(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相の液化ガスを加熱して蒸発させる熱交換部と、該熱交換部に液相の液化ガスを噴霧するノズルと、前記熱交換部を加熱するための加熱手段と、気化した気相の液化ガスが流入する流路とを備え、前記熱交換部は、液相の液化ガスが噴霧されて気化するほぼ水平な蒸発面を有し、該蒸発面は、該蒸発面に形成され前記ノズルから噴霧された液相の液化ガスが溜まる溝と、該溝の底部に設けられ前記溝に溜まった液相の液化ガスを核沸騰状態にさせる突起とを有してなる液化ガス蒸発装置。
【請求項２】
液相の液化ガスを減圧して噴霧する減圧部と、該減圧部から噴霧された液相の液化ガスを加熱して蒸発させる熱交換部と、該熱交換部を加熱するための加熱手段とを備え、前記熱交換部は、前記減圧部に設けたノズルからの液相の液化ガスが噴霧されて気化するほぼ水平な蒸発面と、該蒸発面に噴霧されて気化した気相の液化ガスが流入する流路とを有し、前記熱交換部の蒸発面は、該蒸発面に形成され前記ノズルから噴霧された液相の液化ガスが溜まる溝と、該溝の底部に突設され前記溝に溜まった液相の液化ガスを核沸騰状態にさせる突起とを有し、前記熱交換部の流路は、前記蒸発面の前記溝が形成されていない部分に開口してなる液化ガス蒸発装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガス蒸発装置に係り、特に、液相の液化ガスを加熱した蒸発面に噴霧して気相の液化ガスを生成する液化ガス蒸発装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液相の液化ガスを減圧部で減圧し、この減圧により断熱膨張した液相の液化ガスを加熱手段で加熱した熱交換部の蒸発面に噴霧する液化ガス蒸発装置が、実開平３−６２２９９号公報などに提案されている。実開平３−６２２９９号公報などに提案されている液化ガス蒸発装置では、熱交換部の蒸発面を凹凸状に形成し、凸部の先端に気相の液化ガスが流入する流路の開口した構成や、蒸発面から液相の液化ガスの噴霧方向に気相の液化ガスが流入する流路を蒸発面から筒状に突出させた構成になっている。このような構成の従来の液化ガス蒸発装置では、熱交換部の蒸発面を凹凸状に形成すること、または流路を蒸発面から筒状に突出させることで蒸発面の表面積、すなわち伝熱面積を大きくして蒸発効率が高くなるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液体の沸騰状態は、液体と加熱表面との温度差に対する熱流束、すなわち単位伝熱面積あたりの伝熱量の関係から、核沸騰や膜沸騰などに分けられる。膜沸騰は、液体と加熱表面との温度差が核沸騰状態よりも大きいが、加熱表面が蒸気の膜で覆われ、加熱面の熱がこの蒸気の膜を介して液体に伝達される。このため、加熱面での熱伝達が抑制されて熱流束が核沸騰状態よりも小さくなり、熱流束が小さくなる。これに対し、核沸騰は、膜沸騰状態よりも温度差は少ないが、加熱面から気泡が連続的に発生している状態であり、非沸騰状態や膜沸騰状態よりも熱流束が大きくなる。したがって、加熱面の熱を液体に効率よく伝えるためには、液相の液化ガスと熱交換部の蒸発面との温度差範囲をできる限り核沸騰状態になる温度差範囲に近づける必要がある。
【０００４】
しかし、従来の液化ガス蒸発装置では、単に熱交換部の蒸発面の伝熱面積を大きくしたに過ぎないため、液相の液化ガスと熱交換部の蒸発面との温度差の範囲が核沸騰状態になる温度差の範囲にならず、十分な蒸発効率を得られない場合がある。
【０００５】
本発明の課題は、液化ガス蒸発装置の蒸発効率を向上することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の液化ガス蒸発装置は、以下の手段により上記課題を解決する。すなわち、液相の液化ガスを加熱して蒸発させる熱交換部と、この熱交換部に液相の液化ガスを噴霧するノズルと、熱交換部を加熱するための加熱手段と、気化した気相の液化ガスが流入する流路とを備え、熱交換部は、液相の液化ガスが噴霧されて気化するほぼ水平な蒸発面を有し、この蒸発面は、この蒸発面に形成され前記ノズルから噴霧された液相の液化ガスが溜まる溝と、この溝の底部に設けられ前記溝に溜まった液相の液化ガスを核沸騰状態にさせる突起とを有する構成とする。
【０００７】
このような構成とすれば、熱交換部の蒸発面で気化されなかった低温の液相の液化ガスは、蒸発面に形成された溝に溜まる。溝に溜まった液相の液化ガスは、溝を画成する面からの熱を奪い蒸発する。このとき、液相の液化ガスと溝を画成する面との温度差が膜沸騰状態になるような温度に溝を画成する面が加熱されていると、溝を画成する面から液相の液化ガスへの熱流束が小さくなる。溝に設けられた突起は、液相の液化ガスが溝中に溜まっていない状態では蒸発面と同様の温度に加熱されている。しかし、液相の液化ガスが溝に溜まると、低温の液相の液化ガスにより突起の熱が奪われる。このため、熱交換部の蒸発面が形成された部分から突起への熱の供給が間に合わなくなると、突起の温度が低下する。したがって、溝中の液相の液化ガスと突起の表面との温度差が小さくなり、溝中の液相の液化ガスと突起の表面との温度差がほぼ核沸騰状態になる温度差範囲になると、突起の表面から溝内の液相の液化ガスへの熱流束が大きくなり、溝内の液相の液化ガスは、突起との熱交換により効率よく気化される。したがって、液化ガス蒸発装置の蒸発効率を向上することができる。
【０００８】
さらに、液相の液化ガスを減圧して噴霧する減圧部と、この減圧部から噴霧された液相の液化ガスを加熱して蒸発させる熱交換部と、この熱交換部を加熱するための加熱手段とを備え、熱交換部は、減圧部からの液相の液化ガスが噴霧されて気化するほぼ水平な蒸発面と、この蒸発面に噴霧されて気化した気相の液化ガスが流入する流路とを有し、熱交換部の蒸発面は、この蒸発面に形成され噴霧された液相の液化ガスが溜まる溝と、この溝の底部に突設され溝に溜まった液相の液化ガスを核沸騰状態にさせる突起とを有し、熱交換部の流路は、蒸発面の溝が形成されていない部分に開口した構成とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる液化ガス蒸発装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる液化ガス蒸発装置の概略構成と動作を示す断面図である。図２は、熱交換部の蒸発面の概略構成と動作を示す部分的な斜視図である。なお、本実施形態の液化ガス蒸発装置は、液相の液化ガス、例えば液化石油ガス（ＬＰＧ）や液化天然ガス（ＬＮＧ）などを減圧して断熱膨張させた後、蒸発させて気相の液化ガスを生成する装置である。
【００１０】
本実施形態の液化ガス蒸発装置は、図１に示すように、液相の液化ガスの減圧を行う減圧部１、そして、減圧部１の下方に一体に構成されて液相の液化ガスの蒸発を行う熱交換部３を備えている。減圧部１は、連結流路５を介して連通している上側の減圧室７と下側の減圧室９とを有している。上側の減圧室９は、上面がダイヤフラム１１で画成されている。ダイヤフラム１１の上面には、ダイヤフラム１１を下側に押すように付勢する調整ばね１３が設けられている。ダイヤフラム１１には、ダイヤフラム１１から下方に延在し、下側の減圧室９内に先端部が突出した調整杆１５が取り付けられている。
【００１１】
下側の減圧室９には、減圧室９を画成する側壁を貫通し、この側壁から減圧室９内に突出したノズル部１７、そして、ノズル部１７のテーパー状の先端部から突出している弁棒１９と当接する動揺片２１などが設けられている。ノズル部１７は、液相の液化ガスが通流する液化ガス供給流路部２２に連通しており、ノズル部１７が取り付けられている減圧室９の側壁の外側にに位置してガス供給流路部２２に連通する入口側ノズル１７ａと、減圧室９内に突出した出口側ノズル１７ｂとを有している。ノズル部１７の出口側ノズル１７ｂの内側には、弁棒１９に連結され、動揺片２１の回動に連動して出口側ノズル１７ｂの弁開度を調整する弁体２３が設けられている。また、動揺片２１は、上側の減圧室７のダイヤフラム１１から垂下された調整杆１５のテーパー状の先端部が当接している。したがって、動揺片２１は、ダイヤフラム１１の往復移動に連動して回動し、出口側ノズル１７ｂの弁開度は、ダイヤフラム１１の往復移動に応じて変化する。
【００１２】
熱交換部３は、伝熱性の材料、例えば銅やアルミニウムなどで略円筒形のブロック状に形成されている。熱交換部３の上面部分は、凹状に形成されており、減圧部１の下側の減圧室９に連続する空間になっている。この凹状に形成された空間の底面が、ノズル部１７の出口側ノズル１７ｂのテーパー面下側部分に形成された噴出口２５から噴霧される液相の液化ガスを受けるほぼ水平な蒸発面２７となる。熱交換部３の蒸発面２７の下方には、熱交換部３の軸部分を通るように側壁から横方向に形成された有底穴にカートリッジヒータ２９が着脱自在に挿入されている。熱交換部３の中央部には、蒸発面２７から熱交換部３の底部に向けて並列に並び、気相の液化ガスの流路となる複数の熱交換用フィン３１が設けられている。熱交換部３の底部には、熱交換用フィン３１が連通している下部チャンバー３３が形成されている。下部チャンバー３３の底面には、液化ガスから分離されたドレンを排出するための図示していないドレンバルブに設けられたドレン流路３５が形成されている。下部チャンバー３３の熱交換用フィン３１が開口している上面には、熱交換部３の側壁から図示していない外部流路などに連通するガス出口流路３７が開口している。
【００１３】
蒸発面２７には、図２に示すように、蒸発面２７の中央部に一列に並ぶ熱交換用フィン３１の流入口３９を挟むように２つの直方体状の溝４１が形成されている。各々の溝４１の底面には、溝４１の長手方向の軸に沿って一列に複数の円柱状の突起４３が突設されている。なお、溝４１は、切削加工などにより容易な加工で形成することができ、突起４３は、溝４１の底面に形成した有底孔に、熱交換部３と同様の伝熱性の材料で形成した円柱状の突起を打ち込むことで、熱交換部３から熱伝達されて加熱されるように構成されている。また、突起４３は、円柱状以外の形状で構成することもできる。
【００１４】
熱交換フィン３１は、中央部分にガスの流れの下流側に向けて漸次拡径するテーパー状の部分を有しており、熱交換フィン３１のテーパー状の部分よりも上流側の部分は、テーパー状の部分よりも下流側の部分よりも径が細くなっている。なお、図２では、蒸発面２７の構成を分かり易くするため、熱交換部３の上部のみを部分的に示しており、蒸発面２７を取り囲んでいる熱交換部３の側壁などは省略している。
【００１５】
このような構成の液化ガス蒸発装置の動作と本発明の特徴部について説明する。すなわち、液化ガス供給流路部２２から減圧部１のノズル部１７に供給された液相の液化ガスは、図１及び２に示すように、出口側ノズル１７ｂの噴出口２５から熱交換部３の蒸発面２７の中央部分に向け、減圧により断熱膨張された状態で噴霧される。このとき、熱交換部３は、カートリッジヒータ２９により加熱されているため、蒸発面２７の熱により、噴霧された液相の液化ガスは瞬間的に蒸発して気化され、流入口３９から熱交換フィン３１内に流入する。熱交換フィン３１内に流入した気相の液化ガスは、さらに熱交換フィン３１内で熱交換されてスーパーヒートされ、再液化し難い気相の液化ガスとなり、下部チャンバー３３、ガス出口流路３７を通って、ガス出口流路３７に連通する流路や機器類などに供給される。
【００１６】
ここで、減圧部１では、下側の減圧室９内の気化された液化ガスが連絡流路５を通って上側の減圧室７に流入するため、気化された液化ガスのガス圧がダイヤフラム１１に作用する。ガス圧が調整ばね１３の付勢力よりも大きくなると、ダイヤフラム１１が上方に押し上げられる。このダイヤフラム１１の移動により調整杆１５が上方に移動し、揺動片２１の回動に連動して弁棒１９が出口ノズル１７ｂの先端部から突出する方向に移動し、弁体２３が出口ノズル１７ｂを閉塞する。したがって、気相の液化ガスのガス圧が高くなるに連れて出口ノズル１７ｂの弁開度が小さくなり、所定の圧に達すると出口ノズル１７ｂが閉塞され、液相の液化ガスの噴出が停止される。また、気相の液化ガスが液化ガス蒸発装置の外部に流出し、ガス圧が低下すると、調整ばね１３の付勢力によりダイヤフラム１１が下方に押し下げられる。このダイヤフラム１１の移動により、調整杆１５、揺動片２１、そして弁棒１９を介して弁体２３が動作し、出口ノズル１７ｂが開かれ、液相の液化ガスの噴出が再び開始される。これにより、液相の液化ガスの噴出量が調整されると共に、気相の液化ガスの流出または消費状態に合わせた減圧動作が行われる。
【００１７】
ところで、蒸発面２７で気化されなかった液相の液化ガスは、蒸発面２７に形成されている溝４１内に溜まる。溝４１に溜まった液相の液化ガスは、溝４１を画成する面からの熱を奪い蒸発する。このとき、溝４１を画成する面との温度差が膜沸騰状態になるような温度に溝４１を画成する面が加熱されている場合、溝４１を画成する面の表面に形成された蒸気膜が、溝４１を画成する面から液相の液化ガスへの熱伝達を抑制するため、溝４１を画成する面から液相の液化ガスへの熱流束が小さくなる。このため、溝４１内に溜まった液相の液化ガスが増えるに連れて、液相の液化ガスの温度は上昇し難くなる。
【００１８】
溝４１に設けられた突起４３は、液相の液化ガスが溝４１中に溜まっていない状態では蒸発面２７とほぼ同じ温度に加熱されている。しかし、膜沸騰状態で溝４１内に低温の液相の液化ガスが溜まるに連れ、この液相の液化ガスにより突起４３の熱が奪われる。この低温の液相の液化ガスにより突起４３から奪われる熱が、熱交換部３の上部から突起４３へ供給される熱よりも多くなると、突起４３の温度が低下する。したがって、溝４１中の液相の液化ガスと突起４３の表面との温度差が小さくなり、溝４１中の液相の液化ガスと突起４３の表面との温度差がほぼ核沸騰状態になる温度差範囲になると、突起４３の表面から溝４１内の液相の液化ガスへの熱流束が大きくなり、溝４１内の液相の液化ガスが、突起４３との熱交換により効率よく気化される。
【００１９】
このように、本実施形態の液化ガス蒸発装置は、蒸発面２７に溝４１とこの溝４１内に突設された突起４３とを備えているため、処理する液化ガスに対して、蒸発面２７、すなわち溝４１を画成する面と液相の液化ガスとの温度差が膜沸騰状態になるような温度差範囲にある場合であっても、突起４３の表面と液相の液化ガスとの温度差をほぼ核沸騰状態になるような温度差範囲にして、液相の液化ガスへの熱流束を増大させることができる。したがって、蒸発面２７で気化されなかった液相の液化ガスを突起４３との熱交換により効率よく気化させることができるため、蒸発効率を向上することができる。
【００２０】
また、液化ガス蒸発装置を汎用する場合、すなわち１つの液化ガス蒸発装置を２種類以上の液化ガスの気化に用いる場合、液相の液化ガスを減圧したときの温度が高い方の液化ガスに合わせて熱交換部３の温度を決める必要がある。このとき、従来の液化ガス蒸発装置では、液相の液化ガスを減圧したときの温度が低い方の液化ガスを気化する場合、蒸発面と液相の液化ガスとの温度差が大きくなって膜沸騰状態になり易く、温度が低い方の液化ガスを効率よく気化することができない場合がある。
【００２１】
これに対し、本実施形態の液化ガス蒸発装置では、上述のように、溝４１に溜まった液相の液化ガスによって突起４３が温度低下するため、突起４３の表面と液相の液化ガスとの温度差をほぼ核沸騰状態になるような温度差範囲にすることができ、温度が低い方の液化ガスも効率よく気化することができる。
【００２２】
さらに、突起４３の径と長さは任意に設計できるため、突起４３の径と長さを気化対象の液化ガスの量や種類などに応じて設計すれば、液化ガス蒸発装置の蒸発効率をさらに向上できる。なお、突起の径が細くなるに従い、突起の温度は降下し易くなり、突起の径が太くなるに従い、突起の温度は降下し難くなる。
【００２３】
また、従来の液化ガス蒸発装置では、熱交換部の蒸発面を凹凸状に形成する場合、切削加工などで凹凸を形成することは難しく、熱交換部の形成に複雑な加工を必要とする。しかし、本実施形態の液化ガス蒸発装置では、溝４１は切削加工などで容易に形成することができ、また、突起４３も、溝４１の底面に形成した穴に打ち込むなどの方法により容易に形成できる。したがって、装置の加工が容易になり、また、加工に要するコストなどを低減できる。
【００２４】
さらに、従来の液化ガス蒸発装置では、気相の液化ガスが流入する流路を蒸発面から筒状に突出させた場合、熱交換面の形成は容易に行えるが、蒸発面の表面積を大きくし難く、必要な表面積を得るためには、液化ガス蒸発装置を大型化する必要がある。しかし、本実施形態の液化ガス蒸発装置は、溝４１と突起４３を形成する数や大きさなどにより表面積を適宜大きくすることができるため、装置を小型化することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、直方体状の溝４１を一列に並ぶ流入口３９を挟むように形成したが、溝４１の数や形状、さらに、溝４１に突設する突起４３の本数は、適宜変えることができる。ただし、溝４１の底面の面積が大きくなると、溝４１内に溜まる液相の液化ガスの深さが十分な深さにならない。この場合、突起４３の温度が低下し難くなるため、突起４３と液相の液化ガスとの温度差がほぼ核沸騰状態なる温度範囲にまで小さくならず、蒸発効率を十分に向上できない場合があるので、液化ガスの量などに応じて溝４１を設計することが好ましい。
【００２６】
また、本実施形態では、蒸発部１と熱交換部３とを上下方向に一体に構成し、熱交換部３をカートリッジヒータ２９で加熱する液化ガス蒸発装置について説明したが、本発明はこのような構成に限らず、蒸発部で減圧して断熱膨張させた液相の液化ガスを熱交換部の蒸発面に噴霧する様々な構成の液化ガス蒸発装置に適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、液化ガス蒸発装置の蒸発効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる液化ガス蒸発装置の一実施形態の概略構成と動作を示す断面図である。
【図２】本発明を適用してなる液化ガス蒸発装置の一実施形態の蒸発面の概略構成と動作を部分的に示す斜視図である。
【符号の説明】
３  熱交換部
１７  ノズル部
２７  蒸発面
２９  カートリッジヒータ
３１  熱交換フィン
４１  溝
４３  突起
【図１】
0003800392.tif 000002
【図２】
0003800392.tif 000003