(57)【要約】【課題】ＬＮＧ気化装置での除霜のための散水作業を不要にし、もしくはその頻度を大幅に低減させること。【解決手段】ＬＮＧを気化させるための気化管１０が、蒸発部１０ａも含めて、水平方向に配列された複数本の本管１２と、互いに隣接する本管の上端同士または下端同士を交互に接続する接続管１４とからなる蛇行管により構成される。本管１２のうち少なくとも最低温管１２Ｌ内には乱流促進材が装填される。気化管１０内には、少なくとも最低温管１２Ｌの全域が前記蒸発部１０ａに含まれるような流量でＬＮＧが供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガスを気化するための装置であって、
内部に前記液化天然ガスが流される流路を形成し、この流路に流される液化天然ガスと外気とを熱交換させることにより当該液化天然ガスを加温して蒸発させる蒸発部及びその蒸発後の天然ガスをさらに加温する加温部を含む気化管と、
前記気化管内に前記液化天然ガスを供給するための液化天然ガス供給手段と、
前記気化管内に設けられ、前記液化天然ガスの乱流を促進する乱流促進材と、を備え、
前記気化管は、上下方向に延び、かつ特定の水平方向に配列された複数本の本管と、互いに隣接する本管の上端同士または下端同士を交互に接続する接続管とを備え、これらの本管及び接続管が前記蒸発部及び前記加温部の双方を含む蛇行流路を形成し、
前記乱流促進材は、前記本管のうち少なくとも最低温の本管である最低温管の流路方向全域にわたって当該本管の内部に設けられ、
前記液化天然ガス供給手段は、少なくとも前記最低温管の全域が前記蒸発部となる流量で当該蛇行流路内に前記液化天然ガスを供給することを特徴とする液化天然ガスの気化装置。
【請求項２】
請求項１記載の液化天然ガスの気化装置において、
前記乱流促進材は、前記本管のうち少なくとも前記蒸発部を構成する部分の全域に設けられることを特徴とする液化天然ガスの気化装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の液化天然ガスの気化装置において、
前記乱流促進材は、前記本管の内周面に当該本管と熱伝導可能となるように接触することを特徴とする液化天然ガスの気化装置。
【請求項４】
液化天然ガスを気化するための方法であって、
請求項１〜３のいずれかに記載の液化天然ガスの気化装置を用い、その最低温管の周囲の外気の下向きの流速が１．０ｍ／ｓ以上となる条件で当該気化装置を運転することを特徴とする液化天然ガスの気化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガスを外気と熱交換させることにより気化するための装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液化天然ガスを外気と熱交換させることにより気化するための装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。
【０００３】
この装置は、前記液化天然ガスを加温して蒸発させるための蒸発部と、その蒸発により生成された天然ガスをさらに加温するための加温部とを有する。前記蒸発部は、水平方向に配管される下部ヘッダ及び上部ヘッダと、複数本の伝熱管とで構成される。前記上部ヘッダは前記下部ヘッダの上方に配され、これら下部ヘッダと上部ヘッダとの間に前記伝熱管が配管される。これらの伝熱管は前記両ヘッダの長手方向に沿って配列され、その上下端がそれぞれ前記上部ヘッダ及び下部ヘッダに接続される。前記加温部は、上下に蛇行する屈曲管により構成され、この屈曲管が前記上部ヘッダに接続される。
【０００４】
この装置では、前記下部ヘッダに液化天然ガスが導入される。この液化天然ガスは、当該下部ヘッダから各伝熱管に分配され、これらの伝熱管内を上昇する間に外気と熱交換して昇温し、沸点に達して気化する。この気化により各伝熱管内で天然ガスが生成され、これらの天然ガスが前記上部ヘッダ内に合流する。この天然ガスは、さらに、前記加温部を構成する屈曲管内で加温され、最終的に各需要地に配給される。
【特許文献１】特開２００５−１５６１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の気化装置では、各伝熱管の下部の表面での温度低下が著しく、この温度低下は当該表面に着霜を生じさせ、かつ成長させる。このように伝熱管表面に付着する霜は、伝熱管内の液化天然ガスと外気との良好な熱交換を妨げるので、定期的に除去されなければならない。この除霜のために、一旦装置の運転を止めて前記霜に対し散水を行う作業が必要である。この散水作業は、水道代や電気代の増加によるコストアップを招くとともに、装置の運転効率を著しく低下させる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、除霜のための散水作業を不要にし、もしくはその頻度を大幅に低減させることにより、低コストで効率の高い気化運転を実現することができる液化天然ガスの気化装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記課題を解決するための手段として、伝熱管の周囲に形成される下向きの気流に着目した。前記伝熱管のうちその表面が十分に低温（例えば−１２０℃以下）である部分は、その周囲の外気の温度を低下させて当該外気の比重を大きくするため、当該外気の降下により下向きの気流が生じ得る。この気流の速度が一定以上になると、当該気流は乱流状態に遷移し、前記伝熱管表面への着霜の抑止や、既に付着した霜の成長の阻止さらにはその霜を落とす作用を発揮し得る。
【０００８】
前記気流の下向き速度を高くするには、前記のような低温領域を上下方向に長く確保することが有効である。このように十分な高さをもつ低温領域は、その周囲の外気を下向きにドラフトする力が大きく、このドラフト力が気流の速度を増加させる。ところが、上述のような従来の気化装置は、各伝熱管内で液化天然ガスがその沸点まで達して気化するように設計されていることから、上下方向についての伝熱管表面温度の勾配が大きく、よって上記のような低温領域を上下に長く確保することができない。すなわち、従来の気化装置では、各伝熱管の表面温度が十分に低い領域は当該伝熱管の下部に限られているため、その周囲に十分な下降速度を持つ気流を形成することはきわめて困難である。
【０００９】
本発明は、このような観点からなされたものであり、液化天然ガスを気化するための装置であって、内部に前記液化天然ガスが流される流路を形成し、この流路に流される液化天然ガスと外気とを熱交換させることにより当該液化天然ガスを加温して蒸発させる蒸発部及びその蒸発後の天然ガスをさらに加温する加温部を含む気化管と、前記気化管内に前記液化天然ガスを供給するための液化天然ガス供給手段と、前記気化管内に設けられ、前記液化天然ガスの乱流を促進する乱流促進材と、を備え、前記気化管は、上下方向に延び、かつ特定の水平方向に配列された複数本の本管と、互いに隣接する本管の上端同士または下端同士を交互に接続する接続管とを備え、これらの本管及び接続管が前記蒸発部及び前記加温部の双方を含む蛇行流路を形成し、前記乱流促進材は、前記本管のうち少なくとも最低温の本管である最低温管の流路方向全域にわたって当該本管の内部に設けられ、前記液化天然ガス供給手段は、少なくとも前記最低温管の全域が前記蒸発部となる流量で当該蛇行流路内に前記液化天然ガスを供給するものである。
【００１０】
この装置では、液化天然ガスの気化のための蛇行流路を形成する気化管と、その少なくとも最低温管内に設けられる乱流促進材と、少なくとも最低温管が蒸発部となる流量で気化管内に液化天然ガスを供給する液化天然ガス供給手段との組合せが、前記最低温管の周囲に十分な下向き速度をもつ気流を形成することを可能にし、これにより、当該最低温管への着霜の抑止を可能にする。
【００１１】
具体的に、前記装置の気化管では、上下に蛇行しながら連続する蛇行流路内で液化天然ガスが蒸発し加温されればよいので、従来のように並列に配された複数本の伝熱管内でそれぞれ液化天然ガスが気化しなければならない装置と異なり、前記蛇行流路を形成する各本管での上下方向についての温度勾配は小さくて済む。さらに、前記本管のうち少なくとも最低温管の内部には乱流促進材が設けられるとともに、前記液化天然ガス供給手段は、少なくとも前記最低温管の全域が前記蒸発部となる流量（つまり最低温管内に液相が確保され得る流量）で気化管内に前記液化天然ガスを供給するので、前記最低温管と前記液化天然ガスとの熱交換が促進されることにより、当該最低温管はその上下方向全域にわたって低温（例えば液化天然ガスの気化点よりも低い温度）を維持することが可能である。このことは、当該最低温管の周囲に十分な流速（例えば１．０ｍ／ｓ以上の流速）をもつ下向きの気流を形成するように装置を運転することを可能にする。このような下向き流速の高い気流は、乱流状態に遷移することができ、当該乱流は前記伝熱管の表面への着霜及びその霜の成長を有効に抑止することができる。
【００１２】
従って、前記気化管の周囲で仮に外気中の水分が凝固して粒子を形成したとしても、この粒子が前記気化管の表面に付着することが前記気流によって効果的に抑止される。また、着霜が生じたとしても、この霜が成長する前に前記気流が当該霜を気化管から脱落させることが可能である。
【００１３】
前記乱流促進材は、前記本管のうち少なくとも前記蒸発部を構成する部分の全域に設けられることが、より好ましい。
【００１４】
また、前記乱流促進材は、前記本管の内周面に当該本管と熱伝導可能となるように接触することが、より好ましい。この接触は、液化天然ガスと本管との熱交換をさらに促進し、当該本管の表面温度をより低下させる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、気化管の少なくとも最低温管の周囲に十分な下向きの流速をもつ気流を形成することにより、当該最低温管の表面への着霜を有効に抑止することができる。従って、従来のような除霜のための散水作業を不要にし、もしくはその頻度を大幅に減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、この実施の形態に係る液化天然ガス（以下「ＬＮＧ」と称する。）の気化装置の側面図であり、図２は同装置を後方からみた背面図である。この装置は、複数本の気化管１０と、これらの気化管１０を支持する支持フレーム２０と、液化天然ガス供給手段であるポンプ３０とを備える。前記気化管１０は、左右方向（図１では奥行き方向）に互いに平行に配列される。前記支持フレーム２０は前記気化管１０を外側から支持する。前記ポンプ３０は、前記各気化管１０内にＬＮＧを供給する。
【００１８】
前記各気化管１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような熱伝導率の高い金属材料からなり、図３に示すような蛇行流路を形成し、この蛇行流路内でＬＮＧの気化すなわち天然ガス（以下「ＮＧ」と称する。）の生成と、ＮＧのさらなる加温とを行う。具体的に、各気化管１０は、水平方向（この実施の形態では前後方向；図３では左右方向）に配列された複数本の本管１２と、互いに隣接する本管１２の上端同士及び下端同士を交互に接続するＵ字状の接続管１４とで構成される。
【００１９】
各気化管１０のうち、最低温の本管である最低温管１２Ｌの下端は、左右方向（図３では奥行き方向）に延びる共通の入口ヘッダ１６に接続され、この入口ヘッダ１６の中央にＬＮＧ供給口１６ａが設けられており、このＬＮＧ供給口１６ａに前記ポンプ３０が接続される。同様に、最高温の本管である最高温管１２Ｈの下端は、図２に示すように左右方向に延びる共通の出口ヘッダ１８に接続され、この出口ヘッダ１８の中央に天然ガス（以下「ＮＧ」と称する。）排出口１８ａが設けられている。
【００２０】
前記各気化管１０の上流側部分は蒸発部１０ａを構成し、下流側部分は加温部１０ｂを構成する。前記蒸発部１０ａは、その内部に形成された流路に流されるＬＮＧと外気とを熱交換させることにより当該ＬＮＧを加温して蒸発させる部分であり、前記加温部１０ｂは、蒸発後のＮＧをさらに加温する部分である。これら蒸発部１０ａと加温部１０ｂとの境界は装置の運転条件、特に前記ポンプ３０の吐出流量によって変わる。図例では、前記ポンプ３０は、定常運転状態において図３に示すように各気化管１０の中間部位よりもやや下流側の部位までが蒸発部１０ａとなるような流量で、前記ＬＮＧの吐出を行う。
【００２１】
各本管１２は、図４に示すような管本体１２ａと、複数枚のフィン１２ｂとで構成される。各フィン１２ｂは、前記管本体１２ａから放射状に延び、当該管本体１２ａ内を流れるＬＮＧまたはＮＧと外気との熱交換を促進する。また、前後左右に互いに隣接するフィン１２ｂ同士はフレキシブル連結部１３を介して相互に連結される。各フレキシブル連結部１３は、本管１２同士の水平方向の相対変位をある程度許容するように撓み変形することが可能な形状を有する。
【００２２】
前記支持フレーム２０は、全気化管１０を外側から囲む形状のフレーム本体２２と、このフレーム本体２２を地盤上に支える脚部２４とを有する。各気化管１０は、その適所（好ましくは本管１２の上下方向の中間部位）が前記フレーム本体２２に溶接等で連結されることにより、当該フレーム本体２２に空中で保持される。
【００２３】
前記各本管１２内には、乱流促進材が装填される。この乱流促進材は、前記本管１２内を流れるＬＮＧまたはＮＧ（特にＬＮＧ）が乱流に遷移するのを促進するものであればよく、例えば本管１２の内壁面に形成された内側フィンでもよいが、この実施の形態では図５及び図６に示すようなツイストテープ１７が各本管１２内に装填される。図示のツイストテープ１７は、十字状の横断面を有する板材にひねりを加えた形状を有し、前記本管１２内に螺旋状の流路を形成する。
【００２４】
この乱流促進材の具体的な形状は特に限定されない。しかし、当該乱流促進材は、例えば図６に示されるように前記本管１２の内周面に接触するように当該本管１２内に装填されることが、より好ましい。この接触は、前記乱流促進材と接触するＬＮＧまたはＮＧと本管１２との熱交換を促進する。
【００２５】
この乱流促進材は、少なくとも最低温管１２Ｌの内部に装填されることが重要である。この最低温管１２Ｌ内への乱流促進剤の装填と、前記気化管１０が形成する蛇行流路との組合せが、以下に示すような着霜抑止効果を生じさせる。
【００２６】
この気化装置において、前記ポンプ３０から入口ヘッダ１６内に供給されるＬＮＧは、当該入口ヘッダ１６から各気化管１０内に分流する。そして、各気化管１０内を蛇行するうちに当該気化管１０を介して外気と熱交換することにより昇温し、沸点に達した時点で気化する。この気化が完了するまでの気化管１０の領域が蒸発部１０ａに相当する。その下流側の加温部１０ｂでは、前記気化により生成された天然ガスがさらに加温され、出口ヘッダ１８で合流してからＮＧ排出口１８ａを通じて排出される。
【００２７】
この装置では、従来のように直管のみからなる複数の伝熱管が並設された気化装置と異なり、ＬＮＧは通路長がきわめて長い蛇行流路内で蒸発しかつ加温されればよいので、当該蛇行流路を形成する各本管１２内でのＬＮＧの温度勾配は小さく抑えることが可能である。特に、最低温管１２Ｌについては、その下端から上端に至るまでの全域でＬＮＧの温度が低温（例えば−１２０℃以下）となるように、装置を運転することが可能である。しかも、この最低温管１２Ｌ内にはＬＮＧの乱流を促進する乱流促進材が設けられているので、当該ＬＮＧと最低温管１２Ｌとの熱交換が促進されることにより、当該最低温管１２Ｌの表面温度はその上下方向全域にわたって低く抑えられる。
【００２８】
このように上下方向に長く低温域が形成される最低温管１２Ｌは、その周囲に十分な下向きの流速をもつ気流を形成することが可能である。すなわち、この最低温管１２Ｌは、その近傍に存在する外気を冷却することによりその比重を増大させ、当該外気を降下させることができる。しかも、その領域が上下方向に長いため、当該外気の流速を高めて乱流を生じさせることができる。この外気による下向きの乱流は、仮に最低温管１２Ｌの近傍で水蒸気が凝固して粒子を形成したとしても、その粒子が当該最低温管１２Ｌに付着するのを有効に抑止することができ、また当該粒子が最低温管１２Ｌに付着したとしても、その粒子を種として霜が成長する前に当該霜を脱落させることが可能である。
【００２９】
なお、従来の並列型の気化装置においても、伝熱管内に乱流促進材を設けることは可能であるが、それにより上記と同様の着霜抑制効果を得ることはきわめて困難である。このような従来の並列型の気化装置では、上下方向の温度勾配が大きいために低温状態を確保できる領域が僅かであり、この領域でＬＮＧの乱流を促進したところで十分な下向き流速をもつ気流を伝熱管周囲に形成することはできない。つまり、本発明は、蒸発部を含めて蛇行流路を形成する気化管と、その少なくとも最低温管内に設けられる乱流促進材との組合せによりはじめて、着霜抑止効果を実現するものであるといえる。
【００３０】
この着霜抑止効果は、除霜のための散水作業を不要にし、もしくはその頻度を著しく低下させることができる。このことは、装置のランニングコストを下げ、運転効率を向上させる。
【実施例】
【００３１】
本発明に係る実施例及び比較例、さらには従来例について、その効果を検証するための実験が行われた。前記各例の内容は次のとおりである。
【００３２】
本発明の実施例及び比較例には、図７に示すような５本の本管１２を具備する気化管１０が用いられる。実施例では、各本管１２内に図５及び図６に示されるようなツイストテープ１７が装填され、比較例では当該ツイストテープ１７の装填が省略される。そして、前記気化管１０内に、実験用の気化対象液体として液体窒素（以下「ＬＮ２」と称する場合がある。）またはＬＮＧが供給され、そのときの図示の各部位♯１〜♯２１での管温度が測定されるとともに、最低温管１２Ｌでの着霜状態が観測される。
【００３３】
一方、従来例としては、図８に示すような３本の伝熱管８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃが並列に配置された気化装置が用いられる。各伝熱管８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃの下端は、共通の下部ヘッダ８２に接続され、上端は共通の上部ヘッダ８４に接続される。そして、下部ヘッダ８２に気化対象流体として液体窒素またはＬＮＧが供給され、当該下部ヘッダ８２から各伝熱管８０Ａ〜８０Ｃに分流して当該伝熱管内で気化する。このようにして生成された窒素ガス（図７及び図８では「Ｎ２」と表記する。）または天然ガスが上部ヘッダ８４に合流し、系外に排出される。このときの図示の各部位♯３０〜♯３９での管温度が測定されるとともに、伝熱管８０Ｂの下部での着霜状態が観測される。
【００３４】
以上の各例について行われた実験の結果を表１及び図９〜図１１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
図９は、前記実施例及び前記比較例について、気化管内への液体窒素の供給を開始してから２時間経過後の各部位での管温度を示したものである。この図９から明らかなように、最低温管１２Ｌ内にツイストテープ１７が装填される実施例では、当該最低温管１２Ｌの全域（♯２〜♯５）にわたって−１２０℃以下の低温状態が維持されるのに対し、前記ツイストテープ１７が省略された比較例では、最低温管１２Ｌの上部（♯４及び♯５）における管温度が−１００℃を下回ることができない。
【００３７】
一方、図１０は、前記従来例での温度分布の測定結果を示したものである。この従来例では、直線状の伝熱管内でＬＮＧの気化が完了するように装置が設計されているため、特に伝熱管下部（♯３１〜３３）での温度勾配がきわめて大きく、伝熱管下部の♯３２で既に伝熱管温度が０℃近傍にまで達している。従って、この従来例では低温領域を上下に長く確保することはできず、よって有効な気流の形成は期待できない。
【００３８】
以上のような各例での温度状態の相違が、最低温管１２Ｌ及び伝熱管８０Ｂの周囲の気流の下向き流速に差をもたらす。実際に、ＬＮＧを供給したときに形成される流速を測定した結果、表１に示されるように、前記実施例では最低温管１２Ｌの周囲に１．０ｍ／ｓ以上の下向き流速をもつ気流が形成されるのに対し、前記従来例では伝熱管８０Ｂの周囲の気流の下向き流速が０．５５ｍ／ｓにとどまることが確認されている。
【００３９】
前記各例での下向き流速の相違は、着霜抑制効果に著しい影響を与える。図１１は、各例に係る装置の低温部位での着霜厚みの時間変化を示したものである。同図に示されるように、従来例では、液体窒素、ＬＮＧのいずれを用いた場合においても、時間経過とともに着霜厚みは増大し、４時間経過後には１０ｍｍを超える。この厚みでは正常な運転の継続は不可能であり、一旦運転を止めて散水作業を行う必要がある。また、比較例で液体窒素を用いた場合は、着霜厚みを６ｍｍ程度に抑えることが可能であるが、熱交換機能の低下による運転効率の悪化は避けられない。これに対して実施例では、液体窒素、ＬＮＧのいずれを用いた場合においても、着霜厚みは２ｍｍ以下の範囲に維持される。このことは、散水作業を行わずに正常な運転を継続することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係るＬＮＧの気化装置の側面図である。
【図２】前記気化装置の背面図である。
【図３】前記気化装置に含まれる各気化管の側面図である。
【図４】前記各気化管に含まれる本管の配列状態を示す断面平面図である。
【図５】前記本管内に装填されるツイストテープの斜視図である。
【図６】前記本管内でのツイストテープの装填状態を示す断面側面図である。
【図７】本発明に係る実施例及び比較例での温度測定部位を示す模式図である。
【図８】従来例での温度測定部位を示す模式図である。
【図９】前記実施例及び前記比較例での温度の測定結果を示すグラフである。
【図１０】前記従来例での温度の測定結果を示すグラフである。
【図１１】前記各例での着霜厚みの時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  気化管
１０ａ  蒸発部
１０ｂ  加温部
１２  本管
１２Ｈ  最高温管
１２Ｌ  最低温管
１４  接続管
１７  ツイストテープ（乱流促進材）
３０  ポンプ（液化天然ガス供給手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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