(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を液化天然ガスと熱交換させることにより冷空気を製造する方法であって、
予め特定圧力まで加圧した原料空気を液化天然ガスと熱交換させることにより冷空気を生成し、この冷空気を膨張させてその温度をさらに下げた後、この膨張後の冷空気に、前記加圧後でかつ前記熱交換前の空気の一部、および前記熱交換後でかつ前記膨張前の空気の一部を導入して温度調整を行うことにより所定温度の冷空気を生成する
ことを特徴とする冷空気製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の冷空気製造方法において、
前記熱交換に先立ち原料空気中に含まれる水分および炭酸ガスを除去することを特徴とする冷空気製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷空気製造方法において、
前記特定圧力として原料空気を0.25MＰa以上に加圧することを特徴とする冷空気製造方法。
【請求項４】
空気を液化天然ガスと熱交換させることにより冷空気を製造する装置であって、
空気を特定圧力まで加圧する圧縮機と、圧縮機から吐出される空気と液化天然ガスとを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器を経た空気に膨張仕事をさせる膨張タービンと、前記圧縮機による圧縮後でかつ前記熱交換器による熱交換前の空気を、前記膨張タービンを経た空気に導入可能とする第１バイパス通路と、前記熱交換器による熱交換後でかつ前記膨張タービンへの導入前の空気を、前記膨張タービンを経た空気に導入可能とする第２バイパス通路と、前記各バイパス通路に設けられて当該通路をそれぞれ開閉するバルブ手段とを備えていることを特徴とする冷空気製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載の冷空気製造装置において、
前記熱交換器への導入に先立ち前記空気中に含まれる水分および炭酸ガスを除去する除去手段を備えていることを特徴とする冷空気製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）を用いた冷空気製造方法および同装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、冷空気を使って産業廃棄物を冷凍粉砕する冷凍粉砕設備等が一般に知られている。この種の設備で使用される冷空気は、通常、大気中の空気を冷凍機を使って−６０°Ｃ前後まで冷却して使用するが、要求温度がそれよりも低い場合には、例えば液体窒素（沸点；−１９６°Ｃ）を使って空気を冷却することも行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、天然ガスの輸送形態として採用されているＬＮＧ（液化天然ガス）の有する冷熱（気化潜熱）を有効活用することが考えられており、上記のような冷凍粉砕設備等の冷空気についても、ＬＮＧとの熱交換により大気中の空気を冷却して生成することが考えられている。
【０００４】
ところが、大気中の空気をそのままＬＮＧと熱交換する場合には、配管等の設備が大きくなり易く不経済であり、この点を解決することが望まれている。
【０００５】
また、ＬＮＧの温度は−１６０°Ｃ前後であるため、大気中の空気をそのままＬＮＧと熱交換させるだけでは、ＬＮＧよりも低温の冷空気、例えば液化温度（−１８５°Ｃ）付近の冷空気を得ることは不可能である。そのため、冷空気として要求される温度を満足できない場合があり、この点を解決する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ＬＮＧの冷熱（気化潜熱）を利用してコンパクトな設備で冷空気を生成すること、さらに好ましくは、ＬＮＧよりも低温の冷空気を生成することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、空気を液化天然ガスと熱交換させることにより冷空気を製造する方法であって、予め特定圧力まで加圧した原料空気を液化天然ガスと熱交換させることにより冷空気を生成し、この冷空気を膨張させてその温度をさらに下げた後、この膨張後の冷空気に、前記加圧後でかつ前記熱交換前の空気の一部、および前記熱交換後でかつ前記膨張前の空気の一部を導入して温度調整を行うことにより所定温度の冷空気を生成するようにしたものである。
【０００８】
このようにすれば、予め空気を加圧圧縮してから熱交換に供すので、具体的な設備を構成する場合には配管径等が小さくてすむ。そのため、コンパクトで経済的な設備で冷却空気を製造することが可能となる。
【０００９】
特に、熱交換後の空気を膨張させて前記空気温度をさらに下げるので、空気を液化天然ガスのみと熱交換させて冷空気を生成しながらも、液化天然ガスよりも低温の冷空気を生成することが可能となる。
【００１０】
その上、膨張前の空気の一部を膨張後の空気に導入することにより生成される冷空気の温度を調整するので、エネルギーロスを抑えつつ要求される温度の冷空気を適切に製造することが可能となる。
【００１１】
なお、熱交換により空気を冷却すると、空気中に含まれる水分や炭酸ガスが凝結し、具体的な設備ではこの水分等が熱交換器に付着して連続運転の妨げとなることが考えられる。そのため、熱交換に先立って、原料空気中に含まれる水分および炭酸ガスを除去しておくのが好ましい。
【００１２】
また、熱交換前の原料空気の圧力は空気の容積や要求温度により適宜選定すればよいが、例えば原料空気を０．２５ＭＰａ以上に加圧するようにすれば、後に該空気を膨張させることにより液化温度前後の冷空気を生成することが可能となる。
【００１３】
一方、上記課題を解決するために、本発明は、空気を液化天然ガスと熱交換させることにより冷空気を製造する装置であって、空気を特定圧力まで加圧する圧縮機と、圧縮機から吐出される空気と液化天然ガスとを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器を経た空気に膨張仕事をさせる膨張タービンと、前記圧縮機による圧縮後でかつ前記熱交換器による熱交換前の空気を、前記膨張タービンを経た空気に導入可能とする第１バイパス通路と、前記熱交換器による熱交換後でかつ前記膨張タービンへの導入前の空気を、前記膨張タービンを経た空気に導入可能とする第２バイパス通路と、前記各バイパス通路に設けられて当該通路をそれぞれ開閉するバルブ手段とを備えているものである。
【００１４】
この装置によると、上記方法に基づいて冷空気を良好に製造することが可能となる。すなわち、この装置によると、原料空気は、圧縮機により特定圧力まで加圧されてから熱交換器に導入され、ここで液化天然ガスとの熱交換により冷却された後、膨張仕事をして温度をさらに下げる。従って、液化天然ガスよりも低温の冷空気を生成することが可能となる。なお、膨張後の冷空気に対しては、第１，第２バイパス通路を通じて膨張前の空気が導入可能となっているため、最終的に得られる冷空気の温度調整を幅広く行うことが可能であり、これによって生成される冷空気温度の自由度が高められる。
【００１５】
なお、この装置においては、熱交換に伴う空気の冷却により、空気中に含まれる水分や炭酸ガスが凝固して熱交換器に付着し、これが連続運転の妨げとなることが考えられる。従って、前記熱交換器への導入に先立ち前記空気中に含まれる水分および炭酸ガスを除去する除去手段を設けておくのがより好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る冷空気製造装置（冷空気製造方法を実施する装置）を回路図で示している。同図に示すように、この冷空気製造装置は、大気中から取り込んだ空気を給送しながら所定の温度まで冷却するための処理ライン１０ａを有している。この処理ライン１０ａには、その上流側から順に圧縮機１２，吸着塔１４，熱交換器１６および膨張タービン１８が設けられている。
【００１８】
吸着塔１４は、圧縮機１２から吐出された空気中の水分および炭酸ガスを吸着するもので、アルミナゲルおよびゼオライト等の吸着剤が充填されている。
【００１９】
熱交換器１６には、図外のＬＮＧ（液化天然ガス）供給源に接続された流通ライン３０が接続されており、処理ライン１０ａを通る空気とＬＮＧ（液化天然ガス）とを直接熱交換させるように構成されている。
【００２０】
前記処理ライン１０ａにはさらに、前記吸着塔１４と熱交換器１６との間から分岐して熱交換器１６および膨張タービン１８をバイパスする第１バイパスライン１０ｂ（第１バイパス通路）が設けられるとともに、熱交換器１６と膨張タービン１８との間から分岐して膨張タービン１８をバイパスする第２バイパスライン１０ｃ（第２バイパス通路）が設けられている。これらのパイパスライン１０ｂ，１０ｃには、それぞれバルブ２０，２２が介設されている。
【００２１】
なお、この冷空気製造装置には、生成された冷空気の最終的な温度を検出するための温度センサ、すなわち前記処理ライン１０ａにおける膨張タービン１８の下流側であって、かつ前記第２バイパスライン１０ｃの下流側の部分で冷空気の温度を検出する温度センサを有した調温計２４が設けられており、生成される冷空気の温度検出に基づいて前記バルブ２０，２２の開度調整が行われることにより、生成される冷空気の温度がフィードバック制御されるように構成されている。
【００２２】
以上の装置によると、まず大気中から取り込まれた空気は、圧縮機１２により所定の圧力まで加圧されて熱交換器１６に導入され、ここでＬＮＧとの熱交換により−１６０°Ｃ前後まで冷却される。この際、熱交換に供されたＬＮＧは気化してＮＧ（天然ガス）となり、熱交換器１６を出た後、所定の消費地に向けて供給されることとなる。
【００２３】
熱交換器１６を経た空気は、次に膨張タービン１８に導入され、ここで該タービン１８を回転させることにより膨張仕事をしてさらに温度を下げ、最終的な冷空気として取り出されて消費地へと供給されることとなる。
【００２４】
このような冷空気製造装置によれば、例えば、大気中から取り込んだ空気を圧縮機１２により０．２５ＭＰａ以上、好ましくは０．３０ＭＰａ以上まで加圧してから熱交換器１６および膨張タービン１８を通せば、最終的に空気の液化温度である−１８５°Ｃ前後の冷空気を生成することが可能となる。
【００２５】
従って、空気をＬＮＧのみと熱交換させて冷空気を生成しながらも、ＬＮＧの温度（−１６０°Ｃ）よりも低温の冷空気を生成することができる。
【００２６】
しかも、冷空気の生成に際しては、上記のように空気を加圧圧縮して使用するので、大気中の空気をそのままＬＮＧと熱交換させる場合に比べると、処理ライン１０ａ等の配管径が小さくてすむ。従って、設備的に有利、つまりコンパクトで経済的な設備で冷却空気を製造することができるという効果がある。
【００２７】
さらに、熱交換器１６等をバイパスするバイパスライン１０ｂ，１０ｃを設けるとともに、その流量をバルブ２０，２２の開度調整により制御できるように構成しているので、膨張タービン１８から吐出される冷空気に対して膨張タービン導入前の空気を適宜合流させることにより冷空気の温度調整を行うことができる。従って、幅広い要求温度に対応することができるという効果がある。
【００２８】
特に、この装置では、上記のように２つのバイパスライン１０ｂ，１０ｃを設けて熱交換器導入前および熱交換器導入後の温度の異なる２種類の空気をバイパスさせ得るように構成しているので、各バイパスライン１０ｂ，１０ｃの流量の組み合わせにより冷空気の温度調整を繊細に行うことが可能であり、しかも、調温計２４を設けて冷空気の温度検出に基づいて前記バルブ２０，２２の開度調整を行うことにより冷空気の温度をフィードバック制御するように構成しているので、一定温度の冷空気を精度良く生成することができるという効果がある。
【００２９】
なお、図１に示す装置は、本発明に係る冷空気製造装置の一例であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３０】
例えば、膨張タービン１８のタービン軸の回転力は、圧縮機１２の駆動に使用してもよいし、冷空気製造装置を冷凍粉砕設備等の他の設備と併設する場合には、この設備の駆動に使用してもよい。
【００３１】
また、この冷空気製造装置では、基本的に生成される冷空気の温度は、圧縮機１２から吐出される空気の圧力に依存するため、可能な場合には、圧縮機１２から吐出される空気圧を調整可能に構成することにより冷空気の温度を調整し、これによりバイパスライン１０ｂ，１０ｃを省略して構成を簡略化するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、要求温度によっては膨張タービン１８を省略してもよい。例えば、要求温度がＬＮＧの温度（−１６０°Ｃ）前後、あるいはそれよりも高い温度である場合には、膨張タービン１８を省略してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、冷空気の製造方法であって、予め特定圧力まで加圧した原料空気を液化天然ガスと熱交換させるので、大型化を抑えたコンパクトな設備で冷却空気を製造することが可能となる。
【００３４】
特に、原料空気を液化天然ガスとの熱交換により該液化天然ガスの温度近傍まで冷却した後、該空気を膨張させるため、空気の温度をさらに下げることが可能であり、空気を液化天然ガスのみと熱交換させて冷空気を生成しながらも、液化天然ガスの温度（−１６０°Ｃ）よりも低温の冷空気を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る冷空気製造装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ａ  処理ライン
１０ｂ  第１バイパスライン（第１バイパス通路）
１０ｃ  第２バイパスライン（第２バイパス通路）
１２  圧縮機
１４  吸着塔（除去手段）
１６  熱交換器
１８  膨張タービン
２０，２２  バルブ（バルブ手段）
【図１】
0003934425.tif 000002