(57)【要約】【課題】２つの流体の熱交換を行って一方の流体を他方の流体で液化する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる熱交換設備を提供する。【解決手段】第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行う第一熱交換器１２０を備える熱交換設備１００であって、第一熱交換器１２０は、第一流体ｆ１と第一熱媒体ｎ１との熱交換を行う第一熱交換部１２１と、第二流体ｆ２と第一熱媒体ｎ１との熱交換を行う第二熱交換部１２２と、を有し、第一熱媒体ｎ１は、第一流体ｆ１よりも低く第二流体ｆ２よりも高い沸点を有し、第一熱交換部１２１は、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却して液化させるとともに、液体の状態の第一熱媒体ｎ１を加熱して気化させ、第二熱交換部１２２は、液体の状態の第二流体ｆ２を加熱して気化させるとともに、気体の状態の第一熱媒体ｎ１を冷却して液化させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一流体と第二流体との熱交換を行う第一熱交換器を備える熱交換設備であって、
前記第一熱交換器は、
第一流体と第一熱媒体との熱交換を行う第一熱交換部と、
第二流体と前記第一熱媒体との熱交換を行う第二熱交換部と、を有し、
前記第一熱媒体は、前記第一流体よりも低く前記第二流体よりも高い沸点を有し、
前記第一熱交換部は、気体の状態の前記第一流体を冷却して液化させるとともに、液体の状態の前記第一熱媒体を加熱して気化させ、
前記第二熱交換部は、液体の状態の前記第二流体を加熱して気化させるとともに、気体の状態の前記第一熱媒体を冷却して液化させる
熱交換設備。
【請求項２】
前記第一熱交換部は、
液体の状態の前記第一熱媒体が収容される第一収容部と、
前記第一収容部内に配置され、気体の状態の前記第一流体が流入し且つ液体の状態の前記第一流体が流出する第一流路と、を有し、
前記第二熱交換部は、
前記第一収容部と接続され、気体の状態の前記第一熱媒体が収容される第二収容部と、
前記第二収容部内に配置され、液体の状態の前記第二流体が流入し且つ気体の状態の前記第二流体が流出する第二流路と、を有する
請求項１に記載の熱交換設備。
【請求項３】
前記第一流路は、前記第一流体が流れる第一配管を有し、
前記第二流路は、前記第二流体が流れる第二配管を有し、
前記第一収容部及び前記第二収容部は、前記第一配管及び前記第二配管を収容する第一容器を有する
請求項２に記載の熱交換設備。
【請求項４】
前記第一流路は、前記第一流体が流れる第一配管を有し、
前記第二流路は、前記第二流体が流れる第二配管を有し、
前記第一収容部及び前記第二収容部は、前記第一配管を収容する第二容器と、前記第二配管を収容する第三容器と、前記第二容器及び前記第三容器を接続する接続配管と、を有する
請求項２に記載の熱交換設備。
【請求項５】
前記第一熱交換部は、前記第一流体として空気を冷却して液化させ、
前記第二熱交換部は、前記第二流体として液化燃料を加熱して気化させる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換設備。
【請求項６】
前記第一熱交換部は、液化された不燃性ガスを前記第一熱媒体として加熱して気化させ、
前記第二熱交換部は、気化された前記不燃性ガスを冷却して液化させる
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換設備。
【請求項７】
さらに、
前記第一熱交換部に流入する前の前記第一流体と、前記第二熱交換部から流出した後の前記第二流体との熱交換を行う第二熱交換器を備え、
前記第二熱交換器は、
当該第一流体を冷却するとともに、当該第一流体の温度よりも低い沸点を有する第二熱媒体を加熱して気化させる第三熱交換部と、
当該第二流体を加熱するとともに、当該第二流体の温度よりも高い沸点を有する前記第二熱媒体を冷却して液化させる第四熱交換部と、を有する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換設備。
【請求項８】
さらに、
前記第一熱交換部に流入する前の前記第一流体を圧縮する圧縮機を備える
請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換設備。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換設備と、
前記熱交換設備の第一熱交換器から流出した後の第一流体及び第二流体の少なくとも一方の流体を用いて発電を行う発電部と、
を備える発電設備。
【請求項１０】
前記第一熱交換器は、前記第一流体として空気を液化させて液化空気を生成するとともに、前記第二流体として液化燃料を気化させてガス燃料を生成し、
前記発電部は、前記ガス燃料が供給されるガスタービンを有し、
前記熱交換設備は、前記液化空気及び前記ガス燃料の少なくとも一方が有する冷熱を用いて、前記ガスタービンに吸気される空気を冷却する
請求項９に記載の発電設備。
【請求項１１】
前記熱交換設備は、前記液化空気を、前記ガスタービンに吸気される空気に供給する
請求項１０に記載の発電設備。
【請求項１２】
前記熱交換設備は、前記液化空気を酸素富化して酸素富化液化空気を生成し、生成した前記酸素富化液化空気を、前記ガスタービンに吸気される空気に供給する
請求項１１に記載の発電設備。
【請求項１３】
前記熱交換設備は、前記ガス燃料を加熱するとともに、前記ガスタービンに吸気される空気を冷却する第三熱交換器を有する
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の発電設備。
【請求項１４】
前記熱交換設備は、前記液化空気を加熱して膨張タービンに供給するとともに、前記ガスタービンに吸気される空気を冷却する第四熱交換器を有する
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の発電設備。
【請求項１５】
第一流体と第二流体との熱交換を行う熱交換方法であって、
第一流体と第一熱媒体との熱交換を行う第一熱交換ステップと、
第二流体と前記第一熱媒体との熱交換を行う第二熱交換ステップと、を含み、
前記第一熱媒体は、前記第一流体よりも低く前記第二流体よりも高い沸点を有し、
前記第一熱交換ステップでは、気体の状態の前記第一流体を冷却して液化させるとともに、液体の状態の前記第一熱媒体を加熱して気化させ、
前記第二熱交換ステップでは、液体の状態の前記第二流体を加熱して気化させるとともに、気体の状態の前記第一熱媒体を冷却して液化させる
熱交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体の熱交換を行う熱交換設備、当該熱交換設備を備える発電設備、及び、熱交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの流体の熱交換を行う熱交換設備において、一方の流体を、他方の流体が有する冷熱を用いて液化する技術が知られている。例えば、特許文献１には、保冷タンクＡから注入した液体空気を熱交換流路に圧送し、昇温・膨張した気化空気で、発電用タービンとその発電機を高速駆動させ、保冷タンクＢから注入した液体水素を、熱交換チューブに圧送し、熱交換で発電用タービンから排気した気化空気を冷却・液化して保冷タンクＡに送り返すサイクルと、気化空気との熱交換で昇温した気化水素を、膨張弁の膨張減圧・冷却作用で液化層に送り返すサイクルとにより、高速排気した作動流体の気化空気を確実に液化・再生する設備が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の設備では、２つの流体の熱交換を行って一方の流体を他方の流体で液化する際に、熱交換チューブが損傷する等により当該２つの流体が混ざってしまうおそれがある。当該２つの流体が混ざってしまうと、当該２つの流体が流れる系統に影響を及ぼす可能性がある。例えば、配管に、設計と異なる流体が流れ込むと腐食の要因となったり、上記特許文献１では当該２つの流体は水素及び空気であるため、当該２つの流体が混ざると発火の要因となったりする等の不具合が発生するおそれがある。しかし、上記特許文献１において当該２つの流体が混ざるのを抑制するには、構成が複雑になることが予想される。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、２つの流体の熱交換を行って一方の流体を他方の流体で液化する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる熱交換設備、発電設備及び熱交換方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る熱交換設備は、第一流体と第二流体との熱交換を行う第一熱交換器を備える熱交換設備であって、前記第一熱交換器は、第一流体と第一熱媒体との熱交換を行う第一熱交換部と、第二流体と前記第一熱媒体との熱交換を行う第二熱交換部と、を有し、前記第一熱媒体は、前記第一流体よりも低く前記第二流体よりも高い沸点を有し、前記第一熱交換部は、気体の状態の前記第一流体を冷却して液化させるとともに、液体の状態の前記第一熱媒体を加熱して気化させ、前記第二熱交換部は、液体の状態の前記第二流体を加熱して気化させるとともに、気体の状態の前記第一熱媒体を冷却して液化させる。
【０００７】
これによれば、熱交換設備の第一熱交換器は、第一熱媒体を用いて、気体の状態の第一流体を冷却して液化させる第一熱交換部と、第一熱媒体を用いて、液体の状態の第二流体を加熱して気化させる第二熱交換部とを有している。このように、第一流体及び第二流体は、第一熱媒体を介して熱交換されるため、第一熱交換器の第一熱交換部または第二熱交換部が損傷した場合でも、第一流体及び第二流体が混ざってしまうのを抑制することができる。また、第一熱媒体は、第一流体の沸点よりも低く第二流体の沸点よりも高い温度の沸点を有しているため、第一熱媒体が液体と気体とに繰り返し相変化することで、第一流体を液化させ、第二流体を気化させることができる。このため、簡易な構成で、第一流体と第二流体との熱交換を行うことができる。これらにより、熱交換設備において、２つの流体の熱交換を行って一方の流体を他方の流体で液化する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【０００８】
また、前記第一熱交換部は、液体の状態の前記第一熱媒体が収容される第一収容部と、前記第一収容部内に配置され、気体の状態の前記第一流体が流入し且つ液体の状態の前記第一流体が流出する第一流路と、を有し、前記第二熱交換部は、前記第一収容部と接続され、気体の状態の前記第一熱媒体が収容される第二収容部と、前記第二収容部内に配置され、液体の状態の前記第二流体が流入し且つ気体の状態の前記第二流体が流出する第二流路と、を有することにしてもよい。
【０００９】
これによれば、第一熱交換部は、第一熱媒体が収容される第一収容部と、第一収容部内に、第一流体が流れる第一流路とを有し、第二熱交換部は、第一収容部と接続され第一熱媒体が収容される第二収容部と、第二収容部内に、第二流体が流れる第二流路とを有している。このように、第一流体は第一流路を流れ、第二流体は第二流路を流れ、第一熱媒体は第一収容部及び第二収容部に収容される構成とすることにより、簡易な構成で、第一流体及び第二流体を、第一熱媒体を介して熱交換することができる。これにより、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００１０】
また、前記第一流路は、前記第一流体が流れる第一配管を有し、前記第二流路は、前記第二流体が流れる第二配管を有し、前記第一収容部及び前記第二収容部は、前記第一配管及び前記第二配管を収容する第一容器を有することにしてもよい。
【００１１】
これによれば、第一熱交換部の第一流路は、第一流体が流れる第一配管を有し、第二熱交換部の第二流路は、第二流体が流れる第二配管を有し、第一収容部及び第二収容部は、第一配管及び第二配管を収容する第一容器を有している。このように、第一流体は第一配管を流れ、第二流体は第二配管を流れ、第一熱媒体は第一容器に収容される構成とすることにより、簡易な構成で、第一流体及び第二流体を、第一熱媒体を介して熱交換することができる。これにより、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００１２】
また、前記第一流路は、前記第一流体が流れる第一配管を有し、前記第二流路は、前記第二流体が流れる第二配管を有し、前記第一収容部及び前記第二収容部は、前記第一配管を収容する第二容器と、前記第二配管を収容する第三容器と、前記第二容器及び前記第三容器を接続する接続配管と、を有することにしてもよい。
【００１３】
これによれば、第一熱交換部の第一流路は、第一流体が流れる第一配管を有し、第二熱交換部の第二流路は、第二流体が流れる第二配管を有している。また、第一収容部及び第二収容部は、第一配管を収容する第二容器と、第二配管を収容する第三容器と、第二容器及び第三容器を接続する接続配管とを有している。このように、第一流体は第一配管を流れ、第二流体は第二配管を流れ、第一熱媒体は第二容器及び第三容器に収容されて接続配管を流れる構成とすることにより、簡易な構成で、第一流体及び第二流体を、第一熱媒体を介して熱交換することができる。これにより、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００１４】
また、前記第一熱交換部は、前記第一流体として空気を冷却して液化させ、前記第二熱交換部は、前記第二流体として液化燃料を加熱して気化させることにしてもよい。
【００１５】
これによれば、第一流体は空気であり、第一熱交換部は、空気を冷却して液化させ、第二流体は液化燃料であり、第二熱交換部は、液化燃料を加熱して気化させる。これにより、例えば液化天然ガス等の液化燃料が有する冷熱を用いて、空気を液化させることができる。
【００１６】
また、前記第一熱交換部は、液化された不燃性ガスを前記第一熱媒体として加熱して気化させ、前記第二熱交換部は、気化された前記不燃性ガスを冷却して液化させることにしてもよい。
【００１７】
これによれば、第一熱媒体は不燃性ガスであり、第一熱交換部は、液化された不燃性ガスを加熱して気化させ、第二熱交換部は、気化された不燃性ガスを冷却して液化させる。このように、第一熱媒体は不燃性ガスであるため、第一熱交換部または第二熱交換部が損傷する等によって、第一流体または第二流体と第一熱媒体とが混ざってしまった場合でも、第一流体または第二流体が発火する等の不具合を抑制することができる。
【００１８】
また、さらに、前記第一熱交換部に流入する前の前記第一流体と、前記第二熱交換部から流出した後の前記第二流体との熱交換を行う第二熱交換器を備え、前記第二熱交換器は、当該第一流体を冷却するとともに、当該第一流体の温度よりも低い沸点を有する第二熱媒体を加熱して気化させる第三熱交換部と、当該第二流体を加熱するとともに、当該第二流体の温度よりも高い沸点を有する前記第二熱媒体を冷却して液化させる第四熱交換部と、を有することにしてもよい。
【００１９】
これによれば、熱交換設備の第二熱交換器は、第二熱媒体を用いて、第一熱交換部に流入する前の第一流体を冷却する第三熱交換部と、第二熱媒体を用いて、第二熱交換部から流出した後の第二流体を加熱する第四熱交換部とを有している。このように、第一流体及び第二流体は、第二熱媒体を介して熱交換されるため、第二熱交換器の第三熱交換部または第四熱交換部が損傷した場合でも、第一流体及び第二流体が混ざってしまうのを抑制することができる。また、第二熱媒体は、第一流体の温度よりも低く第二流体の温度よりも高い温度の沸点を有しているため、第二熱媒体が液体と気体とに繰り返し相変化することで、第一流体を冷却し、第二流体を加熱することができる。このため、簡易な構成で、第一流体と第二流体との熱交換を行うことができる。これらにより、熱交換設備において、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００２０】
また、さらに、前記第一熱交換部に流入する前の前記第一流体を圧縮する圧縮機を備えることにしてもよい。
【００２１】
これによれば、熱交換設備は、第一熱交換部に流入する前の第一流体を圧縮する圧縮機を備えているため、第一熱交換部に流入する前に、第一流体を加圧して、第一流体の沸点を上げることができる。これにより、第二流体の温度が第一流体の大気圧下での沸点よりも高い場合でも、第一流体の沸点を上げることにより、第一流体及び第二流体の熱交換において、気体の状態の第一流体を液化させることができる。
【００２２】
また、本発明の一態様に係る発電設備は、上記の熱交換設備と、前記熱交換設備の第一熱交換器から流出した後の第一流体及び第二流体の少なくとも一方の流体を用いて発電を行う発電部と、を備える。
【００２３】
これによれば、発電設備は、上記の熱交換設備と、熱交換設備で生成される第一流体及び第二流体の少なくとも一方の流体を用いて発電を行う発電部と、を備えている。これにより、発電設備において、発電に利用可能な２つの流体を熱交換によって生成する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００２４】
また、前記第一熱交換器は、前記第一流体として空気を液化させて液化空気を生成するとともに、前記第二流体として液化燃料を気化させてガス燃料を生成し、前記発電部は、前記ガス燃料が供給されるガスタービンを有し、前記熱交換設備は、前記液化空気及び前記ガス燃料の少なくとも一方が有する冷熱を用いて、前記ガスタービンに吸気される空気を冷却することにしてもよい。
【００２５】
これによれば、第一熱交換器は、空気を液化させて液化空気を生成するとともに、液化燃料を気化させてガス燃料を生成し、熱交換設備は、当該液化空気及び当該ガス燃料の少なくとも一方が有する冷熱を用いて、発電部のガスタービンに吸気される空気を冷却する。このように、例えば液化天然ガス等の液化燃料を気化させる際に空気を液化させ、生成した液化空気またはガス燃料の冷熱でガスタービンに吸気される空気を冷却することで、ガスタービンの発電効率の向上を図ることができる。
【００２６】
また、前記熱交換設備は、前記液化空気を、前記ガスタービンに吸気される空気に供給することにしてもよい。
【００２７】
これによれば、熱交換設備は、生成した液化空気を、ガスタービンに吸気される空気に供給する。これにより、液化空気の冷熱で、ガスタービンに吸気される空気を冷却することができるため、ガスタービンの発電効率の向上を図ることができる。
【００２８】
また、前記熱交換設備は、前記液化空気を酸素富化して酸素富化液化空気を生成し、生成した前記酸素富化液化空気を、前記ガスタービンに吸気される空気に供給することにしてもよい。
【００２９】
これによれば、熱交換設備は、生成した液化空気を酸素富化して、ガスタービンに吸気される空気に供給する。これにより、ガスタービンにおいて、酸素富化された空気が燃焼されるため、ガスタービンの発電効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、前記熱交換設備は、前記ガス燃料を加熱するとともに、前記ガスタービンに吸気される空気を冷却する第三熱交換器を有することにしてもよい。
【００３１】
これによれば、熱交換設備は、生成したガス燃料を加熱するとともに、ガスタービンに吸気される空気を冷却する第三熱交換器を有している。これにより、ガス燃料の冷熱で、ガスタービンに吸気される空気を冷却することができるため、ガスタービンの発電効率の向上を図ることができる。
【００３２】
また、前記熱交換設備は、前記液化空気を加熱して膨張タービンに供給するとともに、前記ガスタービンに吸気される空気を冷却する第四熱交換器を有することにしてもよい。
【００３３】
これによれば、熱交換設備は、生成した液化空気を加熱して膨張タービンに供給するとともに、ガスタービンに吸気される空気を冷却する第四熱交換器を有している。これにより、液化空気が、ガスタービンに吸気される空気を冷却し、かつ、膨張タービンを駆動させることができるため、発電設備の発電効率の向上を図ることができる。
【００３４】
また、本発明は、熱交換設備が備える各構成要素によって行われる各ステップを含む熱交換方法として実現することもできる。また、本発明は、当該各ステップを実行するための処理部（制御部）を備える集積回路として実現することもできる。また、本発明は、当該ステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの記録媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明における熱交換設備等によれば、２つの流体の熱交換を行って一方の流体を他方の流体で液化する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態に係る発電設備の概略構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る熱交換設備の構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態に係る第一熱交換器の構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態に係る熱交換設備において行われる熱交換方法を説明するフローチャートである。
【図５Ａ】実施の形態の変形例１に係る第一熱交換器の第一熱交換部の構成を示す断面図である。
【図５Ｂ】実施の形態の変形例１に係る第一熱交換器の第二熱交換部の構成を示す断面図である。
【図５Ｃ】実施の形態の変形例１に係る第一熱交換器の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態の変形例２に係る熱交換設備の構成を示す模式図である。
【図７】実施の形態の変形例３に係る熱交換設備の構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態の変形例３に係る熱交換設備の構成を示す模式図である。
【図９】実施の形態の変形例３に係る熱交換設備の構成を示す模式図である。
【図１０】実施の形態の変形例４に係る熱交換設備の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態及びその変形例に係る熱交換設備、発電設備及び熱交換方法について説明する。なお、以下で説明する実施の形態及びその変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態及びその変形例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、熱交換方法のステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態及びその変形例における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、模式図であり、寸法等は厳密に図示したものではない。
【００３８】
（実施の形態）
［１  発電設備１の全般的な説明］
まず、発電設備１の概略構成について、説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発電設備１の概略構成を示す模式図である。
【００３９】
発電設備１は、ガスタービンを用いた発電設備であり、図１に示すように、発電部２と、熱交換設備１００と、を備えている。発電部２は、ガスタービン１０、排熱回収ボイラ２０、蒸気タービン３０、及び、発電機４０等を有している。つまり、発電設備１は、本実施の形態では、コンバインドサイクル発電方式の火力発電設備である。これらの各構成要素について、以下に具体的に説明する。
【００４０】
ガスタービン１０は、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮された空気を燃料とともに燃焼する燃焼器１２と、燃焼ガスによって回転するタービン１３と、を有している。この構成により、ガスタービン１０は、吸い込んだ空気を圧縮機１１で高圧空気に圧縮し、燃焼器１２で当該高圧空気に燃料を噴射して、燃焼させる。そして、高温高圧となった燃焼ガスが、タービン１３を回転軸１４まわりに回転させる。これにより、ガスタービン１０は、発電機４０に回転軸１４まわりの回転力を与え、電力を発生させる。また、タービン１３は、圧縮機１１にも回転軸１４まわりの回転力を与える。そして、タービン１３を回転させた燃焼ガスは、排熱回収ボイラ２０に排出される。
【００４１】
排熱回収ボイラ２０は、内部に、内部配管２１を有している。内部配管２１には、水（純水）が供給され、ガスタービン１０から排出される燃焼ガスによって当該水が加熱されて蒸気となり、当該蒸気は、蒸気配管２２を通って、蒸気タービン３０に供給される。また、ガスタービン１０から排出された燃焼ガスは、内部配管２１内の流体を加熱した後に、排ガス配管２３を通って、煙突２４から排出される。なお、当該燃焼ガスは、煙突２４から排出されるまでに、脱硝装置等（図示せず）によって不要な物質が除去される。
【００４２】
蒸気タービン３０は、排熱回収ボイラ２０で生成された蒸気が供給され、当該蒸気のエネルギーで駆動（回転軸１４まわりに回転）するタービンである。なお、蒸気タービン３０の構成は特に限定されず、１つのタービンで構成されていてもよいし、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービン等の複数のタービンを有していてもよい。また、蒸気タービン３０を出た蒸気は、復水器３１に送られ、復水器３１で海水によって冷やされて水になり、給水配管３２を通って排熱回収ボイラ２０の内部配管２１に送られる。
【００４３】
発電機４０は、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０によって発電する発電機である。つまり、発電機４０は、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０に同軸（回転軸１４）で接続されており、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０が回転することで、発電機４０が回転し、発電が行われる。このように、発電機４０は、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０の回転力を電力に変換することによって発電を行うタービン発電機である。発電機４０が発電した電力は、電力ケーブル４１を通って開閉所５０に送られ、さらに、電力ケーブル５１を通って送電鉄塔５２に送られる。
【００４４】
熱交換設備１００は、第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行う熱交換設備である。本実施の形態では、第一流体ｆ１は、空気（外気）であり、第二流体ｆ２と熱交換を行った後に、液化空気となる。また、第二流体ｆ２は、液化天然ガス（ＬＮＧ）または液化水素（ＬＨ２）等の液化燃料であり、第一流体ｆ１と熱交換を行った後に、天然ガス（ＮＧ）または水素（Ｈ２）等のガス燃料となる。そして、熱交換設備１００は、液化空気及びガス燃料の少なくとも一方が有する冷熱を用いて、ガスタービン１０に吸気される空気を冷却する。
【００４５】
本実施の形態では、熱交換設備１００は、第二流体ｆ２と熱交換を行った後の第一流体ｆ１を、ガスタービン１０の圧縮機１１で圧縮される空気ａ１（本実施の形態では、外気）に供給する。つまり、熱交換設備１００は、液化空気を用いて、ガスタービン１０に吸気される空気を冷却する。そして、圧縮機１１は、液化空気である第一流体ｆ１で冷却された空気ａ１を圧縮する。また、熱交換設備１００は、第一流体ｆ１と熱交換を行った後の第二流体ｆ２を、ガスタービン１０の燃焼器１２に供給する。つまり、燃焼器１２は、圧縮された空気ａ１をガス燃料である第二流体ｆ２とともに燃焼する。この熱交換設備１００の具体的な構成について、以下に詳細に説明する。
【００４６】
［２  熱交換設備１００の構成の説明］
図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換設備１００の構成を示す模式図である。
【００４７】
図２に示すように、熱交換設備１００は、第二流体貯槽１１０と、第一熱交換器１２０と、第二熱交換器１３０と、第三熱交換器１４０と、前処理装置１５０と、圧縮機１６０と、第一流体貯槽１７０と、第四熱交換器１８０と、を備えている。また、発電部２は、上述のガスタービン１０等に加え、膨張タービン６１と発電機６２とを有する膨張発電設備６０を備えている。これらの各構成要素について、以下に具体的に説明する。
【００４８】
［２．１  第二流体貯槽１１０の構成の説明］
第二流体貯槽１１０は、第二流体ｆ２を貯蔵するタンクである。上述の通り、本実施の形態では、第一熱交換器１２０で熱交換される前の第二流体ｆ２は、ＬＮＧ等の液化燃料であるため、第二流体貯槽１１０は、ＬＮＧタンク等である。第二流体貯槽１１０は、貯蔵している第二流体ｆ２を第一熱交換器１２０に供給する。
【００４９】
［２．２  第一熱交換器１２０の構成の説明］
第一熱交換器１２０は、第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行う熱交換器であり、第一流体ｆ１を冷却するとともに、第二流体ｆ２を加熱する。具体的には、第一熱交換器１２０は、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却して液化させるとともに、液体の状態の第二流体ｆ２を加熱して気化させる。本実施の形態では、第一熱交換器１２０は、第一流体ｆ１として空気を液化させて液化空気を生成するとともに、第二流体ｆ２として液化燃料を気化させてガス燃料を生成する。
【００５０】
さらに具体的には、第一熱交換器１２０は、第一熱交換部１２１と、第二熱交換部１２２と、を有している。第一熱交換部１２１は、第一流体ｆ１と第一熱媒体ｎ１との熱交換を行う部位である。第二熱交換部１２２は、第二流体ｆ２と第一熱媒体ｎ１との熱交換を行う部位である。つまり、第一熱交換器１２０は、第一熱交換部１２１及び第二熱交換部１２２によって、第一熱媒体ｎ１を介して、第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行う。
【００５１】
ここで、第一熱媒体ｎ１は、第一流体ｆ１よりも低く第二流体ｆ２よりも高い温度を有することで、第一流体ｆ１を冷却するとともに第二流体ｆ２を加熱することができる中間媒体である。具体的には、第一熱媒体ｎ１は、第一流体ｆ１よりも低く第二流体ｆ２よりも高い沸点を有している。例えば、第一熱媒体ｎ１は、圧力、濃度等が調整されることで、沸点が、第一流体ｆ１の沸点よりも低く第二流体ｆ２の沸点よりも高い温度になるように設定されている。
【００５２】
具体的には、第一熱媒体ｎ１は、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不燃性ガス（または不活性ガス）である。例えば、第一流体ｆ１が空気の場合には、２．５〜３ＭＰａ程度に加圧された空気の沸点（液化温度）は約−１５０℃であり、第二流体ｆ２がＬＮＧの場合には、ＬＮＧの沸点（気化温度）は約−１６０℃であるため、第一熱媒体ｎ１の沸点（蒸発温度）は、約−１５５℃に設定される。この場合、第一熱媒体ｎ１が窒素であれば、２．３ＭＰａ程度まで加圧することで、また、第一熱媒体ｎ１がアルゴンであれば、１．１ＭＰａ程度まで加圧することで、第一熱媒体ｎ１の沸点を約−１５５℃に設定することができる。
【００５３】
以上のような第一熱媒体ｎ１を用いることにより、第一熱交換部１２１は、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却して液化させるとともに、液体の状態の第一熱媒体ｎ１を加熱して気化させる。つまり、第一熱交換部１２１は、第一流体ｆ１として空気を冷却して液化させるとともに、液化された不燃性ガスを第一熱媒体ｎ１として加熱して気化させる。
【００５４】
このように、第一熱交換部１２１には、圧縮機１６０（具体的には圧縮機１６３）から供給される気体の状態の第一流体ｆ１（ｆ１ａ８とも呼ぶ）が流入される。そして、第一熱交換部１２１から、液体の状態の第一流体ｆ１（ｆ１ｌ１とも呼ぶ）が流出されて、流出された第一流体ｆ１ｌ１は第一流体貯槽１７０に供給される。
【００５５】
また、第二熱交換部１２２は、液体の状態の第二流体ｆ２を加熱して気化させるとともに、気体の状態の第一熱媒体ｎ１を冷却して液化させる。つまり、第二熱交換部１２２は、第二流体ｆ２として液化燃料を加熱して気化させるとともに、気化された不燃性ガスを冷却して液化させる。
【００５６】
このように、第二熱交換部１２２には、第二流体貯槽１１０から供給される液体の状態の第二流体ｆ２（ｆ２ｌとも呼ぶ）が流入される。そして、第二熱交換部１２２から、気体の状態の第二流体ｆ２（ｆ２ａ１とも呼ぶ）が流出されて、流出された第二流体ｆ２ａ１は第二熱交換器１３０に供給される。第一熱交換器１２０（第一熱交換部１２１及び第二熱交換部１２２）の構造についての詳細な説明は、後述する。
【００５７】
［２．３  第二熱交換器１３０及び圧縮機１６０の構成の説明］
第二熱交換器１３０は、第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１に流入する前の第一流体ｆ１と、第二熱交換部１２２から流出した後の第二流体ｆ２との熱交換を行う熱交換器であり、第一流体ｆ１を冷却するとともに、第二流体ｆ２を加熱する。つまり、第二熱交換器１３０は、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却するとともに、気体の状態の第二流体ｆ２を加熱する。
【００５８】
圧縮機１６０は、第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１に流入する前の第一流体ｆ１を圧縮する圧縮機である。つまり、圧縮機１６０は、第二熱交換器１３０で冷却された第一流体ｆ１を圧縮し、圧縮した第一流体ｆ１を第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１に供給する。
【００５９】
本実施の形態では、３つの第二熱交換器１３０（第二熱交換器１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃ）と、当該３つの第二熱交換器１３０のそれぞれに対応する３つの圧縮機１６０（圧縮機１６３、１６２及び１６１）が配置されている。つまり、第二熱交換器１３０ｃ及び１３０ｂの間に圧縮機１６１が配置され、第二熱交換器１３０ｂ及び１３０ａの間に圧縮機１６２が配置され、第二熱交換器１３０ａ及び第一熱交換器１２０の間に圧縮機１６３が配置されている。また、それぞれの第二熱交換器１３０は、第三熱交換部１３１と、第四熱交換部１３２と、を有している。
【００６０】
第三熱交換部１３１は、第一熱交換部１２１に流入する前の第一流体ｆ１と、第二熱媒体ｎ２との熱交換を行う部位である。例えば、第二熱交換器１３０ａの第三熱交換部１３１は、第一流体ｆ１ａ６と第二熱媒体ｎ２との熱交換を行う。第四熱交換部１３２は、第二熱交換部１２２から流出した後の第二流体ｆ２と、第二熱媒体ｎ２との熱交換を行う部位である。例えば、第二熱交換器１３０ａの第四熱交換部１３２は、第二流体ｆ２ａ１と第二熱媒体ｎ２との熱交換を行う。つまり、第二熱交換器１３０は、第三熱交換部１３１及び第四熱交換部１３２によって、第二熱媒体ｎ２を介して、第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行う。
【００６１】
ここで、第二熱媒体ｎ２は、第一流体ｆ１よりも低く第二流体ｆ２よりも高い温度を有することで、第一流体ｆ１を冷却するとともに第二流体ｆ２を加熱することができる中間媒体である。具体的には、第二熱媒体ｎ２は、第一流体ｆ１ａ６の温度よりも低く第二流体ｆ２ａ１の温度よりも高い沸点を有している。例えば、第二熱交換器１３０ａにおいては、第二熱媒体ｎ２は、第一流体ｆ１ａ６の温度よりも低く第二流体ｆ２ａ１の温度よりも高い温度の沸点を有している。なお、第二熱媒体ｎ２の具体例等については、第一熱媒体ｎ１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
以上のような第二熱媒体ｎ２を用いることにより、第三熱交換部１３１は、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却するとともに、液体の状態の第二熱媒体ｎ２を加熱して気化させる。また、第四熱交換部１３２は、気体の状態の第二流体ｆ２を加熱するとともに、気体の状態の第二熱媒体ｎ２を冷却して液化させる。
【００６３】
つまり、第二熱交換器１３０ｃの第三熱交換部１３１には、前処理装置１５０から供給される気体の状態の第一流体ｆ１ａ２が流入される。そして、当該第三熱交換部１３１から、気体の状態の第一流体ｆ１ａ３が流出されて、流出された第一流体ｆ１ａ３は圧縮機１６１に供給される。そして、第一流体ｆ１ａ３は、圧縮機１６１で圧縮されて第一流体ｆ１ａ４となり、第二熱交換器１３０ｂの第三熱交換部１３１に供給される。第二熱交換器１３０ｂの第三熱交換部１３１には、第一流体ｆ１ａ４が流入され、当該第三熱交換部１３１から、気体の状態の第一流体ｆ１ａ５が流出されて、流出された第一流体ｆ１ａ５は圧縮機１６２に供給される。そして、第一流体ｆ１ａ５は、圧縮機１６２で圧縮されて第一流体ｆ１ａ６となり、第二熱交換器１３０ａの第三熱交換部１３１に供給される。第二熱交換器１３０ａの第三熱交換部１３１には、第一流体ｆ１ａ６が流入され、当該第三熱交換部１３１から、気体の状態の第一流体ｆ１ａ７が流出されて、流出された第一流体ｆ１ａ７は圧縮機１６３に供給される。そして、第一流体ｆ１ａ７は、圧縮機１６３で圧縮されて第一流体ｆ１ａ８となり、第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１に供給される。
【００６４】
また、第二熱交換器１３０ａの第四熱交換部１３２には、第一熱交換器１２０の第二熱交換部１２２から供給される気体の状態の第二流体ｆ２ａ１が流入される。そして、当該第四熱交換部１３２から、気体の状態の第二流体ｆ２ａ２が流出されて、流出された第二流体ｆ２ａ２は第二熱交換器１３０ｂの第四熱交換部１３２に供給される。同様に、第二熱交換器１３０ｂの第四熱交換部１３２には、第二流体ｆ２ａ２が流入され、当該第四熱交換部１３２から、気体の状態の第二流体ｆ２ａ３が流出されて、流出された第二流体ｆ２ａ３は第二熱交換器１３０ｃの第四熱交換部１３２に供給される。さらに、第二熱交換器１３０ｃの第四熱交換部１３２には、第二流体ｆ２ａ３が流入され、当該第四熱交換部１３２から、気体の状態の第二流体ｆ２ａ４が流出されて、流出された第二流体ｆ２ａ４は第三熱交換器１４０に供給される。
【００６５】
なお、第二熱交換器１３０（第三熱交換部１３１及び第四熱交換部１３２）の構造は、後述する第一熱交換器１２０（第一熱交換部１２１及び第二熱交換部１２２）の構造と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６６】
［２．４  その他の構成要素の説明］
第三熱交換器１４０は、第二熱交換器１３０ｃの第四熱交換部１３２から流出した後の第二流体ｆ２（ｆ２ａ４）と、第三熱媒体ｎ３との熱交換を行う熱交換器であり、第二流体ｆ２を加熱するとともに、第三熱媒体ｎ３を冷却する。ここで、第三熱媒体ｎ３は、第二流体ｆ２ａ４よりも高い温度を有することで、第二流体ｆ２ａ４を加熱することができる熱媒体であり、例えば、冷却水（不凍液）が用いられる。なお、第三熱媒体ｎ３として、第一熱媒体ｎ１及び第二熱媒体ｎ２と同様の媒体、代替フロン、空気（外気）等を用いることもできる。
【００６７】
このように、第三熱交換器１４０には、気体の状態の第二流体ｆ２ａ４が流入されて、第三熱交換器１４０から、気体の状態の第二流体ｆ２ａ５が流出される。そして、流出された第二流体ｆ２ａ５は、ガスタービン１０の燃焼器１２に供給される。上述の通り、本実施の形態では、第三熱交換器１４０から流出される第二流体ｆ２ａ５は、ＮＧ等のガス燃料であるため、ガスタービン１０の燃焼器１２には、当該ガス燃料が供給される。
【００６８】
前処理装置１５０は、第二熱交換器１３０ｃの第三熱交換部１３１に供給される第一流体ｆ１から、二酸化炭素や水分等を取り除く等の前処理を行う設備である。つまり、前処理装置１５０には、気体の状態の第一流体ｆ１ａ１が流入され、前処理装置１５０から、前処理が行われた第一流体ｆ１ａ２が流出されて、流出された第一流体ｆ１ａ２は、第二熱交換器１３０ｃの第三熱交換部１３１に供給される。
【００６９】
第一流体貯槽１７０は、第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１から供給される第一流体ｆ１（ｆ１ｌ１）を貯蔵するタンクである。上述の通り、本実施の形態では、第一熱交換器１２０で熱交換された後の第一流体ｆ１ｌ１は、液化空気であるため、第一流体貯槽１７０は、液体空気タンクである。つまり、第一流体貯槽１７０には、第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１から供給される第一流体ｆ１ｌ１が流入されて、貯蔵される。そして、第一流体貯槽１７０から、必要に応じて、液体の状態の第一流体ｆ１ｌ２が排出されて、排出された第一流体ｆ１ｌ２は、第一流体ｆ１ｌ３及びｆ１ｌ４に分岐されて、ガスタービン１０及び第四熱交換器１８０に供給される。
【００７０】
具体的には、第一流体貯槽１７０は、液体の状態の第一流体ｆ１ｌ３を、ガスタービン１０の吸気ダクト１５に供給することで、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に供給する。つまり、熱交換設備１００は、第一流体ｆ１ｌ３としての液化空気を、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に直接噴霧する等により供給することで、空気ａ１の温度を低減する。
【００７１】
また、第一流体貯槽１７０は、液体の状態の第一流体ｆ１ｌ４を、第四熱交換器１８０に供給する。第四熱交換器１８０は、第一流体ｆ１ｌ４と空気ａ２（本実施の形態では、外気）との熱交換を行う熱交換器であり、第一流体ｆ１ｌ４を加熱するとともに、空気ａ２を冷却する。なお、空気ａ２に代えて、第一熱媒体ｎ１、第二熱媒体ｎ２及び第三熱媒体ｎ３と同様の媒体等を用いることもできる。また、第一流体ｆ１ｌ４は、第四熱交換器１８０で加熱された後に、膨張発電設備６０の膨張タービン６１に供給されて膨張タービン６１を回転させ、これにより、発電機６２で発電が行われる。
【００７２】
以上のようにして、発電部２は、熱交換設備１００の第一熱交換器１２０から流出した後の第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２の少なくとも一方の流体を用いて発電を行う。つまり、ガスタービン１０において、第一流体ｆ１が圧縮機１１に供給され、第二流体ｆ２が燃焼器１２に供給されて、発電が行われる。また、膨張発電設備６０において、第一流体ｆ１が膨張タービン６１に供給されて、発電が行われる。
【００７３】
［３  第一熱交換器１２０の構成の詳細な説明］
次に、第一熱交換器１２０（第一熱交換部１２１及び第二熱交換部１２２）の構造について、詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る第一熱交換器１２０の構成を示す断面図である。具体的には、図３の（ａ）は、第一熱交換器１２０を同図のＸＺ平面に平行な中心軸を通る面で切断した場合の断面図であり、図３の（ｂ）は、第一熱交換器１２０を同図のＹＺ平面に平行な面で切断した場合の断面図である。
【００７４】
図３に示すように、第一熱交換器１２０は、シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器である。具体的には、第一熱交換器１２０において、第一熱交換部１２１は、第一収容部１２１ａと第一流路１２１ｂとを有し、第二熱交換部１２２は、第二収容部１２２ａと第二流路１２２ｂとを有している。また、第一流路１２１ｂは、第一配管１２１ｃを有し、第二流路１２２ｂは、第二配管１２２ｃを有し、第一収容部１２１ａ及び第二収容部１２２ａは、第一配管１２１ｃ及び第二配管１２２ｃを収容する第一容器１２３を有している。これらの各構成要素について、以下に具体的に説明する。
【００７５】
第一容器１２３は、水平方向（図中のＸ軸方向）に延びる筒状（本実施の形態では、円筒状）の部材であり、内方に、第一熱媒体ｎ１が収容されている。具体的には、第一容器１２３の下半分（Ｚ軸方向矢印側と反対側の半分）に、液体の状態の第一熱媒体ｎ１（ｎ１ｌ）が収容され、第一容器１２３の上半分（Ｚ軸方向矢印側の半分）に、気体の状態の第一熱媒体ｎ１（ｎ１ａ）が収容されている。この第一容器１２３の下半分の部位が、第一収容部１２１ａであり、第一容器１２３の上半分の部位が、第二収容部１２２ａである。
【００７６】
つまり、第一収容部１２１ａは、第一熱交換部１２１の一部として、液体の状態の第一熱媒体ｎ１ｌが収容される部位であり、第二収容部１２２ａは、第二熱交換部１２２の一部として、気体の状態の第一熱媒体ｎ１ａが収容される部位である。そして、第一収容部１２１ａと第二収容部１２２ａとは、内方の空間が互いに接続されており、液体の第一熱媒体ｎ１ｌが気化して気体の第一熱媒体ｎ１ａに相変化したり、気体の第一熱媒体ｎ１ａが液化して液体の第一熱媒体ｎ１ｌに相変化したりできる構成となっている。
【００７７】
第一流路１２１ｂは、水平方向に延びる筒状の部材であり、少なくとも一部が第一収容部１２１ａ内に配置されている。また、第一流路１２１ｂには、気体の状態の第一流体ｆ１（ｆ１ａ８）が流入し、かつ、第一流路１２１ｂから、液体の状態の第一流体ｆ１（ｆ１ｌ１）が流出する。つまり、第一流路１２１ｂは、第一収容部１２１ａ内に配置され、第一流体ｆ１が流れる第一配管１２１ｃを有している。第一配管１２１ｃは、水平方向に延びる筒状の伝熱管であり、本実施の形態では、円筒状の１２本の第一配管１２１ｃが、水平方向から見て格子状かつ略等間隔に並んで配置されている。
【００７８】
第二流路１２２ｂは、水平方向に延びる筒状の部材であり、少なくとも一部が第二収容部１２２ａ内に配置されている。また、第二流路１２２ｂには、液体の状態の第二流体ｆ２（ｆ２ｌ）が流入し、かつ、第二流路１２２ｂから、気体の状態の第二流体ｆ２（ｆ２ａ１）が流出する。つまり、第二流路１２２ｂは、第二収容部１２２ａ内に配置され、第二流体ｆ２が流れる第二配管１２２ｃを有している。第二配管１２２ｃは、水平方向に延びる筒状の伝熱管であり、本実施の形態では、円筒状の１２本の第二配管１２２ｃが、第一配管１２１ｃとは対称の位置に、水平方向から見て格子状かつ略等間隔に並んで配置されている。
【００７９】
以上の構成により、第一配管１２１ｃ内を流れる第一流体ｆ１ａ８と、第一配管１２１ｃの周囲の第一熱媒体ｎ１ｌとが熱交換を行い、第一流体ｆ１ａ８が液化されて第一流体ｆ１ｌ１となり、第一熱媒体ｎ１ｌが気化されて第一熱媒体ｎ１ａとなる。そして、気体となった第一熱媒体ｎ１ａは、第一収容部１２１ａ内から第二収容部１２２ａ内へ移動する。また、第二配管１２２ｃ内を流れる第二流体ｆ２ｌと、第二配管１２２ｃの周囲の第一熱媒体ｎ１ａとが熱交換を行い、第二流体ｆ２ｌが気化されて第二流体ｆ２ａ１となり、第一熱媒体ｎ１ａが液化されて第一熱媒体ｎ１ｌとなる。そして、液体となった第一熱媒体ｎ１ｌは、第二収容部１２２ａ内から第一収容部１２１ａ内へ移動する。
【００８０】
［４  熱交換方法の説明］
次に、熱交換設備１００において行われる熱交換方法（第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行う熱交換方法）について、説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る熱交換設備１００において行われる熱交換方法を説明するフローチャートである。
【００８１】
図４に示すように、第一熱交換器１２０の第二熱交換部１２２において、第二流体貯槽１１０から供給された第二流体ｆ２と、第一熱媒体ｎ１との熱交換が行われる（Ｓ１０２：第二熱交換ステップ）。具体的には、第二熱交換ステップでは、第二熱交換部１２２は、液体の状態の第二流体ｆ２を加熱して気化させるとともに、気体の状態の第一熱媒体ｎ１を冷却して液化させる。これにより、第二流体貯槽１１０から供給された約−１６０℃の液体の第二流体ｆ２ｌが加熱されて、約−１３０℃の気体の第二流体ｆ２ａ１になる。
【００８２】
そして、第二熱交換器１３０の第四熱交換部１３２において、第二熱交換部１２２から流出した後の第二流体ｆ２と、第二熱媒体ｎ２との熱交換が行われる（Ｓ１０４：第四熱交換ステップ）。具体的には、第四熱交換ステップでは、第四熱交換部１３２は、気体の状態の第二流体ｆ２を加熱するとともに、気体の状態の第二熱媒体ｎ２を冷却して液化させる。これにより、約−１３０℃の第二流体ｆ２ａ１が加熱されて、約−８５℃の第二流体ｆ２ａ４になる。
【００８３】
そして、第二熱交換器１３０の第四熱交換部１３２から供給されて、第三熱交換器１４０で熱交換された第二流体ｆ２が、ガスタービン１０に供給されて、発電が行われる（Ｓ１０６：第二流体供給ステップ）。つまり、約−８５℃の第二流体ｆ２ａ４が加熱されて、約５℃の第二流体ｆ２ａ５になり、ガスタービン１０に供給される。
【００８４】
一方、第二熱交換器１３０の第三熱交換部１３１において、前処理された第一流体ｆ１と、第二熱媒体ｎ２との熱交換が行われる（Ｓ２０２：第三熱交換ステップ）。具体的には、第三熱交換ステップでは、第三熱交換部１３１は、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却するとともに、液体の状態の第二熱媒体ｎ２を加熱して気化させる。また、圧縮機１６０が、第一流体ｆ１を圧縮する。これにより、常温（約２０℃）及び常圧（大気圧）の第一流体ｆ１ａ２が冷却及び圧縮されて、約−７５℃及び約２．５〜３ＭＰａの第一流体ｆ１ａ８になる。なお、この第三熱交換ステップは、第二熱交換器１３０によって、上述の第四熱交換ステップと同じタイミングで行われる。
【００８５】
そして、第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１において、圧縮機１６０から供給された第一流体ｆ１と、第一熱媒体ｎ１との熱交換が行われる（Ｓ２０４：第一熱交換ステップ）。具体的には、第一熱交換ステップでは、第一熱交換部１２１は、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却して液化させるとともに、液体の状態の第一熱媒体ｎ１を加熱して気化させる。これにより、約−７５℃及び約２．５〜３ＭＰａの第一流体ｆ１ａ８が冷却されて、約−１５０℃及び約２．５〜３ＭＰａの第一流体ｆ１ｌ１になる。なお、この第一熱交換ステップは、第一熱交換器１２０によって、上述の第二熱交換ステップと同じタイミングで行われる。
【００８６】
そして、第一熱交換器１２０の第一熱交換部１２１から供給されて、第一流体貯槽１７０に貯蔵された第一流体ｆ１が、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に供給されて、空気ａ１が冷却される（Ｓ２０６：第一流体吸気供給ステップ）。つまり、約−１５０℃及び約２．５〜３ＭＰａの第一流体ｆ１ｌ３が、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に噴霧されて、空気ａ１が冷却される。
【００８７】
また、第一流体貯槽１７０に貯蔵された第一流体ｆ１が、第四熱交換器１８０で加熱され、膨張発電設備６０の膨張タービン６１に供給されて、発電が行われる（Ｓ２０８：第一流体膨張発電供給ステップ）。つまり、約−１５０℃及び約２．５〜３ＭＰａの第一流体ｆ１ｌ４が、第四熱交換器１８０で加熱され、膨張発電設備６０の膨張タービン６１に供給されて、発電が行われる。
【００８８】
なお、熱交換設備１００は、上述の各ステップを実行するための処理部（制御部）（図示せず）を備えている。当該制御部は、上記各ステップを行う専用のコンピュータであってもよいし、汎用のコンピュータに組み込まれていてもよいし、発電部２を制御する制御装置に組み込まれていてもよい。また、当該制御部は、上記各ステップを実行するために必要な各種データを記憶している記憶部（メモリ）を有していてもよい。
【００８９】
［５  効果の説明］
以上のように、本発明の実施の形態に係る熱交換設備１００によれば、第一熱交換器１２０は、第一熱媒体ｎ１を用いて、気体の状態の第一流体ｆ１を冷却して液化させる第一熱交換部１２１と、液体の状態の第二流体ｆ２を加熱して気化させる第二熱交換部１２２とを有している。このように、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２は、第一熱媒体ｎ１を介して熱交換されるため、第一熱交換部１２１または第二熱交換部１２２が損傷した場合でも、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２が混ざってしまうのを抑制することができる。また、第一熱媒体ｎ１は、第一流体ｆ１の沸点よりも低く第二流体ｆ２の沸点よりも高い温度の沸点を有しているため、第一熱媒体ｎ１が液体と気体とに繰り返し相変化することで、第一流体ｆ１を液化させ、第二流体ｆ２を気化させることができる。このため、簡易な構成で、第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行うことができる。これらにより、熱交換設備１００において、２つの流体の熱交換を行って一方の流体を他方の流体で液化する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００９０】
また、第一熱媒体ｎ１を監視することで、第一熱交換部１２１または第二熱交換部１２２の損傷（第一流体ｆ１または第二流体ｆ２の漏洩）を検知することができる。また、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２の温度差が小さい場合でも、第一熱媒体ｎ１によって、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２の間で大量の熱を移動させることができる。さらに、第一熱媒体ｎ１を移動させる動力が不要である。
【００９１】
また、第一熱交換部１２１は、第一熱媒体ｎ１が収容される第一収容部１２１ａと、第一収容部１２１ａ内に、第一流体ｆ１が流れる第一流路１２１ｂとを有し、第二熱交換部１２２は、第一収容部１２１ａと接続され第一熱媒体ｎ１が収容される第二収容部１２２ａと、第二収容部１２２ａ内に、第二流体ｆ２が流れる第二流路１２２ｂとを有している。このように、第一流体ｆ１は第一流路１２１ｂを流れ、第二流体ｆ２は第二流路１２２ｂを流れ、第一熱媒体ｎ１は第一収容部１２１ａ及び第二収容部１２２ａに収容される構成とすることにより、簡易な構成で、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２を、第一熱媒体ｎ１を介して熱交換することができる。これにより、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００９２】
また、第一熱交換部１２１の第一流路１２１ｂは、第一流体ｆ１が流れる第一配管１２１ｃを有し、第二熱交換部１２２の第二流路１２２ｂは、第二流体ｆ２が流れる第二配管１２２ｃを有し、第一収容部１２１ａ及び第二収容部１２２ａは、第一配管１２１ｃ及び第二配管１２２ｃを収容する第一容器１２３を有している。このように、第一流体ｆ１は第一配管１２１ｃを流れ、第二流体ｆ２は第二配管１２２ｃを流れ、第一熱媒体ｎ１は第一容器１２３に収容される構成とすることにより、簡易な構成で、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２を、第一熱媒体ｎ１を介して熱交換することができる。これにより、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００９３】
また、第一流体ｆ１は空気であり、第一熱交換部１２１は、空気を冷却して液化させ、第二流体ｆ２は液化燃料であり、第二熱交換部１２２は、液化燃料を加熱して気化させる。これにより、例えばＬＮＧ等の液化燃料が有する冷熱を用いて、空気を液化させることができる。
【００９４】
また、第一熱媒体ｎ１は不燃性ガスであり、第一熱交換部１２１は、液化された不燃性ガスを加熱して気化させ、第二熱交換部１２２は、気化された不燃性ガスを冷却して液化させる。このように、第一熱媒体ｎ１は不燃性ガスであるため、第一熱交換部１２１または第二熱交換部１２２が損傷する等によって、第一流体ｆ１または第二流体ｆ２と第一熱媒体ｎ１とが混ざってしまった場合でも、第一流体ｆ１または第二流体ｆ２が発火する等の不具合を抑制することができる。
【００９５】
また、第二熱交換器１３０は、第二熱媒体ｎ２を用いて、第一熱交換部１２１に流入する前の第一流体ｆ１を冷却する第三熱交換部１３１と、第二熱交換部１２２から流出した後の第二流体ｆ２を加熱する第四熱交換部１３２とを有している。このように、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２は、第二熱媒体ｎ２を介して熱交換されるため、第三熱交換部１３１または第四熱交換部１３２が損傷した場合でも、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２が混ざってしまうのを抑制することができる。また、第二熱媒体ｎ２は、第一流体ｆ１の温度よりも低く第二流体ｆ２の温度よりも高い温度の沸点を有しているため、第二熱媒体ｎ２が液体と気体とに繰り返し相変化することで、第一流体ｆ１を冷却し、第二流体ｆ２を加熱することができる。このため、簡易な構成で、第一流体ｆ１と第二流体ｆ２との熱交換を行うことができる。これらにより、熱交換設備１００において、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００９６】
また、熱交換設備１００は、第一熱交換部１２１に流入する前の第一流体ｆ１を圧縮する圧縮機１６０を備えているため、第一熱交換部１２１に流入する前に、第一流体ｆ１を加圧して、第一流体ｆ１の沸点を上げることができる。例えば、大気圧の空気の沸点は、窒素が約−１９６℃、酸素が約−１８３℃等であるため、ＬＮＧの沸点である約−１６０℃よりも低い温度となる。このため、当該空気を、例えば２．５〜３ＭＰａ程度まで加圧し、沸点を、窒素が約−１５０℃、酸素が約−１３０℃等にまで上昇させる。これにより、第二流体ｆ２の温度が第一流体ｆ１の大気圧下での沸点よりも高い場合でも、第一流体ｆ１の沸点を上げることにより、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２の熱交換において、気体の状態の第一流体ｆ１を液化させることができる。
【００９７】
また、本発明の実施の形態に係る発電設備１によれば、熱交換設備１００と、熱交換設備１００で生成される第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２の少なくとも一方の流体を用いて発電を行う発電部２と、を備えている。これにより、発電設備１において、発電に利用可能な２つの流体を熱交換によって生成する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。
【００９８】
また、第一熱交換器１２０は、空気を液化させて液化空気を生成するとともに、液化燃料を気化させてガス燃料を生成し、熱交換設備１００は、当該液化空気及び当該ガス燃料の少なくとも一方が有する冷熱を用いて、発電部２のガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却する。このように、例えばＬＮＧ等の液化燃料を気化させる際に空気を液化させ、生成した液化空気またはガス燃料の冷熱でガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却することで、ガスタービン１０の発電効率の向上を図ることができる。
【００９９】
また、熱交換設備１００は、生成した液化空気を、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に供給する。これにより、液化空気の冷熱で、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却することができるため、ガスタービン１０の発電効率の向上を図ることができる。
【０１００】
また、以上のような構成の発電設備１は、既設発電所のガスタービン１０等に、熱交換設備１００を追設するという簡易な改造を行うことで実現することができる。また、発電所を新設する際にも、以上のような構成の発電設備１は、構成が簡易であるため、容易に製造することができる。
【０１０１】
［６  実施の形態の変形例の説明］
（変形例１）
次に、上記実施の形態の変形例１について、説明する。図５Ａは、本発明の実施の形態の変形例１に係る第一熱交換器１２０Ａの第一熱交換部１２１Ａの構成を示す断面図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態の変形例１に係る第一熱交換器１２０Ａの第二熱交換部１２２Ａの構成を示す断面図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態の変形例１に係る第一熱交換器１２０Ａの構成を示す断面図である。具体的には、図５Ａの（ａ）は、第一熱交換部１２１Ａを同図のＸＺ平面に平行な中心軸を通る面で切断した場合の断面図であり、図５Ａの（ｂ）は、第一熱交換部１２１Ａを同図のＹＺ平面に平行な面で切断した場合の断面図である。なお、図５Ａでは、第一熱交換部１２１Ａが有する接続配管１２３ｃを省略して図示している。図５Ｂについても同様である。また、図５Ｃは、第一熱交換器１２０Ａを同図のＹＺ平面に平行な接続配管１２３ｃ、１２３ｄを通る面で切断した場合の断面図である。
【０１０２】
これらの図に示すように、本変形例における第一熱交換器１２０Ａの第一熱交換部１２１Ａは、第一収容部１２１ａと第一流路１２１ｂとを有し、第二熱交換部１２２Ａは、第二収容部１２２ａと第二流路１２２ｂとを有している。また、第一流路１２１ｂは、第一配管１２１ｃを有し、第一収容部１２１ａは、第一配管１２１ｃを収容する第二容器１２３ａと接続配管１２３ｃ（図５Ｃ参照）とを有している。同様に、第二流路１２２ｂは、第二配管１２２ｃを有し、第二収容部１２２ａは、第二配管１２２ｃを収容する第三容器１２３ｂと接続配管１２３ｄ（図５Ｃ参照）とを有している。これらの各構成要素について、以下に具体的に説明する。
【０１０３】
第二容器１２３ａは、水平方向（図中のＸ軸方向）に延びる筒状（円筒状）の部材であり、図５Ｃに示すように、内方に、液体の状態の第一熱媒体ｎ１（ｎ１ｌ）が収容されている。同様に、第三容器１２３ｂは、水平方向に延びる筒状（円筒状）の部材であり、内方に、気体の状態の第一熱媒体ｎ１（ｎ１ａ）が収容されている。また、第二容器１２３ａと第三容器１２３ｂとは、接続配管１２３ｃ、１２３ｄによって、内方の空間が互いに接続されている。これにより、液体の第一熱媒体ｎ１ｌが気化して気体の第一熱媒体ｎ１ａに相変化したり、気体の第一熱媒体ｎ１ａが液化して液体の第一熱媒体ｎ１ｌに相変化したりできる構成となっている。接続配管１２３ｃ、１２３ｄは、第一熱媒体ｎ１が流れる筒状の流路である。
【０１０４】
第一流路１２１ｂは、水平方向に延びる筒状の部材であり、少なくとも一部が第一収容部１２１ａ内に配置されている。また、第一流路１２１ｂには、気体の状態の第一流体ｆ１（ｆ１ａ８）が流入し、かつ、第一流路１２１ｂから、液体の状態の第一流体ｆ１（ｆ１ｌ１）が流出する。つまり、第一流路１２１ｂは、第二容器１２３ａ内に配置され、第一流体ｆ１が流れる第一配管１２１ｃを有している。第一配管１２１ｃは、水平方向に延びる筒状の伝熱管であり、本変形例では、円筒状の１２本の第一配管１２１ｃが、第二容器１２３ａの下部に、水平方向から見て格子状かつ略等間隔に並んで配置されている。
【０１０５】
第二流路１２２ｂは、水平方向に延びる筒状の部材であり、少なくとも一部が第二収容部１２２ａ内に配置されている。また、第二流路１２２ｂには、液体の状態の第二流体ｆ２（ｆ２ｌ）が流入し、かつ、第二流路１２２ｂから、気体の状態の第二流体ｆ２（ｆ２ａ１）が流出する。つまり、第二流路１２２ｂは、第三容器１２３ｂ内に配置され、第二流体ｆ２が流れる第二配管１２２ｃを有している。第二配管１２２ｃは、水平方向に延びる筒状の伝熱管であり、本変形例では、円筒状の１２本の第二配管１２２ｃが、第三容器１２３ｂの上部に、水平方向から見て格子状かつ略等間隔に並んで配置されている。
【０１０６】
以上の構成により、第一配管１２１ｃ内を流れる第一流体ｆ１ａ８と、第一配管１２１ｃの周囲の第一熱媒体ｎ１ｌとが熱交換を行い、第一流体ｆ１ａ８が液化されて第一流体ｆ１ｌ１となり、第一熱媒体ｎ１ｌが気化されて第一熱媒体ｎ１ａとなる。そして、気体となった第一熱媒体ｎ１ａは、第二容器１２３ａの上部に接続された接続配管１２３ｄを通って、第二容器１２３ａ内から第三容器１２３ｂ内へ移動する。
【０１０７】
また、第二配管１２２ｃ内を流れる第二流体ｆ２ｌと、第二配管１２２ｃの周囲の第一熱媒体ｎ１ａとが熱交換を行い、第二流体ｆ２ｌが気化されて第二流体ｆ２ａ１となり、第一熱媒体ｎ１ａが液化されて第一熱媒体ｎ１ｌとなる。そして、液体となった第一熱媒体ｎ１ｌは、第三容器１２３ｂの下部に接続された接続配管１２３ｃを通って、第三容器１２３ｂ内から第二容器１２３ａ内へ移動する。
【０１０８】
以上のように、本変形例に係る熱交換設備によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、第一流体ｆ１は第一配管１２１ｃを流れ、第二流体ｆ２は第二配管１２２ｃを流れ、第一熱媒体ｎ１は、第二容器１２３ａ及び第三容器１２３ｂに収容されて接続配管１２３ｃ、１２３ｄを流れる構成である。このため、簡易な構成で、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２を、第一熱媒体ｎ１を介して熱交換することができる。これにより、簡易な構成で、熱交換を行う２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる。なお、第二熱交換器１３０についても、第一熱交換器１２０Ａと同様の構造を有していることにしてもよい。
【０１０９】
（変形例２）
次に、上記実施の形態の変形例２について、説明する。図６は、本発明の実施の形態の変形例２に係る熱交換設備１００Ａの構成を示す模式図である。なお、図６は、図２に対応する図である。
【０１１０】
図６に示すように、本変形例における熱交換設備１００Ａは、上記実施の形態における熱交換設備１００に加えて、酸素富化装置１９０を備えている。本変形例のその他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１１１】
酸素富化装置１９０は、第一流体貯槽１７０から排出された第一流体ｆ１ｌ２の圧力を調整することで、酸素が富化された第一流体ｆ１ｌ５を生成し、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に供給する。ここで、第一流体ｆ１ｌ５は液化空気であるため、酸素富化装置１９０は、例えば、液化空気の圧力を調整することで、液化空気を、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン等に分離することができる蒸留塔である。このように、熱交換設備１００Ａは、液化空気（第一流体ｆ１ｌ２）を酸素富化して酸素富化液化空気（第一流体ｆ１ｌ５）を生成し、生成した酸素富化液化空気を、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に供給する。また、酸素富化装置１９０は、残りの第一流体ｆ１ｌ６を、第四熱交換器１８０に供給する。
【０１１２】
以上のように、本変形例に係る熱交換設備１００Ａによれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、熱交換設備１００Ａは、生成した液化空気を酸素富化して、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１に供給する。これにより、ガスタービン１０において、酸素富化された空気が燃焼されるため、ガスタービン１０の発電効率の向上を図ることができる。
【０１１３】
（変形例３）
次に、上記実施の形態の変形例３について、説明する。図７〜図９は、本発明の実施の形態の変形例３に係る熱交換設備１００Ｂ〜１００Ｄの構成を示す模式図である。なお、図７〜図９は、図２に対応する図である。
【０１１４】
まず、図７に示すように、本変形例における熱交換設備１００Ｂは、上記実施の形態における熱交換設備１００が有する、第一流体貯槽１７０からガスタービン１０の吸気ダクト１５に第一流体ｆ１ｌ３を供給するラインを有していない。また、熱交換設備１００Ｂにおいて、第三熱交換器１４０は、第二熱交換器１３０ｃの第四熱交換部１３２から流出した後の第二流体ｆ２ａ４と、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１との熱交換を行う。つまり、第三熱交換器１４０は、ガス燃料（第二流体ｆ２ａ４）を加熱するとともに、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却する。
【０１１５】
また、図８に示すように、本変形例における熱交換設備１００Ｃは、上記の熱交換設備１００Ｂが備える第三熱交換器１４０に代えて、第三熱交換器１４１を備えている。第三熱交換器１４１は、第二熱交換器１３０ａ及び１３０ｂの間の第二流体ｆ２ａ２から取り出された第二流体ｆ２ａ６と、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１との熱交換を行う熱交換器である。つまり、第三熱交換器１４１は、ガス燃料（第二流体ｆ２ａ６）を加熱するとともに、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却する。
【０１１６】
また、図９に示すように、本変形例における熱交換設備１００Ｄは、上記の熱交換設備１００Ｃが備える第三熱交換器１４１に代えて、第三熱交換器１４２〜１４４を備えている。第三熱交換器１４２は、第二熱交換器１３０ａ及び１３０ｂの間の第二流体ｆ２ａ２と、第四熱媒体ｎ４との熱交換を行うことで、第二流体ｆ２ａ２を加熱するとともに第四熱媒体ｎ４を冷却する。第三熱交換器１４３は、第四熱媒体ｎ４と第五熱媒体ｎ５との熱交換を行うことで、第四熱媒体ｎ４を加熱するとともに第五熱媒体ｎ５を冷却する。第三熱交換器１４４は、第五熱媒体ｎ５と、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１との熱交換を行うことで、第五熱媒体ｎ５を加熱するとともに当該空気ａ１を冷却する。第四熱媒体ｎ４は、例えば代替フロン等であり、第五熱媒体ｎ５は、例えば冷却水（不凍液）である。なお、第四熱媒体ｎ４及び第五熱媒体ｎ５として、第一熱媒体ｎ１、第二熱媒体ｎ２または第三熱媒体ｎ３と同様の媒体等を用いることもできる。このように、第三熱交換器１４２〜１４４は、ガス燃料（第二流体ｆ２ａ２）を加熱するとともに、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却する。
【０１１７】
これらのように、熱交換設備１００Ｂ〜１００Ｄは、ガス燃料（第二流体ｆ２）が有する冷熱を用いて、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却する。本変形例のその他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１１８】
なお、熱交換設備１００Ｂ〜１００Ｄにおいて、上述以外の位置（第一熱交換器１２０及び第二熱交換器１３０ａの間等）における第二流体ｆ２の全部または一部と、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１との熱交換を行うことにしてもよい。また、熱交換設備１００Ｃ、１００Ｄにおいて、上記実施の形態における第三熱交換器１４０も設けられていてもよい。また、第三熱交換器１４０〜１４４は、２つの流体の熱交換を、直接行ってもよいし、上記実施の形態における第一熱交換器１２０及び第二熱交換器１３０のように中間媒体を介して行ってもよい。
【０１１９】
以上のように、本変形例に係る熱交換設備１００Ｂ〜１００Ｄによれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、熱交換設備１００Ｂ〜１００Ｄは、生成したガス燃料（第二流体ｆ２）を加熱するとともに、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却する第三熱交換器１４０〜１４４を有している。これにより、ガス燃料の冷熱で、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１を冷却することができるため、ガスタービン１０の発電効率の向上を図ることができる。
【０１２０】
（変形例４）
次に、上記実施の形態の変形例４について、説明する。図１０は、本発明の実施の形態の変形例４に係る熱交換設備１００Ｅの構成を示す模式図である。なお、図１０は、図２に対応する図である。
【０１２１】
図１０に示すように、本変形例における熱交換設備１００Ｅは、上記実施の形態における熱交換設備１００が有する、第一流体貯槽１７０からガスタービン１０の吸気ダクト１５に第一流体ｆ１ｌ３を供給するラインを有していない。また、熱交換設備１００Ｅにおいて、第四熱交換器１８０は、第一流体貯槽１７０から排出された第一流体ｆ１ｌ２と、ガスタービン１０に吸気される空気ａ２との熱交換を行う。
【０１２２】
つまり、第四熱交換器１８０は、液化空気（第一流体ｆ１ｌ２）を加熱して膨張タービン６１に供給するとともに、ガスタービン１０に吸気される空気ａ２を冷却する。このように、熱交換設備１００Ｅは、液化空気（第一流体ｆ１ｌ２）が有する冷熱を用いて、ガスタービン１０に吸気される空気ａ２を冷却する。なお、第四熱交換器１８０は、第一流体ｆ１ｌ２と空気ａ２との熱交換を、直接行ってもよいし、上記実施の形態における第一熱交換器１２０及び第二熱交換器１３０のように中間媒体を介して行ってもよい。本変形例のその他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１２３】
以上のように、本変形例に係る熱交換設備１００Ｅによれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、熱交換設備１００Ｅは、生成した液化空気（第一流体ｆ１ｌ２）を加熱して膨張タービン６１に供給するとともに、ガスタービン１０に吸気される空気ａ２を冷却する第四熱交換器１８０を有している。これにより、液化空気が、ガスタービン１０に吸気される空気ａ２を冷却し、かつ、膨張タービン６１を駆動させることができるため、発電設備１の発電効率の向上を図ることができる。
【０１２４】
（その他の変形例）
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る熱交換設備及び発電設備について説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
【０１２５】
例えば、上記実施の形態及びその変形例では、第一流体ｆ１は空気（または液化空気）であり、第二流体ｆ２は液化燃料（またはガス燃料）であることとした。しかし、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２として、どのような流体が用いられてもよい。また、第一熱媒体ｎ１及び第二熱媒体ｎ２は不燃性ガスであることとしたが、不燃性ガス以外の媒体が用いられてもよい。
【０１２６】
また、上記実施の形態及びその変形例では、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１、及び、第四熱交換器１８０に供給される空気ａ２は、外気であることとした。しかし、空気ａ１、ａ２は、外気でなくてもよく、事前に加温、冷却、または、不純物を除去する等の何らかの処理がなされた空気であってもよいし、燃料を含有した気体等であってもよい。
【０１２７】
また、上記実施の形態及びその変形例では、第一熱媒体ｎ１及び第二熱媒体ｎ２は、第一熱交換器１２０（または１２０Ａ）及び第二熱交換器１３０に封入されて、所定の圧力等が維持されることで、一定の沸点を有していることとした。しかし、第一熱媒体ｎ１及び第二熱媒体ｎ２の圧力等を調整する調整機構（制御弁、手動弁等）が設けられており、必要に応じて、第一熱媒体ｎ１及び第二熱媒体ｎ２の沸点が制御されることにしてもよい。
【０１２８】
また、上記実施の形態及びその変形例において、第一熱交換器１２０（または１２０Ａ）及び第二熱交換器１３０は、上述した熱交換を行うことができるのであれば、その構造は限定されない。例えば、第一熱交換器１２０（または１２０Ａ）は、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２が配管内を流れ、第一熱媒体ｎ１が容器内を移動するのではなく、第一熱媒体ｎ１が配管内を流れ、第一流体ｆ１及び第二流体ｆ２が容器内を移動する構成でもよい。第二熱交換器１３０についても同様である。
【０１２９】
また、上記実施の形態及びその変形例では、３つの圧縮機１６０が配置されていることとした。しかし、配置される圧縮機１６０の個数は、特に限定されない。特に、第二流体ｆ２が液体水素の場合には、液体水素の沸点は約−２５０℃であるため、大気圧の空気の沸点（約−１９６℃）よりも低い。このため、第一流体ｆ１が空気の場合に、第一流体ｆ１を加圧して第一流体ｆ１の沸点を上昇させる必要がないため、圧縮機１６０を設けなくてもよい。
【０１３０】
また、上記実施の形態及びその変形例では、３つの第二熱交換器１３０が配置されていることとした。しかし、第二熱交換器１３０の個数は、特に限定されず、必要な温度条件によって適宜設定される。また、第二熱交換器１３０が配置されていない構成でもよい。前処理装置１５０、第四熱交換器１８０及び膨張発電設備６０についても同様に、これらのうちの少なくとも１つが配置されていない構成でもよい。
【０１３１】
また、上記実施の形態及びその変形例では、発電設備１は、コンバインドサイクル発電方式の火力発電設備であることとした。しかし、発電設備１は、蒸気タービンを有さないガスタービン発電方式の火力発電設備であることにしてもよい。または、熱交換設備１００は、発電設備以外の、ガスタービンを備える設備に設けられていてもよい。
【０１３２】
また、本発明は、熱交換設備において行われる熱交換方法における各ステップを実行するための処理部（制御部）を備える集積回路として実現することもできる。また、本発明は、当該ステップをコンピュータ（プロセッサ）に実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ（プロセッサ）読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）、半導体メモリ、フラッシュメモリ、磁気記憶装置、光ディスク、紙テープなどあらゆる媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。
【０１３３】
また、上記実施の形態及び上記変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、２つの流体の熱交換を行って一方の流体を他方の流体で液化する際に、簡易な構成で、当該２つの流体が混ざってしまうのを抑制することができる熱交換設備等に適用できる。
【符号の説明】
【０１３５】
１  発電設備
２  発電部
１０  ガスタービン
１１  圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
１４  回転軸
１５  吸気ダクト
２０  排熱回収ボイラ
２１  内部配管
２２  蒸気配管
２３  排ガス配管
２４  煙突
３０  蒸気タービン
３１  復水器
３２  給水配管
４０、６２  発電機
４１、５１  電力ケーブル
５０  開閉所
５２  送電鉄塔
６０  膨張発電設備
６１  膨張タービン
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ  熱交換設備
１１０  第二流体貯槽
１２０、１２０Ａ  第一熱交換器
１２１、１２１Ａ  第一熱交換部
１２１ａ  第一収容部
１２１ｂ  第一流路
１２１ｃ  第一配管
１２２、１２２Ａ  第二熱交換部
１２２ａ  第二収容部
１２２ｂ  第二流路
１２２ｃ  第二配管
１２３  第一容器
１２３ａ  第二容器
１２３ｂ  第三容器
１２３ｃ、１２３ｄ  接続配管
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ  第二熱交換器
１３１  第三熱交換部
１３２  第四熱交換部
１４０、１４１、１４２、１４３、１４４  第三熱交換器
１５０  前処理装置
１６０、１６１、１６２、１６３  圧縮機
１７０  第一流体貯槽
１８０  第四熱交換器
１９０  酸素富化装置
ａ１、ａ２  空気
ｆ１、ｆ１ａ１、ｆ１ａ２、ｆ１ａ３、ｆ１ａ４、ｆ１ａ５、ｆ１ａ６、ｆ１ａ７、ｆ１ａ８、ｆ１ｌ１、ｆ１ｌ２、ｆ１ｌ３、ｆ１ｌ４、ｆ１ｌ５、ｆ１ｌ６  第一流体
ｆ２、ｆ２ａ１、ｆ２ａ２、ｆ２ａ３、ｆ２ａ４、ｆ２ａ５、ｆ２ａ６、ｆ２ｌ  第二流体
ｎ１、ｎ１ａ、ｎ１ｌ  第一熱媒体
ｎ２  第二熱媒体
ｎ３  第三熱媒体
ｎ４  第四熱媒体
ｎ５  第五熱媒体
【図１】
2020051674.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020051674.tif 000005
【図４】
2020051674.tif 000006
【図５Ａ】
2020051674.tif 000007
【図５Ｂ】
2020051674.tif 000008
【図５Ｃ】
2020051674.tif 000009
【図６】
2020051674.tif 000010
【図７】
2020051674.tif 000011
【図８】
2020051674.tif 000012
【図９】
2020051674.tif 000013
【図１０】
2020051674.tif 000014