JP5317000B2 - Air conditioning system for ships using cold LNG and seawater - Google Patents
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Description
本発明は、LNGの冷熱および海水を冷却源として用いた船舶の空気調和システムに関する。 The present invention relates to an air conditioning system for a ship using LNG cold and seawater as a cooling source.
図面を用いる。Use drawings.
船舶のLNG燃料系統では主機への燃料供給のために必要な常温のLNGガスを得るために、LNGを水蒸気、海水、或いは空気によって気化と昇温を行っており、得られた冷熱は無駄に捨てられている。
(例えば、文献1)In the ship LNG fuel system, LNG is vaporized and heated with steam, seawater, or air in order to obtain the normal temperature LNG gas required for fuel supply to the main engine. It is thrown away.
(For example, Reference 1)
従来のLNGの冷熱を用いた空気調和システムは、直接にLNG冷熱による冷媒の冷却・凝縮を行う方式はなされていないために、装置構成並びに運転方法が複雑化し、また経済的にもコストアップとなる。
(例えば、特許文献2および特許文献3)In conventional air conditioning systems using LNG cold heat, there is no direct cooling / condensation method of refrigerant using LNG cold heat, which complicates the device configuration and operation method, and also increases costs economically. Become.
(For example, Patent Document 2 and Patent Document 3)
空調システムの必要冷熱量に対するLNGから得られる冷熱量の過不足に応じて、LNG冷熱の用途を冷媒の凝縮或いは冷媒液の過冷却切り替えることはなされていない。またLNG冷熱が冷媒の凝縮熱には不足する場合には、LNG冷熱は利用されずに外部に捨てられており、空調システムへの寄与はなされていない。
(例えば、特許文献2)The use of LNG cooling is not switched to condensing refrigerant or supercooling refrigerant liquid according to the excess or deficiency of the amount of cooling obtained from LNG with respect to the required amount of cooling of the air conditioning system. In addition, when the LNG cold heat is insufficient for the heat of condensation of the refrigerant, the LNG cold heat is not used and is discarded to the outside, and no contribution to the air conditioning system is made.
(For example, Patent Document 2)
LNGの冷熱利用時にはLNGの超低温のために冷媒が凍結する恐れがあるために、凍結防止のための伝熱管構造、或いはLNGの冷熱利用範囲の制限が必要であるが、本申請方法の様式はない。
(例えば、特許文献4および特許文献5)Since the refrigerant may freeze due to the extremely low temperature of LNG when using cold LNG, it is necessary to limit the heat transfer tube structure to prevent freezing or the range of cold energy used by LNG. Absent.
(For example, Patent Document 4 and Patent Document 5)
LNG流量および空調の負荷変動に関わりなく、昇温後の主機に入る前のガス温度は一定であることが必要であるが、LNGの冷熱が空調負荷に対して過大であるとき、冷媒の冷却とブラインの冷却とを同一の冷熱回収器によって行い、適切な冷媒冷却と蓄冷およびLNGガス昇温を同時に行う機構は見られない。
(例えば、特許文献2および特許文献3)Regardless of the LNG flow rate and the air conditioning load fluctuation, the gas temperature before entering the main engine after the temperature rise needs to be constant, but when the cold heat of the LNG is excessive with respect to the air conditioning load, the cooling of the refrigerant And cooling the brine by the same cold recovery unit, and there is no mechanism to perform appropriate refrigerant cooling, cold storage and LNG gas temperature increase at the same time.
(For example, Patent Document 2 and Patent Document 3)
ブラインによる空調システムの円滑な運転のためには、一定温度の冷却源の供給が望ましい。このためにはブラインの冷却後の温度を一定にして貯蔵する必要があるが、従来一定温度での蓄冷並びに貯蔵はなされていない。
(例えば、特許文献2および特許文献3)In order to smoothly operate the air conditioning system using brine, it is desirable to supply a cooling source having a constant temperature. For this purpose, it is necessary to store the brine after cooling it at a constant temperature. Conventionally, however, cold storage and storage at a constant temperature have not been performed.
(For example, Patent Document 2 and Patent Document 3)
ブラインによる空気冷却の場合、蓄冷材の過低温のために空気温度が過冷却されることを防止するために、蒸発器に供給される蓄冷材の温度調節が必要であるがなされていない。
(例えば、特許文献2および特許文献3)In the case of air cooling with brine, temperature adjustment of the regenerator material supplied to the evaporator is not necessary in order to prevent the air temperature from being overcooled due to the excessively low temperature of the regenerator material.
(For example, Patent Document 2 and Patent Document 3)
LNGの冷熱によって凝縮された冷媒を空気冷却器に送る場合、凝縮温度が海水冷却による場合に比べてより低温であることを利用した凝縮圧力の極力低減、それに伴う圧縮機の小型化或いは小型ファンによる置き換え、およびポンプによる冷媒液の移送からなる省エネルギー化された冷媒の循環方式は考慮されていない。
(例えば、特許文献2および特許文献3)When the refrigerant condensed by the cold heat of LNG is sent to the air cooler, the condensing pressure is reduced as much as possible by utilizing the fact that the condensing temperature is lower than that by the seawater cooling, and the compressor is downsized or a small fan accordingly. The energy-saving refrigerant circulation system consisting of replacement by and transfer of refrigerant liquid by a pump is not considered.
(For example, Patent Document 2 and Patent Document 3)
LNGの冷熱によって凝縮された冷媒を空気冷却器に送る場合、上記[0009]の代案として本申請の冷媒循環方式では、凝縮温度を蒸発温度よりもさらに低温にとり、冷媒の循環は圧縮機を使わずにポンプのみで行うが、本方式による更に省エネルギー化された冷媒の循環方式は考慮されていない。
(例えば、特許文献2および特許文献3)When the refrigerant condensed by the cold heat of LNG is sent to the air cooler, as an alternative to the above [0009], in the refrigerant circulation system of this application, the condensation temperature is set to be lower than the evaporation temperature, and the refrigerant is circulated using a compressor. However, this method does not take into consideration the further energy-saving refrigerant circulation method.
(For example, Patent Document 2 and Patent Document 3)
上記[00010]の手段によるLNGの冷熱によって凝縮された冷媒液をポンプによって循環する場合には、冷媒の過冷却度が過度になっており、そのまま蒸発気に送るには不具合である。従って蒸発器に入る前に冷媒液の昇温による過冷却度の調節が必要となるが、従来それは考慮されていない。
(例えば、特許文献2および特許文献3)When the refrigerant liquid condensed by the cold heat of LNG by means of the above [00010] is circulated by a pump, the degree of supercooling of the refrigerant is excessive, and it is inconvenient to send it directly to the vapor. Therefore, it is necessary to adjust the degree of supercooling by increasing the temperature of the refrigerant liquid before entering the evaporator, but this has not been considered in the past.
(For example, Patent Document 2 and Patent Document 3)
冷熱源としてのLNGおよびブラインがない場合には海水による冷媒の冷却方式への切り替えが必要であるが、一装置内で両冷却源の組み合わせは見られない。
(例えば、文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4および特許文献5参照)
(For example, see Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5)
LNG輸送技術の最新動向、湯浅和昭、石油・天然ガスレビュー、VOL.42 No.4、2008年7月 Latest Trends in LNG Transportation Technology, Kazuaki Yuasa, Oil / Natural Gas Review, VOL. 42 no. 4, July 2008
船舶の主機燃料としてのLNGを利用するLNG輸送船は船舶全体に対する割合が少ないために、LNGの冷熱を利用することの意義が薄かった。今般海事関連の国際機関によって、地球環境の保全並びに航海海域の大気汚染防止のために、広範囲な排ガス制限海域において、船種を問わない全ての船舶に対して燃料として低環境負荷のLNGを燃料として使用することが義務付けられる。かかるLNG燃料船の急増といった海洋輸送環境の変化に対応してLNGの冷熱利用と空調システムの省エネルギーを組み合わせた環境対応船舶の意義が大きくなる。 LNG transport ships that use LNG as the main fuel of a ship have a small proportion of the ship as a whole, so the significance of using the cold energy of LNG has been weak. In order to protect the global environment and prevent air pollution in the sea area by an international organization related to nautical affairs, LNG with a low environmental load is used as fuel for all ships of any ship type in a wide range of exhaust gas restricted areas. It is obliged to use as. In response to changes in the marine transportation environment such as the rapid increase in the number of LNG fueled ships, the significance of environmentally-friendly ships that combine the use of LNG cold energy and the energy saving of air-conditioning systems increases.
船舶の主機の負荷、或いは排ガス成分による燃料規制を受ける航行海域によって決まるLNGの流量と、空調システムの必要冷熱量とは本来、相互に関連することなく任意に変化する系である。従って冷熱の供給と需要のそれぞれの変化が他方に影響されない系統の組み方が必要である。 The flow rate of LNG determined by the load of the main engine of the ship or the navigational sea area subject to fuel regulation by exhaust gas components and the required amount of cold heat of the air conditioning system are systems that arbitrarily change without being related to each other. Therefore, it is necessary to construct a system in which changes in the supply and demand of cold are not affected by the other.
LNGの流量が空調システムの冷熱負荷に対して過大な場合においても、空調システムによって回収された後の、更に余剰のLNGの冷熱は外部に無駄に捨てることなく、別な形で回収し、有効に利用されることが望ましい。 Even when the flow rate of LNG is excessive with respect to the cooling load of the air conditioning system, the excess cooling heat of LNG after being recovered by the air conditioning system can be recovered in another form without being thrown away to the outside. It is desirable to be used for
空調システムに必要な冷熱負荷がLNGから得られる冷熱よりも過大の場合においてもLNG冷熱を捨てることなく有効に空調システムに利用するシステムが必要である。 Even when the cooling load required for the air conditioning system is larger than the cooling heat obtained from LNG, there is a need for a system that can be effectively used for the air conditioning system without throwing away the LNG cooling heat.
LNGの冷熱をブラインで蓄冷して、該ブラインで空冷を行う場合には、空調システムの円滑な制御のためには空気冷却器に送る低温ブラインの温度を一定に維持することが重要である。このためには冷却されるブライン温度を一定に制御すること、およびブライン貯蔵のために貯蔵タンクおよび受け入れタンクのそれぞれが独立したタンクの構成が要求される。 When the cold heat of LNG is stored in brine and air cooling is performed with the brine, it is important to keep the temperature of the low-temperature brine sent to the air cooler constant for smooth control of the air conditioning system. For this purpose, the temperature of the brine to be cooled is controlled to be constant, and a storage tank and a receiving tank are required to be independent from each other for brine storage.
従来の海水冷却及び圧縮機による冷媒循環方式では凝縮温度が高いために凝縮圧力が高くなり、圧縮比の増大に伴って、圧縮機の動力は大きくならざるを得なかったが、これを改善する術がなかった。同時に冷媒循環は気体圧縮機に頼らざるを得ず、ガス圧縮には大きい駆動動力を必要としている。 In the conventional seawater cooling and refrigerant circulation system using a compressor, the condensation pressure is high because the condensation temperature is high, and the power of the compressor must be increased as the compression ratio increases. There was no art. At the same time, the refrigerant circulation must rely on a gas compressor, and the gas compression requires a large driving power.
LNGの温度よりも高い凝固点を持った冷媒やブラインを、冷熱回収媒体とする場合、冷熱回収の熱交換器においては、冷媒やブラインの凝固を回避するための特殊な構造、或いは温度管理が重要である。 When a refrigerant or brine having a freezing point higher than the temperature of LNG is used as a cold recovery medium, a special structure or temperature management is important for avoiding the solidification of the refrigerant or brine in the heat recovery heat exchanger. It is.
同様に冷媒の凝固を回避するための他の手段として、LNGの冷熱量の大きさに着目して、回収冷熱をLNGの潜熱と顕熱によって使い分けできる熱交換器構成も重要である。 Similarly, as another means for avoiding the solidification of the refrigerant, a heat exchanger configuration capable of selectively using the recovered cold heat depending on the latent heat of the LNG and the sensible heat is also important, focusing on the amount of the cold heat of the LNG.
航行海域や主機の状態によってLNGの流れが停止状態の場合、或いは貯蔵した低温ブラインがなくなった状態にあるとき、空調システムの連続した稼動維持には、空調システムの冷却源として従来の海水システムを予め組み込んでおき、かつそれらの切り替えが簡単な弁操作で出来ることが重要である。 When the flow of LNG is stopped due to the navigational sea area or the state of the main engine, or when the stored low-temperature brine is exhausted, the conventional seawater system can be used as a cooling source for the air conditioning system to maintain the continuous operation of the air conditioning system. It is important that they are incorporated in advance and can be switched by simple valve operation.
以上の課題を解決するために、請求項目1にかかわる発明では、主機へのLNGの流量変動或いは空調システムの負荷変動に関わらず、LNGの冷熱を潜熱から常温気体の顕熱にいたるまで全て回収し、空調システムの冷媒の冷却及びブラインの冷却に利用して、かつ従来の海水冷却の場合に比べて僅少の動力で空調システムの冷媒循環を行う。LNGがない場合には蓄冷したブラインによって直接に空気の冷却を行う、更に蓄冷分もない場合には海水によって冷媒の凝縮を行う。以上によりLNG,ブラインおよび海水の熱特性を適切に組み合わせてLNGの冷熱を無駄なく空調システムの冷却源として利用する。 In order to solve the above-described problems, the invention according to claim 1 collects all of the LNG from the latent heat to the sensible heat of room temperature gas, regardless of fluctuations in the flow rate of LNG to the main engine or fluctuations in the load of the air conditioning system. The refrigerant is circulated in the air-conditioning system by cooling the refrigerant and the brine in the air-conditioning system and with a little power compared to the conventional seawater cooling. When there is no LNG, the air is directly cooled by the cold-stored brine, and when there is no cold storage, the refrigerant is condensed by seawater. As described above, the heat characteristics of LNG, brine, and seawater are appropriately combined to use the cold energy of LNG as a cooling source of the air conditioning system without waste.
請求項目2にかかわる発明では、LNGの回収冷熱が全冷媒を凝縮させるに不足する場合には、冷媒の凝縮は予め海水によって行い、その後LNGから回収した、冷媒液より低温の冷熱によって、冷媒液の温度を下げる、いわゆる過冷却を行う。この場合に過冷却の必要度に応じてLNGの冷熱利用範囲を潜熱と顕熱の全冷熱にするか、或いは顕熱のみにするかを切り替えることが出来る管系統とする。これによって冷媒の凝縮熱には不足するLNGからの回収冷熱を無駄なく利用して空調システムの冷却能力を上げることができる。 In the invention according to claim 2, in the case where the refrigerated cold energy of LNG is insufficient to condense all the refrigerant, the refrigerant is condensed by seawater in advance and then recovered from the LNG by the cold heat lower than the refrigerant liquid. So-called supercooling is performed. In this case, a tube system that can switch whether the LNG cooling utilization range is the total cooling of latent heat and sensible heat or only sensible heat according to the degree of necessity of supercooling. As a result, the cooling capacity of the air conditioning system can be increased without wasteful use of the recovered cold heat from LNG that is insufficient for the heat of condensation of the refrigerant.
請求項目3にかかわる発明では、LNGの冷熱回収器に冷媒ラインと同時にブラインラインを設け、冷媒の冷却には余剰となるLNGの冷熱をブラインの循環によって回収しタンク内に蓄冷する。ブラインは予め設定された一定温度に冷却されるように流量制御されて貯蔵タンクに蓄冷される。該蓄冷剤によって空調システムを運転する場合には、本タンクから一定温度のブラインが空冷器に供給され、もう一方のタンクに戻され、貯蔵される。一定温度のブラインが供給されることで空調システムの安定運転が可能となる。 In the invention according to claim 3, a brine line is provided at the same time as the refrigerant line in the LNG cold heat recovery device, and the cold heat of LNG that is excessive for cooling the refrigerant is recovered by circulation of the brine and stored in the tank. The brine is stored in the storage tank by controlling the flow rate so that the brine is cooled to a preset constant temperature. When the air conditioning system is operated by the cold storage agent, brine having a constant temperature is supplied from this tank to the air cooler, returned to the other tank, and stored. The stable operation of the air conditioning system becomes possible by supplying brine at a constant temperature.
請求項目4にかかわる発明では、ブラインによって直接に空冷を行う場合に、ブラインの過低温度による空気の過冷却あるいは水分凝固の不具合を防ぐために、空気冷却後に昇温したブラインの一部を入り口のブライン供給側に戻して混合し、一定温度に調節したブラインを供給する。これによって空気温度の最適化と空冷器の円滑な作動が可能となる。 In the invention according to claim 4, when air cooling is directly performed with brine, in order to prevent air overcooling due to an excessively low temperature of the brine or a problem of water coagulation, a part of the brine that has been heated after the air cooling is removed at the entrance. Return to the brine supply side, mix, and supply the brine adjusted to a constant temperature. This allows the air temperature to be optimized and the air cooler to operate smoothly.
請求項目5にかかわる発明では、▲1▼蒸発器を出た後の冷媒ガスを、蒸発圧力よりも僅かに高い圧力に昇圧し、さらに下層甲板に位置する主機室まで送る際の管内の流動、および冷熱回収器内の流動抵抗分、および若干の正圧の合計からなる極力小圧力を持たせた小型ファン或いは小型圧縮機で送り出し、LNGとの冷熱回収を行って、凝縮した冷媒液をポンプで上甲板に位置する空調機室まで持ち上げて、膨張弁を経由して蒸発器に送る。或いは、▲2▼蒸発器を出た後の冷媒ガスを、下層甲板の主機室まで送り、減圧弁で圧力を調整して冷熱回収器に送り、蒸発圧力よりも低い圧力で凝縮した冷媒液をポンプで上甲板の空調機室まで持ち上げて、ヒーターで過剰な過冷却分を昇温後に膨張弁を経由して蒸発器に送る。この▲1▼或いは▲2▼のいずれかの方法を装備することによって、▲1▼と▲2▼のそれぞれに適切な温度で冷熱の回収による冷媒凝縮が行われ、同時に冷媒循環動力を大幅に小さくすることが出来る。 In the invention according to claim 5, the flow in the pipe when the refrigerant gas after leaving the evaporator is increased to a pressure slightly higher than the evaporation pressure and further sent to the main engine room located on the lower deck, And a small fan or a small compressor with the smallest possible pressure consisting of the flow resistance in the cold heat recovery unit and a slight positive pressure, pumping out the condensed refrigerant liquid by collecting cold heat with LNG Lift up to the air conditioner room located on the upper deck and send it to the evaporator via the expansion valve. Alternatively, (2) the refrigerant gas after leaving the evaporator is sent to the main engine room on the lower deck, the pressure is adjusted by the pressure reducing valve, the refrigerant is sent to the cold heat recovery unit, and the refrigerant liquid condensed at a pressure lower than the evaporation pressure is supplied. The pump is lifted to the air conditioner room on the upper deck, and the excess supercooling is heated by the heater and then sent to the evaporator via the expansion valve. Equipped with either method (1) or (2), refrigerant condensation is performed by collecting cold heat at an appropriate temperature in each of (1) and (2), and at the same time, the refrigerant circulation power is greatly increased. It can be made smaller.
請求項目6にかかわる発明では、LNGの冷熱回収器に設ける伝熱管をステンレス鋼等の2重構造とし、内部空間には窒素ガス或いはヘリウムガス等の不活性ガス或いはガラス繊維等の不燃材を充填し、管内外間の伝熱量を制限した構造とする。これによって伝熱管外表面の温度が一定以上に維持されるために、冷媒あるいはブラインの凝固を阻止することが可能となる。 In the invention according to claim 6, the heat transfer tube provided in the LNG cooler is made of a double structure such as stainless steel, and the interior space is filled with an inert gas such as nitrogen gas or helium gas, or an incombustible material such as glass fiber. The heat transfer between the inside and outside of the pipe is limited. As a result, the temperature of the outer surface of the heat transfer tube is maintained at a certain level or more, so that the solidification of the refrigerant or brine can be prevented.
請求項目7にかかわる発明では、LNGの冷熱回収器に設ける伝熱管をステンレス鋼等製とし、さらにその外表面を銅等の高い熱伝導率の外皮材料で覆う構造とする。これによって部分的に低温箇所が生じた場合、銅材料等の高熱伝導率の物性を利用して、周辺に急速に低温度を分散させ、温度の均しを生じしめるために、冷媒あるいはブラインの凝固を阻止することが可能となる。 In the invention according to claim 7, the heat transfer tube provided in the LNG cold heat recovery device is made of stainless steel or the like, and the outer surface thereof is covered with a high thermal conductivity skin material such as copper. When a low-temperature spot is partially generated by this, the low temperature is rapidly dispersed in the periphery by utilizing the physical properties of high thermal conductivity such as copper material, and the temperature of the refrigerant or brine It becomes possible to prevent coagulation.
請求項目1にかかわる発明では、LNGが有する極低温の冷熱を空調システムの冷媒の凝縮並びに過冷却に使うことによって、同時に余剰の冷熱をブラインに蓄冷することによって、通常大気や海水或いは水蒸気に捨てられるLNGの気化と昇温のために消費していた熱エネルギーを有効に回収して、それを空調システムの冷却熱源として利用することで、空調システムの運転動力を大幅に削減することが可能である。同時にLNGガス化に消費していた従来の熱媒のための熱エネルギーが不要となり、二重の省エネルギーが可能となる。LNGがない場合には蓄冷ブラインによる直接の空気冷却を行い、蓄冷ブラインもない場合には通常の海水による冷媒の凝縮並びに大型圧縮機駆動方式に切り替える。これらの運転変換が弁操作のみで容易に切り替えられ、連続した空調システムの運転が可能である。 In the invention according to claim 1, by using the cryogenic cold energy of LNG for the condensation and supercooling of the refrigerant of the air conditioning system, the excess cold energy is stored in brine at the same time, so that it is usually discarded in the atmosphere, seawater or water vapor. By effectively recovering the thermal energy consumed for vaporizing and raising the temperature of LNG and using it as a cooling heat source for the air conditioning system, the operating power of the air conditioning system can be greatly reduced. is there. At the same time, the heat energy for the conventional heat medium consumed for LNG gasification becomes unnecessary, and double energy saving becomes possible. When there is no LNG, direct air cooling with cold storage brine is performed, and when there is no cold storage brine, the refrigerant is condensed with normal seawater and switched to a large compressor drive system. These operation conversions can be easily switched only by valve operation, and continuous operation of the air conditioning system is possible.
請求項目2にかかわる発明では、LNGから回収した冷熱量が冷媒の凝縮を行うのに不足する場合には、冷媒の凝縮は先ず海水で行って、その後にLNGの冷熱を冷媒液の過冷却に用いることによって、LNG冷熱を余すことなく有効に活用して、空調システムの冷却能力を上げることが可能である。且つ過冷却の必要度に応じて、利用するLNGの冷熱を潜熱と顕熱の全冷熱量とするか、顕熱のみにするかを調節することによって、柔軟な冷熱利用ができる。 In the invention according to claim 2, when the amount of heat recovered from the LNG is insufficient to condense the refrigerant, the refrigerant is first condensed in seawater, and then the LNG cold is used to supercool the refrigerant liquid. By using it, it is possible to effectively utilize the LNG cold without leaving it and to increase the cooling capacity of the air conditioning system. Further, according to the necessity of supercooling, flexible use of cold energy can be achieved by adjusting whether the cold heat of LNG to be used is the total amount of latent heat and sensible heat or only sensible heat.
請求項目3にかかわる発明では、LNGの冷熱量が空調システムに必要な冷熱量を上回る場合に、空調システムでは必要な冷熱量のみを回収し、残りのLNG冷熱量は別途設けた蓄冷用のブライン系統を通して一定温度で回収し、LNG冷熱回収専用のブラインタンクに貯留する。LNGがないときには該タンクからの低温ブラインを直接に空気冷却の冷却源として循環し、回収されたブラインは専用のブライン回収タンクに貯留する。これにより一定温度の冷却源が得られ、空調システムの安定運転が図られる。 In the invention according to claim 3, when the amount of cold heat of LNG exceeds the amount of cold heat necessary for the air conditioning system, the air conditioning system recovers only the amount of cold heat necessary, and the remaining amount of LNG cold heat is a separately provided cold storage brine. It is recovered at a constant temperature through the system and stored in a brine tank dedicated to LNG cold recovery. When there is no LNG, the low-temperature brine from the tank is directly circulated as a cooling source for air cooling, and the recovered brine is stored in a dedicated brine recovery tank. As a result, a constant temperature cooling source is obtained, and stable operation of the air conditioning system is achieved.
請求項目4にかかわる発明では、蓄冷したブラインを空冷器に送る場合にブラインの温度が過低温であると、空気温度の過低温、或いは水分凝固の不具合が生じる。そこで空気冷却器を通って昇温したブラインを一旦入り口側に戻し、過低温のブラインと昇温ブラインを混合調節することで空気冷却に適した温度のブライン供給が可能となる。 In the invention according to claim 4, when the stored brine is sent to the air cooler, if the temperature of the brine is too low, the air temperature is too low or moisture coagulation occurs. Therefore, the brine that has been heated through the air cooler is once returned to the inlet side, and the brine at a temperature suitable for air cooling can be supplied by adjusting the mixing of the super low temperature brine and the heated brine.
請求項目5のうち▲1▼にかかわる発明では、LNG冷熱利用時においては冷媒の凝縮温度及び凝縮圧力を低くとることができる環境を活かし、先ず凝縮圧力を蒸発圧力よりも僅かに高いレベルにとり、これに冷媒循環の配管抵抗および凝縮器内の冷媒流動抵抗に若干の正圧を加えた極力小さい圧力で冷媒の凝縮、並びに冷媒循環を行う。これによっての冷媒蒸気の駆動が小型の圧縮機或いはファンによって可能となり大きな省エネルギー効果が生じる。 In the invention according to (1) out of claim 5, taking advantage of the environment in which the condensation temperature and the condensation pressure of the refrigerant can be lowered when using LNG cold heat, first the condensation pressure is set to a level slightly higher than the evaporation pressure, The refrigerant is condensed and circulated at a pressure as small as possible by adding a slight positive pressure to the piping resistance of the refrigerant circulation and the refrigerant flow resistance in the condenser. As a result, the refrigerant vapor can be driven by a small compressor or fan, resulting in a significant energy saving effect.
請求項目5のうち▲2▼にかかわる発明では、▲1▼の代案として、冷媒の凝縮温度を蒸発温度よりも低いレベルにとり、凝縮した冷媒液をポンプで循環する方式とする。この場合凝縮液はかなりの過冷却となるために、一旦ヒーターで昇温して、適当な液温度に調整しておく。これによって冷媒の循環が液ポンプのみで可能となり、駆動動力の大幅な低減が図られる。 In the invention relating to item (2) in claim 5, as an alternative to item (1), the refrigerant is condensed at a temperature lower than the evaporation temperature, and the condensed refrigerant liquid is circulated by a pump. In this case, since the condensate is considerably supercooled, the temperature is once raised by a heater and adjusted to an appropriate liquid temperature. As a result, the refrigerant can be circulated only by the liquid pump, and the driving power can be greatly reduced.
請求項目6にかかわる発明では、LNG冷熱回収に用いる熱交換器の伝熱管の表面温度を、常に冷媒或いはブラインの凝固点以上に維持することによって、冷媒或いはブラインが該管表面で凝固することが避けられ、冷媒或いはブラインの円滑な流れと、適切な伝熱機能が維持される。 In the invention according to claim 6, by keeping the surface temperature of the heat transfer tube of the heat exchanger used for LNG cold recovery at or above the freezing point of the refrigerant or brine, it is avoided that the refrigerant or brine is solidified on the surface of the tube. Thus, a smooth flow of refrigerant or brine and an appropriate heat transfer function are maintained.
請求項目7にかかわる発明では、LNG冷熱回収に用いる熱交換器の伝熱管の表面温度が局部的に、冷媒或いはブラインの凝固点以下に低下しても、該管表面に設けられた高熱伝導率の材質によって、周囲の比較的高温の部分からの伝導熱流が発生し、温度の分散と、均一化の方向に作用する。その結果、部分的な低温が解消し、冷媒或いはブラインが該管表面で凝固することが避けられ、冷媒或いはブラインの円滑な流れと、適切な伝熱機能が維持される。 In the invention according to claim 7, even if the surface temperature of the heat exchanger tube of the heat exchanger used for LNG cold recovery is locally reduced below the freezing point of the refrigerant or brine, the high thermal conductivity provided on the tube surface is high. Depending on the material, a conductive heat flow is generated from the relatively hot part of the surroundings, which acts in the direction of temperature dispersion and uniformity. As a result, the partial low temperature is eliminated, the refrigerant or brine is prevented from solidifying on the surface of the pipe, and a smooth flow of the refrigerant or brine and an appropriate heat transfer function are maintained.
本発明は、LNGの冷熱を空調システムの有効な冷熱源として活用し、地球環境の改善に寄与する高効率で省エネルギーの空調システムの実現を目的とするものである。同時に自然冷媒の2酸化炭素(以下CO2と略称する)は一般の代替フロン系の冷媒に比べて、臨界温度が低いために海水での凝縮が不可能であり、また10MPa程度の高圧力での圧縮を必要とし、その結果冷却能力を落とさざるを得なかったが、本発明によってCO2を冷媒として用いることが容易となり、温暖化係数が小さい、且つオゾン層破壊のないCO2冷媒の利用が促進されて、地球環境への貢献がなされる。 An object of the present invention is to realize a highly efficient and energy-saving air conditioning system that contributes to the improvement of the global environment by utilizing the cold heat of LNG as an effective cooling heat source of the air conditioning system. At the same time, natural refrigerant carbon dioxide (hereinafter abbreviated as CO2) cannot be condensed in seawater because it has a lower critical temperature than ordinary alternative chlorofluorocarbon refrigerants, and at a high pressure of about 10 MPa. Although compression was required and cooling capacity had to be reduced as a result, the present invention facilitates the use of CO2 as a refrigerant, and promotes the use of a CO2 refrigerant with a low global warming potential and no ozone layer destruction. And contribute to the global environment.
本発明によるエネルギーの節約、並びに冷却効果の増加、地球環境への寄与効果について述べる。ここでCOPは冷却能力を冷媒循環装置の所要動力で除した値で、所要エネルギー当たりの冷却能力を表す。自然冷媒としてCO2及び代替フロンR404Aを対象とするが、他の冷媒においても同様の結果が得られる。
両冷媒共にLNGの潜熱および顕熱を回収した場合には、冷却能力はおよそ1.7倍になり、同時に冷媒の循環動力の低減によってCOPが1桁大きくなる。LNGの顕熱のみの回収の場合には冷却能力はおよそ1.7倍になり、COPは2倍程度になる。このように本発明を実施することで、エネルギーの大幅な節約が可能となる。臨界温度が低いCO2に関しては、本発明によって凝縮温度を低く取ることができて凝縮圧力も4MPa程度と半減以下となり、機器類の軽構造化が可能となり、コスト削減と同時に冷媒としての利用が容易となる。The energy saving, the cooling effect increase, and the contribution to the global environment according to the present invention will be described. Here, COP is a value obtained by dividing the cooling capacity by the required power of the refrigerant circulation device, and represents the cooling capacity per required energy. Although CO2 and alternative Freon R404A are targeted as natural refrigerants, similar results are obtained with other refrigerants.
When both the latent heat and sensible heat of LNG are recovered for both refrigerants, the cooling capacity is approximately 1.7 times, and at the same time, the COP is increased by an order of magnitude due to the reduction of the circulation power of the refrigerant. In the case of recovering only sensible heat of LNG, the cooling capacity is about 1.7 times, and the COP is about twice. By implementing the present invention in this way, significant energy savings are possible. For CO2, which has a low critical temperature, the present invention can reduce the condensing temperature and the condensing pressure is about 4 MPa, less than half, making it possible to make the equipment lighter, making it easier to use as a refrigerant while reducing costs. It becomes.
以下、本発明の実施形態を、図1〜図9に基づいて説明する。冷媒としては、非フロン系の自然冷媒のCO2および一般的な代替フロン系のR404Aを対象例として述べる。その他の冷媒を用いた場合についても同様である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. As a refrigerant, a non-fluorocarbon natural refrigerant CO2 and a general alternative fluorocarbon R404A will be described as target examples. The same applies to the case of using other refrigerants.
図1は、従来のLNG燃料船での燃料系統と空調システムの冷媒系統を示し、両者は相互のかかわりなく独立した系統となっている。即ちLNGの冷熱回収はなされていない。 FIG. 1 shows a fuel system in a conventional LNG fuel ship and a refrigerant system of an air conditioning system, both of which are independent systems regardless of each other. That is, the cold energy recovery of LNG is not made.
図2は、本実施形態によるLNGの潜熱及び顕熱の全冷熱、或いは顕熱を冷媒によって直接に回収し、該冷媒によって空調システムを作動させると同時に、余剰の冷熱をブラインによって回収蓄冷して、該蓄冷熱で空調システムを作動させる系統図である。同時に海水冷却の系統も示す。 FIG. 2 shows that the LNG's latent heat and sensible heat, or the sensible heat, is directly recovered by a refrigerant and the air conditioning system is operated by the refrigerant. At the same time, excess cold heat is recovered and stored by brine. It is a systematic diagram which operates an air-conditioning system by this cold storage heat. The seawater cooling system is also shown.
図3は、本実施形態によるLNG冷熱回収時の冷媒の凝固を避けるために考案されたLNGと冷媒、およびLNGとブラインの熱交換器の伝熱管の構造を示す。 FIG. 3 shows the structure of the heat transfer tubes of the LNG and refrigerant, and the LNG and brine heat exchangers designed to avoid the solidification of the refrigerant during LNG cold recovery according to this embodiment.
図4〜図9は、本実施形態による空調システム内における冷媒の流れに沿った圧力とエンタルピーの変化を示すp−h線図であり、縦軸に圧力を、横軸にエンタルピーを示す。冷却能力の向上と、冷媒循環のための動力低減の状態を表す。 4 to 9 are ph diagrams showing changes in pressure and enthalpy along the refrigerant flow in the air conditioning system according to the present embodiment, with the vertical axis representing pressure and the horizontal axis representing enthalpy. This represents a state of improvement in cooling capacity and reduced power for refrigerant circulation.
図1によって従来の空調システムの作動を説明する。
Aは上甲板に設置される空調機室の海水冷却による冷媒系統を表す。
Bは下層甲板に設置される主機室でのLNG燃料系統を表す。
冷媒液は膨張弁6で絞り膨張されて、蒸発器7に入り、ここで空気を冷却して蒸気となり、圧縮機8で凝縮圧力まで圧縮されて、海水凝縮器9に入る。凝縮液は冷媒管10を通って膨張弁6に戻る。この間冷媒の凝縮に必要な冷熱は海水から得られる。海水の温度は32℃前後と高いために、凝縮温度は40℃程度と高く、従って凝縮圧力も高くなる。このために圧縮機8には大きな圧縮比が要求されて圧縮機の所要動力は大きくなる。一方LNG系統は供給管1から蒸発器2に流れ、ここで水蒸気によって加熱され気化されて、LNG蒸気管3からLNGヒーター4に入り、ここで水蒸気によって常温まで加熱されガス管5を通って主機に供給される。すなわちLNGの気化及びガス昇温に必要な熱は全て高温水蒸気によって与えられる。The operation of the conventional air conditioning system will be described with reference to FIG.
A shows the refrigerant | coolant system | strain by the seawater cooling of the air-conditioner room installed in an upper deck.
B represents the LNG fuel system in the main engine room installed on the lower deck.
The refrigerant liquid is squeezed and expanded by the expansion valve 6 and enters the evaporator 7, where the air is cooled to become vapor, compressed to the condensation pressure by the compressor 8, and enters the seawater condenser 9. The condensed liquid returns to the expansion valve 6 through the refrigerant pipe 10. During this time, the cold energy necessary for condensation of the refrigerant is obtained from seawater. Since the temperature of seawater is as high as about 32 ° C., the condensation temperature is as high as about 40 ° C., and therefore the condensation pressure is also high. For this reason, the compressor 8 is required to have a large compression ratio, and the required power of the compressor increases. On the other hand, the LNG system flows from the supply pipe 1 to the evaporator 2, where it is heated and vaporized by water vapor and enters the LNG heater 4 from the LNG vapor pipe 3, where it is heated to room temperature by water vapor and passes through the gas pipe 5. To be supplied. That is, all the heat required for LNG vaporization and gas temperature rise is provided by high-temperature steam.
図2によって系統C、D、E、F、G及びHの各々の機能を説明する。
系統CはLNG冷熱で冷媒の過冷却を行った場合、及び海水冷却の場合を示し、本系統は一般に上甲板上の空調機室に設置される。
系統DはLNG冷熱で冷媒の凝縮を行い、小型圧縮機またはファン及びポンプによる冷媒循環を示し、一般に上甲板上の空調機室に設置される。
系統EはLNG冷熱で冷媒の凝縮を行い、ポンプのみによる冷媒循環の場合を示し、一般に上甲板上の空調機室に設置される。
系統FはLNGの冷熱回収系統を示し、一般に下層甲板の主機室に設置される。
系統GはLNGの冷熱をブラインによる蓄冷を示し、一般に下層甲板の主機室に設置される。
系統HはLNGの冷熱によって蓄冷したブラインによる空気冷却を示し、一般に上甲板の空調機室に設置される。
図中に記載する蒸発器26C,26D,26Eおよび26Hは全て同一の空気冷却器を表しており、作動条件である蒸発温度及び蒸発圧力は空調システムの仕様から決まるもので、全て同一である。26Hのみはブライン液の温度変化のみで冷却を行う。実際の使用時にはその方式に従って、いずれかの管系統につながる。The functions of the systems C, D, E, F, G, and H will be described with reference to FIG.
System C shows the case where the refrigerant is supercooled with LNG cold and the case of seawater cooling, and this system is generally installed in the air conditioner room on the upper deck.
The system D condenses the refrigerant with LNG cold heat, shows refrigerant circulation by a small compressor or a fan and a pump, and is generally installed in the air conditioner room on the upper deck.
The system E condenses the refrigerant with LNG cold and shows the case of refrigerant circulation using only the pump, and is generally installed in the air conditioner room on the upper deck.
System F indicates a LNG cold recovery system and is generally installed in the main engine room on the lower deck.
The system G shows the cold energy of LNG stored in brine, and is generally installed in the main engine room on the lower deck.
System H indicates air cooling by brine stored by LNG cold, and is generally installed in the air conditioner room on the upper deck.
The evaporators 26C, 26D, 26E and 26H described in the figure all represent the same air cooler, and the evaporation temperature and the evaporation pressure, which are operating conditions, are determined from the specifications of the air conditioning system and are all the same. Only 26H is cooled only by the temperature change of the brine solution. In actual use, it is connected to one of the pipe systems according to the method.
図2によってまずLNGの冷熱回収系統Fについて説明する。LNGは供給管11からLNG蒸発器12に入り、冷媒及びブラインの冷却熱によって気化する。その後、管13を通ってヒータ14に入り、ここで同じく冷媒及びブラインの冷却熱によって昇温し、LNGガス管15から主機へと導かれる。この間にLNGの冷熱は冷媒及びブラインを冷却することによって凝縮或いは過冷却の形で回収される。空調システムを使用しない場合にはLNGは蒸気48及び蒸気47によって蒸発及び加熱される。 First, the LNG cold recovery system F will be described with reference to FIG. LNG enters the LNG evaporator 12 from the supply pipe 11 and is vaporized by the cooling heat of the refrigerant and brine. Thereafter, it enters the heater 14 through the pipe 13, where the temperature is similarly raised by the cooling heat of the refrigerant and brine, and is led from the LNG gas pipe 15 to the main engine. During this time, the cold heat of LNG is recovered in the form of condensation or supercooling by cooling the refrigerant and brine. When the air conditioning system is not used, LNG is evaporated and heated by steam 48 and steam 47.
図2によってLNGの冷熱を回収した後の冷媒を循環するポンプ20について説明する。系統C,DおよびEの3種類の冷媒循環に必要なポンプ要目のうち、冷媒流量はいずれのケースもほぼ等しく、同一ポンプを使用する。若干異なる吐出圧力は吐出圧力調節弁21で調節を行う。或いは別々のポンプを設けることも可能である。 The pump 20 that circulates the refrigerant after recovering the cold heat of LNG will be described with reference to FIG. Of the pump points necessary for circulation of the three types of refrigerants C, D, and E, the refrigerant flow rate is almost equal in all cases, and the same pump is used. A slightly different discharge pressure is adjusted by the discharge pressure control valve 21. Alternatively, separate pumps can be provided.
図2によって冷媒の過冷却を行う場合の系統Cについて説明する。一旦海水冷却器28によって凝縮した冷媒液は弁23Bを通り、過冷却の要求度に応じてLNG蒸発器12およびヒーター14或いはヒーター14のみによって冷却されて過冷却液となる。顕熱のみ回収の場合には弁18を閉じ、バイパス弁19を開ける。過冷却冷媒は冷媒循環ポンプ20及び吐出圧力調節弁21、弁23Aおよび冷媒管24を経て膨張弁25に至る。蒸発器26Cで所定の温度及び圧力で蒸発し、あと大型圧縮機27を経て海水凝縮器に戻る。この間冷媒系統の弁30、管31或いは管34は閉である。 The system C in the case of supercooling the refrigerant will be described with reference to FIG. The refrigerant liquid once condensed by the seawater cooler 28 passes through the valve 23B and is cooled only by the LNG evaporator 12 and the heater 14 or the heater 14 according to the degree of supercooling to become supercooled liquid. When only sensible heat is recovered, the valve 18 is closed and the bypass valve 19 is opened. The supercooled refrigerant reaches the expansion valve 25 through the refrigerant circulation pump 20, the discharge pressure control valve 21, the valve 23 </ b> A and the refrigerant pipe 24. The evaporator 26C evaporates at a predetermined temperature and pressure, and then returns to the seawater condenser via the large compressor 27. During this time, the valve 30, pipe 31 or pipe 34 of the refrigerant system is closed.
図2によってLNGの冷熱を回収して凝縮した冷媒を小動力の圧縮機あるいは小動力のファン及びポンプによって循環する場合の系統Dについて説明する。LNG蒸発器12およびヒーター14によってLNGの潜熱および顕熱を回収して、蒸発温度・同圧力よりも若干高い温度・圧力で凝縮した冷媒は冷媒循環ポンプ20及び吐出圧力調節弁21を経て冷媒管22および冷媒管31を通り膨張弁32に至る。次に膨張弁32において所定の蒸発圧力まで減圧膨張して蒸発器26Dにて蒸発して空気冷却を行う。その後小形圧縮機或いはファンによって若干の正圧に昇圧して、冷媒管38を通り、LNGの冷熱回収回路に戻る。この間、圧縮機或いはファンでの昇圧分は蒸発圧力よりも若干高い凝縮圧力に、冷熱回収回路での圧力損失分を加えただけでよいために非常に小さく、したがって所要動力も小さい。冷媒循環ポンプ20の役割は下層甲板にある主機室から上甲板の空調機室までの垂直落差およびその間の管系統の抵抗分および膨張弁の作動圧力の合計圧力を持てばよいために所要動力は小さい。吐出圧力は吐出圧力調節弁21によって制御される。 The system D in the case of circulating the refrigerant | coolant which collect | recovered the cold heat | fever of LNG and condensed with FIG. 2 with a small power compressor or a small power fan and pump is demonstrated. The LNG evaporator 12 and the heater 14 recover the latent heat and sensible heat of the LNG, and the refrigerant condensed at a temperature and pressure slightly higher than the evaporation temperature and pressure passes through the refrigerant circulation pump 20 and the discharge pressure control valve 21 as a refrigerant pipe. 22 and the refrigerant pipe 31 to the expansion valve 32. Next, the expansion valve 32 decompresses and expands to a predetermined evaporation pressure, evaporates in the evaporator 26D, and performs air cooling. Thereafter, the pressure is increased to a slight positive pressure by a small compressor or a fan, passes through the refrigerant pipe 38, and returns to the LNG cold recovery circuit. During this time, the pressure increase in the compressor or fan is very small because it is only necessary to add the pressure loss in the cold heat recovery circuit to the condensing pressure slightly higher than the evaporation pressure, and therefore the required power is also small. The role of the refrigerant circulation pump 20 is to have the total pressure of the vertical drop from the main engine room on the lower deck to the air conditioner room on the upper deck and the resistance of the pipe system between them and the operating pressure of the expansion valve. small. The discharge pressure is controlled by the discharge pressure control valve 21.
同じく図2によって凝縮した冷媒の循環方法の別案、すなわちポンプのみによって作動するシステムの系統Eを説明する。前記と同様にLNGの潜熱および顕熱を回収して、蒸発温度・同圧力よりも低い温度・圧力で凝縮した冷媒は冷媒循環ポンプ20及び吐出圧力調節弁21を経て冷媒管22および冷媒管34を通り、さらに冷媒液をヒーター35によって適正な過冷却温度まで昇温して、膨張弁36に至る。次に膨張弁36において所定の蒸発圧力まで減圧膨張して蒸発器26Eにて蒸発して空気冷却を行う。次に蒸発器を出た冷媒ガスは凝縮圧力に見合うまで減圧弁37によって減圧されてLNGの冷熱回収回路に戻る。この間冷媒循環ポンプ20の役割は下層甲板にある主機室から上甲板の空調機室までの垂直落差、その間の管系統の抵抗分、膨張弁の作動圧力、蒸発器及びLNG冷熱回収器の抵抗の合計圧力を持てばよいために所要動力は小さい。吐出圧力は吐出圧力調節弁21によって制御される。 Similarly, FIG. 2 illustrates another method for circulating the condensed refrigerant, that is, a system E of a system that operates only by a pump. In the same manner as described above, the latent heat and sensible heat of LNG are recovered, and the refrigerant condensed at a temperature and pressure lower than the evaporation temperature and pressure passes through the refrigerant circulation pump 20 and the discharge pressure control valve 21 to form the refrigerant pipe 22 and the refrigerant pipe 34. The refrigerant liquid is further heated to an appropriate supercooling temperature by the heater 35 and reaches the expansion valve 36. Next, the expansion valve 36 decompresses and expands to a predetermined evaporation pressure, evaporates in the evaporator 26E, and performs air cooling. Next, the refrigerant gas exiting the evaporator is depressurized by the pressure reducing valve 37 until the condensing pressure is met, and returns to the LNG cold heat recovery circuit. During this time, the refrigerant circulation pump 20 plays a role of the vertical drop from the main engine room on the lower deck to the air conditioner room on the upper deck, the resistance of the pipe system between them, the operating pressure of the expansion valve, the resistance of the evaporator and the LNG cold heat recovery unit The required power is small in order to have the total pressure. The discharge pressure is controlled by the discharge pressure control valve 21.
図2によってブラインによるLNG冷熱の蓄冷の系統Gについて説明する。ブラインタンクB、40Bを出て、ブラインポンプB、41Bによって循環されるブラインはヒーター14およびLNG蒸発器12によって冷熱を回収する。この間に出口点39において一定温度になるようにブライン流量がブライン流量調節弁46によって制御されてブラインタンクA、40Aに貯蔵される。 With reference to FIG. 2, the LNG cold storage system G using brine will be described. The brine that leaves the brine tanks B and 40B and is circulated by the brine pumps B and 41B recovers cold heat by the heater 14 and the LNG evaporator 12. During this time, the brine flow rate is controlled by the brine flow rate control valve 46 so as to reach a constant temperature at the outlet point 39 and stored in the brine tanks A and 40A.
図2によって蓄冷したブラインによる空気冷却の場合の系統Hについて説明する。ブラインタンクA、40Aを出て、ブラインポンプA、41Aによって循環されるブラインはブライン管42を経て蒸発器26Hに供給されてブライン液の温度変化のみによって空気冷却を行う。ブライン温度が過低温の場合には管43及びブライン循環弁44によって昇温後の一部のブラインを蒸発器26Hの上流側に戻し適正な温度に調節が行われる。あとブラインタンクB、40Bに戻り貯蔵される。 The system H in the case of air cooling with brine stored cold will be described with reference to FIG. The brine that leaves the brine tanks A and 40A and is circulated by the brine pumps A and 41A is supplied to the evaporator 26H via the brine pipe 42, and air cooling is performed only by the temperature change of the brine solution. When the brine temperature is excessively low, a part of the heated brine is returned to the upstream side of the evaporator 26H by the pipe 43 and the brine circulation valve 44 and adjusted to an appropriate temperature. After that, they are returned to the brine tanks B and 40B and stored.
図2によってLNGおよび蓄冷したブラインが共になく、海水のみによって運転される場合について説明する。冷媒は海水凝縮器28において海水によって凝縮されて冷媒管29、冷媒弁30、冷媒管24および膨張弁25を通って、蒸発器26Cで所定の温度及び圧力で蒸発し、あと大型圧縮機27を経て海水凝縮器28に戻る。この間冷媒弁23Aおよび冷媒弁23Bは閉である。 A case where both LNG and cold-storage brine are not used, and only seawater is operated will be described with reference to FIG. The refrigerant is condensed by seawater in the seawater condenser 28, passes through the refrigerant pipe 29, the refrigerant valve 30, the refrigerant pipe 24, and the expansion valve 25, and is evaporated at a predetermined temperature and pressure in the evaporator 26 </ b> C. After that, it returns to the seawater condenser 28. During this time, the refrigerant valve 23A and the refrigerant valve 23B are closed.
図3によって冷媒或いはブラインの凝固を避けるために設けたLNG冷熱回収の熱交換器の伝熱管構造を示す。冷媒或いはブライン49とLNG50が伝熱管の外側および内側を流れる。両流体は高熱伝導被覆材51(例えば銅管)、低熱伝導率外管52(例えばステンレス鋼)、低熱伝導率支持材54(例えばステンレス鋼や非金属材料)および低熱伝導率内管53(例えばステンレス鋼)によって隔離されている。両内管および外管の空間には不活性ガス55(例えば窒素、或いはヘリウム)あるいは不燃断熱材55(例えばガラス繊維)が充填される。本構造により、先ず低伝熱構造によって極低温のLNGによる逆面にある管表面の温度低下が適度に阻止される。また、局部的な低温箇所は最外皮の高熱伝導被覆材51の平面方向の熱伝導による温度分散が行なわれて低温箇所の解消がなされる。これらの材料や寸法の選択は伝熱計算によってなすことが出来る。 FIG. 3 shows a heat transfer tube structure of a heat exchanger for LNG cold recovery provided to avoid solidification of refrigerant or brine. Refrigerant or brine 49 and LNG 50 flow outside and inside the heat transfer tube. Both fluids include a high thermal conductivity coating material 51 (for example, copper tube), a low thermal conductivity outer tube 52 (for example, stainless steel), a low thermal conductivity support material 54 (for example, stainless steel or a non-metallic material), and a low thermal conductivity inner tube 53 (for example, Stainless steel). The space between both the inner and outer tubes is filled with an inert gas 55 (for example, nitrogen or helium) or an incombustible heat insulating material 55 (for example, glass fiber). With this structure, first, the low heat transfer structure appropriately prevents a temperature drop on the tube surface on the opposite side due to the cryogenic LNG. Further, the local low-temperature portion is subjected to temperature dispersion by heat conduction in the planar direction of the outermost high-heat-conductive coating material 51, and the low-temperature portion is eliminated. Selection of these materials and dimensions can be made by heat transfer calculation.
1:LNG供給管
2:LNG蒸発器
3:LNG蒸気管
4:LNGヒーター
5:LNGガス管
6:膨張弁
7:蒸発器
8:圧縮機
9:海水凝縮器
10:冷媒管
A:海水冷却冷媒系統、空調機室、上甲板設置
B:LNG燃料系統、主機室、下層甲板設置
11:LNG管
12:蒸発器
13:LNG蒸気管
14:ヒーター
15:LNGガス管
16:冷媒管
17:冷媒管
18:冷媒弁
19:バイパス弁
20:冷媒循環ポンプ
21:吐出圧力調節弁
22:冷媒管
23A:冷媒弁
23B:冷媒弁
24:冷媒管
25:膨張弁
26C:蒸発器
26D:蒸発器
26E:蒸発器
26H:蒸発器
27:大型圧縮機
28:海水凝縮器
29:冷媒管
30:冷媒弁
31:冷媒管
32:膨張弁
33:小型圧縮機またはファン
34:冷媒管
35:ヒーター
36:膨張弁
37:減圧弁
38:冷媒管
39:ブライン管
40A:ブラインタンクA
40B:ブラインタンクB
41A:ブラインポンプA
41B:ブラインポンプB
42:ブライン管
43:ブライン管
44:ブライン循環弁
45:ブライン管
46:ブライン流量調節弁
47:蒸気管
48:蒸気管
C:LNG冷熱での冷媒過冷却及び海水冷却系統、空調機室、上甲板設置
D:LNG冷熱での冷媒凝縮、小型圧縮機またはファン駆動系統、空調機室、上甲板設置
E:LNG冷熱での冷媒凝縮、ポンプ駆動系統、空調機室、上甲板設置
F:LNG冷熱の回収系統、主機室、下層甲板設置
G:ブライン蓄冷系統、主機室、下層甲板設置
H:蓄冷ブラインによる空冷系統、空調機室、上甲板設置
49:冷媒或いはブライン
50:LNG
51:高熱伝導被覆材
52:低熱伝導金属外管
53:低熱伝導金属内管
54:低熱伝導支持材
55:不活性ガス或いは不燃断熱材1: LNG supply pipe 2: LNG evaporator 3: LNG steam pipe 4: LNG heater 5: LNG gas pipe 6: expansion valve 7: evaporator 8: compressor 9: seawater condenser 10: refrigerant pipe A: seawater cooling refrigerant System, air conditioning room, upper deck installation B: LNG fuel system, main engine room, lower deck installation 11: LNG pipe 12: evaporator 13: LNG steam pipe 14: heater 15: LNG gas pipe 16: refrigerant pipe 17: refrigerant pipe 18: Refrigerant valve 19: Bypass valve 20: Refrigerant circulation pump 21: Discharge pressure control valve 22: Refrigerant pipe 23A: Refrigerant valve 23B: Refrigerant valve 24: Refrigerant pipe 25: Expansion valve 26C: Evaporator 26D: Evaporator 26E: Evaporation 26H: Evaporator 27: Large compressor 28: Seawater condenser 29: Refrigerant pipe 30: Refrigerant valve 31: Refrigerant pipe 32: Expansion valve 33: Small compressor or fan 34: Refrigerant pipe 35: Heater 36: Expansion valve 37 :Pressure reducing valve 8: refrigerant pipe 39: brine pipe 40A: brine tank A
40B: Brine tank B
41A: Brine pump A
41B: Brine pump B
42: Brine pipe 43: Brine pipe 44: Brine circulation valve 45: Brine pipe 46: Brine flow rate control valve 47: Steam pipe 48: Steam pipe C: Refrigerant supercooling and seawater cooling system with LNG cold, air conditioner room, upper Deck installation D: Refrigerant condensation with LNG cold, small compressor or fan drive system, air conditioning room, upper deck installation E: Refrigerant condensation with LNG cold, pump drive system, air conditioning room, upper deck installation F: LNG cold Recovery system, main engine room, lower deck installation G: brine cold storage system, main engine room, lower deck installation H: air cooling system with cold storage brine, air conditioning room, upper deck installation 49: refrigerant or brine 50: LNG
51: High thermal conductive coating material 52: Low thermal conductive metal outer tube 53: Low thermal conductive metal inner tube 54: Low thermal conductive support material 55: Inert gas or non-flammable heat insulating material
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