特開 2024-134192 気化ガス供給装置

(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】P2024134192

(43)【公開日】2024-10-03

(54)【発明の名称】気化ガス供給装置

(51)【国際特許分類】

   B63H 21/38 20060101AFI20240926BHJP

   B01J 7/00 20060101ALI20240926BHJP

   B01J 4/00 20060101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

B63H21/38 C

B01J7/00 Z

B01J4/00 102

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023044377

(22)【出願日】2023-03-20

(71)【出願人】

【識別番号】000126115

【氏名又は名称】エア・ウォーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山野 めぐみ

(72)【発明者】

【氏名】貝川 貴紀

【テーマコード（参考）】

4G068

【Ｆターム（参考）】

4G068AA01

4G068AB02

4G068AC16

4G068AD16

4G068DA03

4G068DB02

4G068DC02

4G068DD11

(57)【要約】

【課題】望まれる温度および流量の気化ガスの供給を可能とする気化ガス供給装置を提供する。
【解決手段】この気化ガス供給装置１は、極低温液化ガスＬＮ２を送り出す複数の極低温液化ガス供給ライン１０Ｌ１他と、極低温液化ガスＬＮ２が気化された気化ガスＧＮ２を送り出す第１気化ガス供給ライン２０Ｌ１と、複数の極低温液化ガス供給ライン１０Ｌ１他および第１気化ガス供給ライン２０Ｌ１が連結される導入器３０と、導入器３０に送り込まれた極低温液化ガスＬＮ２および気化ガスＧＮ２が噴出される導入管４０ａと、その内部において所望の温度および流量の気化ガスにされた後に、施設に送り出す送出管４０ｂとを有する混合器４０とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

極低温液化ガスと前記極低温液化ガスが気化した気化ガスとを混合させて、所望の温度および流量の気化ガスを外部の施設に供給する気化ガス供給装置であって、
前記極低温液化ガスを送り出す複数の極低温液化ガス供給ラインと、
前記極低温液化ガスが気化された前記気化ガスを送り出す第１気化ガス供給ラインと、
複数の前記極低温液化ガス供給ラインおよび前記第１気化ガス供給ラインが連結される導入器と、
前記導入器に送り込まれた前記極低温液化ガスおよび前記気化ガスが噴出される導入管と、その内部において所望の温度および流量の気化ガスにされた後に、前記施設に送り出す送出管とを有する混合器と、
を備える、気化ガス供給装置。

【請求項2】

前記導入器は、内側円筒と外側円筒とを有する２重構造を有し、前記内側円筒と前記外側円筒とによって規定される空間は、一端が閉鎖され他端が前記混合器の内部に向けて開放するように設けられ、
複数の前記極低温液化ガス供給ラインは、前記混合器の内部に向けて前記極低温液化ガスを噴出するように前記内側円筒内を延設して配設され、
前記第１気化ガス供給ラインは、前記気化ガスを前記内側円筒と前記外側円筒とによって規定される前記空間に送り出されるように前記導入器の前記外側円筒に連結されている、
請求項１に記載の気化ガス供給装置。

【請求項3】

前記極低温液化ガスが気化された前記気化ガスを送り出す第２気化ガス供給ラインをさらに有し、
前記第２気化ガス供給ラインは、複数の前記極低温液化ガス供給ラインに取り囲まれ、前記混合器の内部に向けて前記気化ガスを噴出するように前記内側円筒内を延設するように配設されている、
請求項２に記載の気化ガス供給装置。

【請求項4】

前記内側円筒の前記混合器側の外周面には、複数の羽根がスクリュー状に配置されている、
請求項２に記載の気化ガス供給装置。

【請求項5】

前記混合器の内部には、前記導入管から前記送出管の間には、その内部を塞ぐ隔離板が複数枚配置され、
前記隔離板には、上下方向において交互に前記導入管と前記送出管とを連通するための開口領域が設けられ、
上方向に前記開口領域が設けられた前記隔離板の下方には、貫通孔が設けられている、
請求項１に記載の気化ガス供給装置。

【請求項6】

前記極低温液化ガスは、液体窒素であり、前記気化ガスは、前記液体窒素が気化した気化ガスである、請求項１に記載の気化ガス供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、極低温液化ガスとこの極低温液化ガスが気化した気化ガスとを混合させて、所望の温度および流量の気化ガスを外部の施設に供給する気化ガス供給装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

脱炭素推進の流れで、これまで重油駆動が主流であった船舶も、急激に液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と称します。）駆動の船舶が増加している。ＬＮＧ駆動の船舶（以下、「ＬＮＧ駆動船舶」と称します。）としては、たとえば、特開２０１０－２３７７６号公報（特許文献１）に開示される船舶が挙げられる。

【0003】

造船後のＬＮＧ駆動船舶の燃料タンクは常温であり、燃料タンクにＬＮＧ（沸点：約－１６２℃）を充填する場合には、初めに、ドライングならびに燃料タンクの金属脆性に対応させるため、徐々に燃料タンクに対してクールダウンを行う必要がある。

【0004】

その際に、燃料のＬＮＧを使う方法もあるが、コストおよびオフガスの処理の面から、窒素ガス（沸点：約－１９６℃）を用い、－１８０℃～４０℃の窒素ガスを用いて燃料タンクを冷却する方法が採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－２３７７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

これまで、ＬＮＧ運搬船のＬＮＧタンクでも類似の需要があった。しかし、昨今需要が急増しているＬＮＧ駆動船舶のＬＮＧタンクはＬＮＧ運搬船のＬＮＧタンクよりも小さいため、今後、温度および流量がより精密に制御された窒素ガスの供給が望まれることが予測される。

【0007】

この発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、望まれる温度および流量の気化ガスの供給を可能とする気化ガス供給装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

［１］本開示に基づく気化ガス供給装置は、極低温液化ガスと上記極低温液化ガスが気化した気化ガスとを混合させて、所望の温度および流量の気化ガスを外部の施設に供給する気化ガス供給装置であって、上記極低温液化ガスを送り出す複数の極低温液化ガス供給ラインと、上記極低温液化ガスが気化された上記気化ガスを送り出す第１気化ガス供給ラインと、複数の上記極低温液化ガス供給ラインおよび上記第１気化ガス供給ラインが連結される導入器と、上記導入器に送り込まれた上記極低温液化ガスおよび上記気化ガスが噴出される導入管と、その内部において所望の温度および流量の気化ガスにされた後に、上記施設に送り出す送出管とを有する混合器と、を備える。

【0009】

［２］：［１］に記載の気化ガス供給装置であって、上記導入器は、内側円筒と外側円筒とを有する２重構造を有し、上記内側円筒と上記外側円筒とによって規定される空間は、一端が閉鎖され他端が上記混合器の内部に向けて開放するように設けられ、複数の上記極低温液化ガス供給ラインは、上記混合器の内部に向けて上記極低温液化ガスを噴出するように上記内側円筒内を延設して配設され、上記第１気化ガス供給ラインは、上記気化ガスを上記内側円筒と上記外側円筒とによって規定される上記空間に送り出されるように上記導入器の上記外側円筒に連結されている。

【0010】

［３］：［２］に記載の気化ガス供給装置であって、上記極低温液化ガスが気化された上記気化ガスを送り出す第２気化ガス供給ラインをさらに有し、上記第２気化ガス供給ラインは、複数の上記極低温液化ガス供給ラインに取り囲まれ、上記混合器の内部に向けて上記気化ガスを噴出するように上記内側円筒内を延設するように配設されている。

【0011】

［４］：［２］または［３］に記載の気化ガス供給装置であって、上記内側円筒の上記混合器側の外周面には、複数の羽根がスクリュー状に配置されている。

【0012】

［５］：［１］から［４］のいずれかに記載の気化ガス供給装置であって、上記混合器の内部には、上記導入管から上記送出管の間には、その内部を塞ぐ隔離板が複数枚配置され、上記隔離板には、上下方向において交互に上記導入管と上記送出管とを連通するための開口領域が設けられ、上方向に上記開口領域が設けられた上記隔離板の下方には、貫通孔が設けられている。

【0013】

［６］：［１］から［５］のいずれかに記載の気化ガス供給装置であって、上記極低温液化ガスは、液体窒素であり、上記気化ガスは、上記液体窒素が気化した気化ガスである。

【発明の効果】

【0014】

この開示によれば、望まれる温度および流量の気化ガスの供給を可能とする気化ガス供給装置の提供を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態１の気化ガス供給装置の概要を示す装置ブロック図である。

【図2】実施の形態１の気化ガス供給装置の詳細構造を示す縦断面図である。

【図3】図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面図である。

【図4】図２中のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図である。

【図5】図２中のＶ－Ｖ線矢視断面図である。

【図6】実施の形態２の気化ガス供給装置の詳細構造を示す縦断面図である。

【図7】図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線矢視断面図である。

【図8】図６中のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明に基づいた各実施の形態の気化ガス供給装置について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

【0017】

本開示において、極低温液化ガスとは、－１６０℃を下回る温度で液体状態にあるガスのことである。たとえば、液化酸素、液化窒素、液化アルゴン、液化水素、液化ヘリウム、液化メタン、ＬＮＧなどが挙げられる。以下の説明では、極低温液化ガスの一例として、液体窒素を用いた場合について説明する。したがって、極低温液化ガスである液体窒素が気化した気化ガスは、窒素ガスとなる。

【0018】

（実施の形態１：気化ガス供給装置１）
図１を参照して、本実施の形態の気化ガス供給装置１の概略構成について説明する。図１は、気化ガス供給装置１の概要を示す装置ブロック図である。

【0019】

気化ガス供給装置１は、液体窒素ＬＮ２とこの液体窒素ＬＮ２が気化した窒素ガスＧＮ２とを混合させて、所望の温度および流量の窒素ガスＧＮ２を外部の施設７０に供給する窒素ガス供給装置である。施設７０としては、ＬＮＧ駆動船舶のＬＮＧタンクが挙げられ、ＬＮＧタンクに対するクールダウンを想定している。

【0020】

気化ガス供給装置１は、液体窒素ＬＮ２を送り出す極低温液化ガスライン１０Ｌと、液体窒素ＬＮ２が気化された窒素ガスＧＮ２を送り出す気化ガス供給ライン２０Ｌと、極低温液化ガスライン１０Ｌおよび気化ガス供給ライン２０Ｌが連結される導入器３０と、導入器３０に送り込まれた液体窒素ＬＮ２および窒素ガスＧＮ２が噴出される導入管４０ａと、その内部において所望の温度および流量の窒素ガスＧＮ２にされた後に、施設７０に送り出す送出管４０ｂとを有する混合器４０とを備える。

【0021】

極低温液化ガスライン１０Ｌおよび気化ガス供給ライン２０Ｌは、外部の液体窒素供給施設６０に連結されており、この液体窒素供給施設６０から液体窒素が供給される。液体窒素供給施設６０としては、たとえば、液体窒素ローリーが挙げられる。

【0022】

気化ガス供給ライン２０Ｌには、気化器２１が介在されている。気化器２１としては、温水蒸発器などが用いられる。気化器２１により、液体窒素ＬＮ２が窒素ガスＧＮ２に気化される。

【0023】

図２から図５を参照して、気化ガス供給装置１のより詳細な構成について説明する。図２は、気化ガス供給装置１の詳細構造を示す縦断面図、図３は、図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面図、図４は、図２中のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図、図５は、図２中のＶ－Ｖ線矢視断面図である。

【0024】

図２および図３を参照して、導入器３０は、内側円筒３１と外側円筒３２とを有する２重構造を有し、内側円筒３１と外側円筒３２とによって規定される空間Ｖ１は、一端（図示の左側）が隔壁３１ｐにより閉鎖され、他端（図示の右側）が混合器４０の内部に向けて開放するように設けられている。導入器３０の開放側は、導入管４０ａに連結している。

【0025】

極低温液化ガスライン１０Ｌは、第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２、および、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３を含む。第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２、および、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３は、隔壁３１ｐを貫通し、混合器４０の内部に向けて液体窒素ＬＮ２を噴出するように内側円筒３１に延設して配設されている。

【0026】

第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１の混合器４０の内部に対向する先端部分には、第１噴出スプレーノズルＮ１が装着されている。同様に、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２の先端部分には、第２噴出スプレーノズルＮ２が装着され、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３の先端部分には、第３噴出スプレーノズルＮ３が装着されている。

【0027】

気化ガス供給ライン２０Ｌは、第１気化ガス供給ライン２０Ｌ１を含む。第１気化ガス供給ライン２０Ｌ１は、窒素ガスＧＮ２を内側円筒３１と外側円筒３２とによって規定される空間Ｖ１に送り出されるように導入器３０の外側円筒３２に連結されている。

【0028】

内側円筒３１の混合器４０側の外周面には、複数の羽根Ｈ１がスクリュー状に配置されている。この羽根Ｈ１により、気化ガス供給ライン２０Ｌから空間Ｖ１に送り出された窒素ガスＧＮ２は、旋回流として混合器４０の内部に向けて送出される。これにより、旋回流の窒素ガスＧＮ２と各スプレーノズルから噴出される液体窒素ＬＮ２とが混合器４０の内部において良好に混合される。

【0029】

図２、図４および図５を参照して、混合器４０の内部には、導入管４０ａから送出管４０ｂの間に、その内部を塞ぐ隔離板４１が複数枚配置されている。隔離板４１には、上下方向において交互に導入管４０ａと送出管４０ｂとを連通するための開口領域４１ａが設けられている。その結果、窒素ガスＧＮ２と液体窒素ＬＮ２とは、ジグザグ状に混合器４０内を導入管４０ａから送出管４０ｂ側に向かって送られることとなる。この構成により、十分に窒素ガスＧＮ２と液体窒素ＬＮ２とを混合することが可能となる。

【0030】

以上の気化ガス供給装置１の構成によれば、混合器４０の送出管４０ｂ付近においては、望まれる温度および流量の窒素ガスＧＮ２が得られ、施設７０への供給を可能とする。

【0031】

（実施の形態２：気化ガス供給装置１Ａ）
図６から図８を参照して、本実施の形態の気化ガス供給装置１Ａの概略構成について説明する。図６は、気化ガス供給装置１Ａの詳細構造を示す縦断面図、図７は、図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線矢視断面図、図８は、図６中のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢視断面図である。

【0032】

本実施の形態における気化ガス供給装置１Ａは、上記気化ガス供給装置１に対して、より詳細に、温度および流量の窒素ガスＧＮ２の制御を可能にした構成を備えている。基本的な構成は、気化ガス供給装置１と同じであり、相違点について以下説明する。

【0033】

図６および図７を参照して、この気化ガス供給装置１Ａは、極低温液化ガスライン１０Ｌとして、第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３、第４極低温液化ガスライン１０Ｌ４、第５極低温液化ガスライン１０Ｌ５、および、第６極低温液化ガスライン１０Ｌ６を含む。

【0034】

第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３、第４極低温液化ガスライン１０Ｌ４、第５極低温液化ガスライン１０Ｌ５、および、第６極低温液化ガスライン１０Ｌ６は、隔壁３１ｐを貫通し、混合器４０の内部に向けて液体窒素ＬＮ２を噴出するように内側円筒３１に延設して配設されている。

【0035】

第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３、第４極低温液化ガスライン１０Ｌ４、第５極低温液化ガスライン１０Ｌ５、および、第６極低温液化ガスライン１０Ｌ６は、環状に配置されている。

【0036】

第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１の混合器４０の内部に対向する先端部分には、第１噴出スプレーノズルＮ１が装着されている。同様に、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２の先端部分には、第２噴出スプレーノズルＮ２が装着され、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３の先端部分には、第３噴出スプレーノズルＮ３が装着され、第４極低温液化ガスライン１０Ｌ４の先端部分には、第４噴出スプレーノズルＮ４が装着され、第５極低温液化ガスライン１０Ｌ５の先端部分には、第５噴出スプレーノズルＮ５が装着され、および、第６極低温液化ガスライン１０Ｌ６の先端部分には、第６噴出スプレーノズルＮ６が装着されている。

【0037】

気化ガス供給ライン２０Ｌは、第１気化ガス供給ライン２０Ｌ１に加え、第２気化ガス供給ライン２０Ｌ２をさらに有する。この第２気化ガス供給ライン２０Ｌ２は、環状に配置された第１極低温液化ガスライン１０Ｌ１、第２極低温液化ガスライン１０Ｌ２、第３極低温液化ガスライン１０Ｌ３、第４極低温液化ガスライン１０Ｌ４、第５極低温液化ガスライン１０Ｌ５、および、第６極低温液化ガスライン１０Ｌ６に取り囲まれ、混合器４０の内部に向けて窒素ガスＧＮ２を噴出するように内側円筒３１内を延設するように配設されている。

【0038】

さらに、上記した第１噴出スプレーノズルＮ１から第６噴出スプレーノズルＮ６においては、同じ型のスプレーノズルではなく、噴霧形状、噴霧量、粒子径、最大飛距離等のノズル仕様が異なるスプレーノズルを設けるようにしてもよい。

【0039】

図６および図８を参照して、気化ガス供給装置１と同様に導入管４０ａから送出管４０ｂの間に、その内部を塞ぐ隔離板４１が複数枚配置されている。気化ガス供給装置１Ａでは、上方向に開口領域４１ａが設けられた隔離板４１の下方には、貫通孔４１ｈが設けられている。貫通孔４１ｈを設けることで、混合器４０のタンクの底部への液の滞留を防止することができる。

【0040】

さらに、混合器４０のタンクの底部には、排液ドレン弁Ｓ１，Ｓ２が配置されている。排液ドレン弁Ｓ１，Ｓ２を開放することで、液の排出がなく液とガスの混合状態が良好であることが確認できる。

【0041】

以上、本実施の形態における気化ガス供給装置１Ａでは、６本の極低温液化ガスラインを採用し、環状に配置した極低温液化ガスラインの中央に気化ガス供給ラインを配置し、各ラインから吐出される液体窒素および窒素ガスの量および温度を細かく制御することで、混合器４０の送出管４０ｂ付近において、より高精度に望まれる温度および流量の窒素ガスＧＮ２を得ることが可能となる。

【0042】

たとえば、混合部への液体窒素ＬＮ２と窒素ガスＧＮ２の導入割合を制御することで、所望の温度（－１８０℃～＋４０℃）、流量（０．３～３ｔ／h、２５０～２，５００Ｎｍ^３／ｈｒ）の窒素ガスを導出できるようになった。なお、ＬＮＧ駆動船舶の燃料タンクの冷却は、一気には冷やさず、例えば、－１０℃→－３０℃→－５０℃→→→→－１５０℃→目標冷却温度というように、徐々に冷却する。ＬＮＧ駆動船舶の容量にもよるが、数日間といったようにかなりの時間をかけて冷却する。船内ＬＮＧタンクの容量にもよるが、数日間といったようにかなりの時間をかけて冷却する。

【0043】

このように、気化ガス供給装置１Ａによれば、より高精度に望まれる温度および流量の窒素ガスＧＮ２を得ることが可能となることから、ＬＮＧ駆動船舶のＬＮＧタンクだけでなく、ＬＮＧ運搬船のＬＮＧタンク等、広流量範囲のタンク冷却用の気化ガス供給装置として用いることができる。

【0044】

本発明は、これまで主流であった重油駆動船舶を、ＣＯ_２排出削減を進めることができるＬＮＧ駆動船舶への転換、普及に寄与することが可能なため、結果的に地球温暖化ガスを削減することができ、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の一部活動に貢献することができる。

【0045】

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１，１Ａ 気化ガス供給装置、１０Ｌ１ 第１極低温液化ガスライン、１０Ｌ２ 第２極低温液化ガスライン、１０Ｌ３ 第３極低温液化ガスライン、１０Ｌ 極低温液化ガスライン、１０Ｌ４ 第４極低温液化ガスライン、１０Ｌ５ 第５極低温液化ガスライン、１０Ｌ６ 第６極低温液化ガスライン、２０Ｌ１ 第１気化ガス供給ライン、２０Ｌ２ 第２気化ガス供給ライン、２０Ｌ 気化ガス供給ライン、２１ 気化器、３０ 導入器、３１ 内側円筒、３２ 外側円筒、４０ 混合器、４０ａ 導入管、４０ｂ 送出管、４１ 隔離板、４１ａ 開口領域、４１ｈ 貫通孔、６０ 液体窒素供給施設、７０ 施設、Ｈ１ 羽根、Ｎ１ 第１噴出スプレーノズル、Ｎ２ 第２噴出スプレーノズル、Ｎ３ 第３噴出スプレーノズル、Ｎ４ 第４噴出スプレーノズル、Ｎ５ 第５噴出スプレーノズル、Ｎ６ 第６噴出スプレーノズル、Ｓ１，Ｓ２ 排液ドレン弁、Ｖ１ 空間、３１ｐ 隔壁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】