(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023117804
(43)【公開日】2023-08-24
(54)【発明の名称】気化器
(51)【国際特許分類】
F17C 7/04 20060101AFI20230817BHJP
F28D 1/06 20060101ALI20230817BHJP
F28D 1/047 20060101ALI20230817BHJP
【FI】
F17C7/04
F28D1/06 A
F28D1/047 A
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022020562
(22)【出願日】2022-02-14
(71)【出願人】
【識別番号】390010010
【氏名又は名称】日本ガス開発株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002734
【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】高橋 弘
(72)【発明者】
【氏名】三浦 哲也
【テーマコード(参考)】
3E172
3L103
【Fターム(参考)】
3E172AA02
3E172AA06
3E172AB04
3E172BA10
3E172BB04
3E172BB12
3E172BB17
3E172BC07
3E172DA90
3E172GA08
3E172GA17
3E172GA22
3E172KA03
3L103AA05
3L103BB27
(57)【要約】
【課題】大型化を抑制することができる気化器を提供する。
【解決手段】熱交換用の流体を収容する容器2と、該容器2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2の外部へ導出するための伝熱管4,5,6,7と、前記容器2内の流体を加熱するための熱風を導入するための導入管8と、を備えている気化器であって、前記導入管8が、前記伝熱管4,5,6,7の前記容器2における外側に螺旋状に配置されていることを特徴とする気化器。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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する気化器。
【請求項2】
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ることを特徴とする請求項1に記載の気化器。
【請求項3】
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請求項2に記載の気化器。
【請求項4】
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3に記載の気化器。
【請求項5】
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請求項1~4のうちのいずれか1項に記載の気化器。
【請求項6】
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3を引用する請求項5に記載の気化器。
【請求項7】
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1~6のうちのいずれか1項に記載の気化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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、CO2、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。
【背景技術】
【0002】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【発明の効果】
【0020】
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。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【
図1】本発明に係る第1の形態の気化器の正面図である。
【
図7】同気化器を構成するチャンバーの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
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。
【0023】
<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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
<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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
<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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
<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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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、CO2、He、プロピレン等を用いてもよい。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【符号の説明】
【0047】
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