JP2009047376A - 冷熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＮＧの気化により発生する冷熱の利用とＮＧの燃焼への利用の両方を効率よく行うこと。
【解決手段】ＬＮＧを気化してＮＧにする際に生成する冷熱を空気調和機に利用する冷熱利用システムであって、ＬＮＧボンベと、燃焼利用配管系と、冷熱利用配管系と、ＬＮＧボンベとＬＮＧ気化器との間の燃焼利用配管系上に設けられ、ＬＮＧ気化器側へのＬＮＧの流量を調整する燃焼利用流量弁と、ＬＮＧボンベと空気調和機との間の冷熱利用配管系上に設けられ、空気調和機側へのＬＮＧ量の流量を調整する冷熱利用流量弁と、空気調和機が必要とする冷熱に対応するＬＮＧ量を空気調和機に供給するように冷熱利用流量弁を優先的に制御するとともに、ガスタービン発電機が必要とするＮＧ量から、冷熱利用配管系から供給されるＮＧ量を差し引いたＮＧ量に対応するＬＮＧ量をＬＮＧ気化器に供給するように燃焼利用流量弁を制御する制御部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化した天然ガス（ＮＧ）を燃焼利用するとともに、液化天然ガスを気化する際に発生した冷熱を空気調和機に利用する冷熱利用システムに関するものである。

従来から、省エネルギーを図るために、ＬＮＧを気化させて、ＮＧに戻すときに発生する冷熱を空気調和機に利用することが一般的に行われている。

しかし、従来の冷熱利用システムでは、燃焼利用する天然ガスが常に空気調和機を介して供給されており、燃焼に利用するために必要なＬＮＧの流量によって空気調和機に供給されるＬＮＧの流量が決まってしまうため、空気調和機が利用する冷熱に比して、ＬＮＧによって供給される冷熱が過剰あるいは不足する場合がしばしば生じるという問題があった。そこで、従来の冷熱利用システムでは、空気調和機近傍に冷熱バッファとしての蓄冷槽を設け、この蓄冷槽に蓄熱された冷熱を空気調和機が利用するようにしていた。

例えば、特許文献１には、蓄冷槽内に収納されたＬＮＧの気化器から冷熱が伝熱された冷媒を空気調和機へ供給することによって空調を行うものが記載されている。この冷熱システムでは、空気調和機が利用する冷熱に対して、過剰な冷熱が伝熱された冷媒を蓄冷槽で蓄熱する一方、空気調和機が利用する冷熱に対して、不足する冷熱をその蓄熱した冷熱から補っている。

特開平１１−２１８３９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された冷熱システムは、上述したように、ＬＮＧの供給元からＬＮＧの気化器を介してＮＧの利用先までを一つの配管で接続しているため、燃焼に利用するために必要なＬＮＧの流量で空気調和機にＬＮＧを供給せざるを得ない。従って、たとえ蓄冷槽を設けたとしても、空気調和機に供給されるＬＮＧの流量が多い状態が長く続くと、冷熱が蓄冷槽に必要以上蓄熱されることになる。一方、空気調和機に供給されるＬＮＧの流量が少ない状態が長く続くと、蓄冷槽に蓄熱してある冷熱が不足する虞れがある。この結果、ＬＮＧの気化により発生する冷熱の利用とＮＧの燃焼への利用との双方に対するエネルギー供給を効率よく行うことができないという問題点があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、ＬＮＧの気化により発生する冷熱の利用とＮＧの燃焼への利用との双方に対するエネルギー供給を効率良く行うことができる冷熱利用システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にかかる冷熱利用システムは、液化天然ガスを気化して天然ガスにする際に生成する冷熱を空気調和機に利用する冷熱利用システムであって、液化天然ガス源と、前記液化天然ガス源から供給される液化天然ガスを気化器によって気化させ、この気化された天然ガスを燃焼利用する外部装置に供給する燃焼利用配管系と、前記液化天然ガス源から供給される液化天然ガスの冷熱を前記空気調和機に与え、この冷熱供給によって気化された天然ガスを前記外部装置に供給する冷熱利用配管系と、前記液化天然ガス源と前記気化器との間の前記燃焼利用配管系上に設けられ、前記気化器側への液化天然ガスの流量を調整する燃焼利用流量弁と、前記液化天然ガス源と前記空気調和機との間の前記冷熱利用配管系上に設けられ、前記空気調和機側への液化天然ガス量の流量を調整する冷熱利用流量弁と、前記空気調和機が必要とする冷熱に対応する液化天然ガス量を前記空気調和機に供給するように前記冷熱利用流量弁を優先的に制御するとともに、前記外部装置が必要とする天然ガス量から、前記冷熱利用配管系から供給される天然ガス量を差し引いた天然ガス量に対応する液化天然ガス量を前記気化器に供給するように前記燃焼利用流量弁を制御する流量制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる冷熱利用システムは、上記の発明において、前記外部装置が燃焼利用する液化天然ガス量は、前記空気調和機に利用される液化天然ガス量に比して常に多いことを特徴とする。

本発明によれば、液化天然ガス源と、前記液化天然ガス源から供給される液化天然ガスを気化器によって気化させ、この気化された天然ガスを燃焼利用する外部装置に供給する燃焼利用配管系と、前記液化天然ガス源から供給される液化天然ガスの冷熱を空気調和機に与え、この冷熱供給によって気化された天然ガスを前記外部装置に供給する冷熱利用配管系と、液化天然ガス源と前記気化器との間の前記燃焼利用配管系上に設けられ、前記気化器側への液化天然ガスの流量を調整する燃焼利用流量弁と、前記液化天然ガス源と前記空気調和機との間の前記冷熱利用配管系上に設けられ、前記空気調和機側への液化天然ガス量の流量を調整する冷熱利用流量弁とを有し、流量制御手段が、前記空気調和機が必要とする冷熱に対応する液化天然ガス量を前記空気調和機に供給するように前記冷熱利用流量弁を優先的に制御するとともに、前記外部装置が必要とする天然ガス量から、前記冷熱利用配管系から供給される天然ガス量を差し引いた天然ガス量に対応する液化天然ガス量を前記気化器に供給するように前記燃焼利用流量弁を制御するようにしているので、前記空気調和機側には常に必要とする冷熱に対応する液化天然ガスが供給されるとともに、前記外部装置側にも必要とする天然ガスが供給される。このため、液化天然ガスの気化により発生する冷熱の利用と、天然ガスの燃焼への利用との双方に対するエネルギー供給を効率良く行うことができる。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる冷熱利用システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である冷熱利用システムの概略構成を示す模式図である。この冷熱利用システムは、建物の発電と空調とにＬＮＧを利用するシステムである。この冷熱利用システムは、ＬＮＧ源としてのＬＮＧボンベ１と、ＬＮＧボンベ１から供給されるＬＮＧの冷熱を利用する空気調和機３と、ＬＮＧボンベ１側から供給されるＮＧを燃焼利用して発電を行うガスタービン発電機６と、ＬＮＧボンベ１からＬＮＧを気化するＬＮＧ気化器５を介してＮＧをガスタービン発電機６に供給する燃焼利用配管系８（８ａ，８ｂ，８ｃ）と、ＬＮＧボンベ１から空気調和機３にＬＮＧを供給し、空気調和機３からのＮＧをガスタービン発電機６に供給する冷熱利用配管系７（７ａ，７ｂ，７ｃ）とを有する。

ＬＮＧボンベ１からのＬＮＧは共通配管９ａを介して分岐点Ｐ１で分岐され、冷熱利用配管系７を介して空気調和機３に供給されるとともに燃焼利用配管系８を介してＬＮＧ気化器５に供給される。分岐点Ｐ１と空気調和機３との間には冷熱利用流量弁２が設けられ、この冷熱利用流量弁２によって空気調和機３側へのＬＮＧ流量が制御される。また、分岐点Ｐ１とＬＮＧ気化器８との間には燃焼利用流量弁４が設けられ、この燃焼利用流量弁４によってＬＮＧ気化器５へのＬＮＧ流量が制御される。なお、ガスタービン発電機６には、空気調和機３側およびＬＮＧ気化器５側から合流点Ｐ２を介し、共通配管９ｂを経由してＮＧが供給される。

空気調和機３は、冷房運転時にＬＮＧボンベ１から供給されるＬＮＧをＮＧに変換して冷熱を供給するＬＮＧ／ＮＧ熱交換コイル３ａと、熱源機１０から供給された冷水Ｗ１を温水Ｗ２に変換する冷水／温水熱交換コイル３ｂとを有する。空気調和機３には、還気Ａ１および外気Ａ２が入力する入力側にはフィルタ３ｃが設けられ、還気Ａ１および外気Ａ２を浄化してＬＮＧ／ＮＧ熱交換コイル３ａおよび冷水／温水熱交換コイル３ｂ側に送出する。ＬＮＧ／ＮＧ熱交換コイル３ａおよび冷水／温水熱交換コイル３ｂによって熱交換された空気は、送風機３ｄによって、空調対象である室内に対して給気Ａ３として送出される。なお、熱源機１０は、冷房運転時に冷熱源機として機能し、空気調和機３側に冷水Ｗ１を供給し、空気調和機３側から入力される温水Ｗ２を冷水Ｗ１に変換する。熱源機１０は、暖房運転時に熱源機として機能し、空気調和機３側に温水を供給し、空気調和機３側から入力される冷水を温水に変換する。

制御部２０は、冷熱利用流量弁２の開度を調整する冷熱利用流量弁制御部２２を有する冷熱利用制御部２１と、燃焼利用流量弁４の開度を調整する燃焼利用流量弁制御部２４を有する燃焼利用制御部２３とを有する。冷熱利用制御部２１は、還気Ａ１の温度を検出する温度センサ３ｅの温度検出結果をもとに、冷熱利用流量制御弁２の開度を調整する。一方、燃焼利用制御部２３は、ガスタービン発電機６の制御部６ａから要求されるＮＧ量から、冷熱利用制御部２１が制御した冷熱利用流量弁２の開度から空気調和機３側に供給されたＮＧ量を減算したＮＧ量に相当するＬＮＧ量をガスタービン発電機６側に供給するように燃焼利用流量弁４の開度を調整する。なお、温度センサ３ｅは、還気Ａ１の取り込み口近傍に配置される。

ここで、図２に示したフローチャートを参照して、制御部２０によるＬＮＧの流量制御処理手順について説明する。まず、冷熱利用制御部２１は、温度センサ３ｅが検出した還気Ａ１の温度を取得する（ステップＳ１０１）。その後、この検出した還気Ａ１の温度が、還気Ａ１（＝給気Ａ３）の設定温度未満か否かを判断する（ステップＳ１０２）。この設定温度は、熱源機１０によって設定された温度であり、随時熱源機１０から取得している。この設定温度未満である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）には、冷熱利用流量弁制御部２２が、この設定温度と検出温度との温度差に対応して冷熱利用流量弁２の開度を大きくする開度調整を行ってＬＮＧの供給流量を多くして（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０５に移行する。一方、設定温度未満でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、冷熱利用流量弁制御部２２が、この設定温度と検出温度との温度差に対応して冷熱利用流量弁２の開度を小さくする開度調整を行ってＬＮＧの供給流量を少なくして（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０５に移行する。

その後、燃焼利用制御部２３は、ガスタービン発電機６の制御部６から燃焼用ＮＧ要求量を取得する（ステップＳ１０５）。その後、燃焼利用流量弁制御部２４は、燃焼用ＮＧ要求量から冷熱利用に供給したＬＮＧが発生するＮＧ分を減算し、この減算したＮＧ量に相当するＬＮＧ量を供給するように燃焼利用流量弁４の開度を調整し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１に移行し、上述した処理を繰り返す。

この制御部２０によるＬＮＧの流量制御処理を行うことによって、空気調和機３には必要な冷熱が常に供給され、しかも、ガスタービン発電機６には常に必要なＮＧ量、すなわち燃焼用ＮＧ要求量が供給される。この燃焼用ＮＧ要求量は、燃焼利用配管系８のＬＮＧ気化器５を介して供給されるＮＧ量と、冷熱利用配管系７の空気調和機３を介して供給されるＮＧ量との合計量となる。

図３は、空気調和機３側およびガスタービン発電機６側に供給されるＬＮＧ供給量の時間変化を示す図である。図３において、曲線Ｌ１は、冷熱利用配管系７を介して空気調和機３側に供給されるＬＮＧ量の時間変化を示し、曲線Ｌ２は、ガスタービン発電機６側に供給される総ＮＧに対応するＬＮＧ量の時間変化を示している。したがって、差Ｄは、燃焼利用配管系８を介してガスタービン発電機６側に供給されるＬＮＧ量を示している。曲線Ｌ１の時間変化は、空気調和機３側が要求するＬＮＧ量であり、熱源機１０の容量を含めて、常に空気調和機３の負荷に対応して冷熱を供給することができる。一方、この空気調和機３に供給したＬＮＧ分を差し引いた差ＤのＬＮＧを燃焼利用配管系８を介してガスタービン発電機６に供給しているので、ガスタービン発電機６側は、常に必要なＮＧを得ることができる。なお、この実施の形態では、ガスタービン発電機６に利用される最大ＬＮＧ量は、空気調和機３に利用される最大ＬＮＧ量よりも常に大きくなる構成としている。

なお、上述した実施の形態では、温度センサ３ｅが検出した温度をもとに冷熱利用制御部２１が冷熱利用流量弁２の開度を調整するようにしていたが、これに限らず、熱源機系１１の制御部でもある熱源機１０側からの要求あるいは温度（設定温度と検出温度）をもとに冷熱利用流量弁２の開度を調整するようにしてもよい。また、上述した実施の形態では、制御部２０側がガスタービン発電機６側の燃焼利用ＮＧ要求量を取得するようにしていたが、これに限らず、ガスタービン発電機６側から制御部２０側に燃焼利用ＮＧ要求量を送るようにしてもよい。さらに燃焼利用ＮＧ要求量でなく、燃焼利用に用いるＮＧの過不足量であってもよい。また、ＮＧ量でなく、必要発電量を取得してこの必要発電量に相当するＮＧ量を取得して供給すべきＬＮＧ量を演算してもよい。この場合、現在の発電量Ｅと必要発電量と差電力量を取得してもよい。

また、上述した実施の形態では、ＮＧを燃焼利用する外部装置としてガスタービン発電機６を一例として示したが、これに限らず、ガスエンジン発電機、燃料電池等、ＮＧを燃料利用するものであればよく、また、各種外部装置を並列利用するものであってもよい。

この実施の形態では、冷熱利用配管系７と燃焼利用配管系８とを設け、それぞれにＬＮＧの流量を制御する冷熱利用流量弁２と燃料利用流量弁４とを設け、冷熱利用に用いるＬＮＧの供給を優先的に制御し、この冷熱利用によって発生するＮＧを差し引いたＮＧを発生するＬＮＧを燃料利用配管系８によって供給するようにしているので、ＬＮＧの気化により発生する冷熱の利用とＮＧの燃焼への利用との双方に対するエネルギー供給を効率良く行うことができる。

本発明の実施の形態である冷熱利用システムの概要構成を示す模式図である。 図１に示した制御部によるＬＮＧの流量制御処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態による空気調和機側とガスタービン発電機側へのＬＮＧ供給の時間変化を示す図である。

符号の説明

１ ＬＮＧボンベ
２ 冷熱利用流量弁
３ 空気調和機
３ａ ＬＮＧ／ＮＧ熱交換コイル
３ｂ 冷水／温水熱交換コイル
３ｃ フィルタ
３ｄ 送風機
３ｅ 温度センサ
４ 燃焼利用流量弁
５ ＬＮＧ気化器
６ ガスタービン発電機
６ａ 制御部
７ 冷熱利用配管系
８ 燃焼利用配管系
９ａ，９ｂ 共通配管
１０ 熱源機
１１ 熱源機系
２０ 制御部
２１ 冷熱利用制御部
２２ 冷熱利用流量弁制御部
２３ 燃焼利用制御部
２４ 燃焼利用流量弁制御部

Claims (2)

1. 液化天然ガスを気化して天然ガスにする際に生成する冷熱を空気調和機に利用する冷熱利用システムであって、
   液化天然ガス源と、
   前記液化天然ガス源から供給される液化天然ガスを気化器によって気化させ、この気化された天然ガスを燃焼利用する外部装置に供給する燃焼利用配管系と、
   前記液化天然ガス源から供給される液化天然ガスの冷熱を前記空気調和機に与え、この冷熱供給によって気化された天然ガスを前記外部装置に供給する冷熱利用配管系と、
   前記液化天然ガス源と前記気化器との間の前記燃焼利用配管系上に設けられ、前記気化器側への液化天然ガスの流量を調整する燃焼利用流量弁と、
   前記液化天然ガス源と前記空気調和機との間の前記冷熱利用配管系上に設けられ、前記空気調和機側への液化天然ガス量の流量を調整する冷熱利用流量弁と、
   前記空気調和機が必要とする冷熱に対応する液化天然ガス量を前記空気調和機に供給するように前記冷熱利用流量弁を優先的に制御するとともに、前記外部装置が必要とする天然ガス量から、前記冷熱利用配管系から供給される天然ガス量を差し引いた天然ガス量に対応する液化天然ガス量を前記気化器に供給するように前記燃焼利用流量弁を制御する流量制御手段と、
   を備えたことを特徴とする冷熱利用システム。
2. 前記外部装置が燃焼利用する液化天然ガス量は、前記空気調和機に利用される液化天然ガス量に比して常に多いことを特徴とする請求項１に記載の冷熱利用システム。

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