JPH042876B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液化天然ガスのような寒剤流体の最終
的な再熱の前に、水と熱交換することにより、寒
剤流体を再熱するための方法と装置に関するもの
である。

これは例えば河川、湖及び海のような大量に利
用し得る自然水源による液化天然ガスの再熱に特
に適用し得る。

（従来技術） 種々の問題解決法が既に提案されたが、しかし
ながらこれらのいずれも後記の目的を達成するこ
とはできなかつた。

例えば、フランス国特許出願第70 26212号明細
書には、並列に配列した多数の垂直管内で向流熱
交換することにより天然ガスを再熱するための方
法が記載されており、天然ガスは前記管内を常に
上方に流れ、また伝熱流体は長手方向にフインが
設けられたこれらの管の外側に沿つて重力により
自然にしたたり落ちる。熱交換が最適になされる
ために、即ち管の外周に水が凍結するのを防止す
ることによつて熱流束を最高にするために、次第
に減少する天然ガス通過用の管内横断面が与えら
れ、これが管内を流れる、天然ガスの速度を次第
に増加する結果をもたらす。通路横断面をこのよ
うに順次減少させることは、変化する横断面をも
つたテーパー盲管により構成される内部挿入物の
使用によつて達成されたが、これを達成するため
の技術はかなり複雑である。

特開昭54−7403号公報には、まず最初に管群内
を下方から上方へ流れている天然ガスと、シエル
又はケーシング内を下方から上方へ強制流によつ
て流れている水との間の並流熱交換により、次に
他の管群内を上方から下方に流れているガスと、
対応するケーシング内を下方から上方に流れてい
る水との間の向流熱交換による天然ガスの再熱が
記載されている。このやり方もまたかなり複雑で
あり、また再熱用水の偶発的な凍結の場合特にケ
ーシングの破損という重大な事故を招く。

さらに特開昭52−144006号公報には、第１の多
数の管内を下から上に流れている天然ガスと、外
側を自然にしたたり落ちる水との間で向流熱交換
するための第１の区域、及び第２の多数の管内を
下から上へ流れている天然ガスと、外側を自然に
したたり落ちる水とを同様に向流熱交換するため
の第２の区域を備え、第２の多数の管に第１の多
数の管よりも小さな横断面積の天然ガス用通路を
与えることを特徴とする再熱技術が記載されてい
る。この技術もまた後記する本発明の目的を達成
するのに不十分である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、熱源となる液体すなわち水の凍結の
危険を完全に除くことにより、寒剤流体、特に液
化天然ガスの気化、再熱に水を使用できるように
する方法及び装置を提供することを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段） そのため第１の発明である寒剤流体を、したた
り落ちる水との熱交換によつて気化させ再熱する
方法は、寒剤流体をＵ字管の一方の管の上端部に
導入すること、前記寒剤流体を管を通つて下方に
流し、次いで他方の垂直な管を通つて上方に流す
こと、再熱された寒剤液体を前記もう一方の管の
上端部から取り出すこと、前記両方の管の上端部
から管に沿つて前記両方の管の下端部より下方ま
で前記水を流下するフイルムの形状で重力によつ
て流下させること、及び水が最初に寒剤流体と接
触する前記第１の管の上端部において、断熱材に
より水が寒剤流体から隔てられていることを特徴
としている。

また第２の発明である寒剤流体を、したたり落
ちる水との熱交換によつて気化させ再熱する装置
は、下端部で互に連通する２本の垂直な管の形状
をした管状熱交換要素、前記寒剤流体を前記一方
の管の断熱スリーブを有する上端部に導入する手
段、及び前記両方の管の上端から管に沿つて前記
両方の管の下端部より下方まで前記水を流下する
フイルムの形状で重力によつて流下させる手段を
有することを特徴としている。

本発明の利点は次のように説明される。

まず、最初に並流熱交換を行うことは、管外面
への水の凍結を防止するように意図された熱流束
の制限のために不可欠である。実際のところ、入
口すなわち管状要素の上端部での水の温度が例え
ば＋４℃であり、出口すなわちこの同じ管状要素
の下端部で＋２℃であるならば、並流で作動する
管に入る−160℃の液化天然ガスの流量は向流で
作動している場合のこの同じ管に入る天然ガスの
２倍以上である。

向流での少なくとも第２の熱交換の存在もま
た、第２の管状要素から流れる天然ガスと第２の
管状要素を加熱する水との間の温度差が小さいの
で大きな役割を演ずる。実際のところ、上端部、
即ちこの第２の管状要素の頂部出口での水の温度
が＋４℃であり、底部入口で＋２℃であるなら
ば、向流で作動しているこの第２の管状要素の長
さは、並流で作動する類似の操作に必要とされる
長さよりも30％少なくてよい。

さらに、天然ガスの臨界温度は通常−60℃に近
いので、この温度付近での単位体積当り重量は、
臨界圧力（75バールの下で６Kg／m³／℃）を超え
る圧力の下でさえも、温度とともに急速に変化す
る。しかしながら、第２の管状要素内の天然ガス
の流速は、外部氷結を防止するためこの温度では
必然的に小さいままである。これらの状況では、
第１の管状要素内での天然ガスの下方への流れ
は、重力及び天然ガスのガス化の望ましくない影
響により、流れの乱れが惹起される。これとは反
対に本発明によれば、第２の管状要素内の上方へ
の流れは、天然ガスの単位体積当り重量及び温度
に応じて自然の多層化をもたらし、これはしたが
つて、流れにいかなる乱れも生じさせない。第１
の管状要素と第２の管状要素の間の中間部分の温
度が臨界温度に近ければ、望ましくないガス化の
作用なしに天然ガスの最終的な再熱を確実に行う
ように、第２の管状要素内に天然ガスの上向の流
れを作ることは望ましい結果を生じ、そのとき前
記中間部分の熱交換面を多少増大させて均衡をと
らねばならないことは当然である。

本発明をより詳細に理解するために、そのいく
つかの実施例を例示して示す添付図面を参照して
以下説明される。

（実施例） 第１図ないし第３図を参照すると、この中に図
示されている装置はアルミニウムでできた熱交換
通路を形成している複数の再熱管１を備え、各々
が「上流」管要素２及び「下流」管要素３を備え
ており、これらは底部エルボ４により連結され
る。上流管要素２は、連結箱１０を介して再熱さ
れるべき寒剤流体（液化天然ガス）の供給源にパ
イプ５によつて連結され、一方下流管要素３は、
再熱された流体の出口パイプ６に直接連結され
る。管要素２と３はそれらがほぼ垂直に延びるよ
うに懸架され、また頂部の分配装置１１によりあ
らかじめ形成される膜状の再熱流体（水）の流れ
８，９が、外部フイン７を備えたこれらの管要素
に沿つてまわり全体をしたたり落ちる。

この場合、連結箱１０（第２図参照）は上流管
要素２の延長部に溶接され、ジヤケツト管１２
は、下方区域１２′では一定の肉厚を、中間部分
においては、半径方向に増大する肉厚を有し、内
径は一定である。

上端部でこのジヤケツト管１２は、寒剤流体用
パイプ５との連結のため、１３により端部１４ま
で延びる。これら全ての要素はアルミニウムで作
られ、したがつてこれらは互に、また管状熱交換
要素１に確実に溶接される。端部１４は小さな直
径の内部孔１６を有し、これには上流管要素２内
に十分到達するパイプ要素１７が溶接される。断
熱材料１８が、パイプ要素１７と、ジヤケツト管
１３−１２両者との間及び管要素２の頂部との間
に配置される。今述べた集合体は孔２１を周壁に
リング状に備えている分配井２０内部に収納され
る。この分配井２０は、フイン７つきの管要素２
をわずかな間〓で取り囲んでいる分配装置１１上
に固定され、また孔２１は、肉厚増加部分１２″
の頂部の高さに配置される。実際には、図面から
明らかなように、上流管要素２及び下流管要素３
に沿つて８及び９のようにしたたりながら膜状に
流れ落ちる加熱流体は、供給源２５′から供給さ
れる共通貯留水２５から来るものである。

作動中、上流管要素２に沿つてしたたり落ちる
加熱流体は、貯留水２５から出て、孔２１により
形成される多数の水ジエツト２６の形で分配井２
０の下部に移される。上述したシステムにより、
上流管要素２に到達するようにパイプ５及び管１
７内を流れる寒剤流体は、断熱材料１８により外
部から半径方向に断熱される。さらに端部１４の
高さの上流側で実質的に始まり、管要素２の方へ
ジヤケツト管１３−１２に沿つて下流に伝わる大
きな長手方向の冷却流束は、上流側に向つて次第
に増加する肉厚は有しているジヤケツト管１２の
個所で実質的に半径方向外側にそらされる。実
際、ジヤケツト管１２の厚い肉厚を有する中央部
１２″では、長手方向の冷却流束が、自由かつ急
速な重力での流れによつてジエツト２６の形を呈
する水の方へ最大限移される。この外向き半径方
向熱移動の最大効果は、一方ではジエツト２６に
関しては、ジヤケツト管１２の部分１２″の厚い
肉厚からもたらされ、この肉厚は半径方向に増大
した熱伝導を与えるものであり、また他方では、
自由落下状態での水の急速な流れからもたらさ
れ、これは熱交換係数を最高値に上昇させる効果
がある。

こうしてこのやり方は、長手方向に流れる冷却
流束の実質的な部分を水ジエツト２６の方へ分流
することを可能にし、これはより薄い肉厚の部分
１２′で、とりわけ上流要素２の頂部２′の方に、
長手方向に伝わる冷却流束をそれだけ減少させ
る。上流要素はもともと実質的に静止した分配用
の別個の貯留水２９内に浸され、したがつて管要
素２の管壁との熱交換係数は低い。上述したやり
方でなしに、静止貯留水２９により取り囲まれる
管状要素２の部分２′の高さの、長手方向に延び
ている壁に強い冷却流束が到達するのが見られ、
このことは部分２′の高さに水の有害な表面凍結
を必ず惹き起こすにいたり、このような凍結は、
半径方向に拡がることによつて静止貯水２９全体
に達し、またこうして管２−３の熱交換を妨害す
る。これに反して、前述したやり方により、上流
管要素２の部分２′に到達する熱流速は、極めて
正確な要領で制御される。というのはこの熱流速
が、長手方向に伝達される残りの熱流束と、断熱
材料１８の介在によつてそれ自身としてはわずか
に半径方向に伝達される熱流束の合計だからであ
る。さらにある場合には、これとは反対に分配井
２０内の低い位置に形成される解放孔２１′が存
在するためにある程度の対流運動を貯留水２９に
与えることにより、管要素２の部分２′と貯留水
２９との間の熱交換係数をわずかに増加させるこ
とが可能であり、こうして主貯留水２５から直接
くる水を補足的に取入れることが促進される。

これまで説明したように、したたり落ちる水は
上流管要素２のフイン付外壁上をしたたり落ちる
膜を形をとり、またこの上流管要素の下端部まで
に次第に冷却され、ここで、したたり落ちる水は
下流管要素３上を向流でしたたり落ちてくる水と
ともに３０′で排出される。したたり落ちる水の
凍結の危険が、この下流管要素３に関しては、は
つきりと減少されることは注目され、一方管１内
を流れている加熱中の流体は、それがしたたり落
ちる水の温度に接近するまで温度が上昇され、し
たがつて下流管要素３からの加熱された流体の排
出は、簡単な排出パイプ６により、第２図を参照
して述べたような連結箱を適用することなく行わ
れるが、しかしながら分配装置１１は、第３図に
示したように、均一なしたたり落ちる膜９を形成
できることは明らかである。

その上流取入れ端部は再熱すべき未処理流体を
受け、またその下流端部は所望の再熱温度で流体
を排出する加熱管を使用する代りに（あるいはよ
り具体的には、並列に配列され、かつ入口多岐管
３０と排出多岐管３１に直接連結される多数のこ
のような管）、上流管要素と下流管要素をいくつ
かの数の組合わせて配列することは可能である。

第４図を参照すると、多数の上流管要素４２
ａ，４２ｂ……４２ｎは、上方分配多岐管即ちヘ
ツダー５０と他の多数の下流管要素４３ａ，４３
ｂ……４３ｎに供給する下方連結多岐管５１との
間にすべて連結され、かくして第１の多管式モジ
ユールを形成し、その上端部は多岐管５２によつ
て他の多数の上流管要素４４ａ，４４ｂ……４４
ｑにより構成される第２の多管式モジユールに連
結され、最終のモジユールは多数の上流管要素４
５ａ，４５ｂ……４５ｒ及び多数の下流管要素４
６ａ，４６ｂ……４６ｓを備え、加熱した流体を
最終の多岐管５２″に供給する。

第５図によると、それぞれが上流管要素（５４
ａ，５４ｂ……等）で構成されている第１図を参
照して述べたような単管式モジユールは、それら
の上端部に共通の供給多岐管５５によつて供給さ
れ、また別個の連結部５８ａ，５８ｂ……により
下流管要素（５６ａ，５６ｂ……等）に連結さ
れ、後者それ自体はその上端部で共通排出多岐管
５７に連結されている。

第６図によれば、第４図に示したラインのよう
な、即ちいくつかの多管式モジユール６３，６４
……，６３′，６４′……をそれぞれ直列に組込ん
でいるいくつかのライン６１と６２は、主取入れ
多岐管６８と主排出多岐管６９との間に並列に連
結される。

第７図によれば、それぞれいくつかの多管式モ
ジユール７２，７３……，７２′，７３′……で構
成されているいくつかのライン７０，７１は、主
供給多岐管７４と主排出多岐管７５との間に連結
されるばかりではなく、中間平衡多岐管７７が幾
つかの並列なラインの同一のモジユールを連結す
る。

第８図によれば、一群の管状要素は、供給多岐
管８３と中間多岐管８４との間に多管式モジユー
ル（又はいくつかの直列な多管式モジユール）で
構成されている第１の組の（例えば三つの）ライ
ン８１ａ，８１ｂ，８１ｃにより構成され、中間
多岐管はこれと最終の多岐管との間の第２の組の
（例えば二つの）ライン８２ａと８２ｂとに供給
する。

第９図によれば、供給多岐管９３によつて供給
されかつ排出多岐管９５ａによつて排出される複
数の（例えば三つの）ライン９１ａ，９１ｂ，９
１ｃを備えている第１の組は、膨脹弁９７を有し
ているパイプ９６を介して供給多岐管９５ｂと排
出多岐管９４との間に連結される他の複数のライ
ン９２ａ，９２ｂを備えている第２の組に連結さ
れる。例えば配管網の圧力が40バールであり、ま
たガスが高圧で、例えば80バールで利用できるな
らば、このやり方は利用することができ、また天
然ガスがすでに部分的に再熱された状態にあるの
で、冷熱発生をもたらすこの遅延した膨脹が配管
を損傷しないことは注目されるだろう。場合によ
つては膨脹弁９７の出口に分離器を配置すること
ができ、これはエタン、プロパン又はブタンのよ
うな重い凝縮物を排出又は除去するのを可能に
し、一方ガス状の留分のみが再熱される。

本発明は液化天然ガスの再熱及び再気化のため
特に適用し得る。

（発明の効果） 本発明の方法及び装置は上記のような構成を有
するので、気化させ再熱すべき液化天然ガスは、
下端部で接続されている２本の垂直な管１，２、
すなわちＵ字形の管を、一方の管１の上端部から
他方の管の上端部への流れ、加熱流体である水
は、両方の管１，２の外周に沿つてしたたり落ち
る膜の形状で、いずれの管についても上から下へ
流れる。したがつて本発明の方法では、Ｕ字管の
一方の管１については下向きの液化天然ガス流と
水との並流熱交換、他方の管２については上向き
に流れる液化天然ガス及び／又はその気化ガスと
水との向流熱交換の２種類の熱交換が順次行われ
る。

最初の熱交換が管２で並流で行われるのは、管
１のもつとも冷い部分で水を寒剤流体から隔てる
ことによつて熱伝達を制限し、その部分の管外壁
に加熱流体である水が凍結するのを防止するため
である。この第１の管２の外周を長手方向に沿つ
て流下する水は次第に冷却され、管１内を流下す
る液化天然ガス並流熱交換によつて次第に加温さ
れるので、このような比較的効率の低い熱交換に
よつて上記のような第１の管１の管外壁、特に頂
部管外壁への結氷を防ぐ効果が奏せられるのであ
る。

これに対して次の熱交換が管３で向流で行われ
るのは、液化天然ガスがすでに部分的に加熱さ
れ、管３の管外壁への結氷の危険がほとんどない
ためで、管２におけるより効果的な熱交換を行う
ことができる。

また管３では、特に液化天然ガスの沸点付近で
急速に液化天然ガスの密度が減少する。そして液
化天然ガスは上方に流れているので、熱効率を低
下させる再循環現象やガス化が、管３において流
れを乱すことはないのである。

このようにして、最初に並流熱交換、次いで向
流熱交換を行うという構成によつて、加熱流体で
ある水の凍結を生じることなしに、液化天然ガス
の気化、再熱を可能にするという顕著な効果が、
本発明の方法及び装置によつて得られたのであ
る。

なお、第１の管１の上端部において寒剤流体
（液化天然ガス）を水から隔てるには該上端部に
断熱スリーブを設ければよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による寒剤流体の再熱用プラ
ントの部分垂直断面図、第２図は、第１図の一部
を拡大して詳細に示す垂直断面図、第３図は、第
２図の−線に沿う拡大した横断面図、第４
図、第５図、第６図、第７図、第８図及び第９図
は、本発明によるプラントの変形実施態様を示
す。 １……再熱管、２……上流管要素、３……下流
管要素、４……底部エルボ、５，６……パイプ、
７……外部フイン、１０……連結箱、１１……頂
部の分配装置、１２……ジヤケツト管、１８……
熱絶縁材料、２０……分配井、２１……孔、２
５，２９……貯留水。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 寒剤流体を、したたり落ちる水との熱交換に
   よつて気化させ再熱する方法において、寒剤流体
   をＵ字管の一方の管の上端部に導入すること、前
   記寒剤流体を管を通つて下方に流し、次いで他方
   の垂直な管を通つて上方に流すこと、再熱された
   寒剤流体を上端部から取り出すこと、前記両方の
   管の上端部から管に沿つて前記両方の管の下端部
   より下方まで前記水を流下するフイルムの形状で
   重力によつて流下させること、及び水が最初に寒
   剤流体と接触する前記第１の管の上端部におい
   て、断熱材により水が寒剤流体から隔てられてい
   ることを特徴とする方法。 ２ 寒剤流体を、したたり落ちる水との熱交換に
   よつて気化させ再熱する装置において、下端部で
   互に連通する２本の垂直な管の形状をした管状熱
   交換要素、前記寒剤流体を前記一方の管の断熱ス
   リーブを有する上端部に導入する手段、及び前記
   両方の管の上端部から管に沿つて前記両方の管の
   下端部より下方まで前記水を流下するフイルムの
   形状で重力によつて流下させる手段を有すること
   を特徴とする装置。 ３ 前記一方の管の上端部の管壁肉厚が、上方に
   行くにしたがつて厚くなつていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の装置。