(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温液化装置であって、
第１の熱交換器と、
相分離器と、
膨張装置と、
加圧ガス流が前記第１の熱交換器と前記膨張装置と前記相分離器とを通って導かれるように構成される導管の第１の構造と、
第１の熱伝達流体と、前記第１の熱伝達流体が前記加圧ガス流に対して逆流方向に前記第１の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第２の構造と、を含む冷熱回収回路と、
第２の熱伝達流体と、前記第２の熱伝達流体が前記加圧ガス流に対して逆流方向に前記第１の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第３の構造と、を含む冷媒回路と、
を備えており、
前記導管の第２および第３の構造の各々は、閉じた加圧回路を形成し、かつ、前記加圧ガス流は、前記加圧ガス流の一部によって冷却されず、
前記相分離器は、液体部分および蒸気部分を生成させ、前記液体部分は第１の相分離器出口流れを介して回収され、かつ、前記蒸気部分は第２の相分離器出口流れを介して放出され、
前記冷熱回収回路はさらに、第２の熱交換器と、液化天然ガス（ＬＮＧ）の第１の流れまたは液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからの第１の廃棄流が前記第２の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第４の構造と、を備え、
前記導管の第２の構造は、前記第１の熱伝達流体がＬＮＧの前記第１の流れまたは前記第１の廃棄流に対して逆流方向に前記第２の熱交換器を通って導かれるように構成され、
前記冷媒回路はさらに、第３の熱交換器と、液化天然ガス（ＬＮＧ）の第２の流れまたは液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからの第２の廃棄流が前記第３の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第５の構造と、を備え、
前記導管の第３の構造は、前記第２の熱伝達流体がＬＮＧの前記第２の流れまたは前記第２の廃棄流に対して逆流方向に前記第３の熱交換器を通って導かれるように構成される、極低温液化装置。
【請求項２】
前記第２および第３の熱交換器は、共通の熱交換器である、請求項１に記載の極低温液化装置。
【請求項３】
前記導管の第４および第５の構造は、共通の導管の構造であり、第１および第２の低温ガス流は、共通の低温ガス流である、請求項１または請求項２に記載の極低温液化装置。
【請求項４】
前記膨張装置からの出力流が、少なくとも９５％の液体部分を有するように構成される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の極低温液化装置。
【請求項５】
前記加圧ガス流が、５５から５６ｂａｒの間の圧力および９７ｋの温度で前記第１の熱交換器から出るように構成される、請求項４に記載の極低温液化装置。
【請求項６】
前記冷熱回収回路はさらに、前記第１の熱伝達流体を前記導管の第２の構造を通って循環させるための手段を備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の極低温液化装置。
【請求項７】
前記導管の第２の構造は、前記第１の熱伝達流体が、前記第１の熱交換器を通って導かれる前に、前記熱伝達流体を循環させるための前記手段を通って導かれるように構成される、請求項１に記載の極低温液化装置。
【請求項８】
前記第１の熱伝達流体を循環させるための前記手段は、機械的送風機である、請求項６または請求項７に記載の極低温液化装置。
【請求項９】
前記冷媒回路はさらに、圧縮装置を備え、前記導管の第３の構造は、前記第２の熱伝達流体が、前記第３の熱交換器を通って導かれる前に、前記圧縮装置を通って導かれるように構成される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の極低温液化装置。
【請求項１０】
前記冷媒回路はさらに、膨張タービンを備え、前記導管の第３の構造は、前記第２の熱伝達流体が、前記第１の熱交換器を通って導かれる前に、前記膨張タービンを通って導かれるように配置される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の極低温液化装置。
【請求項１１】
前記膨張装置は、ジュール−トムソン弁である、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の極低温液化装置。
【請求項１２】
前記導管の第２の構造は、前記第１の熱交換器の第１の領域において前記第１の構造導管に隣接して配置される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の極低温液化装置。
【請求項１３】
前記導管の第３の構造は、前記第１の熱交換器の第２の領域において前記第１の構造導管に隣接して配置される、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の極低温液化装置。
【請求項１４】
前記第２の領域は、流れ方向において、前記第１の領域よりも前記膨張装置により近くにある、請求項１２を引用した場合の請求項１３に記載の極低温液化装置。
【請求項１５】
外部熱エネルギー源からの冷熱リサイクルを使用して液化プロセスの平衡を保つための方法であって、
加圧ガス流を第１の熱交換器、膨張装置および相分離器を通って導くステップと、
冷熱回収回路中の第１の熱伝達流体を前記加圧ガス流に対して逆流方向に前記第１の熱交換器を通って導くステップと、
冷媒回路中の第２の熱伝達流体を前記加圧ガス流に対して逆流方向に前記第１の熱交換器を通って導くステップと、
液化天然ガス（ＬＮＧ）の第１の流れまたは液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからの第１の廃棄流を第２の熱交換器を通って導くステップと、
前記第１の熱伝達流体をＬＮＧの前記第１の流れまたは前記第１の廃棄流に対して逆流方向に前記第２の熱交換器を通って導くステップと、
液化天然ガス（ＬＮＧ）の第２の流れまたは液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからの第２の廃棄流を第３の熱交換器を通って導くステップと、
前記第２の熱伝達流体をＬＮＧの前記第２の流れまたは前記第２の廃棄流に対して逆流方向に前記第３の熱交換器を通って導くステップと、
前記相分離器から液体部分および蒸気部分を生成するステップと、
前記液体部分を第１の相分離器出口流れを介して回収すると共に前記蒸気部分を第２の相分離器出口流れを介して放出するステップと、
を含み、
導管の第２および第３の構造の各々は、閉じた加圧回路を形成し、かつ、前記加圧ガス流は、前記加圧ガス流の一部によって冷却されない、液化プロセスの平衡を保つための方法。
【請求項１６】
前記第２および第３の熱交換器は、共通の熱交換器である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１および第２の低温ガス流は、共通の低温ガス流である、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の熱伝達流体を、前記第１の熱交換器を通って導く前に前記熱伝達流体を循環させるための手段を通って導くステップをさらに含む、請求項１５に記載の液化プロセスの平衡を保つための方法。
【請求項１９】
前記第２の熱伝達流体を、前記第３の熱交換器を通って導く前に圧縮装置を通って導くステップをさらに含む、請求項１５に記載の液化プロセスの平衡を保つための方法。
【請求項２０】
前記第２の熱伝達流体を、前記第１の熱交換器を通って導く前に膨張タービンを通って導くステップをさらに含む、請求項１５に記載の液化プロセスの平衡を保つための方法。
【請求項２１】
前記加圧ガス流を前記第１の熱交換器を通って導く前記ステップは、前記加圧ガス流を、前記冷媒回路を過ぎて導く前に前記冷熱回収回路を過ぎて導くステップを含む、請求項１５から請求項２０のいずれか一項に記載の液化プロセスの平衡を保つための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温エネルギー貯蔵システムに関し、詳細には液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからなどの、外部ソースからの低温流の効率的利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電および配電ネットワーク（またはグリッド）は、発電と消費者からの需要との平衡を保たなければならない。これは通常、発電所をオンオフさせ、いくらか低減した負荷で運転することによって発電側（供給側）を調節することによって達成される。大部分の既存の火力および原子力発電所は、全負荷で連続して運転するときに最も効率が良いので、このようにして供給側の平衡を保つ場合には効率の不利益がある。ネットワークへの風力タービンおよび太陽熱収集器（solar collector）などの重要な断続的再生可能発電容量の予想される導入は、発電フリート（generation fleet）の一部の利用可能性に不確実性を生じさせることによって、グリッドの平衡を保つことをさらに複雑にすることになる。後で高需要の期間中に使用するために低需要の期間中に、または断続的発電機からの低出力中にエネルギーを貯蔵する手段は、グリッドの平衡を保ち、供給の保証を提供する場合に主として有効であるということになる。
【０００３】
電力貯蔵装置は、動作の３つの段階、すなわち、充電、貯蔵および放電を有する。電力貯蔵装置は、送電および配電ネットワークに発電容量の不足があるときに、極めて断続的に電力を生成する（放電する）。これは、地方の電力市場における高い電気料金によってまたは付加容量のためにネットワークの動作に関与する組織からの依頼によって貯蔵装置オペレータに伝えられることもある。英国などのいくつかの国では、ネットワークオペレータは、急速始動能力を有する発電所のオペレータとネットワークへのバックアップ蓄積の供給のための契約を結ぶ。そのような契約は、数か月または数年もの範囲に及ぶこともあるが、しかし典型的には電力提供者が活動している（電力を生成している）ことになる時間は、非常に短い。加えて、貯蔵装置は、断続的再生可能発電機からグリッドへの電力の供給過剰の時に追加の負荷を提供するという追加のサービスを提供することもある。風速はしばしば、需要の低い夜間に高い。ネットワークオペレータは、低エネルギー価格シグナル（ｐｒｉｃｅ  ｓｉｇｎａｌ）または消費者との具体的契約を通じて、供給過剰を利用するためにネットワーク上で追加の需要を手配するか、または他の発電所もしくは風力発電所からの電力の供給を抑制しなければならない。場合によっては、特に風力発電機が補助金を受けている市場では、ネットワークオペレータは、風力発電所を「オフにする」ために風力発電所オペレータに代金を払わなければならないことになる。貯蔵装置は、供給過剰の時にグリッドの平衡を保つために使用できる有用な追加の負荷をネットワークオペレータに提示する。
【０００４】
貯蔵装置が商業的に実現可能であるためには、次の要因、すなわち１ＭＷ（電力容量）当たりの資本コスト、ＭＷｈ（エネルギー容量）、充放電サイクル効率ならびに初期投資から予想できる充電および放電サイクルの数に関する寿命が、重要である。広範囲の実用規模応用のためには、貯蔵装置が、地理的に制約されない、すなわちそれが、どこにでも、特に高需要の地点に隣接してまたは送電および配電ネットワークにおける断続性の源もしくはボトルネックに隣接して構築できることもまた重要である。
【０００５】
１つのそのような貯蔵装置技術は、商業界においていくつかの利点を提示する液体空気または液体窒素などの寒剤を使用するエネルギーの貯蔵（極低温エネルギー貯蔵（ＣＥＳ））である。大まかに言うと、ＣＥＳシステムは、充電段階において、空気または窒素などの作動流体を液化するために、低需要または断続的再生可能発電機からの供給過剰の期間に、低コストまたは余剰電気を利用するということになる。これは、次いで極低温流体として貯蔵タンクに貯蔵され、その後、高需要のまたは断続的再生可能発電機からの供給が不十分な期間に、タービンを駆動するために解放されて、放電または電力回収段階中に電気を生成する。
【０００６】
極低温エネルギー貯蔵（ＣＥＳ）システムは、商業界における他の技術を超えるいくつかの利点を有し、そのうちの１つは、立証済みの成熟プロセスに基づくそれらの創設である。充電段階において必要な、空気を液化するための手段は、１世紀以上にわたって存在しており、初期のシステムは、簡単なリンデサイクルを利用しており、その場合周囲空気は、臨界を上回る圧力（≧３８ｂａｒ）まで圧縮され、液体を生成するためにジュール−トムソン弁などの膨張装置を通って等エンタルピー膨張を経験する前に、低温まで徐々に冷却される。臨界しきい値を上回って空気を加圧することによって、空気は、固有の特性および膨張中に大量の液体を生成する可能性を発展させる。液体は、流し出され、低温のガス状空気の残留部分は、入ってくる暖かいプロセス流を冷却するために使用される。生成される液体の量は、低温蒸気の必要とされる量によって支配され、必然的に低い比収量をもたらす。
【０００７】
このプロセスの発展は、クロードサイクル（それについての現在の最先端技術は、図４に示される）であり、本プロセスは、大まかにはリンデサイクルと同じであるが、しかしながら１つまたは複数の流れ（３６、３９）は、主プロセス流（３１）から分離され、そこでそれらは、タービン（３、４）を通って断熱的に膨張され、所与の膨張比について等エンタルピー過程よりも低い温度を、それ故に効率的な冷却をもたらす。タービン（３、４）を通って膨張された空気は次いで、戻る流れ（３４）と再結合し、熱交換器（１００）を介して高圧の流れ（３１）の冷却を支援する。リンデサイクルと同様に、液体の大部分は、ジュール−トムソン弁（１）などの膨張装置を通る膨張を介して形成される。クロードサイクルに関する主要な改善は、膨張タービン（３、４）によって生成される電力が、直接的にまたは間接的に総電力消費量を低減し、より大きいエネルギー効率をもたらすということである。
【０００８】
最も効率の良い現代の空気液化プロセスは、典型的には２タービンクロード設計を使用し、商業的規模においては典型的には約０．４ｋＷｈ／ｋｇの最適比仕事量の数値（figure）を達成することができる。極めて効率が良いけれども、これは、比仕事量の著しい低減なしには、ＣＥＳシステムが５０％の市場参入充放電効率の数値を達成することを可能にしないということになる。
【０００９】
より大きい効率を達成するために、特許文献１において開示されるものなどの、完全一体型ＣＥＳシステム内の液化プロセスは、電力回収段階中の寒剤の蒸発時に獲得される冷熱エネルギーを利用する。しかしながら、冷熱エネルギー源は、ＣＥＳシステムに隣接して実行されるプロセスなどと同じ程度に容易に外部プロセスから取得されることもある。ある場合には、廃棄物と考えられる外部プロセスからの冷熱エネルギーを利用することは、特に有益である。
【００１０】
ＣＥＳシステムにおいて利用されることもある１つのそのような外部プロセスは、ＬＮＧ再ガス化プロセスである。ＣＥＳシステムは、液体生成中にＬＮＧ再ガス化ターミナルからしばしば連続して放出される廃棄低温流を利用することもあり得る。これは、もし再ガス化ターミナルがＣＥＳシステムに隣接しているならば、特に有利である。低温流のそのような使用は、特許文献２で詳述されるものなどの一体型熱貯蔵所に冷熱エネルギーが貯蔵されるための要件を打ち消す可能性がある。代わりに、その冷熱エネルギーは、液化プロセスにおいて主プロセス流に追加の冷却を提供するために充電段階中にすぐに使用されてもよい。
【００１１】
例示的システムが図５に示される。ここでは、主プロセス流（３１、３５）は、高圧、好ましくは少なくとも臨界圧力（それは、空気については３８ｂａｒである）、より好ましくは５６ｂａｒまで、周囲温度（≒２９８ｋ）において圧縮される。その流れは、入口（３１）から入り、そこでそれは、熱交換器（１００）の通路（３５）を通って導かれ、低温低圧の戻る流れ（４１）によっても、通路（５２）に近接しているおかげで冷熱回収回路ＨＴＦによっても徐々に冷却される。冷熱回収回路中のＨＴＦは、高圧または低圧のガスまたは液体を含んでもよい。しかしながら、窒素などのガスが、好ましい。冷熱回収回路ＨＴＦは、ＬＮＧなどの冷熱源の直接の流れに置き換えられてもよい。
【００１２】
冷熱回収回路は典型的には、機械的送風機などの循環手段（５）、および第２の熱交換器（１００）に加えて第１の熱交換器（１０１）から成る。例示的な場合には、ＨＴＦは、機械的送風機（または同様の循環手段）によって冷熱回収回路を回って循環され、２８３〜２３０ｋの間で熱交換器（１０１）に入る。ＨＴＦは、熱交換器（１０１）を通って進み、１０８〜１２０ｋの間で出る前に、徐々に冷却される。ＨＴＦは次いで、通路（５２）を介して熱交換器（１００）に導かれ、そこでそれは、通路（５２）に近接しているおかげで高圧プロセスガス流に冷却を提供する。
【００１３】
今では１５０〜１７０ｋの間の温度にある、高圧主プロセス流（３５）のある割合は、主プロセス流（３５）から分離され、膨張タービン（４）を通って膨張される（例えば、１から５ｂａｒの間まで）。
【００１４】
分離された部分は、膨張タービン（４）から出て、相分離器（２）に入り、そこでガス状蒸気部分（典型的には≒９６％）は、熱交換器（１００）を通って導かれる。冷熱エネルギーは、ガス状蒸気部分から高圧主プロセス流（３５）に熱交換器（１００）中で主プロセス流（３５）が通路（４１）に近接しているおかげで伝達される。残りの≒４％は、液体の形で流れ（３３）を通って収集される。
【００１５】
主プロセスガス流は、熱交換器（１００）から約５５〜５６ｂａｒおよび９７ｋで出て、そこでそれは、ジュール−トムソン弁（１）、または他の膨張手段を通って膨張される。これは、位相分離器（２）に向けられる９６％の液体部分を有する流れの典型的な組成を生じさせる。液体部分は、流れ（３３）を通って収集され、蒸気部分は、通路（４１）を通って放出される。
【００１６】
液化天然ガスは、−１６０℃で大容量低圧タンクに貯蔵されることもある。例示的タンクは、英国でのＬＮＧ輸入ターミナルにおいて提供され、英国のMilford HavenでのDragonおよびSouth Hookとして知られているそれらを含む。これらのターミナルでは、海水が典型的には、ＬＮＧを再ガス化させるための加熱流体として使用され、結果として生じる冷熱エネルギーは、単に廃棄物として放散されるだけである。しかしながら、もし冷熱エネルギーが、液化プロセスにおいて生かされ、リサイクルされるならば、電気消費量は、３分の２と同じ程度だけ低減される可能性があることもある。この手法は、例えば窒素液化機の設計に採用されており、そのいくつかは、日本および韓国でのＬＮＧ輸入ターミナルにおいて運転中である。
【００１７】
任意の高圧プロセス流が、ジュール−トムソン弁などの膨張装置を通って膨張されるときに液体生成を最大にするために必要とされる温度に達するために経験しなければならない、エンタルピーの必要な変化が、図１で示される。典型的な理想的冷却流は、「冷熱リサイクルなし」の印の付いた、図２でのプロファイルによって示されるようなプロセス全体にわたるエンタルピー変化を同様に経験しなければならない。「冷熱リサイクル」の印の付いた、図２での第２のプロファイルは、大量の冷熱リサイクルがシステムに導入されるときに必要とされる冷却（すなわち、エンタルピーの相対変化）の劇的変化を明示する。図２は、２５０ｋｊ／ｋｇの領域での冷熱リサイクルの量（配送される液体生成物の１ｋｇ当たりの冷却エンタルピーとして定義される）を示し、それは、特許文献１において開示されるものなどの完全一体型極低温エネルギーシステムにおいて使用される冷熱リサイクルのレベルと一致する。図２から明らかであるように、冷熱リサイクルの追加は、プロセスのより高い温度端部における冷却要件を完全に満たす。「冷熱リサイクル」流の代わりにＬＮＧ再ガス化プロセスにおいて利用できるそれなどの外部廃棄低温流の使用は、結果として得られる冷却の同様の曲線を提示する。利用できる冷熱エネルギーの豊富な量（例えば、特許文献１において開示される「冷熱リサイクル」システムと比較して）にもかかわらず、冷熱は、プロセスのより低い端部に冷却を提供するには不十分な品質である。
【００１８】
これは、より漸進的な熱エネルギープロファイルとともに使用されるように設計され、熱交換器の範囲を走る単一冷却流によってはるかにより効果的に扱われる、現在の最先端技術の液化プロセス関する問題を提示する。図３から分かるように、図４に示されるクロードサイクルなどの、現在の最先端技術のプロセス（「最先端技術」の印を付けられたプロファイルによって示される）によって生成される効果的な冷却流は、大量の冷熱リサイクルを使用するシステムに必要とされるプロファイル（「理想的プロファイル」の印を付けられたプロファイルによって示される）と比較して極めて直線状であり、一致率が非常に悪い。より低い温度端部における急速な冷却要求を満たすために、典型的な最先端技術のプロセスは、冷熱リサイクルのないシステムと同様の量の空気を、低温タービンを通って膨張させなければならない。これは、貧弱な効率およびプロセス熱交換器内の装置の最大設計レベルを上回る熱伝達要件をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】国際公開第２００７／０９６６５６号パンフレット
【特許文献２】米国特許出願公開第１１１５３３６．８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明者らは、特にプロセスのより低い温度端部において、集中的な非漸進的冷却をプロセスの濃縮エリアに提供することができるシステムの必要性があることを確認した。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、
第１の熱交換器と、
相分離器と、
膨張装置と、
加圧ガス流が、第１の熱交換器、膨張装置および相分離器を通って導かれるように構成される、導管の第１の構造と、
第１の熱伝達流体および第１の熱伝達流体が加圧ガス流に対して逆流方向に第１の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第２の構造を含む冷熱回収回路と、
第２の熱伝達流体および第２の熱伝達流体が加圧ガス流に対して逆流方向に第１の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第３の構造を含む冷媒回路とを備える極低温液化装置であって、
導管の第２および第３の構造の各々は、閉じた加圧回路を形成する、極低温液化装置を提供する。
【００２２】
本発明の文脈において、語句「逆流方向」は、第１および／または第２の熱伝達流体（ＨＴＦ）が、熱交換器を通るその経路の少なくとも一部について、加圧ガス流に対して反対方向に第１の熱交換器を通って流れることを意味するために使用される。第１および／または第２の熱伝達流体ならびに加圧ガス流は、対向する端部から、すなわちそれぞれの流体の入口点間の温度差が最大化されるように、熱交換器に入ることができる。別法として、第１および／または第２の熱伝達流体ならびに加圧ガス流は、熱交換器の端部間の点から熱交換器に入ることができるが、しかし熱交換器のその経路の少なくとも一部について、第１および／または第２の熱伝達流体ならびに加圧ガス流の他のものに対して反対方向に熱交換器を通って流れることができる。
【００２３】
冷熱回収回路および／または冷媒回路内の熱伝達流体は、高圧または低圧のガスまたは液体を含んでもよい。
【００２４】
加圧ガス流（すなわち、プロセス流）は、臨界圧力を上回る圧力（例えば、≧３８ｂａｒ）のガス状空気から成ってもよい。
【００２５】
本発明は、加圧ガス流（すなわち、プロセス流）が別個の冷熱回収回路および冷媒回路の使用によって完全に冷却されることの結果として効率の向上を提示する。特に、別個の冷熱回収回路および冷媒回路の使用は、冷熱回収回路それ自体と比較して、より大量の冷熱エネルギーが加圧ガス流の冷却に利用されることを可能にする。
【００２６】
その上、加圧ガス流（すなわち、プロセス流）の流量は、冷却のためのプロセス流をリサイクルする必要がないことの結果として、低減されてもよいので、本発明の効率は、従来技術の装置と比較してさらに高められる。
【００２７】
好ましくは、冷熱回収回路はさらに、第２の熱交換器および第１の低温ガス流が第２の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第４の構造を備える。そのような場合には、導管の第２の構造は、第１の熱伝達流体が第１の低温ガス流に対して逆流方向に第２の熱交換器を通って導かれるように構成される。
【００２８】
より好ましくは、冷媒回路はさらに、第３の熱交換器および第２の低温ガス流が第３の熱交換器を通って導かれるように構成される導管の第５の構造を備える。そのような場合には、導管の第３の構造は、第２の熱伝達流体が第２の低温ガス流に対して逆流方向に第３の熱交換器を通って導かれるように構成される。
【００２９】
上で説明されたように、本発明の文脈において、語句「逆流方向」は、第１および／または第２の低温ガス流が、第２および／または第３の熱交換器をそれぞれ通るそれらの経路の少なくとも一部について、第１および／または第２の熱伝達流体それぞれに対して反対方向に第２および／または第３の熱交換器をそれぞれ通って流れることを意味するために使用される。
【００３０】
第１および第２の低温ガス流は、まったく同一の低温ガス流であってもよい。すなわち、導管の第４および第５の構造は、導管のまったく同一の構成（すなわち、接続されている）であってもよい。その上、第２および第３の熱交換器は、まったく同一の熱交換器であってもよい。
【００３１】
好ましくは、第１および／または第２の低温ガス流は、廃棄流であり、さらにより好ましくは、液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからの廃棄流である。
【００３２】
それ故に、特に好ましい実施形態では、液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからの廃棄流は、導管の第２および第３の構造（すなわち、冷熱回収回路および冷媒回路のそれぞれ）の両方もまた通る熱交換器に通されてもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、冷熱回収回路はさらに、第１の熱伝達流体を導管の第２の構造を通って循環させるための手段を備える。例えば、導管の第２の構造は、第１の熱伝達流体が、第１の熱交換器を通って導かれる前に、熱伝達流体を循環させるための手段を通って導かれるように構成されてもよい。第１の熱伝達流体を循環させるための手段は、機械的送風機であってもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、冷媒回路はさらに、圧縮装置を備える。そのような実施形態では、導管の第３の構造は、第２の熱伝達流体が、第３の熱交換器を通って導かれる前に、圧縮装置を通って導かれるように構成される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、冷媒回路はさらに、膨張タービンを備える。そのような実施形態では、導管の第３の構造は、第２の熱伝達流体が、第１の熱交換器を通って導かれる前に、膨張タービンを通って導かれるように構成される。
【００３６】
膨張装置は、ジュール−トムソン弁であってもよい。
【００３７】
好ましくは、導管の第２の構造は、第１の熱交換器の第１の領域において第１の構造導管に隣接して配置され、より好ましくは、導管の第３の構造は、第１の熱交換器の第２の領域において第１の構造導管に隣接して配置される。そのような場合には、第２の領域は、流れ方向において、第１の領域よりも膨張装置により近くであってもよい。そのような場合には、加圧ガス流は、それが冷媒回路の近くに流れる前に、それが冷熱回収回路の近くに流れるように第１の熱交換器を通って導かれてもよい。
【００３８】
本発明はまた、
加圧ガス流を第１の熱交換器、膨張装置および相分離器を通って導くステップと、
冷熱回収回路中の第１の熱伝達流体を加圧ガス流に対して逆流方向に第１の熱交換器を通って導くステップと、
冷媒回路中の第２の熱伝達流体を加圧ガス流に対して逆流方向に第１の熱交換器を通って導くステップと、
を含む、外部熱エネルギー源からの冷熱リサイクルを使用して液化プロセスの平衡を保つための方法であって、
導管の第２および第３の構造の各々は、閉じた加圧回路を形成する、液化プロセスの平衡を保つための方法も提供する。
【００３９】
本方法はさらに、第１の低温ガス流を第２の熱交換器を通って導くステップと、第１の熱伝達流体を第１の低温ガス流に対して逆流方向に第２の熱交換器を通って導くステップとを含んでもよい。
【００４０】
本方法はさらに、第２の低温ガス流を第３の熱交換器を通って導くステップと、第２の熱伝達流体を第２の低温ガス流に対して逆流方向に第３の熱交換器を通って導くステップとを含んでもよい。
【００４１】
この場合もやはり、第１および第２の低温ガス流は、まったく同一の低温ガス流であってもよく、第２および第３の熱交換器は、まったく同一の熱交換器であってもよい。
【００４２】
そのような場合には、第１および／または第２の低温ガス流は、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化プロセスからの廃棄流などの、廃棄流であってもよい。
【００４３】
好ましくは、本方法は、第２の熱伝達流体を、第１の熱交換器を通って導く前に熱伝達流体を循環させるための手段を通って導くステップを含む。
【００４４】
好ましくは、本方法は、第２の熱伝達流体を、第３の熱交換器を通って導く前に圧縮装置を通って導くステップを含む。
【００４５】
好ましくは、本方法は、第２の熱伝達流体を、第１の熱交換器を通って導く前に膨張タービンを通って導くステップを含む。
【００４６】
好ましくは、加圧ガス流を第１の熱交換器を通って導くステップは、加圧ガス流を、冷媒回路を過ぎて導く前に冷熱回収回路を過ぎて導くステップを含む。
【００４７】
以下では本発明の実施形態について図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】プロセスガスが冷却プロセス中に経験する全エンタルピーの相対変化のプロファイルを示す図である（全エンタルピーの相対変化対プロセスガス温度）。
【図２】大量の冷熱リサイクルを使用する場合および使用しない場合のシステムについて冷却流が冷却プロセス中に経験しなければならない全エンタルピーの相対変化のプロファイルを示す図である（全エンタルピーの相対変化対プロセスガス温度）。
【図３】大量の冷熱リサイクルを使用する場合の「理想的」および「最先端技術の」システムについて冷却流が冷却プロセス中に経験しなければならない全エンタルピーの相対変化のプロファイルを示す図である（全エンタルピーの相対変化対プロセスガス温度）。
【図４】典型的な最先端技術の空気液化プラント構造を示す図である。
【図５】典型的な最先端技術の空気液化プラント構造を使用する「冷熱回収回路」を有する極低温エネルギーシステム液化プロセスの概略を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による極低温エネルギーシステム液化プロセスの概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明の第１の簡略化した実施形態が、図６に示される。図６でのシステムは、加圧ガス流（主プロセスガス流（３１、３５））が、ＬＮＧ（６０）の流れから回収される冷熱エネルギーを使用してある温度まで冷却され、その後追加の冷却が、液体空気を生成するために流れ（３１、３５）がジュール−トムソン弁（１）を通って膨張される前に提供されるという点において、図５に示される従来のレイアウトのシステムに似ている。
【００５０】
しかしながら、図５に示されるレイアウトでの追加の冷却は、主プロセスガス流（３１、３５）それ自体の一部分によって提供されるが、本発明による図６の実施形態での追加の冷却は、冷媒回路（１４０）中のＬＮＧ（８０）の流れから回収される冷熱エネルギーによって提供される。冷媒回路（１４０）に使用されるＬＮＧ（８０）の流れは、冷熱回収回路（１２０）に使用されるＬＮＧ（６０）の流れと同じ流れであってもよくまたはそれは、異なる流れであってもよい。同様に、冷媒回路（１４０）に使用される熱交換器（１０２）は、冷熱回収回路（１２０）に使用されるのと同じ熱交換器（１０１）であってもよいまたはそれは、異なる熱交換器であってもよい。
【００５１】
第１の実施形態では、主プロセスガス流（３１、３５）は、好ましくは少なくとも臨界圧力（それは、空気については３８ｂａｒである）の高圧、しかしより好ましくは５６ｂａｒまで、周囲温度（≒２９８ｋ）において圧縮される。主プロセスガス流（３１、３５）は、入口３１に入り、その点からそれは、第１の熱交換器（１００）を通って導かれ、通路（５２）を通る冷熱回収回路（１２０）ＨＴＦによって徐々に冷却される。冷熱回収回路（１２０）中のＨＴＦは、高圧または低圧のガスまたは液体を含んでもよい。好ましい場合には、５ｂａｒの圧力の窒素などのガスが、使用される。
【００５２】
冷熱回収回路（１２０）は、機械的送風機などの循環手段（５）から成る。第２の熱交換器（１０１）は、上に述べられた第１の熱交換器（１００）に加えて提供される。ＨＴＦは、機械的送風機によって冷熱回収回路を回って循環され、第２の熱交換器（１０１）に１８５ｋで入る。ＨＴＦは、第１の熱交換器を通るＬＮＧ（６０）の廃棄流に近接しているおかげで徐々に冷却され、第２の熱交換器から約１２３ｋで出る。ＨＴＦは次いで、第１の熱交換器（１００）に導かれ、それを通ってＨＴＦは、通路（５２）を介して通り、それに近接しているおかげで冷却を高圧主プロセスガス流（３１、３５）に提供する。
【００５３】
点（３５）において、主プロセスガス流（３１、３５）は、１１０〜１３５ｋの間の温度、しかし好ましい場合には１２４ｋまで冷却されており、第１の熱交換器（１００）を通り続け、そこでそれは、以下でより詳細に述べられるように、通路（７１）を通る冷媒回路（１４０）のＨＴＦによって徐々に冷却され続ける。
【００５４】
本発明における冷媒回路（１４０）の使用は、より低い品質の冷熱エネルギーをより多く利用することで、これまでは、図５に示される従来のシステムなどにおいて、高圧主プロセスガス流のある割合を膨張させることによって実行されていた、高品質の冷熱エネルギーを提供することを可能にする。
【００５５】
第１の熱交換器（１００）に加えて、冷媒回路（１４０）は、圧縮機（７）、第３の熱交換器（１０２）、および膨張器（６）から成る。冷媒回路（１４０）は、ＨＴＦを含有し、それは、高圧または低圧のガスまたは液体を含んでもよい。しかしながら、好ましい場合には、１．４から７ｂａｒの間の圧力の窒素などのガスが、利用される。点（７２）において、ＨＴＦは、１２２ｋの温度および１．４ｂａｒの圧力にある。ＨＴＦは、圧縮機（７）によってより高い圧力（例えば、５ｂａｒから１０ｂａｒの間だが、しかし好ましくは７ｂａｒ）まで圧縮される。ＨＴＦは、第３の熱交換器（１０２）に入る前に、圧縮機（７）から温度２０６ｋで出て、そこでそれは、第３の熱交換器を通るＬＮＧ（８０）の廃棄流に近接しているおかげで徐々に冷却される。ＨＴＦは次いで、圧力８．９ｂａｒおよび温度１２３ｋで膨張器（６）に入り、そこでそれは、１．５ｂａｒおよび８４ｋに膨張される。ＨＴＦは次いで、第１の熱交換器（１００）に入り、そこでそれは、通路（７１）を通って導かれて、それに近接しているおかげで高圧主プロセスガス流（３１、３５）に冷却を提供する。
【００５６】
本発明の冷熱回収回路および冷媒回路の両方においてＨＴＦとして窒素を使用することは、潜在的に危険な冷熱源と好ましい場合にはＬＮＧおよび酸素を含有するガス状空気であるプロセスガスとの間にあるレベルの分離を提供する。
【００５７】
最後に、主プロセスガス流（３１、３５）は、約５５〜５６ｂａｒおよび９７ｋで第１の熱交換器（１００）から出て、そこでそれは、ジュール−トムソン弁（１）（または膨張装置の他の手段）を通って膨張され、液体部分＞９５％（最適には＞９８％）を有する出力流の典型的な組成を生じさせ、それは、相分離器（２）中に導かれる。液体部分は、流れ（３３）を通って収集され、蒸気部分は、（３４）を通って放出される。
【００５８】
もちろん、本発明は、例として述べられており、詳細の変更が、次の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内でなされてもよいことが理解されよう。
【符号の説明】
【００５９】
１  ジュール−トムソン弁
２  相分離器
３  膨張タービン
４  膨張タービン
５  循環手段
６  膨張器
７  圧縮機
３１  主プロセス流、入口
３３  流れ
３４  戻る流れ
３５  主プロセス流、通路、点
３６  流れ
３９  流れ
４１  戻る流れ、通路
５２  通路
６０  ＬＮＧ
７１  通路
７２  点
８０  ＬＮＧ
１００  熱交換器
１０１  熱交換器
１０２  熱交換器
１２０  冷熱回収回路
１４０  冷媒回路
【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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