JP2001248977A - 圧縮した蒸気を再液化する装置 - Google Patents

圧縮した蒸気を再液化する装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【解決手段】 圧縮した蒸気を液体に戻すため船上で使
用される装置は構成要素のプレアセンブリを採用する。
作動流体が、少なくとも１つのコンプレッサ２２、２
４、２６内で圧縮され、第一の熱交換器４０内で冷却さ
れ、タービン２８内で膨張され、第二の熱交換器４６内
で加温され、この第二の熱交換器内で、圧縮した蒸気が
少なくとも部分的に凝縮する閉サイクルにて再液化が行
なわれる。この装置は、第二の熱交換器４０を有する第
一のプレアセンブリ７２と、第一の熱交換器４６を有す
る第二のプレアセンブリ８２とを備えており、また、コ
ンプレッサ２２、２４、２６及び膨張タービン２８が配
置されている。プレアセンブリ７２、８２はそれぞれの
プラットフォーム７０、８０上に配置されている。 【効果】天然ガスの蒸気を液体に戻すために船上にて作
動可能な装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、組み立てたとき、
圧縮した蒸気を液体に戻すように作動可能な装置、特
に、天然ガスの蒸気を液体に戻すために船上にて作動可
能な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】天然ガスは、従来から液化状態にて長距
離に亙って輸送されている。例えば、天然ガスが液化さ
れる第一の位置から天然ガスが蒸発され且つガス分配装
置に送られる第二の位置まで液化天然ガスを輸送するた
めに外航タンカーが使用されている。天然ガスは、極低
温、すなわち、−１００°Ｃ以下の温度にて液化するた
め、全ての実際の貯蔵系内にて液化天然ガスは連続的に
蒸発する。従って、蒸発した蒸気を液体に戻すための装
置を設ける必要がある。かかる装置において、作動流体
を複数のコンプレッサ内にて圧縮することと、その圧縮
した作動流体を間接的な熱交換によって冷却すること
と、作動流体を膨張させることと、膨張した作動流体を
間接的な熱交換により加温することと、その加温した作
動流体をコンプレッサの１つに戻すこととを備える冷却
サイクルが行われる。圧縮段の下流にある、天然ガスの
蒸気は、加温される作動流体との間接的な熱交換によっ
て少なくとも一部分が凝縮する。かかる冷却方法を行う
装置の一例は、米国特許第３，８５７，２４５号に開示
されている。
【０００３】米国特許第３，８５７，２４５号によれ
ば、作動流体は、天然ガス自体から得られ、このため、
オープン冷却サイクルが行われる。作動流体の膨張は弁
によって行われる。一部分が凝縮した天然ガスが得られ
る。この一部分が凝縮した天然ガスは、貯蔵箇所に戻さ
れる液相と、燃焼のためバーナに戻される天然ガスと混
合される気相とに分離される。作動液体は、同一の熱交
換器内にて加温及び冷却の双方が行われ、このため、１
つの熱交換器のみがあればよい。熱交換器は、第一のス
キッドマウント式プラットフォーム上に配置され、作動
流体コンプレッサは、第二のスキッドマウント式プラッ
トフォーム上に配置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】今日、作動流体として
不燃性ガスを採用することが好ましい。更に、外部から
供給する必要のある圧縮仕事量を軽減するため、作動流
体を膨張させるべく弁ではなくて膨張タービンを採用す
ることが好ましい。
【０００５】これらの改良点の双方を具体化する装置の
一例は、国際出願第９８／４３０２９号に記載されてい
る。この場合、部分的に凝縮すべき圧縮した天然ガスと
熱交換して作動流体を加温する１つの熱交換器と、圧縮
した作動流体を冷却する他の熱交換器という、２つの熱
交換器が使用される。更に、２つの別個のコンプレッサ
内にて作動流体が圧縮される。その一方のコンプレッサ
は膨張タービンに接続される。国際出願第９８／４３０
２９号に開示されていないが、この従来の装置は、膨張
タービンに接続された熱交換器及びコンプレッサが船の
貨物機械室内に配置され、他のコンプレッサがエンジン
室内に配置されるように、船上に搭載されている。かか
る装置の機械的構成を簡略化することが課題となってい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、組み立
てたときに、作動流体を少なくとも１つのコンプレッサ
内にて圧縮することと、第一の熱交換器内にて間接的に
熱交換することにより圧縮した作動流体を冷却すること
と、少なくとも１つの膨張タービン内にて冷却した作動
流体を膨張させることと、第二の熱交換器内にて間接的
に熱交換することにより膨張した作動流体を加温するこ
とと、加温した膨張作動流体を第一の熱交換器を通じて
上記コンプレッサに戻すことと、第二の熱交換器内にて
圧縮した蒸気を少なくとも部分的に凝縮することとを備
える実質的に閉じた冷却サイクルを行うことから成る方
法により、圧縮した蒸気を液体に戻すように作動可能な
装置であって、第二の熱交換器を含む第一のプレアセン
ブリが配置される第一の支持プラットフォームと、第二
のプレアセンブリが配置される第二の支持プラットフォ
ームとを備える装置において、上記コンプレッサ、上記
膨張タービン、第一の熱交換器が全て、第二のプレアセ
ンブリ内に含まれることを特徴とする装置が提供され
る。
【０００７】上記のコンプレッサ及び上記の膨張タービ
ンを同一のプラットフォーム上に取り付けることによ
り、その双方を、装置を使用すべき外航船のエンジン室
内に、又はデッキハウス内の特別に換気した貨物モータ
室内に配置することができる。これらの位置において、
コンプレッサ及び膨張タービンが適合しなければならな
い安全基準は、例えば、換気しない貨物の機械室のよう
な、船の他の部分に対する程、厳しくはない。このた
め、有用な程度に装置を簡略化することができる。更
に、コンプレッサ及び膨張タービンを同一のプラットフ
ォーム上に配置することにより、これらを単一の機械に
一体化することができる。所望であるならば、上記コン
プレッサ及び上記膨張タービンは、同一の軸に取り付け
又はこれと代替的に、これらを全て、同一のギアボック
スと作用可能に関係させてもよい。単一の圧縮／膨張機
械を採用することは装置を簡略化するのみならず、この
ことは、また、本発明による装置を船にて組み立てる前
に、機械の試験をも容易にすることになる。
【０００８】好ましくは、上記コンプレッサと関係した
全てのインタークーラ及びアフタークーラは、第二のプ
ラットフォーム上に配置される。このことは、コンプレ
ッサが船の別個の部分内に配置されて、その部分の双方
に対し冷却水を供給することが必要な公知の装置に比し
て更なる簡略化を実現する。
【０００９】圧縮／膨張機械は、３つ以下の圧縮段を含
むことが好ましい。好ましくは、上記コンプレッサ及び
上記の膨張タービンは、作動流体が作動流体のサイクル
外に漏洩するのを最小にする型式のシールを採用する。
従って、従来のラビリンスシールに代えて、ドライガス
シール又はフローティングカーボンリングシールが使用
される。その場合であっても、装置は、補充（補給）作
動流体の供給源を含むことが望ましい。作動流体の損失
を最小にすることにより、必要とされる補給作動流体の
量も同様に最小となる。作動流体は、通常、サイクルの
低圧側にて、１０００（１０）乃至２０００ｋＰａ（２
０バール）の範囲内の圧力にあることが必要であるた
め、このことは、必要とされるであろう任意の補給作動
流体のコンプレッサの寸法を小さく保つのに役立つ。作
動流体として窒素が選ばれるならば、これと代替的に、
既に必要な圧力の窒素の供給源を採用し、これにより、
任意の補給作動流体コンプレッサを不要にすることが可
能となる。例えば、補給窒素の供給源は、圧縮窒素シリ
ンダの群とし、又は、液体窒素の供給源が船に設けられ
るならば、１０００（１０）乃至２０００ｋＰａ（２０
バール）の範囲内で選んだ圧力にてガス状窒素を提供す
ることのできる型式の液体窒素蒸発器としてもよい。か
かる液体窒素の蒸発器は周知である。
【００１０】好ましくは、第三のプラットフォーム上に
補給作動流体の供給手段を含む第三のプレアセンブリが
存在するようにする。好ましくは、本発明による装置に
て使用されるプラットフォームは、スキッドマウント式
である。
【００１１】好ましくは、第一の熱交換器は、第一の断
熱ハウジング内に配置し、第二の熱交換器は、第二の断
熱ハウジング内に配置する。本発明による装置は、天然
ガスを液体に戻すために使用するのに特に適している
が、この装置は、船上の１つ又は２つ以上のタンクに入
れて運搬されるか、又は、沿岸又は沖合いの施設の一部
を構成する１つ又は２つ以上のタンクに貯蔵される、そ
の他の揮発性液体又は有機系化合物を液体に戻すために
採用することができる。
【００１２】次に、以下に、添付図面を参照しつつ、一
例としての実施の形態に関して本発明による装置を説明
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、船２は、液化
天然ガス（ＬＮＧ）を貯蔵する断熱タンク４をそのホー
ルド内に有する。また、船２は、エンジン室６及びデッ
キハウス８を備えている。このデッキハウス８は、特別
に換気されない貨物機械室８Ａと、特別な換気より安全
な状態に保たれる貨物モータ室８Ｂとに仕切られてい
る。
【００１４】ＬＮＧは極低温度にて沸騰するため、実際
上、少量のＬＮＧが貯蔵タンク４から連続的に蒸発する
のを防止することはできない。形成される蒸気の大部分
は、通常、貨物機械室８Ａ内に配置されるボイルオフ・
コンプレッサ１４に流れる。貨物機械室８Ａは、そのモ
ータがモータ室８Ｂ内に配置されたまた、コンプレッサ
１４の軸と関係した隔壁密封装置（図示せず）が存在す
る。コンプレッサ１４は、余剰な天然ガスの蒸気の圧力
を作動流体との間接的な熱交換によってその一部又は全
部を凝縮させるのに適した圧力まで上昇させる（従来、
すなわち、蒸気の再液化装置が存在しない場合、ボイル
オフガスは、蒸気タービン推進装置と関係した１つ又は
２つ以上のボイラーを熱するために使用され、又はディ
ーゼル又はガスエンジン内にて使用されている。通常、
本発明による装置において、余剰な蒸気の全てをこのよ
うに使用することができる）。通常、窒素である作動流
体は、以下に説明する、実質的に閉サイクルにて流れ
る。
【００１５】サイクル内で最低圧力にある窒素作動流体
は、直列の３つの圧縮段２２、２４、２６と、圧縮段２
６の下流にある単一のターボ膨張装置２８とを有する、
単一の圧縮／膨張機械２０（「コンパンダ」と称するこ
とがある）の第一の圧縮段２２への入口にて受け入れら
れる。これら３つの圧縮段及びターボ膨張装置は、全
て、電気モータ３２又はその他の適当な駆動手段によっ
て駆動される同一の駆動軸３０上に取り付けられる。１
つの代替的な構成において、圧縮段２２、２４、２６及
びターボ膨張装置２８は、全て、ギアボックス（図示せ
ず）と作用可能に関係させ、また、独立的な駆動軸（図
示せず）を有するようにしてもよい。しかし、その構成
の如何を問わずに、モータ３２を含む圧縮−膨張機械２
０は、エンジン室６内に又は貨物モータ室８Ｂ内の何れ
かに配置される。作動時、窒素は、圧縮−膨張機械２０
の圧縮段２２、２４、２６を通って順次に流れる。段２
２、２４の中間にて、その窒素は、第一の中間クーラ３
４内にて略周囲温度に冷却され、圧縮段２４、２６の中
間にて、圧縮された窒素は、第二の中間クーラ３６内に
て冷却される。更に、圧縮されて最後のコンプレッサ段
２６から出る窒素は、アフタークーラ３８内にて冷却さ
れる。クーラ３４、３６、３８に対する水は、船の浄水
回路（図示せず）から提供され、また、これらクーラか
らの使用済みの水は、船２の上のこの回路の水浄化装置
（図示せず）に戻すことができる。
【００１６】アフタークーラ３８の下流にて、圧縮した
窒素は、第一の熱交換器４０を通って流れ、この第一の
熱交換器４０にて、戻り窒素流との間接的な熱交換によ
って窒素は更に冷却される。熱交換器は、「コールドボ
ックス」と称されることがある、断熱容器４２内に配置
される。熱交換器４０及びその断熱容器４２は、圧縮−
膨張機械２０と同様に、船２の貨物室６内に、又は貨物
モータ室８Ｂ内に配置される。
【００１７】圧縮され且つ冷却されて得られる窒素流
は、ターボ膨張装置２８内に流れ、この装置内にて、窒
素は外部仕事の作用によって膨張される。この外部仕事
は、窒素を圧縮段２２、２４、２６内にて圧縮するのに
必要なエネルギの一部を提供する。従って、ターボ膨張
装置２８は、モータ３２の負荷を軽減する。窒素作動流
体の膨張は、その温度を更に降下させる効果がある。そ
の結果、これは、圧縮された天然ガスの蒸気を部分的
に、又は完全に凝縮させるのに適した温度である。この
膨張した窒素作動流体は、断熱容器（「コールドボック
ス」）４８内に配置された第二の熱交換器４６まで流
れ、コンプレッサ１４から反対方向に流れる圧縮した天
然ガスの蒸気を部分的に又は完全に凝縮させる。熱交換
器４６及びその容器４８は、貨物機械室８Ａ内に配置さ
れている。
【００１８】凝縮する天然ガスの蒸気との熱交換の結果
として加熱された窒素作動流体は、第一の熱交換器４０
を通って流れて戻り、これにより、この熱交換器に対し
必要な冷却作用を提供し、また、ここから第一の圧縮段
２２の入口まで流れることで、作動流体のサイクルを完
了させる。
【００１９】図面から推知し得るように、熱交換器４６
を通る天然ガスの流れの全体を液化することが可能では
あるが、実際には、天然ガスの一部のみ（通常、８０乃
至９０％）しか凝縮されない。永年に亙って確立され且
つ周知の熱運動力学の原理に従って、凝縮液の収率は、
凝縮が生じるときの圧力及び温度に依存する。凝縮液及
び残留する蒸気の混合体は、液相が蒸気相から分離する
相分離器５０（コールドボックス４８内に配置される）
に流れる。液体は、相分離器５０からタンク４に戻され
る。残る蒸気は、その組成に依存して、補助ボイラーに
送るか又は雰囲気中に排気することができる。
【００２０】図面に図示した装置の作動時、ボイルオフ
天然ガスは、通常、４５０ｋＰａ（４．５バール）程度
の圧力及び−７０℃程度の温度にてコンプレッサ１４か
ら出て、また、通常、その組成及びその凝縮される割合
に依存して、−１４０℃乃至−１５０℃の範囲の温度に
て熱交換器４６から出る。循環する窒素作動流体は、通
常、２０℃乃至４０℃の範囲の温度及び１２００（１
２）乃至１６００ｋＰａ（１６バール）の範囲の圧力に
て第一の圧縮段２２に入る。窒素は、通常、２５℃乃至
５０℃の範囲の温度及び４０００（４０）乃至５０００
ｋＰａ（５０バール）の範囲の圧力にてアフタークーラ
３８から出る。この窒素は、通常、第一の熱交換器４０
内で−１１０℃乃至−１２０℃程度の温度まで冷却され
る。窒素は、ターボ膨張装置２８内で１２００（１２）
乃至１６００ｋＰａ（１６バール）の範囲の圧力まで及
び第二の熱交換器４６内で天然ガスを所望通りに凝縮さ
せるのに十分に低い温度まで膨張する。
【００２１】窒素作動流体のサイクルは実質的に閉であ
るが、通常、圧縮−膨張機械２０の色々な圧縮及び膨張
段階のシールを通じて窒素が多少損失する。上述したよ
うに、かかる損失は、シールを適正に選ぶことにより最
小にすることができる。しかしながら、閉回路に対し補
充（補給）窒素を提供することが望ましい。このこと
は、回路内の窒素圧力が最低のときに行うことが好まし
い。この目的のため、本発明による装置は、補給窒素の
供給源６０を含むことが好ましい。この供給源６０は、
例えば、一群の窒素シリンダから成るものとすることが
できる。また、窒素が最小の炭化水素を保持する場合、
相分離器５０内で蒸気相として得られた窒素をこの目的
に使用することも可能である。しかし、これを行う場
合、窒素を第一の圧縮段２２の入口圧力まで上昇させ得
るように小型の補充（補給）コンプレッサ（図示せず）
が必要とされよう。
【００２２】本発明に従い、窒素作動流体のサイクルを
具体化する装置は、それぞれのスキッド取付けプラット
フォーム上に配置された２つのプレアセンブリとなるよ
うにまとめられる。このように、第二の熱交換器４６、
その断熱容器４８及び熱交換器４６と同一の断熱容器内
に配置されることが好ましい相分離器５０と、必要な全
ての配管とが予め組み立てられて、第一のプレアセンブ
リ７２を形成する。第一のプレアセンブリは第一のスキ
ッドマウント式プラットフォーム７０上に取り付けられ
る。圧縮−膨張機械２０、熱交換器４０、その断熱容器
４２及び必要な全ての配管は、第二のスキッドマウント
式プラットフォーム８０上に第二のプレアセンブリ８２
を形成し得るように予め組み立てる。所望であるなら
ば、第三のスキッドマウント式プラットフォーム９０上
に補給窒素の供給手段６０を設けることができる。ま
た、貨物機械室８Ａ内に配置された第四のスキッドマウ
ント式プラットフォーム１００上に沸騰コンプレッサを
配置することも可能である。プレアセンブリは、予め組
み立てる現場にて試験し、そのプレアセンブリを配置す
べき船又はその他の輸送機関まで輸送し、次に、断熱管
又は導管を使用して適当な方法にて共に接続し、装置が
本発明に従って機能し得るようにすることが好ましい。
【００２３】本発明の装置に対し色々な変更及び追加を
為すことが可能である。例えば、上述したように、第二
の熱交換器４４に入る全ての天然ガス蒸気はその内部で
凝縮させ、これにより相分離器５０を省略することを可
能にすることができる。更に、所望であるならば、作動
流体サイクルを採用し、窒素ガス蒸気の部分的又は完全
な凝縮に必要とされる以上の余分な冷却を行うことがで
きる。その場合、かかる追加的な冷却は、別の冷却の目
的に採用し、また、その目的を果し得るように追加の熱
交換器を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置にて採用される、異なるプレアセ
ンブリ及び該装置を通る流体の流れを示す概略図であ
る。
【符号の説明】
２ 船 ４ 貯蔵タンク ６ エンジン室 ８ デッキハウス ８Ａ 貨物機械室 ８Ｂ 貨物モータ室 １４ 沸騰コンプレッサ ２０ 圧縮／膨張
機械 ２２、２４、２６ 圧縮段 ２８ ターボ膨張
装置 ３０ 駆動軸 ３２ 電気モータ ３４ 第一の中間クーラ ３６ 第二の中間
クーラ ３８ アフタークーラ ４０ 第一の熱交
換器 ４２ 断熱容器 ４４ 第二の熱交
換器 ４６ 第二の熱交換器 ４８ 断熱容器
（コールドボックス） ５０ 相分離器 ６０ 供給源／供
給手段 ７２ 第一のプラットフォーム ８０ 第二のスキッドマウント式プラットフォーム ８２ 第二のプレアセンブリ ９０ 第三のスキッドマウント式プラットフォーム １００ 第四のスキッドマウント式プラットフォーム
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年３月１３日（２００１．３．１
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作動流体を少なくとも１つのコンプレッ
    サ内にて圧縮することと、第一の熱交換器内にて間接的
    に熱交換することにより圧縮した作動流体を冷却するこ
    とと、少なくとも１つの膨張タービン内にて冷却した作
    動流体を膨張させることと、第二の熱交換器内にて間接
    的に熱交換することにより膨張した作動流体を加温する
    ことと、加温した膨張作動流体を第一の熱交換器を通じ
    て前記コンプレッサに戻すことと、第二の熱交換器内に
    て圧縮した蒸気を少なくとも部分的に凝縮することとを
    備える実質的に閉じた冷却サイクルを行うことから成る
    方法により、圧縮した蒸気を液体に戻すように作動可能
    な装置であって、第二の熱交換器を含む第一のプレアセ
    ンブリが配置される第一の支持プラットフォームと、第
    二のプレアセンブリが配置される第二の支持プラットフ
    ォームとを備える装置において、前記コンプレッサ、前
    記膨張タービン、第一の熱交換器が全て、第二のプレア
    センブリ内に含まれることを特徴とする、装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記コ
    ンプレッサ及び前記膨張タービンが単一の機械に一体化
    される、装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の装置において、
    前記コンプレッサと関係したインタークーラ及びアフタ
    ークーラの全てが第二のプラットフォーム上に配置され
    る、装置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れか１つに記載の装
    置において、前記コンプレッサ及び前記膨張タービン
    が、作動時、作動流体サイクルからの作動流体の漏洩を
    最小にし得るようにドライガスシール又はフローティン
    グカーボンリングシールを採用する、装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１つに記載の装
    置において、補給作動流体源を更に備える、装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の装置において、第三の
    プラットフォーム上に補給作動流体供給手段を有する第
    三のプレアセンブリを更に備える、装置。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れか１つに記載の装
    置において、第一及び第二のプラットフォームがスキッ
    ドマウント式である、装置。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７の何れか１つに記載の装
    置において、液体に戻すべき蒸気が発生する貯蔵タンク
    まで液化されていない蒸気を戻す手段を更に備える、装
    置。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至８の何れか１つに記載の装
    置において、液化されていない蒸気をガスタービン又は
    ディーゼルエンジンの吸引側に流す手段を更に備える、
    装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の何れか１つに記載の
    装置を備える船舶又は外航船。
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