(57)【要約】【課題】所要動力、すなわちタンク内の低温液体への入熱を抑制しつつ、貯槽内の低温液体を撹拌混合できる貯留槽内低温液体の混合装置を得る。【解決手段】本発明に係る貯留槽内低温液体の混合装置は、貯留槽３で発生した蒸発ガスを抜き出す蒸発ガス抜出し管５と、貯留槽３の低温液体を抜き出す低温液体抜出し管７と、低温液体抜出し管７に設けられて貯留槽３内の低温液体を圧送する液ポンプ９と、液ポンプ９によって圧送された低温液体を作動流体とし、蒸発ガス抜出し管５によって抜き出された蒸発ガスを吸入流体とする液ジェットポンプ部１１と、液ジェットポンプ部１１の吐出口に接続されて液ジェットポンプ部１１から吐出される流体を貯留槽３内に吐出する流体吐出管１３を備えてなるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留槽内に貯留された低温液体を混合する貯留槽内低温液体の混合装置であって、
前記貯留槽で発生した蒸発ガスを抜き出す蒸発ガス抜出し管と、前記貯留槽の低温液体を抜き出す低温液体抜出し管と、該低温液体抜出し管に設けられて貯留槽内の低温液体を圧送する液ポンプと、該液ポンプによって圧送された低温液体を作動流体とし、前記蒸発ガス抜出し管によって抜き出された蒸発ガスを吸入流体とする液ジェットポンプ部と、液ジェットポンプ部の吐出口に接続されて前記液ジェットポンプ部から吐出される流体を前記貯留槽内に吐出する流体吐出管を備えてなり、
前記液ジェットポンプ部は、流路が縮径する縮径部と、該縮径部の下流側で流路が拡径する拡径部と、前記縮径部の上流側であって前記液ポンプによって圧送された低温液体が噴出する低温液体噴出部と、同じく前記縮径部の上流側であって前記蒸発ガス抜出し管によって抜き出された蒸発ガスが吸入される蒸発ガス吸入部とを有し、
前記液ポンプによって圧送された低温液体によって前記液ジェットポンプ部において液ジェットを形成し、形成された液ジェットによって、蒸発ガスを吸い込みつつ巻き込んで液中に気泡を有する気泡含有流体を生成して、該気泡含有流体を前記流体吐出管から吐出するようにしたことを特徴とする貯留槽内低温液体の混合装置。
【請求項２】
前記流体吐出管の下流端部に吐出口を上方に向けた吐出ノズルを設けたことを特徴とする請求項１記載の貯留槽内低温液体の混合装置。
【請求項３】
管体を、その下端側を前記貯留槽底面近傍に配置し、かつ該下端側に液吸込み口が形成されるように前記貯留槽内に立設し、該管体の内部に前記流体吐出管の出口端部を設けたことを特徴とする請求項１記載の貯留槽内低温液体の混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と言う場合あり）をはじめとする低温液化ガス（以下、低温液体）が貯留された貯留槽内で発生する低温液体の層状化を防止・解消する技術に関し、特に、貯留槽内低温液体を攪拌混合することで前記層状化を防止・解消する貯留槽内低温液体の混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、低温液体は複数の成分が混合したものである。例えばＬＮＧは、主成分であるメタンの他にエタン、プロパン、ブタン等のメタンより重質成分が含まれており、その比率はＬＮＧの産地や精製プロセスに依存し一定ではない。そのため、同種の低温液体であっても、その組成の違いによって密度が異なるものとなる。
貯留槽中の低温液体に、成分の違いから密度が異なる低温液体を混入すると、密度の高い方の低温液体はタンクの下層に沈降し、一方、密度の低い方の低温液体は上層に遊離することになり、貯留槽内の低温液体が比重の軽い液（上層）と、比重の重い液（下層）とに層状化される。
【０００３】
貯留槽内に貯留されている低温液体は、貯留槽周囲からの入熱により常に加熱される状態にあるが、低温液体の温度は、その自由液面からの蒸発作用によって、上昇することなくバランスしている。なお、この時の蒸発成分は、主として沸点の低い軽質成分である。
しかし、貯留槽内で低温液体に層状化が生じた場合、上層の液は自由液面から蒸発できるため温度上昇しないが、下層の液は蒸発できる自由液面を持たないため入熱分が層内に蓄積され温度が上昇していく。すなわち、上層は軽質成分が蒸発して密度が大きくなっていき、逆に下層は温度上昇により密度が小さくなっていく。この上層と下層の密度差がある限界値より小さくなった時、層状化が保てなくなり上層と下層の液が混合しつつ、下層の液が自由液面に達するようになる。下層の液が自由液面に達すると、それまで蓄積されていた入熱分のエネルギーが解放され、蒸発量が急増する。
【０００４】
低温液体の貯留槽は、低温液体から蒸発する蒸発ガスを処理する設備を備えているが、蒸発ガス量がその処理能力を上回ると安全弁から放散することになる。低温液体がＬＮＧの場合、その蒸発ガスは可燃性ガスであり、大量の放散は安全上避けるべきである。また、蒸発量が安全弁の処理能力をも上回るほど多くなると、貯留槽内圧が上昇し続け、最悪の場合、貯留槽の破壊にもつながりかねない。
このように、貯留槽内での低温液体の層状化は、蒸発量の急増という危険な現象を伴うため、層状化を確実に防止できる手段が求められている。その手段の一つとして、貯留槽内の低温液体を攪拌して均一に混合することが行われている。
【０００５】
このような、撹拌混合を行う技術としては、特許文献１には、以下に示すような低温液化ガスタンク内の層状化防止装置が提案されている。
「低温液化ガスタンクの内底面上方位置に、下端を液吸込口とし上端を液流出口とする液上昇管を直立状態に且つタンク内底面と液吸込口との間に空間部が形成されるようにして設置し、該液上昇管の下端部に、低温液化ガスタンクに備えられているＢＯＧ圧縮機の下流側より分岐させた圧縮ＢＯＧ配管を連通させ、圧縮ＢＯＧを液上昇管内に下端部より噴出させて該液上昇管内に液を導搬させるようにした構成を有することを特徴とする低温液化ガスタンク内の層状化防止装置。」（特許文献１の請求項１参照）
【０００６】
また、特許文献２には、「受入れ液の物理的性状が変わることにより貯槽内に液の層状化を生じる貯槽に備えられる貯槽内液の層状化解消装置であって、側壁の貯槽底部に近い位置に貯槽内部上方に向けて液を噴出する下部ミキシングノズルを配設すると共に、側壁の上下方向中間位置に貯槽内部上方に向けて液を噴出する中間部ミキシングノズルを配設し、前記貯槽内の液を貯槽外部に取り出して前記下部ミキシングノズルと中間部ミキシングノズルに循環供給する循環ポンプを備えたことを特徴とする貯槽内液の層状化解消装置。」（特許文献２の請求項１参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2000-193196号公報
【特許文献２】特開平9-203500号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の層状化防止装置は、圧縮したＢＯＧを低温液化ガスタンク内に設けた液上昇管内に下端部より噴出させているため、ＢＯＧを液ヘッドに相当する圧力以上に昇圧する必要がある。
しかし、気相であるＢＯＧを昇圧するのは、液相を昇圧するのに比較して大幅に大きな動力が必要であり、その昇圧動力によって昇圧されたＢＯＧをタンク内の低温液体に供給した場合、昇圧動力がそのままタンク内の低温液体にとって入熱となる。そして、この入熱はタンク内のＢＯＧ量を増大するという問題がある。
また、特許文献１においては、タンク内に戻すＢＯＧの圧縮に既設のＢＯＧ圧縮機を用いているが、既設のＢＯＧ圧縮機は通常、ＢＯＧの再利用のための圧縮に用いられるため、その昇圧幅は液ヘッド分に対して大きすぎる。そのため、タンク内に戻るＢＯＧについては、バルブなどで減圧して吹き込む必要があるが、それは一旦高圧にして減圧することを意味しており、動力の無駄となるとともに、入熱も大きくなる。
また、ＢＯＧ再液化用に専用のＢＯＧ圧縮機を設置する場合でも、タンクが満液状態における液ヘッド以上に昇圧する能力の圧縮機が必要となり、タンク液位が低く液ヘッドが小さい状況ではやはり過昇圧となり、無駄に圧縮動力を費やしていることとなる。
【０００９】
特許文献２の層状化解消装置においては、貯槽内の液を循環ポンプによって下部ミキシングノズルと中間部ミキシングノズルに供給して貯槽内に噴射しているが、噴流は周囲の液体を巻き込んで拡散していくので、到達高さには限界がある。この到達高さは、噴流液密度（重）と周囲液密度（軽）との密度差にも影響を受け、密度差が大きくなるに従って低くなる。
貯槽内の液位が高い場合、噴流が到達しない領域の混合が不十分となるため、中間高さに他のノズルを設置している。
しかし、貯槽の高さが高い場合や密度差が大きい場合には、噴流の到達高さを確保するために循環ポンプの所要動力が大きくなると同時に、ノズルを２本設けても十分でない場合もあり得、また、液位や成層界面位置に応じてノズルを切り替える複雑な制御が必要となるという問題がある。
【００１０】
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、所要動力、すなわちタンク内の低温液体への入熱を抑制しつつ、貯槽内の低温液体を効果的に撹拌混合できる貯留槽内低温液体の混合装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係る貯留槽内低温液体の混合装置は、貯留槽内に貯留された低温液体を混合するものであって、前記貯留槽で発生した蒸発ガスを抜き出す蒸発ガス抜出し管と、前記貯留槽の低温液体を抜き出す低温液体抜出し管と、該低温液体抜出し管に設けられて貯留槽内の低温液体を圧送する液ポンプと、該液ポンプによって圧送された低温液体を作動流体とし、前記蒸発ガス抜出し管によって抜き出された蒸発ガスを吸入流体とする液ジェットポンプ部と、液ジェットポンプ部の吐出口に接続されて前記液ジェットポンプ部から吐出される流体を前記貯留槽内に吐出する流体吐出管を備えてなり、
前記液ジェットポンプ部は、流路が縮径する縮径部と、該縮径部の下流側で流路が拡径する拡径部と、前記縮径部の上流側であって前記液ポンプによって圧送された低温液体が噴出する低温液体噴出部と、同じく前記縮径部の上流側であって前記蒸発ガス抜出し管によって抜き出された蒸発ガスが吸入される蒸発ガス吸入部とを有し、
前記液ポンプによって圧送された低温液体によって前記液ジェットポンプ部において液ジェットを形成し、形成された液ジェットによって、蒸発ガスを吸い込みつつ巻き込んで液中に気泡を有する気泡含有流体を生成して、該気泡含有流体を前記流体吐出管から吐出するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記流体吐出管の下流端部に吐出口を上方に向けた吐出ノズルを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、管体を、その下端側を前記貯留槽底面近傍に配置し、かつ該下端側に液吸込み口が形成されるように前記貯留槽内に立設し、該管体の内部に前記流体吐出管の出口端部を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る貯留槽内低温液体の混合装置は、貯留槽内に貯留された低温液体を混合するものであって、前記貯留槽で発生した蒸発ガスを抜き出す蒸発ガス抜出し管と、前記貯留槽の低温液体を抜き出す低温液体抜出し管と、該低温液体抜出し管に設けられて貯留槽内の低温液体を圧送する液ポンプと、該液ポンプによって圧送された低温液体を作動流体とし、前記蒸発ガス抜出し管によって抜き出された蒸発ガスを吸入流体とする液ジェットポンプ部と、液ジェットポンプ部の吐出口に接続されて前記液ジェットポンプ部から吐出される流体を前記貯留槽内に吐出する流体吐出管を備え、前記液ポンプによって圧送された低温液体によって前記液ジェットポンプ部において液ジェットを形成し、形成された液ジェットによって、蒸発ガスを吸い込みつつ巻き込んで液中に気泡を有する気泡含有流体を生成して、該気泡含有流体を前記流体吐出管から吐出するようにしたので、流体吐出管から気液二相状態の気泡含有液体が貯留槽内の液中に噴流として吐出されるので、貯留槽内の低温液体の撹拌効果が高い。
また、気相である蒸発ガスを液ジェットポンプ部で吸い込みつつ巻き込むので、大きな外部動力を要する蒸発ガスの圧縮が不要であるため、動力による入熱に起因する蒸発ガスの増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態における貯留槽内低温液体の混合装置の説明図である。
【図２】図１の一部である液ジェットポンプ部を詳細に説明する説明図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における貯留槽内低温液体の混合装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施の形態１］
図１、図２に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。
本発明の一実施の形態に係る貯留槽内低温液体の混合装置１（以下、単に「混合装置１」という）は、貯留槽３内に貯留された低温液体を混合するものであって、貯留槽３で発生した蒸発ガスを抜き出す蒸発ガス抜出し管５と、貯留槽３の低温液体を抜き出す低温液体抜出し管７と、低温液体抜出し管７に設けられて貯留槽３内の低温液体を圧送する液ポンプ９と、液ポンプ９によって圧送された低温液体を作動流体とし、蒸発ガス抜出し管５によって抜き出された蒸発ガスを吸入流体とする液ジェットポンプ部１１と、液ジェットポンプ部１１の吐出口に接続されて液ジェットポンプ部１１から吐出される流体を貯留槽内に吐出する流体吐出管１３を備えてなるものである。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１７】
＜貯留槽＞
貯留槽３は、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）等の低温液体を貯留するものである。
【００１８】
＜蒸発ガス抜出し管＞
蒸発ガス抜出し管５は、貯留槽３で発生した蒸発ガスを抜き出す管であって、一端側が貯留槽３の低温液体の液面上方に配置され、他端が液ジェットポンプ部１１の蒸発ガス吸入部２１に連通している。
【００１９】
＜低温液体抜出し管＞
低温液体抜出し管７は、貯留槽３の低温液体を抜き出す管である。低温液体抜出し管７には、液ジェットポンプ部１１に低温液体を圧送するための液ポンプ９が設けられている。
【００２０】
＜液ジェットポンプ部＞
液ジェットポンプ部１１は、液ポンプ９によって圧送された低温液体を作動流体とし、蒸発ガス抜出し管５によって抜き出された蒸発ガスを吸入流体として、液ジェットの作用で吸入した蒸発ガスを作動流体である低温液体に混合して気泡１２を含有する気泡含有液体１４が生成される（図２参照）。
液ジェットポンプ部１１は、流路が縮径する縮径部１５と、縮径部１５の下流側で流路が拡径する拡径部１７と、縮径部１５の上流側であって低温液体抜出し管７によって抜き出された低温液体を噴出する低温液体噴出部１９と、同じく縮径部１５の上流側であって蒸発ガス抜出し管５によって抜き出された蒸発ガスを吸入する蒸発ガス吸入部２１とを有している。
【００２１】
図２に示す例では、縮径部１５に連続して拡径部１７を設けているが、縮径部１５と拡径部１７の間に直管部を設けてもよい。また、蒸発ガス吸入部２１は縮径形状とすることにより、蒸発ガスの吸入流速を増大することができる。
なお、図２に示す例では、低温液体噴出部１９の周囲に蒸発ガス吸入部２１を設けてあるが、逆に蒸発ガス吸入部の周囲に低温液体噴出部を設ける構造としてもよい。
また、液ジェットポンプ部１１は、貯留槽３の外部に設けてもよいし、貯留槽３の内部に設けてもよい。液ジェットポンプ部１１を貯留槽３内に設けることにより、蒸発ガス抜出し管５の管長を短くすることができ、蒸発ガスの吸い込み圧損が小さくなり、液ジェットポンプ部１１に必要な液流速（液ポンプ９の動力）を低減することができる。
【００２２】
液ジェットポンプ部１１は、以下のような作用を有している。
液ポンプ９によって圧送された低温液体によって液ジェットポンプ部１１の縮径部１５に液ジェット流が形成され、形成された液ジェット流によって、蒸発ガス吸入部２１から蒸発ガスを吸い込みつつ巻き込んで液中に気泡１２を有する気泡含有液体１４が生成される。生成された気泡含有液体１４は、流体吐出管１３から貯留槽３内に吐出する。
【００２３】
＜流体吐出管＞
流体吐出管１３は、液ジェットポンプ部１１の吐出部に連通して設けられると共に液ジェットポンプ部１１において生成された気泡含有液体１４を貯留槽３内に吐出する。流体吐出管１３から気泡含有液体１４が吐出されると、後述する気泡含有液体１４の作用により、貯留槽３内の低温液体が撹拌混合される。
流体吐出管１３の端部には、図１に示すように、液面側に向く吐出口を有するノズル２３を設けるのが好ましい。
【００２４】
以上のように構成された混合装置１の動作について説明する。
液ポンプ９を起動して貯留槽３内の低温液体４を液ジェットポンプ部１１に圧送する。圧送された低温液体は、液ジェットポンプ部１１の低温液体噴出部１９から縮径部１５内に液ジェット流として噴出され、蒸発ガス吸入部２１から蒸発ガスを吸い込みつつ巻き込んで液中に気泡１２を有する気泡含有液体１４が生成される。生成された気泡含有液体１４は、流体吐出管１３から貯留槽３内に吐出される。
【００２５】
図１に示すように、貯留槽３内に吐出された気泡含有液体１４は、気液二相状態で噴出され、噴流に含まれる気泡１２の上昇効果によって、液相単相の噴流よりも到達高さが高くなり、撹拌混合効果が向上する。
また、噴流が拡散した後でも、気泡１２の上昇流に随伴される液相の上昇流が形成され、攪拌混合効果が増大する。
【００２６】
以上のように、本実施の形態によれば、ノズル２３から気液二相状態の気泡含有液体１４が貯留槽３内の液中に噴流として吐出されるので、貯留槽３内の低温液体の撹拌効果が高い。
また、気相である蒸発ガスを液ジェットポンプ部１１で吸い込みつつ巻き込むので、大きな外部動力を要する蒸発ガスの圧縮が不要であるため、動力による入熱に起因する蒸発ガスの増大を回避することができる。
【００２７】
［実施の形態２］
本実施の形態を、図３に基づいて説明する。なお、図３において実施の形態１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態にかかる低温液体の混合装置２４は、図３に示すように、貯留槽３内に管体２５を立設し、この管体２５内に流体吐出管１３の出口端部１３ａを配置したものである。
管体２５は、図３に示すように、その下端部を、貯留槽３の底部との間に液吸込み口２７となる隙間ができるように立設されている。
なお、管体２５の下端を貯留槽３の底面上に設置して、管体２５の下部に液吸込み口となる開口を設けるようにしてもよい。
【００２８】
本実施の形態の混合装置２４においては、流体吐出管１３から、管体２５内に気泡含有液体１４を吐出することで、管体２５内の低温液体は気泡１２や噴流によって上方へと導搬され、液面近傍で管体２５の上端から吐出される。
管体２５内の低温液体が上方に導搬されることで、液吸込み口２７から貯留槽３内の下部にある低温液体４が吸い込まれて、上方に移動して貯留槽３内の上部で吐出される。
このように、貯留槽５の下部の低温液体４が上部側に移動するという循環が行われ、タンク内が撹拌混合される。
【００２９】
本実施の形態では、気泡１２に加えて液の噴流を管体内に吐出するので、気泡ポンプとしての効果に加えて、噴流による管体内の低温液体の導搬作用があり、撹拌混合効果が高いという効果が得られる。
【符号の説明】
【００３０】
１  貯留槽内低温液体の混合装置（実施の形態１）
３  貯留槽
５  蒸発ガス抜出し管
７  低温液体抜出し管
９  液ポンプ
１１  液ジェットポンプ部
１２  気泡
１３  流体吐出管
１３ａ  出口端部
１４  気泡含有液体
１５  縮径部
１７  拡径部
１９  低温液体噴出部
２１  蒸発ガス吸入部
２３  ノズル
２４  貯留槽内低温液体の混合装置（実施の形態２）
２５  管体
２７  液吸込み口
【図１】
2014159856.tif 000003
【図２】
2014159856.tif 000004
【図３】
2014159856.tif 000005