JP2020008119A - 露点温度調整装置および露点温度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を低コストで調整できる装置および方法を提供する。【解決手段】 露点温度調整装置は、内空間の圧力である内部圧力を検出する内圧計と、内空間を減圧する減圧ポンプと、内圧計によって検出される内部圧力が内部圧力閾値あるいはそれ未満になるまで減圧ポンプを作動させて内空間を減圧するように構成された制御器と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を調整する装置および方法に関する。

低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度は、低温液化ガスを充填する前に予め下げておく必要がある。露点温度を下げずに低温液化ガスを充填すると、コンテナ内の水分が凝固して機器の損傷を招く可能性があるからである。

特許文献１は、ローディングアームの露点温度を調整する方法の一例として、いわゆる「窒素スイング法」を開示している。「窒素スイング法」とは、（１）対象空間（特許文献１の例ではローディングアームの配管内部）への高純度窒素ガスの充填、（２）充填された窒素ガスの保圧、および（３）対象空間からのガス放出、これら工程（１）〜（３）からなる作業を繰り返すことによって、対象空間内のガスの含水率（すなわち、露点温度）を徐々に下げていく、という方法である。

特開２０１２−２２９０３９号公報

窒素スイング法を用いると、高純度窒素ガス自体のコスト、その準備のための時間的および人的コスト、および反復作業実行のための人的コストなど、露点温度の調整に高コストを要する。

そこで本発明は、低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を低コストで調整できる装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る露点温度調整装置は、低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を調整する装置であって、前記内空間の圧力である内部圧力を検出する内圧計と、前記内空間を減圧する減圧ポンプと、前記内圧計によって検出される前記内部圧力が内部圧力閾値あるいはそれ未満になるまで、前記減圧ポンプを作動させて前記内空間を減圧するように構成された制御器と、を備える。

以下、内空間の全圧としての内部圧力が内部圧力閾値であるときにおける水の分圧を「分圧閾値」という場合がある。上記の構成によれば、減圧ポンプで内空間を減圧することで、内空間における飽和水蒸気圧が下がり、内空間の露点温度が下がる。内部圧力は内部圧力閾値あるいはそれ未満になるまで下がるので、露点温度は、水の飽和蒸気圧が分圧閾値であるときの温度よりも低く調整される。この露点温度の調整は、減圧ポンプの作動制御で実現されており、窒素ガスの準備あるいは反復作業を要しない。したがって、低コストで露点温度を調整できる。

前記内空間の露点温度を検出する露点計を更に備え、前記制御器は、前記内部圧力が前記内部圧力閾値あるいはそれ未満になると、前記露点計によって検出される露点温度の監視を開始し、前記露点温度が所定温度あるいはそれ未満になると、前記減圧ポンプの動作を停止するように構成されていてもよい。

この構成によれば、内部圧力が内部圧力閾値あるいはそれ未満になった時点で、露点温度が所定温度を上回っていれば、内空間の減圧を継続する。内空間の減圧開始時点で内空間が高温多湿であったとしても、露点温度を確実に所定温度あるいはそれ未満に調整できる。

前記コンテナが、外槽と、前記外槽に収容されて前記内空間を形成する内槽とを有し、前記装置が、前記外槽と前記内槽との間の槽間空間の圧力である槽間圧力を検出する槽間圧力計を更に備え、前記制御器は、前記内空間の減圧前に予め、前記槽間圧力計によって検出される前記槽間圧力が槽間圧力閾値あるいはそれ未満になるまで、前記減圧ポンプを作動させて前記槽間空間を減圧するように構成されていてもよい。

この構成によれば、内槽によって形成される内空間を減圧する前に、槽間空間が減圧される。よって、内槽の耐圧性能を殊更高めなくても、内空間の減圧時に内槽が破損することを抑止できる。

本発明の一形態に係る露点温度調整方法は、低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を調整する方法であって、前記内空間の圧力である内部圧力を検出し、検出される前記内部圧力が内部圧力閾値あるいはそれ未満になるまで前記内部圧力を減圧する。

本発明によれば、低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を低コストで調整できる装置および方法を提供できる。

実施形態に係る露点温度調整装置を示す概要図である。 露点温度調整装置で用いられる露点温度調整方法を示すフローチャートである。 図３Ａおよび図３Ｂは露点温度調整方法の説明図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、全ての図を通じて、同一のまたは対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。

［コンテナ］
図１に示すように、露点温度調整装置１００は、低温液化ガスを貯留するコンテナ１の内空間１３の露点温度Ｔｄを調整する装置である。低温液化ガスは、例えば常圧下で沸点が−１６０度以下であるガスであると定義されてもよく、低温液化ガスの具体例として、液体ヘリウム、液体水素、液体酸素、液体窒素、および、液化天然ガスを挙げられる。露点温度調整装置１００は、低温液化ガスを内空間１３に充填する前に、露点温度Ｔｄを調整する装置である。典型的には、コンテナ１の製造者が、コンテナ１を出荷する前に製造終盤の工程として、露点温度調整装置１００を用いて露点温度Ｔｄを調整する。

コンテナ１は、低温液化ガスの陸上輸送に用いられる。断熱性を高めるため、コンテナ１は二重殻構造を有している。コンテナ１は、外槽１１と、外槽１１に収容されて内空間１３を形成する内槽１２とを有している。一例として、コンテナ１（外槽１１）は円筒状に形成され、内槽１２も円筒状に形成される。外槽１１の内面と内槽１２の外面との間には、槽間空間１４が形成される。

コンテナ１には、充填口１５および吸引口１６が設けられている。充填口１５は、コンテナ１の外部を内空間１３と連通する。充填口１５は、本来的には、低温液化ガスの充填に使用される。本実施形態では、後述のとおり内空間１３の減圧に用いられる。吸引口１６は、コンテナ１の外部を槽間空間１４と連通する。吸引口１６は、槽間空間１４の真空引きに用いられる。槽間空間１４の真空度を高めることで、内空間１３に高い断熱性が得られる。

外槽１１は、大気圧と槽間空間１４の圧力との間の差圧に耐えるために十分な耐圧性を有する耐圧壁で構成されている。一方、内槽１２は、外槽１１の耐圧壁よりも耐圧性能が低い非耐圧壁で構成されている。槽間空間１４には、外槽１１の内面と内槽１２の外面とに架け渡される複数のロッド（不図示）が設けられていてもよい。

［調整装置］
図１に示すように、露点温度調整装置１００は、減圧ポンプ２、第１減圧ライン３、第２減圧ライン４、内圧計５、露点計６、槽間圧力計７、および制御器９を備える。

減圧ポンプ２は、第１減圧ライン３を介して充填口１５に接続可能である。また、減圧ポンプ２は、第２減圧ライン４を介して吸引口１６に接続可能である。第１減圧ライン３は、減圧ポンプ２の吸引口を充填口１５に接続する。第２減圧ライン４は、減圧ポンプ２の吸引口を吸引口１６に接続する。

内圧計５は、内空間１３の圧力（より詳しくは全圧）である内部圧力Ｐｉを検出する。露点計６は、内空間１３の露点温度Ｔｄを検出する。槽間圧力計７は、槽間空間１４の圧力（より詳しくは全圧）である槽間圧力Ｐａを検出する。なお、内圧計５は必ずしも内空間１３に配置されていなくてもよく、槽間圧力計７は、必ずしも槽間空間１４に配置されていなくてもよい。内圧計５は、減圧ポンプ２が充填口１５と接続された状態で作動しているときに内部圧力Ｐｉと実質的に同圧となる第１減圧ライン３内の圧力を検出してもよい。槽間圧力計７は、減圧ポンプ２が吸引口１６と接続された状態で作動しているときに槽間圧力Ｐａと実質的に同圧となる第２減圧ライン４内の圧力を検出してもよい。

制御器９は、内圧計５、露点計６、槽間圧力計７、および減圧ポンプ２と接続されている。制御器９は、これら計器５−７から出力される信号に基づいて減圧ポンプ２の作動を制御する。制御器９は、露点温度Ｔｄの調整に係るプログラムを記憶するメモリと、メモリに記憶されているプログラムを実行するＣＰＵと、計器５−７および減圧ポンプ２と接続される入出力インターフェイスとを有する。

［調整方法］
図２は、露点温度調整装置１００の制御器９によって実行される露点温度調整方法を示すフローチャートである。当該方法の実施開始時点で、内空間１３の露点温度Ｔｄは、外気のものとほぼ等しい。内部圧力Ｐｉおよび槽間圧力Ｐａも、外気の圧力（大気圧）とほぼ等しい。

当該方法を開始するに際し、減圧ポンプ２が第２減圧ライン４を介して吸引口１６と接続される。この接続状態の下で、減圧ポンプ２を作動させて槽間空間１４を減圧する（Ｓ１）。この減圧処理Ｓ１は、当該接続状態が得られた後に作業員から制御器９に指令を与えることで開始されてもよい。制御器９は、槽間圧力計７によって検出される槽間圧力Ｐａを監視し、検出される槽間圧力Ｐａを槽間圧力閾値Ｐ２と比較する（Ｓ２）。槽間圧力Ｐａが槽間圧力閾値Ｐ２を上回っていれば（Ｓ２：ＮＯ）、減圧ポンプ２の作動ひいては槽間空間１４の減圧を継続する（Ｓ１）。槽間圧力Ｐａが槽間圧力閾値Ｐ２あるいはそれ未満になると（Ｓ２：ＹＥＳ）、減圧ポンプ２の作動ひいては槽間圧力Ｐａの減圧を停止する（Ｓ３）。これにより、槽間空間１４は、槽間圧力閾値Ｐ２あるいはそれよりも僅かに小さい圧力で保持される。

次に、減圧ポンプ２が第１減圧ライン３を介して充填口１５と接続される。この接続状態の下で、減圧ポンプ２を作動させて内空間１３を減圧する（Ｓ４）。この減圧処理Ｓ４は、当該接続状態が得られた後に作業員から制御器９に指令を与えることで開始されてもよい。制御器９は、内圧計５によって検出される内部圧力Ｐｉを監視し、検出される内部圧力Ｐｉを内部圧力閾値Ｐ１と比較する（Ｓ５）。内部圧力Ｐｉが内部圧力閾値Ｐ１を上回っていれば（Ｓ２：ＮＯ）、減圧ポンプ２の作動ひいては内空間１３の減圧を継続する（Ｓ４）。内部圧力Ｐｉが内部圧力閾値Ｐ１あるいはそれ未満であれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御器９は、露点計６によって検出される露点温度Ｔｄの監視を開始し（Ｓ６）、検出される露点温度Ｔｄを所定温度Ｔｄ１と比較する（Ｓ７）。なお、露点温度Ｔｄの測定を開始するに際し、内空間３に窒素ガスが封入される。検出される露点温度Ｔｄが所定温度Ｔｄ１を上回っていれば（Ｓ７：ＮＯ）、減圧ポンプ２の作動ひいては内空間１３の減圧を継続し（Ｓ４）、露点温度Ｔｄの監視を継続する（Ｓ６）。検出される露点温度Ｔｄが所定温度Ｔｄ１あるいはそれ未満になると（Ｓ７：ＹＥＳ）、減圧ポンプ２の作動ひいては内空間１３の減圧を停止する（Ｓ９）。これにより、露点温度調整方法が終了する。

図３Ａおよび３Ｂは、露点温度調整方法の説明図である。図３Ａおよび３Ｂのいずれにおいても、横軸が温度、左縦軸が飽和水蒸気圧、右縦軸が水蒸気量（g/m³）を示す。図３Ａに示すように、当該方法の開始時点における周辺大気の温度（乾球）がｔの場合、内空間１３の温度（乾球）もｔである。内空間１３の気中に含まれる水蒸気量は、温度ｔに対応する飽和水蒸気量ａ（ｔ）に、周辺大気の相対湿度ＲＨを乗算した値（ＲＨａ（ｔ））である。ステップＳ４の実行によって、内部圧力Ｐｉが内部圧力閾値Ｐ１まで低下すると、内空間１３における水の分圧は、分圧閾値Ｐ１(H₂O)となる。内部圧力閾値Ｐ１は制御器９に予め記憶された定値である一方、分圧閾値Ｐ１(H₂O)は、周辺大気の水蒸気モル分率（すなわち、周辺大気の温度および相対湿度）の影響で状況により異なる値をとる。ステップＳ５でＹＥＳ判定がなされた時点で、露点温度Ｔｄは、飽和水蒸気圧がこの分圧閾値Ｐ１(H₂O)となるときの温度である。

図３Ａに例示する状況では、ステップＳ５で初めてＹＥＳ判定がなされた時点で、露点温度Ｔｄが所定温度Ｔｄ１を下回っている。そのため、そこで露点温度調整方法が終了する。図３Ｂに例示する状況では、図３Ａに例示する状況と周辺大気の温度は同じであるが、周辺大気の相対湿度ＲＨが高くなっている（ＲＨ＝１００％）。ステップＳ５で初めてＹＥＳ判定がなされた時点で、露点温度Ｔｄが所定温度Ｔｄ１を上回る。そのため、露点温度Ｔｄが所定温度Ｔｄ１に達してステップＳ７でＹＥＳ判定がなされるまで、ステップＳ４に戻って減圧が継続する。なお、ステップＳ５からステップＳ７に初めて進んだ後、ステップＳ７→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７のループは、制御器９により自動的に開始されかつ自動的に終了する。作業員が改めて減圧継続を開始または終了するための指令を制御器９に与えるといったような、人手のかかる作業は不要である。

このように、上記方法の実施により、内部圧力Ｐｉ（内空間１３の全圧）は、内部圧力閾値Ｐ１以下に低下し、飽和水蒸気圧は分圧閾値Ｐ１（H₂O）以下に低下する。よって、内空間１３の露点温度Ｔｄは、飽和水蒸気圧が分圧閾値Ｐ１（H₂O）であるときの露点温度よりも低く調整される。この露点温度の調整は、減圧ポンプ２を連続的に作動させる制御によって実現されており、窒素ガスの準備や反復作業を要しない。したがって、低コストで露点温度Ｔｄを調整できる。

内部圧力Ｐｉを内部圧力閾値Ｐ１まで下げたところで、露点計６によって検出される露点温度Ｔｄの監視を開始し、露点温度Ｔｄが所定温度Ｔｄ１になるまで内空間１３の減圧が継続される。このため、図３Ｂに例示されるように、当該方法の開始時点で周辺大気および内空間１３が高温多湿であったとしても、露点温度Ｔｄを確実に所定温度Ｔｄ１以下にまで調整できる。

一例として、所定温度Ｔｄ１は、低温液化ガスの種類（換言すると、対象ガスの沸点）によって変更されるが、液化水素の場合は約−７０℃ｄｐに設定され、内部圧力閾値Ｐ１は、約０．４Ｐａと低圧に設定される（液化酸素の場合は約−４０℃ｄｐに設定される）。本実施形態では、このような内空間１３の減圧に先立って、槽間空間１４を減圧し、槽間圧力Ｐａを槽間圧力閾値Ｐ２以下で保持する。このため、内槽１２の耐圧性能を殊更高めなくても、内空間１３の減圧時に内槽１２が破損することを抑止できる。なお、槽間圧力閾値Ｐ２は内部圧力閾値Ｐ１と同じ値またはそれよりも低い値に設定されることができる。上記のとおり、コンテナ１が製造者から出荷される段階では、断熱性の確保のため、槽間空間１４が真空引きされている。そのための作業がステップＳ１で実行されてもよい。すなわち、槽間圧力閾値Ｐ２が、出荷時に要求される槽間空間１４の真空度と対応する圧力値（例えば、０．０１Ｐａ）に設定されていてもよい。

これまで実施形態について説明したが、上記構成および方法は一例であり、本発明の範囲内で適宜変更、削除および／または追加することができる。コンテナ１が二重殻構造であるとしたが、単殻構造でもよい。その場合、槽を構成する壁は、内空間と外圧との差圧に耐えることができるように構成される。

１ コンテナ
２ 減圧ポンプ
５ 内圧計
６ 露点計
７ 槽間圧力計
９ 制御器
１１ 外槽
１２ 内槽
１３ 内空間
１４ 槽間空間
１００ 露点温度調整装置
Ｐｉ 内部圧力
Ｐａ 槽間圧力
Ｐ１ 内部圧力閾値
Ｐ２ 槽間圧力閾値
Ｔｄ 露点温度
Ｔｄ１ 所定温度

Claims (4)

1. 低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を調整する装置であって、
   前記内空間の圧力である内部圧力を検出する内圧計と、
   前記内空間を減圧する減圧ポンプと、
   前記内圧計によって検出される前記内部圧力が内部圧力閾値あるいはそれ未満になるまで、前記減圧ポンプを作動させて前記内空間を減圧するように構成された制御器と、を備える、露点温度調整装置。
2. 前記内空間の露点温度を検出する露点計を更に備え、
   前記制御器は、
   前記内部圧力が前記内部圧力閾値あるいはそれ未満になると、前記露点計によって検出される露点温度の監視を開始し、
   前記露点温度が所定温度あるいはそれ未満になると、前記減圧ポンプの動作を停止するように構成されている、請求項１に記載の露点温度調整装置。
3. 前記コンテナが、外槽と、前記外槽に収容されて前記内空間を形成する内槽とを有し、
   前記装置が、前記外槽と前記内槽との間の槽間空間の圧力である槽間圧力を検出する槽間圧力計を更に備え、
   前記制御器は、前記内空間の減圧前に予め、前記槽間圧力計によって検出される前記槽間圧力が槽間圧力閾値あるいはそれ未満になるまで、前記減圧ポンプを作動させて前記槽間空間を減圧するように構成されている、請求項１または２に記載の露点温度調整装置。
4. 低温液化ガスを貯留するコンテナの内空間の露点温度を調整する方法であって、
   前記内空間の圧力である内部圧力を検出し、
   検出される前記内部圧力が内部圧力閾値あるいはそれ未満になるまで前記内部圧力を減圧する、露点温度調整方法。
   

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