(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガス貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに沈潜せしめた第一段ポンプと、該第一段ポンプの吐出し液を加圧して送液する第二段ポンプと、該第二段ポンプの吐出し液の一部を加熱して高圧ガス化する熱交換器と、該熱交換器より供給される高圧ガスを給気して該ガスが膨張して減圧することにより前記第二段ポンプを駆動する膨張タービンと、前記第二段ポンプの吐出し口に接続された送液のための配管系とからなり、
前記第一段ポンプの吐出し液を前記熱交換器を通して加熱して高圧ガス化し、前記膨張タービンに供給して前記第二段ポンプを起動する配管系を備えたことを特徴とする液化ガス供給設備。
【請求項２】
前記第一段ポンプの吐出し液を前記熱交換器を通して加熱して高圧ガス化し、前記膨張タービンに供給して前記第二段ポンプを起動する配管系には、チェッキバルブを備えたことを特徴とする請求項１記載の液化ガス供給設備。
【請求項３】
液化ガス貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに沈潜せしめた第一段ポンプと、該第一段ポンプの吐出し液を加圧して送液する第二段ポンプと、該第二段ポンプの吐出し液の一部を加熱して高圧ガス化する熱交換器と、該熱交換器より供給される高圧ガスを給気して該ガスが膨張して減圧することにより前記第二段ポンプを駆動する膨張タービンと、前記第二段ポンプの吐出し口に接続された送液のための配管系とを備え、
前記第一段ポンプの吐出し口を、熱交換器を介して前記膨張タービンの給気口に接続して、前記第一段ポンプの吐出し液をガス化して前記膨張タービンに給気することにより前記第二段ポンプを起動することを特徴とする液化ガス供給設備の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液化ガス供給設備に係り、特に液化天然ガス（ＬＮＧ）等の極低温液体状燃料の貯蔵、輸送、供給に好適な液化ガス供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来のＬＮＧ基地等における液化ガス供給設備の概念を示す。半地下タンク１内には、ＬＮＧ輸送船から荷揚げされた液体状のＬＮＧが貯蔵されている。タンク１内には、プライマリ（第一段）ポンプ２が液体中に沈潜して設けられており、液体状のＬＮＧは、このポンプ２により地表面に汲み上げられる。汲み上げられたＬＮＧ（液体）は、その一部が気化器６によりガス化され基地内のボイラ、あるいはガスタービンの燃料として送出される。ここで気化器６は、その入口６Ａから海水や排熱を流入させ、出口６Ｂから流出させ、この間に熱交換を行い液体状のＬＮＧをガス化する。また、ポンプ２により汲み上げられた大部分のＬＮＧ（液体）は、セカンダリ（第二段）ポンプ３により、加圧されてパイプライン９により他のＬＮＧ基地に液体状のまま、また、ポンプ３で加圧された後に、図示しない熱交換器により加熱してガス化し、発電用ガスあるいは都市ガス用として需要地に圧送される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる液化ガス供給システムにおいては、環境保全の面からクリーンなエネルギー源であるＬＮＧ需要が増大し、サービスエリアが拡大して、このため設備の大容量化、大規模化、また取扱い圧力が上昇している。このため、ＬＮＧを加圧圧送する主たるポンプであるセカンダリポンプ３は、その取扱い流量、揚程、結果として駆動馬力の増大化が進んでいる。このため、ポンプ３を駆動するモータも、数百乃至数千ｋＷ程度となり高圧大容量の電源設備が必要となり、モータに電力を供給する送配電設備も大がかりなものと成らざるを得なかった。さらにポンプの段数増加、大型化も設備スペース、メンテナンス上問題となってきている。また、遠隔の地にある発電所にＬＮＧを輸送して発電所においてＬＮＧにより発電した電力を、発電所から長い送配電線を経てＬＮＧ基地内のＬＮＧを加圧圧送するポンプに引き込み、ここでモータに電力を供給しポンプを回転駆動させねばならない。このため、省エネルギ的な見地からも、ＬＮＧを加圧圧送するポンプへの電力の供給には、ＬＮＧをガスまたは液体として発電所に送るまでの輸送損失、発電所における発電効率の損失、送配電線における損失、モータを回転駆動する際の損失等が必然的に伴っていた。また一方、環境清浄化の流れの中で、徒に大電力を消費することは好ましいことではない。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みて為されたものであり、自己完結型の、すなわち外部からエネルギの供給を必要としない液化ガス供給設備を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の液化ガス供給設備は、液化ガス貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに沈潜せしめた第一段ポンプと、該第一段ポンプの吐出し液を加圧して送液する第二段ポンプと、該第二段ポンプの吐出し液の一部を加熱して高圧ガス化する熱交換器と、該熱交換器より供給される高圧ガスを給気して該ガスが膨張して減圧することにより前記第二段ポンプを駆動する膨張タービンと、前記第二段ポンプの吐出し口に接続された送液のための配管系とからなり、前記第一段ポンプの吐出し液を前記熱交換器を通して加熱して高圧ガス化し、前記膨張タービンに供給して前記第二段ポンプを起動する配管系を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、前記熱交換器はバーナを備え、前記膨張タービンの排気口より排出されるガスの少なくとも一部が前記バーナで燃焼される接続配管を備えることが好ましく、また、前記第一段ポンプの吐出し液を前記熱交換器を通して加熱して高圧ガス化し、前記膨張タービンに供給して前記第二段ポンプを起動する配管系には、チェッキバルブを備えることが好ましい。
【０００７】
また、本発明の液化ガス供給設備の起動方法は、前記第一段ポンプの吐出し口を、熱交換器を介して前記膨張タービンの給気口に接続して、前記第一段ポンプの吐出し液をガス化して前記膨張タービンに給気することにより前記第二段ポンプを起動することを特徴とする。
【０００８】
【作用】
第二段ポンプの吐出し液の一部を加熱して高圧ガス化する熱交換器を備えるので、第二段ポンプが加圧した自液の一部を高圧ガス化することができる。そして、熱交換器より供給される高圧ガスを膨張タービンに給気してガスが膨張して減圧することにより膨張タービンの羽根車を回転駆動することができる。膨張タービンの主軸は第二段ポンプの主軸と直結されていることから、第二段ポンプで加圧した液体自体によりポンプを回転駆動することが出来る。すなわち、自己完結型の外部よりエネルギの供給を要さない液化ガスの加圧圧送システムを構成することが出来る。
【０００９】
熱交換器はバーナを備え、膨張タービンの排気口より排出されるガスの少なくとも一部がこのバーナで燃焼される接続配管を備えたことから、第二段ポンプで加圧された液体に高熱を与え、高温高圧のガスとして膨張タービンに給気することができる。そして、バーナの燃料は、膨張タービンの排気口から排出される液化ガス自体であるので、自液により高温高圧のガスを作ることができる。かかる構成により膨張タービンの出力の増大、あるいは小型化を達成することができ、省エネルギ的な見地よりも上述の構成よりも一歩進んだものとなる。
【００１０】
また、第一段ポンプの吐出し口は、熱交換器を介して膨張タービンの給気口に接続する配管に接続されることから、第二段（セカンダリ）ポンプが回転していない状態でも、膨張タービンの給気口に高圧ガスを供給することが可能と成る。第二段ポンプは、自己完結型のポンプであるため、一旦停止すると膨張タービンの給気口にガスの供給がなされず、ポンプ自体で再起動することができない。このため、上述の接続配管により膨張タービンの給気口に高圧ガスを供給することができるので、自己完結型のポンプを容易に起動することが可能となる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の第１乃至第２の実施例について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施例の液化ガス供給設備の構成を示す。図中、実線の矢印は液の流れを示し、点線の矢印はガスの流れを示す。半地下式のタンク１に、ＬＮＧ等の液化ガス（液体）が貯蔵され、液中に沈潜したプライマリポンプ２で液が地表に汲み上げられる。プライマリポンプ２の吐出し液を加圧してパイプライン９に送液するセカンダリポンプ３は、膨張タービン５とそれぞれの主軸が連結されており、ポンプ３はタービン５により駆動される。なお、膨張タービン５とポンプ３とは一本の共通した主軸を有し、それぞれを密閉した一体のタービン駆動型ポンプとしてもよい。ポンプ３の吐出し液の一部は、気化器６、熱交換器７に配管接続され、熱交換器７の出口は膨張タービン５の給気口に配管接続されている。すなわち、ポンプ３の一方の吐出し口は、バルブＶ２、気化器６、熱交換器７を通ってタービン５の給気口に接続されている。また、タービン５の排気口は、熱交換器７を通ってガスの送出管８に接続されている。また、プライマリポンプ２の吐出し口にはバルブＶ１ を備えた配管Ｌ２ が気化器６の入口に接続されている。また、気化器６の入口は、ポンプ３の吐出口からバルブＶ２ を介して配管Ｌ３ により接続されている。
【００１３】
次に、本実施例の液化ガス供給設備の動作について説明する。
図６は、図１に示す液化ガス供給設備の各部の液化ガスの熱力学的な状態Ｓ１  ，Ｓ２  …等を説明する圧力／エンタルピ線図である。図１において、半地下タンク１に貯蔵された液体状のＬＮＧは、大気圧近辺付近の圧力Ｐ０  の過飽和状態Ｓ１  である。そして、プライマリポンプで圧力Ｐ１  まで加圧され、状態Ｓ１  となる。そして、セカンダリ（第二段）ポンプ３により損失を考慮にいれてポリトロープ的に圧力Ｐ３  まで加圧され、状態Ｐ３  となった一部の液ｗｋｇを抽出し、バルブＶ２  を介して気化器６に流入させる。状態Ｓ３  の液ｗｋｇは、気化器６および熱交換器７から熱量を受け取り（エンタルピｉ３  →ｉ４  ）、熱交換器損失分だけ圧力の低い状態Ｓ４  に移る。熱交換器７の出口においては、ポンプ３の吐出口で状態Ｓ３  であった液体は、状態Ｓ４  の高圧ガスとなり膨張タービン５の給気口５より押し込まれる。そして、タービン５内においてこの状態Ｓ４  からエントロピ一定の線上をタービン損失分だけずれた状態Ｓ５  までポリトロープ膨張を行う。この膨張で、タービン５の羽根車を回転させ、タービン５の主軸に直結したポンプ３の羽根車を回転駆動する。タービン５の排気口ではガスは圧力Ｐ５  に減圧されており、熱交換器７で放熱してパイプライン８に送出される。このガスは、所定の圧力を有する発電用、或いは都市ガス用として送出されてもよく、又はＬＮＧ基地内のタービン、或いはボイラの燃料として用いてもよい。一方、状態Ｓ１  でポンプ３に吸込まれ一旦状態Ｓ３  まで加圧され一部ｗｋｇが抽出された残余の液体（Ｗ−ｗ）ｋｇは、更にポンプ３で再加圧され、状態Ｓ２  となり、パイプライン９から他のＬＮＧ基地等に高圧の液体として送出される。
【００１４】
即ち、係るポンプ３と膨張タービン５と熱交換器６，７との組み合わせにより、図６に示すように過飽和液範囲の等エントロピ線と過熱状態での等エントロピ線との勾配の差を利用して、膨張タービンを駆動することができる。このことは、状態Ｓ１  ，Ｓ２  ，Ｓ３  ，Ｓ４  ，Ｓ５  のエンタルピをそれぞれｉ１  ，ｉ２  ，ｉ３  ，ｉ４  ，ｉ５  とし、ポンプ全流入量Ｗｋｇ、抽出量ｗｋｇとするとき、
Ｗ（ｉ３  −ｉ１  ）＋（Ｗ−ｗ）（ｉ２  −ｉ３  ）≦ｗ（ｉ４  −ｉ１  ）
であれば系として成立する。即ち、この系が成立するようにポンプ３の加圧圧力Ｐ３  、熱交換器で付与する熱量（エンタルピｉ３  →ｉ４  ）等を適宜に選択することにより、自己完結型の外部より電力（エネルギー）の供給を要さない自液によるポンプ動作を行わせることができる。
【００１５】
図２は、ポンプの起動状態の液の流れ及びガスの流れを示す。このポンプ３は、自液により動作する自己完結型のポンプであるため、一旦停止すると自動的には再起動できない。このため、起動時にはバルブＶ１ を開き配管Ｌ２ から、プライマリポンプ２で汲み上げられた液を気化器６、熱交換器７を通して熱量を与え高圧ガス化してタービン５にその給気口より押し込む。そして、タービン５で膨張してポンプ３を駆動して減圧したガスをバルブＶ５  を開き外部に排出する。従って、プライマリポンプ２で汲み上げられた液をガス化してタービン５に供給することによりポンプ３は起動する。膨張タービン５の回転数が徐々に上がるにつれ、セカンダリポンプ３の加圧圧力も徐々に上昇し、セカンダリポンプ３の吐出液は配管Ｌ３ のバルブＶ２ を通り、気化器６に導入され、正規の運転状態になっていく。
【００１６】
図３は、定常運転時の液の流れ及びガスの流れを示す。起動されたセカンダリポンプ３は徐々に回転が上がって圧力上昇し、バルブＶ１  の図示しない下流側チェッキバルブが徐々に閉止していく。従って、液の流れはプライマリポンプ２にて汲み上げられた液の全量Ｗｋｇがポンプ３の吸込口に入り、その内、ｗｋｇが加圧された状態Ｓ３  で抽出され、残余の（Ｗ−ｗ）ｋｇが再加圧され、圧力Ｐ２  の状態Ｓ２  で液体のままパイプライン９に加圧圧送される。抽出された液体ｗｋｇは、気化器６、熱交換器７により熱量を与えられ、ガス化され、タービン５内で膨張してポンプ３を回転駆動して減圧され、パイプライン８から外部に高圧のガスとして送出される。尚、熱交換器７においてタービン５の排気ガスは、給気ガスに熱量を付与する。ポンプ３の回転数の制御方法としては、ポンプ３の軸に回転数検出器をとりつけ、ポンプ軸の回転数を計測し、設定値とのズレにおいて気化器６又は熱交換器７の加熱温度、流量、又は廃熱源の温度、流量又はセカンダリポンプの吐出圧力、流量等を制御することにより行うことができる。
【００１７】
図４は、タービン／ポンプが閉止中の液の流れ及びガスの流れを示す。セカンダリポンプ３及び膨張タービン５が保守等のために停止する場合にも、ＬＮＧ基地内のボイラ、タービン等のユーティリティに燃料を送り続ける必要がある。このようなタービン／ポンプの停止中には、配管Ｌ２  のバルブＶ２  を閉じて、バイパス配管のバルブＶ６  を開くことにより、図示するようにプライマリポンプで汲み上げられた液は、気化器６、バルブＶ６  、熱交換器７を通りガス化してパイプライン８より燃料ガスを供給することができる。
【００１８】
図５は、液化ガス供給設備の制御系を示す。回転センサ１１は、膨張タービン５又はポンプ３の軸の回転数を検出する回転検出器である。検出された回転数情報は制御装置１２に送られ、弁Ｖ２  ，Ｖ７  等の開度を制御する。これらのバルブの起動時、定常運転時、回転数制御状態における開閉制御（開：Ｏ、閉：Ｃ）は図中の表に示すとおりである。回転数制御は、バルブＶ２の開度の調整により抽出量ｗｋｇの調整、気化器６への海水等の加温用流体のバルブＶ７の開度調整による付与熱量（ｉ３  →ｉ４  ）の調整、あるいは気化器８の廃熱の流入量を弁Ｖ８を調整することにより付与熱量（ｉ３  →ｉ４  ）を調整して行うことができる。
【００１９】
図７乃至図１１は、本発明の第２実施例の液化ガス供給設備を示す。本第２実施例は、その基本的な構成は第１実施例と同様であるが、第１実施例における熱交換器７を燃焼加熱器１７に置換え、膨張タービン５から排出されるガスの一部を燃焼して給気ガスを積極的に加熱するようにしたものである。すなわち、図７に示すようにタービン５の給気ガスに熱量を与える燃焼加熱器１７は、バーナを備え、膨張タービン５の排気口に接続された配管Ｌ５から分岐する配管Ｌ４を備え、バルブＶ４によりその流入量が調節され、燃焼加熱器１７内のバーナで燃焼されるようになっている。したがって、膨張タービン５への給気ガスを、燃焼加熱器１７で燃焼加熱することにより、より高温高圧化することができる。このため、膨張タービン５の出力が高くなり、ポンプ３の出力をより増大させることができる。また、出力を一定とすればタービン５およびポンプ３の形状をより小型化することができる。膨張タービン５で仕事をして減圧されたガスはその一部が加熱燃焼器１７で燃焼されるので、自己完結型である。
【００２０】
図８は、第２実施例の起動時の液の流れおよびガスの流れを示すもので、第１実施例の図２に対応するものである。図９は、第２実施例の定常運転時の液の流れおよびガスの流れを示すもので、第１実施例の図３に対応するものである。図１０は、第２実施例のポンプ／タービン停止時の液の流れおよびガスの流れを示すもので、第１実施例の図４に対応するものである。図１１は、第２実施例の制御系の説明図であり、第１実施例の図５に対応するものである。本実施例においては、加熱燃焼器１７に流入するガスの流量を調整するバルブＶ４  の開度調整が付与熱量の調整に大きく係わり、タービン／ポンプの出力の調節に重要な役割を果している。
【００２１】
尚、以上に述べた各実施例においては、セカンダリポンプで状態Ｓ２に加圧された液体をそのまま外部に加圧圧送する例について説明したが、気化器を介してガス状態に変換して加圧圧送するようにしてもよい。又、セカンダリポンプで液Ｗｋｇからｗｋｇを抽出してガス化して、残余の（Ｗ−ｗ）ｋｇを再加圧して送液する例について説明したが、セカンダリポンプで液（Ｗ−ｗ）ｋｇを加圧圧送して、残余のｗｋｇを再加圧してガス化するようにしてもよい。このように、本発明の主旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の液化ガス供給設備によれば、液化ガスを加圧圧送するに際して、そのポンプを駆動するのに外部から電力その他の燃料の供給を必要としない。このような自己完結型のシステムにより、極めてエネルギ損失の少ないシステムが実現され、また送配電設備も不要となる。このため液化ガス供給設備の小型化、すなわち液化ガス供給基地の小面積化も達成でき、環境の清浄化、美化にも貢献することができる。又、大量のＬＮＧ等の液化ガスの加圧圧送を行うことができ、省エネルギ、ひいては地球環境の保全に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の液化ガス供給設備の構成を示す説明図。
【図２】上記設備における起動時の液の流れ及びガスの流れを示す説明図。
【図３】上記設備における定常時の液の流れ及びガスの流れを示す説明図。
【図４】上記設備におけるポンプ／タービン停止時の液の流れ及びガスの流れを示す説明図。
【図５】上記設備における制御系の説明図。
【図６】液化ガスの熱力学的な状態を示す圧力−エンタルピ線図。
【図７】本発明の第２実施例の液化ガス供給設備の構成を示す説明図。
【図８】上記設備における起動時の液の流れ及びガスの流れを示す説明図。
【図９】上記設備における定常時の液の流れ及びガスの流れを示す説明図。
【図１０】上記設備におけるポンプ／タービン停止時の液の流れ及びガスの流れを示す説明図。
【図１１】上記設備における制御系の説明図。
【図１２】従来の液化ガス供給設備の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１    半地下タンク
２    プライマリ（第１段）ポンプ
３    セカンダリ（第二段）ポンプ
５    膨張タービン
６    気化器
７    熱交換器
８    ガスパイプライン（送出管）
９    液パイプライン（送出管）
１７    加熱燃焼器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003547169.tif 000010
【図１０】
0003547169.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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