JP4637716B2

JP4637716B2 - ボイルオフガスを利用した廃熱回収システム

Info

Publication number: JP4637716B2
Application number: JP2005303978A
Authority: JP
Inventors: 伸司今井
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: JP2007113442A

Description

本発明はボイルオフガスを利用した廃熱回収システムに関し、特に液化ガスを燃料に用いたガスエンジンを駆動する際の廃熱を利用すると共に、液化ガスの貯留タンク内に発生するボイルオフガスを有効利用する場合に適用して有用なものである。

オフィスビルや商業施設等の比較的小規模な施設においては、ガスや石油等を燃料とする駆動源により発電機を駆動し、それら施設で使用する電力を自給するシステムを用いることがある。そのような電力自給システムには、発電機を駆動する際に駆動源から発生する廃熱を利用して同施設内での給湯や空調を行う廃熱回収システムが併設されることが多い。

上記のような電力自給システムにおいて、燃料にＬＮＧ（液化天然ガス）などの液化ガスを用いる場合には、液化ガスを貯留するためのタンクである液化ガスコンテナを設置し、その液化ガスコンテナから液化ガスを取出して気化した上で、ガスエンジンに供給する構成をとるのが一般的である。

かかる液化ガスの供給過程において、液化ガスコンテナ内で液化ガスが気化器によらず僅かずつながら気化し、ボイルオフガスと呼ばれるガスが発生する。このボイルオフガスを放置したままにすると液化ガスコンテナや配管内の圧力を上昇させる要因となり、施設保護の観点から望ましい状態ではない。そのような圧力が上昇した状態を解消するためには、単純にボイルオフガスを大気中に排出することが考えられるが、燃料を無駄に捨てることになるため、特に経済的な観点から得策とはいえない。

このため、上述のような電力自給システムにおいては、液化ガスコンテナ内のボイルオフガスを取出し、気化器によって気化された液化ガスと混ぜ合わせてガスエンジンに供給するように構成することで、ボイルオフガスが液化ガスコンテナ内に溜まらないようにしている。

しかしながら、上述のごとく構成された電力自給システムは、ガスエンジンが稼働していることを前提にしたものであるため、ガスエンジンの停止中にはボイルオフガスが消費されず、結局液化ガスコンテナ内で溜まることとなり大気中に排出するなどして処理しなければならない。

一方、かかる問題を回避してボイルオフガスの処理を可能とするボイルオフガスの再液化装置が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示される再液化装置は発生したボイルオフガスを冷却し再び液化して、液化ガスコンテナへ貯留することで、ボイルオフガスを捨てることなく且つ供給先のボイルオフガスの使用状況に関わらず液化ガスコンテナ内の圧力の上昇を回避することが可能となっている。

特開平７−１５７７８２号公報

しかしながら、特許文献１に示されるボイルオフガスを再液化する装置は一般的に高価であるため、経済的な事情で再液化装置を設置できない場合がある。

さらに、例えば週末はガスエンジンを停止するような間歇的な稼働をするような場合、停止中は廃熱回収システムの加熱熱源がなくなるため貯湯槽の水を加熱することができず、電気温水器など他の手段を用いて水を加熱し給湯する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑み、再液化処理装置のような高価な装置を要さず、ガスエンジンが停止中においてもボイルオフガスを有効利用できるボイルオフガスを利用した廃熱回収システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、液化ガスの貯留タンクである液化ガスコンテナに貯留された液化ガスを気化器で気化して燃料とするガスエンジンと、
前記ガスエンジンの廃熱を加熱熱源として貯湯槽に蓄えられた水を加熱し需要者に給湯する給湯手段と、
前記液化ガスコンテナ内で前記液化ガスが気化することにより発生したボイルオフガスを一時的に貯留するバッファタンクと、
前記ガスエンジンの停止に伴い前記貯湯槽内の水温が一定温度以下に低下したことを検知した時点で前記バッファタンク内に貯留された前記ボイルオフガスを燃焼して前記貯湯槽内の水を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とするボイルオフガスを利用した廃熱回収システムにある。

かかる第１の態様では、ガスエンジン停止中においても、バッファタンク内のボイルオフガスを燃焼することで、貯湯槽の水を加熱し給湯を行うことができる。また、高価な再液化処理装置を設置することなく、ボイルオフガスによる液化ガスコンテナ内の圧力上昇を避けることができる。

本発明の第２の態様は、前記液化ガスにＬＮＧを用いたことを特徴とする第１の態様記載のボイルオフガスを利用した廃熱回収システムにある。

かかる第２の態様では、液化ガスとしてＬＮＧを用いることで、比較的低公害な廃熱回収システムを実現することができる。

本発明によれば、ガスエンジンが停止している時においても、ガスエンジンの廃熱の代わりに貯留したボイルオフガスを加熱熱源とすることで、貯湯槽の水を加熱し給湯することができるという効果を奏する。また、液化ガスコンテナ内に溜まるボイルオフガスを、大気中に排出したり高価な再液化処理装置を設置したりすることなく、液化ガスコンテナ内の圧力上昇を避けることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態１に係るボイルオフガスを利用した廃熱回収システムを示すシステム構成図であり、ＬＮＧガスを燃料として発電を行う場合の例示である。

図示するように、廃熱回収システム１は主な構成要素として、ＬＮＧを充填した液化ガスコンテナであるＬＮＧガスコンテナ１１と、配管６６を介してＬＮＧガスコンテナ１１からＬＮＧの供給を受けるガスエンジン１０と、需要者２２に給湯するために温水を蓄える貯湯槽２１と、ガスエンジン１０の廃熱を加熱熱源として貯湯槽２１の水を加熱する熱交換器２０と、ＬＮＧガスコンテナ１１とガスエンジン１０との間に設けられた分岐点５０から分岐して設けられるバッファタンク３０とを備えている。

さらに、加熱手段として貯湯槽２１に取付けられた温度センサー３２と、バッファタンク３０内のボイルオフガスを燃料とし且つ温度センサー３２の計測値に基づいて点火・消化を制御されるガスバーナー３１とを備えている。

ＬＮＧガスコンテナ１１からガスエンジン１０へＬＮＧを供給する部分について詳説すると次のとおりである。

加圧蒸発器１２はＬＮＧガスコンテナ１１からＬＮＧを取出して蒸発させる一方、その一端にＬＮＧガスコンテナ１１から送られるＬＮＧの送給路である配管６２が設けられていると共に、その他端に蒸発させたＬＮＧをＬＮＧガスコンテナ１１へ送る送給路である配管６３，６４が設けられている。これにより、ＬＮＧガスコンテナ１１から液体のＬＮＧが加圧蒸発器１２に供給され、加圧蒸発器１２で蒸発したＬＮＧが再びＬＮＧガスコンテナ１１へ戻される。蒸発したＬＮＧはその圧力をもってＬＮＧガスコンテナ１１内の液体のＬＮＧを押し出すために用いられる。

また、配管６２の途中にはガスコンテナ出口遮断弁７０が設けられており、ガスコンテナ出口遮断弁７０を開閉することにより、加圧蒸発器１２にＬＮＧを供給する量が調整されるようになっている。

さらに、配管６３の途中には圧力調整弁７２が設けられており、圧力調整弁７２を開閉することにより蒸発したＬＮＧの圧力が調整されるようになっている。

また、蒸発したＬＮＧの圧力によってＬＮＧガスコンテナ１１から押出された液体のＬＮＧを気化する水冷気化器１３が備わっており、水冷気化器１３の一端にＬＮＧガスコンテナ１１から送られる液体のＬＮＧの送給路である配管６０が設けられていると共に、水冷気化器１３の他端が気化したＬＮＧをガスエンジン１０に送る送給路である配管６６が設けられている。これにより、蒸発したＬＮＧの圧力でＬＮＧガスコンテナ１１内の液体のＬＮＧを取出し、ガスエンジン１０の燃料となる気化したＬＮＧを供給することが可能となる。

また、配管６０の途中にはガスコンテナ出口遮断弁７１が設けられており、ガスコンテナ出口遮断弁７１を開閉することにより、水冷気化器１３に供給されるＬＮＧの量が調整されるようになっている。

加温器１４はＬＮＧガスコンテナ１１内で発生したボイルオフガスを加温する一方、その一端にＬＮＧガスコンテナ１１から送られるボイルオフガスの送給路である配管６５，６４が設けられていると共に、その他端に配管６６へ集合接続される配管６８が設けられている。これにより、ガスエンジン１０の運転時において、水冷気化器１３で気化されたＬＮＧと共にボイルオフガスをガスエンジン１０に供給することで、ＬＮＧガスコンテナ１１内にボイルオフガスを溜めることなく処理している。

また、配管６５の途中には圧力調整弁７４が設けられており、圧力調整弁７４を開閉することにより、加温器１４に供給されるボイルオフガスの圧力が調整されるようになっている。

さらに、配管６８の途中には圧力調整弁７５が設けられており、圧力調整弁７５を開閉することにより加温したボイルオフガスの圧力が調整されるようになっている。

なお、ＬＮＧガスコンテナ１１は１台に限定されず、例えばＬＮＧガスコンテナ１１を複数台用意し、それらのＬＮＧを順次取出し、ガスエンジン１０に供給するような実施形態を採ってもよい。

次に、需要者に給湯するための給湯手段について詳説する。熱交換器２０にはガスエンジン１０との間に環状に配設され且つガスエンジン１０を冷却するための冷却水が環流する冷却水管８０が設けられると共に、需要者２２に給湯する温水を蓄える貯湯槽２１との間に環状に配設され且つ貯湯槽２１内の水を加熱するための熱媒が環流する伝熱管８１が設けられている。これにより、熱交換器２０において、冷却水によって回収されたガスエンジン１０の廃熱が伝熱管８１内の熱媒に伝えられ、その熱媒を介して貯湯槽２１内の水が加熱される。

また、貯湯槽２１には、貯湯槽２１と需要者２２との間に環状に配設された給湯路８２が設けられており、これにより温水を需要者２２に供給する。

次に、ボイルオフガスを燃料とする加熱手段について詳説する。バッファタンク３０はボイルオフガスを貯留する一方、その一端に分岐点５０に接続されるよう配管４０が設けられると共に、その他端にボイルオフガスを燃料とするガスバーナー３１と接続する配管４１が設けられている。これによって、ガスエンジン１０の停止時において、ＬＮＧガスコンテナ１１内で発生したボイルオフガスは配管６４、加温器１４及び配管４０を経由してバッファタンク３０に一時的に貯留され、ガスバーナー３１の燃料として用いられる。

さらに、貯湯槽２１に水温を計測する温度センサー３２が設けられると共に、温度センサー３２の計測値に基づいてガスバーナー３１の点火・消化を制御するよう構成されている。これによって、貯湯槽２１内の水温が一定温度を下回ったことを温度センサー３２が検出した場合に、バッファタンク３０内のボイルオフガスを燃焼して、貯湯槽２１内の水を加熱する。

なお、ＬＮＧガスコンテナ１１から配管６１を介して接続されるベントスタック７６は、ＬＮＧガスコンテナ１１内のボイルオフガスが溜まったときに大気中に排出するために用いられるものである。原則としてＬＮＧガスコンテナ１１内のボイルオフガスはバッファタンク３０に貯留されるものであるが、万が一、バッファタンク３０の貯留できる量を超えてボイルオフガスが発生する場合を考慮して、安全弁吹出しラインとして設置されるものである。具体的にはバッファタンク３０に安全弁３３を設けると共に、配管の一端を安全弁３３に接続し、他端を配管６７に集合接続するよう配管を接続する。これによってバッファタンク３０内の過剰なボイルオフガスがベントスタック７６を経由して大気中に排出される。

次に、上述のような構成からなる廃熱回収システム１の動作について説明する。本発明の実施形態１については、ガスエンジン１０が運転しているか否かによって動作形態が異なるため、運転時及び停止時の２つに分けて説明をする。

ガスエンジン１０の運転時において、ＬＮＧをガスエンジン１０に供給する動作について詳説すると次のとおりである。まず、ガスコンテナ出口遮断弁７０を開放することで、ＬＮＧガスコンテナ１１内の液体のＬＮＧが加圧蒸発器１２へ供給されると共に、加圧蒸発器１２によって蒸発させられたＬＮＧが配管６３，６４を経由して再びＬＮＧガスコンテナ１１へ戻される。これにより、蒸発させられたＬＮＧの圧力によって、ＬＮＧガスコンテナ１１内の液体のＬＮＧが水冷気化器１３へ押出される。

次に、ガスコンテナ出口遮断弁７１を開放すると、先の蒸発したＬＮＧの圧力によって液体のＬＮＧが水冷気化器１３に送られる。水冷気化器１３はそのＬＮＧを気化し、配管６６を経由させてガスエンジン１０へ気化したＬＮＧを供給する。一方、ＬＮＧガスコンテナ１１内に発生したボイルオフガス及び加圧蒸発器１２によって気化されたＬＮＧの量が過剰となりＬＮＧガスコンテナ１１内に収まりきらない場合、過剰となった分は加温器１４にて加温された後、水冷気化器１３で気化されたＬＮＧと合流点５１で合流した上でガスエンジン１０に供給される。このことにより、ボイルオフガスと気化されたＬＮＧがＬＮＧガスコンテナ１１や各配管に溜まって圧力上昇するのを抑えつつ、ガスエンジン１０に燃料を供給する。

かかる供給過程で供給されたＬＮＧを燃料としてガスエンジン１０は運転を行い、発電機１５を稼働させて需要者２２に給電する。この際にガスエンジン１０による廃熱を用いて貯湯槽２１の水を加熱し需要者２２へ給湯が行われる。具体的には、冷却水管８０を環流する冷却水が、ガスエンジン１０の廃熱を回収し、その回収した熱を熱交換器２０で伝熱管８１内の熱媒に与える。次に熱を与えられた伝熱管８１内の熱媒は貯湯槽２１内の水を加熱する。これによってガスエンジン１０の廃熱を利用して需要者２２に給湯を行う。

以上のような廃熱回収システム１の動作により、ガスエンジン１０が運転時には、気化されたＬＮＧ及びボイルオフガスをガスエンジン１０の燃料に供し、ガスエンジン１０の廃熱で貯湯槽２１の水を加熱して、需要者２２に給湯する。

次に、ガスエンジン１０の停止時における廃熱回収システム１の動作について詳説する。ガスエンジン１０の停止中は、ガスコンテナ出口遮断弁７０、ガスコンテナ出口遮断弁７１は閉鎖されている。したがってＬＮＧガスコンテナ１１内のＬＮＧはガスエンジン１０に供給されていない。一方ＬＮＧガスコンテナ１１内では温度上昇によってボイルオフが発生しており、そのボイルオフガスは配管６４，６５を介して加温器１４で加温された後に、配管４０を介してバッファタンク３０に貯留される。このことにより、後に燃焼するために一定量のボイルオフガスを貯留すると共に、再液化処理装置を設けずとも、ＬＮＧガスコンテナ１１内及び各配管内にボイルオフガスが充満することによる圧力の上昇を回避する。

なお、発生したボイルオフガスがバッファタンク３０の容量を超えた場合、ボイルオフガスはベントスタック７６で大気中に排出されることになる。このことにより、バッファタンク３０の容量を超えてボイルオフガスが発生しても、ＬＮＧガスコンテナ１１内の圧力が上昇し続ける事態を回避する。

温度センサー３２は貯湯槽２１内の水温を計測しており、計測した温度が一定値を下回った場合、ガスバーナー３１を点火し、貯湯槽２１内の水を加熱する。このことにより、ガスエンジン１０の停止中において、貯湯槽２１内の水を加熱する熱源としてボイルオフガスを代わりに用い、需要者２２に温水を給湯する。

以上のような動作によって、廃熱回収システム１はガスエンジン１０の停止中において発生するボイルオフガスを貯湯槽２１の加熱熱源に代用し、需要者２２に給湯を行うことができる。

なお、本発明は本実施形態１のようにＬＮＧを適用した場合のみに限定されず、ＬＰＧなど他の液化ガスにも適用可能である。

本発明は液化ガスを燃料として機関を稼働させ、機関の廃熱によって給湯を行う場合に関連する産業分野で利用することができる。

本発明の実施形態１に係る廃熱回収システムを示すシステム構成図である。

符号の説明

１廃熱回収システム
１０ガスエンジン
１１ＬＮＧガスコンテナ
１２加圧蒸発器
１３水冷気化器
１４加温器
１５発電機
２０熱交換器
２１貯湯槽
２２需要者
３０バッファタンク
３１ガスバーナー
３２温度センサー
７０、７１ガスコンテナ出口遮断弁
７２〜７５圧力調整弁

Claims

液化ガスの貯留タンクである液化ガスコンテナに貯留された液化ガスを気化器で気化して燃料とするガスエンジンと、
前記ガスエンジンの廃熱を加熱熱源として貯湯槽に蓄えられた水を加熱し需要者に給湯する給湯手段と、
前記液化ガスコンテナ内で前記液化ガスが気化することにより発生したボイルオフガスを一時的に貯留するバッファタンクと、
前記ガスエンジンの停止に伴い前記貯湯槽内の水温が一定温度以下に低下したことを検知した時点で前記バッファタンク内に貯留された前記ボイルオフガスを燃焼して前記貯湯槽内の水を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とするボイルオフガスを利用した廃熱回収システム。
前記液化ガスにＬＮＧを用いたことを特徴とする請求項１記載のボイルオフガスを利用した廃熱回収システム。