JP4980284B2 - Liquid cooling device - Google Patents
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Description
本発明は、原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させてガスハイドレートを生成する反応生成部内の液体相を冷却する液体冷却装置に関する。 The present invention relates to a liquid cooling device that cools a liquid phase in a reaction generation unit that generates a gas hydrate by reacting a raw material gas and water under low temperature and high pressure.
ガスハイドレートは、水分子が結合して形成された立体構造の籠の内部に、例えば天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素や二酸化炭素等のガス分子が取り込まれて形成される包接(クラスレート)水和物(ハイドレート)の総称である。すなわち、ガスハイドレートは、原料ガス分子と水分子からなる氷状の固体物質であり、水分子が形成する立体的な籠状構造の内部に原料ガス分子を包接した安定な包接化合物の一種である。このガスハイドレートは、ガス包蔵量が比較的大きいと共に、大きな生成・分解エネルギーや、ハイドレート化ガスの選択性等の特徴ある性質を有しているため、例えば、天然ガス等の輸送・貯蔵手段や、蓄熱システム、アクチュエータ、特定成分ガスの分離回収等の多様な用途が可能であり、盛んに研究がなされている。 In gas hydrate, gas molecules such as hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane, which are natural gas components, and carbon dioxide are taken into the interior of the three-dimensional structure formed by combining water molecules. It is a general term for clathrate hydrates (hydrates) formed in this way. That is, the gas hydrate is an ice-like solid substance composed of source gas molecules and water molecules, and is a stable clathrate compound in which source gas molecules are included inside a three-dimensional cage structure formed by water molecules. It is a kind. This gas hydrate has a relatively large gas storage capacity, and has characteristic properties such as large generation / decomposition energy and selectivity of hydrated gas. For example, transportation and storage of natural gas, etc. Various applications such as means, heat storage systems, actuators, and separation and recovery of specific component gases are possible, and research is actively conducted.
ガスハイドレートは、通常、高圧・低温条件の下で生成される。生成方法として、以下の方式が良く知られている。原料ガスを高圧に充填した反応容器の上部から冷却した水を噴霧することにより、水滴が原料ガス中を落下する際に水滴表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「水噴霧方式」や、反応容器内の水中に原料ガスを気泡として導入(バブリング)することにより、原料ガスの気泡が水中を上昇する際に気泡表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「バブリング方式」等である。 Gas hydrate is usually generated under high pressure and low temperature conditions. The following methods are well known as generation methods. By spraying cooled water from the top of the reaction vessel filled with raw material gas at high pressure, so-called "water spray method", in which gas hydrate is generated on the surface of the water droplet when the water droplet falls in the raw material gas, reaction A so-called “bubbling method” or the like is performed such that gas hydrate is generated on the surface of the bubbles when the bubbles of the source gas rise in the water by introducing the source gas into the water in the container as bubbles.
バブリング方式では、反応容器内の水中で生成されるガスハイドレートは、比重が水より小さいので水中を浮上する。そして、生成反応の進行によりガスハイドレートの量が増えると共に撹拌によりスラリー化される。通常、スラリー中のガスハイドレートの含有量が約10wt%〜20wt%程度になった段階で、生成されたガスハイドレートはスラリー状態で反応容器外に抜き出される。 In the bubbling method, the gas hydrate generated in the water in the reaction vessel floats in the water because the specific gravity is smaller than that of water. Then, the amount of gas hydrate increases with the progress of the production reaction and is slurried by stirring. Usually, when the content of gas hydrate in the slurry becomes about 10 wt% to 20 wt%, the generated gas hydrate is extracted out of the reaction vessel in a slurry state.
この抜き出されたスラリー状態のガスハイドレートは、脱水装置に通されて脱水されガスハイドレートの含有量が約40wt%〜50wt%程度に高められる。その状態にして更にガスハイドレートの含有量を約90wt%程度に高めるための次の生成工程に送られる。 The extracted gas hydrate in the slurry state is passed through a dehydrator to be dehydrated and the gas hydrate content is increased to about 40 wt% to 50 wt%. In this state, it is sent to the next generation step for further increasing the gas hydrate content to about 90 wt%.
図8は従来のガスハイドレートの製造装置の概略構成図を示す(例えば特許文献1)。原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させて一次ガスハイドレート6を生成する反応生成部1と、該反応生成部1内の液体を冷却する液体冷却装置2と、該反応生成部1で生成した一次ガスハイドレート6のスラリーがスラリーポンプ10を介して送られ、該スラリーを濃縮する脱水装置3と、該脱水装置3で脱水処理された濃縮スラリーと原料ガスを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレート4を生成する第二反応生成部5とを備えている。
FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of a conventional gas hydrate manufacturing apparatus (for example, Patent Document 1). A
液体冷却装置2は、ガスハイドレートの生成反応が発熱反応であるため、反応生成部1内の液温上昇を抑えるために設けられている。該液体冷却装置2は、図8に示したように、第一の反応生成部1から液体を外部に抜き出して戻す循環ライン7と、該循環ライン7に設けられた循環用ポンプ8と、該循環用ポンプ8より循環方向における下流側に設けられた熱交換器9によって構成されている。
しかし、反応生成部1で生成した一次ガスハイドレート6のスラリーを抜き出して熱交換器9で冷却すると、スラリーの液温を下げることができるが、その液温低下はガスハイドレートの生成反応が進む方向に作用する。その結果、該熱交換器9内でガスハイドレートが生成し、付着し、その流路を閉塞する問題があった。
However, when the slurry of the
従来の熱交換器9は、その伝熱管11が全長に渡って内径が一様な同径構造に構成されている。内径の寸法は通常19mm程度である。また、その形状は一直線のもの、U字反転形状等があり、その全長は通常4mから6m程度である。このような長尺同径構造では内部を流れる液体は一様な速度で流れているので、ガスハイドレートが生成して内壁に付着しやすい環境であると共に、伝熱管11内で一旦ガスハイドレートの生成、付着による閉塞が起こると、そこを起点にしてガスハイドレートの生成、付着が増大し、その付着したガスハイドレートを除去することは困難であった。
The
本発明の目的は、熱交換器の伝熱管の内壁にガスハイドレートが付着しにくい液体冷却装置を提供することにある。更に、付着してもそれを容易に除去できる液体冷却装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a liquid cooling device in which gas hydrate is unlikely to adhere to the inner wall of a heat transfer tube of a heat exchanger. It is another object of the present invention to provide a liquid cooling device that can be easily removed even if it adheres.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る液体冷却装置は、原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させてガスハイドレートを生成する反応生成部内の液体相を冷却する液体冷却装置であって、前記反応生成部から液体を抜き出して再び戻す循環ラインと、前記循環ラインに設けられた循環用ポンプと、前記循環ラインに設けられた熱交換器とを備え、前記熱交換器は、前記液体が流れる伝熱管の内径が液体の循環方向の入口側が大径、出口側が小径になる異径構造に構成されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the liquid cooling apparatus according to the first aspect of the present invention includes a liquid phase in a reaction generation unit that generates a gas hydrate by reacting a raw material gas and water under low temperature and high pressure. A liquid cooling device for cooling, comprising a circulation line for extracting liquid from the reaction generation unit and returning it again, a circulation pump provided in the circulation line, and a heat exchanger provided in the circulation line, The heat exchanger is characterized in that the heat transfer tube through which the liquid flows has a different diameter structure in which the inlet side in the liquid circulation direction has a large diameter and the outlet side has a small diameter.
本態様によれば、前記液体が流れる伝熱管の内径が液体の循環方向の入口側が大径、出口側が小径になる異径構造に構成されているので、液体の流速は入口から出口に向かって進むにつれて次第に速くなる。この次第に速くなる流速の変化により、伝熱管内を流れるガスハイドレートが伝熱管の内壁に付着しにくくすることができる。 According to this aspect, since the inner diameter of the heat transfer tube through which the liquid flows is configured to have a different diameter structure in which the inlet side in the liquid circulation direction has a large diameter and the outlet side has a small diameter, the liquid flow rate is from the inlet toward the outlet. It gets faster and faster as you go. Due to the gradually changing flow velocity, the gas hydrate flowing in the heat transfer tube can be made difficult to adhere to the inner wall of the heat transfer tube.
本発明の第2の態様は、前記第1の態様の液体冷却装置において、前記伝熱管の異径構造は、液体の循環方向に内径が漸次小さくなるテーパー形状であることを特徴とするものである。
本態様によれば、テーパー形状としたことで、伝熱管の全長に渡って一様な高速化を実現できるので、いずれの箇所においても閉塞が起こりにくくすることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the liquid cooling apparatus according to the first aspect, the different diameter structure of the heat transfer tube has a tapered shape in which an inner diameter gradually decreases in a liquid circulation direction. is there.
According to this aspect, since the taper shape is used, uniform speeding-up can be realized over the entire length of the heat transfer tube, so that blockage can hardly occur at any location.
本発明の第3の態様は、前記第1の態様の液体冷却装置において、前記伝熱管の異径構造は、液体の循環方向に内径が段階的に小さくなる多段形状であることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the liquid cooling apparatus according to the first aspect, the different-diameter structure of the heat transfer tube has a multistage shape in which the inner diameter decreases stepwise in the liquid circulation direction. Is.
本態様によれば、伝熱管の内径が段階的に小さくなる多段形状であるので、管内を流れる液体(流体)は次第に高速化すると共に、その流れに変化が起きて一層ガスハイドレートは伝熱管の内壁に付着しにくくなっている。 According to this aspect, since the inner diameter of the heat transfer tube is a multi-stage shape that gradually decreases, the liquid (fluid) flowing in the tube is gradually increased in speed, and the flow is changed, and the gas hydrate is further transferred to the heat transfer tube. It becomes difficult to adhere to the inner wall of the.
本発明の第4の態様は、前記第3の態様の液体冷却装置において、前記伝熱管の内径が大から小に変化する領域に対応する当該伝熱管の外面部に断熱部材が被設されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid cooling apparatus according to the third aspect, a heat insulating member is provided on an outer surface portion of the heat transfer tube corresponding to a region where the inner diameter of the heat transfer tube changes from large to small. It is characterized by being.
伝熱管の内径が段階的に小さくなる多段形状では、伝熱管の内径が徐々に小さくなる箇所では、その周囲を流れる冷媒の冷却によってガスハイドレートが付着しやすくなっている。しかし本発明においては、対応する当該伝熱管の外面部に断熱部材が被設されているので、冷媒による冷却作用が緩和され、ガスハイドレートが付着しにくくなっている。 In a multi-stage shape in which the inner diameter of the heat transfer tube is reduced stepwise, gas hydrate is likely to adhere to the portion where the inner diameter of the heat transfer tube gradually decreases due to cooling of the refrigerant flowing therearound. However, in the present invention, since the heat insulating member is provided on the outer surface portion of the corresponding heat transfer tube, the cooling action by the refrigerant is alleviated and the gas hydrate is difficult to adhere.
本発明の第5の態様は、前記第1の態様から第4の態様のいずれか一つの液体冷却装置において、前記熱交換器の上流と下流の差圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出信号を受けて、前記差圧が第1の設定値P1を越えたときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を逆向きに切り換える制御部とを備えることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid cooling apparatus according to any one of the first to fourth aspects, a pressure sensor that detects a differential pressure upstream and downstream of the heat exchanger, and the pressure sensor And a control unit that switches the direction of the circulation flow by the circulation pump in the reverse direction when the differential pressure exceeds the first set value P1.
本態様によれば、前記高速化によってガスハイドレートが伝熱管の内壁に付着しにくくなっているが、それでも付着して閉塞が発生したときは、その閉塞の発生を圧力センサによって判定し、制御部が循環ポンプによる液体の循環流れの方向を逆向きに切り換えるようになっている。この流れ方向の逆転変化による衝撃によって付着しているガスハイドレートを脱落し、閉塞を解消することができる。 According to this aspect, the gas hydrate is less likely to adhere to the inner wall of the heat transfer tube due to the increase in speed. However, when the gas hydrate still adheres and becomes clogged, the occurrence of the clogging is determined by the pressure sensor and controlled. The unit switches the direction of the circulation flow of the liquid by the circulation pump in the reverse direction. The gas hydrate adhering to the impact due to the reversal change in the flow direction can be removed to eliminate the blockage.
本発明の第6の態様は、前記第5の態様の液体冷却装置において、前記制御部は、前記圧力センサの検出信号を受けて、前記差圧が第2の設定値P2以下になったときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を初期の向きに戻すように構成されていることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid cooling apparatus according to the fifth aspect, the control unit receives a detection signal from the pressure sensor, and the differential pressure becomes equal to or less than a second set value P2. Is configured to return the direction of the circulation flow by the circulation pump to the initial direction.
本態様によれば、前記流れ方向の逆転変化の後、ガスハイドレートの閉塞が解消されたとき、液体の循環流れの方向を自動的に初期状態に戻して正常運転に戻すことができる。 According to this aspect, after the reversal change of the flow direction, when the clogging of the gas hydrate is resolved, the direction of the liquid circulation flow can be automatically returned to the initial state to return to the normal operation.
本発明の第7の態様は、前記第1の態様から第4の態様のいずれか一つの液体冷却装置において、前記熱交換器の上流と下流の差圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出信号を受けて制御信号を出力する制御部とを備え、前記制御部は、前記差圧が第1の設定値P1を越えたときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を逆向きに変え、その後第1の設定時間T1を経過したら前記差圧が第2の設定値P2以下になったか判定し、前記差圧が第2の設定値P2以下になっていないときは前記循環ポンプによる循環流れの向きを初期の向きに変え、その後第2の設定時間T2を経過したら再度前記差圧が第2の設定値P2以下になったか判定し、前記差圧が第2の設定値P2以下になっていないときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を逆向きに変える工程に戻し、一方前記差圧が第2の設定値P2以下になったときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を初期の向きに戻して終了する制御部とを備えることを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the liquid cooling apparatus according to any one of the first to fourth aspects, a pressure sensor that detects a differential pressure upstream and downstream of the heat exchanger, and the pressure sensor And a control unit that outputs a control signal in response to the detection signal, and when the differential pressure exceeds a first set value P1, the control unit changes the direction of the circulation flow by the circulation pump in the reverse direction. Thereafter, when the first set time T1 has elapsed, it is determined whether or not the differential pressure has become equal to or less than the second set value P2, and when the differential pressure has not become equal to or less than the second set value P2, circulation by the circulation pump is performed. The flow direction is changed to the initial direction, and when the second set time T2 elapses thereafter, it is again determined whether the differential pressure has become the second set value P2 or less, and the differential pressure has been set to the second set value P2 or less. If not, the circulation flow by the circulation pump A control unit that returns to the step of changing the direction to the opposite direction, and on the other hand returns the direction of the circulation flow by the circulation pump to the initial direction when the differential pressure becomes equal to or less than the second set value P2, and ends. It is characterized by.
本態様によれば、ガスハイドレートの閉塞が容易には解消できない高負荷の場合でも、液体の循環流れの向きの変更を正逆繰り返すことができるので、その繰り返しの変化の衝撃によって閉塞を解消することができる。 According to this aspect, even in the case of a high load where the blockage of the gas hydrate cannot be easily resolved, the change in the direction of the circulation flow of the liquid can be repeated forward and backward, so the blockage is eliminated by the impact of the repeated change. can do.
本発明の第8の態様は、前記第1の態様から第7の態様のいずれか一つの液体冷却装置において、前記熱交換器は前記循環用ポンプより循環方向の上流側に位置することを特徴とするものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the liquid cooling device according to any one of the first to seventh aspects, the heat exchanger is located upstream in the circulation direction from the circulation pump. It is what.
本態様によれば、循環ラインにおいて、熱交換器は循環用ポンプよりも循環方向における上流側に設けられている。従って、前記伝熱管にガスハイドレートに基づく閉塞が発生すると、循環ポンプのポンプ圧は吸引力となって前記閉塞部分に作用することになり、該閉塞部分の圧力を前記ポンプ圧(吸引力)によって自動的に下げるように作用する。その圧力がガスハイドレートの分解の平衡圧力以下にまで下がったときに、閉塞をもたらしたガスハイドレートの分解反応が始まり、進行する。従って、前記異径構造と相俟って一層閉塞を起こりにくくすることができる。 According to this aspect, in the circulation line, the heat exchanger is provided upstream of the circulation pump in the circulation direction. Therefore, when a blockage based on gas hydrate occurs in the heat transfer tube, the pump pressure of the circulation pump becomes a suction force and acts on the blockage portion, and the pressure of the blockage portion is changed to the pump pressure (suction force). Acts to automatically lower. When the pressure drops below the equilibrium pressure for gas hydrate decomposition, the gas hydrate decomposition reaction that caused the blockage begins and proceeds. Therefore, in combination with the different-diameter structure, it is possible to further prevent clogging.
本発明によれば、熱交換器における液体が流れる伝熱管の内径が液体の循環方向の入口側が大径、出口側が小径になる異径構造に構成されているので、液体の流速は入口から出口に向かって進むにつれて次第に速くなる。この次第に速くなる流速の変化により、伝熱管内を流れるガスハイドレートが伝熱管の内壁に付着しにくくすることができる。 According to the present invention, the inner diameter of the heat transfer tube through which the liquid flows in the heat exchanger is configured to have a different diameter structure in which the inlet side in the circulation direction of the liquid has a large diameter and the outlet side has a small diameter. It gets faster and faster as you move toward. Due to the gradually changing flow velocity, the gas hydrate flowing in the heat transfer tube can be made difficult to adhere to the inner wall of the heat transfer tube.
[実施の形態1]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1(A)は本発明の実施の形態1に係る液体冷却装置を備えたガスハイドレートの製造装置を示す概略構成図であり、図1(B)は伝熱管のガスハイドレートが付着した状態における要部拡大断面図ある。図2は熱交換器の概略構成を示す断面図であり、図3は伝熱管の内壁にガスハイドレートが付着した状態における熱交換器の概略構成を示断面図である。図4は液体冷却装置の制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
[Embodiment 1]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 (A) is a schematic configuration diagram showing a gas hydrate manufacturing apparatus including a liquid cooling device according to
本実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置は、原料ガスと水とを低温(約3℃)及び高圧(約5.5MPa)の下で反応させて一次ガスハイドレート6を生成する反応生成部1と、該反応生成部1内の液体を冷却する液体冷却装置2と、該反応生成部1で生成した一次ガスハイドレート6のスラリーがスラリーポンプ10を介して送られ、該スラリーを濃縮する脱水装置3と、該脱水装置3で脱水処理された濃縮スラリーと原料ガスを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレート4を生成する第二反応生成部5とを備えて構成されている。
The apparatus for producing a gas hydrate according to the present embodiment generates a
液体冷却装置2は、繰り返しの説明になるが、ガスハイドレートの生成反応が発熱反応であるため、反応生成部1内の液温上昇を抑えるために設けられている。該液体冷却装置2は、図1(A)に示したように、第一の反応生成部1から液体を外部に抜き出して戻す循環ライン7と、該循環ライン7に設けられた循環用ポンプ8と、該循環用ポンプ8より循環方向Fにおける下流側に設けられた熱交換器9によって構成されている。
Although the
前記熱交換器9は、前記液体が流れる伝熱管11の内径が液体の循環方向Fの入口側が大径、出口側が小径になる異径構造に構成されている。本実施の形態では、図1(B)、図2または図3に示したように、前記伝熱管11の異径構造は、液体の循環方向Fに内径が漸次小さくなるテーパー形状になっている。
The
更に、前記熱交換器9の上流と下流の差圧を検出する圧力センサ12,13と、前記圧力センサ12,13の検出信号を受けて、前記差圧が第1の設定値P1を越えたときは前記循環ポンプ8による循環流れの方向を逆向きUに切り換える制御部14とを備えている。ここで、第1の設定値P1は、閉塞が発生してそれ以上放置すると解消するのが困難になるときの伝熱管11の上流と下流の圧力差すなわち差圧であり、予め実測によって定められるものである。
Further, the
本実施の形態では、更に、制御部14は、前記圧力センサ12,13の検出信号を受けて、前記差圧が第2の設定値P2以下になったときは前記循環ポンプ8による循環流れの方向を初期の向きFに戻すように構成されている。ここで、第2の設定値P2は、伝熱管11に閉塞が発生した後に前記逆向きUの方向に循環流れが切り換えられた状態において、伝熱管11の内壁に付着していたガスハイドレートが徐々に剥がれて閉塞が解消されていくと、前記差圧が次第に小さくなるが、その小さくなった差圧で閉塞がほぼ完全に解消された状態における差圧であり、やはり予め実測によって定められるものである。
In the present embodiment, the
図1(B)及び図3において、符号15は伝熱管11の内壁16に付着したガスハイドレートを示す。また、図2及び図3において、符号17は熱交換器9の本体20に設けられた冷媒19の入口、符号18は同出口を示す。
In FIG. 1B and FIG. 3,
本実施の形態1の作用効果を説明する。前記液体が流れる伝熱管11の内径が液体の循環方向の入口側が大径、出口側が小径になる異径構造に構成されているので、液体の流速は入口から出口に向かって進むにつれて次第に速くなる。この次第に速くなる流速の変化により、伝熱管11内を流れるガスハイドレートが伝熱管11の内壁16に付着する虞を低減することができる。更に、前記異径構造をテーパー形状としたことで、伝熱管11の全長に渡って一様な高速化を実現でき、いずれの箇所においても閉塞が起こりにくくすることができる。
The operational effects of the first embodiment will be described. Since the inner diameter of the
また、前記高速化によってガスハイドレートが伝熱管11の内壁16に付着しにくくなっているが、それでも付着して閉塞が発生したときは、制御部14によって図4に示した制御フローで以下のように制御される。
Moreover, although the gas hydrate is less likely to adhere to the
その閉塞の発生を圧力センサ12,13によって判定し(第1の設定値P1を超えたか? ステップS1)、制御部14が循環ポンプ8による液体の循環流れの方向を逆向きUに切り換える制御信号を出力する(ステップS2)。この流れ方向の逆転変化による衝撃によって伝熱管11の内壁16に付着しているガスハイドレートを脱落し、閉塞を解消することができる。
The occurrence of the blockage is determined by the
更に、前記循環流れの逆転変化(U方向)の後、ガスハイドレートの閉塞が解消されたとき、前記差圧が小さくなるが、それを圧力センサ12,13が検出し(第2の設定値P2以下になったか? ステップS3)、液体の循環流れの方向を自動的に初期状態(Fの方向)に戻して正常運転に戻すことができる(ステップS4)。
Further, after the reversal change of the circulating flow (U direction), when the gas hydrate blockage is resolved, the differential pressure decreases, but this is detected by the
[実施の形態2]
図5は本発明の実施の形態2に係る液体冷却装置の制御部の制御内容を説明するフローチャートである。本実施の形態では、前記制御部14は、前記差圧が第1の設定値P1を越えたときは(ステップS11)、前記循環ポンプ8による循環流れの方向を逆向きに変え(ステップS12)、その後第1の設定時間T1を経過したら(ステップS13)、前記差圧が第2の設定値P2以下になったか判定し(ステップS14)、前記差圧が第2の設定値P2以下になっていないときは前記循環ポンプ8による循環流れの向きを初期の向きFに変え(ステップS15)、その後第2の設定時間T2を経過したら(ステップS16)、再度前記差圧が第2の設定値P2以下になったか判定し(ステップS17)、前記差圧が第2の設定値P2以下になっていないときは前記循環ポンプ8による循環流れの方向を逆向きUに変える工程に戻し(ステップS12)。そして、循環ポンプ8による循環流れの方向を正逆切り換え、それを繰り返すように構成されている。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a flowchart for explaining the control contents of the controller of the liquid cooling apparatus according to
一方、前記差圧が第2の設定値P2以下になったときは(ステップ14,ステップ17)前記循環ポンプ8による循環流れの方向を初期の向きFに戻して(ステップ18)終了するように、当該制御部14は構成されている。
On the other hand, when the differential pressure becomes equal to or less than the second set value P2 (steps 14 and 17), the direction of the circulation flow by the
本実施の形態によれば、ガスハイドレートの閉塞が容易には解消できない高負荷の場合でも、液体の循環流れの向きの変更を正逆繰り返すことができるので、その繰り返しの変化の衝撃によって閉塞を解消することができる。 According to the present embodiment, even in the case of a high load where the blockage of the gas hydrate cannot be easily resolved, the change in the direction of the circulation flow of the liquid can be repeated forward and reverse, so that the blockage is caused by the impact of the repeated change. Can be eliminated.
[実施の形態3]
図6は本発明の実施の形態3に係る液体冷却装置の概略断面図である。本実施の形態に係る液体冷却装置は、前記伝熱管11の異径構造は、液体の循環方向に内径が段階的に小さくなる多段形状であることを特徴とする。すなわち、伝熱管11の内径が最大の同径部21、内径が2番目の同径部22、3番目の同径部23、そして最小の同径部24が方向Fに沿ってこの順番で位置している。そして、各同径部の境界部にテーパー部25、26、27がやはり方向Fに沿ってこの順番で位置している。更に、前記伝熱管11の内径が大から小に変化する領域である前記テーパー部25,26,27に対応する当該伝熱管11の外面部に断熱部材28が被設されている。断熱材28の種類は汎用されているものが使え、特定の種類に限定されない。
[Embodiment 3]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid cooling apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The liquid cooling device according to the present embodiment is characterized in that the different diameter structure of the
本実施の形態によれば、伝熱管11の内径が段階的に小さくなる多段形状であるので、管内を流れる液体(流体)は次第に高速化すると共に、その流れに変化が起きて一層ガスハイドレートは伝熱管11の内壁16に付着しにくくなっている。
According to the present embodiment, since the inner diameter of the
更に、伝熱管11の内径が段階的に小さくなる多段形状では、伝熱管11の内径が徐々に小さくなる箇所である前記テーパー部25,26,27では、その周囲を流れる冷媒19の冷却によってガスハイドレートが付着しやすくなっている。しかし本実施の形態においては、対応する当該伝熱管11の外面部に断熱部材28が被設されているので、冷媒19による冷却作用が緩和され、ガスハイドレートが付着しにくくなっている。
Further, in the multistage shape in which the inner diameter of the
[実施の形態4]
図7は本発明の実施の形態4に係る液体冷却装置を備えたガスハイドレートの製造装置を示す概略構成図である。本実施の形態に係る液体冷却装置2は、前記熱交換器9は前記循環用ポンプ8より循環方向の上流側に位置することを特徴とする。その他の構成は図1に示した実施の形態1と同様であるので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a gas hydrate manufacturing apparatus provided with a liquid cooling apparatus according to
本実施の形態によれば、循環ライン7において、熱交換器9は循環用ポンプ8よりも循環方向における上流側に設けられている。従って、前記伝熱管11にガスハイドレートに基づく閉塞が発生すると、循環ポンプ8のポンプ圧は吸引力となって前記閉塞部分に作用することになり、該閉塞部分の圧力を前記ポンプ圧(吸引力)によって自動的に下げるように作用する。その圧力がガスハイドレートの分解の平衡圧力以下にまで下がったときに、閉塞をもたらしたガスハイドレートの分解反応が始まり、分解が進行する。従って、前記異径構造と相俟って一層閉塞を起こりにくくすることができる。
According to the present embodiment, in the
1 反応生成部、 2 液体冷却装置、 3 脱水装置、 4 高濃度の二次ガスハイドレート、 5 第二反応生成部、 6 一次ガスハイドレート、 7 循環ライン、 8 循環用ポンプ、 9 熱交換器、 10 スラリーポンプ、 11 伝熱管、 12 圧力センサ、 13 圧力センサ、 14 制御部、 15 付着したガスハイドレート、 16 内壁、 17 冷媒の入口、 18 冷媒の出口、 19 冷媒、 20 熱交換器の本体、 21 内径が最大の同径部、 22 内径が2番目の同径部、 23 3番目の同径部、 24 最小の同径部、 25,26,27 テーパー部、 28 断熱部材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記反応生成部から液体を抜き出して再び戻す循環ラインと、
前記循環ラインに設けられた循環用ポンプと、
前記循環ラインに設けられた熱交換器と、を備え、
前記熱交換器は、前記液体が流れ前記循環ラインの一部を成している伝熱管の内径が液体の循環方向の入口側が大径、出口側が小径になる異径構造に構成され、
前記熱交換器は、前記循環ラインにおいて前記循環用ポンプより循環方向の上流側に位置し、前記伝熱管の前記小径な出口部分に前記循環用ポンプのポンプ圧が吸引力となって作用することを特徴とする液体冷却装置。 A liquid cooling device that cools a liquid phase in a reaction generation unit that reacts a raw material gas and water under low temperature and high pressure to generate gas hydrate,
A circulation line for extracting liquid from the reaction generation unit and returning it again;
A circulation pump provided in the circulation line;
A heat exchanger provided in the circulation line,
The heat exchanger, the inlet side of the circulation direction inside diameter of the liquid of the heat transfer tube that has a part of the circulation line, wherein the liquid flow diameter, configured in different diameters structure outlet side becomes small,
The heat exchanger is located upstream of the circulation pump in the circulation line in the circulation line, and the pump pressure of the circulation pump acts as a suction force on the small diameter outlet portion of the heat transfer tube. A liquid cooling device.
前記伝熱管の異径構造は、液体の循環方向に内径が漸次小さくなるテーパー形状であることを特徴とする液体冷却装置。 The liquid cooling device according to claim 1,
The liquid cooling apparatus according to claim 1, wherein the heat transfer tube has a different diameter structure having a tapered shape in which an inner diameter gradually decreases in a liquid circulation direction.
前記伝熱管の異径構造は、液体の循環方向に内径が段階的に小さくなる多段形状であることを特徴とする液体冷却装置。 The liquid cooling device according to claim 1,
2. The liquid cooling apparatus according to claim 1, wherein the heat transfer tube has a different-diameter structure having a multistage shape in which an inner diameter is gradually reduced in a liquid circulation direction.
前記伝熱管の内径が大から小に変化する領域に対応する当該伝熱管の外面部に断熱部材が被設されていることを特徴とする液体冷却装置。 The liquid cooling device according to claim 3.
A liquid cooling device, wherein a heat insulating member is provided on an outer surface portion of the heat transfer tube corresponding to a region where the inner diameter of the heat transfer tube changes from large to small.
前記熱交換器の上流と下流の差圧を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出信号を受けて、前記差圧が第1の設定値P1を越えたときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を逆向きに切り換える制御部と、を備えることを特徴とする液体冷却装置。 In the liquid cooling device according to any one of claims 1 to 4,
A pressure sensor for detecting a differential pressure upstream and downstream of the heat exchanger;
And a control unit that receives a detection signal of the pressure sensor and switches the direction of the circulation flow by the circulation pump in a reverse direction when the differential pressure exceeds a first set value P1. Cooling system.
前記制御部は、前記圧力センサの検出信号を受けて、前記差圧が第2の設定値P2以下になったときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を初期の向きに戻すように構成されていることを特徴とする液体冷却装置。 The liquid cooling device according to claim 5, wherein
The control unit is configured to receive a detection signal of the pressure sensor and to return the direction of the circulation flow by the circulation pump to the initial direction when the differential pressure becomes equal to or less than a second set value P2. A liquid cooling device.
前記熱交換器の上流と下流の差圧を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出信号を受けて制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記差圧が第1の設定値P1を越えたときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を逆向きに変え、その後第1の設定時間T1を経過したら前記差圧が第2の設定値P2以下になったか判定し、前記差圧が第2の設定値P2以下になっていないときは前記循環ポンプによる循環流れの向きを初期の向きに変え、その後第2の設定時間T2を経過したら再度前記差圧が第2の設定値P2以下になったか判定し、前記差圧が第2の設定値P2以下になっていないときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を逆向きに変える工程に戻し、一方前記差圧が第2の設定値P2以下になったときは前記循環ポンプによる循環流れの方向を初期の向きに戻して終了する制御部と、を備えることを特徴とする液体冷却装置。 In the liquid cooling device according to any one of claims 1 to 4,
A pressure sensor for detecting a differential pressure upstream and downstream of the heat exchanger;
A control unit that receives a detection signal of the pressure sensor and outputs a control signal; and
The controller is
When the differential pressure exceeds the first set value P1, the direction of the circulation flow by the circulation pump is changed to the reverse direction, and after the first set time T1, the differential pressure is equal to or less than the second set value P2. When the differential pressure is not less than or equal to the second set value P2, the direction of the circulation flow by the circulation pump is changed to the initial direction, and after the second set time T2 has passed, It is determined whether or not the differential pressure is equal to or lower than the second set value P2, and when the differential pressure is not equal to or lower than the second set value P2, the process returns to the step of changing the direction of the circulation flow by the circulation pump to the opposite direction. On the other hand, a liquid cooling apparatus comprising: a control unit that returns the direction of the circulation flow by the circulation pump to an initial direction when the differential pressure becomes equal to or less than a second set value P2, and ends.
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