(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の流体を混合してなる混合流体を貯溜するタンクと、タンクに混合流体を吹込む入口管と、前記タンク内の複数箇所に開口する複数の枝管を備えた集合管と、前記枝管の各々に設けたオリフィスと、前記集合管で集合した流体を取出す出口管と、からなる流体均質化装置。
【請求項２】
前記オリフィスは、流体の流量に応じて流路面積を変化させるバルブを備えた可変オリフィスであることを特徴とした請求項１記載の流体均質化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料ガス製造基地において、熱量の異なる燃料を混合し、均質化するのに好適な流体均質化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる都市ガスは、古くは石炭ガスを原料としていたが、近年は天然ガス（ＬＮＧ）から製造する。天然ガスは原油と同様に産地が限られているため、産地（例えばインドネシア）でガスを液体（液化天然ガス）に変換し、ＬＮＧ船で消費地（例えば日本）まで運搬し、消費地で液体をガス（天然ガス）に戻すということを実施している。
【０００３】
都市ガスのうち１３Ａガスは、規定の総発熱量が１１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3（４６ＭＪ／Ｎｍ3）であり、変動許容値１００ｋｃａｌ／Ｎｍ3を見込んでも、１０９００〜１１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ3に調整する必要がある。
一方、原料としての天然ガスは、総発熱量が例えば１０７００ｋｃａｌ／Ｎｍ3であって、１３Ａガスより３００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度、低い流体である。
そこで、消費地で液化天然ガスを天然ガスに戻すときに、プロパンガス（約２３７００ｋｃａｌ／Ｎｍ3）に代表されるＬＰＧ（液化石油ガス）を混合して発熱量を高める。この作業を「発熱量調整」という。
【０００４】
この様な発熱量調整に関する技術に、例えば特開昭６１−１５９１４３号公報「天然ガスの発熱量調整装置」があり、この発明は発熱量を測定する代わりに比重を測定することで２種のガスの混合を行うというものであるが、同公報の第１図によれば、タンク１（符号は公報記載のものを流用）に貯溜された液化天然ガスを、ポンプ２によって気化器３に送って、ガス化し、この天然ガスをミキシングタンク５に一旦蓄えが、このときにミキシングタンク５内部の攪拌性を高めてガスのミキシングを図ると言うものである。
この様に、発熱量調整装置においてミキシングタンクを採用することは知られているが、この種のタンクには使用条件によっては、次の様な課題があることが分かった。
【０００５】
図１６は従来の発熱量調整装置の一例を示す原理図であり、この発熱量調整装置１００は、ＬＮＧタンク１０１の液化天然ガスを流量調整弁１０２を介してミキサー１０３に送ると共に、ＬＰＧタンク１０４の液化プロパンを流量調整弁１０５を介してミキサー１０３に送ることで、ミキサー１０３で２種類の液体を混合し、次の気化器１０６でガス化し、得られた混合ガスをタンク１０７に貯溜する。１０８は入口管、１０９は出口管である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１７（ａ），（ｂ）は図１６の作用図である。
（ａ）は入口管１０８から比較的多量の混合ガス１１０を吹込んだ状態を示し、タンク１０７内で混合ガス１１０が十分に混合し、出口管１０９から出ることを示す。
（ｂ）は入口管１０８から少量の混合ガスを吹込んだ状態を示す。混合ガスは天然ガスとプロパンガスの混合体である。
天然ガスはメタンガスが主体となり、その比重量は約０．８〜０．９ｋｇ／Ｎｍ3であって空気より軽い。一方、プロパンガスは比重量が１．９７ｋｇ／Ｎｍ3であるから、空気より遥に重い。
【０００７】
そこで、図中Ｔを上、Ｂを下にしたときに、軽い成分１１１がＴ側、重い成分１１２がＢ側に溜まる傾向になる。出口管１０９は近傍の攪拌の不十分な混合ガスを取り出すことになり、取り出したガスの成分割合はタンク１０７内部の平均的成分とは差の出ることが考えられる。
そこで、本発明の目的は混合流体を貯溜するタンクから、より均質な混合流体を取り出すことができる均質化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、少なくとも２種類の流体を混合してなる混合流体を貯溜するタンクと、タンクに混合流体を吹込む入口管と、タンク内の複数箇所に開口する複数の枝管を備えた集合管と、枝管の各々に設けたオリフィスと、集合管で集合した流体を取出す出口管と、から流体均質化装置を構成する。
【０００９】
複数の枝管でタンク内の複数箇所の流体を取入れ、集合管で集合してから出口管に導くため、集合管がブレンダ（混合・攪拌器）の役割を発揮し、出口管における流体は十分に均質化されたものとなる。
枝管から出口管までの配管の長さの差並びに枝管の位置に伴なって発生するヘッド差により、枝管相互に流量差が出る。そこで、各枝管にオリフィスを設けることで、前記配管の長さの差及びヘッド差を無視できる程度に調整するようにした。この結果、各枝管の流量を揃えることができる。
【００１０】
請求項２は、オリフィスを、流体の流量に応じて流路面積を変化させるバルブを備えた可変オリフィスとしたことを特徴とする。
オリフィスはオリフィス孔を絞るほど流量均一化効果は著しいが、反面、圧力損失が大きくなる。最大流量と最小流量に差が大きいときには流量が最大流量に到達しない虞れがある。
そこで、可変オリフィスを採用し、小流量では小さな流路面積で流体を流し、大流量では大きな流路面積で流体を流すごとくに、流体の流量に応じて流路面積を変化させるようにした。この結果、大流量の確保と、小流量における流量均一化の双方を満足させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る流体均質化装置の断面図であり、流体均質化装置１０は、少なくとも２種類の流体を混合してなる混合流体を貯溜するタンク１１と、タンク１１に混合流体を吹込む入口管１２と、タンク１１内の複数箇所に開口する複数の枝管２１〜２５を備えた集合管２０と、枝管２１〜２５の各々に設けたオリフィス３０・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）と、集合管２０で集合した流体を取出す出口管２７と、からなる。
【００１２】
タンク１１は、シリンダ１１ａの両端に鏡板１１ｂ，１１ｃを溶接した圧力容器である。１４は脚、１５はドレーン抜き管、１６はドレーンバルブ、１７はベント管、１８はベントバルブである。
【００１３】
図２は本発明に係るオリフィス（第１実施例）の取付け要領図であり、枝管２１〜２５の一端にフランジ３１を取付け、このフランジ３１にオリフィス３０を下から当て、更に別のフランジ３２を下から添えてボルト３３・・・、ナット３４・・・で締め付けることで、枝管２１〜２５の一端にオリフィス３０を取付ける。なお、ガスケットは省略した。
オリフィス３０は、耳付き円板３５に枝管２１〜２５の内径より十分に小径のオリフィス孔３６を開けたものであり、このオリフィス孔３６は流量均一化の上で重要部分であるため、精密に仕上げることが望ましい。
【００１４】
以上の構成からなる流体均質化装置の作用を説明する。
図３は本発明に係る流体均質化装置の作用図であり、入口管１２から吹込んだ混合流体は、十分に多量であれば、入口管１２からの吹出し速度が大きく、タンク１１内部での攪拌が盛んであるため、好ましい混合比で枝管２１〜２５、集合管２０を介して出口管２７から流れ出る。
【００１５】
一方、入口管１２から吹込む混合流体が少量であれば、入口管１２からの吹出し速度が小さく、タンク１１内部での攪拌も期待できない。その結果、タンク１１の上部に軽い成分が溜まり、タンク１１の下部に重い成分が溜まる虞れがある。そこで、上位の枝管２１，２２で比較的軽い成分の流体をｑ１，ｑ２の通りに吸込み、中央の枝管２３で平均的な成分の流体をｑ３の通り吸込み、下位の枝管２４，２５で比較的重い成分の流体をｑ４，ｑ５の通りに吸込み、集合管２０でまとめることで成分を平均化するのが基本作用である。
【００１６】
しかし、出口管２７から各枝管２１〜２５までの管長さ（正確には等価管長さ）が異なり、管長さが流路抵抗に比例するため、流量に差（例えばｑ１＜ｑ３）がでる。
また、本例の様に枝管２１〜２５に高低差があるときには、ヘッド（水頭）に差がでる。
この結果、流量ｑ１〜ｑ５間に差がでる。
流量ｑ１〜ｑ５間に差があると、集合管２０でまとめた混合ガスの混合比が所望の値から外れる虞れがある。そこで、本例では次に説明する対策を講じたことを特徴とする。
【００１７】
図４（ａ），（ｂ）は本発明のオリフィスの作用図である。
（ａ）は抵抗の記号で示したオリフィス３０、枝管２１、集合管２０、出口管２７を模式図にしたものであり、流量Ｑを流したときのオリフィス３０の抵抗をＲ１２、枝管２１から出口管２７までの流路抵抗をＲ１１とすれば、総抵抗Ｒ１０はＲ１１＋Ｒ１２となる。
（ｂ）はオリフィス３０、枝管２３、集合管２０、出口管２７を模式図にしたものであり、流量Ｑを流したときのオリフィス３０の抵抗をＲ３２、枝管２３から出口管２７までの流路抵抗をＲ３１とすれば、総抵抗Ｒ３０はＲ３１＋Ｒ３２となる。
【００１８】
前記流路抵抗Ｒ１１は、配管の内壁に流体が接するときの摩擦損失や、エルボ（曲り管）、Ｔ（分岐又は合流管）及びレジューサにおける渦巻損失の総和であり、それほど大きな値とはならない。流路抵抗Ｒ３１も同様である。
そこで、管路が長い方の流路抵抗Ｒ１１を４ｍｍＡｑ（水柱ｍｍ）、管路が短い方の流路抵抗Ｒ３１を２ｍｍＡｑと仮定する。
なお、ここ及び以下に示す数値は、説明を具体化するために採用したものであって、これらの数値に本発明が拘束されものではない。
【００１９】
一方、オリフィス３０は、オリフィス孔３６（図２参照）で流路面積を急激に絞るため大きな圧力損失を発生させることができ、しかも圧力損失の大きさは、計算で自在に決定することができる。
そこで、オリフィス３０の抵抗Ｒ１２，Ｒ３２をともに５０ｍｍＡｑ（水柱ｍｍ）とする。
この結果、（ａ）における総抵抗Ｒ１０は、５０＋４で５４ｍｍＡｑ、（ｂ）における総抵抗Ｒ３０は、５０＋２で５２ｍｍＡｑとなる。
【００２０】
同じ流量Ｑを流したときに、（ａ），（ｂ）に総抵抗の差が発生したわけであるが、ヘッドの差を無視すれば、（ａ）の管路の出入口差圧ΔＰ１０と、（ｂ）の管路の出入口差圧ΔＰ３０とは同じ若しくは殆ど同じになる。
ΔＰ１０＝ΔＰ３０であれば、（ａ），（ｂ）における総抵抗Ｒ１０，Ｒ３０は等しくならなければ、矛盾する。
そこで、（ａ）では流量が小さくなり、総抵抗が小さくなり、（ｂ）では流量が大きくなり、総抵抗が大きくなり、双方の総抵抗が等しくなる（Ｒ１０＝Ｒ３０）という現象が起こる。
【００２１】
仮に、落ち着いた総抵抗が５３ｍｍＡｑであったとすれば、流量の変化は次の通りに計算することができる。差圧の１／２乗が速度（流速）に比例し、流速と流路断面積の積が流量となるからである。
【００２２】
【数１】
0003660950.tif 000002
【００２３】
すなわち、上記（ａ）の管路においては、流量Ｑは総抵抗Ｒ１０の１／２乗に比例している。流量Ｑが総抵抗５３ｍｍＡｑに見あう流量ｑ１に変化したとする。  このときのｑ１／Ｑは９９％となり、流量が１％少なくなったことになる。
【００２４】
【数２】
0003660950.tif 000003
【００２５】
一方、（ｂ）は同様の計算によれば、ｑ３／Ｑ＝１０１％となり、流量は１％増加したことになる。
この結果、ｑ１とｑ３との間に２％程度の流量差が存在すると考えられる。この流量差はオリフィス無しの管路と比較することで評価することができる。
【００２６】
図５（ａ），（ｂ）は図４からオリフィスを除いた管路図である。
（ａ）における総抵抗はＲ１１であり、このＲ１１は４ｍｍＡｑであった。
（ｂ）における総抵抗はＲ３１であり、このＲ３１は２ｍｍＡｑであった。
（ａ）では総抵抗が３ｍｍＡｑになるように流量が減少し、（ｂ）では総抵抗が３ｍｍＡｑになるように流量が増加したと仮定して、上記計算と同様の計算を次の通りに実行する。
【００２７】
【数３】
0003660950.tif 000004
【００２８】
ｑ１／Ｑ＝８７％、Ｑ３／Ｑ＝１２２％となり、ｑ１とｑ３との間に３５％もの大きな流量差が存在する。
オリフィスを備えた管路での流量差が２％、オリフィスを備えない管路での流量差が３５％（何れも計算上）、であるから、流量差を限り無くゼロに近づけるにはオリフィスは極めて有効であることが確認できた。
【００２９】
ところで、最大流量と最小流量との差がそれほど大きくないときには、上記第１実施例は有効である。
しかし、最大流量と最小流量との差が大きくなると、次の様な問題が起こる。オリフィスの圧損はほぼ流速の２乗に比例する。最大流量が最小流量の１０倍であれば、オリフィスの圧損は１００倍となるため、▲１▼最小流量を基準とすると最大流量を流すことができない、又は▲２▼最大流量を基準とすると最小流量のときに殆ど圧損が発生しせずオリフィスによる均一化が期待できない。そこで、▲１▼，▲２▼を共に解決することのできる例を第２〜４実施例として以下に説明する。
【００３０】
図６は本発明の流体均質化装置に採用するオリフィス（第２実施例）の取付け図であり、このオリフィス４０は、円板４１に複数個のオリフィス孔４２・・・を開け、これらのオリフィス孔４２・・・に各々重力式バルブ５１〜５５を組込んだものであり、パッキンを介して、ボルト３３・・・，ナット３４・・・で、枝管２１〜２５のフランジ３１に取付けることができる。
【００３１】
図７は図６の７−７矢視図であり、バルブ５１〜５５をサークル４４上に並べたものである。ただし、これらのバルブ５１〜５５は想像線で示す枝管２１〜２５の管内に収める。
図８は図７をサークルに沿って展開した図であり、バルブ５１は、薄くて軽い弁ディスク５１ａに脚５６・・・を付けたものであり、バルブ５２は、少し厚くて少し重い弁ディスク５２ａに脚５６・・・を付けたものであり、バルブ５３はより厚く重い弁ディスク５３ａに脚５６・・・を付けたものであり、バルブ５４は更に厚く重い弁ディスク５４ａに脚５６・・・を付けたものであり、バルブ５５は最も厚くて重い弁ディスク５５ａに脚５６・・・を付けたものである。
【００３２】
図９（ａ），（ｂ）はバルブの取付け要領図である。
（ａ）において、弁ディスク５１ａ〜５５ａの下面から３本の脚５６・・・を延ばし、これらの脚５６・・・をオリフィス孔４２に差込む。
（ｂ）において、脚５６・・・の下部を折り曲げて鈎部５７・・・を形成し、これらの鈎部５７・・・で上への抜け止め作用を発揮させる。
従って、本例のバルブ５１〜５５は鼎（かなえ）形バルブであると言える。
【００３３】
図１０（ａ）〜（ｃ）はオリフィス（第２実施例）の作用説明図である。
（ａ）は最小流量におけるオリフィスの作動を示し、流量が少ないため、一番軽いバルブ５１だけがリフトし弁開となる。他のバルブ５２〜５５は閉じたままである。従って、流量が小さいにもかかわらず、十分な圧損を発生させることができる。
（ｂ）は中程度の流量におけるオリフィスの動作を示し、軽い方のバルブ５１，５２が全開となり、中央のバルブ５３が１／２開度となり、重い方のバルブ５４，５５は閉じたままである。
（ｃ）は最大流量におけるオリフィスの動作を示し、流量が多いため、全てのバルブ５１〜５５が開いたことを示す。バルブ５１〜５５で流量を確保するため、比較的小さな圧損で大流量を流すことができる。
【００３４】
図１１は本発明のオリフィス（第３実施例）の断面図であり、このオリフィス６０は、円板６１のオリフィス孔６２を薄いリード弁６３で塞ぎ、別のオリフィス孔６２を厚目のリード弁６４で塞いだことを特徴とする。６５，６５は止めビスである。
上向きの流れを受けると、先ず薄いリード弁６３が想像線で示すごとく開く。厚目のリード弁６４は曲げ剛性が大きいため、小流量では開かない。
従って、曲げ剛性に差をつけた複数個のリード弁６３，６４・・・でオリフィス孔６２・・・を塞げば、小流量から大流量までカバーさせることができる。
【００３５】
図１２は本発明の（第４実施例）の断面図であり、このオリフィス７０は、円板７１のオリフィス孔７２に弁体７３を載せ、この弁体７３を閉側に軟らかいスプリング７４で押し、別のオリフィス孔７２に弁体７５を載せ、この弁体７５を閉側にやや硬いスプリング７６で押すようにしたスプリング式リフト弁である。７７，７７はスプリング抑えである。
【００３６】
図１３は図１２の作用図であり、上向きの流れを受けると、軟らかいスプリング７４は大きく縮み、弁体７３が大きく上昇する。硬いスプリング７６で抑えた弁体７５は例えば少しリフトする。この弁体７５は流量が増加すると更に上昇する。
この様にスプリング７４，７６・・・のばね係数を変化させることで、流量に応じて開く弁の数を変更することができる。
【００３７】
図１４（ａ），（ｂ）は図１の別実施例図である。
上述した第２実施例のオリフィス６０及び第３実施例のオリフィス７０は非重力式弁を採用しているので、オリフィス６０，７０の取付け姿勢は自由である。そこで、（ａ）に示すように枝管２１〜２４を水平な直管にすることができる。直管であるから流路抵抗が小さく、製造も容易である。
（ｂ）は枝管２１〜２４の入口を出口管２７と同じ向きに向けたものである。そうすると、入口管１２から吹込んだ流体が矢印▲３▼・・・のごとくタンク１１の内壁に当ってから枝管２１〜２４に入ることになり、攪拌混合をより促進することができる。
【００３８】
図１５は図１の更なる別実施例図であり、タンク１１は横長容器であり、枝管２１〜２４の入口を斜線上に配置したものである。枝管２１〜２４の入口にはオリフィス６０又は７０を各々取付ける。
想像線で示した入口管１２から混合流体を図面奥へ吹込むとすれば、小流量のときには上に軽い成分、下に重い成分が溜まる。加えて、攪拌作用が弱いため右の鏡板１１ｂの付近、左の鏡板１１ｃの付近及び中央において混合流体の成分に差がでることが考えられる。
【００３９】
そこで、タンク１１の水平中心線８１から上にｈ１離れ且つ鉛直中心線８２から右にＬ１離れた枝管２１、同様に上にｈ２（ｈ２＜ｈ１）、右にＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）離れた枝管２２、同様に２次元的に位置が異なる枝管２３，２４から混合流体を取入れるようにすれば、２次元的（水平及び鉛直方向）に成分差のある流体を、満遍なく集めて、集合管２０で再混合することができる。
【００４０】
この様に本発明は、縦長タンク、横長タンク、球形タンクのいづれにも適用できるので、タンク１１の形状、据え付け姿勢は限定するものではない。
また、オリフィスは実施例では枝管の入口に設けたが、枝管の途中若しくは出口に設けることもできる。
【００４１】
更に本発明は、ＬＮＧにＬＰＧを混合して発熱量調整する設備に好適ではあるが、流体を格別に限定するものではない。流体であるから、気体、液体の何れであってもよい。
しかも混合流体は２種類の流体を混合したものに限らず、３種類若しくはそれ以上の種類の流体を混合したものであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、複数の枝管でタンク内の複数箇所の流体を取入れ、集合管で集合してから出口管に導くため、集合管がブレンダの役割を発揮し、出口管における流体は十分に均質化されたものとなるとともに、各枝管にオリフィスを設けることで、配管の長さの差及びヘッド差を無視できる程度に調整することにした。この結果、各枝管の流量を揃えることができ、良好な混合流体を得ることができる。
【００４３】
請求項２は、可変オリフィスを採用したことで、小流量では小さな流路面積で流体を流し、大流量では大きな流路面積で流体を流すごとくに、流体の流量に応じて流路面積を変化させるようにした。この結果、大流量の確保と、小流量における流量均一化の双方を満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流体均質化装置の断面図
【図２】本発明に係るオリフィス（第１実施例）の取付け要領図
【図３】本発明に係る流体均質化装置の作用図
【図４】本発明のオリフィス（第１実施例）の作用図
【図５】図４からオリフィスを除いた管路図
【図６】本発明の流体均質化装置に採用するオリフィス（第２実施例）の取付け図
【図７】図６の７−７矢視図
【図８】図７をサークルに沿って展開した図
【図９】バルブの取付け要領図
【図１０】オリフィス（第２実施例）の作用説明図
【図１１】本発明のオリフィス（第３実施例）の断面図
【図１２】本発明の（第４実施例）の断面図
【図１３】図１２の作用図
【図１４】図１の別実施例図
【図１５】図１の更なる別実施例図
【図１６】従来の発熱量調整装置の一例を示す原理図
【図１７】図１６の作用図
【符号の説明】
１０…流体均質化装置、１１…タンク、１２…入口管、２０…集合管、２１〜２５…枝管、２７…出口管、３０，４０，６０，７０…オリフィス、５１〜５５…バルブ、６３，６４…バルブとしてのリード弁、７３，７５…バルブとしての弁体。
【図１】
0003660950.tif 000005
【図２】
0003660950.tif 000006
【図３】
0003660950.tif 000007
【図４】
0003660950.tif 000008
【図５】
0003660950.tif 000009
【図６】
0003660950.tif 000010
【図７】
0003660950.tif 000011
【図８】
0003660950.tif 000012
【図９】
0003660950.tif 000013
【図１０】
0003660950.tif 000014
【図１１】
0003660950.tif 000015
【図１２】
0003660950.tif 000016
【図１３】
0003660950.tif 000017
【図１４】
0003660950.tif 000018
【図１５】
0003660950.tif 000019
【図１６】
0003660950.tif 000020
【図１７】
0003660950.tif 000021