特許 6347966 水中燃焼式気化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6347966

(24)【登録日】2018年6月8日

(45)【発行日】2018年6月27日

(54)【発明の名称】水中燃焼式気化装置

(51)【国際特許分類】

   F23D 14/44 20060101AFI20180618BHJP

   F23K 5/00 20060101ALI20180618BHJP

   F23L 9/04 20060101ALI20180618BHJP

   F17C 9/02 20060101ALI20180618BHJP

【ＦＩ】

   F23D14/44

   F23K5/00 307Z

   F23L9/04

   F17C9/02

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-43512(P2014-43512)

(22)【出願日】2014年3月6日

(65)【公開番号】特開2015-169357(P2015-169357A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2017年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183369

【氏名又は名称】住友精密工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503063168

【氏名又は名称】東京ガスエンジニアリングソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】外池 嘉朗

(72)【発明者】

【氏名】矢川 憲利

(72)【発明者】

【氏名】川上 悠

(72)【発明者】

【氏名】高畑 実

(72)【発明者】

【氏名】和崎 謙一

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−００２７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１０３２９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−１４９２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０４−５００９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０９９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１７０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１５１５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第３３６８５４８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４４８８５３７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｄ １４／４４

Ｆ２３Ｋ ５／００

Ｆ２３Ｌ ９／０４

Ｆ１７Ｃ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水槽内に浸漬配置されかつ、その内部を通過する低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、
ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼室内で燃焼させるよう構成されたバーナーと、
前記水槽内に浸漬されると共に、前記バーナーが取り付けられかつ、前記バーナーからの燃焼ガスを前記水槽内に導くよう構成されたダウンカマーと、
前記水槽内に浸漬されかつ、前記燃焼ガスを含む排気ガスを水中に噴出するよう構成された複数のスパージパイプと、
前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、各スパージパイプが接続されかつ、前記ダウンカマーから排出される前記排気ガスを前記各スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドと、を備え、
前記ブロワーから供給される空気は、前記バーナーの前記燃焼室内に導入される燃焼用の１次空気と、前記燃焼室には導入されない非燃焼用の２次空気とに分けられ、
前記２次空気は、前記ダウンカマー内において前記バーナーの火炎が到達する下端位置以下の前記ダウンカマーの下部において、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている水中燃焼式気化装置。

【請求項2】

請求項１に記載の水中燃焼式気化装置において、
前記２次空気は、前記１次空気が前記２次空気よりも少ない低負荷状態において前記バーナーの火炎が到達する下端位置以下の前記ダウンカマーの下部において、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている水中燃焼式気化装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の水中燃焼式気化装置において、
前記バーナーは、前記燃焼室を区画形成する内筒と、当該内筒と同軸に配置される外筒とを有すると共に、前記ダウンカマーの上部に取り付けられ、
前記１次空気は前記内筒内に導入され、
前記２次空気は前記内筒と前記外筒との間に導入された後、前記バーナーの下端開口から前記ダウンカマー内に流入し、
前記内筒は、前記バーナーの下端から連続して、前記ダウンカマーに沿うように下方に延びると共に、前記内筒の下端は、前記バーナーの火炎が到達する下端位置以下の前記ダウンカマー内の下部に位置している水中燃焼式気化装置。

【請求項4】

水槽内に浸漬配置されかつ、その内部を通過する低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、
ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼室内で燃焼させるよう構成されたバーナーと、
前記水槽内に浸漬されると共に、前記バーナーが取り付けられかつ、前記バーナーからの燃焼ガスを前記水槽内に導くよう構成されたダウンカマーと、
前記水槽内に浸漬されかつ、前記燃焼ガスを含む排気ガスを水中に噴出するよう構成された複数のスパージパイプと、
前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、各スパージパイプが接続されかつ、前記ダウンカマーから排出される前記排気ガスを前記各スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドと、を備え、
前記ブロワーから供給される空気は、前記バーナーの前記燃焼室内に導入される燃焼用の１次空気と、前記燃焼室には導入されない非燃焼用の２次空気とに分けられ、
前記２次空気は、前記マニホールドにおいて、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている水中燃焼式気化装置。

【請求項5】

水槽内に浸漬配置されかつ、その内部を通過する低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、
ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼室内で燃焼させるよう構成されたバーナーと、
前記水槽内に浸漬されると共に、前記バーナーが取り付けられかつ、前記バーナーからの燃焼ガスを前記水槽内に導くよう構成されたダウンカマーと、
前記水槽内に浸漬されかつ、前記燃焼ガスを含む排気ガスを水中に噴出するよう構成された複数のスパージパイプと、
前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、各スパージパイプが接続されかつ、前記ダウンカマーから排出される前記排気ガスを前記各スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドと、を備え、
前記ブロワーから供給される空気は、前記バーナーの前記燃焼室内に導入される燃焼用の１次空気と、前記燃焼室には導入されない非燃焼用の２次空気とに分けられ、
前記ダウンカマーの下部、又は、前記マニホールドには、前記２次空気の導入口が設けられ、
前記２次空気は、前記ダウンカマーの下部又は前記マニホールドにおいて、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている水中燃焼式気化装置。

【請求項6】

請求項５に記載の水中燃焼式気化装置において、
前記複数のスパージパイプは、前記水槽内で所定の並び方向に並んで配置され、
前記マニホールドは、その基端が前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、前記水槽内を、前記並び方向に延びて配設され、
前記２次空気の導入口は、前記マニホールドの先端側の位置に設けられている水中燃焼式気化装置。

【請求項7】

請求項５又は６に記載の水中燃焼式気化装置において、
前記バーナーは、前記ダウンカマーの上部に取り付けられかつ、前記燃焼ガスを下向きに噴出するように構成されている水中燃焼式気化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、水中燃焼式気化装置に関し、特に排気ガス中の有害物質を低減することによって気化装置の環境性能を高める構成に関する。

【背景技術】

【0002】

液化天然ガスといった低温液化ガスの気化装置の一つとして、水中燃焼式気化装置（Submerged Combustion Vaporizer）が知られている（例えば特許文献１参照）。この水中燃焼式気化装置は、水槽内に浸漬されたダウンカマー上に設けられかつ、ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼室内で燃焼させて、その燃焼ガスをスパージパイプから水中に噴出するよう構成されたバーナーと、前記水槽内に浸漬配置された伝熱管束を有する熱交換器と、を備えている。水中に気泡として噴出された燃焼ガス（つまり、排気ガス）が水槽内の水を撹拌しつつ、伝熱管束内を通過する低温液化ガスを加熱することによって、その低温液化ガスを気化させる。

【0003】

また、例えば特許文献２の図１等には、ダウンカマーの上部にパイロットバーナーを、下部にメインバーナーを、それぞれ設け、空気及び燃料を、パイロットバーナー及びメインバーナーのそれぞれに分配して供給する構成が記載されている。

【0004】

さらに、特許文献３には、水中燃焼式気化装置のバーナーとして、燃焼室を区画する内筒と、その内筒に同軸配置された外筒とを有しかつ、ブロワーから供給される空気を、燃焼室内に導入する１次空気と、燃焼室内には導入せずに、内筒と外筒との間に導入する２次空気とに分ける構成が記載されている。また、この水中燃焼式気化装置では、気化装置の負荷に応じて変更される燃料量に対応するように、１次空気と２次空気との割合を調整することで、排気ガス中の有害物質を低減するようにしている。具体的には、水中燃焼式気化装置の負荷が低く、それによって燃料量が少ないときには、１次空気量を少なくかつ、２次空気量を多くするのに対し、気化装置の負荷が高く、それによって燃料量が多いときには、１次空気量を多くかつ、２次空気量を少なくする。こうして、１次空気と２次空気とに分けることによって、全燃焼範囲で最適な空燃比で燃焼させることができ、バーナーからの燃焼ガス中の有害物質を低減しつつ、燃焼ガスに２次空気を合流させることで、水槽内に噴出し、均一に攪拌する排気ガスの量を十分に確保することが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２０９９９５号公報

【特許文献2】特開２００６−３１７０４７号公報

【特許文献3】特開２０１３−２７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ダウンカマーに取り付けられたバーナーの火炎は、バーナーの開口から突出し、少なくともその一部はダウンカマー内に位置することになる。また、特許文献３に記載されているような、内筒と外筒とを有するバーナーに対して、１次空気と２次空気とを分けて供給する構成では、特に水中燃焼式気化装置の負荷が低くて２次空気量が多いときに、ダウンカマー内で、火炎の外周囲を大量の２次空気が流れるようになる。この状態では、２次空気が火炎に接触することで火炎が冷やされ、燃焼温度が低下してしまう。燃焼温度の低下は排気ガス中の一酸化炭素を増やし、水中燃焼式気化装置の環境性能を低下させる。

【0007】

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ブロワーから供給される空気を１次空気と２次空気とに分けるようにした水中燃焼式気化装置において、排気ガス中の有害物質を低減して環境性能を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ここに開示する技術は、水中燃焼式気化装置に係り、この水中燃焼式気化装置は、水槽内に浸漬配置されかつ、その内部を通過する低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼室内で燃焼させるよう構成されたバーナーと、前記水槽内に浸漬されると共に、前記バーナーが取り付けられかつ、前記バーナーからの燃焼ガスを前記水槽内に導くよう構成されたダウンカマーと、前記水槽内に浸漬されかつ、前記燃焼ガスを含む排気ガスを水中に噴出するよう構成された複数のスパージパイプと、前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、各スパージパイプが接続されかつ、前記ダウンカマーから排出される前記排気ガスを前記各スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドと、を備える。

【0009】

そして、前記ブロワーから供給される空気は、前記バーナーの前記燃焼室内に導入される燃焼用の１次空気と、前記燃焼室には導入されない非燃焼用の２次空気とに分けられ、前記２次空気は、前記ダウンカマー内において前記バーナーの火炎が到達する下端位置以下の前記ダウンカマーの下部において、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている。
前記２次空気は、前記１次空気が前記２次空気よりも少ない低負荷状態において前記バーナーの火炎が到達する下端位置以下の前記ダウンカマーの下部において、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている、としてもよい。

【0010】

ここで、「ダウンカマーの下部」とは、上下方向に延びるように水槽内に浸漬されるダウンカマーを、上下に２等分したときの下部（その境界を含む）と定義することが可能である。

【0011】

前記の構成によると、バーナーは、ブロワーから供給された空気（つまり、１次空気）と、燃料供給源から供給された燃料とを燃焼させる。燃焼ガスは、ダウンカマー、マニホールド及び複数のスパージパイプを通じて、２次空気と共に水槽内に噴出される。水中に気泡として噴出された排気ガス（つまり、燃焼ガス及び２次空気を含む）が水槽内の水を撹拌しつつ、熱交換器内を流れる低温液化ガスを加熱することによって、その低温液化ガスを気化させる。

【0012】

ブロワーから供給される空気は、１次空気と２次空気とに分けられ、１次空気はバーナーの燃焼室内に導入されて燃焼に利用される。一方、２次空気は燃焼室内には導入されずに燃焼ガスと共に水槽内に噴出する。１次空気と２次空気との割合は、バーナーに供給される燃料量に応じて調整される。具体的に、燃料量が少ないときには、１次空気は少なくかつ、２次空気は多くなり、燃料量が多いときには、１次空気は多くかつ、２次空気は少なくなる。こうして、水中燃焼式気化装置の負荷の高低に拘わらず、排気ガス中の有害物質を低減すると共に、水槽内に噴出する排気ガスの量が十分に確保されて、水中燃焼式気化装置の熱交換器性能が向上する。

【0013】

前記の構成では、２次空気は、ダウンカマーの下部において、バーナーからの燃焼ガスと合流する。つまり、２次空気は、バーナーから各スパージパイプに至る燃焼ガスの流れ方向の下流側で、燃焼ガスと合流する。２次空気はバーナーの火炎には接触せず、バーナーの火炎が２次空気によって冷やされることが回避される。その結果、特に１次空気の量が少なくかつ、２次空気の量が多い水中燃焼式気化装置の低負荷運転時に、大量の２次空気によってバーナーの火炎が冷やされて燃焼温度が低下してしまうことが回避されることにより、排気ガス中の一酸化炭素が増えることが防止され、水中燃焼式気化装置の、特に低負荷運転状態における環境性能を向上させる。

【0014】

一方で、燃焼ガスと２次空気とを含む排気ガスは、ダウンカマーの下部で合流した後に、スパージパイプを通じて水中に気泡として噴出するから、十分な量の排気ガスを水中に噴出することが可能になる。こうして、特に燃料量が少なく、それによって燃焼ガスの量が少なくなる水中燃焼式気化装置の低負荷運転時においても、気化装置の熱交換器性能が高まる。

【0015】

前記バーナーは、前記燃焼室を区画形成する内筒と、当該内筒と同軸に配置される外筒とを有すると共に、前記ダウンカマーの上部に取り付けられ、前記１次空気は前記内筒内に導入され、前記２次空気は前記内筒と前記外筒との間に導入された後、前記バーナーの下端開口から前記ダウンカマー内に流入し、前記内筒は、前記バーナーの下端から連続して、前記ダウンカマーに沿うように下方に延びると共に、前記内筒の下端は、前記バーナーの火炎が到達する下端位置以下の前記ダウンカマー内の下部に位置している、としてもよい。ここで、「ダウンカマーの上部」は、ダウンカマーを上下に２等分したときの上部（その境界は含まない）と定義することが可能である。バーナーを、ダウンカマーの上端部に取り付けてもよい。また、「ダウンカマー内の下部」も、前記と同様に、ダウンカマー内を上下に２等分したときの下部（その境界を含む）と定義することが可能である。

【0016】

ダウンカマーの上部に取り付けられたバーナーの火炎は、バーナーの下端から突出して、ダウンカマー内の、少なくとも上部に位置するようになる。また、内筒と外筒とを有するバーナーに供給された２次空気は、内筒と外筒との間の空間を通じてダウンカマー内に流入される。

【0017】

前記の構成では、内筒を、バーナーの下端から連続してダウンカマーに沿うように下方に延びて配設している。バーナーの火炎の全て又はその大部分は、内筒の内部に位置するようになる。これにより、バーナーの下端開口からダウンカマー内に流入した直後の２次空気は、下方に延長した内筒が介在することによって、バーナーの火炎と接触することが防止される。こうして、バーナーの火炎が、２次空気によって冷却されることが防止される。

【0018】

内筒の下端開口から排出される燃焼ガスは、その内筒の下端開口位置において２次空気と合流する。つまり、燃焼ガスと２次空気とは、ダウンカマーの下部において合流した後、スパージパイプを通じて水槽内に噴出される。

【0019】

こうして、内筒及び外筒を有するバーナーを備えかつ、１次空気と２次空気とに分けるようにした水中燃焼式気化装置において、運転負荷が低いときに、燃焼温度の低下を抑制することと、水槽内へ十分な量の排気ガスを噴出することとが両立する。

【0020】

ここに開示する水中燃焼式気化装置はまた、水槽内に浸漬配置されかつ、その内部を通過する低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼室内で燃焼させるよう構成されたバーナーと、前記水槽内に浸漬されると共に、前記バーナーが取り付けられかつ、前記バーナーからの燃焼ガスを前記水槽内に導くよう構成されたダウンカマーと、前記水槽内に浸漬されかつ、前記燃焼ガスを含む排気ガスを水中に噴出するよう構成された複数のスパージパイプと、前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、各スパージパイプが接続されかつ、前記ダウンカマーから排出される前記排気ガスを前記各スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドと、を備え、前記ブロワーから供給される空気は、前記バーナーの前記燃焼室内に導入される燃焼用の１次空気と、前記燃焼室には導入されない非燃焼用の２次空気とに分けられ、前記２次空気は、前記マニホールドにおいて、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている。

【0021】

ここに開示する水中燃焼式気化装置はまた、水槽内に浸漬配置されかつ、その内部を通過する低温液化ガスを気化するように構成された熱交換器と、ブロワーから供給された空気及び燃料供給源から供給された燃料を燃焼室内で燃焼させるよう構成されたバーナーと、前記水槽内に浸漬されると共に、前記バーナーが取り付けられかつ、前記バーナーからの燃焼ガスを前記水槽内に導くよう構成されたダウンカマーと、前記水槽内に浸漬されかつ、前記燃焼ガスを含む排気ガスを水中に噴出するよう構成された複数のスパージパイプと、前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、各スパージパイプが接続されかつ、前記ダウンカマーから排出される前記排気ガスを前記各スパージパイプに分配するよう構成されたマニホールドと、を備え、前記ブロワーから供給される空気は、前記バーナーの前記燃焼室内に導入される燃焼用の１次空気と、前記燃焼室には導入されない非燃焼用の２次空気とに分けられ、前記ダウンカマーの下部、又は、前記マニホールドには、前記２次空気の導入口が設けられ、前記２次空気は、前記ダウンカマーの下部又は前記マニホールドにおいて、前記バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成されている。
こうすることで２次空気は、ダウンカマーの下部又はマニホールドに設けられた導入口を通じて、ダウンカマー内又はマニホールド内へ導入される。マニホールドはダウンカマーの下端部に接続されていることから、ダウンカマーの下部に導入された２次空気は、ダウンカマーの上方に向かって逆流することなく、マニホールド内に流入し、そこから各スパージパイプを通じて、燃焼ガスと共に、水槽内に噴出する。従って、バーナーの火炎に２次空気が触れることが回避される。その結果、燃焼温度の低下が回避されて、排気ガス中の一酸化炭素が抑制される。

【0022】

前記複数のスパージパイプは、前記水槽内で所定の並び方向に並んで配置され、前記マニホールドは、その基端が前記ダウンカマーの下端部に接続されると共に、前記水槽内を、前記並び方向に延びて配設され、前記２次空気の導入口は、前記マニホールドの先端側の位置に設けられている、としてもよい。ここで、「マニホールドの先端側」とは、スパージパイプの並び方向に延びるマニホールドを当該方向に２等分したときの先端側（但し、その境界を含む）と定義してもよい。好ましくは、マニホールドの先端に、２次空気の導入口を設けることである。

【0023】

２次空気の導入口を、マニホールドの先端側の位置に設けることによって、２次空気の導入口は、バーナーの火炎に対して離れて位置することになるから、火炎が２次空気によって冷やされることを確実に回避することが可能になる。

【0024】

前記バーナーは、前記ダウンカマーの上部に取り付けられかつ、前記燃焼ガスを下向きに噴出するように構成されている、としてもよい。

【0025】

こうすることで、バーナーからの燃焼ガスは、ダウンカマー内を上部から下方に流れた後、ダウンカマーの下端部に接続されたマニホールドを介して、各スパージパイプに導入される。この構成において、２次空気をダウンカマーの下部又はマニホールドに導入することにより、２次空気が、ダウンカマーの上部に位置するバーナーの火炎に触れることが確実に回避され、２次空気の量が多いときでも、バーナーの火炎が冷やされることが防止される。

【発明の効果】

【0026】

以上説明したように、前述した水中燃焼式気化装置によると、ブロワーから供給される空気の内、２次空気を、ダウンカマーの下部又はマニホールドにおいて、バーナーからの燃焼ガスと合流するよう構成することで、バーナーの火炎が２次空気によって冷やされることが回避され、排気ガス中の一酸化炭素が増えることが防止される。それと共に、十分な量の排気ガスを水中に気泡として噴出することが可能になって、水中燃焼式気化装置の熱交換器性能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】水中燃焼式気化装置の全体構成を示す概略図である。

【図2】実施形態１に係るバーナーの構成を示す断面図である。

【図3】実施形態２に係るバーナーの構成を示す断面図である。

【図4】実施形態２に係るダウンカマー及びマニホールドを示す平面図である。

【図5】実施形態２の変形例に係るダウンカマー及びマニホールドを示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

（水中燃焼式気化装置の全体構成）
以下、水中燃焼式気化装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、水中燃焼式気化装置１全体の概略を示している。この水中燃焼式気化装置１は、液化天然ガス（ＬＮＧ）の気化装置である。水中燃焼式気化装置１は、例えば直方体状の水槽１１中に浸漬されると共に、ＬＮＧの流路となる多数の伝熱管１２ａが多段に曲げ成形されて構成された熱交換器１２を備えている。熱交換器１２の一端は、ＬＮＧの入口となるＬＮＧ導入管１２ｂに連通し、他端が、気化した天然ガス（ＮＧ）を排出させるＮＧ排出管１２ｃに連通している。図１では、伝熱管１２ａの束は、簡易化して図示されているが、実際には、図１の奥行きに多数列の伝熱管１２ａが配置されて互いに連通されている。伝熱管１２ａの本数やその配置は、効率よく熱交換できるものであれば特に制限されない。

【0029】

水槽１１は、例えば矩形板状の天板１１ａで覆われている。この天板１１ａは、作業員が歩くこともでき、その所定箇所に円筒状のダウンカマー１３が水槽１１内に浸漬するように配設されている。

【0030】

ダウンカマー１３の上端には、図外の燃料供給源から燃料供給管６を介して供給された燃料ガスと、ブロワー１４を通じて供給された空気と、を燃焼させるバーナー２が設けられている。

【0031】

水槽１１の底部には、ダウンカマー１３に連通すると共に、バーナー２の燃焼ガスが噴出する多数の小孔１５ａが形成されたスパージパイプ１５が配置されている。このスパージパイプ１５も、図１では１本しか描いていないが、実際には、図１の奥行き方向に多数並べられており（図４、５も参照）、熱交換器１２の全体に燃焼ガスを含む気泡Ｂが及ぶようになっている。スパージパイプ１５の本数やその配置は特に限定されず、気泡Ｂをまんべんなく且つ効率よく拡散させるために小孔１５ａを配置すればよい。小孔１５ａは、スパージパイプ１５に均等に設けてもランダムに設けてもよく、主としてその上面及び側面に設けるとよい。

【0032】

ダウンカマー１３と各スパージパイプ１５との間には、マニホールド１７が介設している。マニホールド１７は、図４、５に例示するように、その基端がダウンカマー１３の下端部に接続されていると共に、スパージパイプ１５の並設方向に延びて配設されている。各スパージパイプ１５は、マニホールド１７に連通しており、マニホールド１７は、ダウンカマー１３から排出される燃焼ガスを、各スパージパイプ１５に分配する機能を有している。

【0033】

水槽１１の天板１１ａには、燃焼排ガスを排気する煙突状のスタック１６が設けられ、その上端が大気と連通している。

【0034】

水中燃焼式気化装置１は、バーナー２の燃焼ガスをスパージパイプ１５の小孔１５ａを通じて水槽１１内に気泡Ｂとして噴出させることによって、水槽１１内の水を撹拌しつつ、熱交換器１２内を通過するＬＮＧを加熱する。このことによって、ＬＮＧを気化させてＮＧとし、これをＮＧ排出管１２ｃの出口から送り出すように構成されている。水中燃焼式気化装置１は、燃焼ガスを気泡Ｂとして水槽１１内に噴出して水槽１１内の水を撹拌すること、及び、スタック１６から排出する燃焼排ガスの温度を、水槽内の温水温度とほぼ同等に低くすることにより、燃焼ガス中の燃焼生成水を１００％再凝縮させ、その潜熱を全て温水に与えることが可能であることから熱効率が極めて高いという特徴がある。

【0035】

この水中燃焼式気化装置１では、特に水中燃焼式気化装置１の運転負荷が低いときの、排気ガス中の有害物質を低減するように構成されている。以下、その構成の詳細を、図面を参照しながら説明する。

【0036】

（実施形態１）
図２は、バーナー２の全体構成を示している。バーナー２は、外筒２１と内筒２２とを備えた二重管構造を有している。外筒２１は、その上端が閉塞していると共に、その下端が開口しており、外筒２１の外側面には、ブロワー１４からバーナー２に空気を供給するための供給口２３が、外側方に向かって開口するように設けられている。外筒２１内には、この外筒２１内を上下に２分割する区画壁２４が設けられており、この区画壁２４によって、空気供給口２３もまた、上下に２分割されている。２分割された空気供給口２３の内、上側の開口２３１は、後述する燃焼室２５に供給されかつ燃料ガスと共に燃焼させるための１次空気が流入する１次空気用の開口２３１であるのに対し（同図の実線の矢印参照）、下側の開口２３２は、燃焼室２５内には供給されずに、燃焼ガスと共にスパージパイプ１５に導入される２次空気用の開口２３２である（同図の一点鎖線の矢印参照）。

【0037】

内筒２２は、外筒２１と同軸となるように、外筒２１の内部に配設されている。内筒２２と外筒２１との間には、バーナー２の下端において下向きに開口する環状の空間２８が区画形成されている。前述した１次空気用の開口２３１は、内筒２２の上端開口に連通しており、これにより１次空気は、内筒２２内に構成される燃焼室２５に供給される。一方、２次空気用の開口２３２は、環状の空間２８に連通しており、これにより２次空気は、この環状の空間２８を通じて、バーナー２の下端開口からダウンカマー１３内に流入する。

【0038】

バーナー２の供給口２３には、図１では図示していないが、１次空気と２次空気との流量割合を調整する分配弁５が接続されている。分配弁５は、ブロワー１４とバーナー２との間に介設される。分配弁５は、上下方向に絞られてその流路断面が縮小された絞り流路５１と、その基端部がステムに支持されることによって揺動する弁体５２とを有する片持ちバタフライバルブである。この分配弁５は、図示を省略するアクチュエータによって、弁体５２の先端が絞り流路５１の最小断面付近の上壁に当接する位置から、下壁に当接する位置まで揺動することにより、バーナー２に供給される１次空気と２次空気との流量割合を、０：１００〜１００：０の範囲で変更可能に構成されている。具体的に、水中燃焼式気化装置１の通常運転時には、水中燃焼式気化装置１の負荷に対応する燃料ガス流量に見合う１次空気量（理論空燃比となるような空気量）となるように、１次空気と２次空気との流量割合を設定し、その流量割合に対応する弁開度となるように分配弁５を駆動する。すなわち、水中燃焼式気化装置１の負荷が低いときには燃料ガス流量が少なくなるため、１次空気量も相対的に少なくなる一方で、２次空気量は相対的に多くなり、逆に水中燃焼式気化装置１の負荷が高いときには燃料ガス流量が多くなるため、１次空気量も相対的に多くなる一方で、２次空気量は相対的に少なくなる。

【0039】

こうして、１次空気と２次空気との流量割合を調整することにより、特にバーナー２に供給する燃焼ガス量が減ったときに、過剰な空気による燃焼状態の悪化を回避する一方で、ブロワー１４からバーナー２に供給する空気の総量は一定にすることにより、スパージパイプの小孔から噴出するガスの量を確保することで、水槽１１内の撹拌を十分に行って、水中燃焼式気化装置１の熱交換器性能を低下させないことが実現する。

【0040】

内筒２２の内部に区画構成される燃焼室２５には、メインバーナー２６が配設されている。メインバーナー２６は、複数本の燃料ガスノズル２６１を備えており、ガスノズル２６１は、内筒２２の中心位置に配設された燃料ガス供給管２６２の下端部を取り囲むように、周方向に互いに等間隔を空けて配設されている。各ガスノズル２６１の下端は、図示を省略するノズルが下向きに開口するように配設されているのに対し、その上端部は径方向の内方に向かって屈曲しており、その屈曲端が燃料ガス供給管２６２に接続されている。燃料ガス供給管２６２は、閉塞された外筒２１の上端部を貫通して、その外部にまで延びており、燃料ガス供給管２６２の端部は、図外の燃料ガス供給源に接続されている。

【0041】

尚、このバーナー２には、前述したメインバーナー２６の他に、バーナー２の着火時に、メインバーナー２６に先立って駆動されるパイロットバーナーを備えているが、パイロットバーナーについては、ここに開示する技術と関連しないため、その図示及び説明は省略する。

【0042】

また、このバーナー２には、燃焼室２５内に水を噴射することによって、燃焼温度が高くなりすぎることを抑制する水噴射管１８が取り付けられている。水噴射管１８は、バーナー２の上端を貫通しかつ、中心軸に沿って配設されており、その下端から放射状に水を噴射する。水噴射管１８は、燃焼温度が高くなるような所定の運転状態のとき（例えば、水中燃焼式気化装置１の高負荷運転状態のとき）に燃焼室２５内に水を噴射する。このことで、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制し、排気ガス中の有害物質を低減する。

【0043】

そうして、このバーナー２において内筒２２は、バーナー２の下端から連続して下方に突出し、ダウンカマー１３内を、ダウンカマー１３に沿うように下方に延びている。内筒２２の下端は、図２に示すように、ダウンカマー１３の下部に位置している。ここでダウンカマー１３の下部とは、上下方向に延びるダウンカマー１３を上下に２等分したときの境界（図２の破線参照）以下の部分をいう。従来の構成であれば、内筒が延長していないため、バーナー２の火炎はバーナー２の下端開口から下方に突出してダウンカマー１３内に位置すると共に、火炎の外周囲を２次空気が流れるようになる。しかしながら、内筒２２を延長した前記の構成では、ダウンカマー１３内の火炎は（特に低負荷運転時には）、その全て又は大部分が、延長した内筒２２内に位置するようになる。これにより、バーナー２の下端開口からダウンカマー１３内に流入する２次空気は、内筒２２とダウンカマー１３の内周面との間の環状の空間内を下方に流れるようになる。つまり、内筒２２は、ダウンカマー１３内の上部において、火炎を２次空気から隔離して、火炎と２次空気とを非接触にする。こうして、バーナー２の火炎が２次空気によって冷やされることが防止される。この火炎の冷却防止は特に、水中燃焼式気化装置１の負荷が低くて、１次空気量が少なくかつ２次空気量が多いときに、火炎と２次空気との接触を確実に回避することができるため、有効である。火炎の冷却を防止することにより、燃焼ガス中の一酸化炭素の発生を抑制して、水槽１１に噴出されかつ、スタック１６を通じて排気される排気ガスの有害物質が低減される。

【0044】

ここで、内筒２２は、その下端がダウンカマー１３の下部に位置する範囲で適宜の長さに設定することが可能である。バーナー２の火炎は、供給される燃料量及び１次空気量に応じて、ダウンカマー１３内の到達位置が変更し得るが、特に１次空気量が少なくかつ、２次空気量が多くなるような、水中燃焼式気化装置１の負荷が、所定負荷よりも低い状態下においてバーナー２の火炎が到達する下端位置の付近まで、内筒２２が延びていることが好ましい。こうすることで、２次空気をバーナー２の火炎と接触させることなく、しかも、後述のように、バーナー２の火炎が到達しない位置で２次空気と燃焼ガスとを合流させることが可能になる。内筒２２は、前記条件を満足する限度で、できるだけ短くしてもよい。

【0045】

燃焼ガスは、図２に白抜きの矢印で示すように、内筒２２の下端開口から下方に噴出し、ダウンカマー１３内の内筒２２の下端位置において、同図に一点鎖線の矢印で示す２次空気と合流する。つまり、燃焼ガスと２次空気とはダウンカマー１３の下部において合流する。燃焼ガスと２次空気とを含む排気ガスは、前述したように、ダウンカマー１３の下端部からマニホールド１７内に流入し、その後、各スパージパイプ１５に分配される。そうして、各スパージパイプ１５の小孔１５ａを通じて水槽１１内に噴出される。

【0046】

このように、内筒２２をダウンカマー１３内に延長することによって、特にバーナー２の下端付近において、２次空気と火炎が接触して火炎を冷却することが防止され、水中燃焼式気化装置１の排気ガス中の有害物質（ここでは一酸化炭素）が抑制されて、環境性能が向上する。２次空気と火炎との接触を回避することは、言い換えると、２次空気を、バーナー２の火炎の先端と、マニホールド１７におけるスパージパイプ１５の接続口（つまり、マニホールド１７における排気ガスの排出口）との間で、燃焼ガスに合流させることである。

【0047】

また、燃焼ガスと２次空気とを合流させた上で、それらを含む排気ガスを水槽１１内に噴出することにより、水槽１１内に噴出するガスの量を十分に確保して、水中燃焼式気化装置１の熱交換器性能を高くすることが可能になる。

【0048】

（実施形態２）
図３は、実施形態２に係るバーナー２０の全体構成を示している。実施形態２のバーナー２０は、図２に示すバーナー２とは異なり、外筒２１を有していない。また、空気供給口２３は分割されておらず、空気供給口２３を通じてバーナー２０内に流入する空気（つまり１次空気）は全て、燃焼室２５を区画する筒２２０内に流入する（同図の実線の矢印参照）。尚、図３に示すバーナー２０において、図２に示すバーナー２と実質的に同じ構成について同じ符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0049】

このバーナー２０の筒２２０は、実施形態１のバーナー２の内筒２２とは異なり、ダウンカマー１３内の下部まで延びておらず、その下端開口は、ダウンカマー１３内の上端部に位置している。従って、図３に概念的に示すように、バーナー２の下端開口からダウンカマー１３内に突出する火炎は、ダウンカマー１３内の上部において、筒２２０に覆われることなく、位置している。

【0050】

実施形態２の水中燃焼式気化装置１において、ブロワー１４とバーナー２とをつなぐ空気供給路は２つに分岐しており、一方の分岐路（つまり、１次空気供給路）は、前述の通りバーナー２の供給口２３に接続される一方、他方の分岐路（つまり、２次空気供給路）は、図４に示すように、マニホールド１７に接続される。２次空気の導入口は、図４では明示していないが、マニホールド１７におけるダウンカマー１３の接続端（つまり、基端）の付近に設けられており、この導入口に連通する２次空気供給路１９は、スパージパイプ１５の並設方向に延びるマニホールド１７に対して斜めに配置されている。これによって、２次空気供給路１９から導入口を介してマニホールド１７に流入した２次空気は、図４に一点鎖線の矢印で示すように、マニホールド１７内を上流側（つまり、ダウンカマー１３との接続端側）から、下流側（つまり、マニホールド１７の先端側）に向かって流れるようになる。これは、ダウンカマー１３からマニホールド１７に向かって流れる燃焼ガスの流れに沿う方向の流れであるため、２次空気の逆流が防止される。こうして、２次空気がバーナー２の火炎に接触して冷却することを防止すると共に、バーナー２の火炎が安定燃焼する。

【0051】

尚、前述した各分岐路には流量調整弁６１、６２が介設しており、この各流量調整弁６１、６２の開度調整によって、１次空気及び２次空気の量が調整される。

【0052】

実施形態２の水中燃焼式気化装置１においても、２次空気は、ダウンカマー１３内においてバーナー２の火炎に触れることがないため、火炎の冷却が防止される。その結果、排気ガス中の一酸化炭素を抑制することが可能になる。一方で、２次空気を燃焼ガスに合流させた上で、各スパージパイプ１５を介して水槽１１内に供給することができるため、水槽１１内に噴出する排気ガスの量を十分に確保して、水中燃焼式気化装置１の低負荷運転時においても、熱交換器性能を高く維持することが可能になる。

【0053】

尚、２次空気の導入口は、マニホールド１７における接続端の近傍位置に限らず、ダウンカマー１３の下部や、マニホールド１７の他の位置に設けることが可能である。例えば図５に概念的に示すように、ダウンカマー１３の下端部において、マニホールド１７の接続側とは逆側に、２次空気の導入口を設けてもよい。ダウンカマー１３の下端部とは、マニホールド１７の接続位置に相当する高さ位置（つまり、ほぼ同じ高さ位置）を意味する。この構成では、ダウンカマー１３の下端部に流入した２次空気は、ダウンカマー１３の下端部に接続されたマニホールド１７内に、そのまま流入するようになるから、ダウンカマー１３の上方に逆流することが防止される。その結果、バーナー２の火炎が２次空気に接触することが抑制され、火炎の冷却が防止される。尚、図示は省略するが、ダウンカマー１３の下端部に設ける２次空気の導入口は、図５に例示するように、マニホールド１７の接続側とは逆側に設けることには限定されない。２次空気の導入口は、水槽１１内の配設スペースを考慮して、ダウンカマー１３の下端部における適宜の位置に設けることが可能である。また、２次空気の導入口は、ダウンカマー１３の下端部に限らず、それよりも上方に設けてもよい（但し、バーナー２の火炎に接触しないように、ダウンカマー１３の下部に限る）。

【0054】

また、図５に示すように、２次空気の導入口は、マニホールド１７の先端部に設けてもよい。２次空気は、図５に矢印で示すように、マニホールド１７の軸に沿う方向に、マニホールド１７内に導入してもよい。この構成では、２次空気の導入口は、バーナー２の火炎に対し、確実に離れて位置することになるため、２次空気がバーナー２の火炎を冷却することが確実に防止される。尚、２次空気の導入口は、マニホールド１７における先端部と基端部との中間位置に設けてもよい。また、マニホールド１７に導入させる２次空気の導入方向は、導入口の設置位置に拘わらず、適宜の方向に設定することが可能である。

【0055】

さらに、ダウンカマー１３の下部又はマニホールド１７に設ける２次空気の導入口は、一つに限らず、複数、設けてもよい。

【0056】

加えて、実施形態２において、バーナー２は、ダウンカマー１３の上端部に取り付ける以外にも、ダウンカマー１３の下部に取り付けてもよい。

【0057】

さらに、ここに開示する技術は、ＬＮＧの気化装置に限らず、低温ＬＰＧを含む低温液化ガスの気化装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0058】

１ 水中燃焼式気化装置
１１ 水槽
１２ 熱交換器
１３ ダウンカマー
１４ ブロワー
１５ スパージパイプ
１７ マニホールド
２ バーナー
２０ バーナー
２１ 外筒
２２ 内筒
２５ 燃焼室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】