JP2006105451A - ガスコージェネ設備 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、天然ガスを利用した小型かつ可搬性のあるガスコージェネ設備の開発を目的とする。
【解決手段】（１） 容器入り液化天然ガスをエネルギー源とするガスコージェネ設備において、液化天然ガスを充填した容器に、上部から液化天然ガスを供給し下部から気化ガスを取り出す構造である気化器を取り付けたことを特徴とするガスコージェネ設備（小規模液化天然ガスガス設備）であり、ガスコージェネユニットとして、燃料電池、ガスエンジンと発電機からなることを特徴とするガスコージェネ設備。（２）そして、容器入り入り液化天然ガスをエネルギー源とするガスコージェネ設備において、ガス容器に安全弁、節約弁を取り付けかつ、ガスコージェネを構成するボンベ計測器などの設備が移動可能な台車に上に設置されていることを特徴とするガスコージェネ設備である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスコージェネ設備に関するものである。

キャンプ場、海水浴場、山小屋、水害地震などの災害場所では、電気設備、ガス設備、給水・給湯設備がなく、電気、湯などは使用できない。この様な場合、明かりを必要な時は電池による電源を利用するか、灯油を用いたランプを使用する。水は他の場所から運び、湯を必要とする時は、薪を燃料として火を用いた加熱が広く行われている。
しかし、ふもと等、別の場所から薪や灯油、水を運ぶのは不便きわまりない。
そこで、近年容易に入手可能となったガス、特に液化天然ガスをエネルギー源として利用することが考えられる。

近年、液化天然ガスをエネルギー源として利用する方法が広く普及し、液化天然ガスを使用する設備に関する技術が開示されている。
例えば、液化天然ガス設備における出口流の生産量と温度とを制御するための方法と装置に関する発明が開示されている（特許文献１）。
すなわち、
液化工程を通って流れる天然ガスの冷却による液化天然ガスの出口流の生産量を制御する方法において、
この方法及び装置は
（ａ）液化天然ガスの出口流の温度と流量を測定すること及び
（ｂ）液化天然ガスの出口流のこの温度を調整して天然ガスの冷却を変え、かつこれとは関係なく工程を通って流れる液化天然ガスの流量を調整し、それによって予め決められた流量値に液化天然ガスの出口流の流量を維持し、かつ予め決められた温度値に温度を維持すること
の段階を具備する液化天然ガスの生産量の制御方法
である。

特許３０１６４７９号公報

しかし、ガス、特に天然ガスをエネルギー源とする方法に関しては、大型設備に関する技術であり、天然ガスを利用した小型かつ可搬性のあるガスコージェネ設備に関しては今後の課題となっている。
本発明の目的は、天然ガスを利用した小型かつ可搬性のあるガスコージェネ設備の開発を目的とする。ここで、コージェネ設備とは、電気エネルギー及び熱エネルギーを同時に取り出すことができる設備をいう。電気エネルギーのみ取り出す設備では、同時に発生する熱エネルギーを失うことになり、同時に取り出すコージェネ設備とすればより熱エネルギーを効率的に利用できる。ガスコージェネ設備とは、エネルギー源としてガスを使用するコージェネ設備をいう。

すなわち本発明は、
（１） 容器入り液化天然ガスをエネルギー源とするガスコージェネ設備において、液化天然ガスを充填した容器に、上部から液化天然ガスを供給し下部から気化ガスを取り出す構造である気化器を取り付けたことを特徴とする、
（２） （１）のガスコージェネ設備において、ガスコージェネユニットとして、燃料電池を発電機とすることを特徴とする、
（３） （１）のガスコージェネ設備において、ガスコージェネユニットとして、ガスエンジンと発電機からなることを特徴とする、
（４） （１）〜（３）の容器入り液化天然ガスをエネルギー源とするガスコージェネ設備において、ガス供給配管に安全弁、節約弁を取り付けたことを特徴とする、
（５） （１）〜（４）において、ガスコージェネ設備を構成するガスコージェネユニット、ボンベ計測器などの設備が移動可能な台車に上に設置されていることを特徴とする。

本発明において、ガスコージェネユニットは、燃料電池乃至ガスエンジンと発電機からなる発電機及び温湯発生機から構成される。そして、ガスコージェネ設備とは、天然ガスなどガスを充填したボンベ類と計器などの付属設備と、ガスコージェネユニットから構成される。
燃料電池は、メタンガス、エタンガスなどから得られる水素を用い電気的エネルギーに変化する電池である。ガスエンジンとは、メタンガス、エタンガスなどを燃料として爆発させ機械的エネルギーに変換しさらに発電機をまわして電気的エネルギーに変換する設備である。
給湯設備とは、燃料電池、ガスエンジン、発電機の冷却に使用する冷却水や、排ガスの熱エネルギーを利用した給湯設備である。
天然ガスとは、メタンを主成分とし、エタン、プロパン、ブタン等を含む天然に得られるガスをいう。液化天然ガスとは、冷却・液化した天然ガスを液化天然ガスという。

天然ガスに含まれるガス成分の沸点は、メタンが−１６２℃、エタンが−８８．６℃、プロパンが−４２．１℃、ブタンが−１１．７℃を示す。
気化器の圧力を０．１〜０．９ＭＰａに保ち、気化器下部から液化天然ガスを供給すると沸点の高い成分が徐々に下部管全体に堆積する。ガスが消費されボンベから送りだされた液化天然ガスにより、気化器下部に堆積したメタン以外の成分が気化器上部のフィンまで押し上げられると、温度上昇と共に気化する。このため気化ガスは、メタン成分が多くなったり、少なくなったりする。そして成分の変動のみられた気化ガスをガスエンジンに供給すると、単位体積当たりの熱エネルギーや爆発によって発生する燃焼ガスの体積が変動するため、うねりの如き現象が生じる。

気化ガスの成分の変動を抑える手段として、気化器からのガスを一時蓄え成分の変動を抑えるためのタンクを設ける方法である。しかし気化器にさらにタンクを設けることは小型化の目的からは一般に好ましくない。

そこで考えた方法は、気化器にメタンガス以外の成分が堆積させず、液化天然ガスの流れと共にすべての成分を気化させる方法である。
この方法は、管を一定長さ横方向設置し、気化に必要な表面積が得られるに充分な長さだけ上から下に順番に設け、直列に接続する気化器を設ける方法である。

この方法の気化器では、ボンベから供給された液化天然ガスは横方向に流れる時に管の上部はメタンガスであり、メタン以外の成分は管の下部を流れる。管の入り口から出口にかけ温度は上昇するため、メタン以外の成分も気化することになる。すなわち管を気化に必要な長さとすることで、気化を完全に行い、発熱量が安定した気化ガスを得ることができる。小型化のため、管は上から下に曲がった管を通過しつつ下方の出口に向かう構造となる。
なお、気化にともない、周囲から多量の気化熱を奪う。このため、必要に応じ気化器全体を加温ボックスに入れ加温したり、温風を送り加温したりすることが好ましい場合もある。

液化天然ガスはボンベに入れて使用される。ボンベの構造は、二重構造となっており、真空断熱されている。しかし外部からの熱を完全に遮断することはできないため、外部から熱が入り、徐々に気化ガスが発生し、ガスを消費しない状態では、ボンベ内圧力が上昇する。このためボンベには、安全のためボンベ用安全弁（動作圧力１．７４ＭＰａ）１４が設置されている。ボンベにはボンベ用安全弁１４の他に節約弁９が設置され、ボンベ内圧力が一定値（約０．７ＭＰａ）以上となると、節約弁９が作動し気化ガスをガス供給系配管５に供給し、一定値以下となると節約弁は閉まり、液化天然ガスをガス供給系配管５に供給する構造となっている。
本発明の液化天然ガス設備では、ガス供給系配管５と気化ガス放出系配管６の二通りの配管がある。気化ガス放出系配管６には、安全弁（動作圧力０．９８ＭＰａ）８を設置し、気化ガス放出系配管６とガス供給系配管５の間に、任意の圧力で動作する圧力調整弁７を設置する。ここに安全弁８の動作圧力を０．９８ＭＰａに限定するのは、１．００ＭＰａ以上では法的規制が厳しく働くからである。
以上述べたような回路にすることで、運転時のボンベ内圧力をボンベに設置されている節約弁の動作圧力以下で自由に変更可能となる。この回路で運転圧力を低く設定することにより運転圧力と安全弁動作圧力との圧力差を大きくとり、長時間の運転停止時に安全弁動作圧力までの時間を長くすることが可能で、気化ガスの放出を抑制することができる。

ガスコージェネユニットにおける発電方法としては、水素や、メタン、エタン、プロパン、ブタンからの水素を燃料として使用する燃料電池、あるいはこれらガスを燃料とする内燃機関を作動させて発電機をまわして発電する方法がある。

本発明においては、天然ガスは容器に充填して使用される。キャンプ場、海水浴場、災害地などに輸送するのに便利であるからである。そして、これらキャンプ場、海水浴場、災害地などで使用ができるように、ガスコージェネ設備は、自動車例えばトラックや荷物の輸送に使用される台車上に設けられていることが好ましい。

以下、本発明の各手段について図面をもとに説明する。
図１は、天然ガスボンベ及び気化器の斜視図である。気化器２は、枠４に気化器用管３を取り付けることによって作成されている。気化器用管３は、液化天然ガスが気化するに充分な長さが必要であり、気化器用管３をコンパクトに収納するため、曲げている。そして、液化天然ガスが気化するのに気化熱を奪うので、気化器全体を加熱ボックスに収納することもできる。

図２はガスコージェネユニット系配管の模式図である。ガスコージェネ設備の配管系は、ガス供給系配管５と、気化ガス放出系配管６からなる。ガスボンベ１には図４に示したような節約弁９が取り付けられ、ボンベ内圧力が一定値（０．７ＭＰａ）以上になると節約弁９がはたらき、ガス供給系配管５に気化ガスが供給され、一定値以下となると節約弁９は閉じる。ガス供給系配管５は、節約弁９を介して液化天然ガスボンベ１に接続されている。気化ガス放出系配管６とガス供給系配管５との間に任意の圧力で開閉する圧力調整弁７が接続されている。安全弁８は、気化ガス放出系配管６に設置されている。安全弁８は、気化ガス放出系配管６に設置されている。

圧力調整弁７を開くと気化ガスは、気化ガス放出系配管６からガス供給系配管５へ流れ、ボンベ１内の気化ガスが消費されるため、ボンベ内圧力が下がる。圧力調整弁７が閉まると液化天然ガスはボンベ１からガス供給系配管５に供給される。液化天然ガスは気化すると体積が約６００倍に膨張する。このため圧力調整弁７を閉じた時、ボンベ内圧力降下は非常に遅くなる。よって圧力調整弁７が閉じた時のボンベ内圧力が液化天然ガス供給時の運転圧力となる。この運転圧力を低めに設定するとガスを消費しない期間が長くなった場合、安全弁８との圧力差が大きいため消費しなくなってから安全弁８の動作するまでの時間を長くすることが可能で、気化ガスの放出を抑制することが可能である。また安全弁８を気化ガス放出管６に設置したことで、安全弁８動作時にボンベ１内で発生した気化ガスのみ大気放出するため、気化ガスの放出量が最小となる。これに対し、安全弁８をガス供給系配管５に設置した場合は、安全弁８動作時にボンベ１から液化天然ガスがガス供給系配管内５に流出し、これも気化し安全弁８から放出されるため、放出されるガスが多くなる。

図３は、ガスコージェネ設備の模式図である。
ガスコージェネユニット１０等は、トレーラの台車１３の上に形成されている。液化天然ガスボンベ１、ガスコージェネユニット１０、貯湯槽１２、制御板１１などが台車１３の上に形成されている。

図４は、ボンベの模式断面図である。ボンベ用安全弁１４、節約弁９、ガス供給口用弁１５、ガス放出口用弁１６ある。節約弁９は、ボンベ内圧力０．７ＭＰａ以上で開く構造となっている。

本発明によれば、エネルギー源として、電気やガスなどの設備のない場所においても簡便に利用可能である。このため
（１） 本発明のガスコージェネ設備は移動可能なトラック、トレーラ台車の上に設置可能であり、季節が限定されるキャンプ場、スキー場、海水浴場や地震などの災害地への電気の供給、温湯の供給に最適である。
（２） 液化天然ガスは、ボンベに入れた状態で供給され、液化天然ガスの供給のための配管設備が不要であり、設備費が少なくてすむ。
（３） 設備も簡単であるため設置に要する時間も少ない。
（４） 設備も比較的少人数で運転可能である。
（５） 運転コストも液化天然ガスを使用するため少なくてすむ。
（６） エネルギー源として液化天然ガスを使用するため、硫黄酸化物の発生が殆どなく、炭酸ガスの発生が比較的少なく、環境に対し優しい。

天然ガスボンベ及び気化器の斜視図である。 ガスコージェネユニット配管系の模式図である。 ガスコージェネ設備の模式図である。 ガスボンベの模式断面図である。

符号の説明

１ 液化天然ガスボンベ
２ 気化器
３ 気化器用管
４ 気化器用枠
５ ガス供給系配管
６ 気化ガス放出系配管
７ 圧力調整弁
８ 安全弁
９ 節約弁
１０ ガスコージェネユニット
１１ 制御板
１２ 貯湯槽
１３ 台車
１４ ボンベ用安全弁
１５ ガス供給口用弁
１６ ガス放出口用弁

Claims (5)

1. 容器入り液化天然ガスをエネルギー源とするガスコージェネ設備において、
   液化天然ガスを充填した容器に、上部から液化天然ガスを供給し下部から気化ガスを取り出す構造である気化器を取り付けたことを特徴とするガスコージェネ設備。
2. 請求項１のガスコージェネ設備において、ガスコージェネユニットとして、燃料電池を用いて発電することを特徴とするガスコージェネ設備。
3. 請求項１のガスコージェネ設備において、ガスコージェネユニットとして、ガスエンジンと発電機からなることを特徴とするガスコージェネ設備。
4. 請求項１〜３の容器入り液化天然ガスをエネルギー源とするガスコージェネ設備において、ガス供給配管に安全弁、節約弁を取り付けたことを特徴とするガスコージェネ設備。
5. 請求項１〜４において、ガスコージェネを構成するボンベ計測器などの設備が移動可能な台車に上に設置されていることを特徴とするガスコージェネ設備。