JP6691276B1 - 液化ガス計量装置、液化ガス計量方法、ガス供給装置及びガス供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液化天然ガスを液相状態のままで、安価且つ正確に計量する。【解決手段】液化ガス計量装置１４は、液化ガスを気化して気化ガスとする気化器２６と、気化器２６に流入する液化ガスの液化ガス温度と、気化器から流出する気化ガスの気化ガス温度と、気化器において液化ガスを気化するために熱媒から供給された供給熱量と、に基づいて、液化ガスの液化ガス量を計量する計量手段４４と、を有する。【選択図】図１

Description

本願の開示する技術は、液化ガス計量装置、液化ガス計量方法、ガス供給装置及びガス供給方法に関する。

引用文献１には、液化ガス貯留部から払出される加圧・低温保持下の液化ガスを払出管路中において流量計測する計量システムが記載されている。この計量システムでは、熱交換器と流量計が払出管路中に上流側から順の直列に介設され、熱交換器と流量計が断熱処理した浸漬容器内に収設される一方、液化ガス貯留部から払出し直後の液化ガスを低温保持下で浸漬容器内に分流供給する冷媒ラインが設けられる。更に、浸漬容器内を大気圧状態に保持するためのガス放出ラインが設けられる。

特開２００６−２００５５３号公報

液化ガスの一例である液化天然ガスは、たとえば、液相状態で貯槽に貯留されており、気化器で気化した後に、各種のガス使用装置やガス使用機器に供給される。この場合、供給される液化天然ガスの量を低コストで且つ正確に計量することが望まれる。しかし、特許文献１に記載の計量システムでは、払出管路中に熱交換器と流量計とを設ける必要があり、コスト高を招く。また、計量の際には、浸漬容器内に冷媒を供給すると共に浸漬容器内を大気圧状態に維持する必要があり、正確な計量が難しい。

本発明は上記事実を考慮し、液化天然ガスを液相状態のままで、安価且つ正確に計量することを目的とする。

第一態様の液化ガス計量装置では、液化ガスを気化して気化ガスとする気化器と、前記気化器に流入する前記液化ガスの液化ガス温度と、前記気化器から流出する前記気化ガスの気化ガス温度と、前記気化器において前記液化ガスを気化するために熱媒から供給された供給熱量と、に基づいて、前記液化ガスの質量を計量する計量手段と、を有する。

この液化ガス計量装置では、気化器によって、ガスが液化した状態にある液化ガスが気化され、気化ガスが生成される。気化器において液化ガスを気化するためには、熱媒が用いられる。

計量手段では、気化器に流入する液化ガスの液化ガス温度と、気化器から流出する気化ガスの気化ガス温度と、気化器において液化ガスを気化するために熱媒から供給された供給熱量と、に基づいて、気化される液化ガスの質量を計量する。このように、液化ガスの質量の計量には、液化ガス温度、気化ガス温度、供給熱量の３つを検出すれば足り、気化器を特定の状態（大気状態や恒温状態）に維持する必要がないので、安価且つ正確に計量できる。ただし、液化ガスの質量の計量にあたっては、液化ガス及び気化ガスの圧力や、気化器における気体部分の容積等を用いて、計量値を補正してもよい。

第二態様では、第一態様において、前記計量手段は、前記熱媒が前記気化器に供給される熱媒量と、前記気化器への供給前後の前記熱媒の温度差と、に基づいて、前記供給熱量を算出する。

気化器の内部では、熱媒は定積変化しつつ、熱エネルギーを液化ガスに作用させて気化する。熱媒の定積比熱は既知であるので、気化器に供給される熱媒量と、気化器への供給前後の熱媒の温度差と、に基づいて、容易に供給熱量を知ることができる。

第三態様では、第一又は第二態様において、前記計量手段は、前記供給熱量が、前記液化ガスが気化温度に達するまでの液体顕熱と、前記気化温度に達した前記液化ガスが気化するための気化潜熱と、前記気化温度からの気化ガスの温度上昇の気体顕熱と、に用いられるとして前記液化ガスの質量を計量する。

気化器の内部では、液化ガスが熱エネルギーを受けると、気化温度に達するまでは液体顕熱としてこの熱エネルギーを吸収する。そして、気化温度に達すると、気化するための気化潜熱として熱エネルギーを吸収する。気化された後の気化ガスは温度上昇し、気体顕熱として熱エネルギーを吸収する。計量手段は、熱媒の熱エネルギーが、これらの液体顕熱、気化潜熱及び気体顕熱に用いられるとして液化ガスの質量を計量するので、簡易且つ正確な計量が可能である。

第四態様では、第一から第三の何れか一つの態様において、前記液化ガスが液化天然ガスである。

液化天然ガスは、気化器で気化ガスとされて使用可能な状態となる。この気化ガスの量を、計量手段で液化天然ガスの量から知ることができる。

第五態様では、第一から第四の何れか一つの態様において、前記計量手段は、決められた期間で前記液化ガスの質量を合算する。

計量手段は、たとえば１か月等の決められた期間で、液化ガスの質量を累積して合算する。この決められた期間における液化ガスの質量から、使用された気化ガスの質量を知ることが可能である。

本願では、液化天然ガスを液相状態のままで、安価且つ正確に計量できる。

図１は第一実施形態の液化ガス計量装置を備えたガス供給装置の概略を示す構成図である。 図２は第一実施形態の液化ガス計量装置として機能するコンピュータのブロック図である。 図３は第一実施形態の液化ガス計量装置の気化器におけるガス及び熱媒の出入りを示す概念図である。 図４は液化ガスの受熱量と温度変化との関係を定性的に示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１には、本発明の第一実施形態に係る液化ガス計量装置１４を備えたガス供給装置１２が示されている。ガス供給装置１２は、たとえば、ローリー車１６等によって輸送された液化天然ガスを気化して気化ガスを生成し、この気化ガスを、ガス使用者１８における加熱炉２０Ａ等のガス使用機器２０に供給するための設備である。この加熱炉２０Ａは、ガス使用機器２０の一例である。ガス使用者１８としては、プラント、工場、商業施設、集合住宅及び戸建住宅等を挙げることができる。また、ガス使用機器２０としては、加熱炉２０Ａの他に、ガスエンジン、ボイラー、発電機、燃料電池システム、給湯システム、空調システム等を挙げることができる。

ガス供給装置１２は、貯槽２２を有している。貯槽２２は、たとえば、ガス使用者１８への気化ガス供給の起点となるＬＮＧサテライト２８等に設置されている。この貯槽２２には、天然ガスを液化した液化天然ガス（ＬＮＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）が貯留されている。

貯槽２２には、導入配管２４Ａ及び供給配管２４Ｂが接続されている。導入配管２４Ａには導入バルブ２４Ｃが設けられ、移送配管２４Ｂには移送バルブ２４Ｄが設けられている。導入配管２４Ａの先端がローリー車１６に接続された状態で、導入バルブ２４Ｃが開弁されることで、ローリー車１６の液化天然ガスが、液相状態で導入配管２４Ａを通じて貯槽２２に送られる。

液化ガス計量装置１４は、さらに、気化器２６を有している。気化器２６には、移送配管２４Ｂの先端が接続されている。移送バルブ２４Ｄが開弁されることで、貯槽２２の液化天然ガスが、液相状態で気化器２６に送られる。

加熱炉２０Ａと気化器２６とは、熱媒配管３０で接続されている。熱媒配管３０は、加熱炉２０Ａから気化器２６へ熱媒を移送する第一配管３０Ａと、気化器２６から加熱炉２０Ａへ熱媒を移送する第二配管３０Ｂとを有しており、全体として加熱炉２０Ａと気化器２６との間で熱媒が循環する循環流路を構成している。なお、加熱炉２０Ａから熱媒が気化器２６に供給される構成に代えて、あるいは併用して、地下水、各種の発熱部材の排熱温水等を用いる構成を採ってもよい。また、熱媒は、かならずしも循環流路を循環する構成に限らず、気化器２６において熱エネルギーを供給した後は廃棄される構成（熱媒が水の場合は、単に下水として処理する）であってもよい。

加熱炉２０Ａにおいて高温状態となった熱媒は、第一配管３０Ａを通じて気化器２６に送られ、この熱媒の熱エネルギーが、気化器２６において放熱され、ＬＮＧを気化するために用いられる。そして、気化器２６において放熱により温度低下した熱媒は、第二配管３０Ｂを通じて加熱炉２０Ａに送られる。すなわち、熱媒がこのように加熱炉２０Ａと気化器２６との間を循環することで、加熱炉２０Ａの熱エネルギーが気化器２６に移動されて、ＬＮＧの気化に用いられる。

気化器２６には、気化ガス供給配管３２の一端が接続されている。気化ガス供給配管３２は途中で複数の分岐配管３２Ａに分岐されており、気化ガス供給配管３２の他端（それぞれの分岐配管３２Ａの端部）が、加熱炉２０Ａを含むガス使用機器２０に接続されている。図１に示す例では、２本の分岐配管３２Ａに分岐されている例を挙げているが、３本以上の分岐配管３２Ａに分岐されていてもよい。

気化ガス供給配管３２には供給バルブ３２Ｃが設けられている。供給バルブ３２Ｃを開弁することで、気化ガス供給配管３２を通じて、気化ガスをガス使用機器２０に送ることができる。なお、分岐配管３２Ａのそれぞれに供給バルブを設けて、ガス使用機器２０のそれぞれに対し、気化ガスの供給と供給停止とを切替可能としてもよい。また、気化ガス供給配管３２に供給バルブ３２Ｃを設けることなく、ガス使用機器２０へ気化ガスを供給する構成でもよい。

移送配管２４Ｂには、移送配管２４Ｂを流れるＬＮＧの温度（液化ガス温度）を検知するＬＮＧ温度センサ３４が設けられている。気化ガス供給配管３２には、気化ガス供給配管３２を流れる気化ガスの温度（気化ガス温度）を検知する気化ガス温度センサ３６が設けられている。熱媒配管３０の第一配管３０Ａには、第一配管３０Ａを流れる熱媒の温度を検出する第一熱媒温度センサ３８が設けられている。熱媒配管３０の第二配管３０Ｂには、第二配管３０Ｂを流れる熱媒の温度を検出する第二熱媒温度センサ４０が設けられている。さらに、熱媒配管３０には、熱媒配管３０を流れる熱媒の流量を検知する流量センサ４２が設けられている。流量センサ４２は、図１では第一配管３０Ａに設けられているが、第一配管３０Ａ及び第二配管３０Ｂのいずれに設けられていてもよい。

図２に示すように、液化ガス計量装置１４は、コンピュータ５４を有している。コンピュータ５４は、プロセッサ５６、メモリ５８、ストレージ６０、表示部６２、入力部６４及び通信部６８を有している。プロセッサ５６、メモリ５８、ストレージ６０、表示部６２、入力部６４及び通信部６８はバス６６を介して接続されており、相互にデータの送受信が可能である。

ストレージ６０には、コンピュータ５４において、後述する液化ガス計量処理を行うための液化ガス計量プログラム７０が記憶されている。この液化ガス計量プログラムがメモリ５８上で展開され、プロセッサ５６において実行されることにより、コンピュータ５４は液化ガス計量装置１４として機能する。

表示部６２は、たとえばディスプレイ及び表示ランプ等であり、コンピュータ５４の状態や、このコンピュータ５４に接続された各種機器の状態等を表示する。

入力部６４は、たとえばキーボード、マウス及びスイッチ等であり、作業者からコンピュータ５４に対する各種の入力を受け付ける。なお、表示部６２がディスプレイを備えている場合は、このディスプレイをタッチパネルとすることで、表示部６２が入力部６４を兼ねるように構成できる。

通信部６８は、コンピュータ５４と外部の部材との通信を行う場合に必要な部位である。本実施形態では、通信部６８は、ＬＮＧ温度センサ３４、気化ガス温度センサ３６、第一熱媒温度センサ３８、第二熱媒温度センサ４０及び流量センサ４２との通信を行う。

本実施形態では、計量手段４４が、コンピュータ５４、ＬＮＧ温度センサ３４、気化ガス温度センサ３６、第一熱媒温度センサ３８、第二熱媒温度センサ４０及び流量センサ４２を含んで構成されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態では、貯槽２２に収容されたＬＮＧが気化器２６に送られる。そして、気化器２６では、熱媒からの熱エネルギーにより、ＬＮＧが気化されて気化ガスとされる。すなわち、気化器２６では、ＬＮＧが熱エネルギーを受けて相変化する。生成された気化ガスは、ガス使用機器２０に送られて使用される。なお、気化器２６では、熱媒は相変化しない。

熱媒配管３０の第一配管３０Ａには第一熱媒温度センサ３８が設けられており、気化器２６に流入する前の熱媒の温度ｔ_１[Ｋ]が検知される。さらに、熱媒配管３０の第二配管３０Ｂには第二熱媒温度センサ４０が設けられており、気化器２６から流出した後の熱媒の温度ｔ_２[Ｋ]が検知される。

また、熱媒配管３０には流量センサ４２が設けられており、熱媒配管３０を流れる単位時間当たりの熱媒の質量ｍ[ｋｇ／ｓｅｃ]を知ることができる。気化器２６では、この質量ｍ[ｋｇ／ｓｅｃ]の熱媒の温度がｔ_１[Ｋ]からｔ_２[Ｋ]へ変化するので、気化器２６における熱媒の放熱量Ｑ[Ｗ]は、熱媒の単位時間当たりの定容比熱Ｃ_Ｖ[Ｗ／ｋｇ／Ｋ]を用いて、
Ｑ＝Ｃ_Ｖ・ｍ・Δｔ [Ｗ] （１）
但し、Δｔ＝（ｔ_２−ｔ_１）
となる。放熱量Ｑは、気化器２６において、ＬＮＧを気化するために熱媒から供給される供給熱量である。

これに対し、移送配管２４ＢにはＬＮＧ温度センサ３４が設けられており、移送配管２４Ｂを流れるＬＮＧの温度Ｔ_１[Ｋ]が検知される。気化ガス供給配管３２には気化ガス温度センサ３６が設けられており、気化ガス供給配管３２を流れる気化ガスの温度Ｔ_３[Ｋ]が検知される。

図３に示すように、気化器２６では、温度Ｔ_１[Ｋ]のＬＮＧが熱量Ｑを受けると、液相状態を維持して相転移温度Ｔ_２[Ｋ]まで温度上昇し、相転移温度Ｔ_２[Ｋ]を維持して気相へと蒸発（相転移）した後、気相状態で温度Ｔ_３[Ｋ]へ温度上昇する。したがって、気相へ相転移する単位時間当たりのＬＮＧの質量をＭ[ｋｇ／ｓｅｃ] 、ＬＮＧの単位時間当たりの定容比熱をＣ_Ｌ[Ｗ／ｋｇ／Ｋ]、気化ガスの単位時間当たりの定容比熱をＣ_Ｇ[Ｗ／ｋｇ／Ｋ]、液相から気相への蒸発潜熱をＣ_Ｈ[Ｗ／ｋｇ]とすると、
Ｑ＝Ｃ_Ｌ・Ｍ・ΔＴ_１＋Ｃ_Ｈ・Ｍ＋Ｃ_Ｇ・Ｍ・ΔＴ_２[Ｗ] （２）
但し、ΔＴ_１＝Ｔ_２−Ｔ_１、ΔＴ_２＝Ｔ_３−Ｔ_２
となる。

そして、式（１）及び式（２）から、
Ｍ＝（Ｃ_Ｖ・ｍ・Δｔ）／（Ｃ_Ｌ・ΔＴ_１＋Ｃ_Ｈ＋Ｃ_Ｇ・ΔＴ_２）
となる。

ここで、定容比熱Ｃ_Ｖ、定容比熱Ｃ_Ｌ、定容比熱Ｃ_Ｇ及び蒸発潜熱Ｃ_Ｈはいずれも、それぞれの物質に固有の定数である。また、温度差Δｔ、温度差ΔＴ_１、温度差ΔＴ_２及び質量ｍは、本実施形態では、各センサの検出値から知ることができる。したがって、本実施形態では、気化器２６で単位時間当たりに気化されるＬＮＧの質量を知ることが可能であり、気化に要した時間を乗ずれば、気化されたＬＮＧの質量が得られる。実質的に、ＬＮＧの計量にあたって、ＬＮＧ温度Ｔ_１、気化ガス温度Ｔ_３，気化器２６の前後での熱媒の温度ｔ_１、ｔ_２及び熱媒の質量ｍを検知すれば足り、気化器２６を特定の状態（例えば大気状態や恒温状態）に維持する必要がないので、ＬＮＧの計量を安価且つ正確に行うことが可能である。

しかも、本実施形態では、ＬＮＧサテライト２８を起点として液相のＬＮＧをガス使用者１８に送っている。ＬＮＧサテライトでＬＮＧを気化し、気化ガスをガス使用者１８に送る構成と比較して、体積の小さい液相状態で計量するので、安価に計量することが可能である。

上記実施形態では、ＬＮＧを計量するにあたり、気化器２６において、温度Ｔ_１のＬＮＧが相転移温度Ｔ_２まで温度上昇し、相転移温度Ｔ_２では温度を維持して気相へ気化（相転移）し、さらに、相転移後は気化ガスが温度Ｔ_３まで温度上昇する点に着目している。このように、気化器２６の内部におけるＬＮＧの相状態に着目し、熱媒の熱エネルギーが、これらの液体顕熱、気化潜熱及び気体顕熱に用いられるとして液化ガスの質量を計量するので、より正確な計量が可能である。

上記実施形態では、気化器２６における熱媒の放熱量Ｑを得るために、気化器２６の前後での熱媒の温度ｔ_１、ｔ_２及び熱媒の質量ｍを検知しているが、気化器２６における熱媒の放熱量Ｑを得ることが可能であれば、熱媒の温度ｔ_１、ｔ_２及び熱媒の質量ｍ以外の数値を用いてもよい。たとえば、気化器２６の前後で熱媒の圧力を検知し、この圧力差から、熱媒の放熱量Ｑを計算等によって得るようにしてもよい。本実施形態のように、気化器２６の前後での熱媒の温度ｔ_１、ｔ_２を検知すると、上記式（１）を用いて簡便に熱媒の放熱量Ｑを得ることができ、ＬＮＧをより安価且つ正確に計量する点で有利である。

また、上記実施形態において、ＬＮＧの計量にあたって、上記の計算式で用いたパラメータと異なるパラメータを用いて補正してもよい。たとえば、移送配管２４Ｂの圧力計で検知したＬＮＧ圧力や、気化ガス供給配管３２の圧力計で検知した気化ガス圧力等を用いたり、気化器２６の内部の気体部分の容積を用いて、ＬＮＧの計量を補正したりすることが可能である。

なお、熱媒については、熱エネルギーが、ＬＮＧの気化以外に消費されてしまうこともある。たとえば、第一熱媒温度センサ３８と第二熱媒温度センサ４０の間において、熱媒から熱媒配管３０及び気化器２６のハウジング等に伝熱してしまうと、この熱エネルギーはＬＮＧの気化には用いられず、いわゆるヒートロスとなる。しかし、このようなヒートロスが生じることがあらかじめわかっている場合には、例えば、上記式（１）に補正係数を乗じてヒートロスを補正すればよい。

上記実施形態では、単位時間当たりの気化されるＬＮＧの質量Ｍを計量できる。したがって、たとえば１か月等の決められた期間で、液化ガスの質量を累積して合算することが可能である。このように決められた期間において液化ガスの質量を得ることで、使用された気化ガス量を知ることも可能である。

上記実施形態では、液化ガスの一例としてＬＮＧを挙げている。ＬＮＧは、液相状態で貯槽２２に貯留されると共に、使用時には気相状態に相転移されるが、実際の使用量として正確な値を得ることが求められるガスである。本実施形態では、ＬＮＧの計量を計量手段４４において正確に知ることができ、たとえば、液化ガス使用料金の正確な算出にも寄与する。

ガス供給装置１２が気化ガスを供給するガス使用者１８として、図１では１つを例示しているが、複数のガス使用者１８に気化ガスを共有する構成とすることも可能である。この場合、ガス使用者１８ごとに気化器２６を有する構成とすることにより、ガス使用者１８ごとに液化ガスの質量を計量できる。たとえば、ガス使用者１８ごとの月毎のガス使用量を得ることも容易である。

１２ ガス供給装置
１４ 液化ガス計量装置
１６ ローリー車
１８ ガス使用者
２０ ガス使用機器
２０Ａ ガス使用機器
２２ 貯槽
２４Ａ 導入配管
２４Ｂ 移送配管
２４Ｃ 導入バルブ
２４Ｄ 移送バルブ
２６ 気化器
２８ サテライト
３０ 熱媒配管
３０Ａ 第一配管
３０Ｂ 第二配管
３２ 気化ガス供給配管
３２Ａ 分岐配管
３２Ｃ 供給バルブ
３４ 温度センサ
３６ 気化ガス温度センサ
３８ 第一熱媒温度センサ
４０ 第二熱媒温度センサ
４２ 流量センサ
４４ 計量手段
５４ コンピュータ
５６ プロセッサ
５８ メモリ
６０ ストレージ
６２ 表示部
６４ 入力部
６６ バス
６８ 通信部
７０ 液化ガス計量プログラム

Claims (5)

1. 液化ガスを気化して気化ガスとする気化器と、
   前記気化器に流入する前記液化ガスの液化ガス温度と、前記気化器から流出する前記気化ガスの気化ガス温度と、前記気化器において前記液化ガスを気化するために熱媒から供給された供給熱量と、に基づいて、前記液化ガスの質量を計量する計量手段と、
   を有する液化ガス計量装置。
2. 前記計量手段は、前記熱媒が前記気化器に供給される熱媒量と、前記気化器への供給前後の前記熱媒の温度差と、に基づいて、前記供給熱量を算出する請求項１に記載の液化ガス計量装置。
3. 前記計量手段は、前記供給熱量が、前記液化ガスが気化温度に達するまでの液体顕熱と、前記気化温度に達した前記液化ガスが気化するための気化潜熱と、前記気化温度からの気化ガスの温度上昇の気体顕熱と、に用いられるとして前記液化ガスの質量を計量する請求項１又は請求項２に記載の液化ガス計量装置。
4. 前記液化ガスが液化天然ガスである請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液化ガス計量装置。
5. 前記計量手段は、決められた期間で前記液化ガスの質量を合算する請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液化ガス計量装置。