JP3062756B1 - 液化天然ガス排冷熱移送装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 本発明は、液化天然ガスのガス化により得ら
れる排冷熱を水蒸気入り空間に作用させて、水蒸気の凍
結により同空間を減圧状態とし、この減圧状態を需要側
の蒸発蓄熱容器にパイプラインを介し伝達移送して、同
容器内における水滴の断熱膨張により冷熱を得られるよ
うにした液化天然ガス排冷熱移送装置を提供することを
課題とする。 【解決手段】 ＬＮＧを気化させる熱交換器６を含んだ
コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）と冷熱需要側に設置
された蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）とが切替バルブ３，４
を介しパイプライン５で接続されており、コールドトラ
ップ容器２ａ（２ｂ）内に満たされた水蒸気がＬＮＧで
冷却されて氷晶化するのに伴い同容器２ａ（２ｂ）に生
じた減圧状態が蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）に伝達され
て、水滴８の蒸発により生じた氷晶９から冷熱が取り出
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガスのガ
ス化に伴い排出される冷熱を需要側へ移送するための装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に液化天然ガス（以下、ＬＮＧとも
いう。）は約−１６２°Ｃの極低温で液化された状態で
輸入されるが、従来はこれを海水等で温めてガス化して
おり、ＬＮＧの有する排冷熱は海洋等に廃棄されてい
る。この冷排熱を利用するためには、ガス化プラントか
ら離れた地点にある冷熱利用地域まで冷熱を輸送すると
同時に、ガス化量（冷熱発生量）と冷熱需要とのアンバ
ランスを吸収するための蓄冷熱が不可欠となる。

【０００３】従来、冷熱輸送には、液体冷媒を冷却して
パイプライン内をポンプ輸送する手段が採られている
が、輸送距離が長くなると、輸送中の冷熱損失と輸送に
要するポンプ動力とが過大となって、実用的でなかっ
た。また蓄冷熱についても、ＬＮＧの冷熱温度がきわめ
て低いため、この冷熱を蓄熱する優れた蓄熱材が見当た
らないと同時に、極低温の冷熱を直接利用する需要が見
当たらないなど、ＬＮＧ排冷熱の有効利用技術は確立さ
れていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、液化
天然ガスのガス化により得られる排冷熱を水蒸気入り空
間に作用させて、水蒸気の凍結により同空間を減圧状態
とし、この減圧状態を需要側の蒸発蓄熱容器にパイプラ
インを介し伝達移送して、同容器内における水滴の蒸発
により冷熱を得られるようにした液化天然ガス排冷熱移
送装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置は、液化天然
ガスを流通させる熱交換器を内蔵するとともに同熱交換
器を介し上記液化天然ガスを気化させる媒体としての水
蒸気を保有したコールドトラップ容器と、冷熱需要側に
設置された蒸発蓄熱容器と、一端を上記コールドトラッ
プ容器にバルブを介し接続されるとともに他端を上記蒸
発蓄熱容器にバルブを介し接続されたパイプラインと、
上記液化天然ガスの気化に対応する上記水蒸気の氷晶化
に伴い上記パイプラインを介し減圧された上記蒸発蓄熱
容器内に水滴を注入しうる水滴注入手段と、同水滴の蒸
発による冷却に伴い上記蒸発蓄熱容器内に蓄積された氷
晶と熱交換して冷熱を取り出すべく同蒸発蓄熱容器内に
設けられた冷熱取り出し用熱交換器とが装備されたこと
を特徴としている。

【０００６】また、本発明の液化天然ガス排冷熱移送装
置は、上記のコールドトラップ容器および蒸発蓄熱容器
がいずれも複数ずつ設けられて、単一の上記パイプライ
ンの一端が上記複数のコールドトラップ容器に切替バル
ブを介し接続されるとともに、同パイプラインの他端が
上記複数の蒸発蓄熱容器に切替バルブを介し接続された
ことを特徴としている。

【０００７】さらに、本発明の液化天然ガス排冷熱移送
装置は、上記液化天然ガスを流通させる熱交換器の外面
に付着した氷晶を融解し気化させるべく、同熱交換器の
液化天然ガス流入管と天然ガス流出管とにそれぞれ切替
バルブを介し接続された伝熱媒体流入管と伝熱媒体流出
管とが設けられたことを特徴としている。

【０００８】また本発明の液化天然ガス排冷熱移送装置
は、上記蒸発蓄熱容器内に蓄積された氷晶が上記冷熱取
り出し用熱交換器により融解して生じた水を同蒸発蓄熱
容器の下部から採取し再び同蒸発蓄熱容器の上部から前
記水滴注入手段を介し落下させるポンプを含んだ水循環
系が形成されたことを特徴としている。

【０００９】上述の本発明の液化天然ガス排冷熱移送装
置では、コールドトラップ容器内の熱交換器にＬＮＧを
流通させると、同ＬＮＧの気化がコールドトラップ容器
内の水蒸気を氷晶化させながら行われる。そして、この
水蒸気の氷晶化に伴いコールドトラップ容器内は著しく
減圧されるようになり、その減圧状態はパイプラインを
介し需要側の蒸発蓄熱容器へ伝達移送され、同容器内も
十分な減圧状態となる。そこで、この蒸発蓄熱容器の上
部から水滴を落下させることにより同水滴は蒸発して気
化熱を奪われることにより低温となり、その氷晶が蒸発
蓄熱容器内の冷熱取り出し用熱交換器を覆うようにな
る。このようにして、冷熱取り出し用熱交換器に流通す
る冷媒を介し、需要側における冷熱の利用が効率よく行
われるようになる。

【００１０】また、上記のコールドトラップ容器および
蒸発蓄熱容器がいずれも複数ずつ設けられて、単一のパ
イプラインに切替バルブを介し接続されていると、上記
パイプラインを介し減圧状態の伝達移送を行う作用が、
一組のコールドトラップ容器と蒸発蓄熱容器との間で行
われた後、他の組についても順次行われるので、上記パ
イプラインを有効に利用しながらＬＮＧの気化作用がほ
ぼ連続的に効率よく行われるようになる。

【００１１】さらに、ＬＮＧを流通させる熱交換器の外
面に付着した氷晶を融解させるための伝熱媒体流入管と
伝熱媒体流出管とが、ＬＮＧ流入管とＬＮＧ流出管とに
それぞれ切替バルブを介し接続されていると、上記の伝
熱媒体流出入管への切替えによる上記熱交換器の加熱に
伴い、同熱交換器を内蔵するコールドトラップ容器を初
期状態に復元する作用が迅速に行われるようになる。

【００１２】すなわち、コールドトラップ容器は熱交換
器に付着した氷晶の融解蒸発により、再び水蒸気を含ん
だ初期状態に戻って、次のＬＮＧ気化作用のための待機
状態となる。

【００１３】また、上記蒸発蓄熱容器内で水滴の断熱膨
張により生じた氷晶を、冷熱取り出し用熱交換器により
融解して生じた水が、同蒸発蓄熱容器の下部から、ポン
プを含む水循環系により取り出されて再び上記蒸発蓄熱
容器の上部から内部へ水滴として供給されるようになっ
ていると、同蒸発蓄熱容器のメンテナンスが著しく簡便
化されるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての液化天然ガス排冷熱移送装置について説明
すると、図１はその概略構成を模式的に示す説明図であ
る。

【００１５】図１に示すように、液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）５の輸入される港の近接地に複数のコールドトラッ
プ容器２ａ，２ｂが設置されており、同容器２ａ，２ｂ
にはＬＮＧを流通させて気化させるための熱交換器６が
内蔵されている。コールドトラップ容器２ａ，２ｂは、
外面を防熱層11で覆われていて、内部を排気し、熱交換
器６を流通するＬＮＧの気化のための媒体としての水蒸
気を満たすようになっている。

【００１６】なお、コールドトラップ容器２ａ，２ｂに
予め少量の水を入れてから排気することにより、同容器
２ａ，２ｂ内に水蒸気を満たすようにしてもよい。

【００１７】一方、冷熱需要側の地域には、コールドト
ラップ容器２ａ，２ｂに対応した複数の蒸発蓄熱容器１
ａ，１ｂが設置されていて、単一のパイプライン５の一
端がコールドトラップ容器２ａ，２ｂに切替バルブ４を
介し接続されるとともに、同パイプライン５の他端は蒸
発蓄熱容器１ａ，１ｂに切替バルブ３を介して接続され
ている。そして、蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂも、外面を防
熱層12で覆われている。

【００１８】また、蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂの上方に
は、同容器１ａ，１ｂの上部から内部へ水滴８を落下さ
せる水滴注入手段としての上部水槽７が設けられて、同
上部水槽７はバルブ13を介し蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂに
接続されている。

【００１９】さらに、蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂには、冷
熱取り出し用熱交換器10が内蔵され、その接続管14が冷
熱需要側へ延在するようになっている。

【００２０】蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂの下部には排水管
15が接続されて、同排水管15はバルブ17を介し下部水槽
18に接続されている。

【００２１】そして、下部水槽18の水がポンプ19を介し
上部水槽７へ汲み上げられるようになっており、このよ
うにして蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂの下部から採取した水
を再び同容器１ａ，１ｂの上部から落下させるポンプ19
を含んだ水循環系20が形成されている。

【００２２】コールドトラップ容器２ａ，２ｂ内のＬＮ
Ｇ気化用熱交換器６は、そのＬＮＧ流入管21とＬＮＧか
ら気化した天然ガスの流出管22とに、それぞれ切替バル
ブ23, 24を介し接続された伝熱媒体流入管25と伝熱媒体
流出管26とが設けられている。

【００２３】また、コールドトラップ容器２ａ，２ｂの
下部にはバルブ27を介し予備タンク28が接続されてい
る。

【００２４】上述の本実施形態の液化天然ガス排冷熱移
送装置では、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）内の熱
交換器６にＬＮＧを流通させると、同ＬＮＧの気化がコ
ールドトラップ容器２ａ（２ｂ）内の水蒸気を氷晶化さ
せながら行われる。そして、この水蒸気の氷晶化に伴い
コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）内は著しく減圧され
るようになり、その減圧状態はパイプライン５を介し需
要側の蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）へ伝達移送され、同容
器１ａ（１ｂ）内も十分な減圧状態となる。そこで、こ
の蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）の上部から水滴８を落下さ
せることにより同水滴８は蒸発して気化熱を奪われるこ
とにより低温となり、その氷晶９が蒸発蓄熱容器１ａ
（１ｂ）内の冷熱取り出し用熱交換器10を覆うようにな
る。このようにして、冷熱取り出し用熱交換器10に流通
する冷媒を介し、需要側における冷熱の利用が効率よく
行われるようになる。

【００２５】また、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）
および蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）がいずれも複数ずつ設
けられて、単一のパイプライン５に切替バルブ３，４を
介し接続されていると、パイプライン５を介し減圧状態
の伝達移送を行う作用が、一組のコールドトラップ容器
２ａと蒸発蓄熱容器１ａとの間で行われた後、他の組の
コールドトラップ容器２ｂと蒸発蓄熱容器１ｂとについ
ても順次行われるので、パイプライン５を有効に利用し
ながらＬＮＧの気化作用がほぼ連続的に効率よく行われ
るようになる。

【００２６】さらに、ＬＮＧを流通させる熱交換器６の
外面に付着した氷晶を融解させるための伝熱媒体流入管
25と伝熱媒体流出管26とが、ＬＮＧ流入管21と天然ガス
流出管22とにそれぞれ切替バルブ23. 24を介し接続され
ていると、伝熱媒体流出入管25, 26への切替えによる熱
交換器６の加熱に伴い、同熱交換器６を内蔵するコール
ドトラップ容器２ａ（２ｂ）を初期状態に復元する作用
が迅速に行われるようになる。

【００２７】すなわち、コールドトラップ容器２ａ（２
ｂ）は熱交換器６に付着した氷晶の融解蒸発により、再
び水蒸気を含んだ初期状態に戻って、次のＬＮＧ気化作
用のための待機状態となる。

【００２８】また、蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）内で水滴
８が蒸発する際の気化熱喪失により生じた氷晶９を、冷
熱取り出し用熱交換器10により融解して生じた水が、同
蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）の下部から、ポンプ19を含む
水循環系20により取り出されて再び蒸発蓄熱容器１ａ
（１ｂ）の上部から内部へ水滴として供給されるように
なっていると、同蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）のメンテナ
ンスが著しく簡便化されるようになる。なお、図中に示
すように、上部水槽７には必要に応じ通気弁29が設けら
れる。

【００２９】上述の装置の最大の特長は、ＬＮＧ排冷熱
の持つ極低温という性質を、冷熱輸送駆動源として利用
していることであり、従来の冷媒輸送方式の冷熱輸送技
術のように、外部から新たなエネルギーを投入する必要
がないことである。さらにこの装置によれば、パイプラ
イン内を流動するのは水蒸気であり、冷熱はその蒸発潜
熱の形で輸送されているから、原理的に外界との熱交換
による冷熱損失がほとんど生じない。それに代わって水
蒸気流動に伴いパイプライン５の圧力損失が生じるが、
この圧力損失が蒸発蓄熱容器１ａ，１ｂとコールドトラ
ップ容器２ａ，２ｂとの間の圧力差より小さければ、蒸
気輸送による冷熱輸送が可能である。

【００３０】蒸発蓄熱容器１ａ（１ｂ）内の圧力は、氷
の凍結温度である約０°Ｃの水の飽和圧力（三重点圧
力）であり、コールドトラップ容器２ａ（２ｂ）の圧力
はＬＮＧの蒸発温度（約−１６２°Ｃ）における水の飽
和圧力であるから、この圧力差とパイプライン５の圧力
損失から、輸送可能な冷熱量の最大値が決まる。基礎的
な実験の結果、実際には蒸発蓄熱容器内の水滴の凍結は
数Ｋ〜１０数Ｋの過冷却状態を経て生じるため、蒸発蓄
熱容器内圧力を水の三重点圧力より低い４００Ｐａ程度
とすることが必要であることが示されており、コールド
トラップ容器側圧力も、生成する氷晶の熱抵抗によって
ＬＮＧ蒸発温度における水の飽和温度より高くなる。こ
の圧力損失を４００Ｐａと見積もり、蒸発蓄熱容器１ａ
（１ｂ）とコールドトラップ容器２ａ（２ｂ）の間の圧
力差を２００Ｐａとして理論的な解析を行った結果、パ
イプライン５の管路直径を０.２ｍ、管路の管摩擦係数
を０.０１とすると、パイプライン長（冷熱輸送距離）
を１ｋｍとしても、輸送できる冷熱量は８.２５ｋＷと
概算できる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の液化天然
ガス排冷熱移送装置によれば次のような効果が得られ
る。 (1) 熱交換器により気化する液化天然ガス（ＬＮＧ）の
排冷熱でコールドトラップ容器内の水蒸気が氷晶化され
ることにより同容器に生じる減圧状態が、パイプライン
を介し冷熱需要側の蒸発蓄熱容器内へ伝達移送され、こ
れにより減圧された同蒸発蓄熱容器内に落下する水滴の
蒸発で生じた冷熱が、熱交換器を介し冷熱需要側へ適切
に取り出されるので、従来の液体冷媒を冷却して冷熱需
要側へ輸送する手段に比べ大幅な効率の向上が期待され
る。 (2) 上記のコールドトラップ容器および蒸発蓄熱容器が
いずれも複数ずつ設けられて、単一のパイプラインに切
替バルブを介し接続されていると、上記パイプラインを
介し減圧状態の伝達移送を行う作用が、一組のコールド
トラップ容器と蒸発蓄熱容器との間で行われた後、他の
組についても順次行われるので、上記パイプラインを有
効に利用しながらＬＮＧの気化作用がほぼ連続的に効率
よく行われるようになる。 (3) ＬＮＧを流通させる熱交換器の外面に付着した氷晶
を融解させるための伝熱媒体流入管と伝熱媒体流出管と
が、ＬＮＧ流入管とＬＮＧ流出管とにそれぞれ切替バル
ブを介し接続されていると、上記の伝熱媒体流出入管へ
の切替えによる上記熱交換器の加熱に伴い、同熱交換器
を内蔵するコールドトラップ容器を初期状態に復元する
作用が迅速に行われるようになる。 (4) 上記蒸発蓄熱容器内で水滴の蒸発により生じた氷晶
を、冷熱取り出し用熱交換器により融解して生じた水
が、同蒸発蓄熱容器の下部から、ポンプを含む水循環系
により取り出されて再び上記蒸発蓄熱容器の上部から内
部へ水滴として供給されるようになっていると、同蒸発
蓄熱容器のメンテナンスが著しく簡便化されるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての液化天然ガス排冷
熱移送装置の概略構成を模式的に示す説明図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 蒸発蓄熱容器 ２ａ，２ｂ コールドトラップ容器 ３，４ 切替バルブ ５ パイプライン ６ ＬＮＧ気化用熱交換器 ７ 上部水槽 ８ 水滴 ９ 氷晶 10 冷熱取り出し用熱交換器 11, 12 防熱層 13 バルブ 14 接続管 15 排水管 17 バルブ 18 下部水槽 19 ポンプ 20 水循環系 21 ＬＮＧ流入管 22 天然ガス流出管 23, 24 切替バルブ 25 伝熱媒体流入管 26 伝熱媒体流出管 27 バルブ 28 予備タンク

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液化天然ガスを流通させる熱交換器を内
   蔵するとともに同熱交換器を介し上記液化天然ガスを気
   化させる媒体としての水蒸気を保有したコールドトラッ
   プ容器と、冷熱需要側に設置された蒸発蓄熱容器と、一
   端を上記コールドトラップ容器にバルブを介し接続され
   るとともに他端を上記蒸発蓄熱容器にバルブを介し接続
   されたパイプラインと、上記液化天然ガスの気化に対応
   する上記水蒸気の氷晶化に伴い上記パイプラインを介し
   減圧された上記蒸発蓄熱容器内に水滴を注入しうる水滴
   注入手段と、同水滴の蒸発による冷却に伴い上記蒸発蓄
   熱容器内に蓄積された氷晶と熱交換して冷熱を取り出す
   べく同蒸発蓄熱容器内に設けられた冷熱取り出し用熱交
   換器とが装備されたことを特徴とする、液化天然ガス排
   冷熱移送装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液化天然ガス排冷熱移
   送装置において、上記のコールドトラップ容器および蒸
   発蓄熱容器がいずれも複数ずつ設けられて、単一の上記
   パイプラインの一端が上記複数のコールドトラップ容器
   に切替バルブを介し接続されるとともに、同パイプライ
   ンの他端が上記複数の蒸発蓄熱容器に切替バルブを介し
   接続されたことを特徴とする、液化天然ガス排冷熱移送
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の液化天然ガス
   排冷熱移送装置において、上記液化天然ガスを流通させ
   る熱交換器の外面に付着した氷晶を融解し気化させるべ
   く、同熱交換器の液化天然ガス流入管と天然ガス流出管
   とにそれぞれ切替バルブを介し接続された伝熱媒体流入
   管と伝熱媒体流出管とが設けられたことを特徴とする、
   液化天然ガス排冷熱移送装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の液
   化天然ガス排冷熱移送装置において、上記蒸発蓄熱容器
   内に蓄積された氷晶が上記冷熱取り出し用熱交換器によ
   り融解して生じた水を同蒸発蓄熱容器の下部から採取し
   再び同蒸発蓄熱容器の上部から前記水滴注入手段を介し
   落下させるポンプを含んだ水循環系が形成されたことを
   特徴とする、液化天然ガス排冷熱移送装置。