JP6130707B2

JP6130707B2 - 液化ガス蒸発器

Info

Publication number: JP6130707B2
Application number: JP2013081837A
Authority: JP
Inventors: 敏明伴
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-04-10
Also published as: JP2014200780A

Description

本発明は、液相の液化ガスを気化してガス消費機器等に供給する液化ガス蒸発器に関する。

ＬＰＧ等の液化ガスは、ボンベなどの容器に収容された液相の液化ガスを蒸発器に導き、蒸発器で気化及び昇温してガス消費機器等に連続的に供給されるようになっている。例えば、特許文献１に記載された蒸発器は、電気ヒータ等の熱源で加熱する伝熱部材内に熱交換流路を形成した蒸発部を備え、液相の液化ガスを蒸発部に導入して気化させ、常温程度まで加熱してガス消費機器に供給するようしている。また、ガス消費機器のガス消費量の変動などに合わせて、蒸発部へ流入する液相の液化ガス量を制御する気化圧力調整弁が設けられている。

特開平１１−１１４４０５号公報

特許文献１では、停電等により蒸発器の温度が異常に低下したときに、気化しない液相の液化ガスがガス消費機器側に供給されると種々の問題があることから、そのようなときに気化圧力調整弁を緊急遮断する保安機構が提案されている。しかし、液相の液化ガスを効果的に安定して気化させるために、蒸発部の温度制御を具体的にどのようにするかについては、配慮されていない。

本発明が解決しようとする課題は、液相の液化ガスを効果的に安定して気化させることができる蒸発部の温度制御を備えた液化ガス蒸発器を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の液化ガス蒸発器は、液化ガスの熱交換流路が上下方向に穿設された伝熱ブロックと、前記伝熱ブロックに挿入された熱源と、前記伝熱ブロックに挿入された温度センサと、該温度センサの検出温度に基づいて前記熱源の発熱を制御する温度制御器とを備え、前記熱交換流路の上端が開口された前記伝熱ブロックの面に蒸発面が形成され、該蒸発面を覆って設けられた圧力室に調圧された液相の液化ガスを導入し、前記熱交換流路の下端の開口から気化された液化ガスを排出するように形成され、前記温度センサは、前記熱源と前記蒸発面との間に配置されてなることを特徴とする。

すなわち、熱源（例えば、電気ヒータ）と蒸発面との間に位置させて温度センサを伝熱ブロックに挿入して蒸発面に近い温度を検出する。そして、温度制御器は温度センサが挿入された部位の伝熱ブロックの検出温度が、設定温度範囲（例えば、３５℃〜４６℃）になるように熱源の熱量（例えば、電気ヒータの通電）を制御する。このような温度制御により、蒸発面の温度変化を少なくできるため、総括伝熱係数の変化が少ない安定した蒸発能力を保持させることができる。また、蒸発面を覆って設けられた圧力室に液相の液化ガスを供給する気化圧力調節弁の閉塞圧力も安定する。これらにより、蒸発面の温度変化を一層少なくでき、伝熱ブロックの温度変化幅をも小さくすることができる。言い換えれば、温度制御により温度が下方に振れるアンダーシュートを小さくできるから、液相の液化ガスを効果的に安定して気化させることができる。しかも、蒸発器から液相の液化ガスがガス消費機器等に流出するのを防止するために、一般に液流出防止装置が設けられるが、温度制御のアンダーシュートを小さくできるので、液流出防止装置の作動温度に余裕を持たせることができる。つまり、温度制御器の設定温度範囲を全体に低く設定できるので、蒸発器のシール部材及び電気部品の寿命を長くできる。

また、伝熱ブロックは、アルミニウム合金の鋳物で形成し、これに複数の熱交換流路を液化ガスの導入側から排出側に向けて並列に穿設し、それらの熱交換流路の間に、熱交換流路に直交させて１本又は複数本の棒状に形成した電気ヒータを分散して挿入することが好ましい。これにより、伝熱ブロックの温度分布を均一化して、液相の液化ガスの蒸発及び加熱を効率よく安定して行わせることができる。さらに、熱電対を棒状の保護パイプに収容した温度センサを用い、その温度センサを熱交換流路の間に位置させて、熱源である電気ヒータと蒸発面との間の伝熱ブロックに挿入することができる。これにより、蒸発面に近い伝熱ブロックの部位の温度を検出できるから、一層安定して伝熱ブロックの温度を制御できる。

本発明によれば、液相の液化ガスを効果的に安定して気化させることができる蒸発部の温度制御を備えた液化ガス蒸発器を提供することができる。

本発明の蒸発器の一実施例の構成を説明する部分断面図である。図１の実施例の気化圧力調整弁の構成を説明する断面図である。図１の実施例の温度制御動作を説明する線図である。

本発明の一実施例の蒸発器は、図１に示すように、蒸発部１と、蒸発部１の側面に設けられた温度制御器５０と、蒸発部１の上部に設けられた気化圧力調節弁６０とを備えて形成される。蒸発部１は、アルミニウム合金鋳物などの金属材により形成された熱媒体である伝熱ブロック２を有して形成されている。伝熱ブロック２には、図において上方から下方に並列に複数の熱交換流路３が穿設され、複数の熱交換流路３の間に直交させて、熱源としての複数の棒状の電気ヒータ４と、電気ヒータ４の上方に棒状の温度センサ５が挿入されている。温度センサ５は、熱電対を棒状の保護管に収容して形成されている。伝熱ブロック２には、熱交換流路３の上端が開口する面に蒸発面６が形成されている。熱交換流路３の下端は伝熱ブロック２の下部に形成された底部空間７に開口されている。伝熱ブロック２の下面には、底部空間７と共に気化ガス室８を形成する凹状の底部部材９が固定されている。

気化ガス室８の上部に気化された液化ガスの出口ノズル１０が連通され、図示していないガス消費機器に気化された液化ガスを供給するようになっている。出口ノズル１０には、元バルブ１１を介して安全弁１２が連通されている。ガス消費機器のガス消費が急に停止して気化圧力調整弁６０が遮断されたときに、蒸発器内に残っている液相の液化ガスが気化して内部圧力が上昇しても、安全弁１２の吹き始め圧力（例えば、０．６９３ＭＰａ）未満に保持するよう内部容積が決められている。一方、気化ガス室８の底部には、ドレン弁１３を備えたドレンノズル１４が連通されている。

温度制御器５０は、防爆構造電気機械器具として型式認定されたものであり、複数の電気ヒータ４の通電を制御する制御部と、温度センサ５の出力に基づいて検出温度を求める温度検出部等を備えて形成されている。

気化圧力調整弁６０は、図２に示すように、バルブボディ６１に形成された圧力室６２により、伝熱ブロック２の蒸発面６を覆って取り付けられている。圧力室６２に臨ませて、バルブボディ６１の側壁に固定された入口ノズル部６３から液相の液化ガスを導入し、圧力室６２の圧力を調整する調整弁６４が設けられている。また、圧力室６２は連通路６２ａを介して設定圧力室６５に連通されている。設定圧力室６５はバルブボディ６１の上面に開口され、設定圧力室６５の開口を覆って圧力設定部６６が設けられている。圧力設定部６６は、バルブボディ６１の上面に固定された円筒状のケース６７を有し、ケース６７の下部の開口部に支持されたダイアフラム６８が設定圧力室６５に臨ませて設けられている。ダイアフラム６８の中心部の下面にステム６９が垂下して設けられている。ダイアフラム６８は、調圧ばね７０により設定圧力室６５側に付勢されている。調圧ばね７０の上端はばね押え７１に当接して設けられ、ばね押え７１は調圧ネジ７２のねじ込み量を調整して、設定圧力を加減できるようになっている。ステム６９は、設定圧力室６５と圧力室６２との隔壁７３に穿設された貫通孔７４を通して、先端が圧力室６２に突出して設けられている。貫通孔７４とステム６９の隙間は、シール部材７５によりステム６９が摺動可能にシールされている。圧力室６２側の隔壁７３の下面から垂下された支持部材７６に、三角形の可動片７７がピン７８により回動可能に設けられている。そして、可動片７７の一辺にステム６９の先端が当接して設けられている。

一方、調整弁６４は、先細り状に形成された円筒状の本体部８０の基端部に穿設された中空部８１に入口ノズル部６３を挿入して、バルブボディ６１に固定されている。中空部８１の先端から本体部８０の先端まで小径の貫通孔８２が穿設されている。中空部８１と貫通孔８２とにより形成される段部を弁座８３とし、その弁座８３の開口を開閉する弁体８４が設けられている。弁体８４は、貫通孔８２に挿通された弁棒８５に固定されるとともに、入口ノズル部６３の先端部との間に介装されたばね８６により弁座８３方向に付勢されている。弁棒８５の先端は、可動片７７の一辺に当接させて設けられている。弁棒８５とステム６９がそれぞれ当接される可動片７７の辺は、回動方向においてピン７８を挟む関係の辺である。

このように構成される本実施例の液化ガス蒸発器の動作について説明する。液状の液化ガスは、図示していない液化ガス容器から入口ノズル部６３を介して調整弁６４に供給されるようになっている。蒸発器を起動して蒸発部１の温度が所定温度に上昇した後、入口ノズル部６３から液状の液化ガス（例えば、圧力０．２〜１．５ＭＰａ）を調整弁６４に供給すると、噴出ノズル９０から液相の液化ガスが圧力室６２内に噴出される。圧力室６２内の圧力は、調節弁６４と圧力設定部６６の協働により設定圧力（例えば、０．１５±０．０４ＭＰａ）に調整される。圧力室６２内に噴出された液相の液化ガスが蒸発面６で瞬間的に蒸発し、熱交換流路３を通って常温程度まで昇温されて気化ガス室８に導かれる。気化ガス室８に導入された液化ガスは、出口ノズル１０を介して図示していないガス消費機器等に供給される。

ガス消費機器等の液化ガスの消費量が少ないとき、あるいは蒸発面６における蒸発量が多いこと等により、圧力設定部６６における設定圧よりも圧力室６２の圧力が高くなると、設定圧力室６５の圧力により調圧ばね７０が圧縮されてダイアフラム６８が押し上げられる。これによりステム６９が押し上げられ、可動片７７が時計回りに回動して、弁棒８５を介して弁体８４がばね８６により弁座８３方向に付勢されて、圧力室６２への液状の液化ガスの導入が遮断される。

逆に、液化ガスの消費量が多くなると、あるいは蒸発面６における蒸発量が少なくなること等により、圧力室６２の圧力が設定圧よりも低くなると、調圧ばね７０の付勢力が打ち勝ってダイアフラム６８によりステム６９が押し下げられる。これにより、可動片７７が反時計回りに回動して、弁棒８５を介して弁体８４がばね８６により弁座８３から離れる方向に付勢され、圧力室６２への液状の液化ガスが導入される。このようにして、気化圧力調整弁６０の動作により、液化ガスの消費量あるいは蒸発部１における蒸発状態に応じて圧力室６２の圧力が設定圧に保持され、消費量に応じた液相の液化ガスを気化して安定した圧力及び量の液化ガスをガス消費機器等に供給することができる。

一方、蒸発部１では、蒸発面６と電気ヒータ４との間の設けられた温度センサ５の検出温度が温度制御器５０に入力される。温度制御器５０は、温度センサ５が挿入された部位の伝熱ブロック２の温度である温度センサ５の検出温度を、予め設定された温度範囲（例えば、３５℃〜４６℃）に保持するように電気ヒータ４の通電を制御する。電気ヒータ４の通電制御は、例えば、検出温度が設定温度範囲の上限Ｔ_Ｈ℃に達したときに通電をオフし、下限Ｔ_Ｌに低下したときにオンする制御を適用することができる。その他、電気ヒータ４に供給する電圧を可変する温度制御を適用することができる。

ここで、図３を参照して、本実施例の温度制御動作の効果を説明する。同図の横軸は時間軸を示し、縦軸は温度軸を示している。また、同図は伝熱ブロック２の代表部位の温度変化を示し、実線は本実施例の温度制御特性、点線は比較例の温度制御特性であり、温度センサ５を電気ヒータ４よりも伝熱ブロック２の下方の部位に位置させた例である。

図３からわかるように、本実施例のように、温度センサ５を電気ヒータ４と蒸発面６との間に位置させて、その部位の伝熱ブロック２の温度を設定範囲に収めるように電気ヒータ４の通電を制御する温度制御によれば、蒸発面６の温度変化を少なくできる。これにより、本実施例によれば、蒸発部１における総括伝熱係数の変化が少ない安定した蒸発能力を保持させることができる。また、蒸発面６に液相の液化ガスを供給する気化圧力調節弁６０の閉塞圧力も安定する。特に、蒸発面６の温度変化を少なくでき、伝熱ブロック２の温度変化幅をも小さくすることができる。言い換えれば、比較例に比べて、温度制御により温度が下方に振れるアンダーシュート（図中、楕円で囲った部分）を小さくできるから、液相の液化ガスを効果的に安定して気化させることができる。しかも、蒸発器から液相の液化ガスがガス消費機器等に流出するのを防止するために、一般に液流出防止装置が設けられるが、温度制御のアンダーシュートを小さくできるので、液流出防止装置の作動温度に余裕を持たせることができる。つまり、温度制御器の設定温度範囲を全体に低く設定できるので、蒸発器のシール部材及び電気部品の寿命を長くできる。

また、本実施例によれば、熱交換流路３の間に、熱交換流路３に直交させて１本又は複数本の棒状に形成した電気ヒータ４を分散して挿入したことから、伝熱ブロック２の温度分布を均一化して、液相の液化ガスの蒸発及び加熱を効率よく安定して行わせることができる。

以上説明したように、本発明の液化ガス蒸発器によれば、液相の液化ガスを効果的に安定して気化させることができる。なお、上記の実施例では、伝熱ブロック２をアルミニウム合金の鋳物で形成した例を示したが、これに限らず、熱伝導性に優れた伝熱部材を用いることができる。また、複数の熱交換流路３を液化ガスの導入側から排出側に向けて並列に穿設するにあたり、各流路を格子状に配列することができる。

１蒸発部
２伝熱ブロック
３熱交換流路
４電気ヒータ
５温度センサ
６蒸発面
８気化ガス室
１０出口ノズル
５０温度制御器
６０気化圧力調整弁

Claims

液化ガスの熱交換流路が上下方向に穿設された伝熱ブロックと、前記伝熱ブロックに挿入された熱源と、前記伝熱ブロックに挿入された温度センサと、該温度センサの検出温度に基づいて前記熱源の発熱を制御する温度制御器とを備え、前記熱交換流路の上端が開口された前記伝熱ブロックの面に蒸発面が形成され、該蒸発面を覆って設けられた圧力室に調圧された液相の液化ガスを導入し、前記熱交換流路の下端の開口から気化された液化ガスを排出するように形成され、
前記温度センサは、前記熱源と前記蒸発面との間に位置されてなる液化ガス蒸発器。
前記温度制御器は、前記温度センサの検出温度を設定された温度範囲に収めるように前記熱源の発熱を制御することを特徴とする請求項１に記載の液化ガス蒸発器。
前記熱源は、電気ヒータであり、前記温度制御器は、前記電気ヒータの通電を制御して前記電気ヒータの発熱を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の液化ガス蒸発器。