JP2017166531A

JP2017166531A - 低温液化ガス気化装置

Info

Publication number: JP2017166531A
Application number: JP2016050491A
Authority: JP
Inventors: 隆裕上村; Takahiro Kamimura
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP6470211B2

Abstract

【課題】小規模な設備で安定した状態で低温液化ガスを気化させることができる低温液化ガス気化装置を提供する。
【解決手段】低温液化ガスを気化させるための低温液化ガス気化装置であって、一端に低温液化ガス導入部１３を、他端に気化ガス導出部１４を、それぞれ備えた管体からなる気化管１２の一端部に、直径０．０１〜１００μｍの細孔を複数個、例えば１ｍｍ^２当たり１００個から１００万個有する細分化器１５を設ける。細分化器は、焼結金属フィルタであることが好ましく、形状は、低温液化ガス導入部側が拡開した中空円錐形状であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温液化ガス気化装置に関し、詳しくは、低温液化ガスを気化させるための低温液化ガス気化装置に関する。

酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガスなどの各種工業ガスは、各種産業において、常温常圧で気体の状態で広く用いられている。各種工業ガスを工場規模で使用する場合は、圧縮ガスボンベでは容量が不足するため、低温液化ガスを貯蔵したコールドエバポレーターに気化器を設置することで、低温液化ガスを気化しながら使用している。低温液化ガス用の気化器としては、内部に低温液化ガスが導入される複数の気化管を鉛直方向に配置し、各気化管内に下方から低温液化ガスを導入し、各気化管の上方から気化ガスを導出するようにしたものが一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−１８５５号公報

しかし、特許文献１に記載された気化器では、気化管周囲の加熱源との熱交換のために気化管の伝熱面積を広くする必要があり、外周に多数のフィンを設けた複数の気化管を直列や並列に接続する必要があった。このため、気化器全体の寸法が大きくなり、低温液化ガス気化装置全体の設備が大掛かりなものとなっていた。また、伝熱効率を考慮して、気化管はアルミニウムで製作されることが多いことから、外部衝撃に対する強度が弱いという欠点もあり、溶接部が多く、熱勾配が大きくなると強度が低下するという問題もあった。さらに、気化器を連続で使用すると、気化管の外周に氷が堆積して器か能力が低下するため、連続気化時間が制限されているという問題もあった。

そこで本発明は、小規模な設備で安定した状態で低温液化ガスを気化させることができる低温液化ガス気化装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガス気化装置は、低温液化ガスを気化させるための低温液化ガス気化装置であって、一端に低温液化ガス導入部を、他端に気化ガス導出部を、それぞれ備えた管体からなる気化管の一端部に、直径０．０１〜１００μｍの細孔を複数個有する細分化器を設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の低温液化ガス気化装置は、前記細分化器が、前記細孔を１ｍｍ^２当たり１００個から１００万個有していること、前記細分化器が、焼結金属フィルタであること、前記細分化器が、低温液化ガス導入部側が拡開した中空円錐形状であることを特徴としている。

本発明の低温液化ガス気化装置によれば、直径０．０１〜１００μｍのマイクロメーターレベルの細孔を有する細分化器を気化管の入口側一端部の低温液化ガス導入部の近傍に設けることにより、低温液化ガス導入部から導入された低温液化ガスを細分化器でマイクロメーターレベルのミスト状に細分化して気化管内で速やかに気化させることができ、簡単な構造で、効率よく、安定した状態で低温液化ガスを気化することができる。

本発明の低温液化ガス気化装置の一形態例を示す説明図である。図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。気化管内から見た細分化器の一形状例を示す正面図である。細分化器の他の形状例を示す正面図である。

図１は、本発明の低温液化ガス気化装置の一形態例を示している。本形態例に示す低温液化ガス気化装置１１は、管体からなる気化管１２と、該気化管１２の一端に設けられた低温液化ガス導入部１３と、該気化管１２の他端に設けられた気化ガス導出部１４と、該気化管１２の一端部の前記低温液化ガス導入部１３に連続して設けられた細分化器１５とで形成されている。

前記低温液化ガス導入部１３には、低温液化ガスを貯留したコールドエバポレーター２１が入口側配管２２を介して接続されており、入口側配管２２には、コールドエバポレーター出口弁２３と、気化管入口弁１６とが設けられ、気化ガス導出部１４には、気化管出口弁１７と、流量計１８とを備えた出口側配管１９が接続されている。

前記気化管１２は、低温液化ガスから気化したガスが通過する配管であり、低温に耐えられる材質、例えば、ステンレス鋼などの金属材料で形成されている。気化管１２の大きさは、低温液化ガスの気化量などの条件によって異なるが、例えば、口径が１／４インチ（６．３５ｍｍ）で、長さが１５０ｍｍ程度の管材を使用することができる。

前記細分化器１５は、図２及び図３に示すように、低温液化ガスが通過する部分に、直径０．０１〜１００μｍのマイクロメーターレベルの細孔１５ａを、好ましくは、１ｍｍ^２当たり１００個から１００万個程度、均一に有するもので、低温液化ガス導入部１３側が拡開した中空円錐形状に形成されており、低温液化ガスが通過する部分の面積をできるだけ大きくするとともに、細孔１５ａを通過してマイクロメーターレベルに細分化してミスト状になった低温液化ガスが気化管１２の内周面に向かって流れるようにしている。

この細分化器１５には、マイクロメーターレベルの細孔を有する円錐型の焼結金属フィルタを用いることができる。例えば、低温液化ガス導入部１３側の外径が気化管１２の内径に等しい６．３５ｍｍで、気化管１２の軸線方向の長さ（高さ）が５．５ｍｍの円錐形状に形成した焼結金属フィルタを用いることができる。また、細分化器１５は、低温液化ガス温度に耐えられればよいことから、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属以外にも、フッ素樹脂などの合成樹脂や金属酸化物、炭素などの無機材料も使用できる。

前記細孔１５ａの大きさが０．０１μｍ未満であると、ガス中の水分が結露した氷や、ちりやほこりなどで細孔１５ａが塞がりやすくなるため、気化運転中に液化ガスが流通できなくなって気化効率が低下してしまう。一方、細孔１５ａの大きさが１００μｍ以上になると、細分化器１５から噴出された低温液化ガスのミストが大きくなって気化しにくくなり、気化する前に再結合しやすくなって低温液化ガスの液滴となり、気化することなく気化管１２から流出してしまうことがある。また、細分化器１５を円錐形状に形成する場合、気化管１２の長さを細分化器１５の高さの２倍以上に設定することにより、気化効率を向上させることができる。さらに、細孔１５ａが多すぎると、噴出した低温液化ガスのミストが再結合しやすくなることがあり、少なすぎると、低温液化ガスの流量が少なくなって気化効率が低下することがある。

細分化器１５を介して気化管１２内に導入する低温液化ガス量は、コールドエバポレーター出口弁２３や気化管入口弁１６の開度を調節すればよく、また、入口側配管２２に圧力調節弁や流量調節弁を設けてもよい。さらに、低温液化ガスの圧力が低い場合には、昇圧するためのポンプを入口側配管２２に設けることができる。

図１に示す構成の低温液化ガス気化装置を使用して低温液化ガスを気化させる実験を行った。コールドエバポレーター２１には、液化窒素タンク（在槽量２０トン型、ヘッド圧力０．８ＭＰａＧ）を使用した。気化管１２の周囲は外気温である。気化管１２には、口径が１／４インチで、長さが１５０ｍｍのステンレス鋼製管材を使用した。細分化器１５には、平均直径１μｍのマイクロメーターレベルの細孔１５ａを、１ｍｍ^２当たり約１万個有する焼結金属フィルタを、低温液化ガス導入部１３側の外径が６．３５ｍｍで、高さが５．５ｍｍの円錐形状に形成したものを使用した。

まず、コールドエバポレーター出口弁２３、気化管入口弁１６及び気化管出口弁１７が閉じていることを確認し、気化管出口弁１７、気化管入口弁１６、コールドエバポレーター出口弁２３の順にバルブを開いた。コールドエバポレーター出口弁２３からの入口側配管２２は、コールドエバポレーター２１から流出した液化窒素によって次第に液化窒素温度に冷却されていき、入口側配管２２が十分に冷却されると、液化窒素が低温液化ガス導入部１３から細分化器１５を通って気化管１２内に流入する。

この液化窒素は、気化管１２の入口部分に設置されている細分化器１５を通過することにより、マイクロメーターレベルの液化窒素のミストに細分化される。細分化器１５が円錐形状を有しているため、マイクロメーターレベルに細分化された液化窒素は、気化管１２の内周面に向かって噴出し、外気温に維持されている気化管１２の内周面部分と熱交換して効率よく気化していく。気化後に気化ガス導出部１４から導出した窒素ガスの流量を流量計１８で計測したところ、毎分１００Ｌで１２時間以上安定して気化されていることがわかり、同等の気化器（クライオワン製ＥＡＬ−２５０Ｓ型）の１本当たりの気化管の発生ガス量である毎分８３Ｌ、サイズ１／２インチ×２ｍ（フィン８枚）、連続運転４時間の性能と比較して優れた気化性能であることがわかった。

細分化器１５を、図４に示す円盤形状の細分化器３１に代えて同様の実験を行った。なお、細孔３１ａの大きさや１ｍｍ^２当たり数は、両者とも同じとした。その結果、円盤形状の細分化器３１では、中空円錐形状の細分化器１５に比べて半分以下の時間が経過した時点で流量計１８の出口部から低温液化ガスが噴出してきた。したがって、円盤形状の細分化器３１でも従来に比べて同等以上の気化性能を有しているが、細分化器を中空円錐形状に形成することにより、マイクロメーターレベルの液化窒素のミストを気化管１２の内周面に積極的に接触させ、効果的に熱交換させて気化することができ、低温液化ガスの気化を長時間にわたって安定した状態で継続できることがわかる。

これらの実験の結果から、従来と同程度の気化ガス量を得るための設備を小規模なものとすることができ、かつ、長時間にわたって安定した状態で低温液化ガスの気化を行うことができる。

１１…低温液化ガス気化装置、１２…気化管、１３…低温液化ガス導入部、１４…気化ガス導出部、１５…細分化器、１５ａ…細孔、１６…気化管入口弁、１７…気化管出口弁、１８…流量計、１９…出口側配管、２１…コールドエバポレーター、２２…入口側配管、２３…コールドエバポレーター出口弁、３１…細分化器、３１ａ…細孔

Claims

低温液化ガスを気化させるための低温液化ガス気化装置であって、一端に低温液化ガス導入部を、他端に気化ガス導出部を、それぞれ備えた管体からなる気化管の一端部に、直径０．０１〜１００μｍの細孔を複数個有する細分化器を設けたことを特徴とする低温液化ガス気化装置。
前記細分化器は、前記細孔を１ｍｍ^２当たり１００個から１００万個有していることを特徴とする請求項１記載の低温液化ガス気化装置。
前記細分化器は、焼結金属フィルタであることを特徴とする請求項１又は２記載の低温液化ガス気化装置。
前記細分化器は、低温液化ガス導入部側が拡開した中空円錐形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の低温液化ガス気化装置。