(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、
導入口が前記貯蔵タンクに第１の管路（１８）を介して接続されており、導出口がユースポイントに第２の管路（２６）を介して接続される蒸発器であって、前記貯蔵タンクからの低温液化ガスを管内に通して大気との熱交換により気化するようになっている前記蒸発器と、
導入口が前記貯蔵タンクに第３の管路（２２）を介して接続されており、導出口が前記蒸発器の前記導入口に第４の管路（３４）を介して接続されると共に前記ユースポイントに、前記第４の管路（３４）から分岐して延びる第５の配管（３６）を介して接続されている加熱器であって、前記貯蔵タンクからの低温液化ガスを加熱して０℃を越える温度のガスに気化するようになっている前記加熱器と、
前記第１の管路（１８）に設けられた弁（３８）と、
前記第３の管路（２２）に設けられた弁（４０）と、
前記第５の管路（３６）との分岐点から前記蒸発器の前記導入口に延びる前記第４の管路（３４）の部分に設けられた弁（４４）と、
前記第５の管路（３６）に設けられた弁（４６）と
を備えることを特徴とする低温液化ガスの気化設備。
【請求項２】
前記加熱器は温水を熱源とする蒸発器であることを特徴とする請求項１に記載の低温液化ガスの気化設備。
【請求項３】
前記加熱器の前記導出口から前記蒸発器の前記導入口までの前記第４の管路（３４）の管路面積がほぼ一定であり、前記蒸発器の前記導入口と前記蒸発器の前記導出口との管路面積がほぼ同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低温液化ガスの気化設備。
【請求項４】
前記蒸発器に氷が付着して気化能力が低下したことを検知した場合に、前記貯蔵タンクからの低温液化ガスを前記加熱器に送り、前記加熱器により気化されたガスを前記蒸発器の前記導入口に送るよう前記弁を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の低温液化ガスの気化設備。
【請求項５】
前記制御手段は、前記蒸発器から排出されるガスの温度に基づいて、気化能力が低下したことを検知することを特徴とする請求項４に記載の低温液化ガスの気化設備。
【請求項６】
前記低温液化ガスが天然ガス、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、炭酸ガス、メタン、プロパン及びエチレンよりなる群から選ばれたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の低温液化ガスの気化設備。
【請求項７】
低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、前記低温液化ガスを管内に通して大気との熱交換により気化する蒸発器とを備える気化設備を用いる低温液化ガスの気化方法において、
前記蒸発器の前記管として電気抵抗の高い材料から形成したものを用い、前記蒸発器の前記管の表面に氷が付着して気化能力が低下した場合に、前記管に通電することにより該管自体を加熱して前記氷を解かし除去するステップを含むことを特徴とする低温液化ガスの気化方法。
【請求項８】
前記低温液化ガスが天然ガス、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、炭酸ガス、メタン、プロパン及びエチレンよりなる群から選ばれたものであることを特徴とする請求項７に記載の低温液化ガスの気化方法。
【請求項９】
低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、
前記低温液化ガスを管内に通して大気との熱交換により気化するようになっており、且つ、前記管が電気抵抗の高い材料から形成されている蒸発器と、
を備え、
前記蒸発器の前記管の表面に氷が付着して気化能力が低下した場合に、前記管に通電することにより該管自体を加熱して前記氷を解かし除去するようになっていることを特徴とする低温液化ガスの気化設備。
【請求項１０】
前記蒸発器に氷が付着して気化能力が低下したことを検知した場合に、前記蒸発器の前記管に通電するよう制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の低温液化ガスの気化設備。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記蒸発器から排出されるガスの温度に基づいて、気化能力が低下したことを検知することを特徴とする請求項１０に記載の低温液化ガスの気化設備。
【請求項１２】
前記低温液化ガスが天然ガス、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、炭酸ガス、メタン、プロパン及びエチレンよりなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の低温液化ガスの気化設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガスや液化窒素ガス等の低温液化ガスを気化してユースポイントに供給するための設備及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガスは、通常、液化ガスの状態で輸送され、貯蔵タンクにて貯蔵される。この液化天然ガスは蒸発器で気化された後、ユースポイントに供給される。このようなシステムにおける蒸発器は、経済性の面から、フィン付きの管からなる空気加熱式のものが一般に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気加熱式蒸発器の管内を低温の液化天然ガスが流れると、大気中の水分がフィンに結氷し、特に寒冷地或は冬場では氷塊に成長していく。フィンに大きな氷塊が付着した場合には、気化効率が低下し、所望量の天然ガスを０℃以上でユースポイントに送ることができないという問題が生ずる。
【０００４】
このため、従来においては、フィンに一定以上の大きさの氷塊が付着した場合には、温水を氷塊にかけて解かし落とすこととしている。しかし、氷塊全体を解かして除去するには、大量の温水を必要とし、また時間も相当にかかる。
【０００５】
一方、気化の熱源として温水を利用した温水加熱式の蒸発器を用いるシステムもある。このシステムでは結氷の問題は生じないが、温水を使用するためコストパフォーマンスが悪く、長期間にわたっての運用は不適当である、
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、経済性に優れた空気加熱式蒸発器を用いつつ、結氷の問題を容易に解決することのできる気化設備及び方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、低温液化ガスを管内に通して大気との熱交換により気化する蒸発器と、蒸発器の管の表面を０℃を越える温度に昇温する昇温手段とを備える気化設備を特徴としている。
【０００７】
かかる構成においては、通常運転時、貯蔵タンクからの低温液化ガスを空気加熱式の蒸発器により気化することができる。また、蒸発器に氷が付着して気化能力が低下した場合には、昇温手段により蒸発器の管の表面を昇温して、付着した氷を内側から解かすことができる。内側から解かされた氷は簡単に除去することが可能である。
【０００８】
蒸発器の管に氷が付着して大きな氷塊に成長した場合、昇温手段をマニュアル操作で作動させることも可能であるが、制御手段により蒸発器の気化能力を自動的に検知して、昇温手段を自動的に作動させることが好ましい。
【０００９】
昇温手段としては、低温液化ガスを加熱して０℃を越える温度のガスに気化する加熱器と、貯蔵タンクから低温液化ガスを蒸発器又は加熱器のいずれか一方に選択的に供給する第１の配管系と、第１の配管系により低温液化ガスが加熱器に供給された場合に、加熱器により気化されたガスを蒸発器の管内に導いて管の表面を昇温する第２の配管系とを備えるものが考えられる。
【００１０】
また、昇温手段は、蒸発器の管を電気的に加熱する手段としてもよい。
【００１１】
なお、低温液化ガスとしては、天然ガス、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、炭酸ガス、メタン、プロパン、エチレン等の液化ガスが考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による気化設備の第１実施形態を示している。この実施形態における気化設備は、液化天然ガスを気化してユースポイントに供給するためのものであり、図１において、符号１０は液化天然ガスを貯蔵するためのタンクである。貯蔵タンク１０の底部と頂部との間には、加圧器１２が介設された配管１４が設けられている。また、貯蔵タンク１０の底部には、液化天然ガスを導出するための導出管１６が接続されている。導出管１６の他端側は２本に分岐しており、一方の分岐管１８の端部は空気加熱式蒸発器２０の導入口に接続され、他方の分岐管２２の端部は温水加熱式蒸発器２４の導入口に接続されている。
【００１３】
空気加熱式蒸発器２０としては種々の型式のものを用いることができる。しかし、特に図面では明示していないが、複数本のフィン付き管を鉛直方向に立設し、隣合う管の端部同士をＵ字管で接続してなるものが好ましい。フィンは管の一体構成物であり、管の長手方向、すなわち鉛直方向に延びる平板であり、水平方向においては放射状に広がっている。この蒸発器２０の導出口には、ユースポイントまで延びる供給管２６が接続されている。
【００１４】
温水加熱式蒸発器２４は、管２４ａの周囲をウォータジャケット２４ｂで囲んでなるものであり、ウォータジャケット２４ｂ内の空間には温水供給系から所定温度の温水が供給されるようになっている。温水供給系は、貯水器２８、ポンプ３０及び温水器３２から構成された実質的に閉じた回路である。温水加熱式蒸発器２４の導出口からは配管３４が延び、この配管３４は空気加熱式蒸発器２０の近傍にて分岐管１８に接続されている。また、配管３４からは分岐管３６が延び、空気加熱式蒸発器２０からの供給管２６の途中に接続されている。
【００１５】
また、配管１８，２２，２６，３４，３６中の符号３８，４０，４２，４４，４６はそれぞれ空気圧式弁であり、マイクロコンピュータ等からなる制御装置４８により開閉操作される。また、制御装置４８には、供給管２６に設けられた温度計５０からの信号が入力されるようになっている。更に、温水供給系におけるポンプ３０及び温水器３２の動作も制御装置４８により制御される。
【００１６】
このような構成において、液化天然ガスの気化方法について説明する。
【００１７】
まず、空気加熱式蒸発器２０の管及びフィンに氷が付着していない場合、或は、付着していても少量の場合の通常運転時には、弁４０，４４，４６が閉じられ、弁３８，４２が開放された状態とされる。これにより、貯蔵タンク１０内の液化天然ガスは、タンク１０内のガス圧により導出管１６及び分岐管１８を通って空気加熱式蒸発器２０に供給される。なお、貯蔵タンク１０内のガス圧は、加圧器１２により気化された天然ガスを圧力制御弁５２を介して貯蔵タンク１０に補充することで、一定に保たれている。
【００１８】
空気加熱式蒸発器２０に送られた液化天然ガスは大気との間で熱交換が行われ、気化される。この気化された天然ガスは供給管２６を通して適宜ユースポイントに送られる。
【００１９】
空気加熱式蒸発器２０内を低温の液化天然ガスが流通すると、蒸発器２０における管及びフィンの表面に氷が付着し、氷塊へと成長していく。これは特に冬季或は寒冷地において顕著となる。かかる場合、蒸発器２０の気化能力が減じ、蒸発器２０から排出された天然ガスの温度が低下する。制御装置４８はこの温度変化を温度計５０からの信号により検知し、気化能力が低くなったことを認識する。具体的には、一定時間、例えば４時間における天然ガスの温度を計測し、その温度が所定値以下に下がった場合には、空気加熱式蒸発器２０の気化能力が、使用には不適当なレベルまで低下したものと認識する。なお、この気化能力を検出する手段としては、蒸発器２０から排出された天然ガスの温度をモニタリングする方法以外にも、天然ガスの流量や圧力をモニタリングする手段も適用可能である。
【００２０】
気化能力が所定レベル以下に下がった場合、制御装置４８は弁３８を閉じると共に、弁４０，４４を開く。また、温水供給系のポンプ３０及び温水器３２を動作させる。これにより、貯蔵タンク１０からの液化天然ガスは導出管１６及び分岐管２２を経て温水加熱式蒸発器２４に送られ、温水と熱交換されて気化される。そして、気化された天然ガスは配管３４及び分岐管１８を通して空気加熱式蒸発器２０に送られ、最終的には供給管２６からユースポイントに送られる。
【００２１】
ところで、従来の空気加熱式蒸発器においては、導入口の断面積（管路面積）が導出口よりも小さくされており、導入口に接続されている配管の管路面積も導出口に接続されている配管よりも小さくされているのが一般的であった。これは、蒸発器に導入される流体は液相であり、導出される流体は気相であるので、導入流量と排出流量とが大きく相違するためである。これに対して本実施形態では、蒸発器２０の導入口には配管３４から気相の天然ガスが導入され、ほぼ同一の流量のまま導出口から排出されるため、圧力損失が生じないよう、蒸発器２０の導入口と導出口は実質的に同一の管路面積とすることが好ましい。また、配管３４から蒸発器２０の導入口に続く分岐管１８の内径ないしは管路面積もほぼ一定で、前記導入口と実質的に同一であることが好ましい。
【００２２】
温水により気化された天然ガスは、空気加熱の場合よりも高温とされ、Ｏ℃を越える温度、好ましくは常温以上とされる。例えば温水が約６０℃の場合には、気化された天然ガスの温度は約４０℃程度にまで達する。従って、この比較的高温の天然ガスが空気加熱式蒸発器２０の管内を流通すると、管の表面（フィンの表面も含む）を昇温し、管及びフィンに付着した氷塊を内側から解かすこととなる。前述したように、蒸発器２０の管及びフィンは鉛直方向に延びているため、氷塊が管及びフィンとの境界面で解け出すと、氷塊は自重により管及びフィンに沿って滑り落ち、極めて短時間のうちに空気加熱式蒸発器２０から除去される。勿論、このような状況においては、外部から力を加えた場合も、氷塊を容易に管及びフィンから除去することができる。
【００２３】
氷塊が空気加熱式蒸発器２０から除去されたならば、この蒸発器２０の使用が可能となるため、温水加熱式蒸発器２４への液化天然ガスの供給は停止される。すなわち、温水加熱式蒸発器２４に関連される温水供給系が停止されると共に、再び弁３８が開放され且つ弁４０，４４が閉鎖されて通常運転状態に復帰される。
【００２４】
前述したように、この方法によれば、氷塊は、温水加熱式蒸発器２４から天然ガスを供給し始めてから短時間のうちに除去されるため、温水加熱式蒸発器２４の稼働時間は短くてすみ、温水の使用に伴うコストの問題は大幅に軽減されることとなる。
【００２５】
なお、空気加熱式蒸発器２０が故障の場合等は、弁３８，４２，４４を閉じると共に弁４０，４６を開き、温水加熱式蒸発器２４により気化された天然ガスを配管３４，３６，２６を経てユースポイントに供給すればよい。また、空気加熱式蒸発器２０の下側に、落下した氷を回収するためのトレイ等を配置し、回収した氷を解かして工業用水等に利用することが好適である。
【００２６】
図２は、本発明の第２実施形態を示しており、図中、図１に示す第１実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付してある。図２から明らかなように、この第２実施形態では、空気加熱式蒸発器２０の管表面を昇温する手段として、温水加熱式蒸発器に代えて電気的な加熱手段が設けられている。この電気加熱手段としては種々考えられる。例えば電気ヒータを管の表面に付着させておく手段を採用することが可能であるが、図示実施形態における電気加熱手段は、電気抵抗の高い材料から形成された蒸発器２０の管自体と、この管の両端間に接続された電源６０とから主に構成されている。なお、図２において符号６２は管継手であり、この管継手６２には、蒸発器２０の前後の配管１６，２６に電気が流れないよう絶縁体が適宜設けられている。
【００２７】
このような構成において、通常運転時には、スイッチ６４が開放された状態で蒸発器２０は使用される。この後、蒸発器２０の管及びフィンの表面に氷が付着して大きな氷塊に成長したならば、スイッチ６４を投入して管に通電すると、管自体が発熱し、その表面の温度が上昇する。これによって、氷塊が内側から溶解し、前記第１実施形態の場合と同様に自然落下することとなる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記第１及び第２の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００２９】
例えば、天然ガスの場合、ユースポイントでの使用のピークは朝夕の一定時間にあるため、この時間帯において空気加熱式蒸発器２０が使用状態となるよう、時間帯により温水加熱式蒸発器２４や電気加熱手段を動作させることとしてもよい。
【００３０】
また、第１実施形態では制御装置４８による自動制御となっているが、作業員が必要と感じた場合にマニュアルで弁の開閉操作を行うこととしてもよい。逆に第２実施形態においてはスイッチ６４の投入はマニュアル操作となっているが、制御装置による自動制御とすることも勿論可能である。
【００３１】
更に、上記第１及び第２の実施形態は、液化天然ガスを気化する場合についてであるが、大気との熱交換により気化が可能な低温液化ガス、例えば窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、水素、炭酸ガス、メタン、プロパン、エチレン等についての気化にも適用可能である。
【００３２】
更にまた、氷塊を解かすべく液化天然ガスを０℃よりも高温に加熱する手段としては温水加熱式蒸発器２４に限定する必要はなく、オイルヒータ、電気式、ガス直熱式等の他の加熱器を用いることもできる。
【００３３】
また、貯蔵タンク１０及び蒸発器２０，２４の間に配設される配管系についても図示実施形態のものに限られず、また、各蒸発器２０，２４の台数もユースポイントにおけるガス使用量等に応じて適宜変更されるものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、空気加熱式蒸発器の管に氷が付着し成長した場合に、管の表面を昇温して氷を内側から解かすようにしたことを特徴としている。かかる手段を採ることで、蒸発器からの氷の除去を短時間のうちに行うことが可能となる。従って、空気加熱式蒸発器の気化能力が低下している期間が短縮される。また、氷の除去作業を短時間で完了することができるので、低温液化ガスを加熱するためのエネルギも少量ですむ。
【００３５】
このように、本発明は、経済性に優れた空気加熱式蒸発器の稼働率を高める一方、氷の除去に要するエネルギ、時間を大幅に低減することができるので、経済的に低温液化ガスを気化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液化天然ガスの気化設備の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明による液化天然ガスの気化設備の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０…貯蔵タンク、１６…導出管、１８…分岐管、２０…空気加熱式蒸発器、２２…分岐管、２４…温水加熱式蒸発器（加熱器）、３８，４０，４２，４４，４６…弁、４８…制御装置（制御手段）、５０…温度計、６０…電源、６４…スイッチ。
【図１】
0003720160.tif 000002
【図２】
0003720160.tif 000003