JP2013155986A

JP2013155986A - Ｌｎｇサテライト設備の冷熱利用システム

Info

Publication number: JP2013155986A
Application number: JP2012018801A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishii; 宏治石井; Masaru Kubota; 勝窪田; Eishu Isobe; 永舟磯部
Original assignee: Ishii Iron Works Co Ltd
Current assignee: Ishii Iron Works Co Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-15

Abstract

【課題】比較的小規模で簡便な装置設備を用いてＬＮＧサテライト基地から得られる冷熱を保冷用設備に有効利用し、省エネルギーを実現するＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムを提供する。
【解決手段】中小規模のＬＮＧサテライト基地の比較的小規模の縦置二重殻低温タンクであるＬＮＧ貯槽１から液体のＬＮＧを取り出し、気化設備で蒸発気化させて気体のＮＧを製造する際に生ずる余熱を蓄冷材に蓄積回収し、この蓄冷材に蓄積された冷熱を冷媒に伝達して循環し、冷凍・冷蔵に使用する保冷用設備に利用することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、中小規模の液化天然ガス（ＬＮＧ）サテライト基地からの冷熱を中小民間の事業者の冷蔵設備、冷凍設備へ供給して利用するためのＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムに関するものである。

ＬＮＧサテライト基地は、ガス供給事業者や産業用に利用している民間事業者に広く普及している。大手ガス事業者などが所有する大規模ＬＮＧ基地では、液体のＬＮＧが気体のＮＧに気化する際に発生する冷熱の有効利用が１９７０年代以降多数実施されている。

上記のようなＬＮＧ冷熱の利用技術として、例えば、従来例の特許文献１の特開平５−２６３９９８号公報に開示された「ＬＮＧ冷熱の蓄冷および有効利用方法とその装置」の発明がある。この発明は、高温と低温の蓄冷剤槽を利用して、ＬＮＧから得られる−１２０℃以下の冷熱を有効に利用するものである。

特許文献２の特開平１１−１１８０９９号公報に「蓄冷装置、ＬＮＧ冷熱の蓄冷方法及びＢＯＧの再液化方法」の発明がある。この発明は、圧力容器の内部に、−１００℃以下の温度領域において冷熱を顕熱及び凝固潜熱として蓄えることができて、第１の蓄冷剤を充填した第１蓄冷槽と、第２の蓄冷剤を充填した第２蓄冷槽とを直列に連結し、該蓄冷槽に順にＬＮＧを流通させ、前記各蓄冷剤と隔壁を介して熱交換させて蓄冷した後、蓄冷熱を利用してＢＯＧを液化するものである。

特許文献３の特開２００２−１３０８５１号公報「超電導電力システムの冷却装置」の発明は、超電導コイルと冷却媒体を収容した保冷容器と、ＬＮＧ冷熱を蓄積する蓄冷槽と、保冷容器から蒸発した冷却媒体を液化する冷凍機とから構成される超電導電力システムの冷却装置の構造に関するものである。

特許文献４の特開２００４−２１１９６９号公報「ＬＮＧ冷熱利用システム」の発明は、ＬＮＧを、液炭設備とブタン冷却設備と吸気冷却設備をカスケードに接続する管路に流して、常温の天然ガスになるまでに、複数の温度区間で冷熱をそれぞれ利用するようにしたものである。

特許文献５の特開２００７−２１８５７３号公報「ＬＮＧ冷熱を利用した冷却方法と蓄冷装置」の発明は、蓄冷装置内を複数の領域に区分し、各領域に凝固温度の異なる蓄冷材をＬＮＧの流通方向に順に充填し、これらの蓄冷剤を全て完全に凝固させて蓄冷し、水素ガスなどの被冷却物質を、前記蓄冷剤を完全に融解させて冷却するようにしたものである。

特開平５−２６３９９８号公報特開平１１−１１８０９９号公報特開２００２−１３０８５１号公報特開２００４−２１１９６９号公報特開２００７−２１８５７３号公報

大規模ＬＮＧ基地では冷熱の有効利用が進められているが、中小規模のＬＮＧサテライト基地においては、液体ＬＮＧを蒸発気化して気体ＮＧを製造する際に生じる冷熱はほとんど有効利用されておらず大気に放散されている。これはＬＮＧ供給量（冷熱量）が比較的少なく安定していない状況であって、冷熱の需給変動を吸収しかつ経済性のある簡易な装置設備とシステムの選定が難しいことに起因している。

特許文献１の「ＬＮＧ冷熱の蓄冷および有効利用方法とその装置」の発明は、大規模のＬＮＧ貯槽からの冷熱を利用して中圧のＢＯＧを再液化するものである。
特許文献２の「蓄冷装置、ＬＮＧ冷熱の蓄冷方法及びＢＯＧの再液化方法」の発明は、第１蓄冷槽と第２蓄冷槽の蓄冷熱を利用してＢＯＧを液化する設備である。
特許文献３の「超電導電力システムの冷却装置」の発明は、保冷容器と蓄冷槽と冷凍機とから構成される超電導電力システムの冷却装置である。
特許文献４の「ＬＮＧ冷熱利用システム」の発明は、ＬＮＧを液炭設備とブタン冷却設備と吸気冷却設備をカスケードに接続する管路に流して、複数の温度区間で冷熱をそれぞれ利用するものである。
特許文献５の「ＬＮＧ冷熱を利用した冷却方法と蓄冷装置」の発明は、凝固温度の異なる蓄冷剤をＬＮＧの流通方向に順に充填し、これらの蓄冷剤を利用する装置である。
これら先願公報の従来技術はいずれも大型設備に対応するものであり、中小規模のＬＮＧサテライト基地からの冷熱を有効利用する、経済性があり、簡便な設備ではなかった。

この発明の目的は、上述のような従来技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、比較的小規模で簡便な装置設備を用いてＬＮＧサテライト基地から得られる冷熱を保冷用設備に有効利用し、省エネルギーを実現するＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムを提供するものである。

請求項１記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、中小規模のＬＮＧサテライト基地の比較的小規模の縦置二重殻低温タンクであるＬＮＧ貯槽から液体のＬＮＧを取り出し、気化設備で蒸発気化させて気体のＮＧを製造する際に生ずる余熱を蓄冷材に蓄積回収し、この蓄冷材に蓄積された冷熱を冷媒に伝達して循環し、冷凍・冷蔵に使用する保冷用設備に利用するものである。

請求項２記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、上記請求項１記載の蓄冷材はエタノールにメタノールを添加した特定アルコールを採用し、上記冷媒は不活性ガスのＨＦＣ冷媒を採用して、両者の温度管理を行い、一日の昼夜に変動する冷熱の需給バランスに対応させるものである。

請求項３記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、上記請求項１又は２記載の蓄冷材を収容する蓄冷式熱交換器と上記冷媒を収容する冷媒タンクはコンパクト化し、一日の昼夜経時変化に対応するように形成したものである。

請求項４記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、上記請求項１乃至３記載のＬＮＧサテライト基地のガス製造量の月別変化と、保冷用設備で使用する電気量の月別変化を対応させて、エネルギーの需給バランスを確保するものである。

請求項１記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、中小規模のＬＮＧサテライト基地の比較的小規模の縦置二重殻低温タンクであるＬＮＧ貯槽から液体のＬＮＧを取り出し、気化設備で蒸発気化させて気体のＮＧを製造する際に生ずる余熱を蓄冷材に蓄積回収し、この蓄冷材に蓄積された冷熱を冷媒に伝達して循環し、冷凍・冷蔵に使用する保冷用設備に利用するので、
無駄に大気に放散されていた冷熱を保冷用設備に有効利用し、エネルギーの有効利用、省エネに寄与し、イニシャルコスト及びランニングコストも低減することができる。

請求項２記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、上記請求項１記載の蓄冷材はエタノールにメタノールを添加した特定アルコールを採用し、上記冷媒は不活性ガスのＨＦＣ冷媒を採用して、両者の温度管理を行い、一日の昼夜に変動する冷熱の需給バランスに対応させるので、
温度特性の良い適正な蓄冷材を使用し、移送機能の良い適正な冷媒を使用して、温度管理を適正にして昼夜の需給バランスを確保することができる。

請求項３記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、上記請求項１又は２記載の蓄冷材を収容する蓄冷式熱交換器と上記冷媒を収容する冷媒タンクはコンパクト化し、一日の昼夜経時変化に対応するように形成したので、
簡便な装置システムの調整によって冷熱の有効利用を図ることができ、電力需要に対応することができる。

請求項４記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、上記請求項１乃至３記載のＬＮＧサテライト基地のガス製造量の月別変化と、保冷用設備で使用する電気量の月別変化を対応させて、エネルギーの需給バランスを確保するので、
余剰熱エネルギーを電力需要に対応させて有効利用することができ、電力消費量を削減し、省エネ対策となる。

この発明に係るＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムを示す全体説明図である。冷熱の供給と需要のバランスを示すイメージ説明図である。この発明に係る蓄冷式熱交換器の概要を示す側面説明図である。この発明に係る冷媒タンクの概要を示す側面説明図である。月別のガス製造量と電気使用量の変化を示すイメージ説明図である。

この発明に係るＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムの実施形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１に示すように、中小規模のＬＮＧサテライト基地に設置される比較的小規模の縦置二重殻低温タンクなどのＬＮＧ貯槽１とＬＮＧの気化器３の中間点に、蓄冷式熱交換器２を設置する。
この蓄冷式熱交換器２を使用して、液体のＬＮＧから気体のＮＧに状態変化する際に生ずる余熱を汎用性のある蓄冷材Ｔに蓄積回収し、蓄冷材Ｔに蓄積回収した冷熱を冷媒Ｒに伝達する。
この冷媒Ｒを、冷媒タンク４に貯留し、冷媒ポンプ６で循環して需要家の冷蔵・冷凍倉庫５の冷熱に利用する。
ａはＬＮＧライン、ｂは冷媒ライン、ｃは冷媒Ｒのバイパスラインを示す。
このバイパスラインｃは、冷媒Ｒの温度が一定になるように設け、冷媒Ｒの温度が管理温度以下に達した場合は、上記バイパスラインｃを経由して戻し、蓄冷式熱交換器内を冷媒Ｒが循環しないようにする。
また、必要に応じて各設備ラインへ窒素やアルゴンなどの不活性ガスを供給しパージするための不活性ガス供給設備７、７を設ける。

ＬＮＧの製造量が大きい時（主として昼間）は、ＬＮＧを蓄冷式熱交換器内に導入し、蓄冷材Ｔを介して冷媒Ｒに伝熱しつつ、蓄冷材Ｔが凝固に至るまで冷却を進める。蓄冷材Ｔが冷却し凝固に至る間に潜熱が生じ、ＬＮＧの気化が促進され熱交換が進行する。
ＬＮＧの製造量が小さい時（主として夜間）は、上記凝固した蓄冷材Ｔからの潜熱および顕熱により冷媒Ｒを冷却する。
このように、昼夜に変動する冷熱を蓄積によって調整し、無駄に大気に放散されていた冷熱を保冷用設備に有効利用し、エネルギーの有効利用と省エネに寄与し、イニシャルコスト及びランニングコストも低減化を図る。

蓄冷材Ｔ及び冷媒Ｒは、熱的特性、汎用性、安全性などを総合的に評価して選定する。
蓄冷式熱交換器２内の蓄冷材Ｔの温度が、冷媒Ｒの凝固点以下にならないように、蓄冷材Ｔの温度を管理し、この管理温度以下になる場合はＬＮＧの熱交換器内への導入を停止する。また、循環する冷媒Ｒの管理温度を設定し、冷媒Ｒの温度が管理温度以下にならないように温度管理を適正にして昼夜の需給バランスを確保する。

蓄冷材Ｔは、蓄冷機能に優れる（蒸発潜熱が大きい）エタノール９０％にメタノールを１０％添加した特定アルコールを選定し、この特定アルコールよりなる蓄冷材Ｔは、融点が−１１０℃程度で、ＬＮＧ（−１６２℃）の蒸発温度（−１３５℃）に適応する。運転圧力は０．１Ｍｐａ、下限温度は−１１５℃程度に設定する。
冷媒Ｒは、伝熱性と循環性に優れ移送機能の良い融点−１１８℃程度の不活性ガスのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）Ｒ４０４Ａを選定し、運転圧力は０．３Ｍｐａ、下限温度は−４０℃程度に設定し循環させる。
このＨＦＣよりなる冷媒Ｒは、安全面、衛生面に配慮し食品を扱う工場に適応する。

図２の冷熱の供給と需要のバランスを示すイメージ説明図に示すように、昼間（Ｈ）はＬＮＧからの冷熱の供給量Ａ及び冷熱の需要量Ｂは共に最大となる。この差引き量（Ａ−Ｂ）が冷熱の余剰分Ｃとなり、この冷熱を蓄冷式熱交換器２の蓄冷材Ｔに蓄えられる。ＬＮＧの供給量が低下（停止）する夜間（Ｙ）においては、蓄冷材Ｔに蓄えられた冷熱の余剰分Ｃが冷媒Ｒに伝熱されて需要先の冷蔵・冷凍倉庫の不足分Ｄとして供給される。温度管理と冷熱量が保持され、一日の昼夜、経時変化に対応する。

図３に蓄冷式熱交換器２を示す。この蓄冷式熱交換器２内部には、蓄冷材Ｔを収容する。
Ｎ１はＬＮＧの入口、Ｎ２はＬＮＧの出口である。Ｎ３は冷媒Ｒの入口、Ｎ４は冷媒Ｒの出口である。
Ｎ５は安全弁、Ｎ６は圧力計、Ｎ７は温度発信器である。Ｎ８はベント、Ｎ９はドレンである。

図４に冷媒タンク４の概要を示す。この冷媒タンク４には冷媒Ｒを貯留し、冷媒ポンプ６で円滑に冷媒Ｒを循環させる。
ｎ１は安全弁、ｎ２は圧力計、ｎ３は温度発信器，ｎ４はベント，ｎ５はドレンである。

図３及び図４に示すように、ＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムに用いる蓄冷材Ｔを収容する蓄冷式熱交換器２，及び冷媒Ｒを収容する冷媒タンク４は、コンパクト化して一体に形成し軽量化を図って設置し、簡便な装置システムとすることにより耐久性が得られ、安定状態、円滑な機能性に優れた対応が可能となる。
中小ＬＮＧサテライト基地から小規模事業所への冷熱供給に有利となり、地方都市や島、山間などの地域に設置し、簡便な装置システムの調整によって冷熱の有効利用を図ることができ、電力需要に対応することができ経済的となる。

図５は、月別のガス製造量と電気使用量の変化を示すイメージ説明図である。
冷熱供給側のガス製造量に対応した、冷熱需要側の電気使用量に対応したエネルギーの需給状況に合わせて、エネルギーの有効利用が図られる。このように、ガス製造に関わる余剰熱エネルギーを、食品加工事業所などの冷蔵・冷凍設備の冷却熱エネルギーや冷暖房の熱エネルギーに有効利用することによって、電力消費量の削減を図り省エネ対策とすることができる。
ガス製造から得られる冷熱を電気による冷熱の需給に補完することにより、停電などの非常時には予備的役割を有するため、需要者・消費側への安定供給に寄与させることができる。

この発明に係るＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システムは、中小規模のＬＮＧサテライト基地からの冷熱を中小民間の事業者の冷蔵設備、冷凍設備、空調設備などへ供給して利用するため、山間部や島など設置場所が限定される地域や地方都市などに設置し省エネに有効利用することができる。

１ＬＮＧ貯槽
２蓄冷式熱交換器
３気化器
４冷媒タンク
５冷蔵・冷凍倉庫
６冷媒ポンプ
７不活性ガス供給設備
Ｔ蓄冷材
Ｒ冷媒

Claims

中小規模のＬＮＧサテライト基地の比較的小規模の縦置二重殻低温タンクであるＬＮＧ貯槽から液体のＬＮＧを取り出し、気化設備で蒸発気化させて気体のＮＧを製造する際に生ずる余熱を蓄冷材に蓄積回収し、この蓄冷材に蓄積された冷熱を冷媒に伝達して循環し、冷凍・冷蔵に使用する保冷用設備に利用することを特徴とするＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システム。
上記蓄冷材はエタノールにメタノールを添加した特定アルコールを採用し、上記冷媒は不活性ガスのＨＦＣ冷媒を採用して、両者の温度管理を行い、一日の昼夜に変動する冷熱の需給バランスに対応させることを特徴とする請求項１記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システム。
上記蓄冷材を収容する蓄冷式熱交換器と上記冷媒を収容する冷媒タンクはコンパクト化し、一日の昼夜経時変化に対応するように形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システム。
ＬＮＧサテライト基地のガス製造量の月別変化と、保冷用設備で使用する電気量の月別変化を対応させて、エネルギーの需給バランスを確保することを特徴とする請求項１乃至３記載のＬＮＧサテライト設備の冷熱利用システム。