(57)【要約】【課題】分離効率の低下を抑制する。【解決手段】液化装置は、回転可能に設けられる本体２２０と、本体２２０に設けられた留出液排出口２２４と、本体２２０における留出液排出口２２４よりも回転軸Ｒ側に設けられた第１冷却器２５６ａと、本体２２０における第１冷却器２５６ａよりも回転軸Ｒ側に設けられ、第１冷却器２５６ａより高温の第２冷却器２５６ｂと、本体２２０における第１冷却器２５６ａよりも回転軸Ｒ側に設けられた原料ガス供給口２２２と、本体２２０における第１冷却器２５６ａよりも回転軸Ｒ側に設けられた缶出液排出口２２６と、を備える。【選択図】図３
2020041739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に設けられる本体と、
前記本体に設けられた留出液排出口と、
前記本体における前記留出液排出口よりも回転軸側に設けられた第１冷却器と、
前記本体における前記第１冷却器よりも前記回転軸側に設けられ、前記第１冷却器より高温の第２冷却器と、
前記本体における前記第１冷却器よりも前記回転軸側に設けられた原料ガス供給口と、
前記本体における前記第１冷却器よりも前記回転軸側に設けられた缶出液排出口と、
を備える液化装置。
【請求項２】
前記本体の底面は、前記回転軸に向かって鉛直下方に傾斜する請求項１に記載の液化装置。
【請求項３】
前記缶出液排出口に吸入側が接続されたポンプを備える請求項１または２に記載の液化装置。
【請求項４】
前記回転軸方向に配される２つの空間に前記本体内を仕切る仕切部を備え、
前記仕切部の少なくとも一部は、デミスタで構成され、
一方の前記空間に前記原料ガス供給口が設けられ、
他方の前記空間に前記留出液排出口および前記缶出液排出口が設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の液化装置。
【請求項５】
前記仕切部における前記回転軸側および前記回転軸側の逆側のいずれか一方または両方は、板部材で構成される請求項４に記載の液化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルコール飲料や石油化学製品等の蒸留、アンモニアの除去、二酸化炭素の回収に、棚段塔が利用されている。棚段塔は、鉛直方向に延在した円筒形状の塔と、鉛直方向に離隔して塔内に設けられた複数の棚とを備える（例えば、特許文献１）。棚段塔では、低沸点成分が多く含まれる気相が上の段（棚間の空間）に送られ、高沸点成分が多く含まれる液相が下の段へ流れ落ちる。そのため、気相と液相とが対向流となる。棚段塔は、各段において気液平衡が成立するように構成されている。
【０００３】
近年、浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ：Floating Production, Storage and Offloading system）において、棚段塔が利用されている。ＦＰＳＯは、船上に棚段塔を備え、海底のガス田から採取した液化天然ガス（ＬＮＧ）を棚段塔で蒸留（液化）し、メタンの濃度を高めて出荷する設備である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−８６９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記棚段塔は、重力を利用して液相を落下させる。このため、船上等の水平方向および鉛直方向の揺れが激しい場所、または、宇宙空間等の微小重力下において、液相の落下量および落下経路が想定とは異なってしまう。そうすると、気相と液相との対向流が形成されないおそれが生じ、留出液と缶出液との分離効率が低下するという問題がある。
【０００６】
本開示は、このような課題に鑑み、分離効率の低下を抑制することが可能な液化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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る液化装置は、回転可能に設けられる本体と、本体に設けられた留出液排出口と、本体における留出液排出口よりも回転軸側に設けられた第１冷却器と、本体における第１冷却器よりも回転軸側に設けられ、第１冷却器より高温の第２冷却器と、本体における第１冷却器よりも回転軸側に設けられた原料ガス供給口と、本体における第１冷却器よりも回転軸側に設けられた缶出液排出口と、を備える。
【０００８】
また、本体の底面は、回転軸に向かって鉛直下方に傾斜してもよい。
【０００９】
また、缶出液排出口に吸入側が接続されたポンプを備えてもよい。
【００１０】
また、回転軸方向に配される２つの空間に本体内を仕切る仕切部を備え、仕切部の少なくとも一部は、デミスタで構成され、一方の空間に原料ガス供給口が設けられ、他方の空間に留出液排出口および缶出液排出口が設けられてもよい。
【００１１】
また、仕切部における回転軸側および回転軸側の逆側のいずれか一方または両方は、板部材で構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、分離効率の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】液化装置の概略的な構成を説明する図である。
【図２】ケーシング、原料ガス供給部、缶出液排出部、留出液排出部、および、冷媒供給部を説明する図である。
【図３】仕切部、および、冷却部を説明する図である。
【図４】第１の変形例の分離ユニットを説明する図である。
【図５】第２の変形例の分離ユニットを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
［液化装置１００］
図１は、液化装置１００の概略的な構成を説明する図である。本実施形態の図１をはじめとする以下の図では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。
【００１６】
液化装置１００は、原料ガスを冷却して留出液と缶出液とに分離する。原料ガスは、低沸点成分と、低沸点成分より沸点が高い高沸点成分とを含む。留出液は、原料ガスより低沸点成分が高濃度である。缶出液は、原料ガスより高沸点成分が高濃度である。原料ガスは、例えば、天然ガス、アンモニア（ガス）、ヒドラジン、四酸化二窒素等である。ここでは、原料ガスとして天然ガス（ＬＮＧが気化したガス）を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１に示すように、液化装置１００は、ケーシング１１０と、原料ガス供給部１２０と、缶出液排出部１３０と、留出液排出部１４０と、冷媒供給部１５０と、モータ１６０と、分離ユニット２００とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、液体および気液混合物の流れを示す。また、図１中、破線の矢印は、ガスの流れを示す。さらに、図１中、一点鎖線は、回転軸Ｒを示す。また、図１中、黒い四角は、軸シールを示す。
【００１８】
ケーシング１１０は、ケーシング上部１１２と、ケーシング下部１１４とを含む。ケーシング上部１１２は、略円筒形状の外周部１１２ａと、上面部１１２ｂとを含む。ケーシング上部１１２は、軸方向が鉛直方向（図１中Ｚ軸方向）となるように配される。ケーシング上部１１２の下端には、突出部１１６が設けられる。
【００１９】
図２は、ケーシング１１０、原料ガス供給部１２０、缶出液排出部１３０、留出液排出部１４０、および、冷媒供給部１５０を説明する図である。図２では、図１と比較して、モータ１６０および分離ユニット２００の図示を省略する。
【００２０】
図２に示すように、突出部１１６は、ケーシング上部１１２の外周部１１２ａに対し、水平方向（図２中Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に突出する。突出部１１６は、テーパ部１１６ａと、同径部１１６ｂと、底面部１１６ｃとを有する。
【００２１】
テーパ部１１６ａは、ケーシング上部１１２の下端１１２ｃから頂部１１６ｄに向かうに従って水平方向の径が漸増する部位である。同径部１１６ｂは、頂部１１６ｄから底部１１６ｅまで延在する同径の部位である。底面部１１６ｃは、底部１１６ｅから径方向内方かつ水平方向に延在する部位である。底面部１１６ｃの略中央には、円形状の開口１１６ｆが形成される。開口１１６ｆの大きさは、ケーシング上部１１２の外径と略等しい。
【００２２】
また、ケーシング上部１１２内には、仕切壁１１２ｄが設けられる。仕切壁１１２ｄは、水平方向に亘って、ケーシング上部１１２内に設けられる。
【００２３】
ケーシング下部１１４は、略円筒形状の外周部１１４ａと、上面部１１４ｂと、底面部１１４ｃとを含む。ケーシング下部１１４は、軸方向が鉛直方向（図１中Ｚ軸方向）となるように配される。ケーシング上部１１２の径とケーシング下部１１４の径とは略等しい。ケーシング上部１１２の突出部１１６を構成する底面部１１６ｃの端部（開口１１６ｆを形成する端部）は、ケーシング下部１１４の外周部１１４ａに接続される。本実施形態において、底面部１１６ｃの端部は、ケーシング下部１１４の上面部１１４ｂより下方に接続される。
【００２４】
したがって、ケーシング上部１１２内は、仕切壁１１２ｄおよび上面部１１４ｂによって、空間ＳＡおよび空間ＳＢに区画される。換言すれば、ケーシング１１０内は、仕切壁１１２ｄおよび上面部１１４ｂによって、空間ＳＡ、空間ＳＢ、および、空間ＳＣ（ケーシング下部１１４内の空間）に区画される。
【００２５】
また、空間ＳＢのうち、同径部１１６ｂ、底面部１１６ｃ、および、外周部１１４ａに囲繞された空間が、留出液貯留部１１０Ａとして機能する。
【００２６】
また、仕切壁１１２ｄの中央には、貫通孔１１２ｂａが形成される。同様に、上面部１１４ｂの中央には、貫通孔１１４ｂａが形成される。貫通孔１１２ｂａ、１１４ｂａには、後述する分離ユニット２００の回転部２１０が挿通される。
【００２７】
ケーシング上部１１２の外周部１１２ａのうち、空間ＳＡを区画する部位には、第１接続口１１８ａが形成される。また、ケーシング上部１１２の外周部１１２ａのうち、空間ＳＢを区画する部位には、第２接続口１１８ｂおよび第３接続口１１８ｃが形成される。ケーシング下部１１４の外周部１１４ａには、第４接続口１１８ｄが形成される。
【００２８】
原料ガス供給部１２０は、空間ＳＡに配される。原料ガス供給部１２０は、原料供給管１２２と、大径部１２４とを含む。原料供給管１２２は、不図示の原料ガス供給源と大径部１２４とを接続する。また、原料供給管１２２は、第１接続口１１８ａに挿通される。原料供給管１２２の外径は、第１接続口１１８ａの径よりわずかに小さい。原料供給管１２２は、ケーシング上部１１２の外周部１１２ａ（第１接続口１１８ａ）に固定される。
【００２９】
大径部１２４は、略円筒形状の外周部と、上面部と、底面部とを含む。大径部１２４は、軸方向が鉛直方向（図２中Ｚ軸方向）となるように空間ＳＡに配される。大径部１２４の上面部および底面部には、貫通孔１２４ａが形成される。貫通孔１２４ａには、分離ユニット２００の回転部２１０が挿通される。
【００３０】
缶出液排出部１３０は、管体１３２と、配管１３４と、ポンプ１３６と、缶出液貯留タンク１３８とを含む。管体１３２は、空間ＳＣに配される。管体１３２は、缶出液排出管１３２ａと、大径部１３２ｂとを含む。缶出液排出管１３２ａは、大径部１３２ｂと配管１３４とを接続する。缶出液排出管１３２ａは、第４接続口１１８ｄに挿通される。缶出液排出管１３２ａの外径は、第４接続口１１８ｄの径よりわずかに小さい。缶出液排出管１３２ａは、ケーシング下部１１４の外周部１１４ａ（第４接続口１１８ｄ）に固定される。大径部１３２ｂは、略円筒形状の外周部と、上面部と、底面部とを含む。
【００３１】
大径部１３２ｂは、軸方向が鉛直方向（図２中Ｚ軸方向）となるように空間ＳＣに配される。大径部１３２ｂの上面部および底面部には、貫通孔１３２ｂａが形成される。貫通孔１３２ｂａには、分離ユニット２００の回転部２１０が挿通される。
【００３２】
配管１３４は、缶出液排出管１３２ａとポンプ１３６とを接続する。配管１３４には、流量調整弁１３４ａが設けられる。ポンプ１３６は、ケーシング１１０外に設けられる。ポンプ１３６は、吸入側が配管１３４に接続される。また、ポンプ１３６は、吐出側が缶出液貯留タンク１３８に接続される。缶出液貯留タンク１３８は、缶出液を貯留する。
【００３３】
留出液排出部１４０は、ポンプ１４２と、留出液貯留タンク１４４とを含む。ポンプ１４２は、吸入側が底面部１１６ｃ（留出液貯留部１１０Ａ）に接続される。ポンプ１４２は、吐出側が留出液貯留タンク１４４に接続される。留出液貯留タンク１４４は、留出液を貯留する。
【００３４】
冷媒供給部１５０は、空間ＳＢ内に配される。冷媒供給部１５０は、冷媒（例えば、液体窒素）を、後述する分離ユニット２００の冷却部２５０に供給する。冷媒供給部１５０は、大径部１５２と、突起部１５４と、冷媒供給管１５６と、冷媒排出管１５８とを含む。大径部１５２は、略円筒形状の外周部と、上面部と、底面部とを含む。大径部１５２は、軸方向が鉛直方向（図２中Ｚ軸方向）となるように空間ＳＢに配される。大径部１５２の上面部には、貫通孔１５２ａが形成される。また、大径部１５２の底面部には、貫通孔１５２ｂが形成される。貫通孔１５２ｂは、貫通孔１５２ａよりも大径である。
【００３５】
突起部１５４は、略円筒形状である。突起部１５４は、大径部１５２の上面から、大径部１５２内に突出している。突起部１５４の先端は、鉛直下方に向かうに従って径が漸減するテーパ形状となっている。突起部１５４は、貫通孔１５２ａを囲繞するように、大径部１５２の上面に設けられる。つまり、突起部１５４の内径は、貫通孔１５２ａよりも大きい。また、突起部１５４の外径は、貫通孔１５２ｂよりも小さい。
【００３６】
冷媒供給管１５６は、不図示の冷媒供給源と、大径部１５２とを接続する。本実施形態において、冷媒供給管１５６は、大径部１５２の外周部に接続される。冷媒供給管１５６は、第２接続口１１８ｂに挿通される。冷媒供給管１５６の外径は、第２接続口１１８ｂの径よりわずかに小さい。冷媒供給管１５６は、ケーシング上部１１２の外周部１１２ａ（第２接続口１１８ｂ）に固定される。
【００３７】
冷媒排出管１５８は、大径部１５２と、不図示の冷媒回収部とを接続する。本実施形態において、冷媒排出管１５８は、大径部１５２の上面のうち、突起部１５４の内側に接続される。冷媒排出管１５８は、第３接続口１１８ｃに挿通される。冷媒排出管１５８の外径は、第３接続口１１８ｃの径よりわずかに小さい。冷媒排出管１５８は、ケーシング上部１１２の外周部１１２ａ（第３接続口１１８ｃ）に固定される。
【００３８】
図１に戻って説明すると、分離ユニット２００は、回転部２１０と、本体２２０と、留出液排出管２３０と、仕切部２４０と、冷却部２５０とを含む。
【００３９】
回転部２１０は、略円筒形状の外周部２１０ａと、上面部２１０ｂと、底面部２１０ｃとを含む。本実施形態において、回転部２１０は、軸方向が鉛直方向（図１中Ｚ軸方向）となるようにケーシング１１０内に配される。回転部２１０は、貫通孔１２４ａ、１１２ｂａ、１５２ａ、１５２ｂ、１１４ｂａ、１３２ｂａに挿通される（図２参照）。回転部２１０の上端は、ケーシング１１０の上面部１１２ｂ（空間ＳＡ）に設けられた支持部１１２ｅに軸支される。回転部２１０の下端には、後述するモータ１６０が接続される。
【００４０】
また、回転部２１０と貫通孔１２４ａ、１１２ｂａ、１５２ａ、１５２ｂ、１１４ｂａ、１３２ｂａとの間、および、回転部２１０と支持部１１２ｅとの間には、軸シールが設けられている。つまり、回転部２１０は、ケーシング１１０、原料ガス供給部１２０、管体１３２、および、冷媒供給部１５０に対して、相対回転可能に設けられる。軸シールは、例えば、シールリングで構成される。
【００４１】
回転部２１０の外周部２１０ａのうち、原料ガス供給部１２０内に配される箇所には、開口２１２が形成されている。また、回転部２１０の外周部２１０ａのうち、缶出液排出部１３０の管体１３２内に配される箇所には、開口２１４が形成されている。
【００４２】
本体２２０は、水平断面（図１中ＸＹ断面）および鉛直断面（図１中ＸＺ断面およびＹＺ断面）が略矩形形状の中空部材である。本体２２０は、内部空間が回転部２１０の内部空間と連通するように、回転部２１０の外周部２１０ａに接続される。本体２２０は、空間ＳＢにおける冷媒供給部１５０の下方に配される。
【００４３】
留出液排出管２３０は、本体２２０における回転部２１０の接続箇所とは反対側の箇所に接続される。留出液排出管２３０の少なくとも一部（留出液排出管２３０の排出口２３２）は、突出部１１６内に配される。
【００４４】
図３は、仕切部２４０、および、冷却部２５０を説明する図である。なお、図３中、実線の矢印は、液体の流れを示す。また、図３中、破線の矢印は、ガスの流れを示す。さらに、図３中、一点鎖線は、回転軸Ｒを示す。また、図３中、黒い四角は、軸シールを示す。
【００４５】
図３に示すように、仕切部２４０は、回転部２１０（外周部２１０ａ）内から図３中Ｘ軸方向に本体２２０内に亘って設けられる。つまり、仕切部２４０は、回転軸Ｒ方向に配される２つの空間（第１空間２２０Ａ（一方の空間）および第２空間２２０Ｂ（他方の空間））に本体２２０内を仕切る。本体２２０の高さ（図３中Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。第１空間２２０Ａおよび第２空間２２０Ｂの高さは、例えば、２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。本体２２０の第１空間２２０Ａと回転部２１０の外周部２１０ａ内との連通部分が、原料ガス供給口２２２として機能する。
【００４６】
また、本体２２０の第２空間２２０Ｂと留出液排出管２３０とが連通するように、留出液排出管２３０が本体２２０に接続される。つまり、本体２２０における留出液排出管２３０との接続箇所が、留出液排出口２２４として機能する。換言すれば、留出液排出口２２４は、本体２２０における原料ガス供給口２２２の下であって、第２空間２２０Ｂに設けられる。
【００４７】
さらに、本体２２０の第２空間２２０Ｂと回転部２１０の外周部２１０ａ内との連通部分が、缶出液排出口２２６として機能する。缶出液排出口２２６には、外周部２１０ａ、管体１３２、および、配管１３４を介して、ポンプ１３６の吸入側が接続される。
【００４８】
仕切部２４０は、板部材２４２ａ、２４２ｂと、デミスタ２４４とで構成される。板部材２４２ａは、回転部２１０に接続される。換言すれば、仕切部２４０における回転軸Ｒ側は、板部材２４２ａで構成される。板部材２４２ｂは、本体２２０に接続される。換言すれば、仕切部２４０における回転軸Ｒの逆側は、板部材２４２ｂで構成される。なお、回転部２１０に接続される板部材２４２ａは、本体２２０に接続される板部材２４２ｂより図３中Ｘ軸方向の長さが長い（面積が大きい）。
【００４９】
デミスタ２４４（図３中、クロスハッチングで示す。）は、板部材２４２ａおよび板部材２４２ｂに接続され、板部材２４２ａと板部材２４２ｂとの間に配される。デミスタ２４４は、繊維が編み込まれたメッシュ状のフィルタである。繊維は、例えば、金属（アルミニウム、銅、または、ステンレス鋼）、ガラス、または、樹脂（ポリプロピレン、フッ化樹脂）で構成される。デミスタ２４４は、ガスを通過させる機能と、液を捕捉して落下させる機能を有する。具体的に説明すると、第１空間２２０Ａで生じた液体分子がデミスタ２４４（繊維の表面）に衝突すると、繊維の濡れ性および毛細血管現象により、繊維の表面に溜まる。そして、繊維の表面における隣り合う液体分子の間に表面張力が生じ、互いに引っ張り合って、液体分子が成長する。成長した液体分子は、重力によってデミスタ２４４の下方、つまり、第２空間２２０Ｂに落下する。
【００５０】
冷却部２５０は、冷媒供給部１５０から供給される冷媒で本体２２０を冷却する。冷却部２５０は、本体２２０に固定される。したがって、冷却部２５０は、本体２２０と一体回転する。冷却部２５０は、冷媒供給部１５０の下方に配される。冷却部２５０は、冷媒受部２５２と、冷媒供給管２５４と、巻回管２５６と、回収管２５８とを含む。
【００５１】
冷媒受部２５２は、略円筒形状の外周部と、底面部とを含む。冷媒受部２５２の外周部は、冷媒供給部１５０の貫通孔１５２ｂより小さい。冷媒受部２５２の外周部と、貫通孔１５２ｂとの間には、軸シールが設けられている。冷媒供給管２５４は、冷媒受部２５２と、巻回管２５６とを接続する。
【００５２】
巻回管２５６は、冷媒供給管２５４と、回収管２５８とを接続する。巻回管２５６は、本体２２０の外面に巻き回される。巻回管２５６は、本体２２０における留出液排出管２３０側から回転部２１０（回転軸Ｒ）側に向かって巻き回される。巻回管２５６は、本体２２０における留出液排出管２３０側が、回転軸Ｒ側より密になるように、本体２２０に巻き回される。したがって、巻回管２５６における留出液排出管２３０側に巻回された部分（上流側）が第１冷却器２５６ａとして機能する。なお、第１冷却器２５６ａは、本体２２０における留出液排出口２２４よりも回転軸Ｒ側に設けられる。また、原料ガス供給口２２２は、本体２２０における第１冷却器２５６ａよりも回転軸Ｒ側であって、第１空間２２０Ａに設けられる。また、缶出液排出口２２６は、本体２２０における原料ガス供給口２２２の下方かつ第１冷却器２５６ａよりも回転軸Ｒ側であって、第２空間２２０Ｂに設けられる。また、巻回管２５６における回転軸Ｒ側に巻回された部分（下流側）が、第１冷却器２５６ａよりも高温の第２冷却器２５６ｂとして機能する。本実施形態において、巻回管２５６は、留出液排出管２３０側から回転軸Ｒ側に向かって徐々に疎になるように本体２２０に巻き回される。
【００５３】
第１冷却器２５６ａに導入される冷媒の温度は、原料ガスに含まれる低沸点成分の融点以上であり沸点以下である。また、第２冷却器２５６ｂを通過する冷媒の温度は、原料ガスの低沸点成分の沸点を上回り、かつ、高沸点成分の融点以上であり沸点以下である。つまり、冷媒供給部１５０および巻回管２５６は、第１冷却器２５６ａに導入される冷媒の温度が低沸点成分の融点以上であり沸点以下となり、第２冷却器２５６ｂを通過する冷媒の温度が高沸点成分の融点以上であり沸点以下となるように構成される。なお、低沸点成分がメタンである場合、第１冷却器２５６ａを通過する冷媒の温度は、例えば、−１６２℃である。また、高沸点成分がプロパンである場合、第２冷却器２５６ｂを通過する冷媒の温度は、例えば、−４２℃である。
【００５４】
回収管２５８は、回転部２１０の外周部２１０ａを囲繞する。つまり、回収管２５８の内径は、外周部２１０ａより大きい。回収管２５８は、冷媒受部２５２の底面部を貫通する。回収管２５８の外径は、冷媒供給部１５０の突起部１５４の内径より小さい。回収管２５８の端部開口は、冷媒供給部１５０の突起部１５４内に配される。
【００５５】
モータ１６０は、回転部２１０に接続される。モータ１６０は、回転部２１０を回転させる。つまり、モータ１６０は、分離ユニット２００（回転部２１０、本体２２０、留出液排出管２３０、仕切部２４０、および、冷却部２５０）を回転させる。
【００５６】
［冷媒、原料ガス、留出液、および、缶出液の流れ］
続いて、図３を用いて、冷媒、原料ガス、留出液、および、缶出液の流れについて説明する。まず、冷媒の流れについて説明し、続いて、原料ガス、留出液、および、缶出液の流れについて説明する。また、ここでは、冷媒として、液体窒素を例に挙げて説明する。また、原料ガスとして天然ガスを例に挙げて説明する。
【００５７】
［冷媒の流れ］
図３に示すように、液体窒素は、冷媒供給源から冷媒供給管１５６に導入される。そして、液体窒素は、冷媒供給管１５６から大径部１５２に導かれる。大径部１５２に導かれた液体窒素は、冷却部２５０の冷媒受部２５２に供給され、冷媒供給管２５４を通じて巻回管２５６に供給される。上記したように、巻回管２５６は、本体２２０における留出液排出管２３０側から回転部２１０（回転軸Ｒ）側に向かって巻き回される。このため、液体窒素は、本体２２０の外面における留出液排出管２３０側から回転部２１０（回転軸Ｒ）側に向かって流れる。この間に、液体窒素と、本体２２０内の原料ガスとで熱交換が為され、液体窒素が加熱される。そうすると、液体窒素は、窒素ガスに気化する（例えば、−４２℃程度）。気化した窒素ガス（冷媒）は、回収管２５８に導入された後、突起部１５４を通じて冷媒排出管１５８に排出される。
【００５８】
［原料ガス、留出液、および、缶出液の流れ］
天然ガスは、図３に示すように、開口２１２を通じて外周部２１０ａ内に供給される。天然ガスは、原料ガス供給源からの押し込みによって、外周部２１０ａ内を鉛直下方に移動する。そして、天然ガスは、原料ガス供給口２２２を通じて、本体２２０の第１空間２２０Ａに導入される。第１空間２２０Ａに導入された原料ガスは、遠心力（モータ１６０による回転）によって回転軸Ｒの逆側（留出液排出口２２４側）に流れる。
【００５９】
上記したように、本体２２０における留出液排出口２２４側は、第１冷却器２５６ａによって、低沸点成分の沸点以下に冷却されている。このため、原料ガスは、第１空間２２０Ａ内を留出液排出口２２４側に向かって流れる過程で、凝縮して液体（凝縮液）となる。
【００６０】
生成された凝縮液は、デミスタ２４４に捕捉され、第２空間２２０Ｂに移動する。第２空間２２０Ｂに移動した凝縮液は、一部が、ポンプ１３６による吸引により、第２空間２２０Ｂを回転軸Ｒ（缶出液排出口２２６）側に向かって流れる。また、凝縮液の一部は、遠心力によって、第２空間２２０Ｂを留出液排出口２２４側に向かって流れる。
【００６１】
上記したように、本体２２０の回転軸Ｒ側は、第２冷却器２５６ｂによって、低沸点成分の沸点を上回り、高沸点成分の沸点以下の温度となっている。このため、凝縮液に含まれる低沸点成分は、本体２２０の第２空間２２０Ｂを缶出液排出口２２６に向かって流れる過程で気化する。こうして、第２空間２２０Ｂの回転軸Ｒ（缶出液排出口２２６）側において、低沸点成分を多く含む蒸気（気体）が生成される。生成された蒸気は、遠心力によって留出液排出口２２４側に移動する。つまり、生成された蒸気は、凝縮液の流れと逆方向に流れる。これにより、還流が為され、低沸点成分と高沸点成分の分離効率を向上することが可能となる。また、蒸気は、デミスタ２４４を通過して、第１空間２２０Ａに移動する。デミスタ２４４においても、蒸気と凝縮液との流れが対向流となることから、還流が為され、低沸点成分と高沸点成分の分離効率を向上することができる。
【００６２】
一方、第２空間２２０Ｂに移動した凝縮液のうち、ポンプ１３６によって吸引されなかった凝縮液は、留出液として、留出液排出口２２４および留出液排出管２３０を通じて、留出液貯留部１１０Ａに排出される。
【００６３】
また、本体２２０において蒸気が取り除かれた液体（蒸発しなかった液体）は、ポンプ１３６によって缶出液として缶出液排出口２２６、開口２１４を通じて抜き出される。ポンプ１３６によって抜き出された缶出液は、缶出液貯留タンク１３８に貯留される。
【００６４】
また、本体２２０から抜き出された缶出液の一部は、気化された後、原料ガスに混合されてもよい。これにより、缶出液中の低沸点成分を再度分離することができ、低沸点成分と高沸点成分の分離効率を向上することが可能となる。なお、缶出液排出管１３２ａに設けられた流量調整弁１３４ａの開度を調整することで、缶出液の返送量を制御できる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の液化装置１００は、原料ガスを低沸点成分と高沸点成分とに分離（蒸留）する分離ユニット２００を回転させる。また、液化装置１００は、凝縮液を回転軸Ｒ側に移動させるポンプ１３６を備える。したがって、原料ガスおよび蒸気を遠心力によって回転軸Ｒの逆側に移動させ、凝縮液（缶出液）をポンプ１３６の吸引によって回転軸Ｒ側に移動させることができる。これにより、重力によらず、気相と液相との対向流を作ることが可能となる。
【００６６】
したがって、液化装置１００は、船上等の水平方向および鉛直方向の揺れが激しい場所、または、宇宙空間等の微小重力下においても、原料ガスを低沸点成分と高沸点成分とに効率よく分離することが可能となる。つまり、液化装置１００は、ＦＰＳＯに利用することができる。また、液化装置１００は、ＬＮＧタンカのボイルオフガス（原料ガス）からメタンを液化して回収することができる。また、液化装置１００は、衛星のスラスタのボイルオフガス（原料ガス）から燃料を液化して回収することが可能となる。
【００６７】
また、液化装置１００は、第１冷却器２５６ａおよび第２冷却器２５６ｂが本体２２０に固定されている。つまり、第１冷却器２５６ａは、本体２２０内において原料ガスおよび蒸気を冷却し、第２冷却器２５６ｂは、本体２２０内において凝縮液を加熱する。したがって、液化装置１００では、第２空間２２０Ｂ内で、低沸点成分と高沸点成分との濃度比が流体の流れ方向に連続的に変化する液体の層と気体の層とを連続的に接触させて、気液平衡状態とすることができる。これにより、本体２２０外で凝縮液を加熱したり、蒸気を冷却したりする技術と比較して、低沸点成分と高沸点成分との分離性能を向上させることが可能となる。
【００６８】
また、上記したように、仕切部２４０は、デミスタ２４４を備える。これにより、第１空間２２０Ａで生じた凝縮液を第２空間２２０Ｂに移動（落下）させることができる。また、第２空間２２０Ｂに移動した凝縮液の第１空間２２０Ａへの移動を防止することができる。つまり、デミスタ２４４は、凝縮液を第２空間２２０Ｂに移動させる機能と、凝縮液を第２空間２２０Ｂに留める機能とを有する。
【００６９】
また、上記したように、仕切部２４０は、板部材２４２ａ、２４２ｂを備える。これにより、デミスタ２４４が撓んでしまう事態を回避することができる。したがって、第１空間２２０Ａおよび第２空間２２０Ｂを常時維持することが可能となる。
【００７０】
［第１の変形例］
図４は、第１の変形例の分離ユニット３００を説明する図である。なお、図４中、実線の矢印は、液体の流れを示す。また、図４中、破線の矢印は、ガスの流れを示す。さらに、図４中、一点鎖線は、回転軸Ｒを示す。また、図４中、黒い四角は、軸シールを示す。なお、上記分離ユニット２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図４に示すように、分離ユニット３００は、回転部２１０と、本体３２０と、留出液排出管２３０と、仕切部２４０と、冷却部２５０とを含む。第１の変形例において、本体３２０は、回転軸Ｒに向かって鉛直下方（図４中Ｚ軸方向）に傾斜している。
【００７２】
したがって、第２空間２２０Ｂに移動した凝縮液の一部は、自重で、第２空間２２０Ｂを回転軸Ｒ（缶出液排出口２２６）側に向かって流れる。これにより、缶出液排出部１３０は、ポンプ１３６を省略することができる。したがって、缶出液排出部１３０のイニシャルコストを削減することが可能となる。
【００７３】
［第２の変形例］
上記実施形態において、水平断面および鉛直断面が略矩形形状の中空部材である本体２２０を例に挙げて説明した。しかし、本体２２０の形状に限定はない。
【００７４】
図５は、第２の変形例の分離ユニット４００を説明する図である。なお、図５中、実線の矢印は、液体の流れを示す。また、図５中、破線の矢印は、ガスの流れを示す。さらに、図５中、一点鎖線は、回転軸Ｒを示す。なお、上記分離ユニット２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７５】
分離ユニット４００は、回転部２１０と、本体４２０と、留出液排出管２３０と、仕切部４４０と、冷却部４５０とを含む。
【００７６】
本体４２０は、円筒形状（トーラス形状、または、ドーナツ形状）の中空部材である。本体４２０は、略円筒形状の外筒４２２と、上面４２４と、底面４２６とを含む。外筒４２２は、回転部２１０より大径の円筒形状である。上面４２４は、外筒４２２の上端を封止する。底面４２６は、外筒４２２の下端を封止する。本体４２０は、軸方向が回転軸Ｒ方向（図５中Ｚ軸方向）となるように回転部２１０に接続される。また、本体４２０は、内部空間が回転部２１０の内部空間と連通するように、回転部２１０の外周部２１０ａに接続される。
【００７７】
仕切部４４０は、図５中Ｘ軸方向に本体２２０内に亘って設けられる。第２の変形例において、仕切部４４０は、本体４２０の外筒４２２に接続される。つまり、仕切部４４０は、回転軸Ｒ方向に配される２つの空間（第１空間２２０Ａ（一方の空間）および第２空間２２０Ｂ（他方の空間））に本体４２０内を仕切る。
【００７８】
仕切部４４０は、板部材４４２ａ、４４２ｂと、デミスタ４４４とで構成される。板部材４４２ａは、円板形状である。板部材４４２ａは、本体４２０の外筒４２２に接続される。板部材４４２ａは、円形状の切り欠きが中央に形成される。
【００７９】
デミスタ４４４（図５中、クロスハッチングで示す。）は、円板形状である。デミスタ４４４は、板部材４４２ａの切り欠きに接続される。デミスタ４４４は、円形状の切り欠きが中央に形成される。
【００８０】
板部材４４２ｂは、円板形状である。板部材４４２ｂは、デミスタ４４４の切り欠きに接続される。
【００８１】
冷却部４５０は、冷媒供給部１５０から供給される冷媒で本体４２０を冷却する。冷却部４５０は、本体４２０に固定される。したがって、冷却部４５０は、本体４２０と一体回転する。冷却部４５０は、冷媒受部２５２と、冷媒供給管２５４と、巻回管４５６と、回収管２５８とを含む。
【００８２】
巻回管４５６は、冷媒供給管２５４と、回収管２５８とを接続する。巻回管４５６は、本体４２０の外面に巻き回される。巻回管４５６は、本体４２０における径方向外方から回転部２１０（回転軸Ｒ）側に向かって巻き回される。巻回管４５６は、本体４２０における径方向外方側が、回転軸Ｒ側より密になるように、本体４２０に巻き回される。したがって、巻回管４５６における径方向外方側（留出液排出管２３０側）に巻回された部分（上流側）が第１冷却器として機能する。また、巻回管４５６における径方向内方側（回転軸Ｒ側）に巻回された部分（下流側）が、第２冷却器として機能する。第２の変形例において、巻回管４５６は、径方向外方側から径方向内方側に向かって徐々に疎になるように本体４２０に巻き回される。
【００８３】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８４】
例えば、上記実施形態および第２の変形例において、回転部２１０の軸方向が鉛直方向に配される構成を例に挙げて説明した。しかし、回転部２１０の配置方向に限定はない。
【００８５】
また、上記実施形態および第１の変形例において、本体２２０、３２０の側部が、回転部２１０の外周部２１０ａに接続される構成を例に挙げて説明した。このため、原料ガス供給口２２２が本体２２０、３２０の側面に設けられる。しかし、原料ガス供給口２２２は、本体２２０、３２０の上面に設けられてもよい。同様に、缶出液排出口２２６は、本体２２０、３２０の底面に設けられてもよい。また、第２の変形例の原料ガス供給口２２２は、本体４２０の上面４２４に設けられてもよい。同様に、第２の変形例の缶出液排出口２２６は、本体４２０の底面４２６に設けられてもよい。いずれにせよ、原料ガス供給口２２２は、本体２２０、３２０、４２０における第１冷却器２５６ａよりも回転軸Ｒ側に設けられればよい。また、缶出液排出口２２６は、本体２２０、３２０、４２０における第１冷却器２５６ａよりも回転軸Ｒ側に設けられればよい。
【００８６】
また、上記実施形態および変形例において、本体２２０、３２０、４２０の側面に留出液排出管２３０が接続される構成を例に挙げて説明した。このため、留出液排出口２２４が本体２２０、３２０、４２０の側面に設けられる。しかし、留出液排出口２２４は、本体２２０、３２０、４２０の底面に設けられてもよい。つまり、留出液排出管２３０は、本体２２０、３２０、４２０の底面に接続されてもよい。
【００８７】
また、上記実施形態および変形例において、第１冷却器２５６ａおよび第２冷却器２５６ｂが一体形成される場合を例に挙げて説明した。しかし、第１冷却器２５６ａと、第２冷却器２５６ｂとは別体であってもよい。
【００８８】
また、上記実施形態および変形例において、第１冷却器２５６ａおよび第２冷却器２５６ｂが熱交換器で構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、第１冷却器２５６ａおよび第２冷却器２５６ｂは、ペルチェ素子等を用いた固体冷却機器、または、ファン等を用いた冷却機器で構成されてもよい。
【００８９】
また、上記第１の変形例において、本体３２０全体が、回転軸Ｒに向かって鉛直下方に傾斜する構成を例に挙げて説明した。しかし、本体３２０のうち、少なくとも底面が回転軸Ｒに向かって鉛直下方に傾斜していればよい。
【００９０】
また、上記実施形態および変形例において、本体２２０、３２０、４２０内に、仕切部２４０、４４０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、仕切部２４０、４４０は、必須の構成ではない。
【００９１】
また、上記実施形態および変形例において、仕切部２４０、４４０が板部材２４２ａ、２４２ｂ、４４２ａ、４４２ｂを備える構成を例に挙げて説明した。しかし、板部材２４２ａ、２４２ｂ、４４２ａ、４４２ｂのうち、少なくともいずれか１つを備えていればよい。また、仕切部２４０、４４０がデミスタ２４４、４４４のみで構成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本開示は、液化装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００  液化装置
２２０  本体
２２２  原料ガス供給口
２２４  留出液排出口
２２６  缶出液排出口
２４０  仕切部
２４２ａ  板部材
２４２ｂ  板部材
２４４  デミスタ
２５６ａ  第１冷却器
２５６ｂ  第２冷却器
３２０  本体
４２０  本体
４４０  仕切部
４４２ａ  板部材
４４２ｂ  板部材
４４４  デミスタ
【図１】
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【図２】
2020041739.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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