(57)【要約】【課題】、気体の蒸発ガスを昇圧して、払い出されるＬＮＧ等の低温液体に直接接触させて再液化させるものにおいて、再液化を効果的に実現できる蒸発ガス再液化装置を得ることを目的としている。【解決手段】本発明の蒸発ガス再液化装置は、貯槽３内に貯留された低温液体５から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機７と、貯槽３から低温液体を送出する送出ポンプ９と、蒸発ガス圧縮機７によって圧縮された蒸発ガスと貯槽３から送出された低温液体とを混合して低温液体中に蒸発ガスの微細気泡を発生させる微細気泡発生器１１とを備えた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】
貯槽内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機と、前記貯槽から低温液体を送出する送出ポンプと、前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮された前記蒸発ガスと前記貯槽から送出された低温液体とを混合して前記低温液体中に前記蒸発ガスの微細気泡を発生させる微細気泡発生器とを備えたことを特徴とする蒸発ガス再液化装置。
【請求項２】
蒸発ガス圧縮機に送出される蒸発ガスの流量を検知する蒸発ガス流量検知器と、前記貯槽から送出される前記低温液体の流量を検知する低温液体流量検知器と、該低温液体流量検知器と前記蒸発ガス流量検知器の検知信号を入力して、該検知信号に基づいて前記蒸発ガス圧縮機によって蒸発ガスを昇圧する圧力および送出ポンプで低温液体を昇圧する圧力を制御する制御装置とを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】
前記蒸発ガス圧縮機は多段式の多段蒸発ガス圧縮機を用いると共に、前記送出ポンプは多段式の多段昇圧ポンプを用いることとし、前記制御装置は、低温液体流量検知器と蒸発ガス流量検知器の検知信号に基づいて前記多段蒸発ガス圧縮機の圧縮段数および前記多段昇圧ポンプの昇圧段数を制御することを特徴とする請求項２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体が貯留された貯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タンク内の低温液体の一部が蒸発し、蒸発ガスが発生する。低温液体がＬＮＧの場合には、メタンを主成分とする蒸発ガスが発生する。
発生した蒸発ガスは、そのまま圧縮して都市ガスとして供給することも可能であるが、圧縮動力が非常に大きくなる。そこで、動力を削減するために、蒸発ガスを再液化して液の状態で昇圧した後再びガス化して都市ガスとして供給することが考えられる。再液化するには、蒸発ガスを圧縮し、冷却する工程を経ることになるが、蒸発ガスの冷却を払出ＬＮＧの冷熱で冷却する、つまりＬＮＧと圧縮された蒸発ガスを熱交換する例が、特許文献１〜３に提案されている。
【０００３】
特許文献１では、ＬＮＧと圧縮された蒸発ガスを熱交換器で熱交換する方式（間接熱交換方式）が開示されている。しかし、間接熱交換方式では、伝熱面積を確保するために大型の熱交換器が必要となるという問題がある。
特許文献２では、圧縮された蒸発ガスを払出ＬＮＧ内に直接吹き込む方式（直接接触熱交換方式）が開示されている。直接接触熱交換方式は、伝熱面を介さずに熱交換するため両者が接している界面での伝熱性能は向上する。しかし、直接接触熱交換方式では、気体である蒸発ガスと液体であるＬＮＧの密度の違いから二相に分離しやすく、界面面積（伝熱面積）が十分に確保できないため液化効率が悪くなりやすい。そのため、気体の蒸発ガスと液体のＬＮＧの界面面積をいかにして確保するかが重要であるが、特許文献２にはこの点については何らの開示もない。
特許文献３においては、蒸発ガスのＬＮＧ中への吹込み方法として、払い出されるＬＮＧの流れ方向と直交する方向もしくはＬＮＧの流れ方向に逆らう方向になるように蒸発ガス供給ノズルを配置するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開S55-145897号公報
【特許文献２】特開H9-59657号公報
【特許文献３】特開H8-173781号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３の方法でも、気体の蒸発ガスと液体のＬＮＧの界面面積（伝熱面積）を十分に確保できるとは言い難い。
以上のように、気体の蒸発ガスを昇圧して、払い出されるＬＮＧに直接接触させる方法は効率的ではあるが、いかにして両者間の界面面積を十分に確保するかが重要である。界面面積が十分に確保されないと、ＬＮＧに合流した蒸発ガスが完全に液化されず、液化されないままで液送ポンプに供給されると、液送が困難になるのみならず、液送ポンプの故障の原因にもなる。
以上のように、蒸発ガスを払い出されるＬＮＧに直接接触させる方法においては、両者間の界面面積を十分に確保することが重要なポイントとなるが、従来技術においては、この点を満足できるものはなく、かかる技術の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、気体の蒸発ガスを昇圧して、払い出されるＬＮＧ等の低温液体に直接接触させて再液化させるものにおいて、再液化を効果的に実現できる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】
【０００７】
（１）本発明に係る蒸発ガス再液化装置は、貯槽内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機と、前記貯槽から低温液体を送出する送出ポンプと、前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮された前記蒸発ガスと前記貯槽から送出された低温液体とを混合して前記低温液体中に前記蒸発ガスの微細気泡を発生させる微細気泡発生器とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、蒸発ガス圧縮機に送出される蒸発ガスの流量を検知する蒸発ガス流量検知器と、前記貯槽から送出される前記低温液体の流量を検知する低温液体流量検知器と、該低温液体流量検知器と前記蒸発ガス流量検知器の検知信号を入力して、該検知信号に基づいて前記蒸発ガス圧縮機によって蒸発ガスを昇圧する圧力および送出ポンプで低温液体を昇圧する圧力を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
（３）上記（２）に記載のものにおいて、前記蒸発ガス圧縮機は多段式の多段蒸発ガス圧縮機を用いると共に、前記送出ポンプは多段式の多段昇圧ポンプを用いることとし、前記制御装置は、低温液体流量検知器と蒸発ガス流量検知器の検知信号に基づいて前記多段蒸発ガス圧縮機の圧縮段数および前記多段昇圧ポンプの昇圧段数を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、蒸発ガス圧縮機によって圧縮された蒸発ガスと貯槽から送出された低温液体とを混合して前記低温液体中に前記蒸発ガスの微細気泡を発生させる微細気泡発生器とを備えたことにより、蒸発ガスを低温液体中で効果的に再液化させることができ、下流側に設置され低温液体を加圧するセカンダリポンプに蒸発ガスが気体のまま流入して障害が発生するのを防止できる。
また、蒸発ガスを微細気泡にすることにより、微細気泡発生器からセカンダリポンプまでの距離を短く設定することができるため、機器レイアウトの自由度が向上し、設置面積を低減できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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に示した蒸発ガス再液化装置に用いる微細気泡発生器の一態様の説明図である。
【図３】本発明の他の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４】図３に示した他の実施形態の制御装置による蒸発ガス圧縮機の制御方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施の形態１］
図１に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
本発明に係る蒸発ガス再液化装置１は、貯槽３内に貯留された低温液体５（例えば、ＬＮＧ）から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機７と、該蒸発ガス圧縮機７によって圧縮された前記蒸発ガスと前記貯槽３からプライマリポンプ９（本発明の「送出ポンプ」に相当する）で送出された低温液体とを混合して前記低温液体５中に前記蒸発ガスの微細気泡を発生させる微細気泡発生器１１とを備えている。微細気泡発生器１１の下流側には蒸発ガスを再液化して混合した低温液体を昇圧するセカンダリポンプ１３が設けられ、さらにその下流側には低温液体を気化する気化器１５が設けられている。
蒸発ガス再液化装置１を構成する主な機器を詳細に説明する。
【００１３】
＜蒸発ガス圧縮機＞
蒸発ガス圧縮機７は、蒸発ガスを大気圧と都市ガス運用圧力（４〜７ＭＰａ）の間の圧力（「中間圧」という場合あり）まで昇圧する。もっとも、蒸発ガス圧力は微細気泡発生器１１に導入される低温液体と同等程度の圧力である必要があることから、一般的には０．５ＭＰａ以上とする。
【００１４】
＜微細気泡発生器＞
微細気泡発生器１１は、低温液体と蒸発ガスを混合して低温液体中に蒸発ガスの微細気泡を発生させるものである。微細気泡とは、通常１００μｍ以下の気泡をいう。微細気泡を発生させる方式としては、旋回液流式、スタティックミキサー式、細孔式、超音波式、ベンチュリ式（衝撃波式）など公知の方式を用いることができる。このうち、図１においては、旋回流式の微細気泡発生器１１を示してある。旋回流式の微細気泡発生器１１の具体例としては、例えば図２に示す特開２００７−６９０７１号公報に開示された微細気泡発生装置１１０があり、本実施の形態でもこれと同様の方式を用いることができる。
【００１５】
図２に基づいて、微細気泡発生器１１を概説すると、以下の通りである。
微細気泡発生装置１１０は、図２に示すように、円錐形状の気液混合用の空間１１１が形成された混合容器１１３を有し、該混合容器１１３における大径側の底面部１１５の中心には蒸発ガスを空間１１１に導く気体導入管１１７が接続され、側面部１１９には、液体導入管１２１が接線方向に接続されている。空間１１１の先端側には気液混合体を排出する排出管１２３が接続されている。
【００１６】
上記のように構成された微細気泡発生器１１において、液体導入管１２１から空間１１１へ加圧液体が導入されるときに、加圧液体は円錐形状の空間１１１の円形断面の接線方向に沿って流れる。そのため、空間１１１において旋回流が生じ、その旋回流の影響で、円錐形状の空間１１１が負圧になる。それにより、気体導入管１１７内の気体は、底面部１１５から旋回流の中心軸に沿って、空間１１１へ吸引され、その結果、図２に示すように、気柱１２５が発生する。一方、気柱１２５は円錐の頂点部または排出管１２３の近傍においては、外部の静止流体によって旋回が急激に弱められ、気柱１２５には、ねじられによる一様な剪断応力が生じる。その結果、気泡がさらに細かく分裂して微細気泡となる。
【００１７】
＜動作説明＞
上記のように構成された蒸発ガス再液化装置１の動作を説明する。
貯槽３内の低温液体５（例えば、ＬＮＧ）は、プライマリポンプ９によって送出されて微細気泡発生装置１１に導入される。また、蒸発ガスは、蒸発ガス圧縮機７によって中間圧力に昇圧された後、微細気泡発生器１１に導入される。微細気泡発生器１１に導入された低温液体は、旋回流となり、上述したように蒸発ガスの気柱１２５を発生させ、蒸発ガスは微細気泡となる。微細気泡となることにより、蒸発ガスと低温液体の接触界面面積（伝熱面積）が非常に大きくなり、微細気泡となった蒸発ガスは低温液体によって効率的に冷却されて再液化される。また、微細気泡になることで、蒸発ガスは低温液体中での上昇速度が小さくなるため、微細気泡と低温液体との接触時間が長くなり、また、気泡が低温液体の上方に集合・合一して気液二相に分離した状態となるのを防止できる。このことによっても確実に蒸発ガスを再液化させることが可能となる。
気泡径と接触面積は反比例の関係にあり、また気泡径と気泡の液中上昇速度の関係は気泡径が１ｍｍ以下では概略比例関係にある。このため、例えば直径１００μｍ（０．１ｍｍ）の微細気泡は、一般の手法で生成される直径１ｍｍ以上の気泡に比べて、接触面積が１０倍以上、上昇速度が１／１０以下となる。従って、本発明の目的である蒸発ガスの再液化において気泡径を微細化することにより、圧倒的に優位な再液化性能を得ることが可能となる。
【００１８】
微細気泡となった蒸発ガスは、微細気泡発生器１１内及び、微細気泡発生器１１とセカンダリポンプ１３をつなぐ配管内で低温液体中に再液化する。再液化された蒸発ガスを含む低温液体はセカンダリポンプ１３で昇圧され、気化器１５で気化されて都市ガスとして需要側に送出される。
【００１９】
本実施の形態においては、微細気泡発生器１１を用いて蒸発ガスを低温液体中に微細気泡化して吹き込むようにしたので、蒸発ガスを低温液体中に効果的に再液化させることができ、セカンダリポンプ１３に蒸発ガスが気体のまま流入してセカンダリポンプ１３に障害が発生するのを防止できる。
また、蒸発ガスを微細気泡にしたことにより、蒸発ガスの再液化が効率よく短時間で完了する。微細気泡発生器１１からセカンダリポンプ１３までの距離を短く設定することができるため、機器レイアウトの自由度が向上し、設置面積を低減できるという効果もある。
【００２０】
なお、蒸発ガス圧縮機７によって中間圧に圧縮された蒸発ガスと、セカンダリポンプ１３で昇圧された低温液体とを熱交換器を用いて熱交換させるようにしてもよい。このようにすることで、蒸発ガスは冷却され、再液化が促進され、また低温液体は加熱されることで気化器１５での気化が促進される。
【００２１】
［実施の形態２］
図３、図４に基づいて本発明の実施の形態２を説明する。
図３において、図１と同一部分には同一の符号を付してある。本実施の形態の蒸発ガス再液化装置１６は、実施の形態１に示したものに加えて、蒸発ガス圧縮機７に送出される蒸発ガスの流量を検知する蒸発ガス流量検知器１７と、貯槽３から送出される低温液体の流量を検知する低温液体流量検知器１９と、低温液体流量検知器１９と蒸発ガス流量検知器１７の検知信号を入力して、これらの検知信号に基づいて前記蒸発ガス圧縮機７によって蒸発ガスを昇圧する圧力およびプライマリポンプ９（本発明の「送出ポンプ」に相当する）で低温液体を昇圧する圧力を制御する制御装置２１とを備えたものである。
【００２２】
図４は、制御装置２１による蒸発ガス圧縮機７の制御方法の説明図であり、蒸発ガス圧縮機７およびプライマリポンプ９の昇圧する圧力と、蒸発ガスの割合との関係の一例を示すグラフである。縦軸が、蒸発ガス圧縮機７とプライマリポンプ９の吐出圧力（ＭＰａ）で、横軸が蒸発ガスと低温液体の質量流量比（蒸発ガス／低温液体）を示している。
図４に示されるように、制御装置２１は、蒸発ガスの割合が多くなるほど、吐出圧力を高くするように蒸発ガス圧縮機７およびプライマリポンプ９を制御する。
【００２３】
このように、蒸発ガスと低温液体との割合に応じて蒸発ガスおよび低温液体を昇圧する圧力を制御することにより、以下のような効果が得られる。
蒸発ガスの割合が少ない場合には、低温液体からの冷熱を十分に受けることができるので、昇圧する圧力を低くしても、蒸発ガスの再液化を確実に行うことができる。昇圧する圧力を低圧にすることで、蒸発ガス圧縮機７の電力消費を低減できる。
他方、蒸発ガスの割合が多い場合には、低温液体からの冷熱を十分に受けることができないので、それに応じて蒸発ガスを高圧にすることで、少ない冷熱で再液化でき、蒸発ガス割合が多い場合でも確実に再液化できる。
【００２４】
以上のように、本実施の形態によれば、蒸発ガス圧縮機７を最低限の電力消費量に抑えながら、蒸発ガスの再液化を確実に行うことができる。
なお、蒸発ガス圧縮機７とプライマリポンプ９の吐出圧力を制御する際、セカンダリポンプ１３の吐出圧力を都市ガスとして送出する運用圧力となるようにセカンダリポンプの昇圧幅を制御することは言うまでもない。
【００２５】
また、蒸発ガスと低温液体との割合に応じて蒸発ガスおよび低温液体を昇圧する圧力を制御する方法としては、蒸発ガス圧縮機７を多段式の多段蒸発ガス圧縮機とし、またプライマリポンプ９を多段式の多段昇圧ポンプとし、制御装置２１は、低温液体流量検知器１９と蒸発ガス流量検知器１７の検知信号に基づいて多段蒸発ガス圧縮機の圧縮段数および多段昇圧ポンプの昇圧段数を制御するようにすればよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  蒸発ガス再液化装置
３  貯槽
５  低温液体
７  蒸発ガス圧縮機
９  プライマリポンプ
１１  微細気泡発生器
１３  セカンダリポンプ
１５  気化器
１６  蒸発ガス再液化装置
１７  蒸発ガス流量検知器
１９  低温液体流量検知器
２１  制御装置
１１０  微細気泡発生装置
１１３  混合器
１１５  底面部
１１７  気体導入管
１１９  側面部
１２１  液体導入管
１２３  排出管
１２５  気柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011117562.tif 000006