JPH0827116B2 - 液化ガスの冷熱を利用した冷水供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液化天然ガスなどの液化ガスの冷熱を利用
した冷水供給装置に関し、たとえば空気分離設備などに
おいて好適に実施することができる液化ガスの冷熱を利
用した冷水供給装置に関する。

従来の技術 典型的な先行技術は第３図に示されている。従来から
の液化天然ガスの冷熱を利用した空気分離設備では、空
気取入れ口１からの原料となる空気は多段圧縮機におい
て圧縮され、その高圧力の空気は管路３から精製装置４
に供給され、管路５から液体窒素として、また管路６か
ら液体酸素として供給される。冷熱が利用されるべき液
化天然ガス（略称LNG）は、たとえば−150℃であり、管
路７からコールドボツクスと呼ばれている熱交換器８に
導かれ、昇温され、管路９で、たとえば−50℃の気化さ
れた液化天然ガスとなる。精製装置４からの液体窒素は
管路10aを経て熱交換器８に導かれ、液化天然ガスの放
冷によつて冷却されて、精製装置４で用いられる。

管路９からの気化した液化天然ガスは、昇温するため
に、熱交換器10が用いられ、こうしてたとえば０℃以上
の気化した液化天然ガスが管路11から供給される。熱交
換器10では、多段圧縮機２の中間冷却器12および最終冷
却器13からのたとえば35℃程度の冷水が管路14を経て熱
交換器10において冷却され、その後、管路15から冷却塔
16に導かれて冷却され、ポンプ17によつて昇圧され、管
路18からは、たとえば27℃の冷水が中間冷却器12および
最終冷却器13に導かれて循環されて使用される。

発明が解決すべき課題 このような先行技術では、空気分離設備での液化され
た窒素、酸素およびアルゴンなどの製品Ｎm³当り、液化
天然ガス使用量は、0.5〜3.0kgであり、その動力原単位
は、最もよいものでも、0.4kWH/Nm³であり、熱交換器10
では液化天然ガスを効率よく昇温しかつ圧縮機２のため
の冷水を効率よく冷却するために、いわゆるオープンラ
ツク式熱交換器、シエルアンドチユーブ形熱交換器が用
いられている。この熱交換器10として、フレオンを用い
たプレードフイン形熱交換器が用いられることもある。
このような熱交換器10の構成は比較的複雑であるという
問題がある。

また上述の先行技術では、ポンプ17を経て管路18から
圧縮機２に導かれる冷却用の循環水の温度は、前述のよ
うに27℃であつて比較的高く、したがつて圧縮機２にお
ける空気の吸込み温度は30℃前後で設計する必要があ
る。したがつて中間冷却器12および最終冷却器13の伝熱
面積を大きくする必要があり、またそれらの圧力損失が
増加するという問題がある。

第４図は本件発明者の実験結果を示すグラフである。
この第４図は、管路７からの液化天然ガスの流量と空気
分離された製品Ｎm³当り原単位との関係を示す。液化天
然ガスの流量が増大すれば、空気分離の製品Ｎm³当りの
原単位が低下して、好ましいことが判る。

第５図は第４図に対応したグラフであり、管路７から
の液化天然ガスの流量と熱交換器８の出口から管路９に
排出される気化された液化天然ガスの温度との関係を示
すグラフである。液化天然ガスの流量を増大することに
よつて、熱交換器８の出口における気化した液化天然ガ
スの温度が低下することが判る。

したがつて液化天然ガスの冷熱を利用した空気分離設
備では、製造原単位を向上するには、できるだけ大きい
流量で液化天然ガスを利用する方が有利であるけれど
も、そのようにすると、熱交換器８の出口の気化した液
化天然ガスの温度が低くなつてしまい、したがつて前述
の先行技術では、後続の熱交換器10として、構成が複雑
である熱交換器を設置する必要があつた。

本発明の目的は、たとえば空気分離設置などにおい
て、簡単な構成で、しかも効率よく、液化ガスの冷熱を
利用して、できるだけ低温度の冷水を供給することがで
きるようにした液化ガスの冷熱を利用した冷水供給装置
を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、水を貯留する貯留槽と、 貯留槽に貯留された水の液面よりも上方に設けられ、
水を噴射する複数のノズルと、 貯留槽内の水に浸漬され、低温の液化ガスが供給さ
れ、外周面に氷が形成される伝熱管と、 貯留槽の下部から冷水を取り出す管路とを含むことを
特徴とする液化ガスの冷熱を利用した冷水供給装置であ
る。

また本発明は、前記管路からの冷水は、多段圧縮機の
中間冷却器または最終段を出たあとの最終冷却器に供給
されることを特徴とする。

作用 本発明に従えば、貯留槽には水が貯留されており、そ
の水の液面よりも上方に複数のノズルが設けられ、この
ノズルから水を噴射するようにしたので、貯留槽に貯留
されている水には、前記ノズルに供給される水の圧力が
作用せず、したがつてその貯留槽の下部に設けられた管
路から取出される冷水に過度に大きな圧力が作用するこ
とはなく、またこのノズルから落下する水を、たとえば
貯留槽に設けられた覗き窓から見ることができ、これに
よつて水が供給されていることおよびその水が供給され
る流量分布を知ることができ、さらにまたその水の落下
状況に応じて、次に述べるように伝熱管の表面に形成さ
れる氷の状況を推測することができる。

貯留槽内の水には伝熱管が浸漬されており、この伝熱
管には低温の液化ガスが供給される。したがつてこの伝
熱管の外周面には氷が形成されて着氷する。そのためノ
ズルから噴射されて貯留される水は、伝熱管に着氷して
いる氷に接触して冷却され、たとえば、ほぼ０℃となつ
て、貯留槽の下部に設けられた前記管路から冷水として
取出される。したがつて管路から取出される冷水の温度
を、上述のように０℃付近に低下させることが可能であ
る。

さらにまた、伝熱管には着氷するので、液化ガスの流
量が小さくなつたときには、伝熱管に着氷している氷の
潜熱を利用して、貯留槽に貯留している水が冷却される
ことになり、したがつて液化ガスの流量に変動が生じて
も、管路からは、たとえば０℃付近の一定温度の冷水を
安定に供給することが可能である。

さらにまたこのような冷水供給装置の構成は簡単であ
り、製造が容易である。

液化天然ガスに代えて液化石油ガス（略称LPG）また
は液化エチレンなどであつてもよい。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の系統図である。この実
施例では、空気分離設備のために本発明に従う冷水供給
装置30が用いられる。空気分離のための原料となる空気
は、空気取入れ口21から多段圧縮機22に供給され、こう
して圧縮された空気は、管路23から精製装置24に導か
れ、管路25から液体窒素が供給され、また管路26から液
体酸素が供給され、こうして空気が分離される。冷熱が
利用されるべき液化天然ガスは、50kg/cm²Ｇであつて、
−150℃であり、管路27から供給され、コールドボツク
スと呼ばれる熱交換器28に導かれる。この熱交換器28の
出口から管路29に導かれる気化した液化天然ガスは、た
とえば−60℃〜−70℃であり、冷水供給装置30に導かれ
る。冷水供給装置30からの気化した液化天然ガスは、熱
交換器31において、昇温され、管路32から、０℃以上、
たとえば常温の気化した液化天然ガスが供給され、都市
ガスとして利用される。熱交換器31における熱源として
の水は、たとえば海水であつてもよく、また圧縮機22に
おける冷却用循環水であつてもよく、この熱交換器21
は、たとえばシエルアンドチユーブ形熱交換器である。

精製装置24において空気分離された液体窒素は、管路
33から熱交換器28に導かれて、液化天然ガスを昇温する
役目を果たし、精製装置24に導かれる。

圧縮機22には中間冷却器34が設けられ、さらにその圧
縮機22最終段を出たあとに、最終冷却器または後方冷却
器35が設けられている。

中間冷却器３および最終冷却器35からの冷却水は、管
路36において、たとえばこの実施例では10℃であり、冷
水供給装置30に導かれて冷却される。この冷却された水
は、管路37からポンプ38によつて昇圧され、管路39か
ら、約０℃で、中間冷却器34および最終冷却器35に戻さ
れて循環される。

冷水供給装置30は、直円筒状の貯留槽41と、その貯留
槽41内で上部に設けられた複数のノズル42と、貯留槽41
内に設けられた伝熱管43とを有する。貯留槽41の上部は
屋根44によつて覆われており、大気に連通している。ノ
ズル42は、貯留槽41に貯留される水45の液面よりも上方
に配置されており、管路36からヘツダ46を経て供給され
る水が下方に噴射される。ノズル42は貯留槽41内で水平
面上でほぼ均一な流量で供給されるように、構成されて
配置される。

伝熱管43は、管路29からの気化した液化天然ガスを導
き、たとえばアルミニウムなどの材料から成り、上下に
屈曲して配置される。この伝熱管43は、貯留槽41内で、
水平面内でほぼ均一な密度で分布されて配置される。こ
の伝熱管43は、冷却されるべき水45に浸漬される。

第２図は、伝熱管43の一部の水平断面図である。伝熱
管43は、半径方向外方に突出して水45に接触して上下に
延びるフイン48を有する。伝熱管43およびフイン48の表
面には、水45が氷49として着氷する。着氷した氷49相互
間には、水45が上から下に流過する空間50が存在する。
したがつてノズル42から噴射された水は、貯留槽41内で
貯留し、氷49に接触して冷却され、たとえば約０℃まで
冷却され、こうして冷却された水は貯留槽41の下部に設
けられた管路37から取出される。

管路36からの水がヘツダ46からノズル42を経て噴射さ
れて落下するので、管路36における水の圧力が貯留槽41
に貯留されている水45に作用することはなく、したがつ
て管路37からの水は過度に高圧力となることはない。

貯留槽41の液面よりも上方には、覗き窓51を設け、こ
の覗き窓51はたとえば透光性ガラス板などによつて気密
に塞がれており、この覗き窓51から貯留槽41内を見るこ
とによつて、ノズル42から噴射されている水の状態を知
ることができる。これによつてノズル42から貯留槽41内
に水平面内で均一な流量分布で水が噴射されているかど
うかなどを知ることができる。ノズル42から噴射される
水の流量の分布を均一にすることによつて、伝熱管45に
着氷する氷49の量を、各伝熱管43で等しくすることがで
き、効率よく、着氷させることが可能となり、液化天然
ガスの冷熱を有効に利用することができるようになる。

伝熱管43の表面、さらにはフイン48の表面には、上述
のように氷49が形成されるので、液化天然ガスの流量が
減少したとき、氷49が溶解し、その氷49の潜熱を利用し
て、水45を冷却することができる。したがつて管路37か
らは常に安定した０℃付近の温度を有する冷水を供給す
ることができる。

このようにして、冷水供給装置30から管路37には、安
定した０℃付近の水を取出すことができ、このような冷
水を圧縮機22の中間冷却器34、最終冷却器35、さらには
精製装置24などにおいて利用することができる。そのた
め前述の第１図の先行技術に比べ、対数平均温度差を大
きくすることができ、また次に述べるように圧力損失を
減らすことができ、さらに圧縮機22の各段での吸込み温
度を下げることができ、圧縮機22の所要動力を減らすこ
とができるようになる。

たとえば圧縮機22の吐出圧力は、6kg/cm²Ｇの前後で
あり、一般に３段〜４段で昇圧される。中間段の吸込み
温度が、従来のたとえば30℃から、本発明によつてたと
えば５℃にできるので、約6.2％の動力削減となる。し
たがつてたとえば4000kWの圧縮機22では、248kWの削減
となり、本発明が有効であることが理解される。また熱
交換の対数平均温度差は、圧縮機22の冷却のための循環
水の温度が管路39において先行技術の27℃から本発明に
よつて０℃にすることによつて、約２倍となり、一方、
交換熱量は約1.8倍となり、結果的に、中間冷却器34お
よび最終冷却器35の伝熱面積を約１割、削減することが
できる。またこのような循環水の流速を８％程度遅くす
ることができ、これによつて同じ配管径を使用した場
合、圧力損失は16％程度減らすことができる。たとえば
通常、圧縮機22の中間段での圧力損失は合計で0.6kg/cm
²程度であるので、上述の圧縮機22では、40kW程度の削
減が可能となり、これによつて本発明が有効であること
が判る。

本発明は空気分離設備に関連して実施することができ
るだけでなく、その他の冷水を利用する設備に関連し
て、広範囲に実施することができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、貯留槽に貯留された水
が液面よりも上方から複数のノズルによつて水を噴射
し、この水には液化ガスが供給される伝熱管が浸漬され
ており、この伝熱管に、貯留されている水が着氷するこ
とによつて、貯留槽の下部に設けられた管路からたとえ
ば０℃の冷水を安定に供給することができるので、構成
が簡単であり、しかも効率よく安定に冷水を供給するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の系統図、第２図は冷
水供給設備30の一部の水平断面図、第３図は先行技術の
全体の系統図、第４図は空気冷却設備における液化天然
ガスの流量と製品Ｎm³当り原単位との関係を示すグラ
フ、第５図は液化天然ガス流量と第３図における熱交換
器８の出口における気化した液化天然ガスの温度との関
係を示すグラフである。 22……多段圧縮機、24……精製装置、28……熱交換器、
30……冷却供給装置、34……中間冷却器、35……最終冷
却器、37……管路、38……ポンプ、41……貯留槽、42…
…ノズル、43……伝熱管、45……水、46……ヘツダ、48
……フイン、49……着氷した氷、50……水が通過する空
間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水を貯留する貯留槽と、 貯留槽に貯留された水の液面よりも上方に設けられ、水
   を噴射する複数のノズルと、 貯留槽内の水に浸漬され、低温の液化ガスが供給され、
   外周面に氷が形成される伝熱管と、 貯留槽の下部から冷水を取り出す管路とを含むことを特
   徴とする液化ガスの冷熱を利用した冷水供給装置。
2. 【請求項２】前記管路からの冷水は、多段圧縮機の中間
   冷却器または最終段を出たあとの最終冷却器に供給され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液化ガ
   スの冷熱を利用した冷水供給装置。