JP2013204644A

JP2013204644A - 低温液化ガスの冷熱回収方法およびその方法を実現するための構成を含む低温液化ガス気化装置

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Publication number: JP2013204644A
Application number: JP2012072220A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawakami; 浩川上
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】低温液化ガスを気化させて利用する際に、外部の熱を取り入れて効率的に電気エネルギーを回収する。
【解決手段】液体窒素気化装置１００Ａは、液体窒素（ＬＮ_２）が貯蔵される貯槽（コールドエバポレータ）１と、その出口弁２と、貯槽１からの液体窒素が供給される、並行して配設された３つの加圧容器３ａ，３ｂ，３ｃと、それらの入口にそれぞれ配設された入口弁４ａ，４ｂ，４ｃと、それらの出口にそれぞれ配設された出口弁５ａ，５ｂ，５ｃと、各加圧容器３ａ，３ｂ，３ｃから放出された窒素ガス（ＧＮ_２）を膨張させる膨張機６と、その膨張機６に付随した発電機７と、膨張機６により膨張した窒素ガスを等圧加熱させるための熱交換器８と、窒素ガス生成供給経路の最下流に設けられた送ガス弁９と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温液化ガスの冷熱回収方法およびその方法を実現するための構成を含む低温液化ガス気化装置に関するものである。

液体窒素（ＬＮ_２）、液体酸素（ＬＯ_２）、ＬＰガスなどは、貯蔵と輸送の観点から液体の形態で流通しているが、ほとんどの場合、これらの液化ガスは、蒸発器でガス化され利用される。

図１０は、液化ガスの生成から貯槽への貯蔵を経て蒸発器でガス化されるまでの概略系統図である。製造拠点において、分離エネルギー、液化エネルギー等が供給されて気体分離装置８１を介して製造された液体窒素、液体酸素等の液化ガスは、ローリー８２等でユースポイントに運ばれ、一旦、弁８３の備わった貯槽（コールドエバポレータ）１に貯蔵される。貯槽１に貯蔵された例えば液体窒素等の液化ガスは、加熱用蒸発器８４、調節弁８５、弁８６を介して加圧されて蒸発器８７（典型的には、空温式蒸発器）に送られ、例えば大気の熱により気化され、窒素ガスとして供給される。

しかしながら、図１０に示したシステムでは、液化ガスの冷熱は単に大気に放冷されることになる。

かかる観点に関し、そのときの冷熱を回収する装置や方法も開示されている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２００７−１０７７３３号公報特開２００３−１３０５６４号公報

しかしながら、前述の従来の装置や方法では、効率よく冷熱を回収することはできないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、低温液化ガスを気化させて利用する際に、外部の熱を取り入れて効率的に電気エネルギーを回収することができる冷熱回収方法およびその方法を実現するための構成を含む低温液化ガス気化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガスの冷熱回収方法は、低温液化ガスを気化させて利用する際に、その低温液化ガスから冷熱を回収する方法であって、前記低温液化ガスに外部熱を与えて、高圧ガスを生成する工程と、前記高圧ガスを膨張させ、その遷移で生ずるエネルギーを電気エネルギーとして回収する工程と、を備えたことを要旨とする。ここで、前記膨張したガスに対して外部熱を再び加えて再加熱する工程を更に備えることが一般的である。

また、前記膨張回収工程と前記再加熱工程とを、複数回繰り返すことが好適であり、特に好適には、各膨張回収工程における前記ガスの膨張比は略３である。

また、上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガス気化装置は、低温液化ガスを気化させる低温液化ガス気化装置であって、前記低温液化ガスが導入されると共に、外部熱が与えられて前記低温液化ガスが高圧ガスとして密閉される加圧容器と、前記加圧容器から放出された前記高圧ガスを膨張させる膨張機と、前記膨張機による膨張の過程で生ずるエネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備えたことを要旨とする。ここで、前記膨張したガスに対して外部熱を再び加えて再加熱するための熱交換器を更に備えることが一般的である。

また、前記膨張機、発電機、および熱交換器は、直列的に接続された３つの膨張機、発電機、および熱交換器からそれぞれなることが好適であり、特に好適には、各膨張機における膨張比は略３である。

また、具体的には、前記加圧容器は、前記低温液化ガスを並列的に導入する３つの加圧容器からなり、各加圧容器は、内部の一部分に前記低温液化ガスを導入する工程と、導入した前記低温液化ガスを加熱して、そのすべてをガス化して高圧化する工程と、前記高圧ガスを放出する工程の３つの工程を、それぞれがずらして巡回的に行う。

あるいは、具体的には、前記加圧容器は、前記低温液化ガスを並列的に導入する２つの加圧容器からなり、また、その２つの加圧容器の後段に加温容器を更に備え、各加圧容器は、内部の一部分に前記低温液化ガスを導入する工程と、導入した前記低温液化ガスを加熱して、高圧ガスを生成する工程の２つの工程を、それぞれが交互に繰り返し、前記加温容器は、各加圧容器から放出された高圧ガスを導入し、加熱して更に高圧なガスを生成する。

本発明の冷熱回収方法および低温液化ガス気化装置によれば、低温液化ガスを気化させて利用する際に、外部の熱を取り入れて効率的に電気エネルギーを回収することができる。

特に、膨張回収・再加熱工程や膨張機・熱交換器を多段とすれば、最適な膨張比（例えば３）で設計できる。

また、加圧容器を並列的に３つ設け、各加圧容器が、内部の一部分に前記低温液化ガスを導入する工程と、導入した前記低温液化ガスを加熱して、そのすべてをガス化して高圧化する工程と、前記高圧ガスを放出する工程の３つの工程を、それぞれがずらして巡回的に行うようにすれば、常時連続的に、高圧ガスを膨張機に供給することができる。

本発明の低温液化ガスの冷熱回収方法を実現するための機能構成が組み込まれた低温液化ガス気化装置の第１実施形態の系統構成図である。図１に示された液体窒素気化装置における液体窒素気化処理に伴った冷熱回収方法を説明するための図である。図１に示された液体窒素気化装置における液体窒素気化処理に伴った冷熱回収方法を説明するための図である。図１に示された液体窒素気化装置における液体窒素気化処理に伴った冷熱回収方法を説明するための図である。実施例１を説明するための図である。本発明の低温液化ガスの冷熱回収方法を実現するための機能構成が組み込まれた低温液化ガス気化装置の第２実施形態の系統構成図である。実施例２に係る具体的なＴ−Ｓ線図を示す図である。本発明の低温液化ガスの冷熱回収方法を実現するための機能構成が組み込まれた低温液化ガス気化装置の第３実施形態の系統構成図である。各実施形態の変形例を説明するための図である。液化ガスの生成から貯槽への貯蔵を経て蒸発器でガス化されるまでの概略系統図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の低温液化ガスの冷熱回収方法を実現するための機能構成が組み込まれた低温液化ガス気化装置の第１実施形態の系統構成図である。

同図に示した液体窒素気化装置１００Ａは、液体窒素（ＬＮ_２）が貯蔵される貯槽（コールドエバポレータ）１と、その出口弁２と、貯槽１からの液体窒素が供給される、並行して配設された３つの加圧容器３ａ，３ｂ，３ｃと、それらの入口にそれぞれ配設された入口弁４ａ，４ｂ，４ｃと、それらの出口にそれぞれ配設された出口弁５ａ，５ｂ，５ｃと、各加圧容器３ａ，３ｂ，３ｃから放出された窒素ガス（ＧＮ_２）を膨張させる膨張機６と、その膨張機６に付随した発電機７と、膨張機６により膨張した窒素ガスを等圧加熱させるための熱交換器８と、窒素ガス生成供給経路の最下流に設けられた送ガス弁９と、液体窒素を従来方式で気化させるためのバイパス経路に設けられた予備蒸発器１０と、バイパス経路を遮断するためのバイパス弁１１とを備えている。

図２乃至４は、図１に示された液体窒素気化装置における液体窒素気化処理に伴った冷熱回収方法を説明するための図である。

そこで、まず、３つの加圧容器３ａ，３ｂ，３ｃにおいては、表１に示すように、それぞれが互いに時間的にシフトして、３つの工程、すなわち後述の「チャージ工程」、「加圧工程」、および「高圧放出工程」、を繰り返し経るように設計されている。これにより、任意の時間において、いずれかの加圧容器３から高圧窒素ガスが膨張機６に供給されることとなる。

図２を参照して、ある１つの加圧容器３に着目して、「チャージ工程」→「加圧工程」→「高圧放出工程」の遷移について説明する。

同図に示すように、入口弁４を開状態、出口弁５を閉状態とすることで、チャージ工程が開始される。なお、貯槽１の出口弁２は、動作中は常に開状態のままでよい。前述のように、いずれかの加圧容器３が必ずチャージ工程にあるからである。

そして、気相を残して、状態ＳＴ_１（圧力Ｐ_１，温度Ｔ_１）となった段階でチャージ工程を終了する。なお、液体窒素で完全に加圧容器３を満たしてしまうと、次述の加圧工程において、その充填した液体窒素を気化できない。従って、次述の加圧工程において、充填した液体窒素のすべてが気化した所定圧力の窒素ガスが得られるためには、このチャージ工程において充填する量は、気相が残る量であって、予め決められた所定量となる。

次に、入口弁４を閉じて、加圧工程（液封加圧工程または気化加圧工程とも称す）を開始する。すなわち、密閉され所定の状態ＳＴ_１にある加圧容器３に対し、大気などの外部熱を加えることにより、内部の液体窒素を徐々に気化させる。なお、このときスチームや温水で加熱すると、水分が凍結するおそれがあるため、乾燥ガスにより加熱することが好適である。図３は、加熱による加圧のための具体的構成を示す図である。加圧容器３を加熱ジャケット３１で覆い、それに圧送窒素を送る。そして、熱を奪われ冷やされた圧送窒素を加熱部３２へ戻してそこで温水等で温度を回復させる。

内部の液体窒素がすべて気化した段階で加圧工程を終了する。このときの状態を状態ＳＴ_２（圧力Ｐ_２，温度Ｔ_２）と表記する。なお、Ｐ_２＞Ｐ_１、Ｔ_２＞Ｔ_１である。

次に、出口弁５を開いて、高圧放出工程を開始する。すなわち、出口弁５を開くと、高圧窒素ガスが加圧容器３から放出される。放出が終了すると高圧放出工程が終了し、その後、その加圧容器３は、入口弁４が開状態、出口弁５が閉状態となって、チャージ工程に戻る。そして、各工程を繰り返す。

図４を参照して、いずれかの加圧容器３から放出された高圧窒素ガスは、膨張機６を経て膨張する（膨張工程）。この膨張工程における膨張作用を利用して、膨張機６に付随した発電機７が、その圧力エネルギーを電気エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出せるようにする。

膨張機６を介した膨張後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_３（圧力Ｐ_３，温度Ｔ_３）とする。ここで、当然Ｐ_３＜Ｐ_２であるが、ここでの膨張は、等エントロピ膨張であるので、温度も低下する。すなわち、Ｔ_３＜Ｔ_２である。

状態ＳＴ_３の窒素ガスは、低温ガスとしてこのまま使用することも可能であるが、通常は、熱交換器８により外部熱で加熱して使用される（再加熱工程）。再加熱後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_４（圧力Ｐ_４，温度Ｔ_４）とすると、当該再加熱工程は、等圧工程であるから、Ｐ_４＝Ｐ_３、Ｔ_４＞Ｔ_３となる。そして、送ガス弁９を介して状態ＳＴ_５（圧力Ｐ_５，温度Ｔ_５）の窒素ガスとして送出される。なお、少なくともＴ_５＝Ｔ_４として温度は維持する。

以上のように、本実施形態においては、発電のもとになるエネルギーは大気や廃熱などの外部の熱であり、液化ガス（液体窒素）はヒートポンプの媒体となるが、気化した窒素ガスは供給先で消費されるため元の液化ガスに戻る必要はない。つまり一種の外燃機関であり、そのサイクルは、作動流体は元の位置に戻らないオープンサイクルである。

また、外部から与えられた総熱量より所定の液体窒素の気化に必要な熱を除いた残りが発電に使える最大のエネルギーとなる。

（実施例１）
本発明者は、具体的な条件の下で、上記実施形態を実験により検証した。
すなわち、加圧容器３の容積を１ｍ^３とし、チャージ工程終了後の状態ＳＴ_１を、Ｐ_１＝０．５ＭＰａ、Ｔ_１＝８０Ｋとし、加圧工程後の状態ＳＴ_２を、Ｐ_２＝１０ＭＰａ、Ｔ_２＝３００Ｋとした。そこで、状態ＳＴ_２においては、密度は、ρ＝１１７ｋｇ／ｍ^３であることから、液体窒素の量が容積比１４％となるような総充填量が必要となる。言い換えれば、温度８０Ｋでの気液に密度比が１：１３３であることから、重量比においては、液体窒素が９５．７％となる。

故に、まとめると、状態ＳＴ_１（Ｐ_１＝０．５ＭＰａ、Ｔ_１＝８０Ｋ）において、気相部分に関し、気体密度ρ_Ｇ＝６ｋｇ／ｍ^３、気体容積Ｖ_Ｇ＝０．８６ｍ^３、充填量Ｗ_Ｇ＝５．２ｋｇであり、液体部分に関し、液体密度ρ_Ｌ＝８００ｋｇ／ｍ^３、液体容積Ｖ_Ｌ＝０．１４ｍ^３、充填量Ｗ_Ｌ＝１１２ｋｇと逆に規定できる。従って、総充填量Ｗ＝１１７ｋｇ（９３．６Ｎｍ^３）が必要となる。また、このとき、エンタルピＨ_１＝−１２５００ｋＪであり、更に、気相部分の比エンタルピｈ_Ｇ＝７９ｋＪ／ｋｇ、液体部分の比エンタルピｈ_Ｌ＝−１１５ｋＪ／ｋｇである。

内部が状態ＳＴ_１にある加圧容器３に対して、熱量Ｑ＝７５６００ｋＪ（２１ｋＷｈ）の熱量を加える加圧工程を経ると、加圧容器３内は状態ＳＴ_２（Ｐ_２＝１０ＭＰａ、Ｔ_２＝３００Ｋ）の高圧窒素ガスとなる（図５参照）。このとき、エンタルピＨ_２＝６３０６０ｋＪであり、比エンタルピｈ_Ｇ＝５３９ｋＪ／ｋｇである。

次に、上記状態ＳＴ_２にある窒素ガスが、加圧容器３から放出され、膨張機６による膨張工程を経ると、状態ＳＴ_３（Ｐ_３＝１ＭＰａ、Ｔ_３＝１２０Ｋ）のガスとなる（図５参照）。このとき、エンタルピＨ_３＝４２００３ｋＪであり、比エンタルピｈ_Ｇ＝３５９ｋＪ／ｋｇである。一方、このとき、発電機７により６ｋＷｈの電気エネルギーが生成される（図５参照）。なお、膨張の過程でガスが供給されないため、入口圧力は徐々に低下する。

次に、上記状態ＳＴ_３にある窒素ガスに対して、熱交換器８により、熱量Ｑ＝２３１６７ｋＪ（６．４ｋＷｈ）の熱量を加える再加熱工程を経て、送ガス弁９を介した後は、最終的に状態ＳＴ_４の窒素ガス、すなわち、Ｐ_４＝０．５ＭＰａ、Ｔ_４＝３００Ｋ、エンタルピＨ_４＝６５１７０ｋＪの窒素ガスとして供給される。

なお、図５において、右側の迂回経路は、従来の工程であり、通常の蒸発器で熱量Ｑ＝７６７００ｋＪ（２１．４ｋＷｈ）を加えて気化する場合を示している。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態においては、最も単純な例として、１回（１段）の膨張工程を経て窒素ガスを膨張させ、電気エネルギーを収集するようにしたが、膨張比が１０である。しかしながら、一般的には膨張比は３程度が機械装置としては妥当な値であるから、２段以上の膨張工程に分けて行うことが好ましいこととなる。また、膨張が多段になると各段のエンタルピ落差は小さくなるが、途中の再加熱によって受け取るエネルギーが増え、発電量が増すという利点が生ずる。

従って、この実施形態においては、多段の膨張工程を採用した場合を説明する。図６は、本発明の低温液化ガスの冷熱回収方法を実現するための機能構成が組み込まれた低温液化ガス気化装置の第２実施形態の系統構成図である。なお、図１に示した第１実施形態に係る液体窒素気化装置１００Ａと同一構成部については、同符号を付し、説明を省略する。

そこで、図６に示した液体窒素気化装置１００Ｂは、液体窒素気化装置１００Ａとは異なり、３段の膨張工程のための構成を備えている。具体的には、３つの膨張機６ａ〜６ｃと、３つの発電機７ａ〜７ｃと、３つの熱交換器８ａ〜８ｃを備えている。

まず、加圧容器３におけるチャージ工程、加圧工程、および高圧放出工程については、第１実施形態と同様である。

次に、３段の膨張工程と再加熱工程について説明する。
図６を参照して、いずれかの加圧容器３から放出された高圧窒素ガスは、膨張機６ａを経て膨張する（第１膨張工程）。この膨張工程における膨張作用を利用して、膨張機６ａに付随した発電機７ａが、その圧力エネルギーを電気エネルギーに変換して、電気エネルギーＱ_ｅ１として取り出せるようにする。膨張機６ａを介した膨張後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_３（圧力Ｐ_３，温度Ｔ_３）とする。ここで、当然Ｐ_３＜Ｐ_２であるが、ここでの膨張は、等エントロピ膨張であるので、温度も低下する。すなわち、Ｔ_３＜Ｔ_２である。

続いて、熱交換器８ａにより外部熱で加熱する（第１再加熱工程）。この再加熱後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_４（圧力Ｐ_４，温度Ｔ_４）とすると、当該再加熱工程は、等圧工程であるから、Ｐ_４＝Ｐ_３、Ｔ_４＞Ｔ_３となる。

第１再加熱後の窒素ガスを、膨張機６ｂを経て再び膨張させる（第２膨張工程）。この膨張工程における膨張作用を利用して、膨張機６ｂに付随した発電機７ｂが、その圧力エネルギーを電気エネルギーに変換して、電気エネルギーＱ_ｅ２として取り出せるようにする。膨張機６ｂを介した膨張後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_５（圧力Ｐ_５，温度Ｔ_５）とする。ここで、当然Ｐ_５＜Ｐ_４であるが、ここでの膨張は、等エントロピ膨張であるので、温度も低下する。すなわち、Ｔ_５＜Ｔ_４である。

続いて、熱交換器８ｂにより外部熱で加熱する（第２再加熱工程）。この再加熱後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_６（圧力Ｐ_６，温度Ｔ_６）とすると、当該再加熱工程は、等圧工程であるから、Ｐ_６＝Ｐ_５、Ｔ_６＞Ｔ_５となる。

第２再加熱後の窒素ガスを、膨張機６ｃを経て再び膨張させる（第３膨張工程）。この膨張工程における膨張作用を利用して、膨張機６ｃに付随した発電機７ｃが、その圧力エネルギーを電気エネルギーに変換して、電気エネルギーＱ_ｅ３として取り出せるようにする。膨張機６ｃを介した膨張後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_７（圧力Ｐ_７，温度Ｔ_７）とする。ここで、当然Ｐ_７＜Ｐ_６であるが、ここでの膨張は、等エントロピ膨張であるので、温度も低下する。すなわち、Ｔ_７＜Ｔ_６である。

続いて、熱交換器８ｃにより外部熱で加熱する（第３再加熱工程）。この再加熱後の窒素ガスの状態を状態ＳＴ_８（圧力Ｐ_８，温度Ｔ_８）とすると、当該再加熱工程は、等圧工程であるから、Ｐ_８＝Ｐ_７、Ｔ_８＞Ｔ_７となる。

このように第１実施形態と同様、発電のもとになるエネルギーは大気や廃熱などの外部の熱であり、液化ガス（液体窒素）はヒートポンプの媒体となるが、気化した窒素ガスは供給先で消費されるため元の液化ガスに戻る必要はない。つまり一種の外燃機関であり、そのサイクルは、作動流体は元の位置に戻らないオープンサイクルである。

（実施例２）
本発明者は、具体的な条件の下で、上記実施形態を実験により検証した。
図７は、この実施例２に係る具体的なＴ−Ｓ線図を示す図である。また、表２は、各状態ＳＴの具体的数値を示す表である。

表２に示すように、状態ＳＴは、圧力Ｐ_２＝１０ＭＰａ、温度Ｔ_２＝３００Ｋ、エンタルピｈ_２＝５３９ｋＪ／ｋｇである。この状態ＳＴ_２から第１膨張工程を経て状態ＳＴ_３（Ｐ_３＝３ＭＰａ、温度Ｔ_３＝１９５Ｋ、エンタルピｈ_３＝４４０ｋＪ／ｋｇ）に遷移する際に、電気エネルギーＱ_ｅ１＝３．４ｋＷｈが生成される。また、第１再加熱工程において、状態ＳＴ_３に対して外部熱としてＱ_ｈ１＝３．９ｋＷｈの熱量を加えると、状態ＳＴ_４（Ｐ_４＝３ＭＰａ、温度Ｔ_４＝３００Ｋ、エンタルピｈ_４＝５５２ｋＪ／ｋｇ）に遷移する。

また、この状態ＳＴ_４から第２膨張工程を経て状態ＳＴ_５（Ｐ_５＝１ＭＰａ、温度Ｔ_５＝２２５Ｋ、エンタルピｈ_５＝４７５ｋＪ／ｋｇ）に遷移する際に、電気エネルギーＱ_ｅ２＝２．７ｋＷｈが生成される。また、第２再加熱工程において、状態ＳＴ_５に対して外部熱としてＱ_ｈ２＝２．８ｋＷｈの熱量を加えると、状態ＳＴ_６（Ｐ_６＝１ＭＰａ、温度Ｔ_６＝３００Ｋ、エンタルピｈ_６＝５５７ｋＪ／ｋｇ）に遷移する。

更に、この状態ＳＴ_６から第３膨張工程を経て状態ＳＴ_７（Ｐ_７＝０．５ＭＰａ、温度Ｔ_７＝２４６Ｋ、エンタルピｈ_７＝５００ｋＪ／ｋｇ）に遷移する際に、電気エネルギーＱ_ｅ３＝２．０ｋＷｈが生成される。また、第３再加熱工程において、状態ＳＴ_７に対して外部熱としてＱ_ｈ３＝２．０ｋＷｈの熱量を加えると、状態ＳＴ_８（Ｐ_８＝０．５ＭＰａ、温度Ｔ_８＝３００Ｋ、エンタルピｈ_８＝５５８ｋＪ／ｋｇ）に遷移する。

総じて、総電気エネルギーＱ_ｅ＝８．１ｋＷｈであり、外部からの総加熱量Ｑ_ｈ＝８．７ｋＷｈである。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の低温液化ガスの冷熱回収方法を実現するための機能構成が組み込まれた低温液化ガス気化装置の第３実施形態の系統構成図である。なお、図１に示した第１実施形態に係る液体窒素気化装置１００Ａと同一構成部については、同符号を付し、説明を省略する。

図８に示した液体窒素気化装置１００Ｃにおいて、液体窒素気化装置１００Ａと異なる点は、加圧容器を２つの加圧容器３ａおよび３ｂとし、また、これらの加圧容器３ａおよび３ｂの下流に共通に加温容器１２を設けている。また、その加温容器１２の下流に調節弁１３を設けている。

そこで、２つの加圧容器３ａおよび３ｂで、チャージ工程と加圧工程とを交互に繰り返す。すなわち、各加圧容器３について、入口弁４を開状態、出口弁５を閉状態とすることで、チャージ工程が開始される。そして、気相を残して、状態ＳＴ_１（圧力Ｐ_１，温度Ｔ_１）となった段階でチャージ工程を終了する。

次に、入口弁４を閉じて、加圧工程を開始する。すなわち、密閉され所定の状態ＳＴ_１にある加圧容器３に対し、大気などの外部熱を加えることにより、内部の液体窒素を徐々に気化させる。ここで、第１実施形態における液体窒素気化装置１００Ａと異なる点は、液体窒素のすべてを気化させず、一部が残存した状態（所定圧力）で加圧工程を終了する点にある。

次に、出口弁５を開き、昇圧された窒素ガスを加温装置１２に送る。次いで、出口弁５を閉じた後、加温容器１２に外部熱を加えることにより更に圧力を上げる。所定の圧力に達した段階で、調節弁１３を開き、その高圧窒素ガスを膨張機６に送る。その後の膨張工程および再加熱工程については、第１実施形態と同様である。

なお、この実施形態と第２実施形態を組み合わせた実施形態も実現可能である。

＜各実施形態の変形例＞
第１および第２実施形態において、各加圧容器３が高圧放出工程からチャージ工程に戻り、再び液体窒素の充填を行う際に、内部の圧力が低下しておらず、充填が困難な場合がある。同様に、第３実施形態において、加圧工程の後、ガスを放出し、チャージ工程に戻り再び液体窒素の充填を行う際に、内部の圧力が低下しておらず、充填が困難な場合がある。かかる場合、図９に示すように、各加圧容器５の気相部分を貯槽１に回収するための流路とその流路を開放・閉塞するための回収弁１４とを設けることが好適である。

なお、図９においては、１つの加圧容器５にしか回収弁１４は設けられていないが、実際はすべての加圧容器５に対して設けられている。

あるいは、当該問題を解決する別の手段としては、送液ラインに小さな弁を設けてガス溜りが生じないようにすることが考えられる。

なお、上述の各実施形態においては、低温液化ガスとして液体窒素を例に挙げて説明したが、これに限られることはない。

また、上述の第２実施形態においては、複数段の再加熱の例として、３段の再加熱で説明したが、これに限られることはなく、任意の段数を選択できる。

以上のように、本発明の各実施形態によれば、低温の液体窒素を気化させて利用する工程であって、窒素ガスが元の液体窒素に戻ることのないオープンサイクルにおいて、高温ではない、外部の熱を取り入れて効率的に発電を行うことができる。また、大気熱、廃熱、低温度のスチームなど、量は多いが低品位のため有効に利用できなかった低温熱源からエネルギーを取り出すのに向いている。特に、膨張・再加熱工程や膨張機６・熱交換器８を多段とすれば、最適な膨張比（例えば３）で設計できる。また、加圧容器３を並列的に３つ設け、各加圧容器３が、チャージ工程と、加圧工程と、高圧放出工程の３つの工程を、それぞれがずらして巡回的に行うようにすれば、常時連続的に、高圧ガスを膨張機６に供給することができる。

本発明は、液体窒素、液体酸素、液化天然ガス等の液化ガスを利用に際してガス化するための低温液化ガス気化装置に適用可能である。

１００・・・液体窒素気化装置
１・・・貯槽
２・・・出口弁
３・・・加圧容器
３１・・・加熱ジャケット
３２・・・加熱部
４・・・入口弁
５・・・出口弁
６・・・膨張機
７・・・発電機
８・・・熱交換器
９・・・送ガス弁
１０・・・予備蒸発器
１１・・・バイパス弁
１２・・・加温容器
１３・・・調節弁
１４・・・回収弁

Claims

低温液化ガスを気化させて利用する際に、その低温液化ガスから冷熱を回収する方法であって、
前記低温液化ガスに外部熱を与えて、高圧ガスを生成する工程と、
前記高圧ガスを膨張させ、その遷移で生ずるエネルギーを電気エネルギーとして回収する工程と、を備えたことを特徴とする冷熱回収方法。
前記膨張したガスに対して外部熱を再び加えて再加熱する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷熱回収方法。
前記膨張回収工程と前記再加熱工程とを、複数回繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の冷熱回収方法。
各膨張回収工程における前記ガスの膨張比は略３であることを特徴とする請求項３に記載の冷熱回収方法。
低温液化ガスを気化させる低温液化ガス気化装置であって、
前記低温液化ガスが導入されると共に、外部熱が与えられて前記低温液化ガスが高圧ガスとして密閉される加圧容器と、
前記加圧容器から放出された前記高圧ガスを膨張させる膨張機と、
前記膨張機による膨張の過程で生ずるエネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備えたことを特徴とする低温液化ガス気化装置。
前記膨張したガスに対して外部熱を再び加えて再加熱するための熱交換器を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の低温液化ガス気化装置。
前記膨張機、発電機、および熱交換器は、直列的に接続された３つの膨張機、発電機、および熱交換器からそれぞれなることを特徴とする請求項６に記載の低温液化ガス気化装置。
各膨張機における膨張比は略３であることを特徴とする請求項７に記載の低温液化ガス気化装置。
前記加圧容器は、前記低温液化ガスを並列的に導入する３つの加圧容器からなり、各加圧容器は、内部の一部分に前記低温液化ガスを導入する工程と、導入した前記低温液化ガスを加熱して、そのすべてをガス化して高圧化する工程と、前記高圧ガスを放出する工程の３つの工程を、それぞれがずらして巡回的に行うことを特徴とする請求項５に記載の低温液化ガス気化装置。
前記加圧容器は、前記低温液化ガスを並列的に導入する２つの加圧容器からなり、また、その２つの加圧容器の後段に加温容器を更に備え、各加圧容器は、内部の一部分に前記低温液化ガスを導入する工程と、導入した前記低温液化ガスを加熱して、高圧ガスを生成する工程の２つの工程を、それぞれが交互に繰り返し、前記加温容器は、各加圧容器から放出された高圧ガスを導入し、加熱して更に高圧なガスを生成することを特徴とする請求項５に記載の低温液化ガス気化装置。