JP6198452B2 - 中間媒体式気化器 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧと称する。）等の低温液体をプロパン等の中間媒体を用いて加温、気化する中間媒体式気化器に関するものである。

従来、下記特許文献１及び２に開示されているように、ＬＮＧ等の低温液体をコンパクトな構造で連続気化する装置として、熱源流体に加えて中間媒体を用いる中間媒体式気化器が知られている。特許文献１に開示されている中間媒体式気化器は、図５に示すように、中間媒体蒸発器Ｅ１と、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２と、ＮＧ（天然ガス）加温器Ｅ３と、を備えている。また、気化器には、熱源流体としての海水が通る経路として、入口室５０、多数本の伝熱管５２、中間室５４、多数本の伝熱管５６及び出口室５８が、この順に設けられている。伝熱管５２はＮＧ加温器Ｅ３内に、また伝熱管５６は中間媒体蒸発器Ｅ１内にそれぞれ配置されている。中間媒体蒸発器Ｅ１内には、海水の温度よりも沸点の低い中間媒体（例えばプロパン）Ｍが収容されている。

ＬＮＧ蒸発器Ｅ２は、入口室６２及び出口室６４と、両室６２，６４を連通する多数本の伝熱管６３とを備えている。各伝熱管６３は略Ｕ字状をなし、中間媒体蒸発器Ｅ１内の上部に突き出ている。出口室６４は、ＮＧ導管６６を介してＮＧ加温器Ｅ３内に連通している。

このような気化器において、熱源流体である海水は、入口室５０、伝熱管５２、中間室５４及び伝熱管５６を通って出口室５８に至るが、伝熱管５６を通る海水は、中間媒体蒸発器Ｅ１内の液状中間媒体Ｍと熱交換して当該中間媒体Ｍを蒸発させる。

一方、気化対象であるＬＮＧは、入口室６２から伝熱管６３に導入される。この伝熱管６３内のＬＮＧと中間媒体蒸発器Ｅ１内の蒸発中間媒体Ｍとの熱交換により、当該中間媒体Ｍが凝縮するとともに、その凝縮熱を受けてＬＮＧが伝熱管６３内で蒸発し、ＮＧとなる。このＮＧは、出口室６４からＮＧ導管６６を通じてＮＧ加温器Ｅ３内に導入され、このＮＧ加温器Ｅ３内の伝熱管５２を流れる海水との熱交換によってさらに加熱された後、利用側に供給される。

ところで、海水を熱源として、管外の冷媒を沸騰させるための沸騰用伝熱管が、下記特許文献３に開示されている。この特許文献３に開示された沸騰用伝熱管は、チタン製又はステンレス製の内管と、銅製又はアルミニウム製の外管とを備えた二重管によって構成されている。そして、外管の外周面には、転造加工によって突起部が形成されている。この構成では、内管がチタン製又はステンレス製となっていため、耐海水性に優れており、しかも、外管が銅製又はアルミニウム製となっているため、転造加工性に優れている。

特開２０００−２２７２００公報 特開２００１−２００９９５号公報 特開２０１２−２３７４号公報

特許文献１及び２には、中間媒体蒸発器の伝熱管の材質について何ら記載されていない。しかしながら、この伝熱管のように、内部を海水が流れる伝熱管については、耐海水性を考慮して、一般的に、チタン製又はステンレス製の伝熱管が採用される。チタン製又はステンレス製の伝熱管については、加工コストが高くなるため、ベア管（フィン無し管）が採用される。しかし、ベア管では伝熱性能が高くないため、中間媒体蒸発器の伝熱管として、特許文献３に開示された伝熱管と同様の構成を有する伝熱管を採用することが考えられる。特許文献３に開示された伝熱管は、チタン製又はステンレス製の内管と、銅製又はアルミニウム製の外管とを備えた二重管構造に構成されるとともに、外管に突起部が形成されている。これにより、転造加工性を確保しつつ耐海水性をも担保することができる。しかしながら、特許文献３に開示された二重管構造の伝熱管では、内管と外管とが異種金属で構成されているため、内管と外管とが異なる線膨張係数を有している。このため、内管内を流れる海水と、外管の外側の熱媒体との間で熱交換が行われる際に、内管と外管との間で剥離が生じ、伝熱性能が思惑通りに向上しないという問題がある。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐海水性を担保しつつ、伝熱性能を向上することにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、海水が流れる伝熱管を有し、該伝熱管内の海水と該伝熱管外の液状の中間媒体との間での熱交換によって前記中間媒体の少なくとも一部を蒸発させる中間媒体蒸発部と、低温液化ガスが流れる伝熱管を有し、前記中間媒体蒸発部で蒸発した中間媒体を凝縮させることにより、前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる液化ガス気化部と、を備え、前記中間媒体蒸発部の前記伝熱管は、チタン製又はチタン合金製であり、前記伝熱管の外周面には、外面の間隙を通して外部に連通する空洞部分を有する溝が形成され、当該溝は前記外面の間隙の幅よりもその奥側の前記空洞部分の幅の方が広い形状を有しており、前記中間媒体蒸発部には前記伝熱管に海水を流入させるための海水入口室が隣接し、当該海水入口室には前記海水を前記伝熱管内で気化したガスと熱交換させることなく当該海水入口室に導入する導入管が接続され、前記液化ガス気化部の前記伝熱管は、ステンレス製のフィン付き管によって構成され、当該フィン付き管のフィンは当該管の軸方向に並ぶように設けられており、前記液化ガス気化部は、前記伝熱管内で気化したガスが流入する出口室を有し、当該出口室には、当該出口室から流出したガスを加熱することなく利用側に供給する導出管が接続されている中間媒体式気化器である。

本発明では、中間媒体蒸発部の伝熱管がチタン製又はチタン合金製であるため、伝熱管内に海水が流れるとしても、腐食し難い。したがって耐海水性を担保することができる。しかも、この伝熱管は、一体形成品であって従来のような二重管と異なるため、内管と外管との間で剥離が生ずるようなことはない。このため、伝熱管壁での伝熱性能が悪化することもない。さらに、中間媒体蒸発部の伝熱管の外周面には、外面の間隙を通して外部に連通する空洞部分を有する溝が形成されている。したがって、中間媒体蒸発部での伝熱性能を向上することができる。

前記液化ガス気化部の前記伝熱管は、ステンレス製のフィン付き管によって構成されているため、伝熱管において中間媒体の接触面積を増大させることができる。したがって、液化ガス気化部においても伝熱性能を向上することができる。

前記液化ガス気化部は、前記伝熱管内で気化したガスが流入する出口室を有しており、前記出口室には、該出口室から流出したガスを加熱することなく利用側に供給する導出管が接続されているので、液化ガス気化部で気化したガスが、導出管を通して利用側に供給される。すなわち、中間媒体蒸発部の伝熱管として、外周面に外面の間隙を通して外部に連通する空洞部分を有する溝が形成された構成の伝熱管が採用されるとともに、液化ガス気化部の伝熱管としてフィン付き管が採用されることにより、導出管でさらに加温する必要のない程度の温度まで、液化ガス気化部において低温液化ガスを加熱することができる。したがって、従来のように加温器（ＮＧ加温器）を設ける必要がないため、中間媒体蒸発部の伝熱管にかかるコスト及び液化ガス気化部の伝熱管にかかるコストの上昇分を吸収することができ、従来の装置に比べ、トータルとしてコスト削減を図ることができる。

前記液化ガス気化部において、低温液化ガスが０℃以上の温度に加熱されてもよい。この態様では、低温液化ガスが、導出管でさらに加温する必要のない程度の温度（０℃以上）まで液化ガス気化部において加熱される。

以上説明したように、本発明によれば、耐海水性を担保しつつ、伝熱性能を向上することができる。

本発明の実施形態に係る中間媒体式気化器の構成を概略的に示す図である。 前記気化器に設けられた中間媒体蒸発器の伝熱管の外観の一部を模式的に示す図である。 前記伝熱管を部分的に示す断面図である。 前記気化器に設けられたＬＮＧ蒸発器の伝熱管を模式的に示す断面図である。 従来の中間媒体式気化器の構成を概略的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る中間媒体式気化器（以下、単に気化器と称する）１０は、中間媒体を介して、熱源流体である海水の熱を低温液化ガスであるＬＮＧ（液化天然ガス）に伝え、ＬＮＧを気化する装置である。気化器１０は、中間媒体蒸発部である中間媒体蒸発器Ｅ１と、液化ガス気化部であるＬＮＧ蒸発器Ｅ２と、を備えている。気化器１０は、中空状の本体部１１を備えており、この本体部１１は中間媒体蒸発器Ｅ１のシェルとして機能する。

中間媒体蒸発器Ｅ１の一方には入口室（水室）１４が隣接し、他方における下側部には出口室１８が隣接している。中間媒体蒸発器Ｅ１には、多数の伝熱管２０が設けられている。伝熱管２０は、本体部１１における下側部内に配置されている。伝熱管２０は、本体部１１の側壁のうち、入口室１４との仕切壁として機能する入口側壁１１ａと、出口室１８との仕切壁として機能する出口側壁１１ｂとの間に架け渡されている。この伝熱管２０は、一方向に直線状に延びる形状を有するが、この形状に限られるものではない。

入口室１４は、入口側管板１１ａとの間に間隔をおいて配置された外側壁１４ａと、入口側管板１１ａ及び外側壁１４ａを接続する接続壁１４ｄと、を備えている。外側壁１４ａには、海水を導入する導入管２２が接続されている。導入管２２には、図略のポンプ等が設けられており、海からくみ上げられた海水が入口室１４内に導入される。すなわち、本実施形態の気化器１０では、図５に示す従来の中間媒体式気化器と異なり、ＮＧ加温器が設けられていないため、入口室１４に導入される前の海水がＮＧを加温するのに用いられることはない。なお、導入管２２は、外側壁１４ａに接続される構成に限られない。

出口室１８は、出口側管板１１ｂとの間に間隔をおいて配置された外側壁１８ａと、出口側管板１１ｂ部及び外側壁１８ａを接続する接続壁１８ｄと、を備えている。接続壁１８ｄには、海水を排出する排出管２４が接続されている。なお、排出管２４は、接続壁１８ｄに接続される構成に限られず、外側壁１８ａに接続される構成であってもよい。

本体部１１中の中間媒体蒸発器Ｅ１内には、海水の温度よりも沸点の低い中間媒体（例えばプロパン）Ｍが収容されている。中間媒体Ｍは、全ての伝熱管（海水が流れる伝熱管）２０よりも上側に液面が位置する程度に収容されている。

出口室１８の上方には、ＬＮＧの入口室３２と、ＮＧを導出する出口室３４とが設けられている。入口室３２及び出口室３４は、出口側管板１１ｂとともに本体部１１の他方側の側壁を構成する管板１１ｃを介して中間媒体蒸発器Ｅ１の上側部に隣接している。出口室３４は、入口室３２の上側に隣接するように形成されている。入口室３２には、ＬＮＧを導入するための供給管３６が接続されている。出口室３４には、ＮＧを導出するための導出管３８が接続されている。ＮＧは、導出管３８を通して利用側に供給される。

ＬＮＧ蒸発器Ｅ２は、前記入口室３２と、前記出口室３４と、入口室３２と出口室３４とを連通する多数の伝熱管４０と、を備えている。伝熱管４０は、本体部１１内における上側部に配置されている。各伝熱管４０は略Ｕ字状をなしており、本体部１１内の上側部に突き出た状態で、伝熱管４０の両端部が管板１１ｃに固定されている。伝熱管４０は、中間媒体Ｍの液面よりも上方に配置されている。

本実施形態の気化器１０では、海水が導入管２２を通して入口室１４に導入される。この海水は中間媒体蒸発器Ｅ１の伝熱管２０内に流入し、伝熱管２０内を流れる海水は、液状の中間媒体Ｍと熱交換される。この熱交換によって、液状の中間媒体Ｍを沸騰させ、中間媒体Ｍを気化させる。

一方、気化対象であるＬＮＧは、供給管３６を通して入口室３２に導入される。このＬＮＧは、入口室３２からＬＮＧ蒸発器Ｅ２の伝熱管４０に流入する。伝熱管４０内のＬＮＧと中間媒体蒸発器Ｅ１内（本体部１１内）のガス状の中間媒体Ｍとの熱交換により、当該中間媒体Ｍが伝熱管４０外で凝縮するとともに、その凝縮熱を受けてＬＮＧが伝熱管４０内で気化し、ＮＧとなる。このＮＧは、出口室３４から導出管３８を通じて利用側に供給される。すなわち、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２で気化したＮＧは、加熱されることなくそのままの温度で利用側に供給される。ＬＮＧ蒸発器Ｅ２においては、ＮＧは例えば０℃以上の温度に加熱される。なお、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２において、ＮＧは０℃以上の温度にまで加熱されるものに限られない。ＬＮＧ蒸発器Ｅ２から排出されるＮＧの温度は、利用側での要求に応じて適宜変更が可能であり、０℃未満であってもよい。この場合でも、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２から導出されたＮＧを更に加熱することなく、利用側に供給することが可能である。

ここで、中間媒体蒸発器Ｅ１に設けられた伝熱管２０の構成について説明する。伝熱管２０は、チタン製又はチタン合金製であり、図２に示すように、外周面に網目状の溝２０ａ，２０ｂが形成されている。すなわち、伝熱管２０の外周面には、伝熱管２０の長手方向（軸方向）に延びる多数の溝２０ａと、周方向に延びる多数の溝２０ｂとが形成されている。そして、隣り合う溝間の部位が、凸部２０ｃとして形成されている。多数の凸部２０ｃは、軸方向及び周方向に配列されている。なお、本実施形態では、長手方向の溝２０ａと周方向の溝２０ｂとが形成された構成となっているが、これに限られるものではない。例えば、長手方向に延びる多数の溝２０ａのみが設けられて、周方向の溝２０ｂが設けられない構成であってもよい。また、周方向に延びる多数の溝２０ｂのみが設けられて、長手方向の溝２０ａが設けられない構成であってもよい。すなわち、溝２０ａ，２０ｂは網目状に形成されていなくてもよい。

このような凸部２０ｃは、転造加工された後、外面を押しつぶすことによって形成することができる。したがって、図３に示すように、凸部２０ｃの外端面は、およそ平らな形状となっており、隣り合う凸部２０ｃ間の溝２０ａ，２０ｂは、外面側の間隙２０ｄの幅よりも奥側の空洞部分２０ｅの幅の方が広い形状になりやすい。したがって、凸部２０ｃ間の溝２０ａ，２０ｂは、外部に開口したトンネル構造の溝となっている。すなわち、凸部２０ｃ間には、外面の間隙２０ｄを通して外部に連通する空洞部分２０ｅを有する溝２０ａ，２０ｂが設けられている。このような形状に形成されることにより、沸騰を促進することができる。

ＬＮＧ蒸発器Ｅ２に設けられた伝熱管４０は、図４に示すように、フィン付き管によって構成されている。この伝熱管４０は、Ｕ字状に形成されているため、直線部に多数のフィン４０ａが軸方向に並ぶように設けられた構成となっている。中間媒体蒸発器Ｅ１の伝熱管２０の外周面に凸部２０ｃが形成されており、しかもＬＮＧ蒸発器Ｅ２の伝熱管４０がフィン付き管によって構成されているので、従来に比べ、例えば約２倍の伝熱性能を得ることができる。

なお、伝熱管４０は、内面に凹凸が形成されていない構成となっているがこれに限られない。伝熱管４０の内面に凹凸が形成されていてもよい。この構成では、より熱交換性能を向上することができる。また、伝熱管４０内に、図略の伝熱促進体が配置されていてもよい。この伝熱促進体は、例えば、螺旋状に形成されたテープ（ツイストテープ）、湾曲した複数の板状体を並べたもの、ワイヤインサート、線状体を編み込んだ構成のもの等であり、伝熱管４０内での液化天然ガスの乱流を促進させる。

以上説明したように、本実施形態では、中間媒体蒸発器Ｅ１の伝熱管２０がチタン製又はチタン合金製であるため、伝熱管２０内に海水が流れるとしても、腐食し難い。したがって耐海水性を担保することができる。しかも、この伝熱管２０は、一体形成品であって従来のような二重管と異なるため、内管と外管との間で剥離が生ずるようなことはない。このため、伝熱管壁での伝熱性能が悪化することもない。さらに、中間媒体蒸発器Ｅ１の伝熱管２０の外周面には、空洞部分２０ｅを有する溝２０ａ，２０ｂが外部に連通するように形成されている。したがって、中間媒体蒸発器Ｅ１での伝熱性能を向上することができる。

しかも本実施形態では、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２の伝熱管４０がフィン付き管によって構成されているため、伝熱管４０において中間媒体Ｍの接触面積を増大させることができる。したがって、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２においても伝熱性能を向上することができる。

また本実施形態では、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２で気化したガスが、更なる加熱を要することなく導出管３８を通して利用側に供給される。すなわち、中間媒体蒸発器Ｅ１の伝熱管２０として、空洞部分２０ｅを有する溝２０ａ，２０ｂが外周面に形成された構成の伝熱管２０が採用されるとともに、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２の伝熱管４０としてフィン付き管が採用されることにより、導出管３８でさらに加温する必要のない程度の温度まで、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２においてＬＮＧ（低温液化ガス）を加熱することができる。したがって、従来のように加温器（ＮＧ加温器）を設ける必要がないため、中間媒体蒸発器Ｅ１の伝熱管２０にかかるコスト及びＬＮＧ蒸発器Ｅ２の伝熱管４０にかかるコストの上昇分を吸収することができ、従来の装置に比べ、トータルとしてコスト削減を図ることができる。また、本実施形態では、ＮＧ加温器が省略された構成となっているため、気化器１０の設置面積が、従来の構成に比べて小さくなっている。したがって、例えばスペースが限られた船上に設置される場合にも有効となる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、ＬＮＧ蒸発器Ｅ２に設けられた伝熱管４０がフィン付き管によって構成されているが、この構成に限られるものではない。ＬＮＧ蒸発器Ｅ２の伝熱管４０は、ベア管（フィン無し管）によって構成されていてもよい。

また前記実施形態では、ＮＧ加温器が省略された構成としたが、これに限られるものではない。導出管３８にＮＧ加温器が設けられていて、導出管３８においてＮＧがさらに加温される構成であってもよい。

Ｅ１ 中間媒体蒸発器
Ｅ２ ＬＮＧ蒸発器
Ｍ 中間媒体
１０ 中間媒体式気化器
１１ 本体部
１１ａ 入口側管板
１１ｂ 出口側管板
１１ｃ 管板
１４ 入口室
１８ 出口室
２０ 伝熱管
２０ａ 溝
２０ｂ 溝
２０ｄ 間隙
２０ｅ 空洞部分
２２ 導入管
２４ 排出管
３２ 入口室
３４ 出口室
３６ 供給管
３８ 導出管
４０ 伝熱管
４０ａ フィン

Claims (2)

1. 海水が流れる伝熱管を有し、該伝熱管内の海水と該伝熱管外の液状の中間媒体との間での熱交換によって前記中間媒体の少なくとも一部を蒸発させる中間媒体蒸発部と、
   低温液化ガスが流れる伝熱管を有し、前記中間媒体蒸発部で蒸発した中間媒体を凝縮させることにより、前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる液化ガス気化部と、を備え、
   前記中間媒体蒸発部の前記伝熱管は、チタン製又はチタン合金製であり、前記伝熱管の外周面には、外面の間隙を通して外部に連通する空洞部分を有する溝が形成され、当該溝は前記外面の間隙の幅よりもその奥側の前記空洞部分の幅の方が広い形状を有しており、
   前記中間媒体蒸発部には前記伝熱管に海水を流入させるための海水入口室が隣接し、当該海水入口室には前記海水を前記伝熱管内で気化したガスと熱交換させることなく当該海水入口室に導入する導入管が接続され、
   前記液化ガス気化部の前記伝熱管は、ステンレス製のフィン付き管によって構成され、当該フィン付き管のフィンは当該管の軸方向に並ぶように設けられており、
   前記液化ガス気化部は、前記伝熱管内で気化したガスが流入する出口室を有し、当該出口室には、当該出口室から流出したガスを加熱することなく利用側に供給する導出管が接続されている中間媒体式気化器。
2. 前記液化ガス気化部において、低温液化ガスが０℃以上の温度に加熱される請求項１に記載の中間媒体式気化器。

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