JP4917008B2 - Liquefied gas vaporization system - Google Patents
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Description
本発明は、液化天然ガス等の低温液化ガスが有する冷熱エネルギーをスターリングエンジンにより動力として回収しつつ、液化ガスを気化させる、液化ガス気化システムに関する。 The present invention relates to a liquefied gas vaporization system that vaporizes liquefied gas while recovering cold energy of low-temperature liquefied gas such as liquefied natural gas as power by a Stirling engine.
従来から、LNG(Liquefied Natural Gas:液化天然ガス)等の低温の液化ガスを、気化器において温水や海水、あるいは、外気などの高温の熱媒体と熱交換を行わせることによって気化させる気化システムが一般的に知られている。 Conventionally, a vaporization system that vaporizes a low-temperature liquefied gas such as LNG (Liquefied Natural Gas) by exchanging heat with hot water, seawater, or a high-temperature heat medium such as outside air in a vaporizer. Generally known.
その一方で、低温の液化ガスが有する冷熱エネルギーを、スターリングエンジンにより動力として回収する、冷熱回収システムも従来から知られている(例えば、特許文献1,2参照)。この冷熱回収システムは、スターリングエンジンのクーラー(低温部)を低温の液化ガスで冷却するとともに、ヒーター(高温部)を気化ガスの燃焼熱や海水等の熱媒体で加熱し、クーラーとヒーターの間の温度差によってスターリングエンジンを作動させることによって動力回収する。 On the other hand, a cold energy recovery system that collects cold energy of low-temperature liquefied gas as power by a Stirling engine is also known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). This cold heat recovery system cools the cooler (low temperature part) of the Stirling engine with a low temperature liquefied gas and heats the heater (high temperature part) with a heat medium such as combustion heat of vaporized gas or seawater. Power is recovered by operating the Stirling engine according to the temperature difference.
上述した特許文献1,2等に記載されているような冷熱回収システムを、液化ガスの気化システムに組み込めば、低温の液化ガスを気化器で気化する前に、この液化ガスの冷熱エネルギーの一部をスターリングエンジンによって動力として回収することができるため、気化システム全体のエネルギー効率の向上が期待される。しかし、実際には、次のような問題が存在する。
If the cold recovery system as described in
低温の液化ガスによりスターリングエンジンのクーラーを冷却する際に、クーラーからの入熱によって、液化ガスの顕熱(液温)が上昇する場合や、液化ガスが全量気化される場合は問題ないのだが、液化ガスの一部のみしか気化されない場合には、気化ガスと液化ガスが混在した気液二相流の状態で、ガスが後段の気化器に供給されることになる。 When cooling a Stirling engine cooler with low-temperature liquefied gas, there is no problem if the sensible heat (liquid temperature) of the liquefied gas rises due to heat input from the cooler or if the liquefied gas is completely vaporized. When only a part of the liquefied gas is vaporized, the gas is supplied to the subsequent vaporizer in a gas-liquid two-phase flow state in which the vaporized gas and the liquefied gas are mixed.
また、スターリングエンジンは、理想的には、低温側のクーラーと高温側のヒーターの間で少しでも温度差が存在すれば作動するとされている。しかし、実際には、ピストンの摺動抵抗やクランク軸の回転抵抗などに起因した動力損失が発生することから、スターリングエンジンを作動させるためには、クーラーとヒーターの温度差を一定以上確保しなくてはならない。そのためには、ヒーター側の温度にもよるが、クーラーを冷却する液化ガスの温度は一定温度以下である必要がある。 The Stirling engine is ideally operated if there is even a temperature difference between the cooler on the low temperature side and the heater on the high temperature side. In reality, however, power loss occurs due to piston sliding resistance and crankshaft rotation resistance. Therefore, in order to operate a Stirling engine, the temperature difference between the cooler and the heater must be maintained at a certain level. must not. For this purpose, although depending on the temperature on the heater side, the temperature of the liquefied gas for cooling the cooler needs to be a certain temperature or lower.
しかし、クーラーの冷却に使用される液化ガスが、主成分のメタンにプロパンやブタン等の高沸点成分が混合されたLNGのように、沸点の異なる複数種類の成分の混合物である場合には、クーラーからの入熱によって、メタン等の低沸点成分が先に気化していく一方で、プロパンやブタン等の高沸点成分はそれぞれの沸点に到達するまで気化しないため、液化ガス全体の温度は上昇していく。そして、高沸点成分がまだ液体のままで残存していても、液化ガスの温度がスターリングエンジンを作動させるのに最低限必要な温度まで上昇していると、それ以上、この液化ガスからは冷熱を回収できないことから、必然的に、気液二相流の状態でガスが気化器に供給されることになる。 However, when the liquefied gas used for cooling the cooler is a mixture of a plurality of types of components having different boiling points, such as LNG in which high-boiling components such as propane and butane are mixed in the main component methane, The low-boiling components such as methane are first vaporized by the heat input from the cooler, while the high-boiling components such as propane and butane are not vaporized until they reach their boiling points. I will do it. Even if the high-boiling components still remain in the liquid state, if the temperature of the liquefied gas rises to the minimum necessary temperature for operating the Stirling engine, the liquefied gas will further cool down. Therefore, the gas is inevitably supplied to the vaporizer in a gas-liquid two-phase flow state.
このように、気化器に、液化ガスと気化ガスとが混在した二相流の状態でガスが供給されることは、気化器に対して様々な悪影響を及ぼす。例えば、液化ガスを気化させることを目的とする気化器は、通常、液化ガスのみを受け入れた条件下で、要求されている所定の気化性能を満足するように設計される。しかし、ガスが二相流の状態で供給された場合には、気体が存在しているが故に、液化ガスのみが供給された場合と比べて、気化器配管内での液化ガスへの熱伝達率が小さくなる。そのため、液化ガスに十分な熱量が与えられず、液化ガスを完全に気化できない、あるいは、気化器から送出される気化ガスの温度を設計温度以上にすることができない等、要求される気化性能を発揮できなくなる虞がある。また、気液二相流の状態でガスが気化器へ供給されると、気化器内における各気化器配管において配管振動が発生しやすくなり、疲労破壊が発生する原因にもなる。 As described above, supplying gas to the vaporizer in a two-phase flow state in which liquefied gas and vaporized gas are mixed has various adverse effects on the vaporizer. For example, a vaporizer for the purpose of vaporizing a liquefied gas is usually designed to satisfy the required predetermined vaporization performance under the condition of accepting only the liquefied gas. However, when the gas is supplied in a two-phase flow state, heat is transferred to the liquefied gas in the vaporizer pipe as compared with the case where only the liquefied gas is supplied because the gas exists. The rate is reduced. For this reason, the required amount of heat is not given to the liquefied gas and the liquefied gas cannot be completely vaporized, or the temperature of the vaporized gas delivered from the vaporizer cannot be higher than the design temperature. There is a risk that it will not be able to be demonstrated. In addition, when gas is supplied to the vaporizer in a gas-liquid two-phase flow state, pipe vibration is likely to occur in each vaporizer pipe in the vaporizer, which may cause fatigue failure.
本発明の目的は、スターリングエンジンのクーラーを冷却する際に発生する気化ガスを液化ガスから分離して、液化ガスと気化ガスが混在した二相流の状態でガスが気化器に供給されるのを防止することである。 An object of the present invention is to separate a vaporized gas generated when cooling a cooler of a Stirling engine from a liquefied gas and supply the gas to the vaporizer in a two-phase flow state in which the liquefied gas and the vaporized gas are mixed. Is to prevent.
第1の発明の液化ガス気化システムは、液化ガスの冷熱を利用して動力を得るスターリングエンジンと、前記液化ガスの一部が前記スターリングエンジンのクーラーからの熱で気化することによって発生した気化ガスを、液化ガスから分離する気液分離器と、前記気液分離器において気化ガスが分離された後の、残りの液化ガスを気化する気化器とを備えていることを特徴とするものである。 A liquefied gas vaporization system according to a first aspect of the present invention includes a Stirling engine that obtains power by using the cold heat of the liquefied gas, and a vaporized gas that is generated when a part of the liquefied gas is vaporized by heat from the cooler of the Stirling engine. Are separated from the liquefied gas, and a vaporizer for vaporizing the remaining liquefied gas after the vaporized gas is separated in the gas-liquid separator. .
この構成によれば、スターリングエンジンのクーラーを冷却する際に、液化ガスの一部がクーラーからの熱で気化することによって発生した気化ガスが、気液分離器において、液化ガスから分離される。そのため、気化器には液体(液化ガス)のみが供給されることになり、気化ガスが混在した気液二相流の状態で供給されることに起因して生じる、気化器への様々な悪影響が防止される。 According to this configuration, when the cooler of the Stirling engine is cooled, the vaporized gas generated by vaporizing a part of the liquefied gas by the heat from the cooler is separated from the liquefied gas in the gas-liquid separator. For this reason, only the liquid (liquefied gas) is supplied to the vaporizer, and various adverse effects on the vaporizer caused by supplying the vaporized gas in a gas-liquid two-phase flow state mixed with the vaporized gas. Is prevented.
第2の発明の液化ガス気化システムは、前記第1の発明において、前記気液分離器は、供給された前記液化ガスを、その下部において貯留する容器を備え、前記容器の下端部の液化ガスに埋没する位置に、前記スターリングエンジンのクーラーが配置され、前記容器の上端部に、前記気化ガスを導出するための気体出口が設けられるとともに、前記容器の側部又は底部に、前記液化ガスを導出するための液体出口が設けられていることを特徴とするものである。 In the liquefied gas vaporization system according to a second invention, in the first invention, the gas-liquid separator includes a container for storing the supplied liquefied gas in a lower portion thereof, and the liquefied gas at a lower end portion of the container. The cooler of the Stirling engine is disposed at a position where the gas is buried, a gas outlet for deriving the vaporized gas is provided at the upper end of the container, and the liquefied gas is introduced into the side or bottom of the container. A liquid outlet for leading out is provided.
この構成によれば、容器の下部には液化ガスの層が存在する一方で、容器上部には気化ガスの層が存在することになる。また、容器の下端部には、貯留された液化ガスに埋没するようにスターリングエンジンのクーラーが配置されている。従って、容器の下端部において、クーラーからの熱で発生した気化ガスは、液化ガス中を上方へ移動して液化ガスから分離し、さらに、容器の上端部に設けられた気体出口から容器外へ導出される。一方、気化せずに残った液化ガスは、容器の側部又は底部に設けられた液体出口から導出され、後段の気化器へ供給される。 According to this configuration, the liquefied gas layer exists in the lower part of the container, while the vaporized gas layer exists in the upper part of the container. Moreover, the cooler of the Stirling engine is arrange | positioned at the lower end part of the container so that it may be buried in the stored liquefied gas. Therefore, the vaporized gas generated by the heat from the cooler at the lower end of the container moves upward in the liquefied gas and is separated from the liquefied gas, and further, from the gas outlet provided at the upper end of the container to the outside of the container. Derived. On the other hand, the liquefied gas remaining without being vaporized is led out from the liquid outlet provided at the side or bottom of the container and supplied to the vaporizer at the subsequent stage.
また、液化ガスが貯留される容器の下端部にクーラーが配置されることで、容器下端部内でプール核沸騰が生じ、これによってクーラーと液化ガスの熱伝達率が格段に高くなることから、液化ガスによるクーラーの冷却を効率よく行うことができる。さらに、容器下端部に配置されたクーラーの周囲において発生した気化ガスは、クーラーから離れるように速やかに上昇していくため、クーラーと液化ガスの間の熱伝達が気化ガスによって妨げられることもない。 In addition, by arranging the cooler at the lower end of the container in which the liquefied gas is stored, pool nucleate boiling occurs in the lower end of the container, which significantly increases the heat transfer coefficient between the cooler and the liquefied gas. Cooling of the cooler by gas can be performed efficiently. Further, since the vaporized gas generated around the cooler disposed at the lower end of the container rises quickly so as to leave the cooler, heat transfer between the cooler and the liquefied gas is not hindered by the vaporized gas. .
第3の発明の液化ガス気化システムは、前記第2の発明において、前記容器への前記液化ガスの供給流量を調整する流量調整手段と、前記容器内の液化ガスの液面レベルを検出する液面検出手段と、前記液面検出手段の検出結果に基づいて、前記液体出口よりも液化ガスの液面が常に上方に位置するように、前記流量調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。 The liquefied gas vaporization system according to a third aspect of the present invention is the liquefied gas vaporization system according to the second aspect, wherein the flow rate adjusting means for adjusting the supply flow rate of the liquefied gas to the container, and the liquid level level detecting means And a control means for controlling the flow rate adjusting means so that the liquid level of the liquefied gas is always located above the liquid outlet based on the detection result of the liquid level detecting means. It is a feature.
この構成によれば、液化ガスの液面が、容器から液化ガスが導出される液体出口よりも上方に位置する状態が常に維持されるため、液面よりも上方に存在する気化ガスが液化ガスとともに液体出口から気化器へ流れてしまうことが防止される。 According to this configuration, since the liquid level of the liquefied gas is always maintained above the liquid outlet from which the liquefied gas is led out from the container, the vaporized gas existing above the liquid level is liquefied gas. At the same time, it is prevented from flowing from the liquid outlet to the vaporizer.
第4の発明の液化ガス気化システムは、前記第2又は第3の発明において、前記気化ガスが存在する前記容器の上部における水平断面積は、前記液化ガスが貯留される前記容器の下部の水平断面積よりも大きくなっていることを特徴とするものである。 In the liquefied gas vaporization system according to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the invention, the horizontal cross-sectional area at the upper part of the container where the vaporized gas is present is the horizontal of the lower part of the container where the liquefied gas is stored. It is characterized by being larger than the cross-sectional area.
このように、気化ガスが存在する容器上部の水平断面積が、液化ガスが貯留される容器下部の水平断面積よりも大きくなっていると、液化ガスから分離して容器上端部の気体出口へ向けて流れる際の、気化ガスの流速が低下する。そのため、容器下端部の液化ガスの一部が、気化ガスの流れに伴って気体出口から排出されてしまうのを抑制することができる。 Thus, when the horizontal cross-sectional area of the upper part of the container where the vaporized gas is present is larger than the horizontal cross-sectional area of the lower part of the container where the liquefied gas is stored, it is separated from the liquefied gas and is discharged to the gas outlet at the upper end of the container. The flow rate of the vaporized gas when flowing in the direction decreases. Therefore, it can suppress that a part of liquefied gas of a container lower end part is discharged | emitted from a gas exit with the flow of vaporized gas.
第5の発明の液化ガス気化システムは、前記第2〜第4の何れかの発明において、前記容器内に、前記クーラーの位置から前記液体出口よりも上方の位置まで延びる筒状部材が配置されていることを特徴とするものである。 In the liquefied gas vaporization system according to a fifth invention, in any one of the second to fourth inventions, a cylindrical member extending from the position of the cooler to a position above the liquid outlet is disposed in the container. It is characterized by that.
この構成によれば、筒状部材の内部に、クーラーからの熱によって気化した気化ガスが上昇するのに伴って、上方へ向かう液化ガスの流れが生じる。さらに、筒状部材の上端において液化ガスが溢れ出ることによって、筒状部材の外側において、下方へ向かう液化ガスの流れが発生する。これにより、容器内の液化ガスに循環流れが発生するため、クーラーからの入熱によって生じる、液化ガスの不均一な温度分布が解消される。また、この筒状部材によって、クーラーの周囲で発生した気化ガスが、液化ガスとともに液体出口から気化器へ流出してしまうことも防止される。 According to this structure, the flow of the liquefied gas which goes upwards arises in the inside of a cylindrical member as the vaporized gas vaporized with the heat from a cooler rises. Furthermore, when the liquefied gas overflows at the upper end of the cylindrical member, a downward flow of the liquefied gas is generated outside the cylindrical member. Thereby, since a circulating flow is generated in the liquefied gas in the container, the uneven temperature distribution of the liquefied gas caused by heat input from the cooler is eliminated. Further, the cylindrical member prevents the vaporized gas generated around the cooler from flowing out from the liquid outlet to the vaporizer together with the liquefied gas.
次に、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施形態の液化ガス気化システムの概略構成図である。本実施形態の液化ガス気化システム1は、LNG(液化天然ガス)等の低温の液化ガスを気化させ、所定温度、所定圧力の気化ガスを下流設備へ送出するものである。 Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquefied gas vaporization system of the present embodiment. The liquefied gas vaporization system 1 of the present embodiment vaporizes a low-temperature liquefied gas such as LNG (liquefied natural gas) and sends the vaporized gas having a predetermined temperature and a predetermined pressure to downstream equipment.
図1に示すように、本実施形態の液化ガス気化システム1は、液化ガスを貯留する液化ガスタンク2と、液化ガスタンク2から供給された低温の液化ガスの冷熱を利用して動力を得るスターリングエンジン3と、液化ガスタンク2に接続された気液分離器4と、気液分離器4から導出された液化ガスを気化させる気化器5と、気液分離器4で液化ガスから分離された気化ガスを昇温する気化ガス昇温器6と、気化システム1全体を制御する制御装置7(制御手段)などを備えている。
As shown in FIG. 1, a liquefied gas vaporization system 1 according to the present embodiment includes a
液化ガスタンク2から気液分離器4まで延びる液化ガス供給管8の途中部には、気液分離器4への液化ガスの流量を調整する流量調整装置9が設けられている。この流量調整装置9は、公知の流量調整弁を含む一般的な構成のものであり、制御装置7からの信号を受けて、気液分離器4へ供給される液化ガスの流量を所定量に調整する。
A flow
スターリングエンジン3は、2つのシリンダ(高温側の第1シリンダ10及び低温側の第2シリンダ11)と、2つのシリンダ10,11の内部においてそれぞれ上下に往復移動可能に配設された2つのパワーピストン12,13と、第1シリンダ10を加熱するヒーター14と、第2シリンダ11を冷却するクーラー15とを備えている。
The
2つのシリンダ10,11内にはヘリウム等の作動流体が封入されている。また、2つのシリンダ10,11は再生器16を介して連通しており、両シリンダ10,11の間で作動流体が相互に移動できるようになっている。
A working fluid such as helium is sealed in the two
ヒーター14は、熱源17からポンプ18によって供給された、温水や海水等の高温の熱媒体から熱を受け取り、第1シリンダ10内の作動流体を加熱する。一方、クーラー15は、後述する気液分離器4の下端部に貯留される低温の液化ガスから冷熱を受け取り(液化ガスに熱を放散し)、第2シリンダ11内の作動流体を冷却する。
The
2つのパワーピストン12,13の下端部はそれぞれクランク軸19に連結され、両ピストン12,13は、所定の位相差(例えば、90°程度)ずれた状態を維持しながら上下に往復運動し、クランク軸19に動力を伝達する。クランク軸19には、このクランク軸19と一体回転するフライホイール20が設けられている。また、クランク軸19の端部には動力を回収する動力回収装置21(例えば、発電機)が取り付けられる。
The lower end portions of the two
そして、第1シリンダ10における作動流体の膨張と、第2シリンダ11における作動流体の収縮によって、2つのパワーピストン12,13がそれぞれ上下に往復駆動されることでクランク軸19が回転駆動され、このクランク軸19に取り付けられた動力回収装置21によって動力が回収される。
Then, the expansion of the working fluid in the
気液分離器4は、液化ガスの冷熱によってスターリングエンジン3のクーラー15を冷却する際に、クーラー15からの熱で液化ガスの一部が気化することによって発生した気化ガスを、液化ガスから分離するものである。この気液分離器4の具体的な構造に関しては後ほど説明する。
When the cooler 15 of the
気液分離器4からは、気化器5へ液化ガスが送られて、気化器5により液化ガスが気化されるとともに、所定温度まで昇温される。ここで、この気化器5の前段に位置する気液分離器4において、液化ガスから気化ガスが分離されているため、気化器5には、液体(液化ガス)のみが供給され、液化ガスと気化ガスとが混在する二相流の状態でガスが供給されることはない。尚、気化器5は、特定の熱源方式のものに制限されるものではなく、空気式、海水式、温水式、あるいは、中間熱媒体式など、種々の方式のものを使用できる。
From the gas-
一方、気液分離器4で液化ガスから分離された気化ガスは、気化状態とは言え、まだかなり温度が低い状態であることから、気化ガス昇温器6へ送られて、所定温度まで昇温される。また、この気化ガス昇温器6においても、気化器5と同様に、空気式や温水式など種々の方式のものを使用できる。
On the other hand, the vaporized gas separated from the liquefied gas by the gas-
ここで、スターリングエンジン3の作動時には、クーラー15から液化ガスに熱が供給される(液化ガスの冷熱の一部がクーラー15で使用される)ため、スターリングエンジン3が併設されていない場合と比較して、気化器5及び気化ガス昇温器6において、同量の液化ガスを同温度の気化ガスにするために必要な熱エネルギーは少なくてすむ。さらに、スターリングエンジン3において、液化ガスの冷熱エネルギーの一部が動力回収装置21で動力として回収されるため、気化システム1全体のエネルギー効率は一層向上することになる。
Here, when the
気化器5から送出された気化ガスと、気化ガス昇温器6から送出された気化ガスは、混合器22によって混合される。また、この混合器22の後段には、混合された気化ガスの圧力を検出する圧力検出器23と、気化ガスの温度を検出する温度検出器24とが設けられている。
The vaporized gas delivered from the vaporizer 5 and the vaporized gas delivered from the vaporized
圧力検出器23からの圧力検出信号と温度検出器24からの温度検出信号は、ともに制御装置7に入力される。そして、制御装置7は、検出された気化ガスの圧力及び温度に基づいて、流量調整装置9に対して制御信号を出力し、気化ガスの圧力及び温度がそれぞれ所定の値となるように、液化ガスタンク2からの液化ガスの供給流量を制御する。
Both the pressure detection signal from the
次に、気液分離器4について詳細に説明する。図2は気液分離器4の縦断面図である。図2に示すように、気液分離器4は、液化ガスタンク2から液化ガス供給管8を介して供給された液化ガスを、その下部において貯留する容器30を備えている。
Next, the gas-
容器30は、上下方向に長尺な形状を有する。この容器30の下端部の側面には液化ガス供給管8が接続されており、この液化ガス供給管8から供給された液化ガスは、容器30の下部に貯留される。また、容器30の側部の、上下方向中央よりもやや下よりの位置には液体出口30aが設けられており、この液体出口30aは、液化ガス管25を介して気化器5に接続されている。尚、この液体出口30aは容器30の底部に設けられてもよい。一方、容器30の上端部には気体出口30bが設けられており、この気体出口30bは、気化ガス管26を介して気化ガス昇温器6に接続されている。
The
容器30の下端部には、前述したスターリングエンジン3のクーラー15が配置されており、容器30とクーラー15が一体化されている。このクーラー15は、液化ガス供給管8から供給されて容器30の下部に貯留される液化ガスの中に常に埋没しており、液化ガスとクーラー15との間で熱交換が連続して行われる。
The cooler 15 of the
クーラー15からの熱は液化ガスの顕熱及び蒸発潜熱として消費され、液化ガスの温度が上昇するとともに、液化ガスの一部が気化する。そして、液化ガスの一部が気化することにより発生した気化ガス(図2では多数の気泡40で示されている)は、液化ガス中を上方に移動して液面に到達し、液化ガスから分離する。この気化ガスは、容器30の上端部に設けられた気体出口30bから気化ガス昇温器6へ送出される。一方、気化ガスが分離した後の液化ガスは、容器30の側部に設けられた液体出口30aから気化器5へ送出される。
The heat from the cooler 15 is consumed as sensible heat and latent heat of vaporization of the liquefied gas, and the temperature of the liquefied gas rises and part of the liquefied gas is vaporized. Then, the vaporized gas (indicated by a large number of
尚、液化ガスが気化して気化ガスになると、体積が急激に増加することから、気体出口30bへ向かう気化ガスの流速はかなり大きなものとなる。そのため、気化ガスが液化ガスから分離する際に液化ガスが吹き上げられ、さらに、その一部が気化ガスとともに気体出口30bから流出してしまう虞がある。そのため、容器30の高さ(長さ)は、吹き上げられた液化ガスが気体出口30bに到達する前に落下することができる程度に、十分大きいことが好ましい。
Note that when the liquefied gas is vaporized to become a vaporized gas, the volume rapidly increases, and thus the flow rate of the vaporized gas toward the
また、容器30の下端部に、液化ガスに埋没するようにクーラー15が配置されることで、容器30下端部内でプール核沸騰が生じ、クーラー15と液化ガスの間の熱伝達率が格段に高くなる。そのため、液化ガスによるクーラー15の冷却を効率よく行うことができる。さらに、クーラー15の周囲において発生した気化ガスは、クーラー15から離れるように速やかに上昇していくため、クーラー15と液化ガスの間に気化ガスが介在することによる、熱伝達率の低下が極力防止される。
Further, the cooler 15 is disposed at the lower end portion of the
また、図2に示すように、容器30の下端部の内部には、クーラー15の位置から液体出口30aよりも上方の位置まで延びる、筒状部材31が設置されている。そのため、図2において矢印で示されているように、筒状部材31の内部に、クーラー15からの熱によって気化した気化ガスが上昇するのに伴って、上方へ向かう液化ガスの流れが生じる。さらに、筒状部材31の上端において液化ガスが溢れ出ることによって、筒状部材31の外側において、下方へ向かう液化ガスの流れが発生する。これにより、容器30内の液化ガスに循環流れが発生するため、クーラー15からの入熱によって生じる、液化ガスの不均一な温度分布が解消される。また、この筒状部材31によって、クーラー15の周囲で発生した気化ガスが、液化ガスとともに液体出口30aから気化器5へ流出してしまうことも防止される。
As shown in FIG. 2, a
さらに、容器30には、液化ガスの液面レベルを検出する液面検出器32(液面検出手段)が設けられており、図1に示すように、この液面検出器32からの液面レベル検出信号は、制御装置7に送られる。そして、制御装置7は、前述した圧力検出器23及び温度検出器24の検出結果に基づく制御に加えて、さらに、液面検出器32による液面レベルの検出結果に基づいて、液体出口30aよりも液化ガスの液面Aが常に上方に位置するように、流量調整装置9を制御するように構成されている。この構成によれば、液化ガスの液面Aが液体出口30aよりも上方に位置する状態が常に維持されるため、液面Aよりも上方に存在する気化ガスが液化ガスとともに液体出口30aから気化器5へ流れてしまうことが防止される。
Further, the
但し、容器30内の液化ガスの液面Aがあまりにも上方に位置していると、気化ガスに吹き上げられた液化ガスの液滴が気体出口30bへ流出してしまう虞があるので、液化ガスの液面Aは、液体出口30aよりも上方であって、容器30の上下方向中央位置よりも下方の位置に維持されることが好ましい。
However, if the liquid level A of the liquefied gas in the
以上説明したように、本実施形態の液化ガス気化システム1においては、スターリングエンジン3のクーラー15を冷却する際に、液化ガスの一部がクーラー15からの熱で気化することによって発生した気化ガスが、気液分離器4において、液化ガスから分離される。そのため、気化器5には液体(液化ガス)のみが供給されることになり、気化ガスが混在した気液二相流の状態で供給されることに起因して生じる、気化器5への様々な悪影響が防止される。
As described above, in the liquefied gas vaporization system 1 of the present embodiment, when the cooler 15 of the
また、気液分離器4において、液化ガスが貯留される容器30の下端部にクーラー15が配置されていることから、容器30の下端部内でプール核沸騰が生じて、クーラー15と液化ガスの間の熱伝達率が格段に高くなるため、液化ガスによるクーラー15の冷却を効率よく行うことができる。さらに、クーラー15の周囲において発生した気化ガスは、クーラー15から離れるように速やかに上昇していくため、クーラー15と液化ガスの間の熱伝達が気化ガスによって妨げられない。
In the gas-
尚、本発明を適用可能な形態は、前述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることが可能である。 In addition, the form which can apply this invention is not restricted to embodiment mentioned above, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
例えば、図3に示すように、気液分離器4Aにおいて、気化ガスが存在する容器30Aの上部が下部よりも膨らんでおり、この上部における水平断面積が、下部の水平断面積よりも大きくなっていてもよい。このように、容器30A上部の水平断面積が、容器30A下部の水平断面積よりも大きくなっていると、気化ガスが液化ガスから分離して容器30A上端部の気体出口30bへ向けて流れる際の、気化ガスの平均流速が低下する。そのため、液化ガスの一部が、気化ガスの上方への流れに伴って気体出口30bから排出されてしまうのを抑制することができる。
For example, as shown in FIG. 3, in the gas-
また、前記実施形態では、液化ガスを貯留する気液分離器4の容器30と、液化ガスにより冷却されるスターリングエンジン3のクーラー15が一体化されていたが、クーラー15とは別体の気液分離器が、クーラー15と気化器5の間の位置に配置されてもよい。この場合、クーラー15との間で熱交換を行った後の、液化ガスと気化ガスが混在した二相流の状態の流体が気液分離器に供給され、気液分離器において気化ガスが液化ガスから分離された後に、液化ガスが気化器5に供給されることになる。
Moreover, in the said embodiment, although the
1 液化ガス気化システム
3 スターリングエンジン
4,4A 気液分離器
5 気化器
7 制御装置
9 流量調整装置
15 クーラー
30,30A 容器
30a 液体出口
30b 気体出口
31 筒状部材
32 液面検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquefied
Claims (3)
前記液化ガスの一部が前記スターリングエンジンのクーラーからの熱で気化することによって発生した気化ガスを、液化ガスから分離する気液分離器と、
前記気液分離器において気化ガスが分離された後の、残りの液化ガスを気化する気化器と、
を備え、
前記気液分離器は、供給された前記液化ガスを、その下部において貯留する容器を備え、
前記容器の下端部の液化ガスに埋没する位置に、前記スターリングエンジンのクーラーが配置され、
前記容器の上端部に、前記気化ガスを導出するための気体出口が設けられるとともに、前記容器の側部又は底部に、前記液化ガスを導出するための液体出口が設けられ、
前記クーラーからの熱によって気化した気化ガスが内部を上昇するように前記容器内に配置され、前記クーラーの位置から前記液体出口よりも上方の位置まで延びる筒状部材を有し、
前記筒状部材と前記容器との間、および前記筒状部材と前記クーラーとの間に、それぞれ間隙が設けられていることを特徴とする液化ガス気化システム。 A Stirling engine that uses the cold energy of liquefied gas to obtain power,
A gas-liquid separator that separates from the liquefied gas the vaporized gas generated when a part of the liquefied gas is vaporized by heat from the cooler of the Stirling engine;
A vaporizer that vaporizes the remaining liquefied gas after the vaporized gas is separated in the gas-liquid separator;
Equipped with a,
The gas-liquid separator includes a container that stores the supplied liquefied gas in a lower portion thereof,
The Stirling engine cooler is disposed at a position buried in the liquefied gas at the lower end of the container,
A gas outlet for deriving the vaporized gas is provided at the upper end of the container, and a liquid outlet for deriving the liquefied gas is provided at the side or bottom of the container,
A vaporized gas vaporized by heat from the cooler is disposed in the container so as to rise inside, and has a cylindrical member extending from the position of the cooler to a position above the liquid outlet;
A liquefied gas vaporization system characterized in that gaps are provided between the cylindrical member and the container and between the cylindrical member and the cooler, respectively .
前記容器内の液化ガスの液面レベルを検出する液面検出手段と、
前記液面検出手段の検出結果に基づいて、前記液体出口よりも液化ガスの液面が常に上方に位置するように、前記流量調整手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の液化ガス気化システム。 A flow rate adjusting means for adjusting a supply flow rate of the liquefied gas to the container;
A liquid level detecting means for detecting a liquid level of the liquefied gas in the container;
Control means for controlling the flow rate adjusting means so that the liquid level of the liquefied gas is always located above the liquid outlet based on the detection result of the liquid level detecting means;
The liquefied gas vaporization system according to claim 1 , comprising:
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