(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧからなる低温液体を貯蔵し底部が鏡板で形成された内槽とその内槽を断熱層を介して囲繞する外槽で構成される低温タンクの内槽の底部中央に、内槽の底部からＬＮＧを導入すると共にその導入したＬＮＧを蒸発させて差圧計に案内する液導管を接続し、その液導管が、内槽底部中央から垂直に立ち下がった垂直導入部と、その垂直導入部の下部から斜め上方に内槽の底部近くまで立ち上がった液側傾斜部と、その液側傾斜部から水平に延びてＬＮＧを蒸発させる水平部と、水平部から斜め上方に傾斜したガス側傾斜部と、そのガス側傾斜部から水平に延びると共に垂直に立ち下げられて外槽外に延出されて差圧計に接続される蒸発ガス導入部とで形成された低温タンクの液面計において、熱伝導性の良い板からなると共に内槽の底部に取り付けられ、かつ上記液導管の垂直導入部と液側傾斜部とを密着して覆う冷熱カバーを備え、その冷熱カバーにより上記垂直導入部内のＬＮＧを内槽の底部温度に保ってＬＮＧ中のメタンの蒸発を防止するようにしたことを特徴とする低温タンクの液面計。
【請求項２】
冷熱カバーは、内槽の底部に溶着して取り付けられる取付フランジを有すると共に液導管の液導入部と液側傾斜部と蒸発部の一部を密着して覆う断面Ｕ字状のカバー部からなる請求項１記載の低温タンクの液面計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧからなる低温液体を貯蔵する低温タンクに係り、特にその低温液の液面を計測するための低温タンクの液面計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧからなる低温液体を貯蔵する低温タンクの液面を計測するには、差圧式の液面計が用いられている。
【０００３】
図４は、低温タンク１０の液面計測に用いられる差圧式液面計を示したものである。
【０００４】
先ず、低温タンク１０は、低温液体Ｌを収容する内槽１１とその内槽１１を断熱層１２を介して囲繞する外槽１３から構成される。液面計１４は、内槽１１の底部に液導管１５を接続すると共に内槽１１の頂部にガス導管１６を接続し、その両導管１５，１６からのガスの差圧を差圧計１７で検出することで、内槽１１内の低温液体Ｌの液面を求めるようになっている。
【０００５】
さて、この低温タンクで貯蔵する低温液体であるＬＮＧのように混合成分の低温液体では、構成成分の中には、その凝固点がＬＮＧの沸点（約１１３Ｋ）より高い温度のものが混在している。
【０００６】
一般には、これらの成分は、ノーマル・ブタン（１４２Ｋ）、ペンタン（１５０Ｋ）及び不純物として混在しやすい炭酸ガスなどである。
【０００７】
これらの成分は、それぞれある濃度以上になると、ＬＮＧから析出して、凝固することが知られている。例えば、ほぼ大気圧で貯蔵されているＬＮＧ中（約１１３Ｋ）でのノーマル・ブタンは約２２モル％、ペンタンは約１モル％、炭酸ガスで約１００ｐｐｍで、析出凝固することが知られている。
【０００８】
このＬＮＧを貯蔵する低温タンク１０は、貯蔵中に外部からの侵入熱によりＬＮＧが沸騰し、主成分であるメタンが優先的に液中から失われ、上記したノーマル・ブタン等のような高沸点成分は蒸発しないで液中に残るため、結果として濃度が徐々に高くなると共に比重差により高沸点成分が底部に溜まり、底部ほど高濃度となりやすい。
【０００９】
普通は、これら高沸点成分は、天然ガスを液化してＬＮＧとするときに、非常に低い濃度に抑制されているので、低温タンク１０中で、析出凝固することはない。
【００１０】
これは、低温タンク１０への入熱による蒸発量が、バルク液量に比較して少ないために、組成が極度に変わることがないことによる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４の差圧式液面計は、内槽１１の下部圧力を検出するため、内槽１１の底部に比較的細い液導管１５を設置し、内外槽１１，１３間の断熱層１２を通過して外部に取り出し、その液導管１５内で、導入した液を沸騰させて蒸発ガス（主としてメタン）とし、その蒸発ガスの圧力と、内槽１１の頂部から液導管１５に導入された蒸発ガスの圧力との差圧を、差圧計１７にて検出して液面を求めるようになっている。
【００１２】
この液導管１５は、図３に示すように、内槽１１の底部から垂直に立ち下がった垂直導入部１５ａと、その垂直導入部１５ａから斜め上方に内槽１１の底面より上方まで立ち上がった傾斜部１５ｂとその傾斜部１５ｂから水平に延びた水平部１５ｃ、その水平部１５ｃから更に斜め上方に傾斜した傾斜部１５ｄ、その傾斜部１５ｄから水平に延びると共に垂直に立ち下げられて外槽１３外に延出されて差圧計１７に接続される蒸発ガス導入部１５ｅからなっており、その傾斜部１５ｂと水平部１５ｃで内槽１１から導入されたＬＮＧが蒸発し、その蒸発ガスがガス導入部１５ｅを介して差圧計１７に液導管１５にかかる液柱圧がガス圧として差圧計１７にかかるようになっている。
【００１３】
しかしながら、液導管１５の蒸発面は、内槽１１の液位によって変化し、蒸発ガスが、差圧計１７側に流れれば問題は生じないが、液導管１５の垂直導入部１５ａから内槽１１内に流れた場合には、その抜けたガス量と等しい量のＬＮＧが導入管１５に補給される。しかし、液導管１５中に補給されるＬＮＧ中には高沸点成分が含まれており、この高沸点成分はメタンのように蒸発せずに液導管１５内に滞留し、貯蔵中にその濃度が徐々に増加する。また液導管１５の温度は補給液により、ほぼ一定（１１３Ｋ）に保たれるので、高沸点成分は蒸発することなく、その濃度が増加し、上述した濃度に達すると、高沸点成分が析出凝固する。
【００１４】
この凝固物は、置換液により補給されるので徐々に増加し、ついには液導管１５を塞ぎ、液導管１５としての役割を果たすことができなくなる。
【００１５】
特に、液導管１５中の蒸発ガスは、内槽１１内の圧力変化（入出荷による気相圧力変化或いは液面変化による圧力変化等）及び外気温度の変化に対応して溜まっていた蒸発ガスが膨張、或いは収縮を繰り返し、内槽圧力が上昇（液受け入れ或いは気相加圧）或いは外気温度が低下するときは、液導管中のガスが収縮するため、タンク内から液が導管中に流入する。流入液は、体積収縮分に対応した長さ分だけ、それまで蒸発ガスで満たされていた液導管部分に流入する。この部分は断熱層とのバランス温度がＬＮＧ等の沸騰温度以上になっているため、液が蒸発して液導管圧力を上昇させ、平衡圧以上になると蒸発ガスは、内槽側に抜けることになる。
【００１６】
このように蒸発ガス（メタン主成分）が抜けることにより、液導管中に滞留しているＬＮＧは濃縮されて、ついには析出凝固する濃度に達して液導管を閉塞し液面計としての機能が失われてしまう。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低温タンクの液面を液導管を用いて計測するにおいて、その液導管内で、高沸点成分の析出凝固を防止できる低温タンクの液面計を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ＬＮＧからなる低温液体を貯蔵し底部が鏡板で形成された内槽とその内槽を断熱層を介して囲繞する外槽で構成される低温タンクの内槽の底部中央に、内槽の底部からＬＮＧを導入すると共にその導入したＬＮＧを蒸発させて差圧計に案内する液導管を接続し、その液導管が、内槽底部中央から垂直に立ち下がった垂直導入部と、その垂直導入部の下部から斜め上方に内槽の底部近くまで立ち上がった液側傾斜部と、その液側傾斜部から水平に延びてＬＮＧを蒸発させる水平部と、水平部から斜め上方に傾斜したガス側傾斜部と、そのガス側傾斜部から水平に延びると共に垂直に立ち下げられて外槽外に延出されて差圧計に接続される蒸発ガス導入部とで形成された低温タンクの液面計において、熱伝導性の良い板からなると共に内槽の底部に取り付けられ、かつ上記液導管の垂直導入部と液側傾斜部とを密着して覆う冷熱カバーを備え、その冷熱カバーにより上記垂直導入部内のＬＮＧを内槽の底部温度に保ってＬＮＧ中のメタンの蒸発を防止するようにしたものである。
【００１９】
請求項２の発明は、冷熱カバーは、内槽の底部に溶着して取り付けられる取付フランジを有すると共に液導管の液導入部と液側傾斜部と蒸発部の一部を密着して覆う断面Ｕ字状のカバー部からなる請求項１記載の低温タンクの液面計である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１において、低温タンク１０は、低温液体Ｌを収容する内槽１１とその内槽１０を断熱層１２を介して囲繞する外槽１３から構成される。
【００２２】
液面計は、内槽１１の底部に液導管１５を接続すると共にタンク頂部にガス導管１６を接続し、その両導管１５，１６からのガスの差圧を差圧計１７で検出することで、内槽１１の低温液体Ｌの液面を求めるようになっている。
【００２３】
この液導管１５は、内槽１１の底部を形成する鏡板の底部中央から垂直に立ち下がった垂直導入部１５ａと、その垂直導入部１５ａから外槽１３側に向かって斜め上方に内槽１１の底部近くまで立ち上がった液側傾斜部１５ｂと、その液側傾斜部１５ｂから水平に延びた水平部１５ｃ、その水平部１５ｃから更に斜め上方に傾斜したガス側傾斜部１５ｄ、そのガス側傾斜部１５ｄから水平に延びると共に垂直に立ち下げられて外槽１３外に延出されて差圧計１７に接続される蒸発ガス導入部１５ｅからなっている。
【００２４】
差圧計１７には内槽１１の頂部に接続されるガス導管１６が接続され、ガス導管１６からの内槽１１内のＢＯＧのガス圧と液導管１５内で蒸発したガス圧との圧力差を差圧計１７で検出して内槽１１内の液位を計測するようになっている。
【００２５】
液導管１５の傾斜部１５ｂと水平部１５ｃで、内槽１１から導入されたＬＮＧが蒸発し、その蒸発ガスがガス導入部１５ｅを介して差圧計１７に液導管１５にかかる液柱圧がガス圧として差圧計１７にかかるようになっている。
【００２６】
本発明においては、この液導管１５の垂直導入部１５ａと液側傾斜部１５ｂと水平部１５ｃの一部を覆う冷熱カバー２０を設けたものである。
【００２７】
この冷熱カバー２０は、熱伝導性の高い銅板やアルミ板、或いは鉄板等からなり、図２に示すように内槽１１の底部に溶着される取付フランジ部２１と液導管１５の液導入部１５ａと液側傾斜部１５ｂと蒸発部１５ｃの一部を密着して覆う断面Ｕ字状のカバー部２２とから構成され、そのカバー部２２のＵ字状部が、垂直導入部１５ａと傾斜部１５ｂとを密着して覆うように傾斜した形状に形成される。
【００２９】
なお、２１は、低温タンク１０の基礎コンクリート、２２は、内外槽１１，１３を支持する支持筒である。
【００３０】
次に本発明の作用を述べる。
【００３１】
低温タンク１０の内槽１１内のＬＮＧ等の低温液体Ｌは液導管１５内に流入し、傾斜部１５ｂと水平部１５ｃで蒸発し、その蒸発ガスがガス導入部１５ｅに流れ、他方内槽１１の頂部のＢＯＧがガス導管１６に流れ、その両導管１５，１６の差圧が差圧計１７によって検出される。
【００３２】
この際、ガス導入部１５ｅのガス圧は、内槽１１の液柱圧と液面上の内槽１１のガス圧がかかり、ガス導管１６との差圧をとることで液柱圧のみを検出して液面の計測が可能となる。
【００３３】
この液面の検出中に、液面の変動で、ガス導入部１５ｅのガス圧が変動し、それに応じて液導管１５から液が内槽１１側に、内槽１１から液導管１５側に流出入するが、液導管１５の垂直導入部１５ａと傾斜部１５ｂとは、冷熱カバー２０で覆われ、内槽１１の底部温度（約１１３Ｋ）に保たれているため、垂直導入部１５ａで沸騰して蒸発ガスが内槽１１側に抜けることを防止でき、高沸点成分の濃度が上昇したり、凝固析出することを防止できる。
【００３４】
次に、この冷熱カバー２０の必要長さについて算定する。
【００３５】
先ず、低温タンクとして、
内槽直径              ５．７ｍ
貯総容量              ３６０ｍ3 
鏡板（内槽底部）      ２：１半楕円
断熱層厚さ（側壁部）  １．２ｍ
断熱層厚さ（底部）    １．７ｍ
今、この低温タンクに１０％のＬＮＧが低液面で貯蔵されているとすると仮定する。
【００３６】
貯蔵量                ３６ｍ3 
鏡板部体積            ２０．６ｍ3 
底部からの液高        ２．０２ｍ
タンク気相圧力        ０．５ＭＰａ
ＬＮＧ比重            ０．４６
この状態での底部静圧と沸点上昇は、
Ｐｓ＝２．０２×０．４６＝０．９３ｍＡｑ＝０．００９１ＭＰａ
(1) ０．５ＭＰａＧ近傍での１℃の沸点上昇に相当する圧力上昇はＬＮＧの場合、約０．０２５ＭＰａ
∴沸点上昇  Δｔ＝（０．００９１／０．０２５）×１＝０．３６℃
(2) ０．２ＭＰａＧの圧力下では同様
∴沸点上昇  Δｔ＝（０．００９１／０．０２）×１＝０．４６℃
(3) ０．５ＭＰａＧから０．２ＭＰａＧに内槽内圧を１時間で減圧した場合のガスの流入を防止するための冷熱カバーの大きさを検討する。
【００３７】
導管中のガス充填長さを、内部３ｍ（内外槽間）、外部２ｍ（外槽外）、直径０．０２ｍとする。
【００３８】
流出ガス量  条件：外部温度  ４０℃
底部液温  −１３７℃
内部平均温度（４０＋（−１３７））／２＝−４８．５℃
流出ガス量ｗは、
【００３９】
【数１】
0004478237.tif 000002
【００４０】
１）上記流出ガス量の凝縮の推算
ガスの顕熱と潜熱の合計熱量を、１５０ｋｃａｌ／ｋｇとする。
【００４１】
(a) 必要冷却熱量  Ｑｇ＝４．０８×１０-3×１５０＝０．６１ｋｃａｌ
(b) ３／４Ｂ導管を１ｍの長さでタンク液温に近い温度としたときのガス冷却による温度上昇（カバー顕熱等を含む）
Ｑｐ＝１．７×１×０．１１×Δｔ＝０．１８７Δｔ
Ｑｐ＝Ｑｇ＝０．６１ｋｃａｌ
Δｔ＝３．３℃
(c) 冷熱カバーで内槽底部液温に近い温度でガスを冷却する場合のカバー末端の温度上昇
銅板厚        ０．００２ｍ
長さ          ０．７ｍ
内槽との距離  ０．１１ｍ
熱伝導率      ３６０ｋｃａｌ／ｍ．ｈ．℃
Ｑｃ＝（３６０／０．１１）×０．００２×０．７×２×Δｔ
＝９．２×Δｔ  ｋｃａｌ／ｈ
Ｑｃ＝Ｑｇ
Δｔ＝０．０７℃
(d) 外部入熱を冷熱カバーで冷却する場合の冷熱カバー端末の温度上昇
夏期に導管０．７ｍへの冷熱カバー全表面への外気からの侵入熱量は、概略次の通りである。
【００４２】
Ｑｉ＝１．１  ｋｃａｌ／ｈ
冷熱カバー表面の端末に入熱が集中したと仮定した時の入熱による温度上昇
Ｑｉ＝Ｑｃ
Δｔ＝（１．１／９．２）＝０．１２℃
(e) 導管（１ｍ）のガス熱伝導に必要な温度差
ガスへの熱伝達は顕熱部と凝縮部の２つに分かれるが、ここでは安全サイドを考慮してガス境膜伝熱係数に近い４０ｋｃａｌ／ｍ２  ｈ℃を使用して検討する。
【００４３】
０．０２×３．１４×１×４０×Δｔ＝Ｑｇ＝０．６１
Δｔ＝０．２４℃
２）  １）項からの推察
導管中の設定条件での許容温度上昇は上記(2) の０．２ＭＰａＧの場合、０．４７℃である。従って上記(d) の冷熱カバー端末の温度上昇０．１２℃から導管部では、０．４６−０．１２＝０．３４℃で熱量的には過冷却状態になっている。
【００４４】
一方、冷熱カバーにより内槽底部へのガス冷却量は上記(c) から０．０７℃と非常に小さい温度差であり、実際の過冷却温度は、０．３４℃より大きくなる。
【００４５】
また、導管からガスへの熱伝達は、(e) から過冷却温度に比べて、小さい温度差でガスを冷却し凝縮させることができる。
【００４６】
従って、導管中のガスはこの落圧条件では、内槽側に抜けることはないので、高沸点成分が濃縮したり、ガスが抜ける際の液面計の振動は発生しない。
【００４７】
このように設定条件に対して、過冷却の温度には未だ余裕があるが、更に低液面の状態になった場合を考慮すると、冷熱カバーの長さは長い方がよく、上記の設定条件のタンクの場合には、カバー長さは、０．４〜０．７ｍとするのがよい。
【００４８】
導管外部の昼夜の気温差による導管中の呼吸量は、導管の体積の約４％が２〜３時間で行われると推定されるので、減圧ケースに比べて非常に少ない量で、冷熱カバーで充分にガスを凝縮させることができる。
【００４９】
３／４Ｂ導管は曲げ加工するため、内槽底部から最小でも１１ｃｍ程度立ち下がる。この距離の区域では断熱層の温度勾配から推定すると約１１℃内槽底部の液温より高い、実際には導管の伝熱により、この温度よりは低いが、それでもかなり高い温度となって沸騰しやすいが冷熱カバーを取り付けることにより、内槽底部の温度より０．１２℃高いだけなので沸騰することを確実に防止でき、高沸点成分の濃縮が起こることがない。
【００５０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、液導管の垂直導入部と液側傾斜部とを密着して覆う冷熱カバーを備えることで、液導管からＬＮＧ中のメタンが蒸発しその蒸発ガスが内槽側に抜けることがなくなり、高沸点成分が濃縮されて液導管を閉塞することを防止できると共に、液面計の誤作動を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の要部の拡大右側面図である。
【図３】従来の液面計に用いる液導管の拡大図である。
【図４】従来の液面計を示す図である。
【符号の説明】
１１  内槽
１２  断熱層
１３  外槽
１５  液導管
１５ａ  液導入部
１５ｂ  液蒸発部
１５ｅ  ガス導入部
１７  差圧計
【図１】
0004478237.tif 000003
【図２】
0004478237.tif 000004
【図３】
0004478237.tif 000005
【図４】
0004478237.tif 000006