(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスを圧縮する圧縮手段の二次側配管から一次側配管へ圧縮ガスの一部を戻すガス戻し配管を設けるとともに、該ガス戻し配管に、圧縮ガスの戻り量を制御する保圧弁と、圧縮ガスを冷却する冷却手段とを設けたことを特徴とする液化ガスの送液設備。
【請求項２】
液化ガスを圧縮する圧縮手段の二次側配管から一次側配管へ圧縮ガスを戻すガス戻し配管を設け、該ガス戻し配管に圧縮ガスの戻り量を制御する保圧弁を設けるとともに、圧縮機一次側配管における前記ガス戻し配管の接続点と前記圧縮手段との間に、圧縮ガス合流後の液化ガスを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする液化ガスの送液設備。
【請求項３】
前記圧縮される液化ガスが、液化ガス貯槽から導出したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の液化ガスの送液設備。
【請求項４】
前記冷却手段は、前記液化ガス貯槽の液化ガスが有する寒冷を冷却源として用いることを特徴とする請求項３記載の液化ガスの送液設備。
【請求項５】
前記冷却手段は、冷凍機の冷媒を冷却源として用いることを特徴とする請求項１又は２記載の液化ガスの送液設備。
【請求項６】
前記圧縮される液化ガスが、空気分離装置から導出したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の液化ガスの送液設備。
【請求項７】
圧縮ガスの送出先に、液化ガス貯槽が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の液化ガスの送液設備。
【請求項８】
前記圧縮手段がガス駆動式であることを特徴とする請求項１又は２記載の液化ガスの送液設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガスの送液設備に関し、詳しくは、ポンプ等の圧縮手段を用いて液化ガスを昇圧又は送液する際に、液化ガスの気化によるキャビーテーションを防止して効率よく液化ガスを送液することができる液化ガスの送液設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水や油等の液体を送液する場合、圧縮機（ポンプ）における送液流量を調節するため、圧縮機二次側から圧縮機一次側に液体を戻すための戻し配管（還水配管）を設け、該戻し配管に設けた流量調整弁を調節することにより、供給液量を調節することが一般的に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、液化ガスのように容易に気化する液体を昇圧・送液しようとする場合、圧縮機一次側配管からの熱侵入や、圧縮機駆動部からの熱伝導及び流体自体の圧縮熱等により、液化ガスの一部が気化し、更には、該気化ガスによって圧縮機がキャビテーションを起こし、送液不能となったり、圧縮機自体が破損したりするおそれがあった。
【０００４】
そこで、本発明は、送液時の液化ガスの気化によるキャビーテーションを防止し、効率的に液化ガスの圧縮・送液・流量制御が可能な液化ガスの送液設備を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液化ガスの送液設備における第１の構成は、液化ガスを圧縮する圧縮手段の二次側配管から一次側配管へ圧縮ガスの一部を戻すガス戻し配管を設けるとともに、該ガス戻し配管に、圧縮ガスの戻り量を制御する保圧弁と、圧縮ガスを冷却する冷却手段とを設けたことを特徴としている。
【０００６】
本発明の液化ガスの送液設備における第２の構成は、液化ガスを圧縮する圧縮手段の二次側配管から一次側配管へ圧縮ガスを戻すガス戻し配管を設け、該ガス戻し配管に圧縮ガスの戻り量を制御する保圧弁を設けるとともに、圧縮機一次側配管における前記ガス戻し配管の接続点と前記圧縮手段との間に、圧縮ガス合流後の液化ガスを冷却する冷却手段を設けたことを特徴としている。
【０００７】
前記圧縮される液化ガスが、液化ガス貯槽から導出したものであること、前記冷却手段が、前記液化ガス貯槽の液化ガスが有する寒冷を冷却源として用いること、前記冷却手段が、冷凍機の冷媒を冷却源として用いることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は、前記圧縮される液化ガスが、空気分離装置から導出したものであること、圧縮ガスの送出先に、液化ガス貯槽が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
さらにまた、本発明は、前記圧縮手段がガス駆動式であることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の液化ガスの送液設備の第１形態例を示す系統図である。この液化ガスの送液設備は、低圧液化ガス貯槽１１に貯留されている液化ガス、例えば液化炭酸ガスを圧縮機（ポンプ）１２で昇圧して高圧液化ガス貯槽１３に送込むための設備である。圧縮機１２の二次側には、圧力変動を吸収するためのアキュムレーター１４、圧力計（ＰＴ）１５が設けられ、高圧液化ガス貯槽１３には、貯槽内の液化炭酸ガス量を検出するための差圧計（ＬＧ）１６が設けられるとともに、昇圧した液化炭酸ガスを使用する装置として、例えば、ドライアイス生成装置、洗浄装置、精製装置、あるいはこれらを適宜組合わせた液化炭酸ガス使用装置１７が設けられている。
【００１１】
さらに、本形態例では、前記圧力計１５及び差圧計１６からの信号によって圧縮機１２の運転状態を、該圧縮機１２の駆動源である電機モーターを介して制御するためのインバータ１８が設けられている。
【００１２】
そして、圧縮手段である圧縮機１２には、該圧縮機１２の二次側配管１９から一次側配管２０へ圧縮ガス（圧縮後の液化ガス及び気化ガス）の一部を戻すためのガス戻し配管２１が設けられるとともに、該ガス戻し配管２１には、圧縮ガスの戻り量（還流量）を制御する制御手段である保圧弁２２と、圧縮ガスを冷却する冷却手段である熱交換器２３とが設けられている。
【００１３】
低圧液化ガス貯槽１１に貯留されている液化炭酸ガスは、一次側配管２０を通って圧縮機１２に送液される。圧縮機１２の運転が始まると、圧縮機１２による液化炭酸ガスの圧縮・送液が開始され、所定圧力の液化炭酸ガスが高圧液化ガス貯槽１３に貯液され始める。このとき、圧縮機１２の二次側配管１９内が所定の圧力以上になると、すなわち、圧縮機１２で圧縮された液化ガスの圧力が、前記ガス戻し配管２１に設けた保圧弁２２の設定圧力以上になると、保圧弁２２が開き、気化した炭酸ガスを含む液化炭酸ガスが、ガス戻し配管２１を通って熱交換器２３に導入され、該熱交換器２３に供給される冷却媒体により所定温度に冷却されるとともに気化した炭酸ガスを再液化させて圧縮機１２の一次側配管２０に再供給する。
【００１４】
高圧液化ガス貯槽１３が満量になると、差圧計１６が満量状態を検知し、インバータ１８により圧縮機１２の減量運転が開始される。このときも、圧縮機１２の二次側配管１９の圧力が保圧弁２２の設定圧力以上になると、気化した炭酸ガスを含む液化炭酸ガスがガス戻し配管２１を通って熱交換器２３に導入され、所定温度に冷却されて気化した炭酸ガスを液化した状態で、圧縮機１２の一次側配管２０に再供給される。
【００１５】
すなわち、圧縮機１２の二次側から一次側に圧縮ガスの一部を戻して流量調節や圧力調節を行う際に、一次側に還流する圧縮ガスを熱交換器２３に導入して冷却し、圧縮ガス中に含まれる炭酸ガス（気化ガス）を凝縮させるとともに、所定温度に降温してから一次側に戻すことにより、各部からの熱侵入、ポンプ駆動部からの熱伝導、液化炭酸ガス自体の圧縮熱等で液化炭酸ガスが気化した場合でも、気化ガスによって圧縮機１２がキャビテーションを起こすことを防止できる。
【００１６】
なお、前記圧縮機（圧縮手段）１２には、遠心式、軸流式、往復式のような任意の形式のポンプを使用することができる。また、圧縮機１２の制御手段として、インバータ１８による電機モーターの回転制御を用いたが、抵抗制御等の他の電気的な制御手段を使用することもできる。また、ガス戻し配管２１に設ける制御手段として保圧弁２２を用いたが、ニードル弁等の流量調整可能な絞り部を用いてもよい。
【００１７】
さらに、送液する液化ガスは、通常は、液化ガス貯槽から導出したものであるが、他の設備、例えば空気分離装置から導出したものであってもよい。液化ガスの種類も任意であり、例えば、前記液化炭酸ガスの他にも、液化酸素、液化窒素、液化アルゴン、液化天然ガス、液化水素等にも適用が可能である。また、圧縮後の液化ガスの送液先も任意である。また、ガス戻し配管２１に設ける冷却手段（熱交換器）は、気化ガスを凝縮液化する凝縮器として作用するとともに、一次側に戻るガスを所定温度に冷却できるものならばよく、冷却源には、送液する液化ガスを凝縮できるものならば適当なものを使用可能であり、例えば、冷凍機で冷却したアンモニアやフロン等の冷媒であってもよく、他の適宜な低温冷媒、例えば、液化ガスが上記液化炭酸ガスの場合は、液化窒素や極低温の窒素ガス等を使用することができ、液化ガス貯槽１１，１３の液化ガスが有する寒冷を利用することもできる。
【００１８】
図２は、本発明の第２形態例を示す系統図である。この液化ガスの送液設備は、前記第１形態例における高圧液化ガス貯槽１３に代えて、螺旋状配管で構成される整流部２４を使用したものである。なお、前記第１形態例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１９】
本形態例においても、第１形態例と同様に、圧縮機１２の二次側から一次側に還流する圧縮ガスを熱交換器２３で冷却することにより、気化ガスを凝縮させるとともに所定温度に冷却するようにしているので、圧縮機１２でのキャビテーションの発生を防止できる。
【００２０】
図３は、第１参考例を示す系統図である。本参考例に示す液化ガス送液設備では、前記第１形態例における圧縮機二次側配管１９と一次側配管２０とを接続するガス戻し配管２１に代えて、圧縮機１２の二次側配管１９から低圧液化ガス貯槽１１に、制御手段としての保圧弁３２を介して圧縮ガスを還流させるガス戻し配管３１を設けたものである。なお、前記第１形態例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２１】
すなわち、圧縮機１２の二次側配管１９内が、ガス戻し配管３１に設けた保圧弁３２の設定圧力以上になると、気化した炭酸ガスを含む液化炭酸ガスの一部が、二次側配管１９からガス戻し配管３１を通って低圧液化ガス貯槽１１に戻される。したがって、気化ガスは、圧縮機１２に吸入されることなく低圧液化ガス貯槽１１に戻され、低圧液化ガス貯槽１１内の液化炭酸ガスによって直接冷却されて再液化するので、圧縮機１２に気化ガスが流入することがなく、キャビテーションの発生を防止できる。
【００２２】
図４は、本発明の第３形態例を示す系統図である。本形態例に示す液化ガス送液設備では、圧縮機１２の駆動源に、電機モーターに代えてエア駆動のタービンを使用している。なお、前記第２形態例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２３】
すなわち、本形態例では、駆動用エア配管３３から所定圧力の駆動用エアを供給し、駆動用エア配管３３に設けた流量調節弁３４の開度を、圧力計１５及び差圧計１６からの信号によって作動する電動アクチュエーター（Ｍ）３５で調節し、圧縮機駆動用タービンに供給する駆動用エアの流量を調整することにより、圧縮機１２の送液流量を制御するようにしている。圧縮機駆動用タービンの駆動ガスとしては、上記エア（圧縮空気）の他、窒素ガス、二酸化炭素、アルゴンガス等の各種ガスを駆動ガスとして使用することができる。
【００２４】
図５は、本発明の第４形態例を示す系統図である。本形態例に示す液化ガス送液設備では、圧縮機１２の二次側配管１９から一次側配管２０へ圧縮ガスの一部を戻すためのガス戻し配管３６を設けるとともに、該ガス戻し配管３６に制御手段としての保圧弁３７を設け、さらに、該ガス戻し配管３６の接続点３８と圧縮機１２との間の一次側配管２０に、気化ガスを凝縮させるとともに、所定温度に冷却する熱交換器３９を設けたものである。なお、前記第１形態例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２５】
したがって、本形態例では、二次側配管１９から圧縮機一次側に戻される圧縮ガスは、低圧液化ガス貯槽１１からの液化炭酸ガスと合流してから熱交換器３９に流入し、該ガス中に含まれる気化ガスが再液化される。このように圧縮ガス合流後の経路に熱交換器３９を設けることにより、圧縮機１２に流入する液化炭酸ガスの過冷度を一定にすることが可能となるので、圧縮機１２の運転がより安定した状態となる。
【００２６】
図６は、第２参考例を示す系統図である。本参考例に示す液化ガス送液設備では、前記第１参考例における圧縮機１２の二次側配管１９に気液分離手段４０を設けて圧縮ガス中の気化ガスを積極的に分離し、分離した気化ガスのみをガス戻し配管３１から低圧液化ガス貯槽１１に戻すようにしたものである。これにより、気化ガスをほとんど含まない状態の液化ガスを高圧液化ガス貯槽１３等に送ることができる。なお、前記第１参考例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
このとき、還流させる気化ガスは、第１形態例のように熱交換器２３で冷却して一次側配管２０に戻してもよく、第４形態例のように熱交換器３９を備えた一次側配管２０の熱交換器上流側に戻すようにしてもよい。また、気液分離手段４０には、一般的な気液分離器を用いることもできるが、高圧液化ガス貯槽１３を気液分離手段として利用し、該貯槽１３の上部にガス戻し配管を接続することもできる。
【００２８】
【実施例】
実施例１
図２に示す構成の送液設備を使用し、圧力２ＭＰａ、温度約−２０℃の液化炭酸ガスを、約１．３ｋｇ／ｍｉｎの流量でドライアイス生成装置に送液した。なお、圧縮機には多摩精機製往復式圧縮機を、熱交換器（凝縮器）には三菱電機製冷凍機をそれぞれ使用した。ドライアイス生成装置で連続的にドライアイスを生成する運転を継続して行ったが、その間、圧縮機での異音の発生、異常振動、温度上昇及び圧縮機の破損等はなく、流量制御を含めて安定した運転を行うことができた。
【００２９】
実施例２
図２に示す構成の送液設備を使用し、圧力２ＭＰａ、温度約−２０℃の液化炭酸ガスを、約１．０ｋｇ／ｍｉｎの流量で液化炭酸ガス精製装置に送液し、精製後の液化炭酸ガスをドライアイススノー洗浄装置に供給した。なお、圧縮機にはハスケル製ダイヤフラム式圧縮機を、熱交換器（凝縮器）には三菱電機製冷凍機をそれぞれ使用した。ドライアイススノー洗浄装置を連続的に運転したが、圧縮機での異音の発生、異常振動、温度上昇及び圧縮機の破損等はなく、流量制御を含めて安定した運転を行うことができた。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、気化ガスによるキャビーテーションの発生を防止して安定した状態で液化ガスを送液することができ、液化ガス送液設備の運転効率向上や制御性向上等が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の液化ガスの送液設備の第１形態例を示す系統図である。
【図２】  本発明の液化ガスの送液設備の第２形態例を示す系統図である。
【図３】  第１参考例を示す系統図である。
【図４】  本発明の液化ガスの送液設備の第３形態例を示す系統図である。
【図５】  本発明の液化ガスの送液設備の第４形態例を示す系統図である。
【図６】  第２参考例を示す系統図である。
【符号の説明】
１１…低圧液化ガス貯槽、１２…圧縮機、１３…高圧液化ガス貯槽、１４…アキュムレーター、１５…圧力計、１６…差圧計、１７…液化炭酸ガス使用装置、１８…インバータ、１９…二次側配管、２０…一次側配管、２１…ガス戻し配管、２２…保圧弁、２３…熱交換器、２４…整流部、３３…駆動用エア配管、３４…流量調節弁、３５…電動アクチュエーター、３６…ガス戻し配管、３７…保圧弁、３８…接続
【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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