(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内に浸漬された伝熱管の内部を流れる低温液化ガスを気化させるように構成された水中燃焼式気化装置であって、
空気管が接続されたブロワーと、
前記水槽内に浸漬されたダウンカマー、及び、前記ダウンカマーの上端部に取り付けられたバーナー部を有しかつ、前記ブロワーから前記空気管を通じて供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼させると共に、その燃焼ガスを、前記ダウンカマーの下端部に接続されたスパージパイプを介して水中に噴出するよう構成された水中燃焼バーナーと、
前記水中燃焼バーナーを冷却する冷却装置と、を備え、
前記水中燃焼バーナーは、前記空気管を通じて供給される空気を、燃焼室に供給しかつ前記燃料と共に燃焼させるための一次空気と、前記燃焼室に供給せずに、前記燃焼ガスと共に前記スパージパイプに導入する二次空気とに分けると共に、前記一次空気と前記二次空気との流量割合を調整する分配機構を有し、
前記冷却装置は、
前記水槽内に立設された揚水管と、前記揚水管の下端開口から前記揚水管内に空気を散気する散気管とを含みかつ、前記揚水管を通じて前記水槽内の水を揚水するよう構成されたエアリフトポンプと、
前記ダウンカマーの外周面に設けられた冷却水路を含みかつ、前記エアリフトポンプによって揚水された水が前記冷却水路内を通過することによって、前記水中燃焼バーナーを冷却するよう構成された冷却部と、を有し、
前記散気管の基端は前記空気管の途中に接続されていて、前記ブロワーから前記水中燃焼バーナーに供給される空気の一部を前記エアリフトポンプに供給するよう構成され、
前記水中燃焼式気化装置の負荷が高くかつ前記一次空気の量が多いときには、前記燃焼室内の一次空気の膨張によって前記空気管内の圧力が高まる結果、前記散気管内の空気の流量が増えることで、前記エアリフトポンプの揚水量が増え、
前記水中燃焼式気化装置の負荷が低くかつ前記一次空気の量が少ないときには、前記空気管内の圧力が低くかつ、前記散気管内の空気の流量が減ることで、前記エアリフトポンプの揚水量が減る水中燃焼式気化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中燃焼式気化装置において、
前記エアリフトポンプは、前記揚水管の上端に接続されかつ、前記揚水管を通じて揚水した気泡混入水を、空気と水とに分離する気液分離器をさらに有しており、
前記冷却部は、前記気液分離器によって分離した水のみが前記冷却水路内を通過するように構成されている水中燃焼式気化装置。
【請求項３】
水槽内に浸漬された伝熱管の内部を流れる低温液化ガスを気化させるように構成された水中燃焼式気化装置であって、
空気管が接続されたブロワーと、
前記水槽内に浸漬されたダウンカマー、及び、前記ダウンカマーの上端部に取り付けられたバーナー部を有しかつ、前記ブロワーから前記空気管を通じて供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼させると共に、その燃焼ガスを、前記ダウンカマーの下端部に接続されたスパージパイプを介して水中に噴出するよう構成された水中燃焼バーナーと、
前記水中燃焼バーナーを冷却する冷却装置と、を備え、
前記冷却装置は、
前記水槽内に立設された揚水管と、前記揚水管の下端開口から前記揚水管内に空気を散気する散気管とを含みかつ、前記揚水管を通じて前記水槽内の水を揚水するよう構成されたエアリフトポンプと、
前記ダウンカマーの外周面に設けられた冷却水路を含みかつ、前記エアリフトポンプによって揚水された水が前記冷却水路内を通過することによって、前記水中燃焼バーナーを冷却するよう構成された冷却部と、を有し、
前記散気管の基端は前記空気管の途中に接続されていて、前記ブロワーから前記水中燃焼バーナーに供給される空気の一部を前記エアリフトポンプに供給するよう構成され、
前記エアリフトポンプは、前記揚水管と前記散気管との組を、複数組、有していると共に、前記揚水管に散気する前記散気管の数を変更することによって、揚水を行う前記揚水管の数を変更可能に構成され、
前記エアリフトポンプは、前記水槽の水面高さが低いときには、高いときよりも、前記揚水管に散気する前記散気管の数を増やすことによって、揚水を行う前記揚水管の数を多くする水中燃焼式気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、水中燃焼式気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水中燃焼式気化装置（Submerged Combustion Vaporizer）が記載されている。水中燃焼式気化装置は、液化天然ガスといった低温液化ガスの気化装置の一つであり、水槽内に浸漬されたダウンカマーと、ダウンカマーの上端部に取り付けられたバーナー部とを有する水中燃焼バーナーと、低温液化ガスが流れる伝熱管を有する熱交換器と、を備えている。水中燃焼バーナーは、ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料をバーナー部において燃焼させ、その燃焼ガスを、ダウンカマーの下端部に接続されたスパージパイプを介して水中に噴出するよう構成されている。熱交換器は、水槽内におけるスパージパイプの上側に配置されている。水中燃焼式気化装置は、水中に気泡として噴出された燃焼ガスによって水槽内の水を撹拌しつつ、伝熱管内を流れる低温液化ガスを加熱することによって、低温液化ガスを気化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１７０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした水中燃焼式気化装置は、水中燃焼バーナーを冷却する冷却装置を備えている。具体的に特許文献１には、水槽内の水を揚水するポンプを備えかつ、揚水した水をダウンカマーの外周面に設けた冷却通路に供給するように構成された冷却装置が記載されている。
【０００５】
前記ポンプは、例えば電動ポンプによって構成されるが、こうした電動ポンプを備えることに伴い、配線や配電盤等の付帯設備が必要になるという不都合がある。
【０００６】
また、こうした電動ポンプは、水中燃焼式気化装置の運転状態（つまり、水中燃焼式気化装置の負荷の高低であり、換言すれば水中燃焼バーナーに対する燃料流量の大小）に拘わらず、常時一定の動力で作動しており、無駄な電力消費を招いている。
【０００７】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、水中燃焼式気化装置において、水中燃焼バーナーの冷却装置を簡素化すると共に、冷却装置によるエネルギ消費の削減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示する技術は、水槽内に浸漬された伝熱管の内部を流れる低温液化ガスを気化させるように構成された水中燃焼式気化装置に係る。この水中燃焼式気化装置は、空気管が接続されたブロワーと、前記水槽内に浸漬されたダウンカマー、及び、前記ダウンカマーの上端部に取り付けられたバーナー部を有しかつ、前記ブロワーから前記空気管を通じて供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼させると共に、その燃焼ガスを、前記ダウンカマーの下端部に接続されたスパージパイプを介して水中に噴出するよう構成された水中燃焼バーナーと、前記水中燃焼バーナーを冷却する冷却装置と、を備える。
【０００９】
そして、前記水中燃焼バーナーは、前記空気管を通じて供給される空気を、燃焼室に供給しかつ前記燃料と共に燃焼させるための一次空気と、前記燃焼室に供給せずに、前記燃焼ガスと共に前記スパージパイプに導入する二次空気とに分けると共に、前記一次空気と前記二次空気との流量割合を調整する分配機構を有し、前記冷却装置は、前記水槽内に立設された揚水管と、前記揚水管の下端開口から前記揚水管内に空気を散気する散気管とを含みかつ、前記揚水管を通じて前記水槽内の水を揚水するよう構成されたエアリフトポンプと、前記ダウンカマーの外周面に設けられた冷却水路を含みかつ、前記エアリフトポンプによって揚水された水が前記冷却水路内を通過することによって、前記水中燃焼バーナーを冷却するよう構成された冷却部と、を有し、前記散気管の基端は前記空気管の途中に接続されていて、前記ブロワーから前記水中燃焼バーナーに供給される空気の一部を前記エアリフトポンプに供給するよう構成され、前記水中燃焼式気化装置の負荷が高くかつ前記一次空気の量が多いときには、前記燃焼室内の一次空気の膨張によって前記空気管内の圧力が高まる結果、前記散気管内の空気の流量が増えることで、前記エアリフトポンプの揚水量が増え、前記水中燃焼式気化装置の負荷が低くかつ前記一次空気の量が少ないときには、前記空気管内の圧力が低くかつ、前記散気管内の空気の流量が減ることで、前記エアリフトポンプの揚水量が減る。
【００１０】
この構成によると、水中燃焼式気化装置の水中燃焼バーナーを冷却する冷却装置は、電動ポンプではなく、エアリフトポンプを有している。エアリフトポンプは、水槽内に立設した揚水管の下端開口から揚水管内に、散気管によって空気を散気することにより、揚水管を通じて、気泡と共に水槽内の水を揚水するポンプである。
【００１１】
エアリフトポンプの散気管の基端は、空気管の途中に接続されていて、ブロワーから水中燃焼バーナーに供給される空気の一部がエアリフトポンプに供給される。従って、エアリフトポンプを作動させる専用の駆動源は不要であると共に、電動ポンプを備える構成において必要となる配線や配電盤等の付帯設備も不要になる。水中燃焼バーナーを冷却する冷却装置の構成が簡素化する。
【００１２】
また、ブロワーから水中燃焼バーナーに供給される空気には、バーナー部の燃焼室内に供給されて燃料と共に燃焼するための一次空気の他に、燃焼室内には供給されずに、バーナー部の下端から燃焼ガスと共に噴出されてスパージパイプ内に導入される二次空気が含まれる。
【００１３】
ブロワーから水中燃焼バーナーに供給する空気の総量は、スパージパイプから水中に噴出する燃焼ガス量が減らないように、水中燃焼式気化装置の負荷の高低に拘わらず一定にされる一方で、水中燃焼バーナーに供給される燃料量に見合う一次空気量（つまり、理論空燃比となるような空気量）となるように、一次空気と二次空気との流量割合が、分配機構により、水中燃焼式気化装置の負荷に応じて調整される。ブロワーは一般的に、水中燃焼バーナーの要求空気量以上の空気を供給可能な能力を有するよう構成される。そのため、ブロワーから水中燃焼バーナーに供給される空気には、余剰の空気が含まれており、水中燃焼バーナーに供給される空気の一部を冷却装置のエアリフトポンプに供給しても、水中燃焼バーナーの燃焼や、スパージパイプから噴出される燃焼ガスの噴出には、何ら問題が生じない。水中燃焼バーナーの冷却装置によるエネルギ消費は削減される。
【００１４】
さらに、水中燃焼式気化装置の負荷が低いときには、バーナー部に供給される燃料量が少ないため、冷却装置には、相対的に低い冷却能力が許容される一方、水中燃焼式気化装置の負荷が高いときには、バーナー部に供給される燃料量が多いため、冷却装置には、相対的に高い冷却能力が要求される。ここで、バーナー部に供給される燃料量が多いときには、一次空気の量が増えると共に、バーナー部における温度が高まることで、燃焼室内の一次空気が膨張する。一方で、前述の通り、ブロワーの動力は、水中燃焼式気化装置の負荷の高低に拘わらず一定である。水中燃焼式気化装置の負荷が高くなれば、ブロワーとバーナー部とをつなぐ空気管内の圧力が高まるから、空気管から分岐した散気管内の空気流量が自動的に増える。その結果、エアリフトポンプの揚水量が増え、冷却装置の冷却能力が自動的に高まる。逆に、水中燃焼式気化装置の負荷が低いときには、散気管内の空気流量が少なくなる結果、エアリフトポンプの揚水量が減り、冷却装置の冷却能力が自動的に低下する。すなわち、散気管の基端を空気管に接続する前記の構成は、水中燃焼式気化装置の負荷の高低に応じて、冷却装置の冷却能力を自動的に最適化することが可能になる。
【００１５】
前記エアリフトポンプは、前記揚水管の上端に接続されかつ、前記揚水管を通じて揚水した気泡混入水を、空気と水とに分離する気液分離器をさらに有しており、前記冷却部は、前記気液分離器によって分離した水のみが前記冷却水路内を通過するように構成されている、としてもよい。
【００１６】
エアリフトポンプの揚水管を通じて揚水される水には気泡が混入しているが、揚水管の上端に気液分離器を接続することにより、気泡混入水は空気と水とに分離される。冷却水路には、気泡が混入していない水のみを供給することが可能になるから、冷却装置の冷却能力が高まる。
【００１７】
ここで、エアリフトポンプは、水槽の水面高さが変化すると、揚水能力が変化する。水中燃焼式気化装置では、その運転中に、水の蒸発等に起因して水槽の水面高さが次第に低下する場合があり、その場合、エアリフトポンプの揚水能力が低下する結果、冷却装置の冷却能力が低下してしまう虞がある。
【００１８】
そこで、ここに開示する水中燃焼式気化装置は、前記エアリフトポンプが、前記揚水管と前記散気管との組を、複数組、有していると共に、前記揚水管に散気する前記散気管の数を変更することによって、揚水を行う前記揚水管の数を変更可能に構成され、前記エアリフトポンプは、前記水槽の水面高さが低いときには、高いときよりも、前記揚水管に散気する前記散気管の数を増やすことによって、揚水を行う前記揚水管の数を多くする。
【００１９】
こうすることで、水槽の水面高さが相対的に高いときには、揚水管に散気する散気管の数を減らして揚水を行う揚水管の数を少なくしても、十分な揚水量が得られるため、要求される冷却能力を確保することが可能になる。一方で、水槽の水面高さが相対的に低いときには、揚水管に散気する散気管の数を増やして揚水を行う揚水管の数を増やす。これにより、エアリフトポンプの揚水量が増えるため、要求される冷却能力を確保することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、前記の水中燃焼式気化装置によると、水中燃焼バーナーを冷却する冷却装置が、ブロワーから水中燃焼バーナーに供給する空気の一部を利用するエアリフトポンプを有していて、エアリフトポンプが揚水した水槽内の水によって、水中燃焼バーナーを冷却するため、エアリフトポンプを作動させる専用の駆動源は不要であると共に、電動ポンプを備える構成において必要となる配線や配電盤等の付帯設備も不要になり、構成の簡素化が図られる。また、冷却装置によるエネルギ消費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】水中燃焼式気化装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】水中燃焼バーナーの構成を示す断面図である。
【図３】エアリフトポンプを含む冷却装置の構成を示す説明図である。
【図４】図３とは異なる構成のエアリフトポンプを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、水中燃焼式気化装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、水中燃焼式気化装置１全体の概略を示している。水中燃焼式気化装置１は、液化天然ガス（ＬＮＧ）の気化装置である。
【００２３】
水中燃焼式気化装置１は、例えば直方体状の水槽１１中に浸漬されると共に、ＬＮＧの流路となる多数の伝熱管１２が多段に曲げ成形されて構成された熱交換器を備えている。図１では、伝熱管１２は簡易化して図示しているが、実際には、多数の伝熱管が所定方向に並んで配置されている。伝熱管の本数やその配置は、水中燃焼式気化装置１の性能に応じて、適宜決定される。
【００２４】
水槽１１は、例えば矩形板状の天板１１ａで覆われている。この天板１１ａは、作業員が歩くこともでき、その所定箇所に円筒状のダウンカマー１３が水槽１１内に浸漬するように配設されている。
【００２５】
ダウンカマー１３の上端には、図外の燃料供給源から燃料供給管６０を介して供給された燃料ガスと、ブロワー１４から空気管１４１を通じて供給された空気と、を燃焼させるバーナー部２０が設けられている。ダウンカマー１３とバーナー部２０とによって、水中燃焼バーナー２が構成される。
【００２６】
水槽１１の底部には、ダウンカマー１３に連通すると共に、水中燃焼バーナー２の燃焼ガスが噴出する多数の気泡噴出孔が形成されたスパージパイプ１５が配置されている。このスパージパイプ１５も、図１では１本しか描いていないが、実際には、所定方向に多数並べられており、熱交換器の全体に燃焼ガスを含む気泡が供給されるようになっている。スパージパイプ１５の本数やその配置は特に限定されない。
【００２７】
水槽１１の天板１１ａには、水槽１１内に噴出された燃焼ガスを排気する煙突状のスタック１６が設けられ、その上端は大気に開放されている。
【００２８】
水中燃焼式気化装置１は、水中燃焼バーナー２の燃焼ガスをスパージパイプ１５の気泡噴出孔を通じて水槽１１内に気泡として噴出させることによって、水槽１１内の水を撹拌しつつ、伝熱管１２内を流れるＬＮＧを加熱する。このことによって、ＬＮＧを気化させてＮＧとし、これを伝熱管１２の出口から送り出すように構成されている。水中燃焼式気化装置１は、燃焼ガスを気泡として水槽１１内に噴出して水槽１１内の水を撹拌すること、及び、スタック１６から排出する排気ガスの温度を、水槽１１内の温水温度とほぼ同等に低くすることにより、燃焼ガス中の燃焼生成水を１００％再凝縮させ、その潜熱を全て温水に与えることが可能であることから熱効率が極めて高いという特徴がある。
【００２９】
図２は、水中燃焼バーナー２のバーナー部２０の全体構成を示している。バーナー部２０は、外筒２１と内筒２２とを備えた二重管構造を有している。外筒２１は、その上端が閉塞していると共に、その下端が開口しており、外筒２１の外側面には、空気管１４１に接続されかつ、ブロワー１４から水中燃焼バーナー２に空気を供給するための空気供給口２３が、外側方に向かって開口するように設けられている。外筒２１内には、この外筒２１内を上下に２分割する区画壁２４が設けられており、この区画壁２４によって、空気供給口２３もまた、上下に２分割されている。２分割された空気供給口２３の内の上側の開口２３１は、後述する燃焼室２５に供給されかつ燃料ガスと共に燃焼されるための一次空気が流入する一次空気用の開口２３１であるのに対し（同図の実線の矢印参照）、下側の開口２３２は、燃焼室２５内には供給されずに水中燃焼バーナー２の下端から、燃焼ガスと共に噴出されてスパージパイプ１５に導入される二次空気用の開口２３２である（同図の一点鎖線の矢印参照）。
【００３０】
内筒２２は、外筒２１と同軸となるように、外筒２１の内部に配設されており、内筒２２と外筒２１との間には、水中燃焼バーナー２の下端において下向きに開口する環状の空間２８が区画形成されている。前述した一次空気用の開口２３１は、内筒２２の上端開口に連通しており、これにより一次空気は、内筒２２内に構成される燃焼室２５に供給される。一方、二次空気用の開口２３２は、環状の空間２８に連通しており、これにより二次空気は、この環状の空間２８を通じて水中燃焼バーナー２から噴出される。
【００３１】
バーナー部２０の空気供給口２３には、一次空気と二次空気との流量割合を調整する分配弁５が接続されている。これにより分配弁５は、図１に示すように、ブロワー１４と水中燃焼バーナー２との間に介設されることになる。分配弁５は、上下方向に絞られてその流路断面が縮小された絞り流路５１と、その基端部がステムに支持されることによって揺動する弁体５２とを有する片持ちバタフライバルブである。この分配弁５は、図２では図示を省略するアクチュエータ５３（図１参照）によって、弁体５２の先端が絞り流路５１の最小断面付近の上壁に当接する位置から、下壁に当接する位置まで揺動することにより、水中燃焼バーナーに供給される一次空気と二次空気との流量割合を、０：１００〜１００：０の範囲で変更可能に構成されている。
【００３２】
内筒２２の内部に構成される燃焼室２５には、メインバーナー２６が配設されている。メインバーナー２６は、複数本の燃料ガスノズル２６１を備えており、燃料ガスノズル２６１は、内筒２２の中心位置に配設された燃料ガス供給管２６２の下端部を取り囲むように、周方向に互いに等間隔を空けて配設されている。各燃料ガスノズル２６１の下端は、図示を省略するノズルが下向きに開口するように配設されているのに対し、その上端部は径方向の内方に向かって屈曲しており、その屈曲端が燃料ガス供給管２６２に接続されている。燃料ガス供給管２６２は、閉塞された外筒２１の上端部を貫通して、その外部にまで延びており、燃料ガス供給管２６２の端部は、図外の燃料ガス供給源に接続されている。
【００３３】
このバーナー部２０には、前述したメインバーナー２６の他に、パイロットバーナー３を備えている。パイロットバーナー３は、バーナー部２０において、閉塞した外筒２１の上端部を貫通して燃焼室２５内に挿入されるように、バーナー部２０の中心からずれた位置でかつ、垂直方向に対し若干傾いた姿勢で、このバーナー部２０に取り付けられている。パイロットバーナー３の下端に設けられたバーナーチップ３３は、図２では明示されていないが、メインバーナー２６における複数本の燃料ガスノズル２６１の内の、隣り合う特定の２本の燃料ガスノズル２６１の間に配置されている。水中燃焼式気化装置１の起動時には、先ずパイロットバーナー３が点火され、その後、パイロットバーナー３によってメインバーナー２６が点火して、水中燃焼式気化装置１のバーナー起動が完了する。
【００３４】
図１に示すように、水中燃焼式気化装置１を制御する制御器６には、燃料供給管６０上に介設されたオリフィス流量計６１から出力される、水中燃焼バーナー２に供給される燃料ガス流量の情報と、ブロワー１４から水中燃焼バーナー２に供給される空気量の補正に必要な外気温の情報とがそれぞれ入力される。制御器６は、水中燃焼式気化装置１の通常運転時には、これらの情報に基づいて、水中燃焼式気化装置１の負荷に対応する燃料ガス流量に見合う一次空気量（理論空燃比となるような空気量）となるように、一次空気と二次空気との流量割合を設定し、その流量割合に対応する弁開度となるように分配弁５のアクチュエータ５３に対して動作信号を出力する。水中燃焼式気化装置１の負荷が高くなれば、一次空気量が増え、負荷が低くなれば、二次空気量が増える。こうして、一次空気と二次空気との流量割合を調整することにより、特に水中燃焼バーナー２に供給する燃焼ガス量が減ったときに、過剰な空気による冷却を回避して燃焼状態を良好にする一方で、ブロワー１４から水中燃焼バーナー２に供給する空気の総量は一定にすることにより、水槽１１内の撹拌を十分に行って、水中燃焼式気化装置１の熱効率を低下させないことが実現する。
【００３５】
次に、水中燃焼バーナー２を冷却する冷却装置４の構成について、図を参照しながら説明する。図３は、水中燃焼バーナー２の冷却装置４の構成を示している。冷却装置４は、水槽１１内の水を揚水するエアリフトポンプ４１と、エアリフトポンプ４１によって揚水した水によって、ダウンカマー１３の上端部を冷却する冷却部４２とを有している。
【００３６】
エアリフトポンプ４１は、鉛直方向に延びると共に、水槽１１内に立設された揚水管４１１と、揚水管４１１の下端開口から揚水管４１１内に空気を散気する散気管４１２とを有している。揚水管４１１の下端部は、水槽１１内の所定の深さ位置に位置づけられている。揚水管４１１の下端部は下方に向かって径が拡大するように構成されており、その下端は下向きに開口している。揚水管４１１の上端部は、水槽１１の水面よりも上側にまで延びて配設されている。揚水管４１１の長さ及び径は、冷却装置４において要求される冷却能力等を勘案して、適宜設定される。
【００３７】
散気管４１２は、その先端部がＵ字状に曲げられており、それによって散気管４１２の先端は上向きに開口するように構成されている。散気管４１２の上向きの開口は、揚水管４１１の拡径した下端部内に位置している。散気管４１２の基端は、図１に示すように、ブロワー１４とバーナー部２０とをつなぐ空気管１４１の途中に接続されている。これにより、水中燃焼式気化装置１の運転中は、ブロワー１４からバーナー部２０に供給される空気の一部が散気管４１２内を流れて、揚水管４１１の下端開口から、揚水管４１１内に散気される。揚水管４１１内を上昇する気泡と共に、水槽１１内の水が、揚水管４１１を通じて揚水される。散気管４１２の長さ及び径も、冷却装置４において要求される冷却能力等を勘案して、適宜設定される。
【００３８】
揚水管４１１の上端部には気液分離器４３が取り付けられている。気液分離器４３は、矩形箱状に構成されていて、図３の例では、天板１１ａの上に設置されている。気液分離器４３は、仕切壁４３３によって、その内部が第１室４３１と第２室４３２との２つの空間に仕切られている。仕切壁４３３は、第１室４３１と第２室４３２とを完全に仕切るようには構成されておらず、第１室４３１と第２室４３２とは、気液分離器４３内の上部において、互いにつながっている。
【００３９】
揚水管４１１の上端部は、気液分離器４３の底部を貫通しており、揚水管４１１の上端開口は、気液分離器４３の第１室４３１内に配設されている。前述したように、揚水管４１１内を通って気泡と共に上昇した水は、この第１室４３１内に溜まる一方、気泡、つまり空気は、気液分離器４３内の上部を通じて第２室４３２に送られる。気液分離器４３は、揚水管４１１を通じて揚水した気泡混入水を、空気と水とに分離する。
【００４０】
第１室４３１の底部には、冷却部４２に水を供給する冷却水供給管４４が接続されている。この冷却水供給管４４を通じて、水のみが冷却部４２に供給される。一方、第２室４３２の底部には、排気孔４３４が貫通して形成されている。第２室４３２内の空気は、排気孔４３４を通じて外部に排気される（図３の白抜きの矢印参照）。
【００４１】
冷却部４２は、ダウンカマー１３の上端部に取り付けられた冷却水路４２１を有している。冷却水路４２１は、横断面円形状のダウンカマー１３の外周面を取り囲むように、その全周に亘って連続して設けられていると共に、ダウンカマー１３の上端部において、上下方向に所定の範囲に亘って延びて設けられている。冷却水路４２１内を水が通過することに伴い、ダウンカマー１３の上端部、つまり、バーナー部２０の近傍の部位が冷却される。
【００４２】
冷却水供給管４４は、冷却水路４２１の下端部に接続されている。一方、冷却水路４２１から水を排出する冷却水排水管４５は、冷却水路４２１の上端部に接続されている。この構成により、冷却水供給管４４を通じて冷却水路４２１内に供給された水は、冷却水路４２１の下端部から、ダウンカマー１３の外周面の周りを周回しつつ上方に流れ、冷却水排水管４５を通じて冷却水路４２１から排出される（図３の矢印参照）。排出された水は、水槽１１内に戻る。
【００４３】
このような構成の水中燃焼式気化装置１では、水中燃焼バーナー２を冷却する冷却装置４が、電動ポンプではなく、エアリフトポンプ４１を有している。エアリフトポンプ４１の散気管４１２は、空気管１４１の途中に接続されていて、ブロワー１４から水中燃焼バーナー２に供給される空気の一部がエアリフトポンプ４１に供給される。従って、エアリフトポンプ４１を作動させる専用の駆動源は不要であると共に、電動ポンプを備える構成において必要となる配線や配電盤等の付帯設備も不要になる。冷却装置４の構成が簡略化する。
【００４４】
ブロワー１４からバーナー部２０に供給される空気には、前述の通り、バーナー部２０の燃焼室２５内に供給されて燃料と共に燃焼するための一次空気の他に、燃焼室２５内には供給されずに、バーナー部２０の下端から燃焼ガスと共に噴出されてスパージパイプ１５内に導入される二次空気が含まれる。ブロワー１４から水中燃焼バーナー２に供給する空気の総量は、スパージパイプ１５から水中に噴出する燃焼ガス量が減らないように、水中燃焼式気化装置１の負荷の高低に拘わらず一定にされる一方で、水中燃焼バーナー２に供給される燃料量に見合う一次空気量（つまり、理論空燃比となるような空気量）となるように、一次空気と二次空気との流量割合が、水中燃焼式気化装置１の負荷に応じて調整される。一定の動力で作動されるブロワー１４は、水中燃焼バーナー２において要求される空気の供給量以上の空気を供給可能な能力を有するよう構成されており、ブロワー１４から水中燃焼バーナー２に供給される空気には、余剰の空気が含まれている。そのため、水中燃焼バーナー２に供給される空気の一部を冷却装置４のエアリフトポンプ４１に供給しても、水中燃焼バーナー２における燃焼や、スパージパイプ１５から噴出される燃焼ガスの噴出には何ら問題が生じない。ブロワー１４の余剰能力を利用しているため、冷却装置４の消費エネルギを削減することが可能になる。
【００４５】
さらに、水中燃焼式気化装置１の負荷が低いときには、バーナー部２０に供給される燃料量が少なく、バーナー部２０の熱量も相対的に低くなる。また、二次空気量が増えるため、バーナー部２０の環状の空間２８を通じて、ダウンカマー１３内の内周面付近を流れる、相対的に低温の空気の量が増える。このため、ダウンカマー１３の外周面を冷却する冷却装置４には、相対的に低い冷却能力が許容される。一方、水中燃焼式気化装置１の負荷が高いときには、バーナー部２０に供給される燃料量が多いため、バーナー部２０の熱量が相対的に高くなる。また、二次空気量が減るため、ダウンカマー１３内の内周面付近を流れる、相対的に低温の空気の量が減る。このため、冷却装置４には、相対的に高い冷却能力が要求される。ここで、バーナー部２０に供給される燃料量が多いときには、一次空気量が増えると共に、バーナー部２０における温度が高くなることで燃焼室２５内の一次空気が膨張する。一方で、ブロワー１４は、前述の通り、水中燃焼式気化装置１の負荷の高低に拘わらず、一定の動力で作動する。このため、水中燃焼式気化装置１の負荷が高くなれば、ブロワー１４とバーナー部２０とをつなぐ空気管１４１内の圧力が高まる。その結果、空気管１４１から分岐した散気管４１２内の空気の流量が自動的に増え、エアリフトポンプ４１の揚水量が増える。これにより、冷却装置４の冷却能力が、自動的に高まるようになる。逆に、水中燃焼式気化装置１の負荷が低いときには、空気管１４１内の圧力が相対的に低くなり、空気管１４１から分岐した散気管４１２内の空気の流量が相対的に減少する。その結果、エアリフトポンプ４１の揚水量が減り、冷却装置４の冷却能力が自動的に低下する。すなわち、エアリフトポンプ４１の散気管４１２を空気管１４１に接続する構成は、水中燃焼式気化装置１の負荷の高低に応じて、冷却装置４の冷却能力を自動的に最適化することが可能になる。
【００４６】
また、エアリフトポンプ４１によって揚水した水には気泡が混入しているが、揚水管４１１の上端に気液分離器４３を接続することにより、水のみを冷却部４２の冷却水路４２１に供給することが可能になる。これにより、冷却装置４の冷却能力が高まる。尚、気液分離器４３は、省略することも可能である。
【００４７】
図４は、冷却装置４の別の構成例を示している。この構成例では、エアリフトポンプ４１が、揚水管４１１と散気管４１２との組を、複数組（図例では２組）有している。各組の揚水管４１１ａ、４１１ｂ及び散気管４１２ａ、４１２ｂの構成は、前記と同じである。
【００４８】
２本の散気管４１２ａ、４１２ｂは、その上流側において互いに連通している。言い換えると、空気管１４１に接続されている散気管４１２は、その途中で２本の散気管４１２ａ、４１２ｂに分岐していて、それぞれの散気管４１２ａ、４１２ｂは、その先端部が、互いに異なる揚水管４１１ａ、４１１ｂの下端部内に位置している。
【００４９】
分岐した２本の散気管４１２ａ、４１２ｂの一方の散気管４１２ｂには、開閉弁４１３が介設している。開閉弁４１３が開閉することにより、当該散気管４１２ｂ内を空気が通過することと、遮断することとが切り替えられる。従って、開閉弁４１３が開弁しているときには、空気管１４１からの空気が流れる散気管４１２の数が２本になり、開閉弁４１３が閉弁しているときには、空気管１４１からの空気が流れる散気管４１２の数が１本になる。開閉弁４１３の開閉によって、揚水管４１１に空気を供給する散気管４１２の数を、１本にするか、又は、２本にするかを切り替えることが可能である。開閉弁４１３は、例えば制御器６によってその開閉が切り替えられる。尚、図例では、散気管４１２ｂに介設した開閉弁４１３によって、揚水管４１１に空気を供給する散気管４１２の数を切り替えるようにしているが、こうした切り替え構成は、図例に限定されるものではなく、適宜の構成を採用することが可能である。
【００５０】
図４に示すように、２本の揚水管４１１ａ、４１１ｂは共に、気液分離器４３における第１室４３１内に、その上端開口が配設されている。第１室４３１内に冷却水供給管４４が接続されている点は、図３に示す気液分離器４３と同じである。また、仕切壁４３３によって仕切られると共に、第２室４３２に、排気孔４３４が設けられる点も、図３に示す気液分離器４３と同じである。
【００５１】
水中燃焼式気化装置１では、その運転中に、水槽１１内の水面高さが、水の蒸発等によって低下する場合があり、水面高さが低下したときには、エアリフトポンプ４１の揚水能力が低下する。図４に示す構成のエアリフトポンプ４１は、水槽１１内の水面高さに応じて、揚水量を切り替えることが可能である。つまり、水槽１１内の水面高さが相対的に高いときには、開閉弁４１３を閉弁することにより、１本の散気管４１２ａのみを通じて揚水管４１１ａに空気を供給する。これにより、１本の揚水管４１１ａのみが作動するが、揚水能力が比較的高いため、十分な量の揚水量を確保することが可能になる。冷却装置４は、要求される冷却能力を確保することが可能になる。
【００５２】
一方、水槽１１内の水面高さが相対的に低くなったときには、開閉弁４１３を開弁することにより、２本の散気管４１２ａ、４１２ｂのそれぞれを通じて、２本の揚水管４１１ａ、４１１ｂに空気を供給する。これにより、２本の揚水管４１１ａ、４１１ｂを作動する。これにより、水面高さの低下によってエアリフトポンプ４１の揚水能力が低下するものの、２本の揚水管４１１ａ、４１１ｂによって、十分な揚水量を確保することが可能になる。
【００５３】
こうして、水槽１１内の水面高さが変化しても、常に必要な揚水量を確保することが可能になって、水中燃焼バーナー２を十分に冷却することが可能になる。尚、水中燃焼式気化装置１では、水槽１１の水面が所定高さ以下になれば、水槽１１内に水が供給されることにより、水面高さが所定高さを維持するように構成されている。
【００５４】
尚、エアリフトポンプ４１が備える揚水管４１１と散気管４１２との組は、図４に示すように２組に限らず、３組以上の適宜の数にしてもよい。
【００５５】
また、前記の構成では、開閉弁４１３を備えて、空気が流れる散気管４１２の数を切り替えるように構成しているが、エアリフトポンプ４１を構成する揚水管４１１及び散気管４１２の組を、複数組、備える一方で、それら複数組の揚水管４１１及び散気管４１２を常時、作動するように構成してもよい。
【００５６】
さらに、前記の構成の冷却装置４では、冷却水路４２１を有する冷却部４２をダウンカマー１３の上端部に設けるようにしているが、冷却水路４２１を有する冷却部４２の配設位置は、ダウンカマー１３における適宜の位置とすることが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  水中燃焼式気化装置
１１  水槽
１２  伝熱管
１３  ダウンカマー
１４  ブロワー
１５  スパージパイプ
２  水中燃焼バーナー
２０  バーナー部
４  冷却装置
４１  エアリフトポンプ
４１１  揚水管
４１１ａ  揚水管
４１１ｂ  揚水管
４１２  散気管
４１２ａ  散気管
４１２ｂ  散気管
４２  冷却部
４２１  冷却水路
４３  気液分離器
【図１】
0006473333.tif 000002
【図２】
0006473333.tif 000003
【図３】
0006473333.tif 000004
【図４】
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