(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を液化天然ガスの有する冷熱で冷却しながら、液化天然ガスを空気によって加熱して気化させる空気熱源液化天然ガス気化器であって、
外気中から導入される空気を冷却する予冷器と、
予冷器で冷却された空気を除湿する除湿器と、
除湿器で除湿された空気をさらに冷却する深冷器とを含み、
深冷器では空気が液化天然ガスと熱交換して、空気が冷却されるとともに液化天然ガスが所定の低温まで昇温気化され、
予冷器では、深冷器で所定の低温まで昇温気化された天然ガスと空気とが熱交換して、空気が所定の温度まで冷却されるとともに天然ガスが昇温され、空気と熱交換する天然ガスには液化天然ガスを混合可能であり、
前記予冷器または前記深冷器のうちの少なくともいずれかは、
前記天然ガスが流れ、多数のＵ曲げ部を有する複数の伝熱管と、
伝熱管に噴流を与えながら空気を流すように、伝熱管の複数のＵ曲げ部に差し込まれるフィンブロックとを含むことを特徴とする空気熱源液化天然ガス気化器。
【請求項２】
前記複数の伝熱管は、間隔をあけて縦型に配置されるヘッダ間を連結し、水平面内でＵ字状の曲げを繰返す同一形状の伝熱管であって、Ｕ字状の曲げが上下方向にそろうように配置されることを特徴とする請求項１記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
【請求項３】
前記複数の伝熱管とヘッダとの組合せは、２組が仮想的な中央面に関して面対称となるように配置され、
該中央面から離れる側端位置のＵ字状の曲げ部間には、両側の曲げ部間の幅を有する全幅フィンブロックが挿入され、
該中央面に接近する位置のＵ字状の曲げ部には、該Ｕ字状の曲げ部から側端位置までの幅を有する半幅フィンブロックが挿入されることを特徴とする請求項２記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
【請求項４】
前記除湿器は、冷却状態で水分を吸着し、加温状態で吸着した水分を脱着して、吸着能力を再生可能であり、
前記予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも低いときに、除湿器の再生に用いた排熱により、所定温度まで加温して予冷器に導入する外気予熱手段を、さらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
【請求項５】
前記予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときに、除湿器に導入して除湿する空気に、前記深冷器で冷却された空気の一部を混合させて混合後の空気の温度が予め定める温度となるように調整する予冷空気温度調整手段を、さらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
【請求項６】
前記予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときに、除湿器に導入して除湿する空気の温度が予め定める温度となるように、前記深冷器で空気と熱交換する液化天然ガスの一部をバイパスさせて、前記予冷器で空気と熱交換する天然ガスに混合する量を調整するバイパス調整手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
【請求項７】
前記深冷器を出る低温空気を、内燃機関の空気源として利用し、該内燃機関から出る排熱を前記除湿器の再生熱源に利用することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の空気熱源液化天然ガス気化器。
【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（以下、「ＬＮＧ」と略称する）を各種原料や燃料として利用するために、空気を熱源として昇温気化させる空気熱源液化天然ガス気化器に関する。特に、熱源として用いられる結果、冷却される空気から得られるＬＮＧ冷熱利用全般であり、吸気冷却により圧縮動力の削減が期待される空気分離設備、過給器付きガスエンジン発電設備、ガスタービン発電設備、さらに低温空気が直接利用できる冷蔵倉庫事業、冷凍食品事業、低温粉砕事業、人エスキー場などのレジャー施設などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＬＮＧは都市ガスの原料や、火力発電所の燃料などに利用されている。ＬＮＧは、天然ガスを産地で−１６０℃以下に冷却して低温液化させ、ＬＮＧタンカなどで運搬され、臨海部に設置されるＬＮＧタンクに受入れられ、ＬＮＧタンクから需要に応じて供給される。ＬＮＧを使用する際には、海水などを熱源として、気化させて常温まで昇温させている。ただし、海水などをＬＮＧ気化の熱源とする方式では、ＬＮＧと熱交換して冷却される海水などは、海などに戻してしまうので、ＬＮＧが有しているＬＮＧ冷熱を有効に利用することができない。
【０００３】
本件出願人は、ＬＮＧと空気とを直接熱交換してＬＮＧ冷熱を有効に利用するために、水分の吸着によって乾燥させた空気を冷却する技術を用いるコンバインドサイクル発電装置についての発明を、特願２０００−１８６８２９として既に出願している。この出願の発明のための空気の冷却は、特願２０００−３２５９０９として出願している空気冷却装置を用いて行うことができる。
【０００４】
図１４に、特願２０００−３２５９０９で図５として開示している空気冷却装置に基づく空気冷却システムの概略的な構成を示す。外気は処理ファン１によって吸引され、空気予冷器２で予冷されてから、蓄熱回転式熱交換器３に導入される。蓄熱回転式熱交換器３は、シリカを材料とするハニカム構造のロータが回転しながら、ハニカム構造を通る空気から水分を吸着して除湿し、露点を−３０℃まで低下させることができる。蓄熱回転式熱交換器３で除湿された空気は、空気深冷器４でＬＮＧと熱交換し、たとえば−３０℃〜−１００℃程度に冷却される。−１６０℃のＬＮＧは気化するけれども、常温よりは低温の状態にとどまる。ＬＮＧが気化した低温の天然ガス（以下、「ＮＧ」と略称する）は、空気予冷器２で導入される外気と熱交換して、外気を５℃程度に冷却するとともに、常温まで昇温する。
【０００５】
空気予冷器２で冷却された外気からの水分の除去は、まずエリミネータ５で水分除去が行われ、さらにギアードモータ６によって回転駆動される除湿ロータ７で除湿が行われる。除湿ロータ７は、前述のハニカム構造を有し、中心軸まわりに回転する。除湿ロータ７で中心軸に垂直な表面は、処理ゾーン８と再生ゾーン９と冷却ゾーン１０とに区画されている。処理ゾーン８では空気の除湿が行われ、再生ゾーン９では除湿能力の再生が行われる。このため、再生ゾーン９には、プレフィルタ１１を通り、再生ヒータ１２で加熱された空気などが吹付けられる。冷却ゾーン１０では、処理ゾーン８で除湿可能なように冷却する。再生に使用する空気などは、再生ファン１３によって吸引され、再生ゾーン９を通過する。ＬＮＧは、ＬＮＧ管路１４から空気深冷器４に供給され、空気予冷器２からのＮＧ管路１５で気化昇温されたＮＧを得ることができる。
【０００６】
このような空気冷却システムを用いると、外界空気とガスタービンの排ガスあるいは蒸気タービンの排スチームを熱源として用いるＬＮＧ気化器を得ることができる。このようなＬＮＧ気化器には、特願２０００−１２５１９１で提案しているような熱交換器を用いることができる。この熱交換器では、ＬＮＧを導入する入口ヘッダから分岐した多数のＵ字曲げ管で構成される複数本の伝熱管に、多孔を有する溝付き薄板を取り付け、フィン効果による伝熱性能を高めることを特徴としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特願２０００−１２５１９１で提案しているような、多孔を有する溝付き薄板フィンブロックは、加工が困難であることが判明した。このため、空気をＬＮＧ気化の熱源として、ＬＮＧ冷熱を有効に利用するためには、高い伝熱性能を有するフィンブロックの構造を考案する必要がある。
【０００８】
次に、図１４の空気深冷器４に導入される空気は、露点が−３０℃前後となるまで、蓄熱回転式熱交換器３である吸着器によって水分が除去される。そのため、空気深冷器４のフィンには霜が着かなくなり、空気側の差圧が上昇したり、伝熱阻害が生じることはない。一方、吸着器としての蓄熱回転式熱交換器３の処理ゾーン８に入る空気は、水分の吸着器としての性能を充分に発揮させるため、５℃前後に冷却する必要がある。もし空気予冷器２の出口空気温度がその５℃前後の温度以上になると、吸着器としての性能が低下し、処理空気の露点が−３０℃以上に上がり、空気深冷器４に霜が着いて、空気深冷器４の差圧が上昇してしまう。そのため、空気深冷器４を出た低温天然ガスを用い、空気予冷器２で空気をある温度範囲内に冷却する必要がある。
【０００９】
図１５は、空気予冷器２に導入する低温天然ガスの温度と、空気予冷器２のフィン表面の状況との関係についての実験結果を示す。図１５では、（ａ）で−３０℃、（ｂ）で−７０℃、（ｃ）で−９０℃の結果をそれぞれ示す。（ａ）の−３０℃では着霜は生じないけれども、（ｂ）の−７０℃では着霜が生じ、（ｃ）の−９０℃では着霜がフィン間を塞ぐように成長していることが判る。
【００１０】
夏季などで、導入空気温度が高い場合は、空気深冷器４を出た天然ガスの温度を大幅に下げる必要がある。しかし、空気深冷器４を出た低温天然ガスの温度がある限界値より下がると、フィンに着霜や着氷を生じ、空気側の差圧が上がり、空気流量が減少し、安定運転ができない問題がある。また冬季などで、導入外気の温度が低い場合は、空気深冷器４を出た低温天然ガスで冷却されるため、空気予冷器２の出口空気温度が０℃以下となり、霜層の厚みが増し、安定した運転ができない問題がある。そこで、空気予冷器２に入る空気温度を、年間を通じ、１５℃から２０℃程度の範囲に制御する必要がある。
【００１１】
本発明の目的は、除湿を安定に行うことができる空気熱源液化天然ガス気化器を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気を液化天然ガスの有する冷熱で冷却しながら、液化天然ガスを空気によって加熱して気化させる空気熱源液化天然ガス気化器であって、
外気中から導入される空気を冷却する予冷器と、
予冷器で冷却された空気を除湿する除湿器と、
除湿器で除湿された空気をさらに冷却する深冷器とを含み、
深冷器では空気が液化天然ガスと熱交換して、空気が冷却されるとともに液化天然ガスが所定の低温まで昇温気化され、
予冷器では、深冷器で所定の低温まで昇温気化された天然ガスと空気とが熱交換して、空気が所定の温度まで冷却されるとともに天然ガスが昇温され、空気と熱交換する天然ガスには液化天然ガスを混合可能であり、
前記予冷器または前記深冷器のうちの少なくともいずれかは、
前記天然ガスが流れ、多数のＵ曲げ部を有する複数の伝熱管と、
伝熱管に噴流を与えながら空気を流すように、伝熱管の複数のＵ曲げ部に差し込まれるフィンブロックとを含むことを特徴とする空気熱源液化天然ガス気化器である。
【００１３】
本発明に従えば、外気を除湿器に導入する前に、予冷器で予冷する。除湿器に導入された空気は、除湿され、深冷器で液化天然ガスと熱交換して、さらに冷却される。液化天然ガスは、深冷器での空気との熱交換で気化昇温され、予冷器で空気を予冷する際に、熱交換によってさらに昇温される。予冷器では、空気と熱交換する天然ガスに、液化天然ガスを外気温度に応じて適切な温度となるよう混合して調整することができ、予冷器において着霜や着氷による空気側の圧力損失の増大を生じることが無いように冷却することができる。
【００１５】
また、予冷器または深冷器のうちの少なくともいずれかは、多数のＵ曲げ部を有する複数の伝熱管内に天然ガスを流し、伝熱管の複数のＵ曲げ部に差し込まれるフィンブロックを含む。フィンブロックは伝熱管に噴流を与えながら空気を流すので、霜や氷が伝熱管やフィンブロックの表面に付着しても、空気の噴流で吹飛ばすことができ、霜や氷の成長を抑えて、低温の空気の流路を塞がずに流すことができる。
【００１６】
また本発明で、前記複数の伝熱管は、間隔をあけて縦型に配置されるヘッダ間を連結し、水平面内でU字状の曲げを繰返す同一形状の伝熱管であって、Ｕ字状の曲げが上下方向にそろうように配置されることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、各伝熱管の曲り形状を同一にして、製造を容易化し、製造コストを低減することができる。また均等な熱応力が作用するので、長期使用での疲労問題を解決することができる。伝熱管は上下方向に配置されるので、伝熱管の本数を増加させて液化天然ガスの気化能力を高めても、装置幅は変らないようにすることができる。深冷器では、ヘッダは縦型であるので、ヘッダの下部を液化天然ガスの入口と天然ガスの出口とし、上部から液化天然ガスおよび天然ガスの一部を抜出し、後段予冷器から出る天然ガスと混ぜて前段予冷器に外気との熱交換用に供給することができる。
【００１８】
また本発明で、前記複数の伝熱管とヘッダとの組合せは、２組が仮想的な中央面に関して面対称となるように配置され、
該中央面から離れる側端位置のＵ字状の曲げ部間には、両側の曲げ部間の幅を有する全幅フィンブロックが挿入され、
該中央面に接近する位置のＵ字状の曲げ部には、該Ｕ字状の曲げ部から側端位置までの幅を有する半幅フィンブロックが挿入されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、Ｕ字状の曲げ部が側端位置にある部分には、全幅フィンブロックを挿入することができる。中央面に接近する位置のＵ字状の曲げ部には、そのＵ字状の曲げ部から側端位置までの幅を有する半幅フィンブロックを挿入するので、Ｕ字状の曲げ部同士が背中合わせ状態になり、フィンブロックがない隙間が生じるけれども、この隙間を通る通路は、次の全幅フィンブロックを通るので、全体的なショートパスの形成を防ぐことができる。
【００２０】
また本発明で、前記除湿器は、冷却状態で水分を吸着し、加温状態で吸着した水分を脱着して、吸着能力を再生可能であり、
前記予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも低いときに、除湿器の再生に用いた排熱により、所定温度まで加温して予冷器に導入する外気予熱手段を、さらに含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも低いときには、外気予熱手段で、除湿器の再生に用いた排熱によって所定温度まで加温して、予冷器に供給する。外気温度が低いときは、予冷器に液化天然ガスの導入をやめ、また外気予熱手段で適切な温度範囲にして、予冷器に供給するため、予冷器出口の空気温度を所定の温度に維持することができ、着霜や着氷による運転阻害を受けることなく効率よく稼働させることができる。
【００２２】
また本発明は、前記予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときに、除湿器に導入して除湿する空気に、前記深冷器で冷却された空気の一部を混合させて混合後の空気の温度が予め定める温度となるように調整する予冷空気温度調整手段を、さらに含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、予冷空気温度調整手段によって、予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときに、除湿器に導入して除湿する空気に、前記深冷器で冷却された空気の一部を混合させて混合後の空気の温度が予め定める温度となるように調整し、除湿器を効率よく動作させて、空気を熱源とする液化天然ガスの気化を安定して継続させることができる。
【００２４】
また本発明で、前記予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときに、除湿器に導入して除湿する空気の温度が予め定める温度となるように、前記深冷器で空気と熱交換する液化天然ガスの一部をバイパスさせて、前記予冷器で空気と熱交換する天然ガスに混合する量を調整するバイパス調整手段をさらに含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、バイパス調整手段によって、予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときに、除湿器に導入して除湿する空気の温度が予め定める温度となるように、深冷器で空気と熱交換する液化天然ガスの一部をバイパスさせて、予冷器で空気と熱交換する天然ガスに混合する量を調整するので、除湿器を効率よく動作させるように空気を冷却して、空気を熱源とする液化天然ガスの気化を安定して継続させることができる。後段予冷器を出た空気の一部を放散させて、深冷器に導入する空気を少なくし、空気を放散させないときよりも、空気をより低い温度まで冷却することができる。
【００２６】
また本発明は、前記深冷器を出る低温空気を、内燃機関の空気源として利用し、該内燃機関から出る排熱を前記除湿器の再生熱源に利用することを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、深冷器を出る低温空気を、内燃機関の空気源として利用し、ガスタービンやガスエンジンの吸気を冷却して、内燃機関を効率よく稼働させることができる。内燃機関から出る廃熱は、除湿器の再生熱源に利用するので、液化天然ガス気化器も安定かつ効率よく稼働させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である空気熱源ＬＮＧ気化器２０の概略的な構成を示す。外気は、前段予冷器（ＦＰＣ：Front Pre-Cooler）２１および後段予冷器（ＢＰＣ：Back Pre-Cooler）２２を通って、図１４の蓄熱回転式熱交換器３と同等な吸着器２３に導入される。吸湿器である吸着器２３で吸湿された空気は、深冷器２４（ＭＡＣ：Main Air Cooler）でさらに冷却され、深冷空気チャンバ２５に集められて、低温空気を利用する冷熱利用設備に供給される。
【００２９】
外気を導入する吸引力は、図１４の処理ファン１に相当する処理空気ブロワ２６によって発生される。処理空気ブロワ２６によって吸引される外気は、処理空気ブロワ２６自身の周囲を流れ、さらに外気予熱器２７を介して前段予冷器２１に供給される。外気温がたとえば０℃以下になって低いようなときは、処理空気ブロワ２６による昇温と、外気予熱器２７に導入される熱とで、外気を予熱することができる。外気予熱器２７の熱源としては、吸着器２３の再生に使用する廃熱を利用することができる。
【００３０】
吸着器２３は、図１４の除湿ロータ７の処理ゾーン８、再生ゾーン９および冷却ゾーン１０と同様に、ハニカム構造のロータが処理ロータ部２８、再生ロータ部２９および冷却ロータ部２９ａに区画される。再生ロータ部２９に対しては、再生ブロワ３０を設置し、再生空気ヒータ３１で加熱された空気を吸引して、吸着器２３の再生を行う。再生空気ヒータ３１は、冷熱利用設備の一つであるガスエンジンまたはガスタービンなどの内燃機関３２からの排熱を利用するが、高温排熱を排熱回収設備３３で回収することもできる。
【００３１】
気化の対象となるＬＮＧは、ＬＮＧ管路３４から開閉弁３５を経て、空気深冷器２４に供給され、また開閉弁３６を経て前段予冷器２１にも供給可能である。深冷器２４では、ＬＮＧと空気とが熱交換して、空気はたとえば−３０℃〜−１００℃程度まで冷却され、ＬＮＧは気化昇温され、低温のＮＧとなる。この低温ＮＧは、後段予冷器２２に導入されて、空気を冷却する冷熱源となる。後段予冷器２２で空気と熱交換するＮＧは常温付近まで昇温され、前段予冷器２１に導入される。前段予冷器２１では、開閉弁３６を介して供給されるＬＮＧと混合し、冷却する外気の温度を下げることもできる。また外気予熱器２７で外気の温度を上げることもできる。
【００３２】
本実施形態の前段予冷器２１および後段予冷器２２は、冷却する外気に含まれる水分を、液状のドレンとしてフィンに付着させ、重力で落下させることが可能な条件で稼働する。外気から分離された水分をドレンとして除去するために、前段予冷器２１と後段予冷器２２との間には前段ドレン分離器３７が設けられ、後段予冷器２２と吸着器２３との間には後段ドレン分離器３８が設けられる。
【００３３】
本実施形態の空気熱源ＬＮＧ気化器２０では、［発明が解決しようとする課題］で前述した問題を解決するため、２基の予冷器である前段予冷器２１および後段予冷器２２で、除湿器２３に入る空気の温度が１０℃以下となるように調整している。本件発明者等は、図１４に示すような空気熱源ＬＮＧ気化器の空気予冷器２に対し、液体窒素を用いた試験により、空気予冷器２に導入する低温ガスの温度と空気予冷器２を出る空気の温度を制御することで、空気予冷器２のフィン表面に着霜や着氷が生じない運転条件を見い出した。図１に示す本実施形態の空気熱源ＬＮＧ気化器２０では、前段予冷器（ＦＰＣ）２１および後段予冷器（ＢＰＣ）２２の２段階の空気予冷器を設け、広い外気温度の範囲でも、安定な運転条件が得られるようにしている。
【００３４】
図２は、本実施形態の空気熱源ＬＮＧ気化器２０の前段予冷器２１および後段予冷器２２に対して、液体窒素を用いた試験装置での安定運転条件に対する伝熱フィン表面状態を示す。前段予冷器２１では、空気の導入量により条件は異なるが、導入窒素ガス温度を−７５℃以上、出口空気温度を１５℃以上に維持すればよいことが判明した。また後段予冷器２２では、導入窒素ガス温度を−６０℃以上、出口空気温度を５℃以上に維持すればよいことが判明した。このような温度条件での安定運転においては、前段予冷器２１および後段予熱器２２の伝熱フィンの表面で水滴３９が凝縮する。低温窒素ガスは伝熱管４０内を流れるので、流体の違いは伝熱フィンに影響を与えず、伝熱管４０内を低温天然ガスが流れる場合でも同様であると考えられる。
【００３５】
図３は、上記運転条件を経済的な熱交換器により達成するための構成を示す。図３（ａ）は、複数の伝熱管４０を、両端のヘッダ４１，４２から分岐させて集合させている状態を示す。各伝熱管４０には、多数のＵ曲げ部４３，４４がそれぞれ設けられている。図３（ｂ）は、伝熱管４０の隣接するＵ曲げ部４３，４４間に、フィンブロック４５を差込んでいる状態を示す。フィンブロック４５が差込まれているのは、Ｕ曲げ部４３，４４の中間にあり、方向が逆向きのＵ曲げ部である。各Ｕ曲げ部４３，４４にも、図示のフィンブロック４５とは逆向きにフィンブロックを差込むことができる。このように、Ｕ曲げ部に交互にフィンブロック４５を差込むことができる。
【００３６】
本実施形態の前段予冷器２１、後段予冷器２２および深冷器２４では、空気側の伝熱性能を高める必要があるので、低温の天然ガスは、多数のＵ曲げ部４３，４４を有する複数の伝熱管４０内を流れ、空気は、伝熱管４０に噴流を与えるために複数のＵ曲げ部４３，４４に差し込まれたフィンブロック４５内を流れる構造としている。また伝熱管４０に高速で空気を吹きつけるようにフィン加工を施し、それを束ねフィンをブロック状としている。前段予冷器２１、後段予冷器２２および深冷器２４として、他の形式の熱交換器を用いることができるのはもちろんである。
【００３７】
図４は、（ａ）でフィンブロック４５の外観を示し、（ｂ）でフィン４６の外観を示す。図４（ｂ）に示すように、各フィン４６は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの金属板の一方表面側に溝部４７および開口部４８の周囲を突出させている。前述の実験に使用したフィンブロック４５は、８００ｍｍ×８００ｍｍの正方形で厚みが７８ｍｍである。フィン４６は、大略的に帯状であり、伝熱管４０に対して内径１６ｍｍの半円状の１５本の溝部４７を長手方向に沿う両縁側に有し、この溝部４７を介して伝熱管４０からフィン４６に冷熱を伝えている。伝熱管４０のピッチは、５０ｍｍであり、熱交換器としての空気出口部で着霜・着氷が生じても閉塞しにくい開口幅を与えている。フィン４６は、厚みが０．８ｍｍであり、５ｍｍピッチに配列されるよう内径３８ｍｍの孔が開孔部４８として形成され、開口部４８の周囲に、一方表面側に突出する４.２ｍｍの縁４９が設けられている。開口部４８の縁４９は、図４（ａ）に示すように、開口部４８が連続するようにフィン４６を重ねたときのスペーサとして働く。この３８ｍｍの開孔部４８の縁４９の効果により、後流側の伝熱管４０に熱交前面流速の約４倍の高速気流を吹き付け、多管式熱交換器における邪魔板と同様の効果を持たせることができる。
【００３８】
一方、冬季などでは、外気温度が低いために、後段予冷器２２の出口温度を５℃以上に維持することができない。そこで、吸着器２３の再生に用いた排熱により、外気予熱器２７で処理空気ブロワ２６を出た外気を予熱する。これによって、吸着器２３に導入する空気の温度が０℃以下に下がらないようにすることができる。
【００３９】
図５は、図１の空気熱源ＬＮＧ気化器２０を制御するための構成を示す。深冷器２４の伝熱面積とＬＮＧ流量、導入外気量、外気露点の条件で、深冷器２４の出口空気温度は決まる。そこで図５に示す制御システムにより、ＬＮＧの処理量に応じて処理空気ブロワ２６による外気導入量を制御し、前段予冷器２１および後段予冷器２２の空気出口部での着霜や着氷の厚みを抑制する。制御システムには、処理空気ブロワ流量調節器５０、ＬＮＧ流量調節器５１、再生ブロワ流量調節器５２、流量計５５、差圧計６０，６１，６２，６３，６４、および温度計７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７が含まれる。処理空気ブロワ流量調節器５０、ＬＮＧ流量調節器５１および再生ブロワ流量調節器５２は、相互に接続され、制御情報を共有している。
【００４０】
処理空気ブロワ流量調節器５０は、流量計５５および圧力計と温度計７０によって計測される気化されたＮＧの流量および圧力温度と、処理ロータ部２８での入口側と出口側との間で差圧計６２によって計測される差圧と、温度計７４によって計測される後段予冷器２２の出口側での温度とに基づいて、処理空気ブロワ２６の外気導入量を制御する。ＬＮＧ流量調節器５１は、差圧計６０，６１が計測する前段予冷器２１および後段予冷器２２の差圧と、温度計７２，７５によって計測される前段予冷器２１および後段予冷器２２に導入される低温ＮＧの温度に基づき、開閉弁３５，３６の開閉制御を行う。再生ブロワ流量調節器５２は、差圧計６３によって計測される吸着器２３の再生ロータ部２９での入口側と出口側との差圧と、温度計７６によって計測される深冷器チャンバ２５内の温度とに基づいて、再生ブロワ３０の再生空気吸引量を制御する。
【００４１】
ＬＮＧ冷熱利用では、低温粉砕など−１００℃以下の空気が必要とされる事業がある。その場合は、後段予冷器２２を出た空気の一部を放散することにより深冷器２４の出口空気を所定の温度に制御することができる。
【００４２】
これまでの空気を熱源とするＬＮＧ気化器は、伝熱管やフィンに着霜や着氷が生じるため、別の気化器に切り替え、温水を散水して霜や氷を溶かす必要があった。また、外気が低い場合には、温水を熱源とする気化器を別に設置し、都市ガスを燃やしてＬＮＧを気化させる必要があった。本実施形態の空気熱源ＬＮＧ気化器２０は、深冷器２４を出た低温空気を再生型ガスタービンや過給器付きガスエンジンなどの内燃機関３２の空気源として利用し、発電効率を高めることができるとともに、内燃機関３２を熱源機として、熱源機から出た排熱の一部を除湿器２３の再生熱源と空気の予熱に利用することができる。
【００４３】
図６は、本発明の実施の他の形態である空気熱源ＬＮＧ気化器８０の概略的な構成を示す。本実施形態で図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明は省略する。本実施形態でも、図１の実施形態と同様に、液化天然ガスの気化に伴って、低温の空気を得ることができる。本実施形態の前段予冷器８１、後段予冷器８２および深冷器８４には、複数の伝熱管を同一形状とした熱交換器を用いる。各熱交換器のヘッダは縦型で使用する。
【００４４】
図７および図８は、図６の深冷器８４の概略的な構成を簡略化して示す。図７は主要部分を斜視して示し、図８は主要部分を平面断面視して示す。複数の伝熱管９０は、間隔をあけて縦型に配置されるＬＮＧ入口ヘッダ９１およびＬＮＧ出口ヘッダ９２間を連結し、水平面内でU字状の曲げを繰返す同一形状の伝熱管である。Ｕ曲げ部９３，９４は交互に繰返され、上下方向にそろうように配置される。前段予冷器８１または後段予冷器８２も、深冷器８４と同様の構造とすることができる。
【００４５】
図３に示す伝熱管４０でもＵ曲げ部４３で繰返して曲げを繰返す形状は、各伝熱管４０で同一であるけれども、縦型のヘッダに接続する部分４３ａの形状が１組の伝熱管４０内で相互に異なる。これに対して、本実施形態の伝熱管９０は、全部同一形状とすることができるので、製作が容易になり、製造コストを低減することができる。また均等な熱応力が作用するので、長期使用での疲労問題を解決することができる。伝熱管９０は上下方向に配置されるので、伝熱管９０の本数を増加させて液化天然ガスの気化能力を高めても、装置幅は変らないようにすることができる。
【００４６】
図７に示すように、深冷器８４では、ＬＮＧ入口ヘッダ９１は縦型であるので、ＬＮＧ入口ヘッダ９１の下部を液化天然ガスの入口とし、ＮＧ出口ヘッダ９２の下部を天然ガスの出口とする。ＬＮＧ入口ヘッダ９１の上部から液化天然ガスおよび天然ガスの一部を抜出し、後段予冷器８２から出る天然ガスと混ぜて前段予冷器８２に、外気との熱交換用に供給することができる。
【００４７】
また、図８に示すように、複数の伝熱管９０とＬＮＧ入口ヘッダ９１およびＮＧ出口ヘッダ９２との組合せは、２組が仮想的な中央面９５に関して面対称となるように配置される。中央面９５ではＵ曲げ部９３同士が背中合せ状に接近または接触し、中央面から離れる側端位置のＵ字状のＵ曲げ部９４同士は対向している。側端位置のＵ曲げ部９４間には、両側のＵ曲げ部９４間の幅を有するフルサイズフィンブロック９６が挿入され、中央面９５に近い位置のＵ曲げ部９３には、Ｕ曲げ部９３から側端位置までの幅を有するハーフサイズフィンブロック９７が挿入される。フルサイズフィンブロック９６およびハーフサイズフィンブロック９７の基本的な構成は、図４に示すフィンブロック４５と同等である。
【００４８】
Ｕ曲げ部９４が側端位置にある部分には、全幅フィンブロックであるフルサイズフィンブロック９６を挿入することができる。フルサイズフィンブロック９６の幅は、半幅フィンブロックであるハーフサイズフィンブロック９７の２倍程度となる。フルサイズフィンブロック９６とハーフサイズフィンブロック９７とは、交互に配置される。ハーフサイズフィンブロック９７をＵ曲げ部９３に両側方から挿入する位置では、仮想的な中央面９５の両側に、フィンブロックのない部分が生じる。しかし、隣接してフルサイズフィンブロック９６が配置されているので、中央面９５に沿ってショートパスが生じないようにすることができる。
【００４９】
図９は、本実施形態の空気熱源ＬＮＧ気化器８０で、気液２相流に対応させている考え方を示す。深冷器８４のＬＮＧ入口ヘッダ９１の上部から、液化天然ガスおよび天然ガスの一部を抜出し、開閉弁３６を介して、後段予冷器８２から出る天然ガスと混合し、前段予冷器８１に導入する。前段予冷器８１の入口側のヘッダの下部からは、ドレンを抜出し、ドレンヒータ８５で気化させて外気との熱交換で昇温された天然ガスと混合し、常温の天然ガスを得ることができる。なお、本実施形態でも、前段予冷器８１、後段予冷器８２および深冷器８４として、他の形式の熱交換器を用いることができるのはもちろんである。
【００５０】
図１０は、本発明の実施のさらに他の形態である空気熱源ＬＮＧ気化器１００の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１または図６の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態では、図１および図６の実施形態で、前段予冷器２１，８１および後段予冷器２２，８２として２器の予冷器を用いる代わりに、１基の予冷器（ＰＣ：Pre-Cooler）１０１を用い、設備の簡素化によるコンパクト化と、コストダウンとを図るようにしている。また、処理空気ブロワ２６は、吸着器２３と深冷器８４との間に配置する。これによって、導入空気の約２０％相当の処理空気ブロワ２６の動力を削減し、運転費と設備費とのコストダウンを図ることができる。
【００５１】
予冷器１０１は、導入空気温度として、年間平均外気温度、たとえば１５℃で設計する。このとき、予冷器１０１の出口温度は５℃となる。予冷器１０１と吸着器２３との間には、ミスト分離器１０２が配置される。吸着器２３の再生ロータ部である再生ゾーンには、１４０℃に加熱した空気を流す。熱源が不足するときは、補助バーナ１０３で加熱する。予冷器１０１で冷却された天然ガスの温度が低すぎるときは、遮断弁１０４が閉じる。液化天然ガスの流量は、深冷器８４で冷却された低温空気の温度が−１００℃以下の所定温度となるように、ＬＮＧ流量調整弁１０５で調整される。
【００５２】
本実施形態では、予冷器１０１に導入する外気の温度が設計温度よりも高いときに、ＬＮＧバイパス弁１０６および予冷空気温度調整弁１０７で吸着器２３に導入される空気の温度を下げる。外気の温度が設計温度よりも低いときは、再生ブロワ３０を出た水分を含む高温空気（５０℃）を高温空気導入弁１０８を介して導入し、液化天然ガス気化能力の低下と予冷器１０１出口天然ガス温度（５℃）の低下を防ぐ。外気が設計温度よりも高い場合は、高温空気の導入を止め、−１００℃以下に冷却した空気を予冷空気温度調整弁１０７を介して予冷器１０１とミスト分離器１０２との間に導入し、ＬＮＧバイパス弁１０６で深冷器バイパスの液化天然ガス量を増加させる。補助バーナ１０３の燃料は、燃料弁１０９で調整することができる。吸着器２３の再生用の熱源としては、コージェネユニット１１０からの排熱を有効に利用することができる。
【００５３】
図１１および図１２は、図１０の空気熱源ＬＮＧ気化器１００についての配管構成を示す。図１１は全体的な構成を示し、図１２は主要部分の構成を示す。本実施形態では、吸着器２３の入口温度の制御性を向上させている。外気条件が変化しても、導入する空気流量を制御することによって、常にほぼ一定温度５℃に吸着器２３の入口温度を維持することができ、深冷器８４に入る空気の露点温度を−３０℃前後に安定して維持することができる。
【００５４】
外気温度が高い場合、予冷器１０１の出口での空気温度は、５℃から１０℃に高まる。そこで、予冷器１０１に入る天然ガスの温度を約−４０℃から約−６０℃に下げる。たとえば外気温度が４０℃であれば、予冷器１０１の出口で空気は約１０℃まで冷却され、さらに深冷器８４を出た−１００℃以下に冷却された空気を、外気量の１０％程度導入することで、吸着器２３の処理ロータ部２８に入って除湿される空気温度を５℃に維持することができる。
【００５５】
図１３は、図１０に示す空気熱源ＬＮＧ気化器１００の外観を概略的に示す。予冷器１０１および深冷器８４は、図７および図８に示すように、ヘッダを縦型にして、各伝熱管９０の曲り形状を同一にしているので、強度を向上させ、メンテナンスがしやすくなり、気液２相流対応のシステムとして分散にも考慮を払うことができる。なお、長さＬは１００００ｍｍ程度、高さＨは、３８００ｍｍ程度、幅Ｗは２２００ｍｍ程度として、液化天然ガス１５ｔｏｎ／ｈを気化する能力の設備とすることができる。
【００５６】
なお、吸着器２３の処理ロータ部２８を通る空気は、処理空気ブロワ２６で吸引しているので、処理ロータ部２８を出る部分で負圧になる。負圧になるため、空気露点温度を維持するためには、気密性を有する除湿ロータユニットと深冷器８４のケーシングが要求される。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、外気を除湿器に導入する前に、予冷器で予冷され、除湿器で除湿された空気は、深冷器で液化天然ガスと熱交換して、さらに冷却される。予冷器には、深冷器で気化昇温された天然ガスと、液化天然ガスとを混合して導入することもできるので、外気温度に応じて適切な温度となるように調整し、着霜や着氷が無く、しかも除湿器に適切な温度範囲の空気を導入させることができる。
【００５８】
また、予冷器や深冷器では、多数のＵ曲げ部を有する複数の伝熱管内に天然ガスを流し、伝熱管の複数のＵ曲げ部に差し込まれるフィンブロックは伝熱管に噴流を与えながら空気を流すので、霜や氷を空気の噴流で吹飛ばして、低温の空気の流路を塞がないようにすることができる。
【００５９】
また本発明によれば、各伝熱管の曲り形状を同一にして、製造を容易化し、均等な熱応力が作用するようにして、長期使用での疲労問題を解決することができる。伝熱管は上下方向に配置されるので、本数を増加させて液化天然ガスの気化能力を高めても、装置幅は変らないようにすることができる。
【００６０】
また本発明によれば、Ｕ字状の曲げ部が側端位置にある部分間には、全幅フィンブロックを挿入することができるので、空気のショートパスを防ぎ、冷却効率を高めることができる。
【００６１】
また本発明によれば、予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときには、除湿器に導入して除湿する空気に深冷器で冷却された空気の一部を混合させて混合後の空気の温度が予め定める温度となるように調整し、除湿器を効率よく動作させることができる。
【００６２】
本発明によれば、予冷器に導入される外気の温度が予め定める温度範囲よりも高いときには、除湿器に導入して除湿する空気の温度が予め定める温度となるように、深冷器で空気と熱交換する液化天然ガスの一部をバイパスさせて、予冷器で空気と熱交換する天然ガスに混合する量を調整するので、除湿器を効率よく動作させることができる。
【００６３】
また本発明によれば、深冷器を出る低温空気を、内燃機関の空気源として利用して内燃機関を効率よく稼働させ、内燃機関から出る廃熱を除湿器の再生熱源に利用して、液化天然ガス気化器も安定かつ効率よく稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である空気熱源ＬＮＧ気化器２０の概略的な構成を示す配管系統図である。
【図２】図１の実施形態で、安定運転条件での前段予冷器２１および後段予冷器２２における伝熱フィンの表面状況を示す写真である。
【図３】図１の実施形態で、前段予冷器２１、後段予冷器２２および深冷器２４をそれぞれ構成する熱交換器の外観を示す写真である。
【図４】図３の熱交換器を構成するフィンブロック４５およびフィン４６の外観をそれぞれ示す写真である。
【図５】図１の空気熱源ＬＮＧ気化器２０を制御するための構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の他の形態である空気熱源ＬＮＧ気化器８０の概略的な構成を示す配管系統図である。
【図７】図６の実施形態で、深冷器８４としての熱交換器の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図８】図６の実施形態で、深冷器８４としての熱交換器の構成を簡略化して示す平面図である。
【図９】図６の実施形態で、気液２相流に対応させる考え方を示す簡略化した配管系統図である。
【図１０】本発明の実施のさらに他の形態である空気熱源ＬＮＧ気化器１００の簡略化した配管系統図である。
【図１１】図１０の空気熱源ＬＮＧ気化器１００の全体的な構成を示す配管系統図である。
【図１２】図１０の空気熱源ＬＮＧ気化器１００の主要部分の配管系統図である。
【図１３】図１０の空気熱源ＬＮＧ気化器１００の外観を示す簡略化した斜視図である。
【図１４】先願で提案している空気熱源ＬＮＧ気化器の概略的な構成を示す図である。
【図１５】図１１の空気熱源ＬＮＧ気化器で、空気予冷器２について冷却条件と着霜・着氷状態との実験結果の例を示す写真である。
【符号の説明】
２０，８０，１００  空気熱源ＬＮＧ気化器
２１，８１  前段予冷器
２２，８２  後段予冷器
２３  吸着器
２４，８４  深冷器
２６  処理空気ブロワ
２７  外気予熱器
２８  処理ロータ部
２９  再生ロータ部
２９ａ  冷却ロータ部
３０  再生ブロワ
３１  再生空気ヒータ
３２  内燃機関
３３  排熱回収設備
３５，３６  開閉弁
４０，９０  伝熱管
４３，４４，９３，９４  Ｕ曲げ部
４５  フィンブロック
４６  フィン
４７  溝部
４８  開口部
５０  処理空気ブロワ流量調節器
５１  ＬＮＧ流量調節器
５２  再生ブロワ流量調節器
８５  ドレンヒータ
９１  ＬＮＧ入口ヘッダ
９２  ＮＧ出口ヘッダ
９５  中央面
９６  フルサイズフィンブロック
９７  ハーフサイズフィンブロック
１０１  予冷器
１０６  ＬＮＧバイパス弁
１０７  予冷空気温度調節弁
１０８  高温空気導入弁
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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