| 【発明の名称】 |
液化天然ガス排冷熱移送装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐藤 勲
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、液化天然ガスのガス化により得られる排冷熱を水蒸気入り空間に作用させて、水蒸気の凍結により同空間を減圧状態とし、この減圧状態を需要側の蒸発蓄熱容器にパイプラインを介し伝達移送して、同容器内における水滴の断熱膨張により冷熱を得られるようにした液化天然ガス排冷熱移送装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ＬＮＧを気化させる熱交換器６を含んだコールドトラップ容器２ａ（２ｂ）と冷熱需要側に設置された蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）とが切替バルブ３，４を介しパイプライン５で接続されており、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）内に満たされた水蒸気がＬＮＧで冷却されて氷晶化するのに伴い同容器２ａ（２ｂ）に生じた減圧状態が蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）に伝達されて、水滴８の蒸発により生じた氷晶９から冷熱が取り出される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 液化天然ガスを流通させる熱交換器を内蔵するとともに同熱交換器を介し上記液化天然ガスを気化させる媒体としての水蒸気を保有したコールドトラップ容器と、冷熱需要側に設置された蒸発蓄熱容器と、一端を上記コールドトラップ容器にバルブを介し接続されるとともに他端を上記蒸発蓄熱容器にバルブを介し接続されたパイプラインと、上記液化天然ガスの気化に対応する上記水蒸気の氷晶化に伴い上記パイプラインを介し減圧された上記蒸発蓄熱容器内に水滴を注入しうる水滴注入手段と、同水滴の蒸発による冷却に伴い上記蒸発蓄熱容器内に蓄積された氷晶と熱交換して冷熱を取り出すべく同蒸発蓄熱容器内に設けられた冷熱取り出し用熱交換器とが装備されたことを特徴とする、液化天然ガス排冷熱移送装置。
【請求項２】 請求項１に記載の液化天然ガス排冷熱移送装置において、上記のコールドトラップ容器および蒸発蓄熱容器がいずれも複数ずつ設けられて、単一の上記パイプラインの一端が上記複数のコールドトラップ容器に切替バルブを介し接続されるとともに、同パイプラインの他端が上記複数の蒸発蓄熱容器に切替バルブを介し接続されたことを特徴とする、液化天然ガス排冷熱移送装置。
【請求項３】 請求項１または２に記載の液化天然ガス排冷熱移送装置において、上記液化天然ガスを流通させる熱交換器の外面に付着した氷晶を融解し気化させるべく、同熱交換器の液化天然ガス流入管と天然ガス流出管とにそれぞれ切替バルブを介し接続された伝熱媒体流入管と伝熱媒体流出管とが設けられたことを特徴とする、液化天然ガス排冷熱移送装置。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の液化天然ガス排冷熱移送装置において、上記蒸発蓄熱容器内に蓄積された氷晶が上記冷熱取り出し用熱交換器により融解して生じた水を同蒸発蓄熱容器の下部から採取し再び同蒸発蓄熱容器の上部から前記水滴注入手段を介し落下させるポンプを含んだ水循環系が形成されたことを特徴とする、液化天然ガス排冷熱移送装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガスのガス化に伴い排出される冷熱を需要側へ移送するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に液化天然ガス（以下、ＬＮＧともいう。）は約−１６２°Ｃの極低温で液化された状態で輸入されるが、従来はこれを海水等で温めてガス化しており、ＬＮＧの有する排冷熱は海洋等に廃棄されている。この冷排熱を利用するためには、ガス化プラントから離れた地点にある冷熱利用地域まで冷熱を輸送すると同時に、ガス化量（冷熱発生量）と冷熱需要とのアンバランスを吸収するための蓄冷熱が不可欠となる。
【０００３】従来、冷熱輸送には、液体冷媒を冷却してパイプライン内をポンプ輸送する手段が採られているが、輸送距離が長くなると、輸送中の冷熱損失と輸送に要するポンプ動力とが過大となって、実用的でなかった。また蓄冷熱についても、ＬＮＧの冷熱温度がきわめて低いため、この冷熱を蓄熱する優れた蓄熱材が見当たらないと同時に、極低温の冷熱を直接利用する需要が見当たらないなど、ＬＮＧ排冷熱の有効利用技術は確立されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、液化天然ガスのガス化により得られる排冷熱を水蒸気入り空間に作用させて、水蒸気の凍結により同空間を減圧状態とし、この減圧状態を需要側の蒸発蓄熱容器にパイプラインを介し伝達移送して、同容器内における水滴の蒸発により冷熱を得られるようにした液化天然ガス排冷熱移送装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するため、本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置は、液化天然ガスを流通させる熱交換器を内蔵するとともに同熱交換器を介し上記液化天然ガスを気化させる媒体としての水蒸気を保有したコールドトラップ容器と、冷熱需要側に設置された蒸発蓄熱容器と、一端を上記コールドトラップ容器にバルブを介し接続されるとともに他端を上記蒸発蓄熱容器にバルブを介し接続されたパイプラインと、上記液化天然ガスの気化に対応する上記水蒸気の氷晶化に伴い上記パイプラインを介し減圧された上記蒸発蓄熱容器内に水滴を注入しうる水滴注入手段と、同水滴の蒸発による冷却に伴い上記蒸発蓄熱容器内に蓄積された氷晶と熱交換して冷熱を取り出すべく同蒸発蓄熱容器内に設けられた冷熱取り出し用熱交換器とが装備されたことを特徴としている。
【０００６】また、本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置は、上記のコールドトラップ容器および蒸発蓄熱容器がいずれも複数ずつ設けられて、単一の上記パイプラインの一端が上記複数のコールドトラップ容器に切替バルブを介し接続されるとともに、同パイプラインの他端が上記複数の蒸発蓄熱容器に切替バルブを介し接続されたことを特徴としている。
【０００７】さらに、本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置は、上記液化天然ガスを流通させる熱交換器の外面に付着した氷晶を融解し気化させるべく、同熱交換器の液化天然ガス流入管と天然ガス流出管とにそれぞれ切替バルブを介し接続された伝熱媒体流入管と伝熱媒体流出管とが設けられたことを特徴としている。
【０００８】また本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置は、上記蒸発蓄熱容器内に蓄積された氷晶が上記冷熱取り出し用熱交換器により融解して生じた水を同蒸発蓄熱容器の下部から採取し再び同蒸発蓄熱容器の上部から前記水滴注入手段を介し落下させるポンプを含んだ水循環系が形成されたことを特徴としている。
【０００９】上述の本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置では、コールドトラップ容器内の熱交換器にＬＮＧを流通させると、同ＬＮＧの気化がコールドトラップ容器内の水蒸気を氷晶化させながら行われる。そして、この水蒸気の氷晶化に伴いコールドトラップ容器内は著しく減圧されるようになり、その減圧状態はパイプラインを介し需要側の蒸発蓄熱容器へ伝達移送され、同容器内も十分な減圧状態となる。そこで、この蒸発蓄熱容器の上部から水滴を落下させることにより同水滴は蒸発して気化熱を奪われることにより低温となり、その氷晶が蒸発蓄熱容器内の冷熱取り出し用熱交換器を覆うようになる。このようにして、冷熱取り出し用熱交換器に流通する冷媒を介し、需要側における冷熱の利用が効率よく行われるようになる。
【００１０】また、上記のコールドトラップ容器および蒸発蓄熱容器がいずれも複数ずつ設けられて、単一のパイプラインに切替バルブを介し接続されていると、上記パイプラインを介し減圧状態の伝達移送を行う作用が、一組のコールドトラップ容器と蒸発蓄熱容器との間で行われた後、他の組についても順次行われるので、上記パイプラインを有効に利用しながらＬＮＧの気化作用がほぼ連続的に効率よく行われるようになる。
【００１１】さらに、ＬＮＧを流通させる熱交換器の外面に付着した氷晶を融解させるための伝熱媒体流入管と伝熱媒体流出管とが、ＬＮＧ流入管とＬＮＧ流出管とにそれぞれ切替バルブを介し接続されていると、上記の伝熱媒体流出入管への切替えによる上記熱交換器の加熱に伴い、同熱交換器を内蔵するコールドトラップ容器を初期状態に復元する作用が迅速に行われるようになる。
【００１２】すなわち、コールドトラップ容器は熱交換器に付着した氷晶の融解蒸発により、再び水蒸気を含んだ初期状態に戻って、次のＬＮＧ気化作用のための待機状態となる。
【００１３】また、上記蒸発蓄熱容器内で水滴の断熱膨張により生じた氷晶を、冷熱取り出し用熱交換器により融解して生じた水が、同蒸発蓄熱容器の下部から、ポンプを含む水循環系により取り出されて再び上記蒸発蓄熱容器の上部から内部へ水滴として供給されるようになっていると、同蒸発蓄熱容器のメンテナンスが著しく簡便化されるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施形態としての液化天然ガス排冷熱移送装置について説明すると、図１はその概略構成を模式的に示す説明図である。
【００１５】図１に示すように、液化天然ガス（ＬＮＧ）５の輸入される港の近接地に複数のコールドトラップ容器２ａ，２ｂが設置されており、同容器２ａ，２ｂにはＬＮＧを流通させて気化させるための熱交換器６が内蔵されている。コールドトラップ容器２ａ，２ｂは、外面を防熱層11で覆われていて、内部を排気し、熱交換器６を流通するＬＮＧの気化のための媒体としての水蒸気を満たすようになっている。
【００１６】なお、コールドトラップ容器２ａ，２ｂに予め少量の水を入れてから排気することにより、同容器２ａ，２ｂ内に水蒸気を満たすようにしてもよい。
【００１７】一方、冷熱需要側の地域には、コールドトラップ容器２ａ，２ｂに対応した複数の蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂが設置されていて、単一のパイプライン５の一端がコールドトラップ容器２ａ，２ｂに切替バルブ４を介し接続されるとともに、同パイプライン５の他端は蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂに切替バルブ３を介して接続されている。そして、蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂも、外面を防熱層12で覆われている。
【００１８】また、蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂの上方には、同容器１ａ，１ｂの上部から内部へ水滴８を落下させる水滴注入手段としての上部水槽７が設けられて、同上部水槽７はバルブ13を介し蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂに接続されている。
【００１９】さらに、蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂには、冷熱取り出し用熱交換器10が内蔵され、その接続管14が冷熱需要側へ延在するようになっている。
【００２０】蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂの下部には排水管15が接続されて、同排水管15はバルブ17を介し下部水槽18に接続されている。
【００２１】そして、下部水槽18の水がポンプ19を介し上部水槽７へ汲み上げられるようになっており、このようにして蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂの下部から採取した水を再び同容器１ａ，１ｂの上部から落下させるポンプ19を含んだ水循環系20が形成されている。
【００２２】コールドトラップ容器２ａ，２ｂ内のＬＮＧ気化用熱交換器６は、そのＬＮＧ流入管21とＬＮＧから気化した天然ガスの流出管22とに、それぞれ切替バルブ23, 24を介し接続された伝熱媒体流入管25と伝熱媒体流出管26とが設けられている。
【００２３】また、コールドトラップ容器２ａ，２ｂの下部にはバルブ27を介し予備タンク28が接続されている。
【００２４】上述の本実施形態の液化天然ガス排冷熱移送装置では、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）内の熱交換器６にＬＮＧを流通させると、同ＬＮＧの気化がコールドトラップ容器２ａ（２ｂ）内の水蒸気を氷晶化させながら行われる。そして、この水蒸気の氷晶化に伴いコールドトラップ容器２ａ（２ｂ）内は著しく減圧されるようになり、その減圧状態はパイプライン５を介し需要側の蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）へ伝達移送され、同容器１ａ（１ｂ）内も十分な減圧状態となる。そこで、この蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）の上部から水滴８を落下させることにより同水滴８は蒸発して気化熱を奪われることにより低温となり、その氷晶９が蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）内の冷熱取り出し用熱交換器10を覆うようになる。このようにして、冷熱取り出し用熱交換器10に流通する冷媒を介し、需要側における冷熱の利用が効率よく行われるようになる。
【００２５】また、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）および蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）がいずれも複数ずつ設けられて、単一のパイプライン５に切替バルブ３，４を介し接続されていると、パイプライン５を介し減圧状態の伝達移送を行う作用が、一組のコールドトラップ容器２ａと蒸発蓄熱容器１ａとの間で行われた後、他の組のコールドトラップ容器２ｂと蒸発蓄熱容器１ｂとについても順次行われるので、パイプライン５を有効に利用しながらＬＮＧの気化作用がほぼ連続的に効率よく行われるようになる。
【００２６】さらに、ＬＮＧを流通させる熱交換器６の外面に付着した氷晶を融解させるための伝熱媒体流入管25と伝熱媒体流出管26とが、ＬＮＧ流入管21と天然ガス流出管22とにそれぞれ切替バルブ23. 24を介し接続されていると、伝熱媒体流出入管25, 26への切替えによる熱交換器６の加熱に伴い、同熱交換器６を内蔵するコールドトラップ容器２ａ（２ｂ）を初期状態に復元する作用が迅速に行われるようになる。
【００２７】すなわち、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）は熱交換器６に付着した氷晶の融解蒸発により、再び水蒸気を含んだ初期状態に戻って、次のＬＮＧ気化作用のための待機状態となる。
【００２８】また、蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）内で水滴８が蒸発する際の気化熱喪失により生じた氷晶９を、冷熱取り出し用熱交換器10により融解して生じた水が、同蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）の下部から、ポンプ19を含む水循環系20により取り出されて再び蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）の上部から内部へ水滴として供給されるようになっていると、同蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）のメンテナンスが著しく簡便化されるようになる。なお、図中に示すように、上部水槽７には必要に応じ通気弁29が設けられる。
【００２９】上述の装置の最大の特長は、ＬＮＧ排冷熱の持つ極低温という性質を、冷熱輸送駆動源として利用していることであり、従来の冷媒輸送方式の冷熱輸送技術のように、外部から新たなエネルギーを投入する必要がないことである。さらにこの装置によれば、パイプライン内を流動するのは水蒸気であり、冷熱はその蒸発潜熱の形で輸送されているから、原理的に外界との熱交換による冷熱損失がほとんど生じない。それに代わって水蒸気流動に伴いパイプライン５の圧力損失が生じるが、この圧力損失が蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂとコールドトラップ容器２ａ，２ｂとの間の圧力差より小さければ、蒸気輸送による冷熱輸送が可能である。
【００３０】蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）内の圧力は、氷の凍結温度である約０°Ｃの水の飽和圧力（三重点圧力）であり、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）の圧力はＬＮＧの蒸発温度（約−１６２°Ｃ）における水の飽和圧力であるから、この圧力差とパイプライン５の圧力損失から、輸送可能な冷熱量の最大値が決まる。基礎的な実験の結果、実際には蒸発蓄熱容器内の水滴の凍結は数Ｋ〜１０数Ｋの過冷却状態を経て生じるため、蒸発蓄熱容器内圧力を水の三重点圧力より低い４００Ｐａ程度とすることが必要であることが示されており、コールドトラップ容器側圧力も、生成する氷晶の熱抵抗によってＬＮＧ蒸発温度における水の飽和温度より高くなる。この圧力損失を４００Ｐａと見積もり、蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）とコールドトラップ容器２ａ（２ｂ）の間の圧力差を２００Ｐａとして理論的な解析を行った結果、パイプライン５の管路直径を０.２ｍ、管路の管摩擦係数を０.０１とすると、パイプライン長（冷熱輸送距離）を１ｋｍとしても、輸送できる冷熱量は８.２５ｋＷと概算できる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置によれば次のような効果が得られる。
(1) 熱交換器により気化する液化天然ガス（ＬＮＧ）の排冷熱でコールドトラップ容器内の水蒸気が氷晶化されることにより同容器に生じる減圧状態が、パイプラインを介し冷熱需要側の蒸発蓄熱容器内へ伝達移送され、これにより減圧された同蒸発蓄熱容器内に落下する水滴の蒸発で生じた冷熱が、熱交換器を介し冷熱需要側へ適切に取り出されるので、従来の液体冷媒を冷却して冷熱需要側へ輸送する手段に比べ大幅な効率の向上が期待される。
(2) 上記のコールドトラップ容器および蒸発蓄熱容器がいずれも複数ずつ設けられて、単一のパイプラインに切替バルブを介し接続されていると、上記パイプラインを介し減圧状態の伝達移送を行う作用が、一組のコールドトラップ容器と蒸発蓄熱容器との間で行われた後、他の組についても順次行われるので、上記パイプラインを有効に利用しながらＬＮＧの気化作用がほぼ連続的に効率よく行われるようになる。
(3) ＬＮＧを流通させる熱交換器の外面に付着した氷晶を融解させるための伝熱媒体流入管と伝熱媒体流出管とが、ＬＮＧ流入管とＬＮＧ流出管とにそれぞれ切替バルブを介し接続されていると、上記の伝熱媒体流出入管への切替えによる上記熱交換器の加熱に伴い、同熱交換器を内蔵するコールドトラップ容器を初期状態に復元する作用が迅速に行われるようになる。
(4) 上記蒸発蓄熱容器内で水滴の蒸発により生じた氷晶を、冷熱取り出し用熱交換器により融解して生じた水が、同蒸発蓄熱容器の下部から、ポンプを含む水循環系により取り出されて再び上記蒸発蓄熱容器の上部から内部へ水滴として供給されるようになっていると、同蒸発蓄熱容器のメンテナンスが著しく簡便化されるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１０１２３１６
【氏名又は名称】東京工業大学長
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２１日（１９９９．１０．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１４０１
【弁理士】
【氏名又は名称】飯沼 義彦 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１１６４１３（Ｐ２００１−１１６４１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２７日（２００１．４．２７） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２９９９３９ |
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