JP2008224119A

JP2008224119A - 回収冷熱の利用方法

Info

Publication number: JP2008224119A
Application number: JP2007061840A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Kanemitsu; 俊典金光; Tasuku Nakai; 資中井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】
本発明は、ＬＮＧ、液体窒素、液体酸素、液化炭酸ガス、液化アンモニア、ＬＰＧ、ベンゼン、アルコール類、有機溶液、等の低沸点液体の気化熱を冷熱として回収する装置にかかる当該冷熱の輸送と利用方法に関するものである。
構造に大きな制約を必要としていた。
【解決手段】
本発明においては、回収冷熱送出器１と内部に低温側室部２０,３０を有する熱交換器１８，２０を被冷却物の位置に配置し復管路２４，３４および往管路２３，３３を鉛直方向上下にそれぞれ配置することにより、なんらの機械的操作や制御機構を用いることなく、回収した冷熱の輸送、輸送量の制御、回収冷熱量と冷熱負荷の均衡維持、冷熱負荷変動に対する対応策、等を極めて簡素、且つ容易に行うことができ、回収冷熱の有効活用を実現したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＮＧ、液体窒素、液体酸素、液化炭酸ガス、液化アンモニア、ＬＰＧ、ベンゼン、アルコール類、有機溶液、等の低沸点液体の気化熱を冷熱として回収する装置にかかる当該冷熱の輸送と利用方法に関するものである。

本発明は零度以下の低沸点物質の気化熱を利用した冷凍装置により冷却して凝縮させた液体を冷熱媒体として、当該冷熱媒体の沸点より高温の被冷却物から熱を奪って自らは気化し再び当該零度以下の低沸点物質の気化熱を利用した冷凍装置に還流させて冷却して凝縮させて冷熱媒体として利用を繰り返す、冷熱の回収装置を利用して回収した冷熱を有効活用し易くするための回収冷熱の利用方法に関するものである。
特許第3890475号特開2005−221199号公報特開2004−190951号公報特開平9−72203号公報

LNGの冷熱回収利用にかかる提案は数多くなされているが、利用用途にかかるものが大半であり、回収した冷熱の輸送手段、輸送量の制御、回収冷熱量と冷熱消費量（以下、冷熱負荷という）の均衡維持、冷熱負荷変動に対する対応策、等に関する技術的な工夫（以下、利用方法という）の提案は、きわめて少ない。
利用技術における困難性のために普及が望まれる冷熱の回収利用の阻害要因となっている。本発明は、特許第３８９０４７５号のＬＮＧ冷熱の回収方法及びその装置を利用して回収した冷熱を有効活用し易くするための回収冷熱の利用方法に関するものであり、回収した冷熱を簡易に有効活用するための利用方法を提供せんとするものである。

本発明は、回収冷熱送出器１と当該回収冷熱送出器１から送出する冷熱を使用する場所に配置した熱交換器１８との間を当該冷熱媒体４を輸送するための往管路２３と復管路２４を鉛直方向上下にそれぞれ隔離して接続配置し、鉛直方向下方に配置された往管路２３を経由して当該冷熱媒体４を当該熱交換器１８に重力を利用して流下せしめ、当該熱交換器１８において熱交換器壁体１３を介して被冷却対象物３から熱を受け取りこれにより冷熱媒体４は気化し蒸気となり、当該冷熱媒体４の液体との密度差により当該立ち上がり管路部２５と復管路２４を経由して回収冷熱送出器１に還流せしめ、再び回収冷熱送出器１において凝縮液化させるよう構成配置したものであり、これにより冷熱媒体４を、回収冷熱送出器と当該熱交換器１８の間を当該冷熱媒体４の気体と液体との密度差と重力を利用して、なんらの動力装置や機械装置を用いることなく簡易に循環させるものである。

また、本発明は、当該熱交換器１８において熱交換が行われないとき、即ち冷熱負荷がないときは、当該冷熱媒体４の低音側室部における蒸発が止まりこれにより冷熱媒体４の流れは自然に停止し、冷熱負荷が発生すると当該蒸発が起きて冷熱媒体４の循環が自然に開始するよう構成配置したものであり、これにより往管路２３および復管路２４になんらの制御装置や弁機構を用いることなく、冷熱媒体４の循環量の制御と合わせて、回収冷熱量と冷熱負荷の均衡維持、冷熱負荷変動に対する対応策を極めて簡易に行うことができるものである。

更に、本発明は、当該熱交換器１８において冷熱負荷が通常運転時よりも増大したときに当該富低沸点成分液体輸送管路１１に設けた弁機構２１を開通させ当該富低沸点成分液体９を熱交換器１８内の低温側室部２０に流入せしめ当該低温側室部２０の冷熱媒体４の沸点を低下せしめ、これにより低温側室部２０と高温側室部１９の温度差を拡大し当該熱交換器１８における伝熱量を増大させことができるものである。

本発明は、以上のように構成配置されているので、以下に記載するような効果を奏する。

本発明においては、なんらの機械的操作や制御機構を用いることなく、回収した冷熱の輸送、輸送量の制御、回収冷熱量と冷熱負荷の均衡維持、冷熱負荷変動に対する対応策、等を極めて簡素、且つ容易に行うことができ、回収冷熱の有効活用を実現できる。また冷熱媒体８として２成分以上の混合液体を最小することにより、よりきめ細かい温度レベルの冷熱媒体８が製造でき蓄熱ロス等の減少により省エネルギーと汎用性を高めるものである。

また、当該熱交換器８の伝熱量を一時的に増大させたいときには、従来技術では当該熱交換器８の高温側流体の循環量を増大すること等の対応がされてきたが、このためにポンプやファン等の動力装置並びに電源供給設備を過剰に装備させておくことが必要であった。本発明では、弁機構２１を手動または自動操作して貯留槽１６に貯蔵した当該富低沸点成分液体９を往管路２３を経由して熱交換器１８内の低温側室部２０に流入せしめ低温側室部２０の冷熱媒体４の沸点を低下せしめ、これにより伝熱量を増大させることができるよう構成配置しており、当該ポンプやファン等の動力装置並びに電源供給設備の過剰装備を不要または減少することができ、簡素、且つ容易に回収冷熱の利用を実現できる。

本発明で用いる冷熱媒体４は、回収冷熱送出器１において容易に凝縮し且つ熱交換器において容易に気化するものであって、化学的に安定な、反応性の乏しい、沸点が相違する２成分の混合液体を用いることが最良である。例えば、エタンとプロパンの混合液、プロパンとブタンの混合液または、エタンとプロパンの混合液などである。これにより当該２成分の各沸点の間の任意の沸点が利用できるものであり請求項２または３を容易に実現できる。

また、本発明で用いる弁機構２１は通常の電磁弁と作動原理を同じくするものであって、内部に二つの開口部を有し、電磁力の有無と重力によって鉛直方向に上下動する可動弁本体が行う２位置動作において、電磁力により当該稼動弁が上部に位置するときに富低沸点成分液体９が流れるよう流路が開き、電磁力がないときに重力に従って当該可動弁が下部に位置するときには通常時の冷熱媒体４が流れる流路が開くよう構成し、当該２位置動作のいずれかのときには、当該二つの流路のいずれかが開き、また他方が閉止するように構成することが望ましい。

当該弁機構２１を自動で動作させるときには、当該熱交換器８内の高温側室部１９の出口における被冷却対象物３の温度を基準として用いるのが最良である。

当該回収冷熱送出器１内に設ける富低沸点成分液体９を貯留するための貯留槽１６の容量は、当該冷熱媒体４毎に当該冷熱媒体の総重量の５〜３０％相当の富低沸点成分液体９が一時貯蔵できる範囲で定めることが望ましい。

図１は本発明の請求項２に記載の回収冷熱の利用方法において、冷熱媒体４としてエタンとプロパンの混合液体であるー70℃付近の中沸点液体（以下、中沸点冷熱媒体という）とプロパンとブタンの混合液体である−20℃の高沸点液体（以下、高沸点冷熱媒体という）の二つの冷熱媒体４を用い、１次極低温冷熱源液体として液体窒素を用いたものである。二つの温度領域の冷熱媒体４を出力する回収冷熱送出器１を説明の都合上、図の一部に記載したものであり液体窒素補給口５から液体窒素を流入させ、窒素ガス排出口６より窒素ガスを流出させる。の回収冷熱を中沸点冷熱媒体５として-６５℃の冷却対象物質７の冷却冷熱源として、また高沸点冷熱媒体６を-１５℃の冷却対象物質８の冷却冷熱源としてそれぞれ回収冷熱出力装置１から出力した冷熱の利用方法のシステム図である。

図中の貯留槽１６，１７内に富低沸点成分液体９，１０を一時貯留せしめ熱交換器１８，１９の高温側被冷却物の温度が特定温度より高くなったときに富低沸点成分液体輸送管路１１，１２に設けた弁機構２１，２２を自動で動作させ往管路２３，２４に富低沸点成分液体輸送管路１１，１２を経由して流入せしめるものである。熱交換器１８，２８の低温側室部２０，３０において気化した蒸気を復管路２４，３４を経由して回収冷熱出力器１に還流させるよう構成したものである。

なお、特許第３８９０４７５号のＬＮＧ冷熱の回収方法及びその装置による冷熱媒体の温度レベルが２段階以上の複数段になっても逐次対応ができる。
また、２成分以上の混合液である冷熱媒体は凝固点が低下するために、利用しやすい利点がある。

本発明によれば、ＬＮＧ、液体窒素、液体アンモニア、有機溶媒、ＬＰＧなど幅広い低沸点液化物質から、また小規模の設備から大規模なものまで回収した冷熱を簡易に利用する道を開くものであり、冷熱回収利用を拡大できる。

本発明の回収冷熱の利用方法のシステム図（実施例１）

符号の説明

１回収冷熱送出器
３被冷却対象物
５中沸点冷熱媒体
６高沸点冷熱媒体
７，８冷却対象物質
９，１０富低沸点成分液体
１１，１２富低沸点成分液体輸送管路
１３，４３熱交換器壁体
１４液体窒素補給口
１５窒素ガス排出口
１６，１７貯留槽
１８，２８熱交換器
１９，２９高温側室部
２０，３０低音側室部
２１，２２弁機構
２３，３３往管路
２４，３４復管路
２５，３５立ち上がり管路部
２６，３６凝縮管路

Claims

零度以下の低沸点物質の気化熱を利用した冷凍装置により冷却して凝縮させた液体を冷熱媒体として、当該冷熱媒体の沸点より高温の被冷却物から熱を奪って自らは気化し再び当該零度以下の低沸点物質の気化熱を利用した冷凍装置に還流させて冷却して凝縮させて冷熱媒体として利用を繰り返す、冷熱の回収装置を利用してＬＮＧ、液体窒素、液体アンモニア、ＬＰＧ、有機溶媒、等の極低沸点液体１４から冷熱を回収し、当該回収冷熱を保持せしめた低沸点液体からなる冷熱媒体４を製造、送出する回収冷熱送出器１から送出する冷熱媒体４により熱交換器１８を介して冷却せんとする被冷却対象物３の位置に熱交換器１８を配置し、当該熱交換器１８の低温側室部２０に当該回収冷熱送出器１から当該冷熱媒体４を輸送するための往管路２３及び当該低温側空間部２０中で発生する当該冷熱媒体４の蒸気を当該回収冷熱送出器１に還流させるための復管路２４を、当該往管路２３が当該復管路２４に対して鉛直方向下方に位置するよう隔離してそれぞれ接続配置し、復管路２４の一部である当該低温側室部２０からの立ち上がり管路部２５の到達高さを当該回収冷熱送出器１内の冷熱媒体４の平均液面より高く配置したことを特徴とする回収冷熱の利用方法。
請求項１に記載の回収冷熱の利用方法であって、当該冷熱媒体４の沸点が当該冷熱媒体４により冷却せんとする被冷却対象物３の冷却後の到達目標温度より低過ぎない温度範囲であり、且つ当該冷熱媒体４が本発明において使用する全過程において凝固しない物質性状とするために、２種類以上の複数の液体成分を混合して用いることを特徴とする回収冷熱の利用方法。
請求項２に記載の回収冷熱の利用方法において、当該回収冷熱送出器１内において当該冷熱媒体４の蒸気が冷却され凝縮を開始した初期段階に発生する当該冷熱媒体４中の低沸点成分に富んだ富低沸点成分液体９を一時貯留するための貯留槽１６を当該富低沸点成分液体９の流下する凝縮管路２６の鉛直方向底部に接続開口して設け、当該貯留槽１６の鉛直方向低部に当該富低沸点成分液体９を取り出すための開口部と当該開口部に接続配置した富低沸点成分液体輸送管路１１を当該往管路２３に接続開口せしめ、当該富低沸点成分液体輸送管路１１及び当該往管路２３のいずれか一方を遮断し同時に他方を開通させる弁機構２１を接続配置し、当該熱交換器における伝熱量を増大させる必要が発生した場合には現場及びまたは遠隔地から手動または自動で当該弁機構２１を当該富低沸点成分液体を熱交換器内の低温側部に流入せしめるよう動作させて、熱交換器内低温側部の冷熱媒体の沸点を低下せしめ、これにより熱交換器内低温側室部２０と高温側室部１９の温度差を拡大し当該熱交換器１８における伝熱量を増大させることを特徴とする回収冷熱の利用方法。