JP2017190829A - ガス供給設備と冷却設備とを融合したシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】低温液化ガスの気化により発生する冷熱を効率よく回収し、回収した冷熱を冷却対象の冷却に利用することで、省エネルギー及びエネルギーの高効率運用化を可能とするガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムを提供する。【解決手段】ガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムであって、ガス供給設備が、低温液化ガスを気化させたガスを供給するものであり、冷却設備が、冷却部と、低温液化ガスの気化冷熱を回収するガス冷熱回収部と、回収した冷熱を冷却部に供給する冷却用冷熱供給部とを具備し、ガス冷熱回収部は、低温液化ガスと第一のブラインとの間で熱交換を行って低温液化ガスを気化させ、気化冷熱を第一のブラインに回収する第一の熱交換器と、第一のブラインを循環させるガス冷熱輸送ラインと、ガス冷熱輸送ライン上に配設され、第一のブラインから冷却用冷熱供給部に冷熱を伝達する第二の熱交換器を含むシステム。【選択図】 図１
Description
本発明は、ガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムに関する。
従来から、低温液化ガスは様々な用途に利用されている。低温液化ガスとして、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）などは、液状から昇温、昇圧等によってガス化させて、燃料ガスとして発電などに用いられることが多い。その他にも、液体窒素、液体アルゴンなどは、それらのガスの不活性な物性を生かして、保安・パージといった、安全性向上や酸化防止による品質保持用ガスとして、半導体、エレクトロニクスから石油化学、食品、飲料に至るまで幅広い用途に利用されている。
一般的な工場においては、上記のような低温液化ガスは、蒸発器を用いて液体から気化（ガス化）させている（例えば、特許文献１参照）。図２に示すように、一般に、低温液化ガス用の貯蔵タンク１１１には蒸発器１１２が接続されている。この蒸発器１１２は、貯蔵タンク１１１から低温液化ガスを取り出し、低温液化ガスとの間で熱交換を行うことができ、この熱交換によって低温液化ガスを昇温して気化する。そして、このようにして得た気化ガスを生産プロセスで使用する。
しかし、上記のように蒸発器によって低温液化ガスを気化させた際に、低温液化ガスの気化により発生した冷熱は、ほとんど全て大気中に排出されていることが多い。
その一方で、建物内部の空調設備などの冷却設備では、冷凍機等の装置で冷熱を作り出し、その冷熱を冷却に利用している。例えば、図３に示すように、冷凍機１３３でブラインを冷却し、ポンプ１３５によって冷却したブラインをブラインタンク１３４に送る。次に、冷却したブラインをブラインタンク１３４からポンプ１３７によって熱交換器１３２に送る。そして、この熱交換器１３２において、冷却装置１４２側のブラインと熱交換を行うことで、冷熱を冷却装置１４２側のブラインに供給する。このようにして供給された冷熱を使用して空調などを行っている。
このように、従来では、低温液化ガスの気化により生じる冷熱をそのまま大気中に排出する一方で、空調等に利用する冷熱を別途作り出しており、冷熱が非効率的に使用されているという問題が有る。このような問題の原因としては、工場の建物の新築工事にて、低温液化ガスの供給業者と冷却設備の供給業者とが、施工を分離発注されていることにある。即ち、ガス供給設備と冷却設備とを全く別々に独立して配設するため、ガス供給設備からの排冷熱の効率的な利用ができない。また、低温液化ガスの温度があまりにも低温であるため、適切に冷熱を回収することが難しいという問題がある。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、低温液化ガスの気化により発生する冷熱を回収し、回収した冷熱を冷却設備に利用することで、省エネルギー及びエネルギーの高効率利用が可能なガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムであって、前記ガス供給設備が、低温液化ガスを気化し、該気化したガスを供給するものであり、前記冷却設備が、対象物の冷却を行う冷却部と、前記低温液化ガスの気化による冷熱を回収するガス冷熱回収部と、該ガス冷熱回収部が回収した冷熱を前記冷却部に供給する冷却用冷熱供給部とを具備しており、前記冷却部は、前記冷却用冷熱供給部から供給された冷熱により前記対象物の冷却を行うものであり、前記ガス冷熱回収部は、前記低温液化ガスと第一のブラインとの間で熱交換を行うことで前記低温液化ガスを気化させ、該気化による冷熱を前記第一のブラインに回収する第一の熱交換器と、前記第一のブラインを循環させるガス冷熱輸送ラインと、該ガス冷熱輸送ライン上に配設され、前記第一のブラインから前記冷却用冷熱供給部に冷熱を伝達する第二の熱交換器とを含むものであることを特徴とするシステムを提供する。
このようなガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムにより低温液化ガスの気化により発生した冷熱を上記第一のブラインで効率よく回収でき、回収した冷熱を対象物の冷却に利用することができるため、省エネルギー及びエネルギーの高効率利用が可能である。
このとき、前記冷却用冷熱供給部は、第二のブラインを循環させる冷却用冷熱輸送ラインと、該冷却用冷熱輸送ライン上に配設され、前記第二のブラインから前記冷却部に冷熱を供給する第三の熱交換器とを有するものであり、前記第二の熱交換器において、前記第一のブラインから前記第二のブラインに冷熱が伝達され、さらに、前記第三の熱交換器において、前記第二のブラインから前記冷却部に冷熱を供給するものであることが好ましい。
このように、第一のブライン及び第二のブラインを用いて低温液化ガスの気化により生じた冷熱を回収、輸送、供給することで、特に効率よく冷熱を利用できる。
また、前記冷却用冷熱供給部は、更に、前記第二のブラインを冷却する冷凍機を有するものであっても良い。
このように、第二のブラインを第一のブラインから伝達される冷熱に加えて、冷凍機でも第二のブラインを冷却することで、より安定して冷却部に冷熱を供給できる。
また、前記第一のブラインの循環温度が−１００℃〜−６０℃のものであり、前記第二のブラインの循環温度が−４０℃〜０℃のものであることが好ましい。
第一のブラインは低温液化ガスから冷熱を回収するため、上記のような、より低温の循環温度のブラインを用いることで第一のブラインの凝固を防止できる。また、第二のブラインは、第一のブラインより冷熱を伝達され、さらに、冷却部に冷熱を供給するものであるため、上記のような循環温度のブラインを用いることで、第一のブラインからの冷熱による凝固を防止しつつ、冷却部で用いるのに好適な量の冷熱を供給できる。
また、前記第二のブラインが、エチレングリコール、プロピレングリコール、エタノール、メタノール、又は塩化カルシウムを含むものであっても良い。
第二のブラインとしてはこのようなものが好適であり、また、このようなものであれば上記の好適な循環温度とすることもできる。
また、前記第一のブラインが、フッ素系熱媒体、塩素系熱媒体、又はシリコンオイルを含むものであっても良い。
第一のブラインとしてはこれらのようなものが好適であり、また、これらのようなものであれば、極めて低温の低温液化ガスから冷熱を回収する上記の好適な循環温度とすることができる。
また、前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器、及び、前記第三の熱交換器の少なくとも一つが氷蓄熱式の熱交換器であることが好ましい。
本発明において、熱交換器が氷蓄熱式の熱交換器であれば、回収した冷熱を潜熱として蓄熱することができるため、より効率良く冷熱を利用できる。
また、前記低温液化ガスが、液体窒素、液化天然ガス、液体アルゴン、液体酸素、液体水素、及び、液体ヘリウムのいずれかであることが好ましい。
低温液化ガスとしては、これらのようなものを使用できる。
また、前記冷却設備を、空調設備とすることができる。
本発明において、冷却設備は冷熱を利用する空調設備とすることもできる。
本発明のガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムであれば、低温液化ガスの気化により発生する冷熱を効率よく回収し、回収した冷熱を冷却対象物の冷却に利用することで、省エネルギー及びエネルギーの高効率利用ができる。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記のように、液体窒素などの低温液化ガスを気化させる際に得られる冷熱は、有効利用されることなく排出されているという問題があった。そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、熱交換器において、低温液化ガスとブラインの間で熱交換を行うことで低温液化ガスの気化及びブラインによる冷熱の回収を行い、回収した冷熱を冷却設備で利用すれば省エネルギー及びエネルギーの高効率利用ができることを知見し、本発明を完成させた。
以下、図１を参照して本発明について説明を行う。図１に示すように、本発明はガス供給設備２と冷却設備３とを融合したシステム１である。
ガス供給設備２は、低温液化ガスを気化し、気化したガスを供給するための設備であり、ここで製造した気化ガスを種々の生産プロセスで用いることができる。低温液化ガスは、例えば図１の場合、低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンク１１から低温液化ガスの流量を制御する流量制御部１３によりその流量を制御されながら冷却設備３のガス冷熱回収部５にある第一の熱交換器２３に送られ、この第一の熱交換器２３にて気化される。具体的には、低温液化ガスと後述するガス冷熱輸送ライン２１中を流れる第一のブラインとの間で熱交換を行うことで低温液化ガスを気化させる。また、ガス供給設備２は、低温液化ガスを気化させる蒸発器１２を有していても良く、上記の第一の熱交換器２３と共に低温液化ガスを気化させることができる。低温液化ガスの種類は、特に限定されることは無いが、液体窒素、液化天然ガス、液体アルゴン、液体酸素、液体水素、及び、液体ヘリウムのいずれかを用いることができる。
冷却設備３は、例えば工場内などの空調を行う空調設備であって良い。その他にも、冷却設備は、化学工場、食品工場、冷凍倉庫、貯槽タンク、アイススケート場等の一般冷却設備であれば、いずれのものにも適用可能である。
冷却設備３は、対象物の冷却を行う冷却部４と、低温液化ガスの気化による冷熱を回収するガス冷熱回収部５と、ガス冷熱回収部５が回収した冷熱を冷却部４に供給する冷却用冷熱供給部６とを具備している。
図１に示すように、ガス冷熱回収部５は、第一のブラインを循環させるガス冷熱輸送ライン２１を有している。第一のブラインを循環させるには例えばポンプ２２を用いればよい。
ガス冷熱輸送ライン２１上には、上記の第一の熱交換器２３が配設されている。低温液化ガスは、上記のように、図１の場合、低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンク１１から低温液化ガスの流量を制御する流量制御部１３によりその流量を制御されながら第一の熱交換器２３に送られる。
さらに、ガス冷熱輸送ライン２１上には、第一のブラインから冷却用冷熱供給部６に冷熱を伝達する第二の熱交換器２４も配設されている。この第二の熱交換器２４によって、第一のブラインに回収した低温液化ガスの気化冷熱を冷却用冷熱供給部６に輸送することができる。
このとき、第一のブラインの循環温度が−１００℃〜−６０℃であることが好ましい。第一のブラインは低温液化ガスから冷熱を回収するため、−１００℃〜−６０℃の循環温度のブラインを用いることで第一のブラインの凝固を防止できる。
このような第一のブラインとしては、フッ素系熱媒体、塩素系熱媒体、又はシリコンオイルを含むものを用いることができる。フッ素系熱媒体としては、例えばハイドロフルオロエーテルを用いることができる。また、特に限定されることは無いが、より具体的には、３Ｍ社製のＮＯＶＥＣ（登録商標）を第一のブラインとして用いることができる。ハイドロフルオロエーテルを含むブラインは常温でも液体であり、システム１を稼働させていない時、即ち、冷熱が加えられていない常温時にも液体状態を維持できる。そのため、常温で気体となる物質を用いる時のように高圧流体用の配管を用いる必要が無く、コストを下げることができる。また、塩素系熱媒体としては、トリクロロエチレン、メチレンクロライドなどを用いることができる。
また、ガス冷熱回収部５は膨張タンク２５を具備していても良い。この膨張タンク２５は、第一のブラインを貯蔵、第一のブラインをガス冷熱輸送ライン２１に放出、ガス冷熱輸送ライン２１から回収することができる。特に、システム１を稼働せず、第一のブラインが常温となり膨張した場合に、膨張タンク２５が第一のブラインを適切に回収することでガス冷熱輸送ライン２１の内圧を適当な範囲に調整することができる。
また、冷却用冷熱供給部６は、第二のブラインを循環させる冷却用冷熱輸送ライン３１と、該冷却用冷熱輸送ライン３１上に配設され、第二のブラインから冷却部４に冷熱を供給する第三の熱交換器３２を有するものとできる。このような構成の冷却用冷熱供給部６は、第二の熱交換器２４において、第一のブラインから第二のブラインに冷熱が伝達され、さらに、第三の熱交換器３２において、第二のブラインから冷却部４に冷熱を効率よく供給することができる。
また、冷却用冷熱供給部６は、第二のブラインを冷却する冷凍機３３を有するものであっても良い。第二のブラインを第一のブラインから伝達される冷熱に加えて、冷凍機でも冷却することで、より安定して冷却部４に冷熱を供給できる。また、冷却用冷熱供給部６は、第二のブラインを貯蔵するブラインタンク３４を有していても良い。図１のように、ポンプ３５によって、ブラインタンク３４から第二のブラインを冷凍機３３に取り込み、冷凍機３３で冷却した第二のブラインをブラインタンク３４に戻す構成としても良い。
また、冷却用冷熱輸送ライン３１における第二のブラインの循環温度が−４０℃〜０℃であることが好ましい。第二のブラインは、第一のブラインより冷熱を伝達され、さらに、冷却部に冷熱を供給するものであるため、上記のような循環温度のブラインを用いることで、第一のブラインからの冷熱による凝固を防止しつつ、冷却部で用いるのに好適な量の冷熱を供給できる。
第二のブラインは、エチレングリコール、プロピレングリコール、エタノール、メタノール、又は塩化カルシウムを含むものであることが好ましい。第二のブラインとしてはこれらのようなものが好適であり、また、これらのようなものであれば上記の好適な循環温度とすることもできる。また、第二のブラインとして、エチレングリコール、エタノール、メタノール、又は塩化カルシウムを水で希釈して用いることもでき、目的温度に合わせて、これらの濃度を調整できる。第二のブラインは、その冷却対象に合わせて上記のもの以外も適宜使用しても良く、化学工場、食品工場、冷凍倉庫、貯槽タンク、アイススケート場等の冷却設備で用いられている一般的な不凍液を用いることもできる。
また、このような冷却用冷熱輸送ライン３１では、図１に示すように、ポンプ３６、３７によって第二のブラインを循環させれば良い。
また、上記の第一の熱交換器２３、第二の熱交換器２４、及び、第三の熱交換器３２の少なくとも一つが氷蓄熱式の熱交換器であることが好ましい。氷蓄熱式の熱交換器であれば、回収した冷熱を潜熱として蓄熱することができるため、より効率良く低温液化ガスの気化による冷熱を利用できる。
また、冷却部４は、第三の熱交換器３２に接続され、第三のブラインを内部に循環させる冷却ライン４１を有していても良い。このようにして第三の熱交換器３２において、第二のブラインから第三のブラインに冷熱を供給しても良く、これにより第三のブラインに供給した冷熱を冷却装置４２で利用することができる。また、冷却ライン４１中の第三のブラインはポンプ４３で循環させればよい。
以上のような本発明のガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムであれば、低温液化ガスの気化により生じた冷熱を、第一の熱交換器でブラインに回収し、回収した冷熱を効率よく冷却設備に供給して、冷却に利用することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…ガス供給設備と冷却設備とを融合したシステム、
２…ガス供給設備、 ３…冷却設備、
４…冷却部、 ５…ガス冷熱回収部、 ６…冷却用冷熱供給部、
１１…貯蔵タンク、 １２…蒸発器、 １３…流量制御部、
２１…ガス冷熱輸送ライン、 ２２…ポンプ、 ２３…第一の熱交換器、
２４…第二の熱交換器、 ２５…膨張タンク、
３１…冷却用冷熱輸送ライン、 ３２…第三の熱交換器、 ３３…冷凍機、
３４…ブラインタンク、 ３５、３６、３７…ポンプ、
４１…冷却ライン、 ４２…冷却装置、 ４３…ポンプ。
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４１…冷却ライン、 ４２…冷却装置、 ４３…ポンプ。
Claims (9)
- ガス供給設備と冷却設備とを融合したシステムであって、
前記ガス供給設備が、低温液化ガスを気化し、該気化したガスを供給するものであり、
前記冷却設備が、対象物の冷却を行う冷却部と、前記低温液化ガスの気化による冷熱を回収するガス冷熱回収部と、該ガス冷熱回収部が回収した冷熱を前記冷却部に供給する冷却用冷熱供給部とを具備しており、
前記冷却部は、前記冷却用冷熱供給部から供給された冷熱により前記対象物の冷却を行うものであり、
前記ガス冷熱回収部は、前記低温液化ガスと第一のブラインとの間で熱交換を行うことで前記低温液化ガスを気化させ、該気化による冷熱を前記第一のブラインに回収する第一の熱交換器と、前記第一のブラインを循環させるガス冷熱輸送ラインと、該ガス冷熱輸送ライン上に配設され、前記第一のブラインから前記冷却用冷熱供給部に冷熱を伝達する第二の熱交換器とを含むものであることを特徴とするシステム。 - 前記冷却用冷熱供給部は、第二のブラインを循環させる冷却用冷熱輸送ラインと、該冷却用冷熱輸送ライン上に配設され、前記第二のブラインから前記冷却部に冷熱を供給する第三の熱交換器とを有するものであり、
前記第二の熱交換器において、前記第一のブラインから前記第二のブラインに冷熱が伝達され、さらに、前記第三の熱交換器において、前記第二のブラインから前記冷却部に冷熱を供給するものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 前記冷却用冷熱供給部は、更に、前記第二のブラインを冷却する冷凍機を有するものであることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
- 前記第一のブラインの循環温度が−１００℃〜−６０℃のものであり、前記第二のブラインの循環温度が−４０℃〜０℃のものであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のシステム。
- 前記第二のブラインが、エチレングリコール、プロピレングリコール、エタノール、メタノール、又は塩化カルシウムを含むものであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のシステム。
- 前記第一のブラインが、フッ素系熱媒体、塩素系熱媒体、又はシリコンオイルを含むものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシステム。
- 前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器、及び、前記第三の熱交換器の少なくとも一つが氷蓄熱式の熱交換器であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のシステム。
- 前記低温液化ガスが、液体窒素、液化天然ガス、液体アルゴン、液体酸素、液体水素、及び、液体ヘリウムのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のシステム。
- 前記冷却設備が、空調設備であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のシステム。
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