特開 2024-90093 アンモニア気化器

(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】P2024090093

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】アンモニア気化器

(51)【国際特許分類】

   F17C 9/02 20060101AFI20240627BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

F17C9/02

F17C13/00 302E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205754

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】592009281

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩプラント

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】浅沼 忠

(72)【発明者】

【氏名】秋田 隆仁

(72)【発明者】

【氏名】藤河 愛子

(72)【発明者】

【氏名】新田 省吾

(72)【発明者】

【氏名】竹内 祐貴

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB20

3E172BA06

3E172BB06

3E172BD05

3E172DA90

3E172GA17

3E172GA23

3E172KA03

3E172KA19

(57)【要約】

【課題】液体アンモニアの供給圧を高めなくても、所定流量の液体アンモニアをシェル内に均一に供給できるアンモニア気化器を提供する。
【解決手段】アンモニア気化器１は、液体アンモニア１００が導入されるシェル２０と、シェル２０の内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管２３と、シェル２０の内部に設けられ、シェル２０の上部の液体アンモニア供給口２７（供給口）から導入される液体アンモニア１００を受け、複数の伝熱管２３が延びる長手方向に分配するトレイ状のディストリビューター３０と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体アンモニアが導入されるシェルと、
前記シェルの内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管と、
前記シェルの内部に設けられ、前記シェルの上部の供給口から導入される前記液体アンモニアを受け、前記複数の伝熱管が延びる長手方向に分配するトレイ状のディストリビューターと、を備える、
アンモニア気化器。

【請求項2】

前記ディストリビューターは、
前記長手方向に延びる底壁部と、
前記底壁部の周縁に立設する側壁部と、を有し、
前記側壁部には、前記長手方向に間隔をあけて複数の切欠部が形成され、
前記ディストリビューターで受けた前記液体アンモニアの少なくとも一部は、前記複数の切欠部からオーバーフローする、
請求項１に記載のアンモニア気化器。

【請求項3】

前記側壁部のうち、前記長手方向で対向する対向部には、前記切欠部が形成されていない、
請求項２に記載のアンモニア気化器。

【請求項4】

前記底壁部には、前記長手方向に間隔をあけて複数の孔部が形成され、
前記ディストリビューターで受けた前記液体アンモニアの少なくとも一部は、前記複数の孔部から流出する、
請求項２に記載のアンモニア気化器。

【請求項5】

前記熱媒体は、海水である、
請求項１～４のいずれか一項に記載のアンモニア気化器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニア気化器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、主成分であるアンモニアと、主成分の沸点よりも高い沸点を有する高沸点成分である水とが含まれる液化アンモニアを気化させる気化器が開示されている。この気化器は、シェルと、シェル内に液化ガスを供給する供給部と、シェル内に配置され、液化ガスの主成分を気化させる温度を有する第１加熱流体が導入される複数の伝熱管と、シェル内で気化した主成分をシェルから導出させる導出部と、シェルの底部に配置され、シェル内に溜まった液化ガスをシェルから流出させる液流出部と、液流出部を通してシェルから導出された液化ガスに含まれる主成分を、第２加熱流体との熱交換により気化させる加熱器と、を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－６１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記アンモニア気化器は、液体アンモニアをシェル内に供給する供給管を備えている。供給管は、複数の伝熱管よりも上方に配置され、長手方向に間隔をおいて配置された複数の供給口から、液体アンモニアをシェル内に均一に供給している。しかしながら、この供給口において圧力損失が生じるため、例えば、液体アンモニアを大量に処理（気化）したい場合、大型のポンプを設置しないと、シェル内に所定流量の液体アンモニアを導入できないおそれがあった。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、液体アンモニアの供給圧を高めなくても、所定流量の液体アンモニアをシェル内に均一に供給できるアンモニア気化器を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様に係るアンモニア気化器は、液体アンモニアが導入されるシェルと、前記シェルの内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管と、前記シェルの内部に設けられ、前記シェルの上部の供給口から導入される前記液体アンモニアを受け、前記複数の伝熱管が延びる長手方向に分配するトレイ状のディストリビューターと、を備える。

【0007】

また、本発明の第２の態様では、第１の態様のアンモニア気化器において、前記ディストリビューターは、前記長手方向に延びる底壁部と、前記底壁部の周縁に立設する側壁部と、を有し、前記側壁部には、前記長手方向に間隔をあけて複数の切欠部が形成され、前記ディストリビューターで受けた前記液体アンモニアの少なくとも一部は、前記複数の切欠部からオーバーフローしてもよい。

【0008】

また、本発明の第３の態様では、第２の態様のアンモニア気化器において、前記側壁部のうち、前記長手方向で対向する対向部には、前記切欠部が形成されていなくてもよい。

【0009】

また、本発明の第４の態様では、第２または第３態様のアンモニア気化器において、前記底壁部には、前記長手方向に間隔をあけて複数の孔部が形成され、前記ディストリビューターで受けた前記液体アンモニアの少なくとも一部は、前記複数の孔部から流出してもよい。

【0010】

また、本発明の第５の態様では、第１から第４態様のいずれか一つのアンモニア気化器において、前記熱媒体は、海水であってもよい。

【発明の効果】

【0011】

上記本発明の一態様によれば、液体アンモニアの供給圧を高めなくても、所定流量の液体アンモニアをシェル内に均一に供給できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係るアンモニア気化器の全体構成図である。

【図2】一実施形態に係る気化器本体の内部構成図である。

【図3】一実施形態に係るディストリビューターの斜視図である。

【図4】一実施形態に係るディストリビューターの底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0014】

図１は、一実施形態に係るアンモニア気化器１の全体構成図である。
アンモニア気化器１は、低温貯蔵タンク２から供給された液体アンモニア１００を気化させ、そのアンモニアガスを供給先（例えば、火力発電所のボイラ）に供給する。低温貯蔵タンク２には、例えば、水（高沸点成分）を０．５ｗｔ％程度含む液体アンモニア１００が貯蔵されている。

【0015】

低温貯蔵タンク２は、例えば、全高が５０メートル程ある大型の二重殻地上低温タンクであって、図示しない内槽と外槽との間に粒状のパーライト等の保冷材が充填されている。なお、低温貯蔵タンク２は、地下式低温タンクであっても構わない。低温貯蔵タンク２は、アンモニアタンカーから受け入れ配管（図示省略）を介して移送された液体アンモニア１００を貯蔵する。液体アンモニア１００の貯蔵温度は、例えば、－３３℃～－３４℃程である。

【0016】

アンモニア気化器１は、気化器本体１０と、加熱器１１と、を備えている。気化器本体１０は、液体アンモニア供給流路３を介して低温貯蔵タンク２と接続されている。液体アンモニア供給流路３は、低温貯蔵タンク２の液体アンモニア１００を気化器本体１０に供給する。液体アンモニア供給流路３には、流路を開閉するバルブ３ａや、図示しないポンプ等が設けられている。

【0017】

加熱器１１は、アンモニアガス導出流路１２を介して気化器本体１０と接続されている。アンモニアガス導出流路１２は、気化器本体１０で気化したアンモニアガスを加熱器１１に供給する。また、加熱器１１は、アンモニアガス供給流路１３を介して図示しない供給先と接続されている。アンモニアガス供給流路１３は、加熱器１１で所定温度まで昇温したアンモニアガスを供給先に供給する。

【0018】

気化器本体１０には、第１熱媒体供給流路１４と、第１熱媒体排出流路１５とが接続されている。第１熱媒体供給流路１４は、液体アンモニア１００を気化させる第１熱媒体を気化器本体１０に供給する。本実施形態の第１熱媒体は、海水２００である。第１熱媒体供給流路１４には、海水２００を汲み上げるポンプ１４ａや、図示しないバルブ等が設けられている。

【0019】

第１熱媒体排出流路１５は、気化器本体１０内で液体アンモニア１００との熱交換によって低温となった海水２００を海に放出する。第１熱媒体排出流路１５には、図示しないバルブやポンプ等が設けられている。なお、第１熱媒体は、海水２００に限定されず、アンモニア気化器１の設置場所によっては、海水２００の代わりに河川や湖等の水を使用する場合もある。

【0020】

加熱器１１には、第２熱媒体供給流路１６と、第２熱媒体排出流路１７とが接続されている。第２熱媒体供給流路１６は、アンモニアガスを昇温させる第２熱媒体を加熱器１１に供給する。本実施形態の第２熱媒体は、例えば、供給先のボイラで生成した水蒸気である。第２熱媒体供給流路１６には、図示しないバルブ等が設けられている。

【0021】

第２熱媒体排出流路１７は、加熱器１１内でアンモニアガスとの熱交換によって凝縮した凝縮液を排出する。第２熱媒体排出流路１７には、図示しないバルブ等が設けられている。第２熱媒体排出流路１７は、図示しない冷却器と接続されている。冷却器は、アンモニアガスと熱交換した凝縮液から熱回収すると共に冷却し、その凝縮液を所定の場所に移送する。

【0022】

気化器本体１０には、底部抜出流路１８が接続されている。底部抜出流路１８は、気化器本体１０の底部から液体アンモニア１００を抜き出す。底部抜出流路１８には、流路を開閉するバルブ１８ａと、図示しないポンプ等が設けられている。

【0023】

図２は、一実施形態に係る気化器本体１０の内部構成図である。
図２に示すように、気化器本体１０は、シェル２０と、管板２１，２２と、複数の伝熱管２３と、を備えている。シェル２０は、水平方向に延びる円筒状に形成されている。管板２１，２２は、複数の伝熱管２３を支持すると共に、シェル２０内を３つの空間に仕切っている。なお、管板２１，２２の間には、図示しない複数のバッフルプレートが設けられていてもよいが、当該バッフルプレートはシェル２０内の空間を仕切らない。

【0024】

シェル２０内には、第１熱媒体入口部１０Ａと、第１熱媒体出口部１０Ｂと、液体アンモニア気化室１０Ｃと、が形成されている。第１熱媒体入口部１０Ａと液体アンモニア気化室１０Ｃとの間は、管板２１によって空間が仕切られている。液体アンモニア気化室１０Ｃと第１熱媒体出口部１０Ｂとの間は、管板２２によって空間が仕切られている。

【0025】

管板２１は、伝熱管２３の一端部を支持している。伝熱管２３の一端部の開口は、第１熱媒体入口部１０Ａに連通している。管板２２は、伝熱管２３の他端部を支持している。伝熱管２３の他端部の開口は、第１熱媒体出口部１０Ｂに連通している。複数の伝熱管２３は、管板２１，２２及び図示しないバッフルプレートによって水平方向に平行に支持されている。

【0026】

シェル２０には、第１熱媒体入口部１０Ａに連通する第１熱媒体供給口２４が形成されている。第１熱媒体供給口２４には、上述した第１熱媒体供給流路１４が接続されている。また、シェル２０には、第１熱媒体出口部１０Ｂに連通する第１熱媒体排出口２５が形成されている。第１熱媒体排出口２５には、上述した第１熱媒体排出流路１５が接続されている。

【0027】

第１熱媒体供給口２４から第１熱媒体入口部１０Ａに供給された第１熱媒体（海水２００）は、複数の伝熱管２３を通る過程で、液体アンモニア気化室１０Ｃ内の液体アンモニア１００と熱交換し、第１熱媒体出口部１０Ｂに流出する。第１熱媒体出口部１０Ｂに流出した第１熱媒体は、第１熱媒体排出口２５から第１熱媒体排出流路１５を介して、シェル２０外に排出される。なお、第１熱媒体供給口２４及び第１熱媒体排出口２５は、第１熱媒体を供給及び排出する機能を確保できれば、シェル２０の側壁部に設けられてもよいし、シェル２０の底部または上部に設けられてもよい。

【0028】

シェル２０の上部には、アンモニアガス導出口２６と、液体アンモニア供給口２７と、が設けられている。アンモニアガス導出口２６及び液体アンモニア供給口２７は、液体アンモニア気化室１０Ｃに連通する。液体アンモニア供給口２７には、上述した液体アンモニア供給流路３が接続されている。液体アンモニア供給口２７は、シェル２０の長手方向の中央部に配置されている。液体アンモニア供給口２７は、シェル２０の内部に配置されたディストリビューター３０と接続されている。

【0029】

ディストリビューター３０は、複数の伝熱管２３の上方に位置すると共に、複数の伝熱管２３と平行に延び、液体アンモニア供給口２７から供給される液体アンモニア１００をシェル２０の長手方向に分配する。なお、ディストリビューター３０の詳細な構成については、後述する。アンモニアガス導出口２６は、液体アンモニア供給口２７の両側であって、ディストリビューター３０と平面視で重ならない位置に一対で設けられている。

【0030】

一対のアンモニアガス導出口２６のうち、第１熱媒体入口部１０Ａ（管板２１）側に配置されたアンモニアガス導出口２６ａには、アンモニアガス導出流路１２の第１枝管１２ａが接続されている。また、第１熱媒体出口部１０Ｂ（管板２２）側に配置されたアンモニアガス導出口２６ｂには、アンモニアガス導出流路１２の第２枝管１２ｂが接続されている。なお、第１枝管１２ａ及び第２枝管１２ｂは、その下流側（図１に示す加熱器１１の手前側）で合流している。

【0031】

図３は、一実施形態に係るディストリビューター３０の斜視図である。図４は、一実施形態に係るディストリビューター３０の底面図である。
これらの図に示すように、ディストリビューター３０は、トレイ状に形成され、長手方向に延びる底壁部３１と、底壁部３１の周縁に立設する側壁部３２と、を有する。ディストリビューター３０の長手方向の中央部は、液体アンモニア供給口２７から下方に延びる接続管に支持されている。

【0032】

ディストリビューター３０は、その長手方向の中心位置Ｃから、長手方向両側に長さＬ１で延在している。また、ディストリビューター３０は、長さＬ１に比べて充分に小さい幅Ｗ１と高さＨ１を備えている。本実施形態のディストリビューター３０は、長手方向に延びる矩形のトレイ状であって、その上方が開放されている。

【0033】

底壁部３１は、伝熱管２３が延びる長手方向に延在している。底壁部３１は、図４に示す底面視で矩形状に形成されている。底壁部３１には、長手方向に間隔をあけて複数の孔部３１ａが形成されている。なお、複数の孔部３１ａは、底壁部３１における液体アンモニア供給口２７と対向する部分には形成されていない。これにより、ディストリビューター３０による液体アンモニア１００の分配量が、長手方向の中央部に偏ることを抑制できる。

【0034】

側壁部３２は、図３に示すように、底壁部３１の周縁に、矩形枠状に立設している。側壁部３２は、底壁部３１の短手方向で対向する一対の対向部３２Ａ，３２Ｂと、底壁部３１の長手方向で対向する一対の対向部３２Ｃ，３２Ｄと、を備えている。一対の対向部３２Ａ，３２Ｂと一対の対向部３２Ｃ，３２Ｄは、環状に接続されている。

【0035】

一対の対向部３２Ａ，３２Ｂには、長手方向に間隔をあけて複数の切欠部３２ａが形成されている。切欠部３２ａは、側壁部３２の高さＨ１に対して略半分の深さＤ１を有する、Ｖ字状に形成されている。なお、切欠部３２ａの形状は、Ｖ字状に限定されず、Ｕ字状や、その他の加工し易い形状であればよい。

【0036】

切欠部３２ａは、一対の対向部３２Ａ，３２Ｂにおける長手方向の中央領域Ｆ１（液体アンモニア供給口２７と対向する領域付近）には形成されていない。これにより、ディストリビューター３０による液体アンモニア１００の分配量（オーバーフロー量）が、長手方向の中央部に偏ることを抑制できる。

【0037】

また、切欠部３２ａは、長手方向で対向する一対の対向部３２Ｃ，３２Ｄには形成されていない。これにより、ディストリビューター３０による液体アンモニア１００の分配量（オーバーフロー量）が、長手方向の両端部に偏ることを抑制できる。つまり、液体アンモニア供給口２７から供給された液体アンモニア１００が、その勢いそのままに、ディストリビューター３０の長手方向両端部からオーバーフローすることを抑制できる。

【0038】

上記構成のディストリビューター３０によれば、図２に示すように、液体アンモニア供給口２７から受けた液体アンモニア１００を、複数の伝熱管２３が延びる長手方向に分配することができる。具体的に、ディストリビューター３０で受けた液体アンモニア１００の少なくとも一部は、複数の切欠部３２ａからオーバーフローする。このように、ディストリビューター３０は、トレイ状に形成され、オーバーフローによって、シェル２０内に液体アンモニア１００を分配するため、圧力損失が少ない。したがって、液体アンモニア１００の供給圧を高めなくても、液体アンモニア１００の流量を確保し、液体アンモニア１００を大量に処理（気化）できる。

【0039】

上述したように、本実施形態に係るアンモニア気化器１は、液体アンモニア１００が導入されるシェル２０と、シェル２０の内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管２３と、シェル２０の内部に設けられ、シェル２０の上部の液体アンモニア供給口２７（供給口）から導入される液体アンモニア１００を受け、複数の伝熱管２３が延びる長手方向に分配するトレイ状のディストリビューター３０と、を備える。この構成によれば、液体アンモニア１００の供給圧を高めなくても、所定流量の液体アンモニア１００をシェル２０内に均一に供給できる。

【0040】

また、本実施形態では、ディストリビューター３０は、長手方向に延びる底壁部３１と、底壁部３１の周縁に立設する側壁部３２と、を有し、側壁部３２には、長手方向に間隔をあけて複数の切欠部３２ａが形成され、ディストリビューター３０で受けた液体アンモニア１００の少なくとも一部は、複数の切欠部３２ａからオーバーフローする。この構成によれば、複数の切欠部３２ａによって、液体アンモニア１００がオーバーフローする位置を制御できる。これにより、ディストリビューター３０の分配性能が高まる。

【0041】

また、本実施形態では、側壁部３２のうち、長手方向で対向する対向部３２Ｃ，３２Ｄには、切欠部３２ａが形成されていない。この構成によれば、液体アンモニア供給口２７から供給された液体アンモニア１００が、その勢いそのままに、ディストリビューター３０の長手方向両端部からオーバーフローすることを抑制できる。これにより、ディストリビューター３０の分配性能が高まる。

【0042】

また、本実施形態では、底壁部３１には、長手方向に間隔をあけて複数の孔部３１ａが形成され、ディストリビューター３０で受けた液体アンモニア１００の少なくとも一部は、複数の孔部３１ａから流出する。この構成によれば、切欠部３２ａからオーバーフローしなかった液体アンモニア１００も、ディストリビューター３０から流出させて、伝熱管２３の長手方向に分配することができる。

【0043】

また、本実施形態では、第１熱媒体（熱媒体）は、海水２００である。この構成によれば、液体アンモニア１００を気化する第１熱媒体を、低廉で大量に確保できる。

【0044】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【符号の説明】

【0045】

１…アンモニア気化器、２…低温貯蔵タンク、３…液体アンモニア供給流路、３ａ…バルブ、１０…気化器本体、１０Ａ…第１熱媒体入口部、１０Ｂ…第１熱媒体出口部、１０Ｃ…液体アンモニア気化室、１１…加熱器、１２…アンモニアガス導出流路、１２ａ…第１枝管、１２ｂ…第２枝管、１３…アンモニアガス供給流路、１４…第１熱媒体供給流路、１４ａ…ポンプ、１５…第１熱媒体排出流路、１６…第２熱媒体供給流路、１７…第２熱媒体排出流路、１８…底部抜出流路、１８ａ…バルブ、２０…シェル、２１…管板、２２…管板、２３…伝熱管、２４…第１熱媒体供給口、２５…第１熱媒体排出口、２６…アンモニアガス導出口、２６ａ…アンモニアガス導出口、２６ｂ…アンモニアガス導出口、２７…液体アンモニア供給口（供給口）、３０…ディストリビューター、３１…底壁部、３１ａ…孔部、３２…側壁部、３２ａ…切欠部、３２Ａ…対向部、３２Ｂ…対向部、３２Ｃ…対向部、３２Ｄ…対向部、１００…液体アンモニア、２００…海水、Ｃ…中心位置、Ｆ１…中央領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】