JP2743967B2 - アルコール水の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、冷媒として用いら
れるアルコール水を、液化天然ガス（略称ＬＮＧ）の冷
熱を利用して冷却するためのアルコール水の冷却装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＮＧ冷熱が利用される最も需要が大き
い市場としては、冷蔵倉庫や冷凍食品事業などがある。
これらの事業では、利用できるＬＮＧ量が僅かであるの
で、経済的な理由から電力を用いた冷凍システムと代わ
れない状況にある。

【０００３】ＬＮＧと熱交換する冷媒は、従来からフロ
ンＲ１２やＲ２２の使用に代えて、オゾン層を破壊しな
いＨＦＣ系の冷媒に変更しなければならないが、冷媒が
凝固しないように低い凝固温度でなければならないとい
う観点から、沸点が約−８２℃であって低いＨＦＣ系の
フロンＲ２３などのように、常温での飽和圧が高いもの
しか使用できない。したがって設備の設計圧力が高くな
るという問題がある。

【０００４】この問題を解決する他の先行技術は、特開
平７−２１８０７８に開示される。この先行技術では、
断熱材から成る密閉された本体内にステンレス鋼製の筒
状第１および筒状第２仕切り壁が同軸に配置され、これ
によって形成される半径方向最外方の第１収納部に液化
天然ガスが貯留され、半径方向最内方の第２収納部に、
冷熱源として用いるためのエタノールと水の混合液を貯
留し、第１および第２収納部の間の第３収納部に、凝固
温度−１１４．５℃であるエタノールが貯留される。第
２収納部ではエタノールと水の混合液を撹拌する撹拌手
段が設けられ、混合液の一部が固化した固体と液体の混
合物を得る。

【０００５】この先行技術では、エタノールと水との混
合液を撹拌する撹拌手段を必要とするという問題があ
り、したがって構成が複雑になる。また混合液が部分的
に固化した固体と液体との混合物を、連続的に第２収納
部から連続的に冷却することが困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡単
な構成でアルコール水を凝固させることなく液化天然ガ
スで連続的に冷却して希望する温度を有するアルコール
水を連続的に得ることができるようにしたアルコール水
の冷却装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上下に延び、
上部にアルコール水が供給される入口接続口が設けら
れ、下部にアルコール水が排出される出口接続口が設け
られる胴と、全体の形状がＵ字状に形成され、両端部が
上方にあり、一方の端部から液化天然ガスが供給され、
他方の端部から液化天然ガスが排出される伝熱管と、伝
熱管が挿通し、胴内に、アルコール水の通路を横に屈曲
して形成する仕切り板とを含むことを特徴とするアルコ
ール水の冷却装置である。 また本発明は、伝熱管は複数本設けられ、各伝熱管の一
端部が、入口ヘッダに共通に接続され、各伝熱管の他端
部は、出口ヘッダに共通に接続され、入口ヘッダと出口
ヘッダとは、胴内に収納されることを特徴とする。 また本発明は、胴の上部に着脱可能に設けられる蓋と、
仕切り板が取付けられ、上下に延びる支持部材とを備
え、入口ヘッダには、液化天然ガスが流れる入口接続管
が接続され、出口ヘッダには、気化した天然ガスが流れ
る出口接続管が接続され、蓋には、入口接続管と、出口
接続管と、支持部材とが、固定されることを特徴とす
る。 また本発明は、仕切り板は、前記横に屈曲した通路を形
成するための切欠きを有し、仕切り板の切欠き以外の外
周面と胴の内周面との間に、アルコール水の凝固時にア
ルコール水が通過することができるようにするための隙
間ｄ５があけられることを特徴とする。 また本発明は、（ａ）有底直円筒状であり、上方に開口
し、鉛直軸線を有し、上部の側壁に、アルコール水が供
給される入口接続口が固定され、下部の側壁に、冷却さ
れたアルコール水が排出される出口接続口が固定される
胴と、（ｂ）胴の上部の開口を着脱可能に開閉する蓋
と、（ｃ）胴内に収納される複数の伝熱管であって、各
伝熱管は、一対の直管部と、それらの直管部の下部を連
結する連結部とを有して全体の形状がＵ字状に形成さ
れ、各直管部は、鉛直軸線を有し、各伝熱管の直管部
は、胴の鉛直軸線を通る対称面に関して左右対称に配置
され、これらの伝熱管は、各伝熱管の直管部の軸線を含
む鉛直面を平行にして、かつ対称面に沿って間隔をあけ
て配置され、連結部は、出口接続口付近にある伝熱管
と、（ｄ）胴内で蓋の下方で対称面に関して一側方に配
置され、各伝熱管の一方の直管部の上端部が共通に接続
され、液化天然ガスが供給される入口ヘッダと、（ｅ）
入口ヘッダに接続され、蓋を挿通する入口接続管と、
（ｆ）胴内で蓋の下方で対称面に関して他側方に配置さ
れ、各伝熱管の他方の直管部の上端部が共通に接続さ
れ、液化天然ガスが排出される出口ヘッダと、（ｇ）出
口ヘッダに接続され、蓋を挿通する出口接続管と、
（ｈ）鉛直方向に間隔をあけて水平に配置される複数枚
の仕切り板であって、各仕切り板は、直管部が挿通する
挿通孔を有し、前記対称面に平行にかつ胴の鉛直軸線を
通る前記対称面に垂直な一直径線上で直管部よりも半径
方向外方で除去された弦状の切欠きを有し、この切欠き
と胴の内周面との間に形成される空間を経てアルコール
水が流過し、仕切り板の切欠き以外の外周面と胴の内周
面との間に、アルコール水の凝固時にアルコール水が通
過することができるようにする隙間があけられ、上下に
隣接する各仕切り板の切欠きは、対称面に関して相互に
反対側にあり、最も上方の仕切り板は、入口接続口の下
方にあり、かつ切欠きは胴の鉛直軸線に関して供給接続
口とは反対側にあり、最も下方の仕切り板は、出口接続
口の上方にあり、かつ切欠きは、胴の鉛直軸線に関して
出口接続口とは反対側にある、そのような仕切り板と、
（ｉ）上端部が蓋に固定されて吊り下げられ、仕切り板
が取付けられる支持部材とを含むことを特徴とするアル
コール水の冷却装置である。

【０００８】アルコール水は、たとえばエタノールなど
のアルコール６０ｗｔ％以下と残部の水とから成る混合
液であって、したがって消防法の適用を受けず、比較的
安全であり、低粘度であり、オゾン層を破壊するフロン
の代わりに用いることができて有望な冷媒である。６０
ｗｔ％のアルコールを含むアルコール水は、約−４３．
５℃の凝固温度を有し、その凝固温度が高く、したがっ
て約−１６０℃の液化天然ガスと熱交換して冷却するに
は、そのアルコール水が凝固しないために本発明のよう
に独特の工夫を必要とする。 本発明に従えば、上下に延びるたとえば有底直円筒状の
胴内には、Ｕ字状伝熱管が収納され、入口ヘッダを経
て、そのＵ字管の一方の端部から液化天然ガスを供給
し、他方の端部からたとえば気化した液化天然ガスを、
出口ヘッダを経て排出し、胴の上部の入口接続口から
は、冷却すべきアルコール水が供給され、液化天然ガス
によって冷却されたアルコール水は、胴の下部に設けら
れた出口接続口から排出される。 胴内には、伝熱管が挿通する仕切り板が設けられる。こ
の仕切り板の切欠きによって、アルコール水の通路が横
に屈曲してジグザグに形成され、これによって液化天然
ガスとアルコール水との間接熱交換の効率を向上するこ
とができる。 本発明に従えば、仕切り板の切欠き以外の外周面と胴の
内周面との間には隙間が、たとえば２〜３ｍｍ程度、全
周にわたってあけられている。したがってアルコール水
が胴内で部分的に着氷凍結してブロック化されても、前
記隙間を液体のアルコール水が流れることが可能であ
る。伝熱管は全体の形状がＵ字状であるので、一方の直
管部にはたとえば約−１６０℃の液化天然ガスが流れ
て、アルコール水が凝固しても、他方の直管部の液化天
然ガスの温度は、前記一方の直管部の液化天然ガスの温
度に比べて高いので、胴内のすべてのアルコール水が凝
固して詰まってしまうことを防ぐことができ、したがっ
てアルコール水の流れを維持することができる。これに
よって出口接続口から得られるアルコール水の流量は減
少しても、そのアルコール水を連続的に流すことができ
る。 また本発明に従えば、伝熱管に液化天然ガスが流過され
るので、小形で気密で堅牢な構造とすることが容易に可
能であり、またメンテナンスが容易であり、製造コスト
が安価である。 さらに本発明に従えば、各伝熱管に流れる液化天然ガス
の流量を大きくすることによって、その液化天然ガスの
複数の各伝熱管の流量をほぼ等しくして偏流を防ぎ、し
かも気化過程で生じる分留現象を防ぎ、たとえばブタン
およびペンタンなどの重質分が貯留するおそれがなく、
したがって得られる気化した液化天然ガスの発熱量の変
動を抑制することができる。 さらに本発明に従えば、出口接続口から得られるアルコ
ール水の出口温度を優先させる運転を行うことができ
る。すなわちアルコール水の出口温度が予め定める値に
保たれるように、入口接続口に供給するアルコール水の
流量を制御することができる。これによってアルコール
水の必要な温度を確保することができる。さらに本発明
に従えば、液化天然ガスの流量が増加したときには、胴
内に滞留するアルコール水を凍結させて、その凝固潜熱
を利用し、液化天然ガスの冷熱を効率的に回収すること
ができる。 これとは逆に、液化天然ガスの流量が減少したときに
は、胴内の凍結したアルコール水の溶融潜熱を利用し、
アルコール水の流量を調節することによって、希望する
一定温度のアルコール水を得ることができる。 伝熱管の外周面と仕切り板の伝熱管が挿通する挿通孔の
内周面との間には、その伝熱管の挿通を容易にするため
に、全周にわたってたとえば０．５〜１ｍｍの隙間が存
在する。したがって伝熱管の外周面に着氷したアルコー
ル水は、仕切り板に連なって固着することになる。本件
発明者の実験によれば、アルコール水がこのように一部
分凝固して着氷した状態において、仕切り板は、伝熱フ
ィンの働きを果たし、これによって熱交換効率が大きく
向上されることになる。こうして簡単な構成で、熱交換
効率の向上を図ることができる。 本発明に従えば、液化天然ガスの流量にかかわらず、ア
ルコール水の凝固および溶融の潜熱を利用して希望する
一定温度のアルコール水を上述のように得ることができ
るので、利用できる液化天然ガス量がわずかであり、ま
たは変動する状況下においても、本発明を実施すること
ができ、たとえば冷蔵倉庫および冷凍食品事業などにお
いて本発明を実施することができるようになる。 本発明に従えば、入口ヘッダと出口ヘッダとは、胴内に
設けられ、この入口ヘッダと出口ヘッダとにそれぞれ接
続される入口接続管と出口接続管とが、蓋を挿通して設
けられるので、断熱構造が簡略化され、また入口接続管
と出口接続管とが蓋にたとえば溶接などによって固定さ
れる構成を確実にすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態のア
ルコール水の冷却装置１の縦断面図であり、図２はその
冷却装置１の平面図であり、図３は図１の切断面線ＩＩ
Ｉ−ＩＩＩから見た水平断面図である。この冷却装置１
は、基本的には、鉛直軸線を有する有底直円筒状の胴２
と、Ｕ字状に形成された複数本（この実施例では５本）
の伝熱管３と、胴２内で伝熱管３が挿通してアルコール
水の通路を横にジグザグに屈曲して形成する仕切り板４
とを含み、伝熱管３内には、たとえば約−１６０℃の液
化天然ガスが流過され、胴２の上部の入口接続口５から
供給されるアルコール水が、液化天然ガスと間接熱交換
されて冷却され、下部に設けられた出口接続口６から排
出される。

【００１０】冷却されるべきアルコール水は、たとえば
約６０ｗｔ％のエタノールまたはメタノールなどのアル
コールと、残部の水とから成り、その凝固温度は約−４
３．５℃である。本発明の実施の他の形態では、アルコ
ールは６０ｗｔ％未満であってもよい。冷却装置１の胴
２、伝熱管３および仕切り板４、さらに支持部材１３な
どは、耐熱性に優れたステンレス鋼、たとえばＳＵＳ３
０４などから成る。

【００１１】胴２は、直円筒状の胴本体７と、その胴本
体７の下部に固定される底８とを含み、胴本体７の上部
の側壁に、入口接続口５が固定され、下部の側壁に出口
接続口６が固定される。これらの入口と出口の各接続口
５，６は、胴２の鉛直軸線９を通る一鉛直面内で水平な
軸線をそれぞれ有する。

【００１２】蓋１０は、胴２の上部の開口１１を、取付
フランジ１２に着脱可能にフランジ結合されて開閉する
ことができる。蓋１０には、上下に延びる単一の入口接
続管７２と、上下に延びる単一の出口接続管７３とが挿
通して固定され、胴２の上部で入口接続管７２は入口ヘ
ッダ２１に接続され、出口接続管７３は出口ヘッダ２２
に接続される。蓋１０にはまた、支持部材１３の上端部
が固定される。この支持部材１３には、仕切り板４が固
定される。こうして蓋１０とともに伝熱管３および仕切
り板４を胴２内から取出すことができ、メンテナンスが
容易である。

【００１３】図４は、伝熱管３と仕切り板４とを示す斜
視図である。伝熱管３は、一対の鉛直軸線を有する直管
部１４，１５と、それらの直管部１４，１５の下部を連
結する下方に凸に湾曲した連結部１６とを有し、各伝熱
管の全体の形状は、前述のようにＵ字状である。各伝熱
管３の両端部、したがって直管部１４，１５の上端部
は、入口ヘッダ２１と出口ヘッダ２２とにそれぞれ接続
されて固定され、これらの入口および出口の各ヘッダ２
１，２２には、入口および出口の接続管７２，７３が接
続され、これらの接続管７２，７３は蓋１０を挿通し
て、図１に明らかに示されるように上方に突出する。

【００１４】各直管部１４，１５は、鉛直軸線を有し、
胴２の鉛直軸線９を通る対称面１８に関して図３の左右
対称に配置される。これらの複数の伝熱管３は、直管部
１４，１５の軸線を含む鉛直面１９を平行にして、かつ
対称面１８に沿って図１の紙面に垂直方向（図３の上下
方向）に等しい間隔ｄ１をあけて配置される。連結部１
６は、出口接続口６と上下方向にほぼ同じ位置にある。
入口ヘッダ２１は、蓋１０の下方で、対称面１８に関し
て一側方（図１〜図３の右方）に配置される。この入口
ヘッダ２１には、各伝熱管３の一方の直管部１４の上端
部１４ａが共通に接続され、入口接続管７２からは、約
−１６０℃の液化天然ガスが圧送される。

【００１５】出口ヘッダ２２は、蓋１０の下方で対称面
１８に関して他側方（図１〜図３の左方）に配置され
る。出口ヘッダ２２には、各伝熱管３の他方の直管部１
５の上端部１５ａが共通に接続され、アルコール水を冷
却した液化天然ガスが出口接続管７３から排出される。

【００１６】図５は入口ヘッダ２１の対称面１８に平行
な縦断面図であり、図６はその入口ヘッダ２１の軸線に
直角な図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図であ
る。これらの図面を参照して、入口ヘッダ２１は、長手
方向の両端部が閉じられた水平軸線を有する直円筒状の
外ケーシング６１と、それに同軸に収納された直円筒状
の内ケーシング６２とを有する。内ケーシング６２の長
手方向両端部は閉塞されている。内ケーシング６２の両
端部には、各直管部１４にそれぞれ対応した透孔６３が
形成される。外ケーシング６１の下部には、各伝熱管３
の直管部１４の上端部１４ａが接続される。接続口７２
からの液化天然ガスは、内ケーシング６２の長手方向中
央位置の接続部６４に供給され、内ケーシング６２内で
軸線方向に図５の左右方向に分散され、内ケーシング６
２の透孔６３を経て内ケーシング６２の外周面と外ケー
シング６１の内周面との間の空間６５から、各直管部１
４に均一な流量で導かれる。出口ヘッダ２２もまた、入
口ヘッダ２１と同様な構成を有する。

【００１７】図７は、出口ヘッダ２２の対称面１８に平
行な縦断面図である。この出口ヘッダ２２には、直管部
１５の上端部１５ａから、気化した液化天然ガスが集め
られ、出口接続管７３を経て排出される。出口ヘッダ２
２は、長手方向の両端部が閉じられた水平軸線を有する
直円筒状に構成される。出口接続管７３は、蓋１０を挿
通して蓋１０に溶接などによって固定される。

【００１８】図５〜図７に示される実施の形態では、入
口および出口の各ヘッダ２１，２２は胴２内に配置され
ているので、蓋１０には、それらのヘッダ２１，２２に
接続される接続口７２，７３が挿通されればよく、構成
が簡略化されるとともに、保冷のための断熱材の構成が
蓋１０の外方で簡略化されるという効果がある。

【００１９】仕切り板４は、鉛直方向に間隔ｄ２をあけ
て上述のように水平に配置される。各仕切り板４は、図
８に示されるように直管部１４が挿通する挿通孔２４を
有する。たとえば伝熱管１４の外径ｄ３＝１９ｍｍφで
あり、挿通孔２４の内周面はその全周にわたり、伝熱管
１４の外周面との間に隙間ｄ４を有し、ｄ４＝０．５〜
１ｍｍであってもよく、これによって挿通孔２４内に直
管部１４を容易に挿通し、組立て作業が容易である。図
８に示される構成は、もう１つの直管部１５に関しても
同様である。すなわち仕切り板４に形成された挿通孔２
４には、伝熱管３の直管部１４が挿通されることを可能
にするために、その挿通孔２４の内径は、直管部１４の
外径に比べてたとえば約１〜２ｍｍ程度大きく定められ
る。したがってその直管部１４の外周面と挿通孔２４の
内周面との全周にわたる隙間ｄ４は、上述のようにたと
えば０．５〜１ｍｍ程度であり、そのため直管部１４の
外周面に着氷した固体のアルコール水によってその隙間
が詰まり、これによって直管部１４と仕切り板４とは、
着氷したアルコール水を介して熱伝導が行われることに
なる。したがって仕切り板４は、着氷したアルコール水
によって伝熱管３の直管部１４と一体的な伝熱フィンと
しての働きを果す。こうして伝熱管３にアルコール水の
流れを形成させるために取付けた仕切り板４が、着氷し
たアルコール水の働きによって伝熱フィンとして機能す
るので、胴２内のわずか２つの直管部１４，１５による
２パスによって有効に、胴２内に滞留するアルコール水
を冷却あるいは凝固させることができる。

【００２０】したがって前述のように本発明の冷却装置
１は構造的にシンプルであるにもかかわらず、伝熱特性
が高く、アルコール水側での圧力損失がわずかである。
したがって伝熱促進のための撹拌手段を必要とせず、ア
ルコール水のポンプ動力を抑えることができる。

【００２１】仕切り板４は、胴２の鉛直軸線９を通る対
称面１８に垂直な一直径線２５上で直管部１４，１５よ
りも半径方向（図３の左右方向）外方で、除去された弦
状の切欠き２６を有する。この切欠き２６と胴２の内周
面との間に空間２７が形成され、この空間２７にアルコ
ール水が矢符２８で示されるように横に屈曲してジグザ
グに流過する。

【００２２】仕切り板４の切欠き２６以外の外周面２９
と、胴２の内周面との間には隙間ｄ５があけられる。こ
の隙間ｄ５は、胴２の内周面に周方向に沿ってたとえば
２〜３ｍｍであってもよい。隙間ｄ５は、アルコール水
の凝固時においても、アルコール水が連続して通過する
ことができる値に選ばれる。胴２の胴本体７は、内径８
５０ｍｍφであり、厚み８〜１０ｍｍであり、その鉛直
方向の高さ４５００ｍｍであってもよい。伝熱管３の厚
みは、たとえば１〜２ｍｍであっもよく、この程度の厚
みで液化天然ガスの漏洩を防ぐ堅牢な構成が実現され
る。

【００２３】上下に隣接する各仕切り板４の切欠き２６
は、対称面１８に関して図３の相互に反対側にある。複
数の仕切り板４のうち、最も上方の仕切り板４ａ（図１
参照）は、入口接続口５の下方にあり、その切欠き２６
ａは、胴本体７の鉛直軸線９に関して入口接続口５とは
反対側（図１の左方）にある。最も下の仕切り板４ｂ
は、出口接続口６の上方にあり、その切欠き２６ｂは、
胴本体７の鉛直軸線９に関して出口接続口６とは反対側
（図１の左方）にある。

【００２４】支持部材１３は、複数本（この実施例では
２本）が対称面１８内に鉛直軸線を有して、それらの支
持部材１３の上端部が前述のように蓋１０に固定されて
吊り下げられる。支持部材１３には、仕切り板４が取付
けられる。支持部材１３は、仕切り板４を挿通する支持
棒と、上下に隣接する仕切り板４間に介在されて支持棒
が挿通する筒状スペーサとから成り、スペーサの上端部
は上下に隣接する仕切り板４の上方の仕切り板の下面に
当接し、スペーサの下端部は下方の仕切り板４の上面に
当接する。参照符４は、最も上方および最も下方の仕切
り板４ａ，４ｂを含み、総括的に仕切り板を示す。

【００２５】本発明に従えば、入口ヘッダ２１からの−
１６０℃の液化天然ガスによって、その直管部１４の外
周面にアルコール水が着氷することになっても、もう１
つの直管部１５を通る液化天然ガスの温度は、もっと高
くなっており、したがって胴２内のアルコール水の全体
が凍結してしまうことはなく、アルコール水の仕切り板
４によって形成されるジグザグの通路が、閉塞されてし
まうことはない。

【００２６】図９は、伝熱管１４の一部の縦断面図であ
る。伝熱管１４内に流れる液化天然ガスによって、胴２
内のアルコール水が伝熱管１４の外周面に着氷して凍結
し、参照符３１で示されるようにブロック化される。

【００２７】このようなアルコール水の凝固、溶融は、
もう１つの直管部１５および連結部１６に関しても同様
である。

【００２８】図１０はアルコール水の冷却装置１を備え
る冷熱システムの全体の系統図である。液化天然ガスは
タンク３２に貯留され、加圧され、管路３３から冷却装
置１の入口ヘッダ２１に供給され、伝熱管３を流れる。
液化天然ガスはこの熱交換器である冷却装置１で気化
し、出口ヘッダ２２から管路３４を経て下流側に設けら
れた空温式または温水式のＬＮＧ気化器３５で常温まで
昇温され、都市ガスとして使用される。冷却装置１に導
入される液化天然ガスの流量は、一般的には、上限流量
が規定された状態で、都市ガスの送出圧力を維持するこ
とができるように制御される。

【００２９】アルコール水は、冷熱利用設備３６で、た
とえば−２５℃前後に加温され、成層形蓄冷熱貯槽３７
の上層３８に冷循環ポンプ４３によって、戻され、本発
明による冷却装置１に温循環ポンプ３９によって上層３
８から管路４０を経て抜き出されて供給され、入口接続
口５に導かれる。冷却装置１の出口接続口６からのアル
コール水は、液化天然ガスによって冷却されながら抜き
出され、成層形貯冷熱貯槽の下層４１に管路４２を経て
戻され、冷熱供給用の冷循環ポンプ４３によって冷熱利
用設備３６の冷熱付加に応じて供給される。

【００３０】本発明に従えば、冷却装置１の出口接続口
６から抜き出されるアルコール水の流量が、タンク３２
からの液化天然ガスの流量に依存することなく、たとえ
ば−３５〜−４０℃の範囲で一定値となるようにするた
めに、温度検出器４４で温度が検出され、温度検出器４
４の出力によって制御回路４５は、流量制御弁４６の流
量を制御する。温度検出器４４によって検出される抜き
出されるアルコール水の温度が上昇すると、流量制御弁
４６の開度を小さくして流量を小さく制御する。冷熱利
用設備３６は、たとえば地域の農産物、海産物の保管倉
庫、冷蔵倉庫、冷凍食品加工工場、人工植物工場、排水
汚泥の凍結処理工場、人工スケートリンク、人工スキー
場および耐寒体験設備などのレジャー産業設備であって
もよい。

【００３１】図１１は、本件発明者の実験結果を示す。
アルコール水の冷却装置１におけるアルコール水の流量
の変化に依存するアルコール水の圧力損失を示す。アル
コール水の出口接続口６における温度は、−４５℃、−
３７℃、−３５℃および−３３℃の各場合を示す。アル
コール水の出口温度が低く、−４５℃であって、アルコ
ール水の多くが凍結状態に近い場合には、流すことがで
きるアルコール水の流量が減少しているけれども、アル
コール水の凍結によってアルコール水を取出すことがで
きなくなることはなく、アルコール水の流量が減少した
としても、継続して運転することができることがこの実
験によって確かめられた。

【００３２】図１２および図１３は本件発明者の実験結
果を示し、冷却装置１におけるアルコール水の流量を変
えたときにおける出口接続口６におけるアルコール水の
温度の制御特性を示す。図１２におけるライン４７は、
アルコール水の入口接続口５の温度を示し、ライン４８
は出口接続口６におけるアルコール水の温度を示し、ラ
イン４９はアルコール水の流量を示す。参照符ＡＷは、
アルコール水を示す。図１３では、ライン５０はアルコ
ール水の入口と出口との間の差圧を示し、ライン５１は
液化天然ガスの交換熱量を示し、破線のライン５２は、
アルコール水の交換熱量を示す。伝熱管３の外周面での
凝固温度−４３．５℃を有するアルコール水の着氷がか
なり進行した状態で、アルコール水の流量を減らし、ア
ルコール水の出口温度をどの程度下げられるかを示して
いる。ライン５１で示す液化天然ガスの交換熱量とライ
ン５２で示すアルコール水の交換熱量との差の熱量ΔＱ
１は、アルコール水が凝固することによって液化天然ガ
スの冷熱を蓄冷したことを示している。図１２から、ア
ルコール水の出口温度がアルコール水の凝固温度−４
３．５℃以下となるように運転した場合、伝熱管３の着
氷閉塞によってアルコール水の流量が減少していくこと
が確認され、しかもこの状態において図１３のように、
アルコール水側の熱交換量は、液化天然ガス側の熱交換
量より少なく、これは熱量ΔＱ１だけ、胴２内で滞留す
るアルコール水が凍結して蓄冷されているからである。

【００３３】また図１３の交換熱量の差ΔＱ２は、着氷
したアルコール水が溶融した吐き出した潜熱であり、こ
れによって図１２のライン４９で示されるようにアルコ
ール水の流量が増加する。このようにしてアルコール水
の出口温度をできるだけ一定に保った状態で、アルコー
ル水を継続して得ることができることが確認された。

【００３４】上述のように、本件発明者の実験によれ
ば、出口接続口６からは、凝固温度−４３．５℃よりも
低い温度を有する液体のアルコール水が得られた。その
理由は、伝熱管３の外周面に、着氷凝固したアルコール
水のブロックが、形成されることによって、胴２内でア
ルコール水の流速が大きくなり、こうして伝熱管３の外
周面のブロックが、大きな流速を有する液体のアルコー
ル水によって剥ぎ落とされ、このブロックは、伝熱管３
の表面に固着していたときの温度、たとえば−１６０℃
〜−１４０℃の液化天然ガスの温度に近似した温度であ
り、これによって流過するアルコール水の温度が低下さ
れるからであろうと推測される。

【００３５】図１４および図１５は、本件発明者の他の
実験結果を示す。この実験によって、本発明の冷却装置
１を長時間連続運転しても、アルコール水の出口温度を
凝固温度を超える値になるように流量制御することによ
って、そのアルコール水の流量を大きく維持することが
でき、胴２内でのアルコール水の着氷凍結をできるだけ
少なくすることできることがわかった。図１４は、前述
の図１２に対応し、ライン５３は冷却装置１におけるア
ルコール水の入口温度を示し、ライン５４はアルコール
水の出口温度を示し、ライン５５はアルコール水の流量
を示す。また図１５は、前述の図１３に対応し、ライン
５６は冷却装置１におけるアルコール水の入口と出口と
の間の圧力差を示し、ライン５７は液化天然ガスの交換
熱量を示し、破線のライン５８はアルコール水の交換熱
量を示す。アルコール水の出口温度が凝固温度−４３．
５℃を超える値にすれば、アルコール水側のアルコール
水の上昇およびアルコール水の流量の減少はほとんどな
く、交換熱量はほとんど一定であって安定しており、こ
うしてアルコール水を安定に冷却することができること
が確認される。アルコール水の着氷厚みもまた、時間経
過に関係なく変化しないことが確認された。すなわち本
発明によれば、アルコール水の出口接続口６における温
度を、その凝固温度−４３．５℃以上になるように流量
を制御することによって、アルコール水を連続的に希望
する温度で継続して取出すことが可能になる。

【００３６】またこれらの図１２〜図１５に示される実
験結果から、冷却装置１内でアルコール水に関して管外
伝熱特性が層流伝熱であるにもかかわらず、交換熱量が
かなり大きな値であるのは、着氷によって伝熱管３と仕
切り板４との隙間による熱抵抗が減少し、仕切り板４は
伝熱フィンの役目を果しているということの根拠にな
る。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、胴内にアルコール水を
満たした状態で伝熱管および仕切り板にアルコール水の
一部が着氷して凍結してブロック化しても、仕切り板の
切欠き以外の外周面と胴の内周面との間に隙間が存在す
るので、アルコール水の液体の流れを維持することがで
きる。

【００３８】また本発明によれば、アルコール水の部分
的な着氷凍結によって伝熱管の外周面と、その伝熱管が
挿通する仕切り板とにわたってアルコール水の固体が一
体化された状態では、伝熱管と仕切り板との間の熱伝導
率が向上され、効率よくアルコール水を冷却することが
できる。

【００３９】さらに本発明によれば、前述の先行技術に
関連して述べた伝熱促進のために撹拌手段などを用いる
ことなしに、液化天然ガスによるアルコール水の冷却
を、単純な構成で行うことができ、しかもその伝熱特性
が良好であり、さらにアルコール水側の本件冷却装置に
おける圧力損失が僅かであり、これによってアルコール
水のポンプ動力を低減することができる。

【００４０】また本発明によれば、アルコール水の出口
温度を希望する値に保つことができるようにアルコール
水の流量を調整して、出口温度を優先させる運転が可能
である。

【００４１】さらに本発明によれば、液化天然ガスの流
量が増減変動しても、アルコール水の凍結および溶融の
潜熱を利用し、液化天然ガスの冷熱を効率的に回収する
ことができるという効果が達成される。

【００４２】さらに本発明によれば、構成が小形であ
り、液化天然ガスおよび気化した液化天然ガスが漏洩す
ることなく、またアルコール水が漏洩することなく、堅
牢な構造とすることができ、維持管理が容易であり、製
作コストを低下することができる。

【００４３】さらに本発明によれば、伝熱管を流過する
液化天然ガスの偏流および気化過程で生じる分留現象に
起因した液化天然ガスの発熱量の変動を抑制することが
できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のアルコール水の冷却装
置１の縦断面図である。

【図２】本発明の冷却装置１の平面図である。

【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た水平断
面図である。

【図４】伝熱管３と仕切り板４とを示す斜視図である。

【図５】入口ヘッダ２１の縦断面図である。

【図６】図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図であ
る。

【図７】出口ヘッダ２２の縦断面図である。

【図８】直管部１４が仕切り板４の挿通孔２４を挿通す
る構成を示す断面図である。

【図９】直管部１４の一部の縦断面図である。

【図１０】アルコール水の冷却装置１を備える冷熱シス
テムの全体の系統図である。

【図１１】本件発明者の実験結果を示すアルコール水の
出口温度が予め定める温度となるように流量を制御した
ときにおける圧力損失を示すグラフである。

【図１２】本件発明者の実験結果を示すアルコール水の
出口温度を凝固温度およびそれ以下にしたときにおける
流量の時間経過を示すグラフである。

【図１３】本件発明者の実験結果を示す図１２の状況で
アルコール水の入口と出口との差圧と交換熱量との時間
経過を示すグラフである。

【図１４】本件発明者の実験結果を示すアルコール水の
出口温度を凝固温度以上にしたときにおけるアルコール
水の流量の時間経過を示すグラフである。

【図１５】本件発明者の実験結果を示す図１４の状況に
おけるアルコール水の入口と出口との差圧と交換熱量と
の時間経過を示すグラフである。

【符号の説明】

１ アルコール水の冷却装置 ２ 胴 ３ 伝熱管 ４ 仕切り板 ５ 入口接続口 ６ 出口接続口 ９ 軸線 １０ 蓋 １３ 支持部材 １４，１５ 直管部 １６ 連結部 １８ 対称面 ２１ 入口ヘッダ ２２ 出口ヘッダ ２４ 挿通孔 ２５ 切欠き ６１ 外ケーシング ６２ 内ケーシング ７２ 入口接続管 ７３ 出口接続管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝崎 智敏 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 須田 康裕 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 下川床 隆幸 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 藤丸 直成 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 審査官 上原 徹 (56)参考文献 特開 平７−218078（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−164677（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下に延び、上部にアルコール水が供給
   される入口接続口が設けられ、下部にアルコール水が排
   出される出口接続口が設けられる胴と、 全体の形状がＵ字状に形成され、両端部が上方にあり、
   一方の端部から液化天然ガスが供給され、他方の端部か
   ら液化天然ガスが排出される伝熱管と、 伝熱管が挿通し、胴内に、アルコール水の通路を横に屈
   曲して形成する仕切り板とを含むことを特徴とするアル
   コール水の冷却装置。
2. 【請求項２】 伝熱管は複数本設けられ、各伝熱管の一
   端部が、入口ヘッダに共通に接続され、 各伝熱管の他端部は、出口ヘッダに共通に接続され、 入口ヘッダと出口ヘッダとは、胴内に収納されることを
   特徴とする請求項１に記載のアルコール水の冷却装置。
3. 【請求項３】 胴の上部に着脱可能に設けられる蓋と、 仕切り板が取付けられ、上下に延びる支持部材とを備
   え、 入口ヘッダには、液化天然ガスが流れる入口接続管が接
   続され、 出口ヘッダには、気化した天然ガスが流れる出口接続管
   が接続され、 蓋には、入口接続管と、出口接続管と、支持部材とが、
   固定されることを特徴とする請求項２記載のアルコール
   水の冷却装置。
4. 【請求項４】 仕切り板は、前記横に屈曲した通路を形
   成するための切欠きを有し、仕切り板の切欠き以外の外
   周面と胴の内周面との間に、アルコール水の凝固時にア
   ルコール水が通過することができるようにするための隙
   間ｄ５があけられることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載のアルコール水の冷却装置。
5. 【請求項５】 （ａ）有底直円筒状であり、上方に開口
   し、鉛直軸線を有し、上部の側壁に、アルコール水が供
   給される入口接続口が固定され、下部の側壁に、冷却さ
   れたアルコール水が排出される出口接続口が固定される
   胴と、 （ｂ）胴の上部の開口を着脱可能に開閉する蓋と、 （ｃ）胴内に収納される複数の伝熱管であって、各伝熱
   管は、 一対の直管部と、それらの直管部の下部を連結する連結
   部とを有して全体の形状がＵ字状に形成され、 各直管部は、鉛直軸線を有し、 各伝熱管の直管部は、胴の鉛直軸線を通る対称面に関し
   て左右対称に配置され、 これらの伝熱管は、各伝熱管の直管部の軸線を含む鉛直
   面を平行にして、かつ対称面に沿って間隔をあけて配置
   され、 連結部は、出口接続口付近にある伝熱管と、 （ｄ）胴内で蓋の下方で対称面に関して一側方に配置さ
   れ、各伝熱管の一方の直管部の上端部が共通に接続さ
   れ、液化天然ガスが供給される入口ヘッダと、 （ｅ）入口ヘッダに接続され、蓋を挿通する入口接続管
   と、 （ｆ）胴内で蓋の下方で対称面に関して他側方に配置さ
   れ、各伝熱管の他方の直管部の上端部が共通に接続さ
   れ、液化天然ガスが排出される出口ヘッダと、 （ｇ）出口ヘッダに接続され、蓋を挿通する出口接続管
   と、 （ｈ）鉛直方向に間隔をあけて水平に配置される複数枚
   の仕切り板であって、各仕切り板は、 直管部が挿通する挿通孔を有し、前記対称面に平行にか
   つ胴の鉛直軸線を通る前記対称面に垂直な一直径線上で
   直管部よりも半径方向外方で除去された弦状の切欠きを
   有し、 この切欠きと胴の内周面との間に形成される空間を経て
   アルコール水が流過し、 仕切り板の切欠き以外の外周面と胴の内周面との間に、
   アルコール水の凝固時にアルコール水が通過することが
   できるようにする隙間があけられ、 上下に隣接する各仕切り板の切欠きは、対称面に関して
   相互に反対側にあり、最も上方の仕切り板は、入口接続
   口の下方にあり、かつ切欠きは胴の鉛直軸線に関して供
   給接続口とは反対側にあり、 最も下方の仕切り板は、出口接続口の上方にあり、かつ
   切欠きは、胴の鉛直軸線に関して出口接続口とは反対側
   にある、そのような仕切り板と、 （ｉ）上端部が蓋に固定されて吊り下げられ、仕切り板
   が取付けられる支持部材とを含むことを特徴とするアル
   コール水の冷却装置。