次世代LNG気化器

コンソーシアム：IKM Flux、Jiskoot Solutions、Valland、Intertec、ToffeeX、EOS Additive Minds | 事例研究

>50%

GHV測定変動の低減

エクイノールにおける実地試験中（2025年3月）

279ミリメートル

アルミニウム部品

EOS M 400 400-4でAlSi10Mgを3Dプリント

150バール（ゲージ）

試験済み、ATEX対応

既存のLNGサンプリングシステムに完全な後付け互換性を備える

ジェネレーティブデザインと金属積層造形が測定ばらつきの50％超削減を可能にする仕組み

液化天然ガス（ LNG）の正確な所有権移転は、総発熱量（GHV）とウォッベ指数（Wobbe Index）の精密かつ安定した測定に依存する。これらの測定の信頼性は、-160℃の極低温LNGを約+60℃の均一で完全気化したガス流に変換するLNG気化器の性能によって根本的に制限される。気化過程におけるわずかな不規則性でさえ、組成の層状分離や事前分画を引き起こし、分析値のドリフトを生じさせ、LNG貨物の商業的価値に直接影響を与える。

これらの制限を克服するため、IKM Flux、Intertec、Jiskoot Solutions、ToffeeX、Valland、EOSを含む業界横断的なコンソーシアムが次世代LNG気化器を開発した。

IKM フラックス: Oサンプリングシステムの設計と試験を監督した
インターテック: Provided および認定された統合ヒーター
Jiskoot ソリューション：コンセプト開発とデザインリーダーシップ コンセプト開発とデザインリーダーシップ
トフィーX: D生成設計ソフトウェアを提供した
ヴァランド： 製造した部品EOS M 290 システムとAlSi10Mg アルミニウム合金
EOS: AM技術とAM設計の専門知識を提供し、物理学に基づく生成設計を認証済みで実戦配備可能な部品へと進化させた。

その結果、最適化された螺旋流路、制御された乱流構造、真空断熱キャビティを統合した一体型の積層造形アルミニウム部品が実現した。2025年3月にエクイノール社のハンメルフェストLNGターミナルで実施された実地試験において、この新型気化器はGHV測定値の変動を50％以上低減し、金属積層造形で製造されたデジタル設計の熱流体システムの性能向上効果を実証した。

課題

従来のLNG気化器が測定精度を制限する理由

LNGの気化は熱力学的に敏感なプロセスである。LNGは約-160℃で気化器に流入し、代表的なサンプリングを確保するためには完全に気化され過熱されなければならない。従来の気化器設計（典型的には同軸ヒーター概念と従来型の機械加工部品に基づく）では、流路に沿った熱流束分布、温度勾配、および相挙動に対する制御が限定的である。

その結果、不均一な気化が発生し、品質の不安定化やGHVおよびウォッベ指数測定値の歪みを引き起こす。圧力損失はさらなる複雑性を生む：圧力損失が不十分だと乱流と熱伝達効率が低下し、過剰な圧力損失は流動調整に悪影響を及ぼす。環境熱損失（特に北極圏や海洋施設において）は気化器の性能をさらに不安定化させる。

従来の製造手法では、チャネル形状、絶縁体の統合、機能的特徴の密度に制約が生じる。したがって、一貫した高精度なLNGサンプリングを実現するには、コンパクトで現場対応可能なシステム内で熱伝達、圧力安定性、流量均一性、熱封じ込めを最適化できる再設計された気化器が必要であった。同時に、完全な製造可能性と改造互換性を維持することが求められた。

ソリューション

生成的に設計された金属積層造形対応LNG気化器

物理ベースのジェネレーティブデザイン

コンソーシアムは複数の連動する性能目標を定義した：ヒーター界面付近での熱伝達最大化、早期かつ完全な気化確保、規定の圧力損失限界維持、環境への熱損失最小化、金属積層造形による製造可能性の確保。
ToffeeX生成設計プラットフォームを用い、これらの目標は対流・伝導・圧力場分布・積層造形制約を網羅するマルチフィジックスシミュレーションにより解決された。
結果として得られた二重螺旋内部流路形状は、加熱領域におけるLNG滞留時間を延長すると同時に、均一な相転移に不可欠な制御された乱流を誘起する。流路調整と混合機能は、エンジニアによる手動導入ではなく、物理現象に基づく最適化プロセスから直接導出された。このアプローチにより滞留領域と制御不能な流れ現象が最小化され、全運転範囲にわたる安定した蒸気品質が実現された。
統合断熱とAMファースト設計
新設計の決定的な特徴は、真空断熱空洞を気化器の荷重支持構造に直接統合した点である。これにより環境への熱損失が大幅に低減され、過酷な環境条件下での安定したLNGサンプリングに不可欠となる。この技術は積層造形によってのみ実現可能である。
このコンポーネントは厳格な基準に従って開発されました。 アディティブ・マニュファクチャリングのためのデザイン (DfAM)ガイドライン。EOS Additive Mindsは、金属積層造形時に内部支持構造を一切必要としない完全自立型内部構造の構築を支援しました。これにより、確実な粉末除去が保証され、材料使用量が削減され、長期的な運用堅牢性が向上します。
トポロジー最適化された形状はRhino/Grasshopperを用いて再構築され、内部ラティス領域はnTopにおけるインプリシットモデリングで生成され、EOSビルドワークフロー内でネイティブに処理された。
EOSシステム上での製造
その気化器は製造されたアルミニウム・シリコン・マグネシウム合金 EOSメタルレーザー粉末床溶融技術を使用。初期開発段階の構築は EOS M 290最終コンポーネントは、 EOS M 400-440 µmの層厚パラメータセットとスキップ層戦略を組み合わせることで、コア領域を実質80 µmの層高で印刷することにより、高い表面品質を維持しつつ造形時間を短縮した。
部品の高さが279mmで内部形状が複雑であるにもかかわらず、最適化されたプロセスパラメータにより、優れた寸法精度、安定したプリント品質、信頼性の高い熱性能が確保された。粉末排出ポートは設計に直接組み込まれ、螺旋流路と絶縁キャビティから残留粉末を完全に除去することが可能となった。
最終的な気化器は単一のモノリシックアルミニウム部品であり、溶接部・接合部・内部支持材を一切有さない。150バール（ゲージ）の耐圧試験をクリアし、厳格なATEX分類要件を満たすとともに、過酷な産業運用に耐える設計となっている。

積層造形法によるLNG気化器

AlSi10Mgでは、断面表示により生成的に設計された二重螺旋流路と一体型真空断熱キャビティが明らかになっている。

結果

LNG測定変動の測定可能な低減

2025年3月、エクイノール社のハンメルフェストLNGターミナルにおける実地試験において、積層造形法で製造された気化器は、同一の運転条件下で従来型ユニットと比較評価された。

流量1400 SL/hrまでにおいて、総発熱量（GHV）測定値の標準偏差が50％以上低減され、気化安定性とサンプリング再現性が大幅に改善されたことを示している。内蔵の500Wセラミックヒーターにより、LNG温度は-160℃から約+60℃まで確実に上昇。最適化された螺旋形状により、早期かつ完全な気化が保証された。オペレーターからは、測定ドリフトがほぼ解消され、長期サンプリングサイクル全体でウォッベ指数挙動が著しく予測可能になったとの報告がある。本気化装置は既存の測定インフラにシームレスに統合され、ドロップイン型改修ソリューションとしての適合性が確認された。

これらの結果は、金属積層造形と物理学に基づく生成設計が、従来の気化器技術では達成不可能だった性能向上を実現できることを示している。

成果と業界への影響

次世代型蒸発器は、LNGの引渡しにおける精度と信頼性の新たな基準を確立します。コンパクトでモジュール式の設計により、プローブ取付型とスタンドアロン型フロー・スルー構成の両方を実現し、新規設置から既存システムへの後付けまで幅広く対応します。

熱管理、構造挙動、混合性能、断熱性を単一のデジタル設計ジオメトリに統合することで、本ソリューションは以下の成果を実現します：

LNG引渡し時の測定精度向上
より強力な規制順守
エネルギー含有量の測定に対する信頼性の向上
運用変動性の低減
モノリシックAM設計による長期信頼性

この現場導入の成功は、金属積層造形技術が規制対象の安全性が極めて重要なLNGおよびエネルギー分野の用途に適用可能であることを実証し、次世代の熱制御・流量制御部品において新たな設計自由度と測定可能な性能向上をもたらします。本プロジェクトは、EOSがシミュレーション主導のエンジニアリングから、世界的なエネルギー分野における完全認証済み産業用ハードウェアへの移行をいかに実現するかを示しています。