JP2023044396A - power recovery system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、液化ガスを加熱するための作動流体を介して、液化ガスが有する冷熱エネルギーを動力として回収するための動力回収システムに関する。 The present disclosure relates to a power recovery system for recovering cold energy of liquefied gas as power through a working fluid for heating the liquefied gas.
液化ガス(例えば、液化天然ガス)は、輸送や貯蔵を目的として液化され、都市ガスや火力発電などの供給先に供給するに際して、海水などの熱媒体で昇温して気化させることが行われる。液化ガスを気化させる際に、冷熱エネルギーを海水に捨てるのではなく動力として回収する動力回収システム(例えば、冷熱発電サイクル)がある。 Liquefied gas (for example, liquefied natural gas) is liquefied for the purpose of transportation and storage, and when supplied to supply destinations such as city gas and thermal power generation, it is heated and vaporized by a heat medium such as seawater. . There is a power recovery system (for example, a cryogenic power generation cycle) that recovers cold energy as power instead of dumping it into sea water when liquefied gas is vaporized.
液化天然ガスの冷熱発電サイクルとしては、ORC(Organic Rankine Cycle)が知られている。ORCは、クローズドループ内を循環する、水よりも沸点の低い低温の作動流体を、凝縮器(復水器)にて液化天然ガスで冷却、凝縮させた後に、ポンプにより昇圧し、蒸発器にて海水などを熱源として加熱して蒸発させ、この蒸気を冷熱用発電用タービンに導入して動力を得るサイクルプロセスである。 ORC (Organic Rankine Cycle) is known as a cryogenic power generation cycle of liquefied natural gas. ORC circulates in a closed loop and cools and condenses a low-temperature working fluid with a boiling point lower than that of water with liquefied natural gas in a condenser (condenser). It is a cycle process in which seawater is heated as a heat source to evaporate, and this steam is introduced into a cold-heat turbine to generate power.
ORCでは、凝縮器において作動流体を飽和蒸気圧にまで温度を低下させているが、その後ポンプにて昇圧する際に、ポンプ部において作動流体が局所的に蒸発(ガス化)し、キャビテーションが発生することがある。ポンプ部でキャビテーションが発生すると、ポンプの損傷に繋がる恐れがある。また、ポンプにガスが吸い込まれると、ポンプの正常駆動に支障をきたす恐れがある。 In ORC, the temperature of the working fluid is lowered to the saturated vapor pressure in the condenser, but when the pressure is increased by the pump after that, the working fluid locally evaporates (gasifies) in the pump section and cavitation occurs. I have something to do. If cavitation occurs in the pump section, it may lead to damage to the pump. Also, if gas is sucked into the pump, there is a risk that the pump will not be able to operate normally.
そのため、特許文献1では、ポンプ部におけるガス化を抑制するために、凝縮器とポンプの間に液溜めタンクを設置し、液溜めタンクとポンプの間に大きな水位ヘッドを設けるORC装置が開示されている。この特許文献1のORC装置では、液溜めタンクの頂部(天井面)から作動流体が導入されている。
Therefore,
特許文献1に開示されている技術で、ポンプ部におけるガス化をさらに抑制する場合、液溜めタンクの容量を大きくし、液溜めタンクとポンプの間に大きな水位ヘッドを設ける必要がある。しかしながら、冷熱発電サイクルのORCでは大気温度(例えば25℃)より低い沸点を有する作動流体を利用するため、液溜めタンクの容量が大きくなると、周辺の大気との伝熱面積が大きくなり、液溜めポンプに貯留されている作動流体が加熱されるため、ポンプ部で気泡生成(ガス化)し易くなる。加えて、発熱したポンプと作動流体との温度差も大きいため、さらにガス化が促進され易い。
In order to further suppress gasification in the pump section with the technique disclosed in
上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、ポンプ部での作動流体のガス化を抑制することで、ポンプ部におけるキャビテーションの発生を抑制するとともに、ポンプへのガスの吸い込みを抑制してポンプを正常に駆動させることが出来る動力回収システムを提供することにある。 In view of the circumstances described above, an object of at least one embodiment of the present disclosure is to suppress the gasification of the working fluid in the pump unit, thereby suppressing the occurrence of cavitation in the pump unit and preventing gas from being sucked into the pump. To provide a power recovery system capable of normally driving a pump by suppressing the
上記目的を達成するために、本開示の少なくとも一実施形態に係る動力回収システムは、
液化ガスを加熱するための作動流体を介して、前記液化ガスが有する冷熱エネルギーを動力として回収するための動力回収システムであって、
前記作動流体と前記液化ガスとが熱交換することで前記作動流体を凝縮させるように構成された凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された前記作動流体を液体と気体とに分離して貯留するように構成された気液分離タンクと、
前記気液分離タンクから供給された液体状の前記作動流体を昇圧するように構成された冷熱用ポンプと、
前記冷熱用ポンプにより昇圧された前記作動流体と前記冷熱回収システムの外部から導入された加熱流体とが熱交換することで前記作動流体を蒸発させるように構成された蒸発器と、
前記蒸発器で生成された気体状の前記作動流体により駆動するように構成された冷熱用タービンと、
前記凝縮器により凝縮された前記作動流体を前記気液分離タンクに供給するための第1管路であって、前記第1管路の流出口が前記気液分離タンクの液面よりも下方に位置するように構成された第1管路と、を備える。
To achieve the above object, a power recovery system according to at least one embodiment of the present disclosure comprises:
A power recovery system for recovering cold energy of the liquefied gas as power through a working fluid for heating the liquefied gas,
a condenser configured to condense the working fluid by exchanging heat between the working fluid and the liquefied gas;
a gas-liquid separation tank configured to separate and store the working fluid condensed by the condenser into a liquid and a gas;
a cooling pump configured to increase the pressure of the liquid working fluid supplied from the gas-liquid separation tank;
an evaporator configured to evaporate the working fluid by exchanging heat between the working fluid pressurized by the cold heat pump and a heating fluid introduced from the outside of the cold heat recovery system;
a cooling turbine configured to be driven by the gaseous working fluid produced by the evaporator;
A first pipeline for supplying the working fluid condensed by the condenser to the gas-liquid separation tank, wherein an outlet of the first pipeline is positioned below the liquid surface of the gas-liquid separation tank. and a first conduit configured to locate.
本開示の動力回収システムによれば、ポンプ部での作動流体のガス化を抑制することで、ポンプ部におけるキャビテーションの発生を抑制するとともに、ポンプへのガスの吸い込みを抑制してポンプを正常に駆動させることが出来る動力回収システムを提供することができる。 According to the power recovery system of the present disclosure, by suppressing the gasification of the working fluid in the pump section, the occurrence of cavitation in the pump section is suppressed, and the suction of gas into the pump is suppressed to operate the pump normally. A power recovery system can be provided that can be driven.
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
Several embodiments of the present disclosure will now be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as the embodiment or shown in the drawings are not meant to limit the scope of the present disclosure, but are merely illustrative examples. do not have.
For example, expressions denoting relative or absolute arrangements such as "in a direction", "along a direction", "parallel", "perpendicular", "center", "concentric" or "coaxial" are strictly not only represents such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "identical", "equal", and "homogeneous", which express that things are in the same state, not only express the state of being strictly equal, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
For example, expressions that express shapes such as squares and cylinders do not only represent shapes such as squares and cylinders in a geometrically strict sense, but also include irregularities and chamfers to the extent that the same effect can be obtained. The shape including the part etc. shall also be represented.
On the other hand, the expressions "comprising", "including", or "having" one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
In addition, the same code|symbol may be attached|subjected about the same structure and description may be abbreviate|omitted.
(動力回収システムの適用例)
図6Aは、本開示の一実施形態にかかる動力回収システム1を水上浮遊構造体101に設置した場合の例を示す概略図である。
本開示の一実施形態に係る動力回収システム1は、図6Aに示されるように、水上浮遊構造体101に設置される。水上浮遊構造体101は、水上に浮遊可能な構造体である。水上浮遊構造体101は、プロペラなどの推進器を駆動させるように構成された推進装置を有し、推進装置を駆動させることで自走可能な船舶や、推進装置を有さない浮体を含むものである。水上浮遊構造体101においては、液状の液化ガスを貯留しており、液状の液化ガスを海水などで暖めて気化させ、エンジン111に流入させて推進力を得ている。液化ガスを気化させる際に、動力回収システム1により冷熱エネルギーを海水に捨てるのではなく電力として回収する。
(Application example of power recovery system)
FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of a
A
図6Bは、本開示の一実施形態にかかる動力回収システム1を陸用の液化ガス基地102に設置した場合の例を示す概略図である。
本開示の一実施形態に係る動力回収システム1は、図6Bに示されるように、陸用のLNG(液化ガス)基地102に設置される。陸用のLNG(液化ガス)基地102では、LNG運搬船が輸送した液化ガスを受け入れ、貯蔵する。そして、都市ガスや火力発電所などの液化ガスの供給先112に供給する際に、液化ガスを海水などで暖めてガスに戻すことが行われる。液化ガスを気化させる際に、動力回収システム1により冷熱エネルギーを海水に捨てるのではなく電力として回収する。
FIG. 6B is a schematic diagram showing an example in which the
A
ここで、本開示の動力回収システム1は、上述した液化ガスの具体例として液化天然ガス(LNG)を例に挙げて説明しているが、本開示は、液化天然ガス以外の液化ガス(液化石油ガス、液体水素など)にも適用可能である。
Here, the
(動力回収システム1の全体構成)
図1~図4は、本開示の一実施形態にかかる動力回収システム1の全体構成を概略的に示す概略構成図である。
(Overall Configuration of Power Recovery System 1)
1 to 4 are schematic configuration diagrams that schematically show the overall configuration of a
本開示の一実施形態に係る動力回収システム1は、液化ガスを加熱するための作動流体を介して、液化ガスが有する冷熱エネルギーを動力として回収するためのシステムである。本開示の一実施形態に係る動力回収システム1は、図1~図4に示すように、凝縮器2と、気液分離タンク4と、冷熱用ポンプ6と、蒸発器8と、冷熱用タービン10と、を備えている。凝縮器2と、気液分離タンク4と、冷熱用ポンプ6と、蒸発器8と、冷熱用タービン10とは、循環流路3によってそれぞれ接続されている。作動流体が液体や気体に状態変化をしながら循環流路3内を循環することで、動力回収システム1が駆動されるように構成されている。
A
凝縮器2は、作動流体と液化ガスとが熱交換することで作動流体を凝縮させるように構成されている。凝縮器2の内部には、循環流路3を循環する作動流体が流入する加熱側管路21と、動力回収システム1の外部から導入される液化ガスが流入する被加熱側管路22が設けられており、作動流体と液化ガスとが熱交換するように構成されている。凝縮器2において、熱交換により作動流体は冷却され凝縮し、液化ガスは加熱される。
The
循環流路3は、凝縮器2と気液分離タンク4とを接続する第1管路31と、気液分離タンク4と冷熱用ポンプ6とを接続する第2管路32と、冷熱用ポンプ6と蒸発器8とを接続する第3管路33と、蒸発器8と冷熱用タービン10とを接続する第4管路34と、冷熱用タービン10と凝縮器2とを接続する第5管路35と、を含んでいる。作動流体は、循環流路3内を液体や気体に状態変化をしながら循環し、動力回収システム1を駆動させる。
なお、以下の説明において、「上流側」とは、循環流路3を流れる作動流体の流れ方向の上流側を意味し、「下流側」とは、循環流路3を流れる作動流体の流れ方向の下流側を意味している。
The
In the following description, "upstream side" means the upstream side in the direction of flow of the working fluid flowing through the
第1管路31は、凝縮器2の下流側、気液分離タンク4の上流側に配置され、凝縮器2と気液分離タンク4とを接続している。第1管路31の上流側端部は、凝縮器2の加熱側管路21の下流側端部と接続されている。第1管路31の下流側は、気液分離タンク4に接続されている。凝縮器2によって凝縮された液体状の作動流体は、第1管路31内を流れて、気液分離タンク4へ供給される。
The
気液分離タンク4は、凝縮器2で凝縮された作動流体を液体と気体とに分離して貯留するように構成されている。気液分離タンク4の内部には、液面41を境として、その上方に気体状の作動流体で構成される気相部42が形成され、その下方に液体状の作動流体で構成される液相部43が形成される。
The gas-
また、気液分離タンク4は、気液分離タンク4の天井面44が凝縮器2よりも鉛直方向の下方に位置するように設置されている。つまり、第1管路31の上流側端部が第1管路31の下流側端部よりも鉛直方向の上方に位置しており、作動流体は自然流下により第1管路31内を流れるように構成されている。
Further, the gas-
図示した実施形態では、気液分離タンク4は円柱形状を有している。ただし、気液分離タンク4は、作動流体を液体と気体とに分離し貯留できればよく、その形状は特に限定されない。気液分離タンク4は、例えば、円柱形状や球形状、直方体形状など、実施形態に合わせて形状を適宜選択できる。なお、気液分離タンク4が球形状を有している場合、上述した天井面44は球体の最も高い部分に、後述する底面45は球体の最も低い部分にそれぞれ相当する。
In the illustrated embodiment, the gas-
気液分離タンク4の気相部42の温度は、飽和蒸気温度以上となっており、飽和蒸気温度か、外部からの影響によりそれよりも少し高い温度になっている。気液分離タンク4の液相部43の温度は、液面41において飽和蒸気温度以上の気相部42の影響を受けるため、鉛直方向において液相部43の液面41側から底面45側に向かって温度が低くなるような温度勾配を有している。
The temperature of the
第2管路32は、気液分離タンク4の下流側、冷熱用ポンプ6の上流側に配置され、気液分離タンク4と冷熱用ポンプ6とを接続している。第2管路32の上流側端部は、気液分離タンク4の液相部43に位置しており、液体状の作動流体が第2管路32の内部に流入可能なように開口している。第2管路32の下流側端部は冷熱用ポンプ6の吸込口に接続されている。気液分離タンク4の液相部43に貯留された液体状の作動流体は、第2管路32を流れて冷熱用ポンプ6へ供給される。
The
冷熱用ポンプ6は、気液分離タンク4から供給された液体状の作動流体を昇圧するように構成されている。吸込口から流入した液体状の作動流体は、冷熱用ポンプ6の昇圧部(例えば、羽根車など)によって、昇圧されて吐出口から流出される。
また、冷熱用ポンプ6は、気液分離タンク4の底面45より鉛直方向の下方に設置されている。つまり、第2管路32の上流側端部が第2管路32の下流側端部よりも鉛直方向の上方に位置しており、作動流体は液面41と冷熱用ポンプ6の吸込口とのヘッド差、及び冷熱用ポンプ6の吸い込み力により、第2管路32内を流れるように構成されている。
The cold/
Also, the
冷熱用ポンプ6は、作動流体を昇圧できればよく、その形式は特に限定されない。例えば、ターボ形ポンプ(遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなど)や容積形ポンプ(往復形ポンプ、回転形ポンプ)など、実施形態に合わせて形式を適宜選択できる。
The
第3管路33は、冷熱用ポンプ6の下流側、蒸発器8の上流側に配置され、冷熱用ポンプ6と蒸発器8とを接続している。第3管路33の上流側端部は冷熱用ポンプの吐出口に接続されている。第3管路33の下流側端部は、蒸発器8の被加熱側管路81の上流側端部と接続されている。冷熱用ポンプ6により昇圧された液体状の作動流体は、第3管路33内を流れて蒸発器8へ供給される。
The
蒸発器8は、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体と、動力回収システム1の外部から導入された加熱流体とが熱交換することで作動流体を蒸発させるように構成されている。蒸発器8の内部には、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体が流入する被加熱側管路81と、動力回収システム1の外部から導入される加熱流体が流入する加熱側管路82が設けられており、作動流体と加熱流体とが熱交換するように構成されている。蒸発器8において、熱交換により作動流体は加熱され蒸発し、加熱流体は冷却される。
The
なお、上述した加熱流体は、動力回収システム1の外部から導入される蒸気や温水、海水や、エンジン冷却水など、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体よりも温度が高い媒体であればよい。本実施形態では、加熱流体として、上述した水上浮遊構造体101のエンジン111の冷却水を用いている。エンジン111の冷却水は海水などよりも高温であるため、加熱流体として海水などを用いる場合と比べて、蒸発器8での熱交換効率を高めることができる。
Note that the above-mentioned heated fluid may be any medium having a higher temperature than the working fluid pressurized by the cold/
第4管路34は、蒸発器8の下流側、冷熱用タービン10の上流側に配置され、蒸発器8と冷熱用タービン10とを接続している。第4管路34の上流側端部は、蒸発器8の被加熱側管路81の下流側端部と接続されている。第4管路34の下流側端部は、冷熱用タービン10の流入部に接続されている。蒸発器8において熱交換され加熱された気体状の作動流体は、第4管路34内を流れて冷熱用タービン10へ供給される。
The
冷熱用タービン10は、蒸発器8で生成された気体状の作動流体により駆動するように構成されている。冷熱用タービン10は、例えば、回転軸と回転軸に設けられた少なくとも1つの動翼からなる羽根車を有しており、流入部から流入した作動流体が動翼に作用して回転軸が回転するように構成されている。
The
また、冷熱用タービン10の回転軸には、発電機12が連結されている。発電機12は、冷熱用タービン10の駆動力を駆動源として発電するように構成されている。
すなわち、動力回収システム1が、冷熱用タービン10および発電機12を備えることで、液化ガスが有する冷熱エネルギーを動力(電力)として回収することができる。
A
That is, the
第5管路35は、冷熱用タービン10の下流側、凝縮器2の上流側に配置され、冷熱用タービン10と凝縮器2とを接続している。第5管路35の上流側端部は、冷熱用タービン10の流出部に接続されている。第5管路35の下流側端部は、凝縮器2の加熱側管路21の上流側端部と接続されている。冷熱用タービン10を駆動した気体状の作動流体は、第5管路35内を流れて凝縮器2へ供給される。
The
(第1管路31の流出口311の位置)
図5A~図5Dは、本開示の一実施形態にかかる気液分離タンク4の概略断面図である。
本開示の一実施形態に係る動力回収システム1では、図5A~図5Dに示したように、第1管路31の流出口311が、気液分離タンク4の液面41よりも下方に位置するように構成されている。
(Position of
5A-5D are schematic cross-sectional views of a gas-
In the
第1管路31の流出口311が、気液分離タンク4の液面41よりも下方に位置しているため、凝縮器2により凝縮された作動流体は、気相部42にではなく、液相部43に直接供給されることとなる。そのため、第1管路31の流出口311が、気液分離タンク4の液面41よりも上方に位置している場合、すなわち、凝縮器2により凝縮された作動流体が気相部42を介して液相部43に供給される場合と比べて、気相部42で作動流体が温められることがないため、低い温度状態のまま作動流体を液相部43に供給することができる。そして、気液分離タンク4から液体状の作動流体を冷熱用ポンプ6に供給する際も、低い温度状態のまま流入させることが出来るので、冷熱用ポンプ6のポンプ部での作動流体のガス化を抑制することが出来る。これにより、冷熱用ポンプ6のポンプ部でのキャビテーションの発生を抑制するとともに、冷熱用ポンプ6にガスが吸い込まれるのを抑制して冷熱用ポンプ6を正常に駆動させることが出来る。
Since the
一実施形態では、図5A~図5Dに示したように、第1管路31の流出口311は、気液分離タンク4の鉛直方向の中間よりも下方に位置するように構成されていてもよい。
In one embodiment, as shown in FIGS. 5A to 5D, the
一般的に気液分離タンク4の液面41は中間位置(50%位置)よりも上部に位置している。このため、このような構成によれば、凝縮器2により凝縮された作動流体は、気液分離タンク4の気相部42にではなく、気液分離タンク4の液相部43に設けられた第1管路31の流出口311から、気液分離タンク4に作動流体を直接供給されることとなる。
Generally, the
一実施形態では、上述したように、気液分離タンク4に貯留された液体状の作動流体を冷熱用ポンプ6へ供給するように構成された第2管路32をさらに備えている。そして、図5A~図5Dに示したように、気液分離タンク4の鉛直方向において、底面45の位置を0%位置、天井面44の位置を100%位置と定義した場合に、第1管路31の流出口311および第2管路32の流入口321は、0%~25%の範囲に位置している。
In one embodiment, as described above, the
このような構成によれば、第1管路31の流出口311および第2管路32の流入口321が、気液分離タンク4の鉛直方向において、0%~25%の範囲(すなわち底面45側)に位置している。このため、第1管路31の流出口311から液相部43に流出した作動流体が、作動流体の温度が高くなる鉛直方向上方の液相部43で暖められることなく、低い温度状態に維持されたまま、第2管路32の流入口321に流入して、冷熱用ポンプ6に供給される。これにより、冷熱用ポンプ6のポンプ部での作動流体のガス化を抑制することが出来る。
According to such a configuration, the
一実施形態では、図5Aに示したように、第1管路31および第2管路32は、底面45から気液分離タンク4に挿通されている。第1管路31および第2管路32は、底面45から鉛直方向の上方に向かって液面41よりも下方の液相部43中を延在している。
In one embodiment, the
一実施形態では、図5Bに示したように、第1管路31および第2管路32は、側面46から気液分離タンク4に挿通されている。第1管路31および第2管路32は、側面46から水平方向に向かって液面41よりも下方の液相部43中を延在している。
In one embodiment, the
幾つかの実施形態では、図5Cおよび図5Dに示したように、第1管路31は、気液分離タンク4の液面41よりも上方から気液分離タンク4に挿通されるとともに液面41よりも下方に向かって延在する内部管路31Bを含んでいる。そして、内部管路31Bの下流側端部に上述した流出口311が形成されている。
In some embodiments, as shown in FIGS. 5C and 5D , the
このような構成によれば、第1管路31が気液分離タンク4の液面41よりも上方から気液分離タンク4に挿通されるので、液面41よりも下方から気液分離タンク4に挿通される場合と比べて、第1管路31が凝縮器2により凝縮された作動流体よりも温度の高い大気にさらされる距離が低減される。このため、気液分離タンク4の外部において、第1管路31内の作動流体が外部からの入熱によって加熱されることを抑制することができる。
According to such a configuration, since the
一実施形態では、図5Cに示したように、第1管路31は、気液分離タンク4の外部に配置されている外部管路31Aと、気液分離タンク4の内部に配置されている内部管路31Bとを含んでいる。第1管路31は、天井面44から気液分離タンク4に挿通されている。内部管路31Bは、天井面44から鉛直方向の下方に向かって液面41よりも下方の液相部43まで延在している。
In one embodiment, as shown in FIG. 5C, the
一実施形態では、図5Dに示したように、第1管路31は、気液分離タンク4の外部に配置されている外部管路31Aと、気液分離タンク4の内部に配置されている内部管路31Bとを含んでいる。第1管路31は、気液分離タンク4の側面46から気液分離タンク4に挿通されている。内部管路31Bは、側面46から水平方向に向かって延在する内部水平管路31B1と、内部水平管路31B1の下流端部から鉛直方向の下方に向かって液面41よりも下方の液相部43まで延在する内部鉛直管路31B2を有している。
In one embodiment, as shown in FIG. 5D, the
一実施形態では、図5A~図5Dに示したように、気液分離タンク4の鉛直方向において、第1管路31の流出口311は、第2管路32の流入口321よりも上方に位置している。
このような構成によれば、第1管路31を流れる作動流体に気泡が含まれていた場合であっても、流出口311から流出した気泡が第2管路32の流入口321に流入することを抑制することができる。
In one embodiment, as shown in FIGS. 5A to 5D, in the vertical direction of the gas-
According to such a configuration, even if bubbles are contained in the working fluid flowing through the
幾つかの実施形態では、上述した作動流体は、沸点が0℃未満の流体を含んでいる。 In some embodiments, the working fluids described above include fluids with boiling points below 0°C.
このような構成によれば、沸点が0℃未満の流体を作動流体として使用することで、動力回収システム1を作動させることができる。この作動流体には、例えばプロパンなどが挙げられるが、プロパン以外の作動流体を、循環流路3を流れる作動流体とした場合にも適用可能である。
According to such a configuration, the
(再循環管路5)
一実施形態では、図2に示すように、動力回収システム1は、冷熱用ポンプ6と蒸発器8との間より分岐し、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体を気液分離タンク4に還流させる再循環管路5をさらに備えている。そして、図5A、図5Bに示される通り、再循環管路5の流出口51は、気液分離タンク4の液面41よりも下方に位置するように設けられている。
(Recirculation line 5)
In one embodiment, as shown in FIG. 2, the
このような構成によれば、再循環管路5の流出口51が、気液分離タンク4の液面41の下方に位置しているため、凝縮器2により凝縮された作動流体は、気相部42にではなく、液相部43に直接供給されることとなる。そのため、再循環管路5の流出口51から液相部43に流出した作動流体が、作動流体が温度の高くなる鉛直方向上方の気相部42で暖められることなく、低い温度状態に維持されたまま、第2管路32の流入口321に流入して、冷熱用ポンプ6に供給される。これにより、冷熱用ポンプ6のポンプ部での作動流体のガス化を抑制することが出来る。
According to such a configuration, since the
図2に示した実施形態では、再循環管路5の上流側端部は、冷熱用ポンプ6と蒸発器8を接続する第3管路33に接続されている。また、再循環管路5の上流側端部より下流側にはバルブ5Vが設けられており、再循環管路5を開閉できるように構成されている。また、第3管路33は、再循環管路5の上流側端部との接続位置よりも下流側にバルブ33Vが設けられており、第3管路33を開閉できるように構成されている。
In the embodiment shown in FIG. 2, the upstream end of the
冷熱用ポンプ6の起動時には、バルブ33Vは閉弁されるとともにバルブ5Vは開弁される。これにより、気液分離タンク4に貯留された液体状の作動流体は、第2管路32を流れて、冷熱用ポンプ6に吸い込まれて昇圧され、第3管路33に吐出される。そして、再循環管路5を流れて、再び気液分離タンク4に還流される。このように、冷熱用ポンプ6の起動時には、液体状の作動流体が気液分離タンク4と冷熱用ポンプ6との間を循環するようになっている。
When the
冷熱用ポンプ6の起動後、所定の運転状態に達した時(稼働時)には、バルブ33Vを開弁されるとともにバルブ5Vは閉弁される。これにより、冷熱用ポンプ6によって昇圧された作動流体は、再循環管路5を流れることなく循環流路3を循環するようになっている。
After the
一実施形態では、上述したように、気液分離タンク4の液面41よりも下方の液相部43に再循環管路5の流出口51が位置するように設けられる。そして、気液分離タンク4の鉛直方向において、底面45の位置を0%位置、天井面44の位置を100%位置と定義した場合に、再循環管路5の流出口51は、0%~25%の範囲に位置しているとよい。
In one embodiment, as described above, the
このような構成によれば、再循環管路5の流出口51から液相部43に流出した作動流体が、作動流体が温度の高くなる鉛直方向上方の液相部43で暖められることなく、低い温度状態に維持されたまま、第2管路32の流入口321に流入して、冷熱用ポンプ6に供給される。これにより、冷熱用ポンプ6のポンプ部での作動流体のガス化を抑制することが出来る。
According to such a configuration, the working fluid flowing out from the
一実施形態では、図5A、図5Bに示したように、気液分離タンク4の鉛直方向において、再循環管路5の流出口51は、第2管路32の流入口321よりも上方に位置している。
このような構成によれば、再循環管路5を流れる作動流体に気泡が含まれていた場合であっても、流出口51から流出した気泡が第2管路32の流入口321に流入することを抑制することができる。
In one embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B , the
According to such a configuration, even if bubbles are contained in the working fluid flowing through the
一実施形態では、図5Aに示したように、再循環管路5は底面45から気液分離タンク4に挿通されている。再循環管路5は、底面45から鉛直方向の上方に向かって液面41よりも下方の液相部43中を延在している。
In one embodiment, the
一実施形態では、図5Bに示したように、再循環管路5は側面46から気液分離タンク4に挿通されている。再循環管路5は、側面46から水平方向に向かって液面41よりも下方の液相部43中を延在している。
In one embodiment, the
一実施形態では、図5A、図5Bに示したように、再循環管路5の流出口51は、第1管路31の流出口311よりも、第2管路31の流入口321から離れて位置している。つまり、第1管路31の流出口311の方が再循環管路5の流出口51よりも第2管路31の流入口321の近くに位置している。
このような構成によれば、第1管路31の流出口311から第2管路31の流入口321に速やかに作動流体を導くことができる。
In one embodiment, the
With such a configuration, the working fluid can be rapidly guided from the
(第1副管路7)
一実施形態では、図3および図4に示したように、動力回収システム1は、凝縮器2により凝縮された作動流体を気液分離タンク4に供給するための第1副管路7を備えている。そして、図5Aおよび図5Bに示されるように、第1副管路7の流出口71は、気液分離タンク4の液面41よりも上方に位置するように構成されている。
(First sub-pipeline 7)
In one embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the
このような構成によれば、気液分離タンク4の液面41よりも上方の気相部42は、気液分離タンク4の液面41よりも上方に第1副管路7の流出口71が設けられているため、第1副管路7より流入する作動流体が気相部42に直接供給されることになる。このため、気液分離タンク4の液面41よりも上方の気相部42の温度が低下し、低い飽和蒸気圧を得ることが出来る。気液分離タンク4の液面41よりも上方の気相部42の圧力(飽和蒸気圧)を低下させると、冷熱用タービン10の出口の圧力も低下するので、タービン効率を向上させることができる。
According to such a configuration, the
一実施形態では、図3および図4に示したように、第1副管路7の上流側端部は凝縮器2と気液分離タンク4を接続する第1管路31に接続されている。また、第1副管路7の下流側は、気液分離タンク4の鉛直方向の上方(液面41よりも上方)から、気液分離タンク4に接続されている。そして、図5Aおよび図5Bに示したように、気液分離タンク4の液面41よりも上方の気相部42に第1副管路7の流出口71が位置するように設けられる。
In one embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the upstream end of the first
また、一実施形態では、図5Aに示したように、第1副管路7は天井面44から気液分離タンク4に挿通されている。第1副管路7は、天井面44から鉛直方向の下方に向かって液面41よりも上方の気相部42中を延在している。
Moreover, in one embodiment, as shown in FIG. 5A, the first
一実施形態では、図5Bに示したように、第1副管路7は側面46から気液分離タンク4に挿通されている。第1副管路7は、側面46から水平方向に向かって液面41よりも上方の気相部43中を延在している。
In one embodiment, as shown in FIG. 5B, the first
(制御装置9、第1バルブ31V、第2バルブ7V)
一実施形態では、図3および図4に示したように、動力回収システム1は、第1管路31を流れる作動流体の流量を調整可能な第1バルブ31Vと、第1副管路7を流れる作動流体の流量を調整可能な第2バルブ7Vと、第1バルブ31V及び第2バルブ7Vの夫々のバルブ開度を制御可能な制御装置9とを備えている。制御装置9は、気液分離タンク4の液面41よりも上方の気相部42の温度T1と気液分離タンク4から流出されて冷熱用ポンプ6に吸入される前の液体状の作動流体の液温T2との差分ΔTが、第1閾値よりも大きく、且つ、第1閾値よりも大きい第2閾値よりも小さくなるように第1バルブ31V及び第2バルブ7Vの夫々のバルブ開度を制御するように構成される。
(
In one embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the
このような構成によれば、差分ΔTが第1閾値と第2閾値の間で制御されることとなる。差分ΔTが第1閾値よりも小さい場合には、液温T2と飽和温度である気相部42の温度T1との温度差が小さくなるため、液温T2の作動流体が冷熱用ポンプ6への流入時や、冷熱用ポンプ6のポンプ部における少しの加熱でもガス化し易くなる。一方、差分ΔTが第2閾値よりも大きい場合には、気相部42の温度T1の温度が高く、気相部42は高い飽和蒸気圧となり、冷熱用タービン10のタービン効率が低下する恐れがある。そのため、差分ΔTを制御パラメータとし、その差分ΔTに第1閾値と第2閾値を設け制御を行うことで、作業流体のガス化を引き起こすことなく、タービン効率を高めることができる。
According to such a configuration, the difference ΔT is controlled between the first threshold and the second threshold. When the difference ΔT is smaller than the first threshold value, the temperature difference between the liquid temperature T2 and the temperature T1 of the
第2バルブ7Vは、第1副管路7に設けられており、第1副管路7を流れる作動流体の流量を制御できる。また、第1バルブ31Vは、第1副管路7の上流側端部との接続位置よりも下流側の第1管路31に設けられており、第1管路31を流れる作動流体の流量を制御できる。また、第1バルブ31Vおよび第2バルブ7Vは、そのバルブ開度を自動で調整できるようにアクチュエータ(モーターなど)に接続されている。
The
温度T1が上昇すると、気相部42が高い飽和蒸気圧となり、冷熱用タービン10の出口の圧力が上がり、タービン効率が低下する恐れがある。また、液温T2が上昇すると、冷熱用ポンプ6に供給される作動流体の温度が上がるため、冷熱用ポンプ6のポンプ部において作動流体がガス化しやすくなる恐れがある。
When the temperature T1 rises, the
温度T1を下げるためには、凝縮器2によって凝縮された液体状の作動流体が第1副管路7に多く流れるように、第2バルブ7Vを開弁方向に、第1バルブ31Vを閉弁方向に調整するとよい。これにより、第1副管路7の流出口71から気液分離タンク4の気相部42に供給される作動流体の量が増加するので、温度T1を下げることができる。
しかし、第2バルブ7Vを開弁方向に、第1バルブ31Vを閉弁方向に調整したことで、第1管路31を流れる作動流体の量は減少する。このため、第1管路31の流出口311から気液分離タンク4の液相部43に作動流体は供給されにくくなるので、気液分離タンク4の液相部43の液温T2が上昇する。
In order to lower the temperature T1, the
However, by adjusting the
一方、液温T2の温度を下げるためには、凝縮器2によって凝縮された液体状の作動流体を第1管路31に多く流れるように、第2バルブ7Vを閉弁方向に、第1バルブ31Vを開弁方向に調整するとよい。これにより、第1管路31の流出口311から液相部43に供給される作動流体の量が増加するので、液温T2を下げることができる。
しかし、第2バルブ7Vを閉弁方向に、第1バルブ31Vを開弁方向に調整したことで、第1副管路7を流れる作動流体の量は減少する。このため、第1副管路7の流出口71から気液分離タンク4の気相部42に作動流体は供給されにくくなるので、気液分離タンク4の気相部42の温度T1が上昇する。
On the other hand, in order to lower the liquid temperature T2, the
However, by adjusting the
つまり、温度T1と液温T2は、温度T1を下げようとすると液温T2が上がり、液温T2を下げようとすると温度T1が上がるというトレードオフの関係にある。そこで、温度T1と液温T2との差分ΔTに対して、第1閾値と第2閾値を設ける。 That is, the temperature T1 and the liquid temperature T2 are in a trade-off relationship such that when the temperature T1 is lowered, the liquid temperature T2 rises, and when the liquid temperature T2 is lowered, the temperature T1 rises. Therefore, a first threshold value and a second threshold value are provided for the difference ΔT between the temperature T1 and the liquid temperature T2.
温度T1が上昇した場合には、温度T1と液温T2との温度差が大きくなるため、差分ΔTは大きくなる。そして、差分ΔTが第2閾値よりも大きくならないように、第2バルブ7Vを閉弁方向に、第1バルブ31Vを開弁方向に調整する。これにより、温度T1を下げ、差分ΔTが小さくし、差分ΔTが第2閾値よりも小さくなるように維持することができる。
When the temperature T1 rises, the temperature difference between the temperature T1 and the liquid temperature T2 increases, so the difference ΔT increases. Then, the
また、液温T2が上昇した場合には、温度T1と液温T2との温度差が小さくなるため、差分ΔTは小さくなる。そして、差分ΔTが第1閾値よりも小さくならないように、第2バルブ7Vを閉弁方向に、第1バルブ31Vを開弁方向に調整する。これにより、液温T2を下げ、差分ΔTを大きくし、差分ΔTが第1閾値よりも大きくなるように維持することができる。
Further, when the liquid temperature T2 rises, the difference ΔT becomes smaller because the temperature difference between the temperature T1 and the liquid temperature T2 becomes smaller. Then, the
制御装置9は、第1バルブ31Vと第2バルブ7Vのバルブ開度を制御するための電子制御ユニットであり、図示しないCPU(プロセッサ)や、ROMやRAMといったメモリ、外部記憶装置などの記憶装置、I/Oインターフェース、通信インターフェースなどからなるマイクロコンピュータとして構成されていてもよい。そして、例えば上記メモリの主記憶装置にロードされたプログラムの命令に従ってCPUが動作(例えばデータの演算など)することで、後述する第1バルブ31Vおよび第2バルブ7Vのバルブ開度制御を実現してもよい。
The
一実施形態では、図4に示されるように、第1センサ131は温度T1を測定し、制御装置9に送信可能ように気液分離タンク4の気相部42に設置される。第2センサ132は、液温T2を測定し、制御装置9に送信可能なように第2管路32における冷熱用ポンプ6近傍に設置される。第1センサ131および第2センサ132は、制御装置9に測定した温度T1と液温T2を信号として有線又は無線の通信回線を通じて継続的に送信するようになっている。
In one embodiment, as shown in FIG. 4, a
制御装置9は、上述した温度T1と液温T2との差分ΔTが、第1閾値よりも大きく且つ第2閾値よりも小さい値となるようにフィードバック制御を行う。具体的には、制御装置9は、差分ΔTが、第1閾値よりも大きく且つ第2閾値よりも小さい値となるような第1バルブ31Vおよび第2バルブ7Vの夫々のバルブ開度を演算して、その指令信号を第1バルブ31Vおよび第2バルブ7Vに出力する。第1バルブ31Vおよび第2バルブ7Vは、入力された指令信号に基づいてバルブ開度を調整する。この一連の制御が所定時間ごとに繰り返されることで、差分ΔTが第1閾値よりも大きく且つ第2閾値よりも小さい値となるように維持される。
The
(第2再循環管路15)
一実施形態では、図2に示したように、動力回収システム1は、再循環管路5から分岐し、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体を凝縮器2に還流させる第2再循環管路15と、第2再循環管路15を流れる作動流体の流量を調整可能な第1還流バルブ16Vと、再循環管路5における第2再循環管路15との分岐位置よりも下流側を流れる作動流体の流量を調整可能な第2還流バルブ17Vと、第1還流バルブ16V及び第2還流バルブ17Vの夫々のバルブ開度を制御可能な制御装置9と、をさらに備えている。
(Second recirculation line 15)
In one embodiment, as shown in FIG. 2, the
そして、制御装置9は、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体の液温が所定温度(第3閾値)を下回る場合には、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体を気液分離タンク4に還流させ、且つ、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体の液温が所定温度(第3閾値)を上回る場合には、冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体を凝縮器2に還流させるように、第1還流バルブ16V及び第2還流バルブ17Vの夫々のバルブ開度を制御するように構成されている。
Then, when the liquid temperature of the working fluid pressurized by the
冷熱用ポンプ6からの入熱により作動流体の温度が所定温度以上に上昇した場合に、その温度上昇した作動流体を気液分離タンク4に還流させると、気液分離タンク4に貯留されている作動流体の温度を上昇させてしまう虞がある。よって、このような構成によれば、冷熱用ポンプ6からの入熱により作動流体の温度が所定温度(第3閾値)以上に上昇した場合には、その作動流体を凝縮器2に還流させ、凝縮器で温度低下させてから気液分離タンク4に供給することで、気液分離タンク4に貯留されている作動流体の温度が上昇することを抑制することができる。
When the temperature of the working fluid rises to a predetermined temperature or higher due to the heat input from the
図2に示した実施形態では、第1還流バルブ16Vは、第2再循環管路15に設けられており、第2再循環管路15を流れる作動流体の流量を制御できる。また、第2還流バルブ17Vは、再循環管路5における第2再循環管路15との分岐位置よりも下流側に設けられており、分岐位置よりも下流側の再循環管路5を流れる作動流体の流量を制御できる。また、第1還流バルブ16Vおよび第2還流バルブ17Vは、そのバルブ開度を自動で調整できるようにアクチュエータ(モーターなど)に接続されている。また、再循環管路5における第2再循環管路15との分岐位置よりも上流側には、再循環管路5を流れる作動流体の温度(冷熱用ポンプ6により昇圧された作動流体の液温)を測定可能な第3センサ133が設置されている。第3センサ133は、制御装置9に測定した作動流体の温度を信号として有線又は無線の通信回線を通じて継続的に送信するようになっている。
In the embodiment shown in FIG. 2, the
(ガス抜き管11)
一実施形態では、図4に示したように、動力回収システム1は、第1管路31から分岐されるガス抜き管11であって、凝縮器2で凝縮されなかった気体状の作動流体を第1管路31の外部へ排出するためのガス抜き管11をさらに備える。
(Gas vent pipe 11)
In one embodiment, as shown in FIG. 4 , the
このような構成によれば、作動流体が凝縮器2で十分に液化しなかった場合に、第1管路31にガス抜き管11が設けられることにより、第1管路31のガスを外部へ排出することができる。このため、気液分離タンク4の液面41よりも下方に位置する液相部43へのガスの流入、冷熱用ポンプ6部へのガスの吸入を抑制することができる。
According to such a configuration, when the working fluid is not sufficiently liquefied in the
図4に示した実施形態では、ガス抜き管11は、第1管路31から分岐して鉛直方向の上方に向かって延在している。そして、ガス抜き管11の下流側端部は、気液分離タンク4の液面41よりも鉛直方向の上方に位置している。
In the embodiment shown in FIG. 4, the
また、図4に示した実施形態では、ガス抜き管11の下流側端部は、排出ガス管路14と接続されている。排出ガス管路14は、ガス抜き管11と気液分離タンク4を接続している。排出ガス管路14の下流側は、図5Aおよび図5Bに示すように、気液分離タンク4の液面41よりも鉛直方向の上方から、気液分離タンク4に接続されている。そして、気液分離タンク4の液面41よりも上方の気相部42に排出ガス管路14の流出口141が位置するように設けられる。このような構成によれば、第1管路31の外部に排出された気体状の作動流体を、動力回収システム1の外部に放出することなく、動力回収システム1内で循環させることができる。そのため、動力回収システム1内を循環する作動流体のロスを抑制することができる。
Moreover, in the embodiment shown in FIG. 4 , the downstream end of the
また、一実施形態では、図5Aに示したように、排出ガス管路14は天井面44から気液分離タンク4に挿通されている。排出ガス管路14は、天井面44から鉛直方向の下方に向かって液面41よりも上方の気相部42中を延在している。
Further, in one embodiment, as shown in FIG. 5A, the
一実施形態では、図5Bに示したように、排出ガス管路14は側面46から気液分離タンク4に挿通されている。排出ガス管路14は、側面46から水平方向に向かって液面41よりも上方の気相部43中を延在している。
In one embodiment, as shown in FIG. 5B,
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications of the above-described embodiments and modes in which these modes are combined as appropriate.
上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。 The contents described in the several embodiments described above are understood as follows, for example.
1)一の態様に係る動力回収システム(1)は、
液化ガスを加熱するための作動流体を介して、前記液化ガスが有する冷熱エネルギーを動力として回収するための動力回収システム(1)であって、
前記作動流体と前記液化ガスとが熱交換することで前記作動流体を凝縮させるように構成された凝縮器(2)と、
前記凝縮器(2)で凝縮された前記作動流体を液体と気体とに分離して貯留するように構成された気液分離タンク(4)と、
前記気液分離タンク(4)から供給された液体状の前記作動流体を昇圧するように構成された冷熱用ポンプ(6)と、
前記冷熱用ポンプ(6)により昇圧された前記作動流体と前記動力回収システムの外部から導入された加熱流体とが熱交換することで前記作動流体を蒸発させるように構成された蒸発器(8)と、
前記蒸発器(8)で生成された気体状の前記作動流体により駆動するように構成された冷熱用タービン(10)と、
前記凝縮器(2)により凝縮された前記作動流体を前記気液分離タンクに供給するための第1管路(31)であって、前記第1管路(31)の流出口(311)が前記気液分離タンク(4)の液面(41)よりも下方に位置するように構成された第1管路(31)と、を備える。
1) A power recovery system (1) according to one aspect includes:
A power recovery system (1) for recovering cold energy of the liquefied gas as power through a working fluid for heating the liquefied gas,
a condenser (2) configured to condense the working fluid by exchanging heat between the working fluid and the liquefied gas;
a gas-liquid separation tank (4) configured to separate and store the working fluid condensed in the condenser (2) into a liquid and a gas;
a cooling pump (6) configured to pressurize the liquid working fluid supplied from the gas-liquid separation tank (4);
An evaporator (8) configured to evaporate the working fluid by exchanging heat between the working fluid pressurized by the cooling pump (6) and heating fluid introduced from the outside of the power recovery system. and,
a cryogenic turbine (10) configured to be driven by the gaseous working fluid produced in the evaporator (8);
A first pipeline (31) for supplying the working fluid condensed by the condenser (2) to the gas-liquid separation tank, wherein an outlet (311) of the first pipeline (31) is A first pipe line (31) configured to be positioned below the liquid surface (41) of the gas-liquid separation tank (4).
本開示に係る動力回収システムによれば、第1管路の流出口が、気液分離タンクの液面よりも下方に位置しているため、凝縮器により凝縮された作動流体は、気相部にではなく、液相部に直接供給されることとなる。そのため、第1管路の流出口が、気液分離タンクの液面よりも上方に位置している場合、すなわち、凝縮器により凝縮された作動流体が気相部を介して液相部に供給される場合と比べて、気相部で作動流体が温められることがないため、低い温度状態のまま作動流体を液相部に供給することができる。そして、気液分離タンクから液体状の作動流体を冷熱用ポンプに供給する際も、低い温度状態のまま流入させることが出来るので、冷熱用ポンプのポンプ部での作動流体のガス化を抑制することが出来る。これにより、冷熱用ポンプのポンプ部でのキャビテーションの発生を抑制するとともに、冷熱用ポンプにガスが吸い込まれるのを抑制して冷熱用ポンプを正常に駆動させることが出来る。 According to the power recovery system according to the present disclosure, since the outflow port of the first pipe is positioned below the liquid surface of the gas-liquid separation tank, the working fluid condensed by the condenser is It is supplied directly to the liquid phase, not to the liquid phase. Therefore, when the outlet of the first pipe is positioned above the liquid surface of the gas-liquid separation tank, that is, when the working fluid condensed by the condenser is supplied to the liquid phase through the gas phase, Since the working fluid is not heated in the gas phase as compared with the case where the working fluid is heated, the working fluid can be supplied to the liquid phase while maintaining a low temperature. Also, when the liquid working fluid is supplied from the gas-liquid separation tank to the cooling pump, it can be supplied in a low temperature state, thereby suppressing gasification of the working fluid in the pump section of the cooling pump. can do As a result, it is possible to suppress the occurrence of cavitation in the pump portion of the cold pump, and to suppress gas from being sucked into the cold pump so that the cold pump can be driven normally.
2)別の態様に係る動力回収システムは、1)に記載の動力回収システム(1)であって、気液分離タンク(4)に貯留された液体状の作動流体を冷熱用ポンプ(6)へ供給するように構成された第2管路(32)をさらに備え、
気液分離タンク(4)の鉛直方向において、底面の位置を0%位置、天井面の位置を100%位置と定義した場合に、
第1管路(31)の流出口(311)および第2管路(32)の流入口(321)は、0%~25%の範囲に位置するように構成されている。
2) A power recovery system according to another aspect is the power recovery system (1) according to 1), wherein the liquid working fluid stored in the gas-liquid separation tank (4) is transferred to the cooling/heating pump (6). further comprising a second conduit (32) configured to supply to
In the vertical direction of the gas-liquid separation tank (4), when the position of the bottom surface is defined as the 0% position and the position of the ceiling surface is defined as the 100% position,
The outlet (311) of the first conduit (31) and the inlet (321) of the second conduit (32) are configured to be positioned in the range of 0% to 25%.
このような構成によれば、第1管路の流出口および第2管路の流入口が、気液分離タンク4の鉛直方向において、0%~25%の範囲(すなわち底面側)に位置している。このため、第1管路の流出口から液相部に流出した作動流体が、作動流体の温度が高くなる鉛直方向上方の液相部で暖められることなく、低い温度状態に維持されたまま、第2管路の流入口に流入して、冷熱用ポンプに供給される。これにより、冷熱用ポンプのポンプ部での作動流体のガス化を抑制することが出来る。
According to such a configuration, the outlet of the first pipe and the inlet of the second pipe are located in the range of 0% to 25% (that is, the bottom side) in the vertical direction of the gas-
3)さらに別の態様に係る動力回収システムは、1)又は2)に記載の動力回収システム(1)であって、前記作動流体は、沸点が0℃未満の流体を含む。 3) A power recovery system according to still another aspect is the power recovery system (1) according to 1) or 2), wherein the working fluid contains a fluid having a boiling point of less than 0°C.
このような構成によれば、沸点が0℃未満の流体を作動流体として使用することで、本動力回収システムを作動させることができる。この作動流体には、例えばプロパンなどが挙げられるが、プロパン以外の作動流体を、循環流路を流れる作動流体とした場合にも適用可能である。 According to such a configuration, the present power recovery system can be operated by using a fluid with a boiling point of less than 0° C. as the working fluid. Examples of the working fluid include propane, but the working fluid other than propane can also be used as the working fluid flowing through the circulation flow path.
4)さらに別の態様に係る動力回収システムは、1)乃至3)の何れか1項に記載の動力回収システム(1)であって、前記冷熱用ポンプ(6)と前記蒸発器(8)との間より分岐し、前記冷熱用ポンプ(6)により昇圧された前記作動流体を前記気液分離タンク(4)に還流させる再循環管路(5)をさらに備え、
前記再循環管路(5)の流出口(51)は、前記気液分離タンク(4)の前記液面よりも下方に位置する。
4) A power recovery system according to still another aspect is the power recovery system (1) according to any one of 1) to 3), wherein the cold/heat pump (6) and the evaporator (8) and a recirculation pipe (5) for returning the working fluid pressurized by the cooling pump (6) to the gas-liquid separation tank (4),
The outlet (51) of the recirculation line (5) is located below the liquid level of the gas-liquid separation tank (4).
このような構成によれば、再循環管路の流出口が、気液分離タンクの液面の下方に位置しているため、凝縮器により凝縮された作動流体は、気相部にではなく、液相部に直接供給されることとなる。そのため、再循環管路の流出口から液相部に流出した作動流体が、作動流体が温度の高くなる鉛直方向上方の液相部で暖められることなく、低い温度状態に維持されたまま、第2管路の流入口に流入して、冷熱用ポンプに供給される。これにより、冷熱用ポンプのポンプ部での作動流体のガス化を抑制することが出来る。 According to such a configuration, since the outlet of the recirculation pipe is located below the liquid surface of the gas-liquid separation tank, the working fluid condensed by the condenser is not in the gas phase, but in the gas phase. It will be supplied directly to the liquid phase. Therefore, the working fluid that has flowed out from the outlet of the recirculation pipe to the liquid phase portion is not warmed in the vertically upper liquid phase portion where the temperature of the working fluid is high, and is maintained at a low temperature. It flows into the inflow port of 2 pipelines and is supplied to the cooling pump. As a result, gasification of the working fluid in the pump portion of the cold/heat pump can be suppressed.
5)さらに別の態様に係る動力回収システムは、4)に記載の動力回収システム(1)であって、
前記再循環管路(5)から分岐し、前記冷熱用ポンプ(6)により昇圧された前記作動流体を前記凝縮器(2)に還流させる第2再循環管路(15)と、
前記第2再循環管路(15)を流れる前記作動流体の流量を調整可能な第1還流バルブ(16V)と、
前記再循環管路(5)における前記第2再循環管路(15)との分岐位置よりも下流側を流れる前記作動流体の流量を調整可能な第2還流バルブ(17V)と、
前記第1還流バルブ(16V)及び前記第2還流バルブ(17V)の夫々のバルブ開度を制御可能な制御装置(9)と、をさらに備え、
前記制御装置(9)は、
前記冷熱用ポンプ(6)により昇圧された前記作動流体の液温が所定温度を下回る場合には、前記冷熱用ポンプ(6)により昇圧された前記作動流体を前記気液分離タンク(4)に還流させ、且つ、
前記冷熱用ポンプ(6)により昇圧された前記作動流体の液温が前記所定温度を上回る場合には、前記冷熱用ポンプ(6)により昇圧された前記作動流体を前記凝縮器(2)に還流させるように、前記第1還流バルブ(16V)及び前記第2還流バルブ(17V)の夫々の前記バルブ開度を制御するように構成される。
5) A power recovery system according to still another aspect is the power recovery system (1) according to 4),
a second recirculation line (15) branching from the recirculation line (5) and returning the working fluid pressurized by the cooling pump (6) to the condenser (2);
a first recirculation valve (16V) capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the second recirculation line (15);
a second recirculation valve (17V) capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing downstream of the branch position of the second recirculation line (15) in the recirculation line (5);
further comprising a control device (9) capable of controlling respective valve opening degrees of the first recirculation valve (16V) and the second recirculation valve (17V),
The control device (9) is
When the liquid temperature of the working fluid pressurized by the cooling pump (6) is below a predetermined temperature, the working fluid pressurized by the cooling pump (6) is transferred to the gas-liquid separation tank (4). reflux, and
When the liquid temperature of the working fluid pressurized by the cooling pump (6) exceeds the predetermined temperature, the working fluid pressurized by the cooling pump (6) is returned to the condenser (2). The valve opening degree of each of the first recirculation valve (16V) and the second recirculation valve (17V) is controlled so as to cause
冷熱用ポンプからの入熱により作動流体の温度が所定温度以上に上昇した場合に、その温度上昇した作動流体を気液分離タンクに還流させると、気液分離タンクに貯留されている作動流体の温度を上昇させてしまう虞がある。よって、このような構成によれば、冷熱用ポンプからの入熱により作動流体の温度が所定温度(第3閾値)以上に上昇した場合には、その作動流体を凝縮器2に還流させ、凝縮器で温度低下させてから気液分離タンクに供給することで、気液分離タンクに貯留されている作動流体の温度が上昇することを抑制することができる。
When the temperature of the working fluid rises to a predetermined temperature or higher due to the heat input from the cold/heat pump, when the working fluid whose temperature rises is returned to the gas-liquid separation tank, the working fluid stored in the gas-liquid separation tank is reduced. There is a risk of raising the temperature. Therefore, according to such a configuration, when the temperature of the working fluid rises to a predetermined temperature (third threshold value) or higher due to the heat input from the cooling pump, the working fluid is returned to the
6)さらに別の態様に係る動力回収システムは、1)乃至5)の何れか1項に記載の動力回収システム(1)であって、前記凝縮器(2)により凝縮された前記作動流体を前記気液分離タンク(4)に供給するための第1副管路(7)であって、前記第1副管路(7)の流出口(71)は、前記気液分離タンク(4)の前記液面(41)よりも上方に位置するように構成された第1副管路(7)をさらに備える。 6) A power recovery system according to still another aspect is the power recovery system (1) according to any one of 1) to 5), wherein the working fluid condensed by the condenser (2) is A first sub-pipeline (7) for supplying to the gas-liquid separation tank (4), wherein an outlet (71) of the first sub-pipeline (7) is connected to the gas-liquid separation tank (4) It further comprises a first sub-pipeline (7) configured to be positioned above the liquid level (41) of the liquid.
このような構成によれば、気液分離タンクの液面よりも上方の気相部は、気液分離タンクの液面よりも上方に第1副管路の流出口が設けられているため、第1副管路より流入する作動流体が気相部に直接供給されることになる。このため、気液分離タンクの液面よりも上方の気相部の温度が低下し、低い飽和蒸気圧を得ることが出来る。気液分離タンクの液面よりも上方の気相部の圧力(飽和蒸気圧)を低下させると、冷熱用タービンの出口の圧力も低下するので、タービン効率を向上させることができる。 According to such a configuration, since the gas phase portion above the liquid surface of the gas-liquid separation tank is provided with the outflow port of the first sub-pipe above the liquid surface of the gas-liquid separation tank, The working fluid flowing in from the first sub-pipe is directly supplied to the gas phase portion. Therefore, the temperature of the gas phase portion above the liquid level in the gas-liquid separation tank is lowered, and a low saturated vapor pressure can be obtained. When the pressure (saturated vapor pressure) of the gas phase portion above the liquid surface of the gas-liquid separation tank is lowered, the pressure at the outlet of the chiller turbine is also lowered, so the turbine efficiency can be improved.
7)さらに別の態様に係る動力回収システムは、6)に記載の動力回収システムであって、
前記第1管路(31)を流れる前記作動流体の流量を調整可能な第1バルブ(31V)と、
前記第1副管路(7)を流れる前記作動流体の流量を調整可能な第2バルブ(7V)と、
前記第1バルブ(31V)及び前記第2バルブ(7V)の夫々のバルブ開度を制御可能な制御装置(9)と、をさらに備え、
前記制御装置(9)は、前記気液分離タンク(4)の前記液面(41)よりも上方の気相の温度T1と前記気液分離タンク(4)から流出されて前記冷熱用ポンプ(6)に吸入される前の液体状の前記作動流体の液温T2との差分ΔTが、第1閾値よりも大きく、且つ、前記第1閾値よりも大きい第2閾値よりも小さくなるように前記第1バルブ(31V)及び前記第2バルブ(7V)の夫々の前記バルブ開度を制御するように構成される。
7) A power recovery system according to still another aspect is the power recovery system according to 6),
a first valve (31V) capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the first conduit (31);
a second valve (7V) capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the first sub-line (7);
a control device (9) capable of controlling the respective valve opening degrees of the first valve (31V) and the second valve (7V);
The control device (9) controls the temperature T1 of the gas phase above the liquid level (41) of the gas-liquid separation tank (4) and the cooling pump (4). 6) is such that the difference ΔT between the liquid temperature T2 of the liquid working fluid before being sucked is greater than a first threshold value and less than a second threshold value that is greater than the first threshold value. It is configured to control the respective valve opening degrees of the first valve (31V) and the second valve (7V).
このような構成によれば、差分ΔTが第1閾値と第2閾値の間で制御されることとなる。差分ΔTが第1閾値よりも小さい場合には、液温T2と飽和温度である気相部の温度T1との温度差が小さくなるため、液温T2の作動流体が冷熱用ポンプへの流入時や、冷熱用ポンプのポンプ部における少しの加熱でもガス化し易くなる。一方、差分ΔTが第2閾値よりも大きい場合には、気相部の温度T1の温度が高く、気相部は高い飽和蒸気圧となり、冷熱用タービン10のタービン効率が低下する恐れがある。そのため、差分ΔTを制御パラメータとし、その差分ΔTに第1閾値と第2閾値を設け制御を行うことで、作動流体のガス化を引き起こすことなく、タービン効率を高めることができる。
According to such a configuration, the difference ΔT is controlled between the first threshold and the second threshold. When the difference ΔT is smaller than the first threshold, the temperature difference between the liquid temperature T2 and the temperature T1 of the vapor phase portion, which is the saturation temperature, becomes small. Also, even a slight heating in the pump portion of the cold/heat pump facilitates gasification. On the other hand, when the difference ΔT is larger than the second threshold, the temperature T1 of the gas phase portion is high, the gas phase portion has a high saturated steam pressure, and the turbine efficiency of the
8)さらに別の態様に係る動力回収システムは、1)乃至7)の何れか1項に記載の動力回収システム(1)であって、
前記第1管路(31)から分岐されるガス抜き管(11)であって、前記凝縮器(2)で凝縮されなかった気体状の前記作動流体を前記第1管路(31)の外部へ排出するためのガス抜き管(11)をさらに備える。
8) A power recovery system according to still another aspect is the power recovery system (1) according to any one of 1) to 7),
A degassing pipe (11) branched from the first pipe (31), wherein the gaseous working fluid that has not been condensed in the condenser (2) is discharged to the outside of the first pipe (31). It further comprises a vent pipe (11) for discharging to.
このような構成によれば、作動流体が凝縮器で十分に液化しなかった場合に、第1管路にガス抜き管が設けられることにより、第1管路のガスを外部へ排出することができる。このため、気液分離タンクの液面よりも下方に位置する液相部へのガスの流入、冷熱用ポンプ部へのガスの吸入を抑制することができる。 According to such a configuration, when the working fluid is not sufficiently liquefied in the condenser, the gas in the first pipeline can be discharged to the outside by providing the gas vent pipe in the first pipeline. can. Therefore, it is possible to suppress the inflow of gas into the liquid phase portion located below the liquid surface of the gas-liquid separation tank and the intake of gas into the cold/heat pump portion.
9)さらに別の態様に係る動力回収システムは、1)乃至8)の何れか1項に記載の動力回収システム(1)であって、
前記第1管路(31)は、前記気液分離タンク(4)の前記液面(41)よりも上方から前記気液分離タンク(4)に挿通されるとともに前記液面よりも下方に向かって延在する内部管路(31B)を含む。
9) A power recovery system according to still another aspect is the power recovery system (1) according to any one of 1) to 8),
The first pipe line (31) is inserted into the gas-liquid separation tank (4) from above the liquid surface (41) of the gas-liquid separation tank (4) and extends downward from the liquid surface. and an internal conduit (31B) extending through.
このような構成によれば、第1管路が気液分離タンクの液面よりも上方から気液分離タンクに挿通されるので、液面よりも下方から気液分離タンクに挿通される場合と比べて、第1管路が凝縮器により凝縮された作動流体よりも温度の高い大気にさらされる距離が低減される。このため、気液分離タンクの外部において、第1管路内の作動流体が外部からの入熱によって加熱されることを抑制することができる。 According to such a configuration, since the first pipe line is inserted into the gas-liquid separation tank from above the liquid surface of the gas-liquid separation tank, it may be inserted into the gas-liquid separation tank from below the liquid surface. In comparison, the distance that the first conduit is exposed to ambient air at a higher temperature than the working fluid condensed by the condenser is reduced. Therefore, outside the gas-liquid separation tank, the working fluid in the first pipe can be prevented from being heated by heat input from the outside.
1 動力回収システム
2 凝縮器
3 循環流路
4 気液分離タンク
5 再循環管路
5V バルブ
6 冷熱用ポンプ
7 第1副管路
7V 第2バルブ
8 蒸発器
9 制御装置
10 冷熱用タービン
11 ガス抜き管
12 発電機
131 第1センサ
132 第2センサ
133 第3センサ
14 排出ガス管
15 第2再循環管路
16V 第1還流バルブ
17V 第2還流バルブ
21 加熱側管路
22 被加熱側管路
31 第1管路
31V 第1バルブ
311 流出口
31A 外部管路
31B 内部管路
31B1 内部水平管路
31B2 内部鉛直管路
32 第2管路
321 流出口
33 第3管路
33V バルブ
34 第4管路
35 第5管路
41 液面
42 気相部
43 液相部
44 天井面
45 底面
46 側面
81 被加熱側管路
82 加熱側管路
101 水上浮遊構造体
111 エンジン
102 陸用のLNG(液化ガス)基地
112 供給先
1
Claims (9)
前記作動流体と前記液化ガスとが熱交換することで前記作動流体を凝縮させるように構成された凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された前記作動流体を液体と気体とに分離して貯留するように構成された気液分離タンクと、
前記気液分離タンクから供給された液体状の前記作動流体を昇圧するように構成された冷熱用ポンプと、
前記冷熱用ポンプにより昇圧された前記作動流体と前記冷熱回収システムの外部から導入された加熱流体とが熱交換することで前記作動流体を蒸発させるように構成された蒸発器と、
前記蒸発器で生成された気体状の前記作動流体により駆動するように構成された冷熱用タービンと、
前記凝縮器により凝縮された前記作動流体を前記気液分離タンクに供給するための第1管路であって、前記第1管路の流出口が、前記気液分離タンクの液面よりも下方に位置するように構成された第1管路と、を備える
動力回収システム。 A power recovery system for recovering cold energy of the liquefied gas as power through a working fluid for heating the liquefied gas,
a condenser configured to condense the working fluid by exchanging heat between the working fluid and the liquefied gas;
a gas-liquid separation tank configured to separate and store the working fluid condensed by the condenser into a liquid and a gas;
a cooling pump configured to increase the pressure of the liquid working fluid supplied from the gas-liquid separation tank;
an evaporator configured to evaporate the working fluid by exchanging heat between the working fluid pressurized by the cold heat pump and a heating fluid introduced from the outside of the cold heat recovery system;
a cooling turbine configured to be driven by the gaseous working fluid produced by the evaporator;
A first pipeline for supplying the working fluid condensed by the condenser to the gas-liquid separation tank, wherein an outlet of the first pipeline is below the liquid surface of the gas-liquid separation tank. a first conduit configured to be located in a power recovery system.
前記気液分離タンクの鉛直方向において、底面の位置を0%位置、天井面の位置を100%位置と定義した場合に、
前記第1管路の前記流出口および前記第2管路の流入口は、0%~25%の範囲に位置している
請求項1に記載の動力回収システム。 further comprising a second pipeline configured to supply the liquid working fluid stored in the gas-liquid separation tank to the cooling pump;
In the vertical direction of the gas-liquid separation tank, when the position of the bottom surface is defined as the 0% position and the position of the ceiling surface is defined as the 100% position,
2. The power recovery system of claim 1, wherein the outlet of the first conduit and the inlet of the second conduit are positioned in a range of 0% to 25%.
請求項1又は2に記載の動力回収システム。 The working fluid comprises a fluid with a boiling point of less than 0°C.
A power recovery system according to claim 1 or 2.
前記再循環管路の流出口は、前記気液分離タンクの前記液面よりも下方に位置する
請求項1乃至3の何れか1項に記載の動力回収システム。 further comprising a recirculation pipeline that branches from between the cooling pump and the evaporator and returns the working fluid pressurized by the cooling pump to the gas-liquid separation tank;
4. The power recovery system according to any one of claims 1 to 3, wherein the outlet of the recirculation line is positioned below the liquid surface of the gas-liquid separation tank.
前記第2再循環管路を流れる前記作動流体の流量を調整可能な第1還流バルブと、
前記再循環管路における前記第2再循環管路との分岐位置よりも下流側を流れる前記作動流体の流量を調整可能な第2還流バルブと、
前記第1還流バルブ及び前記第2還流バルブの夫々のバルブ開度を制御可能な制御装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記冷熱用ポンプにより昇圧された前記作動流体の液温が所定温度を下回る場合には、前記冷熱用ポンプにより昇圧された前記作動流体を前記気液分離タンクに還流させ、且つ、
前記冷熱用ポンプにより昇圧された前記作動流体の液温が前記所定温度を上回る場合には、前記冷熱用ポンプにより昇圧された前記作動流体を前記凝縮器に還流させるように、前記第1還流バルブ及び前記第2還流バルブの夫々の前記バルブ開度を制御するように構成される
請求項4に記載の動力回収システム。 a second recirculation line that branches off from the recirculation line and returns the working fluid pressurized by the cold/heat pump to the condenser;
a first recirculation valve capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the second recirculation line;
a second recirculation valve capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing downstream of the branch position of the second recirculation line in the recirculation line;
a control device capable of controlling the respective valve opening degrees of the first recirculation valve and the second recirculation valve;
The control device is
when the liquid temperature of the working fluid pressurized by the cooling pump is below a predetermined temperature, the working fluid pressurized by the cooling pump is returned to the gas-liquid separation tank;
When the liquid temperature of the working fluid pressurized by the cooling pump exceeds the predetermined temperature, the first recirculation valve is configured to return the working fluid pressurized by the cooling pump to the condenser. 5. The power recovery system of claim 4, configured to control the valve opening of each of the second return valve and the second return valve.
請求項1乃至5の何れか1項に記載の動力回収システム。 a first sub-pipeline for supplying the working fluid condensed by the condenser to the gas-liquid separation pump, wherein an outlet of the first sub-pipeline is connected to the liquid surface of the gas-liquid separation tank; 6. The power recovery system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a first sub-pipe line configured to be positioned above the first sub-pipeline.
前記第1副管路を流れる前記作動流体の流量を調整可能な第2バルブと、
前記第1バルブ及び前記第2バルブの夫々のバルブ開度を制御可能な制御装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記気液分離タンクの前記液面よりも上方の気相の温度T1と前記気液分離タンクから流出されて前記冷熱用ポンプに吸入される前の液体状の前記作動流体の液温T2との差分ΔTが、第1閾値よりも大きく、且つ、前記第1閾値よりも大きい第2閾値よりも小さくなるように前記第1バルブ及び前記第2バルブの夫々の前記バルブ開度を制御するように構成される
請求項6に記載の動力回収システム。 a first valve capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the first conduit;
a second valve capable of adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the first sub-pipe;
a control device capable of controlling the respective valve opening degrees of the first valve and the second valve,
The control device controls the temperature T1 of the gas phase above the liquid surface of the gas-liquid separation tank and the liquid working fluid flowing out of the gas-liquid separation tank and before being sucked into the cooling pump. The valve opening degrees of the first valve and the second valve are adjusted such that the difference ΔT from the liquid temperature T2 is larger than a first threshold and smaller than a second threshold larger than the first threshold. 7. The power recovery system of claim 6, wherein the power recovery system is configured to control the
請求項1乃至7の何れか1項に記載の動力回収システム。 Further comprising a gas vent pipe branched from the first pipeline for discharging the gaseous working fluid that has not been condensed in the condenser to the outside of the first pipeline,
A power recovery system according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至8の何れか1項に記載の動力回収システム。
The first pipeline includes an internal pipeline that is inserted into the gas-liquid separation tank from above the liquid surface of the gas-liquid separation tank and extends downward from the liquid surface,
A power recovery system according to any one of claims 1 to 8.
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