JP2019210976A - Gas supply unit and mixed combustion power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス供給ユニット及びこれを備えた混焼発電装置に関する。 The present invention relates to a gas supply unit and a mixed combustion power generation apparatus including the gas supply unit.
従来、特許文献1に開示されるように、液化天然ガス(LNG;Liquefied Natural Gas)を気化し、発生した天然ガス(NG;Natural Gas)を所定の需要先に供給するガス供給ユニットが知られている。このガス供給ユニットは、例えば火力発電プロセスなどにおいて、天然ガスを燃料として燃焼器に供給するために用いられる。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, a gas supply unit that vaporizes liquefied natural gas (LNG) and supplies the generated natural gas (NG) to a predetermined demand destination is known. ing. This gas supply unit is used to supply natural gas as a fuel to a combustor, for example, in a thermal power generation process.
特許文献1には、LNG貯槽から流出したLNGをポンプにより気化器に送り出し、当該気化器で発生させたNGを需要先に供給する処理システムが開示されている。この処理システムは、LNG貯槽内でLNGが蒸発して発生するボイルオフガス(BOG;Boil Off Gas)を液体窒素との熱交換により液化させ、液化後のBOG(LNG)をLNG貯槽に戻すように構成されている。また特許文献2においても、液化ガス貯蔵タンク内で発生するBOGを液体窒素との熱交換により液化して当該タンクに戻すガス再液化装置が開示されている。
Patent Document 1 discloses a processing system in which LNG flowing out from an LNG storage tank is sent to a vaporizer by a pump, and NG generated by the vaporizer is supplied to a demand destination. In this processing system, boil-off gas (BOG) generated by evaporation of LNG in the LNG storage tank is liquefied by heat exchange with liquid nitrogen, and the liquefied BOG (LNG) is returned to the LNG storage tank. It is configured.
特許文献1,2は、LNG貯槽や液化ガス貯蔵タンク内で発生したボイルオフガスを液体窒素の冷熱を利用して液化し、これをLNG貯槽や液化ガス貯蔵タンクに戻すものであるが、その液化効率の面で改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、LNGのボイルオフガスを効率的に液化することが可能なガス供給ユニット及びこれを備えた混焼発電装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas supply unit capable of efficiently liquefying LNG boil-off gas and a co-fired power generation apparatus including the gas supply unit. .
本発明の一局面に係るガス供給ユニットは、液化天然ガスを貯蔵するLNGタンクと、前記LNGタンクから流出した液化天然ガスが流れるLNG経路と、前記LNG経路に配置され、前記LNG経路から流入する液化天然ガスを気化するLNG気化器と、液体水素(「LH2」とも称する)を貯蔵するLH2タンクと、前記LH2タンクから流出した液体水素が流れるLH2経路と、前記LH2経路に配置され、前記LH2経路から流入する液体水素を気化するLH2気化器と、前記LNGタンク及び前記LNG経路の少なくとも一方において液化天然ガスが蒸発することにより発生するボイルオフガスが流入するBOG経路と、前記BOG経路及び前記LH2経路に接続され、前記LH2経路から流入する液体水素と前記BOG経路から流入するボイルオフガスとの熱交換により前記ボイルオフガスを冷却して液化する液化器と、前記液化器に接続され、前記液化器で液化したボイルオフガスを前記LNGタンクに戻す戻し経路と、を備えている。 A gas supply unit according to an aspect of the present invention includes an LNG tank that stores liquefied natural gas, an LNG path through which the liquefied natural gas that has flowed out of the LNG tank flows, the LNG path, and an inflow from the LNG path An LNG vaporizer that vaporizes liquefied natural gas, an LH2 tank that stores liquid hydrogen (also referred to as “LH2”), an LH2 path through which liquid hydrogen that has flowed out of the LH2 tank flows, and the LH2 path, the LH2 An LH2 vaporizer that vaporizes liquid hydrogen flowing in from the path, a BOG path into which boil-off gas generated by evaporation of liquefied natural gas in at least one of the LNG tank and the LNG path, and the BOG path and the LH2 Connected to the path, from the liquid hydrogen flowing in from the LH2 path and the BOG path A liquefier that cools and liquefies the boil-off gas by heat exchange with the boil-off gas that enters, and a return path that is connected to the liquefier and returns the boil-off gas liquefied by the liquefier to the LNG tank. Yes.
このガス供給ユニットでは、LNGタンクから流出した液化天然ガスをLNG気化器で気化すると共に、LH2タンクから流出した液体水素をLH2気化器で気化し、天然ガス及び水素ガスを所定の需要先に供給することができる。ここで、LNGのボイルオフガスを液化器において冷却して液化する際に、LH2タンクから流出した液体水素の冷熱を利用することができる。このため、従来のように液体窒素を冷熱源として用いる場合に比べて、LNGのボイルオフガスを効率的に液化することができる。 In this gas supply unit, the liquefied natural gas flowing out from the LNG tank is vaporized by the LNG vaporizer, and the liquid hydrogen flowing out from the LH2 tank is vaporized by the LH2 vaporizer, and the natural gas and hydrogen gas are supplied to a predetermined demand destination. can do. Here, when the LNG boil-off gas is cooled and liquefied in the liquefier, the cold heat of the liquid hydrogen flowing out from the LH2 tank can be used. For this reason, the boil-off gas of LNG can be liquefied efficiently compared with the case where liquid nitrogen is used as a cold heat source conventionally.
上記ガス供給ユニットは、前記液化器を迂回するように前記LH2経路に接続されたバイパス経路と、前記LH2経路から前記バイパス経路への液体水素の流入を制御するバイパス弁と、をさらに備えていてもよい。 The gas supply unit further includes a bypass path connected to the LH2 path so as to bypass the liquefier, and a bypass valve that controls inflow of liquid hydrogen from the LH2 path to the bypass path. Also good.
液体水素は、極低温の液体であり、その温度は液体窒素よりも低く且つ天然ガスの主成分であるメタンの凝固点を大きく下回る。このため、例えば液化器に流入する液体水素の流量がボイルオフガスの流量に対して過剰である場合には、ボイルオフガスが過剰に冷却され、その結果、液化器の流路内においてLNGが凍結することがある。これに対し、上記構成によれば、液体水素の流量がボイルオフガスの流量に対して過剰である場合でも、液化器に流入する液体水素の量をバイパス経路及びバイパス弁を用いて制御可能であるため、液化器の流路内におけるLNGの凍結を防ぐことができる。 Liquid hydrogen is a cryogenic liquid whose temperature is lower than that of liquid nitrogen and well below the freezing point of methane, which is the main component of natural gas. For this reason, for example, when the flow rate of liquid hydrogen flowing into the liquefier is excessive with respect to the flow rate of the boil-off gas, the boil-off gas is excessively cooled, and as a result, the LNG freezes in the flow path of the liquefier. Sometimes. On the other hand, according to the above configuration, even when the flow rate of liquid hydrogen is excessive with respect to the flow rate of boil-off gas, the amount of liquid hydrogen flowing into the liquefier can be controlled using the bypass path and the bypass valve. Therefore, it is possible to prevent LNG from freezing in the flow path of the liquefier.
上記ガス供給ユニットにおいて、前記液化器は、前記BOG経路から流入するボイルオフガスが流れる流路を有していてもよい。上記ガス供給ユニットは、前記流路の前後の差圧を検知する差圧検知部、前記流路から流出した液化天然ガスの温度を検知する出口温度検知部、前記液化器の温度を検知する液化器温度検知部、前記流路の入口側におけるボイルオフガスの流量を検知する入口側流量検知部及び前記流路の出口側における液化天然ガスの流量を検知する出口側流量検知部のうち少なくともいずれかを含む検知機構と、前記検知機構による検知結果に基づいて前記バイパス弁を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。 In the gas supply unit, the liquefier may have a flow path through which boil-off gas flowing from the BOG path flows. The gas supply unit includes a differential pressure detection unit that detects a differential pressure before and after the flow path, an outlet temperature detection unit that detects the temperature of the liquefied natural gas flowing out from the flow path, and a liquefaction that detects the temperature of the liquefier. At least one of a vessel temperature detection unit, an inlet side flow rate detection unit that detects the flow rate of boil-off gas on the inlet side of the flow channel, and an outlet side flow rate detection unit that detects the flow rate of liquefied natural gas on the outlet side of the flow channel And a control unit that controls the bypass valve based on a detection result by the detection mechanism.
この構成によれば、液化器の流路内におけるLNGの凍結を察知するための種々の検知結果に基づいて、バイパス弁を自動制御することができる。このため、バイパス弁を手動制御する場合に比べて、液化器に流入する液体水素の量を容易に制御することができる。 According to this configuration, the bypass valve can be automatically controlled based on various detection results for detecting freezing of LNG in the flow path of the liquefier. For this reason, the amount of liquid hydrogen flowing into the liquefier can be easily controlled as compared with the case where the bypass valve is manually controlled.
上記ガス供給ユニットにおいて、前記LH2経路及び前記BOG経路は、複数の経路に分岐していてもよい。複数の前記液化器が、前記複数の経路において並列に配置されていてもよい。上記ガス供給ユニットは、複数の前記液化器の各々への液体水素の流入を切り替えるLH2切替弁と、複数の前記液化器の各々へのボイルオフガスの流入を切り替えるBOG切替弁と、をさらに備えていてもよい。 In the gas supply unit, the LH2 path and the BOG path may be branched into a plurality of paths. The plurality of liquefiers may be arranged in parallel in the plurality of paths. The gas supply unit further includes an LH2 switching valve that switches inflow of liquid hydrogen to each of the plurality of liquefiers, and a BOG switching valve that switches inflow of boil-off gas to each of the plurality of liquefiers. May be.
この構成によれば、一台の液化器においてLNGの凍結による流路閉塞が起こった場合でも、他の液化器の使用に切り替えることにより連続運転が可能になる。 According to this configuration, even when the flow path is blocked by freezing of LNG in one liquefier, continuous operation is possible by switching to use of another liquefier.
上記ガス供給ユニットは、前記液化器において前記BOG経路から流入するボイルオフガスが流れる流路内で凍結した液化天然ガスを融解させる融解機構をさらに備えていてもよい。 The gas supply unit may further include a melting mechanism for melting the liquefied natural gas frozen in the flow path in which the boil-off gas flowing from the BOG path flows in the liquefier.
この構成によれば、液化器においてLNGの凍結による流路閉塞が起こった場合でも、これを融解させることにより液化器の再使用が可能になる。 According to this configuration, even when the flow path is blocked by freezing of LNG in the liquefier, the liquefier can be reused by melting it.
上記ガス供給ユニットにおいて、前記融解機構は、前記LH2気化器で気化した水素ガスの一部を、前記LH2経路における前記液化器の上流側に戻すように構成されていてもよい。 In the gas supply unit, the melting mechanism may be configured to return a part of the hydrogen gas vaporized by the LH2 vaporizer to the upstream side of the liquefier in the LH2 path.
この構成によれば、LH2気化器で発生させた水素ガスの一部を、凍結したLNGを融解させるための熱源として利用することができる。したがって、エネルギーを要する他の熱源を用いる場合に比べて、省エネルギー化することができる。 According to this configuration, a part of the hydrogen gas generated by the LH2 vaporizer can be used as a heat source for melting frozen LNG. Therefore, energy can be saved as compared with the case of using another heat source that requires energy.
本発明の他局面に係る混焼発電装置は、上記本発明の一局面に係るガス供給ユニットと、前記ガス供給ユニットから供給される天然ガス及び水素ガスを燃料として発電する混焼発電ユニットと、を備えている。 A co-fired power generation apparatus according to another aspect of the present invention includes the gas supply unit according to one aspect of the present invention, and a co-fired power generation unit that generates power using natural gas and hydrogen gas supplied from the gas supply unit as fuel. ing.
この混焼発電装置は、上記本発明の一局面に係るガス供給ユニットを備えているため、LNGのボイルオフガスを効率的に液化することができる。このため、ボイルオフガスを圧縮機により昇圧して混焼発電ユニットに送る量を少なくすることが可能になる。したがって、当該圧縮機の動力を削減することにより、省エネルギー化を図ることができる。 Since this mixed combustion power generation device includes the gas supply unit according to one aspect of the present invention, the boil-off gas of LNG can be efficiently liquefied. For this reason, it is possible to reduce the amount of boil-off gas that is boosted by the compressor and sent to the co-firing power generation unit. Therefore, energy saving can be achieved by reducing the power of the compressor.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、LNGのボイルオフガスを効率的に液化することが可能なガス供給ユニット及びこれを備えた混焼発電装置を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a gas supply unit capable of efficiently liquefying LNG boil-off gas and a co-fired power generation apparatus including the gas supply unit.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るガス供給ユニット及びこれを備えた混焼発電装置について詳細に説明する。 Hereinafter, based on the drawings, a gas supply unit according to an embodiment of the present invention and a mixed combustion power generation apparatus including the gas supply unit will be described in detail.
(実施形態1)
まず、本発明の実施形態1に係るガス供給ユニット1及び混焼発電装置100について、図1を参照して説明する。図1は、ガス供給ユニット1及び混焼発電装置100の構成を模式的に示している。なお、図1は、ガス供給ユニット1及び混焼発電装置100の主要な構成要素のみを示しており、ガス供給ユニット1及び混焼発電装置100は、図1に現れていない任意の構成要素を備え得る。
(Embodiment 1)
First, a gas supply unit 1 and a co-fired
混焼発電装置100は、天然ガスG2及び水素ガスG1を燃料として火力発電する装置である。図1に示すように、混焼発電装置100は、ガス供給ユニット1と、ガス供給ユニット1から供給される天然ガスG2及び水素ガスG1を燃料として発電する混焼発電ユニット40と、を主に備えている。
The co-fired
ガス供給ユニット1は、天然ガスG2を混焼発電ユニット40に供給するNG供給部20と、NG供給部20と並んで配置されると共に、水素ガスG1を混焼発電ユニット40に供給する水素ガス供給部10と、を含む。混焼発電ユニット40は、ガス供給ユニット1から供給される天然ガスG2及び水素ガスG1を燃焼する燃焼器(図示しない)と、燃焼ガスにより回転するガスタービン41と、を含む。混焼発電ユニット40は、燃焼ガスによってガスタービン41を回転させることにより発電する。
The gas supply unit 1 is arranged alongside the NG
図1に示すように、NG供給部20は、LNGタンク21と、LNG経路23と、LNGポンプ22と、LNG気化器24と、を有する。LNGタンク21は、液化天然ガスL2を貯蔵するものである。LNGタンク21内では、外部から侵入する熱により液化天然ガスL2の一部が蒸発することにより、ボイルオフガスGが発生する。
As shown in FIG. 1, the NG
LNG経路23は、LNGタンク21から流出した液化天然ガスL2が流れる配管である。図1に示すように、LNG経路23は、一端がLNGタンク21に接続されると共に、他端が混焼発電ユニット40に接続されている。なお、LNG経路23内においても、外部から侵入する熱により液化天然ガスL2の一部が蒸発し、ボイルオフガスGが発生し得る。
The
LNGポンプ22は、LNGタンク21から流出した液化天然ガスL2を所定の圧力まで昇圧し、LNG気化器24に向かって送り出すものである。図1に示すように、LNGポンプ22は、液化天然ガスL2の流れ方向において、LNG経路23におけるLNG気化器24よりも上流側に配置されている。
The
LNG気化器24は、LNG経路23から流入する液化天然ガスL2を気化する熱交換器であり、LNG経路23においてLNGポンプ22よりも下流側に配置されている。具体的には、LNG気化器24は、LNG経路23に接続された第1流路24Aと、熱源媒体H2が流れる第2流路24Bと、を有し、第1流路24Aを流れる液化天然ガスL2と第2流路24Bを流れる熱源媒体H2との間で熱交換可能なように構成されている。
The
この熱交換により液化天然ガスL2が気化して天然ガスG2が発生し、当該天然ガスG2が混焼発電ユニット40に燃料として供給される。なお、熱源媒体H2としては、例えば海水や空気などを用いることができるが、特に限定されない。
By this heat exchange, the liquefied natural gas L2 is vaporized to generate the natural gas G2, and the natural gas G2 is supplied to the mixed combustion
図1に示すように、水素ガス供給部10は、LH2タンク11と、LH2経路13と、LH2ポンプ12と、LH2気化器14と、を有する。LH2タンク11は、液体水素L1(LH2)を貯蔵するものである。
As shown in FIG. 1, the hydrogen
LH2経路13は、LH2タンク11から流出した液体水素L1が流れる配管である。図1に示すように、LH2経路13は、一端がLH2タンク11に接続されると共に、他端が混焼発電ユニット40に接続されている。
The
LH2ポンプ12は、LH2タンク11から流出した液体水素L1を所定の圧力まで昇圧し、LH2気化器14に向かって送り出すものである。図1に示すように、LH2ポンプ12は、液体水素L1の流れ方向において、LH2経路13におけるLH2気化器14よりも上流側に配置されている。
The
LH2気化器14は、LH2経路13から流入する液体水素L1を気化する熱交換器であり、LH2経路13においてLH2ポンプ12よりも下流側に配置されている。具体的には、LH2気化器14は、LH2経路13に接続された第1流路14Aと、熱源媒体H1が流れる第2流路14Bと、を有し、第1流路14Aを流れる液体水素L1と第2流路14Bを流れる熱源媒体H1との間で熱交換可能なように構成されている。
The
この熱交換により液体水素L1が気化して水素ガスG1が発生し、当該水素ガスG1が混焼発電ユニット40に燃料として供給される。熱源媒体H1としては、例えば海水や空気などを用いることができるが、特に限定されない。
By this heat exchange, the liquid hydrogen L1 is vaporized to generate hydrogen gas G1, and the hydrogen gas G1 is supplied to the co-fired
図1に示すように、ガス供給ユニット1は、BOG経路32と、液化器30と、戻し経路31と、をさらに備えている。
As shown in FIG. 1, the gas supply unit 1 further includes a
BOG経路32は、LNGタンク21において液化天然ガスL2が蒸発することにより発生するボイルオフガスGが流入する配管である。BOG経路32は、一端がLNGタンク21の上部に接続されると共に、他端が液化器30の入口に接続されている。
The
また図1に示すように、BOG経路32の途中には分岐経路35が接続されており、当該分岐経路35にはBOG圧縮機33が配置されている。このBOG圧縮機33により、BOG経路32から分岐経路35に流入したボイルオフガスGを所定の圧力まで昇圧することができる。なお、昇圧後のボイルオフガスG(天然ガス)は、混焼発電ユニット40に燃料として供給されてもよい。
As shown in FIG. 1, a
また図1に示すように、LNG経路23におけるLNGポンプ22よりも上流側において液化天然ガスL2が蒸発することにより発生するボイルオフガスGが流入するBOG経路38がさらに設けられていてもよい。これにより、LNGポンプ22により昇圧される前の液化天然ガスL2が蒸発して発生するボイルオフガスGを、液化器30に導くことができる。
Further, as shown in FIG. 1, a
液化器30は、ボイルオフガスGを冷却して液化する熱交換器である。図1に示すように、液化器30は、BOG経路32及び戻し経路31に接続される第1流路91と、LH2経路13に接続される第2流路92と、を有する。より具体的には、第1流路91の入口にはBOG経路32の下流端が接続されており、第1流路91の出口には戻し経路31の上流端が接続されている。液化器30によれば、LH2経路13から第2流路92に流入する液体水素L1(LH2気化器14に流入する前の液体水素L1)と、BOG経路32(又はBOG経路38)から第1流路91に流入するボイルオフガスGとの熱交換により、ボイルオフガスGを冷却して液化することができる。
The
なお、液体水素L1は、液化器30でのボイルオフガスGとの熱交換を介して気化熱の一部を得た後、LH2気化器14において気化する。液化器30に流入するボイルオフガスGの流量は、外気温度などの条件により変動するため、液化器30において液体水素L1を確実に気化させることは困難である。したがって、液体水素L1を確実に気化させるために、液化器30の下流側にLH2気化器14を配置する必要がある。
The liquid hydrogen L1 is vaporized in the
戻し経路31は、液化器30で液化したボイルオフガスG(液化天然ガスL2)をLNGタンク21に戻すための配管である。図1に示すように、戻し経路31は、上流端が液化器30の第1流路91の出口に接続されると共に、下流端がLNGタンク21に接続されている。
The
以上の通り、本実施形態に係るガス供給ユニット1は、液化天然ガスL2を貯蔵するLNGタンク21と、LNGタンク21から流出した液化天然ガスL2が流れるLNG経路23と、LNG経路23に配置され、LNG経路23から流入する液化天然ガスL2を気化するLNG気化器24と、液体水素L1を貯蔵するLH2タンク11と、LH2タンク11から流出した液体水素L1が流れるLH2経路13と、LH2経路13に配置され、LH2経路13から流入する液体水素L1を気化するLH2気化器14と、LNGタンク21(又はLNG経路23におけるLNGポンプ22よりも上流側)において液化天然ガスL2が蒸発することにより発生するボイルオフガスGが流入するBOG経路32(BOG経路38)と、BOG経路32及びLH2経路13に接続され、LH2経路13から流入する液体水素L1とBOG経路32から流入するボイルオフガスGとの熱交換によりボイルオフガスGを冷却して液化する液化器30と、液化器30に接続され、液化器30で液化したボイルオフガスGをLNGタンク21に戻す戻し経路31と、を備えている。
As described above, the gas supply unit 1 according to the present embodiment is disposed in the
このガス供給ユニット1では、ボイルオフガスGを液化するための冷熱源として気化前の液体水素L1を利用することができるため、ボイルオフガスGを高効率に液化することが可能になる。これにより、戻し経路31を通じてLNGタンク21に戻される液化天然ガスL2の量が増加し、BOG圧縮機33により圧縮するボイルオフガスGの量を減らすことができる。BOG圧縮機33によるガス状態での昇圧は、LNGポンプ22による液状態での昇圧に比べて多大な動力を要する。これに対し、上述のようにBOG圧縮機33による処理量を減らすことにより、混焼発電ユニット40へのガス供給におけるエネルギー効率を向上させることができる。しかも、NG供給部20及び水素ガス供給部10は、ガス供給の需要先が同じであるため(混焼発電ユニット40)、互いに近接配置するためのコスト増加などの問題も回避できる。
In this gas supply unit 1, since the liquid hydrogen L1 before vaporization can be used as a cold heat source for liquefying the boil-off gas G, the boil-off gas G can be liquefied with high efficiency. As a result, the amount of liquefied natural gas L2 returned to the
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2に係るガス供給ユニット2及び混焼発電装置200について、図2を参照して説明する。実施形態2に係るガス供給ユニット2及び混焼発電装置200は、基本的に実施形態1に係るガス供給ユニット1及び混焼発電装置100と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、液化器30を迂回するバイパス経路50がLH2経路13に接続されている点で実施形態1と異なっている。以下、実施形態1と異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 2)
Next, the
図2に示すように、ガス供給ユニット2は、バイパス経路50と、バイパス弁51と、検知機構60と、制御部70と、をさらに備えている。またBOG経路32には、流量調整弁34が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
バイパス経路50は、液化器30を迂回するようにLH2経路13に接続された配管である。図2に示すように、バイパス経路50の上流端は、LH2経路13におけるLH2ポンプ12と液化器30との間に接続されている。一方、バイパス経路50の下流端は、LH2経路13における液化器30とLH2気化器14との間に接続されている。
The
これにより、LH2ポンプ12で昇圧した液体水素L1を、バイパス経路50に流して液化器30を迂回させることができる。そして、バイパス経路50を流れる液体水素L1を、液化器30から流出した液体水素L1と合流させ、その後LH2気化器14に流入させることができる。
Thereby, the liquid hydrogen L1 boosted by the
バイパス弁51は、LH2経路13からバイパス経路50への液体水素L1の流入を制御するものであり、本実施形態では流量調整弁により構成されている。このバイパス弁51の開度を調整することにより、LH2経路13からバイパス経路50に流入する液体水素L1の流量が調整され、それにより液化器30(第2流路92)に流入する液体水素L1の流量も調整される。なお、バイパス弁は、流量調整弁に限定されるものではなく、例えば開閉弁であってもよい。
The
検知機構60は、第1流路91(BOG経路32から流入するボイルオフガスGが流れる流路)の閉塞状態を察知するための種々の検出値を得るためのセンサである。すなわち、液体水素L1は極低温の液体であるため、当該液体水素L1により過度に冷却された液化天然ガスL2が第1流路91内で凍結し、それにより第1流路91が閉塞されることがある。これに対し、検知機構60の検知結果により、液化天然ガスL2の凍結による第1流路91の閉塞を察知することができる。図1に示すように、本実施形態における検知機構60は、差圧検知部61と、出口温度検知部62と、液化器温度検知部63と、入口側流量検知部64と、出口側流量検知部65と、を含む。
The
差圧検知部61は、第1流路91の前後の差圧を検知するセンサである。つまり、差圧検知部61により、第1流路91に流入するボイルオフガスGの圧力と第1流路91から流出する液化天然ガスL2の圧力との差を検知可能であり、この差圧が大きい場合に第1流路91の閉塞を察知することができる。
The differential
出口温度検知部62は、第1流路91から流出した液化天然ガスL2の温度を検知するセンサである。出口温度検知部62は、第1流路91の出口近傍に設けられているが、位置は特に限定されない。液化器温度検知部63は、液化器30の温度を検知するセンサである。これらのセンサによる検知温度が所定の閾値温度より低い場合にも、第1流路91の閉塞を察知することができる。
The outlet
入口側流量検知部64は、第1流路91の入口側におけるボイルオフガスGの流量を検知するセンサである。出口側流量検知部65は、第1流路91の出口側における液化天然ガスL2の流量を検知するセンサである。これらのセンサによる流量検出値が所定の閾値より低い場合にも、第1流路91の閉塞を察知することができる。
The inlet-side flow
なお、検知機構60は、差圧検知部61、出口温度検知部62、液化器温度検知部63、入口側流量検知部64及び出口側流量検知部65のうち少なくともいずれかを含むものであればよく、これらの検知部を全て含むものに限定されない。
The
制御部70は、検知機構60による検知結果に基づいてバイパス弁51を制御するものであり、受付部71と、記憶部72と、比較判定部73と、バイパス弁制御部74と、を含む。これらは、制御部70を構成するコンピュータにおけるCPU(Central Processing Unit)の各機能である。
The
受付部71は、検知機構60による検知結果の情報を受け付ける。すなわち、差圧検知部61、出口温度検知部62、液化器温度検知部63、入口側流量検知部64及び出口側流量検知部65による検知結果は、受付部71に入力される。
The accepting
記憶部72は、バイパス弁51の制御に用いられる各種閾値を記憶している。例えば、記憶部72は、第1流路91の前後の差圧の閾値ΔPH、液化器30の出口温度の低温側閾値TL及び液化器30の出口温度の高温側閾値THをそれぞれ記憶している。また記憶部72は、液化器30の温度の閾値や、液化器30の入口側及び出口側の流量の閾値をさらに記憶していてもよい。
The
比較判定部73は、受付部71に入力された検知結果と記憶部72に記憶された閾値とを比較する。バイパス弁制御部74は、比較判定部73による比較結果に基づいて、バイパス弁51の開度を制御する。
The
ここで、制御部70によるバイパス弁51の制御の一例を、図3に示すフローチャートに従って説明する。
Here, an example of control of the
まず、差圧検知部61により検知された実際の差圧ΔPと差圧の閾値ΔPHとを比較し、ΔPがΔPH以下であるか否かを判定する(ステップS1)。ここで、ΔPがΔPH以下でない場合は(ステップS1の「NO」)、バイパス弁51の開度を増加する(ステップS2)。これにより、LH2経路13から液化器30に流入する液体水素L1の流量が減少し、第1流路91内での凍結が緩和される。一方、ΔPがΔPH以下である場合は(ステップS1の「YES」)、バイパス弁51の開度調整を行わず、ステップS3に移る。
First, compared with the threshold value [Delta] P H of the actual differential pressure [Delta] P and the differential pressure detected by the differential
ステップS3では、出口温度検知部62により検知された液化天然ガスL2の実際の温度TLNGと低温側閾値TLとを比較し、TLNGがTLを超えるか否かを判定する。ここで、TLNGがTL以下である場合には(ステップS3の「NO」)、バイパス弁51の開度を増加する(ステップS4)。これにより、液化器30に流入する液体水素L1の流量が減少し、液化天然ガスL2が凍結温度に近づくのを防止できるため、第1流路91内での凍結が緩和される。一方、TLNGがTLを超える場合には(ステップS3の「YES」)、バイパス弁51の開度調整を行わず、ステップS5に移る。
In step S3, the actual temperature T LNG of the liquefied natural gas L2 detected by the outlet
ステップS5では、温度TLNGと高温側閾値THとを比較し、TLNGがTH未満であるか否かを判定する。ここで、TLNGがTH以上である場合には(ステップS5の「NO」)、バイパス弁51の開度を減少させる(ステップS6)。これにより、液化器30に流入する液体水素L1の量が増加し、液化天然ガスL2を適切な温度に冷却することができる。一方、TLNGがTH未満である場合には(ステップS5の「YES」)、バイパス弁51の開度調整を行わず、ステップS1に戻る。
In step S5, compared with the temperature T LNG and the high temperature side threshold T H, it determines whether T LNG is less than T H. Here, ( "NO" in step S5). If T LNG is above T H, reducing the opening degree of the bypass valve 51 (step S6). As a result, the amount of liquid hydrogen L1 flowing into the
このように、検知機構60による検知結果に基づいてバイパス弁51の開度を調整することにより、第1流路91内での凍結を防ぐように液化器30に流入する液体水素L1の流量を調整することができる。なお、本実施形態では、差圧検知部61及び出口温度検知部62の検知結果を用いた制御についてのみ説明したが、これに限定されない。液化器温度検知部63、入口側流量検知部64及び出口側流量検知部65の検知結果を用いた制御が同様に行われてもよい。
Thus, by adjusting the opening degree of the
また図4の変形例(ガス供給ユニット2A、混焼発電装置200A)に示すように、バイパス経路50だけでなく、LH2経路13にもバイパス弁52が設けられてもよい。図4に示すように、バイパス弁52は、LH2経路13において液化器30よりも上流側で且つバイパス経路50の上流端の接続部よりも下流側に配置されている。
Further, as shown in the modification of FIG. 4 (
バイパス弁52は、バイパス弁51と同様に流量調整弁(又は開閉弁)であり、制御部70により制御される。すなわち、バイパス弁52の開度を増加することにより液化器30に流入する液体水素L1の流量を増加させ、バイパス弁52の開度を減少させることにより液化器30に流入する液体水素L1の流量を減少させることができる。このように、2つの弁を併用することにより、液化器30に流入する液体水素L1の流量をより調整し易くなる。またバイパス弁51を省略し、バイパス弁52のみを用いて液化器30に流入する液体水素L1の流量が調整されてもよい。
The
また本実施形態では、バイパス弁51を制御部70により自動制御する場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、検知機構60及び制御部70が省略され、バイパス弁51が手動制御されてもよい。
Moreover, although this embodiment demonstrated the case where the
(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3に係るガス供給ユニット3及び混焼発電装置300について、図5を参照して説明する。実施形態3に係るガス供給ユニット3及び混焼発電装置300は、基本的に実施形態2に係るガス供給ユニット2及び混焼発電装置200と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、複数の液化器30を備えている点で実施形態2と異なっている。以下、実施形態2と異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 3)
Next, the
図5に示すように、ガス供給ユニット3は、複数の液化器30(第1液化器30A及び第2液化器30B)を備えている。第1液化器30A及び第2液化器30Bは、それぞれ同じ構成を有するものであり、ボイルオフガスGが流れる第1流路91と、液体水素L1が流れる第2流路92と、を有する。
As shown in FIG. 5, the
LH2経路13は、複数(本実施形態では2つ)の経路に分岐している。具体的には、LH2経路13は、LH2タンク11の出口から混焼発電ユニット40の入口まで延びると共に第1液化器30A(第2流路92)に接続された第1LH2経路13Aと、第2液化器30B(第2流路92)に接続されると共に第1液化器30Aを迂回するように第1LH2経路13Aに両端が接続された第2LH2経路13Bと、を有する。
The
またBOG経路32も、複数(本実施形態では2つ)の経路に分岐している。具体的には、BOG経路32は、LNGタンク21から第1液化器30Aまで延びると共に当該第1液化器30Aの第1流路91の入口に下流端が接続された第1BOG経路32Aと、第1BOG経路32Aの途中から第2液化器30Bまで延びると共に当該第2液化器30Bの第1流路91の入口に下流端が接続された第2BOG経路32Bと、を有する。第1液化器30A及び第2液化器30Bは、LH2経路13及びBOG経路32の分岐した2つの経路において並列に配置されている。
Also, the
また戻し経路31は、第1液化器30Aの第1流路91の出口に接続された第1戻し経路31Aと、第2液化器30Bの第1流路91の出口に接続された第2戻し経路31Bと、を有する。図5に示すように、第1戻し経路31Aは、上流端が第1液化器30Aの第1流路91の出口に接続されると共に、下流端がLNGタンク21に接続されている。一方、第2戻し経路31Bは、上流端が第2液化器30Bの第1流路91の出口に接続されると共に、下流端が第1戻し経路31Aの途中に接続されている。
The
ガス供給ユニット3は、第1液化器30A及び第2液化器30Bの各々への液体水素L1の流入を切り替えるLH2切替弁55と、第1液化器30A及び第2液化器30Bの各々へのボイルオフガスGの流入を切り替えるBOG切替弁83と、を備えている。
The
図5に示すように、LH2切替弁55は、第1LH2経路13Aにおいて第1液化器30Aの上流側に配置された第1LH2切替弁53と、第2LH2経路13Bにおいて第2液化器30Bの上流側に配置された第2LH2切替弁54と、を有する。第1LH2切替弁53及び第2LH2切替弁54は、例えば開閉弁であり、制御部70により制御される。
As shown in FIG. 5, the
BOG切替弁83は、第1BOG経路32Aにおいて第2BOG経路32Bの接続部よりも下流側に配置された第1BOG切替弁81と、第2BOG経路32Bに配置された第2BOG切替弁82と、を有する。第1BOG切替弁81及び第2BOG切替弁82は、例えば開閉弁であり、制御部70により制御される。
The
ガス供給ユニット3では、以下のようにして、第1液化器30A及び第2液化器30Bの使用を切り替えることができる。まず、第1LH2切替弁53及び第1BOG切替弁81が開き且つ第2LH2切替弁54及び第2BOG切替弁82が閉じた状態では、液体水素L1及びボイルオフガスGは第2液化器30Bに流入せず、第1液化器30Aにのみ流入する。
In the
ここで、第1液化器30Aの流路内でLNGの凍結が起こると、第1液化器30Aから第2液化器30Bへ使用を切り替える必要がある。この場合、第1LH2切替弁53及び第1BOG切替弁81を閉じると共に、第2LH2切替弁54及び第2BOG切替弁82を開く。これにより、液体水素L1及びボイルオフガスGが第1液化器30Aに流入せず第2液化器30Bにのみ流入する状態に切り替えることができる。
Here, when LNG freezes in the flow path of the
このように、液化器30の使用を切り替えるタイミングは、差圧検知部61、出口温度検知部62、液化器温度検知部63、入口側流量検知部64又は出口側流量検知部65の検出結果に基づいて決定してもよい。すなわち、これらの検知部による検知結果が閾値を超える場合や閾値を下回る場合に、使用中の液化器30の流路が凍結により閉塞されたと判断し、別の液化器30の使用に切り替えてもよい。なお、第1液化器30A及び第2液化器30Bの両方において流路が閉塞された場合には、バイパス経路50に液体水素L1を流してもよい。
Thus, the timing for switching the use of the
また液化器30の使用は、自動で切り替えられる場合に限定されず、手動で切り替えられてもよい。また3台以上の液化器30が設けられ、且つその台数に応じた分岐経路及び切替弁が設けられてもよい。
Moreover, use of the
(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4に係るガス供給ユニット4及び混焼発電装置400について、図6を参照して説明する。実施形態4に係るガス供給ユニット4及び混焼発電装置400は、基本的に実施形態3に係るガス供給ユニット3及び混焼発電装置300と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、液化器30の第1流路91内で凍結したLNGを融解させる融解機構110をさらに備えている点で実施形態3と異なっている。以下、実施形態3と異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 4)
Next, the
本実施形態における融解機構110は、LH2気化器14で気化した水素ガスG1の一部を、LH2経路13における液化器30の上流側に戻すように構成されている。具体的には、図6に示すように、融解機構110は、水素戻し経路111と、切替弁113〜115と、ブロワ112と、を有する。
The
水素戻し経路111は、上流端が第1LH2経路13AにおけるLH2気化器14の下流側に接続されており、下流端が複数(本実施形態では2つ)に分岐している。図6に示すように、当該分岐経路の一方は第1LH2経路13Aにおける第1LH2切替弁53と第1液化器30Aとの間に接続されており、当該分岐経路の他方は第2LH2経路13Bにおける第2LH2切替弁54と第2液化器30Bとの間に接続されている。また各分岐経路には、切替弁113,114がそれぞれ配置されている。
The
ブロワ112は、水素ガスG1を液化器30の上流側に向けて圧送するものであり、水素戻し経路111に配置されている。またブロワ112よりも上流側には、当該ブロワ112への水素ガスG1の流入及び遮断を切り替える切替弁115が配置されている。
The
例えば、第1液化器30Aの第1流路91でLNGの凍結が起こった場合には、切替弁113,115を開くと共に、ブロワ112を作動させる。これにより、水素ガスG1が水素戻し経路111を通じて第1液化器30Aの上流側に戻され、当該第1液化器30Aの第2流路92に流入する。
For example, when LNG is frozen in the
これにより、第2流路92の伝熱面が水素ガスG1の熱により温められ、第2流路92から第1流路91への伝熱により、第1流路91の伝熱面も温められる。その結果、第1流路91内で凍結したLNGを融解させることができる。一方、第2液化器30Bの第1流路91でLNGの凍結が起こった場合には、切替弁113に代えて切替弁114を開くことにより、同様に融解処理を行うことができる。
As a result, the heat transfer surface of the
なお、融解機構は、水素ガスG1を液化器30の上流側に戻すものに限定されず、天然ガスG2を液化器30の上流側に戻すものであってもよい。しかし、凍結により閉塞した第1流路91に天然ガスG2を流すときのトラブルを避けるため、水素ガスG1を戻すことが好ましい。また融解機構は、液化器30に空気を吹き付けて当該空気の熱により融解させる送風機であってもよいし、液化器30に付設されたヒータであってもよいし、海水を流す配管であって当該海水の熱により融解させるものであってもよい。
The melting mechanism is not limited to the one that returns the hydrogen gas G1 to the upstream side of the
また本実施形態では、複数の液化器30を備えたガス供給ユニットにおいて融解機構110を設ける場合について説明したが、一台の液化器30を備えたガス供給ユニットにおいて融解機構110が設けられてもよい。
In the present embodiment, the case where the
(その他実施形態)
最後に、本発明のその他実施形態について説明する。
(Other embodiments)
Finally, other embodiments of the present invention will be described.
実施形態1〜4では、混焼発電ユニット40にガス供給が行われる場合についてのみ説明したが、ガス供給ユニットの用途はこれに限定されない。すなわち、混焼発電ユニット40以外の任意の需要先に対して、ガス供給ユニットから天然ガスG2及び水素ガスG1が供給されてもよい。
In the first to fourth embodiments, only the case where gas is supplied to the mixed combustion
実施形態1〜4では、液化器30の上流側にLH2ポンプ12が配置される場合について説明したが、液化器30とLH2気化器14との間にLH2ポンプがさらに配置されてもよい。
In the first to fourth embodiments, the case where the
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,2,2A,3,4 ガス供給ユニット
11 LH2タンク
13 LH2経路
13A 第1LH2経路
13B 第2LH2経路
14 LH2気化器
21 LNGタンク
23 LNG経路
24 LNG気化器
30 液化器
30A 第1液化器
30B 第2液化器
31 戻し経路
32,38 BOG経路
32A 第1BOG経路
32B 第2BOG経路
40 混焼発電ユニット
50 バイパス経路
51,52 バイパス弁
55 LH2切替弁
60 検知機構
61 差圧検知部
62 出口温度検知部
63 液化器温度検知部
64 入口側流量検知部
65 出口側流量検知部
70 制御部
83 BOG切替弁
100,200,200A,300,400 混焼発電装置
110 融解機構
G ボイルオフガス
L1 液体水素
L2 液化天然ガス
1, 2, 2A, 3, 4
Claims (7)
前記LNGタンクから流出した液化天然ガスが流れるLNG経路と、
前記LNG経路に配置され、前記LNG経路から流入する液化天然ガスを気化するLNG気化器と、
液体水素を貯蔵するLH2タンクと、
前記LH2タンクから流出した液体水素が流れるLH2経路と、
前記LH2経路に配置され、前記LH2経路から流入する液体水素を気化するLH2気化器と、
前記LNGタンク及び前記LNG経路の少なくとも一方において液化天然ガスが蒸発することにより発生するボイルオフガスが流入するBOG経路と、
前記BOG経路及び前記LH2経路に接続され、前記LH2経路から流入する液体水素と前記BOG経路から流入するボイルオフガスとの熱交換により前記ボイルオフガスを冷却して液化する液化器と、
前記液化器に接続され、前記液化器で液化したボイルオフガスを前記LNGタンクに戻す戻し経路と、を備えることを特徴とする、ガス供給ユニット。 An LNG tank for storing liquefied natural gas;
An LNG path through which liquefied natural gas flowing out of the LNG tank flows;
An LNG vaporizer disposed in the LNG path and vaporizing liquefied natural gas flowing from the LNG path;
An LH2 tank for storing liquid hydrogen;
An LH2 path through which liquid hydrogen flowing out of the LH2 tank flows;
An LH2 vaporizer disposed in the LH2 path and vaporizing liquid hydrogen flowing from the LH2 path;
A BOG path through which boil-off gas generated by evaporation of liquefied natural gas in at least one of the LNG tank and the LNG path flows;
A liquefier that is connected to the BOG path and the LH2 path, and cools and liquefies the boil-off gas by heat exchange between the liquid hydrogen flowing from the LH2 path and the boil-off gas flowing from the BOG path;
A gas supply unit comprising: a return path connected to the liquefier and returning boil-off gas liquefied by the liquefier to the LNG tank.
前記LH2経路から前記バイパス経路への液体水素の流入を制御するバイパス弁と、をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載のガス供給ユニット。 A bypass path connected to the LH2 path to bypass the liquefier;
The gas supply unit according to claim 1, further comprising a bypass valve that controls inflow of liquid hydrogen from the LH2 path to the bypass path.
前記流路の前後の差圧を検知する差圧検知部、前記流路から流出した液化天然ガスの温度を検知する出口温度検知部、前記液化器の温度を検知する液化器温度検知部、前記流路の入口側におけるボイルオフガスの流量を検知する入口側流量検知部及び前記流路の出口側における液化天然ガスの流量を検知する出口側流量検知部のうち少なくともいずれかを含む検知機構と、
前記検知機構による検知結果に基づいて前記バイパス弁を制御する制御部と、をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載のガス供給ユニット。 The liquefier has a flow path through which boil-off gas flowing from the BOG path flows,
A differential pressure detector that detects a differential pressure before and after the flow path, an outlet temperature detector that detects the temperature of the liquefied natural gas that has flowed out of the flow path, a liquefier temperature detector that detects the temperature of the liquefier, A detection mechanism including at least one of an inlet-side flow rate detection unit that detects the flow rate of boil-off gas on the inlet side of the flow channel and an outlet-side flow rate detection unit that detects the flow rate of liquefied natural gas on the outlet side of the flow channel;
The gas supply unit according to claim 2, further comprising a control unit that controls the bypass valve based on a detection result by the detection mechanism.
複数の前記液化器が、前記複数の経路において並列に配置されており、
複数の前記液化器の各々への液体水素の流入を切り替えるLH2切替弁と、複数の前記液化器の各々へのボイルオフガスの流入を切り替えるBOG切替弁と、をさらに備えることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス供給ユニット。 The LH2 route and the BOG route are branched into a plurality of routes,
A plurality of the liquefiers are arranged in parallel in the plurality of paths;
An LH2 switching valve that switches inflow of liquid hydrogen to each of the plurality of liquefiers, and a BOG switching valve that switches inflow of boil-off gas to each of the plurality of liquefiers are further provided. Item 4. The gas supply unit according to any one of Items 1 to 3.
前記ガス供給ユニットから供給される天然ガス及び水素ガスを燃料として発電する混焼発電ユニットと、を備えることを特徴とする、混焼発電装置。 The gas supply unit according to any one of claims 1 to 6,
A co-fired power generation apparatus, comprising: a co-fired power generation unit that generates power using natural gas and hydrogen gas supplied from the gas supply unit as fuel.
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- 2019-05-24 WO PCT/JP2019/020731 patent/WO2019230603A1/en active Application Filing
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220026633A (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-07 | 한국기계연구원 | Liquid hydrogen plant |
KR102388256B1 (en) | 2020-08-25 | 2022-04-21 | 한국기계연구원 | Liquid hydrogen plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2019230603A1 (en) | 2019-12-05 |
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