JP2015117807A - 温水式液化ガス気化器 - Google Patents
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Abstract
【課題】再起動時の出口ガス成分の変化が起こりにくい温水式の気化器を提供する。【解決手段】縦長に設置されるシェル本体10と、シェル本体10内に複数本配置され逆U字状の湾曲部11Aとシェル本体10に沿った一対の直線部11Bを有するチューブ11と、シェル本体10の下部に配置され一対の直線部11Bの一方の開放端が連通する温水流入部12と、シェル本体10の下部に配置され一対の直線部11Bの他方の開放端が連通する温水流出部13と、シェル本体10内に液化ガスの液を流入させる液流入部15と、シェル本体10内で気化したガスを流出させるガス流出部16とを備え、湾曲部11Aの曲率半径は、直線部11Bで温水が凍結しない非凍結平均流速以上の設定流速でチューブ11内に温水を流した場合に、直線部11Bにおける非凍結平均流速の流速分布と同等以上の流速分布が湾曲部11Aで得られるように設定される。【選択図】図1
Description
本発明は、温水との熱交換で液化ガスを気化する温水式液化ガス気化器に関するものである。
LNG,液体窒素などの液化ガスの気化器として、温水の熱を利用して液化ガスを沸点まで加温するものが知られている。このように温水を熱源とする気化器は、容器内に満たした温水中に熱交換用のパイプを配置し、このパイプを液化ガスが通過する間に気化させる温水バス式(下記特許文献1参照)や、シェル&チューブ構造の熱交換器を用いて、シェル内に温水を循環させチューブ内を通過する液化ガスを気化させるシェル&チューブ式(下記特許文献2参照)などが知られている。
温水バス式の気化器は、貯留した温水が凍結しないようにバス容器を大きくして熱容量を大きくする必要があり、機器の大型化が避けられない。また、前述したシェル&チューブ式の気化器も、シェル内を流れる温水の流速を高めることが難しいため、温水の凍結を避けるためにシェルを大きくして熱容量を大きくする構造になっており、温水バス式と同様に器体の大型化が問題になっている。さらに、液化ガスのチューブ内での気化による気液混合流れによる振動によってチューブの溶接部が破損しやすいという問題がある。
このような問題に加えて、シェル&チューブ式の気化器は、停止時にチューブ内に液化ガスが液状態で滞留するため、再起動時に分留した滞留液が原因となって、気化器出口でのガス成分が変動することも問題になっていた。
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、器体の小型化、省スペース化が可能であり、チューブの破損を抑制し、更には、再起動時の出口ガス成分の変化が起こりにくい温水式の気化器を提供すること、等が本発明の目的である。
このような目的を達成するために、本発明による温水式液化ガス気化器は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
縦長に設置されるシェル本体と、前記シェル本体内に複数本配置され逆U字状の湾曲部と前記シェル本体に沿った一対の直線部を有するチューブと、前記シェル本体の下部に配置され前記一対の直線部の一方の開放端が連通する温水流入部と、前記シェル本体の下部に配置され前記一対の直線部の他方の開放端が連通する温水流出部と、前記シェル本体内に液化ガスの液を流入させる液流入部と、前記シェル本体内で気化したガスを流出させるガス流出部とを備え、前記湾曲部の曲率半径は、前記直線部で温水が凍結しない非凍結平均流速以上の設定流速で前記チューブ内に温水を流した場合に、前記直線部における前記非凍結平均流速の流速分布と同等以上の流速分布が前記湾曲部で得られるように設定されることを特徴とする温水式液化ガス気化器。
縦長に設置されるシェル本体と、前記シェル本体内に複数本配置され逆U字状の湾曲部と前記シェル本体に沿った一対の直線部を有するチューブと、前記シェル本体の下部に配置され前記一対の直線部の一方の開放端が連通する温水流入部と、前記シェル本体の下部に配置され前記一対の直線部の他方の開放端が連通する温水流出部と、前記シェル本体内に液化ガスの液を流入させる液流入部と、前記シェル本体内で気化したガスを流出させるガス流出部とを備え、前記湾曲部の曲率半径は、前記直線部で温水が凍結しない非凍結平均流速以上の設定流速で前記チューブ内に温水を流した場合に、前記直線部における前記非凍結平均流速の流速分布と同等以上の流速分布が前記湾曲部で得られるように設定されることを特徴とする温水式液化ガス気化器。
このような特徴を備えた温水式液化ガス気化器は、シェル&チューブ式気化器のチューブ内に温水を流しシェル本体内で液化ガスを気化させるものである。このため、チューブ内を流れる温水の流速を高めることで、器体を大型化することなく温水の凍結を防いで効率的に液化ガスを気化することが可能になる。また、チューブ内に比べて大容量のシェル本体内で液化ガスを気化することで、気液混合状態は殆ど無く、チューブやシェルに加わる振動を抑止することができる。更に、シェル本体内では停止時に残留液が殆ど生じないので、再起動時の出口ガス成分の変化が起こりにくい。
また、チューブ内を流れる温水の凍結が生じないようにチューブの曲率半径が設定されているので、温水が凍結することによるチューブの閉塞や破損による稼働障害が生じることがなく、更に、シェル本体とチューブが熱収縮に対してフリーな構造になっているので、クラック等の発生を抑止し耐久性の高い気化器を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1及び図2は本発明の一実施形態に係る温水式液化ガス気化器の全体構成を示した説明図(図1が縦断面図、図2がA−A断面図)である。温水式液化ガス気化器1は、シェル本体10、シェル本体10内に複数本配置されるチューブ11、シェル本体10の下部に配置される温水流入部12と温水流出部13、シェル本体10内に液化ガスの液を流入させる液流入部15、シェル本体10内で気化したガスを流出させるガス流出部16を備えている。
シェル本体10は、縦長に設置され、下端のみが支持されて上端はフリーになっている。シェル本体10内は、複数の仕切り板14によって上下に区画されているが、仕切り板14には複数の孔が形成されており、区画された各区分は互いに液又はガスの移動が可能になっている。また、シェル本体10はリング状の分割体を縦に積み上げて気密に連結することによって形成することができる。
シェル本体10に配置されるチューブ11は、一本のチューブ11が逆U字状の湾曲部11Aとシェル本体10に沿って上下に延設される一対の直線部11Bを備えており、湾曲部11Aの曲率半径が異なるチューブ11が平面的に複数並べて配置され、湾曲部11Aの曲率半径が等しいチューブ11が図示の紙面と垂直な方向に複数平行に並べて配置されている。これら複数のチューブ11の直線部11Bは、複数の仕切り板14を貫通して各仕切り板14に支持されている。チューブ11は熱媒体である温水を流通させると共に温水の熱をシェル本体10内に放出させるものであるが、仕切り板14はチューブ11を支持することでチューブ11から伝わった熱を放散させる放熱板としても機能している。
温水流入部12は、チューブ11における一対の直線部11Bの一方の開放端(下端)が連通しており、温水流入口12Aから流入した温水が温水流入部12を介してチューブ11内に流入するようになっている。また、温水流出部13は、チューブ11における一対の直線部11Bの他方の開放端(下端)が連通しており、チューブ11内を通った温水が温水流出部13を介して温水流出口13Aから流出するようになっている。温水流入口12Aと温水流出口13Aは加熱源を含む循環流路を介して接続するようにしてもよい。
仕切り板14で区画されたシェル本体10内の上部区分10Aにはシェル本体10内に液化ガスの液を流入させる液流入部15が連通している。また、仕切り板14で区画されたシェル本体10内の下部区分10Bには液化ガスが気化したガスを流出させるガス流出部16が連通している。
液流入部15には、液化ガスが供給される液配管20が接続・導入されており、シェル本体10内の全体に液化ガスの液を分散するようになっている。液配管20には圧力調整バルブ21が装備されている。また、ガス流出部16には、ガス配管22が接続されており、このガス配管22を介して需要先にガスの供給がなされている。ここでは、シェル本体10の上部に液流入部15を設け、シェル本体10の下部にガス流出部16を設けており、チューブ11の直線部11Bの上端位置を液流入部15より上方に設定している。これによって、湾曲部11A或いは湾曲部11Aの近傍で凍結が起こりにくい構造になっている。
この温水式液化ガス気化器1は、液配管20によって供給される液化ガスを液流入部15を通してシェル本体10内に流入させ、温水が流れるチューブ11から発せられる熱によってシェル本体10内で液化ガスを気化させるものである。液流入部15を介してシェル本体10内に流入した液化ガスは、下方に落下する間にチューブ11や仕切り板14から熱を受けて気化するので、シェル本体10内に液が溜まることが少なく、シェル本体10内は気化したガスで充満される。そして、気化したガスは、シェル本体10内の圧力でガス流出部16に接続されるガス配管22に流入し、ガス配管22を介して需要先に供給させる。
この温水式液化ガス気化器1においては、超低温の液化ガスとチューブ11が接触することでチューブ11内の温水が凍結することが問題になる。チューブ11内での温水の凍結を避けるためには、稼働中は温水を所定の流速以上で流し続けることが必要になる。しかしながら、ある程度速い流速でチューブ11内の温水を流したとしても、チューブ11には湾曲部11Aが存在するので、チューブ11内での流速分布が必ずしもチューブ11の内壁面から中心に向けて同方向に徐々に速くなる分布にならないことがあり、チューブ11の内壁面近くでチューブ11に沿った同方向の流速が得られない場合には、その箇所で温水が凍結しやすくなる。そこで、温水式液化ガス気化器1においては、湾曲部11Aの曲率半径を温水の流速との関係で設定して、チューブ11内で温水が凍結しないようにしている。
図3は、温水が凍結しないチューブ11を設計する設計手法を示した説明図であり、チューブ11の内壁近傍における流速分布を示したグラフ(横軸が内壁からの距離/縦軸が流速)である。この設計手法は、液化ガスの温度と処理量、チューブ11の内径、チューブ11を流れる温水の温度を稼働条件として定め、先ず、直管(直線部11B)において凍結が生じない温水の平均流速(非凍結平均流速)m1を実験的に求める。そして、その非凍結平均流速m1における流速分布をシミュレーションによって求める。図3においては、曲線a1が直管における非凍結平均流速m1の流速分布である。ここでは、液化ガスがLNGであり、処理量が0.5t/h〜1.0t/h、チューブ11の内径が35mm、温水温度が60℃以上であるという稼働条件の基で、直管での非凍結平均流速0.1m/s(=m1)を実験的に求め、その流速分布を示している。
次に、前述した稼働条件において、温水の平均流速をm1以上にすることを前提にして、湾曲部11Aの曲率半径を変え、曲率半径と流速の組み合わせで湾曲部11Aにおける流速分布をシミュレーションする。図3におけるb1,b2,c1,c2がそのシミュレーション結果の曲線である。曲線b1は曲率半径が67.5mmであり平均流速が0.3m/sの例であり、曲線b2は曲率半径が67.5mmであり平均流速が0.4m/sの例である。また、曲線c1は曲率半径が114.5mmであり平均流速が0.3m/sの例であり、曲線c2は曲率半径が114.5mmであり平均流速が0.4m/sの例である。
このようなシミュレーション結果に基づいて、湾曲部11Aにおける流速分布が非凍結平均流速m1における直管での流速分布a1と同等以上になるように、湾曲部11Aの曲率半径とチューブ11内の温水の平均流速を設定する。図3に示した例では、湾曲部11Aの曲率半径を67.5mmにした場合は、平均流速を非凍結平均流速の0.1m/sより速い0.3m/sや0.4m/sにしたとしても、曲線b1,b2に示されるようにチューブ11の内壁面近傍で曲線a1よりも流速が下まわる分布になるので、このような設定では凍結の可能性がある。これに対して、湾曲部11Aの曲率半径を114.5mmにした場合には平均流速を0.3m/s,0.4m/sにすると、曲線c1,c2に示されるように流速分布が全ての範囲で曲線a1を上まわることになり、このような設定は凍結の可能性が無い設定であるといえる。
また、湾曲部11Aの曲率半径を100mmとして平均流速を0.3m/sとした場合には、曲線dのような流速分布になる。この場合には、チューブ11の内壁の近傍で若干曲線a1より下まわる流速分布になってはいるがほぼ曲線a1と同等以上の流速分布が得られている。このように、直管(直線部11B)における非凍結平均流速m1の流速分布と同等以上の流速分布が得られるように湾曲部11Aの曲率半径と温水の平均流速を設定することで、凍結が生じないチューブ11の設定が可能になる。
このような設計手法によると、湾曲部11Aを有するチューブ11において、実際に凍結するかどうかの実験は、目視しやすい直管を用いて非凍結平均流速m1を求める実験を行い、使用可能な湾曲部11Aの曲率半径と平均流速の設定は、コンピュータによるシミュレーション結果を用いて絞り込むことができるので、実証確認の範囲も合理的に設定が可能となる。
以上説明した本発明の実施形態に係る温水式液化ガス気化器1によると、チューブ11内の温水を比較的速い流速で流すことで機器を小型にしても温水の凍結が生じない温水式液化ガス気化器1を得ることができる。また、シェル本体10を縦長に設置することで、設置面積の省スペース化が可能であり、シェル本体10やチューブ11を上端フリーに支持しているので、熱収縮に対して歪みが生じることがなく、クラック等の発生を抑止することが可能になる。また、シェル本体10内で液化ガスを気化するので、停止時にも液の残留が少なく、再起動時にも出口成分の変化がない。更には、チューブ11の設計を温水の凍結が生じない設計にしているので、凍結によるチューブ11の閉塞や破損の懸念が無く、安定した継続運転が可能になる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
1:温水式液化ガス気化器,
10:シェル本体,11:チューブ,11A:湾曲部,11B:直線部,
12:温水流入部,12A:温水流入口,
13:温水流出部,13A:温水流出口,
14:仕切り板,15:液流入部,16:ガス流出部
10:シェル本体,11:チューブ,11A:湾曲部,11B:直線部,
12:温水流入部,12A:温水流入口,
13:温水流出部,13A:温水流出口,
14:仕切り板,15:液流入部,16:ガス流出部
Claims (3)
- 縦長に設置されるシェル本体と、
前記シェル本体内に複数本配置され逆U字状の湾曲部と前記シェル本体に沿った一対の直線部を有するチューブと、
前記シェル本体の下部に配置され前記一対の直線部の一方の開放端が連通する温水流入部と、
前記シェル本体の下部に配置され前記一対の直線部の他方の開放端が連通する温水流出部と、
前記シェル本体内に液化ガスの液を流入させる液流入部と、
前記シェル本体内で気化したガスを流出させるガス流出部とを備え、
前記湾曲部の曲率半径は、前記直線部で温水が凍結しない非凍結平均流速以上の設定流速で前記チューブ内に温水を流した場合に、前記直線部における前記非凍結平均流速の流速分布と同等以上の流速分布が前記湾曲部で得られるように設定されることを特徴とする温水式液化ガス気化器。 - 前記非凍結平均流速が0.1m/sである場合に、設定流速を0.3m/sとし前記曲率半径を100mm以上とすることを特徴とする請求項1記載の温水式液化ガス気化器。
- 前記直線部の上端位置を前記液流入部より上方に設定することを特徴とする請求項1又は2記載の温水式液化ガス気化器。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013262999A JP2015117807A (ja) | 2013-12-19 | 2013-12-19 | 温水式液化ガス気化器 |
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CN109253640A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-22 | 广东捷玛节能科技股份有限公司 | 一种振动紊流式卧式u型换热管型换热器 |
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- 2013-12-19 JP JP2013262999A patent/JP2015117807A/ja active Pending
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CN109253640A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-22 | 广东捷玛节能科技股份有限公司 | 一种振动紊流式卧式u型换热管型换热器 |
CN109253640B (zh) * | 2018-09-06 | 2020-03-10 | 广东捷玛节能科技股份有限公司 | 一种振动紊流式卧式u型换热管型换热器 |
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