JP2019075881A - Power generation system for floating body structure, power generation method in floating body structure, and piping for power generation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び発電用配管に関し、より詳細には、船舶及び浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備(FPSO)などの浮体構造物で使用される浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び発電用配管に関する。 The present invention relates to a power generation system for a floating structure, a power generation method for a floating structure, and piping for power generation, and more particularly, to a floating structure such as a ship and a floating marine oil and gas production storage and offloading facility (FPSO). BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a power generation system for a floating structure, a power generation method for the floating structure, and piping for power generation.
液化ガス運搬船や浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備等の浮体構造物では、LNG(液化天然ガス)等の液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを備え、液化ガスの液ラインには防熱を施し、外部からの侵入熱により液ラインの中の液化ガスが蒸発しないようにしている。これらの浮体構造物では、非常に低温(LNGでは、約マイナス162℃)の液体を取り扱ったり、エンジンから排出される高温の排気ガス(約200℃〜350℃)を取り扱ったりしている。 Floating structures such as liquefied gas carriers and floating marine oil and gas production storage and delivery facilities are equipped with storage tanks for storing liquefied gas such as LNG (liquefied natural gas), and heat protection is applied to the liquefied gas liquid line. The external heat of intrusion prevents the liquefied gas in the liquid line from evaporating. These floating structures deal with liquids at very low temperatures (about -162 ° C. for LNG) and handle hot exhaust gases (about 200-350 ° C.) discharged from the engine.
一方、エンジンから排出される排気ガスの規制強化に伴って、液化天然ガス、液化石油ガス、液化水素などの排気ガスがクリーンな液化ガスを推進システムの燃料として使用することが考えられている。この液化ガスを推進システムの燃料として使用する船舶、例えば、液化ガス運搬船や液化ガス燃料船では、推進システムが要求する燃料ガスの性状に基づいて、低温の液化ガスを常温まで加熱して燃焼している。この液化ガスの加熱には、強制気化器や加熱器を用い、蒸気、温水、グリコール水などの加熱媒体が利用されている。 On the other hand, it has been considered to use liquefied gas, such as liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, liquefied hydrogen and the like, which is clean, as fuel for the propulsion system, in accordance with tighter regulation of exhaust gas emitted from an engine. In ships using this liquefied gas as a fuel for the propulsion system, for example, a liquefied gas carrier or a liquefied gas fueled ship, low-temperature liquefied gas is heated to a normal temperature and burned based on the properties of the fuel gas required by the propulsion system. ing. For heating the liquefied gas, a heating medium such as steam, hot water or glycol water is used using a forced vaporizer or a heater.
しかしながら、液化ガスを燃料として使用する場合に、強制気化器や加熱器で得られた液化ガスの冷熱は、そのまま有効利用されることなく捨てられている。また、液化ガスを燃焼して得られる高温の排気ガスの熱エネルギーもある程度は回収されるものの、十分に有効利用できているとは言えない。 However, when liquefied gas is used as fuel, the cold heat of the liquefied gas obtained by the forced vaporizer or the heater is discarded without being effectively used as it is. In addition, although the thermal energy of the high temperature exhaust gas obtained by burning the liquefied gas is also recovered to a certain extent, it can not be said that it has been sufficiently used effectively.
また、船舶などの浮体構造物においては、一般的には、大きな装置を新たに配置するスペースを確保するのが難しく、また、重量増加に対しても許容範囲が狭いという問題がある。そのため、容積又は重量が大きいような装置を搭載することは避けたい。そのため、配管を工夫して、液化ガスの冷熱の熱エネルギー、及び、排気ガスの高温の熱エネルギーを利用して、熱電変換素子により電気エネルギーを得ることが考えられる。 In addition, in the floating structure such as a ship, it is generally difficult to secure a space for newly arranging a large device, and there is also a problem that the tolerance is narrow against an increase in weight. Therefore, it is desirable to avoid mounting a device that has a large volume or weight. Therefore, it is conceivable to obtain electric energy from the thermoelectric conversion element by devising the piping and utilizing the thermal energy of cold of the liquefied gas and the thermal energy of high temperature of the exhaust gas.
これに関連して、排ガス流路が形成された管状構造物の内側に嵌め込み自在の外枠部材の内壁面に熱電変換素子を配置した排ガス利用発電装置(例えば、特許文献1参照)や、排気ガスの配管内に突出させた集熱フィンと、熱電モジュールとの間に断熱部材を介在させた熱発電装置(例えば、特許文献2参照)が提案されている。 In relation to this, an exhaust gas utilizing power generation apparatus (see, for example, Patent Document 1) in which a thermoelectric conversion element is disposed on the inner wall surface of the outer frame member which can be fitted inside the tubular structure in which the exhaust gas passage is formed. There has been proposed a thermoelectric generator (see, for example, Patent Document 2) in which a heat insulating member is interposed between a heat collecting fin projecting into a gas pipe and a thermoelectric module.
また、配管の表面に配置され、この配管の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具を介して、配管の表面に熱電発電素子を設けて、この治具により、熱電発電素子を設置する平面を確保すると共に、熱電発電素子への伝熱量を調整して、熱電発電素子の温度を耐熱温度範囲内に保持する配管への熱電発電素子の設置方法(例えば、特許文献3参照)等が提案されている。 In addition, a thermoelectric generation element is provided on the surface of the pipe via a jig which is disposed on the surface of the pipe and which is made of a material having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the pipe, and this jig A method of installing a thermoelectric generation element on a pipe that maintains the temperature of the thermoelectric generation element within the heat resistant temperature range by securing the plane on which the element is installed and adjusting the amount of heat transfer to the thermoelectric generation element (for example, Patent Document 3) Reference etc. are proposed.
さらには、少なくとも外面の一部に熱電変換モジュールを取り付ける平面を有する多面体形状の容器で、熱源流体が流通する配管の外周を取り囲んで、配管を流れる熱源流体からの熱を容器内に充填された熱伝達媒体で、熱電変換モジュールに伝達する熱電発電システム(例えば、特許文献4参照)も提案されている。 Furthermore, a polyhedron-shaped container having a flat surface to which the thermoelectric conversion module is attached to at least a part of the outer surface, the heat source fluid flowing around the piping is filled with heat from the heat source fluid flowing in the container. A thermoelectric power generation system (see, for example, Patent Document 4) that transmits a heat transfer medium to a thermoelectric conversion module has also been proposed.
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船舶などの浮体構造物において、利用できる低温の物質と高温の物質の何れか、又は、両方を利用して、これらを輸送する配管において、ゼーベック効果による温度差を利用して発電する熱電変換素子により発電することで、熱エネルギーから電気エネルギーを得ることができる、浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and the purpose thereof is to utilize a low temperature substance and / or a high temperature substance which can be used in a floating body structure such as a ship. The power generation system for a floating structure and the power generation method in a floating structure, wherein electric energy can be obtained from thermal energy by generating electricity with a thermoelectric conversion element that generates electricity using a temperature difference due to the Seebeck effect in piping that transports And providing a piping for power generation.
上記の目的を達成するための浮体構造物用発電システムは、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体を通過させる配管を配設されている浮体構造物で、前記配管における前記流体と外部との間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電システムであって、前記配管を、前記流体が内部を通過する第1流路と、前記流体と前記外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子とを備えた発電用配管を用いて、前記熱電変換素子により発電するように構成されている。 A power generation system for a floating body structure to achieve the above object is a floating body structure provided with a pipe for passing a fluid for transitioning from a low temperature to a high temperature or from a high temperature to a low temperature, the fluid in the pipe A power generation system in a floating body structure that generates electric power using heat transfer between the fuel cell and the outside, wherein the piping includes a first flow path through which the fluid passes inside, a space between the fluid and the outside The thermoelectric conversion element is configured to generate power using a power generation pipe including a thermoelectric conversion element that generates power using a temperature difference.
この構成によれば、例えば、LNG燃料の気化や、排気ガスの冷却などで、温度変化させる流体の熱エネルギーを利用して、熱電変換素子を備えた発電用配管で発電するので、流体の温度変化に必要な熱エネルギーや温度変化用の熱交換器等の機器類の負担を軽減したり、機器類のサイズダウンや機器類そのものを不要にしたりすることができる。さらに、配管で発電するので、配管を熱電変換素子を備えた発電用配管に変えるだけでよく、機器類は従来技術の機器類をそのまま使用することができ、大きな設計変更も不要になる。 According to this configuration, the temperature of the fluid is generated by using the power generation piping provided with the thermoelectric conversion element, for example, by utilizing the thermal energy of the fluid whose temperature is changed by vaporization of the LNG fuel, cooling of the exhaust gas, etc. It is possible to reduce the load on the devices such as the heat energy required for change and the heat exchanger for temperature change, to reduce the size of the devices, and to make the devices themselves unnecessary. Furthermore, since electricity is generated by piping, it is only necessary to change the piping to a power generation piping equipped with a thermoelectric conversion element, and the devices can use the devices of the prior art as they are.
そして、上記の浮体構造物用発電システムにおいて、液化ガスを気化または加熱する液化ガス配管システムで、前記液化ガスの貯蔵タンクから気化器に至る間に設けられた前記発電用配管の前記第1流路に前記液化ガスを流すとともに、前記第1流路を流れる前記液化ガスの冷熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記液化ガスに熱を供給することで、前記液化ガスの気化または加熱を促進するように構成されると、液化ガスの貯蔵タンクから気化器に至る間に設けられた配管を熱電変換素子を備えた発電用配管に置き替えて構成するだけで、液化ガスの気化を促進できるので、また、大きな熱交換器や熱発電器を新設する必要がなく、従来の液化ガス気化または加熱装置を用いている場合にも簡単に適用できるようになる。また、気化器または加熱器で必要な加熱エネルギーを削減できる。 In the power generation system for floating structure described above, in the liquefied gas piping system for vaporizing or heating the liquefied gas, the first flow of the power generation piping provided between the storage tank for the liquefied gas and the vaporizer. The liquefied gas is vaporized by supplying the heat to the liquefied gas while supplying the liquefied gas to the passage and generating heat by the thermoelectric conversion element using the cold heat of the liquefied gas flowing in the first flow passage. Alternatively, if it is configured to promote heating, the piping provided between the storage tank for the liquefied gas and the vaporizer can be replaced with a piping for power generation equipped with a thermoelectric conversion element. Since the vaporization can be promoted, there is no need to newly install a large heat exchanger or thermoelectric generator, and it can be easily applied to the case where a conventional liquefied gas vaporization or heating device is used. Also, the heating energy required by the vaporizer or heater can be reduced.
また、上記の浮体構造物用発電システムにおいて、前記発電用配管に、内燃機関または外燃機関または燃料電池から排出される排気ガスの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第2流体を流す第2流路を設けるとともに、前記第2流体を前記第2流路に流して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記液化ガスに熱を供給することで、前記液化ガスの気化を促進するように構成されると、排気ガスの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第2流体を流す第2流路である高温熱源配管を設ける必要があるが、熱電変換素子を備えた発電用配管に流すだけで、第2流体の熱を利用して液化ガスの気化をより促進できるので、より効率よく発電することができるようになる。 Further, in the power generation system for a floating structure described above, the piping for power generation is a steam generated by exhaust heat of exhaust gas discharged from an internal combustion engine or an external combustion engine or a fuel cell, or heated hot water or heat medium oil. The liquefied gas is provided by providing a second flow path through which a second fluid flows and supplying heat to the liquefied gas while flowing the second fluid through the second flow path to generate power by the thermoelectric conversion element. Needs to be provided with high-temperature heat source piping that is the second flow path for flowing the second fluid that is the steam generated by the exhaust heat of the exhaust gas or the heated hot water or heat medium oil. However, the vaporization of the liquefied gas can be further promoted by utilizing the heat of the second fluid only by flowing it into the power generation pipe provided with the thermoelectric conversion element, so that more efficient power generation can be achieved.
そして、上記の浮体構造物用発電システムにおいて、排気ガスを大気中に排出する排気ガス配管システムで、内燃機関または外燃機関または燃料電池から排出される排気ガスの発生装置から排気排出口に至る間に設けられた前記発電用配管の前記第1流路に前記排気ガスを流すとともに、前記第1流路を流れる前記排気ガスの熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記排気ガスを冷却するように構成されると、高温の排気ガスを冷却する際に、排気ガスの熱エネルギーを回収して発電することができるので、発電用の燃費を減少することができる。 In the power generation system for floating structure described above, the exhaust gas piping system for exhausting the exhaust gas to the atmosphere, from the generator of exhaust gas discharged from the internal combustion engine or the external combustion engine or the fuel cell to the exhaust discharge port The exhaust gas is allowed to flow through the first flow path of the power generation pipe provided therebetween, and the heat is generated by the thermoelectric conversion element using the heat of the exhaust gas flowing through the first flow path, When configured to cool the gas, since the thermal energy of the exhaust gas can be recovered and generated when the high temperature exhaust gas is cooled, the fuel consumption for power generation can be reduced.
上記の浮体構造物用発電システムにおいて、冷却水を循環させる冷却水配管システムで、前記冷却水の循環経路に設けられた前記発電用配管の前記第1流路にエンジンと補機器の少なくとも一方を冷却した後の前記冷却水を流すとともに、前記第1流路を流れる前記冷却水の熱を使用して前記熱電変換素子により発電しつつ、前記冷却水を冷却するように構成されると、浮体構造物で使用される、エンジン冷却水などの冷却水を冷却する際に、上記の発電用配管で冷却に要する熱量を少なくしつつ発電すると共に、冷却水の熱エネルギーを効率よく回収して発電することができるので、より発電用の燃費を減少することができる。 In the above power generation system for floating structure, in the cooling water piping system for circulating the cooling water, at least one of the engine and the auxiliary equipment is provided in the first flow path of the power generation piping provided in the circulation path of the cooling water. A floating body configured to cool the cooling water while flowing the cooling water after being cooled and generating electric power by the thermoelectric conversion element using the heat of the cooling water flowing through the first flow path. When cooling cooling water such as engine cooling water used in a structure, power is generated while reducing the amount of heat required for cooling with the above-described power generation piping, and thermal energy of the cooling water is efficiently recovered to generate power Since it can be done, the fuel consumption for power generation can be reduced more.
そして、上記の目的を達成するための浮体構造物は、上記の浮体構造物用発電システムを備えて構成される。この構成によれば、上記の効果を発揮できる。 And the floating body structure for achieving said objective is comprised including said electric power generation system for floating body structures. According to this configuration, the above effects can be exhibited.
そして、上記の目的を達成するための浮体構造物における発電方法は、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体を通過させる発電用配管を配設されている浮体構造物で、前記発電用配管における前記流体と外部との間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電方法であって、前記流体を前記発電用配管の内部の第1流路に流し、前記発電用配管に備えた熱電変換素子により、前記流体と外部との間の温度差を利用して発電することを特徴とする方法である。 And the power generation method in the floating body structure for achieving the above-mentioned object is the floating body structure provided with piping for power generation which passes the fluid made to shift from low temperature to high temperature or from high temperature to low temperature. A power generation method for a floating body structure that generates electric power using heat transfer between the fluid and the outside in a power generation pipe, wherein the fluid is allowed to flow through a first flow passage inside the power generation pipe, The method is characterized in that electric power is generated by using a temperature difference between the fluid and the outside by a thermoelectric conversion element provided in a pipe.
この方法によれば、流体として、浮体構造物に存在するLNG等の液化ガスや排気ガスを用いることができ、この場合に、液化ガスの冷熱や排気ガスの熱エネルギーを利用して発電を行うことができる。これにより、液化ガスの強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスの熱エネルギーを回収したりすることができる。 According to this method, it is possible to use, as the fluid, liquefied gas such as LNG present in the floating structure or exhaust gas, and in this case, power generation is performed using cold energy of the liquefied gas or thermal energy of the exhaust gas. be able to. As a result, it is possible to reduce the use of the heat source for forced vaporization of the liquefied gas and recover the thermal energy of the exhaust gas.
上記の目的を達成するための本発明の発電用配管は、浮体構造物に配設され、且つ、前記浮体構造物内で、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体を通過させる発電用配管において、前記流体が内部を通過し、且つ、前記流体との間で熱交換する流体通過面と、前記流体と外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を配設する素子配設面と、前記外部との熱交換を行って前記外部からの受熱量又は前記外部への放熱量を調整する移動熱量調整面とを備えた配管部材で構成されている。 In order to achieve the above object, the power generation pipe of the present invention is disposed in a floating structure, and in the floating structure, a fluid that needs to be transferred from low temperature to high temperature or from high temperature to low temperature In the power generation piping which passes through, the thermoelectric conversion is performed by utilizing the temperature difference between the fluid passing surface through which the fluid passes and heat exchange with the fluid, and the temperature difference between the fluid and the outside A piping member comprising an element disposition surface on which the element is disposed, and a moving heat amount adjusting surface for performing heat exchange with the outside to adjust the amount of heat received from the outside or the amount of heat radiated to the outside There is.
この移動熱量調整面は、配管部材において流体通過面と素子配設面をつなぐ配管部材が外部と接する面であり、配管部材の外部側の表面から、つまり、配管部材の内部空間の面積を含まない全表面から、熱電変換素子が配置される部分(素子配設面)を除外した面である。この移動熱量調整面は、素子配設面に連続する面であっても熱電変換素子が配設されない部分であれば、その面も含んでいる。 The moving heat adjustment surface is a surface in which the piping member connecting the fluid passage surface and the element disposition surface in the piping member is in contact with the outside, and includes the area of the internal space of the piping member from the outer surface of the piping member. It is the surface which excluded the part (element arrangement | positioning arrangement | positioning surface) where the thermoelectric conversion element is arrange | positioned from all the non surface. The moving heat adjustment surface includes the surface which is continuous with the element disposition surface as long as the portion where the thermoelectric conversion element is not disposed.
この構成によれば、外部との熱交換を行って外部からの受熱量又は外部への放熱量を調整する移動熱量調整面を備えているので、外部に面する面積や形状を変更するだけで、流体と熱電変換素子との間での発電用の熱移動量と、熱電変換素子を介さない流体と外部との間での外部への熱移動量を容易に変更及び調整することができる。その結果、熱電変換素子の素子配置面の温度を調整することができる。 According to this configuration, since the moving heat adjustment surface for adjusting the amount of heat received from the outside or the amount of heat released from the outside is provided by exchanging heat with the outside, the area or the shape facing the outside is merely changed. The amount of heat transfer for power generation between the fluid and the thermoelectric conversion element, and the amount of heat transfer to the outside between the fluid not passing through the thermoelectric conversion element and the outside can be easily changed and adjusted. As a result, the temperature of the element disposition surface of the thermoelectric conversion element can be adjusted.
なお、移動熱量調整面の外部に面する面積や形状は、内部を通過する流体の量や外部の温度などの熱移動量の変動が小さいときは、固定した面積や形状とすることができる。その一方で、熱移動量の変動が大きいときは、例えば、形状記憶合金やバイメタル等の温度によって変化する構成を用いて、温度によって、伝熱面積や形状を変化させることで、発電用の熱移動量と外部と熱移動量を調整することができる。 The area or shape facing the outside of the moving heat adjustment surface can be a fixed area or shape when the variation of the heat transfer amount such as the amount of fluid passing through the inside or the temperature outside is small. On the other hand, when the variation in the amount of heat transfer is large, the heat transfer area or the shape is changed by the temperature using, for example, a configuration that changes with the temperature of shape memory alloy, bimetal, etc. The amount of movement and the amount of heat transfer can be adjusted.
また、移動熱量調整面の外部に面する面積(表面積)の増加は、フィンの追加のみならず、この移動熱量調整面に小さな凹凸を設けたり、孔を設けたりすることで容易に行うことができる。 Further, the area (surface area) facing the outside of the moving heat adjustment surface can be easily increased not only by the addition of fins but also by providing small irregularities or holes in the moving heat adjustment surface. it can.
上記の発電用配管において、前記配管部材を、前記流体通過面を持ち筒状に形成された第1配管部材と、前記第1配管部材の外表面の一部または全部を覆い、前記素子配設面と前記移動熱量調整面とを備えた第2配管部材とを有して構成していると、既存の配管を第1配管部材として使用することができるようになるので、この第1配管部材を改めて設計したり製作したりする必要がなくなる。 In the above-described power generation pipe, the pipe member is covered with a first pipe member formed in a cylindrical shape having the fluid passage surface, and a part or all of the outer surface of the first pipe member, Since the existing piping can be used as the first piping member when it is configured to have the second piping member provided with the surface and the moving heat amount adjusting surface, the first piping member There is no need to redesign or manufacture.
上記の発電用配管において、前記第2配管部材を前記第1配管部材よりも熱伝導率が高い材料で形成していると、第1配管部材と第2配管部材との間における熱移動量を大きくすることができ、また、第2配管部材と熱電変換素子との間の発電用の熱移動、及び、第2配管部材と外部との間の温度調整用の熱移動量を大きくでき、発電効率を上昇できると共に、移動熱量調整面の面積を小さくすることができるようになる。 In the above power generation piping, when the second piping member is formed of a material having a thermal conductivity higher than that of the first piping member, the heat transfer amount between the first piping member and the second piping member is It is possible to increase the amount of heat transfer for power generation between the second piping member and the thermoelectric conversion element, and the amount of heat transfer for temperature adjustment between the second piping member and the outside, The efficiency can be increased, and the area of the moving heat adjustment surface can be reduced.
上記の発電用配管において、前記素子配設面における温度を調整するための、前記素子配設面と前記流体通過面との距離を変更する距離変更機構、又は、移動熱量調整面における熱伝導面積を変更する面積変更機構を備えていると、素子配設面に配設された熱電変換素子の温度を比較的容易に耐熱温度範囲内とすることができ、また、発電効率と流体の温度調整もきめ細かく調整することができるようになる。 In the above-described power generation pipe, a distance changing mechanism for changing a distance between the element disposition surface and the fluid passage surface for adjusting a temperature in the element disposition surface, or a heat conduction area in a moving heat amount adjustment surface The temperature of the thermoelectric conversion element disposed on the element disposition surface can be relatively easily set within the heat resistant temperature range, and the power generation efficiency and the temperature adjustment of the fluid are provided. You will also be able to fine tune.
上記の発電用配管において、前記素子配設面に配設された前記熱電変換素子の前記素子配設面とは反対側に船体側伝熱部材を配設すると共に、前記船体側伝熱部材を直接的又は間接的に浮体構造物の船体に取り付けて、前記船体側伝熱部材と前記船体との間で熱交換するように構成していると、浮体構造物の周囲は、通常海水や湖水等の水で囲まれているので、船体の温度の変化が少ない上に、大量の熱の移動を許容できるので、LNGを加熱するための熱の供給や、排気ガスを冷却するための放熱等に利用するのに非常に便利である。 In the above-described power generation piping, a hull side heat transfer member is disposed on the opposite side to the element disposition surface of the thermoelectric conversion element disposed on the element disposition surface, and the hull side heat transfer member is disposed. When attached to the hull of the floating structure directly or indirectly and configured to exchange heat between the heat transfer member on the hull side and the hull, the periphery of the floating structure is usually seawater or lake water. Because it is surrounded by water, etc., there is little change in the temperature of the ship, and a large amount of heat transfer can be tolerated, so supply of heat to heat the LNG, heat release to cool the exhaust gas, etc. It is very convenient to use for
上記の発電用配管において、前記素子配設面に配設された前記熱電変換素子の前記素子配設面とは反対側に外部側伝熱部材を配設すると共に、前記外部側伝熱部材と前記流体とは別の流体である外部側流体との間で熱交換するように構成していると、2つの流体との間での温度差が大きい熱移動を熱電変換素子における発電に利用でき、効率よく発電できるようになる。 In the above-described power generation pipe, an external heat transfer member is disposed on the opposite side to the element disposition surface of the thermoelectric conversion element disposed on the element disposition surface, and the external heat transfer member When heat exchange is performed with the external side fluid which is a fluid different from the fluid, heat transfer with a large temperature difference between the two fluids can be used for power generation in the thermoelectric conversion element Will be able to generate electricity efficiently.
本発明の浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管によれば、従来捨てていたLNG等の液化ガスの冷熱や排気ガスの熱エネルギー等を利用して発電を行うことができる。これにより、LNGの強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスの熱エネルギーを回収したりすることができ、浮体構造物の省エネに貢献することができる。 According to the power generation system for a floating body structure, the power generation method for a floating body structure, and the power generation pipe of the present invention, power generation is performed using cold energy of liquefied gas such as LNG which has conventionally been discarded and thermal energy of exhaust gas. It can be carried out. Thereby, utilization of the heat source for forced vaporization of LNG can be reduced, and thermal energy of exhaust gas can be recovered, which can contribute to energy saving of the floating body structure.
以下、本発明に係る実施の形態の浮体構造物用発電システム、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管について、図面を参照しながら説明する。この浮体構造物用発電システムの適用例として、ここでは、液化ガス配管システム、排気ガス配管システム、冷却水配管システムを例にして説明するが、その他のシステムであってもよい。 Hereinafter, a power generation system for a floating body structure, a power generation method for the floating body structure, and a power generation pipe according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Although a liquefied gas piping system, an exhaust gas piping system, and a cooling water piping system are described as examples of application of the power generation system for a floating body structure, other systems may be used.
また、ここでは、浮体構造物として、液化ガス運搬船を例にして説明する。しかし、本発明はこの液化ガス運搬船に限定されず、それ以外の液化ガス運搬船、液化ガス燃料タンクを備えた船舶、液化ガス燃料タンクを備えた浮体構造物、又は、液化ガス貯蔵設備を有する浮体構造物等の液化ガス貯蔵設備を備えた浮体構造物にも適用可能である。 In addition, here, a liquefied gas carrier will be described as an example of the floating body structure. However, the present invention is not limited to this liquefied gas carrier, and other liquefied gas carriers, vessels equipped with liquefied gas fuel tanks, floating bodies with liquefied gas fuel tanks, or floating bodies with liquefied gas storage facilities It is applicable also to the floating body structure provided with liquefied gas storage facilities, such as a structure.
例えば、具体的な浮体構造物としては、FPSO(Floating Production, Storage and Offloading system;浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備)、FSO(Floating Storage and Offloading system;浮体式海洋石油・ガス貯蔵積出設備)、FSRU(Floating Storage Regasification Unit;浮体式貯蔵ガス化設備)、FSU(Floating Storage Unit;浮体式貯蔵設備)、FLNG(Floating LNG;浮体式液化天然ガス設備)などがある。 For example, specific floating body structures include FPSO (Floating Production, Storage and Offloading System), FSO (Floating Storage and Offloading System), and floating marine oil and gas storage products. Equipment), FSRU (Floating Storage Regasification Unit), FSU (Floating Storage Unit), FLNG (Floating LNG).
図1〜図3に示すように、本発明に係る第1〜第3の実施の形態の浮体構造物用発電システム40、50、60は、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体F(第1の実施の形態では、液化ガス)を通過させる配管10を配設されている浮体構造物で、この配管10における液化ガス(=流体)Fと外部Aとの間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電システムであって、配管10を、液化ガスFが内部を通過する第1流路11aと、液化ガスFと外部Aとの間の温度差を利用して発電する熱電変換素子20とを備えた発電用配管10を用いて、熱電変換素子20により発電するように構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
より具体的には、この図1の浮体構造物用発電システムとしての液化ガス配管システム40は、液化ガスFを気化する液化ガス配管システム40であり、この液化ガス配管システム40において、液化ガスFの貯蔵タンク41から気化器(強制気化器)44に至る間に設けられた発電用配管10に液化ガスFを流すとともに、第1流路11aを流れる液化ガスFの冷熱を使用して熱電変換素子20により発電しつつ、液化ガスFに熱を供給することで、液化ガスFの気化を促進するように構成されている。
More specifically, the liquefied
より具体的には、図1に示すように、LNG等の液化ガスFは貯蔵タンク41からポンプ42により、発電用配管10に送られて、熱電変換素子20により発電する。この発電用配管10で気化熱の一部を得た液化ガスFは、加熱源43からの熱を受けて気化器44で気化され、ガス化されて推進システムのガス消費機器(内燃機関やボイラ、または燃料電池)45で燃焼または発電する。
More specifically, as shown in FIG. 1, the liquefied gas F such as LNG is sent from the
一方、この発電用配管10の熱電変換素子20の発電で得られた電力Eは、バッテリー21に蓄電される。この蓄電された電力Eは、必要に応じて、DC/ACコンバータ22を経由して、船内電力網23に供給される。若しくは、発電した電力Eは直接船内電力網23に供給しても良いし、船内電力網23とは切り離された独立電源供給源として、近くの電力消費機器(機器やセンサなど)に供給しても良い。
On the other hand, the electric power E obtained by the power generation of the
この構成によれば、従来の液化ガス配管システムにおいて、液化ガスFの貯蔵タンク41から気化器44に至る間に設けられた配管を熱電変換素子20を備えた発電用配管10に置き替えて構成するだけで、液化ガスFの気化を促進できるので、また、大きな熱交換器や熱発電器を新設する必要がなく、従来の液化ガス配管システムを用いている場合にも簡単に適用できるようになる。また、気化器44で必要な加熱エネルギーを削減できる。
According to this configuration, in the conventional liquefied gas piping system, the piping provided between the
また、図1に示すように、発電用配管10に、ガス消費機器45で液化ガスFを消費して発生する排気ガスGの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第2流体F2を流す第2流路14を設けるとともに、第2流体F2を第2流路14に流して熱電変換素子20により発電しつつ、液化ガスFに熱を供給することで、液化ガスFの気化を促進するように構成される。この排気ガスGの排熱エネルギーの一部を、高温熱源配管47と排熱エネルギー供給源46とを経由して発電用配管10に送ることで、熱電変換素子20における発電量を多くする。
Further, as shown in FIG. 1, the steam generated by exhaust heat of the exhaust gas G generated by consuming the liquefied gas F by the
つまり、液化ガスFを気化する液化ガス配管システム40において、流体Fとして液化ガスを、外部側流体F2として、液化ガスFを消費して発生する排気ガスGの排熱によって生成した蒸気若しくは加熱された温水若しくは熱媒油である第流体F2をそれぞれ使用して、発電用配管10で熱電変換素子20により発電しつつ、液化ガスFに熱を供給することで、流体Fとしての液化ガスの気化を促進する。
That is, in the liquefied
この構成によれば、高温熱源配管47を設ける必要があるが、配管を上記の浮体構造物用配管10で構成するだけで、液化ガスFの気化を促進できるので、より効率よく発電することができるようになる。また、排気ガスGとしては、LNG以外の燃料を燃やして得られる排気ガスでもよい。さらには、高温側の熱源としては、必ずしも、高温熱源から発生させる排気ガスや蒸気などでなくてもよく、周囲の空気(大気)との熱交換であってもよい。実用的には、この高温側として、周囲の空気を利用する可能性が高い。
According to this configuration, although it is necessary to provide the high temperature
次に、図2に示す、本発明に係る第2の実施の形態の浮体構造物用発電システムとしての排気ガス配管システム50について説明する。この排気ガス配管システム50は、燃焼器(内燃機関または外燃機関または燃料電池など)51から排出される排気ガスG(=流体F)を大気中に排出する排気ガス配管システムであり、この排気ガス配管システム50において、流体Fとして排気ガスGを使用して、発電用配管10で熱電変換素子20により発電しつつ、流体Fとしての排気ガスGを冷却する。また、第2流路14を設ける場合には、排気ガスGを高温側熱源の流体Fとし、低温側熱源の第2流体F2を空気、冷却水(清水、海水)、熱媒油としても良い。また、この低温側熱源として、周囲の空気(大気)を利用してもよい。
Next, an exhaust
この排気ガス配管システム50によれば、高温の排気ガスG(流体F)を冷却する際に、排気ガスGの熱エネルギーを回収して発電することができるので、発電用の燃費を減少することができる。
According to the exhaust
次に、図3に示す、本発明に係る第3の実施の形態の浮体構造物用発電システムとしての冷却水配管システム60について説明する。図3に示すような冷却水配管システム60は、冷却水W(流体F)を循環させる冷却水配管システム60であり、この冷却水配管システム60で、冷却水F(W)の循環経路に設けられた発電用配管10の第1流路11aにエンジン61と補機器の少なくとも一方を冷却した後の冷却水F(W)を流すとともに、この第1流路11aを流れる冷却水F(W)の熱を使用して熱電変換素子20により発電しつつ、冷却水F(W)を冷却するように構成される。
Next, a cooling
図3の構成では、冷却水ポンプ63により冷却水Fをエンジン61に送り、このエンジン61の冷却水Wを清水クーラ62に送っているが、その通路に、発電用配管10を設ける。そして、この構成により、流体Fとしてエンジン冷却水Wを使用して、発電用配管10で熱電変換素子20により発電しつつ、流体Fとしての冷却水Wを冷却するように構成される。なお、参考までに、エンジン61のシリンダ冷却後の冷却水温度は70℃〜90℃程度である。
In the configuration of FIG. 3, the cooling water F is sent to the
この構成によれば、浮体構造物で使用される、エンジン冷却水などの冷却水Wを冷却する際に、上記の発電用配管10で冷却に要する熱量を少なくしつつ発電すると共に、冷却水Wの熱エネルギーを効率よく回収して発電することができるので、より発電用の燃費を減少することができる。
According to this configuration, when cooling the cooling water W, such as engine cooling water, used in the floating body structure, power is generated while reducing the amount of heat required for cooling in the above-described
そして、上記の目的を達成するための浮体構造物は、上記の浮体構造物用発電システムとしての液化ガス気化装置40、又は、排気ガス配管システム50、又は、冷却水配管システム60を備えて、言い換えれば、浮体構造物用発電システム40、50、60のいずれかを備えて構成される。この構成によれば、上記の効果を発揮できる。
And the floating body structure for achieving the above-mentioned purpose is equipped with the liquefied
そして、本発明に係る実施の形態の浮体構造物における発電方法は、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体Fを通過させる発電用配管10を配設されている浮体構造物で、発電用配管10における流体Fと外部Aとの間の熱移動を利用して発電する浮体構造物における発電方法であり、この発電方法において、流体Fを内部の第1流路11aに流し、発電用配管10に備えた熱電変換素子20により、流体Fと外部Aとの間の温度差を利用して発電する方法である。
And the power generation method in the floating body structure of the embodiment according to the present invention is a floating body provided with the power generation piping 10 for passing the fluid F which needs to be shifted from low temperature to high temperature or from high temperature to low temperature. A power generation method for a floating body structure that generates power using heat transfer between the fluid F and the outside A in the power generation piping 10 in the structure, and in this power generation method, the fluid F is contained in the
この方法によれば、流体Fとして、浮体構造物に存在するLNG等の液化ガスLや排気ガスGを用いることができ、この場合に、液化ガスLの冷熱や排気ガスGの熱エネルギーを利用して発電を行うことができる。これにより、液化ガスLの強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスGの熱エネルギーを回収したりすることができる
次に、上記の浮体構造物用発電システム40、50、60、及び、浮体構造物における発電方法で使用する発電用配管について説明する。
According to this method, the liquefied gas L such as LNG or the exhaust gas G present in the floating structure can be used as the fluid F. In this case, the cold energy of the liquefied gas L or the thermal energy of the exhaust gas G is used Can generate electricity. As a result, the utilization of the heat source for forced vaporization of the liquefied gas L can be reduced, and the thermal energy of the exhaust gas G can be recovered. Next, the above-described
図4〜図9に示すように、本発明に係る第1の実施の形態の発電用配管10は、上記の浮体構造物用発電システム40、50、60で使用する配管であり、浮体構造物(図示しない)に配設され、且つ、この浮体構造物内で、低温から高温に移行させる必要のある流体F、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体Fを通過させる発電用配管である。この発電用配管10は、金属などの比較的熱伝導率が高い材料で形成された配管部材11で構成されている。
As shown in FIGS. 4 to 9, the power generation piping 10 of the first embodiment according to the present invention is a piping used in the
この配管部材11では、流体Fが内部(第1流路11a内)を通過し、且つ、流体Fとの間で熱交換する流体通過面11aaと、流体Fと外部Aとの間の温度差を利用して発電する熱電変換素子20を配設する素子配設面11bと、外部Aとの熱交換を行って外部Aからの受熱量Qi又は外部Aへの放熱量Qoを調整する移動熱量調整面11cとを備えて構成される。
In the piping
この熱電変換素子20は、熱と電力を変換する 熱電素子" 熱電素子の一種であり、二種類の異なる金属または半導体を接合して、図15に示すように、熱電変換素子20の両端20a、20bに温度差ΔTを生じさせるとゼーベック効果" ゼーベック効果により、配線20cの間に起電力Eが生じるので、この起電力Eを利用して発電することができる。この温度差ΔTと出力Eとの関係を図16に示す。温度差ΔTが大きくなると急激に出力Eが増加することが分かる。なお、熱電変換素子材料としては、ビスマス・テルル系(Bi−Te系)、 鉛・テルル系(Pb−Te系)、 シリコン・ゲルマニウム系(Si−Ge系)等が使用されている。
The
この移動熱量調整面11cは、配管部材11において第1流路11aの流体通過面11aaと素子配設面11bをつなぐ配管部材が外部Aと接する面であり、配管部材11の外部側の表面から、つまり、配管部材11の内部空間の面積を含まない全表面から、熱電変換素子20が配置される部分である素子配設面11bを除外した面である。
The moving
この移動熱量調整面11cは、素子配設面11bが配置される面で、熱電変換素子20が配設されない部分であれば、その面も含んでいる。例えば、配管部材11を円筒形状とし、この円筒の表面を素子配設面11bとして熱電変換素子20を配設したときの、熱電変換素子20が配設されていない円筒の表面も移動熱量調整面11cとなる。
The moving
また、この構成では、LNG等の液化ガスL等の流体Fを気化させて使用するような場合は、配管部材11の内部(第1流路11a)を通過する流体(第1流体)Fは低温から高温に移行させる必要のある流体Fとなり、熱電変換素子20は配管部材11の素子配設面11bが低温側となり、配管部材11と反対側の外部Aなどが高温側となる。
Further, in this configuration, in the case where the fluid F such as liquefied gas L such as LNG is vaporized and used, the fluid (first fluid) F passing through the inside (
そして、この熱電変換素子20が低温になり過ぎないように、移動熱量調整面11cで、外部Aとの熱交換を行って外部Aからの受熱量Qiを受けて配管部材11における素子配設面11bの温度調整を行い、熱電変換素子20を保護するとともに、素子配設面11bへの発電用の熱移動量Qgを調整して、流体Fの冷熱を利用して発電する。
Then, in order to prevent the temperature of the
一方、LNG等の液化ガスL等の燃焼後の排気ガスG等の流体Fを冷却する際のような場合は、配管部材11の内部(第1流路11a)を通過する流体(第1流体)Fは高温から低温に移行させる必要のある流体Fとなり、熱電変換素子20は配管部材11の素子配設面11bが高温側となり、配管部材11と反対側の外部Aなどが低温側となる。
On the other hand, in the case of cooling the fluid F such as the exhaust gas G after combustion such as liquefied gas L such as LNG, the fluid (first fluid) passing through the inside (
そして、この熱電変換素子20が高温になり過ぎないように、移動熱量調整面11cで、外部Aとの熱交換を行って外部Aへの放熱量Qoを放出し配管部材11における素子配設面11bの温度調整を行い、熱電変換素子20を保護するとともに、素子配設面11bへの発電用の熱移動量Qgを調整する。
Then, heat exchange with the outside A is performed on the moving
そして、素子配設面11bにおける温度を調整するための、素子配設面11bと流体通過面11aaとの距離を変更する距離変更機構、又は、移動熱量調整面11cにおける熱伝導面積を変更する面積変更機構を備えて構成されることが好ましい。
Then, a distance changing mechanism for changing the distance between the
通常は、この素子配設面11bにおける温度の範囲はマイナス40℃〜プラス150℃の範囲内にすることが好ましい。流体Fの温度がマイナス40℃〜プラス150℃の範囲内にある場合には、熱電変換素子20への発電用の熱移動量Qgが大きくなるように、素子配設面11bを第1流路11aに接近させて設けることが好ましい。
Normally, it is preferable that the temperature range on the
また、一方で、流体Fの熱を放熱させるためには、移動熱量調整面11cを放熱面として利用することが好ましい。また、流体Fの温度がマイナス40℃〜プラス150℃の範囲外にある場合には、素子配設面11bの温度がこの範囲内に入るように、かつ、熱電変換素子20への発電用の熱移動量Qgが大きくなるように、移動熱量調整面11cを設けることが好ましい。
On the other hand, in order to dissipate the heat of the fluid F, it is preferable to use the moving
そのため、移動熱量調整面11cの距離と面積を調整して、素子配設面11bにおける温度を調整することが容易にできるようにすることが好ましい。これにより、素子配設面11bに配設された熱電変換素子20の温度を容易に耐熱温度範囲内とすることができるようになる。また、発電効率と流体Fの温度調整もきめ細かく調整することができるようになる。
Therefore, it is preferable to adjust the distance and the area of the moving
この距離変更機構の効果としては、例えば、図11に示すように、素子配設面11bと流体通過面11aaとの間の距離Laを変更することにより、距離Laを調整して素子配設面11bの温度及びこの素子配設面11bに配置される熱電変換素子20の温度を調整することができる。
As an effect of the distance changing mechanism, for example, as shown in FIG. 11, the distance La is adjusted by changing the distance La between the
また、この距離変更機構の構成としては、例えば、図12に示すように、配管部材11の流体通過面11aaと素子配設面11bの間を積層構造にして、積層部材11sを積み重ねることにより、容易に流体通過面11aaと素子配設面11bの間の距離Laを変更でき、積層部材11sの側面11csが移動熱量調整面11cの一部となるので、容易に距離Laと移動熱量調整面11cの面積Saを変更することができる。
In addition, as the configuration of the distance changing mechanism, for example, as shown in FIG. 12, the space between the fluid passage surface 11aa of the piping
また、面積変更機構の効果としては、例えば、図13に示すように、移動熱量調整面11cの面積Saを変更することにより、この面積Saを移動熱量調整面11cからの放熱量(又は受熱量)を調整して素子配設面11bの温度及びこの素子配設面11bに配置される熱電変換素子20の温度を調整することができる。
Further, as an effect of the area changing mechanism, for example, as shown in FIG. 13, the heat release amount from the moving
この面積変更機構の構成としては、例えば、図13に示すように、放熱フィン又は受熱フィン等のフィン11caを差し込み構造などで簡単に取り付けることができる構造にしておくことで、差し込むフィン11caの数を調整することで、容易に移動熱量調整面11cの面積Saを変更することができる。
As the configuration of this area changing mechanism, for example, as shown in FIG. 13, the number of
そして、この流体通過面11aaの断面形状を、円形とすると工作性が良いが、長円形状、楕円形状や三角形、四角形、多角形などに形成することで、内部を通過する流体Fと配管部材11との接触面積(流体通過面11aaの表面積)を大きくすることができ、流体Fと配管部材11との間の熱交換量Qtを大きくすることができる。そのため、流体通過面11aaの断面形状を、円の外周長さよりも外周長さが大きい断面形状に形成して構成することが好ましい。
When the cross-sectional shape of the fluid passage surface 11aa is circular, the workability is good. However, the fluid F passing through the inside and the piping member are formed by forming an oval shape, an elliptical shape, a triangle, a quadrangle, a polygon or the like. The contact area (surface area of fluid passage surface 11aa) with 11 can be increased, and the heat exchange amount Qt between the fluid F and the piping
また、この流体通過面11aaの断面形状を、図14に示すように(a)円形状から(b)半円形状に変化させることにより、流体通過面11aaと素子配設面11bの間の平均距離を変更でき、発電用の熱移動量Qgを容易に変えることができる。
Further, by changing the cross-sectional shape of the fluid passage surface 11aa from (a) circular shape to (b) semicircular shape as shown in FIG. 14, an average between the fluid passage surface 11aa and the
また、素子配設面11bは、通常平板上に形成されている熱電変換素子20を配設するための面であり、熱電変換素子20の形状に合わせて、図4及び図6に示すように、通常は平面形状に形成される。しかし、熱電変換素子20の形状次第であり、この平面に限定されるものではない。
The
また、図6に示すように、素子配設面11bの上に載置された熱電変換素子20の上側に、もしくは、図7に示すように、凹部に挿入された熱電変換素子20の上側に熱伝導率の高いカバー部材(外部側伝熱部材)30を設けて、熱電変換素子20の表面を保護するとともに、カバー部材30を通じて外部Aとの熱伝達を効率よく行えるようにする。つまり、素子配設面11bに配設された熱電変換素子20の素子配設面11bとは反対側にカバー部材30を配設する。また、素子配設面11bの横の移動熱量調整面11cとカバー部材30の間に断熱部材13を設けて、この部分の移動熱量調整面11cとカバー部材30との間の熱移動量Qcを少なくする。
Further, as shown in FIG. 6, on the upper side of the
なお、図示しないが、このカバー部材30に受熱用フィン若しくは放熱用フィンのフィン部材を設けたり、カバー部材30の外側(熱電変換素子20とは反対側)に凹凸を設けて表面積を大きくしたりすることで、熱電変換素子20の素子配設面11bとは反対側の温度(外側温度)を外部Aの温度に近づけて、熱電変換素子20の発電効率を大きくすることができる。
Although not shown, the
更に、上記のカバー部材30を直接的又は間接的に浮体構造物の船体に取り付けて、前記船体側伝熱部材と前記船体との間で熱交換するように構成する。つまり、浮体構造物用配管10において、素子配設面11bに配設された熱電変換素子20の素子配設面11bとは反対側にカバー部材(船体側伝熱部材)30を配設すると共に、このカバー部材30を直接的又は間接的に浮体構造物の船体に取り付けて、このカバー部材30と船体との間で熱交換するように構成する。
Furthermore, the above-mentioned
この構成とすることで、浮体構造物の周囲は、通常海水や湖水等の水で囲まれているので、船体の温度の変化が少ない上に、大量の熱の移動を許容できるので、LNGを加熱するための熱の供給や、排気ガスを冷却するための放熱等に利用するのに非常に便利な構成となる。 With this configuration, the floating body structure is usually surrounded by water such as sea water or lake water, so that there is little change in the temperature of the ship, and a large amount of heat transfer can be accepted. The configuration is very convenient for use in supplying heat for heating and for radiating heat for cooling exhaust gas.
また、素子配設面11bに配設された熱電変換素子20の素子配設面11bとは反対側にカバー部材(外部側伝熱部材)30を配設すると共に、このカバー部材30と、流体Fとは別の流体である外部側流体F2との間で熱交換するように構成すると、流体Fと外部側流体F2との間での温度差が大きい場合には、この大きな温度差を利用して熱電変換素子20における発電に利用でき、効率よく発電できるようになる。例えば、図8及び図9に示すように、カバー部材30A、30Bに、外部側流体F2の通路31を設けて、この通路31を通過する外部側流体F2とカバー部材30A、30Bとの間で熱交換する。
Further, a cover member (external heat transfer member) 30 is disposed on the opposite side to the
この発電用配管10では、移動熱量調整面11cの外部Aに面する面積や形状を変更することで、流体Fと熱電変換素子20との間での発電用の熱移動量Qgと、熱電変換素子20を介さない流体Fと外部Aとの間での外部Aへの熱移動量Qoを容易に変更及び調整することができる。その結果、熱電変換素子20の素子設置面11bの温度を調整し、熱電変換素子20の耐熱温度範囲内とする。
In the power generation piping 10, the heat transfer amount Qg for power generation between the fluid F and the
なお、移動熱量調整面11cの外部Aに面する面積や形状は、内部を通過する流体Fの量や外部Aの温度などの熱移動量Qg、Qo、Qiの変動が小さいときは、固定した面積や形状とすることができる。その一方で、熱移動量Qg、Qo、Qiの変動が大きいときは、例えば、形状記憶合金やバイメタル等の温度によって変化する構成を用いて、温度によって、伝熱面積や形状を変化させることで、発電用の熱移動量Qgと外部との間の熱移動量Qo、Qiを調整することができる。
The area and shape of the moving
より具体的には、バイメタルの温度が予め設定温度以上になるか、もしくは、予め設定した温度以下になると曲がって、他の伝熱面に接触したり、離間したりして、全体としての伝熱面積を変化したり、バイメタルを一部に備えた構成された2つの伝熱面自体が、開いたり、閉じたりすることで、全体としての伝熱量を変化させたりするなどである。 More specifically, when the temperature of the bimetal becomes higher than or equal to the preset temperature, it bends and contacts or separates from the other heat transfer surface, resulting in an overall transfer of heat. For example, the heat transfer amount as a whole is changed by changing the thermal area or opening and closing the two heat transfer surfaces which are partially provided with the bimetal.
また、移動熱量調整面11cの外部に面する面積(表面積)の増加は、フィンの追加のみならず、この移動熱量調整面11cに小さな凹凸を設けたり、孔を設けたりすることで容易に行うことができる。
Further, the area (surface area) facing the outside of the moving
次に、図10に示すような、本発明に係る第2の実施の形態の発電用配管10Aについて説明する。この発電用配管10Aでは、配管部材12を、流体通過面11aaを持ち筒状に形成された第1配管部材121と、第1配管部材121の外表面の一部または全部を覆い、素子配設面11bと移動熱量調整面11cとを備えた第2配管部材122とを有して構成している。これ以外は、第1の実施の形態の発電用配管10と同じである。従って、図4〜図9に示すような第1の実施の形態の発電用配管10に対しても、配管部材11を、配管部材12と置き換えることができ、同様な効果を発揮できる。
Next, a
この構成の発電用配管10Aでは、既存の配管を第1配管部材121として使用することができるようになるので、この第1配管部材121を改めて設計したり製作したりする必要がなくなる。 In the power generation piping 10A of this configuration, the existing piping can be used as the first piping member 121. Therefore, it is not necessary to design and manufacture the first piping member 121 again.
そして、この発電用配管10Aにおいて、第2配管部材122を第1配管部材121よりも熱伝導率が高い材料で形成していると、第1配管部材121と第2配管部材122との間における熱移動量Qaを大きくすることができ、また、第2配管部材122と熱電変換素子20との間の発電用の熱移動量Qg、及び、第2配管部材122と外部Aとの間の温度調整用の熱移動量Qo、Qiを大きくでき、発電効率を上昇できると共に、移動熱量調整面11cの面積を小さくすることができるようになる。
When the
上記の構成の浮体構造物用発電システム40、50、60、浮体構造物における発電方法、及び、発電用配管10、10Aによれば、従来捨てていたLNG等の液化ガスLの冷熱や排気ガスGのエネルギーを利用して発電を行うことができる。これにより、強制気化用の熱源の利用を減らしたり、排気ガスGの熱エネルギーを回収したりすることができ、船舶の省エネに貢献することができる。
According to the
また、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる流体Fを使用するが、特に、低温から高温に、又は、高温から低温に移行させる必要のある流体Fを使用する場合には、この温度移行に必要な熱エネルギーを少なくしたり、温度移行に必要な機器類の規模を小さくしたり、不要にしたりすることができる。 Also, fluid F is used to shift from low temperature to high temperature, or from high temperature to low temperature, but particularly when using fluid F that needs to be transferred from low temperature to high temperature, or from high temperature to low temperature. The thermal energy required for the temperature transition can be reduced, and the size of the equipment required for the temperature transition can be reduced or eliminated.
10、10A 発電用配管
11、12 配管部材
11a 第1流路
11aa 流体通過面
11b 素子配設面
11c 移動熱量調整面
121 第1配管部材
122 第2配管部材
13 断熱部材
14 第2流路
20 熱電変換素子
20a、20b 熱電変換素子の端面
20c 配線
21 バッテリー
22 DC/ACコンバータ
23 船内電力網
30、30A、30B カバー部材(外部側伝熱部材)
31 外部側流体の通路
40 液化ガス配管システム(浮体構造物用発電システム)
41 貯蔵タンク
42 ポンプ
43 加熱源
44 強制気化器
45 ガス消費機器
46 排熱エネルギー供給源
47 高温熱源配管
50 排気ガス配管システム(浮体構造物用発電システム)
51 燃焼器
60 冷却水配管システム(浮体構造物用発電システム)
61 エンジン
62 清水クーラ
63 冷却水ポンプ
A 外部
F 流体
F2 外部側流体
L 液化ガス
G 排気ガス
W エンジン冷却水
10, 10A Power generation piping 11, 12
31
41
51
61
Claims (13)
前記配管を、前記流体が内部を通過する第1流路と、前記流体と前記外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子とを備えた発電用配管を用いて、前記熱電変換素子により発電することを特徴とする浮体構造物用発電システム。 A floating body structure provided with a pipe through which a fluid for transitioning from a low temperature to a high temperature or from a high temperature to a low temperature passes, wherein the floating body structure generates power using heat transfer between the fluid and the outside in the pipe Power generation system in
The thermoelectric generator is provided with a power generation pipe including a first flow path through which the fluid passes inside, and a thermoelectric conversion element that generates power using a temperature difference between the fluid and the outside. A power generation system for a floating structure, characterized by generating power by a conversion element.
前記流体を前記発電用配管の内部の第1流路に流し、前記発電用配管に備えた熱電変換素子により、前記流体と外部との間の温度差を利用して発電することを特徴とする浮体構造物における発電方法。 A floating body structure provided with a power generation pipe for passing a fluid for transitioning from low temperature to high temperature or from high temperature to low temperature, utilizing heat transfer between the fluid in the power generation pipe and the outside A power generation method for a floating body structure that generates power,
The fluid is caused to flow in a first flow passage inside the power generation pipe, and a thermoelectric conversion element provided in the power generation pipe is used to generate power using a temperature difference between the fluid and the outside. Power generation method in a floating structure.
前記流体が内部を通過し、且つ、前記流体との間で熱交換する流体通過面と、
前記流体と外部との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を配設する素子配設面と、
前記外部との熱交換を行って前記外部からの受熱量又は前記外部への放熱量を調整する移動熱量調整面とを備えた配管部材で構成していることを特徴とする発電用配管。 In a power generation pipe disposed in a floating body structure and passing a fluid that needs to be transferred from low temperature to high temperature or from high temperature to low temperature in the floating body structure,
A fluid passage surface through which the fluid passes and which exchanges heat with the fluid;
An element disposition surface on which a thermoelectric conversion element that generates electric power using a temperature difference between the fluid and the outside is provided;
A piping for power generation characterized by comprising a piping member provided with a heat transfer amount adjusting surface for performing heat exchange with the outside to adjust the amount of heat received from the outside or the amount of heat released to the outside.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020147221A (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-17 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | Floating facility and manufacturing method of floating facility |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999058820A1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Yyl Corporation | Power generator |
JP2005072080A (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | Chubu Electric Power Co Inc | Power generator utilizing evaporation heat of lng |
JP2006345609A (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | North Techno Research Kk | Thermal power generator and vaporizer mounting that generator |
DE102008006705A1 (en) * | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Robert Bosch Gmbh | Power supply means |
JP2014195378A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Yanmar Co Ltd | Thermoelectric generator and marine vessel with the same |
JP2015005615A (en) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | 高砂熱学工業株式会社 | Method of installing thermoelectric power generation element in piping, and thermoelectric power generation device |
US20150013738A1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | Pyro-E, Llc | Thermoelectric energy conversion using periodic thermal cycles |
JP2016008042A (en) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 潮冷熱株式会社 | Binary power generation system for lng ship |
KR20160112609A (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-28 | 삼성중공업 주식회사 | Floating structure |
JP2016200087A (en) * | 2015-04-13 | 2016-12-01 | マツダ株式会社 | Regeneration system for vehicle |
WO2017030221A1 (en) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 삼성중공업 주식회사 | Thermoelectric power generating module, and thermoelectric power generating device, anti-freezing vaporizer, and vaporized fuel gas liquefaction process device including same |
-
2017
- 2017-10-16 JP JP2017200152A patent/JP2019075881A/en active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999058820A1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Yyl Corporation | Power generator |
JP2005072080A (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | Chubu Electric Power Co Inc | Power generator utilizing evaporation heat of lng |
JP2006345609A (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | North Techno Research Kk | Thermal power generator and vaporizer mounting that generator |
DE102008006705A1 (en) * | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Robert Bosch Gmbh | Power supply means |
JP2014195378A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Yanmar Co Ltd | Thermoelectric generator and marine vessel with the same |
JP2015005615A (en) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | 高砂熱学工業株式会社 | Method of installing thermoelectric power generation element in piping, and thermoelectric power generation device |
US20150013738A1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | Pyro-E, Llc | Thermoelectric energy conversion using periodic thermal cycles |
JP2016008042A (en) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 潮冷熱株式会社 | Binary power generation system for lng ship |
KR20160112609A (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-28 | 삼성중공업 주식회사 | Floating structure |
JP2016200087A (en) * | 2015-04-13 | 2016-12-01 | マツダ株式会社 | Regeneration system for vehicle |
WO2017030221A1 (en) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 삼성중공업 주식회사 | Thermoelectric power generating module, and thermoelectric power generating device, anti-freezing vaporizer, and vaporized fuel gas liquefaction process device including same |
JP2018535628A (en) * | 2015-08-20 | 2018-11-29 | サムスン ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド | Thermoelectric power generation module, thermoelectric power generation apparatus including the same, icing prevention vaporization apparatus, and vaporized fuel gas liquefaction process apparatus |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020147221A (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-17 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | Floating facility and manufacturing method of floating facility |
WO2020189536A1 (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-24 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | Floating type equipment and method for manufacturing floating type equipment |
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