JP4035566B2 - 強制循環型空温式液化ガス気化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液体窒素、液体酸素等の液化ガスを空気を熱源として気化する強制循環型空温式液化ガス気化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液化ガス気化システムとしては例えば空気を熱源とする通風型空温式のものや温水を熱源とする温水式のものが知られ、ＬＮＧ、ＬＰＧ、液体窒素、液体酸素等の液化ガスのサテライト設備等に設置されている。そこで、ＬＮＧサテライト設備に設置されている通風型空温式液化ガス気化システム及び温水式液化ガス気化システムを例に挙げて説明する。通風型空温式液化ガス気化システムは、自然通風（空気の対流）をＬＮＧのフィン付き蒸発管に向けて強制送風し、この空気を熱源としてフィン付き蒸発管内を流れるＬＮＧを蒸発させる方式である。また、温水式液化ガス気化システムは、例えばＬＮＧの蒸発管が浸漬された温水槽内に温水を循環させ、循環温水を熱源として蒸発管内を流れるＬＮＧを気化する方式である。この温水式液化ガス気化システムは、設備費が比較的安価である一方、温水を製造するため熱源が必要となりランニングコストが高くなる。
【０００３】
ところが、通風型空温式液化ガス気化システムは、例えば、図５に示すように、ＬＮＧのフィン付き蒸発管１と、この蒸発管を囲むハウジング２と、このハウジング２の天井に配設されたファン３とを備え、ファン３によって同図の矢印で示すように空気の上昇流を作り、この空気がフィン付き蒸発管１を通過する間の空気と蒸発管１内のＬＮＧの熱交換によりＬＮＧが気化し、天然ガス（ＮＧ）が得られるようにしたものである。この通風型空温式液化ガス気化システムはランニングコストが安価であるため、広く普及している。
【０００４】
しかし、上記通風型空温式液化ガス気化システムは稼働中に空気中に含まれている水蒸気がフィン付き蒸発管１に着霜、氷結し、更にこれらが成長するため、フィン付き蒸発管１の伝熱効率が漸減し、ひいてはフィン付き蒸発管１のフィン間の隙間が着氷で埋まって伝熱面積が激減する。そこで、従来から予備の気化器を準備しておき、蒸発管１が着氷により伝熱効率が低下した場合には、その時点でＬＮＧ供給ラインを予備器側に切り換え、予備器が運転中に着氷した蒸発管１に散水して解氷し、次のＬＮＧ供給ラインの切り換え時点まで待機させ、２基または複数の予備器を交互に切り換えて使用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空温式液化ガス気化システムの場合には、上述したように予備の気化器が必要であるばかりでなく、解氷設備（例えば、散水設備、排水溝等）まで必要になり、結果的に設備費が高くなるという課題があった。更に、気化器の周囲が露点以下の温度に達して白煙を発生し、この白煙が気化器近傍の視界を低下させるという課題があった。そこで、着氷を抑制すると共に白煙を防止するために脱湿した極めて露点の低い乾燥空気を強制通風する方式も考えられるが、このような乾燥空気を使用するとランニングコストが高くなる。また、特開平９−１６５５８８号公報では液化ガス蒸発器の白煙防止装置が提案されているが、この技術の場合にも大気を通風する点に変わりはなく、蒸発管への着氷までも防止するのは難しいという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、白煙を発生させることなく、効率良く液化ガスを気化させることができ、しかも散水による解氷作業を行う必要がなく、予備の気化器が不要で、ランニングコストを低減することができる強制循環型空温式液化ガス気化装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の強制循環型空温式液化ガス気化装置は、上下に蛇行する蒸発管の内側を流れる液化ガスを、上記蒸発管の外側を流れる空気を利用して気化させる強制循環型空温式液化ガス気化装置において、上記蒸発管を外部から囲み且つ上記蒸発管の上下両側に上方空間及び下方空間を形成するハウジングと、このハウジング内を上記蒸発管の側方で仕切って上記上方空間と上記下方空間を連通させる側方空間を形成する上下方向の仕切板と、この仕切板により仕切られた上記側方空間と上記蒸発管との間で上記ハウジング内の空気を上記上方空間及び上記下方空間を介して循環させる送風機と、この送風機を介して循環する空気を昇温する昇温手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の強制循環型空温式液化ガス気化装置は、上下に蛇行する蒸発管の内側を流れる液化ガスを、上記蒸発管の外側を流れる空気を利用して気化させる強制循環型空温式液化ガス気化装置において、上記蒸発管を外部から囲み且つその上下両側に上方空間及び下方空間を形成するハウジングと、このハウジング内で上記蒸発管を、上記蒸発管の上流側に位置する上流側部分と下流側に位置する下流側部分を形成するように左右に仕切り、上記上流側部分及び上記下流側部分を介して上記上方空間と下方空間を連通させる仕切板と、上記蒸気管の上流側部分と上記蒸気管の下流側部分の間で上記ハウジング内の空気を上記上方空間及び上記下方空間を介して循環させる送風機と、この送風機を介して循環する空気を昇温する昇温手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載の強制循環型空温式液化ガス気化装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記昇温手段が、上記蒸発管を循環する空気を昇温する空気加熱器と、この空気加熱器に対して熱媒体循環路を介して熱媒体を循環させるポンプと、このポンプにより循環する上記熱媒体を昇温する熱媒体加熱器とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明の一実施形態の強制循環型空温式液化ガス気化装置（以下、単に「空温式気化システム」と称す。）の全体を示すフロー図、図２は本発明の他の実施形態を示す図１に相当する図、図３、図４はそれぞれ本発明の更に他の実施形態を示す図１に相当する図である。
【００１２】
本実施形態の空温式気化システム１０は、図１に示すように、フィン付き蒸発管１１と、この蒸発管１１全体を囲むハウジング１２と、このハウジング１２に対して空気循環配管１３を介して接続され且つ空気循環配管１３内を流れる空気を昇温する昇温装置１４と、この昇温装置１４とハウジング１２との間で空気を循環させる送風ファン１５とを備えている。空気循環配管１３の一端はハウジング１２の上部に接続され、その他端はハウジング１２の下部に接続されている。従って、送風ファン１５によって循環する空気はハウジング１２の天井側からその内部へ流入し、ハウジング１２内部を下降流で蒸発管１１全体を通過し、この間に蒸発管１１内のＬＮＧを気化させる。ハウジング１２から流出した冷却空気は空気循環配管１３を介して昇温装置１４を通過し、昇温装置１４において加熱される。
【００１３】
上記昇温装置１４は、図１に示すように、空気循環配管１３に配設された熱交換器からなる空気加熱器１４１と、この空気加熱器１４１の伝熱管１４１Ａと接続された熱媒体循環配管１４２と、この熱媒体循環配管１４２に上流側から下流側へ順次配設されたポンプ１４３、熱媒体加熱器（例えば、ブラインヒータ）１４４、熱回収器１４５及び補助ヒータ１４６とを備え、熱媒体であるブラインが熱媒体循環配管１４２を循環する間に、ブラインが空気加熱器１４１において空気循環配管１３内の循環空気との熱交換により冷却されるが、ブラインヒータ１４４、熱回収器１４５及び補助ヒータ１４６によって加熱されるようにしてある。ブラインヒータ１４４は、フィン付き伝熱管１４４Ａ及びファン１４４Ｂを有し、ファン１４４Ｂによる空気流でフィン付き伝熱管１４４Ａ内を流れるブラインを加熱するようにしてある。また、熱回収器１４５は例えば他の設備で発生した余熱、廃熱等を回収し、この回収熱を利用してブラインを加熱する。補助ヒータ１４６は、ブラインヒータ１４４及び熱回収器１４５によってブラインを所定の温度まで加熱できない時等に使用し、特に、厳寒期には熱回収器１４５及び補助ヒータ１４６双方を使用し、ブラインを確実に所定の温度まで加熱し、空気加熱器１４１が確実にその機能を果たすようにしてある。従って、昇温装置１４は外気温が比較的高い場合にはブラインヒータ１４４だけで十分にその機能を果たすようにしてある。
【００１４】
次に、動作について説明する。例えば、−１６０℃のＬＮＧが所定流量でフィン付き蒸発管１１内に流入すると共に、−５℃〜２５℃の空気が所定の流量でハウジング１２内に流入する。これにより蒸発管１１内を流れるＬＮＧはハウジング１２内を下降流で流れる空気によって加熱されて気化し、例えば−１５℃〜１５℃まで昇温したＮＧとして蒸発管１１から流出する。一方、ハウジング１２内の空気はＬＮＧによって例えば−２５℃〜５℃まで冷却され、ハウジング１２から空気循環配管１３へ流出する。この冷却空気は空気循環配管１３を介して昇温装置１４に達し、空気加熱器１４１で加熱されて元の温度（−５℃〜２５℃）まで昇温し、ハウジング１２内へ流入し、再び上述のようにＬＮＧを気化させる。空気循環配管１３内を流れる空気には水蒸気が含まれているため、稼働初期には蒸発管１１に多少の着氷が認められるが、この着氷により循環空気は徐々に除湿されて露点が低下し、その後の着氷がなくなり、高い伝熱効率でＬＮＧを気化することができる。
【００１５】
一方、昇温装置１４では空気加熱器１４１のシェル側に−２５℃〜５℃の低温空気が流入すると共に、熱媒体循環配管１４２を介して０℃〜３０℃のブラインが伝熱管１４１Ａ内に流入する。これによりシェル側を流れる低温空気は伝熱管１４１Ａ内を流れるブラインによって加熱されて昇温し、上述のように冷却前の−５℃〜２５℃まで昇温して空気加熱器１４１から流出する。伝熱管１４１Ａ内のブラインは低温空気によって冷却され例えば−５℃〜２５℃まで降温し、空気加熱器１４１から熱媒体循環配管１４２へ流出する。このブラインは熱媒体循環配管１４２を介してブラインヒータ１４４に達し、ブラインがフィン付き伝熱管１４４Ａを通過する間にファン１４４Ｂからの強制通風によって加温されて元の温度（０℃〜３０℃）まで昇温し、熱媒体循環配管１４２を介して空気加熱器１４１内へ流入し、再び上述のように低温空気を加熱する。また、厳寒期等のように外気温が低下するとブラインヒータ１４４での空気によるブラインの加熱が不十分になるため、熱回収器１４５、場合によっては補助ヒータ１４６をも使用してブラインを所定の温度まで加熱する。
【００１６】
以上説明したように本実施形態によれば、フィン付き蒸発管１１を外部から囲むハウジング１２と、このハウジング１２に対して空気循環配管１３を介して接続され且つ空気循環配管１３内を流れる空気を昇温する昇温装置１４と、この昇温装置１４とハウジング１２との間で空気を循環させる送風ファン１５とを設け、閉鎖系内で一定量の空気を循環させてＬＮＧを気化させるようにしたため、一定量の空気中に含まれている水蒸気が蒸発管１１に着氷するだけで済み、蒸発管１１の伝熱効率を終始高い状態に維持して効率良くＬＮＧを気化させることができ、ひいてはハウジング１２近傍での白煙を防止することができる。しかも本実施形態では散水による解氷作業を行う必要がないため、予備の蒸発管及び解氷設備が不要で、システムを小型化できる。また、基本的にはＬＮＧを気化するための循環空気の加熱源として外気や廃熱等を利用するため、ランニングコストを低減することができる。
【００１７】
図２は本発明の空温式気化システムの他の実施形態を示す図である。この空温式気化システム１０Ａは、同図に示すように、フィン付き蒸発管１１の上流側の半分をハウジング１２Ａによって囲んだ以外は図１に示すものに準じて構成されている。そのため、本実施形態では図１に示した空温式気化システム１０と同一部分には図２で同一符号を附し、その説明を省略する。蒸発管１１は上流側ほど温度が極低温で着氷し易く、しかも白煙を発生し易いため、本実施形態では蒸発管１１の上流側半分をハウジング１２Ａで囲み、ハウジング１２Ａ内を一定量の空気を循環させて除湿を行うようにしてある。また、蒸発管１１の下流側はＬＮＧが気化し上流側と比較して着氷量及び白煙の発生量も格段に少なくなるため、本実施形態では蒸発管１１の下流側半分が露呈し、この下流側半分の蒸発管１１を外気の強制通風により加熱するようにしてある。
【００１８】
そして、ハウジング１２Ａには上記実施形態の場合と同様に空気循環配管１３が接続され、送風ファン１５によって空気循環配管１３を介して空気がハウジング１２Ａと昇温装置１４の空気加熱器１４１間を循環し、蒸発管１１の上流側の半分を循環空気によって加熱し、ハウジング１２Ａからの低温空気を空気加熱器１４１によって加熱し、循環空気を元の温度まで昇温するようにしてある。また、蒸発管１１の下流側には図示しない送風ファンが配設され、この送風ファンによって同図の矢印で示すように下降流で空気を送風し、外気で蒸発管１１を加熱し、ＬＮＧの気化を促進するようにしてある。
【００１９】
従って、本実施形態でも空気循環配管１３内の空気はハウジング１２Ａ内に−５℃〜２５℃で流入し、ハウジング１２Ａ内から−２５℃〜５℃で流出する一方、蒸発管１１内のＬＮＧは−１５℃〜１５℃のＮＧとなって蒸発管１１から流出する。空気加熱器１４１ではハウジング１２Ａ内で冷却された−２５℃〜５℃の空気を元の温度（−５℃〜２５℃）まで加熱する。
【００２０】
以上説明したように本実施形態によれば、空気循環量を低減することによりハウジング１２Ａを小型化することができ、しかも上記実施形態に準じた作用効果を期することができる。
【００２１】
図３は本発明の空温式気化システムの更に他の実施形態を示す図である。この空温式気化システム１０Ｂは、同図に示すように、フィン付き蒸発管１１がハウジング１２Ｂによって外部から囲まれていると共にハウジング１２Ｂ内に送風ファン１５Ｂ及び空気加熱器１４１が配設されている。ハウジング１２Ｂ内には蒸発管１１の下流側側方に空間が形成されていると共に蒸発管１１の上下両側に上方空間及び下方空間がそれぞれ形成されている。そして、ハウジング１２Ｂ内は仕切板１６によって蒸発管１１側とその側方空間が仕切られている。この側方空間には送風ファン１５Ｂが配設され、この送風ファン１５Ｂによってハウジング１２Ｂ内の空気が送風され、この空気が同図の矢印で示すように側方空間を上昇流で通過し、上方空間から蒸発管１１を下降流で通過し、下方空間を経由して元に戻って循環する。また、蒸発管１１の上方空間には蒸発管１１との間に隙間を介して空気加熱器１４１が配設され、この空気加熱器１４１によって空気を加熱し、加熱空気が蒸発管１１全体を下降流で通過する間に蒸発管１１内のＬＮＧを気化するようにしてある。尚、本実施形態では図１に示した空温式気化システム１０と同一部分には同一符号を附し、その説明を省略してある。
【００２２】
従って、本実施形態では空気加熱器１４１で加熱された−５℃〜２５℃の循環空気は蒸発管１１全体を下降流で通過し、蒸発管１１において−２５℃〜５℃まで冷却される。その後、この冷却空気は下方空間、側方空間及び空気加熱器１４１を経由して元の温度（−５℃〜２５℃）に戻り蒸発管１１を下降流で循環する。この際、ＬＮＧは−１６０℃で蒸発管１１内に流入し、蒸発管１１内で気化し、−１５℃〜１５℃のＮＧとなって蒸発管１１から流出する。一方、ブラインヒータ１４４等で加熱された０℃〜３０℃のブラインは空気加熱器１４１を通過し、空気加熱器１４１において−５℃〜２５℃まで冷却され、再びブラインヒータ１４４等を経由して元の温度（０℃〜３０℃）に戻り熱媒体循環配管１４２内を循環する。
【００２３】
以上説明したように本実施形態によれば、ハウジング１２Ｂ内で一定量の空気を循環させて蒸発管１１を加熱することができ、空気循環配管を省略して装置全体を小型化することができ、しかも上記各実施形態に準じた作用効果を期することができる。
【００２４】
図４は本発明の空温式気化システムの更に他の実施形態を示す図である。この空温式気化システム１０Ｃは、同図に示すように、フィン付き蒸発管１１がハウジング１２Ｃによって外部から囲まれていると共にハウジング１２Ｂ内に送風ファン１５Ｃ及び空気加熱器１４１が配設されている。そして、ハウジング１２Ｃ内には蒸発管１１の上下両側にそれぞれ上方空間及び下方空間が形成され、更に蒸発管１１がハウジング１２Ｃ内で仕切板１７によって上流側半分と下流側半分に仕切られている。蒸発管１１の上流側の下部空間には送風ファン１５Ｃが配設され、この送風ファン１５Ｃによって空気がハウジング１２Ｃ内で同図の矢印で示すように循環するようにしてある。従って、空気は蒸発管１１の上流側半分を上昇流で通過し、上方空間を介して蒸発管１１の下流側半分を下降流で通過した後元に戻って循環する。また、蒸発管１１の上方空間には蒸発管１１との間に隙間を介して空気加熱器１４１が配設され、この空気加熱器１４１によって循環空気を加熱し、加熱空気が蒸発管１１の下流側半分を下降流で通過し、多少冷却された空気が蒸発管１１の上流側半分を上昇流で通過し、蒸発管１１内のＬＮＧを効果的に気化するようにしてある。尚、本実施形態では図１に示した空温式気化システム１０と同一部分には同一符号を附し、その説明を省略してある。
【００２５】
従って、本実施形態では空気加熱器１４１で加熱された−５℃〜２５℃の循環空気は蒸発管１１の下流側半分を下降流で通過し、蒸発管１１において−１３℃〜３℃まで冷却される。その後、この冷却空気は下方空間を経由した後蒸発管１１の上流側半分を上昇流で通過し更に−２５℃〜５℃まで冷却された後、空気加熱器１４１を経由して元の温度（−５℃〜２５℃）に戻る。この際、蒸発管１１の上流側半分を通過する空気は下流側で冷却されているが、蒸発管１１の上流側半分は極低温であるため、冷却空気との温度差は依然として極めて大きいため、蒸発管１１の上流側半分を効果的に加熱し、ＬＮＧの気化を促進することができ、蒸発管１１内のＬＮＧは−１５℃〜１５℃のＮＧとなって蒸発管１１から流出する。一方、ブラインヒータ１４４等で加熱された０℃〜３０℃のブラインは空気加熱器１４１を通過し、空気加熱器１４１において−５℃〜２５℃まで冷却され、再びブラインヒータ１４４等を経由して元の温度（０℃〜３０℃）に戻り熱媒体循環配管１４２内を循環する。
【００２６】
以上説明したように本実施形態によれば、図３に示したものよりも更に小型化を促進することができ、しかも上記各実施形態に準じた作用効果を期することができる。
【００２７】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、一定量の空気を密閉循環路内で循環させて蒸発管内のＬＮＧを気化するものであれば、本発明に包含される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、白煙を発生させることなく、効率良く液化ガスを気化させることができ、しかも散水による解氷作業を行う必要がなく、予備の気化器が不要で、ランニングコストを低減することができる強制循環型空温式液化ガス気化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の空温式気化システムの全体を示すフロー図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す図１に相当する図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態を示す図１に相当する図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態を示す図１に相当する図である。
【図５】従来の空温式気化システムの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 空温式気化システム
１１ 蒸発管
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ ハウジング
１３ 空気循環配管（空気循環路）
１４ 昇温装置（昇温手段）
１５、１５Ｂ、１５Ｃ 送風ファン（送風機）
１６、１７ 仕切板
１４１ 空気加熱器
１４２ 熱媒体循環配管
１４３ ポンプ
１４４ ブラインヒータ

Claims (3)

1. 上下に蛇行する蒸発管の内側を流れる液化ガスを、上記蒸発管の外側を流れる空気を利用して気化させる強制循環型空温式液化ガス気化装置において、上記蒸発管を外部から囲み且つ上記蒸発管の上下両側に上方空間及び下方空間を形成するハウジングと、このハウジング内を上記蒸発管の側方で仕切って上記上方空間と上記下方空間を連通させる側方空間を形成する上下方向の仕切板と、この仕切板により仕切られた上記側方空間と上記蒸発管との間で上記ハウジング内の空気を上記上方空間及び上記下方空間を介して循環させる送風機と、この送風機を介して循環する空気を昇温する昇温手段とを備えたことを特徴とする強制循環型空温式液化ガス気化装置。
2. 上下に蛇行する蒸発管の内側を流れる液化ガスを、上記蒸発管の外側を流れる空気を利用して気化させる強制循環型空温式液化ガス気化装置において、上記蒸発管を外部から囲み且つその上下両側に上方空間及び下方空間を形成するハウジングと、このハウジング内で上記蒸発管を、上記蒸発管の上流側に位置する上流側部分と下流側に位置する下流側部分を形成するように左右に仕切り、上記上流側部分及び上記下流側部分を介して上記上方空間と下方空間を連通させる仕切板と、上記蒸気管の上流側部分と上記蒸気管の下流側部分の間で上記ハウジング内の空気を上記上方空間及び上記下方空間を介して循環させる送風機と、この送風機を介して循環する空気を昇温する昇温手段とを備えたことを特徴とする強制循環型空温式液化ガス気化装置。
3. 上記昇温手段が、上記蒸発管を循環する空気を昇温する空気加熱器と、この空気加熱器に対して熱媒体循環路を介して熱媒体を循環させるポンプと、このポンプにより循環する上記熱媒体を昇温する熱媒体加熱器とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の強制循環型空温式液化ガス気化装置。

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