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 M400-4でAlSi10Mgを3Dプリント

150 bar(g)

試験済み、ATEX対応

既存のLNGサンプリング設備にそのまま組み込み可能

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を50％以上の低減を実現する仕組み

液化天然ガス(LNG)の正確な受渡し軽量には、総発熱量(GHV)およびウォッベ指数の精密かつ安定した測定が不可欠です。これらの測定は、-160℃の極低温LNGを約+60℃の均一で完全に気化したガス流へと変換するＬＮＧ気化器の性能によって信頼性が左右されます。
気化プロセス中にわずかな不均一が生じるだけでも、成分の層状分離や事前分留が発生し、分析値のドリフトを引き起こす可能性があります。その結果、ＬＮＧカーゴの取引価格に直接影響を及ぼすことになります。

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気化器を開発しました。

IKM フラックス: サンプリングシステムの設計と試験を監督
Intertec: 統合型ヒーターを提供し、認証を取得
Jiskoot Solution：コンセプト開発とデザインリーダーシップ
TofeeX: 生成設計ソフトウェアを提供
Valland： EOS M 290 システムとAlSi10Mg アルミニウム合金で部品を製造
EOS: AM技術とDesign for AMの専門知識を提供し、物理学に基づくジェネレーティブデザインを認証取得済の搭載可能な部品として進化させました

その結果、最適化されたスパイラル流路、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ました。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、新型気化器によりGHV測定値のばらつきは50％以上低減されました。これは、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がもたらす性能向上を実現する結果となりました。

課題

従来のLNG気化器における測定精度の課題

LNGの気化は熱力学的に非常に繊細なプロセスです。LNGは約-160℃で気化器に流入し、代表性のあるサンプリングを行うためには、完全に気化されうえで充分に過熱する必要があります。従来の気化器設計は、同軸ヒーター構造や従来加工部品を基盤とするものが一般的であり、流路に沿った熱流束の分布や温度勾配、相挙動を精密に制御するには限界があります。

その結果、気化が不均一に進行し、品質の不安定化やGHVおよびウォッベ指数の測定値の歪みを引き起こす可能性があります。さらに、圧力損失も複雑な要因となります。圧力損失が不十分であれば乱流が弱まり、熱伝達効率が低下します。一方、圧力損失が過大になると流れの整流性に悪影響を及ぼします。加えて、特に北極圏や洋上設備などの環境では、外部への熱損失が発生しやすく、気化器の性能をさらに不安定にする要因となります。

従来の製造手法では、流路形状、断熱構造の統合、さらには機能要素の高密度化に制約がありました。そのため、安定した高精度のLNGサンプリングを実現するには、気化器の再設計が必要でした。求められたのは、熱伝達の最適化、圧力の安定性、流れの均一性、そして熱の封じ込めを、コンパクトで現場対応可能なシステム内で実現できる気化器です。同時に、製造性と既存設備への後付け対応も確保する必要がありました。

ソリューション

ジェネレーティブデザインと金属AMで実現したLNG気化器

物理特性に基づくジェネレーティブデザイン

本コンソーシアムは、複数の相互に関連する性能目標を設定しました。具体的には、ヒーター接触面付近での熱伝達を最大化すること、早期かつ完全な気化を確保すること、所定の圧力損失範囲を維持すること、環境への熱損失を最小限に抑えること、そしてAM(金属積層造形)による製造性を確保することです。
これらの目標は、ToffeeXのジェネレーティブデザインプラットフォームを用い、対流・伝導・圧力場分布、さらにAM設計制約を含むマルチフィジックス解析によって最適化されました。
その結果として生まれた二重スパイラル型の内部流路構造は、加熱領域におけるLNGの滞留時間を延ばすとともに、均一な相転移に不可欠な制御された乱流を発生させます。流れの整流機能や混合構造は、エンジニアが手作業で設計したものではなく、物理特性に基づく最適化プロセスから直接導き出されたものです。このアプローチにより、滞留領域や制御不能な流動減少が最小化され、全運転範囲にわたって安定した気化品質が実現されました。
断熱構造の統合とAMを前提とした設計
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。
この部品は、厳格な 積層造形 向け設計（DfAM）ガイドラインに従って開発されました。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ました。また、内部のラティス構造はnTopのインプリシットモデリングにより生成され、データ変換を介さずEOSの造形ワークフロー内で直接処理されました。
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

次世代型気化器は、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。