(57)【要約】  本発明は、液体−蒸気平衡の状態で燃料ガスを充填するように意図された密閉式の断熱容器（２）と、容器より高い位置に配置された熱交換器（１０）であって、熱交換壁によって互いに緊密に分離された気化チャネル（１５）および凝縮チャネル（１２）とを備え、凝縮チャネルの取り込み口は、容器の上側部分（８）に通じる蒸気コレクタ回路（１３）に連結され、凝縮チャネル（１４）の出口は容器に連結され、気化チャネル（１５）の取り込み口は、液相内の燃料ガスの流れを回収するために、容器の内側空間の下側部分（９）内に通じる取り込み口を含む液体取り込み回路（１７）によって容器に連結される、熱交換器とを備える、設備（１）に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスをガス消費部材に供給し、前記可燃性ガスを液化するための装置であって、前記装置（１）は、
気液二相平衡状態で可燃性ガスを充填するように意図された内側空間（７）を含む漏れ防止断熱タンク（２）と、
前記漏れ防止断熱タンクよりも高い位置に置かれた熱交換器（１０、１１０）であって、熱交換壁によって漏れ防止式に互いに分離された気化経路（１５、１１５）および凝縮経路（１２、１１２）を備え、それによって前記凝縮経路内に含まれる流体と前記気化経路内に含まれる流体との間で熱を伝達することを可能にし、前記気化経路および前記凝縮経路の各々は、入口と出口とを含み、
前記凝縮経路の前記入口は、前記漏れ防止断熱タンクに蒸気回収回路（１３、１１３、２１３）によって連結され、前記蒸気回収回路は、前記タンクの前記内側空間の上側部分（８）内に出現して蒸気相可燃性ガスの第１の流れ（１９）を前記タンクの前記内側空間内に引き出すための吸気部を含み、前記凝縮経路の前記入口は、前記凝縮経路の前記出口よりも高く置かれ、
前記凝縮経路（１４、１１４）の前記出口は、前記タンクの前記内側空間に連結されて、前記タンクの前記内側空間において可燃性ガスの前記第１の流れの液体画分を重力により移送し、可燃性ガスの前記第１の流れの前記液体画分は、前記凝縮経路内の凝縮によって得られ、
前記気化経路（１５、１１５）の前記入口は、前記漏れ防止断熱タンクに液体入口回路（１７、１１７）によって連結され、前記液体入口回路は、前記タンクの前記内側空間の下側部分（９）内に出現して液相可燃性ガスの第２の流れを前記タンクの前記内側空間内に引き出す吸気部と、液相可燃性ガスの前記第２の流れを前記気化経路内に移送するための循環ポンプ（１６）とを含む、熱交換器と、
前記気化経路（１５、１１５）に連結され、前記熱交換器の前記気化経路を前記漏れ防止断熱タンクの前記蒸気相内を占有する圧力を下回る圧力に置く真空ポンプ（５１）とを含み、
前記気化経路（３、１０３）の出口は、ガス消費部材に連結されて、可燃性ガスの前記第２の流れの蒸気画分を前記ガス消費部材に移送し、可燃性ガスの前記第２の流れの前記蒸気画分は、機能中、前記漏れ防止断熱タンクの前記蒸気相内を占有する圧力を下回る圧力に置かれた前記気化経路内の前記可燃性ガスの気化によって得られる、装置。
【請求項２】
前記真空ポンプ（５１）が、前記気化経路の前記出口と前記ガス消費部材との間に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記気化経路（１５、１１５）の前記出口が、前記気化経路の前記入口よりも低く置かれる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記熱交換器の前記気化経路が、前記気化経路の底部に位置する相分離タンク（３３）を含み、前記相分離タンクは、ベース壁と、前記ベース壁から上方向に延びる側壁とを含み、前記気化経路出口（１０３）は、前記相分離タンクの前記側壁を抜けて、前記ベース壁の上方の離間された位置に出現する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
液相を重力により前記相分離タンクから排出することができるように前記相分離タンクの前記ベース壁を抜けて出現するパージ回路（３４）も含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記気化経路の前記出口と前記ガス消費部材との間に配置された圧縮機（４）も含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記熱交換器が、前記凝縮経路を含む内側空間（１２、１１２）を画定する漏れ防止断熱エンベロープ（１１、１１１）を含み、前記エンベロープは、前記漏れ防止断熱タンクの上方に配置され、前記漏れ防止断熱タンクの前記内側空間と連通し、前記凝縮経路の前記出口を構成する下側開口（１４、１１４）を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記漏れ防止断熱タンクの上壁（５）が、前記エンベロープの前記下側開口に連結された開口を有し、前記エンベロープは、前記エンベロープの前記下側開口周りに配置された締結クリップ（２１）も含み、前記締結クリップは、前記上壁の前記開口周りの前記漏れ防止断熱タンクの前記上壁に取り付けられる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記熱交換器が、前記エンベロープの前記下側開口から前記エンベロープ（１１、１１１）の上壁に近い位置まで延び、前記タンクの前記内側空間内に出現する下端と、前記エンベロープの前記内側空間（１２、１１２）内に出現する上端とを有する回収管（１１３、２１３）も含み、前記回収管は、前記エンベロープの前記内側空間内に、前記蒸気回収回路を形成する前記回収管の内側空間と、前記熱交換器の前記凝縮経路を形成する前記回収管の外側空間とを画定する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記熱交換器が、
前記回収管周りの前記回収管の前記外側空間内に配置された、前記回収管に平行な複数の管（５５）であって、前記熱交換器の前記熱交換壁を構成する、平行な管と、
前記エンベロープの前記内側空間内に配置された入口分配器（２３）であって、前記回収管の周囲まで延び、前記平行な管の各々の上端が抜けて出現するベース壁を有する、入口分配器（２３）と、
前記気化経路の前記入口を構成し、前記エンベロープを抜けて前記エンベロープの外部と前記入口分配器との間を延びる入口管（１１７）と、
前記回収管の前記外側空間内の前記回収管周りに前記入口チャンバより低く配置され、前記平行な管の各々の下端が抜けて出現する上壁を有する、出口ケース（２４）と、
前記気化経路の前記出口を構成し、前記エンベロープを抜けて前記出口ケースと前記エンベロープの外部との間を延びる、出口管（１０３）とを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記入口分配器（２３）が、前記回収管（２１３）の上端より高く配置される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記回収管に平行な前記管（２５）が、前記回収管（２１３）に平行な前記管の外面に配置された熱交換羽根（３１、３２）を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
気液二相平衡状態で前記可燃性ガスを充填するように意図された内側空間を含む複数の漏れ防止断熱タンクも含み、前記蒸気回収回路（１３）は、前記凝縮経路の前記入口を前記タンクの各々に連結して、前記タンクの各々内の蒸発に由来するガスを回収する共通回収回路である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
可燃性ガスをガス消費部材に供給し、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置によって前記可燃性ガスを液化するための方法であって、
蒸気相可燃性ガス（１９）の第１の流れを前記蒸気回収回路を介して前記漏れ防止断熱タンクの前記内側空間の前記上側部分（８）から前記凝縮経路（１２、１１２）の前記入口内に導入することと、
液相可燃性ガスの第２の流れを前記循環ポンプ（１６）によって前記タンクの前記内側空間の前記下側部分から前記気化経路（１５、１１５）の前記入口に移送することと、
前記熱交換器の前記気化経路を  前記漏れ防止断熱タンクの前記蒸気相内を占有する圧力を下回る圧力に置くことと、
可燃性ガスの前記第１の流れの少なくとも一画分を前記凝縮経路内で凝縮させながら、前記漏れ防止断熱タンクの前記蒸気相内を占有する圧力を下回る圧力下に置かれた前記気化経路内で可燃性ガスの前記第２の流れの少なくとも一画分を気化させるために、前記凝縮経路内の可燃性ガスの前記第１の流れと前記気化経路内の可燃性ガスの前記第２の流れとの間で熱を交換することと、
可燃性ガスの前記第１の流れの前記液体画分を前記凝縮経路（１４、１１４）の前記出口から前記タンクの前記内側空間に重力により移送することと、
可燃性ガスの前記第２の流れの前記蒸気画分を前記気化経路の前記出口から前記ガス消費部材に移送することとを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１）を含む船（７０）。
【請求項１６】
請求項１５に記載の船（７０）に積み込み、または空にするための方法であって、可燃性ガスが、絶縁配管（７３、７９、７６、８１）を介して、浮遊式または陸上式の貯蔵装置（７７）と前記船の漏れ防止断熱タンク（７１）との間でやりとりされるように導かれる、方法。
【請求項１７】
可燃性ガスを移送するためのシステムであって、請求項１５に記載の船（７０）と、前記船体内に設置された前記タンク（７１）を浮遊式または陸上式の貯蔵装置（７７）に連結するように配置された絶縁配管（７３、７９、７６、８１）と、可燃性ガスを、前記絶縁配管を介して、前記浮遊式または陸上式の貯蔵装置と前記船の漏れ防止断熱タンク（７１）との間でやりとりするように送り込むためのポンプとを含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガス、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）を処理するための装置の分野に関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、一方では可燃性ガスをガス消費部材に供給し、他方では前記可燃性ガスを液化するための装置を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
液化天然ガスは、極低温で液体／蒸気二相平衡状態で漏れ防止断熱タンク内に貯蔵される。液化天然ガス貯蔵タンクの断熱障壁は、液化天然ガスの蒸発によって反映される、タンクの内容物を加熱する傾向のある熱流の場所である。自然蒸発に由来するガスは、通常、ガス消費部材にこれを改善するために供給するために使用される。したがって、例えばメタンタンカー上では、蒸発したガスは、船を推進するための動力伝達装置または搭載機器の機能に必要な電力を供給する発電機に供給するために使用される。しかし、そのような実践は、タンク内の自然蒸発に由来するガスを改善することは可能であるが、その量を減らすことはできない。
【０００４】
さらに、可燃性ガスがガス混合物から形成されるとき、自然蒸発に由来する蒸気相の組成は液相の組成と異なり、時間とともに変化する傾向も有する。詳細には、自然蒸発に由来する蒸気相は、当然ながら、液化天然ガスの窒素などの最も揮発性の高い組成物が液相より豊富である。ここで、これらの組成の変形の結果として、タンク内に残っている液化ガスのもののような自然蒸発に由来するガスの発熱量は、自然蒸発が占有するとき、時間とともに変動可能である。次に、大きな変動を受ける発熱量を有する可燃性ガスを消費部材に供給すると、ガスの不完全燃焼ならびにガス消費部材の機能欠陥および収率変動の結果を招きやすい。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１０／１７０２９７号明細書は、ＬＮＧタンク内の自然蒸発に由来するガスの再液化のためのデバイスを開示する。このデバイスは、ＬＮＧタンクの上方に配置された熱交換器ユニットを含み、これによって自然蒸発に由来するガスを液体窒素などの二次冷却液との熱交換によって凝縮させる。窒素の製造、冷却および液化を想定した装置は、エネルギーを消費する。
【０００６】
日本国特許第０９６０７９９号明細書は、ＬＮＧ気化回路を有するＬＮＧ貯蔵装置と、自然蒸発に由来するガスを再凝縮させるための回路とを記載している。気化回路内のＬＮＧの気化は、ヒータ２４によって供給される熱によって生み出される。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の基礎を成す考えは、可燃性ガスをガス消費部材に供給し、前記可燃性ガスを再液化するための装置であって、従来技術の欠点の少なくとも一部を有さない、装置を提案することである。本発明の特定の態様は、可燃性ガスの液相を冷却剤として熱交換器内で使用して、自然蒸発に由来するガスを冷却および凝縮させるという考えを起点としている。
【０００８】
１つの実施形態によれば、本発明は、可燃性ガスをガス消費部材に供給し、前記可燃性ガスを液化するための装置であって、
気液二相平衡状態で可燃性ガスを充填するように意図された内側空間を含む漏れ防止断熱タンクと、
漏れ防止断熱タンクよりも高い位置に置かれた熱交換器であって、熱交換壁によって漏れ防止式に互いに分離された気化経路および凝縮経路を備え、それによって凝縮経路内に含まれる流体と気化経路内に含まれる流体との間で熱を伝達することを可能にし、気化経路および凝縮経路の各々は、入口と出口とを含み、
凝縮経路の入口は、漏れ防止断熱タンクに蒸気回収回路によって連結され、蒸気回収回路は、タンクの内側空間の上側部分内に出現して蒸気相可燃性ガスの第１の流れをタンクの内側空間内に引き出すための吸気部を含み、凝縮経路の入口は凝縮経路の出口よりも高く置かれ、
凝縮経路の出口は、タンクの内側空間に連結されて、タンクの内側空間において可燃性ガスの第１の流れの液体画分を重力により移送し、可燃性ガスの第１の流れの液体画分は、凝縮経路内に凝縮によって得られ、
気化経路の入口は、漏れ防止断熱タンクに液体入口回路によって連結され、液体入口回路は、タンクの内側空間の下側部分内に出現して液相可燃性ガスの第２の流れをタンクの内側空間内に引き出す吸気部と、液相可燃性ガスの第２の流れを気化経路内に移送するための循環ポンプとを含み、
気化経路の出口は、ガス消費部材に連結されて、可燃性ガスの第２の流れの蒸気画分をガス消費部材に移送し、可燃性ガスの第２の流れの蒸気画分は、気化経路内の気化によって得られる、熱交換器とを含む、装置を提供する。
【０００９】
諸実施形態によれば、そのような装置は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【００１０】
１つの実施形態によれば、気化経路の出口は、気化経路の入口よりも低く置かれる。したがって、凝縮経路内の可燃性ガスの第１の流れおよび気化経路内の可燃性ガスの第２の流れの両方は下降運動を実施し、それによって重力の利用を促進してこれらの２つの流れの循環を維持する。さらに、この流れの配向は、冷却剤として使用される可燃性ガスの液相と自然蒸発に由来するガスとの間の並流熱交換を実施して、相の変化による等温熱交換を促進することを可能にする。好ましくは、この場合、気化経路は、可燃性ガスの第２の流れが流下液膜式の形態で流れるように構成される。
【００１１】
１つの実施形態によれば、熱交換器の気化経路は、気化経路の底部に位置する相分離タンクを含み、相分離タンクは、ベース壁と、ベース壁から上方向に延びる側壁とを含み、気化経路出口は、相分離タンクの側壁を抜けて、ベース壁の上方の離間された位置に出現する。そのような相分離タンクを用いることにより、可燃性ガスの第２の流れに由来する蒸気画分を、残留液体を有する画分から重力によって分離することが容易である。
【００１２】
１つの実施形態によれば、パージ回路が、液相を重力により相分離タンクから排出することができるように、相分離タンクのベース壁を抜けて出現する。このように、たとえば混合物（重質物）の最も揮発性の低い化学種からなる、第２の流れからの非気化画分が残っている場合、気化経路の飽和または閉塞を回避するために、この液体画分は容易に除去される。
【００１３】
１つの実施形態によれば、熱交換器の気化経路は、減圧下で、すなわち漏れ防止断熱タンクの蒸気相内を占有する圧力を下回る圧力に置かれる。したがって、凝縮経路への熱供給および気化経路における減圧の累積的効果によって、気化経路内での可燃性ガスの気化をさらに強制することが可能である。さらに、減圧によって気化経路において二相平衡温度が下方にシフトすることを考えると、凝縮経路内の蒸気相から気化経路内に位置するガスに伝達される熱の流れを増加させることがこうして可能である。
【００１４】
好ましくは、この場合、気化経路内の絶対圧は、絶対圧１２０ミリバールより大きい。実際には、気化経路内側の天然ガスの凝固を避けるために、気化経路内側の圧力がメタン相図の三重点に対応する圧力よりも大きいことが好ましい。気化経路内の圧力は、特に絶対圧５００ミリバールから絶対圧９８０ミリバールの間であってよい。
【００１５】
対応する実施形態によれば、装置はまた、気化経路に連結された真空ポンプまたは減圧ポンプを含み、これによって熱交換器の気化経路を、漏れ防止断熱タンクの蒸気相内を占有する圧力を下回る圧力に置く。
【００１６】
諸実施形態によれば、そのような真空ポンプは、公称流量または公称圧力の関数として制御され得る。そのような公称流量または圧力は、ガス消費部材によって予め決定されるか、または生成され得る。
【００１７】
対応する実施形態によれば、装置は、以下の特徴の１つまたは複数を有することができる。
【００１８】
−  装置は、吸気部を通って吸引され、ガス消費部材に供給される蒸気流の流量を表す信号を送るための流量測定センサと、真空ポンプを、蒸気流の流量を表す信号およびガス消費部材によって生成された公称流量の関数として制御するための制御デバイスとを含む。
【００１９】
−  装置は、気化経路内を占有する圧力を表す信号を送るための圧力センサと、真空ポンプを、圧力を表す信号および公称圧力の関数として制御するための制御デバイスとを含む。
【００２０】
気化経路の出口とガス消費部材との間の連結は、消費部材の要件に応じて、直接的または間接的になり得る。１つの実施形態によれば、上記の真空ポンプは、気化経路の出口とガス消費部材との間に配置される。別の実施形態によれば、気化経路の出口とガス消費部材との間に圧縮機が配置されて、蒸気相ガス流れをタンク内の貯蔵圧力を上回る圧力で提供する。
【００２１】
１つの実施形態によれば、熱交換器は、凝縮経路を含む内側空間を画定する漏れ防止断熱エンベロープを含み、エンベロープは、漏れ防止断熱タンクの上方に配置され、漏れ防止断熱タンクの内側空間と連通し、凝縮経路の出口を構成する下側開口を含む。
【００２２】
そのような漏れ防止断熱エンベロープは、様々な方法、例えばタンクの上壁の一体部分として、または代替的には、タンクの上壁に追加された組立体の形態で作製され得る。
【００２３】
１つの実施形態によれば、漏れ防止断熱タンクの上壁は、エンベロープの下側開口に連結された開口を有し、エンベロープはまた、エンベロープの下側開口周りに配置された締結クリップも含み、締結クリップは、上壁のエンベロープ周りの漏れ防止断熱タンクの上壁に取り付けられる。
【００２４】
好ましくは、この場合、熱交換器はまた、エンベロープの下側開口からエンベロープの上壁に近い位置まで延び、タンクの内側空間内に出現する下端と、エンベロープの内側空間内に出現する上端とを有する回収管も含み、回収管は、エンベロープの内側空間内に、蒸気回収回路を形成する回収管の内側空間と、熱交換器の凝縮経路を形成する回収管の外側空間とを画定する。
【００２５】
これらの特徴により、熱交換器および蒸気回収回路は、外部環境との交換のための比較的小さい表面を有する比較的嵩の低い一体化された形態で作製することができ、それによって自然蒸発を増大させやすい熱流を制限する。
【００２６】
別の実施形態によれば、装置は、気液二相平衡状態で可燃性ガスを充填するように意図された内側空間を含む複数の漏れ防止断熱タンクを含み、前記蒸気回収回路は、凝縮経路の入口を前記タンクの各々に連結して、タンクの各々内の蒸発に由来するガスを回収する共通回収回路である。したがって、タンクの組に対して熱交換器を共同で利用することが可能である。
【００２７】
対応する実施形態によれば、熱交換器は、
回収管周りの回収管の外側空間内に配置された、回収管に平行な複数の管であって、熱交換器の前記熱交換壁を構成する、平行な管と、
エンベロープの内側空間内に配置された入口分配器であって、回収管の周囲まで延び、平行な管の各々の上端が抜けて出現するベース壁を有する、入口分配器と、
気化経路の入口を構成し、エンベロープを抜けてエンベロープの外部と入口分配器との間を延びる入口管と、
回収管の外側空間内の回収管周りに入口チャンバより低く配置され、平行な管の各々の下端が抜けて出現する上壁を有する、出口ケースと、
気化経路の出口を構成し、エンベロープを抜けて出口ケースとエンベロープの外部との間を延びる、出口管とを含む。
【００２８】
熱交換器の収率を最大にするために、気化経路と凝縮経路との間の熱接触を、外側エンベロープの最大限の高さにわたって行うことが実際に望ましい。有利には、入口分配器は、回収管の上端より高く配置される。したがって、平行管は、回収管と実質的に同じ長さにわたって延びることができる。
【００２９】
１つの実施形態によれば、回収管に平行な管は、回収管に平行な管の外面に配置された熱交換羽根を有する。
【００３０】
１つの実施形態によれば、本発明はまた、可燃性ガスをガス消費部材に供給し、上述の装置によって前記可燃性ガスを液化するための方法であって：
蒸気相可燃性ガスの第１の流れを蒸気回収回路を介して漏れ防止断熱タンクの内側空間の上側部分から凝縮経路の入口内に導入することと、
液相可燃性ガスの第２の流れを循環ポンプによってタンクの内側空間の下側部分から気化経路の入口に移送することと、
最初は蒸気相である可燃性ガスの第１の流れの少なくとも一画分を凝縮経路内で凝縮させながら、最初は液相である可燃性ガスの第２の流れの少なくとも一画分を気化経路内で気化させるために、凝縮経路内の可燃性ガスの第１の流れと、気化経路内の可燃性ガスの第２の流れとの間で熱を交換することと、
可燃性ガスの第１の流れの液体画分を凝縮経路の出口からタンクの内側空間に重力により移送することと、
可燃性ガスの第２の流れの蒸気画分を気化経路の出口からガス消費部材に移送することとを含む、方法も提供する。
【００３１】
凝縮経路の下降配向によって、熱交換によって冷却された可燃性ガスの第１の流れは、自然対流によって、すなわち重力によってタンクの内側空間に流れることができ、それによって蒸気回収回路内の吸引の生成を促進して、追加の機械的作業を必要とすることなく第１の流れをこうして維持する。
【００３２】
好ましくは、この方法は、気化経路内の可燃性ガスの第２の流れのすべてまたは実質的にすべてを気化させるように実施される。したがって、タンクの下側部分から引き出された液体流の強制気化によって蒸気相を生成することにより、最も揮発性の高い化合物の含量は、タンク内に貯蔵されたガスの液相の含量と実質的に等しい。したがって、気化したガス流れの最も揮発性の高い化合物の濃度は、こうして限定され、経時的に実質的に一定である。
【００３３】
加えて、そのような装置を用いることにより、海水、中間液、または車両もしくは特有のバーナーに由来する可燃性ガスとの熱交換を使用する強制気化装置と比べて、液化ガスの気化を外部熱源を用いずに実施することができる。
【００３４】
タンクの内側空間の上側部分内に存在するガスは、気化される流れの熱源としてこうして作用する。この装置はまた、自然蒸発を限定するために、蒸気流を生成し、タンクのガスヘッド空間内に存在する自然蒸発に由来する蒸気相を冷却し凝縮させることも同時に可能にする。
【００３５】
１つの実施形態によれば、本発明は、上述の装置を備える船を提供する。
【００３６】
１つの実施形態によれば、本発明はまた、そのような船に積み込み、または空にするための方法であって、可燃性ガスが絶縁配管を介して、浮遊式または陸上式の貯蔵装置と船の漏れ防止断熱タンクとの間でやりとりするように導かれる、方法を提供する。
【００３７】
１つの実施形態によれば、本発明はまた、可燃性ガスを移送するためのシステムであって、前述の船と、船体に設置されたタンクを浮遊式または陸上式の貯蔵設備に連結するように配置された絶縁配管と、可燃性ガス流れを、絶縁配管を介して、浮遊式または陸上式の貯蔵装置と船の漏れ防止断熱タンクとの間でやりとりするように駆動するためのポンプとを備える、システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】可燃性ガスをガス消費部材に供給し、前記可燃性ガスを液化するための装置の概略図である。
【図２】図１の装置に使用することができる熱交換器の半体の長手方向断面斜視図である。
【図３】図２の熱交換器のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図２の熱交換器の熱交換管の拡大図である。
【図５】可燃性ガスをガス消費部材に供給し、前記可燃性ガスを液化するための装置の別の実施形態を示す、図１のものと同様の図である。
【図６】そのような装置を含むメタンタンカーのタンクと、このタンクに積み込む／空にするためのターミナルの破断概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、限定するものではなく説明するためにすぎない、本発明の複数の特定の実施形態の以下の説明の中で、添付の図面を参照してより良好に理解され、その目的、詳細、特徴、および利点は、よりはっきりと明確になるであろう。
【００４０】
本説明および特許請求の範囲において、「可燃性ガス」という用語は一般的な性質を有し、単一の純物質から構成されるガスまたは複数の成分から構成されるガス状混合物を優劣をつけることなく指すものである。
【００４１】
図１には、一方では１つまたは複数のガス消費部材に可燃性ガスを供給し、他方では、可燃性ガスを液化するための装置１が示される。そのような装置１は、陸上式または浮遊式の構造体に設置することができる。浮遊式構造体の場合、装置１は、液化もしくは再ガス化バージ、またはメタンタンカーなどの液化天然ガス貨物船を意図するものであってよく、またはより一般的に、ガス消費部材を装備した任意の船を意図するものであってよい。
【００４２】
図１に示す装置１は、図示しないさまざまなタイプの可燃性ガス消費部材、すなわち特にバーナー、発電機および／または船を推進させるための機関に直接的または間接的に供給することができる蒸気出口ライン３を含む。
【００４３】
そのようなバーナーは、動力生成装置に組み込まれる。動力生成装置は、特に蒸気生成ボイラを備えることができる。蒸気は、エネルギーを生成するための蒸気タービンに供給され、および／または船の加熱ネットワークに供給されるように意図され得る。
【００４４】
そのような発電機は、例えば、ＤＦＤＥ（二重燃料ディーゼル電気）技術の、例えば、ディーゼル／天然ガス混合供給熱機関を含む。そのような熱機関は、ディーゼルと天然ガスの混合物を燃焼させるか、またはこれら２つの可燃物の一方または他方を使用することができる。そのような熱機関に供給される天然ガスは数バール〜数十バール、例えば絶対圧約６〜８バールの程度の圧力を有していなければならない。このために、１つまたは複数の圧縮機４が蒸気出口ライン３に設けられ得る。
【００４５】
そのような船を推進させるためのエンジンは、例えば、ＭＡＮ社によって開発された、「ＭＥ−ＧＩ」技術の二重燃料２ストローク低速エンジンである。そのようなエンジンは、可燃物として天然ガスと、天然ガスを着火させるためにこれの噴射前に噴射される少量のパイロット燃料とを使用する。そのようなエンジンに供給するために、天然ガスは、最初に１５０から４００バールの間の絶対圧、より具体的には２５０から３００バールの間の絶対圧の高圧で圧縮されなければならない。このために、１つまたは複数の圧縮機４が蒸気出口ライン３に設けられ得る。
【００４６】
装置１は、漏れ防止断熱タンク２を備える。１つの実施形態によれば、タンク２は膜タンクである。一例として、そのような膜タンクは、国際特許出願第１４０／５７２２１号パンフレット、仏国特許第２６９１５２０号明細書および仏国特許第２８７７６３８号明細書に説明される。そのような膜タンクは、可燃性ガスを実質的に大気圧またはそれよりもわずかに高い圧力で貯蔵するように意図される。他の代替的な実施形態によれば、タンク２は自立タンクであってよく、特に、平行六面体、角柱、球形、円筒形または多葉形状を有してもよい。特定のタイプのタンク２は、大気圧よりも実質的に高い圧力でのガス貯蔵を可能にする。
【００４７】
タンク２は、可燃性ガスを充填するように意図された内側空間７を備える。可燃性ガスは、特に、液化天然ガス（ＬＮＧ）、すなわちメタンを主に含み、エタン、プロパン、ｎ−ブタン、ｉ−ブタン、ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン、ネオペンタンなどの１つまたは複数の他の炭化水素、および窒素も少量ずつ含むガス状混合物であってよい。可燃性ガスは、エタンまたは液化石油ガス（ＬＰＧ）、すなわち、本質的にプロパンおよびブタンを含む石油精製に由来する炭化水素の混合物であってもよい。
【００４８】
可燃性ガスは、気液二相平衡状態でタンク２の内側空間７内に貯蔵される。したがって、ガスは、タンク２の上側部分８内に蒸気相で、タンク２の下部９内に液相で存在する。この層化は、各相の比重により自然に得られる。液体−蒸気界面の局在化は、当然ながら、タンク２の充填レベルに依存する。気液二相平衡状態に対応する液化天然ガスの平衡温度は、大気圧で貯蔵されるとき約−１６２℃である。
【００４９】
タンク２の上壁５の上には熱交換器１０が示され、それによって、タンク２の上側部分８における自然蒸発から発生する蒸気相ガスを再液化すると同時に、タンク２の下側部分９から取り出された液相ガスを強制的に気化させることを組み合わせて可能にする。
【００５０】
このために、熱交換器１０は、気密外側エンベロープ１１を有し、気密外側エンベロープ１１は、好ましくは環境から入る熱の流れを限定するために断熱性のものであり、タンク２の上壁５の上方に配置され、その内側空間１２は、タンク２の上側部分８と少なくとも２つの連結：
内側空間１２の頂部において出現して、可燃性ガス蒸気を内側空間１２の頂部にもたらす蒸気回収回路１３、
内側空間１２の底部において出現して、内側空間１２内で凝縮した可燃性ガスを重力により回収し、これをタンク２内に戻す凝縮水戻り回路１４を介して連通する。
【００５１】
図１では、蒸気回収回路１３および凝縮水戻り回路１４は、タンク２の上壁５を貫通しているが、特に凝縮水戻り回路１４の場合に関して、例えばタンク２の上側部分８内の側壁６を貫通することによる他の配置も可能である。
【００５２】
番号５０で概説するように、蒸気回収回路１３は、タンクの組を熱交換器１０の凝縮経路に連結する共通コレクタの役割を果たすためにいくつかのタンクに連結されたいくつかの分岐を含むことができる。この場合、タンクを一緒に隔離する可能性を保つために、図示しない弁を各分岐に設けることができる。
【００５３】
凝縮水戻り回路１４も、同じようにいくつかのタンクに連結され得る。
【００５４】
内側空間１２から熱を取り出すために、熱交換器１０はまた、内側空間１２内に配置された、ここではコイルの形態で図示する気化回路１５を有しているが、その形状は大きく変わってもよい。気化回路１５には、タンク２の下部９から、循環ポンプ１６と、外側エンベロープ１１を漏れ防止式に貫通する気化回路１５の入口と接合する入口管１７とを介して液相可燃性ガスが供給される。内側空間１２内に存在する蒸気相可燃性ガスから潜熱を奪うことにより、気化回路１５内の循環する液相ガスは気化し、こうして生成された蒸気相は出口ライン３に流れ、この出口ラインは、外側エンベロープ１１を漏れ防止式に貫通する気化回路１５の出口に連結される。このため、気化回路１５の出口は、好ましくは、気化回路１５の入口よりも低く位置する。したがって、気化回路１５内で気化しているガス流れ、および内側空間１２内で凝縮しているガス流れの両方が、下降運動を有し、一方は循環ポンプの影響下にあり、他方は、重力および液相と蒸気相との間の密度の相違の影響下のみにある。
【００５５】
液相が蒸気相よりも遥かに密度が高いことを考えると、凝縮による蒸気の消費は、矢印１９で示すように蒸気回収回路１３内に永久的な吸引効果を生じさせる。したがって、通常、蒸気回収回路１３内に循環ポンプを設ける必要はない。
【００５６】
気化回路１５内を循環する液相可燃性ガスの気化をさらに強制するために、前記回路を減圧下に置くことが可能である。これを行うために、図５に示すように、例えば圧縮機４の代わりに真空ポンプ５１を使用することができる。真空ポンプ５１は極低温ポンプ、すなわち−１５０℃以下の極低温に耐えることができるポンプでなければならない。これはまた、ＡＴＥＸ規制に準拠して、すなわち爆発の危険を避けるように設計されなければならない。加えて、気化回路１５の入口に、好ましくは外側エンベロープ１１の内側に、圧力損失部材、例えば膨張弁４５が置かれる。
【００５７】
図１は、タンク２の上部８から内側空間１２の頂部までの凝縮水戻り回路１４内に同心円状に配置された回収管１１３の形態の蒸気回収回路の別の可能な配置を実線で示している。この場合、凝縮水戻り回路１４内の回収管１１３周りの環状空間に戻り凝縮水が流れる間、回収管１１３の内側で蒸気相ガスの導入が起こる。残りの部分に関しては、機能は同じである。
【００５８】
図１は、気化経路が凝縮経路内に含まれ、その流体に浸される熱交換器を示しているが、逆の構成、すなわち気化経路内に含まれその流体に浸される凝縮経路も可能である。例えば、２つの経路が実質的に同じ容積を有する熱交換器を用いる他の構成も可能である。
【００５９】
次に、図２〜図４を参照して、熱交換器の別の実施形態を説明する。図１のものと類似するか、または同一である要素は、１００だけ増加した同じ数値参照を有する。
【００６０】
図２では、外側エンベロープ１１１は、首部を下にして上向きにされた、垂直軸の円筒形ボトルの一般的な形状を有する。より正確には、内側空間１１２を画定する主本体は、凝縮水戻り管１１４よりも大きな直径を有する。
【００６１】
漏れ防止断熱壁は、相互に離間されて置かれた金属シートの２つの平行な層から、これら２つの間に真空下に置かれた空間を有して形成される。断熱の他の形態が使用されてもよい。
【００６２】
凝縮水戻り管１１４は、ダイアフラムを有し、これによって、外側エンベロープ１１１の温度の変化中、特にこれが使用されているときの熱収縮を吸収する。これは、タンク２の上壁に締結するための締結クリップ２１によってその下端で終端する。
【００６３】
回収管２１３は、凝縮水戻り回路１１４内の凝縮水戻り管１１４の端部から同心円状に配置され、その高さの大部分にわたって内側空間１１２を貫通する。回収管２１３の上端は開放され、内側空間１１２の上部内に出現する。この位置での回収管２１３の機械的強度を保証するために、回収管２１３を外側エンベロープ１１１に取り付けるための締結部材が設けられてよい。例えば、固定用ラグ２２が、ここでは回収管２１３の上端に設けられ、気化回路１１５に取り付けられ、気化回路１１５自体は、外側エンベロープ１１１に取り付けられている。
【００６４】
次に気化回路１１５についてより詳細に説明する。これは、本質的に以下：
内側空間１１２の頂部に配置された円形またはトーリック形状の入口分配器２３と、
回収管２１３周りの内側空間１１２の底部に配置された円形またはトーリック形状の出口ケース２４と、
入口分配器２３と出口ケース２４との間に、好ましくは垂直に、回収管２１３に平行に延びる多数の羽根管２５とを含む。
【００６５】
羽根管２５のそれぞれは、入口分配器２３の円形チャンバ２６内にそのベース壁を抜けて出現する上端２７と、出口ケース２４の円形チャンバ２９内にその被覆壁を抜けて出現する下端２８とを有する。これらは、熱交換器１１０の熱交換壁を構成し、これにより、一緒になって、羽根管２５内を下方に流れる液相の気化および内側空間１１２内を下方に流れる蒸気相の凝縮が可能になる。
【００６６】
羽根管２５は、２つの流れ間の交換面積を最大にし、熱伝達を均質化するために、図３に部分的に示すように回収管２１３の全周にわたって内側空間１１２全体に分散される。
【００６７】
図４は、羽根管２５の２つの実施形態を示す。右側の図では、管本体３０は、管本体３０を横断して延び、管本体３０の全長にわたって相互に離間して分布したディスクの形態の羽根３１で囲まれている。
【００６８】
左側の図では、管本体３０は、管本体３０の全長にわたって管本体３０に平行に延び、管本体３０の全周に相互に離間して分布した矩形または多角形ブレードの形態の羽根３２によって囲まれている。
【００６９】
図示しない１つの変形例では、羽根は排除され、それによって各管の横方向バルクを減少させ、したがって管の数を増やして交換のための大きい面積を得ることも可能にする。
【００７０】
入口分配器２３の円形チャンバ２６は、ここでは正方形の断面を有し、羽根管２５のラインに沿って、したがって回収管２１３の周囲において延びる。さらに、入口分配器２３の中心には円錐状壁が配置されており、その上端は、回収管２１３の上端に向けられて入口分配器２３の中心を閉塞して、したがって蒸気相が、回収管２１３を出て羽根管２５の頂部に向かって横方向に流れるよう強制する。
【００７１】
入口管１１７が、円形チャンバ２６から外側エンベロープ１１１の外側に横方向に延びる。漏れ防止溶接部またはシール（図示せず）が、漏れ防止性を保つために、外側エンベロープ１１１の貫通部において入口管１１７の周りに設けられる。出口管１１７は、好ましくは断熱性を備えた任意の適切な管を介して循環ポンプ１６に連結される。
【００７２】
出口ケース２４は、回収管２１３の周りにそこから距離をおいて中空トーリック形状を有する。そのベース壁３３は、入口管１１７から噴射された液相ガス流れの非蒸発部分を重力によって回収するための相分離タンクを形成するように凹状に形成されている。ベース壁３３の底部に出現するパージ管３４は、この液体画分を、例えば、これをタンク２に再噴射するために排出することを可能にする。さらに、出口管１０３が円形チャンバ２９から外側エンベロープ１１１の外側に横方向に延びる。出口管１０３は、液相の回収を避けるために、凹状ベース壁３３の上方の円形チャンバ２９内に出現する。実際には、ベース壁３３の充填レベルは、出口管１０３内に液相が溢れることを避けるために、比較的低く維持されなければならない。漏れ防止溶接部またはシール（図示せず）が、漏れ防止性を保つために、外側エンベロープ１１１の貫通部において出口管１０３の周りに設けられる。出口管１０３は、可燃性ガス消費部材に、直接的にまたは他のガス処理装置、例えば圧縮機、ヒータ等を介して連結される。
【００７３】
機能上、タンク２の上側部分８内に回収された蒸気相が回収管２１３を介して熱交換器１１０の頂部に通されるという事実は、第１に、熱交換器１１０が実質的にその全高にわたって働き、第２に、凝縮による対流圧送／運動が蒸気相で確実にされることを保証する。タンク２の下側部分９内にある液相に対して比較的高温であるこの蒸気相は、回収管２１３を介して入り、熱交換器１１０の頂部に到達する。これは、次いで、気化回路の熱交換面、すなわち管２５に接触して冷却され、それによって蒸気の熱収縮によって第１の吸引効果を生じさせ、次いでその気化潜熱を生成して状態を変化させて液滴を形成し、この液滴はその後、重力によって外側エンベロープ１１１の凹状ベース壁３５に下降し、それによって第２の吸引効果を生じさせる。したがって、蒸気相の循環を取り込むための能動的な圧送部材を省略することが可能である。
【００７４】
気化回路１１５では、頂部に入口と、底部に出口とを有するここで図示するアーキテクチャは、流下膜式技術を使用する。得られる機能は、含有しやすく、後で底壁３３上に液相で到達する難揮散性物質の影響下で、この膜が、チャンバ２６への進入とチャンバ２９内への到着との間隔中に気化し得る全ての成分を失うことである。
【００７５】
逆止弁４９は、好ましくは、パージ管３４上に配置されて、装置の通常の機能中にパージ管３４を閉鎖し、重質物質に富む液体画分を除去するためにパージ管３４を間欠的に開放する。液体画分の除去は、入口管１１７への圧力下でのガスの注入、または蓄積された重質物質の静水圧の単独効果の下で重力によってもたらされ得る。したがって、このパージ作動は、装置が機能しているときでも起こり得る。
【００７６】
あるいは、逆止弁４９の代わりにパージ管３４に弁１４９を使用して、必要な場合にパージ管３４を閉鎖し、重質物質に富む液体画分を除去するためにパージ管３４を間欠的にまたは連続的に開放する。液体画分の除去は、蓄積された重質物質の静水圧の単独効果の下で、弁が開位置にあるときに重力によってもたらされ得る。このパージ作動は、装置が機能しているときにも行うことができる。
【００７７】
あるいは、図示しないタンクの外部のポンプを使用して、この残った液体画分を間欠的にまたは連続的に除去することができる。このアーキテクチャの利点の１つは、気化回路１１５の液相による飽和の危険性が比較的限定されることである。蒸気によって運ばれる熱が液体の気化を確実にするには不十分である場合、残りの液相を、これが到着するときに気化プロセスを中断することなく除去することができる。これは、底部を介して供給されるボイラ、および液体の尾部が沸騰している場合には当てはまらない。
【００７８】
図５のように、気化回路１１５に到達する液相の可燃性ガスを、前記回路を減圧下に置くことによってさらに強制的に気化させることが可能である。この場合、パージデバイスおよびその機能は変更される。
【００７９】
気化回路１１５が減圧下に置かれるとき、弁１４９の上流のパージ管３４に第２の弁５２が追加されて、管またはリザーバの形態をとることができるバッファ容積５３を作り出す。弁５２および１４９の機能は交互である。まず、第２の弁５２が開いてバッファ空間５３が重質物質で満たされることを可能にする。次に、第２の弁５２が閉じられた後に弁１４９を開き、バッファ容積を重力によって空にした後、弁１４９を閉じる。弁５２および１４９の開放は、ガスを注入することによって、または電磁弁の場合のように電気的制御によってもたらされ得る。
【００８０】
弁５２および１４９の開放の頻度は、ＬＮＧの組成に直接関係している。したがって、ＬＮＧに含まれる重質化合物の画分が多いほど、弁５２および１４９の開放はより頻繁になる。
【００８１】
熱交換器１１０のアーキテクチャは、平流または並流の熱交換を実施することを可能にする。理論上、この形式の熱交換は、逆流熱交換よりも効率が悪い。詳細には、２流体熱交換器では、２つの流体は、２つの流体の間の所与の温度差を有して交換器に入る。熱交換が逆流方向に行われる場合、流体の一方の出口温度は他方の入口温度に向かう傾向があり、逆もまた同様である。他方では、並流交換器では、２つの流体は混合温度に向かう傾向がある。
【００８２】
これらの考察は、蒸発器−凝縮器として使用される熱交換器１１０の正確な機能に対する障害ではない。詳細には、考察下の熱交換における感熱の部分は軽微であり、熱伝達の大部分は相変化によって等温的に実施される。
【００８３】
例として、可燃性ガスの蒸気相が−１００℃で回収管２１３に入る場合、この蒸気を−１６０℃に降下させる顕熱の部分は約１３０ｋＪ／ｋｇであるのに対し、それを凝縮するのに必要な潜熱は５１０ｋＪ／ｋｇである。したがって、熱伝達の大部分は等温性である。これは、気化回路１１５内の液相の場合も同様である。
【００８４】
図６を参照すると、可燃性ガスをガス消費部材に供給し、上記で説明したように前記可燃性ガスを液化するための装置を装備したメタンタンカー７０の断面図が観察される。図６は、船の二重船体７２内に取り付けられた略角柱形の漏れ防止絶縁タンク７１を示す。タンク７１の壁は、タンク内に収容されたＬＮＧと接触するように意図された一次漏れ防止バリアと、一次漏れ防止バリアと船の二重船体７２との間に配置された二次漏れ防止バリアと、一次漏れ防止バリアと二次漏れ防止バリアとの間、および二次漏れ防止バリアと二重船体７２との間にそれぞれ配置される２つの絶縁バリアとを含む。
【００８５】
それ自体公知の方法で、船の上側デッキに配置された積み下ろし管７３は、ＬＮＧの貨物をタンク７１からまたはタンク７１に移送するために、適切なコネクタによって海上または港湾ターミナルに連結され得る。
【００８６】
図６は、積み下ろしステーション７５、水中配管７６、陸上装置７７を含む海上ターミナルの例を示す。積み下ろしステーション７５は、可動アーム７４と、可動アーム７４を支持するタワー７８とを含む固定された沖合装置である。可動アーム７４は、積み下ろし管７３に連結可能な絶縁されたホース管７９の束を担持している。配向可能な可動アーム７４は、すべてのサイズのタンカーに適合させることができる。タワー７８の内部には図示しない連結配管が延びる。積み下ろしステーション７５は、タンカー７０が陸上装置７７に積み下ろすことを可能にする。この装置は、液化ガス貯蔵タンク８０と、水中配管７６を介して積み卸しステーション７５に連結された連結配管８１とを含む。水中配管７６は、液化ガスを積み下ろしステーション７５と陸上装置７７との間で大きな距離にわたって、たとえば５ｋｍにわたって移送することを可能にし、それによってタンカー７０が積み下ろし作業中に海岸から距離を大きく離して留まることを可能にする。
【００８７】
液化ガスの移送に必要とされる圧力を発生させるために、船７０内の搭載ポンプが使用され、ならびに／またはポンプは陸上装置７７に設置され、ならびに／またはポンプは積み下ろしステーション７５に嵌合される。
【００８８】
本発明は、いくつかの特有の実施形態に関連して説明されているが、本発明はそれらに限定されず、説明する手段の全ての技術的等価物および本発明の範囲内に含まれる場合にはそれらの組み合わせを含むことは、非常に明確である。
【００８９】
「備える」または「含む」という動詞およびその共役形態の使用は、請求項に記載された要素またはステップ以外の要素の存在を排除するものではない。
【００９０】
特許請求の範囲では、括弧内の参照符号は、請求項の限定として解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2019512651.tif 000010
2019512651.tif 000011
2019512651.tif 000012