JP2005273681A - 低温液化ガス貯留システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ボイルオフガスを再液化することによりボイルオフガスの発生を抑制した低温液化ガスの貯留システムを提供する。
【解決手段】低温液化ガスＬ１を貯留する液化ガス貯留部１０と、液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガスＧ１の流れを分ける分岐部８０と、分岐部で分けられた内の一部のボイルオフガスＧ２を圧縮する圧縮機２０と、圧縮されたボイルオフガスＧ３と、分岐部で分けられた内圧縮機２０で圧縮されるものＧ２とは別の冷却用ボイルオフガスＧ６との熱交換を行い、圧縮されたボイルオフガスＧ３を冷却する第１の冷却用熱交換器３０と、冷却されたボイルオフガスＧ４を膨張させ、液化させる膨張弁４０と、液化されたボイルオフガスＬ２を液化ガス貯留部に戻す還流手段５０、８３とを備えた低温液化ガス貯留システムとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温液化ガスの貯留システムに関し、特に、ボイルオフガスを再液化することによりボイルオフガスの発生を抑制した低温液化ガスの貯留システムに関する。

液体水素等の低温液化ガスを貯留する際には、低温液化ガス貯留部への入熱により、低温液化ガスの一部が蒸発してガスを発生する。この発生したガスをボイルオフガス（ＢＯＧ）という。特に、大気圧に近い圧力で貯留する際に、入熱により、ボイルオフガスが発生していた。そこで、低温液化ガス貯留部に、真空断熱法や各種高性能断熱材による断熱を施し、外部からの熱の侵入を防ぎ、温度上昇の防止やボイルオフガスの低減を図ってきた。

しかし、完全にボイルオフガスの発生を抑えることはできない。そこで、発生したボイルオフガスは、大気中に廃棄されていることもあった。水素などを大気中に廃棄することは、有用な資源の無駄を生ずるので、ボイルオフガスの発生を抑えた低温液化ガスの貯留システムが望まれていた。
そこで、本発明は、ボイルオフガスを再液化することによりボイルオフガスの発生を抑制した低温液化ガスの貯留システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、例えば図１に示すように、低温液化ガスＬ１を貯留する液化ガス貯留部１０と；液化ガス貯留部１０で低温液化ガスＬ１から蒸発したボイルオフガスＧ１の流れを分ける分岐部８０と；分岐部８０で分けられた内の一部のボイルオフガスＧ２を圧縮する圧縮機２０と；圧縮されたボイルオフガスＧ３と、分岐部８０で分けられた内の圧縮機２０で圧縮されるものＧ２とは別のボイルオフガスである冷却用ボイルオフガスＧ６との熱交換を行い、圧縮されたボイルオフガスＧ３を冷却する第１の冷却用熱交換器３０と；冷却されたボイルオフガスＧ４を膨張させ、液化させる膨張弁４０と；液化されたボイルオフガスＬ２を液化ガス貯留部１０に戻す還流手段５０、８３とを備える。

このように構成すると、液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガスは圧縮され、温度上昇するが、液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発した低温のままのボイルオフガスで冷却される。圧縮されたボイルオフガスは、冷却された後に膨張することにより、再液化する。そして、再液化されたボイルオフガスが液化ガス貯留部に戻されるので、全体として見れば、ボイルオフガスの発生が抑制された低温液化ガス貯留システムとなる。

前記目的を達成するため、請求項２に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、例えば図２に示すように、低温液化ガスＬ１を貯留する液化ガス貯留部１０と；液化ガス貯留部１０で低温液化ガスＬ１から蒸発したボイルオフガスＧ１を受け入れる気液分離装置５１と；気液分離装置５１から導かれたボイルオフガスＧ１１の流れを分ける分岐部８０と；分岐部８０で分けられた内の一部のボイルオフガスＧ１２を圧縮する圧縮機２０と；圧縮されたボイルオフガスＧ１４と、分岐部８０で分けられた内の圧縮機２０で圧縮されるものＧ１２とは別のボイルオフガスである冷却用ボイルオフガスＧ１６との熱交換を行い、圧縮されたボイルオフガスＧ１３を冷却する第１の冷却用熱交換器３０と；冷却されたボイルオフガスＧ１４を膨張させ、液化させる膨張弁４０と；液化されたボイルオフガスＬ２を液化ガス貯留部１０に戻す流路８３とを備え；気液分離装置５１において、液化したボイルオフガスＬ２を流路８３に導き、冷却されたボイルオフガスＧ１４を膨張させて液化しなかったボイルオフガスＧ１８と液化ガス貯留部１０から受け入れたボイルオフガスＧ１とが合流して分岐部８０に導かれるように構成される。

このように構成すると、膨張弁で膨張し、液化しなかったボイルオフガスは再度圧縮・冷却・膨張する液化サイクルに戻されるので、低温液化ガス貯留システム外に排出されるボイルオフガスの量を減少させることができる。よって、更にボイルオフガスの発生が抑制された低温液化ガス貯留システムとなる。

また前記目的を達成するため、請求項３に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、例えば図３に示すように、低温液化ガスＬ１を貯留する液化ガス貯留部１０と；液化ガス貯留部１０で低温液化ガスＬ１から蒸発したボイルオフガスＧ１を圧縮する圧縮機２０と；圧縮したボイルオフガスＧ３を膨張させ、液化させる膨張弁４０と；膨張したボイルオフガスであって液化しなかったボイルオフガスＧ８と、圧縮したボイルオフガスであって膨張弁４０で膨張する前のボイルオフガスＧ４との熱交換を行い、膨張する前のボイルオフガスＧ４を冷却する第２の冷却用熱交換器３２と；液化されたボイルオフガスＬ２を液化ガス貯留部１０に戻す還流手段５０、８３とを備える。

このように構成すると、液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガスは圧縮され、温度上昇するが、再液化しなかったボイルオフガスで冷却される。圧縮されたボイルオフガスは、冷却された後に膨張することにより、温度が下降し、再液化する。その際に、再液化しなかった低温のボイルオフガスが、圧縮されて温度上昇したボイルオフガスの冷却に用いられる。そして、再液化したボイルオフガスが液化ガス貯留部に戻されるので、全体として見れば、ボイルオフガスの発生が抑制された低温液化ガス貯留システムとなる。

また、請求項４に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、請求項１または請求項２に記載の低温液化ガス貯留システムにおいて、例えば図１に示すように、冷却されたボイルオフガスＧ４の温度を検出する冷却ボイルオフガス温度検出手段９７または圧力を検出する冷却ボイルオフガス圧力検出手段と；冷却ボイルオフガス温度検出手段９７により検出された温度または冷却ボイルオフガス圧力検出手段により検出された圧力に応じて、分岐部８０から流れる冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を調整する冷却用ボイルオフガス流量調整手段９２を備える。

このように構成すると、液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガス量が増加し、圧縮機で圧縮するボイルオフガス量、すなわち圧縮機容量、が冷却用ボイルオフガスの量に対して増加した場合に、冷却されたボイルオフガスの温度が上昇するので、第１の冷却用熱交換器に導入される冷却用ボイルオフガス量を増加し、膨張機に送られるボイルオフガスの温度を所定の温度に維持することができる。ボイルオフガスの膨張機入口温度を所定の温度に維持することにより、液化に必要な冷却量を適切に保つことができる。

また、請求項５に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システムにおいて、例えば図１に示すように、 液化ガス貯留部１０の圧力を検出する液化ガス貯留部圧力検出手段９６と；液化ガス貯留部圧力検出手段９６で検出された圧力に応じて、圧縮機２０の容量を調整する圧縮機容量調整手段９１とを備える。

このように構成すると、液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガス量が増加して液化ガス貯留部の圧力が上昇したときに、圧縮機の容量を増やして再液化するボイルオフガス量を増加することができる。

また、請求項６に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システムにおいて、例えば図１に示すように、膨張弁４０で膨張したボイルオフガスＪの温度を検出する膨張ガス温度検出手段９８または圧力を検出する膨張ガス圧力検出手段と；膨張ガス温度検出手段９８で検出された温度または膨張ガス圧力検出手段で検出された圧力に応じて、膨張弁４０の開度を調整する開度調整手段９３とを備える。

このように構成すると、膨張弁下流側の圧力を液化ガス貯留部の圧力と同等の圧力にすることができる。膨張弁下流側の圧力が液化ガス貯留部の圧力と同等であることにより、膨張弁で液化されたボイルオフガスが重力流れ（グラビティフロー）により液化ガス貯留部に戻り、また、液化ガス貯留部からの逆流がない。

また、請求項７に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システムにおいて、低温液化ガスＬ１が液体水素である。

上記の低温液化ガス貯留システムは、常圧での飽和温度が２０．４Ｋと極低温である液体水素の貯留にも適用できるシステムである。よって、極低温であるためボイルオフガスの発生を防ぐことが難しい液体水素の貯蔵においても、ボイルオフガスの発生を抑制した貯留システムが提供される。

また、請求項８に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システムにおいて、例えば図５に示すように、 第１の冷却用熱交換器で熱交換した冷却用ボイルオフガスＧ７、あるいは、膨張弁４０で膨張させたボイルオフガスであって液化しなかったボイルオフガスＧ８により発電する発電装置７０とを備える。

このように構成すると、再液化されないボイルオフガスを発電に用いることができるので、ボイルオフガスを大気に放出することなく、有効に利用する低温液化ガス貯留システムとなる。

更に、請求項９に記載の発明に係る低温液化ガス貯留システムは、請求項８に記載の低温液化ガス貯留システムにおいて、例えば図５に示すように、発電装置７０で発電された電力で、圧縮機２０を駆動する。

このように構成すると、電力を多く消費する圧縮機が、低温液化ガス貯留システム内の発電機の電力で駆動されるので、外部電力の消費が少ない低温液化ガス貯留システムとなる。

本発明によれば、ボイルオフガスを圧縮し、ボイルオフガスで冷却した後に膨張させ、再液化し、液化ガス貯留部に戻すことにより、ボイルオフガスの発生を抑制した低温液化ガス貯留システムを提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置等には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

先ず図１を参照して、本発明の第１の実施の形態である低温液化ガス貯留システム１について説明する。図１は、低温液化ガス貯留システム１の構成を示すブロック図である。低温液化ガス貯留システム１は、低温液化ガスＬ１を貯留する液化ガス貯留部としての液化ガスタンク１０と、ボイルオフガスＧ２を圧縮する圧縮機２０と、液化ガスタンク１０から直接導入したボイルオフガスＧ６により圧縮機２０で圧縮したボイルオフガスＧ３を冷却する第１の冷却用熱交換器３０と、冷却したボイルオフガスＧ４を膨張させることにより圧力・温度を低下させて液化する膨張弁４０と、膨張したボイルオフガスＪから液化したものＬ２と液化しなかったものＧ８との分離を行う気液分離装置５０とを備える。更に、第１の冷却用熱交換器３０で圧縮したボイルオフガスＧ３を冷却するのに用いた冷却用ボイルオフガスＧ７および気液分離装置５０で分離された気相のボイルオフガスＧ８とを過熱する加熱器６０を備える。

ここで、低温液化ガスとしては、典型的には液体水素であり、他に液体窒素、液体酸素、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）などにも用いることができる。

液化ガスタンク１０の上部にはボイルオフガスを搬送する配管８１が接続する。配管８１は、ボイルオフガスの流れを分ける分岐部としての分岐管８０により二手に分岐する。すなわち、圧縮機２０を経て第１の冷却用熱交換器３０に至る配管８２と、圧縮機２０を通らずに第１の冷却用熱交換器３０に至る配管８４である。なお、配管８４には、流量を調整するための流量調整弁８９が配設されている。配管８２は、第１の冷却用熱交換器３０から膨張弁４０に至り、更に延びて気液分離装置５０に接続する。なお、膨張弁４０は気液分離装置５０の直上あるいは直近に設置されるので、この間の配管長は極めて短くなる場合が多い。気液分離装置５０の下部からは、液化したガスＬ２を戻す配管８３が液化ガスタンク１０へと敷設されている。気液分離装置５０の上部には、配管８２の他に配管８５が接続している。配管８５は気液分離装置５０で分離された気相のボイルオフガスＧ８を排出する配管である。配管８５には液化しなかったボイルオフガスＧ８を気液分離装置５０から吸引するブロワ８７が設置される。配管８４は、第１の冷却用熱交換器３０から更に延び、配管８５と一緒になり、配管８６として加熱器６０に至る。すなわち、配管８４と配管８５と配管８６とは、分岐管９０で接合する。

液化ガスタンク１０には、液化ガスタンク１０内の圧力を検出する液化ガス貯留部圧力検出手段としての圧力検出器９６が配設される。圧力検出器９６からは信号ケーブルが圧縮機容量調整手段としての容量制御装置９１と接続し、容量制御装置９１からは信号ケーブルが圧縮機２０に接続する。

第１の冷却用熱交換器３０から膨張弁４０に至る配管８２上に、冷却されたボイルオフガスＧ４の温度を検出する冷却ボイルオフガス温度検出手段としての第１の温度検出器９７が配設される。第１の温度検出器９７からは信号ケーブルが流量調整手段としての流量制御装置９２と接続し、流量制御装置９２からは信号ケーブルが流量調整弁８９に接続している。

気液分離装置５０に、膨張し液化したボイルオフガスＪの温度を検出する膨張ガス温度検出手段としての第２の温度検出器９８が配設される。第２の温度検出器９８からは信号ケーブルが開度調整手段としての開度制御装置９３と接続し、開度制御装置９３からは信号ケーブルが膨張弁４０に接続している。

液化ガスタンク１０は、球形のまたは円筒形のタンクであり、ステンレス鋼アルミニウムなどの低温用材料で製造される。なお、液化ガスタンク以外の低温液化ガスが流通する機器、配管等も、同質の材料で製造される。液化ガスタンク１０の周囲には真空層１６が形成され、外部からの入熱を低減している。真空層に代えて断熱材により断熱してもよい。真空層であれば、断熱効果が高く、真空層を含む液化ガスタンク１０をコンパクトにすることができる。また、真空層１６を１層ではなく、多層に形成すると、更に断熱効果が向上する。

圧縮機２０は、モータあるいはエンジンなどの駆動機（不図示）で駆動され、ロータリ式の圧縮機が、多容量のガスを圧縮するので好適に用いられるが、レシプロ式の圧縮機であってもよい。レシプロ式圧縮機であると、圧縮比を高くすることができる。その他遠心式やスクリュー式などその圧縮方式の特性によって使い分ければよい。駆動機の回転速度が容量制御装置９１からの信号により可変となっており、圧縮機２０で圧縮するボイルオフガスＧ２の容量を変えることができる。容量の変更は、駆動機の回転速度ではなく、駆動機と圧縮機２０との間に無段変速機を備えて、無段変速機により行ってもよい。

第１の冷却用熱交換器３０は、気相であるボイルオフガスＧ２、Ｇ６同士の熱交換を行うので、プレート式熱交換器が好適に用いられるが、フィンチューブ式熱交換器であっても、シェルアンドチューブ式熱交換器であってもよい。図１では、第１の冷却用熱交換器３０は、熱交換する２流体が同方向に流れるように記載されているが、対向流とする方が熱交換率が向上するので、好ましい。

膨張弁４０は、圧縮機２０で圧縮された高圧のボイルオフガスＧ４を断熱膨張させ、ボイルオフガスＧ４を液化ガスタンク１０内の圧力値に低下させるもので、圧力降下により温度が低下する。膨張弁４０の開度を大きくすると、圧力降下が小さくなり、開度を小さくすると、圧力降下が大きくなる。膨張弁４０の開度は、開度制御装置９３からの信号により可変となっている。

気液分離装置５０は、膨張弁４０で膨張し、温度低下したボイルオフガスＪ中の液相部分と気相部分を分離する。すなわち、ボイルオフガスＪは、膨張し低温になることで、液相と気相との２相となる。そこで、液相を気液分離装置５０の下部に貯留し、気相は気液分離装置５０の上部に接続した配管８５から排出する。膨張弁４０で断熱膨張するため、気液分離装置５０は、配管８２の内径に比べ、充分大きな断面積を有する。気液分離装置５０の周囲には真空層５６が形成され、外部からの入熱を低減している。真空層に代えて断熱材により断熱してもよい。真空層であれば、断熱効果が高く、真空層を含む気液分離装置５０はをコンパクトにすることができる。また、気液分離装置５０は、液化ガスタンク１０よりも上方に設置されている。そのために、液相のボイルオフガスＬ２が重力流れ（グラビティフロー）により液化ガスタンク１０に還流し、また、液化ガスタンク１０からの逆流がない。なお、気液分離装置５０を液化ガスタンク１０と同じあるいは低い位置に設置し、配管８３にボイルオフガスＬ２を搬送するポンプと逆流を防止するチェッキ弁を備えてもよい。このように、気液分離装置５０と配管８３により、膨張弁４０で再液化したボイルオフガスＬ２を、液化ガスタンク１０に戻す還流手段が構築される。

加熱器６０は、低温のボイルオフガスＧ１０を常温あるいは常温近くまで加温する装置で、ファンを備え、加熱器６０の外面に形成されたフィンに送風し、フィンからの入熱でボイルオフガスＧ１０を加熱する。ボイルオフガスＧ１０の流量が多く、熱交換量が多いときには、フィンに海水などの液体を流し、液体からの熱が伝達されるようにすると効率がよい。

ブロワ８７は、軸流タイプのブロワが、容量も多く、装置も小型であるので好適に用いられるが、レシプロタイプでもルーツブロワでもよい。

流量制御弁８９は、アクチュエータを備え、流量制御装置９２からの信号により、第１の冷却用熱交換器３０に流れる冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を調整する。

容量制御装置９１は、圧力検出器９６からの液化ガスタンク１０内の圧力検出値に応じて、圧縮機２０の容量を調整する制御装置である。圧力検出値が高くなると、圧縮機２０で圧縮するボイルオフガスＧ２の量を増やし、圧力検出値が低くなると、圧縮機２０で圧縮するボイルオフガスＧ２の量を減らし、液化ガスタンク１０内の圧力を所定の圧力とすることで、ボイルオフガス量に応じた再液化処理が可能になる。

流量制御装置９２は、第１の温度検出器９７で検出された第１の冷却用熱交換器３０で冷却されたボイルオフガスＧ４の温度検出値に応じて、流量調整弁８９のアクチュエータを調整する制御装置である。流量調整弁８９のアクチュエータを調整することにより、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を調整をする。冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を調整をすることにより、第１の冷却用熱交換器３０で冷却されたボイルオフガスＧ４の温度、すなわち、膨張弁４０に入る前のボイルオフガスＧ４の温度を所定の値とする制御を行う。

開度制御装置９３は、第２の温度検出器９８で検出された膨張したボイルオフガスＪの温度検出値に応じて、膨張弁４０の開度を調整する制御装置である。膨張した２相のボイルオフガスＪでは、圧力と飽和温度とが一義的に決まるので、温度を計測することにより圧力が分かる。そこで、液化ガスタンク１０の圧力と同等の圧力に相当する温度に調整する。膨張弁４０の開度を小さくすることにより、膨張したボイルオフガスＪの温度は低下し、膨張弁４０の開度を大きくすることにより、膨張したボイルオフガスＪの温度は上昇する。そこで、温度が高いとき（圧力が高いとき）は、膨張弁４０の開度を小さくし、温度が低いとき（圧力が低いとき）は、膨張弁４０の開度を大きくする。

低温液化ガス貯留システム１では、容量制御装置９１と流量制御装置９２と開度制御装置９３とは、それぞれ別の制御装置として説明したが、１つの制御装置にそれぞれの制御機能を持たせてもよい。

また、上述の説明では、液化ガスタンク１０および気液分離装置５０だけについて、断熱層あるいは断熱材を備えることを記載したが、他の機器、配管も断熱層あるいは断熱材を備える。断熱層あるいは断熱材により、低温液化ガス貯留システム１中の低温液化ガスへの入熱が抑えられると共に、作業員等が低温液化ガス貯留システム１の一部に接触したときに、低温やけどなどを起こす危険が回避される。

続いて、低温液化ガス貯留システム１の作用について説明する。液化ガスタンク１０に液化ガスＬ１が貯留される。液化ガスタンク１０の内部は、所定の圧力であり、液化ガスタンク１０内の温度は液化ガスＬ１の飽和温度になる。ここで、所定の圧力とは、大気圧程度の圧力である。圧力を高くとすると、液化ガスＬ１の飽和温度が上昇し、液化した状態で貯留するには好ましいが、常圧程度とすることで、低温液化ガス貯留システム１総ての機器・配管についての圧力設計が容易となる。

低温の液化ガスタンク１０には、真空層１６を通じて、熱が浸入する。浸入した熱が液化ガスＬ１に伝えられることにより、液化ガスＬ１の一部が蒸発し、ボイルオフガスＧ１となる。

ボイルオフガスＧ１は、液化ガスタンク１０から配管８１へ流出し、分岐管８０にてその一部のボイルオフガスＧ２が配管８２に、その他のボイルオフガスが冷却用ボイルオフガスＧ６として配管８４に流れる。流出するボイルオフガスＧ１の量が、発生するボイルオフガスに比べて少ないときには、液化ガスタンク１０内の圧力が上昇することになる。そこで、圧力検出器９６で液化ガスタンク１０内の圧力を検出し、容量制御装置９１で判断し、液化ガスタンク１０内の圧力が上昇したときには圧縮機２０の容量を増やす。すなわち、配管８２に流れるボイルオフガスＧ２の量を増やす。

配管８２に流れたボイルオフガスＧ２は、圧縮機２０で圧縮され、高圧となると共に、温度が上昇する。圧縮機２０で高圧高温となったボイルオフガスＧ３は、第１の冷却用熱交換器３０にて、配管８４に流れる冷却用ボイルオフガスＧ６と熱交換をする。冷却用ボイルオフガス８４は、液化ガスタンク１０で蒸発した圧力・温度をほぼ維持しているので、略液化ガスの飽和温度（液化水素では２０．４Ｋ）を維持している。そのため、圧縮機２０で温度上昇したボイルオフガスＧ３は冷却される。

第１の冷却用熱交換器３０で冷却されたボイルオフガスＧ４は配管８２を流れ、そこで、第１の温度検出器９７により温度が検出される。すなわち、圧縮機２０で圧縮され温度上昇したボイルオフガスＧ４の流量に対し、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量が適切であり、ボイルオフガスＧ４の温度が所定の温度まで低下したかが確認される。あるいは、圧縮機２０で圧縮されたボイルオフガスＧ３の温度と圧力が既知であれば、圧力から温度が一義的に定まるので、温度に代わり圧力を計測してもよい。

第１の温度検出器９７で検出された温度は、信号ケーブルを伝わって流量制御装置９２に伝達される。流量制御装置９２では、第１の温度検出器９７で検出された温度から、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を判断する。すなわち、第１の温度検出器９７で検出された温度が高すぎれば、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を増やし、低すぎれば、流量を減らす。この流量の増減の判断は、流量制御装置９２から信号ケーブルを伝わって流量調整弁８９に伝達される。流量調整弁８９では、モータあるいはソレノイドなどのアクチュエータで弁の開閉を調節し、ボイルオフガスＧ４の流量を調整する。図１に示す低温液化ガス貯留システム１では、流量調整弁８９を配管８４の第１の冷却用熱交換器３０の上流側に配設しているが、下流側に配設してもよい。あるいは、ボイルオフガスＧ４の流量の調整を、流路に設けたブロワ（図３参照）により行ってもよい。

高圧で低温となったボイルオフガスＧ４は、膨張弁４０で流路を絞られた後に、直下の気液分離装置５０で膨張することにより、圧力が低下し、温度も低下する。飽和温度になると、ボイルオフガスＪは一部が再液化する。再液化したボイルオフガスＬ２は、気液分離装置５０の下部に貯留する。一方、再液化しなかったボイルオフガスＧ８は、ブロワ８７に吸引されて、配管８５へと流れる。

再液化したボイルオフガスＬ２は、配管８３を通って、液化ガスタンク１０に戻される。気液分離装置５０が液化ガスタンク１０より上方に設置されると、このように自動的になられる還流手段が構成される。なお、ボイルオフガスＬ２が配管８３を通って気液分離装置５０から液化ガスタンク１０に流れるのは、気液分離装置５０と液化ガスタンク１０との内圧が同等であることが前提となる。そこで、第２の温度検出器９８で気液分離装置５０内の温度を検出する。前述のとおり、気液分離装置５０内ではボイルオフガスＪは液相と気相とが混合した湿り蒸気になっており、圧力と飽和温度（水素では、１ａｔｍのとき２０．４Ｋ）は一意的に決まるため、温度を検出することにより、圧力も求まる。そこで、第２の温度検出器９８で検出した温度が信号ケーブルを伝わって開度制御装置９３に伝達される。開度制御装置９３では、液化ガスタンク１０内が所定の圧力における飽和温度と同等以下になるように膨張弁開度を制御する。第２の温度検出器９８で検出された温度が飽和温度以上であれば、膨張弁の開度を絞るように、飽和温度以下であれば開くように、信号を膨張弁４０に送信する。膨張弁４０では、開度制御装置９３からの信号に応じて、その開度を調節する。

第１の冷却用熱交換器３０でボイルオフガスＧ３を冷却し、逆に温度上昇した冷却用ボイルオフガスＧ７と、気液分離装置５０で液化せずブロワ８７に吸引されたボイルオフガスＧ８とは、分岐管９０で合流し、ボイルオフガスＧ１０として配管８６を流れ、加熱器６０にて常温に加温され、低温液化ガス貯留システム１の系外へと送出される。

次に、図２のブロック図に示すように、低温液化ガス貯留システム１の変形例として、液化ガスタンク１０で蒸発したボイルオフガスＧ１を、先ず気液分離装置５１に導き、膨張弁４０で膨張し液化しなかったボイルオフガスＧ１８と一緒に、圧縮機２０に導き、あるいは、冷却用ボイルオフガスＧ１６として送り出すように構成してもよい。このように構成すると、図１に示す低温液化ガス貯留システム１では、システム外に送出されていた膨張弁４０で膨張し液化しなかったボイルオフガスＧ１８も、再度圧縮機２０、第１の冷却用熱交換器３０、膨張機４０、気液分離装置５１へ導かれ、液化される。すなわち、低温液化ガス貯留システム１’では、熱交換器などの機器を追加することなく、液化するボイルオフガスを増やすことができる。よって、システム外に送出されるボイルオフガスの量が低減し、全体的に見れば、ボイルオフガスの発生が抑制された低温液化ガス貯留システム１’となる。なお、図２では、制御系の図は省略してある。

次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態である低温液化ガス貯留システム２について説明する。図３は、低温液化ガス貯留システム２の構成を示すブロック図である。低温液化ガス貯留システム１との比較において、冷却用ボイルオフガスＧ６、Ｇ７の流路である配管８４に、流量調整弁８９（図１参照）が配設されず、第１の冷却用熱交換器３０の下流側にブロワ８８が設置されていること、第１の冷却用熱交換器３０で冷却されたボイルオフガスＧ４を冷却する第２の冷却用熱交換器３２が設置され、第２の冷却用熱交換器３２では、気液分離装置５０で分離され再液化されなかったボイルオフガスＧ８を冷媒として用いていること、第２の冷却用熱交換器３２で冷却されたボイルオフガスＧ５の温度を検出する第１の温度検出器９９を有し、第１の温度検出器９９から流量制御装置９４および流量制御装置９４からブロワ８８に信号ケーブルが敷設されていることが異なる。

ブロワ８８は、冷却用ボイルオフガスＧ６を液化ガスタンク１０から配管８１、８４を通って吸引し、加熱器６０に導入して、加熱器６０に送出すると共に、低温液化ガス貯留システム１の流量調整弁８９（図１参照）に代わって、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を調整する。すなわち、第２の冷却用熱交換器３２で冷却されたボイルオフガスＧ５の温度を第１の温度検出器９９で検出し、温度が所定の温度以上であれば、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を増やし、温度が所定の温度以下であれば、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量を減らす。流量の調整は、モータやエンジンなどの駆動機（不図示）の回転速度で調節してもよいし、駆動機とブロワ８８との間に無段変速機を備えて、無段変速機により行ってもよい。あるいは、ブロワ８８の回転羽根のピッチを代えてもよい。

第２の冷却用熱交換器３２では、第１の冷却用熱交換器３０で冷却されたボイルオフガスＧ４を更に冷却する。気液分離装置５０で液化されなかったボイルオフガスＧ８の温度は、低温液化ガスＬ２の飽和温度であるので、第２の冷却用熱交換器３２で冷却されることにより、ボイルオフガスＧ５は、ほぼ飽和温度まで冷却される。また、ボイルオフガスＧ８の温度は上昇し、第１の冷却用熱交換器３０で冷媒として使われた冷却用ボイルオフガスＧ７との温度差が縮小する。

低温液化ガス貯留システム２では、ブロワ８８を備えるので、冷却用ボイルオフガスＧ６の流量の調整が容易となり、特に、流量を容易に増大することができる。また、第２の冷却用熱交換器３２を備えているので、膨張機４０に送られる高圧のボイルオフガスＧ５の温度を更に低下することができ、液化して液化ガスタンク１０に還流するボイルオフガスＬ２の量を増やすことができる。すなわち、全体として見れば、ボイルオフガスの発生を更に抑制した低温液化ガス貯留システム２となる。

更に、図４のブロック図に示すように、低温液化ガス貯留システム２の変形例として、第１の冷却用熱交換器３０を備えなくてもよい。すなわち、液化ガスタンク１０で蒸発したボイルオフガスＧ１総てを圧縮し、第２の冷却用熱交換器３２だけで冷却し、膨張弁４０に送り込むように構成する。このように構成しても、圧縮機２０で圧縮され温度上昇したボイルオフガスＧ３が第２の冷却用熱交換器３２で冷却され、その後膨張機４０で膨張し、液化するので、ボイルオフガスの発生が抑制された低温液化ガス貯留システム２’となる。なお、図４では、制御系の図は省略してある。

このように、第１の冷却用熱交換器３０を備えていなくても、圧縮機２０で圧縮された高温・高圧のボイルオフガスＧ３は、第２の冷却用熱交換器３２で冷却され、冷却された高圧のボイルオフガスＧ５となる。その後、膨張機４０で膨張し、圧力が下がると共に温度も下がり、液化する。

次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態である低温液化ガス貯留システム３について説明する。図５は、低温液化ガス貯留システム３を示すブロック図である。図５においても、制御系の図を省略している。低温液化ガス貯留システム３は、低温液化ガス貯留システム１の加熱器６０に配管８６を介して燃料電池７０を接続している。また、燃料電池７０から圧縮機２０へ、電気ケーブルを敷設している。

燃料電池７０では、加熱器６０から送出される常温のボイルオフガスＧ２０を原料燃料とした改質反応にて水素を製造し、空気などの酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電を行う。低温液化ガスＬ１が水素であると、ボイルオフガスＧ２０は水素ガスとなるので、改質を行うことなく、そのまま燃料電池での発電に用いることができる。

なお、燃料電池７０ではなく、ボイルオフガスＧ２０を燃焼して、その燃焼ガスにより直接、あるいは燃焼熱により蒸気を発生して、タービンを回転させて発電する構成としてもよい。この場合にも、低温液化ガスＬ１が水素であると、燃焼により二酸化炭素や一酸化炭素などを排出することがなく、クリーンに発電を行うことができて、環境の観点から好適である。

燃料電池７０で発電した電力は、低温液化ガス貯留システム３において電力消費の大きな圧縮機２０の駆動用モータに用いるのが好ましい。制御装置の電力、その他、低温液化ガス貯留システム３の電源として、商用電源と連系して用いると、ボイルオフガスＧ２０を有効に活用できるので、好ましい。ただし、ボイルオフガスＧ２０の量は、液化ガスタンク１０における低温液化ガスＬ１の貯流量、気温等の影響を受け、一定ではなく、そのために燃料電池７０での発電量も変動するので、不足を補うために、商用電源と連系するのが好ましい。あるいは、低温液化ガス貯留システム３以外の電力需要の電源として用いてもよく、その際にも、商用電源と連系するのが好ましいが、連系していなくてもよい。

なお、上述の低温液化ガス貯留システム３では、本発明の第１の実施の形態である低温液化ガス貯留システム１に発電装置としての燃料電池を備えたシステムについて説明したが、低温液化ガス貯留システム１の変形例である低温液化ガス貯留システム１’、低温液化ガス貯留システム２、低温液化ガス貯留システム２の変形例である低温液化ガス貯留システム２’等に発電装置を備えてもよい。更に、例示した各低温液化ガス貯留システム１、１’、２、２’が備える各機器、各検出器および各制御装置を適宜組み合わせたものを備える低温液化ガス貯留システムとしてもよいし、それらの低温液化ガス貯留システムに発電装置を組み合わせてもよい。

ここで、一例として、低温液化ガス貯留システム３に液体水素を貯留する場合について具体的に説明する。断熱性能として低温ガス貯留タンクの一般的な断熱性能（熱流束３０Ｗ／ｍ^２）を、例えば直径２．５ｍ×長さ５ｍ（容積２４．５ｍ^３、表面積３９ｍ^２）の液化ガスタンク１０に適用すると、約１．２ｋＷの外部からの熱侵入があることになる。低温液化ガスＬ１が水素（飽和温度２０．４Ｋ、蒸発潜熱４５１．５ｋＪ／ｋｇ）であるので、２．７ｇ／ｓｅｃ（２ｌｉｔ／ｓｅｃ ａｔ ２０．４Ｋ）がボイルオフガスとして発生することになる。

液化ガスタンク１０内において大気圧（飽和温度２０．４Ｋ）でボイルオフした水素ガスＧ１（２．７ｇ／ｓｅｃ）の一部Ｇ２（０．７ｇ／ｓｅｃとする）を圧縮機２０（断熱効率６０％とする）で４ａｔｍ（吐出ガス温度４４Ｋ）に圧縮する。このときの圧縮機２０における圧縮仕事は２００Ｗ程度である。圧縮された水素ガスＧ３は第１の冷却用熱交換器３０に入り飽和液状態（４ａｔｍ、２６．１Ｋ）まで冷却される。続いて、膨張弁４０で１ａｔｍまで断熱膨張すると、ボイルオフガスＧ１（２．７ｇ／ｓｅｃ）の内、約２０％にあたる０．６ｇ／ｓｅｃの水素が再液化される。したがって０．１ｇ／ｓｅｃの水素ガスＧ８が気液分離装置５０で分離される。圧縮機２０に廻されなかったボイルオフガス、すなわち冷却用ボイルオフガスＧ６（２．０ｇ／ｓｅｃ）は、第１の冷却用熱交換器３０に冷却源として導入され、冷却用ボイルオフガスＧ７として４２Ｋまで昇温される。また、水素ガスＧ８は、冷却用ボイルオフガスＧ７と一緒に、加熱器６０に送られる。

冷却用ボイルオフガスＧ７（２．０ｇ／ｓｅｃ）と、気液分離装置５０で分離された水素ガスＧ８（０．１ｇ／ｓｅｃ）とは、加熱器７０でほぼ常温に加湿され、燃料ガスＧ２０（２．１ｇ／ｓｅｃ）として燃料電池７０に供給される。燃料電池７０の発電効率を３５％とし、水素と酸素の反応熱を１４１ＭＪ／ｋｇ（Ｈ_２）とすると、１４１ ［ＭＪ／ｋｇ（Ｈ_２）］ × ２．１ ［ｇ／ｓｅｃ］ × ０．３５ ＝ １０３ｋＷ
の電力を得ることが可能である。すなわち、圧縮機２０の電力（２００Ｗ）を賄った上で、その他の機器の動力として使用することや、外部電力系統へ供給することも可能である。

本発明の第１の実施の形態である低温液化ガス貯留システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態である低温液化ガス貯留システムの変形である、低温液化ガス貯留システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態である低温液化ガス貯留システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態である低温液化ガス貯留システムの変形である、低温液化ガス貯留システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態である低温液化ガス貯留システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 液化ガスタンク（低温液化ガス貯留部）
１６、５６ 真空層
２０ 圧縮機
３０ 第１の冷却用熱交換器
３２ 第２の冷却用熱交換器
４０ 膨張機
５０、５１ 気液分離装置
６０ 加熱器
７０ 燃料電池発電機
８０、９０ 分岐管
８１〜８６ 配管
８７、８８ ブロワ
８９ 流量調整弁
９１ 容量制御装置（圧縮機容量調整手段）
９２、９４ 流量制御装置（冷却用ボイルオフガス流量調整手段）
９３ 開度制御装置
９６ 圧力検出器（液化ガス貯留部圧力検出手段）
９７ 温度検出器（冷却ガス温度検出手段）
９８ 温度検出器（膨張ガス温度検出手段）
９９ 温度検出器（冷却ガス温度検出手段）
１８０、１８１、１８６ 配管
Ｅ 電力
Ｇ１〜Ｇ２０ボイルオフガス
Ｊ 低温液化ガスと凝縮しなかったガスとの混合物
Ｌ１〜Ｌ２ 低温液化ガス

Claims (9)

1. 低温液化ガスを貯留する液化ガス貯留部と；
   前記液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガスの流れを分ける分岐部と；
   前記分岐部で分けられた内の一部のボイルオフガスを圧縮する圧縮機と；
   前記圧縮されたボイルオフガスと、前記分岐部で分けられた内の前記圧縮機で圧縮されるものとは別のボイルオフガスである冷却用ボイルオフガスとの熱交換を行い、前記圧縮されたボイルオフガスを冷却する第１の冷却用熱交換器と；
   前記冷却されたボイルオフガスを膨張させ、液化させる膨張弁と；
   前記液化されたボイルオフガスを前記液化ガス貯留部に戻す還流手段とを備える；
   低温液化ガス貯留システム。
2. 低温液化ガスを貯留する液化ガス貯留部と；
   前記液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガスを受け入れる気液分離装置と；
   前記気液分離装置から導かれたボイルオフガスの流れを分ける分岐部と；
   前記分岐部で分けられた内の一部のボイルオフガスを圧縮する圧縮機と；
   前記圧縮されたボイルオフガスと、前記分岐部で分けられた内の前記圧縮機で圧縮されるものとは別のボイルオフガスである冷却用ボイルオフガスとの熱交換を行い、前記圧縮されたボイルオフガスを冷却する第１の冷却用熱交換器と；
   前記冷却されたボイルオフガスを膨張させ、液化させる膨張弁と；
   前記液化されたボイルオフガスを前記液化ガス貯留部に戻す流路とを備え；
   前記気液分離装置において、前記液化したボイルオフガスを前記流路に導き、前記冷却されたボイルオフガスを膨張させて液化しなかったボイルオフガスと前記液化ガス貯留部から受け入れたボイルオフガスとが合流して前記分岐部に導かれるように構成される；
   低温液化ガス貯留システム。
3. 低温液化ガスを貯留する液化ガス貯留部と；
   前記液化ガス貯留部で低温液化ガスから蒸発したボイルオフガスを圧縮する圧縮機と；
   前記圧縮したボイルオフガスを膨張させ、液化させる膨張弁と；
   前記膨張したボイルオフガスであって液化しなかったボイルオフガスと、前記圧縮したボイルオフガスであって前記膨張弁で膨張する前のボイルオフガスとの熱交換を行い、前記膨張する前のボイルオフガスを冷却する第２の冷却用熱交換器と；
   前記液化されたボイルオフガスを前記液化ガス貯留部に戻す還流手段とを備える；
   低温液化ガス貯留システム。
4. 前記冷却されたボイルオフガスの温度を検出する冷却ボイルオフガス温度検出手段または圧力を検出する冷却ボイルオフガス圧力検出手段と；
   前記冷却ボイルオフガス温度検出手段により検出された温度または冷却ボイルオフガス圧力検出手段により検出された圧力に応じて、前記分岐部から流れる前記冷却用ボイルオフガスの流量を調整する冷却用ボイルオフガス流量調整手段を備える；
   請求項１または請求項２に記載の低温液化ガス貯留システム。
5. 前記液化ガス貯留部の圧力を検出する液化ガス貯留部圧力検出手段と；
   前記液化ガス貯留部圧力検出手段で検出された圧力に応じて、前記圧縮機の容量を調整する圧縮機容量調整手段とを備える；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システム。
6. 前記膨張弁で膨張したボイルオフガスの温度を検出する膨張ガス温度検出手段または圧力を検出する膨張ガス圧力検出手段と；
   前記膨張ガス温度検出手段で検出された温度または膨張ガス圧力検出手段で検出された圧力に応じて、前記膨張弁の開度を調整する開度調整手段とを備える；
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システム。
7. 前記低温液化ガスが液体水素である；
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システム。
8. 前記第１の冷却用熱交換器で熱交換した冷却用ボイルオフガス、あるいは、前記膨張弁で膨張させたボイルオフガスであって液化しなかったボイルオフガスにより発電する発電装置とを備える；
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の低温液化ガス貯留システム。
9. 前記発電装置で発電された電力で、前記圧縮機を駆動する；
   請求項８に記載の低温液化ガス貯留システム。
   

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