JP5989605B2 - Ｌｎｇ冷熱利用発電装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化する空温式気化器にコージェネレーションシステムで生じた熱エネルギーを供給して発電するＬＮＧ冷熱利用発電装置に関するものである。

ＬＮＧタンクから送り出されたＬＮＧは、ＬＮＧ蒸発器を通過する際に、大気又は海水等と熱交換されてガス化され、都市ガス（気化ガス）として供給先に供給されるようになっている。このＬＮＧは、マイナス１６０℃の極低温であり、その発熱量の１〜２％程度の冷熱エネルギーを有している。

そこで、図４に示すように、ＬＮＧ蒸発器１００のＬＮＧ流路（エバポレータ）１０１内に熱電変換素子１０２，１０２を設置し、ＬＮＧ流路１０１内を流れるＬＮＧとＬＮＧ流路外を流れる海水の温度差を利用して熱電変換素子１０２，１０２で発電する技術が開発された（特許文献１）。

また、図５に示すように、ＬＮＧ蒸発器１１０を構成するＬＮＧヘッダ１１１の内壁面に熱電変換素子１１２を設置し、ＬＮＧヘッダ１１１内を流れるＬＮＧとＬＮＧヘッダ１１１外を流れる海水の温度差を利用して熱電変換素子１１２で発電する技術が開発された（特許文献２）。

特許第３５７１３９０号公報 特開平１０−２７１８６１号公報

しかしながら、図４及び図５に示した従来の技術は、ＬＮＧと海水との間で熱交換するようになっているため、海水が利用できない内陸地のサテライトＬＮＧ基地で利用することができない。
また、図４及び図５に示した従来の技術は、熱電変換素子１０２がＬＮＧ流路１０１内に設置されるか、又は熱電変換素子１１２がＬＮＧヘッダ１１１内に設置されているため、熱電変換素子１０２，１１２のメンテナンスが容易でないという問題を有している。

そこで、本発明は、海水が利用できない内陸地のサテライト基地で利用することができ、また、熱電変換素子のメンテナンスを容易に行うことができるＬＮＧ冷熱利用発電装置の提供を目的とする。

本発明は、図１乃至図３に示すように、ＬＮＧと大気との間で熱交換してＬＮＧをガス化する空温式気化器４と、コージェネレーションシステム２の発電部１３が収容された箱状パッケージ１４内の温められた空気を送り出す送風装置１５と、を有するＬＮＧ冷熱利用発電装置１に関するものである。

この発明において、前記空温式気化器は、（１）ＬＮＧの流路となるＬＮＧヘッダ１６と、（２）気化ガスの流路となる気化ガスヘッダ１７と、（３）前記ＬＮＧヘッダ１６と前記気化ガスヘッダ１７とを接続し、前記ＬＮＧヘッダ１６側から前記気化ガスヘッダ１７側へ向かうＬＮＧと大気との間で熱交換してＬＮＧをガス化する蒸発管１８と、を有している。また、前記蒸発管１８は、前記ＬＮＧヘッダ１６側から前記気化ガスヘッダ１７側へ向かって延びる板状のフィン２０が外表面に形成され、前記フィン２０の表裏両面に熱電変換素子２１が取り付けられている。また、前記送風装置１５は、（１）前記箱状パッケージ１４内の空気を前記箱状パッケージ１４の外部に送り出すファン２２と、（２）前記ファン２２によって送り出された前記箱状パッケージ１４内の温められた空気を前記熱電変換素子２１に向けて放出するダクト２３と、を有している。

このため、前記熱電変換素子２１は、高温側である大気側が前記ダクト２３から放出される空気で温められ、低温側である前記フィン２０側の温度と前記ダクト２３から放出される空気で温められた大気側の温度との温度差で発電する。

本発明によれば、ＬＮＧ蒸発器として空温式気化器が使用され、熱電変換素子が空温式気化器の蒸発管の外周に形成したフィンの表裏両面に取り付けられるようになっているため、海水が利用できない内陸地のサテライト基地で利用することができ、熱電変換素子のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、コージェネレーションシステムの発電部で温められた空気が、送風装置によりダクトを介して熱電変換素子に向けて放出されるので、熱電変換素子による発電量を高めることが可能となる。

本発明に係るＬＮＧ冷熱利用発電装置とコージェネレーションシステムとの関係を示す図である。 本発明に係るＬＮＧ冷熱利用発電装置の空温式気化器の構造図である。 図２のＡ−Ａ線に沿って切断した蒸発管の拡大断面図である。 第１の従来例に係るＬＮＧ冷熱利用発電構造を示す図である。 第２の従来例に係るＬＮＧ冷熱利用発電構造を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１は、本発明の実施形態に係るＬＮＧ冷熱利用発電装置１とコージェネレーションシステム２との関係図である。この図１に示すように、ＬＮＧタンク３から送り出されたＬＮＧは、空温式気化器４を通過する際にガス化（都市ガス化）され、気化ガス（都市ガス）として供給先に供給されと共に、その気化ガスの一部がコージェネレーションシステム２を構成するガスエンジン５に供給される。

ガスエンジン５は、気化ガスを燃焼させて作動し、発電機６を駆動することによって発電するようになっている。発電機６で発電された電気は、気化ガスの供給先に供給される。気化ガスがガスエンジン５によって燃焼させられることによって生じる排ガスは、排ガス管７を介して排熱回収装置８に送られ、熱エネルギーが回収された後、排ガス管１０を介して煙突１１から大気中に排出される。

そして、外部からガスエンジン５内に送り込まれる冷却水（例えば、２０℃の水）は、ガスエンジン５内で熱を吸収して温められ（例えば、４０℃程度に温められ）、排水管１２を介して排熱回収装置８に送られる。排熱回収装置８は、ガスエンジン５から排出された冷却水をガスエンジン５から排出された高温（例えば、４００〜６００℃）の排ガスで温め、ガスエンジン５から排出された冷却水を温水（例えば、６０℃）として送り出す。排熱回収装置８から送り出された温水は、図示しない温水使用設備，給湯，温水吸収冷凍機等で使用される。

ここで、コージェネレーションシステム２は、ガスエンジン５、このガスエンジン５によって駆動される発電機６、及び排熱回収装置８を有している。
そして、ガスエンジン５と発電機６は、コージェネレーションシステム２の発電部１３を構成し、作動音が外部に漏れることがないように箱状パッケージ１４内に収容され、その箱状パッケージ１４によって外部の埃や小動物等から保護されている。この箱状パッケージ１４内の空気は、ガスエンジン５と発電機６で構成される発電部１３の作動時に生じる熱で温められる。そして、この箱状パッケージ１４内の温められた空気は、ＬＮＧ冷熱利用発電装置１の発電に利用される。

ＬＮＧ冷熱利用発電装置１は、空温式気化器４と、箱状パッケージ１４内の温められた空気を空温式気化器４に向けて送り出す送風装置１５と、を有している。

図１及び図２に示すように、空温式気化器４は、ＬＮＧの流路となるＬＮＧヘッダ１６と、気化ガスの流路となる気化ガスヘッダ１７と、これらＬＮＧヘッダ１６と気化ガスヘッダ１７とを接続する蒸発管１８と、を有している。

蒸発管１８は、複数のフィン２０が外表面に形成されている。このフィン２０は、蒸発管１８の外表面をＬＮＧヘッダ１６側（ＬＮＧヘッダ１６の近傍）から気化ガスヘッダ１７側（気化ガスヘッダ１７の近傍）へ母線方向（図２の上下方向）に沿って延びる板状体である。そして、図３に示すように、このフィン２０，２０の表裏両面には、大気側の面とフィン側の面の温度差によって発電する板状の熱電変換素子２１が取り付けられている。

例えば、フィン２０の表面側にｐ型半導体で構成される熱電変換素子２１が取り付けられ、フィン２０の裏面側にｎ型半導体で構成される熱電変換素子２１が取り付けられる。又は、フィン２０の表面側にｎ型半導体で構成される熱電変換素子２１が取り付けられ、フィン２０の裏面側にｐ型半導体で構成される熱電変換素子２１が取り付けられるようにしてもよい。そして、ｐ型半導体で構成される熱電変換素子２１とｎ型半導体で構成される熱電変換素子２１は、熱的に並列に配置され、電気的に直列に配置されている。

また、熱電変換素子２１は、フィン２０の長手方向（蒸発管１８の外周面の母線方向と一致する方向）の全域に取り付けるか、又はフィン２０の長手方向の一部（ＬＮＧヘッダ１６寄りの部分）に取り付けるようにしてもよい。なお、図３において、フィン２０は、蒸発管１８の外周に一対だけ取り付けるようになっているが、これに限られず、蒸発管１８の外周に放射状に３枚以上取り付けるようにしてもよく、また、蒸発管１８の外周に１枚だけ取り付けるようにしてもよい。また、蒸発管１８及びフィン２０は、熱伝導率の良い金属で形成されている。

図１に示すように、送風装置１５は、箱状パッケージ１４内の空気を箱状パッケージ１８の外部に送り出すファン２２と、ファン２２によって送り出された箱状パッケージ１４内の温められた空気を蒸発管１８の熱電変換素子２１に向けて放出するダクト２３と、を有している。また、ダクト２３内には、適宜ファン２４を設置してもよい。なお、箱状パッケージ１４内の空気をダクト２３に送り出すファン２２は、箱状パッケージ１４の換気用ファンとして従来から設置されていたものを使用することができる。

以上のような構成の本実施形態に係るＬＮＧ冷熱利用発電装置１は、ＬＮＧ蒸発器として空温式気化器４が使用され、熱電変換素子２１が空温式気化器４の蒸発管１８の外周に形成したフィン２０の表裏両面に取り付けられるようになっているため、海水が利用できない内陸地のサテライト基地で利用することができ、熱電変換素子２１のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、本実施の形態に係るＬＮＧ冷熱利用発電装置１は、コージェネレーションシステム２の箱状パッケージ１４内で温められた空気を送風装置１５によって熱電変換素子２１の表面に強制的に吹き付け、熱電変換素子２１の大気側の表面温度を大気温度よりも高温にすることができ、熱電変換素子２１の低温側（フィン２０の表面側）と熱電変換素子２１の高温側（大気側）との温度差を大きくすることができるため、フィン２０の表面に熱電変換素子２１を取り付けただけのものと比較し、発電能力を高めることができる。

また、本実施の形態に係るＬＮＧ冷熱利用発電装置１は、従来であれば大気中に廃棄されていたであろうコージェネレーションシステム２の箱状パッケージ１４内の熱を熱電変換素子２１の高温側の昇温に利用することができるため、コージェネレーションシステム２のエネルギー利用効率を高めることができる。なお、従来のコージェネレーションシステムは、箱状パッケージ内の空気を換気用ファンで外部に放出し、箱状パッケージ内の空気に蓄えられた熱エネルギーを大気中に廃棄していた。

また、本実施の形態に係るＬＮＧ冷熱利用発電装置１は、送風装置１５から送り出される温風が空温式気化器４に吹き付けられるため、従来の空温式気化器で問題となっていた白霧の発生や霜の付着を抑えることができる。なお、従来の空温式気化器は、ＬＮＧと大気との熱交換により、大気中の水蒸気が冷却されることで白霧が発生したり、大気中の水分が蒸発管の外周に霜や氷として付着して機能低下が生じるという問題を有していた。

コージェネレーションシステム２は、図１に示したものに限定されず、例えば、ガスエンジン５と発電機６に変えて、燃料電池を発電部１３として採用し、その燃料電池を箱状パッケージ１４内に収容し、燃料電池の熱で温められた箱状パッケージ１４内の空気を送風装置１５で熱電変換素子２１に吹き付けるようにしてもよい。また、コージェネレーションシステム２は、箱状パッケージ１４内の温められた空気を送風装置１５によって熱電変換素子２１に吹き付けることができる限り、上述したガスエンジンシステム（ガスエンジンと発電機の組み合わせで発電するシステム）に代えて、ガスタービンエンジンシステムを使用したものであってもよい。そして、このガスタービンエンジンシステムの発電部が箱状パッケージ内に収容される。

１……ＬＮＧ冷熱利用発電装置
２……コージェネレーションシステム
４……空温式気化器
１３……発電部
１４……箱状パッケージ
１５……送風装置
１６……ＬＮＧヘッダ
１７……気化ガスヘッダ
１８……蒸発管
２０……フィン
２１……熱電変換素子
２２……ファン
２３……ダクト

Claims (2)

1. ＬＮＧと大気との間で熱交換してＬＮＧをガス化する空温式気化器と、
   コージェネレーションシステムの発電部が収容された箱状パッケージ内の温められた空気を送り出す送風装置と、
   を有するＬＮＧ冷熱利用発電装置であって、
   前記空温式気化器は、
   ＬＮＧの流路となるＬＮＧヘッダと、
   気化ガスの流路となる気化ガスヘッダと、
   前記ＬＮＧヘッダと前記気化ガスヘッダとを接続し、前記ＬＮＧヘッダ側から前記気化ガスヘッダ側へ向かうＬＮＧと大気との間で熱交換してＬＮＧをガス化する蒸発管と、を有し、
   前記蒸発管は、前記ＬＮＧヘッダ側から前記気化ガスヘッダ側へ向かって延びる板状のフィンが外表面に形成され、前記フィンの表裏両面に熱電変換素子が取り付けられ、
   前記送風装置は、
   前記箱状パッケージ内の空気を前記箱状パッケージの外部に送り出すファンと、
   前記ファンによって送り出された前記箱状パッケージ内の温められた空気を前記熱電変換素子に向けて放出するダクトと、
   を有することを特徴とするＬＮＧ冷熱利用発電装置。
2. 前記フィンの表裏両面に取り付けられた前記熱電変換素子の一方は、ｐ型半導体であり、
   前記フィンの表裏両面に取り付けられた前記熱電変換素子の他方は、ｎ型半導体である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ冷熱利用発電装置。

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