(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、蒸発ガス（ＢＯＧ）を再液化する低温液体の蒸発ガス再液化装置を得る。【解決手段】本発明の蒸発ガス再液化装置１は、貯留槽３内の低温液体から発生する蒸発ガスを再液化するものであって、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、抜き出された蒸発ガスと低温液体とを混合する混合装置９と、混合装置９において混合された混合液を貯留槽３内に吐出する混合液吐出管１１を備え、混合装置９は、流路が縮径する縮径部１３と、縮径部１３の下流側で流路が拡径する拡径部１５と、縮径部１３の上流側に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１７と、同じく縮径部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噴出する蒸発ガス噴出部１８とを有することを特徴とするものである。【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から発生する蒸発ガスを再液化する蒸発ガス再液化装置であって、
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、抜き出された前記蒸発ガスと抜き出された前記低温液体とを混合する混合装置と、該混合装置に連通して設けられると共に該混合装置において混合された混合液を前記貯留槽内に吐出する混合液吐出管を備えてなり、
前記混合装置は、前記蒸発ガス抜出し管と前記混合液吐出管の間に設けられ、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低温液体抜出し管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を噴出する蒸発ガス噴出部とを有し、
前記混合装置において、前記蒸発ガスが凝縮して内圧が低下することで、前記低温液体と前記蒸発ガスを、それぞれ前記低温液体抜出し管と前記蒸発ガス抜出し管を介して連続的に抜き出して混合し、混合液を前記拡径部の通過時に昇圧して前記混合液吐出管から前記貯留槽内に吐出すようにしたことを特徴とする蒸発ガス再液化装置。
【請求項２】
混合装置に低温液体を供給する液ポンプを低温液体抜出し管に備えたことを特徴とする請求項１記載の蒸発ガス再液化装置。
【請求項３】
縮径部に滞留する液体を抜き出して前記貯留槽に戻すドレン管を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の蒸発ガス再液化装置。
【請求項４】
混合液の温度が飽和液温度以下となるように低温液体の流量と蒸発ガスの流量を制御する流量制御弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸発ガス再液化装置。
【請求項５】
低温液体抜出し管を２系統とし、その内の１系統に液ポンプを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蒸発ガス再液化装置。
【請求項６】
混合装置の縮径部における圧力を計測する圧力計測器と、前記２系統の低温液体抜出し管のそれぞれに設けた流量制御弁とを有し、前記圧力計測器の測定値に基づいて前記流量制御弁の開閉制御と前記液ポンプの運転制御を行う制御部を設けたことを特徴とする請求項５記載の蒸発ガス再液化装置。
【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蒸発ガス（「ボイルオフガス」、「ＢＯＧ」）を再液化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス(ＬＮＧ)を始めとする低温液体をタンクで貯蔵する場合、タンクへの入熱により一部が蒸発し、ボイルオフガス(ＢＯＧ)が発生する。ＬＮＧでは、メタンを主成分とするＢＯＧが発生する。
ＢＯＧが発生するとタンク内圧が上昇するため、ＢＯＧをタンクから抜き出すか、再液化処理を施さないとタンク安全弁が開放し多量のＢＯＧが大気放散されてしまうことになる。
貯留されている低温液体がＬＮＧの場合、発生するＢＯＧ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、ＢＯＧの発生量が安全弁処理能力を上回るとタンク内圧が上昇し続け、最悪の場合、タンクの破壊につながりかねない。
【０００３】
ＢＯＧを再液化処理する方法の一つとして、ＢＯＧをタンクの液相内に戻して液相の顕熱で冷却して再液化する方法があり、以下の技術が提案されている。
特許文献１（特開２０１２−２３３５３４号公報）、特許文献２（特開２０００―４６２９５号公報）において提案された技術は、発生したＢＯＧをＢＯＧ圧縮機で圧縮し、タンク底部に供給するというものである。
また、特許文献３（特開平１１−２９４６９５号公報）においては、タンク内のＬＮＧを液ポンプで汲み上げ、リード管上端より落下させ、液が落下する際に液面上方のＢＯＧを巻き込んでタンク底部に導くというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３３５３４号公報
【特許文献２】特開２０００―４６２９５号公報
【特許文献３】特開平１１−２９４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２に開示されたものにおいては、ＢＯＧを圧縮してタンク底部に供給しているが、タンク底部では液面高さに相当する液ヘッド圧がかかっており、気相である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。特に特許文献１に開示されているものは、ＢＯＧをタンク底部に供給する配管の先端に圧力保持手段を有しているため、更に高い圧力まで昇圧することになる。
しかしながら、気相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気体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。
【０００６】
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。
【０００７】
また、特許文献３においては、気相を圧縮するのではなく、液ポンプによってタンク内の液体を汲み上げるのであるから、特許文献１，２に比較して消費動力は小さくなるが、それでも液ポンプ動力はタンク内の低温液体への入熱となり、ＢＯＧ量を増大させるという問題は避けられない。
【０００８】
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、蒸発ガス（ＢＯＧ）を再液化する低温液体の蒸発ガス再液化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】
【０００９】
インジェクタは通常、水と水蒸気で作動し、水蒸気が水に凝縮する際に生ずる低圧で水と水蒸気を吸引しつつ、水蒸気が凝縮・混合した液が昇圧されて吐出される機構であり、水蒸気で駆動される一種の液ポンプである。
インジェクタが機能するためには、その作動流体が、気相（上記の水蒸気に相当）が液相（上記の水に相当）に凝縮する性質を有することが必須となる。
この点、貯留槽内の低温液体と蒸発ガスとの関係がこの要件を満たすことに着眼し、インジェクタの原理を利用することで、タンク内の低温液体への入熱を抑制しつつ蒸発ガス（ＢＯＧ）を再液化することができると考えた。
本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
【００１０】
（１）本発明の蒸発ガス再液化装置は、貯留槽内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを再液化する蒸発ガス再液化装置であって、
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、抜き出された前記蒸発ガスと抜き出された前記低温液体とを混合する混合装置と、該混合装置に連通して設けられると共に該混合装置において混合された混合液を前記貯留槽内に吐出する混合液吐出管を備えてなり、
前記混合装置は、前記蒸発ガス抜出し管と前記混合液吐出管の間に設けられ、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低温液体抜出し管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を噴出する蒸発ガス噴出部とを有し、
前記混合装置において、前記蒸発ガスが凝縮して内圧が低下することで、前記低温液体と前記蒸発ガスを、それぞれ前記低温液体抜出し管と前記蒸発ガス抜出し管を介して連続的に抜き出して混合し、混合液を前記拡径部の通過時に昇圧して前記混合液吐出管から前記貯留槽内に吐出すようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、混合装置に低温液体を供給する液ポンプを低温液体抜出し管に備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、縮径部に滞留する液体を抜き出して前記貯留槽に戻すドレン管を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、混合液の温度が飽和液温度以下となるように低温液体の流量と蒸発ガスの流量を制御する流量制御弁を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、低温液体抜出し管を２系統とし、その内の１系統に液ポンプを設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、混合装置の縮径部における圧力を計測する圧力計測器と、前記２系統の低温液体抜出し管のそれぞれに設けた流量制御弁とを有し、前記圧力計測器の測定値に基づいて前記流量制御弁の開閉制御と前記液ポンプの運転制御を行う制御部を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、混合装置において、前記蒸発ガスが凝縮して内圧が低下することで、前記低温液体と前記蒸発ガスを、それぞれ前記低温液体抜出し管と前記蒸発ガス抜出し管を介して連続的に抜き出して混合し、混合液を前記拡径部の通過時に昇圧して前記混合液吐出管から前記貯留槽内に吐出すようにしたことにより、貯留槽から抜き出された蒸発ガスは、混合装置によって凝縮して液体となって再び貯留槽に戻されるが、外部動力による蒸発ガスの圧縮や昇圧が不要であるため、動力による入熱に起因する蒸発ガスの増大を回避して、蒸発ガスの再液化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る蒸発ガス再液化装置の説明図である。
【図２】図１におけるＡ部の詳細を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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蒸発ガス再液化装置１は、貯留槽３内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを再液化するものであって、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、抜き出された蒸発ガスと抜き出された低温液体とを混合する混合装置９と、混合装置９に連通して設けられると共に該混合装置９において混合された混合液を前記貯留槽３内に吐出する混合液吐出管１１を備えてなるものである。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１９】
＜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。
【００２０】
＜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、他端が混合装置９に連結されている。
蒸発ガス抜出し管５には、貯留槽３から抜き出される蒸発ガスの流量を調整する蒸発ガス流量調整弁１９が設けられている。
【００２１】
＜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。本実施の形態では、蒸発ガス再液化装置１の起動時に使用する起動時低温液体抜出し管７ａと、起動後に使用する起動後低温液体抜出し管７ｂの２種類の管が設けられている。起動時低温液体抜出し管７ａには、混合装置９に低温液体を供給するための液ポンプ２０が設けられている。
また、起動時低温液体抜出し管７ａと起動後低温液体抜出し管７ｂには、抜き出す低温液体の流量を調整する低温液体流量調整弁２１ａ、２１ｂが設けられている。
【００２２】
＜混合装置＞
混合装置９は、蒸発ガス抜出し管５と混合液吐出管１１の間に設けられて抜き出された蒸発ガスと抜き出された低温液体とを混合する部位である。
混合装置９は、流路が縮径する縮径部１３と、縮径部１３の下流側で流路が拡径する拡径部１５と、縮径部１３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１７と、同じく縮径部１３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噴出する蒸発ガス噴出部１８とを有している。縮径部１３と拡径部１５の間に直管部を設けても良い。また、蒸発ガス噴出部１８は縮径形状とすることにより、蒸発ガスの噴出流速を増大することができる。
なお、図２では、低温液体噴出部１７の周囲に蒸発ガス噴出部１８を設けてあるが、逆に蒸発ガス噴出部の周囲に低温液体噴出部を設ける構造としても良い。
また、混合装置９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。
【００２３】
混合装置９は、インジェクタを構成しており、以下のような作用を有している。
混合装置９において、蒸発ガスは供給された低温液体と混じり合うことで凝縮し、これにより混合装置９の内部は貯留槽３の圧力より低圧状態となり、これにより貯留槽３から低温液体および蒸発ガスを自吸する。低温液体と蒸発ガスは混合装置９における低圧状態の縮径部１３に向かって吸引され、それぞれ低温液体噴出部１７と蒸発ガス噴出部１８から縮径部１３内に噴出する。気相の蒸発ガスは特に高速で噴出することになり、その速度を保ったまま低温液体噴流と接触して凝縮し、低温液体と一体となり混合液となる。高速噴流となっている蒸発ガスの運動エネルギーは混合液にそのまま受け渡され、混合液は、低温液体の低温液体噴出部１７からの噴出速度よりも加速される。縮径部終端ではちょうど蒸発ガスが全量凝縮しきった混合液の単相状態となり、この加速された混合液の運動エネルギーは、混合液が拡径部１５を通過する際に減速されて圧力エネルギーに変換される。その結果、混合液は、供給される低温液体や供給される蒸発ガスの圧力より高い吐出圧を得て、混合液吐出管１１を介して貯留槽３に戻される。
【００２４】
なお、本実施の形態では、一端側が混合装置９の縮径部１３に連結され、他端が貯留槽３内に配置されたドレン管２３が設けられている。ドレン管２３には、混合装置９側が貯留槽３側より一定差圧以上高くなった場合に開放するバルブ２５を設ける。
ドレン管２３は、起動時において、縮径部１３に滞留するドレン（凝縮した低温液体）を抜き出して、蒸発ガスを縮径部１３に供給しやすくして、起動時における蒸発ガスの連続的な凝縮を円滑にできるようにするものである。
【００２５】
なお、ドレン管２３に設けるバルブ２５は開放時の流れ方向が混合装置９側から貯留槽３側である逆止弁でもよい。
また、ドレン管２３の他端は、混合液吐出管１１における後述する圧力制御バルブ２７の下流側に接続してもよい。
また、混合装置９を貯留槽３の内部に設置する場合には、ドレン管２３のバルブ２５の端部をタンク内に開放しておくだけでもよい。
【００２６】
＜混合液吐出管＞
混合液吐出管１１は、混合装置９に連通して設けられると共に該混合装置９において混合された混合液を前記貯留槽３内に吐出する。
混合液吐出管１１には吐出圧力を制御する圧力制御バルブ２７を設ける。圧力制御バルブ２７によって、混合液の吐出圧力が貯留槽３内の液圧よりも高くなるように設定する。
また、圧力制御バルブ２７上流側に圧力計測手段と温度計測手段を設置し、混合装置９吐出側の圧力と温度を計測してもよい。
【００２７】
なお、混合液吐出管１１の貯留槽３内側の端部にノズル（図示なし）を設け、混合液を貯留槽３の低温液体内に噴出させて、貯留槽３内の低温液体を撹拌混合するようにしてもよい。
【００２８】
以上のように構成された蒸発ガス再液化装置１の動作について説明する。
低温液体流量調整弁２１ａを開にし、かつ液ポンプ２０を駆動して低温液体を混合装置９に供給する。この際、低温液体流量調整弁２１ｂは閉じておく。
蒸発ガス流量調整弁１９を開にして混合装置９に蒸発ガスを供給できるようにすると、混合装置９に供給された低温液体によって蒸発ガスは冷却されて凝縮する。蒸発ガスの凝縮によって、混合装置９の圧力が低圧になって、低温液体抜出し管７ａから低温液体を、蒸発ガス抜出し管５から蒸発ガスを、それぞれ吸引する。吸引される低温液体流量が増大してきたら低温液体流量調整弁２１ｂを開き、続いて液ポンプ２０を停止し低温液体流量調整弁２１ａを閉じる。
【００２９】
混合装置９の圧力は低圧を維持し、その低圧に向かって低温液体と蒸発ガスが連続して吸い込まれ、それぞれ低温液体噴出部１７と蒸発ガス噴出部１８から縮径部１３内に噴出する。気相の蒸発ガスは特に高速で噴出することになり、その速度を保ったまま低温液体噴流と接触して凝縮し、低温液体と一体となり混合液となる。高速噴流となっている蒸発ガスの運動エネルギーは混合液にそのまま受け渡され、混合液は、低温液体の低温液体噴出部１７からの噴出速度よりも加速される。
縮径部終端ではちょうど蒸発ガスが全量凝縮しきった状態となり、この加速された混合液の運動エネルギーは、混合液が拡径部１５を通過する際に減速されて圧力エネルギーに変換され、混合液は、供給される低温液体や供給される蒸発ガスの圧力より高い吐出圧を得て、混合液吐出管１１を介して貯留槽３に戻される。
【００３０】
縮径部１３の圧力が貯留槽３内の液圧より高い状態ではドレン管２３に設けたバルブ２５が開となり、ドレン管２３を介して低温液体が貯留槽３へ排出される。縮径部１３の圧力が低下するとバルブ２５が閉じるとともに、拡径部１５下流端における混合液の圧力が貯留槽３内の液圧より高くなり、圧力制御バルブ２７が開放して混合液が貯留槽３内に吐出される。
縮径部１３の圧力を計測して、低温液体流量調整弁２１ａ、２１ｂ、液ポンプ２０の制御を行っても良い。すなわち、縮径部１３の圧力がタンク液ヘッド圧以上の時は、低温液体流量調整弁２１ａ開、低温液体流量調整弁２１ｂ閉の状態で液ポンプ２０を運転し、縮径部１３の圧力がタンク液ヘッド圧より低下したら、液ポンプ２０を停止し、低温液体流量調整弁２１ａ閉、低温液体流量調整弁２１ｂ開の状態とするようにしてもよい。
【００３１】
また、混合液吐出管１１の圧力制御バルブ２７上流側に圧力計測手段と温度計測手段を設置し、これらによって計測される混合液の圧力と温度によって、低温液体と蒸発ガスの流量を制御するようにしても良い。あらかじめ得られている、低温液体の飽和液の圧力と温度の関係から、圧力計測手段で計測された混合液の圧力Ｐｍからその飽和温度Ｔｓを算出し、温度計測手段で計測された混合液の温度Ｔｍが前記飽和温度Ｔｓより低く維持されるように低温液体流量調節弁２１ａ、２１ｂおよび、蒸発ガス流量調節弁１９を調整する。
なお、低温液体流量調節弁２１ａを制御する代わりに、液ポンプ２０にインバータなどの容量制御手段を付加して、直接液ポンプの運転容量を制御してもよい。なお、低温液体流量に対する蒸発ガス流量が大きくなるほど混合液温度Ｔｍは高くなる傾向にあるため、混合液温度Ｔｍが上昇して前記飽和温度Ｔｓに近づいた場合には、低温液体流量を増大させるか、蒸発ガス流量を減少させるように制御するとよい。また、低温液体と蒸発ガスの圧力、温度条件がほぼ一定で変動の少ない場合には、低温液体と蒸発ガスのそれぞれの流量を計測する流量計測手段（図示せず）で得られる流量情報により、蒸発ガスと低温液体の流量比（＝蒸発ガス流量／低温液体流量）が所定値以下となるように制御するようにしても良い。
【００３２】
このように、貯留槽３から抜き出された蒸発ガスは、混合装置９によって凝縮して液体となって再び貯留槽３に戻されるが、外部動力による蒸発ガスの圧縮や昇圧が不要であるため、動力による入熱に起因する蒸発ガスの増大を回避して、蒸発ガスの再液化を実現することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  蒸発ガス再液化装置
３  貯留槽
５  蒸発ガス抜出し管
７  低温液体抜出し管
７ａ  起動時低温液体抜出し管
７ｂ  起動後低温液体抜出し管
９  混合装置
１１  混合液吐出管
１３  縮径部
１５  拡径部
１７  低温液体噴出部
１８  蒸発ガス噴出部
１９  蒸発ガス流量調整弁
２０  液ポンプ
２１ａ、２１ｂ  低温液体流量調整弁
２３  ドレン管
２５  バルブ
２７  圧力制御バルブ
【図１】
2014159857.tif 000003
【図２】
2014159857.tif 000004