(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋表層から温海水を汲み上げる温海水ポンプと、
前記温海水との熱交換によって液相作動流体を気相作動流体に相変換させる第１の熱交換器と、
外部から供給される低温液体との熱交換によって前記温海水を冷海水に変換させる第２の熱交換器と、
前記気相作動流体によって回転駆動されるタービンと、
前記タービンに軸結合された発電機と、
前記冷海水との熱交換によって前記タービンの駆動に使用された気相作動流体を液相作動流体に相変換させる第３の熱交換器と、
前記第３の熱交換器から得られる液相作動流体を前記第１の熱交換器へ圧送する作動流体ポンプと、
前記第１の熱交換器に供給される前記温海水の温度を計測する第１の温度計と、
前記第３の熱交換器に供給される前記冷海水の温度を計測する第２の温度計と、
前記第１及び第２の温度計から得られる温度計測結果に基づいて、前記温海水と前記冷海水との温度差が最大発電効率を得られる目標温度差となるように、前記第２の熱交換器に対する前記低温液体の供給量を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とする海洋温度差発電装置。
【請求項２】
前記低温液体は、液化天然ガス或いは液化石油ガスであることを特徴とする請求項１に記載の海洋温度差発電装置。
【請求項３】
低温液体を輸送する低温液体輸送船であって、
前記低温液体を貯蔵する低温液体タンクと、
請求項１または２に記載の海洋温度差発電装置と、を具備し、
前記海洋温度差発電装置の前記第２の熱交換器には、前記低温液体タンクから前記低温液体が供給されることを特徴とする低温液体輸送船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋温度差発電装置及び低温液体輸送船に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、海洋温度差発電装置とは、海洋表層の温海水と海洋深層の冷海水との温度差を利用して発電を行う装置である。例えば下記特許文献１には、海洋表層から汲み上げられた温海水との熱交換によって低沸点の液相作動流体を蒸発させ、蒸発後の気相作動流体を利用してタービン発電機を回転させて発電を行い、海洋深層から汲み上げられた冷海水との熱交換によって発電に利用された気相作動流体を凝縮（液相化）させ、再度、温海水との熱交換に使用する海洋温度差発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４０３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の海洋温度差発電装置は、以下のような問題点があった。
（１）水深６００〜１０００ｍの海洋深層から冷海水を汲み上げるために、長大な冷水取水管や大型ポンプが必要となり、装置コストの上昇を招いていた。
【０００５】
（２）海洋温度差発電装置の発電効率は、温海水と冷海水との温度差が２０°Ｃ程度の場合に最大となることが知られているが、この条件にあてはまる海域はハワイ周辺海域や南太平洋等の孤立した海域に限定されるため、装置の設置海域によって所望の電力が得られないことがあった。また、温海水と冷海水との温度差は季節によって変動するため、年間を通じて安定的に電力を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置コストを削減でき、且つ海域や季節に関係なく安定的に電力を得られる海洋温度差発電装置、及びこれを備えた低温液体輸送船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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、海洋温度差発電装置に係る第１の解決手段として、海洋表層から温海水を汲み上げる温海水ポンプと、前記温海水との熱交換によって液相作動流体を気相作動流体に相変換させる第１の熱交換器と、外部から供給される低温液体との熱交換によって前記温海水を冷海水に変換させる第２の熱交換器と、前記気相作動流体によって回転駆動されるタービンと、前記タービンに軸結合された発電機と、前記冷海水との熱交換によって前記タービンの駆動に使用された気相作動流体を液相作動流体に相変換させる第３の熱交換器と、前記第３の熱交換器から得られる液相作動流体を前記第１の熱交換器へ圧送する作動流体ポンプと、を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明では、海洋温度差発電装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記第１の熱交換器に供給される前記温海水の温度を計測する第１の温度計と、前記第３の熱交換器に供給される前記冷海水の温度を計測する第２の温度計と、前記第１及び第２の温度計から得られる温度計測結果に基づいて、前記温海水と前記冷海水との温度差が最大発電効率を得られる目標温度差となるように、前記第２の熱交換器に対する前記低温液体の供給量を制御する制御装置と、をさらに具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明では、海洋温度差発電装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記低温液体は、液化天然ガス或いは液化石油ガスであることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明では、低温液体輸送船に係る解決手段として、低温液体を輸送する低温液体輸送船において、前記低温液体を貯蔵する低温液体タンクと、上記第１〜第３のいずれかの解決手段を有する海洋温度差発電装置と、を具備し、前記海洋温度差発電装置の前記第２の熱交換器には、前記低温液体タンクから前記低温液体が供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る海洋温度差発電装置によれば、外部から供給される低温液体を利用して冷海水を生成するため、海洋深層から冷海水を汲み上げるための長大な冷水取水管や大型ポンプが不要となり、装置コストの削減を図ることができる。また、本発明に係る海洋温度差発電装置によれば、例えばＬＮＧ等の低温液体を輸送する低温液体輸送船に搭載することで、海上を自由に移動しながら発電を行うことができるようになるため、海域や季節に依存せずに安定的に電力を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における海洋温度差発電装置３を備えたＬＮＧ輸送船１（低温液体輸送船）の構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における海洋温度差発電装置３を備えたＬＮＧ輸送船１（低温液体輸送船）の構成概略図である。本実施形態におけるＬＮＧ輸送船１は、低温液体としてＬＮＧ（液化天然ガス）を輸送する船舶であり、ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧタンク２（低温液体タンク）と、海水の温度差を利用して発電を行う海洋温度差発電装置３とを備えている。なお、図１において、実線矢印は流体（液相、気相を含む）の流れを示し、点線矢印は電気信号の流れを示している。
【００１４】
海洋温度差発電装置３は、温海水ポンプ１１、１２と、第１の熱交換器１３と、第２の熱交換器１４と、ＬＮＧポンプ１５と、タービン１６と、発電機１７と、第３の熱交換器１８と、作動流体ポンプ１９と、第１の温度計２０と、第２の温度計２１と、マイコン２２とを備えている。
【００１５】
温海水ポンプ１１、１２は、海洋表層から温海水Ｘを汲み上げ、一定流量で第１の熱交換器１３及び第２の熱交換器１４に供給する。なお、図１では、２つの温海水ポンプ１１、１２を用いて温海水Ｘを汲み上げる構成を図示しているが、１つの温海水ポンプによって温海水Ｘを汲み上げて、第１の熱交換器１３と第２の熱交換器１４とに分岐供給する構成を採用しても良い。
【００１６】
第１の熱交換器１３は、温海水ポンプ１１によって汲み上げられた温海水Ｘと、後述の作動流体ポンプ１９から供給される低沸点の液相作動流体Ｙ（例えばフロンやアンモニア、或いはアンモニアと水の混合液等）との熱交換によって液相作動流体Ｙを蒸発させ、該液相作動流体Ｙを気相作動流体Ｙ’に相変換させる。なお、この第１の熱交換器１３によって生成された気相作動流体Ｙ’はタービン１６に供給され、熱交換に使用された温海水Ｘは海に排水される。
【００１７】
第２の熱交換器１４は、温海水ポンプ１２によって汲み上げられた温海水Ｘと、ＬＮＧタンク２からＬＮＧポンプ１５を介して供給されるＬＮＧとの熱交換によって温海水Ｘを冷却し、該温海水Ｘを冷海水Ｘ’に変換させる。なお、この第２の熱交換器１４によって生成された冷海水Ｘ’は第３の熱交換器１８に供給され、熱交換に使用されたＬＮＧはＬＮＧタンク２に返送される。
【００１８】
ＬＮＧポンプ１５は、マイコン２２から入力されるポンプ制御信号Ｓ１に応じて動作するポンプであり、マイコン２２による制御の下、ＬＮＧタンク２からＬＮＧを吸い出し、マイコン２２から指示された流量でＬＮＧを第２の熱交換器１４に圧送する。
【００１９】
タービン１６は、第１の熱交換器１３から供給される高圧の気相作動流体Ｙ’によって回転駆動される。なお、タービン１６の駆動に使用された気相作動流体Ｙ’は第３の熱交換器１８に送出される。発電機１７は、タービン１６に軸結合されており、該タービン１６の回転に伴って発電を行う。なお、発電機１７によって得られた電力は不図示のリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリ等の二次電池に蓄えられる。
【００２０】
第３の熱交換器１８は、第２の熱交換器１４から供給される冷海水Ｘ’と、タービン１６から供給される気相作動流体Ｙ’との熱交換によって気相作動流体Ｙ’を凝縮させ、気相作動流体Ｙ’を液相作動流体Ｙに相変換させる。なお、この第３の熱交換器１８によって生成された液相作動流体Ｙは作動流体ポンプ１９に送出され、熱交換に使用された冷海水Ｘ’は海に排水される。作動流体ポンプ１９は、第３の熱交換器１８から得られる液相作動流体Ｙを、一定流量で第１の熱交換器１３へ圧送する。
【００２１】
第１の温度計２０は、第１の熱交換器１３に供給される温海水Ｘの温度Ｔ１を計測し、その計測結果を示す温海水温度信号Ｓ２をマイコン２２に出力する。第２の温度計２１は、第３の熱交換器１８に供給される冷海水Ｘ’の温度Ｔ２を計測し、その計測結果を示す冷海水温度信号Ｓ３をマイコン２２に出力する。
【００２２】
マイコン２２は、第１の温度計２０から入力される温海水温度信号Ｓ２と第２の温度計２１から入力される冷海水温度信号Ｓ３とに基づいて、温海水Ｘと冷海水Ｘ’との温度差（Ｔ１−Ｔ２）が最大発電効率を得られる目標温度差（例えば２０°Ｃ）となるように、ＬＮＧポンプ１５を制御して第２の熱交換器１４に対するＬＮＧの供給量を制御する。これらのＬＮＧポンプ１５及びマイコン２２は、本発明における制御装置を構成するものである。
【００２３】
次に、上記のように構成されたＬＮＧ輸送船１、特に海洋温度差発電装置３の発電動作について説明する。
まず、ＬＮＧ輸送船１は海上を自由に航行できるため、海洋表層の温海水Ｘが１８°Ｃ〜３０°Ｃ程度の海域にＬＮＧ輸送船１を移動させる。このような海域にＬＮＧ輸送船１が到着した後、海洋温度差発電装置３の温海水ポンプ１１、１２、ＬＮＧポンプ１５及び作動流体ポンプ１９が作動する。各ポンプの作動により、海洋表層から温海水Ｘが汲み上げられて第１の熱交換器１３及び第２の熱交換器１４に供給されると共に、液相作動流体Ｙが第１の熱交換器１３に供給され、ＬＮＧタンク２からＬＮＧが第２の熱交換器１４に供給される。
【００２４】
第１の熱交換器１３に供給された液相作動流体Ｙは、温海水Ｘとの熱交換によって気相作動流体Ｙ’に相変換された後、タービン１６に供給されて該タービン１６を回転駆動する。これにより、発電機１７は発電を開始する。一方、第２の熱交換器１４に供給された温海水Ｘは、ＬＮＧとの熱交換によって冷海水Ｘ’に変換された後、第３の熱交換器１８に供給される。そして、タービン１６の駆動に使用された気相作動流体Ｙ’は、第３の熱交換器１８における冷海水Ｙ’との熱交換によって液相作動流体Ｙに再変換された後、作動流体ポンプ１９によって第１の熱交換器１３へ再送されて１サイクルが終了する。
【００２５】
このような発電サイクルが繰り返される間、マイコン２２は、第１の温度計２０から入力される温海水温度信号Ｓ２と第２の温度計２１から入力される冷海水温度信号Ｓ３とに基づいて、温海水Ｘと冷海水Ｘ’との温度差（Ｔ１−Ｔ２）を常にモニタリングしており、この温度差が最大発電効率を得られる目標温度差（例えば２０°Ｃ）となるように、ＬＮＧポンプ１５を制御して第２の熱交換器１４に対するＬＮＧの供給量を制御している。
【００２６】
具体的には、マイコン２２は、温海水Ｘと冷海水Ｘ’との温度差が目標温度差より小さい場合、第２の熱交換器１４に対するＬＮＧの供給量を増加させ、また、温海水Ｘと冷海水Ｘ’との温度差が目標温度差より大きい場合、第２の熱交換器１４に対するＬＮＧの供給量を減少させることにより、温海水Ｘと冷海水Ｘ’との温度差を目標温度差に一致させる。これにより、発電機１７は常に最大の発電効率で発電を行うため、海洋温度差発電装置３から最大限の電力を得ることができるようになる。
【００２７】
以上のように、本実施形態の海洋温度差発電装置３によれば、外部から供給されるＬＮＧを利用して冷海水Ｘ’を生成するため、海洋深層から冷海水を汲み上げるための長大な冷水取水管や大型ポンプが不要となり、装置コストの削減を図ることができる。また、本実施形態の海洋温度差発電装置３によれば、ＬＮＧを輸送するＬＮＧ輸送船１に搭載することで、海上を自由に移動しながら発電を行うことができるようになるため、海域や季節に関係なく常に最大発電効率で安定的に電力を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。例えば、上記実施形態では、温海水Ｘから冷海水Ｘ’を生成するための低温液体としてＬＮＧを使用する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、ＬＰＧ（液化石油ガス）など、他の低温液体を使用しても良い。
【００２９】
また、上記実施形態では、海洋温度差発電装置３をＬＮＧ輸送船１に搭載する場合を例示したが、例えば海岸に建設されたＬＮＧ受入基地内に海洋温度差発電装置３を設け、ＬＮＧ受入基地内のＬＮＧタンクから海洋温度差発電装置３へＬＮＧの供給を行っても良い。つまり、本発明に係る海洋温度差発電装置は、温海水と低温液体を得られる場所であれば、どのような場所にも設置することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…ＬＮＧ輸送船、２…ＬＮＧタンク、３…海洋温度差発電装置、１１、１２…温海水ポンプ、１３…第１の熱交換器、１４…第２の熱交換器、１５…ＬＮＧポンプ、１６…タービン、１７…発電機、１８…第３の熱交換器、１９…作動流体ポンプ、２０…第１の温度計、２１…第２の温度計、２２…マイコン
【図１】
0005724352.tif 000002