(57)【要約】  本発明は、極低温の液化天然ガス（ＬＮＧ）を運送する運搬船の貯蔵タンクで発生する蒸発ガス（ＢＯＧ）の再液化装置に関する。本発明によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生するＢＯＧを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された蒸発蒸気を少なくとも部分的に凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＢＯＧ再液化装置において、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを、凝縮器の前段で予冷過程を経させることにより、ＢＯＧの発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口でＢＯＧの温度を設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。また、本発明によると、ＢＯＧ再液化装置において、低温部を構成する単位要素を断熱されたコールドボックスモジュールで作製することにより、ＬＮＧ再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を、冷熱の損失無しに、安定的に管理することができる。
2009501896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、
前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第１の窒素熱交換器と、前記第１の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、
前記第１の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第１の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、
前記窒素加圧冷却手段から前記第１の窒素熱交換器に供給される高圧窒素ガスの一部は、第２の膨張手段により膨張され、低温低圧の窒素ガスに冷却された後、前記凝縮器からの低圧窒素ガスと合わせられ、前記第１の窒素熱交換器に流入し、前記窒素加圧冷却手段に戻される
ことを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項２】
前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧは、凝縮される前に予冷されることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項３】
前記窒素加圧冷却手段と前記第１の窒素熱交換器との間に第２の窒素熱交換器がさらに設けられ、前記第２の膨張手段に流入する高圧窒素ガスは、前記第２の窒素熱交換器で１次冷却されることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項４】
前記凝縮器で凝縮されたＢＯＧ中に部分的に含まれた不凝縮ガスは、不凝縮ガス分離器により分離された後、不凝縮ガスは、前記圧縮機により圧縮され、前記凝縮器に供給されるＢＯＧと混合されることにより、前記凝縮器に供給されるＢＯＧの温度を冷却させることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項５】
前記不凝縮ガスは、ベンチュリ形ノズルにより前記凝縮器に供給されるＢＯＧと混合されることを特徴とする請求項４に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項６】
前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧは、凝縮される前に前記第１の窒素熱交換器で熱交換されて予冷されることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項７】
前記第１の窒素熱交換器と前記第１の膨張手段との間に、前記第１の窒素熱交換器を通過した高圧窒素ガスをさらに冷却する第３の窒素熱交換器がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項８】
前記第１または第２の窒素膨張手段は、膨張弁または膨張タービンであることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項９】
前記膨張タービンには、発電機が設けられたことを特徴とする請求項８に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項１０】
前記圧縮機に供給されるＢＯＧに、前記再液化されたＢＯＧまたはＬＮＧ貯蔵タンクからのＬＮＧを供給し、前記凝縮器に供給するＢＯＧの温度を冷却させることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項１１】
前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧに、前記再液化されたＢＯＧまたはＬＮＧ貯蔵タンクからのＬＮＧを供給し、前記凝縮器に供給するＢＯＧの温度を冷却させることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項１２】
前記圧縮機、窒素熱交換器、及び膨張手段を一つのモジュールで構成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項１３】
前記モジュールは断熱されることを特徴とする請求項１２に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項１４】
前記モジュールは、予備組立体として製造されることを特徴とする請求項１２に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【請求項１５】
ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、
前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する窒素熱交換器と、前記窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する膨張手段と、を備え、
前記圧縮機、窒素熱交換器、及び膨張手段は、一つのモジュールで構成されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温の液化天然ガス（Liquefied Natural Gas、以下ＬＮＧという）を運送する運搬船の貯蔵タンクで発生する蒸発ガス（Boil-Off Gas、以下ＢＯＧという）の再液化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧは、通常、液化状態で遠距離にわたって輸送される。例えば、ＬＮＧが液化される第１位置で蒸気化してガス分配システムに送られる第２位置に液化ＬＮＧを移送するのには、ＬＮＧ運搬船が用いられる。ＬＮＧが、極低温、すなわち常圧−１６３℃付近の温度で液化するので、ＬＮＧ運搬船の貯蔵タンクが外部の熱伝達を受けることにより、貯蔵タンクのＬＮＧは、持続的に気化するが、貯蔵タンクの圧力が設定された安全圧力以上となると、ＢＯＧは、安全弁を通じて外部に排出される。排出されたＢＯＧは、再液化されて、さらに貯蔵タンクに戻され、または、船舶の燃料として用いる。
【０００３】
従来のＬＮＧ運搬船は、スチームタービン推進方式であるので、ＢＯＧをボイラで燃焼させ、船舶の推進燃料として活用してきた。近来になって、貯蔵タンクの断熱技術の発展につれて、ＢＯＧの発生量が少なくなり、スチームタービン船舶の推進に必要なＢＯＧ量の確保が困難であるだけでなく、より高効率のディーゼルエンジンによる船舶推進が好まれている。これにより、ＢＯＧの処理と貯蔵タンクの安定性の確保のための新たな技術が要求されている。
【０００４】
再液化装置において、冷凍サイクルは、作動流体を複数の圧縮機で圧縮するステップと、圧縮された作動流体を間接熱交換により冷却させるステップと、前記作動流体を膨張させるステップと、膨張された作動流体を圧縮された作動流体との間接熱交換により加熱するステップと、加熱された作動流体を圧縮機中の一つに復帰させるステップとにより行われる。圧縮ステップ以降のＬＮＧ蒸気は、膨張された作動流体との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮される。このような冷却方法を行うための装置の一例が、米国特許第３，８５７，２４５号に記載されている。
【０００５】
米国特許第３，８５７，２４５号により、作動流体は、ＬＮＧそのものから誘導されるので、開放冷凍サイクルにより作動される。作動流体の膨張は、弁により行われ、部分凝縮されたＬＮＧが得られる。部分凝縮されたＬＮＧは、貯蔵槽に復帰される液相、及び燃焼バナーに送られる天然ガスと混合される気相に分離される。作動流体は、同一の熱交換器内で加熱及び冷却されるので、ただ一つの熱交換器のみが用いられる。熱交換器は、第１スキッド付きフラットフォーム上に位置され、作動流体圧縮機は、第２スキッド付きフラットフォーム上に位置される。
【０００６】
現在、作動流体として不燃性ガスを用いることが好まれる。また、外部から供給される作動流体の圧縮を減少させるためには、作動流体を膨張させるための弁よりも膨張タービンが好まれている。
【０００７】
上記した二つの長所を改善した装置の一例が、国際特許公開公報第ＷＯ９８／４３０２９号に記載されている。前記文献の装置には、二つの熱交換器が用いられるが、その一つは、圧縮された天然ガス蒸気を部分的に凝縮させながら、熱交換器で作動流体を加温するものであり、もう一つは、圧縮された作動流体を冷却させるものである。さらに、作動流体は、二つの他の圧縮機で圧縮されるが、一つは膨張タービンと連結される。国際特許公開公報第ＷＯ９８／４３０２９号に開示されてはいないが、このような通常の装置は、ボード型船舶に設けられ、膨張タービンに連結された圧縮機及び熱交換器が、船の貨物機械室に位置し、他の圧縮機は、エンジン室内に位置する。国際特許公開公報第ＷＯ２００５／４７７６１号も、これに類似の構造を有しており、この出願は、ＢＯＧの予冷に特徴がある。
【０００８】
米国特許第４，８４３，８２９号及び第４，８４３，８６２号には、ＢＯＧを予冷させる再液化方法が開示されており、これらの米国特許に開示されたＢＯＧの再液化装置は、圧縮機を介して供給されるＢＯＧを最終的に凝縮させるために、二つの熱交換器を経るようになっており、ＢＯＧは、第一の熱交換器で予冷された後、第二の熱交換器で最終的に凝縮される。
【０００９】
しかしながら、前記米国特許第４，８４３，８２９号及び第４，８４３，８６２号に開示されたＢＯＧの再液化装置によると、圧縮機を通過しながら圧縮された窒素を、第１流と第２流に分類し、第１流は、膨張弁を経てＢＯＧの再液化に用いた後、圧縮機に戻し、第２流は、膨張タービンを経てＢＯＧの予冷に用いた後、圧縮機に戻しているので、複数個の窒素冷媒噴流を循環させるためのそれぞれのラインが構成されなければならないと共に、熱交換器内に５〜６個の経路が形成されなければならず、それにより、再液化装置の全体構成が複雑であり、非効率的であるという問題があった。
【００１０】
韓国特許公開第２００１−８８４０６号及び第２００１−８９１４２号は、圧縮された蒸気を再液化させるために、ボード型船舶に用いるための装置に関するものであり、構成要素を事前組立体として作製して使用している。この再液化装置を示した図１を参照して説明すると、再液化は、閉鎖サイクルで行われ、ここで、作動流体は、少なくとも一つの圧縮機２３、２４、２５で圧縮され、第１の熱交換器２２で冷却され、タービン２８で膨張され、第２の熱交換器１３で加温され、ここで圧縮された蒸気は、少なくとも部分的に凝縮される。この装置は、第２の熱交換器１３を含む第１の事前組立体１０と、第１の熱交換器２２、圧縮機２３、２４、２５、膨張タービン２８が位置する第２の事前組立体２０とを備える。前記事前組立体１０、２０は、それぞれのフラットフォーム１１、２１に位置する。
【００１１】
一方、従来の作動流体とＢＯＧの熱交換と関連して、韓国特許公告第１９９３−８２９９号、国際特許公報第ＷＯ２００５／７１３３３号等では、三つの熱交換器を用いて、ＢＯＧの安定的な凝縮を図っている。
【００１２】
このような再液化装置は、それなりに、構造の単純化、船舶への装着の容易性、熱損失の低減等の側面で改善されてきたが、未だ改善の必要性がある。
【００１３】
特に、従来技術は、ＢＯＧ液化のための冷熱発生機構である窒素サイクル装置において、作動流体である窒素の逆ブレイトンサイクルを用いているが、船舶の運転状況に応じて、ＢＯＧの発生量、温度等が変わる場合、迅速に対処しないという短所がある。また、膨張タービンにより、窒素温度を低くし過ぎると、窒素の液化点に到達して発生した液滴がタービンブレードに損傷をもたらすようになる。したがって、発生するＢＯＧの量や温度変化に敏感に対処することができる新たな技術が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明は、このように船の運転状況により、ＢＯＧの発生量、温度等が変わる場合、迅速に対処しないという問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、ＬＮＧ運搬船において、運航中、貯蔵タンクで発生し、安全弁から流出されるＢＯＧを再液化した後、貯蔵タンクに回収させる再液化システムにおいて、発生したＢＯＧを凝縮器の前段で予冷過程を経させることにより、ＢＯＧの発生量または温度変化があっても、凝縮器の内部でＢＯＧと窒素ガスとの間の温度差を設定範囲内で一定に維持することができるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＬＮＧ運搬船において、運航中、貯蔵タンクで発生し、安全弁から流出されるＢＯＧを再液化した後、貯蔵タンクに回収させる再液化システムにおいて、膨張タービンのみならず、膨張弁を用いて、さらに低温まで自由に窒素温度を低くすることにより、いずれの場合も、貯蔵タンク内の圧力と温度を安定的状態に維持する共に、ＬＮＧ損失を除去するＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置を提供することにある。
【００１６】
さらに、本発明のまた他の目的は、上記した従来技術を、構造の単純化、船舶への装着の容易性、熱損失の低減等の側面において改善したＢＯＧ再液化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した技術的課題を達成するために、本発明の一実施例によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第１の窒素熱交換器と、前記第１の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、前記第１の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第１の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧは、凝縮される前に予冷されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置が提供される。
【００１８】
また、本発明の他の実施例によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第１の窒素熱交換器と、前記第１の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、前記第１の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第１の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、前記窒素加圧冷却手段から前記第１の窒素熱交換器に供給される高圧窒素ガスの一部は、第２の膨張手段により膨張され、低温低圧の窒素ガスに冷却された後、前記凝縮器からの低圧窒素ガスと合わせられ、前記第１の窒素熱交換器に流入し、前記窒素加圧冷却手段に戻されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置が提供される。
【００１９】
また、本発明のまた他の実施例によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する窒素熱交換器と、前記窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、前記圧縮機、窒素熱交換器、及び膨張手段は、一つのモジュールで構成されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生するＢＯＧを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された蒸発蒸気を少なくとも部分的に凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＢＯＧ再液化装置において、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを、凝縮器の前段で予冷過程を経させることにより、ＢＯＧの発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口でＢＯＧの温度を設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。
【００２１】
また、本発明によると、ＢＯＧ再液化装置において、低温部を構成する単位要素を断熱されたコールドボックスモジュールで作製することにより、ＬＮＧ再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を、冷熱の損失無しに、安定的に管理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付した図２乃至図１３に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下の説明は、本発明の実施例に過ぎず、以下に記載する温度、圧力は、一例を示すものであり、本発明は、これらの数値に限定されるものではない。
【００２３】
（第１実施例）
以下、図２乃至図４を参照して、本発明の第１実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明の第１実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の構成図である。本装置は、ＢＯＧサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とからなる。
【００２５】
ＢＯＧサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧（１．０１３ｂａｒ）状態で貯蔵タンク１１０に貯蔵される。しかし、ＬＮＧの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、ＢＯＧが発生し、これは、貯蔵タンク１１０の圧力上昇要因として作用する。
【００２６】
したがって、貯蔵タンク１１０を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が１．０３ｂａｒ程度に到達すると、安全弁１１１が開放し、ＢＯＧは、貯蔵タンク１１０の外部に排出され、２段のＢＯＧ圧縮機１１５、１１６を経て再液化過程を経るようになる。
【００２７】
前記貯蔵タンク１１０の外部に排出される高温のＢＯＧは、温度センサ１１２により温度が感知され、温度調節器１１４を経て一定の温度に調節された後、２段のＢＯＧ圧縮機１１５、１１６に流入することが好ましい。前記温度調節器１１４を通過したＢＯＧは、１．０３ｂａｒ、−１２０℃の過熱蒸気状態に維持される。
【００２８】
前記温度調節器１１４の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク１１０から排出された高温のＢＯＧに、再液化過程を経た極低温のＢＯＧ（ＬＮＧ）を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁１１３の開度を調節して行う。また、前記温度調節器１１４には、前記再液化されたＢＯＧのみならず、ＬＮＧ貯蔵タンク１１０のＬＮＧをポンプ（図示せず）に供給することも可能である。また、ＬＮＧ貯蔵タンク１１０のＬＮＧを、ＢＯＧ圧縮機１１５、１１６により圧縮されたＢＯＧと混合するように供給し、前記ＢＯＧ凝縮器１３１に供給するＢＯＧの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁１１３は閉鎖し、極低温の再液化されたＬＮＧは、貯蔵タンク１１０に誘導される。
【００２９】
前記温度調節器１１４を通過したＢＯＧは、モータＭにより駆動される２段のＢＯＧ圧縮機１１５、１１６を経ると、２．５ｂａｒ、−７３℃の過熱蒸気状態で吐出される。
【００３０】
前記２段のＢＯＧ圧縮機１１５，１１６から吐出されたＢＯＧは、ＢＯＧ凝縮器１３１を通過しながら、２．３ｂａｒ、−１５５℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク１１０に再流入し、または、温度調節器１１４に再循環される。ＢＯＧ凝縮器１３１の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。
【００３１】
ＢＯＧ凝縮器１３１を通じて、ＢＯＧの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、７０〜９９％程度が液化される。
【００３２】
また、本実施例の変形例によると、凝縮されたＢＯＧは、前記２段のＢＯＧ圧縮機１１５、１１６を経て加圧されたＢＯＧに噴霧供給されることにより、ＢＯＧ凝縮器に供給される加圧ＢＯＧの温度を調節することもできる。
【００３３】
凝縮されたＢＯＧは、循環ポンプ１１９により貯蔵タンク１１０に再流入する。前記貯蔵タンク１１０へのＢＯＧの再流入方法は、貯蔵タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、貯蔵タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたＢＯＧに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、ＬＮＧの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がＬＮＧの主成分であるメタンよりも低いので、ＢＯＧ中の窒素含量が増加すると、２段のＢＯＧ圧縮機１１５、１１６またはＢＯＧ凝縮器１３１の負荷を減らすことができる。
【００３４】
窒素サイクル装置
前記ＢＯＧ凝縮器１３１では、作動流体である極低温の窒素ガスとの熱交換により、ＢＯＧの再液化が行われるが、以下の説明は、ＢＯＧ再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
【００３５】
１０ｂａｒ、４０℃の窒素ガスは、３段圧縮機１２１、１２２、１２３と中間冷却器１２５、１２６、１２７を通過した後、圧力が上昇して、５９ｂａｒ、４３℃のガスで吐出される。前記窒素ガスは、コールドボックスに移送された後、窒素熱交換器１３３において、ＢＯＧ凝縮器でＢＯＧを凝縮させながら温度が多少上昇した低温部窒素との内部熱交換を通じて、５９ｂａｒ、−１０５℃のガス状態に予冷される。
【００３６】
中間冷却器１２５、１２６、１２７は、作動流体として作用する窒素冷媒を加圧段階で冷却するものであり、本発明の従来技術の部分に記載された従来技術でも知られた従来の方法が用いられるが、海水を冷媒として冷却する方法が好ましい。
【００３７】
前記窒素熱交換器１３３を通過した低温、高圧の窒素ガスは、膨張タービン１３６を経ながら、１０．５ｂａｒ、−１６７℃の極低温、低圧ガスに変わり、前記ＢＯＧ凝縮器１３１に移動し、ＢＯＧ再液化過程を行った後、１０．３ｂａｒ、−１３４℃の状態となる。以降、前記窒素熱交換器１３３の高温部窒素との内部熱交換により、１０ｂａｒ、４０℃に到達してサイクルを完成する。
【００３８】
窒素バッファタンク１２０は、ＢＯＧ再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体（窒素）の供給源をさらに備えてもよい。
【００３９】
コールドボックス装置
コールドボックス１３０は、ＢＯＧの再液化を行うＢＯＧ凝縮器１３１と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換が行われる窒素熱交換器１３３と、極低温窒素ガスを得る膨張タービン１３６とから構成される。
【００４０】
たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン１３６に発電機Ｇを連結し、電力を生産した後、これをＢＯＧ圧縮機１１５、１１６または窒素圧縮機１２１、１２２、１２３等の補助動力源として用いることも可能である。
【００４１】
前記過程の装置を、コールドボックス１３０に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、ＢＯＧ再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、窒素熱交換器１３３と膨張タービン１３６の入口との間の連結パイプの長さが短くなるので、膨張タービン１３６の入口の状態や温度に敏感な膨張タービンの出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張タービンの出口とＢＯＧ凝縮器との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。
【００４２】
また、本発明では、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の構成において、低温状態の装置であるＢＯＧ凝縮器１３１、窒素熱交換器１３３、及び膨張タービン１３６を一つのコールドボックス１３０で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックスは、予備組立体として製造することにより、船舶への装着を容易にすることができる。
【００４３】
このように窒素サイクルの極低温部位が安定的に管理されることにより、ＢＯＧサイクルにおいて、ＢＯＧ再液化温度−１５５℃、最大温度−７３℃の作動が可能であり、ＢＯＧ凝縮器１３１の入出口の温度差を通常の場合よりも低い８０℃以下に減らすことができる。したがって、予冷の必要がない簡単なＢＯＧ凝縮器の設計が可能である。
【００４４】
以下、図３及び図４を参照して、この第１実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。
【００４５】
極低温のＬＮＧ運搬船の貯蔵タンク内で、外部熱伝達により発生するＢＯＧ再液化方法において、先ず、ＢＯＧの循環は、設定圧力で弁が開放した後、排出されたＢＯＧが温度調節器を経て、２段のＢＯＧ圧縮機１１５、１１６の入口の状態が１．０３ｂａｒ、−１２０℃に一定に維持されるステップ（ＳＴ１１１）と、前記ＢＯＧが、２段のＢＯＧ圧縮機１１５、１１６で２．５ｂａｒ、−７３℃に圧縮され、高温高圧の状態となるステップ（ＳＴ１１２）と、前記ＢＯＧ圧縮機１１５、１１６から吐出されたＢＯＧが、ＢＯＧ凝縮器１３１で２．３ｂａｒ、−１５５℃の過冷液体に再液化されるステップ（ＳＴ１１３）と、前記再液化されたＢＯＧが、循環ポンプ１１９により加圧されるステップ（ＳＴ１１４）と、前記加圧された再液化ＢＯＧの一部が、温度調節器１１４を通じて再循環されるステップ（ＳＴ１１５）と、残りは、貯蔵タンクに回収されて貯蔵されるステップ（ＳＴ１１６）とからなり、前記ＢＯＧの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、１０ｂａｒ、４０℃の窒素ガスが、３段圧縮機１２１、１２２、１２３と中間冷却器１２５、１２６、１２７とを通過した後、圧力が上昇して、５９ｂａｒ、４３℃に昇圧されるステップ（ＳＴ１１７）と、前記高圧窒素が、窒素熱交換器において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、５９ｂａｒ、−１０５℃の低温状態に変わるステップ（ＳＴ１１８）と、前記高圧窒素が膨張タービンを経ながら、１０．５ｂａｒ、−１６７℃の低温、低圧ガスに変わるステップ（ＳＴ１１９）と、前記低温低圧窒素がＢＯＧ凝縮器１３１において、ＢＯＧ再液化を行った後、１０．３ｂａｒ、−１３４℃の状態になるステップ（ＳＴ１２０）と、前記窒素ガスが再度窒素熱交換器１３３を通過しながら、１０ｂａｒ、４０℃の高温に状態変化を行うステップ（ＳＴ１２１）とで構成される。
【００４６】
前記各ステップにおける圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、ＢＯＧの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。
【００４７】
このように構成されている本発明の第１実施例によると、以下の効果が得られる。
【００４８】
上記した第１実施例の構成からなる本発明は、ＬＮＧ運搬船の運航中に貯蔵されたＬＮＧの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。
【００４９】
具体的には、窒素熱交換器１３３と膨張タービン１３６の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張タービン１３６の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張タービンの出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張タービン１３６の出口とＢＯＧ凝縮器１３１との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックスに集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。
【００５０】
（第２実施例）
以下、図５乃至図７を参照して、本発明の第２実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
【００５１】
図５は、本発明の第２実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の構成図である。本装置は、ＢＯＧサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とからなる。
【００５２】
ＢＯＧサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧（１．０１３ｂａｒ）状態で貯蔵タンク２１０に貯蔵される。しかし、ＬＮＧの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、ＢＯＧが発生し、これは、貯蔵タンク２１０の圧力上昇要因として作用する。
【００５３】
したがって、貯蔵タンク２１０を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が１．０３ｂａｒ程度に到達すると、安全弁２１１が開放し、ＢＯＧは、貯蔵タンク２１０の外部に排出され、２段のＢＯＧ圧縮機２１５、２１６を経て再液化過程を経るようになる。
【００５４】
前記貯蔵タンク２１０の外部に排出される高温のＢＯＧは、温度センサ２１２により温度が感知され、温度調節器を２１４を経て一定の温度に調節された後、２段のＢＯＧ圧縮機２１５、２１６に流入することが好ましい。前記温度調節器２１４を通過したＢＯＧは、１．０３ｂａｒ、−１２０℃の過熱蒸気状態に維持される。
【００５５】
前記温度調節器２１４の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク２１０から排出された高温のＢＯＧに、再液化過程を経た極低温のＢＯＧ（ＬＮＧ）を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁２１３の開度を調節して行う。また、前記温度調節器２１４には、前記再液化されたＢＯＧのみならず、ＬＮＧ貯蔵タンク２１０のＬＮＧをポンプ（図示せず）に供給することも可能である。また、ＬＮＧ貯蔵タンク２１０のＬＮＧを、ＢＯＧ圧縮機２１５、２１６により圧縮されたＢＯＧと混合するように供給し、前記ＢＯＧ凝縮器２３１に供給するＢＯＧの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁２１３は閉鎖し、極低温の再液化されたＬＮＧは、貯蔵タンク２１０に誘導される。
【００５６】
前記温度調節器２１４を通過したＢＯＧは、モータＭにより駆動される２段のＢＯＧ圧縮機２１５、２１６を経ると、２．５ｂａｒ、−７３℃の過熱蒸気状態で吐出される。
【００５７】
前記２段のＢＯＧ圧縮機２１５、２１６から吐出されたＢＯＧは、ＢＯＧ凝縮器２３１で液化された後、ＢＯＧ不凝縮ガス分離器２１８により分離された不凝縮成分と再度混ざりながら、過熱蒸気の温度がさらに低くなることが好ましい。
【００５８】
前記不凝縮ガス分離器２１８は、上記した従来技術の部分に記載された従来技術において一般に公知された分離器を用いてもよい。この際、ベンチュリ形ノズル２３９を用いると、ＢＯＧの流速が速くなり、これから発生する圧力降下を用いて、ＢＯＧ不凝縮ガス分離器２１８からの不凝縮ガス成分を流入させることが好ましい。
【００５９】
次いで、ＢＯＧは、ＢＯＧ凝縮器２３１を通過しながら、２．３ｂａｒ、−１５５℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク２１０に再流入し、または、温度調節器２１４に再循環される。ＢＯＧ凝縮器１３１の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。
【００６０】
前記ＢＯＧ凝縮器２３１を通じて、ＢＯＧの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、７０〜９９％程度が液化される。
【００６１】
凝縮されたＢＯＧは、循環ポンプ２１９により貯蔵タンク２１０に再流入する。前記貯蔵タンク２１０へのＢＯＧの再流入方法は、貯蔵タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、貯蔵タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたＢＯＧに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、ＬＮＧの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がＬＮＧの主成分であるメタンよりも低いので、ＢＯＧ中の窒素含量が増加すると、２段のＢＯＧ圧縮機２１５、２１６またはＢＯＧ凝縮器２３１の負荷を減らすことができる。
【００６２】
窒素サイクル装置
前記ＢＯＧ凝縮器２３１では、作動流体である極低温の窒素ガスとの熱交換により、ＢＯＧの再液化が行われるが、以下の説明は、ＢＯＧ再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
【００６３】
１４ｂａｒ、３５．４℃の窒素ガスは、窒素ガスの加圧冷却手段である３段圧縮機２２１、２２２、２２３と中間冷却器２２５、２２６、２２７を通過した後、圧力が上昇して、５８ｂａｒ、４３℃のガスで吐出される。
【００６４】
中間冷却器２２５、２２６、２２７は、作動流体として作用する窒素冷媒を加圧段階で冷却するものであり、本発明の従来技術の部分に記載された従来技術でも知られた従来の方法が用いられるが、海水を冷媒として冷却する方法が好ましい。
【００６５】
前記吐出された高圧の窒素ガスは、コールドボックス２３０に移送された後、第２の窒素熱交換器２３４により、ＢＯＧ凝縮器２３１から第１の窒素熱交換器２３３を経てくる未だ冷熱が残っている低音部窒素との内部熱交換を通じて、−８３．５℃に１次冷却される。
【００６６】
前記第２の窒素熱交換器２３４を通過した高圧窒素ガスの一部は、膨張タービン２３６を経ながら温度が低くなり、前記膨張タービン２３６により温度が低くなった低圧窒素ガスは、第１の窒素熱交換器２３３において、前記第２の窒素熱交換器２３４を通過した高圧窒素との内部熱交換を行い、高圧の窒素を膨張弁２３７の入口での設定温度まで窒素温度を低くするのに寄与する。
【００６７】
前記第１の窒素熱交換器２３３で温度が低くなった高圧の窒素ガスは、膨張弁２３７を経ながら、最終的に約−１６３℃のＢＯＧ液化に必要な極低温ガスに変化する。この極低温窒素ガスは、ＢＯＧ凝縮器２３１でＢＯＧと熱交換し、ＢＯＧを液化させながら温度が上昇する。
【００６８】
このように、高圧窒素ガスの一部を、膨張タービン２３６を用いて低温の窒素を得て、第１の窒素熱交換器２３３に流入させる理由は、前記ＢＯＧ凝縮器２３１から戻る低圧の窒素が比熱が低く、高圧の窒素を冷却するには足りないため、窒素の一部を予め膨張タービン２３６を用いて温度を低くし、これを用いて、高圧の窒素ガスが膨張弁２３７の入口に必要な温度まで冷却されることを助ける。
【００６９】
以降、残余冷熱は、第２の窒素熱交換器２３４で高圧の窒素を冷却し、温度が上昇し、１４ｂａｒ、３５．４℃に到達してサイクルを完成する。
【００７０】
窒素バッファタンク２３０は、ＢＯＧ再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。また、窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体（窒素）の供給源をさらに備えてもよい。
【００７１】
コールドボックス装置
コールドボックス２３０は、ＢＯＧの再液化を行うＢＯＧ凝縮器２３１と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換が行われる第１、２の窒素熱交換器２３３、２３４と、極低温窒素ガスを得る膨張弁２３７及び内部熱交換に必要な低温の窒素を得るための膨張タービン２３６とで構成される。
【００７２】
たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン２３６に発電機Ｇを連結し、電力を生産した後、これをＢＯＧ圧縮機２１５、２１６または窒素圧縮機２２１、２２２、２２３等の補助動力源として用いることも可能である。
【００７３】
前記過程の装置を、コールドボックス２３０に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、ＢＯＧ再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、第２の窒素熱交換器２３４と膨張タービン２３６の入口との間の連結パイプ、または、第１の窒素熱交換器２３３と膨張弁２３７の入口との間の連結パイプが短くなることにより、膨張タービン２３６または膨張弁２３７の入口における窒素の温度状態により敏感に現れ得る、膨張タービン２３６または膨張弁２３７の出口での窒素の極低温状態が安定的に維持され得る。
【００７４】
また、膨張弁２３７の出口とＢＯＧ凝縮器２３１との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。
【００７５】
また、本発明では、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の構成において、低温状態の装置であるＢＯＧ凝縮器２３１、窒素熱交換器２３３、２３４、及び膨張手段２３６、２３７を一つのコールドボックス２３０で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。
【００７６】
このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックスは、予備組立体として製造することにより、装着を容易にすることができる。
【００７７】
このように窒素サイクルの極低温部位が安定的に管理されることにより、ＢＯＧサイクルにおいて、ＢＯＧ再液化温度−１５５℃、最大温度−７３℃の作動が可能であり、ＢＯＧ凝縮器２３１の入出口の温度差を通常の場合よりも低い８０℃以下に減らすことができる。したがって、予冷の必要がない簡単なＢＯＧ凝縮器の設計が可能である。
【００７８】
以下、図６及び図７を参照して、この第２実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。
【００７９】
この第２実施例の構成による再液化装置の作動は、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮するステップと、前記圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための冷熱を提供するために、作動流体である窒素ガスを加圧冷却し、前記加圧冷却された窒素ガスを膨張させ、極低温窒素ガスを生成するステップと、前記極低温窒素ガスと熱交換し、前記圧縮されたＢＯＧを少なくとも部分的に凝縮させるステップと、前記凝縮により再液化されたＢＯＧを前記タンクに戻すステップとからなり、但し、前記加圧冷却された窒素ガスの全部を膨張させるものではなく、その中から一部を抽出して、前記膨張とは異なる経路で膨張させ、低温ガスを生成した後、前記圧縮されたＢＯＧの凝縮のために熱交換して、温度が多少上昇した窒素ガスと合わせ、前記加圧冷却された窒素ガスの膨張前に熱交換させて予冷するステップと、を含む。
【００８０】
これを、添付の図６及び図７を参照してみると、極低温のＬＮＧ運搬船の貯蔵タンク内で、外部熱伝達により発生するＢＯＧ再液化方法において、先ず、ＢＯＧの循環は、設定圧力で弁２１１が開放した後、排出されたＢＯＧが温度調節器２１４を経て、２段のＢＯＧ圧縮機２１５、２１６の入口の状態が１．０３ｂａｒ、−１２０℃に一定に維持されるステップ（ＳＴ２１１）と、前記ＢＯＧが、２段のＢＯＧ圧縮機２１５、２１６で２．５ｂａｒ、−７３℃に圧縮され、高温高圧の過熱状態となるステップ（ＳＴ２１２）と、ＢＯＧ不凝縮ガス分離器２１８で分離された気体がベンチュリノズル２３９の圧力差により吸入され、温度が低くなるステップ（ＳＴ２１３）と、前記圧縮機２１５、２１６から吐出されたＢＯＧが、ＢＯＧ凝縮器２１３で２．３ｂａｒ、−１５５℃の過冷液体に再液化されるステップ（ＳＴ２１４）と、前記再液化されたＢＯＧ中の不凝縮ガスが分離されるステップ（ＳＴ２１５）と、循環ポンプ２１９により加圧されるステップ（ＳＴ２１６）と、前記加圧された再液化ＢＯＧの一部が、温度調節器１１４を通じて再循環されるステップ（ＳＴ２１７）と、残りは、貯蔵タンク２１０に回収されて貯蔵されるステップ（ＳＴ２１８）とからなり、前記ＢＯＧの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、１４ｂａｒ、３５．４℃の窒素ガスが、３段圧縮機２２１、２２２、２２３と中間冷却器２２５、２２６、２２７とを通過した後、圧力が上昇して、５８ｂａｒ、４３℃に昇圧されるステップ（ＳＴ２１９）と、前記高圧窒素が、第２の窒素熱交換器２３４において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、５７．３ｂａｒ、−８３．５℃の低温状態に変わるステップ（ＳＴ２２０）と、前記高圧窒素の一部が膨張タービン２３６を経ながら、１４．５ｂａｒ、−１４０℃の低温、低圧ガスに変わるステップ（ＳＴ２２１）と、膨張タービン２３６に送られなかった窒素が、第１の窒素熱交換器２３３を通じて５７．５ｂａｒ、−１３７．９℃となるステップ（ＳＴ２２２）と、高圧の窒素が膨張弁２３７を通過しながら、１４．６ｂａｒ、−１６３℃の状態に減圧されるステップ（ＳＴ２２３）と、低温低圧窒素がＢＯＧ凝縮器２１３でＢＯＧ再液化を行った後、１４．４ｂａｒ、−１３８．９℃の状態に加熱されるステップ（ＳＴ２２４）と、前記窒素ガスは、膨張タービン２３６により温度が低くなった窒素が合わせられ、第１の窒素熱交換器２３３を通過しながら、１４．２ｂａｒ、−１０６℃の状態に変わるステップ（ＳＴ２２５）と、第２の窒素熱交換器２３４を通過しながら、１４ｂａｒ、３５．４℃の高温に状態変化を行うステップ（ＳＴ２２６）とで構成される。
【００８１】
前記各段階における圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、ＢＯＧの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。
【００８２】
このように構成されている本発明の第２実施例によると、以下の効果が得られる。
【００８３】
上記した第２実施例の構成からなる本発明は、既存の窒素の逆ブレイトンサイクルを用いたＢＯＧ液化システムが、膨張タービンを用いて窒素の温度を低くする場合、窒素の一部が液化することにより、膨張タービンのブレードを損傷する問題が生じ得る従来技術の問題点を解決したものであって、本実施例の方法は、加圧された窒素の一部のみを抽出し、膨張タービン２３６を用いて膨張し、残りは、窒素の温度をさらに低くした後、膨張弁２３７を通じて温度を降下させることにより、液滴発生の恐れがなく、窒素の温度を低くすることができるという長所がある。また、前記膨張弁２３７に供給される窒素流量を変化させることにより、窒素サイクルの運転を多様に変化させることができ、ＢＯＧの動的変化、すなわち、負荷変化に容易かつ迅速に対応することができる。
【００８４】
また、上記した第２実施例の構成からなる本発明は、ＬＮＧ運搬船の運航中に貯蔵されたＬＮＧの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。
【００８５】
具体的には、窒素熱交換器２３３と膨張弁２３７の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張弁２３７の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張弁の出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張弁２３７の出口とＢＯＧ凝縮器２３１との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックス２３０に集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。
【００８６】
（第３実施例）
以下、図８乃至図１０を参照して、本発明の第３実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
【００８７】
図８は、本発明の第３実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の構成図である。本装置は、ＢＯＧサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とからなる。
【００８８】
ＢＯＧサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧（１．０１３ｂａｒ）状態で貯蔵タンク３１０に貯蔵される。しかし、ＬＮＧの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、ＢＯＧが発生し、これは、貯蔵タンク３１０の圧力上昇要因として作用する。
【００８９】
したがって、貯蔵タンク３１０を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が１．０３ｂａｒ程度に到達すると、安全弁３１１が開放し、ＢＯＧは、貯蔵タンク３１０の外部に排出され、２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６を経て再液化過程を経るようになる。
【００９０】
前記貯蔵タンク３１０の外部に排出される高温のＢＯＧは、温度センサ３１２により温度が感知され、温度調節器を３１４を経て一定の温度に調節された後、２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６に流入することが好ましい。前記温度調節器３１４を通過したＢＯＧは、１．０３ｂａｒ、−１２０℃の過熱蒸気状態に維持される。
【００９１】
前記温度調節器３１４の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク３１０から排出された高温のＢＯＧに、再液化過程を経た極低温のＢＯＧ（ＬＮＧ）を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁３１３の開度を調節して行う。また、前記温度調節器３１４には、前記再液化されたＢＯＧのみならず、ＬＮＧ貯蔵タンクのＬＮＧをポンプ（図示せず）に供給することも可能である。また、ＬＮＧ貯蔵タンク３１０のＬＮＧを、ＢＯＧ圧縮機３１５、３１６により圧縮されたＢＯＧと混合するように供給し、前記ＢＯＧ凝縮器３３１に供給するＢＯＧの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁３１３は閉鎖し、極低温の再液化されたＬＮＧは、貯蔵タンク３１０に誘導される。
【００９２】
前記温度調節器３１４を通過したＢＯＧは、２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６を経ると、３．６ｂａｒ、−４３℃の過熱蒸気状態で吐出される。
【００９３】
前記２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６から吐出されたＢＯＧは、三つの経路が形成された第１の窒素熱交換器３３３を通過して予冷され、３．３ｂａｒ、−１３４℃の過熱蒸気状態となる。この際、前記ＢＯＧの予冷は、第１の窒素熱交換器３３３において、後述するＢＯＧ凝縮器３３１から吐出される低圧低温の低温部窒素ガスと膨張タービン３３６により極低温化された窒素ガスが混合された窒素ガスにより熱交換されて冷却される。
【００９４】
次いで、前記予冷されたＢＯＧは、ＢＯＧ凝縮器３３１を通過しながら、３．０ｂａｒ、−１５４．７℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク３１０に再流入し、または、温度調節器３１４に再循環される。ＢＯＧ凝縮器３３１の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。
【００９５】
このように、ＢＯＧが低温の作動流体（窒素）により予冷されることにより、ＢＯＧ発生量または温度変化があっても、ＢＯＧ凝縮器３３１内において、ＢＯＧと窒素ガスの温度差を、設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。
【００９６】
また、前記２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６から吐出された加熱蒸気状態のＢＯＧがＢＯＧ凝縮器に流入すると、ＢＯＧ凝縮器内のストリーム間の温度差が増加され、熱応力により熱交換器の耐久性に問題が生じ得るので、前記ＢＯＧ予冷過程は、ＢＯＧ凝縮器内のストリーム間の温度差を減らすという長所がある。
【００９７】
前記ＢＯＧ凝縮器３３１を通じて、ＢＯＧの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、７０〜９９％程度が液化される。
【００９８】
このような気液混合物は、ＢＯＧ不凝縮ガス分離器３１８で気体と液体に分離され、液体（凝縮されたＢＯＧ）は、循環ポンプ３１９により、貯蔵タンク３１０に再流入し、または、温度調節器３１４に再循環され、気体は、一般に外部に排出される。
【００９９】
前記貯蔵タンク３１０へのＢＯＧの再流入方法は、タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたＢＯＧに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、ＬＮＧの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がＬＮＧの主成分であるメタンよりも低いので、ＢＯＧ中の窒素含量が増加すると、２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６またはＢＯＧ凝縮器３３１の負荷を減らすことができる。
【０１００】
窒素サイクル装置
前記ＢＯＧ凝縮器３３１では、極低温の窒素ガスとの熱交換により、ＢＯＧの再液化が行われるが、以下の説明は、ＢＯＧ再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
【０１０１】
１４．３ｂａｒ、３６．０８℃の窒素ガスは、３段の窒素圧縮機３２１、３２２、３２３と中間冷却器３２５、３２６、３２７を通過した後、圧力が上昇して、５８ｂａｒ、４３℃のガスで吐出される。前記吐出された高圧の窒素ガスは、コールドボックス３３０に移送された後、第２の窒素熱交換器３３４における、ＢＯＧ凝縮器３３１及び第１の窒素熱交換器３３３を経て戻る低圧の低温部窒素との内部熱交換を通じて、５７．７ｂａｒ、−７０℃に冷却される。
【０１０２】
この際、前記第２の窒素熱交換器３３４を通過して冷却された窒素ガスの一部は、膨張タービン３３６を通過しながら温度が低くなった後、この低温の窒素は、前記ＢＯＧ凝縮器３３１を経て戻る窒素と合わせられ、前記第１の窒素熱交換器３３３に流入するが、この際、前記第１の窒素熱交換器３３３では、前記第２の窒素熱交換器３３４において部分冷却された高圧の窒素ガスとの内部熱交換を通じて、高圧の窒素ガスをさらに冷却させることが好ましい。このような冷却により、前記高圧の窒素は、膨張弁３３７の入口での必要な設定温度まで窒素温度を低める効果がある。
【０１０３】
前記第１の窒素熱交換器３３３で温度が低くなった高圧の窒素ガスは、膨張弁３３７を経ながら、最終的に−１６２．６℃のＢＯＧ液化に必要な極低温ガスに変化する。この極低温窒素ガスは、ＢＯＧ凝縮器３３１でＢＯＧと熱交換し、ＢＯＧを液化させながら温度が上昇する。
【０１０４】
前記高圧窒素ガスの一部を膨張タービン３３６を用いて低温の窒素を得て、第１の窒素熱交換器３３３に流入させる理由は、前記ＢＯＧ凝縮器３３１から戻る低圧の窒素が比熱が低く、高圧の窒素を冷却するには足りないため、窒素の一部を予め膨張タービン３３６を用いて温度を低くし、これを用いて、高圧の窒素ガスが膨張弁３３７の入口に必要な温度まで冷却されることを助ける。以降、残余冷熱は、第２の窒素熱交換器３３４で高圧の窒素を冷却し、温度が上昇し、１４．３ｂａｒ、３６．０８℃に到達して窒素サイクルを完成する。
【０１０５】
窒素バッファタンク３２０は、ＢＯＧ再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。また、窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体（窒素）の供給源をさらに備えてもよい。
【０１０６】
コールドボックス装置
コールドボックス３３０は、ＢＯＧの再液化を行うＢＯＧ凝縮器３３１と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換及びＢＯＧ予冷が行われる窒素熱交換器３３３、３３４と、極低温窒素ガスを得る膨張弁３３７及び内部熱交換に必要な低温の窒素を得るための膨張タービン３３６とで構成される。
【０１０７】
たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン３３６に発電機Ｇを連結し、電力を生産した後、これをＢＯＧ圧縮機３１５、３１６または窒素圧縮機３２１、３２２、３２３等の補助動力源として用いることも可能である。
【０１０８】
前記過程の装置を、コールドボックス３３０に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、ＢＯＧ再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、第２の窒素熱交換器３３４と膨張タービン３３６の入口との間の連結パイプ、または、第１の窒素熱交換器３３３と膨張弁３３７の入口との間の連結パイプが短くなることにより、膨張タービン３３６または膨張弁３３７の入口における窒素の温度状態により敏感に現れ得る、膨張タービン３３６または膨張弁３３７の出口での窒素の極低温状態が安定的に維持され得る。また、膨張弁３３７の出口とＢＯＧ凝縮器３３１との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。
【０１０９】
また、本発明では、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の構成において、低温状態の装置であるＢＯＧ凝縮器３３１、窒素熱交換器３３３、３３４、及び膨張タービン３３６、３３７を一つのコールドボックス３３０で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックス３３０は、予備組立体として製造することにより、船舶への装着を容易にすることができる。
【０１１０】
以下、図９及び図１０を参照して、この第３実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。
【０１１１】
この第３実施例の構成による再液化装置の作動は、ＬＮＧ貯蔵タンク３１０で発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮するステップと、前記圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための冷熱を提供するために、作動流体である窒素ガスを加圧冷却し、前記加圧冷却された窒素ガスを膨張させ、極低温窒素ガスを生成するステップと、前記極低温窒素ガスと熱交換し、前記圧縮されたＢＯＧを少なくとも部分的に凝縮させるステップと、前記凝縮により再液化されたＢＯＧを前記タンクに戻すステップとからなり、但し、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生するＢＯＧを、ＢＯＧ凝縮器の前段の第１の窒素熱交換器において予冷過程を経させることにより、ＢＯＧ発生量または温度変化があっても、ＢＯＧ凝縮器の内部において、ＢＯＧと窒素ガスとの間の温度差を、設定範囲内で一定に維持することができる。
【０１１２】
また、前記加圧冷却された窒素ガスの全部を膨張させるものではなく、その中から一部を抽出して、前記膨張とは異なる経路で膨張させ、低温ガスを生成した後、前記圧縮されたＢＯＧの凝縮のために熱交換して、温度が多少上昇した窒素ガスと合わせ、前記加圧冷却された窒素ガスの膨張前に熱交換させて予冷するステップを含んでもよい。
【０１１３】
これを、添付の図９及び図１０を参照してみると、極低温のＬＮＧ運搬船の貯蔵タンク内において、外部熱伝達により発生するＢＯＧ再液化方法において、先ず、ＢＯＧの循環は、設定圧力で弁３１１が開放した後、排出されたＢＯＧが温度調節器３１４を経て、２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６の入口の状態が１．０３ｂａｒ、−１２０℃に一定に維持されるステップ（ＳＴ３１１）と、前記ＢＯＧが、２段のＢＯＧ圧縮機３１５、３１６で３．６ｂａｒ、−４３℃に圧縮され、高温高圧の過熱状態となるステップ（ＳＴ３１２）と、三つの経路の予冷熱交換器の第１の窒素熱交換器３３３を通過し、−３．３ｂａｒ、−１３４℃に温度が低くなる（予冷される）ステップ（ＳＴ３１３）と、前記予冷されたＢＯＧが、ＢＯＧ凝縮器３３１で３．０ｂａｒ、−１５４．７℃の過冷液体に再液化されるステップ（ＳＴ３１４）と、前記再液化されたＢＯＧが、貯蔵タンク３１０に回収されて貯蔵されるステップ（ＳＴ３１８）とからなり、前記ＢＯＧの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、１４．３ｂａｒ、３６．０８℃の窒素ガスが、３段圧縮機３２１、３２２、３２３と中間冷却器３２５、３２６、３２７を通過した後、圧力が上昇して、５８ｂａｒ、４３℃に昇圧されるステップ（ＳＴ３１９）と、前記高圧窒素が、第２の窒素熱交換器３３４において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、５７．７ｂａｒ、−７０℃の低温状態に変わるステップ（ＳＴ３２０）と、前記高圧窒素の一部が膨張タービン３３６を経ながら、１５．２ｂａｒ、−１２９．３℃の低温、低圧ガスに変わるステップ（ＳＴ３２１）と、膨張タービン３３６に送られなかった窒素が、第１の窒素熱交換器３３３において、前記膨張タービン３３６で低温化された窒素と合わせられた低温部窒素により内部熱交換され、５７．４ｂａｒ、−１３２℃となるステップ（ＳＴ３２２）と、高圧の窒素が膨張弁３３７を通過しながら、１５．２ｂａｒ、−１６２．６℃の状態に減圧冷却されるステップ（ＳＴ３２３）と、低温低圧窒素がＢＯＧ凝縮器３１３でＢＯＧ再液化を行った後、１４．９ｂａｒ、−１４５℃の低温部窒素ガスに加熱されるステップ（ＳＴ３２４）と、前記低温部窒素ガスは、膨張タービン３３６により温度が低くなった窒素が合わせられ、第１の窒素熱交換器３３３を通過しながら、１４．６ｂａｒ、−８６．４２℃の状態に変わるステップ（ＳＴ３２５）と、第２の窒素熱交換器３３４を通過しながら、１４．３ｂａｒ、３６．０８℃の高温に状態変化を行うステップ（ＳＴ３２６）とで構成されることを特徴とする。
【０１１４】
前記予冷されたＢＯＧが、ＢＯＧ凝縮器３３１で再液化されるステップ（ＳＴ３１４）の後は、再液化されたＢＯＧ中の不凝縮ガスが分離されるステップ（ＳＴ３１５）が加えられてもよく、再液化されたＢＯＧは、循環ポンプ３１９により加圧されるステップ（ＳＴ３１６）によりタンク３１０に移送されてもよい。
【０１１５】
さらに、前記再液化ＢＯＧの一部は、再循環弁３１３を通じて温度調節器３１４を経て再循環され（ＳＴ３１７）、ＢＯＧが圧縮（ＳＴ３１２）される前のステップ、または、圧縮された後のステップに供給されて、ＢＯＧを予冷してもよい。
【０１１６】
前記各段階における圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、ＢＯＧの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。
【０１１７】
このように構成されている本発明の第３実施例によると、以下の効果が得られる。
【０１１８】
上記した第３実施例の構成からなる本発明は、ＢＯＧを、ＢＯＧ凝縮器の前段において予冷過程を経させることにより、ＢＯＧ発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口におけるＢＯＧの温度を、設定範囲内で一定に維持することができる長所がある。
【０１１９】
また、この第３実施例の発明は、既存の窒素の逆ブレイトンサイクルを用いたＢＯＧ液化システムにおいて、膨張タービンを用いて窒素の温度を低くする場合、窒素の一部が液化することにより、膨張タービンのブレードを損傷する問題が生じ得る従来技術の問題点を解決したものであって、この第３実施例の方法は、加圧された窒素の一部のみを抽出し、膨張タービン３３６を用いて膨張し、残りは、窒素の温度をさらに低くした後、膨張弁３３７を通じて温度を降下させることにより、液滴発生の恐れがなく、窒素の温度を低くすることができるという長所がある。また、前記膨張弁３３７に供給される窒素流量を変化させることにより、窒素サイクルの運転を多様に変化させることができ、ＢＯＧの動的変化、すなわち、負荷変化に容易かつ迅速に対応することができる。
【０１２０】
また、この第３実施例の発明は、ＬＮＧ運搬船の運航中に貯蔵されたＬＮＧの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、ＬＮＧ再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。
【０１２１】
具体的には、窒素熱交換器３３３と膨張弁３３７の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張弁３３７の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張弁３３７の出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張弁３３７の出口とＢＯＧ凝縮器３３１との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックス３３０に集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。
【０１２２】
（第４実施例）
以下、図１１乃至図１３を参照して、本発明の第４実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
【０１２３】
図１１は、本発明の第４実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の構成図である。本装置は、ＢＯＧサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とで構成される。
【０１２４】
ＢＯＧサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧（１．０１３ｂａｒ）状態で貯蔵タンク４１０に貯蔵される。しかし、ＬＮＧの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、ＢＯＧが発生し、これは、貯蔵タンク４１０の圧力上昇要因として作用する。
【０１２５】
したがって、貯蔵タンク４１０を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が１．０３ｂａｒ程度に到達すると、安全弁４１１が開放し、ＢＯＧは、貯蔵タンク４１０の外部に排出され、２段のＢＯＧ圧縮機４１５、４１６を経て再液化過程を経るようになる。
【０１２６】
前記貯蔵タンク４１０の外部に排出される高温のＢＯＧは、温度センサ４１２により温度が感知され、温度調節器を４１４を経て一定の温度に調節された後、２段のＢＯＧ圧縮機４１５、４１６に流入することが好ましい。前記温度調節器４１４を通過したＢＯＧは、１．０３ｂａｒ、−１２０℃の過熱蒸気状態に維持される。
【０１２７】
前記温度調節器４１４の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク４１０から排出された高温のＢＯＧに、再液化過程を経た極低温のＢＯＧ（ＬＮＧ）を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁４１３の開度を調節して行う。また、前記温度調節器４１４には、前記再液化されたＢＯＧのみならず、ＬＮＧ貯蔵タンクのＬＮＧをポンプ（図示せず）に供給することも可能である。また、ＬＮＧ貯蔵タンク４１０のＬＮＧを、ＢＯＧ圧縮機４１５、４１６により圧縮されたＢＯＧと混合するように供給し、前記ＢＯＧ凝縮器に供給するＢＯＧの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁４１３は閉鎖し、極低温の再液化されたＬＮＧは、貯蔵タンク４１０に誘導される。
【０１２８】
前記温度調節器４１４を通過したＢＯＧは、２段のＢＯＧ圧縮機４１５、４１６を経ると、３．２ｂａｒ、−５０．８３℃の過熱蒸気状態で吐出される。
【０１２９】
前記２段のＢＯＧ圧縮機４１５、４１６から吐出されたＢＯＧは、三つの経路が形成された第１の窒素熱交換器４３３を通過して予冷され、３．１ｂａｒ、−１３０℃の過熱蒸気状態となる。この際、前記ＢＯＧの予冷は、第１の窒素熱交換器４３３において、後述するＢＯＧ凝縮器４３１から吐出される低圧低温の低温部窒素ガスと膨張タービン４３６により極低温化された窒素ガスが混合された窒素ガスにより熱交換されて冷却される。
【０１３０】
次いで、前記予冷されたＢＯＧは、ＢＯＧ凝縮器４３１を通過しながら、３．０ｂａｒ、−１５４．７℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク４１０に再流入し、または、温度調節器４１４に再循環される。前記ＢＯＧ凝縮器４３１の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。このように、ＢＯＧが低温の作動流体（窒素）により予冷されることにより、ＢＯＧ発生量または温度変化があっても、ＢＯＧ凝縮器４３１内において、ＢＯＧと窒素ガスの温度差を、設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。
【０１３１】
前記ＢＯＧ凝縮器４３１を通じて、ＢＯＧの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、７０〜９９％程度が液化される。
【０１３２】
このような気液混合物は、ＢＯＧ不凝縮ガス分離器４１８で気体と液体に分離され、液体（凝縮されたＢＯＧ）は、循環ポンプ４１９により、貯蔵タンク４１０に再流入し、または、温度調節器４１４に再循環され、気体は、一般に外部に排出される。
【０１３３】
前記貯蔵タンク４１０へのＢＯＧの再流入方法は、貯蔵タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、貯蔵タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたＢＯＧに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、ＬＮＧの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がＬＮＧの主成分であるメタンよりも低いので、ＢＯＧ中の窒素含量が増加すると、２段のＢＯＧ圧縮機４１５、４１６またはＢＯＧ凝縮器４３１の負荷を減らすことができる。
【０１３４】
窒素サイクル装置
前記ＢＯＧ凝縮器４３１では、極低温の窒素ガスとの熱交換により、ＢＯＧの再液化が行われるが、以下の説明は、ＢＯＧ再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
【０１３５】
１４．２ｂａｒ、３５．４６℃の窒素ガスは、３段の窒素圧縮機４２１、４２２、４２３と中間冷却器４２５、４２６、４２７を通過した後、圧力が上昇して、５８ｂａｒ、４３℃のガスで吐出される。
【０１３６】
前記吐出された高圧の窒素ガスは、コールドボックス４３０に移送された後、第２の窒素熱交換器４３４における、ＢＯＧ凝縮器４３１、第３の窒素熱交換器４３５、及び第１の窒素熱交換器４３３を経て戻る低圧の低温部窒素との内部熱交換を通じて、５７．９ｂａｒ、−７７℃に冷却される。
【０１３７】
この際、前記第２の窒素熱交換器４３４を通過して冷却された窒素ガスの一部は、膨張タービン４３６を通過させて温度を低くした後、この低温の窒素は、前記ＢＯＧ凝縮器４３１と第３の窒素熱交換器４３５を経て戻る窒素と合わせられ、前記第１の窒素熱交換器４３３に流入するが、この際、前記第１の窒素熱交換器４３３では、前記第２の窒素熱交換器４３４において部分冷却された高圧の窒素ガスとの内部熱交換を通じて、高圧の窒素ガスをさらに冷却させて、５７．８ｂａｒ、−１３４℃のガスで吐出される。
【０１３８】
前記第１の窒素熱交換器４３３を通過した窒素ガスは、第３の窒素熱交換器４３５において、前記ＢＯＧ凝縮器４３１を通過した流動と熱交換し、５７．７ｂａｒ、−１３７℃のガスで吐出される。このような冷却により、前記高圧の窒素は、膨張弁４３７の入口での必要な設定温度まで窒素温度を低める効果がある。
【０１３９】
第３の窒素熱交換器４３５で温度が低くなった高圧の窒素ガスは、膨張弁４３７を経ながら、最終的に−１６３．３℃まで冷却され、ＢＯＧ液化に必要な極低温の二相流動に変化する。この極低温窒素ガスは、ＢＯＧ凝縮器４３１においてＢＯＧと熱交換し、ＢＯＧを液化させながら温度が上昇する。
【０１４０】
このように、第３の窒素熱交換器４３５が設けられることにより、第１の窒素熱交換器４３３のみを備えた場合に比べて、膨張弁４３７の入口において、窒素の温度をさらに安定的に管理することができるのみならず、各窒素熱交換器の大きさを大幅に減らすことができ、結果として、コールドボックス４３０の大きさを減らすことができるという長所がある。
【０１４１】
前記高圧窒素ガスの一部を膨張タービン４３６を用いて低温の窒素を得て、第１の窒素熱交換器４３４に流入させる理由は、前記ＢＯＧ凝縮器４３１と第３の窒素熱交換器４３５を通過して戻る低圧の窒素が比熱が低く、高圧の窒素を冷却するには足りないため、窒素の一部を予め膨張タービン４３６を用いて温度を低くし、これを用いて、高圧の窒素ガスが膨張弁４３７の入口に必要な温度まで冷却されることを助ける。以降、残余冷熱は、第２の窒素熱交換器４３４において高圧の窒素を冷却し、温度が上昇し、１４．２ｂａｒ、３５．４６℃に到達してサイクルを完成する。
【０１４２】
窒素バッファタンク４２０は、ＢＯＧ再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。また、窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体（窒素）の供給源をさらに備えてもよい。
【０１４３】
コールドボックス装置
コールドボックス４３０は、ＢＯＧの再液化を行うＢＯＧ凝縮器４３１と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換及びＢＯＧ予冷が行われる窒素熱交換器４３３、４３４、４３５と、極低温窒素ガスを得る膨張弁４３７及び内部熱交換に必要な低温の窒素を得るための膨張タービン４３６とで構成される。
【０１４４】
たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン４３６に発電機Ｇを連結し、電力を生産した後、これをＢＯＧ圧縮機４１５、４１６または窒素圧縮機４２１、４２２、４２３等の補助動力源として用いることも可能である。
【０１４５】
前記過程の装置を、コールドボックス４３０に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、ＢＯＧ再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、第２の窒素熱交換器４３４と膨張タービン４３６の入口との間と、第３の窒素熱交換器４３５の出口と膨張弁４３７の入口との間の連結パイプがそれぞれ短くなることにより、膨張タービン４３６または膨張弁４３７の入口における窒素の温度状態により敏感に現れ得る、膨張タービン４３６または膨張弁４３７の出口での窒素の極低温状態が安定的に維持され得る。また、膨張弁４３７の出口とＢＯＧ凝縮器４３１との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。
【０１４６】
また、本発明では、ＢＯＧ再液化装置の構成において、低温状態の装置であるＢＯＧ凝縮器４３１、窒素熱交換器４３３、４３４、４３５、及び膨張手段４３６、４３７を一つのコールドボックス４３０で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックス４３０は、予備組立体として製造することにより、船舶への装着を容易にすることができる。
【０１４７】
以下、図１２及び図１３を参照して、この第４実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。
【０１４８】
この第４実施例の構成による再液化装置の作動は、ＬＮＧ貯蔵タンク４１０で発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮するステップと、前記圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための冷熱を提供するために、作動流体である窒素ガスを加圧冷却し、前記加圧冷却された窒素ガスを膨張させ、極低温窒素ガスを生成するステップと、前記極低温窒素ガスと熱交換し、前記圧縮されたＢＯＧを凝縮させるステップと、前記凝縮により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンク４１０に戻すステップとからなり、但し、ＬＮＧ貯蔵タンク４１０で発生するＢＯＧを、ＢＯＧ凝縮器４３１の前段の第１の窒素熱交換器４３４において予冷過程を経させることにより、ＢＯＧ発生量または温度変化があっても、ＢＯＧ凝縮器４３１の内部において、ＢＯＧと窒素ガスとの間の温度差を、設定範囲内で一定に維持することができる。
【０１４９】
また、前記加圧冷却された窒素ガスの全部を膨張させるものではなく、その中から一部を抽出して、前記膨張とは異なる経路で膨張させ、低温ガスを生成した後、前記圧縮されたＢＯＧの凝縮のために熱交換して、温度が多少上昇した窒素ガスと合わせ、第１の窒素熱交換器４３３と第３の窒素熱交換器４３５を経て、膨張弁４３７に流入する加圧冷却された窒素ガスを、膨張前に熱交換させて予冷するステップを含んでもよい。
【０１５０】
これを、添付の図１２及び図１３を参照してみると、極低温のＬＮＧ運搬船の貯蔵タンク４１０内において、外部熱伝達により発生するＢＯＧ再液化方法において、先ず、ＢＯＧの循環は、設定圧力で弁４１１が開放した後、排出されたＢＯＧが温度調節器４１４を経て、２段のＢＯＧ圧縮機４１５、４１６の入口の状態が１．０３ｂａｒ、−１２０℃に一定に維持されるステップ（ＳＴ４１１）と、前記ＢＯＧが、２段のＢＯＧ圧縮機４１５、４１６で３．２ｂａｒ、−５０．８３℃に圧縮され、高温高圧の過熱状態となるステップ（ＳＴ４１２）と、三つの経路が形成された予冷熱交換器の第１の窒素熱交換器４３３を通過して３．１ｂａｒ、−１３０℃に温度が低くなる（予冷される）ステップ（ＳＴ４１３）と、前記予冷されたＢＯＧが、ＢＯＧ凝縮器４３１で３．０ｂａｒ、−１５４．７℃の過冷液体に再液化されるステップ（ＳＴ４１４）と、前記再液化されたＢＯＧが、貯蔵タンク４１０に回収されて貯蔵されるステップ（ＳＴ４１８）とからなり、前記ＢＯＧの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、１４．２ｂａｒ、３５．４６℃の窒素ガスが、３段の窒素圧縮機４２１、４２２、４２３と中間冷却器４２５、４２６、４２７とを通過した後、圧力が上昇して、５８ｂａｒ、４３℃に昇圧されるステップ（ＳＴ４１９）と、前記高圧窒素が、第２の窒素熱交換器４３４において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、５７．９ｂａｒ、−７７℃の低温状態に冷却されるステップ（ＳＴ４２０）と、前記高圧窒素の一部が膨張タービン４３６を経ながら、１５．２ｂａｒ、−１２９．３℃の低温、低圧ガスに変わるステップ（ＳＴ４２１）と、膨張タービン４３６に送られなかった窒素が、第１の窒素熱交換器４３３において、前記膨張タービン４３６で低温化された窒素と合わせられた低温部窒素により内部熱交換され、５７．８ｂａｒ、−１３４℃に冷却されるステップ（ＳＴ４２２）と、第３の窒素熱交換器４３５において、ＢＯＧ凝縮器４３１を通過した低温部窒素と内部熱交換し、５７．７ｂａｒ、−１３７℃に冷却されるステップ（ＳＴ４２３）と、第３の窒素熱交換器４３５を通過した高圧の窒素が膨張弁４３７を通過しながら、１４．６ｂａｒ、−１６３．３℃の状態に減圧冷却されるステップ（ＳＴ４２４）と、低温低圧窒素がＢＯＧ凝縮器４３１でＢＯＧ再液化を行った後、１４．５ｂａｒ、−１５０．７℃の低温部窒素ガスに加熱されるステップ（ＳＴ４２５）と、前記低温部窒素ガスが、第３の窒素熱交換器４３５を通過しながら１４．４ｂａｒ、−１４０℃の状態に加熱されるステップ（ＳＴ４２６）と、前記第３の窒素熱交換器４３５を通過した低温部窒素ガスは、膨張タービン４３６により温度が低くなった窒素ガスと合わせられ、第１の窒素熱交換器４３３を通過しながら、１４．３ｂａｒ、−９８．８８℃に加熱されるステップ（ＳＴ４２７）と、第２の窒素熱交換器４３４を通過しながら、１４．２ｂａｒ、３５．４６℃に加熱されるステップ（ＳＴ４２８）とで構成されることを特徴とする。
【０１５１】
前記予冷されたＢＯＧが、ＢＯＧ凝縮器４３１で再液化されるステップ（ＳＴ４１４）の後は、再液化されたＢＯＧ中の不凝縮ガスが分離されるステップ（ＳＴ４１５）が加えられてもよく、再液化されたＢＯＧは、循環ポンプ４１９により加圧されるステップ（ＳＴ４１６）により貯蔵タンク４１０に移送されてもよい。さらに、前記再液化されたＢＯＧの一部は、再循環弁４１３を通じて温度調節器４１４を経て再循環され（ＳＴ４１７）、ＢＯＧが圧縮（ＳＴ４１２）される前のステップ、または、圧縮された後のステップに供給されて、ＢＯＧを予冷してもよい。
【０１５２】
前記各段階における圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、ＢＯＧの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。
【０１５３】
このように構成されている本発明の第４実施例によると、以下の効果が得られる。
【０１５４】
上記した第４実施例の構成からなる本発明は、ＢＯＧを、ＢＯＧ凝縮器の前段において予冷過程を経させることにより、ＢＯＧ発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口におけるＢＯＧの温度を、設定範囲内で一定に維持することができる長所がある。
【０１５５】
また、この第４実施例の発明は、既存の窒素の逆ブレイトンサイクルを用いたＢＯＧ液化システムの膨張タービンを用いて窒素の温度を低くする場合、窒素の一部が液化することにより、膨張タービンのブレードを損傷させる問題が生じ得る従来技術の問題点を解決したものであって、この第４実施例の方法は、加圧された窒素の一部のみを抽出し、膨張タービン４３６を用いて膨張し、残りは、窒素の温度をさらに低くした後、膨張弁４３７を通じて温度を降下させることにより、液滴発生の恐れがなく、窒素の温度を低くすることができるという長所がある。また、前記膨張弁４３７に供給される窒素流量を変化させることにより、窒素サイクルの運転を多様に変化させることができ、ＢＯＧの動的変化、すなわち、負荷変化に容易かつ迅速に対応することができる。
【０１５６】
また、この第４実施例の発明は、ＬＮＧ運搬船の運航中に貯蔵されたＬＮＧの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。
【０１５７】
具体的には、窒素熱交換器４３５と膨張弁４３７の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張弁４３７の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張弁４３７の出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張弁４３７の出口とＢＯＧ凝縮器４３１との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、ＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックス４３０に集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】従来技術によるＬＮＧ再液化装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【図４】本発明の第１実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【図５】本発明の第２実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置を示す概略図である。
【図６】本発明の第２実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【図７】本発明の第２実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【図８】本発明の第３実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第３実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【図１０】本発明の第３実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【図１１】本発明の第４実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【図１３】本発明の第４実施例によるＬＮＧ ＢＯＧ再液化方法を示す流れ図である。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月17日(2008.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、
前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第１の窒素熱交換器と、前記第１の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、
前記第１の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第１の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、
前記窒素加圧冷却手段から前記第１の窒素熱交換器に供給される高圧窒素ガスの一部は、第２の膨張手段により膨張され、低温低圧の窒素ガスに冷却された後、前記凝縮器からの低圧窒素ガスと合わせられ、前記第１の窒素熱交換器に流入し、前記窒素加圧冷却手段に戻される
ことを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記凝縮器、窒素熱交換器、及び膨張手段を一つのモジュールで構成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、
前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する窒素熱交換器と、前記窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する膨張手段と、を備え、
前記凝縮器、窒素熱交換器、及び膨張手段は、一つのモジュールで構成されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上述した技術的課題を達成するために、本発明の一実施例によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第１の窒素熱交換器と、前記第１の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、前記第１の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第１の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧは、凝縮される前に予冷されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、本発明の他の実施例によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第１の窒素熱交換器と、前記第１の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、前記第１の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第１の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、前記窒素加圧冷却手段から前記第１の窒素熱交換器に供給される高圧窒素ガスの一部は、第２の膨張手段により膨張され、低温低圧の窒素ガスに冷却された後、前記凝縮器からの低圧窒素ガスと合わせられ、前記第１の窒素熱交換器に流入し、前記窒素加圧冷却手段に戻されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置が提供される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明のまた他の実施例によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気（ＢＯＧ）を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する窒素熱交換器と、前記窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第１の膨張手段と、を備え、前記凝縮器、窒素熱交換器、及び膨張手段は、一つのモジュールで構成されることを特徴とするＬＮＧ ＢＯＧ再液化装置が提供される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明によると、ＬＮＧ貯蔵タンクで発生するＢＯＧを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された蒸発蒸気を少なくとも部分的に凝縮させるための凝縮器と、前記凝縮器に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたＢＯＧを前記貯蔵タンクに戻すＢＯＧ再液化装置において、前記圧縮機により圧縮されたＢＯＧを、凝縮器の前段で予冷過程を経させることにより、ＢＯＧの発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口でＢＯＧの温度を設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。
【国際調査報告】
2009501896.tif 000016
2009501896.tif 000017