JP2015222164A - 液化ガス用気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】 繰り返し熱応力が負荷されても、伝熱管や熱媒容器そのもの、あるいは伝熱管と熱媒容器との継ぎ目にあたる溶接部などに破壊などの問題を生じることが極めて少ない気化器を提供する。【解決手段】 液化ガスを加熱して気化させる液化ガス用気化器Ｘ１であって、熱媒が補充可能に収容される熱媒容器３１と、熱媒容器３１の内部を上下に貫通するとともに上端部および下端部が熱媒容器３１に支持され、継ぎ目無しの直管により構成された伝熱管３２と、を有する気化ユニット３を備え、熱媒容器３１は、本体部３１１と、この本体部３１１よりも伸縮する伸縮部３１２と、を有し、伝熱管３２内に気化すべき液化ガスを連続的に流して気化させるようにしている。【選択図】 図１

Description

本発明は窒素、酸素、アルゴンやＬＮＧ（天然ガス）、プロパンなど液化したガスを気化蒸発させガス状で需要者に供給する気化器に関する。

液化窒素、液化酸素、液化アルゴンおよび液化炭酸ガスなどに代表される産業用ガスに加えて、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化プロパンガス）などの燃料ガスを液状でタンクに蓄え、気化器などで蒸発気化させてガス状にして供給することは各産業分野で液化ガスの貯蔵と消費を繰り返す重要な工業的手法として用いられている。液化窒素、液化酸素や液化アルゴンは−１８０℃以下で、液化炭酸ガスは−２５℃以下で、ＬＮＧは−１６０℃以下で、ＬＰＧは−４０℃以下の低温で貯蔵している。気化器の加熱源としては、ガスの物性に応じて様々なものを使用することができるが、最近ではＬＮＧサテライト設備の気化器として空気に加えて温水が使用されるようになっている。

空気を加熱源とした空温式ＬＮＧ気化器については、例えば特許文献１に開示されている。同文献に開示された気化器においては、伝熱管の内部に−１６０℃に近い低温液体が導入されると同時に外部から雰囲気空気で加熱されるため、空気中の水分が伝熱管の表面で氷結し、伝熱効率が著しく低下する可能性がある。

これに対して、温水を用いた温水式ＬＮＧ気化器としては、例えば特許文献２に開示されている。温水式の気化器においては、シェル（熱媒容器）の内部に伝熱管が設けられている。気化器の稼働時には、シェル側に温水を流しつつ伝熱管側に−１６０℃近い低温液体（ＬＮＧ）を流す。このような温水式の気化器によれば、加熱源である温水は温水ボイラなどを使用することにより強制的に温度調節できるので、年間を通じて安定した性能が維持でき、また、気化器自体をコンパクトにできるため設置面積が小さくて済む。しかしながら、気化器を断続的に稼働させると、ＬＮＧの供給が断続的に行われ、シェル側と伝熱管側との間に金属の大きな熱膨張差による伸縮が繰り返される。そうすると、伝熱管の溶接部やマニホールドに固定されている溶接部に過剰な応力がかかり、気化器を間欠運転すると溶接部に割れが生じる問題をしばしば起こしていた。

特許文献２では、シェル内部に設ける伝熱管として、螺旋状に巻かれた継ぎ目の無い鋼管が用いられている。このような構成によれば、螺旋状とすることで伝熱管の伸縮を吸収しつつ溶接部での応力による割れの問題を回避することができる。しかしながら、継ぎ目無し鋼管を螺旋状に巻くには、鋼管（直管）を強制的に曲げる必要があるので、伝熱管の各部に伸びた部分や縮んだ部分が存在し、曲げ加工によって相当に大きな歪が生じている。このような加工歪が大きい伝熱管においては、熱疲労を受けやすく、熱による伸縮が繰り返されると、伝熱管自体の破損の虞がある。

特開２００５−１５６１４１号公報 特開２０１２−２２９８６０号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、繰り返し熱応力が負荷されても、伝熱管や熱媒容器そのもの、あるいは伝熱管と熱媒容器との継ぎ目にあたる溶接部などに破壊などの問題を生じることが極めて少ない気化器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明においては、液化ガスを加熱して気化させる液化ガス用気化器であって、熱媒が補充可能に収容される熱媒容器と、上記熱媒容器の内部を上下に貫通するとともに上端部および下端部が上記熱媒容器に支持され、継ぎ目無しの直管により構成された伝熱管と、を有する気化ユニットを備え、上記熱媒容器は、本体部と、この本体部よりも伸縮する伸縮部と、を有し、上記伝熱管内に気化すべき液化ガスを連続的に流して気化させるようにした、液化ガス用気化器が提供される。

好ましくは、上記熱媒容器は、その上端部および下端部それぞれにキャップ部を有し、上記キャップ部は、第１の溶接部を介して上記伝熱管の上端部または下端部に接合されている。

好ましくは、上記キャップ部は、先端側が凸となる曲面を有し、上記伝熱管は、上記キャップ部を貫通しており、上記第１の溶接部は、上記伝熱管および上記キャップ部を鈍角に跨って接合している。

好ましくは、上記キャップ部と上記本体部とは別部材によって構成されており、上記キャップ部と上記伝熱管とは、同じ材質からなり、上記キャップ部は、第２の接合部を介して上記本体部に接合されている。

好ましくは、上記本体部は上下に延びる直管状であり、上記伸縮部は上記本体部の長手方向の途中に挿入された伸縮継手である。

好ましくは、上記熱媒容器の下端寄りの部分には、当該熱媒容器の内部に熱媒を供給するための熱媒導入ノズルが設けられており、平面視において、上記熱媒導入ノズルの中心線は上記熱媒容器の中心線から偏倚した位置にある。

好ましくは、熱媒を供給するための熱媒供給管と、液化ガスを供給するための液化ガス供給管とを備え、上記気化ユニットは、上記熱媒供給管および上記液化ガス供給管に対応する位置に複数並列して配置されており、上記熱媒供給管と上記各熱媒容器の下端寄りの部分とが熱媒用分岐路を介して連通しており、上記液化ガス供給管と上記各伝熱管の下端とが液化ガス用分岐路を介して連通している。

好ましくは、液化ガスを供給するための液化ガス供給管と、液化ガスが上記伝熱管内を流れることにより気化したガスを排出するための気化ガス排出管と、を備え、上記気化ユニットは、上記液化ガス供給管および上記気化ガス排出管に対応する位置に複数並列して配置されており、上記液化ガス供給管と上記各伝熱管の下端とが液化ガス用分岐路を介して連通し、かつ上記気化ガス排出管と上記各伝熱管の上端とが気化ガス排出用分岐路を介して連通している。

好ましくは、上記気化ユニットの数がＮ個（Ｎは２以上の整数。以下同じ）であるとき、上記熱媒用分岐路の流路断面積が上記熱媒供給管の流路断面積の１／Ｎ以下である。

好ましくは、上記気化ユニットの数がＮ個であるとき、上記液化ガス用分岐路の流路断面積が上記液化ガス供給管の流路断面積の１／Ｎ以下である。

好ましくは、上記気化ユニットの数がＮ個であるとき、上記気化ガス排出用分岐路の流路断面積が上記気化ガス排出管の流路断面積の１／Ｎ以下である。

好ましくは、上記伝熱管の下端と上端の少なくとも一方には、絞り機構が設けられている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の実施形態に係る液化ガス用気化器の概略構成を示す正面図である。 図１に示す液化ガス用気化器の平面図である。 気化ユニットにおける溶接箇所の構造を示す拡大縦断面図である。 気化ユニットにおける溶接箇所の構造を示す拡大縦断面図である。 図１のＶ−Ｖ線に沿う部分拡大断面図である。 熱媒供給管と熱媒容器との接続構造の他の例を示す図５と同様の図である。 伝熱管の下端に設けられた絞り機構の一例を示す拡大縦断面図である。 伝熱管の上端に設けられた絞り機構の一例を示す拡大縦断面図である。

図１、図２は、本発明の実施形態に係る液化ガス用気化器の概略構成を示している。本実施形態の液化ガス用気化器Ｘ１は、熱媒供給管１と、液化ガス供給管２と、各々が熱媒容器３１および伝熱管３２を有する複数の気化ユニット３と、熱媒排出管４と、気化ガス排出管５と、を備えている。各伝熱管３２の下端と上端には、絞り機構６，７が取り付けられている。なお、これらの図１、図２において、熱媒供給管１、液化ガス供給管２、熱媒容器３１、伝熱管３２、熱媒排出管４、気化ガス排出管５などの肉厚は簡略化のために図示を省略している。また、以下においては、気化される液化ガスが液化天然ガス（ＬＮＧ）であるものとして説明を進める場合もあるが、本発明はこれに限定されるものではない。

熱媒供給管１は、図示されていない熱媒供給源（温水供給源）から延びる配管に接続されており、水平方向に延びている。熱媒供給管１は、例えば圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ管）により構成される。

液化ガス供給管２は、例えばステンレス鋼鋼管（ＳＵＳＴＰ管）からなり、例えばＬＮＧ貯蔵タンクから延びる配管に接続されている。液化ガス供給管２は、熱媒供給管１が延びる方向と略平行な水平方向に延びている。

複数の気化ユニット３は、熱媒供給管１および液化ガス供給管２が延びる方向において間隔を隔てて並列に配置されている。本実施形態では、４つの気化ユニット３が並んだ態様を示すが、気化ユニット３の数はこれに限定されるものではない。各気化ユニット３は、上下に延びる熱媒容器３１と、この熱媒容器３１の内部を上下に貫通する伝熱管３２とを有する。

熱媒容器３１は、全体として直立円筒状をなしており、本実施形態では、本体部３１１と、伸縮部３１２と、キャップ部３１３とを有する。本体部３１１は、上下に延びる直管状であり、例えば圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ管）からなる。伸縮部３１２は、本体部３１１よりも伸縮する部分であり、例えば本体部３１１の長手方向（上下方向）の途中に挿入された伸縮継手によって構成される。伸縮部３１２としては、例えば金属製のベローズ形伸縮継手を採用することができる。

図１、図３、図４に示すように、キャップ部３１３は、熱媒容器３１の上端部および下端部にそれぞれ設けられており、本体部３１１の両端を塞いでいる。キャップ部３１３は、本体部３１１とは材質が異なる別部材によって構成されており、例えばステンレス鋼製である。キャップ部３１３は、凸状となる半球面状または曲面状になっている。

伝熱管３２は、上下のキャップ部３１３を貫通しており、熱媒容器３１の内部において上下に延びている。伝熱管３２は、例えば継ぎ目を有さない直管により構成されており、例えば市販の定尺物の継目無しステンレス鋼鋼管が使用される。定尺物の継目無しステンレス鋼鋼管（伝熱管３２）は、例えばその長さが４ｍあるいは６ｍであり、直径（外径）が２７．２ｍｍ、３４．０ｍｍあるいは４２．７ｍｍである。なお、熱媒容器３１を構成する本体部３１１についても、例えば市販の定尺物の鋼管（圧力配管用炭素鋼鋼管）が使用される。定尺物の圧力配管用炭素鋼鋼管（本体部３１１）は、例えばその長さが４ｍあるいは６ｍであり、直径（外径）が８９．１ｍｍ、１１４．３ｍｍあるいは１３９．８ｍｍである。また、本実施形態のように本体部３１１の途中に伸縮部３１２としての伸縮継手が挿入される構成では、定尺物の圧力配管用炭素鋼鋼管を適宜切断して使用すればよい。

次に、伝熱管３２の熱媒容器３１に対する接続構造について説明する。図３は、伝熱管３２および熱媒容器３１の上部における接続構造を示し、図４は、伝熱管３２および熱媒容器３１の下部における接続構造を示す。図３に示した伝熱管３２および熱媒容器３１の接続構造と、図４に示した伝熱管３２および熱媒容器３１の接続構造とは、上下反転しているが同様の構成であるので、図３に示された上部の接続構造について説明し、図４に示された接続構造の説明は省略する。

図３に示すように、キャップ部３１３の中央部を伝熱管３２が貫通している。伝熱管３２の上端部とキャップ部３１３との間は溶接部３３ａ（第１の溶接部）により接合されている。また、キャップ部３１３の裾部と本体部３１１の端部との間は溶接部３３ｂ（第２の溶接部）により接合されている。

図５に示されるように、熱媒容器３１の下端寄りの部分には、当該熱媒容器３１の内部に熱媒を導入するための熱媒導入ノズル３４が設けられている。平面視において、熱媒導入ノズル３４の中心線Ｏ２は、熱媒容器３１の中心線Ｏ１から偏倚した位置にある。熱媒導入ノズル３４は、例えば、熱媒供給管１から分岐状に延びる熱媒用分岐路１１とフランジ接続されている。かかる構成により、熱媒供給管１と熱媒容器３１の下端寄りの部分とは、熱媒用分岐路１１および熱媒導入ノズル３４を介して連通している。

熱媒用分岐路１１は、熱媒供給管１よりも小径とされており、熱媒供給管１を流れる熱媒がこの熱媒用分岐路１１を通過する際に絞られ、熱媒導入ノズル３４を介して熱媒容器３１に供給される。熱媒用分岐路１１の流路断面積は、熱媒供給管１の流路断面積に対して気化ユニット３の数に応じた比率とされている。気化ユニット３の数をＮとすると、熱媒用分岐路１１の流路断面積は、熱媒供給管１の流路断面積の１／Ｎ以下とされる。例えば気化ユニット３の数が４つである本実施形態の場合、熱媒用分岐路１１の流路断面積は熱媒供給管１の流路断面積の１／４以下とされる。

図６は、熱媒供給管１と熱媒容器３１との接続構造の他の例を示している。図６に示した接続構造において、熱媒容器３１には比較的に大径（熱媒容器３１の直径と同程度）の分岐路３１４が設けられており、この分岐路３１４には、熱媒導入ノズル３４を具備する閉止フランジ３５が接続されている。ここで、熱媒導入ノズル３４の中心線Ｏ２は、熱媒容器３１の中心線Ｏ１から偏倚する位置にある。そして、閉止フランジ３５には、熱媒用分岐路１１がフランジ接続されている。このような構成によれば、熱媒容器３１（本体部３１１）と分岐路３１４が同径で一体化でき、例えばティー管を用いることができるので、製作が容易である。

図１に示されるように、伝熱管３２の下端には、液化ガス供給管２から分岐状に延びる液化ガス用分岐路２１が溶接等により接続されている。かかる構成により、液化ガス供給管２と伝熱管３２の下端とは、液化ガス用分岐路２１を介して連通している。

液化ガス用分岐路２１は、液化ガス供給管２よりも小径とされており、液化ガス供給管２を流れる液化ガスがこの液化ガス用分岐路２１を通過する際に絞られ、伝熱管３２に供給される。液化ガス用分岐路２１の流路断面積は、液化ガス供給管２の流路断面積に対して気化ユニット３の数に応じた比率されている。気化ユニット３の数をＮとすると、液化ガス用分岐路２１の流路断面積は、液化ガス供給管２の流路断面積の１／Ｎ以下とされる。例えば気化ユニット３の数が４つである本実施形態の場合、液化ガス用分岐路２１の流路断面積は液化ガス供給管２の流路断面積の１／４以下とされる。

図１に示すように、熱媒排出管４は、気化ユニット３の上端部付近の高さ位置に設けられている。熱媒排出管４は、熱媒供給管１が延びる方向と略平行な水平方向に延びている。図２に示すように、熱媒排出管４には、複数の気化ユニット３それぞれに対応する複数の熱媒排出用分岐路４１が設けられており、熱媒排出管４と各熱媒容器３１の上端寄りの部分とが熱媒排出用分岐路４１を介して連通している。図２に示すように、例えば平面視において熱媒排出用分岐路４１の中心線Ｏ３は、熱媒容器３１の中心線Ｏ１から偏倚した位置にある。上記した熱媒導入ノズル３４を介して熱媒容器３１内に熱媒が順次供給されると、当該熱媒は熱媒容器３１内を流れて上昇し、熱媒排出用分岐路４１、熱媒排出管４を介して外部に排出される。外部に排出された熱媒は、図外の再加熱手段により再加熱され、再び図外の熱媒供給源に循環される。

図１に示すように、気化ガス排出管５は、気化ユニット３の上端部付近の高さ位置に設けられており、液化ガス供給管２、熱媒排出管４が延びる方向と略平行な水平方向に延びている。気化ガス排出管５には、複数の気化ユニット３それぞれに対応する複数の気化ガス排出用分岐路５１が設けられており、気化ガス排出管５と各伝熱管３２の上端とが気化ガス排出用分岐路５１を介して連通している。上記した液化ガス用分岐路２１を介して伝熱管３２内に液化ガスが順次供給されると、当該液化ガスは熱媒容器３１の内部を貫通する伝熱管３２内を上昇する過程で熱媒との熱交換により順次気化してガスとなる。伝熱管３２内で完全に気化したガスは、気化ガス排出用分岐路５１を介して気化ガス排出管５にて集合され、外部に排出される。気化ガス排出管５の下流側端部は、例えば天然ガス利用サイトにつながる配管（図示せず）に接続されている。気化ガス排出用分岐路５１の流路断面積は、気化ガス排出管５の流路断面積に対して気化ユニット３の数に応じた比率とされている。気化ユニット３の数をＮとすると、気化ガス排出用分岐路５１の流路断面積は、気化ガス排出管５の流路断面積の１／Ｎ以下とされる。例えば気化ユニット３の数が４つである本実施形態の場合、気化ガス排出用分岐路５１の流路断面積は気化ガス排出管５の流路断面積の１／４以下とされる。

各伝熱管３２の下端に設けられる絞り機構６は、図７に示すように、例えばオリフィス８として構成される。オリフィス８は液化ガス用分岐路２１や伝熱管３２の流路の中心位置に形成された孔を有し、オリフィス８の流路断面積は、液化ガス用分岐路２１の流路断面積よりも小さくされる。絞り機構６（オリフィス８）は、液化ガス供給管２より液化ガス用分岐路２１を通じて導入された液化ガスの流れに抵抗を与える。本実施形態では、４つの気化ユニット３（伝熱管３２）の全てに対して同じ流路断面積（口径サイズ）の絞り機構６（オリフィス８）が用いられる。絞り機構６における流れ抵抗は、４つの気化ユニット３のそれぞれの伝熱管３２に分割流入した液化ガスの伝熱管３２内での流れ抵抗より大きくなるようにする。この絞り機構６で液状の液化ガスの流入に対して強制的に流れ抵抗をつけることによって、それぞれの気化ユニット３の伝熱管３２への液化ガス流量を均一化させる。

各伝熱管３２の上端に設けられる絞り機構７は、図８に示すように、例えばオリフィス９として構成される。オリフィス９は伝熱管３２や気化ガス排出用分岐路５１の流路の中心位置に形成された孔を有し、オリフィス９の流路断面積は、伝熱管３２の流路断面積よりも小さくされる。絞り機構７（オリフィス９）は、伝熱管３２内を液化ガスが流れることによって気化したガスの流れに抵抗を与える。本実施形態では、４つの気化ユニット３（伝熱管３２）の全てに対して同じ流路断面積（口径サイズ）の絞り機構７（オリフィス９）が用いられる。これらオリフィス９の口径サイズは、４つの気化ユニット３のそれぞれの伝熱管３２から気化ガス排出用分岐路５１に流出する気化ガス量を均一化するように決定される。このような絞り機構７（オリフィス９）を具備する構成によれば、伝熱管３２から気化ガス排出用分岐路５１への急激な流出量を制限する効果をも奏する。

また、絞り機構６，７の口径サイズについては、そのサイズが小さくなるほど当該絞り機構６，７の流量の均一化が進む傾向にあるが、伝熱管３２内での液化ガスないし気化したガスの流れ抵抗が所望の値となるように決定される。絞り機構６，７の口径サイズは、例えば伝熱管３２の内径サイズの１／６〜１／３程度とされる。なお、絞り機構６には液体（液化ガス）が流れるが、絞り機構７には気体（気化ガス）が流れるので、流体の流れ抵抗は絞り機構７が絞り機構６よりも大きくなる。このため、絞り機構７の口径サイズを絞り機構６の口径サイズよりも大きくするのが好ましい。

なお、図７、図８では、絞り機構６，７としてオリフィス８，９を設ける場合を示したが、絞り機構６，７の構造はこれに限定されない。絞り機構６，７は、流体流れが絞られるものであればよく、例えばスロート状（漸次的に流路断面積が減少ないし増加する構造）としてもよい。また、単一孔を有する構造に代えて、複数孔を有する構造としてもよい。

液化ガスが液化ガス用分岐路２１を通過すると、当該液化ガスは絞り機構６（オリフィス８）で絞られながら伝熱管３２に流入していく。ここでは伝熱管３２への流入時に伝熱管３２内を流れる抵抗の数倍以上の抵抗をつかせることが望ましく、それによって液化ガス用分岐路２１での各気化ユニット３への液分散性がより良好となる。本実施形態では、液化ガスが、オリフィス８の中心部に開けられた孔に向かって集中して流れた後、伝熱管３２内へ一気に開放されるため、伝熱管３２内での液分散性もよくなる。

伝熱管３２内を流れることにより完全に気化したガスは、絞り機構７（オリフィス９）で絞られながら気化ガス排出用分岐路５１へ排出されていく。ここでは気化して流れ速度が上昇したガスがオリフィス９の中心部に開けられた孔に向かって集中して流れた後、一気に気化ガス排出用分岐路５１へ排出される。さらに、気化ガス排出管５の流路断面積が気化ガス排出用分岐路５１の流路断面積のＮ倍以上に拡大されているので、ガス流れ速度がＮ分の１以下に遅くなり、その上流側である伝熱管３２内での液化ガスの分散性がよりよくなる。

上記構成の液化ガス用気化器Ｘ１の稼働時には、熱媒供給管１から各気化ユニット３の熱媒導入ノズル３４を介して、熱媒としての例えば４０℃前後の温水が分配して熱媒容器３１内に供給される。供給された温水は、熱媒容器３１内を上昇しながら伝熱管３２内のＬＮＧとの間で熱交換を行い、熱媒排出用分岐路４１、熱媒排出管４を介して外部に排出される。

一方、液化ガス供給管２を介して各気化ユニット３の伝熱管３２には、−１６０〜−１４０℃程度の低温液体であるＬＮＧが分配して供給される。供給されたＬＮＧは、伝熱管３２を介して温水によって加熱気化され、伝熱管３２は直管のまま０℃以上で最高４０℃近くまで温度上昇する。伝熱管３２はステンレス鋼製であるので、１００℃の温度差によって１ｍあたり１．５ｍｍの伸縮量の違いが生じる。熱媒容器３１については、その本体部３１１は圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ管）であるので、１００℃の温度差によって１ｍあたり１．２ｍｍの伸縮量の違いが生じる。また、伝熱管３２内を流れるＬＮＧが気化する際の温度変化は相対的に大きく、熱媒容器３１内を流れる温水の温度変化は相対的に小さいので、伝熱管３２および熱媒容器３１の間で温度差の違いが大きい。このようなことが相俟って、例えば液化ガス用気化器Ｘ１を間欠運転すると、伝熱管３２の伸縮量が熱媒容器３１の伸縮量に比べて大きくなる。

本実施形態では、伝熱管３２が継ぎ目の無い直管により構成されているので、伝熱管３２自体に加工歪が生じておらず、伝熱管３２について加熱および冷却が繰り返されても熱疲労が生じにくい。

また、伝熱管３２が温度変化によって伸縮しても、この伝熱管３２の外側を囲むとともに上下両端部を支持する熱媒容器３１において、本体部３１１よりも伸縮する伸縮部３１２が設けられていることから、この伸縮部３１２により伝熱管３２の伸縮を吸収することができる。したがって、伝熱管３２と熱媒容器３１との接合部あるいは伝熱管３２自体に繰り返し大きな応力が作用するのを回避することができる。なお、図１では伸縮部３１２としての伸縮継手を１箇所に設ける例を示したが、離間する複数箇所に伸縮部３１２を設けてもよい。また、伸縮継手の形式についても、ベローズ形伸縮継手に限定されるものではない。

伝熱管３２と熱媒容器３１との接合部には、キャップ部３１３が介在している。キャップ部３１３は、釣鐘状となっており、溶接部３３ａ，３３ｂにおいて溶接接合されている。キャップ部３１３は、先端側が凸となる曲面を有しており、伝熱管３２は、キャップ部３１３を貫通している。そして、伝熱管３２に対する溶接部３３ａについては、伝熱管３２およびキャップ部３１３を鈍角に跨って接合している。このような構成によれば、伝熱管３２が伸縮によって例えば図３、図４等に矢印ａで示した力が作用しても、当該力がベクトルで矢印ｂのように分散される。したがって、本実施形態の構成によれば、曲面による応力分散効果が追加的に作用し、溶接部３３ａへの応力集中をより効果的に回避することができる。

本実施形態では、キャップ部３１３は伝熱管３２と同じ材質のステンレス鋼製である。伝熱管３２の上下両端部はそれぞれ伝熱管３２と同材質のキャップ部３１３を介して熱媒容器３１に支持されているため、伝熱管３２とキャップ部３１３の伸縮に伴う応力をそれぞれ熱媒容器３１側の溶接部３３ｂに分散することができ、応力集中を回避することができる。

また、応力が集中する部位には異種金属の接触によってガルバニック腐食（イオン化傾向の違いから生まれる電気腐食）が生じやすいが、キャップ部３１３を伝熱管３２と同材質のステンレス鋼製にしておくと、ガルバニック腐食の発生を回避するのにも適する。

熱媒容器３１の下部寄りに設けられた熱媒導入ノズル３４は、その中心線Ｏ２が平面視において直立円筒状の熱媒容器３１の中心線から偏倚する位置にある。このため、熱媒導入ノズル３４を介して熱媒容器３１内に供給された温水は、熱媒容器３１の管内壁を円周状に沿うように、そして伝熱管３２の周りを回るように流れ上昇していく。このように、温水は熱媒容器３１内を渦流となって高速で流れていくので、伝熱管３２内を流れるＬＮＧを蒸発させるための熱伝達率は高くなる。

なお、熱媒容器３１の上端部付近に設けられた熱媒排出用分岐路４１については、その中心線Ｏ３が平面視において熱媒容器３１の中心線Ｏ１から偏倚する位置にあるのが好ましい（図２参照）。このような構成によれば、伝熱管３２の周囲を回りながら流れ上昇した温水が流れを変えずに排出され、熱媒容器３１内でのスムーズな温水の流れが実現される。

液化ガス用気化器Ｘ１において、熱媒供給管１や液化ガス供給管２に対して、複数の気化ユニット３が並列して設けられている。各気化ユニット３の熱媒容器３１への温水の供給は、熱媒用分岐路１１を介して行う。ここで、熱媒用分岐路１１の流路断面積は、例えば熱媒供給管１の流路断面積の１／４以下とされている。このよう構成によれば、熱媒供給管１から流れ込む温水が熱媒用分岐路１１によって絞られ、熱媒供給管１よりも速い流速、例えば２ｍ／ｓｅｃで熱媒容器３１内に温水が供給される。その結果、温水は回転する方向性が与えられ例えば０．０５〜０．１５ｍ/ｓｅｃの流速で伝熱管３２の周囲を回転しながら熱媒容器３１内を上昇していく。そして、熱媒容器３１内の温水の流れは高速の乱流状態となって、伝熱管３２を高い伝熱効率で加温することができる。また、熱媒用分岐路１１の流路断面積を気化ユニット３の数に対応させて絞ることにより、それぞれの熱媒容器３１への温水の分配量について均等化を図ることができる。

また、各気化ユニット３の伝熱管３２へのＬＮＧの供給は、液化ガス用分岐路２１を介して行い、液化ガス用分岐路２１の流路断面積は、液化ガス供給管２の流路断面積の１／４に絞られている。このよう構成によれば、液化ガス供給管２よりも速い流速にて伝熱管３２内にＬＮＧが供給される。その結果、ＬＮＧは例えば０．０５〜０．１ｍ／ｓｅｃ程度の速い流速で伝熱管３２内に供給される。この伝熱管３２で気化され５．０〜２０ｍ／ｓｅｃに増速されたＬＮＧの気化ガスは、その後、この流速を１／４以下に戻すために気化ガス排出用分岐路５１の流路断面積の４倍以上を有する気化ガス排出管５に排出されていく。

さらに、伝熱管３２において、下端には液状の液化ガス用の絞り機構６が、上端には気化したガス用の絞り機構７が設けられている。これら絞り機構６，７によって、それぞれ流れ差圧を強制的に設けることができるので、各気化ユニット３の伝熱管３２内でのＬＮＧの分散性がより良好になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、当該実施形態による効果を纏めると以下のとおりである。
（１）伝熱管３２に溶接部がなく継ぎ目の無い直管をそのまま使用し、螺旋状になるような曲げ加工をせず、金属材料自体に加工歪を与えていないので、伝熱管３２を加熱したり冷却したりしても熱応力や熱疲労が少ない。
（２）伝熱管３２に温度変化による自然な伸縮変化がおこっても、伝熱管３２と平行して外側に配列される熱媒容器３１の伸縮継手（伸縮部３１２）で吸収するので伝熱管３２自体には繰り返し応力による金属疲労が殆どおこらない。
（３）伝熱管３２と熱媒容器３１の上下部での接合はキャップ部３１３を介して２箇所の溶接部３３ａ，３３ｂに分けて行っているので、伝熱管３２とキャップ部３１３のそれぞれの伸縮に伴う熱応力を干渉させることなく分散することができる。伝熱管３２に対する溶接部３３ａについては、キャップ部３１３における曲面による応力分散効果が追加的に作用するので、全体としての応力分散効果がさらに高まる。
（４）熱媒容器３１の下部に供給される温水のノズル位置（熱媒導入ノズル３４の位置）と熱媒容器３１の上部から排出されるノズル位置（熱媒排出用分岐路４１の位置）が直立円筒状の熱媒容器３１の中心線Ｏ１から偏倚して取り付けられており、しかもそのノズル内温水流速が、気化ユニット３に供給される温水の熱媒供給管１内の温水流速より速くなるように作られているので、温水を熱媒容器３１内で伝熱管３２である直管に沿い回転しながら高速で乱流状態で伝熱管３２を加温することができる。このように、直管を伝熱管３２として用い、この直管（伝熱管３２）を熱媒容器３１で囲う二重管構造とすると、温水の流れ断面積を、伝熱管が螺旋状に巻かれた構成に比べて、１／１０以下に小さくできる。その結果、例えば温水流速が９倍になるとレイノルズ数が３倍となり、温水側の熱伝達速度が約２倍となる。それによって温水がＬＮＧを加温する総括伝熱係数は約１．５倍になり、格段に熱伝達効率が上昇する。このように熱伝達が効率よく行われることから、加温用の熱媒たる温水の温度についても、従来５０〜６０℃程度で供給していたものを、本発明では４０℃以下程度の相対的に温度の低い温水を用いることができる。
（５）各々の伝熱管３２に分配供給される液化ガス用分岐路２１内の液化ガスの流速を、液化ガス供給管２内の液化ガスの流速より速くするので、気化ユニット３を複数並列設置しても液化ガスの流体分配を良好にすることができる。したがって、この気化ユニット３の大きさを最小単位のＬＮＧ気化ガス量となるように製作して、複数個を順次並列に接続しても、簡単に気化ユニット３の交換や追加接続ができるので予備器の不要な液化ガス用気化器Ｘ１ができる。
（６）各々の伝熱管３２からガス状になって排出される気化ガス排出用分岐路５１内の気化ガスの流速を、伝熱管３２内の流速より遅くするので、気化ユニット３を複数並列設置しても液化ガスの流体分配を良好にすることができる。したがって、この気化ユニット３の大きさを最小単位のＬＮＧ気化ガス量となるように製作して、複数個を順次並列に接続しても、簡単に気化ユニット３の交換や追加接続ができるので予備器の不要な液化ガス用気化器Ｘ１ができる。
（７）さらに、伝熱管３２の下端の液状の液化ガスが流入する入口部には絞り機構６が設けられ、伝熱管３２の上端の気化ガスが流出する出口部には絞り機構７が設けられる。これにより、複数個順次並列に接続された気化ユニット３内での液化ガスの分散性をより高めることができる。

本発明はその基本思想から逸脱しない範囲で種々に変形することができる。例えば、図示の実施形態では、伝熱管３２等の素材をステンレス鋼製としたが、軽量化が望まれる場合にはアルミニウムやアルミニウム合金にて構成することもできる。また、図示の実施形態では、１つの気化ユニット３に対してそれぞれ１本の伝熱管３２を用いているが、複数の直管を伝熱管３２として相互に配置上干渉しないように設けてもよい。さらに、本発明の液化ガス用気化器は、ＬＮＧの気化のみならず、沸点が−１８３℃の液化酸素、−１８６℃の液化アルゴン、−１９６℃の液化窒素、−４２℃のプロパンなどを液状で低温貯蔵された液化ガスを気化させる場合にも適用できるものである。

Ｘ１ 液化ガス用気化器
１ 熱媒供給管
１１ 熱媒用分岐路
２ 液化ガス供給管
２１ 液化ガス用分岐路
３ 気化ユニット
３１ 熱媒容器
３１１ 本体部
３１２ 伸縮部
３１３ キャップ部
３１４ 分岐路
３２ 伝熱管
３３ａ 溶接部（第１の溶接部）
３３ｂ 溶接部（第２の溶接部）
３４ 熱媒導入ノズル
３５ 閉止フランジ
４ 熱媒排出管
４１ 熱媒排出用分岐路
５ 気化ガス排出管
５１ 気化ガス排出用分岐路
６，７ 絞り機構
８，９ オリフィス

Claims (12)

1. 液化ガスを加熱して気化させる液化ガス用気化器であって、
   熱媒が補充可能に収容される熱媒容器と、上記熱媒容器の内部を上下に貫通するとともに上端部および下端部が上記熱媒容器に支持され、継ぎ目無しの直管により構成された伝熱管と、を有する気化ユニットを備え、
   上記熱媒容器は、本体部と、この本体部よりも伸縮する伸縮部と、を有し、
   上記伝熱管内に気化すべき液化ガスを連続的に流して気化させるようにした、液化ガス用気化器。
2. 上記熱媒容器は、その上端部および下端部それぞれにキャップ部を有し、
   上記キャップ部は、第１の溶接部を介して上記伝熱管の上端部または下端部に接合されている、請求項１に記載の液化ガス用気化器。
3. 上記キャップ部は、先端側が凸となる曲面を有し、
   上記伝熱管は、上記キャップ部を貫通しており、
   上記第１の溶接部は、上記伝熱管および上記キャップ部を鈍角に跨って接合している、請求項２に記載の液化ガス用気化器。
4. 上記キャップ部と上記本体部とは別部材によって構成されており、
   上記キャップ部と上記伝熱管とは、同じ材質からなり、
   上記キャップ部は、第２の接合部を介して上記本体部に接合されている、請求項３に記載の液化ガス用気化器。
5. 上記本体部は上下に延びる直管状であり、上記伸縮部は上記本体部の長手方向の途中に挿入された伸縮継手である、請求項１ないし４のいずれかに記載の液化ガス用気化器。
6. 上記熱媒容器の下端寄りの部分には、当該熱媒容器の内部に熱媒を供給するための熱媒導入ノズルが設けられており、
   平面視において、上記熱媒導入ノズルの中心線は上記熱媒容器の中心線から偏倚した位置にある、請求項１ないし５のいずれかに記載の液化ガス用気化器。
7. 熱媒を供給するための熱媒供給管と、液化ガスを供給するための液化ガス供給管とを備え、
   上記気化ユニットは、上記熱媒供給管および上記液化ガス供給管に対応する位置に複数並列して配置されており、
   上記熱媒供給管と上記各熱媒容器の下端寄りの部分とが熱媒用分岐路を介して連通しており、
   上記液化ガス供給管と上記各伝熱管の下端とが液化ガス用分岐路を介して連通している、請求項１ないし６のいずれかに記載の液化ガス用気化器。
8. 液化ガスを供給するための液化ガス供給管と、液化ガスが上記伝熱管内を流れることにより気化したガスを排出するための気化ガス排出管と、を備え、
   上記気化ユニットは、上記液化ガス供給管および上記気化ガス排出管に対応する位置に複数並列して配置されており、
   上記液化ガス供給管と上記各伝熱管の下端とが液化ガス用分岐路を介して連通し、かつ上記気化ガス排出管と上記各伝熱管の上端とが気化ガス排出用分岐路を介して連通している、請求項１ないし７のいずれかに記載の液化ガス用気化器。
9. 上記気化ユニットの数がＮ個（Ｎは２以上の整数。以下同じ）であるとき、上記熱媒用分岐路の流路断面積が上記熱媒供給管の流路断面積の１／Ｎ以下である、請求項７に記載の液化ガス用気化器。
10. 上記気化ユニットの数がＮ個であるとき、上記液化ガス用分岐路の流路断面積が上記液化ガス供給管の流路断面積の１／Ｎ以下である、請求項７または９に記載の液化ガス用気化器。
11. 上記気化ユニットの数がＮ個であるとき、上記気化ガス排出用分岐路の流路断面積が上記気化ガス排出管の流路断面積の１／Ｎ以下である、請求項８に記載の液化ガス用気化器。
12. 上記伝熱管の下端と上端の少なくとも一方には、絞り機構が設けられている、請求項８に記載の液化ガス用気化器。

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