(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガスの蒸発部熱交換器上部と過熱部熱交換器上部がヘッダー管を介して連結配管により連結されてなる液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、蒸発部熱交換器からの該連結配管をダウンフローとなるよう過熱部熱交換器に連結し、前記蒸発部熱交換器で蒸発した天然ガスの全量を前記過熱部熱交換器へ供給して過熱するようにしてなることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置。
【請求項２】
液化天然ガスの蒸発部熱交換器上部と過熱部熱交換器上部がヘッダー管を介して連結配管により連結されてなる液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、過熱部熱交換器上部の高さを蒸発部熱交換器上部より低くして、該連結配管をその中を流通する天然ガスがダウンフローとなるよう過熱部熱交換器に連結し、前記蒸発部熱交換器で蒸発した天然ガスの全量を前記過熱部熱交換器へ供給して過熱するようにしてなることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液化天然ガスの蒸発部熱交換器上部と過熱部熱交換器上部がヘッダー管を介して連結配管により連結されてなる液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、過熱部熱交換器の構造をその中を流通する天然ガスがアップフローとならない構造に構成してなることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置。
【請求項４】
上記過熱部熱交換器における天然ガスがアップフローとならない構造が、水平又はダウンフローの構造であることを特徴とする請求項３に記載の液化天然ガス用エアフィン式気化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、過熱部熱交換器が強制温風による加熱形式であることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、過熱部熱交換器が温水による加熱形式であることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）用のエアフィン式気化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化天然ガスの取扱量の少ないサテライト基地（都市ガスの製造及び供給基地）では、大気を熱源とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置が主流として使用されている。この気化装置は、液化天然ガスの蒸発部と過熱部（＝加温部）から構成されており、液化天然ガスの蒸発、過熱（＝加温）に必要な熱を大気から得るため、運転コストがほとんどかからないという利点を有する。この気化装置で、熱源である大気の供給方式には自然通風する方式と強制通風する方式とがある。
【０００３】
図１〜２は、強制通風方式による液化天然ガス用エアフィン式気化装置の概略を示す図である。まず、図１の形式では、蒸発部の熱交換器と過熱部の熱交換器が容器（ケーシング）内に配置されて構成される。蒸発部熱交換器では、フィンを付けた複数の伝熱管（管状熱交換器）が縦方向に配置され、それぞれ上下のヘッダー管に連結されている。この伝熱管は例えば押出成形によりフィンと管を一体に形成することができる。また、過熱部熱交換器では、フィンを付けた複数の伝熱管（管状熱交換器）が縦方向に配置され、各伝熱管は上部及び下部でＵベント管を介して連結されている。
【０００４】
ケーシングの下部には大気吸入口が設けられ、ケーシングの上部には蒸発部熱交換器及び過熱部熱交換器に対応してそれぞれ強制通風用のファンが配置されている。強制通風用ファンにより大気を吸引し、ケーシング内を上方に流通させることで、蒸発部熱交換器で液化天然ガスを加熱して蒸発させ、ここで蒸発した天然ガス（ＮＧ）を過熱部熱交換器で加温する。蒸発部熱交換器で蒸発した天然ガスは連結配管により過熱部熱交換器に供給される。
【０００５】
図１のとおり、この気化装置における蒸発部熱交換器の上部と過熱部熱交換器の上部は同一高さすなわち同一水準に配置され、両者を連結する配管（連結配管）は、水平すなわち同一水準に配置されている。そして、液化天然ガス、蒸発天然ガスの流れ方向は、蒸発部熱交換器内ではアップフロー、過熱部熱交換器内では上下のＵベント部で上下に折返すアップフローとダウンフローの交互となっている。
【０００６】
操作時において、液化天然ガス（ＬＮＧ）は、蒸発部熱交換器の下部からヘッダー管を介して各伝熱管に供給され、各伝熱管中を上昇しながら大気により加熱されて蒸発した後、上部のヘッダー管から連結配管を経て過熱部熱交換器の上部から供給されて過熱部熱交換器で加温され、天然ガス（ＮＧ）として導出される。得られた天然ガスは、ＬＰＧ（液化石油ガス）の添加による熱量調整を経て都市ガスとされ、需要家に供給される。
【０００７】
次に、図２の形式は、基本的には図１の形式のものと同様であるが、ここでは過熱部熱交換器として上下数段に水平に配置された伝熱管（管状熱交換器）を用い、過熱部熱交換器の加熱に自らの製造ガス、すなわち天然ガスを燃焼して得た温風を用いる点で図１の形式のものと異なる。図２のとおり、過熱部熱交換器の出口導管から製造ガスを分岐させ、バーナーに供給して空気により燃焼させる。そして、生成燃焼ガスを過熱部熱交換器の下部に供給して過熱部熱交換器を加熱する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような液化天然ガス用エアフィン式気化装置は、通常、季節や昼夜を問わず作動される。本発明者らがその作動状況を詳細に観察したところ、冬期や夜明けなど大気温度が低いときに、過熱部熱交換器を経て得られる製造ガス、すなわち天然ガスの組成が変化して熱量変動が生じ、これがＬＰＧの添加による熱量調整を経て製造される都市ガスの品質に悪影響を与えることが分かった。都市ガスの熱量が変化すると、燃焼性の面で問題となり、都市ガスの製造を停止する必要が生じ、需要家への影響を生じることになる。
【０００９】
そこで、本発明は、液化天然ガス用エアフィン式気化装置において生じる上記問題を解決し、その作動時に季節や昼夜を問わず、製造ガスすなわち天然ガスの組成変化を無くし、組成変化に基づく熱量変動を無くして、常時所望、所定品質の都市ガスを供給し得るようにしてなる液化天然ガス用エアフィン式気化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液化天然ガスの蒸発部熱交換器上部と過熱部熱交換器上部がヘッダー管を介して連結配管により連結されてなる液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、蒸発部熱交換器からの該連結配管をダウンフローとなるよう過熱部熱交換器に連結してなることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、液化天然ガスの蒸発部熱交換器上部と過熱部熱交換器上部がヘッダー管を介して連結配管により連結されてなる液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、過熱部熱交換器上部の高さを蒸発部熱交換器上部より低くして、該連結配管をその中を流通する天然ガスがダウンフローとなるよう過熱部熱交換器に連結してなることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置を提供する。
【００１２】
さらに、本発明は、液化天然ガスの蒸発部熱交換器上部と過熱部熱交換器上部がヘッダー管を介して連結配管により連結されてなる液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、過熱部熱交換器の構造をその中を流通する天然ガスがアップフローとならない構造に構成してなることを特徴とする液化天然ガス用エアフィン式気化装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の液化天然ガス用エアフィン式気化装置は、その基本的構成として、液化天然ガスの蒸発部熱交換器と過熱部熱交換器からなり、両熱交換器の上部でヘッダー管を介して配管（連結配管）により連結して構成される。蒸発部熱交換器は大気により加熱され、過熱部熱交換器は▲１▼大気、▲２▼自らの製造ガスすなわち天然ガスを燃焼して得た温風、あるいは▲３▼温水により加熱される。液化天然ガスは蒸発部熱交換器で蒸発し、該連結配管を通して過熱部熱交換器に導入され、ここで加温される。
【００１４】
前述のとおり、大気温度が低いときに、過熱部熱交換器を経て得られる天然ガスの組成が変化して熱量変動が生じ、熱量調整して製造される都市ガスの品質に悪影響を与えることが分かった。この熱量変動の原因についてさらに観察、追求したところ、大気温度が低いときに、過熱部熱交換器に流入した未蒸発の液化天然ガスが、過熱部熱交換器でダウンフローからアップフローに折り返すとき、下端部のＵベント部に滞留し、その滞留量がある程度の量になると流体力の変化により押し流され、蒸発するために発生することが分かった。また、上記滞留現象は水平に配置された蒸発部熱交換器から過熱部熱交換器への連結配管中でも生じることが分かった。
【００１５】
すなわち、液化天然ガスは、メタンを主成分とするが、プロパン、ブタン、ペンタンなどの重質炭化水素ガスが含まれている。これを蒸発させ、加温するに際して、上記のように大気温度が低いとき、蒸発部熱交換器、過熱部熱交換器を経て得られる天然ガスに組成変化が生じるのは、水平連結配管中や過熱部熱交換器下端部のＵベント部に未蒸発の重質炭化水素ガスが滞留することによるものである。
【００１６】
そこで、本発明においては、上記のような滞留を無くするために、該連結配管をダウンフローに配置する。連結配管をダウンフローに配置する仕方としては、（１）過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低く配置する、すなわち過熱部熱交換器上部を蒸発部熱交換器上部より低くする、（２）該連結配管を蒸発部熱交換器から過熱部熱交換器へ向けて下降傾斜させて配置する、（３）上記（１）及び（２）の配置を併せて行う等の態様で行うことができる。これにより蒸発部熱交換器からの未蒸発の液化天然ガスが連結配管中及び過熱部熱交換器中に滞留するのを防止し、過熱部熱交換器を経て得られる天然ガスの組成変化を回避して、その熱量変動を防止することができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記のような滞留を無くするために、過熱部熱交換器自体の構造をアップフローとならない構造とする。過熱部熱交換器自体の構造をアップフローとならない構造とする仕方としては、（１）過熱部熱交換器の伝熱管を水平に配置する、（２）過熱部熱交換器の伝熱管をダウンフローとなるように（すなわち伝熱管中を流通する天然ガスの流れを下降流となるように）配置する等の態様で行うことができる。これにより未蒸発の液化天然ガスが過熱部熱交換器中に滞留するのを防止し、過熱部熱交換器を経て得られる天然ガスの組成変化を回避して、その熱量変動を防止することができる。
【００１８】
図３〜８は本発明の態様例を示す図である。図３は、前述図１に対応する気化装置に本発明を適用した態様である。図３のとおり、過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低く配置し、すなわち過熱部熱交換器上部を蒸発部熱交換器上部より低くし、また過熱部熱交換器として、上下のヘッダー管に連結した複数個の、フィン付き伝熱管を縦方向に配置し、連結配管からの天然ガスが下方向のみに流れるように構成している。
【００１９】
図４は、図３の態様において、ケーシング中に配置された蒸発部熱交換器と過熱部熱交換器をその間に隔壁を設けて、それぞれを別の空間に配置した態様である。これら図３〜４の態様においては、連結配管からの天然ガスが過熱部熱交換器中下方向のみに流れるように構成していることにより、未蒸発の液化天然ガスが過熱部熱交換器中に滞留するのを防止するとともに、過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低く配置していることにより、連結配管内に未蒸発の液化天然ガスが滞留するのを防止することができる。
【００２０】
また、図１のように、従来では、各伝熱管は上下でＵベント管で連結され、Ｕベント管は伝熱管に対して溶接により結合される。このため、溶接部が存在するＵベント部で低温液の滞留が繰り返されると、温度変化の繰り返しにより溶接部での繰り返し熱応力が発生し、これが過熱部熱交換器の耐久性を損う原因となっていたが、本発明においては、伝熱管中での低温液の滞留が防止されるので、その耐久性を向上させることができる。
【００２１】
図５は、図３の構成に加えて、連結配管を蒸発部熱交換器から過熱部熱交換器へ向けて下降傾斜させた態様である。図５のとおり、連結配管自体を下降傾斜させ蒸発部熱交換器からのガスがダウンフローとなるように配置している。これにより、図３〜４の場合と同じく、未蒸発の液化天然ガスが過熱部熱交換器中に滞留するのを防止するとともに、連結配管内に未蒸発の液化天然ガスが滞留するのをより効果的に防止することができる。
【００２２】
図６は、過熱部熱交換器の加熱に自らの製造ガスを燃焼して得た温風を用いる点では図２の気化装置と同じである。図６のとおり、過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低く配置し、また過熱部熱交換器中でガスがアップフローとならない構造として過熱部熱交換器のフィン付き伝熱管を上下複数段、水平に配置している。過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低くし、且つ、過熱部熱交換器のフィン付き伝熱管を水平に配置しているので、連結配管中での未蒸発の液化天然ガスの滞留を防止するとともに、過熱部熱交換器中での未蒸発の液化天然ガスの滞留を防止することができる。
【００２３】
なお、過熱部熱交換器の加熱源としては、上記のように温風を用いるのに代えて、温水を用いるようにすることもできる。この場合、過熱部熱交換器としてはガスが流通する伝熱管の外面に温水を流通させる形式など、周知の気液熱交換器を用いることができ、また、温水生成用の熱源としては、自らの製造ガスを燃焼して得た燃焼ガスのほか、都市ガスの燃焼ガスなど他の熱源を用いてもよい。
【００２４】
図７は、図６の構成に加えて、連結配管を蒸発部熱交換器から過熱部熱交換器へ向けて下降傾斜させて配置した態様である。このように、連結配管を蒸発部熱交換器から過熱部熱交換器へ向けて下降傾斜させて配置するとともに、過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低くし、且つ、過熱部熱交換器のフィン付き伝熱管を水平に配置しているので、未蒸発の液化天然ガスが過熱部熱交換器中に滞留するのを防止するとともに、連結配管中での未蒸発の液化天然ガスの滞留をより効果的に防止することができる。
【００２５】
図８は、過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低く配置するとともに、連結配管を蒸発部熱交換器から過熱部熱交換器へ向けて下降傾斜させ、且つ、過熱部熱交換器のフィン付き伝熱管を下降勾配となるよう配置した態様である。なお、過熱部熱交換器のフィン付き伝熱管の最下段は、この部分の伝熱管内ではガス化が完了しているので勾配（傾斜）をもたせる必要はないので、水平にしてもよい。図８はこの場合を示している。
【００２６】
図８のように、過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低くし、連結配管を蒸発部熱交換器から過熱部熱交換器へ向けて下降傾斜させ、且つ、過熱部熱交換器のフィン付き伝熱管を下降勾配（下降傾斜）に配置することにより、連結配管から過熱部熱交換器の出口に至る全過程において、未蒸発の液化天然ガスの滞留をより効果的に防止することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことは勿論である。比較例として図１の装置を用い、実施例として図６の装置を用いた。図９に、本実施例で用いた図６の装置の規模、寸法関係等を示している。これら装置の各所に常法に従い温度センサーを配置した。
【００２８】
蒸発部熱交換器として、ケーシング内にフィン付き伝熱管を縦方向に配置して構成し、過熱部熱交換器として、ケーシング内にフィン付き伝熱管を横方向同一面に配置し、この単位を上下に配置した。蒸発部熱交換器と過熱部熱交換器を配管（連結配管）で連結し、それぞれ、図１及び図６のように配置した。各伝熱管及び配管はアルミニウム合金製である。図６のとおり、本発明の実施例では、過熱部熱交換器の高さを蒸発部熱交換器より低くして連結配管中を流通するガスがダウンフローとなるよう過熱部熱交換器に連結している。
【００２９】
〈比較例〉
図１の装置を用いて運転した。運転条件は以下のとおりである。大気温度：約５℃。運転圧力：０．５ＭＰａ。ＬＮＧ流量：１ｔ／ｈ（定格）。運転時間：定格流量に到達後５時間。導入ＬＮＧの組成及び熱量は表１のとおりである。
【００３０】
【表    １】
0004684497.tif 000002
【００３１】
上記運転条件下、蒸発、加温運転を続けたところ、蒸発部熱交換器出口温度が約−６０℃以下となると、過熱部熱交換器出口ガスの熱量変動が発生し始めた。すなわち、ＬＮＧ熱量：４４．９４ＭＪ／ｍ3Ｎ（約４５ＭＪ／ｍ3Ｎ）に対して、過熱部熱交換器出口ガスの熱量が約−２〜５ＭＪ／ｍ3Ｎの範囲で不規則に変動した。このことからして、このままの状態で運転を続けると、過熱部熱交換器出口ガスにＬＰＧを添加して熱量調整し（一例として４４．３〜４７．７ＭＪ／ｍ3Ｎの範囲）、送出される送出ガス（都市ガス）の燃焼性に悪影響を与えてしまう。
【００３２】
〈実施例〉
図６の装置を用いて運転した。運転条件は比較例と同じくした。運転を続けたところ、過熱部熱交換器出口の天然ガスの熱量に変動はなく、ほぼ一定の熱量：４４．９４ＭＪ／ｍ3Ｎ（約４５ＭＪ／ｍ3Ｎ）が維持された。このことは、このままの状態で運転を続けて、過熱部熱交換器出口ガスにＬＰＧを添加し、熱量調整して送出しても、送出ガス（都市ガス）の燃焼性に悪影響を与えることなく運転を続けることができることを示している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、液化天然ガス用エアフィン式気化装置において、季節や昼夜を問わず製造ガスの組成変化、熱量変動を無くし、常時所望、所定品質の都市ガスを得ることができる。すなわち、未蒸発の液化天然ガスが蒸発部熱交換器より後段の配管や過熱部熱交換器の流路内に滞留することが無くなるので、液化天然ガスの蒸発、加温が安定し、製造ガスの組成変化、熱量変動を防止でき、都市ガスの品質を安定化させることができる。また、従来の過熱部熱交換器では生じる、溶接部が存在するＵベント部での低温液滞留の繰り返しが防止できるので、温度変化の繰り返しによる溶接部での繰り返し熱応力の発生がなくなり、その耐久性を向上させることができるなど各種有用な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液化天然ガス用エアフィン式気化装置の概略を示す図（本発明適用前）
【図２】液化天然ガス用エアフィン式気化装置の概略を示す図（本発明適用前）
【図３】本発明の態様例を示す図
【図４】本発明の態様例を示す図
【図５】本発明の態様例を示す図
【図６】本発明の態様例を示す図
【図７】本発明の態様例を示す図
【図８】本発明の態様例を示す図
【図９】図６の装置の規模、寸法関係等を示した図（実施例）
【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】
0004684497.tif 000009
【図８】
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【図９】
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