(57)【要約】【課題】既存のＬＮＧサテライトにも適用でき、簡単な構造かつ他のシステムに依存せず、ＬＮＧの持つ冷熱の多くを回収可能なＬＮＧ冷熱回収システムを提供することを目的とする。【解決手段】第一配管１４内のＬＮＧ温度を計測する第一配管温度センサ１６と、ＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８と、ＬＮＧ蒸発器２０を接続する第二配管２２と、ＬＮＧ蒸発器２０と第一配管１４を接続する第三配管２４と、ＬＮＧ蒸発器２０とカスケードコンデンサ２６を接続する第四配管２８と、カスケードコンデンサ２６と冷媒循環ポンプ３０を接続する第五配管３２と、冷媒循環ポンプ３０とＬＮＧ蒸発器２０を接続する第六配管３４から構成され、第一配管温度センサ１６、第六配管温度センサ３６の計測値からＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８の開度制御と冷媒循環ポンプ３０の起動を制御する制御部４４を備えるＬＮＧ冷熱回収システムを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスを冷却して生成されたＬＮＧの冷熱を回収するＬＮＧ冷熱回収システムにおいて、
ＬＮＧが流れる第一配管と、
前記第一配管の配管内部流体温度を計測するために設置された第一配管温度センサと、
前記第一配管上であって前記第一配管温度センサより下流側に設置されたＬＮＧ貯槽払出遮断弁と、
前記第一配管上であって前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁の上流側で分岐し、前記第一配管とＬＮＧ蒸発器を接続する第二配管と、
前記第一配管上であって前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁の下流側で前記ＬＮＧ蒸発器と前記第一配管とを接続する第三配管と、
前記ＬＮＧ蒸発器とカスケードコンデンサを接続し冷媒を移送する第四配管と、
前記カスケードコンデンサと冷媒循環ポンプの吸込み側を接続する第五配管と、
前記冷媒循環ポンプの吐出側と前記ＬＮＧ蒸発器を接続する第六配管と、
前記第六配管内部の流体温度を計測するために前記第六配管に設置された第六配管温度センサから構成され、
前記第一配管温度センサ、前記第六配管温度センサの計測値を基にして前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁の開度制御と前記冷媒循環ポンプの起動を制御する制御部を備えることを特徴とするＬＮＧ冷熱回収システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第一配管温度センサで計測された温度が予め設定した温度以下となった場合に前記冷媒循環ポンプを起動し、前記第六配管温度センサで計測した温度が予め設定した温度以下になるまで前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁を徐々に閉める制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ冷熱回収システム。
【請求項３】
前記制御部は前記第六配管温度センサで計測された温度が予め設定された温度を下回った場合、前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁を徐々に開ける制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＮＧ冷熱回収システム。
【請求項４】
前記ＬＮＧ蒸発器のＬＮＧ側出口部に設置され、前記ＬＮＧ蒸発器内部の温度を計測し前記制御部に伝送するＬＮＧ蒸発器温度センサと、
前記第四配管上に設置され配管内部流体温度を計測し前記制御部に伝送する第四配管温度センサと、を備え、
前記制御部は前記ＬＮＧ蒸発器温度センサで計測された温度が予め設定された温度より高い場合であって、前記第四配管温度センサと前記第六配管温度センサで計測された温度の温度差が予め設定された温度差より小さい場合には前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁を全開にすると共に前記冷媒循環ポンプを停止させる制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＬＮＧ冷熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）からＮＧ（天然ガス）を生成する際に排出される冷熱を回収するＬＮＧ冷熱回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＮＧは常温では気体であり、生産地と消費地がパイプラインで輸送できないような遠隔地にある場合には、−１６２℃程度まで冷却し、液化することでＬＮＧを生成し、体積を約６００分の１にまで減容して大型の専用運搬船で運搬することが一般的である。
【０００３】
このＬＮＧは専用運搬船で消費地まで運搬され、その後ＬＮＧタンクに移され、需要に応じてＮＧに戻された後、発電プラントやボイラー等で消費される。
【０００４】
またＬＮＧタンクに貯蔵されたＬＮＧの一部は、ＬＮＧの状態のままでＬＮＧローリーに移し替えられ各地の工場等のＬＮＧ需要家に送られる。
【０００５】
ＬＮＧローリーで輸送されたＬＮＧは、一般的にはＬＮＧ需要家の敷地内あるいは近隣にあるＬＮＧサテライト基地と呼ばれる設備に一時貯蔵され、需要に応じて順次ＬＮＧから気体であるＮＧを生成して消費される。
【０００６】
この低温液化流体であるＬＮＧを、気体であるＮＧにするには空気加温式の気化器や、温水、スチームといった熱源を使用する気化器が用いられる場合が多い。
【０００７】
しかし気化器を持つＬＮＧ需要家の中にはビルや工場の空調、工場の冷却プロセスなどのシステムに冷熱を必要とする場合もある。
【０００８】
ＬＮＧの冷熱を、冷熱を必要とする他のシステムに使用することができれば、ＮＧ生成のために燃料として消費されているエネルギーの削減と同時に他のシステム用の冷熱製造エネルギーの削減という二つの省エネルギーを同時に実現することができる。
【０００９】
そのため特許文献１にあるように低温液化ガスの冷熱を回収し、冷熱利用設備で利用するための低温液化ガス気化装置およびその運転方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３２４７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし特許文献１にある低温液化ガス気化装置およびその運転方法では、低温液化ガスから気体を生成するための熱媒体として主に水の使用を想定しているため、水と常温程度まで加熱が必要な気体とは温度差が小さく熱交換器が大型化してしまうこと、また既存の気化装置とは構成が全く異なるため新規に気化装置を建設する必要があり二重投資になるのでコストが嵩むという課題がある。
【００１２】
本発明では上記の課題に鑑み、装置が小型でかつ、既存の気化器があってもそのまま活用できるＬＮＧ冷熱回収システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）  本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムは、天然ガスを冷却して生成されたＬＮＧの冷熱を回収するＬＮＧ冷熱回収システムにおいて、ＬＮＧが流れる第一配管と、前記第一配管の配管内部流体温度を計測するために設置された第一配管温度センサと、前記第一配管上であって前記第一配管温度センサより下流側に設置されたＬＮＧ貯槽払出遮断弁と、前記第一配管上であって前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁の上流側で分岐し、前記第一配管とＬＮＧ蒸発器を接続する第二配管と、前記第一配管上であって前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁の下流側で前記ＬＮＧ蒸発器と前記第一配管とを接続する第三配管と、前記ＬＮＧ蒸発器とカスケードコンデンサを接続し冷媒を移送する第四配管と、前記カスケードコンデンサと冷媒循環ポンプの吸込み側を接続する第五配管と、前記冷媒循環ポンプの吐出側と前記ＬＮＧ蒸発器を接続する第六配管と、前記第六配管内部の流体温度を計測するために前記第六配管に設置された第六配管温度センサから構成され、前記第一配管温度センサ、前記第六配管温度センサの計測値を基にして前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁の開度制御と前記冷媒循環ポンプの起動を制御する制御部を備えることを特徴とする。
【００１４】
（２）  また本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムは、（１）に記載のＬＮＧ冷熱回収システムにおいて、前記制御部は、前記第一配管温度センサで計測された温度が予め設定した温度以下となった場合に前記冷媒循環ポンプを起動し、前記第六配管温度センサで計測した温度が予め設定した温度以下になるまで前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁を徐々に閉める制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
（３）  また本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムは、（１）または（２）に記載のＬＮＧ冷熱回収システムにおいて、前記制御部は前記第六配管温度センサで計測された温度が予め設定された温度を下回った場合、前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁を徐々に開ける制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
（４）  また本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムは、（１）から（３）のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱回収システムにおいて、前記ＬＮＧ蒸発器のＬＮＧ側出口部に設置され、前記ＬＮＧ蒸発器内部の温度を計測し前記制御部に伝送するＬＮＧ蒸発器温度センサと、前記第四配管上に設置され配管内部流体温度を計測し前記制御部に伝送する第四配管温度センサと、を備え、前記制御部は前記ＬＮＧ蒸発器温度センサで計測された温度が予め設定された温度より高い場合であって、前記第四配管温度センサと前記第六配管温度センサで計測された温度の温度差が予め設定された温度差より小さい場合には前記ＬＮＧ貯槽払出遮断弁を全開にすると共に前記冷媒循環ポンプを停止させる制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
（１）に記載のＬＮＧ冷熱回収システムによれば、液相のＬＮＧが気相のＮＧに相変化する際に温度勾配をもつという点を利用し、ＬＮＧの使用負荷が発生したことおよび冷熱利用設備における冷熱需要の有無を、二つの温度センサの計測のみで判定可能という簡単なシステムを実現することが可能となる。
【００１８】
またＬＮＧ冷熱を回収する冷媒には塩化メチレン等を使用することで、ＬＮＧの持つ冷熱（潜熱および顕熱の両方がある。）を顕熱のみとして回収し、カスケードコンデンサで冷媒の顕熱からレシーバータンク内の二酸化炭素等の冷媒に蒸発伝熱で潜熱として熱交換する。
【００１９】
これにより塩化メチレン等の冷媒の温度が十分に低下していない場合に冷媒が冷媒循環ポンプにより循環していてもカスケードコンデンサでは熱交換が行われない（蒸発による伝熱が起きない。）ので冷熱利用設備には熱的な負荷をかけない。
【００２０】
そのためこの簡単な構成でも効果的にＬＮＧの冷熱を回収することが可能という顕著な効果を有している。
【００２１】
更に既設のＬＮＧサテライト基地があっても後から追加することができ、かつ他のシステムからの情報に依存せず、独立したシステムとして稼働するのでシステムの安定性が高いという効果も有している。
【００２２】
（２）に記載のＬＮＧ冷熱回収システムによれば、第一配管温度センサで計測された値と第一配管内を流れるＬＮＧの流量はある程度の相関関係があるので、冷媒循環ポンプを起動するときの温度を任意に設定することで、冷熱回収を開始するＬＮＧの流量を自由に設定可能となる。
【００２３】
また第六配管温度センサで計測した値を基にＬＮＧ貯槽払出遮断弁の開度を制御することでＬＮＧの持つ冷熱の回収量を自由に設定することが可能となる。
【００２４】
（３）に記載のＬＮＧ冷熱回収システムによれば、第六配管温度センサで計測した値が予め設定した温度を下回った場合にＬＮＧ貯槽払出遮断弁を徐々に開けることでＬＮＧ冷熱回収システムに流れるＬＮＧ量を制限することが可能となり、冷媒の凍結を防ぐと同時にＬＮＧ冷熱回収システムで回収可能な最大限の冷熱を回収することが可能となる。
【００２５】
（４）に記載のＬＮＧ冷熱回収システムによれば、ＬＮＧ蒸発器温度センサで計測された値が予め設定された温度以上となった場合（すなわちＬＮＧの流量が減少したということ。）であって、第四配管温度センサと第六配管温度センサの温度差が予め設定された温度以下になった（すなわち冷媒側でもこれ以上の冷熱を回収できていないということ。）場合にはＬＮＧ貯槽払出遮断弁を全開（すなわちＬＮＧ冷熱回収システムにＬＮＧを流さない。）にし、冷媒循環ポンプを停止も停止する。これにより回収できるＬＮＧの流量が規定以下になったこと、および冷媒での冷熱回収が完了したことを確実に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムの全体模式図である。
【図２】本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムの起動時のフロー図である。
【図３】本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムの起動時のＬＮＧ負荷と温度センサの模式図である。
【図４】本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムの停止時のフロー図である。
【図５】本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システムの停止時のＬＮＧ負荷と温度センサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。かかる実施形態は発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。
【００２８】
なお本明細書および図面において実質的に同一の機能、構成を有する要素については同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２９】
図１はＬＮＧ冷熱回収システム１００のシステム構成を示す模式図である。
【００３０】
まずＬＮＧ冷熱回収システム１００のシステム構成について説明する。
【００３１】
−１６２℃程度まで冷却されたＬＮＧはＬＮＧ貯槽１０に貯蔵される。ＬＮＧ貯槽１０とＬＮＧ気化器１２を接続するＬＮＧが流れる第一配管１４上には配管内部流体温度を計測するために設置された第一配管温度センサ１６が設置されている。
【００３２】
第一配管１４上であって第一配管温度センサ１６より下流側にはＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８が設置されており、このＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８の開閉によりＬＮＧ冷熱回収システム１００にＬＮＧを送るか、あるいはＬＮＧ貯槽１０から直接、ＬＮＧ気化器１２にＬＮＧを送るかを選択することが可能である。
【００３３】
これは後述するＬＮＧ蒸発器がＬＮＧ冷熱回収システム１００に備えられていることによる流路抵抗の違いを利用しているためである。
【００３４】
第一配管１４上であってＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８の上流側で第一配管１４とＬＮＧ蒸発器２０を接続する第二配管２２が分岐しており、ＬＮＧ蒸発器のＬＮＧ出口側にはＬＮＧ蒸発器温度センサ２１が設置されている。
【００３５】
第一配管１４上であってＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８の下流側でＬＮＧ蒸発器２０と前記第一配管１４とが第三配管２４で接続されている。
【００３６】
ＬＮＧ蒸発器２０はカスケードコンデンサ２６と冷媒を移送する第四配管２８で接続されている。この冷媒には相変化を伴わず、顕熱で冷熱を回収する塩化メチレン等の冷媒が使用される。
【００３７】
また第四配管２８には配管内部の冷媒の温度を測定するために第四配管温度センサ２９が設置されている。
【００３８】
カスケードコンデンサ２６と冷媒循環ポンプ３０の吸込み側は第五配管３２で接続され、冷媒循環ポンプ３０の吐出側とＬＮＧ蒸発器２０は第六配管３４で接続されている。
【００３９】
第六配管３４内部の流体温度を計測するために第六配管温度センサ３６が設置されている。
【００４０】
カスケードコンデンサ２６は、レシーバータンク３８とガス配管４０および凝縮液配管４２で接続されている。
【００４１】
カスケードコンデンサ２６の冷媒側は塩化メチレン等で顕熱による熱交換であるが、もう一方の流体は二酸化炭素等が用いられる。
【００４２】
これにより冷媒側は顕熱、もう一方の流体は潜熱による熱交換（つまり蒸発による熱交換）が可能となっている。
【００４３】
第一配管温度センサ１６、ＬＮＧ蒸発器温度センサ２１、第四配管温度センサ２９、第六配管温度センサ３６の計測値は制御部４４に伝送され、制御部４４は伝送された値を基にしてＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８の開度制御と冷媒循環ポンプ３０の起動および停止を制御することが可能である。
【００４４】
次にＬＮＧ冷熱回収システム１００の起動時の動作について図１から図３を用いて説明する。
【００４５】
まず初期状態では、ＬＮＧ貯槽１０にはＬＮＧが―１６２℃程度の低温で貯蔵されており、ＬＮＧ気化器１２を接続する第一配管１４にもＬＮＧが満たされている。
【００４６】
ＬＮＧ気化器１２にはＬＮＧではなくほぼＮＧの状態であり、ＮＧの温度はほぼ常温程度までなっている。
【００４７】
第一配管１４内部はＬＮＧではなくほぼＮＧの状態であり、温度は気化器１２に近いほど高くなる。また初期状態ではＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８は全開の状態である。
【００４８】
ＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８が全開の状態だと、流路抵抗の関係からＬＮＧはＬＮＧ蒸発器２０をほとんど通らず、第一配管１４を通ってＬＮＧ気化器１２に流れることになる。
【００４９】
ＮＧユーザー側でＮＧの使用を開始すると、ＮＧユーザー側の圧力が低下するのでＬＮＧ貯槽１０からＬＮＧ気化器１２に向かってＬＮＧが流れ始める。ＬＮＧがＬＮＧ気化器１２に流入すると規定温度となるまで加熱され、ＮＧとなってＮＧユーザーに送られる。
【００５０】
ここでＬＮＧはメタンやエタン、プロパン等の混合物であるので、液相であるＬＮＧから気相であるＮＧに相変化する際に、水などと異なり温度勾配を持っている。
【００５１】
そのためＬＮＧの流量が増えてくると第一配管１４に設置された第一配管温度センサ１６の温度計測値が低下し始める。
【００５２】
図２に示したように、スタンバイ状態からＬＮＧの使用を開始すると、第一配管温度センサ１６の温度が予め設定された温度（図２では−１３０℃）以下となれば、制御部４４は冷媒循環ポンプ３０を起動すると同時にＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８の閉制御を開始する（図３のＡ点）。なおこの際、ＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８は全閉とはせず開度を絞る制御を行うことで第一配管１４の流路の抵抗を増加させ、ＬＮＧをＬＮＧ蒸発器２０に流入させることが可能となる。
【００５３】
これにより冷媒（塩化メチレン等）がＬＮＧ蒸発器２０とカスケードコンデンサ２６の間で循環を開始すると同時にＬＮＧ冷熱の回収も開始する。
【００５４】
なお循環開始直後は冷媒の温度は十分に下がっていないが、カスケードコンデンサ２６内のもう一方の流体は二酸化炭素等で潜熱交換なので、冷媒の温度が高いうちはガスのままの状態であり熱交換は発生しない。
【００５５】
冷媒温度が下がってくると、カスケードコンデンサ２６内のもう一方の流体は凝縮を開始し、凝縮した流体は凝縮液配管４２を通ってレシーバータンク３８に流れていく。
【００５６】
それと同時にレシーバータンク３８からガスがガス配管４０を通ってカスケードコンデンサ２６内に引き込まれ、冷媒と熱交換し、凝縮することになる。
【００５７】
このように冷媒側が顕熱、もう一方が潜熱のカスケードコンデンサを利用することにより、冷媒温度が高いうちは熱交換が発生せず、低くなった場合のみ冷熱利用設備に冷熱を供給できる構成となっている。つまりＬＮＧの温度だけを測定し、冷媒循環ポンプ３０を起動するというシンプルな構成だが、起動時に冷熱利用設備から冷熱を奪うなどの負担をかけることなく、冷熱を回収することが可能である。
【００５８】
次に第六配管温度センサ３６の温度が予め設定された温度（図２では−４５℃）を超えている場合には制御部４４はＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８を閉制御する。これは冷熱回収量を最大化するためである。
【００５９】
また  次に第六配管温度センサ３６の温度が予め設定された温度以下の場合には制御部４４はＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８を開制御する。ＬＮＧは−１６２℃程度の低温なので冷媒の凍結による閉塞のトラブルを防ぐためである。
【００６０】
図３ではＢ−Ｃ間に相当する。このように本発明に係るＬＮＧ冷熱回収システム１００はＬＮＧの持つ冷熱全てを回収しようとしていない。
【００６１】
これはＬＮＧ気化器１２が既設で存在する場合が多く、費用対効果を考慮したためである。
【００６２】
次にＬＮＧ冷熱回収システム１００の停止時の動作について図４および図５を用いて説明する。
【００６３】
図４に示すようにＬＮＧ蒸発器温度センサ２１が予め設定された温度（図４では−４０℃）を超えた場合であって、第四配管温度センサ２９と第六配管温度センサ３６の温度差が予め設定された温度以内（図４では０．５℃）となった場合には制御部４４はＬＮＧ貯槽払出遮断弁１８を全開にし、冷媒循環ポンプ３０を停止する。これによりＬＮＧ冷熱回収システム１００は停止する。
【００６４】
ＬＮＧ蒸発器温度センサ２１が予め設定された温度を超えたということはＬＮＧの流量が減少した、あるいは流れていないということを示している。
【００６５】
また第四配管温度センサ２９と第六配管温度センサ３６の温度差が予め設定された温度以内となったということは冷媒で冷熱が回収できていないということを示している。
【００６６】
この二つの条件を満たす範囲は図５のＤ−Ｅ間に相当する。
【００６７】
この動作により、ＬＮＧが冷熱を回収するほどには流れていないことを検知すると同時に、冷媒でも冷熱を回収できていないことも検知し、冷熱回収量を最大化しながらシステムを確実に停止することが可能となる。
【００６８】
このようにＬＮＧ冷熱回収システム１００は起動および停止だけでなくＬＮＧのもつ冷熱の回収を最大化について、システム内の温度センサだけで実現している
【００６９】
このため他のシステムからの情報に依存せず、また既設のＬＮＧサテライトが存在する場合であっても後付けで設置することも可能という顕著な効果を有している。
【００７０】
以上、実施形態について説明した。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、ＬＮＧから天然ガスを生成する際に排出される冷熱を回収することのできるＬＮＧ冷熱回収システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０：ＬＮＧ貯槽、１２：ＬＮＧ気化器、１４：第一配管、１６：第一配管温度センサ、１８：ＬＮＧ貯槽払出遮断弁、２０：ＬＮＧ蒸発器、２１：ＬＮＧ蒸発器温度センサ、２２：第二配管、２４：第三配管、２６：カスケードコンデンサ、２８：第四配管、２９：第四配管温度センサ、３０：冷媒循環ポンプ、３２：第五配管、３４：第六配管、３６：第六配管温度センサ、３８：レシーバータンク、４０：ガス配管、４２：凝縮液配管、４４：制御部、１００：ＬＮＧ冷熱回収システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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