JP7390062B2

JP7390062B2 - 気化器

Info

Publication number: JP7390062B2
Application number: JP2022020562A
Authority: JP
Inventors: 弘高橋; 哲也三浦
Original assignee: 日本ガス開発株式会社
Priority date: 2022-02-14
Filing date: 2022-02-14
Publication date: 2023-12-01
Anticipated expiration: 2042-02-14
Also published as: JP2023117804A

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化アルゴン、液化窒素、液化酸素、液化エタン、液化エチレン、液化アンモニア、液化水素、ＣＯ_２、Ｈｅ、プロピレン等を含む液化ガスを熱交換用の流体で加熱（熱交換）して気化させるための気化器に関する。

上記気化器として、ＬＰＧ（液化石油ガス）を気化させるＬＰＧ気化器が提案されている。このＬＰＧ気化器は、温水を貯蔵する温水槽と、上流側のＬＰＧ容器から温水槽に導入したＬＰＧ液を気化させ、その気化させたＬＰＧ気体を下流側に供給する熱交換器と、温水の加熱源としてのバーナーと、バーナーで加熱された熱風を温水槽の下端から上端まで案内すべく、該温水槽の下端の径方向中心部から該温水槽の上方へ向かって真っ直ぐ延びる燃焼ガス筒と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。

実用新案登録第２５２０９７０号公報

上記構成の気化器では、バーナーで加熱した熱風を、温水槽の下端の径方向中心部から温水槽の上方へ向かって真っ直ぐ延びる燃焼ガス筒で案内することによって、温水槽を温めている。この構成で熱風による熱効率を高めるためには、燃焼ガス筒の直径を拡大することにより温水槽の水との接触面積を増大させなければならない。そのため、温水槽の外径寸法が大きくなって気化器が大型化してしまう不都合があり、改善の余地があった。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、大型化を抑制することができる気化器を提供することを課題とする。

本発明の気化器は、前述の課題解決のために、熱交換用の流体を収容する容器と、該容器内に液化ガスを導入し前記流体による加熱により該液化ガスを気化させながら該容器の外部へ導出するための伝熱管と、前記容器内の流体を加熱するための熱風を導入するための導入管と、を備えている気化器であって、前記導入管が、前記伝熱管の前記容器における外側に螺旋状に配置されていることを特徴としている。

かかる構成によれば、熱風を導入して容器内の流体を加熱するための導入管を、伝熱管の容器における外側に螺旋状に配置することによって、導入管の流体との接触面積を増大することができるので、熱効率を高めることができながらも、容器の大型化を抑制することができる。また、導入管を螺旋状に構成することによって、圧力損失を抑制することができるだけでなく、部分的に熱応力が作用することを抑制することができ、導入管の熱効率の更なる向上及び耐久性の向上を実現することができる。

また、本発明の気化器は、前記伝熱管により前記容器の外部へ導出された気化状態の液化ガスの圧力を安定させるためのチャンバーを前記容器内に備えていてもよい。

上記のように、伝熱管により容器の外部へ導出された気化状態の液化ガスの圧力をチャンバーで安定させることによって、伝熱管に部分的に熱応力が作用することを抑制することができる。

また、本発明の気化器は、前記チャンバーが、前記伝熱管からの気化状態の液化ガスを受け取って該チャンバーの底部へ移動させるべく該チャンバーの径方向外側に形成される第１流路と、前記チャンバーの底部へ移動した気化状態の液化ガスを該チャンバーの上方へ移動させるべく該チャンバーの径方向内側に形成される第２流路と、を備え、前記第２流路の断面積が前記第１流路の断面積よりも大きい構成であってもよい。

上記のように、伝熱管から外部へ導出された気化状態の液化ガスは、チャンバーの入口と出口の圧力差によりチャンバーの第１流路を移動してチャンバーの底部へ到達し、底部へ到達した気化状態の液化ガスは、第２流路を上昇する。このとき、第２流路の断面積が第１流路の断面積よりも大きいため、気化状態の液化ガスが拡散して圧力が安定する。これにより、伝熱管に部分的に熱応力が作用することを抑制することができる。

また、本発明の気化器は、前記伝熱管と接続される前記第１流路の入口及び前記第２流路の出口が前記容器外にあってもよい。

上記のように、第１流路の入口及び第２流路の出口が容器外にあれば、それら入口及び出口に接続される管の接続作業をしやすい。

また、本発明の気化器は、前記伝熱管と前記導入管との間に、前記容器内の流体を対流させるために、前記容器の径方向内外を仕切る筒状体を配置していてもよい。

上記のように、筒状体により容器内の流体の対流を促進させることによって、熱効率を高めることができ、気化器の大型化をより一層抑制することができる。

また、本発明の気化器は、径方向内側から径方向外側に向かい、前記チャンバー、前記伝熱管、前記筒状体、前記導入管が、この順で平面視の径寸法が順次大きくなり、かつ、この順で同心円状に配置されていてもよい。

上記のように、径方向内側から径方向外側に向かい、チャンバー、伝熱管、筒状体、導入管を、この順で平面視の径寸法が順次大きくなり、かつ、この順で同心円状に配置することによって、気化器の大型化をより一層抑制することができる。

また、本発明の気化器は、前記導入管が、曲率が一定の螺旋状に形成されていてもよい。

上記のように、導入管が、曲率が一定の螺旋状に形成されていれば、熱風をスムーズに流すことができる。

本発明によれば、導入管を、伝熱管の外側に螺旋状に配置することによって、大型化を抑制することができる気化器を提供することができる。

本発明に係る第１の形態の気化器の正面図である。同気化器の平面図である。同気化器を構成する導入管の正面図である。同気化器を構成する導入管の側面図である。第２の形態の気化器の正面図である。同気化器の平面図である。同気化器を構成するチャンバーの縦断面図である。第３の形態の気化器の正面図である。同気化器の平面図である。第４の形態の気化器の正面図である。同気化器の平面図である。

以下、本発明に係る気化器の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１及び図２は、第１実施形態の気化器１を示している。この気化器１は、液化ガス（例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ））を流体との熱交換によって気化させるためのものである。具体的には、熱交換用の流体（図示せず）を収容する金属製の容器２と、容器２の底壁２Ａに形成の第１貫通孔２ａを閉じる板状で金属製の第１蓋部３と、第１蓋部３を貫通して容器２内に液化ガス（図示せず）を導入し流体による加熱により液化ガスを気化させながら容器２の上方へ導出するための金属製で内部中空の複数（この実施形態では４本、図１では３本が図示されている）の伝熱管４，５，６，７と、容器２内の流体を加熱するための熱風を導入するための金属製で内部中空の導入管８と、容器２の天壁２Ｂに形成の第２貫通孔２ｂを閉じる板状で金属製の第２蓋部９と、を備えている。前記金属としては、ステンレス製のものが最適であるが、各種の金属を用いてもよい。前記流体としては、水（井戸水、水道水、雨水等）を用いているが、不凍液もしくは冷媒であってもよい。

容器２は、上下方向に長い縦長状で円筒状（角筒状でもよい）の容器からなり、下端及び上端に前記第１貫通孔２ａ及び第２貫通孔２ｂを備え、下端の第１貫通孔２ａが前記第１蓋部３により閉じられ、上端の天壁２Ｂに形成の第２貫通孔２ｂが第２蓋部９により閉じられている。そして、前記伝熱管４，５，６，７の上端部が、第２蓋部９に貫通され、上方の外部へ導出され、前記伝熱管４，５，６，７の下端部が、第１蓋部３に貫通されている。尚、前記伝熱管４，５，６，７の上端のフランジ４Ｆ，５Ｆ，６Ｆ，７Ｆには、図示していない管のフランジが連結されて、気化した液化ガスが所定位置まで移送される。また、前記伝熱管４，５，６，７の下端のフランジ４ｆ，５ｆ，６ｆ，７ｆには、液化ガス供給部（図示せず）に接続される管（図示せず）のフランジが連結されて、液化ガス供給部からの液化ガスが伝熱管４，５，６，７へ供給される。尚、容器２には、容器２内の流体の水位を検出する検出手段としてのボールタップ１０を備えて、容器２内の流体の水位を設定した水位になるように容器２への流体の供給量を制御するようにしてもよい。伝熱管４，５，６，７の上端のフランジ４Ｆ，５Ｆ，６Ｆ，７Ｆ及び下端のフランジ４ｆ，５ｆ，６ｆ，７ｆが容器２の外に位置しているため、それらフランジに図示していない管を容易に接続できる。

伝熱管４，５，６，７は、容器２の径方向中心部に配置され、第１蓋部３を貫通して容器２の内部へ導入される略直線状の導入部４Ａ，５Ａ，６Ａ，７Ａと、導入部４Ａ，５Ａ，６Ａ，７Ａの下流端（上端）から略同一径で、かつ、上下方向に一定のピッチをもって曲率が一定の螺旋状に曲げられた螺旋部４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂと、螺旋部４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂの下流端（上端）から前記第２蓋部９を貫通して容器２の上方の外部まで導出される略直線状の導出部４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃと、を備えている。これら４本の伝熱管４，５，６，７の螺旋部４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂが上下方向において重複する状態で設けられている。従って、導入部４Ａ，５Ａ，６Ａ，７Ａから受け取った液化ガスは、螺旋部４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂの内部を移動する移動中に容器２内の流体（温水）により加熱（熱交換）されて気化し、気化した液化ガスが導出部４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃに受け渡される。そして、気化した液化ガスは、導出部４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃを介して容器２外の上方へ排出される。この排出された液化ガスは、前述したように、図示しない管を介して所定位置まで移送される。

導入管８は、図３及び図４にも示すように、容器２の外部に備えたガスバーナー（熱源部材）１１にフランジ連結される直線状で金属製の第１円筒部１２と、この第１円筒部１２の下流側端部が容器２を貫通してフランジ連結される直線状で金属製の第２円筒部１３と、第２円筒部１３からの熱風を受け取って容器２内を螺旋状に移動させる螺旋部１４と、螺旋部１４の下流側端に接続され容器２の上方の外部へ導出する直線状で金属製の第３円筒部１５と、を備えている。第２円筒部１３とこれよりも径の小さい螺旋部１４とが同心レジューサ１６により連結されている。第２円筒部１３は、底壁２Ａに載置した門型の脚部１７に固定されている。螺旋部１４は、略同一径で、かつ、上下方向に一定のピッチをもって曲率が一定の螺旋状に曲げられて形成されている。また、螺旋部１４は、底壁２Ａに上方へ真っ直ぐ延びるように設置されたＬ字型の複数（図２では周方向に４本）のアングル１８に固定されている。

前記のように、導入管８を、伝熱管４，５，６，７の容器２における外側に螺旋状に配置することによって、流体と接触する導入管８の接触面積を増大することができるので、容器２の大型化を抑制することができる。しかも、導入管８を螺旋状に構成しているので、圧力損失を抑制することができるだけでなく、例えばヘアピン状に折り返した管路に比べて、部分的に熱応力が作用することを抑制することができ、導入管８の伝熱効率の向上及び耐久性の向上を実現することができる。

＜第２実施形態＞
図５及び図６では、伝熱管４，５，６，７の内側に距離を空けて金属製のチャンバー１９を配置して気化器１を構成している。他の構成は、図１及び図２と同様であるため、チャンバー１９についてのみ説明する。

チャンバー１９は、伝熱管４，５，６，７により容器２の上方から外部へ導出された気化状態の液化ガスの圧力を安定させるために設けられている。このチャンバー１９は、図７に示すように、外側円筒部２０と、外側円筒部２０の内側に配置される内側円筒部２１と、外側円筒部２０の下端を閉じる第１蓋部２２と、外側円筒部２０の上端を閉じる第２蓋部２５と、を備えている。第２蓋部２５は、外側円筒部２０の内面と内側円筒部２１の外面との間に形成される平面視ドーナツ状の外側空間２３を上方から閉じるとともに、径方向中心部に内側円筒部２１の内側空間２４と連通する開口（図示せず）を備えている。内側円筒部２１の下端は、外側円筒部２０の下端よりも短く構成されており、外側空間２３と内側空間２４とがチャンバー１９の下端部で連通されている。前記内側空間２４の断面積が、外側空間２３の断面積よりも大きく（広く）設定されている。尚、内側円筒部２１の下端部と外側円筒部２０の下端部との間の周方向複数個所に、内側円筒部２１の変形を防止するための振れ止め部材２６を備えている。

図５に示すように、４本（図５では３本のみ見えている）の導出部４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃの先端（上端）のフランジ４Ｆ，５Ｆ，６Ｆ，７Ｆに、外側円筒部２０の上端部の外周の周方向４箇所からそれぞれ延びる連結管２７の先端に備えるフランジ２７Ｆを重ね合わせてボルト（図示せず）により連結している。各連結管２７は、径方向に延びてから９０度下方に曲げられた鍵型状に構成されている。

また、チャンバー１９の第２蓋部２５の径方向中心部には、内側空間２４と連通する管１９Ａが取り付けられている。この管１９Ａの上端にフランジ１９Ｆを備えている。このフランジ１９Ｆと図示しない管のフランジがボルトにより連結されて気化した液化ガスを所定位置まで移送する。

外側空間２３は、４本の伝熱管４，５，６，７からの気化状態の液化ガスを受け取ってチャンバー１９の底部へ移動させるべくチャンバー１９の径方向外側に形成される第１流路を構成する。また、内側空間２４は、外側空間２３を通してチャンバー１９の底部へ移動した気化状態の液化ガスをチャンバー１９の上方へ移動させるべくチャンバー１９の径方向内側に形成される第２流路を構成する。第１流路の入口を構成するフランジ２７Ｆ及び第２流路の出口を構成するフランジ１９Ｆが容器２外にあれば、それら入口（フランジ２７Ｆ）及び出口（フランジ１９Ｆ）に接続される管の接続作業をしやすい。

従って、４本の伝熱管４，５，６，７から外部へ導出された気化状態の液化ガスは、図７の矢印で示すように、チャンバー１９の入口と出口の圧力差によりチャンバー１９の第１流路２３を移動（下降）してチャンバー１９の底部（第１蓋部２２）へ到達し、底部（第１蓋部２２）へ到達した気化状態の液化ガスは、第２流路２４を図７の矢印で示すように上昇する。このとき、第２流路２４の断面積が第１流路２３の断面積よりも大きいため、液化ガスが第２流路２４内で拡散することで圧力が安定する。これにより、伝熱管４，５，６，７に部分的に熱応力が作用することを抑制することができる。特に、液化天然ガス（ＬＮＧ）の場合は、沸点の異なる複数の成分が混合していることから、チャンバー１９により脈動を抑制できるため、有効である。

＜第３実施形態＞
図８及び図９では、伝熱管４，５，６，７と導入管８の間に、容器２内の流体を対流させるために、容器２の径方向内外を仕切る筒状体２８を配置している。他の構成は、図１及び図２と同様であるため、筒状体２８についてのみ説明する。

筒状体２８は、上端及び下端が開放された平面視円形の円筒状部材から構成されている。筒状体２８を配置することにより、筒状体２８の内側の流体は、導入管８からの熱が遮断され、伝熱管４，５，６，７を通る液化ガスにより流体の温度が下げられることになるため、下方へ移動（下降）し、筒状体２８の外側の流体は、導入管８により流体の温度が上がることになるため、上方へ移動（上昇）する。これにより、図８の矢印に示すように、容器２内の流体を対流させることができる。これにより、熱効率を高めることができ、気化器１の大型化をより一層抑制することができる。

図９に示すように、筒状体２８の上端部の周方向４箇所に、径方向に突出する金属製の取付部材２９が取り付けられている。そして、前記取付部材２９に対応する容器２の側壁２Ｃの上端部の周方向４箇所に固定された金属製の連結部材３０に取付部材２９をボルト（図示せず）により連結して、筒状体２８が容器２内を不測に移動することがないようにしている。また、筒状体２８の下端には、複数の脚部を備えており、筒状体２８を容器２内の所定高さに維持できるようにしている。

＜第４実施形態＞
図１０及び図１１の気化器１は、図８及び図９の気化器１に図５及び図６で示したチャンバー１９を配置して構成されている。他の構成は、前述した構成と同一であるため、説明を省略する。

そして、図１０及び図１１の気化器１は、径方向内側から径方向外側に向かい、チャンバー１９、伝熱管４，５，６，７、筒状体２８、導入管８が、この順で平面視の径寸法が順次大きくなり、かつ、この順で同心円状に配置されて構成されている。このように、チャンバー１９、伝熱管４，５，６，７、筒状体２８、導入管８を、同心円状に配置することによって、気化器１の大型化をより一層抑制することができる。

前記第１実施形態から第４実施形態の気化器１は、一般高圧ガス保安規則に適合し、防爆に関して規定されているＺｏｎｅ２にも設置が可能である。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記第２実施形態及び第４実施形態では、チャンバー１９を、外側円筒部２０と、内側円筒部２１の二重筒構造のものから構成したが、４本の導出部４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃの先端（上端）のそれぞれに容器２の下端側まで延びる第１パイプの一端（上端）を連結し、第１パイプの他端（下端）を４本の第１パイプの断面積を合計した合計断面積よりも大きな断面積を有し、かつ、容器２の底部付近から容器２の上方の外部まで延びるように設けた第２パイプの下端に連結した構成であってもよい。

また、前記第１～第４実施形態では、容器２及び筒状体２８を横断面が円形状のものから構成したが、楕円形状や多角形状等、どのような形状であってもよい。

また、前記第１～第４実施形態では、液化ガスとして液化天然ガス（ＬＮＧ）を用いたが、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化アルゴン、液化水素、液化窒素、液化酸素、液化エタン、液化エチレン、液化アンモニア、ＣＯ_２、Ｈｅ、プロピレン等を用いてもよい。

また、前記第１～第４実施形態では、４本の伝熱管４，５，６，７を設けたが、１本又は２本あるいは３本、更には５本以上の任意の本数の伝熱管を設けてもよい。

また、前記第１～第４実施形態では、熱源部材として、ガスバーナーを用いたが、ガソリン、灯油、アルコール等を用いたバーナーであってもよいし、赤外線バーナーの他、セラミックファンヒータ等の電気式熱源部材であってもよい。

また、前記第１～第４実施形態では、伝熱管４，５，６，７により液化ガスを気化させながら容器２の上から外部へ導出したが、容器２の横から外部へ導出してもよいし、容器２の下から外部へ導出してもよい。また、伝熱管４，５，６，７についても、容器２の下から容器２内へ導入しているが、容器２の横から容器２内へ導入してもよいし、容器２の下から容器２内へ導出してもよい。

１…気化器、２…容器、２Ａ…底壁、２Ｂ…天壁、２Ｃ…側壁、２ａ…第１貫通孔、２ｂ…第２貫通孔、４，５，６，７…伝熱管、４Ａ，５Ａ，６Ａ，７Ａ…導入部、４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂ…螺旋部、４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃ…導出部、４Ｆ，５Ｆ，６Ｆ，７Ｆ，４ｆ，５ｆ，６ｆ，７ｆ…フランジ、８…導入管、９…第２蓋部、１０…ボールタップ、１１…ガスバーナー（熱源部材）、１２…第１円筒部、１３…第２円筒部、１４…螺旋部、１５…第３円筒部、１６…同心レジューサ、１７…脚部、１８…アングル、１９…チャンバー、２０…外側円筒部、２１…内側円筒部、２２…第１蓋部、２３…外側空間（第１流路）、２４…内側空間（第２流路）、２５…第２蓋部、２６…振れ止め部材、２７…連結管、２７Ｆ…フランジ、２８…筒状体、２９…取付部材、３０…連結部材

Claims

熱交換用の流体を収容する容器と、該容器内に液化ガスを導入し前記流体による加熱により該液化ガスを気化させながら該容器の外部へ導出するための伝熱管と、前記容器内の流体を加熱するための熱風を導入するための導入管と、を備えている気化器であって、
前記導入管が、前記伝熱管の前記容器における外側に螺旋状に配置され、
前記伝熱管により前記容器の外部へ導出された気化状態の液化ガスの圧力を安定させるためのチャンバーを前記容器内に備え、
前記チャンバーは、前記伝熱管からの気化状態の液化ガスを受け取って該チャンバーの底部へ移動させるべく該チャンバーの径方向外側に形成される第１流路と、前記チャンバーの底部へ移動した気化状態の液化ガスを該チャンバーの上方へ移動させるべく該チャンバーの径方向内側に形成される第２流路と、を備え、前記第２流路の断面積が前記第１流路の断面積よりも大きいことを特徴とする気化器。
前記伝熱管と接続される前記第１流路の入口及び前記第２流路の出口が前記容器外にあることを特徴とする請求項１に記載の気化器。
熱交換用の流体を収容する容器と、該容器内に液化ガスを導入し前記流体による加熱により該液化ガスを気化させながら該容器の外部へ導出するための伝熱管と、前記容器内の流体を加熱するための熱風を導入するための導入管と、を備えている気化器であって、
前記導入管が、前記伝熱管の前記容器における外側に螺旋状に配置され、
前記伝熱管と前記導入管との間に、前記容器内の流体を対流させるために、前記容器の径方向内外を仕切る筒状体を配置していることを特徴とする気化器。
前記伝熱管と前記導入管との間に、前記容器内の流体を対流させるために、前記容器の径方向内外を仕切る筒状体を配置し、径方向内側から径方向外側に向かい、前記チャンバー、前記伝熱管、前記筒状体、前記導入管が、この順で平面視の径寸法が順次大きくなり、かつ、この順で同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の気化器。
前記導入管は、曲率が一定の螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１～４のうちのいずれか１項に記載の気化器。