JP3587038B2

JP3587038B2 - 蓄冷装置

Info

Publication number: JP3587038B2
Application number: JP33560797A
Authority: JP
Inventors: 康雄国府田; 優幸内田; 重男戸村; 雅祐中島; 淳一落合; 信以智高木; 弘之石山; 司棚川; 伸悟荒井
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: JPH11173780A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の低温液体を気化する際に発生する冷熱を溜めて効果的に利用するための蓄冷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＮＧ（液化天然ガス，約−１６０℃）等の低温液体を気化する際に発生する冷熱を有効利用するために種々の蓄冷装置が提案されている。
【０００３】
例えば、図５（Ａ）に示すような蓄冷装置は、蓄冷液Ｌが収容された蓄冷タンクａ内に熱交換器ｂを収容したものであり、この熱交換器ｂ内にＬＮＧ（液化天然ガス）等の低温液体を流し、蓄冷液Ｌの熱を奪って気化する際に蓄冷液Ｌを冷却することで蓄冷を行っている。そして、この蓄冷装置に溜められた冷熱を利用する場合には、例えば、余剰の天然ガス（ＮＧ）等の気化ガスを反対方向から伝熱管ｂ側に流して予冷することで再液化のコストを低減を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の蓄冷装置は、高い蓄冷効果を得るために蓄冷液Ｌとして凝固点の低い液体、例えば、アルコール（凝固点−１３０℃以下）等を主成分とする液体を用いることが検討されている。
【０００５】
しかしながら、アルコール等を蓄冷液Ｌとして用いた場合、図５（Ｂ）に示すように、冷熱回収時に生成したシャーベット状の凍結物ｃがそのままタンクａ内底部に沈殿して蓄冷液Ｌの上層部と低層部で温度分布の不均一が発生してしまい、効果的な蓄冷及び冷熱回収が困難であった。すなわち、アルコール等の場合、冷却されることによって液体は勿論、凍結物ｃも比重が増大することから、これが沈降してそのままタンクａ内底部に溜まってしまう。この結果、温度の高い蓄冷液Ｌが液面付近に集まり、温度の低い凍結物が底面部に溜まって液面付近と底面付近とで大きな温度差が形成されてしまうといった不都合がある。
【０００６】
そのため、このタンクａ内に攪拌羽根（図示せず）を設けて蓄冷液Ｌを強制的に攪拌することでタンクａ内の蓄冷液Ｌの温度を均一にすることも考えられるが、そうすると、この攪拌羽根を駆動するために電力等の余計なエネルギーが必要となってしまい、余剰エネルギー（冷熱）を効果的に利用するといった本発明の目的と矛盾してしまう。
【０００７】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、電力などの余計なエネルギーを用いることなく蓄冷液の温度差の発生を未然に抑制して蓄冷と冷熱回収を効果的に行うことができる新規な蓄冷装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、アルコールを主成分とする蓄冷液が収容された蓄冷タンク内に、底部ヘッダと上部ヘッダを複数の伝熱管で垂直に連通してなる熱交換器を浸漬状態に収容し、上記底部ヘッダにＬＮＧラインを接続すると共に、上記上部ヘッダにＮＧラインを接続し、上記ＬＮＧラインから供給されるＬＮＧを蓄冷液との熱交換で気化させて上記上部ヘッダを介して上記ＮＧラインに供給し、上記ＮＧラインから戻される天然ガスを蓄冷液との熱交換で冷却して上記底部ヘッダを介して上記ＬＮＧラインに戻すように構成し、上記熱交換器の伝熱管に、蓄冷液の凍結物を受けるための水平な棚板を上下多段に複数設け、伝熱管の間の棚板に、蓄冷液を流通させるための連通孔を形成したものである。すなわち、蓄冷液内の凍結物は、熱交換器の伝熱管と蓄冷液の界面で発生するため、本発明のようにこの熱交換器の伝熱管に水平に延びる棚板を上下多段に設けることでその界面で発生した凍結物が各棚板上に溜まって蓄冷タンク底部まで沈降することがなくなる。従って、蓄冷タンク内底部と液面とで大きな温度差が生ずることがなくなるため、優れた蓄冷効果及び冷熱回収効果を発揮することができる。
【０００９】
また、アルコールを主成分とする蓄冷液が収容された蓄冷タンク内に、タンク内側面に対向するように位置する一対の出入口ヘッダを複数の伝熱管で水平に連通してなる熱交換器を浸漬状態に収容し、一方の出入口ヘッダの下部にＬＮＧラインを接続すると共に、他方の出入口ヘッダの上部にＮＧラインを接続し、上記ＬＮＧラインから供給されるＬＮＧを蓄冷液との熱交換で気化させて上記出入口ヘッダの上部から上記ＮＧラインに供給し、上記ＮＧラインから戻される天然ガスを蓄冷液との熱交換で冷却して上記出入口ヘッダの下部から上記ＬＮＧラインに戻すように構成し、上記熱交換器の伝熱管に、蓄冷液の凍結物を受けるための棚板を伝熱管間に水平に掛け渡すようにして上下多段に複数設け、伝熱管の間の棚板に、蓄冷液を流通させるための連通孔を形成したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照ながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る蓄冷装置の実施の一形態を示す構成図である。図示するように、この蓄冷装置は、蓄冷液Ｌが溜められた蓄冷タンク１内に、ＬＮＧ等の低温液体及び天然ガス（ＮＧ）等の気化ガスを流通する熱交換器２が浸漬状態に収容されている。
【００１２】
この蓄冷液Ｌは、凝固点が−１３０℃以下のアルコールを主成分とする液体であり、その液面が完全に熱交換器２を水没する量だけ蓄冷タンク１内に密閉貯留されている。
【００１３】
この蓄冷タンク１は、地下或いは地上に形成された縦型円筒状の密閉タンク１ａの周囲に、充分な厚さを有する断熱層１ｂを形成したものであり、この断熱層１ｂによって密閉タンク１ａ内外を断熱して外部入熱及び放冷を効果的に防止できるようになっている。
【００１４】
熱交換器２は、蓄冷タンク１内の底部に位置する底部ヘッダ４と、その上部の液面付近に位置する上部ヘッダ３とを、垂直に延びる複数の伝熱管５，５…で上下に連通したものであり、これら伝熱管５，５…を介して上部ヘッダ３及び底部ヘッダ４間で低温液体又は気化ガスを蓄冷液Ｌと熱交換しながら流通させるようになっている。尚、この上部ヘッダ３及び底部ヘッダ４にはそれぞれＮＧライン３ａと、ＬＮＧライン４ａが接続されており、それぞれ上部ヘッダ３及び底部ヘッダ４との間において天然ガス及びＬＮＧを流通するようになっている。
【００１５】
また、これら伝熱管５，５…間には水平に延びる棚板６が、一定の間隔を隔てて複数枚、上下多段に取り付けられており、図２に示すように、伝熱管５，５…周囲で発生した蓄冷液Ｌの凍結物ｃ等の蓄冷タンク１底部への落下を防止するようになっている。さらに、図示するように、これら各棚板６には上下を連通する連通孔７が複数一定の間隔を隔てて形成されており、棚板６上下の蓄冷液Ｌの流通が行われるようになっている。尚、図中８は、蓄冷タンク１圧力上昇を防止するための安全弁である。
【００１６】
以上において、本発明装置の作用を説明する。
【００１７】
先ず、ＬＮＧライン４ａから熱交換器２側へ供給されたＬＮＧは、底部ヘッダ４から各伝熱管５，５…側に分流し、これら各伝熱管５，５…を上向流で流れる際に、蓄冷液Ｌの熱を吸収（放冷熱）して気化した後、天然ガス（ＮＧ）となって上部ヘッダ３で合流し、ＮＧライン３ａから取り出される。
【００１８】
この時、各伝熱管５，５…と蓄冷液Ｌの界面において、ＬＮＧから放出される冷熱によって、その界面が凝固点（約−１３０℃）以下に冷却されると、この蓄冷液Ｌがシャーベット状に凍結して比重が重くなり、そのまま蓄冷タンク１内を沈降することになるが、上述したように、これら各伝熱管５，５…間には水平に延びる棚板６が、一定の間隔を隔てて複数枚上下多段に取り付けられていることから、その界面で生成された凍結物ｃは、図２に示すように、各棚板６上に載置した状態となってそれ以下の沈降が抑えられる。
【００１９】
従って、従来のように生成した凍結物ｃの全てがそのままが蓄冷タンク１内に溜まることなく蓄冷タンク１内に上下多段に均一に存在した状態となるため、蓄冷タンク１内の蓄冷液Ｌの温度差が発生することなく、温度分布が均一となって良好な蓄冷を行うことができる。その後、続けてＬＮＧを流すことにより、ＬＮＧから放出された冷熱が蓄冷液Ｌを媒介として順次蓄冷タンク１内に均一にかつ効果的に蓄えられることになる。
【００２０】
そして、このように良好な蓄冷が行われた蓄冷タンク１内に、ＮＧライン３ａから、例えば、余剰の天然ガスを上部ヘッダ３側に流すと、これが各伝熱管５，５…を下向流で流れる際に、蓄冷液Ｌ中に溜められた冷熱によって効果的に冷却されるようになるため、冷熱回収も効果的に行うことが可能となる。また、このような棚板６を伝熱性に優れた金属で形成することにより、伝熱管５の表面積が増大するため、熱交換性能も従来構造以上に向上することが期待できる。
【００２１】
尚、このような熱交換に際して、棚板６，６間の蓄冷液Ｌの体積変化が起こっても、各棚板６，６…に形成された連通孔７，７…によって蓄冷液Ｌが上下に出入りして隣接する棚板６，６間の圧力差が緩和されるため、棚板６，６側に過大な圧力が加わって破損したりするおそれは全くない。また、図２に示すように、各棚板６を一枚板で構成するばかりでなく、各伝熱管５の周囲にフランジ状に広がるように形成しても良い。さらに、上記ＮＧライン３ａ側に圧縮機（図示せず）等を設けて熱交換器２内を加圧しながら天然ガスを供給するようにすれば、熱交換器２内で再液化を行うことも可能となる。
【００２２】
次に、図３は本発明の他の実施の形態を示したものであり、ＬＮＧ及び天然ガスを水平方向に流しながら熱交換を行うように構成したものである。
【００２３】
すなわち、本実施の形態は、蓄冷タンク１内に、ＮＧライン３ａ，ＬＮＧライン４ａ側にそれぞれ接続された出入口ヘッダ９，１０を対になるように配置し、これら出入口ヘッダ９，１０間に複数の伝熱管５を上下多段に設置してなる熱交換器２を用い、この熱交換器２の各伝熱管５，５…間に水平に延びる棚板６を上下多段に架け渡してなるものである。
【００２４】
従って、図４に示すように、各伝熱管５の上面側で発生した凍結物ｃはそのまま棚板６上に堆積し、一方、各伝熱管５の下面側で発生した凍結物ｃは、その自重によりその下部の棚板６上に堆積してそれ以上の落下がくいとめられることになるため、本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様に蓄冷タンク１内に温度分布の差が発生することがなくなり、効果的な蓄冷及び冷熱回収を行うことが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、蓄冷タンク内の蓄冷液の温度分布を均一化することができるため、蓄冷及び冷熱回収を効果的に行うことができる。従って、ＬＮＧ等の低温液体のガス化及び再液化に要する運転コストを大幅に低減を達成することができる等といった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る熱交換器の一部を示す部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の他の実施の一形態を示す構成図である。
【図４】本発明に係る他の熱交換器の一部を示す部分拡大斜視図である。
【図５】従来の蓄冷装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１密閉タンク
２熱交換器
５伝熱管
６棚板
Ｌ蓄冷液
ｃ凍結物

Claims

アルコールを主成分とする蓄冷液が収容された蓄冷タンク内に、底部ヘッダと上部ヘッダを複数の伝熱管で垂直に連通してなる熱交換器を浸漬状態に収容し、上記底部ヘッダにＬＮＧラインを接続すると共に、上記上部ヘッダにＮＧラインを接続し、上記ＬＮＧラインから供給されるＬＮＧを蓄冷液との熱交換で気化させて上記上部ヘッダを介して上記ＮＧラインに供給し、上記ＮＧラインから戻される天然ガスを蓄冷液との熱交換で冷却して上記底部ヘッダを介して上記ＬＮＧラインに戻すように構成し、上記熱交換器の伝熱管に、蓄冷液の凍結物を受けるための水平な棚板を上下多段に複数設け、伝熱管の間の棚板に、蓄冷液を流通させるための連通孔を形成したことを特徴とする蓄冷装置。
アルコールを主成分とする蓄冷液が収容された蓄冷タンク内に、タンク内側面に対向するように位置する一対の出入口ヘッダを複数の伝熱管で水平に連通してなる熱交換器を浸漬状態に収容し、一方の出入口ヘッダの下部にＬＮＧラインを接続すると共に、他方の出入口ヘッダの上部にＮＧラインを接続し、上記ＬＮＧラインから供給されるＬＮＧを蓄冷液との熱交換で気化させて上記出入口ヘッダの上部から上記ＮＧラインに供給し、上記ＮＧラインから戻される天然ガスを蓄冷液との熱交換で冷却して上記出入口ヘッダの下部から上記ＬＮＧラインに戻すように構成し、上記熱交換器の伝熱管に、蓄冷液の凍結物を受けるための棚板を伝熱管間に水平に掛け渡すようにして上下多段に複数設け、伝熱管の間の棚板に、蓄冷液を流通させるための連通孔を形成したことを特徴とする蓄冷装置。