JP6525607B2 - 低温液化ガスの気化装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、低温液化ガスの気化装置に関する。

特許文献１には、低温液化ガスの気化装置の１つとして、水中燃焼式気化装置（Submerged Combustion Vaporizer）が記載されている。水中燃焼式気化装置は、液化天然ガスといった低温液化ガスの気化装置の一つであり、水槽内に浸漬されかつ、バーナーからの燃焼ガスを、周面に形成された気泡噴出孔を通じて水中に噴出する複数のスパージパイプと、水槽内におけるスパージパイプの上側に配置された伝熱管を有する熱交換器と、を備えている。水中に気泡として噴出された燃焼ガスが水槽内の水を撹拌しつつ、伝熱管内を流れる低温液化ガスを加熱する。このことによって、低温液化ガスを気化させる。

また、水中燃焼式気化装置と同様に、水槽内に配設したスパージパイプから高温のガスを気泡として噴出することによって、水槽内に浸漬した伝熱管内を流れる低温液化ガスを気化する気化装置として、スチームエジェクタ式気化装置等の、中間熱媒体式気化装置も知られている。

特開２０１３−２７３４号公報

前述の通り、水槽内に設置した各スパージパイプには、その周面に気泡噴出孔が設けられているが、その気泡噴出孔は一般的に、スパージパイプの上面部分に設けられる。

スパージパイプの基端は、燃焼ガスを分配するマニホールドに接続されている一方で、先端は閉塞している。スパージパイプ内に燃焼ガスが供給されたときに、その燃焼ガスは、スパージパイプ内の、基端側から先端側に向かって順次、その上部に溜まるようになる。このときに、スパージパイプの上面部分に気泡噴出孔が形成されているため、スパージパイプの基端部に設けた気泡噴出孔から、上部に溜まった燃焼ガスが次々と噴出されるようになる。その結果、スパージパイプの先端部にまで燃焼ガスが行き渡り難くなり、先端部からは気泡が噴出され難くなる。つまり、スパージパイプの基端部は、気泡噴出量が相対的に多くかつ、スパージパイプの先端部は、気泡噴出量が相対的に少なくなって、スパージパイプの長手方向に気泡の噴出量が不均等になる。

水槽内に噴出されるガスの温度は、１０００℃近いのに対し、伝熱管内を流れる低温液化ガスの温度は、−１６０℃程度である。スパージパイプの上面部分に設けた気泡噴出孔を通じて、上向きに水中に噴出された気泡、及び、それによって加熱された水は、上昇して、熱交換器の伝熱管に到達し、伝熱管の外側を加熱するようになる。前述したように、スパージパイプの基端部は、気泡噴出量が相対的に多いため、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管は、内外の温度差が大きくなる。また、スパージパイプの基端部から上向きに噴出された気泡は、噴出された勢いのまま上昇して、加熱された水と主に、伝熱管に勢いよく衝突する。これにより、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管においては熱伝達が強まる。こうして、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管には、大きな熱応力が作用するようになる。

また、水中燃焼式気化装置や中間熱媒体式気化装置は、急激な需要増加をカバーするためのエマージェンシー用としても使用されるものであり、起動と停止とが繰り返される場合がある。そのため、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管には、伝熱管に作用する熱応力が大きいことによって、伝熱管には熱疲労が生じる。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低温液化ガスの気化装置において、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管の熱応力及び熱疲労を抑制することにある。

ここに開示する技術は、低温液化ガスの気化装置に係り、この気化装置は、水槽内に浸漬されかつ、周面に多数の気泡噴出孔が形成された複数のスパージパイプを有すると共に、高温のガスを、前記気泡噴出孔を通じて水中に噴出するよう構成された気泡噴出機構と、前記水槽内における前記気泡噴出機構の上側に配置されかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱とにより、伝熱管の内部を流れる低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、を備える。

そして、複数の前記スパージパイプはそれぞれ、その基端が、前記高温のガスを複数の前記スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドに接続されていると共に、所定の方向に延びて配設されており、前記スパージパイプは、前記スパージパイプの基端部に形成された前記気泡噴出孔の孔径が、前記スパージパイプの先端部に形成された前記気泡噴出孔の孔径よりも小となるように構成されている。

この構成によると、水槽内では、スパージパイプを有する気泡噴出機構が下側に、伝熱管を有する熱交換器が上側に配置されている。スパージパイプから噴出した高温のガスの気泡は上昇をして、水槽内の水を攪拌すると共に、気泡によって加熱された水と共に、伝熱管内を流れる低温液化ガスを加熱する。こうして、低温液化ガスが気化する。

前記の構成では、スパージパイプの基端部から噴出される気泡の径が相対的に小さくなるため、水槽内の水との熱交換が促進される。ここで、スパージパイプの基端部は、所定方向に延びるスパージパイプにおいて、気泡噴出孔が形成されている部分を前記所定方向に２等分したときの基端側の部分における少なくとも一部としてもよく、また、スパージパイプの先端部は、気泡噴出孔が形成されている部分を２等分したときの先端側の部分における少なくとも一部としてもよい。

スパージパイプから噴出された気泡は、水槽内の水と熱交換を行って、ある程度温度が低下した後に、伝熱管に到達するが、スパージパイプの基端部から噴出された気泡は、熱交換が相対的に促進される結果、温度がより一層低くなった状態で、伝熱管に到達する。伝熱管に到達するときの気泡の温度が低いため、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管の熱応力が抑制されると共に、熱疲労も抑制される。

また、基端部に形成された気泡噴出孔の孔径が相対的に小さいため、スパージパイプの基端部の気泡噴出量は少なくなる。これは、スパージパイプの長手方向に気泡噴出量が不均等になることを抑制する。このこともまた、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管の熱応力及び熱疲労を抑制する。

さらに、基端部から噴出される気泡の径が小さくかつ、その噴出量が少なくなるため、基端部から噴出した気泡の、上昇する勢いが弱くなる。これにより、気泡及びその周囲の水が、伝熱管に対して勢いよく衝突することが抑制される。このこともまた、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管の熱応力及び熱疲労を抑制する。

前記スパージパイプは、前記基端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の、鉛直上方に対する角度が、前記先端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の、前記角度よりも大となるように構成されている、としてもよい。

こうすることで、スパージパイプの基端部に形成された気泡噴出孔は、その孔軸の鉛直上方に対する角度が相対的に大きいため、当該気泡噴出孔から噴出される気泡は、伝熱管に向かう方向ではなく、伝熱管からそれた方向、例えば横向きや下向きに噴射される。横向きや下向きに噴射された気泡は、水槽内を横向きや下向きに移動すると共に、その噴出の勢いがほとんど無くなった後に、上昇に転じて伝熱管に到達する。こうして、伝熱管に到達するまでの移動距離が長くなる、又は、伝熱管に到達するまでの時間が長くなることで、気泡が水中を移動する間に、水との熱交換が促進される。そのため、スパージパイプの基端部から噴出された気泡は、より温度が低くなって伝熱管に到達する。

また、特に横向きや下向きに噴出された気泡は、スパージパイプから噴出した勢いがほとんど無くなった後に、主に浮力によって上昇をして伝熱管に到達するようになる。そのため、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管に、気泡やその周囲の水が勢いよく衝突することがなくなり、伝熱管における過剰な熱伝達が抑制される。

こうして、前記の構成では、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管の熱応力が抑制されると共に、熱疲労も抑制される。

また、例えば断面円形のスパージパイプの周面に、孔軸が円の中心を通るように気泡噴出孔を設ける場合、鉛直上方に対する孔軸の角度が相対的に大きい気泡噴出孔は、スパージパイプの下側に設けられることになる。つまり、スパージパイプの基端部では、気泡噴出孔がスパージパイプの下側の位置に設けられるため、スパージパイプ内に高温のガスが供給されて、スパージパイプ内の上部に高温のガスが溜まったときに、基端部に形成されている気泡噴出孔からは気泡が噴出せず、先端部に形成された気泡噴出孔から先に、気泡が噴出するようになる。これにより、スパージパイプの先端部にも高温のガスが行き渡るようになり、スパージパイプの長手方向に、気泡噴出量が不均等になることが抑制される。このことによっても、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管の熱応力及び熱疲労が抑制される。

前記気泡噴出機構は、前記スパージパイプと前記伝熱管との間に介在するバッフルプレートを有し、前記バッフルプレートは、前記スパージパイプの前記基端部の上側にのみ設けられている、としてもよい。

こうすることで、スパージパイプから噴出された気泡は、先端部ではバッフルプレート
に遮られることなく、直接的に伝熱管に到達する。一方、基端部ではバッフルプレートが設けられているため、気泡は、このバッフルプレートと干渉する。

バッフルプレートに貫通孔等が設けられていない構成では、気泡はバッフルプレートを迂回して伝熱管に到達する。これにより、先端部から噴出した気泡は、その迂回する分だけ、伝熱管に到達するまでの移動距離が長くなり、その間に水との間で熱交換が行われて、温度が低下する。

また、バッフルプレートを迂回する際に、噴出の勢いが弱められるため、気泡及びその周囲の水が、伝熱管に勢いよく衝突することが回避される。

こうして、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管の熱応力が抑制されると共に、熱疲労も抑制される。

バッフルプレートには、１つ又は複数の貫通孔が形成されていてもよい。こうすることで、気泡の一部は、バッフルプレートの貫通孔を通過するようになるが、その際に、上昇速度が低減するようになる。これにより、伝熱管に到達する前の水槽内の水との熱交換が促進される。また、気泡及びその周囲の水が、伝熱管に勢いよく衝突することも防止される。また、貫通孔の径を比較的小径にして、バッフルプレートの貫通孔を通過した後の気泡の大きさが小さくなるようにすれば、上昇速度の低減と共に、気泡が伝熱管に到達するまでの間において、気泡と水との熱交換が促進されるようになる。その結果、伝熱管に到達したときの気泡の温度の低下を図ることが可能になる。

バッフルプレートは、金網状の部材によって構成してもよい。この構成では、金網状のバッフルプレートを通過することに伴い、気泡の上昇速度が低減すると共に、気泡の大きさが小さくなり、バッフルプレートを通過した後、伝熱管に到達するまでにおいて、気泡と水槽内の水との熱交換が促進される。

ここに開示する技術はまた、低温液化ガスの気化装置に係り、この気化装置は、水槽内に浸漬されかつ、周面に多数の気泡噴出孔が形成された複数のスパージパイプを有すると共に、高温のガスを、前記気泡噴出孔を通じて水中に噴出するよう構成された気泡噴出機構と、前記水槽内における前記気泡噴出機構の上側に配置されかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱とにより、伝熱管の内部を流れる低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、を備え、複数の前記スパージパイプはそれぞれ、その基端が、前記高温のガスを複数の前記スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドに接続されていると共に、所定の方向に延びて配設されており、前記スパージパイプは、前記スパージパイプの基端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の、鉛直上方に対する角度が、前記スパージパイプの先端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の、前記角度よりも大となるように構成されている。

以上説明したように、前記低温液化ガスの気化装置によると、スパージパイプの基端部に形成された気泡噴出孔から噴出された気泡が、先端部に形成された気泡噴出孔から噴出された気泡よりも、伝熱管に到達する前の水槽内の水との熱交換が促進されることで、基端部においては、気泡の温度を相対的に低くすることが可能になる。その結果、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管において、内外の温度差が小さくなり、熱応力が抑制されると共に、伝熱管の熱疲労が抑制される。

水中燃焼式気化装置の全体構成を示す概念図である。 水槽内に配設された熱交換器と気泡噴出機構とを示す正面図である。 図２に示す熱交換器と気泡噴出機構との平面図である。 図２に示す熱交換器と気泡噴出機構との側面図である。 スパージパイプを示す平面図である。 別の実施形態に係るスパージパイプを示す側面図である。 図６に示すスパージパイプを有する気泡噴出機構の断面説明図である。 参考形態に係る熱交換器と気泡噴出機構とを示す平面図である。 図８に示す熱交換器と気泡噴出機構との側面図である。 図８に示す気泡噴出機構のスパージパイプを示す平面図である。 図８に示す気泡噴出機構の断面説明図である。

以下、低温液化ガスの気化装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、水中燃焼式気化装置１全体の概略を示している。図２〜図４はそれぞれ、水槽１１内に浸漬された熱交換器３２及び気泡噴出機構１００の構成を示している。水中燃焼式気化装置１は、低温液化ガスの気化装置の１つであり、ここでは、液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する。

水中燃焼式気化装置１は、例えば直方体状の水槽１１中に浸漬されると共に、ＬＮＧの流路となる多数の伝熱管３１が多段に曲げ成形されて構成された熱交換器３２を備えている。各伝熱管３１の一端は、ＬＮＧの入口となるＬＮＧ流入管１２ｂに連通し、他端が、気化した天然ガス（ＮＧ）を排出させるＮＧ排出管１２ｃに連通している。図１では、伝熱管３１は簡易化して図示しているが、実際には、図２〜図４に示すように、多数の伝熱管３１がＹ方向に並んで配置されており、各伝熱管３１は、ＬＮＧ流入管１２ｂに接続されるヘッダタンク３３と、ＮＧ排出管１２ｃに接続されるヘッダタンク３４とのそれぞれに連通している。伝熱管３１の本数やその配置は、水中燃焼式気化装置１の性能に応じて、適宜決定される。

水槽１１は、例えば矩形板状の天板１１ａで覆われている。この天板１１ａは、作業員が歩くこともでき、その所定箇所に円筒状のダウンカマー１３が水槽１１内に浸漬するように配設されている。

ダウンカマー１３の上端には、図外の燃料供給源から燃料供給管６を介して供給された燃料ガスと、ブロワー１４を通じて供給された空気と、を燃焼させるバーナー２が設けられている。

水槽１１の底部には、ダウンカマー１３に連通すると共に、バーナー２の燃焼ガスが噴出する多数の気泡噴出孔（尚、図１等では図示を省略する）が形成されたスパージパイプ１５が配置されている。このスパージパイプ１５も、図１では１本しか描いていないが、実際には、図２〜図４に示すように、各々がＹ方向に延びると共に、Ｘ方向に多数並べられており、熱交換器３２の全体に燃焼ガスを含む気泡Ｂが供給されるようになっている。スパージパイプ１５の本数やその配置は特に限定されない。複数のスパージパイプ１５によって、燃焼ガスを気泡Ｂとして、水槽１１内に噴出する気泡噴出機構１００が構成されている。

ダウンカマー１３と各スパージパイプ１５との間には、マニホールド１７が介設している。マニホールド１７は、図４に示すように、ダウンカマー１３の下端部に接続されていると共に、図３に示すように、Ｘ方向に延びて配設されている。尚、図１と図４とでは、マニホールド１７の配置及びスパージパイプ１５の向きが逆転している。各スパージパイプ１５の基端は、マニホールド１７に連通しており、マニホールド１７は、バーナー２からの燃焼ガスを、各スパージパイプ１５に分配する機能を有している。尚、各スパージパイプ１５は、断面円形状であり、その先端は閉塞している。

水槽１１の天板１１ａには、水槽１１内に噴出された燃焼ガスを排気する煙突状のスタック１６が設けられ、その上端は大気に開放されている。

水中燃焼式気化装置１は、バーナー２の燃焼ガスをスパージパイプ１５の気泡噴出孔を通じて水槽１１内に気泡Ｂとして噴出させることによって、水槽１１内の水を撹拌しつつ、伝熱管３１内を流れるＬＮＧを加熱する。このことによって、ＬＮＧを気化させてＮＧとし、これをＮＧ排出管１２ｃの出口から送り出すように構成されている。水中燃焼式気化装置１は、燃焼ガスを気泡Ｂとして水槽１１内に噴出して水槽１１内の水を撹拌すること、及び、スタック１６から排出する排気ガスの温度を、水槽１１内の温水温度とほぼ同等に低くすることにより、燃焼ガス中の燃焼生成水を１００％再凝縮させ、その潜熱を全て温水に与えることが可能であることから熱効率が極めて高いという特徴がある。

次に、スパージパイプ１５を有する気泡噴出機構１００の構成について、図面を参照しながら詳細に説明をする。このような水中燃焼式気化装置１では、水槽１１内に噴出される燃焼ガスの温度は、１０００℃近いのに対し、伝熱管３１内を流れるＬＮＧの温度は、−１６０℃程度である。このため、伝熱管３１の内外の温度差が大きくなり、伝熱管３１に作用する熱応力が大きくなる。また、水中燃焼式気化装置１は、急激な需要増加をカバーするためのエマージェンシー用としても使用されるものであり、その起動と停止とが繰り返される場合がある。伝熱管３１の内外の温度差が大きいことによって、伝熱管３１の熱疲労を招く。

スパージパイプ１５内に燃焼ガスが供給されたときに、その燃焼ガスは、スパージパイプ１５内の上部に溜まる。従来構成の気泡噴出機構では、スパージパイプの上面部分に気泡噴出孔が形成されていたため、スパージパイプの基端部に設けた気泡噴出孔から燃焼ガスが次々と噴出するようになり、スパージパイプの先端側まで燃焼ガスが行き渡り難くなる。結果として、スパージパイプの基端部は気泡噴出量が相対的に多く、先端部は気泡噴出量が相対的に少なくなって、スパージパイプの長手方向に気泡噴出量が不均等になっていた。このため、スパージパイプの基端部の上方に位置する伝熱管は特に、前述の熱応力や、熱疲労を受けやすかった。

そこで、この水中燃焼式気化装置１では、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１の熱応力や熱疲労を抑制するように気泡噴出機構１００が構成されている。図５は、スパージパイプ１５の平面図である。スパージパイプ１５には、前述の通り、その周面に、多数の気泡噴出孔１５１が形成されている。正確には、気泡噴出孔１５１は、スパージパイプ１５の上面部分に設けられている。

気泡噴出孔１５１は、スパージパイプ１５の閉塞した先端側（図５の左側）から、マニホールド１７に接続される基端側（図５の右側）までの長手方向の広い範囲に亘って形成されている。気泡噴出孔１５１は、図例では、スパージパイプ１５の長手方向に延びる孔列が、周方向に５列をなすように形成されている。これにより、気泡噴出孔１５１は、スパージパイプ１５の周方向に、所定の角度範囲に亘って形成されることになる。このため、各気泡噴出孔１５１の孔軸は、上向きであり、気泡Ｂは上向きに噴出される。

隣り合う孔列の気泡噴出孔１５１は、菱形格子状となるように配置されている。尚、気泡噴出孔１５１の配置は、菱形格子状に限らない。気泡噴出孔１５１は、例えば矩形格子状に配置してもよい。また、その他の構成も、適宜採用することが可能である。

図５に示すようにスパージパイプ１５に形成されている気泡噴出孔１５１は、同じ径ではなく、スパージパイプ１５の長手方向の位置に応じて、径が異なる。詳細には、スパージパイプ１５において、気泡噴出孔１５１が形成されている部分を、先端部、中間部、及び基端部の３つに等分したときに、先端部に形成されている気泡噴出孔１５１の径は最も大きく、基端部に形成されている気泡噴出孔１５１の径は最も小さく、中間部に形成されている気泡噴出孔１５１の径は、それらの中間である。

この構成により、スパージパイプ１５の先端部から噴出される気泡Ｂの径は相対的に大きくなるのに対し、スパージパイプ１５の基端部から噴出される気泡Ｂの径は相対的に小さくなる。各気泡噴出孔１５１から噴出した気泡Ｂは、上昇している間に水槽１１内の水と熱交換を行い、ある程度温度が低下した後に、伝熱管３１に到達するが、スパージパイプ１５の基端部から噴出された気泡Ｂの径が小さいため、先端部から噴出された大径の気泡Ｂよりも、熱交換が促進される。その結果、基端部から噴出された気泡Ｂは、温度がより一層低くなった状態で、伝熱管３１に到達する。こうして、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１（図３においては、紙面上側に位置する伝熱管３１であり、図４においては、紙面右側に位置する伝熱管３１である）において、内外の温度差が小さくなり、熱応力が抑制されると共に、熱疲労も抑制される。

また、スパージパイプ１５の基端部に形成された気泡噴出孔１５１の孔径が相対的に小さいため、スパージパイプ１５の基端部の気泡噴出量は少なくなる。これは、スパージパイプ１５の長手方向に、気泡噴出量が不均等になることを抑制する。このこともまた、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１の熱応力及び熱疲労を抑制する。

さらに、スパージパイプ１５の基端部から噴出される気泡の径が小さくかつ、その噴出量が少なくなるため、基端部から噴出した気泡の上昇する勢いが弱くなる。これにより、気泡及びその周囲の水が、伝熱管３１に対して勢いよく衝突することが抑制される。このこともまた、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１の熱応力及び熱疲労を抑制する。

尚、図５の例では、スパージパイプ１５の気泡噴出孔１５１が形成された部分を、先端部、中間部及び基端部の３つに等分して、各部分において気泡噴出孔１５１の径を異ならせているが、例えば、スパージパイプ１５の気泡噴出孔１５１が形成された部分を、先端部及び基端部の２つに等分した上で、先端部における気泡噴出孔１５１の径を相対的に大きく、基端部における気泡噴出孔１５１の径を相対的に小さくしてもよい。さらに、気泡噴出孔１５１の径の変更に係る分割数は、２や３に限らず、４以上で適宜設定してもよい。また、図５の構成例は、スパージパイプ１５の先端側から基端側に向かって、気泡噴出孔１５１の径を段階的に変更していることになるが、これとは異なり、スパージパイプ１５の先端側から基端側に向かって、気泡噴出孔１５１の径を連続的に変更するようにしてもよい。

図６は、図５とは異なる構成のスパージパイプ１５を示している。図６は、スパージパイプ１５の側面図であり、このスパージパイプ１５は、その周面に形成される気泡噴出孔１５１の高さ位置が、スパージパイプ１５の長手方向の位置に応じて異なる。詳細には、スパージパイプ１５の先端部では、気泡噴出孔１５１が、スパージパイプ１５の上面部分に形成され、基端部では、気泡噴出孔１５１が、スパージパイプ１５の側面部分に形成され、中間部では、気泡噴出孔１５１が、それらの中間の高さ位置に形成されている。つまり、スパージパイプ１５の基端部に設けた気泡噴出孔１５１の高さ位置は、先端部に設けた気泡噴出孔１５１の高さ位置よりも下側となるように構成されている。

図７は、図６におけるVII−VII断面を示している。気泡噴出孔１５１は、その孔軸が、スパージパイプ１５の円の中心を通るように、スパージパイプ１５の周面に設けられており、スパージパイプ１５の基端部に設けた気泡噴出孔１５１は、その孔軸の鉛直上方に対する角度（約９０°）が、先端部に設けた気泡噴出孔１５１の孔軸の、前記角度（約０°）よりも大となる。尚、中間部に設けた気泡噴出孔１５１の孔軸の前記角度は、約４５°である。スパージパイプ１５の基端部では、気泡噴出孔１５１を、スパージパイプ１５の側面部分に形成することによって、気泡噴出孔１５１と伝熱管３１との距離は、スパージパイプ１５の上面部分に気泡噴出孔１５１を形成したときよりも長くなる。また、断面円形状のスパージパイプ１５の側面部分に設けた気泡噴出孔１５１は、孔軸が横向きになるため、そこから噴出される気泡Ｂは、図７に矢印で示すように、スパージパイプ１５の側方に一旦移動した後、上昇に転じるようになる。こうして、気泡Ｂは、迂回して伝熱管３１に到達するようになる。スパージパイプ１５の基端部に設けた気泡噴出孔１５１から噴出された気泡Ｂは、伝熱管３１に到達するまでに水中を移動する距離が長くなる、または、伝熱管３１に到達するまでの時間が長くなり、水との熱交換が促進される結果、温度がより一層低くなった状態で、伝熱管３１に到達する。こうして、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１において、内外の温度差が小さくなり、熱応力が抑制されると共に、熱疲労も抑制される。

また、横向きに噴出された気泡は、スパージパイプ１５から噴出した勢いがほとんど無くなった後に、主に浮力によって上昇をして伝熱管３１に到達するようになる。そのため、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１に、気泡やその周囲の水が勢いよく衝突することがなくなり、伝熱管３１における過剰な熱伝達が抑制される。

また、図７に仮想的に水面を示すように、スパージパイプ１５内に燃焼ガスが供給されて、その燃焼ガスがスパージパイプ１５内の上部に溜まっても、スパージパイプ１５の基端部に形成された気泡噴出孔１５１の高さ位置が、相対的に下側に位置しているため、基端部に形成された気泡噴出孔１５１からは燃焼ガスが噴出せず、スパージパイプ１５の先端部において、スパージパイプ１５の上面部分に形成された気泡噴出孔１５１から先に、燃焼ガスが噴出するようになる。つまり、スパージパイプ１５の先端部にまで燃焼ガスが行き渡るようになり、スパージパイプ１５の長手方向に、気泡噴出量が不均等になることが抑制される。このこともまた、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１の熱応力及び熱疲労を抑制する。

尚、図６及び図７の例では、スパージパイプ１５の基端部では、スパージパイプ１５の側面部分に気泡噴出孔１５１を形成しているが、スパージパイプ１５の基端部では、スパージパイプ１５の下面部分に気泡噴出孔１５１を形成してもよい。この場合、スパージパイプ１５の基端部に設けられた気泡噴出孔１５１の孔軸は、鉛直上方に対する角度が約１８０°となる。スパージパイプ１５の中間部では、スパージパイプ１５の側面部分に気泡噴出孔１５１を形成してもよい。さらに、スパージパイプ１５の基端部において、その下面部分に気泡噴出孔１５１を形成する場合、スパージパイプ１５の先端部では、その側面部分に気泡噴出孔１５１を形成してもよい。この場合、スパージパイプ１５の先端部に設けられた気泡噴出孔１５１の孔軸は、鉛直上方に対する角度が約９０°となる。さらに、スパージパイプ１５の基端部では、気泡噴出孔１５１の孔軸の、前記角度を約４５°となるようにしてもよく、この場合に、スパージパイプ１５の先端部では、気泡噴出孔１５１の孔軸の、前記角度を約０°となるようにしてもよい。

また、図６の例でも、スパージパイプ１５の気泡噴出孔１５１が形成された部分を、先端部、中間部及び基端部の３つに等分し、各部分において気泡噴出孔１５１の孔軸の、前記角度を変更しているが、例えば、スパージパイプ１５の気泡噴出孔１５１が形成された部分を、先端部及び基端部の２つに等分した上で、先端部における気泡噴出孔１５１の孔軸の、鉛直上方に対する角度を相対的に大に、基端部における気泡噴出孔１５１の孔軸の、前記角度を相対的に小にしてもよい。さらに、気泡噴出孔１５１の高さ位置の変更に係る分割数は、２や３に限らず、４以上で適宜設定してもよい。また、図６の構成例は、スパージパイプ１５の先端側から基端側に向かって、気泡噴出孔１５１の孔軸の、前記角度を段階的に変更していることになるが、これとは異なり、スパージパイプ１５の先端側から基端側に向かって、気泡噴出孔１５１の孔軸の、前記角度を連続的に変更するようにしてもよい。

尚、スパージパイプ１５の周面に設ける気泡噴出孔１５１は、その孔軸が円の中心を通るように設けることには限定されない。

図８〜図１１は、気泡噴出機構の参考構成を示している。この気泡噴出機構１０１は、スパージパイプ１５と、バッフルプレート１５２とを有して構成されている。バッフルプレート１５２は、各スパージパイプ１５に対応して、スパージパイプ１５と伝熱管３１との間に介在している。

この気泡噴出機構１０１において、気泡噴出孔１５１は、図１０に示すように、スパージパイプ１５の上面部分に設けられている。気泡噴出孔１５１の径は、スパージパイプ１５の長手方向の位置に拘わらず、全て同じである。

バッフルプレート１５２は、図８に示すように、その横断面形状が、上に凸となった略円弧状をなしている。バッフルプレート１５２はまた、図９に示すように、スパージパイプ１５の長手方向において、基端部にのみ配設されている。ここで、基端部は、前述の通り、スパージパイプ１５の気泡噴出孔１５１が形成されている部分を、先端部、中間部及び基端部の３つに等分割したときの基端部に相当する。

図１１に示すように、この構成の気泡噴出機構１０１では、スパージパイプ１５の基端部において、スパージパイプ１５の上面部分に設けられている気泡噴出孔１５１から、上向きに噴出された気泡Ｂは、水中を上昇するものの、バッフルプレート１５２に遮られる。そのため、気泡Ｂは、そのまま伝熱管３１に到達することができず、図１１に矢印で示すように、バッフルプレート１５２を迂回して伝熱管３１に到達するようになる。迂回する分だけ、気泡Ｂの移動する距離が長くなる、又は、伝熱管３１に到達するまでの時間が長くなる。これにより、伝熱管３１に到達する際の気泡Ｂの温度を低くすることが可能になる。一方、図示は省略するが、スパージパイプ１５の先端部や中間部では、バッフルプレート１５２が設けられていないため、気泡噴出孔１５１から、上向きに噴出された気泡Ｂは、水中を上昇して、そのまま伝熱管３１に到達する。

こうして、スパージパイプ１５の基端部は、気泡Ｂの噴出量が相対的に多くなるが、伝熱管３１に到達する際の気泡Ｂの温度は相対的に低いため、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１の熱応力や熱疲労を抑制することが可能になる。

また、気泡がバッフルプレート１５２を迂回する際に、噴出の勢いが弱められるため、気泡及びその周囲の水が、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１に対して、勢いよく衝突することが回避される。このことも、スパージパイプ１５の基端部の上方に位置する伝熱管３１の熱応力や熱疲労の抑制に寄与する。

尚、スパージパイプ１５の長手方向について、バッフルプレート１５２を配設する範囲は、適宜の範囲に設定することが可能である。

また、図８等に示す構成例では、断面円弧状のバッフルプレート１５２を例示しているが、バッフルプレートの形状は、これに限るものではない。例えば断面逆Ｖ字状のバッフルプレートを採用してもよい。また、平板状のバッフルプレートを採用することも可能である。

バッフルプレート１５２には、１つ又は複数の貫通孔が形成されていてもよい。こうすることで、気泡の一部は、バッフルプレート１５２の貫通孔を通過するようになるが、その際に、上昇速度が低減するようになる。これにより、伝熱管３１に到達する前の水槽内の水との熱交換が促進される。また、気泡及びその周囲の水が、伝熱管３１に勢いよく衝突することも防止される。また、貫通孔の径を比較的小径にして、バッフルプレート１５２の貫通孔を通過した後の気泡の大きさが小さくなるようにすれば、上昇速度の低減と共に、気泡が伝熱管３１に到達するまでの間において、気泡と水との熱交換がさらに促進されるようになる。その結果、伝熱管３１に到達したときの気泡の温度の低下を図ることが可能になる。

バッフルプレート１５２は、金網状の部材によって構成してもよい。この構成では、金網状のバッフルプレート１５２を通過することに伴い、気泡の上昇速度が低減すると共に、気泡の大きさが小さくなり、バッフルプレート１５２を通過した後、伝熱管３１に到達するまでにおいて、気泡と水槽内の水との熱交換が促進される。

さらに、図８等に示す構成例では、スパージパイプ１５の上面部分に、同一径の気泡噴出孔１５１を形成しているが、バッフルプレート１５２を含む気泡噴出機構１０１において、実施形態として図５に示す構成例のような気泡噴出孔１５１の孔径を変更したスパージパイプ１５を採用してもよいし、図６に示す構成例のような気泡噴出孔１５１の孔軸の、鉛直上方に対する角度を変更したスパージパイプ１５を採用してもよい。

尚、ここに開示する技術は、水槽内に配設されたスパージパイプを有するスチームエジェクタ式の気化装置を始めとした、中間熱媒体式気化装置に適用することも可能である。

１ 水中燃焼式気化装置（気化装置）
１１ 水槽
１５ スパージパイプ
１７ マニホールド
１００ 気泡噴出機構
１０１ 気泡噴出機構
１５１ 気泡噴出孔
１５２ バッフルプレート
２ バーナー
３１ 伝熱管
３２ 熱交換器

Claims (4)

1. 水槽内に浸漬されかつ、周面に多数の気泡噴出孔が形成された複数のスパージパイプを有すると共に、高温のガスを、前記気泡噴出孔を通じて水中に噴出するよう構成された気泡噴出機構と、
   前記水槽内における前記気泡噴出機構の上側に配置されかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、伝熱管の内部を流れる低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、を備え、
   複数の前記スパージパイプはそれぞれ、その基端が、前記高温のガスを複数の前記スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドに接続されていると共に、所定の方向に延びて配設されており、
   前記スパージパイプは、前記スパージパイプの基端部に形成された前記気泡噴出孔の孔径が、前記スパージパイプの先端部に形成された前記気泡噴出孔の孔径よりも小となるように構成されている低温液化ガスの気化装置。
2. 請求項１に記載の低温液化ガスの気化装置において、
   前記スパージパイプは、前記基端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の鉛直上方に対する角度が、前記先端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の前記角度よりも大となるように構成されている低温液化ガスの気化装置。
3. 請求項１又は２に記載の低温液化ガスの気化装置において、
   前記気泡噴出機構は、前記スパージパイプと前記伝熱管との間に介在するバッフルプレートを有し、
   前記バッフルプレートは、前記スパージパイプの前記基端部の上側にのみ設けられている低温液化ガスの気化装置。
4. 水槽内に浸漬されかつ、周面に多数の気泡噴出孔が形成された複数のスパージパイプを有すると共に、高温のガスを、前記気泡噴出孔を通じて水中に噴出するよう構成された気泡噴出機構と、
   前記水槽内における前記気泡噴出機構の上側に配置されかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、伝熱管の内部を流れる低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、を備え、
   複数の前記スパージパイプはそれぞれ、その基端が、前記高温のガスを複数の前記スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドに接続されていると共に、所定の方向に延びて配設されており、
   前記スパージパイプは、前記スパージパイプの基端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の鉛直上方に対する角度が、前記スパージパイプの先端部に形成された前記気泡噴出孔の孔軸の前記角度よりも大となるように構成されている低温液化ガスの気化装置。

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