(57)【要約】【課題】その目的は、船舶などの浮体構造物において、利用できる低温の物質と高温の物質の何れか、又は、両方を利用して、これらを輸送する配管において、ゼーベック効果による温度差を利用して発電する熱電変換素子により発電することで、熱エネルギーから電気エネルギーを得ることができる、浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管を提供する。【解決手段】低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体Ｆを通過させる発電用配管１０を配設されている浮体構造物で、発電用配管１０における流体Ｆと外部Ａとの間の熱移動を利用して発電する浮体構造物において、流体Ｆを発電用配管１０の内部の第１流路１１ａに流し、発電用配管１０に備えた熱電変換素子２０により、流体Ｆと外部Ａとの間の温度差を利用して発電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体を通過させる配管を配設されている浮体構造物で、前記配管における前記流体と外部との間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電システムであって、
前記配管を、前記流体が内部を通過する第１流路と、前記流体と前記外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子とを備えた発電用配管を用いて、前記熱電変換素子により発電することを特徴とする浮体構造物用発電システム。
【請求項２】
液化ガスを気化または加熱する液化ガス配管システムで、前記液化ガスの貯蔵タンクから気化器に至る間に設けられた前記発電用配管の前記第１流路に前記液化ガスを流すとともに、前記第１流路を流れる前記液化ガスの冷熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記液化ガスに熱を供給することで、前記液化ガスの気化または加熱を促進することを特徴とする請求項１に記載の浮体構造物用発電システム。
【請求項３】
前記発電用配管に、内燃機関または外燃機関または燃料電池から排出される排気ガスの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第２流体を流す第２流路を設けるとともに、前記第２流体を前記第２流路に流して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記液化ガスに熱を供給することで、前記液化ガスの気化を促進することを特徴とする請求項２に記載の浮体構造物用発電システム。
【請求項４】
排気ガスを大気中に排出する排気ガス配管システムで、内燃機関または外燃機関または燃料電池から排出される排気ガスの発生装置から排気排出口に至る間に設けられた前記発電用配管の前記第１流路に前記排気ガスを流すとともに、前記第１流路を流れる前記排気ガスの熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記排気ガスを冷却することを特徴とする請求項１に記載の浮体構造物用発電システム。
【請求項５】
冷却水を循環させる冷却水配管システムで、前記冷却水の循環経路に設けられた前記発電用配管の前記第１流路にエンジンと補機器の少なくとも一方を冷却した後の前記冷却水を流すとともに、前記第１流路を流れる前記冷却水の熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記冷却水を冷却することを特徴とする請求項１に記載の浮体構造物用発電システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の浮体構造物用発電システムを備えていることを特徴とする浮体構造物。
【請求項７】
低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体を通過させる発電用配管を配設されている浮体構造物で、前記発電用配管における前記流体と外部との間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電方法であって、
前記流体を前記発電用配管の内部の第１流路に流し、前記発電用配管に備えた熱電変換素子により、前記流体と外部との間の温度差を利用して発電することを特徴とする浮体構造物における発電方法。
【請求項８】
浮体構造物に配設され、且つ、前記浮体構造物内で、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体を通過させる発電用配管において、
前記流体が内部を通過し、且つ、前記流体との間で熱交換する流体通過面と、
前記流体と外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を配設する素子配設面と、
前記外部との熱交換を行って前記外部からの受熱量又は前記外部への放熱量を調整する移動熱量調整面とを備えた配管部材で構成していることを特徴とする発電用配管。
【請求項９】
前記配管部材を、前記流体通過面を持ち筒状に形成された第１配管部材と、前記第１配管部材の外表面の一部または全部を覆い、前記素子配設面と前記移動熱量調整面とを備えた第２配管部材とを有して構成していることを特徴とする請求項８に記載の発電用配管。
【請求項１０】
前記第２配管部材を前記第１配管部材よりも熱伝導率が高い材料で形成していることを特徴とする請求項９に記載の発電用配管。
【請求項１１】
前記素子配設面における温度を調整するための、前記素子配設面と前記流体通過面との距離を変更する距離変更機構、又は、前記移動熱量調整面における熱伝導面積を変更する面積変更機構を備えていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発電用配管。
【請求項１２】
前記素子配設面に配設された前記熱電変換素子の前記素子配設面とは反対側に船体側伝熱部材を配設すると共に、前記船体側伝熱部材を直接的又は間接的に浮体構造物の船体に取り付けて、前記船体側伝熱部材と前記船体との間で熱交換するように構成していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の発電用配管。
【請求項１３】
前記素子配設面に配設された前記熱電変換素子の前記素子配設面とは反対側に外部側伝熱部材を配設すると共に、前記外部側伝熱部材と前記流体とは別の流体である外部側流体との間で熱交換するように構成していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の発電用配管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び発電用配管に関し、より詳細には、船舶及び浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ）などの浮体構造物で使用される浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び発電用配管に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化ガス運搬船や浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備等の浮体構造物では、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを備え、液化ガスの液ラインには防熱を施し、外部からの侵入熱により液ラインの中の液化ガスが蒸発しないようにしている。これらの浮体構造物では、非常に低温（ＬＮＧでは、約マイナス１６２℃）の液体を取り扱ったり、エンジンから排出される高温の排気ガス（約２００℃〜３５０℃）を取り扱ったりしている。
【０００３】
一方、エンジンから排出される排気ガスの規制強化に伴って、液化天然ガス、液化石油ガス、液化水素などの排気ガスがクリーンな液化ガスを推進システムの燃料として使用することが考えられている。この液化ガスを推進システムの燃料として使用する船舶、例えば、液化ガス運搬船や液化ガス燃料船では、推進システムが要求する燃料ガスの性状に基づいて、低温の液化ガスを常温まで加熱して燃焼している。この液化ガスの加熱には、強制気化器や加熱器を用い、蒸気、温水、グリコール水などの加熱媒体が利用されている。
【０００４】
しかしながら、液化ガスを燃料として使用する場合に、強制気化器や加熱器で得られた液化ガスの冷熱は、そのまま有効利用されることなく捨てられている。また、液化ガスを燃焼して得られる高温の排気ガスの熱エネルギーもある程度は回収されるものの、十分に有効利用できているとは言えない。
【０００５】
また、船舶などの浮体構造物においては、一般的には、大きな装置を新たに配置するスペースを確保するのが難しく、また、重量増加に対しても許容範囲が狭いという問題がある。そのため、容積又は重量が大きいような装置を搭載することは避けたい。そのため、配管を工夫して、液化ガスの冷熱の熱エネルギー、及び、排気ガスの高温の熱エネルギーを利用して、熱電変換素子により電気エネルギーを得ることが考えられる。
【０００６】
これに関連して、排ガス流路が形成された管状構造物の内側に嵌め込み自在の外枠部材の内壁面に熱電変換素子を配置した排ガス利用発電装置（例えば、特許文献１参照）や、排気ガスの配管内に突出させた集熱フィンと、熱電モジュールとの間に断熱部材を介在させた熱発電装置（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００７】
また、配管の表面に配置され、この配管の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具を介して、配管の表面に熱電発電素子を設けて、この治具により、熱電発電素子を設置する平面を確保すると共に、熱電発電素子への伝熱量を調整して、熱電発電素子の温度を耐熱温度範囲内に保持する配管への熱電発電素子の設置方法（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。
【０００８】
さらには、少なくとも外面の一部に熱電変換モジュールを取り付ける平面を有する多面体形状の容器で、熱源流体が流通する配管の外周を取り囲んで、配管を流れる熱源流体からの熱を容器内に充填された熱伝達媒体で、熱電変換モジュールに伝達する熱電発電システム（例えば、特許文献４参照）も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１０４５９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９５３７８号公報
【特許文献３】特開２０１５−５６１５号公報
【特許文献４】特開２０１２−６５４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船舶などの浮体構造物において、利用できる低温の物質と高温の物質の何れか、又は、両方を利用して、これらを輸送する配管において、ゼーベック効果による温度差を利用して発電する熱電変換素子により発電することで、熱エネルギーから電気エネルギーを得ることができる、浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための浮体構造物用発電システムは、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体を通過させる配管を配設されている浮体構造物で、前記配管における前記流体と外部との間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電システムであって、前記配管を、前記流体が内部を通過する第１流路と、前記流体と前記外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子とを備えた発電用配管を用いて、前記熱電変換素子により発電するように構成されている。
【００１２】
この構成によれば、例えば、ＬＮＧ燃料の気化や、排気ガスの冷却などで、温度変化させる流体の熱エネルギーを利用して、熱電変換素子を備えた発電用配管で発電するので、流体の温度変化に必要な熱エネルギーや温度変化用の熱交換器等の機器類の負担を軽減したり、機器類のサイズダウンや機器類そのものを不要にしたりすることができる。さらに、配管で発電するので、配管を熱電変換素子を備えた発電用配管に変えるだけでよく、機器類は従来技術の機器類をそのまま使用することができ、大きな設計変更も不要になる。
【００１３】
そして、上記の浮体構造物用発電システムにおいて、液化ガスを気化または加熱する液化ガス配管システムで、前記液化ガスの貯蔵タンクから気化器に至る間に設けられた前記発電用配管の前記第１流路に前記液化ガスを流すとともに、前記第１流路を流れる前記液化ガスの冷熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記液化ガスに熱を供給することで、前記液化ガスの気化または加熱を促進するように構成されると、液化ガスの貯蔵タンクから気化器に至る間に設けられた配管を熱電変換素子を備えた発電用配管に置き替えて構成するだけで、液化ガスの気化を促進できるので、また、大きな熱交換器や熱発電器を新設する必要がなく、従来の液化ガス気化または加熱装置を用いている場合にも簡単に適用できるようになる。また、気化器または加熱器で必要な加熱エネルギーを削減できる。
【００１４】
また、上記の浮体構造物用発電システムにおいて、前記発電用配管に、内燃機関または外燃機関または燃料電池から排出される排気ガスの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第２流体を流す第２流路を設けるとともに、前記第２流体を前記第２流路に流して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記液化ガスに熱を供給することで、前記液化ガスの気化を促進するように構成されると、排気ガスの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第２流体を流す第２流路である高温熱源配管を設ける必要があるが、熱電変換素子を備えた発電用配管に流すだけで、第２流体の熱を利用して液化ガスの気化をより促進できるので、より効率よく発電することができるようになる。
【００１５】
そして、上記の浮体構造物用発電システムにおいて、排気ガスを大気中に排出する排気ガス配管システムで、内燃機関または外燃機関または燃料電池から排出される排気ガスの発生装置から排気排出口に至る間に設けられた前記発電用配管の前記第１流路に前記排気ガスを流すとともに、前記第１流路を流れる前記排気ガスの熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記排気ガスを冷却するように構成されると、高温の排気ガスを冷却する際に、排気ガスの熱エネルギーを回収して発電することができるので、発電用の燃費を減少することができる。
【００１６】
上記の浮体構造物用発電システムにおいて、冷却水を循環させる冷却水配管システムで、前記冷却水の循環経路に設けられた前記発電用配管の前記第１流路にエンジンと補機器の少なくとも一方を冷却した後の前記冷却水を流すとともに、前記第１流路を流れる前記冷却水の熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記冷却水を冷却するように構成されると、浮体構造物で使用される、エンジン冷却水などの冷却水を冷却する際に、上記の発電用配管で冷却に要する熱量を少なくしつつ発電すると共に、冷却水の熱エネルギーを効率よく回収して発電することができるので、より発電用の燃費を減少することができる。
【００１７】
そして、上記の目的を達成するための浮体構造物は、上記の浮体構造物用発電システムを備えて構成される。この構成によれば、上記の効果を発揮できる。
【００１８】
そして、上記の目的を達成するための浮体構造物における発電方法は、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体を通過させる発電用配管を配設されている浮体構造物で、前記発電用配管における前記流体と外部との間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電方法であって、前記流体を前記発電用配管の内部の第１流路に流し、前記発電用配管に備えた熱電変換素子により、前記流体と外部との間の温度差を利用して発電することを特徴とする方法である。
【００１９】
この方法によれば、流体として、浮体構造物に存在するＬＮＧ等の液化ガスや排気ガスを用いることができ、この場合に、液化ガスの冷熱や排気ガスの熱エネルギーを利用して発電を行うことができる。これにより、液化ガスの強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスの熱エネルギーを回収したりすることができる。
【００２０】
上記の目的を達成するための本発明の発電用配管は、浮体構造物に配設され、且つ、前記浮体構造物内で、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体を通過させる発電用配管において、前記流体が内部を通過し、且つ、前記流体との間で熱交換する流体通過面と、前記流体と外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を配設する素子配設面と、前記外部との熱交換を行って前記外部からの受熱量又は前記外部への放熱量を調整する移動熱量調整面とを備えた配管部材で構成されている。
【００２１】
この移動熱量調整面は、配管部材において流体通過面と素子配設面をつなぐ配管部材が外部と接する面であり、配管部材の外部側の表面から、つまり、配管部材の内部空間の面積を含まない全表面から、熱電変換素子が配置される部分（素子配設面）を除外した面である。この移動熱量調整面は、素子配設面に連続する面であっても熱電変換素子が配設されない部分であれば、その面も含んでいる。
【００２２】
この構成によれば、外部との熱交換を行って外部からの受熱量又は外部への放熱量を調整する移動熱量調整面を備えているので、外部に面する面積や形状を変更するだけで、流体と熱電変換素子との間での発電用の熱移動量と、熱電変換素子を介さない流体と外部との間での外部への熱移動量を容易に変更及び調整することができる。その結果、熱電変換素子の素子配置面の温度を調整することができる。
【００２３】
なお、移動熱量調整面の外部に面する面積や形状は、内部を通過する流体の量や外部の温度などの熱移動量の変動が小さいときは、固定した面積や形状とすることができる。その一方で、熱移動量の変動が大きいときは、例えば、形状記憶合金やバイメタル等の温度によって変化する構成を用いて、温度によって、伝熱面積や形状を変化させることで、発電用の熱移動量と外部と熱移動量を調整することができる。
【００２４】
また、移動熱量調整面の外部に面する面積（表面積）の増加は、フィンの追加のみならず、この移動熱量調整面に小さな凹凸を設けたり、孔を設けたりすることで容易に行うことができる。
【００２５】
上記の発電用配管において、前記配管部材を、前記流体通過面を持ち筒状に形成された第１配管部材と、前記第１配管部材の外表面の一部または全部を覆い、前記素子配設面と前記移動熱量調整面とを備えた第２配管部材とを有して構成していると、既存の配管を第１配管部材として使用することができるようになるので、この第１配管部材を改めて設計したり製作したりする必要がなくなる。
【００２６】
上記の発電用配管において、前記第２配管部材を前記第１配管部材よりも熱伝導率が高い材料で形成していると、第１配管部材と第２配管部材との間における熱移動量を大きくすることができ、また、第２配管部材と熱電変換素子との間の発電用の熱移動、及び、第２配管部材と外部との間の温度調整用の熱移動量を大きくでき、発電効率を上昇できると共に、移動熱量調整面の面積を小さくすることができるようになる。
【００２７】
上記の発電用配管において、前記素子配設面における温度を調整するための、前記素子配設面と前記流体通過面との距離を変更する距離変更機構、又は、移動熱量調整面における熱伝導面積を変更する面積変更機構を備えていると、素子配設面に配設された熱電変換素子の温度を比較的容易に耐熱温度範囲内とすることができ、また、発電効率と流体の温度調整もきめ細かく調整することができるようになる。
【００２８】
上記の発電用配管において、前記素子配設面に配設された前記熱電変換素子の前記素子配設面とは反対側に船体側伝熱部材を配設すると共に、前記船体側伝熱部材を直接的又は間接的に浮体構造物の船体に取り付けて、前記船体側伝熱部材と前記船体との間で熱交換するように構成していると、浮体構造物の周囲は、通常海水や湖水等の水で囲まれているので、船体の温度の変化が少ない上に、大量の熱の移動を許容できるので、ＬＮＧを加熱するための熱の供給や、排気ガスを冷却するための放熱等に利用するのに非常に便利である。
【００２９】
上記の発電用配管において、前記素子配設面に配設された前記熱電変換素子の前記素子配設面とは反対側に外部側伝熱部材を配設すると共に、前記外部側伝熱部材と前記流体とは別の流体である外部側流体との間で熱交換するように構成していると、２つの流体との間での温度差が大きい熱移動を熱電変換素子における発電に利用でき、効率よく発電できるようになる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管によれば、従来捨てていたＬＮＧ等の液化ガスの冷熱や排気ガスの熱エネルギー等を利用して発電を行うことができる。これにより、ＬＮＧの強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスの熱エネルギーを回収したりすることができ、浮体構造物の省エネに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の浮体構造物用発電システムとしての液化ガス配管システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の浮体構造物用発電システムとしての排気ガス配管システムの構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る第３の実施の形態の浮体構造物用発電システムとしての冷却水配管システムの構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態の発電用配管の構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は横断面を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態の発電用配管の別の構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は横断面を示す図である。
【図６】図４の構成にカバー部材を設けた構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は横断面を示す図である。
【図７】図５の構成にカバー部材を設けた構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は横断面を示す図である。。
【図８】図６のカバー部材に外部側流体の通路を設けた構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は横断面を示す図である。
【図９】図７のカバー部材に外部側流体の通路を設けた構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は横断面を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施の形態の発電用配管の構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は横断面を示す図である。
【図１１】熱電変換素子と流体通過面との距離の変化を示す説明用の図である。
【図１２】配管部材の一部を積層部材の積層で構成した発電用配管の構成を模式的に示す図である。
【図１３】配管部材の一部を着脱可能なフィン部材で構成した発電用配管の構成を模式的に示す図である。
【図１４】配管部材の流路を変化させることによる熱電変換素子と流体通過面との平均距離の変化を示す説明用の図である。
【図１５】熱電変換素子を説明するための説明図である。
【図１６】熱電変換素子における温度差と出力の関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係る実施の形態の浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管について、図面を参照しながら説明する。この浮体構造物用発電システムの適用例として、ここでは、液化ガス配管システム、排気ガス配管システム、冷却水配管システムを例にして説明するが、その他のシステムであってもよい。
【００３３】
また、ここでは、浮体構造物として、液化ガス運搬船を例にして説明する。しかし、本発明はこの液化ガス運搬船に限定されず、それ以外の液化ガス運搬船、液化ガス燃料タンクを備えた船舶、液化ガス燃料タンクを備えた浮体構造物、又は、液化ガス貯蔵設備を有する浮体構造物等の液化ガス貯蔵設備を備えた浮体構造物にも適用可能である。
【００３４】
例えば、具体的な浮体構造物としては、ＦＰＳＯ（Floating Production, Storage and Offloading system;浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備）、ＦＳＯ（Floating Storage and Offloading system;浮体式海洋石油・ガス貯蔵積出設備）、ＦＳＲＵ（Floating Storage Regasification Unit;浮体式貯蔵ガス化設備）、ＦＳＵ（Floating Storage Unit;浮体式貯蔵設備）、ＦＬＮＧ（Floating LNG;浮体式液化天然ガス設備）などがある。
【００３５】
図１〜図３に示すように、本発明に係る第１〜第３の実施の形態の浮体構造物用発電システム４０、５０、６０は、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体Ｆ（第１の実施の形態では、液化ガス）を通過させる配管１０を配設されている浮体構造物で、この配管１０における液化ガス（＝流体）Ｆと外部Ａとの間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電システムであって、配管１０を、液化ガスＦが内部を通過する第１流路１１ａと、液化ガスＦと外部Ａとの間の温度差を利用して発電する熱電変換素子２０とを備えた発電用配管１０を用いて、熱電変換素子２０により発電するように構成されている。
【００３６】
より具体的には、この図１の浮体構造物用発電システムとしての液化ガス配管システム４０は、液化ガスＦを気化する液化ガス配管システム４０であり、この液化ガス配管システム４０において、液化ガスＦの貯蔵タンク４１から気化器（強制気化器）４４に至る間に設けられた発電用配管１０に液化ガスＦを流すとともに、第１流路１１ａを流れる液化ガスＦの冷熱を使用して熱電変換素子２０により発電しつつ、液化ガスＦに熱を供給することで、液化ガスＦの気化を促進するように構成されている。
【００３７】
より具体的には、図１に示すように、ＬＮＧ等の液化ガスＦは貯蔵タンク４１からポンプ４２により、発電用配管１０に送られて、熱電変換素子２０により発電する。この発電用配管１０で気化熱の一部を得た液化ガスＦは、加熱源４３からの熱を受けて気化器４４で気化され、ガス化されて推進システムのガス消費機器（内燃機関やボイラ、または燃料電池）４５で燃焼または発電する。
【００３８】
一方、この発電用配管１０の熱電変換素子２０の発電で得られた電力Ｅは、バッテリー２１に蓄電される。この蓄電された電力Ｅは、必要に応じて、ＤＣ/ＡＣコンバータ２２を経由して、船内電力網２３に供給される。若しくは、発電した電力Ｅは直接船内電力網２３に供給しても良いし、船内電力網２３とは切り離された独立電源供給源として、近くの電力消費機器（機器やセンサなど）に供給しても良い。
【００３９】
この構成によれば、従来の液化ガス配管システムにおいて、液化ガスＦの貯蔵タンク４１から気化器４４に至る間に設けられた配管を熱電変換素子２０を備えた発電用配管１０に置き替えて構成するだけで、液化ガスＦの気化を促進できるので、また、大きな熱交換器や熱発電器を新設する必要がなく、従来の液化ガス配管システムを用いている場合にも簡単に適用できるようになる。また、気化器４４で必要な加熱エネルギーを削減できる。
【００４０】
また、図１に示すように、発電用配管１０に、ガス消費機器４５で液化ガスＦを消費して発生する排気ガスＧの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第２流体Ｆ２を流す第２流路１４を設けるとともに、第２流体Ｆ２を第２流路１４に流して熱電変換素子２０により発電しつつ、液化ガスＦに熱を供給することで、液化ガスＦの気化を促進するように構成される。この排気ガスＧの排熱エネルギーの一部を、高温熱源配管４７と排熱エネルギー供給源４６とを経由して発電用配管１０に送ることで、熱電変換素子２０における発電量を多くする。
【００４１】
つまり、液化ガスＦを気化する液化ガス配管システム４０において、流体Ｆとして液化ガスを、外部側流体Ｆ２として、液化ガスＦを消費して発生する排気ガスＧの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第流体Ｆ２をそれぞれ使用して、発電用配管１０で熱電変換素子２０により発電しつつ、液化ガスＦに熱を供給することで、流体Ｆとしての液化ガスの気化を促進する。
【００４２】
この構成によれば、高温熱源配管４７を設ける必要があるが、配管を上記の浮体構造物用配管１０で構成するだけで、液化ガスＦの気化を促進できるので、より効率よく発電することができるようになる。また、排気ガスＧとしては、ＬＮＧ以外の燃料を燃やして得られる排気ガスでもよい。さらには、高温側の熱源としては、必ずしも、高温熱源から発生させる排気ガスや蒸気などでなくてもよく、周囲の空気（大気）との熱交換であってもよい。実用的には、この高温側として、周囲の空気を利用する可能性が高い。
【００４３】
次に、図２に示す、本発明に係る第２の実施の形態の浮体構造物用発電システムとしての排気ガス配管システム５０について説明する。この排気ガス配管システム５０は、燃焼器（内燃機関または外燃機関または燃料電池など）５１から排出される排気ガスＧ（＝流体Ｆ）を大気中に排出する排気ガス配管システムであり、この排気ガス配管システム５０において、流体Ｆとして排気ガスＧを使用して、発電用配管１０で熱電変換素子２０により発電しつつ、流体Ｆとしての排気ガスＧを冷却する。また、第２流路１４を設ける場合には、排気ガスＧを高温側熱源の流体Ｆとし、低温側熱源の第２流体Ｆ２を空気、冷却水（清水、海水）、熱媒油としても良い。また、この低温側熱源として、周囲の空気（大気）を利用してもよい。
【００４４】
この排気ガス配管システム５０によれば、高温の排気ガスＧ（流体Ｆ）を冷却する際に、排気ガスＧの熱エネルギーを回収して発電することができるので、発電用の燃費を減少することができる。
【００４５】
次に、図３に示す、本発明に係る第３の実施の形態の浮体構造物用発電システムとしての冷却水配管システム６０について説明する。図３に示すような冷却水配管システム６０は、冷却水Ｗ（流体Ｆ）を循環させる冷却水配管システム６０であり、この冷却水配管システム６０で、冷却水Ｆ（Ｗ）の循環経路に設けられた発電用配管１０の第１流路１１ａにエンジン６１と補機器の少なくとも一方を冷却した後の冷却水Ｆ（Ｗ）を流すとともに、この第１流路１１ａを流れる冷却水Ｆ（Ｗ）の熱を使用して熱電変換素子２０により発電しつつ、冷却水Ｆ（Ｗ）を冷却するように構成される。
【００４６】
図３の構成では、冷却水ポンプ６３により冷却水Ｆをエンジン６１に送り、このエンジン６１の冷却水Ｗを清水クーラ６２に送っているが、その通路に、発電用配管１０を設ける。そして、この構成により、流体Ｆとしてエンジン冷却水Ｗを使用して、発電用配管１０で熱電変換素子２０により発電しつつ、流体Ｆとしての冷却水Ｗを冷却するように構成される。なお、参考までに、エンジン６１のシリンダ冷却後の冷却水温度は７０℃〜９０℃程度である。
【００４７】
この構成によれば、浮体構造物で使用される、エンジン冷却水などの冷却水Ｗを冷却する際に、上記の発電用配管１０で冷却に要する熱量を少なくしつつ発電すると共に、冷却水Ｗの熱エネルギーを効率よく回収して発電することができるので、より発電用の燃費を減少することができる。
【００４８】
そして、上記の目的を達成するための浮体構造物は、上記の浮体構造物用発電システムとしての液化ガス気化装置４０、又は、排気ガス配管システム５０、又は、冷却水配管システム６０を備えて、言い換えれば、浮体構造物用発電システム４０、５０、６０のいずれかを備えて構成される。この構成によれば、上記の効果を発揮できる。
【００４９】
そして、本発明に係る実施の形態の浮体構造物における発電方法は、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体Ｆを通過させる発電用配管１０を配設されている浮体構造物で、発電用配管１０における流体Ｆと外部Ａとの間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電方法であり、この発電方法において、流体Ｆを内部の第１流路１１ａに流し、発電用配管１０に備えた熱電変換素子２０により、流体Ｆと外部Ａとの間の温度差を利用して発電する方法である。
【００５０】
この方法によれば、流体Ｆとして、浮体構造物に存在するＬＮＧ等の液化ガスＬや排気ガスＧを用いることができ、この場合に、液化ガスＬの冷熱や排気ガスＧの熱エネルギーを利用して発電を行うことができる。これにより、液化ガスＬの強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスＧの熱エネルギーを回収したりすることができる
次に、上記の浮体構造物用発電システム４０、５０、６０、及び、浮体構造物における発電方法で使用する発電用配管について説明する。
【００５１】
図４〜図９に示すように、本発明に係る第１の実施の形態の発電用配管１０は、上記の浮体構造物用発電システム４０、５０、６０で使用する配管であり、浮体構造物（図示しない）に配設され、且つ、この浮体構造物内で、低温から高温に移行させる必要のある流体Ｆ、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体Ｆを通過させる発電用配管である。この発電用配管１０は、金属などの比較的熱伝導率が高い材料で形成された配管部材１１で構成されている。
【００５２】
この配管部材１１では、流体Ｆが内部（第１流路１１ａ内）を通過し、且つ、流体Ｆとの間で熱交換する流体通過面１１ａａと、流体Ｆと外部Ａとの間の温度差を利用して発電する熱電変換素子２０を配設する素子配設面１１ｂと、外部Ａとの熱交換を行って外部Ａからの受熱量Ｑｉ又は外部Ａへの放熱量Ｑｏを調整する移動熱量調整面１１ｃとを備えて構成される。
【００５３】
この熱電変換素子２０は、熱と電力を変換する 熱電素子" 熱電素子の一種であり、二種類の異なる金属または半導体を接合して、図１５に示すように、熱電変換素子２０の両端２０ａ、２０ｂに温度差ΔＴを生じさせるとゼーベック効果" ゼーベック効果により、配線２０ｃの間に起電力Ｅが生じるので、この起電力Ｅを利用して発電することができる。この温度差ΔＴと出力Ｅとの関係を図１６に示す。温度差ΔＴが大きくなると急激に出力Ｅが増加することが分かる。なお、熱電変換素子材料としては、ビスマス・テルル系（Ｂｉ−Ｔｅ系）、 鉛・テルル系（Ｐｂ−Ｔｅ系）、 シリコン・ゲルマニウム系（Ｓｉ−Ｇｅ系）等が使用されている。
【００５４】
この移動熱量調整面１１ｃは、配管部材１１において第１流路１１ａの流体通過面１１ａａと素子配設面１１ｂをつなぐ配管部材が外部Ａと接する面であり、配管部材１１の外部側の表面から、つまり、配管部材１１の内部空間の面積を含まない全表面から、熱電変換素子２０が配置される部分である素子配設面１１ｂを除外した面である。
【００５５】
この移動熱量調整面１１ｃは、素子配設面１１ｂが配置される面で、熱電変換素子２０が配設されない部分であれば、その面も含んでいる。例えば、配管部材１１を円筒形状とし、この円筒の表面を素子配設面１１ｂとして熱電変換素子２０を配設したときの、熱電変換素子２０が配設されていない円筒の表面も移動熱量調整面１１ｃとなる。
【００５６】
また、この構成では、ＬＮＧ等の液化ガスＬ等の流体Ｆを気化させて使用するような場合は、配管部材１１の内部（第１流路１１ａ）を通過する流体（第１流体）Ｆは低温から高温に移行させる必要のある流体Ｆとなり、熱電変換素子２０は配管部材１１の素子配設面１１ｂが低温側となり、配管部材１１と反対側の外部Ａなどが高温側となる。
【００５７】
そして、この熱電変換素子２０が低温になり過ぎないように、移動熱量調整面１１ｃで、外部Ａとの熱交換を行って外部Ａからの受熱量Ｑｉを受けて配管部材１１における素子配設面１１ｂの温度調整を行い、熱電変換素子２０を保護するとともに、素子配設面１１ｂへの発電用の熱移動量Ｑｇを調整して、流体Ｆの冷熱を利用して発電する。
【００５８】
一方、ＬＮＧ等の液化ガスＬ等の燃焼後の排気ガスＧ等の流体Ｆを冷却する際のような場合は、配管部材１１の内部（第１流路１１ａ）を通過する流体（第１流体）Ｆは高温から低温に移行させる必要のある流体Ｆとなり、熱電変換素子２０は配管部材１１の素子配設面１１ｂが高温側となり、配管部材１１と反対側の外部Ａなどが低温側となる。
【００５９】
そして、この熱電変換素子２０が高温になり過ぎないように、移動熱量調整面１１ｃで、外部Ａとの熱交換を行って外部Ａへの放熱量Ｑｏを放出し配管部材１１における素子配設面１１ｂの温度調整を行い、熱電変換素子２０を保護するとともに、素子配設面１１ｂへの発電用の熱移動量Ｑｇを調整する。
【００６０】
そして、素子配設面１１ｂにおける温度を調整するための、素子配設面１１ｂと流体通過面１１ａａとの距離を変更する距離変更機構、又は、移動熱量調整面１１ｃにおける熱伝導面積を変更する面積変更機構を備えて構成されることが好ましい。
【００６１】
通常は、この素子配設面１１ｂにおける温度の範囲はマイナス４０℃〜プラス１５０℃の範囲内にすることが好ましい。流体Ｆの温度がマイナス４０℃〜プラス１５０℃の範囲内にある場合には、熱電変換素子２０への発電用の熱移動量Ｑｇが大きくなるように、素子配設面１１ｂを第１流路１１ａに接近させて設けることが好ましい。
【００６２】
また、一方で、流体Ｆの熱を放熱させるためには、移動熱量調整面１１ｃを放熱面として利用することが好ましい。また、流体Ｆの温度がマイナス４０℃〜プラス１５０℃の範囲外にある場合には、素子配設面１１ｂの温度がこの範囲内に入るように、かつ、熱電変換素子２０への発電用の熱移動量Ｑｇが大きくなるように、移動熱量調整面１１ｃを設けることが好ましい。
【００６３】
そのため、移動熱量調整面１１ｃの距離と面積を調整して、素子配設面１１ｂにおける温度を調整することが容易にできるようにすることが好ましい。これにより、素子配設面１１ｂに配設された熱電変換素子２０の温度を容易に耐熱温度範囲内とすることができるようになる。また、発電効率と流体Ｆの温度調整もきめ細かく調整することができるようになる。
【００６４】
この距離変更機構の効果としては、例えば、図１１に示すように、素子配設面１１ｂと流体通過面１１ａａとの間の距離Ｌａを変更することにより、距離Ｌａを調整して素子配設面１１ｂの温度及びこの素子配設面１１ｂに配置される熱電変換素子２０の温度を調整することができる。
【００６５】
また、この距離変更機構の構成としては、例えば、図１２に示すように、配管部材１１の流体通過面１１ａａと素子配設面１１ｂの間を積層構造にして、積層部材１１ｓを積み重ねることにより、容易に流体通過面１１ａａと素子配設面１１ｂの間の距離Ｌａを変更でき、積層部材１１ｓの側面１１ｃｓが移動熱量調整面１１ｃの一部となるので、容易に距離Ｌａと移動熱量調整面１１ｃの面積Ｓａを変更することができる。
【００６６】
また、面積変更機構の効果としては、例えば、図１３に示すように、移動熱量調整面１１ｃの面積Ｓａを変更することにより、この面積Ｓａを移動熱量調整面１１ｃからの放熱量（又は受熱量）を調整して素子配設面１１ｂの温度及びこの素子配設面１１ｂに配置される熱電変換素子２０の温度を調整することができる。
【００６７】
この面積変更機構の構成としては、例えば、図１３に示すように、放熱フィン又は受熱フィン等のフィン１１ｃａを差し込み構造などで簡単に取り付けることができる構造にしておくことで、差し込むフィン１１ｃａの数を調整することで、容易に移動熱量調整面１１ｃの面積Ｓａを変更することができる。
【００６８】
そして、この流体通過面１１ａａの断面形状を、円形とすると工作性が良いが、長円形状、楕円形状や三角形、四角形、多角形などに形成することで、内部を通過する流体Ｆと配管部材１１との接触面積（流体通過面１１ａａの表面積）を大きくすることができ、流体Ｆと配管部材１１との間の熱交換量Ｑｔを大きくすることができる。そのため、流体通過面１１ａａの断面形状を、円の外周長さよりも外周長さが大きい断面形状に形成して構成することが好ましい。
【００６９】
また、この流体通過面１１ａａの断面形状を、図１４に示すように（ａ）円形状から（ｂ）半円形状に変化させることにより、流体通過面１１ａａと素子配設面１１ｂの間の平均距離を変更でき、発電用の熱移動量Ｑｇを容易に変えることができる。
【００７０】
また、素子配設面１１ｂは、通常平板上に形成されている熱電変換素子２０を配設するための面であり、熱電変換素子２０の形状に合わせて、図４及び図６に示すように、通常は平面形状に形成される。しかし、熱電変換素子２０の形状次第であり、この平面に限定されるものではない。
【００７１】
また、図６に示すように、素子配設面１１ｂの上に載置された熱電変換素子２０の上側に、もしくは、図７に示すように、凹部に挿入された熱電変換素子２０の上側に熱伝導率の高いカバー部材（外部側伝熱部材）３０を設けて、熱電変換素子２０の表面を保護するとともに、カバー部材３０を通じて外部Ａとの熱伝達を効率よく行えるようにする。つまり、素子配設面１１ｂに配設された熱電変換素子２０の素子配設面１１ｂとは反対側にカバー部材３０を配設する。また、素子配設面１１ｂの横の移動熱量調整面１１ｃとカバー部材３０の間に断熱部材１３を設けて、この部分の移動熱量調整面１１ｃとカバー部材３０との間の熱移動量Ｑｃを少なくする。
【００７２】
なお、図示しないが、このカバー部材３０に受熱用フィン若しくは放熱用フィンのフィン部材を設けたり、カバー部材３０の外側（熱電変換素子２０とは反対側）に凹凸を設けて表面積を大きくしたりすることで、熱電変換素子２０の素子配設面１１ｂとは反対側の温度（外側温度）を外部Ａの温度に近づけて、熱電変換素子２０の発電効率を大きくすることができる。
【００７３】
更に、上記のカバー部材３０を直接的又は間接的に浮体構造物の船体に取り付けて、前記船体側伝熱部材と前記船体との間で熱交換するように構成する。つまり、浮体構造物用配管１０において、素子配設面１１ｂに配設された熱電変換素子２０の素子配設面１１ｂとは反対側にカバー部材（船体側伝熱部材）３０を配設すると共に、このカバー部材３０を直接的又は間接的に浮体構造物の船体に取り付けて、このカバー部材３０と船体との間で熱交換するように構成する。
【００７４】
この構成とすることで、浮体構造物の周囲は、通常海水や湖水等の水で囲まれているので、船体の温度の変化が少ない上に、大量の熱の移動を許容できるので、ＬＮＧを加熱するための熱の供給や、排気ガスを冷却するための放熱等に利用するのに非常に便利な構成となる。
【００７５】
また、素子配設面１１ｂに配設された熱電変換素子２０の素子配設面１１ｂとは反対側にカバー部材（外部側伝熱部材）３０を配設すると共に、このカバー部材３０と、流体Ｆとは別の流体である外部側流体Ｆ２との間で熱交換するように構成すると、流体Ｆと外部側流体Ｆ２との間での温度差が大きい場合には、この大きな温度差を利用して熱電変換素子２０における発電に利用でき、効率よく発電できるようになる。例えば、図８及び図９に示すように、カバー部材３０Ａ、３０Ｂに、外部側流体Ｆ２の通路３１を設けて、この通路３１を通過する外部側流体Ｆ２とカバー部材３０Ａ、３０Ｂとの間で熱交換する。
【００７６】
この発電用配管１０では、移動熱量調整面１１ｃの外部Ａに面する面積や形状を変更することで、流体Ｆと熱電変換素子２０との間での発電用の熱移動量Ｑｇと、熱電変換素子２０を介さない流体Ｆと外部Ａとの間での外部Ａへの熱移動量Ｑｏを容易に変更及び調整することができる。その結果、熱電変換素子２０の素子設置面１１ｂの温度を調整し、熱電変換素子２０の耐熱温度範囲内とする。
【００７７】
なお、移動熱量調整面１１ｃの外部Ａに面する面積や形状は、内部を通過する流体Ｆの量や外部Ａの温度などの熱移動量Ｑｇ、Ｑｏ、Ｑｉの変動が小さいときは、固定した面積や形状とすることができる。その一方で、熱移動量Ｑｇ、Ｑｏ、Ｑｉの変動が大きいときは、例えば、形状記憶合金やバイメタル等の温度によって変化する構成を用いて、温度によって、伝熱面積や形状を変化させることで、発電用の熱移動量Ｑｇと外部との間の熱移動量Ｑｏ、Ｑｉを調整することができる。
【００７８】
より具体的には、バイメタルの温度が予め設定温度以上になるか、もしくは、予め設定した温度以下になると曲がって、他の伝熱面に接触したり、離間したりして、全体としての伝熱面積を変化したり、バイメタルを一部に備えた構成された２つの伝熱面自体が、開いたり、閉じたりすることで、全体としての伝熱量を変化させたりするなどである。
【００７９】
また、移動熱量調整面１１ｃの外部に面する面積（表面積）の増加は、フィンの追加のみならず、この移動熱量調整面１１ｃに小さな凹凸を設けたり、孔を設けたりすることで容易に行うことができる。
【００８０】
次に、図１０に示すような、本発明に係る第２の実施の形態の発電用配管１０Ａについて説明する。この発電用配管１０Ａでは、配管部材１２を、流体通過面１１ａａを持ち筒状に形成された第１配管部材１２１と、第１配管部材１２１の外表面の一部または全部を覆い、素子配設面１１ｂと移動熱量調整面１１ｃとを備えた第２配管部材１２２とを有して構成している。これ以外は、第１の実施の形態の発電用配管１０と同じである。従って、図４〜図９に示すような第１の実施の形態の発電用配管１０に対しても、配管部材１１を、配管部材１２と置き換えることができ、同様な効果を発揮できる。
【００８１】
この構成の発電用配管１０Ａでは、既存の配管を第１配管部材１２１として使用することができるようになるので、この第１配管部材１２１を改めて設計したり製作したりする必要がなくなる。
【００８２】
そして、この発電用配管１０Ａにおいて、第２配管部材１２２を第１配管部材１２１よりも熱伝導率が高い材料で形成していると、第１配管部材１２１と第２配管部材１２２との間における熱移動量Ｑａを大きくすることができ、また、第２配管部材１２２と熱電変換素子２０との間の発電用の熱移動量Ｑｇ、及び、第２配管部材１２２と外部Ａとの間の温度調整用の熱移動量Ｑｏ、Ｑｉを大きくでき、発電効率を上昇できると共に、移動熱量調整面１１ｃの面積を小さくすることができるようになる。
【００８３】
上記の構成の浮体構造物用発電システム４０、５０、６０、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管１０、１０Ａによれば、従来捨てていたＬＮＧ等の液化ガスＬの冷熱や排気ガスＧのエネルギーを利用して発電を行うことができる。これにより、強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスＧの熱エネルギーを回収したりすることができ、船舶の省エネに貢献することができる。
【００８４】
また、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体Ｆを使用するが、特に、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体Ｆを使用する場合には、この温度移行に必要な熱エネルギーを少なくしたり、温度移行に必要な機器類の規模を小さくしたり、不要にしたりすることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０、１０Ａ  発電用配管
１１、１２  配管部材
１１ａ  第１流路
１１ａａ  流体通過面
１１ｂ  素子配設面
１１ｃ  移動熱量調整面
１２１  第１配管部材
１２２  第２配管部材
１３  断熱部材
１４  第２流路
２０  熱電変換素子
２０ａ、２０ｂ  熱電変換素子の端面
２０ｃ  配線
２１  バッテリー
２２  ＤＣ/ＡＣコンバータ
２３  船内電力網
３０、３０Ａ、３０Ｂ  カバー部材（外部側伝熱部材）
３１  外部側流体の通路
４０  液化ガス配管システム（浮体構造物用発電システム）
４１  貯蔵タンク
４２  ポンプ
４３  加熱源
４４  強制気化器
４５  ガス消費機器
４６  排熱エネルギー供給源
４７  高温熱源配管
５０  排気ガス配管システム（浮体構造物用発電システム）
５１  燃焼器
６０  冷却水配管システム（浮体構造物用発電システム）
６１  エンジン
６２  清水クーラ
６３  冷却水ポンプ
Ａ  外部
Ｆ  流体
Ｆ２  外部側流体
Ｌ  液化ガス
Ｇ  排気ガス
Ｗ  エンジン冷却水
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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