規格）で規定されており、反転部の径の縮小にも限界がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、直管部および反転部を有する蛇行状の伝熱管を用いた気化器において、本体容器内を流れる加熱用流体の流速の増大と、直管部と本体容器内面との間隔や直管部同士間のピッチの確保とを両立することを目的とする。

本発明は、液化ガスを加熱用流体により気化させる気化器であって、筒状の本体容器と、前記本体容器の軸方向に沿って延びる直管部と、前記軸方向の端部に位置する反転部とを有して蛇行状に形成され、前記液化ガスが流される伝熱管と、前記軸方向に沿って延びる形状を有し、前記軸方向から見て前記本体容器内の中央部に配置される断面積低減部材と、を備え、前記本体容器の内面と前記断面積低減部材の外面との間の環状空間に前記直管部が配置されるとともに、前記環状空間に前記加熱用流体が流されることを特徴とする。

本発明にかかる気化器によれば、加熱用流体が流される環状空間の断面積は、本体容器の断面積よりも断面積低減部材の断面積分だけ小さくなるため、断面積低減部材を設けない場合と比べて、加熱用流体の流速を大きくすることができる。また、環状空間に伝熱管の直管部を配置することで、直管部と本体容器内面との間隔や直管部同士間のピッチをそれほど小さくしなくても済む。したがって、本発明にかかる気化器によれば、本体容器内を流れる加熱用流体の流速の増大と、直管部と本体容器内面との間隔や直管部同士間のピッチの確保とを両立することができる。

本発明にかかる気化器の一例を示す軸方向に沿った断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における矢視図である。 邪魔板の形状を示す図である。 直管部と本体容器内面との間隔および直管部同士間のピッチを示す図である。

以下、本発明にかかる気化器の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態では、気化させる液化ガスをＬＮＧ（液化天然ガス）としているが、気化対象はＬＮＧに限定されることはない。同様に、液化ガスを気化させる加熱用流体についても、以下に示す温水に限定されず、その他の液体を加熱用流体として用いることが可能である。

（気化器の概略構成）
図１に示すように、気化器１００は、主に、筒状の本体容器１０と、本体容器１０内に配置される伝熱管２０と、伝熱管２０にＬＮＧを供給するＬＮＧ供給管３１と、ＬＮＧが気化されて生成されたＮＧ（天然ガス）を伝熱管２０から排出するＮＧ排出管３２と、本体容器１０に温水を供給する温水供給管４１と、本体容器１０から温水を排出する温水排出管４２とを具備して構成される。

かかる構成により、伝熱管２０内を流れるＬＮＧが、本体容器１０内を流れる温水との熱交換によって温められ、ＬＮＧを気化させることができる。なお、本体容器１０内を流れる温水は、ＬＮＧを気化させてＮＧを生成するだけでなく、生成されたＮＧを加温する役割も有する。

（本体容器）
本体容器１０は、その内部に温水が供給される筒状の容器であり、円筒状の本体部１１と、本体部１１の両端を閉塞する蓋部１２、１３とを有して構成される。本実施形態では、本体容器１０の軸方向（以下、「容器軸方向」と称する）が水平となるように、本体容器１０を支持部材９０によって支持しているが、容器軸方向が水平となるように配置することは必須ではない。また、本体容器１０の断面形状は、円形に限定されず、例えば多角形等とすることも可能である。

図１において右端部に設けられた蓋部１２は、カップ形状を有しており、そのフランジ部１２ａを本体部１１のフランジ部１１ａに突き合わせた状態で、本体部１１に対してボルト固定される。一方、図１において左端部に設けられた蓋部１３は、円盤形状を有しており、その周縁部を本体部１１のフランジ部１１ｂに突き合わせた状態で、本体部１１に対してボルト固定される。蓋部１２、１３ともに、ボルトを外すことで本体部１１から取り外すことが可能な、着脱自在な構成となっている。

（伝熱管）
伝熱管２０は、ＬＮＧが流される配管であり、容器軸方向に沿って延びる直管部２１と、容器軸方向の両端部に位置する反転部２２とを組み合わせることで、全体として蛇行状に形成されている。以下、図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視図である図２、および図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における矢視図である図３を参照しつつ、伝熱管２０の詳細について説明する。

図２、図３に示すように、本実施形態の伝熱管２０は、直管部２１（２１ａ〜２１ｆ）を６つ有するとともに、異なる２つの直管部２１をつなげるＵ字状の反転部２２（２２ａ〜２２ｅ）を５つ有する６段構造となっている。具体的には、伝熱管２０は、ＬＮＧの流路の上流側から下流側に向かって、ＬＮＧ供給管３１と接続された直管部２１ａ、反転部２２ａ、直管部２１ｂ、反転部２２ｂ、直管部２１ｃ、反転部２２ｃ、直管部２１ｄ、反転部２２ｄ、直管部２１ｅ、反転部２２ｅ、そしてＮＧ排出管３２と接続された直管部２１ｆが順番にひとつながりとなって蛇行状に形成されている。

ここで、図１において左端側（一端側）に位置する反転部２２ｂ、２２ｄは、直管を曲げ加工することによって、直管部２１と一体的に形成されている。すなわち、反転部２２ｂは、直管の中央部を曲げることによって形成されており、反転部２２ｂの上流側、下流側にそれぞれ位置する直管部２１ｂ、２１ｃとともに、１本の連続管として構成されている。同様に、反転部２２ｄは、直管の中央部を曲げることによって形成されており、反転部２２ｄの上流側、下流側にそれぞれ位置する直管部２１ｄ、２１ｅとともに、１本の連続管として構成されている。

一方、図１において右端側（他端側）に位置する反転部２２ａ、２２ｃ、２２ｅは、例えば１８０°エルボ等からなるＵ字状の継手を、直管部２１に溶接することで形成されている。すなわち、反転部２２ａは、直管部２１ａ、２１ｂの右端にＵ字状の継手を溶接することで構成されている。同様に、反転部２２ｃは、直管部２１ｃ、２１ｄの右端にＵ字状の継手を溶接することで構成されており、反転部２２ｅは、直管部２１ｅ、２１ｆの右端にＵ字状の継手を溶接することで構成されている。なお、上記継手の溶接箇所Ｗは、図１に示すようにカップ状の蓋部１２の内部に位置する。

伝熱管２０の具体構成、すなわち直管部２１や反転部２２の具体的な個数や位置などは、本実施形態のものに限定されず、適宜変更が可能である。また、本実施形態では、ＬＮＧ供給管３１からＮＧ排出管３２に至るＬＮＧの流路が１つのみの１パス式としているが、伝熱管２０を複数設けて複数パス式としてもよい。

（ＬＮＧ供給管およびＮＧ排出管）
ＬＮＧ供給管３１は、ＬＮＧを伝熱管２０に供給する管であり、蓋部１３の下部に形成された貫通孔（不図示）に挿入され、伝熱管２０の直管部２１ａに接続される。一方、ＮＧ排出管３２は、ＮＧを伝熱管２０から排出する管であり、蓋部１３の上部に形成された貫通孔（不図示）に挿入され、伝熱管２０の直管部２１ｆに接続される。ただし、ＬＮＧ供給管３１およびＮＧ排出管３２の配置はこれに限定されるものでない。

（温水供給管および温水排出管）
温水供給管４１は、温水を本体容器１０に供給する管であり、本体容器１０の上部の左端部に接続される。一方、温水排出管４２は、温水を本体容器１０から排出する管であり、本体容器１０の上部の右端部に接続される。したがって、本体容器１０に供給された温水は、温水供給管４１から温水排出管４２に向かって、基本的に図１の左側から右側に向かって流れることになる。ただし、温水供給管４１および温水排出管４２の配置はこれに限定されるものでない。

（断面積低減部材）
断面積低減部材５０は、本体容器１０内を流れる温水の流速を大きくすべく、容器軸方向に直交する断面（以下、「直交断面」と称する）における流路断面積を低減させるための部材である。本実施形態では、断面積低減部材５０を、容器軸方向の両端部が閉塞された、中空の円筒状の部材としているが、これに限定されるものではない。例えば、断面積低減部材５０を中実の部材としてもよいし、断面形状を円形以外の多角形等とすることも可能である。

図２、図３に示すように、断面積低減部材５０は、容器軸方向から見て、すなわち直交断面において、本体容器１０の中央部に配置されている。断面積低減部材５０の図１における左端部は、固定部材５１によって本体容器１０の蓋部１３に固定されている。また、断面積低減部材５０の外周面には、後述する邪魔板６０（図４参照）が、周方向における位置を変えつつ、容器軸方向に複数取り付けられている。つまり、断面積低減部材５０は、複数の邪魔板６０によって実質的に支持されている。

断面積低減部材５０を設けることにより、本体容器１０の内周面と断面積低減部材５０の外周面との間に環状空間Ｒが形成される。この環状空間Ｒに、伝熱管２０の直管部２１が配置されるとともに、温水が流される。直交断面における環状空間Ｒの断面積は、断面積低減部材５０の分だけ減少しているため、本体容器１０内を流れる温水の流速を大きくすることができる。

（邪魔板）
邪魔板６０は、図４に示すように、ドーナツをその直径で分割したような半ドーナツ形状（半円環状）を有する板状の部材である。邪魔板６０は、環状空間Ｒの断面半分にちょうど収まる寸法となっており、邪魔板６０の内周部分が断面積低減部材５０の外周面に、溶接等により固定される。また、邪魔板６０には、伝熱管２０と同等の径を有する円形の貫通孔６０ａ、６０ｂ、６０ｃが形成されており、伝熱管２０の直管部２１が貫通孔６０ａ、６０ｂ、６０ｃに挿入されるように構成されている。

このように構成された邪魔板６０を、容器軸方向から見たときの位置、すなわち直交断面における位置を周方向に１８０°ずつ変えつつ、容器軸方向に複数設けてある。より具体的には、図２において環状空間Ｒの右半分に配設される邪魔板６０（図１で実線で示すもの）と、図２において環状空間Ｒの左半分に配設される邪魔板６０（図１で点線で示すもの）とを、容器軸方向に交互に設けてある。

このような配置形態で複数の邪魔板６０を設けることで、上から見たときに、環状空間Ｒを流れる温水の流路が蛇行することになる。温水の流路を蛇行させることで、温水の温度の均一化を図ることができ、効率的にＬＮＧの気化やＮＧの加温を行うことができる。なお、邪魔板６０の形状や配設位置はこれに限定されない。例えば、邪魔板６０の形状を周方向の角度が１２０°の円弧形状とし、この邪魔板６０を、環状空間Ｒ内における位置を周方向に１２０°ずらしつつ複数配置するようにしてもよい。

（効果）
本実施形態の気化器１００によれば、温水が流される環状空間Ｒの断面積は、本体容器１０の断面積よりも断面積低減部材５０の断面積分だけ小さくなるため、断面積低減部材５０を設けない場合と比べて、温水の流速を大きくすることができる。具体的には、本出願人が行った実験によれば、温水の流速を平均で０．１ｍ／ｓから０．２ｍ／ｓ程度まで倍増させることができた。このように温水の流速を増大させることで、ＬＮＧと温水との熱交換を促進させることができる。特に、加熱用流体として温水ではなく、常温水を用いた場合には、伝熱管２０の表面における着氷が問題となることがあるが、気化器１００によれば常温水の流速を高めることで、着氷を防止することができるという利点もある。

ところで、環状空間Ｒの断面積と同じ断面積を、断面積低減部材５０を設けずに、本体容器１０そのものを小さくすることで実現することもできる。しかし、同じ断面積であれば、本実施形態の気化器１００のように、環状空間Ｒとするほうが有利である。以下、この点について、図５を参照しつつ説明する。図５のａ図は本実施形態の本体容器１０の断面を示し、ｂ図およびｃ図は環状空間Ｒと同じ断面積を有する本体容器１０’の断面を示す。

図５のａ図に示すように、本実施形態により確保される直管部２１と本体容器１０の内周面との間隔をＤ、直管部２１同士間のピッチをＰとする。なお、本実施形態では、直管部２１と断面積低減部材５０の外周面との間隔も同じＤとしているが、この間隔をＤとすることは必須ではない。

環状空間Ｒと同じ断面積を有する本体容器１０’は、当然ながら本体容器１０よりも径が小さくなる。その結果、図５のｂ図に示すように、直管部２１同士間のピッチをＰに維持しようとすると、直管部２１と本体容器１０の内周面との間隔がＤよりも小さいＤ’となってしまう。一方、図５のｃ図に示すように、直管部２１と本体容器１０の内周面との間隔をＤに維持しようとすると、直管部２１同士間のピッチをＰよりも小さいＰ’とせざるを得ない。

しかしながら、上記間隔ＤやピッチＰを小さくすると、流体抵抗が大きくなり、加熱用流体が良好に流れなくなるおそれがある。特に、上述のように、常温水を用いてＬＮＧの気化を行う場合には、間隔ＤやピッチＰが小さくなることで、着氷が流路を閉塞しやすくなるという問題がある。また、直管部２１同士間のピッチＰを小さくした場合、それに伴って反転部２２の径を小さくしなければならないが、反転部２２の径についてはＪＩＳで規定されており、反転部２２の径の縮小にも限界がある。つまり、間隔ＤやピッチＰはできるだけ小さくならないようにしたいという要求がある。

そこで、本実施形態のように、本体容器１０の内周面と断面積低減部材５０の外周面との間に形成される環状空間Ｒに直管部２１を配置することで、図５の比較から明らかなように、直管部２１と本体容器１０の内周面との間隔Ｄや直管部２１同士間のピッチＰを小さくすることなく、断面積の低減を実現することができる。つまり、本実施形態によれば、本体容器１０内を流れる温水の流速の増大と、直管部２１と本体容器１０の内周面との間隔Ｄや直管部２１同士間のピッチＰの確保とを両立することができる。

また、本実施形態では、邪魔板６０を複数設けているが、この邪魔板６０を断面積低減部材５０に固定している。このように、断面積低減部材５０を、邪魔板６０の支持部材としても兼用することで、部品点数を削減することができ、コストを低減することが可能となる。

また、本実施形態では、一部の反転部２２ｂ、２２ｄを曲げ加工によって直管部２１と一体的に形成している。ここで、伝熱管２０の直管部２１と反転部２２とを溶接した場合、コストが大きくなるとともに、溶接箇所から亀裂等が生じて損傷の原因となりやすい。そこで、反転部２２を曲げ加工によって直管部２１と一体形成することで、溶接が不要となり、上述の問題を回避することができる。

特に本実施形態では、容器軸方向の一端側（図１の左端側）の反転部２２ｂ、２２ｄを、曲げ加工によって直管部２１と一体的に形成しており、一方、容器軸方向の他端側（図１の右端側）の反転部２２ａ、２２ｃ、２２ｅを、Ｕ字状の継手を直管部２１に溶接することで形成している。したがって、気化器１００のメンテナンス時に溶接箇所を点検する場合、上記一端側には伝熱管２０に溶接箇所が存在しないため、蓋部１３を取り外して点検するといった必要がなく、メンテナンスを容易に行うことができる。

さらに、本体容器の他端側の端部は、着脱自在な蓋部１２となっている。したがって、蓋部１２を取り外すことで、容易に反転部２２ａ、２２ｃ、２２ｅの溶接箇所Ｗを点検することができる。

特に本実施形態では、溶接箇所Ｗがカップ状の蓋部１２の内部に位置しており、蓋部１２を外すと、反転部２２ａ、２２ｃ、２２ｅの溶接箇所Ｗが露出するようになっている。このため、溶接箇所Ｗの点検が一層容易に行えるものとなっている。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

１０：本体容器
２０：伝熱管
２１：直管部
２２：反転部
５０：断面積低減部材
６０：邪魔板
１００：気化器
Ｒ：環状空間
Ｗ：溶接箇所

Claims (6)

1. 液化ガスを加熱用流体により気化させる気化器であって、
   筒状の本体容器と、
   前記本体容器の軸方向に沿って延びる直管部と、前記軸方向の端部に位置する反転部とを有して蛇行状に形成され、前記液化ガスが流される伝熱管と、
   前記軸方向に沿って延びる形状を有し、前記軸方向から見て前記本体容器内の中央部に配置される断面積低減部材と、
   を備え、
   前記本体容器の内面と前記断面積低減部材の外面との間の環状空間に前記直管部が配置されるとともに、前記環状空間に前記加熱用流体が流されることを特徴とする気化器。
2. 前記軸方向から見たときの前記環状空間内での位置を変えつつ、前記軸方向に複数設けられる邪魔板を、前記断面積低減部材に固定する請求項１に記載の気化器。
3. 前記伝熱管の少なくとも一部の前記反転部は、曲げ加工によって前記直管部と一体的に形成される請求項１または２に記載の気化器。
4. 前記軸方向における前記伝熱管の一端側の前記反転部は、前記曲げ加工によって前記直管部と一体的に形成される一方、前記軸方向における前記伝熱管の他端側の前記反転部は、Ｕ字状の継手を前記直管部に溶接することで形成される請求項３に記載の気化器。
5. 前記本体容器の前記他端側の端部は、着脱自在な蓋部である請求項４に記載の気化器。
6. 前記蓋部を外すと、前記伝熱管の前記他端側の前記反転部の溶接箇所が露出する請求項５に記載の気化器。