低温液化ガスの気化装置
【課題】気化管内に内伝熱管が設けられた気化装置であって低温液化ガスを気化するときに当該気化装置又は／及び当該気化装置に接続された配管系に振動が生じ難い低温液化ガスの気化装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、複数の気化管２１と、各気化管２１に低温液化ガスをそれぞれ分配する気化管間分配管２２と、各気化管２１の内部に配置され且つ当該気化管２１よりも短い複数の内伝熱管２５と、を備え、気化管間分配管２２は、気化管２１と内伝熱管２５との間に形成される外側空間Ｓ１と内伝熱管２５内の内側空間Ｓ２とに低温液化ガスをそれぞれ供給し、内伝熱管２５は、内側空間Ｓ２を流れる低温液化ガスの一部を当該内伝熱管２５の上端に到達する前に外側空間Ｓ１を流れて気化した低温液化ガスに合流させる構成であることを特徴とする。
【解決手段】本発明は、複数の気化管２１と、各気化管２１に低温液化ガスをそれぞれ分配する気化管間分配管２２と、各気化管２１の内部に配置され且つ当該気化管２１よりも短い複数の内伝熱管２５と、を備え、気化管間分配管２２は、気化管２１と内伝熱管２５との間に形成される外側空間Ｓ１と内伝熱管２５内の内側空間Ｓ２とに低温液化ガスをそれぞれ供給し、内伝熱管２５は、内側空間Ｓ２を流れる低温液化ガスの一部を当該内伝熱管２５の上端に到達する前に外側空間Ｓ１を流れて気化した低温液化ガスに合流させる構成であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）、液体窒素（ＬＮ２）等の低温液化ガスを海水等の熱媒体と熱交換させることにより気化させるための気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液化天然ガス（ＬＮＧ）を海水と熱交換させて気化させる気化装置（ＯＲＶ）として、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この気化装置は、図１３に示すように、複数の気化管ブロック１０２と、各気化管ブロック１０２へ液化天然ガス（低温液化ガス）を分配する分配管１０４と、各気化管ブロック１０２において気化された液化天然ガス（天然ガス）を集める集合管１０６と、を備える。
【０００４】
各気化管ブロック１０２は、複数の気化管パネル１０８と、分配管１０４からの液化天然ガスを各気化管パネル１０８へ分配する供給側マニホールド１１０と、各気化管パネル１０８において気化された液化天然ガスを集めて集合管１０６に送出する送出側マニホールド１１２と、をそれぞれ有する。複数の気化管パネル１０８は、互いに平行な姿勢でパネル面と直交する方向に配置されている。各供給側マニホールド１１０は分配管１０４にそれぞれ接続され、各送出側マニホールド１１２は集合管１０６にそれぞれ接続されている。
【０００５】
気化管パネル１０８は、互いに平行な姿勢で垂直面上に配置された複数の気化管（伝熱管）１１４と、供給側マニホールド１１０からの液化天然ガスを各気化管１１４に分配する供給側ヘッダー１１６と、各気化管１１４において気化された液化天然ガスを集めて送出側マニホールド１１２に送出する送出側ヘッダー１１８とを有する。供給側ヘッダー１１６は、１つの気化管パネル１０８に含まれる各気化管１１４の下端部と、供給側マニホールド１１０とに接続されている。送出側ヘッダー１１８は、１つの気化管パネル１０８に含まれる各気化管１１４の上端部と、送出側マニホールド１１２とに接続されている。
【０００６】
このような気化装置１００では、気化管１１４内を流れる液化天然ガスと、各気化管パネル１０８の表面を流れ落ちる海水との熱交換によって当該液化天然ガスが気化される。具体的には、分配管１０４に供給された液化天然ガスが当該分配管１０４によって各気化管ブロック１０２に分配され、供給側マニホールド１１０、供給側ヘッダー１１６を通じて各気化管１１４の下端部から気化管１１４内に供給される。この液化天然ガスは、気化管１１４内を当該気化管１１４の下端から上端に向って流れる。その際に、液化天然ガスは、気化管１１４の管壁を介してその外周面に沿って流れ落ちる海水と熱交換することにより気化される。各気化管１１４で気化された液化天然ガス、即ち天然ガスは、送出側ヘッダー１１８、送出側マニホールド１１２を経て集合管１０６に集められた後、この集合管１０６に接続される配管系（図示省略）を通じて消費地等に送出される。
【０００７】
また、この気化装置１００は、気化管１１４下部の外表面での着氷を抑えると共に十分な伝熱性能を確保して効率よく液化天然ガスを気化するために、気化管１１４の内側に内伝熱管１２０を設けた二重管構造を有する。具体的には、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示されるように、供給側ヘッダー１１６から延びる気化管１１４の内部に内伝熱管１２０が設けられている。この内伝熱管１２０は、気化管１１４に沿って延び、その長さが気化管１１４よりも短い。また、内伝熱管１２０は、気化管１１４との間に外側空間ｓ１を形成すると共に、その内側に内側空間ｓ２を形成する。供給側ヘッダー１１６は、外側空間ｓ１と内側空間ｓ２とに液化天然ガスを供給する。かかる気化装置１００においては、外側空間ｓ１を流れる液化天然ガスが内側空間ｓ２を流れる液化天然ガスに比べて流量が小さく且つ気化管１１４の外部との熱交換が行われ易いためにすぐに気化し、この気化した状態の液化天然ガス（即ち、天然ガス）が外側空間ｓ１を流れる。そのため、気化管１１４の表面温度が内伝熱管１２０の設けられていない気化管（気化前の低温液化ガスが内部を流れている状態の気化管）に比べて高くなり、これにより、表面の着氷が抑えられる。また、外側空間ｓ１において液化天然ガスが気化するときに気化管１１４の内周面と内伝熱管１２０の外周面との温度差に起因する強制対流沸騰が強まって当該領域における熱伝達率が高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−２９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記の気化装置１００において、各管１０４、１０６、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８内の圧力、各管１０４、１０６、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８内を流れる低温液化ガス（液化天然ガス）の流量、温度等の運転条件によって、気化装置１００及び当該装置１００に接続された配管系に振動が生じる場合がある。この振動は高い応力を生じさせ、気化装置１００を構成する各部位に金属疲労等を蓄積させ、損傷や故障の原因となるおそれがある。
【００１０】
この振動を抑止するためには、気化管ブロック１０２や各気化管パネル１０８内の各部材同士の結合強度を高めて、これら気化管ブロック１０２や各気化管パネル１０８全体の剛性を高めることが有効であるが、この場合には熱応力が上昇する不具合がある。具体的に、当該気化装置１００では、各管内を低温（マイナス百数十度）の液化ガスが流れているとき（運転時）と、当該液化ガスが流れておらず装置全体が常温にあるとき（停止時）とでは著しい温度差がある。そのため、この温度差による各部材の伸び縮み（熱伸縮）が激しく、各部材同士を強固に結合すると、前記熱伸縮に起因する過大な熱応力が生じて損傷や故障を促すおそれがある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、気化管内に内伝熱管が設けられた気化装置であって低温液化ガスを気化するときに当該気化装置又は／及び当該気化装置に接続された配管系に振動が生じ難い低温液化ガスの気化装置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】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意研究を行った結果、前記気化装置等に生じる振動は、内伝熱管１２０の上端近傍での気化管内における液相の低温液化ガスと気相の（気化した）低温液化ガスとの境界部（界面）の周期的な変動に起因することを発見した。詳しくは、以下に説明する。
【００１３】
上記の気化装置１００において、外側空間ｓ１を流れる低温液化ガスは、気化管１１４の外部からの熱によって気化された状態（気相）となって上方に向かって流れ、内側空間ｓ２を流れる低温液化ガスは、液相のままで上方に向かって流れる。これら気相の低温液化ガス（以下、単に「ガス」とも称する。）ｇと液相の低温液化ガス（以下、単に「液化ガス」とも称する。）ｌとは、内伝熱管１２０の上端（先端）周辺（合流領域）において合流する。この合流領域では、ガスｇと液化ガスｌとの界面の周期的な変動が生じる。具体的には、気化管間分配管１１６から外側空間ｓ１に供給された液化ガスｌが当該外側空間ｓ１において気化することにより密度が低く且つ液化ガスｌに比べて温度の高いガスｇとなる。このガスｇによって前記境界部ｂが内伝熱管１２０の先端よりも上方側（外側空間ｓ１の外側）に押し上げられると、図１５（Ａ）に示されるように、ガスｇと液化ガスｌとの接する面（界面）ｂの面積が大きくなる。そうすると、ガスｇが液化ガスｌとの熱交換によって冷やされて凝縮が起こり、この凝縮によって界面ｂが気化管１１４と内伝熱管１２０との間（即ち、外側空間ｓ１内）に引き込まれる（図１５（Ｂ）参照）。その後、外側空間ｓ１内に引き込まれた界面ｂがやがて上昇し始める（図１５（Ｃ）参照）。このような界面ｂの変動が気化管１１４内において繰り返される。ここで、ガスｇと液化ガスｌとの界面ｂとは、合流領域において、外側空間ｓ１を通過したガスｇと内側空間ｓ２を通過した液化ガスｌとが接する境界部であり、所定値以上の密度差（所定値以上の密度勾配）が形成されている部位である。
【００１４】
以上のようなガスｇと液化ガスｌとの境界部（界面）ｂの周期的な変動が気化管１１４内に生じると、この界面ｂの周期的な変動(即ち、ガスｇ及び液化ガスｌの体積変化)に伴う圧力変動も気化管１１４内において生じるが、この界面ｂの周期的な変動と気化管１１４内の圧力変動との間に時間的なずれ（位相のずれ）が生じる（図１６参照）。この位相のずれにより、管内の圧力の周期的な変動が増長される場合がある。このように管内の圧力の周期的な変動が増長されると、この増長された圧力変動が気化装置１００を構成する各管１０４、１０６、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８に伝播して、この圧力変動を加振力とする振動が生じる。
【００１５】
本発明は、このような発見に基づいてなされたものであり、垂直方向に延び且つ内部に流される低温液化ガスを外部との熱交換によって気化させるための複数の気化管と、前記複数の気化管の下端部にそれぞれ接続されて各気化管に前記低温液化ガスをそれぞれ分配する気化管間分配管と、各気化管の内部に配置され且つ当該気化管よりも短い複数の内伝熱管と、を備える。そして、前記気化管間分配管は、前記気化管と前記内伝熱管との間に形成される外側空間と、前記内伝熱管内の内側空間と、に前記低温液化ガスをそれぞれ供給し、前記内伝熱管は、前記内側空間を流れる低温液化ガスの一部を当該内伝熱管の上端に到達する前に前記外側空間を流れて気化した低温液化ガスに合流させる構成である。
【００１６】
本発明によれば、内伝熱管の上端（先端）周辺の領域（合流領域）において合流する気相の（気化した）低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差が抑えられ、これにより、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの界面の周期的な変動が抑制される。
【００１７】
詳しくは、前記の内伝熱管によれば、当該内伝熱管の上端近傍の合流領域に到達する前に、内側空間を流れる液相の低温液化ガスの一部が外側空間を流れることにより気化した（気相の）低温液化ガスと合流する。このため、当該気相の低温液化ガスが合流領域に到達する前にその温度が低下すると共に密度が上昇する。その結果、合流領域において気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとが合流するときのこれら低温液化ガスの温度差及び密度差が抑えられ、これにより、当該合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの界面の周期的な変動が抑制される。その結果、前記界面の周期的な変動に起因する気化装置及び当該気化装置に接続された配管系の振動を抑制することができる。
【００１８】
例えば、具体的に、前記内伝熱管が、その管壁に貫通孔を有することによって、内側空間下部の前記横断面における各位置を同時に通過した低温液化ガスが当該内伝熱管の上端に到達する前に、管壁の貫通孔を通じてその一部を外側空間を流れる気相の低温液化ガスに合流させることができる。これにより、合流領域において合流するときの外側空間を通過した気相の低温液化ガスと内側空間を通過した液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差が抑えられ、その結果、界面の周期的な変動が防止され若しくは抑制される。
【００１９】
この場合、前記貫通孔は、少なくとも前記内伝熱管の上部に設けられることが好ましい。このように合流領域に近い位置に貫通孔が設けられることによって、液相の低温液化ガスの一部が合流して温度が低下した気相の低温液化ガスが、外部との熱交換によって前記合流前の温度にまで上昇する前に合流領域に確実に到達できる。これにより、合流領域における前記気相の低温液化ガスと前記液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【００２０】
さらに、前記内伝熱管には複数の前記貫通孔が設けられ、これら複数の貫通孔は当該内伝熱管の上部から下方側に向かって並ぶことがより好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、気相の低温液化ガスが外側空間を流れて合流領域に到達するまでに、十分な量の液相の低温液化ガスが各貫通孔を通じて気相の低温液化ガスに合流することができる。これにより、合流領域での気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を十分に小さくすることができ、その結果、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの界面の周期的な変動をより効果的に抑えることができる。
【００２２】
この場合、前記上下方向に沿って並ぶ複数の貫通孔は、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられることが好ましい。これにより、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【００２３】
また、前記内伝熱管は、同じ高さ位置において複数の前記貫通孔を前記管壁に有し、これら同じ高さ位置の複数の貫通孔は、当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置されることが好ましい。
【００２４】
かかる構成によれば、気化管（内伝熱管）の周方向における低温液化ガスの温度分布の偏りが抑えられ、気化装置において前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えることができる。
【００２５】
また、前記内伝熱管は、上下方向に沿って当該内伝熱管の上端面から下方側に延びる切欠きを当該内伝熱管の管壁に有してもよい。
【００２６】
かかる構成によっても、内側空間下部の前記横断面における各位置を同時に通過した低温液化ガスが当該内伝熱管の上端に到達する前に、管壁の切欠きを通じてその一部を外側空間を流れる気相の低温液化ガスに合流させることができる。これにより、合流領域において合流するときの外側空間を通過した気相の低温液化ガスと内側空間を通過した液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差が抑えられ、その結果、界面の周期的な変動が防止され若しくは抑制される。
【００２７】
しかも、切欠きが所定の長さを有することにより、気相の低温液化ガスが外側空間を流れて合流領域に到達するまでに十分な量の液相の低温液化ガスが切欠きを通じて気相の低温液化ガスに合流することが可能となる。これにより、合流領域での気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を十分に小さくすることができる。
【００２８】
さらに、切欠きが内伝熱管の上端面から下方側に延びていることにより、液相の低温液化ガスの一部が合流して温度が低下した気相の低温液化ガスが、外部との熱交換によって前記合流前の温度にまで上昇する前に合流領域に確実に到達できる。
【００２９】
この場合、前記管壁には複数の前記切欠きが設けられ、これら複数の切欠きは当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置されることが好ましい。
【００３０】
かかる構成によれば、気化管（内伝熱管）の周方向における低温液化ガスの温度分布の偏りが抑えられ、気化装置において前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えることができる。
【００３１】
また、前記切欠きは、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられることが好ましい。これにより、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上より、本発明によれば、気化管内に内伝熱管が設けられた気化装置であって低温液化ガスを気化するときに当該気化装置又は／及び当該気化装置に接続された配管系に振動が生じ難い低温液化ガスの気化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る低温液化ガスの気化装置の概略構成斜視図である。
【図２】前記気化装置の配管の状態を示す模式図（正面図）である。
【図３】前記気化装置の配管の状態を示す模式図（側面図）である。
【図４】前記気化装置における気化管の下部の拡大横断面図である。
【図５】（Ａ）は、前記気化管内に配置される内伝熱管を説明するための図であり、（Ｂ）は、他実施形態に係る内伝熱管を説明するための図である。
【図６】各気化管と対応する位置に複数の穴がそれぞれ設けられたヘッダー内管を説明するための模式図である。
【図７】各気化管と対応する位置に複数の穴がそれぞれ設けられたヘッダー内管を説明するための拡大断面図である。
【図８】（Ａ）は、前記気化装置の海水供給部を説明するための側面図であり、（Ｂ）は、前記気化装置の海水供給部を説明するための正面図である。
【図９】（Ａ）は、貫通孔のない内伝熱管を備えた気化装置の気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの温度の変化を示す図であり、（Ｂ）は当該気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの密度の変化を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、本実施形態に係る気化装置の気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの温度の変化を示す図であり、（Ｂ）は当該気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの密度の変化を示す図である。
【図１１】他実施形態に係る内伝熱管の構成を説明するための図である。
【図１２】他実施形態に係る内伝熱管の構成を説明するための図である。
【図１３】従来の低温液化ガスの気化装置の概略構成斜視図である。
【図１４】（Ａ）は従来の低温液化ガスの気化装置における気化管及び内伝熱管を説明するための縦断面図であり、（Ｂ）は前記気化管及び内伝熱管における図１１のＸＩ−ＸＩ位置における断面図である。
【図１５】ＮＧとＬＮＧとの合流部（合流領域）における界面の周期的な変動の原理を説明するための図である。
【図１６】気化管内に生じる前記界面の変位と圧力の変位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
本実施形態に係る低温液化ガスの気化装置（以下、単に「気化装置」とも称する。）は、供給された低温液化ガスを外部の熱交換用液体と熱交換させることにより、当該低温液化ガスを気化させるいわゆるオープンラック型の気化装置（ＯＲＶ）である。本実施形態の気化装置では液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する。また、本実施形態では、熱交換用液体として海水が用いられる。
【００３６】
具体的に、気化装置は、図１〜図５（Ｂ）、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示されるように、複数（本実施形態では２個）の気化管ブロック１１と、各気化管ブロック１１へＬＮＧを分配する分配管１２と、各気化管ブロック１１において気化されたＬＮＧである天然ガス（ＮＧ）を集める集合管１４と、各気化管パネル１６の表面を伝って流れ落ちるように気化管パネル１６の上部に海水を供給する海水供給部（液体供給部）３０と、を備える。尚、気化装置１０に設けられる気化管ブロック１１の数は、複数に限定されず、１つでもよい。
【００３７】
各気化管ブロック１１は、複数（本実施形態では５枚）の気化管パネル１６と、分配管１２からのＬＮＧを各気化管パネル１６へ分配する供給側マニホールド１７と、各気化管パネル１６において気化したＬＮＧ（即ち、ＮＧ）を集めて集合管１４に送出する送出側マニホールド１９と、をそれぞれ有する。尚、１つの気化管ブロック１１に含まれる気化管パネル１６の数は５枚に限定されず、他の枚数であってもよい。
【００３８】
各気化管パネル１６は、垂直面上に互いに平行な姿勢で並べられた複数（本実施形態では９０本）の気化管（伝熱管）２１と、各気化管２１の内部にそれぞれ配置される複数の内伝熱管２５と、供給側マニホールド１７からのＬＮＧを各気化管２１に分配する供給側ヘッダー２２と、各気化管２１において気化されたＬＮＧを集めて送出側マニホールド１９に送出する送出側ヘッダー２４と、をそれぞれ有する。尚、１枚の気化管パネル１６に含まれる気化管の数は９０本に限定されず、他の本数であってもよい。
【００３９】
各気化管２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属材料により形成され、上下方向に延びる管である。本実施形態の気化管２１は、内部を流れるＬＮＧとの接触面積を大きくするために、径方向の凹凸が周方向に繰り返される内周面２１ａを有する（図４参照）。また、気化管２１は、当該気化管２１に沿って流れ落ちる海水との接触面積を大きくするために、外周面２１ｂに複数のフィンが形成されている。
【００４０】
尚、気化管２１の内周面及び外周面の具体的構成は、上記の構成に限定されず、断面が円形若しくは略円形等であってもよい。
【００４１】
内伝熱管２５は、気化管２１下部の外表面での着氷を抑えると共に十分な伝熱性能を確保して効率よくＬＮＧを気化するための部材であり、各気化管２１の内部に配置され且つ当該気化管２１よりも短い管である。内伝熱管２５は、気化管２１と同様に、アルミニウム又はアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属材料により形成される。この内伝熱管２５は、気化管２１との間に外側空間Ｓ１を規定すると共に当該内伝熱管２５内に内側空間Ｓ２を規定する。具体的に、本実施形態の内伝熱管２５は、円柱面状の外周面２５ｂと、この外周面２５ｂよりも内側に位置する円柱面状の内周面２５ａと、管軸（垂直方向）に垂直な上端面２５ｃとを有する。尚、上端面は、管軸に垂直な面に限定される必要は無く、管軸に対して傾斜していてもよい（例えば、図１２（Ｂ）参照）。
【００４２】
この内伝熱管２５は、気化管２１と同軸となるように当該気化管２１の内部に配置される。外周面２５ｂは、気化管２１の内側に内伝熱管２５が配置されたときに、当該外周面２５ｂが気化管２１の内周面２１ａにおける内側に突出する部位の各先端とそれぞれ当接するような外径を有する。このような気化管２１の内周面２１ａと内伝熱管２５の外周面２５ｂとにより、内伝熱管２５と気化管２１との間に軸方向に連続し且つ周方向に断続な外側空間Ｓ１が形成される。尚、内伝熱管２５の外周面２５ｂと気化管２１の内周面２１ａとの形状は、本実施形態のように周方向に断続な外側空間Ｓ１を形成するような形状に限定されず、周方向に連続な外側空間が形成されるような形状であってもよい。即ち、気化管の内周面と内伝熱管の外周面とがいずれも円柱面状であってもよい。
【００４３】
この内伝熱管２５は、内側空間Ｓ２の下部における一横断面ｉ（図５（Ａ）参照）における各位置を同時に通過したＬＮＧの一部を当該内伝熱管２５の上端（本実施形態においては、上端面２５ｃ）に到達する前に外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流させる。尚、横断面ｉの具体的な位置は、本実施形態の位置に限定されない。即ち、横断面ｉは、管軸と垂直であれば、上端面２５ｃと内伝熱管２５の下端との間であって貫通孔２６や後述する切欠き２６Ａ，２６Ｂ（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）参照）よりも下側のいずれの位置の断面でもよい。
【００４４】
具体的には、本実施形態の内伝熱管２５は、その管壁に複数の貫通孔２６を有する。
【００４５】
詳しくは、内伝熱管２５の上部から供給側ヘッダー２２に向かって並ぶ複数(図５（Ａ）に示す例では３個）の貫通孔２６を一組とし、この組が内伝熱管２５の周方向に等間隔に配置されている。図５（Ａ）に示す例では、貫通孔５１の前記組は、周方向に４組配置されている。この貫通孔２６の前記組は、内伝熱管２５の先端（上端）から供給側ヘッダー２２に向かって当該内伝熱管２５の長さの２０〜４０％までの領域に設けられるのが好ましい。このような領域に設けられることにより、内伝熱管２５の上端において合流する気相のＬＮＧ（即ちＮＧ）と液相のＬＮＧとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。ここで、上端とは、上端面２５ｃが管軸と垂直である場合には当該上端面の位置であり、上端面が管軸に対して傾斜している場合には、当該上端面の最も高い位置である。
【００４６】
尚、前記各組における貫通孔２６の並び方向は、本実施形態のように垂直方向に真っ直ぐに並んでいてもよく（図５（Ａ）参照）、垂直方向に対して所定の角度となるように並んでいてもよい（図５（Ｂ）参照）。また、本実施形態の外側空間Ｓ１が周方向に断続であるため、各貫通孔２６は、内伝熱管２５の周方向において外側空間Ｓ１と対応する位置にそれぞれ設けられる。また、各組の貫通孔５１の径は、一定でなくてもよい。例えば、上側に位置する穴５１ほど、直径が大きくてもよく、また、小さくてもよい。
【００４７】
供給側ヘッダー２２は、気化管２１が並ぶ前記垂直面に沿って水平方向に延びる管である。供給側ヘッダー２２は、１つの気化管パネル１６に含まれる各気化管２１にそれぞれ接続される。この供給側ヘッダー２２は、外側空間Ｓ１と内側空間Ｓ２とにＬＮＧをそれぞれ供給する。また、供給側ヘッダー２２は、その内部に配置されたヘッダー内管５０を介して供給側マニホールド１７からＬＮＧが供給されるように、その一端が供給側マニホールド１７と接続される。
【００４８】
ヘッダー内管５０は、供給側ヘッダー２２に沿って延びる管状部材であり、供給側ヘッダー２２と同軸となるように当該供給側ヘッダー２２の内部に配置される（図３参照）。このヘッダー内管５０は、その外径が供給側ヘッダー２２の内径よりも小さく、これにより、供給側ヘッダー２２の内部に配置されたときに当該ヘッダー内管５０の外周面と供給側ヘッダー２２の内周面との間に所定の空間が形成される。そして、ヘッダー内管５０は、その内部にＬＮＧが供給されるように供給側マニホールド１７に接続され、当該ヘッダー内管５０の軸方向において管壁（周壁）の各気化管２１と対応する位置にそれぞれ穴５１を有する。この軸方向の各気化管２１に対応する位置には、それぞれ複数の（本実施形態では２つの穴）が設けられる。具体的に、これら複数の穴５１は、前記軸方向における各気化管２１と対応する位置（本実施形態では、各気化管２１の下方側の位置）において、ヘッダー内管５０の周方向に並んでいる。本実施形態では、２つの穴５１が水平方向に対向する位置に設けられている。尚、各気化管２１と対応する位置に３つ以上（図６及び図７の例では４つ）の穴５１が設けられる場合には、前記各気化管２１と対応する位置において、各穴５１は、その中心がヘッダー内管５０の下半分に位置するようにヘッダー内管５０の周方向に並ぶように配置されることが好ましい。
【００４９】
このように、供給側ヘッダー２２の内部にヘッダー内管５０を設けて二重管構造とし、ヘッダー内管５０の各気化管２１に対応する位置に複数の穴５１をそれぞれ設けることにより、各気化管２１に分配されるＬＮＧの流量が均等になる。
【００５０】
また、ヘッダー内管５０の各気化管２１に対応する位置に複数の穴５１をそれぞれ設け、これら複数の穴５１が当該ヘッダー内管５０の下半分に配置（詳しくは、各穴５１の中心が前記下半分に位置するように配置）されることにより、各気化管２１に流入するＬＮＧの流れが均一となる。即ち、各気化管２１に対応する位置の複数の穴５１から流れ出たＬＮＧが供給側ヘッダー２２とヘッダー内管５０との間を気化管２１に向かって供給側ヘッダー２２の周方向上側に向かって流れてから気化管２１内に流入することにより、ヘッダー内管の上部（例えば、気化管２１の下端と対向する位置等）に設けられた穴から流れ出て直ぐに気化管２１内にＬＮＧが流入する場合に比べてＬＮＧの流れが均一となる。
【００５１】
送出側ヘッダー２４は、供給側ヘッダー２２と平行に延びる管である。この送出側ヘッダー２４は、１つの気化管パネル１６に含まれる各気化管２１の上端部と、送出側マニホールド１９と、に接続される。
【００５２】
以上のように構成される複数の気化管パネル１６は、互いに平行な姿勢でパネル面（気化管２１が並ぶ前記垂直面）と直交する方向（図２において左右方向）に配置されている。
【００５３】
供給側マニホールド１７は、供給側ヘッダー２２と交差する方向（本実施形態では、略直交する方向：図３における紙面と直交する方向）に延びる管であり、１つの気化管ブロック１１に含まれる各供給側ヘッダー２２と、分配管１２と、に接続される。
【００５４】
送出側マニホールド１９は、送出側ヘッダー２４と交差する方向（本実施形態では、略直交する方向：図３において紙面と直交する方向）に延びる管であり、１つの気化管ブロック１１に含まれる各送出側ヘッダー２４と、集合管１４と、に接続される。
【００５５】
分配管１２は、供給側マニホールド１７と略平行に延びる管であり、各供給側マニホールド１７に接続される。また、分配管１２には、外部から当該気化装置１０にＬＮＧを供給するための配管Ｐ１を接続する供給側接続部１２ａが設けられている。
【００５６】
集合管１４は、送出側マニホールド１９と略平行に延びる管であり、各送出側マニホールド１９に接続される。また、集合管１４には、消費地等の外部へＮＧを送出するための配管Ｐ２を接続する送出側接続部１４ａが設けられている。
【００５７】
海水供給部３０は、各気化管パネル１６の上端部近傍に配置されるトラフ３１と、各トラフ３１に海水を供給する海水ヘッダー３２と、各海水ヘッダー３２に海水を分配する海水マニホールド３３と、を備える（図８（Ａ）、図８（Ｂ）参照）。トラフ３１は、気化管パネル１６（詳しくは、当該気化管パネル１６を構成する各気化管２１）の表面に沿って海水が流れ落ちるように各気化管パネル１６の上端部に海水を供給する。このトラフ３１から供給されて気化管パネル１６の表面を流れ落ちる海水と、各気化管２１内を流れるＬＮＧとが、気化管２１の管壁を介して熱交換することにより、ＬＮＧが気化してＮＧとなる。
【００５８】
以上のように構成される気化装置１０は、以下のようにしてＬＮＧを気化する。
【００５９】
トラフ３１から各気化管パネル１６の表面に海水が供給されると共に、供給側接続部１２ａに接続された配管Ｐ１を通じて供給ポンプ等からＬＮＧが分配管１２に供給される。分配管１２は、供給ポンプ等によって供給されたＬＮＧを当該分配管１２に接続された各供給側マニホールド１７に分配し、各供給側マニホールド１７は、分配管１２からのＬＮＧを当該供給側マニホールド１７に接続された各供給側ヘッダー２２にそれぞれ分配する。各供給側ヘッダー２２は、供給されたＬＮＧを当該供給側ヘッダー２２に接続された各気化管２１に分配する。詳しくは、供給側ヘッダー２２は、各気化管２１の内部に形成されている外側空間Ｓ１と内側空間Ｓ２とにそれぞれＬＮＧを供給する。
【００６０】
各気化管２１では、供給側ヘッダー２２から供給されたＬＮＧがその内部を当該気化管２１の下端から上端に向けて流れる。このとき、外側空間Ｓ１に供給されたＬＮＧは、気化管２１の外部からの熱（詳しくは、気化管２１に沿って流れ落ちる海水の有する熱）によって気化された状態（気相）となって上方に向かって流れ、内側空間Ｓ２に供給されたＬＮＧは、液相のままで上方に向かって流れる。詳しくは、気化管２１の下部（内伝熱管２５が位置する領域）において、外側空間Ｓ１を流れるＬＮＧが内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧに比べて流量が小さく且つ気化管２１の外部との熱交換が行われ易いためにすぐに気化し、この気化した状態のＬＮＧ（即ち、ＮＧ）が外側空間Ｓ１を流れる。そのため、気化管２１の表面温度が内伝熱管２５の設けられていない気化管（気化前のＬＮＧが内部を流れている状態の気化管）に比べて高くなり、これにより、表面の着氷が抑えられる。また、外側空間Ｓ１においてＬＮＧが気化するときに気化管２１の内周面２１ａと内伝熱管２５の外周面２５ｂとの温度差に起因する強制対流沸騰が強まって当該領域における熱伝達率が高くなっている。
【００６１】
これら外側空間Ｓ１を流れる気相のＬＮＧ、即ち、ＮＧと、内側空間Ｓ２を流れる液相のＬＮＧと、が内伝熱管２５の上端（先端）周辺において合流する前に、その一部が貫通孔２６を通じて合流する。具体的に、内側空間Ｓ２下部の前記横断面ｉにおける各位置を同時に通過したＬＮＧが内伝熱管２５の上部に設けられた貫通孔２６の位置に到達すると、その一部が貫通孔２６を通じて外側空間Ｓ１に流入して当該外側空間Ｓ１を流れているＮＧに合流する。即ち、内伝熱管２５の中間位置（下端と上端との間）において内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧの一部が外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流して当該ＮＧの温度を下げると共に密度を上昇させる。これにより、内伝熱管に貫通孔が設けられていない場合に比べて、内伝熱管２５の上端の周辺（合流領域）において外側空間Ｓ１を流れるＮＧと内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧとが合流したときのこれらＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差がそれぞれ抑えられる。
【００６２】
その後、合流したＮＧとＬＮＧとは、気化管２１を上流に向かって流れつつ気化管２１の管壁を介して当該気化管２１に沿って流れ落ちる海水とさらに熱交換を続けることにより完全に気化される。
【００６３】
各気化管２１内において気化されたＬＮＧ、即ち、ＮＧは、送出側ヘッダー２４によって集められ、送出側マニホールド１９に送出される。送出側マニホールド１９に送られたＮＧは、集合管１４を経て、送出側接続部１４ａに接続された配管Ｐ２を通じて消費地等に送出される。
【００６４】
以上の気化装置１０によれば、内伝熱管２５の上端周辺の領域（合流領域）において合流するＮＧ（気相のＬＮＧ）とＬＮＧ（液相のＬＮＧ）との温度差及び密度差が抑えられ、これにより、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの界面の周期的な変動が抑制される。
【００６５】
詳しくは、本実施形態の内伝熱管２５によれば、当該内伝熱管２５の上端近傍の合流領域に到達する前に、内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧの一部が外側空間Ｓ１を流れるＮＧと合流する。このため、当該ＮＧが合流領域に到達する前にその温度が低下すると共に密度が上昇する。その結果、合流領域においてＮＧとＬＮＧとが合流するときのこれらＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差が抑えられ、これにより、当該合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの界面の周期的な変動が抑制される。その結果、前記界面の周期的な変動に起因する気化装置１０及び当該気化装置１０に接続された配管系の振動を抑制することができる。
【００６６】
本実施形態では、貫通孔２６が内伝熱管２５の上部、即ち、合流領域に近い位置に設けられているため、ＬＮＧの一部が合流して温度が低下したＮＧが、外部との熱交換によって前記合流前の温度にまで上昇する前に合流領域に確実に到達できる。これにより、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【００６７】
また、内伝熱管２５の管壁において、複数の貫通孔２６、２６、…が上下方向に並ぶことにより、ＮＧが外側空間Ｓ１を流れて合流領域に到達するまでに、十分な量のＬＮＧが各貫通孔２６を通じてＮＧに合流することができる。これにより、合流領域でのＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差を十分に小さくすることができ、その結果、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの界面の周期的な変動をより効果的に抑えることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、内伝熱管２５の同じ高さ位置の複数の貫通孔２６、２６、…が内伝熱管２５の周方向に沿って等間隔に配置されているため、気化管２１（内伝熱管２５）の周方向におけるＬＮＧの温度分布の偏りが抑えられ、気化装置１０において前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えることができる。
【実施例１】
【００６９】
内伝熱管に設けられた貫通孔の効果を確認するために、上記実施形態の気化装置１０と、貫通孔が設けられていない内伝熱管を除いて上記実施形態の気化装置１０と同じ構成の気化装置とを用い、外側空間を流れるＮＧと内側空間を流れるＬＮＧとが合流したときのこれらＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差をそれぞれ調べた。
【００７０】
具体的には、各気化装置において、気化管の長さを６ｍ、内伝熱管の長さを２．５ｍとし、これら気化装置に６４ｂａｒの圧力で−１６５℃程度のＬＮＧを供給した。その結果を図９（Ａ）〜図１０（Ｂ）に示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、貫通孔のない内伝熱管を備えた気化装置における気化管でのＮＧ及びＬＮＧの温度変化と密度変化とを示す。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、上記実施形態の気化装置１０の気化管２１におけるＮＧ及びＬＮＧの温度変化と密度変化とを示す。
【００７１】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）から、貫通孔のない内伝熱管を備える気化装置では、外側空間を流れてきたＮＧと内側空間を流れてきたＬＮＧとの合流領域（気化管の下端から２．５ｍの位置）における温度差が１０℃以上であり、密度差が３０％以上であることが分かる。これに対し、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）から、上記の気化装置１０では、外側空間を流れてきたＮＧと内側空間を流れてきたＬＮＧとの合流領域（２．５ｍの位置）における温度差が３℃まで抑えられると共に、密度差が数％に抑えられていることが分かる。
【００７２】
以上より、内伝熱管に貫通孔を設けることにより、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差が効果的に抑えられることが確認できた。
【００７３】
尚、本発明の低温液化ガスの気化装置は、上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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７４】
内伝熱管２５の具体的構成は限定されない。例えば、上記実施形態の内伝熱管２５では管壁に複数の貫通孔２６を設けることによって、内側空間Ｓ２の前記横断面における各位置を同時に通過したＬＮＧが当該内伝熱管２５の上端に到達する前にその一部を外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流させる構成としているがこれに限定されない。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されるように、内伝熱管２５Ａ、２５Ｂは、上下方向に沿って当該内伝熱管２５Ａ、２５Ｂの上端面２５ｃから下方側に延びる切欠き２６Ａ、２６Ｂをその管壁に有していてもよい。この切欠き２６Ａ、２６Ｂは、垂直方向に真っ直ぐ延びてもよく、垂直方向に対して傾斜していてもよい。
【００７５】
また、切欠きの具体的形状も限定されない。例えば、図１１（Ａ）に示されるような垂直方向の各位置において幅が一定の矩形状の切欠き２６Ａでもよく、垂直方向において幅が一定でない形状の切欠き（図１１（Ｂ）に示される例では上側ほど幅が広くなる形状の切欠き２６Ｂ）等であってもよい。
【００７６】
気化管２１の周方向におけるＬＮＧの温度分布の偏りを抑えて、前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えるために、これら切欠き２６Ａ、２６Ｂは、内伝熱管２５Ａ、２５Ｂの周方向において等間隔となるように複数設けられることが好ましいが、等間隔でなくてもよい。
【００７７】
また、切欠き同様に、周方向における貫通孔同士の各間隔がそれぞれ異なるように、複数の貫通孔が内伝熱管の管壁に配置されてもよい。
【００７８】
また、内伝熱管の周方向において、貫通孔又は切欠きが１つだけ設けられた構成であってもよい。
【００７９】
また、図１１（Ｃ）に示されるように、内伝熱管２５Ｃは、貫通孔２６と切欠き２６Ｂとの両方を管壁に有していてもよい。
【００８０】
図１２（Ａ）に示されるように、周方向に複数の切欠き２６Ｃが連続して設けられてもよい。この場合も、各切欠き２６Ｃは、内伝熱管２５Ｄの先端面（図１２（Ａ）において点線で示す面）２５ｃから下方側に延びている。
【００８１】
また、図１２（Ｂ）に示されるように、内伝熱管２５Ｅは、当該内伝熱管２５Ｅの直径における一端から他端に向けて、管壁の上端面が連続的に低くなるように形成されてもよい。この場合も、内側空間Ｓ２下部の前記横断面における各位置を同時に通過したＬＮＧが当該内伝熱管２５Ｅの上端（前記直径の一端側の管壁上端）に到達する前にその一部を外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流させることができる。これにより、内伝熱管２５Ｅの前記上端周辺の合流領域において合流するＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差が抑えられる。
【００８２】
また、図１２（Ｃ）に示されるように、多数の貫通孔２６Ｄが、内伝熱管２５Ｅの上部に設けられてもよい。かかる構成によっても、内側空間Ｓ２の前記横断面における各位置を同時に通過したＬＮＧが当該内伝熱管２５Ｅの上端に到達する前にその一部を外側空間Ｓ１を流れることで気化したＬＮＧに合流させることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 気化装置
１１ 気化管ブロック
１２ 分配管
１４ 集合管
１６ 気化管パネル
１７ 供給側マニホールド
１９ 送出側マニホールド
２１ 気化管
２２ 供給側ヘッダー（気化管間分配管）
２４ 送出側ヘッダー
２５ 内伝熱管
２６ 貫通孔
３０ 海水供給部
ｂ 境界部
ｇ 気相の低温液化ガス
ｌ 液相の低温液化ガス
Ｓ１ 外側空間
Ｓ２ 内側空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）、液体窒素（ＬＮ２）等の低温液化ガスを海水等の熱媒体と熱交換させることにより気化させるための気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液化天然ガス（ＬＮＧ）を海水と熱交換させて気化させる気化装置（ＯＲＶ）として、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この気化装置は、図１３に示すように、複数の気化管ブロック１０２と、各気化管ブロック１０２へ液化天然ガス（低温液化ガス）を分配する分配管１０４と、各気化管ブロック１０２において気化された液化天然ガス（天然ガス）を集める集合管１０６と、を備える。
【０００４】
各気化管ブロック１０２は、複数の気化管パネル１０８と、分配管１０４からの液化天然ガスを各気化管パネル１０８へ分配する供給側マニホールド１１０と、各気化管パネル１０８において気化された液化天然ガスを集めて集合管１０６に送出する送出側マニホールド１１２と、をそれぞれ有する。複数の気化管パネル１０８は、互いに平行な姿勢でパネル面と直交する方向に配置されている。各供給側マニホールド１１０は分配管１０４にそれぞれ接続され、各送出側マニホールド１１２は集合管１０６にそれぞれ接続されている。
【０００５】
気化管パネル１０８は、互いに平行な姿勢で垂直面上に配置された複数の気化管（伝熱管）１１４と、供給側マニホールド１１０からの液化天然ガスを各気化管１１４に分配する供給側ヘッダー１１６と、各気化管１１４において気化された液化天然ガスを集めて送出側マニホールド１１２に送出する送出側ヘッダー１１８とを有する。供給側ヘッダー１１６は、１つの気化管パネル１０８に含まれる各気化管１１４の下端部と、供給側マニホールド１１０とに接続されている。送出側ヘッダー１１８は、１つの気化管パネル１０８に含まれる各気化管１１４の上端部と、送出側マニホールド１１２とに接続されている。
【０００６】
このような気化装置１００では、気化管１１４内を流れる液化天然ガスと、各気化管パネル１０８の表面を流れ落ちる海水との熱交換によって当該液化天然ガスが気化される。具体的には、分配管１０４に供給された液化天然ガスが当該分配管１０４によって各気化管ブロック１０２に分配され、供給側マニホールド１１０、供給側ヘッダー１１６を通じて各気化管１１４の下端部から気化管１１４内に供給される。この液化天然ガスは、気化管１１４内を当該気化管１１４の下端から上端に向って流れる。その際に、液化天然ガスは、気化管１１４の管壁を介してその外周面に沿って流れ落ちる海水と熱交換することにより気化される。各気化管１１４で気化された液化天然ガス、即ち天然ガスは、送出側ヘッダー１１８、送出側マニホールド１１２を経て集合管１０６に集められた後、この集合管１０６に接続される配管系（図示省略）を通じて消費地等に送出される。
【０００７】
また、この気化装置１００は、気化管１１４下部の外表面での着氷を抑えると共に十分な伝熱性能を確保して効率よく液化天然ガスを気化するために、気化管１１４の内側に内伝熱管１２０を設けた二重管構造を有する。具体的には、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示されるように、供給側ヘッダー１１６から延びる気化管１１４の内部に内伝熱管１２０が設けられている。この内伝熱管１２０は、気化管１１４に沿って延び、その長さが気化管１１４よりも短い。また、内伝熱管１２０は、気化管１１４との間に外側空間ｓ１を形成すると共に、その内側に内側空間ｓ２を形成する。供給側ヘッダー１１６は、外側空間ｓ１と内側空間ｓ２とに液化天然ガスを供給する。かかる気化装置１００においては、外側空間ｓ１を流れる液化天然ガスが内側空間ｓ２を流れる液化天然ガスに比べて流量が小さく且つ気化管１１４の外部との熱交換が行われ易いためにすぐに気化し、この気化した状態の液化天然ガス（即ち、天然ガス）が外側空間ｓ１を流れる。そのため、気化管１１４の表面温度が内伝熱管１２０の設けられていない気化管（気化前の低温液化ガスが内部を流れている状態の気化管）に比べて高くなり、これにより、表面の着氷が抑えられる。また、外側空間ｓ１において液化天然ガスが気化するときに気化管１１４の内周面と内伝熱管１２０の外周面との温度差に起因する強制対流沸騰が強まって当該領域における熱伝達率が高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−２９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記の気化装置１００において、各管１０４、１０６、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８内の圧力、各管１０４、１０６、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８内を流れる低温液化ガス（液化天然ガス）の流量、温度等の運転条件によって、気化装置１００及び当該装置１００に接続された配管系に振動が生じる場合がある。この振動は高い応力を生じさせ、気化装置１００を構成する各部位に金属疲労等を蓄積させ、損傷や故障の原因となるおそれがある。
【００１０】
この振動を抑止するためには、気化管ブロック１０２や各気化管パネル１０８内の各部材同士の結合強度を高めて、これら気化管ブロック１０２や各気化管パネル１０８全体の剛性を高めることが有効であるが、この場合には熱応力が上昇する不具合がある。具体的に、当該気化装置１００では、各管内を低温（マイナス百数十度）の液化ガスが流れているとき（運転時）と、当該液化ガスが流れておらず装置全体が常温にあるとき（停止時）とでは著しい温度差がある。そのため、この温度差による各部材の伸び縮み（熱伸縮）が激しく、各部材同士を強固に結合すると、前記熱伸縮に起因する過大な熱応力が生じて損傷や故障を促すおそれがある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、気化管内に内伝熱管が設けられた気化装置であって低温液化ガスを気化するときに当該気化装置又は／及び当該気化装置に接続された配管系に振動が生じ難い低温液化ガスの気化装置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】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意研究を行った結果、前記気化装置等に生じる振動は、内伝熱管１２０の上端近傍での気化管内における液相の低温液化ガスと気相の（気化した）低温液化ガスとの境界部（界面）の周期的な変動に起因することを発見した。詳しくは、以下に説明する。
【００１３】
上記の気化装置１００において、外側空間ｓ１を流れる低温液化ガスは、気化管１１４の外部からの熱によって気化された状態（気相）となって上方に向かって流れ、内側空間ｓ２を流れる低温液化ガスは、液相のままで上方に向かって流れる。これら気相の低温液化ガス（以下、単に「ガス」とも称する。）ｇと液相の低温液化ガス（以下、単に「液化ガス」とも称する。）ｌとは、内伝熱管１２０の上端（先端）周辺（合流領域）において合流する。この合流領域では、ガスｇと液化ガスｌとの界面の周期的な変動が生じる。具体的には、気化管間分配管１１６から外側空間ｓ１に供給された液化ガスｌが当該外側空間ｓ１において気化することにより密度が低く且つ液化ガスｌに比べて温度の高いガスｇとなる。このガスｇによって前記境界部ｂが内伝熱管１２０の先端よりも上方側（外側空間ｓ１の外側）に押し上げられると、図１５（Ａ）に示されるように、ガスｇと液化ガスｌとの接する面（界面）ｂの面積が大きくなる。そうすると、ガスｇが液化ガスｌとの熱交換によって冷やされて凝縮が起こり、この凝縮によって界面ｂが気化管１１４と内伝熱管１２０との間（即ち、外側空間ｓ１内）に引き込まれる（図１５（Ｂ）参照）。その後、外側空間ｓ１内に引き込まれた界面ｂがやがて上昇し始める（図１５（Ｃ）参照）。このような界面ｂの変動が気化管１１４内において繰り返される。ここで、ガスｇと液化ガスｌとの界面ｂとは、合流領域において、外側空間ｓ１を通過したガスｇと内側空間ｓ２を通過した液化ガスｌとが接する境界部であり、所定値以上の密度差（所定値以上の密度勾配）が形成されている部位である。
【００１４】
以上のようなガスｇと液化ガスｌとの境界部（界面）ｂの周期的な変動が気化管１１４内に生じると、この界面ｂの周期的な変動(即ち、ガスｇ及び液化ガスｌの体積変化)に伴う圧力変動も気化管１１４内において生じるが、この界面ｂの周期的な変動と気化管１１４内の圧力変動との間に時間的なずれ（位相のずれ）が生じる（図１６参照）。この位相のずれにより、管内の圧力の周期的な変動が増長される場合がある。このように管内の圧力の周期的な変動が増長されると、この増長された圧力変動が気化装置１００を構成する各管１０４、１０６、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８に伝播して、この圧力変動を加振力とする振動が生じる。
【００１５】
本発明は、このような発見に基づいてなされたものであり、垂直方向に延び且つ内部に流される低温液化ガスを外部との熱交換によって気化させるための複数の気化管と、前記複数の気化管の下端部にそれぞれ接続されて各気化管に前記低温液化ガスをそれぞれ分配する気化管間分配管と、各気化管の内部に配置され且つ当該気化管よりも短い複数の内伝熱管と、を備える。そして、前記気化管間分配管は、前記気化管と前記内伝熱管との間に形成される外側空間と、前記内伝熱管内の内側空間と、に前記低温液化ガスをそれぞれ供給し、前記内伝熱管は、前記内側空間を流れる低温液化ガスの一部を当該内伝熱管の上端に到達する前に前記外側空間を流れて気化した低温液化ガスに合流させる構成である。
【００１６】
本発明によれば、内伝熱管の上端（先端）周辺の領域（合流領域）において合流する気相の（気化した）低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差が抑えられ、これにより、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの界面の周期的な変動が抑制される。
【００１７】
詳しくは、前記の内伝熱管によれば、当該内伝熱管の上端近傍の合流領域に到達する前に、内側空間を流れる液相の低温液化ガスの一部が外側空間を流れることにより気化した（気相の）低温液化ガスと合流する。このため、当該気相の低温液化ガスが合流領域に到達する前にその温度が低下すると共に密度が上昇する。その結果、合流領域において気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとが合流するときのこれら低温液化ガスの温度差及び密度差が抑えられ、これにより、当該合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの界面の周期的な変動が抑制される。その結果、前記界面の周期的な変動に起因する気化装置及び当該気化装置に接続された配管系の振動を抑制することができる。
【００１８】
例えば、具体的に、前記内伝熱管が、その管壁に貫通孔を有することによって、内側空間下部の前記横断面における各位置を同時に通過した低温液化ガスが当該内伝熱管の上端に到達する前に、管壁の貫通孔を通じてその一部を外側空間を流れる気相の低温液化ガスに合流させることができる。これにより、合流領域において合流するときの外側空間を通過した気相の低温液化ガスと内側空間を通過した液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差が抑えられ、その結果、界面の周期的な変動が防止され若しくは抑制される。
【００１９】
この場合、前記貫通孔は、少なくとも前記内伝熱管の上部に設けられることが好ましい。このように合流領域に近い位置に貫通孔が設けられることによって、液相の低温液化ガスの一部が合流して温度が低下した気相の低温液化ガスが、外部との熱交換によって前記合流前の温度にまで上昇する前に合流領域に確実に到達できる。これにより、合流領域における前記気相の低温液化ガスと前記液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【００２０】
さらに、前記内伝熱管には複数の前記貫通孔が設けられ、これら複数の貫通孔は当該内伝熱管の上部から下方側に向かって並ぶことがより好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、気相の低温液化ガスが外側空間を流れて合流領域に到達するまでに、十分な量の液相の低温液化ガスが各貫通孔を通じて気相の低温液化ガスに合流することができる。これにより、合流領域での気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を十分に小さくすることができ、その結果、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの界面の周期的な変動をより効果的に抑えることができる。
【００２２】
この場合、前記上下方向に沿って並ぶ複数の貫通孔は、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられることが好ましい。これにより、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【００２３】
また、前記内伝熱管は、同じ高さ位置において複数の前記貫通孔を前記管壁に有し、これら同じ高さ位置の複数の貫通孔は、当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置されることが好ましい。
【００２４】
かかる構成によれば、気化管（内伝熱管）の周方向における低温液化ガスの温度分布の偏りが抑えられ、気化装置において前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えることができる。
【００２５】
また、前記内伝熱管は、上下方向に沿って当該内伝熱管の上端面から下方側に延びる切欠きを当該内伝熱管の管壁に有してもよい。
【００２６】
かかる構成によっても、内側空間下部の前記横断面における各位置を同時に通過した低温液化ガスが当該内伝熱管の上端に到達する前に、管壁の切欠きを通じてその一部を外側空間を流れる気相の低温液化ガスに合流させることができる。これにより、合流領域において合流するときの外側空間を通過した気相の低温液化ガスと内側空間を通過した液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差が抑えられ、その結果、界面の周期的な変動が防止され若しくは抑制される。
【００２７】
しかも、切欠きが所定の長さを有することにより、気相の低温液化ガスが外側空間を流れて合流領域に到達するまでに十分な量の液相の低温液化ガスが切欠きを通じて気相の低温液化ガスに合流することが可能となる。これにより、合流領域での気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を十分に小さくすることができる。
【００２８】
さらに、切欠きが内伝熱管の上端面から下方側に延びていることにより、液相の低温液化ガスの一部が合流して温度が低下した気相の低温液化ガスが、外部との熱交換によって前記合流前の温度にまで上昇する前に合流領域に確実に到達できる。
【００２９】
この場合、前記管壁には複数の前記切欠きが設けられ、これら複数の切欠きは当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置されることが好ましい。
【００３０】
かかる構成によれば、気化管（内伝熱管）の周方向における低温液化ガスの温度分布の偏りが抑えられ、気化装置において前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えることができる。
【００３１】
また、前記切欠きは、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられることが好ましい。これにより、合流領域における気相の低温液化ガスと液相の低温液化ガスとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上より、本発明によれば、気化管内に内伝熱管が設けられた気化装置であって低温液化ガスを気化するときに当該気化装置又は／及び当該気化装置に接続された配管系に振動が生じ難い低温液化ガスの気化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る低温液化ガスの気化装置の概略構成斜視図である。
【図２】前記気化装置の配管の状態を示す模式図（正面図）である。
【図３】前記気化装置の配管の状態を示す模式図（側面図）である。
【図４】前記気化装置における気化管の下部の拡大横断面図である。
【図５】（Ａ）は、前記気化管内に配置される内伝熱管を説明するための図であり、（Ｂ）は、他実施形態に係る内伝熱管を説明するための図である。
【図６】各気化管と対応する位置に複数の穴がそれぞれ設けられたヘッダー内管を説明するための模式図である。
【図７】各気化管と対応する位置に複数の穴がそれぞれ設けられたヘッダー内管を説明するための拡大断面図である。
【図８】（Ａ）は、前記気化装置の海水供給部を説明するための側面図であり、（Ｂ）は、前記気化装置の海水供給部を説明するための正面図である。
【図９】（Ａ）は、貫通孔のない内伝熱管を備えた気化装置の気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの温度の変化を示す図であり、（Ｂ）は当該気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの密度の変化を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、本実施形態に係る気化装置の気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの温度の変化を示す図であり、（Ｂ）は当該気化管におけるＮＧ及びＬＮＧの密度の変化を示す図である。
【図１１】他実施形態に係る内伝熱管の構成を説明するための図である。
【図１２】他実施形態に係る内伝熱管の構成を説明するための図である。
【図１３】従来の低温液化ガスの気化装置の概略構成斜視図である。
【図１４】（Ａ）は従来の低温液化ガスの気化装置における気化管及び内伝熱管を説明するための縦断面図であり、（Ｂ）は前記気化管及び内伝熱管における図１１のＸＩ−ＸＩ位置における断面図である。
【図１５】ＮＧとＬＮＧとの合流部（合流領域）における界面の周期的な変動の原理を説明するための図である。
【図１６】気化管内に生じる前記界面の変位と圧力の変位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
本実施形態に係る低温液化ガスの気化装置（以下、単に「気化装置」とも称する。）は、供給された低温液化ガスを外部の熱交換用液体と熱交換させることにより、当該低温液化ガスを気化させるいわゆるオープンラック型の気化装置（ＯＲＶ）である。本実施形態の気化装置では液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する。また、本実施形態では、熱交換用液体として海水が用いられる。
【００３６】
具体的に、気化装置は、図１〜図５（Ｂ）、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示されるように、複数（本実施形態では２個）の気化管ブロック１１と、各気化管ブロック１１へＬＮＧを分配する分配管１２と、各気化管ブロック１１において気化されたＬＮＧである天然ガス（ＮＧ）を集める集合管１４と、各気化管パネル１６の表面を伝って流れ落ちるように気化管パネル１６の上部に海水を供給する海水供給部（液体供給部）３０と、を備える。尚、気化装置１０に設けられる気化管ブロック１１の数は、複数に限定されず、１つでもよい。
【００３７】
各気化管ブロック１１は、複数（本実施形態では５枚）の気化管パネル１６と、分配管１２からのＬＮＧを各気化管パネル１６へ分配する供給側マニホールド１７と、各気化管パネル１６において気化したＬＮＧ（即ち、ＮＧ）を集めて集合管１４に送出する送出側マニホールド１９と、をそれぞれ有する。尚、１つの気化管ブロック１１に含まれる気化管パネル１６の数は５枚に限定されず、他の枚数であってもよい。
【００３８】
各気化管パネル１６は、垂直面上に互いに平行な姿勢で並べられた複数（本実施形態では９０本）の気化管（伝熱管）２１と、各気化管２１の内部にそれぞれ配置される複数の内伝熱管２５と、供給側マニホールド１７からのＬＮＧを各気化管２１に分配する供給側ヘッダー２２と、各気化管２１において気化されたＬＮＧを集めて送出側マニホールド１９に送出する送出側ヘッダー２４と、をそれぞれ有する。尚、１枚の気化管パネル１６に含まれる気化管の数は９０本に限定されず、他の本数であってもよい。
【００３９】
各気化管２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属材料により形成され、上下方向に延びる管である。本実施形態の気化管２１は、内部を流れるＬＮＧとの接触面積を大きくするために、径方向の凹凸が周方向に繰り返される内周面２１ａを有する（図４参照）。また、気化管２１は、当該気化管２１に沿って流れ落ちる海水との接触面積を大きくするために、外周面２１ｂに複数のフィンが形成されている。
【００４０】
尚、気化管２１の内周面及び外周面の具体的構成は、上記の構成に限定されず、断面が円形若しくは略円形等であってもよい。
【００４１】
内伝熱管２５は、気化管２１下部の外表面での着氷を抑えると共に十分な伝熱性能を確保して効率よくＬＮＧを気化するための部材であり、各気化管２１の内部に配置され且つ当該気化管２１よりも短い管である。内伝熱管２５は、気化管２１と同様に、アルミニウム又はアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属材料により形成される。この内伝熱管２５は、気化管２１との間に外側空間Ｓ１を規定すると共に当該内伝熱管２５内に内側空間Ｓ２を規定する。具体的に、本実施形態の内伝熱管２５は、円柱面状の外周面２５ｂと、この外周面２５ｂよりも内側に位置する円柱面状の内周面２５ａと、管軸（垂直方向）に垂直な上端面２５ｃとを有する。尚、上端面は、管軸に垂直な面に限定される必要は無く、管軸に対して傾斜していてもよい（例えば、図１２（Ｂ）参照）。
【００４２】
この内伝熱管２５は、気化管２１と同軸となるように当該気化管２１の内部に配置される。外周面２５ｂは、気化管２１の内側に内伝熱管２５が配置されたときに、当該外周面２５ｂが気化管２１の内周面２１ａにおける内側に突出する部位の各先端とそれぞれ当接するような外径を有する。このような気化管２１の内周面２１ａと内伝熱管２５の外周面２５ｂとにより、内伝熱管２５と気化管２１との間に軸方向に連続し且つ周方向に断続な外側空間Ｓ１が形成される。尚、内伝熱管２５の外周面２５ｂと気化管２１の内周面２１ａとの形状は、本実施形態のように周方向に断続な外側空間Ｓ１を形成するような形状に限定されず、周方向に連続な外側空間が形成されるような形状であってもよい。即ち、気化管の内周面と内伝熱管の外周面とがいずれも円柱面状であってもよい。
【００４３】
この内伝熱管２５は、内側空間Ｓ２の下部における一横断面ｉ（図５（Ａ）参照）における各位置を同時に通過したＬＮＧの一部を当該内伝熱管２５の上端（本実施形態においては、上端面２５ｃ）に到達する前に外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流させる。尚、横断面ｉの具体的な位置は、本実施形態の位置に限定されない。即ち、横断面ｉは、管軸と垂直であれば、上端面２５ｃと内伝熱管２５の下端との間であって貫通孔２６や後述する切欠き２６Ａ，２６Ｂ（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）参照）よりも下側のいずれの位置の断面でもよい。
【００４４】
具体的には、本実施形態の内伝熱管２５は、その管壁に複数の貫通孔２６を有する。
【００４５】
詳しくは、内伝熱管２５の上部から供給側ヘッダー２２に向かって並ぶ複数(図５（Ａ）に示す例では３個）の貫通孔２６を一組とし、この組が内伝熱管２５の周方向に等間隔に配置されている。図５（Ａ）に示す例では、貫通孔５１の前記組は、周方向に４組配置されている。この貫通孔２６の前記組は、内伝熱管２５の先端（上端）から供給側ヘッダー２２に向かって当該内伝熱管２５の長さの２０〜４０％までの領域に設けられるのが好ましい。このような領域に設けられることにより、内伝熱管２５の上端において合流する気相のＬＮＧ（即ちＮＧ）と液相のＬＮＧとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。ここで、上端とは、上端面２５ｃが管軸と垂直である場合には当該上端面の位置であり、上端面が管軸に対して傾斜している場合には、当該上端面の最も高い位置である。
【００４６】
尚、前記各組における貫通孔２６の並び方向は、本実施形態のように垂直方向に真っ直ぐに並んでいてもよく（図５（Ａ）参照）、垂直方向に対して所定の角度となるように並んでいてもよい（図５（Ｂ）参照）。また、本実施形態の外側空間Ｓ１が周方向に断続であるため、各貫通孔２６は、内伝熱管２５の周方向において外側空間Ｓ１と対応する位置にそれぞれ設けられる。また、各組の貫通孔５１の径は、一定でなくてもよい。例えば、上側に位置する穴５１ほど、直径が大きくてもよく、また、小さくてもよい。
【００４７】
供給側ヘッダー２２は、気化管２１が並ぶ前記垂直面に沿って水平方向に延びる管である。供給側ヘッダー２２は、１つの気化管パネル１６に含まれる各気化管２１にそれぞれ接続される。この供給側ヘッダー２２は、外側空間Ｓ１と内側空間Ｓ２とにＬＮＧをそれぞれ供給する。また、供給側ヘッダー２２は、その内部に配置されたヘッダー内管５０を介して供給側マニホールド１７からＬＮＧが供給されるように、その一端が供給側マニホールド１７と接続される。
【００４８】
ヘッダー内管５０は、供給側ヘッダー２２に沿って延びる管状部材であり、供給側ヘッダー２２と同軸となるように当該供給側ヘッダー２２の内部に配置される（図３参照）。このヘッダー内管５０は、その外径が供給側ヘッダー２２の内径よりも小さく、これにより、供給側ヘッダー２２の内部に配置されたときに当該ヘッダー内管５０の外周面と供給側ヘッダー２２の内周面との間に所定の空間が形成される。そして、ヘッダー内管５０は、その内部にＬＮＧが供給されるように供給側マニホールド１７に接続され、当該ヘッダー内管５０の軸方向において管壁（周壁）の各気化管２１と対応する位置にそれぞれ穴５１を有する。この軸方向の各気化管２１に対応する位置には、それぞれ複数の（本実施形態では２つの穴）が設けられる。具体的に、これら複数の穴５１は、前記軸方向における各気化管２１と対応する位置（本実施形態では、各気化管２１の下方側の位置）において、ヘッダー内管５０の周方向に並んでいる。本実施形態では、２つの穴５１が水平方向に対向する位置に設けられている。尚、各気化管２１と対応する位置に３つ以上（図６及び図７の例では４つ）の穴５１が設けられる場合には、前記各気化管２１と対応する位置において、各穴５１は、その中心がヘッダー内管５０の下半分に位置するようにヘッダー内管５０の周方向に並ぶように配置されることが好ましい。
【００４９】
このように、供給側ヘッダー２２の内部にヘッダー内管５０を設けて二重管構造とし、ヘッダー内管５０の各気化管２１に対応する位置に複数の穴５１をそれぞれ設けることにより、各気化管２１に分配されるＬＮＧの流量が均等になる。
【００５０】
また、ヘッダー内管５０の各気化管２１に対応する位置に複数の穴５１をそれぞれ設け、これら複数の穴５１が当該ヘッダー内管５０の下半分に配置（詳しくは、各穴５１の中心が前記下半分に位置するように配置）されることにより、各気化管２１に流入するＬＮＧの流れが均一となる。即ち、各気化管２１に対応する位置の複数の穴５１から流れ出たＬＮＧが供給側ヘッダー２２とヘッダー内管５０との間を気化管２１に向かって供給側ヘッダー２２の周方向上側に向かって流れてから気化管２１内に流入することにより、ヘッダー内管の上部（例えば、気化管２１の下端と対向する位置等）に設けられた穴から流れ出て直ぐに気化管２１内にＬＮＧが流入する場合に比べてＬＮＧの流れが均一となる。
【００５１】
送出側ヘッダー２４は、供給側ヘッダー２２と平行に延びる管である。この送出側ヘッダー２４は、１つの気化管パネル１６に含まれる各気化管２１の上端部と、送出側マニホールド１９と、に接続される。
【００５２】
以上のように構成される複数の気化管パネル１６は、互いに平行な姿勢でパネル面（気化管２１が並ぶ前記垂直面）と直交する方向（図２において左右方向）に配置されている。
【００５３】
供給側マニホールド１７は、供給側ヘッダー２２と交差する方向（本実施形態では、略直交する方向：図３における紙面と直交する方向）に延びる管であり、１つの気化管ブロック１１に含まれる各供給側ヘッダー２２と、分配管１２と、に接続される。
【００５４】
送出側マニホールド１９は、送出側ヘッダー２４と交差する方向（本実施形態では、略直交する方向：図３において紙面と直交する方向）に延びる管であり、１つの気化管ブロック１１に含まれる各送出側ヘッダー２４と、集合管１４と、に接続される。
【００５５】
分配管１２は、供給側マニホールド１７と略平行に延びる管であり、各供給側マニホールド１７に接続される。また、分配管１２には、外部から当該気化装置１０にＬＮＧを供給するための配管Ｐ１を接続する供給側接続部１２ａが設けられている。
【００５６】
集合管１４は、送出側マニホールド１９と略平行に延びる管であり、各送出側マニホールド１９に接続される。また、集合管１４には、消費地等の外部へＮＧを送出するための配管Ｐ２を接続する送出側接続部１４ａが設けられている。
【００５７】
海水供給部３０は、各気化管パネル１６の上端部近傍に配置されるトラフ３１と、各トラフ３１に海水を供給する海水ヘッダー３２と、各海水ヘッダー３２に海水を分配する海水マニホールド３３と、を備える（図８（Ａ）、図８（Ｂ）参照）。トラフ３１は、気化管パネル１６（詳しくは、当該気化管パネル１６を構成する各気化管２１）の表面に沿って海水が流れ落ちるように各気化管パネル１６の上端部に海水を供給する。このトラフ３１から供給されて気化管パネル１６の表面を流れ落ちる海水と、各気化管２１内を流れるＬＮＧとが、気化管２１の管壁を介して熱交換することにより、ＬＮＧが気化してＮＧとなる。
【００５８】
以上のように構成される気化装置１０は、以下のようにしてＬＮＧを気化する。
【００５９】
トラフ３１から各気化管パネル１６の表面に海水が供給されると共に、供給側接続部１２ａに接続された配管Ｐ１を通じて供給ポンプ等からＬＮＧが分配管１２に供給される。分配管１２は、供給ポンプ等によって供給されたＬＮＧを当該分配管１２に接続された各供給側マニホールド１７に分配し、各供給側マニホールド１７は、分配管１２からのＬＮＧを当該供給側マニホールド１７に接続された各供給側ヘッダー２２にそれぞれ分配する。各供給側ヘッダー２２は、供給されたＬＮＧを当該供給側ヘッダー２２に接続された各気化管２１に分配する。詳しくは、供給側ヘッダー２２は、各気化管２１の内部に形成されている外側空間Ｓ１と内側空間Ｓ２とにそれぞれＬＮＧを供給する。
【００６０】
各気化管２１では、供給側ヘッダー２２から供給されたＬＮＧがその内部を当該気化管２１の下端から上端に向けて流れる。このとき、外側空間Ｓ１に供給されたＬＮＧは、気化管２１の外部からの熱（詳しくは、気化管２１に沿って流れ落ちる海水の有する熱）によって気化された状態（気相）となって上方に向かって流れ、内側空間Ｓ２に供給されたＬＮＧは、液相のままで上方に向かって流れる。詳しくは、気化管２１の下部（内伝熱管２５が位置する領域）において、外側空間Ｓ１を流れるＬＮＧが内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧに比べて流量が小さく且つ気化管２１の外部との熱交換が行われ易いためにすぐに気化し、この気化した状態のＬＮＧ（即ち、ＮＧ）が外側空間Ｓ１を流れる。そのため、気化管２１の表面温度が内伝熱管２５の設けられていない気化管（気化前のＬＮＧが内部を流れている状態の気化管）に比べて高くなり、これにより、表面の着氷が抑えられる。また、外側空間Ｓ１においてＬＮＧが気化するときに気化管２１の内周面２１ａと内伝熱管２５の外周面２５ｂとの温度差に起因する強制対流沸騰が強まって当該領域における熱伝達率が高くなっている。
【００６１】
これら外側空間Ｓ１を流れる気相のＬＮＧ、即ち、ＮＧと、内側空間Ｓ２を流れる液相のＬＮＧと、が内伝熱管２５の上端（先端）周辺において合流する前に、その一部が貫通孔２６を通じて合流する。具体的に、内側空間Ｓ２下部の前記横断面ｉにおける各位置を同時に通過したＬＮＧが内伝熱管２５の上部に設けられた貫通孔２６の位置に到達すると、その一部が貫通孔２６を通じて外側空間Ｓ１に流入して当該外側空間Ｓ１を流れているＮＧに合流する。即ち、内伝熱管２５の中間位置（下端と上端との間）において内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧの一部が外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流して当該ＮＧの温度を下げると共に密度を上昇させる。これにより、内伝熱管に貫通孔が設けられていない場合に比べて、内伝熱管２５の上端の周辺（合流領域）において外側空間Ｓ１を流れるＮＧと内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧとが合流したときのこれらＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差がそれぞれ抑えられる。
【００６２】
その後、合流したＮＧとＬＮＧとは、気化管２１を上流に向かって流れつつ気化管２１の管壁を介して当該気化管２１に沿って流れ落ちる海水とさらに熱交換を続けることにより完全に気化される。
【００６３】
各気化管２１内において気化されたＬＮＧ、即ち、ＮＧは、送出側ヘッダー２４によって集められ、送出側マニホールド１９に送出される。送出側マニホールド１９に送られたＮＧは、集合管１４を経て、送出側接続部１４ａに接続された配管Ｐ２を通じて消費地等に送出される。
【００６４】
以上の気化装置１０によれば、内伝熱管２５の上端周辺の領域（合流領域）において合流するＮＧ（気相のＬＮＧ）とＬＮＧ（液相のＬＮＧ）との温度差及び密度差が抑えられ、これにより、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの界面の周期的な変動が抑制される。
【００６５】
詳しくは、本実施形態の内伝熱管２５によれば、当該内伝熱管２５の上端近傍の合流領域に到達する前に、内側空間Ｓ２を流れるＬＮＧの一部が外側空間Ｓ１を流れるＮＧと合流する。このため、当該ＮＧが合流領域に到達する前にその温度が低下すると共に密度が上昇する。その結果、合流領域においてＮＧとＬＮＧとが合流するときのこれらＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差が抑えられ、これにより、当該合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの界面の周期的な変動が抑制される。その結果、前記界面の周期的な変動に起因する気化装置１０及び当該気化装置１０に接続された配管系の振動を抑制することができる。
【００６６】
本実施形態では、貫通孔２６が内伝熱管２５の上部、即ち、合流領域に近い位置に設けられているため、ＬＮＧの一部が合流して温度が低下したＮＧが、外部との熱交換によって前記合流前の温度にまで上昇する前に合流領域に確実に到達できる。これにより、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差を好適に抑えることができる。
【００６７】
また、内伝熱管２５の管壁において、複数の貫通孔２６、２６、…が上下方向に並ぶことにより、ＮＧが外側空間Ｓ１を流れて合流領域に到達するまでに、十分な量のＬＮＧが各貫通孔２６を通じてＮＧに合流することができる。これにより、合流領域でのＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差を十分に小さくすることができ、その結果、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの界面の周期的な変動をより効果的に抑えることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、内伝熱管２５の同じ高さ位置の複数の貫通孔２６、２６、…が内伝熱管２５の周方向に沿って等間隔に配置されているため、気化管２１（内伝熱管２５）の周方向におけるＬＮＧの温度分布の偏りが抑えられ、気化装置１０において前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えることができる。
【実施例１】
【００６９】
内伝熱管に設けられた貫通孔の効果を確認するために、上記実施形態の気化装置１０と、貫通孔が設けられていない内伝熱管を除いて上記実施形態の気化装置１０と同じ構成の気化装置とを用い、外側空間を流れるＮＧと内側空間を流れるＬＮＧとが合流したときのこれらＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差をそれぞれ調べた。
【００７０】
具体的には、各気化装置において、気化管の長さを６ｍ、内伝熱管の長さを２．５ｍとし、これら気化装置に６４ｂａｒの圧力で−１６５℃程度のＬＮＧを供給した。その結果を図９（Ａ）〜図１０（Ｂ）に示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、貫通孔のない内伝熱管を備えた気化装置における気化管でのＮＧ及びＬＮＧの温度変化と密度変化とを示す。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、上記実施形態の気化装置１０の気化管２１におけるＮＧ及びＬＮＧの温度変化と密度変化とを示す。
【００７１】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）から、貫通孔のない内伝熱管を備える気化装置では、外側空間を流れてきたＮＧと内側空間を流れてきたＬＮＧとの合流領域（気化管の下端から２．５ｍの位置）における温度差が１０℃以上であり、密度差が３０％以上であることが分かる。これに対し、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）から、上記の気化装置１０では、外側空間を流れてきたＮＧと内側空間を流れてきたＬＮＧとの合流領域（２．５ｍの位置）における温度差が３℃まで抑えられると共に、密度差が数％に抑えられていることが分かる。
【００７２】
以上より、内伝熱管に貫通孔を設けることにより、合流領域におけるＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差が効果的に抑えられることが確認できた。
【００７３】
尚、本発明の低温液化ガスの気化装置は、上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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７４】
内伝熱管２５の具体的構成は限定されない。例えば、上記実施形態の内伝熱管２５では管壁に複数の貫通孔２６を設けることによって、内側空間Ｓ２の前記横断面における各位置を同時に通過したＬＮＧが当該内伝熱管２５の上端に到達する前にその一部を外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流させる構成としているがこれに限定されない。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されるように、内伝熱管２５Ａ、２５Ｂは、上下方向に沿って当該内伝熱管２５Ａ、２５Ｂの上端面２５ｃから下方側に延びる切欠き２６Ａ、２６Ｂをその管壁に有していてもよい。この切欠き２６Ａ、２６Ｂは、垂直方向に真っ直ぐ延びてもよく、垂直方向に対して傾斜していてもよい。
【００７５】
また、切欠きの具体的形状も限定されない。例えば、図１１（Ａ）に示されるような垂直方向の各位置において幅が一定の矩形状の切欠き２６Ａでもよく、垂直方向において幅が一定でない形状の切欠き（図１１（Ｂ）に示される例では上側ほど幅が広くなる形状の切欠き２６Ｂ）等であってもよい。
【００７６】
気化管２１の周方向におけるＬＮＧの温度分布の偏りを抑えて、前記周方向の温度分布の偏りに起因する気化効率の低下等を抑えるために、これら切欠き２６Ａ、２６Ｂは、内伝熱管２５Ａ、２５Ｂの周方向において等間隔となるように複数設けられることが好ましいが、等間隔でなくてもよい。
【００７７】
また、切欠き同様に、周方向における貫通孔同士の各間隔がそれぞれ異なるように、複数の貫通孔が内伝熱管の管壁に配置されてもよい。
【００７８】
また、内伝熱管の周方向において、貫通孔又は切欠きが１つだけ設けられた構成であってもよい。
【００７９】
また、図１１（Ｃ）に示されるように、内伝熱管２５Ｃは、貫通孔２６と切欠き２６Ｂとの両方を管壁に有していてもよい。
【００８０】
図１２（Ａ）に示されるように、周方向に複数の切欠き２６Ｃが連続して設けられてもよい。この場合も、各切欠き２６Ｃは、内伝熱管２５Ｄの先端面（図１２（Ａ）において点線で示す面）２５ｃから下方側に延びている。
【００８１】
また、図１２（Ｂ）に示されるように、内伝熱管２５Ｅは、当該内伝熱管２５Ｅの直径における一端から他端に向けて、管壁の上端面が連続的に低くなるように形成されてもよい。この場合も、内側空間Ｓ２下部の前記横断面における各位置を同時に通過したＬＮＧが当該内伝熱管２５Ｅの上端（前記直径の一端側の管壁上端）に到達する前にその一部を外側空間Ｓ１を流れるＮＧに合流させることができる。これにより、内伝熱管２５Ｅの前記上端周辺の合流領域において合流するＮＧとＬＮＧとの温度差及び密度差が抑えられる。
【００８２】
また、図１２（Ｃ）に示されるように、多数の貫通孔２６Ｄが、内伝熱管２５Ｅの上部に設けられてもよい。かかる構成によっても、内側空間Ｓ２の前記横断面における各位置を同時に通過したＬＮＧが当該内伝熱管２５Ｅの上端に到達する前にその一部を外側空間Ｓ１を流れることで気化したＬＮＧに合流させることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 気化装置
１１ 気化管ブロック
１２ 分配管
１４ 集合管
１６ 気化管パネル
１７ 供給側マニホールド
１９ 送出側マニホールド
２１ 気化管
２２ 供給側ヘッダー（気化管間分配管）
２４ 送出側ヘッダー
２５ 内伝熱管
２６ 貫通孔
３０ 海水供給部
ｂ 境界部
ｇ 気相の低温液化ガス
ｌ 液相の低温液化ガス
Ｓ１ 外側空間
Ｓ２ 内側空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に延び且つ内部に流される低温液化ガスを外部との熱交換によって気化させるための複数の気化管と、
前記複数の気化管の下端部にそれぞれ接続されて各気化管に前記低温液化ガスをそれぞれ分配する気化管間分配管と、
各気化管の内部に配置され且つ当該気化管よりも短い複数の内伝熱管と、を備え、
前記気化管間分配管は、前記気化管と前記内伝熱管との間に形成される外側空間と、前記内伝熱管内の内側空間と、に前記低温液化ガスをそれぞれ供給し、
前記内伝熱管は、前記内側空間を流れる低温液化ガスの一部を当該内伝熱管の上端に到達する前に前記外側空間を流れて気化した低温液化ガスに合流させる構成である低温液化ガスの気化装置。
【請求項２】
前記内伝熱管は、その管壁に貫通孔を有する請求項１に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、少なくとも前記内伝熱管の上部に設けられる請求項１又は２に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項４】
前記内伝熱管には複数の前記貫通孔が設けられ、これら複数の貫通孔は当該内伝熱管の上部から下方側に向かって並ぶ請求項２又は３に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項５】
前記上下方向に沿って並ぶ複数の貫通孔は、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられる請求項４に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項６】
前記内伝熱管は、同じ高さ位置において複数の前記貫通孔を前記管壁に有し、これら同じ高さ位置の複数の貫通孔は、当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置される請求項２乃至５のいずれか１項に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項７】
前記内伝熱管は、上下方向に沿って当該内伝熱管の上端面から下方側に延びる切欠きを当該内伝熱管の管壁に有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項８】
前記管壁には複数の前記切欠きが設けられ、これら複数の切欠きは当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置される請求項７に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項９】
前記切欠きは、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられる請求項７又は８に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項１】
垂直方向に延び且つ内部に流される低温液化ガスを外部との熱交換によって気化させるための複数の気化管と、
前記複数の気化管の下端部にそれぞれ接続されて各気化管に前記低温液化ガスをそれぞれ分配する気化管間分配管と、
各気化管の内部に配置され且つ当該気化管よりも短い複数の内伝熱管と、を備え、
前記気化管間分配管は、前記気化管と前記内伝熱管との間に形成される外側空間と、前記内伝熱管内の内側空間と、に前記低温液化ガスをそれぞれ供給し、
前記内伝熱管は、前記内側空間を流れる低温液化ガスの一部を当該内伝熱管の上端に到達する前に前記外側空間を流れて気化した低温液化ガスに合流させる構成である低温液化ガスの気化装置。
【請求項２】
前記内伝熱管は、その管壁に貫通孔を有する請求項１に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、少なくとも前記内伝熱管の上部に設けられる請求項１又は２に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項４】
前記内伝熱管には複数の前記貫通孔が設けられ、これら複数の貫通孔は当該内伝熱管の上部から下方側に向かって並ぶ請求項２又は３に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項５】
前記上下方向に沿って並ぶ複数の貫通孔は、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられる請求項４に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項６】
前記内伝熱管は、同じ高さ位置において複数の前記貫通孔を前記管壁に有し、これら同じ高さ位置の複数の貫通孔は、当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置される請求項２乃至５のいずれか１項に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項７】
前記内伝熱管は、上下方向に沿って当該内伝熱管の上端面から下方側に延びる切欠きを当該内伝熱管の管壁に有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項８】
前記管壁には複数の前記切欠きが設けられ、これら複数の切欠きは当該内伝熱管の周方向に沿って等間隔に配置される請求項７に記載の低温液化ガスの気化装置。
【請求項９】
前記切欠きは、上下方向において前記内伝熱管の上端から当該内伝熱管の長さの２０〜４０％までの領域に設けられる請求項７又は８に記載の低温液化ガスの気化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１８９２５６（Ｐ２０１２−１８９２５６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３０５１（Ｐ２０１１−５３０５１）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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