WO2018131103A1 - 凝縮設備 - Google Patents

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WO2018131103A1
WO2018131103A1 PCT/JP2017/000717 JP2017000717W WO2018131103A1 WO 2018131103 A1 WO2018131103 A1 WO 2018131103A1 JP 2017000717 W JP2017000717 W JP 2017000717W WO 2018131103 A1 WO2018131103 A1 WO 2018131103A1
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WO
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gas
gas supply
condenser
liquid
flow path
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/000717
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English (en)
French (fr)
Inventor
北川　尚男
林　謙年
太一 薄木
桂二 鑓水
竜太 淺香
享平 大里
且典 小林
加藤　達人
満 小塚
隆志 大野
雄一郎 小河
真也 片渕
Original Assignee
Ｊｆｅエンジニアリング株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels

Definitions

  • the present invention relates to a condensing facility including a condenser for condensing evaporative gas discharged from an LNG tank directly or indirectly with a low temperature liquid such as LNG.
  • a condenser for condensing evaporative gas discharged from an LNG tank directly or indirectly with a low temperature liquid such as LNG.
  • the gas and the liquid are not particularly limited.
  • the evaporative gas reliquefaction device includes an evaporative gas compressor that compresses evaporative gas generated from a low-temperature liquid (for example, LNG) stored in a storage tank, the evaporative gas compressed by the evaporative gas compressor, and the storage tank.
  • a fine bubble generator that mixes with the cryogenic liquid delivered by the primary pump to generate and condense fine bubbles of the evaporating gas in the cryogenic liquid.
  • Patent Document 2 water jetted from a water jet nozzle is jetted toward the venturi section, and this water High water content waste treatment equipment that generates negative pressure by jetting, introduces gas (water vapor and malodorous components) generated during heating by the negative pressure into the gas-liquid mixer at high speed, and adsorbs malodorous components to water Is disclosed.
  • this highly water-containing waste treatment apparatus the installation of a buffer tank is described in order to stabilize the control of the apparatus by suppressing the pressure fluctuation of water vapor generated by heating the waste.
  • Patent Document 2 shows an example in which a buffer tank is provided in order to prevent a pulsation phenomenon in an apparatus including a gas-liquid mixer.
  • the pulsation that occurs in Patent Document 2 is caused by a change in the amount of water contained in the highly water-containing waste, that is, a change in the input itself, and is not a self-excited pulsation that is the subject of the present invention. Further, there is no mention of the capacity of the buffer tank for preventing pulsation.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and in a condensing facility having a condenser for condensing the gas by directly or indirectly contacting the liquid with the gas, the gas supply flow upstream of the condenser is provided.
  • An object of the present invention is to provide a condensing facility that can suppress a pulsation phenomenon caused by a gas pressure fluctuation in a passage and can perform stable operation.
  • the inventor examined the generation mechanism of the pulsation phenomenon occurring in the condensation facility having a condenser that supplies and condenses gas to the liquid, and obtained the following knowledge.
  • the higher the pressure of the gas the easier it is to dissolve and liquefy.
  • the pressure is lowered, the gas becomes difficult to dissolve and liquefy. Therefore, for example, when the gas pressure increases due to some factor, the gas dissolution / liquefaction amount increases, and thereby the gas pressure in the gas pipe decreases. If the gas pressure in the gas pipe once fluctuates, such as when the gas pressure decreases, the gas dissolution / liquefaction amount decreases, the gas pressure in the gas pipe increases, and the dissolution / liquefaction amount increases. This will cause a self-excited gas pressure fluctuation cycle.
  • the condensing equipment is a condensing equipment having a condenser for condensing the gas by bringing the gas into direct or indirect contact with the liquid, A compressor provided on the upstream side of the condenser for compressing the gas supplied to the condenser and / or a regulating valve for regulating the supply amount of the gas, and gas from the compressor or the regulating valve to the condenser; A gas supply flow path for supplying,
  • the condenser includes a gas supply unit that is connected to the gas supply flow path and that temporarily stores the gas before the gas is in direct or indirect contact with the liquid.
  • the total volume of the gas supply channel and the gas supply unit is set to be equal to or greater than the amount by which the gas is supplied per second.
  • the gas supply flow path has a buffer tank.
  • the condenser is a direct type condenser in which a gas is brought into direct contact with a liquid, A cylindrical fluid flow path forming portion that forms a fluid flow path through which the liquid and a mixed fluid of gas and liquid flow, and the fluid that is provided at a lower portion of the fluid flow path forming portion in the installed state.
  • a liquid supply port for supplying a liquid to the flow path forming portion, and a mixed fluid that is provided in a portion on the upper side of the fluid flow path forming portion in the installed state and discharges the mixed fluid flowing out from the fluid flow path forming portion A main body having a discharge port,
  • the gas supply unit is configured to supply a gas to a liquid that is provided outside or inside the fluid channel forming unit and flows through the fluid channel forming unit,
  • the gas supply unit has a partition wall provided so as to partition between the liquid flowing through the fluid flow path forming unit and the gas supplied to the gas supply unit, and the partition wall is supplied It has at least one gas supply hole for supplying the gas to the liquid.
  • the said gas supply part has a gas supply pipe connection part by which the gas supply pipe which comprises a gas supply flow path is connected to one end side,
  • the gas supply pipe connecting portion is provided at a position above the positions of all the gas supply holes in the installed state.
  • the fluid flow path forming portion is formed in a venturi shape, and the gas supply hole is downstream of the throat portion in the venturi shape. It is provided in the side.
  • the said gas supply part has a some gas supply pipe connection part, It is characterized by the above-mentioned.
  • the said gas supply pipe connection part is the space for making the gas supplied from the said gas supply pipe wrap around in the circumferential direction. It is characterized by having a certain vapor belt.
  • the discharge pressure or discharge flow rate on the discharge side of the compressor is set according to the discharge pressure or discharge flow rate on the discharge side of the compressor.
  • a pressure adjusting mechanism or a flow rate adjusting mechanism for adjustment is provided.
  • the pressure adjusting mechanism includes a pressure detector provided on the discharge side of the compressor, and a discharge of the compressor based on a detection value of the pressure detector.
  • a control device for controlling the pressure includes a flow rate detector provided on the discharge side of the compressor and a control device for controlling the discharge flow rate of the compressor based on a detection value of the flow rate detector. It is.
  • the pressure adjusting mechanism or the flow rate adjusting mechanism includes a recirculation pipe that connects a discharge side and a suction side of the compressor, and a spillback provided in the recirculation pipe.
  • a valve and a control device for controlling the spillback valve by inputting a detection value of the pressure detector or the flow rate detector are provided.
  • the pressure adjusting mechanism or the flow rate adjusting mechanism may include a throttle valve provided in a suction side pipe of the compressor, a pressure detector or a flow rate detector. And a control device for controlling the throttle valve by inputting the detected value of the detector.
  • the compressor provided on the upstream side of the condenser and compresses the gas supplied to the condenser and / or the adjustment valve for adjusting the supply amount of the gas
  • the compressor or the adjustment valve A gas supply flow path for supplying gas to the condenser, the condenser being connected to the gas supply flow path, and before the gas is in direct or indirect contact with the liquid, A gas supply part that is temporarily stored;
  • the condensing facility 1 mixes the LNG evaporative gas into the LNG that is sent from the storage tank 3 that stores LNG via the delivery pipe 5 by the condenser 7.
  • the evaporative gas compressor 9 for compressing the evaporative gas extracted from the storage tank 3 through the evaporative gas extraction pipe 8, the control valve 11 for adjusting the gas supply amount, and the control valve 11
  • a gas supply pipe 13 that forms a gas supply flow path for supplying gas to the condenser 7.
  • the condenser 7 is equipped with the gas supply part 17 by which gas is temporarily stored before gas contacts directly with LNG, and gas has the total volume of the gas supply pipe
  • the gas supply part 17 has the gas supply pipe connection part 15 to which the gas supply pipe 13 is connected.
  • the delivery pipe 5 is provided with a primary pump 19, and the LNG delivered from the delivery pipe 5 is supplied to the condenser 7 through the liquid supply pipe 21. Further, the condenser 7 is provided with a mixed fluid discharge pipe 23 for discharging the mixed fluid mixed with the evaporated gas, and the mixed fluid discharge pipe 23 is provided with a secondary pump 25 for further boosting the mixed liquid. A vaporizer 27 that vaporizes the low-temperature liquid is provided on the downstream side.
  • the main structure of the condensation facility 1 will be described in detail.
  • the condenser 7 includes a cylindrical main body portion 29 through which a liquid flows and a gas supply portion 17 that supplies gas to the liquid flowing in the main body portion 29. Is provided with a gas supply pipe connection 15 to which a gas supply pipe 13 for supplying gas is connected.
  • a gas supply pipe connection 15 to which a gas supply pipe 13 for supplying gas is connected.
  • the main body 29 includes a cylindrical fluid flow path forming portion 31 that forms a fluid flow path through which liquid and a mixed fluid of gas and liquid flow.
  • the fluid flow path forming unit 31 has a liquid supply port 33 in a portion on the lower side in the installed state, and a mixed fluid discharge port 35 in a portion on the upper side.
  • a liquid supply pipe 21 that supplies liquid is connected to the liquid supply port 33, and a mixed fluid discharge pipe 23 that discharges the mixed fluid is connected to the mixed fluid discharge port 35.
  • the boundary between the fluid flow path forming part 31 and the liquid supply pipe 21 and the boundary between the fluid flow path forming part 31 and the mixed fluid discharge pipe 23 are indicated by broken lines.
  • the part becomes a connection part by flange or welding.
  • the shape of the fluid flow path formation part 31 is not specifically limited.
  • the condenser 7 is installed such that the liquid supply port 33 is at the bottom and the mixed fluid discharge port 35 is at the top.
  • the posture of the condenser 7 in the installed state is preferably such that the main body 29 is substantially vertical (for example, about 90 ° to 80 °).
  • the liquid flowing into the gas supply unit 17 has substantially the same level in the circumferential direction of the gas supply unit 17, and even when the liquid is a low-temperature liquid such as LNG, Uneven deformation due to differences in heat shrinkage can be prevented.
  • position of the condenser 7 if the inclination of the straight line which connects each center of the liquid supply port 33 and the mixed fluid discharge port 35 is 45 degrees or more, it is an allowable range.
  • the liquid supply port 33 on the lower side and the mixed fluid discharge port 35 on the upper side the liquid flows in the fluid flow path forming unit 31 from the bottom to the top, and gas is supplied from the middle of such a flow.
  • the supplied gas is quickly mixed without obstructing the flow of the liquid.
  • the density of the gas is lower than that of the liquid, so that the gas stays in the part where the flow velocity of the liquid is slow and the pressure loss increases or the flow of the liquid becomes unstable. There is a risk of becoming.
  • the gas supply unit 17 is provided outside the fluid flow path forming unit 31 and supplies gas to the liquid flowing through the inside of the fluid flow path forming unit 31.
  • the gas supply unit 17 includes an outer cylinder 39 that is formed so as to cover the fluid flow path forming unit 31 from the outside, a liquid that flows inside the fluid flow path forming unit 31, and a gas that is supplied to the gas supply unit 17.
  • a partition wall 41 provided so as to partition.
  • the partition wall 41 has a plurality of gas supply holes 43 for supplying the supplied gas to the liquid flowing through the fluid flow path forming unit 31.
  • a plurality of gas supply holes 43 are provided, but in the present invention, at least one gas supply hole 43 may be provided.
  • the gas can be distributed and supplied, and the effect that the supplied gas is quickly mixed with the liquid is obtained.
  • the gas supply pipe connection part 15 included in the gas supply part 17 is a part to which the gas supply pipe 13 that supplies gas to the gas supply part 17 is connected, and is provided so as to communicate with the outer cylinder 39 of the gas supply part 17. It is composed of a tubular body.
  • the gas supply pipe connection portion 15 is provided so as to be positioned above the positions of all the gas supply holes 43 in a state where the condenser 7 is installed.
  • the total volume of the gas supply pipe 13 and the gas supply unit 17 is set to be equal to or greater than the amount of gas supplied for 1 second.
  • This volume is preferably equal to or greater than the amount of gas supplied for 3 seconds.
  • the amount of gas supplied refers to the actual volume flow rate of gas at the operating pressure and operating temperature under design conditions and operating conditions. In the design condition range and the operation condition range, it is safer to use the value under the condition that the actual volume flow rate is the maximum (the condition where the pressure is low and the temperature is high).
  • the reason for setting the capacity in this way is based on the result of investigating the presence or absence of occurrence of pulsation by experiment. By setting the volume as described above, the pulsation is prevented and the operation of the condensation facility 1 is performed. Can be stabilized. The experiment will be described in the examples described later.
  • LNG is delivered from the storage tank 3 by the primary pump 19 and supplied to the liquid supply port 33 of the condenser 7 via the liquid supply pipe 21.
  • the evaporative gas of LNG is extracted from the storage tank 3 through the evaporative gas extraction pipe 8, and this evaporative gas is compressed by the evaporative gas compressor 9 and is installed downstream of the evaporative gas compressor 9.
  • the gas supply amount is adjusted by the valve 11 and supplied to the condenser 7 through the gas supply pipe 13.
  • the evaporative gas supplied to the gas supply unit 17 is supplied to the LNG flowing through the fluid flow path forming unit 31 through the gas supply hole 43, mixed, and reliquefied.
  • the pressure of the gas may fluctuate.
  • the volume of the gas supply unit 17 in the gas supply pipe 13 and the condenser 7 is set to be equal to or greater than the above-described value, the pulsation phenomenon does not occur. A stable operation state can be maintained. A part of LNG flowing through the fluid flow path forming unit 31 flows into the gas supply unit 17.
  • evaporative gas is also supplied from the gas supply pipe 13 to the gas supply section 17 via the gas supply pipe connection section 15, and the supplied evaporative gas is supplied to the fluid flow path forming section via the gas supply hole 43.
  • the height of the liquid level of LNG flowing into the gas supply unit 17 varies depending on the operating conditions of the condenser 7, particularly the evaporative gas flow rate.
  • the evaporating gas flow rate is large, many gas supply holes 43 are used as evaporating gas flow paths, so that the liquid level of LNG becomes low.
  • the evaporative gas flow rate is small, the liquid level of LNG is high.
  • the gas supply pipe connection portion 15 at a position above the positions of all the gas supply holes 43 in the installed state, deformation due to a temperature difference between the supplied gas and liquid can be suppressed, and Since inflow of liquid to the gas supply pipe 13 side does not occur in the operating state in which gas is supplied, deformation of the gas supply pipe 13 due to inflow of liquid to the gas supply pipe 13 side or in the gas supply pipe 13 The occurrence of the hammering phenomenon can be suppressed.
  • the pulsation is prevented by the volume of the gas supply pipe 13 and the gas supply unit 17, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIG.
  • a buffer tank 44 may be provided in the pipe 13.
  • the total volume of the gas supply pipe 13, the buffer tank 44, and the gas supply unit 17 only needs to be set to be equal to or greater than the amount of gas supplied for 1 second.
  • the control valve 11 is provided on the downstream side of the evaporative gas compressor 9, and therefore, the gas supply pipe 13 on the downstream side of the control valve 11 corresponds to the gas supply channel of the present invention.
  • the gas supply pipe 13 on the downstream side of the evaporative gas compressor 9 corresponds to the gas supply flow path of the present invention. That is, the gas supply pipe 13 on the downstream side of the evaporative gas compressor 9 or the control valve 11 located closest to the condenser 7 as a device that restricts the gas flow on the upstream side of the condenser 7 is the gas supply of the present invention. Corresponds to the flow path.
  • the control valve 11 is a restriction that restricts the flow by restricting the flow path, but an orifice is also included as a similar restriction.
  • a throttle that operates such that the ratio P2 / P1 of the upstream pressure P1 and the downstream pressure P2 is 0.9 or more, that is, a throttle that restricts the flow is limited, restricts the gas flow described above.
  • the pressures P1 and P2 are absolute pressures.
  • the aspect of the condenser is not particularly limited, and various aspects can be taken. This will be described in the following second to sixth embodiments.
  • the present embodiment will be described with reference to FIG. 4, parts that are the same as the parts shown in FIG. 2 are given the same reference numerals.
  • the fluid flow path forming portion 47 in the main body portion 29 is formed in a venturi shape, and the gas supply hole 43 is provided on the downstream side of the throat portion 49 in the venturi shape. It has been.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • a throat part means the site
  • the condenser of the present embodiment is used, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the fluid flow path forming portion 47 is made into a venturi shape, the gas supplied by promoting the disturbance of the liquid is further dispersed, and the mixing effect can be promoted.
  • the supplied gas does not stagnate in the throat portion 49, and the flow rate of LNG flowing through the venturi shape portion has increased. Due to the suction effect of the evaporative gas, the evaporative gas can effectively flow into the fluid flow path forming portion 47 and can be efficiently mixed and reliquefied.
  • the positions of all the gas supply pipe connection portions 15 are arranged to be higher than all the gas supply holes 43.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the gas supply pipes 13 can be connected to the respective gas supply pipe connection portions 15, and gas can be distributed and supplied from a plurality of positions of the gas supply portions 17. It becomes possible, and more uniform supply can be realized.
  • gas supply from a plurality of directions in the circumferential direction of the gas supply portion 17 is possible, and drift in the gas supply can be prevented. It is possible to equalize the supply of gas to the supply unit 17 and to equalize the supply of gas to the fluid flow path forming unit 31.
  • the liquid level of the liquid that has flowed back into the gas supply unit 17 can be stabilized, whereby the liquid can be more reliably prevented from flowing into the gas supply pipe connection unit 15 in the operating state.
  • FIG. 6A is a view of the condenser 53 viewed from the side
  • FIG. 6B is a view of the condenser 53 viewed from the top.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those shown in FIG. It is.
  • the condenser 53 of the present embodiment is provided with a vapor belt 55 that is a space for allowing the gas supplied from the gas supply pipe 17 to circulate in the circumferential direction in the gas supply pipe connecting portion 15.
  • the vapor belt 55 has a portion to which the gas supply pipe connection portion 15 of the outer cylinder 39 is connected as a diameter-expanded portion 39a having a larger diameter than other portions, and has a large number of ventilation holes 57 inside the diameter-expanded portion 39a.
  • a wall 59 is provided.
  • the condenser of the present embodiment Even if the condenser of the present embodiment is used, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, by providing the vapor belt 55 in the gas supply pipe connecting portion 15, as in the third embodiment, it is possible to prevent the drift of the gas supply, and furthermore, by providing the ventilation wall 59 having a large number of ventilation holes 57. The drift prevention effect can be further enhanced. As a result, the supply of gas to the gas supply unit 17 and, consequently, the fluid flow path forming unit 31 can be equalized, and the liquid level of the liquid that has flowed back into the gas supply unit 17 can be stabilized. In a state, it can prevent more reliably that a liquid flows in into a gas piping connection part. However, the vent hole 57 and the vent wall 59 are not essential.
  • the gas supply unit 17 is disposed inside the fluid flow path forming unit 63, that is, in the fluid flow path.
  • the gas supply unit 17 includes a cylindrical body 65 disposed in the fluid flow path forming unit 63, a part of the circumferential wall of the cylindrical body 65 serves as a partition wall 41, and a gas supply hole 43 is provided in the partition wall 41. It has been.
  • the positions of the gas supply pipe connection portions 15 are arranged so as to be higher than the positions of all the gas supply holes 43 as in the other embodiments. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the fluid flow path forming portion 63 has a venturi shape, and the gas supply portion 17 is arranged on the downstream side of the throat portion 49 of the venturi portion, so that the same effect as in the second embodiment is obtained. Can play.
  • the condenser 67 shown in FIG. 8 has a tube 69 through which gas flows in the condenser 67, and the liquid supplied from the liquid supply port 33 comes into contact with the outer surface of the tube 69, so that the gas in the tube 69 is indirect.
  • the liquid is cooled and condensed, re-liquefied, and discharged from the discharge pipe 71 through the discharge port 70.
  • FIG. 8 shows an example in which gas flows inside the tube and liquid flows outside the tube (shell side), but conversely, the liquid may flow inside the tube and flow gas outside the tube (shell side). Also, regarding the installation posture of the condenser, FIG.
  • the invention is not particularly limited to this. Even when the condenser 67 of the present embodiment is used, the effect of preventing pulsation can be obtained as in the other embodiments.
  • the pulsation phenomenon occurs even when the gas pressure fluctuates by setting the volume of the gas supply unit 17 in the gas supply pipe 13 and the condenser 7 to a predetermined value or more. It has been explained that a stable operation state can be realized without any problems.
  • a condensing facility that more reliably prevents the occurrence of a pulsation phenomenon on the premise that the volume of the gas supply unit 17 in the gas supply pipe 13 and the condenser 7 is set to a predetermined value or more will be described. .
  • the pulsation is generated in the condenser because the gas pressure fluctuates for some reason. Therefore, the occurrence of the pulsation phenomenon can be prevented in advance by providing a pressure adjusting mechanism that detects such a gas pressure fluctuation and suppresses the gas pressure fluctuation.
  • the condensing equipment of the present embodiment includes such a pressure adjusting mechanism, and will be described below with reference to FIG. 9, the same parts as those in FIG. 1 showing the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the condensing equipment 73 according to the seventh embodiment further compresses the evaporative gas on the assumption that the volume of the gas supply unit 17 in the gas supply pipe 13 and the condenser 7 described in the first embodiment is set to a predetermined value or more.
  • a pressure adjusting mechanism 75 for adjusting the pressure on the discharge side of the evaporative gas compressor 9 according to the pressure on the discharge side of the machine 9 is provided.
  • an inverter 77 that controls the rotation speed of the motor of the evaporative gas compressor 9, and a pressure gauge provided on the outlet side pipe of the evaporative gas compressor 9 79 and a control device 81 for inputting the measurement value of the pressure gauge 79 and controlling the motor control frequency of the inverter 77.
  • the control device 81 controls the inverter 77 to increase the number of rotations of the motor, thereby increasing the amount of evaporated gas discharged from the evaporated gas compressor 9. Thereby, the drop pressure can be recovered early. Conversely, when the pressure gauge 79 detects that the pressure has increased, the control device 81 controls the inverter 77 to reduce the number of evaporated gases discharged from the evaporated gas compressor 9 by decreasing the rotational speed of the motor. . As a result, the pressure can be reduced early.
  • the pressure adjustment mechanism 75 it is possible to prevent the pressure fluctuation that causes the pulsation phenomenon and to prevent the pulsation phenomenon from occurring in advance.
  • a centrifugal type, a screw type, a reciprocating type etc. are used in many cases.
  • the slide valve in the case of a screw type compressor may be adjusted.
  • a stepless adjustment function (hydrocom) of a reciprocating compressor may be used.
  • the condensing equipment 83 using the pressure adjusting mechanism 82 of another aspect includes a spillback valve 87 provided in a reflux pipe 85 provided in parallel with the evaporative gas compressor 9, and evaporative gas compression.
  • the pressure gauge 79 provided in the piping on the outlet side of the machine 9 and the control device 89 for inputting the measurement value of the pressure gauge 79 and controlling the spillback valve 87 are provided.
  • the pressure on the discharge side can be lowered by opening the spillback valve 87 or increasing the opening to circulate the evaporating gas through the circulation pipe 85.
  • the pressure on the discharge side can be increased by closing or reducing the opening of the spillback valve 87 to eliminate or reduce the flow rate of the evaporative gas.
  • the condensing equipment 91 using the pressure adjusting mechanism 90 of another aspect includes a throttle valve 93 provided in the evaporating gas extraction pipe 8 on the inlet side of the evaporating gas compressor 9, and evaporating gas.
  • the pressure gauge 79 provided in the piping on the outlet side of the compressor 9 and a control device 95 for inputting the measurement value of the pressure gauge 79 and controlling the throttle valve 93 are provided.
  • the opening of the throttle valve 93 can be increased to increase the pressure on the discharge side that increases the amount of evaporative gas sucked into the evaporative gas compressor 9.
  • the present invention is not limited to this, and the flow rate detection is performed instead of the pressure detector.
  • a discharger may be provided to control the discharge flow rate of the evaporative gas compressor 9 based on the detection value of the flow rate detector.
  • the capacity adjustment mechanism 99 of one aspect includes a bypass pipe 101 provided in the gas supply pipe 13, a first on-off valve 103 and a second on-off valve 105 provided in the bypass pipe 101, and a gas.
  • a pressure gauge 79 provided in the supply pipe 13 and a control device 107 that inputs the measurement value of the pressure gauge 79 and controls the opening and closing of the first on-off valve 103 and the second on-off valve 105 are provided.
  • the first on-off valve 103 and the second on-off valve 105 are closed to operate, and if pulsation occurs in this state, the resonance coincides with the natural frequency of the piping system.
  • the measured value of the pressure gauge 79 fluctuates greatly.
  • the control device 107 opens the first on-off valve 103 and the second on-off valve 105.
  • the piping capacity between the first on-off valve 103 and the second on-off valve 105 is added to the capacity of the gas supply pipe 13, so that the capacity of the piping system changes and the resonance is stopped by changing the natural frequency. it can.
  • the buffer tank 113 provided in the gas supply pipe 13 via the on-off valve 111 and the pressure provided in the gas supply pipe 13
  • a meter 79 and a control device 115 for controlling the opening and closing of the on-off valve 111 by inputting the measured value of the pressure gauge 79 are provided.
  • the on-off valve 111 is closed and the operation is performed. In this state, if a pulsation occurs, a resonance occurs because it coincides with the natural frequency of the piping system, and the pressure of the pressure gauge 79 If it can be determined that resonance has occurred due to the fluctuation, the control device 115 opens the on-off valve 111. As a result, the capacity of the buffer tank 113 is added to the capacity of the gas supply pipe 13, whereby the capacity of the piping system changes, and the natural frequency can be changed to prevent resonance.
  • the capacity used for capacity adjustment (the capacity between the first on-off valve 103 and the second on-off valve 105 in the bypass pipe 101, the capacity of the buffer tank) is preferably 20% or more of the capacity of the gas supply pipe 13. .
  • the pulsation phenomenon is prevented from occurring by setting the volume of the gas supply section 17 in the gas supply pipe 13 and the condenser 7 to a predetermined value or more.
  • a variable throttle mechanism for example, a throttle valve is installed in the middle of the gas supply pipe 13 and the throttle amplitude of the throttle mechanism is adjusted to reduce the resonance amplitude of the piping system. You may make it make it.
  • this variable throttle mechanism can give the function to the control valve 11, a throttle mechanism may be additionally provided between the control valve 11 and the condenser 7 separately from the control valve 11.
  • variable diaphragm mechanism should be fully open (no diaphragm or minimum diaphragm) during normal operation, and when the resonance phenomenon occurs temporarily for some reason, Is operated to reduce resonance.
  • the pressure was changed as a parameter in the range of 0.2 MPa (gauge) to 0.8 MPa (gauge). Since the temperature was difficult to control, it fluctuated depending on the temperature at that time. Also, multiple levels of channel volume were prepared.
  • the flow channel volume / supply volume flow rate [s] under the operating conditions (flow channel volume, pressure and temperature) at that time is set to a predetermined value (for example, 1 [s] or 2 [s]). The supply volume flow rate was adjusted and set. Therefore, a plurality of test results with different channel volume and pressure conditions are included even with the same channel volume / supply volume flow rate [s] (for example, 1 [s]).
  • the volume of the gas supply unit 17 was about 0.005 m 3 , and the volume of the gas supply pipe 13 was in the range of about 10 to 50 times the volume of the gas supply unit 17.
  • Table 1 The experimental results are shown in Table 1.
  • the flow path volume is set to be equal to or larger than the amount of gas supplied for 3 seconds.
  • LNG flows into the gas supply unit 17 and the liquid level changes depending on the operating conditions. Therefore, the volume occupied by the gas in the gas supply unit 17 also changes. Therefore, in order to prevent the pulsation more reliably, the volume of the space above the gas supply hole 43 located at the uppermost position (the upper volume of the gas supply section) and the volume of the gas supply pipe 13 in the gas supply section 17. It is desirable that the total (channel volume B) be greater than or equal to the amount of gas supplied per second. More desirably, the flow path volume B is set to be equal to or larger than the amount of gas supplied for 3 seconds.

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Abstract

凝縮器の上流側の気体供給流路内の気体圧力変動に起因する脈動現象を抑制して、安定的な運転が可能な凝縮設備を提供する。　本発明に係る凝縮設備１は、液体に気体を直接又は間接的に接触させて前記気体を凝縮させる凝縮器７を有するものであって、凝縮器７の上流側に設けられて凝縮器７に供給する気体の供給量を調節する調節弁１１と、調節弁１１から凝縮器７へ気体を供給する気体供給管１３とを有し、凝縮器７は、気体供給管１３と接続されると共に、前記気体が前記液体と直接又は間接的に接触する前に前記気体が一時的に貯留される気体供給部１７と備えてなり、気体供給管１３と気体供給部１７の合計の容積を、前記気体が１秒間に凝縮される量以上に設定した。

Description

凝縮設備
　本発明は、例えばＬＮＧ等の低温液体にＬＮＧタンクから排出される蒸発ガスを直接又は間接的に接触させて凝縮させる凝縮器を備えた凝縮設備に関する。
　なお、気体と液体については、特に限定されるものではない。
　ＬＮＧ等の低温液体にＬＮＧの蒸発ガスを直接接触させて凝縮させる凝縮器を備えた凝縮設備として、例えば特許文献１に開示された蒸発ガス再液化装置がある。
　蒸発ガス再液化装置は、貯槽内に貯留された低温液体（例えば、ＬＮＧ）から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機と、該蒸発ガス圧縮機によって圧縮された前記蒸発ガスと前記貯槽からプライマリポンプで送出された低温液体とを混合して前記低温液体中に前記蒸発ガスの微細気泡を発生させて凝縮させる微細気泡発生器とを備えている。
　また、気体と液体を直接接触させて気体を凝縮させる気液混合器を備えた装置として、例えば特許文献２に、水噴射ノズルから噴射される水をベンチュリ部に向けて噴射し、この水の噴射によって負圧を発生させ、その負圧によって加熱の際に発生するガス（水蒸気と悪臭成分）を高速で気液混合器内に導入し、悪臭成分を水に吸着させる高含水廃棄物処理装置が開示されている。そして、この高含水廃棄物処理装置には、廃棄物の加熱により発生する水蒸気の圧力変動を抑制して装置の制御を安定させるためバッファタンクの設置が記載されている。
特開２０１３－１５５８７９号公報 特開２００７－３０３７４９号公報
　液体に気体を供給して混合したり溶解や液化を行ったりする凝縮器において、気体の圧力が自励的かつ周期的に変動する脈動現象が発生する場合がある。
　このような気体圧力変動が収束する場合はよいが、条件によっては一種の共振現象となる場合があり、圧力変動幅が大きくなり（脈動が激しくなり）安定運転ができないばかりか、凝縮器や配管の破損を招く可能性もある。
　この点、特許文献２には気液混合器を備えた装置における脈動現象を防止するためにバッファタンクを設ける例が示されている。
　しかしながら、特許文献２において生ずる脈動は、高含水廃棄物に含まれる水分量の変動、すなわちインプット自体の変動に起因するものであり、本発明で対象としているような自励的な脈動ではない。また、脈動を防止するためのバッファタンクの容量については言及されていない。
　本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、液体に気体を直接又は間接的に接触させて前記気体を凝縮させる凝縮器を有する凝縮設備において、凝縮器の上流側の気体供給流路内の気体圧力変動に起因する脈動現象を抑制して、安定的な運転が可能な凝縮設備を提供することを目的としている。
　発明者は、液体に気体を供給して凝縮させる凝縮器を有する凝縮設備に生ずる脈動現象についてその発生メカニズムを検討したところ、以下のような知見を得た。
　凝縮器において、気体はその圧力が高いほど溶解や液化しやすく、逆に圧力が低くなると溶解や液化がしにくくなる。そのため、例えば何らかの要因で気体圧力が増大した場合、気体の溶解/液化量が増大し、これによって気体配管内の気体圧力が低下する。気体圧力が低下すると、気体の溶解/液化量が減少し、気体配管内の気体圧力が増大し、溶解/液化量が増大するというように、一度気体配管内の気体圧力が変動すると、これをきっかけにして自励的な気体圧力変動のサイクル現象を引き起こすことになる。
　気体配管容積（バッファ）が小さい時は、上記の気体圧力の増大、低下が顕著となるため、脈動が激しくなりやすいと考えられる。逆に、気体配管容積を一定容積以上確保すれば脈動は緩和され顕在化しないと考えられる。
　そこで、発明者は、上記の脈動現象の発生メカニズムとの関係で、いかなる気体配管容量を確保するべきかを鋭意検討し、本発明を完成させたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
（１）本発明に係る凝縮設備は、液体に気体を直接又は間接的に接触させて前記気体を凝縮させる凝縮器を有する凝縮設備であって、
　前記凝縮器の上流側に設けられて凝縮器に供給する気体を圧縮する圧縮機及び／又は前記気体の供給量を調節する調節弁と、該圧縮機又は前記調節弁から前記凝縮器へ気体を供給する気体供給流路とを有し、
　前記凝縮器は、前記気体供給流路と接続されると共に、前記気体が前記液体と直接又は間接的に接触する前に前記気体が一時的に貯留される気体供給部を備えてなり、
　前記気体供給流路と前記気体供給部の合計の容積を、前記気体が１秒間に供給される量以上に設定したことを特徴とするものである。
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記気体供給流路はバッファタンクを有することを特徴とするものである。
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記凝縮器は、液体に気体を直接接触させる直接型の凝縮器であって、
　前記液体及び気体と液体の混合流体が通流する流体流路を形成する筒状の流体流路形成部と、設置した状態で前記流体流路形成部の下部側となる部位に設けられ前記流体流路形成部に液体を供給する液体供給口と、設置した状態で前記流体流路形成部の上部側となる部位に設けられて前記流体流路形成部から流出する混合流体を排出する混合流体排出口とを有する本体部を有し、
　前記気体供給部は、前記流体流路形成部の外側又は内側に設けられて前記流体流路形成部を通流する液体に気体を供給する構成とし、
　前記気体供給部は、前記流体流路形成部の内部を通流する液体と気体供給部に供給された気体との間を仕切るように設けられた仕切り壁を有し、該仕切り壁は供給された気体を前記液体に供給する気体供給孔を少なくとも１つ有してなることを特徴とするものである。
（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記気体供給部は、気体供給流路を構成する気体供給管が一端側に接続される気体供給管接続部を有し、
　該気体供給管接続部は、設置状態において全ての前記気体供給孔の位置よりも上方の位置に設けられていることを特徴とするものである。
（５）また、上記（３）又は（４）に記載のものにおいて、前記流体流路形成部は、ベンチュリ形状に形成されており、前記気体供給孔は、前記ベンチュリ形状におけるのど部よりも下流側に設けられていることを特徴とするものである。
（６）また、上記（３）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記気体供給部は複数の気体供給管接続部を有することを特徴とするものである。
（７）また、上記（３）乃至（６）のいずれかに記載のものにおいて、前記気体供給管接続部は、前記気体供給管から供給された気体を周方向にまわり込ませるための空間であるベーパーベルトを備えていることを特徴とするものである。
（８）また、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のものにおいて、前記圧縮機の吐出側の吐出圧力又は吐出流量に応じて前記圧縮機の吐出側の吐出圧力又は吐出流量を調整する圧力調整機構又は流量調整機構を設けたことを特徴とするものである。
（９）また、上記（８）に記載のものにおいて、前記圧力調整機構は、前記圧縮機の吐出側に設けた圧力検出器と、該圧力検出器の検出値に基づいて前記圧縮機の吐出圧力を制御する制御装置を備え、
　前記流量調整機構は、前記圧縮機の吐出側に設けた流量検出器と、該流量検出器の検出値に基づいて前記圧縮機の吐出流量を制御する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
（１０）また、上記（８）に記載のものにおいて、前記圧力調整機構又は前記流量調整機構は、前記圧縮機の吐出側と吸込み側を連結する環流管と、該環流管に設けたスピルバックバルブと、前記圧力検出器又は流量検出器の検出値を入力して前記スピルバックバルブを制御する制御装置とを備えてなることを特徴とするものである。
（１１）また、上記（８）に記載のものにおいて、前記圧力調整機構又は前記流量調整機構は、前記圧縮機の吸込み側の配管に設けられたスロットルバルブと、前記圧力検出器の又は流量検出器の検出値を入力して前記スロットルバルブを制御する制御装置とを備えてなることを特徴とするものである。
　本発明においては、前記凝縮器の上流側に設けられて凝縮器に供給する気体を圧縮する圧縮機及び／又は前記気体の供給量を調節する調節弁と、前記圧縮機又は前記調節弁から前記凝縮器へ気体を供給する気体供給流路とを有し、前記凝縮器は、前記気体供給流路と接続されると共に、前記気体が前記液体と直接又は間接的に接触する前に前記気体が一時的に貯留される気体供給部を備えてなり、
　前記気体供給流路と前記気体供給部の合計の容積を、前記気体が１秒間に供給される量以上に設定したことにより、圧力変動に起因する気体の溶解/液化量の増減が発生しても、前記気体供給流路と前記気体供給部の合計の容積が必要量確保されているため、気体圧力（凝縮圧力）変動幅の増大が抑制され、脈動を防止して安定した運転が可能となる。
本発明の実施の形態１に係る凝縮設備の説明図である。 図１に示した凝縮設備に用いる凝縮器の説明図である。 図１に示した凝縮設備の他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る凝縮器の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る凝縮器の説明図である。 本発明の実施の形態４に係る凝縮器の説明図である。 本発明の実施の形態５に係る凝縮器の説明図である。 本発明の実施の形態６に係る凝縮器の説明図である。 本発明の実施の形態７に係る凝縮器の説明図である。 本発明の実施の形態７に係る凝縮器の他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態７に係る凝縮器の他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態８に係る凝縮器の説明図である。 本発明の実施の形態８に係る凝縮器の他の態様の説明図である。
［実施の形態１］
　本発明の実施の形態１に係る凝縮設備１は、図１に示すように、ＬＮＧを貯留する貯留槽３から送出管５を介して送出されるＬＮＧにＬＮＧの蒸発ガスを凝縮器７で混合して凝縮させる設備であり、貯留槽３から蒸発ガス抜出し管８を介して抜き出された蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機９及び気体の供給量を調節する調節弁１１と、調節弁１１から凝縮器７へ気体を供給する気体供給流路を形成する気体供給管１３とを有している。
　そして、凝縮器７は、気体がＬＮＧと直接接触する前に気体が一時的に貯留される気体供給部１７を備えており、気体供給管１３と気体供給部１７の合計の容積を、気体が１秒間に供給される量以上に設定している。
　なお、気体供給部１７は、気体供給管１３が接続される気体供給管接続部１５を有している。
　送出管５には、プライマリポンプ１９が設けられ、送出管５から送出されたＬＮＧは液体供給管２１を介して凝縮器７に供給される。
　また、凝縮器７には、蒸発ガスが混合された混合流体を排出する混合流体排出管２３が設けられ、混合流体排出管２３には混合液をさらに昇圧するセカンダリポンプ２５が設けられ、さらにその下流側には低温液体を気化する気化器２７が設けられている。
　以下、凝縮設備１の主な構成を詳細に説明する。
＜凝縮器＞
　凝縮器７は、図２に示すように、液体が通流する筒状の本体部２９と、本体部２９内を流れる液体に気体を供給する気体供給部１７とを備え、気体供給部１７には気体を供給する気体供給管１３が接続される気体供給管接続部１５が設けられている。
　以下、各構成を詳細に説明する。
《本体部》
　本体部２９は、液体及び気体と液体の混合流体が通流する流体流路を形成する円筒状の流体流路形成部３１を備えている。そして、流体流路形成部３１における設置状態で下部側となる部位に液体供給口３３を有し、上部側となる部位に混合流体排出口３５を有している。
　液体供給口３３には、液体を供給する液体供給管２１が接続され、混合流体排出口３５には混合流体を排出する混合流体排出管２３が接続されている。
　なお、図２においては、流体流路形成部３１と液体供給管２１との境界部及び流体流路形成部３１と混合流体排出管２３との境界部を破線で示しているが、実機では破線部がフランジや溶接による接続部となる。
　また、流体流路形成部３１の形状は特に限定されない。
　なお、凝縮器７は、液体供給口３３が下部となり、混合流体排出口３５が上部となるように設置される。
　凝縮器７の設置状態の姿勢は、本体部２９がほぼ垂直（例えば、９０°～８０°程度）になるのが好ましい。
　このような姿勢にすることで、気体供給部１７に流入する液体が気体供給部１７の周方向でほぼ同一レベルとなり、前記液体がＬＮＧのような低温液体であった場合でも気体供給部１７の熱収縮量の違いによる偏った変形を防止できる。
　なお、凝縮器７の姿勢として、液体供給口３３及び混合流体排出口３５のそれぞれの中心を結ぶ直線の傾きが４５°以上であれば、許容できる範囲である。
　また、液体供給口３３を下側に、混合流体排出口３５を上側にすることで、流体流路形成部３１内を液体が下から上へ流れ、このような流れの途中から気体を供給することで、供給される気体が液体の流れを阻害することなく、速やかに混合される。
　この点、仮に上から下に流れる液体に気体を供給すると、気体は液体よりも密度が小さいため、液体の流速の遅い部分に滞留して圧力損失が大きくなったり、液体の流れが不安定になったりする恐れがある。
《気体供給部》
　気体供給部１７は、流体流路形成部３１の外側に設けられて流体流路形成部３１の内部を通流する液体に気体を供給する。
　気体供給部１７は、流体流路形成部３１を外側から覆うように形成された外筒３９と、流体流路形成部３１の内部を通流する液体と気体供給部１７に供給された気体とを仕切るように設けられた仕切り壁４１とを有している。そして、仕切り壁４１には供給された気体を流体流路形成部３１の内部を通流する液体に供給するための複数の気体供給孔４３を有している。
　本例では、気体供給孔４３を複数設けているが、本発明においては、少なくとも１つ設けてあればよい。もっとも、気体供給孔４３を、孔径を小さくして複数設けることで、気体を分散して供給することができ、供給された気体が液体に速やかに混合されるという効果が得られる。
　気体供給部１７が有する気体供給管接続部１５は、気体供給部１７に気体を供給する気体供給管１３が接続される部位であり、気体供給部１７の外筒３９に連通するように設けられた管体によって構成されている。
　気体供給管接続部１５は、凝縮器７を設置した状態において全ての気体供給孔４３の位置よりも上方の位置になるように設けられている。
＜気体供給管-気体供給部の容量＞
　気体供給管１３及び気体供給部１７の合計の容積は、前述したように気体が１秒間に供給される量以上に設定している。なお、この容積は、好ましくは気体が３秒間に供給される量以上である。ここで、気体が供給される量とは、設計条件や運用条件などでの運転圧力、運転温度における気体の実体積流量をいう。設計条件範囲や運用条件範囲において、実体積流量が最大となる条件（圧力が低く、温度が高い条件）での値を用いるのが脈動発生に対して安全側となる。
　当該容量をこのように設定したのは、実験によって脈動の発生の有無を調査した結果に基づくものであり、当該容積を上記のように設定することで、脈動を防止して凝縮設備１の運転を安定させることができる。
　なお、実験については、後述の実施例で述べる。
　次に、上記のように構成された本実施の形態の凝縮設備１の運転方法について、図１及び図２に基づいて説明する。
　貯留槽３からプライマリポンプ１９によってＬＮＧが送出され、液体供給管２１を介して凝縮器７の液体供給口３３に供給される。
　一方、貯留槽３からはＬＮＧの蒸発ガスが蒸発ガス抜出し管８を介して抜き出され、この蒸発ガスは蒸発ガス圧縮機９で圧縮され、蒸発ガス圧縮機９の下流側に設置された調整弁１１で気体供給量を調整し、気体供給管１３を介して凝縮器７に供給される。
　運転状態では、気体供給部１７に供給された蒸発ガスが気体供給孔４３を介して流体流路形成部３１の内部を流れるＬＮＧに供給されて混合され、再液化される。
　このとき、気体の圧力の変動が生ずることがあるが、気体供給管１３と凝縮器７における気体供給部１７の容積が上述した値以上に設定されているので、脈動現象が生ずることがなく、安定した運転状態を維持することができる。
　また、流体流路形成部３１を流れるＬＮＧの一部は気体供給部１７内に流入する。一方、気体供給部１７には気体供給管１３から気体供給管接続部１５を介して蒸発ガスも供給されており、この供給された蒸発ガスは、気体供給孔４３を介して流体流路形成部３１の内部を流れるＬＮＧに供給される以外流通経路が無いため、少なくとも１つの、最も上方にある気体供給孔４３は蒸発ガスの流路として確保されることになる。従って、蒸発ガスが供給されている運転状態において、気体供給部１７内に流入したＬＮＧの液面は、最も上方に位置する気体供給孔４３より上に上がることは無い。本発明においては、気体供給管接続部１５が全ての気体供給孔４３よりも上方に位置しているので、気体供給管接続部１５の位置は気体供給部１７に流入したＬＮＧの液面よりも上方になる。そのため、ＬＮＧが気体供給管接続部１５に流入することがない。よって、気体供給管接続部１５から気体供給管１３にＬＮＧが逆流することがなく、気体供給管１３において温度差に起因する変形や、ウォータハンマー現象が生ずることがない。
　なお、気体供給孔４３が複数ある場合、気体供給部１７内に流入したＬＮＧの液面の高さは、凝縮器７の運転条件、特に蒸発ガス流量によって変化する。蒸発ガス流量が大きい場合は、多くの気体供給孔４３が蒸発ガスの流路として使用されるため、ＬＮＧの液面は低くなる。逆に蒸発ガス流量が小さい場合、ＬＮＧの液面は高くなる。
　以上のように、本実施の形態によれば、凝縮器７に供給される気体の圧力に変動が生じたとしても、これに起因して脈動現象が生ずることがなく、安定した運転状態を維持することができる。
　また、気体供給管接続部１５を、設置状態において全ての気体供給孔４３の位置よりも上方の位置に設けたことにより、供給される気体と液体の温度差に起因する変形を抑制でき、また気体が供給されている運転状態において気体供給管１３側への液体の流入が生じないので、気体供給管１３側への液体の流入に起因する気体供給管１３の変形や気体供給管１３でのハンマリング現象の発生を抑制できる。
　なお、上記の実施の形態では、気体供給管１３と気体供給部１７の容積によって脈動を防止するものであるが、本発明はこれに限られるものではなく、図３に示すように、気体供給管１３にバッファタンク４４を設けてもよい。
　この場合、気体供給管１３とバッファタンク４４と気体供給部１７の合計の容積が、気体が１秒間に供給される量以上に設定されていればよい。
　また、上記の例では、蒸発ガス圧縮機９の下流側に調節弁１１が設けられているので、本発明の気体供給流路としては、調節弁１１の下流側の気体供給管１３が該当するが、調節弁１１が設けられていない場合には、蒸発ガス圧縮機９の下流側の気体供給管１３が本発明の気体供給流路に該当する。つまり、凝縮器７の上流側で気体の流れを制約する機器として最も凝縮器７に近い位置にある蒸発ガス圧縮機９又は調節弁１１よりも下流側の気体供給管１３が本発明の気体供給流路に相当する。調節弁１１は、流路を絞って流れを制約する絞りであるが、同様の絞りとしてオリフィスも含まれる。ただし、上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が０．９以上となるような運用をする絞り、すなわち、流れを制約する程度が小さい絞りは、上述の気体の流れを制約する機器とは見なさない。ここで、圧力Ｐ１、Ｐ２は絶対圧力である。
　また、凝縮器の態様については、特に限定されるものではなく、種々の態様をとり得るので、これについて、以下の実施の形態２～６において説明する。
［実施の形態２］
　本実施の形態を図４に基づいて説明する。図４において、図２に示した部位と同等部分には同一の符号を付してある。
　本実施の形態に係る凝縮器４５は、本体部２９における流体流路形成部４７をベンチュリ形状に形成したものであり、気体供給孔４３は、前記ベンチュリ形状におけるのど部４９よりも下流側に設けられている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、のど部とは、ベンチュリ形状において最も流路断面積が絞られた部位のことをいう。
　本実施の形態の凝縮器を用いても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
　また、流体流路形成部４７をベンチュリ形状にしたことで、液体の乱れを促進して供給される気体をより分散し、混合効果を促進できる。
　さらに、気体供給孔４３をベンチュリ形状におけるのど部４９よりも下流側に設けたことにより、供給された気体がのど部４９で滞ることがなく、またベンチュリ形状部を流れるＬＮＧの流速が増したことによる吸引効果によって蒸発ガスが流体流路形成部４７内に効果的に流入して、効率的な混合、再液化ができる。
［実施の形態３］
　本実施の形態を図５に基づいて説明する。図５において、図２に示した部位と同等部分には同一の符号を付してある。
　本実施の形態の凝縮器５１は、気体供給部１７に、複数の気体供給管接続部１５が設けられていることを特徴とするものである。
　本実施の形態では、全ての気体供給管接続部１５の位置が、全ての気体供給孔４３よりも上方になるように配置されている。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
　また、複数の気体供給管接続部１５を設けたことで、各気体供給管接続部１５に気体供給管１３を接続することができ、気体供給部１７の複数位置から気体を分配供給することが可能となり、より均一な供給が実現できる。特に、複数の気体供給管接続部１５を気体供給部１７の周方向に設けることにより、気体供給部１７の周方向の複数方向からの気体供給が可能となり、気体供給の偏流を防止でき、気体供給部１７への気体の供給の均等化、ひいては、流体流路形成部３１への気体の供給の均等化を図ることができる。
　また、気体供給部１７内に逆流した液体の液面を安定化させることができ、これによって運転状態において液体が気体供給管接続部１５に流入するのをより確実に防止できる。
［実施の形態４］
　本実施の形態を図６に基づいて説明する。図６において（ａ）は凝縮器５３を側面から見た図、（ｂ）は凝縮器５３を上面から見た図であり、図２に示した部位と同等部分には同一の符号を付してある。
　本実施の形態の凝縮器５３は、気体供給管接続部１５に、気体供給管１７から供給された気体を周方向にまわり込ませるための空間であるベーパーベルト５５を設けたものである。
　ベーパーベルト５５は、外筒３９における気体供給管接続部１５が接続される部位を他の部位よりも拡径した拡径部３９ａとし、拡径部３９ａの内側に多数の通気孔５７を有する通気壁５９を設けて形成されている。
　本実施の形態の凝縮器を用いても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
　また、気体供給管接続部１５にベーパーベルト５５を設けたことにより、実施の形態３と同様に、気体供給の偏流を防止でき、さらに、多数の通気孔５７を有する通気壁５９を設けることにより、偏流防止効果をより高めることができる。これにより、気体供給部１７、ひいては、流体流路形成部３１への気体の供給の均等化が図られると共に、気体供給部１７内に逆流した液体の液面を安定化させることができ、運転状態において液体が気体配管接続部に流入するのをより確実に防止できる。ただし、通気孔５７と通気壁５９は必須のものではない。
［実施の形態５］
　本実施の形態を図７に基づいて説明する。図７において、図２に示した部位と同等部分には同一の符号を付してある。
　本実施の形態の凝縮器６１は、気体供給部１７が流体流路形成部６３の内側、すなわち流体流路内に配置されている。
　気体供給部１７は、流体流路形成部６３内に配置された筒状体６５からなり、筒状体６５の周壁位の一部が仕切り壁４１となり、仕切り壁４１に気体供給孔４３が設けられている。
　本実施の形態の凝縮器においても、他の実施の形態と同様に、気体供給管接続部１５の位置が、全ての気体供給孔４３の位置よりも上方になるように配置されている。
　したがって、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
　また、本実施の形態では、流体流路形成部６３をベンチュリ形状としており、気体供給部１７をベンチュリ部ののど部４９の下流側に配置しているので、実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
［実施の形態６］
　上記の実施の形態１～５では気体を液体と直接接触させる直接型の凝縮器の例を挙げたが、これは直接型の凝縮器は、凝縮器内の容積が間接型のものに比較して小さくなるため、より脈動を生じやすく、その意味で本発明の効果が大きいと言える。
　もっとも、本発明の凝縮器は直接型のものに限られず、間接型の凝縮器も含む。間接型の凝縮器は、構造的には熱交換器と同じであり、図８に示すような、いわゆるシェルアンドチューブ方式の間接型の凝縮器６７もその形態の一つである。
　図８に示す凝縮器６７は、凝縮器６７内に気体が流れるチューブ６９を有し、液体供給口３３から供給された液体がチューブ６９外面に接触することで、チューブ６９内の気体が間接的に冷却されて凝縮し、再液化して排出口７０を介して排出管７１から排出される。図８はチューブ内側に気体が流れ、チューブ外側（シェル側）に液体が流れる例を示したが、逆に、チューブ内側に液体が流れ、チューブ外側（シェル側）に気体を流しても良い。
　また、凝縮器の設置姿勢についても、図８では凝縮器６７のチューブが上下方向に配置される姿勢の例を示したが、特にこれに限定されるものではない。
　本実施の形態の凝縮器６７を用いた場合でも、他の実施の形態と同様に、脈動防止の効果を奏することができる。
　上記の実施の形態１～６においては、気体供給管１３と凝縮器７における気体供給部１７の容積を所定値以上に設定することで、気体の圧力変動が生じた場合でも、脈動現象が生ずることなく安定した運転状態を実現できることについて説明した。
　以下の実施の形態においては、気体供給管１３と凝縮器７における気体供給部１７の容積を所定値以上に設定することを前提として、より確実に脈動現象の発生を防止する凝縮設備について説明する。
［実施の形態７］
　前述したように、凝縮器において脈動が生ずるのは何らかの原因よって気体圧力の変動が生じたことが原因となる。そこで、このような気体圧力の変動を検出して、気体圧力変動を抑制する圧力調整機構を設けることで、脈動現象の発生を事前に防止することができる。本実施の形態の凝縮設備はこのような圧力調整機構を備えたものであり、以下、図９に基づいて説明する。なお、図９において、実施の形態１を示した図１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施の形態７に係る凝縮設備７３は、実施の形態１で説明した気体供給管１３と凝縮器７における気体供給部１７の容積を所定値以上に設定することを前提として、さらに蒸発ガス圧縮機９の吐出側の圧力に応じて蒸発ガス圧縮機９の吐出側の圧力を調整する圧力調整機構７５を設けたものである。
　一つの態様の圧力調整機構７５として、図９に示すように、蒸発ガス圧縮機９のモータの回転数を制御するインバータ７７と、蒸発ガス圧縮機９の出口側の配管に設けられた圧力計７９と、圧力計７９の計測値を入力してインバータ７７のモータ制御周波数を制御する制御装置８１を備えたものである。
　圧力計７９によって例えば圧力が低下したことが検出されると制御装置８１がインバータ７７を制御してモータの回転数を上げることで蒸発ガス圧縮機９から吐出する蒸発ガス量を増加させる。これによって、低下圧力を早期に回復することができる。
　逆に、圧力計７９によって圧力が高くなったことが検出されると制御装置８１がインバータ７７を制御してモータの回転数を下げることで蒸発ガス圧縮機９から吐出する蒸発ガス量を減少させる。これによって、早期に圧力を低下させることができる。
　以上のように、圧力調整機構７５を設けることで、脈動現象の発生原因となる圧力変動を防止でき、脈動現象の発生を事前に防止できる。
　なお、蒸発ガス圧縮機９の方式に制限は無いものの、遠心式、スクリュー式、レシプロ式などが用いられることが多い。このような蒸発ガス圧縮機自体の圧力または流量を制御する機構としては、上述したインバータを用いた回転数の調整の他、スクリュー式圧縮機の場合のスライド弁の調整を行うようにしてもよく、またレシプロ式圧縮機の無段階調整機能（ハイドロコム）などを用いるようにしてもよい。
　他の態様の圧力調整機構８２を用いた凝縮設備８３としては、図１０に示すように、蒸発ガス圧縮機９と並列して設けた環流配管８５に設けたスピルバック弁８７と、蒸発ガス圧縮機９の出口側の配管に設けられた圧力計７９と、圧力計７９の計測値を入力してスピルバック弁８７を制御する制御装置８９を備えたものである。
　図１０に示す態様では、圧力が高いときには、スピルバック弁８７を開放あるいは開度を大きくして蒸発ガスを環流配管８５を介して環流させることで吐出側の圧力を低下させることができる。
　他方、圧力の低下があったときには、スピルバック弁８７を閉じるかあるいは開度を小さくして蒸発ガスの環流量を無くするあるいは少なくすることで吐出側の圧力を高くすることができる。
　さらに他の態様の圧力調整機構９０を用いた凝縮設備９１としては、図１１に示すように、蒸発ガス圧縮機９の入口側にある蒸発ガス抜出し管８に設けたスロットル弁９３と、蒸発ガス圧縮機９の出口側の配管に設けられた圧力計７９と、圧力計７９の計測値を入力してスロットル弁９３を制御する制御装置９５を備えたものである。
　図１１に示す態様では、圧力が高いときには、スロットル弁９３の開度を小さくして蒸発ガスの蒸発ガス圧縮機９への吸入量を少なくすることで吐出側の圧力を低下させることができる。
　他方、圧力の低下があったときには、スロットル弁９３の開度を大きくして蒸発ガスの蒸発ガス圧縮機９への吸入量を多くする吐出側の圧力を高くすることができる。
　なお、上記の説明では圧力検出器としての圧力計７９の計測値に基づいて吐出される圧力を制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、圧力検出器に代えて流量検出器を設け、該流量検出器の検出値に基づいて蒸発ガス圧縮機９の吐出流量を制御するようにしてもよい。
［実施の形態８］
　上記の実施の形態１～７においては脈動発生を防止するための凝縮設備の装置構成について説明した。しかしながら、実際には予期せぬ原因等によって脈動が発生してしまうことも考えられる。
　この場合において、発生した脈動が配管系の固有振動数と一致した場合には、共振により振動が増幅されこれを放置すると機器の損傷を招くことがある。
　そこで、本実施の形態に係る凝縮設備では、共振が生じた場合において、配管系の固有振動数を変化させ、共振を停止させるために、蒸発ガス圧縮機９から凝縮器７に至る配管経路に容量調整機構を設けたものである。
　一つの態様の容量調整機構９９としては、図１２に示すように、気体供給管１３に設けたバイパス配管１０１と、バイパス配管１０１に設けた第１開閉弁１０３、第２開閉弁１０５と、気体供給管１３に設けた圧力計７９と、圧力計７９の計測値を入力して第１開閉弁１０３及び第２開閉弁１０５の開閉を制御する制御装置１０７を備えたものである。
　通常の運転時においては第１開閉弁１０３及び第２開閉弁１０５を閉じて運転を行い、この状態で、仮に脈動が発生した場合において、それが配管系の固有振動数と一致して共振が発生した場合には、圧力計７９の計測値が激しく変動する。圧力計の７９の計測値から共振が生じていると判断できる場合には、制御装置１０７によって、第１開閉弁１０３及び第２開閉弁１０５を開放する。これによって、第１開閉弁１０３と第２開閉弁１０５との間の配管容量が気体供給管１３の容量に加わることで、配管系の容量が変化し、固有振動数を変化させて共振を停止できる。
　他の態様の容量調整機構１０８を備えた凝縮設備１０９としては、図１３に示すように、開閉弁１１１を介して気体供給管１３に設けたバッファタンク１１３と、気体供給管１３に設けた圧力計７９と、圧力計７９の計測値を入力して開閉弁１１１の開閉を制御する制御装置１１５を備えたものである。
　通常の運転時においては開閉弁１１１を閉じて運転を行い、この状態で、仮に脈動が発生した場合において、それが配管系の固有振動数と一致して共振が発生し、圧力計７９の圧力変動によって共振が生じていると判断できる場合には、制御装置１１５によって、開閉弁１１１を開放する。これによって、バッファタンク１１３の容量が気体供給管１３の容量に加わることで、配管系の容量が変化し、固有振動数を変化させて共振を防止できる。
　なお、容量調整に用いる容量（バイパス配管１０１における第１開閉弁１０３と第２開閉弁１０５の間の容量、バッファタンクの容量）は、気体供給配管１３の容量の２割以上にするのが好ましい。
　上記の実施の形態においては、気体供給管１３と凝縮器７における気体供給部１７の容積を所定値以上に設定することで、脈動現象の発生を防止している。それでもなお、万一共振現象が発生したときに備えて、可変絞り機構、例えば絞り弁を気体供給管１３の途中に設置し、絞り機構の絞り度を調整することで配管系の共振振幅を低減させるようにしてもよい。この可変絞り機構は調節弁１１にその機能を持たせることができるが、調節弁１１とは別途絞り機構を調節弁１１と凝縮器７の間に追加設置しても良い。別途絞り機構を追加設置した場合、通常の運転時では、可変絞り機構は全開（絞りなし、もしくは、絞り最小）としておき、何らかの要因で一時的に共振現象が生じた場合に絞り機構の絞り度を変更して共振を低減するように操作する。
　気体供給管１３及び気体供給部１７の合計の容積（流路体積）と脈動防止効果との関係について実験を行ったので、これについて以下説明する。
　実験は、気体をＬＮＧの蒸発ガス、液体をＬＮＧとし、凝縮器を図４に示した直接接触型のものを用い、所定の流路体積に対して、気体の供給体積流量を変更し、流路体積／供給体積流量〔ｓ〕と脈動発生の有無を調査するというものである。供給体積流量は前述したように実体積流量であるので、圧力と温度の影響を受けることになる。例えば、質量流量１ｋｇ／ｓのメタンは、圧力０ＭＰａ(ゲージ)、温度０℃の標準状態では密度０．７２ｋｇ／ｍ３であるので供給体積流量は１ｋｇ／ｓ÷０．７２ｋｇ／ｍ３＝１．３９ｍ３／ｓとなるが、圧力 ０．６ＭＰａ(ゲージ)、温度４０℃の場合では、密度４．３６ｋｇ／ｍ３であるので供給体積流量は１ｋｇ／ｓ÷４．３６ｋｇ／ｍ３＝０．２３ｍ３／ｓとなる。
　実験では、圧力はパラメータとして０．２ＭＰａ(ゲージ)から０．８ＭＰａ(ゲージ)の範囲で変化させた。温度はコントロールすることが困難であったため、その時の気温などで変動した。また、流路体積も複数水準を用意した。実験においては、その時の運転条件（流路体積、圧力および温度）における、流路体積／供給体積流量〔ｓ〕が所定の値（例えば１〔ｓ〕とか、２〔ｓ〕など）となるように供給体積流量を調整・設定した。そのため、同一の流路体積／供給体積流量〔ｓ〕（例えば１〔ｓ〕）でも、流路体積や圧力条件の異なる複数の試験結果が含まれている。
　なお、気体供給部１７の容積は約０．００５ｍ３であり、気体供給管１３の容積は気体供給部１７の容積のおよそ１０倍から５０倍の範囲であった。
　実験結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、流路体積／供給体積流量〔ｓ〕の値が、０．８以下では大きな脈動が発生したのに対して、流路体積／供給体積流量〔ｓ〕の値が1以上では脈動は発生したものの大幅に改善される傾向が見られた。さらに、流路体積／供給体積流量〔ｓ〕の値が、３秒以上にすると脈動が見られなくなった。圧力条件などが変わっても同様の傾向が得られたことから、流路体積/供給体積流量[ｓ]が脈動発生に対する主要な評価因子として使用できると判断した。
　表１の結果から、流路体積を気体が１秒間に供給される量以上にすることで、脈動を抑制できることが実証された。さらに、より好ましくは流路体積を気体が３秒間に供給される量以上にすることが望ましい。
　なお、気体供給部１７内にはＬＮＧが流入し、その液面高さは運転条件によって変化する。そのため、気体供給部１７において気体が占有している容積も変化することになる。従って、より確実に脈動を防止するためには、気体供給部１７の内、最も上方に位置する気体供給孔４３より上方の空間の容積（気体供給部上部容積）と気体供給管１３の容積の合計（流路体積Ｂ）を、気体が１秒間に供給される量以上にすることが望ましい。さらに望ましくは、流路体積Ｂを、気体が３秒間に供給される量以上にするとよい。
　　１　凝縮設備
　　３　貯留槽
　　５　送出管
　　７　凝縮器（実施の形態１）
　　８　蒸発ガス抜出し管
　　９　蒸発ガス圧縮機
　１１　調節弁
　１３　気体供給管
　１５　気体供給管接続部
　１７　気体供給部
　１９　プライマリポンプ
　２１　液体供給管
　２３　混合流体排出管
　２５　セカンダリポンプ
　２７　気化器
　２９　本体部
　３１　流体流路形成部
　３３　液体供給口
　３５　混合流体排出口
　３９　外筒
　４１　仕切り壁
　４３　気体供給孔
　４４　バッファタンク
　４５　凝縮器（実施の形態２）
　４７　流体流路形成部
　４９　のど部
　５１　凝縮器（実施の形態３）
　５３　凝縮器（実施の形態４）
　５５　ベーパーベルト
　３９ａ　拡径部
　５７　通気孔
　５９　通気壁
　６１　凝縮器（実施の形態５）
　６３　流体流路形成部
　６５　筒状体
　６７　凝縮器（実施の形態６）
　６９　チューブ
　７０　排出口
　７１　排出管
　７３　凝縮設備
　７５　圧力調整機構
　７７　インバータ
　７９　圧力計
　８１　制御装置
　８２　圧力調整機構
　８３　凝縮設備
　８５　環流配管
　８７　スピルバック弁
　８９　制御装置
　９０　圧力調整機構
　９１　凝縮設備
　９３　スロットル弁
　９５　制御装置
　９７　凝縮設備
　９９　容量調整機構
１０１　バイパス配管
１０３　第１開閉弁
１０５　第２開閉弁
１０７　制御装置
１０８　容量調整機構
１０９　凝縮設備
１１１　開閉弁
１１３　バッファタンク
１１５　制御装置

Claims (11)

  1. 　液体に気体を直接又は間接的に接触させて前記気体を凝縮させる凝縮器を有する凝縮設備であって、
    　前記凝縮器の上流側に設けられて凝縮器に供給する気体を圧縮する圧縮機及び／又は前記気体の供給量を調節する調節弁と、該圧縮機又は前記調節弁から前記凝縮器へ気体を供給する気体供給流路とを有し、
    　前記凝縮器は、前記気体供給流路と接続されると共に、前記気体が前記液体と直接又は間接的に接触する前に前記気体が一時的に貯留される気体供給部を備えてなり、
    　前記気体供給流路と前記気体供給部の合計の容積を、前記気体が１秒間に供給される量以上に設定したことを特徴とする凝縮設備。
  2. 　前記気体供給流路はバッファタンクを有することを特徴とする請求項１記載の凝縮設備。
  3. 　前記凝縮器は、液体に気体を直接接触させる直接型の凝縮器であって、
    　前記液体及び気体と液体の混合流体が通流する流体流路を形成する筒状の流体流路形成部と、設置した状態で前記流体流路形成部の下部側となる部位に設けられ前記流体流路形成部に液体を供給する液体供給口と、設置した状態で前記流体流路形成部の上部側となる部位に設けられて前記流体流路形成部から流出する混合流体を排出する混合流体排出口とを有する本体部を有し、
    　前記気体供給部は、前記流体流路形成部の外側又は内側に設けられて前記流体流路形成部を通流する液体に気体を供給する構成とし、
    　前記気体供給部は、前記流体流路形成部の内部を通流する液体と気体供給部に供給された気体との間を仕切るように設けられた仕切り壁を有し、該仕切り壁は供給された気体を前記液体に供給する気体供給孔を少なくとも１つ有してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の凝縮設備。
  4. 　前記気体供給部は、気体供給流路を構成する気体供給管が一端側に接続される気体供給管接続部を有し、
    　該気体供給管接続部は、設置状態において全ての前記気体供給孔の位置よりも上方の位置に設けられていることを特徴とする請求項３記載の凝縮設備。
  5. 　前記流体流路形成部は、ベンチュリ形状に形成されており、前記気体供給孔は、前記ベンチュリ形状におけるのど部よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の凝縮設備。
  6. 　前記気体供給部は、複数の気体供給管接続部を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の凝縮設備。
  7. 　前記気体供給管接続部は、前記気体供給管から供給された気体を周方向にまわり込ませるための空間であるベーパーベルトを備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の凝縮設備。
  8. 　前記圧縮機の吐出側の吐出圧力又は吐出流量に応じて前記圧縮機の吐出側の吐出圧力又は吐出流量を調整する圧力調整機構又は流量調整機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至７にいずれか一項に記載の凝縮設備。
  9. 　前記圧力調整機構は、前記圧縮機の吐出側に設けた圧力検出器と、該圧力検出器の検出値に基づいて前記圧縮機の吐出圧力を制御する制御装置を備え、
    　前記流量調整機構は、前記圧縮機の吐出側に設けた流量検出器と、該流量検出器の検出値に基づいて前記圧縮機の吐出流量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項８記載の凝縮設備。
  10. 　前記圧力調整機構又は前記流量調整機構は、前記圧縮機の吐出側と吸込み側を連結する環流管と、該環流管に設けたスピルバックバルブと、前記圧力検出器又は流量検出器の検出値を入力して前記スピルバックバルブを制御する制御装置とを備えてなることを特徴とする請求項８記載の凝縮設備。
  11. 　前記圧力調整機構又は前記流量調整機構は、前記圧縮機の吸込み側の配管に設けられたスロットルバルブと、前記圧力検出器の又は流量検出器の検出値を入力して前記スロットルバルブを制御する制御装置とを備えてなることを特徴とする請求項８記載の凝縮設備。
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