JP6556891B2 - 液化ガス用冷却装置およびそのメンテナンス方法 - Google Patents

液化ガス用冷却装置およびそのメンテナンス方法 Download PDF

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Description

本発明は、液化ガスを冷却して液化するための冷却装置（以下、単に液化ガス用冷却装置と云う。）およびそのメンテナンス方法に関するものである。
例えば、液化天然ガス（以下、単にＬＮＧとも云う。）は、常温、常圧の天然ガスを先ず−３０℃程度まで予冷した後、そのガスを更に冷却することによって液化し、その後、更に−１６２℃まで過冷却することにより生成される。この冷却工程において、各種冷媒を用いた冷凍装置が用いられており、それぞれの冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り膨張器および蒸発器を冷媒流路で順次接続して、閉サイクルの冷凍サイクルを構成したものとされている。
特許文献１−５には、それぞれ上記の如く冷凍装置を用いたＬＮＧ等の液化ガス用冷却装置が開示されている。これらの液化ガス用冷却装置は、予冷工程および液化工程にそれぞれ個別に所要の能力を有する冷凍装置を設けたものとされている。
米国特許出願公開第２００９／００９０１３１号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２８１９１５号明細書（対応する日本出願；特開２０１０−２６１０３８号公報） 米国特許出願公開第２０１０／０２５７８９５号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１９０２０５号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０２８３５５０号明細書
上記液化ガス用冷却装置の冷凍装置は、冷凍サイクルを構成する圧縮機の駆動軸をガスタービンまたは電動モータの出力軸に連結し、圧縮機を駆動する構成とされている。かかる圧縮機は、一定の運転時間毎に軸受等の消耗部品を交換する必要があり、その都度、冷凍サイクル内の冷媒を回収し、メンテナンスする必要があった。従って、この間、液化ガス用冷却装置を稼動することができず、ＬＮＧの生産が中断される等の課題があった。
一方、圧縮機は、タービン軸駆動またはモータ軸駆動であり、圧縮機駆動軸の軸シール部から極微量ではあるが冷媒漏れが発生するため、定期的に冷媒を追加補充する必要があった。また、圧縮機とタービンは、系列毎に直線上に配置されるが、設置スペースが狭いプラントでは、構成機器を配置する際、大きな制約を受けることになる。更に、メンテナンス時に、システムの全停止を防ぐため、複数系統の冷凍装置の一部を停止し、他の冷凍装置を動作させながらメンテナンスすることがあるが、この際、停止される圧縮機の駆動モータやインバータの電力部分が活線状態となっている場合があり、メンテナンス作業に危険を及ぼすことがある等の課題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、メンテナンスの容易性および安全性を確保することができる液化ガス用冷却装置およびそのメンテナンス方法を提供することを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明の液化ガス用冷却装置およびそのメンテナンス方法は、以下の手段を採用している。
すなわち、本発明の参考例にかかる液化ガス用冷却装置は、冷却することによって液化される液化ガスを流すガス流路と、前記ガス流路内を流れる液化ガスを冷却する蒸発器および圧縮機、凝縮器、絞り膨張器とで冷凍サイクルを構成する冷凍装置と、を備え、前記圧縮機は、密閉構造とされたハウジングと、前記ハウジング内部に内蔵された圧縮機構と、前記圧縮機構と共に前記ハウジングに内蔵された電動モータと、を備え、前記電動モータを介して駆動されるタイプであり、前記圧縮機の前記電動モータには、その給電回路に対して継電器が設けられており、前記継電器は、前記圧縮機の吸入側および吐出側に設けられているメンテナンス用開閉弁の開閉動作に応動して、オン・オフ動作される構成とされている。
本発明によれば、圧縮機の電動モータの給電回路に対して継電器を設けた構成としているため、圧縮機の定期的なメンテナンス時、電動モータへの給電回路に設けられている継電器を介して圧縮機への電路を遮断し、メンテナンスを行うことができる。従って、メンテナンスのために停止された圧縮機の電力部分を不活線状態としてメンテナンスでき、作業者の安全性を確保することができる。
また、本発明の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法は、冷却することによって液化される液化ガスを流すガス流路と、前記ガス流路内を流れる液化ガスを冷却する蒸発器および圧縮機、凝縮器、絞り膨張器とで冷凍サイクルを構成する冷凍装置と、を備え、前記圧縮機は、密閉構造とされたハウジングと、前記ハウジング内部に内蔵された圧縮機構と、前記圧縮機構と共に前記ハウジングに内蔵された電動モータと、を備え、前記電動モータを介して駆動されるタイプとされた液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法であって、前記圧縮機の前記電動モータには、その給電回路に対して継電器が設けられており、前記圧縮機の吸入側および吐出側に設けられているメンテナンス用開閉弁の開閉動作に応動して、前記継電器をオン・オフ動作する。
本発明によれば、継電器が、圧縮機の吸入側および吐出側に設けられているメンテナンス用開閉弁の開閉動作に応動して、オン・オフ動作される構成とされているため、圧縮機に対する定期的なメンテナンス時間が経過することにより圧縮機が停止状態とされ、その吸入側および吐出側に設けられているメンテナンス用開閉弁が閉成されると、その動作に応動して継電器がオフとなり、当該圧縮機への電路を遮断することができる。従って、圧縮機をメンテナンスする際、その電力部分を確実に不活線化することができ、メンテナンス作業者に対する安全性をより確実に確保することができる。
さらに、本発明の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法は、前記圧縮機を停止状態とした後、前記メンテナンス用開閉弁を閉成するステップと、前記圧縮機内部の冷媒を回収する冷媒回収機側に設けられたタンクに冷媒を回収するステップと、前記圧縮機に対してメンテナンスを実施するステップと、を備える。
さらに、本発明の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法は、前記圧縮機に真空ポンプを接続して前記圧縮機内の空気を真空引きして排気するステップと、前記圧縮機に冷媒充填機を接続して必要量の冷媒を補充するステップと、吸入側の前記メンテナンス用開閉弁および吐出側の前記メンテナンス用開閉弁を開くステップと、を備える。
さらに、本発明の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法は、前記メンテナンス用開閉弁および前記圧縮機がモジュール化され、その圧縮モジュールが前記冷凍サイクルに対して複数台並列に接続されており、吸入側の前記メンテナンス用開閉弁および吐出側の前記メンテナンス用開閉弁を閉成する前に、前記複数台の圧縮モジュールの前記圧縮機のうち、予め設定された運転時間を経過した前記圧縮機が運転を停止するステップを更に備える。
本発明によれば、圧縮機をモジュール化し、その圧縮モジュールを必要冷却能力に対応するように冷凍サイクルに対して複数台並列に接続した構成としているため、同一能力の液化ガス用冷却装置を設ける場合において、小容量化した複数台の圧縮モジュールを設置することにより、大容量の圧縮機を１台設置する場合に比べ、機器配置の自由度を高めることができる。従って、設置スペースが狭いプラントでの機器配置の制約を緩和することができるとともに、液化ガス用冷却装置の容量の大小を選定する際にも柔軟に対応することができる。また、冷凍装置の圧縮機を設定された運転時間毎に定期的にメンテナンスする際にも、システムの運転を継続しながら、当該圧縮モジュールのみを運転停止状態として個別にその圧縮機をメンテナンスすることができ、従って、システムの稼働率を高めることができる。
さらに、本発明の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法は、前記冷凍装置が冷凍サイクル単位でモジュール化され、その冷凍モジュールが前記液化ガスのガス流路に対して複数台並列又は直列に接続されており、吸入側の前記メンテナンス用開閉弁および吐出側の前記メンテナンス用開閉弁を閉成する前に、前記複数台の冷凍モジュールのうち、予め設定された運転時間を経過した前記圧縮機を有する前記冷凍装置が運転を停止するステップを更に備える。
本発明によれば、冷凍装置をモジュール化し、その冷凍モジュールを必要冷却能力に対応するようにガス流路に対して複数台並列または直列に接続した構成としているため、同一能力の液化ガス用冷却装置を設ける場合において、小容量化した複数台の冷凍モジュールを設置することにより、大容量の冷凍装置を１台設置する場合に比べ、機器配置の自由度を高めることができる。従って、設置スペースが狭いプラントでの機器配置の制約を緩和することができるとともに、液化ガス用冷却装置の容量の大小を選定する際にも柔軟に対応することができる。また、冷凍装置の圧縮機を設定された運転時間毎に定期的にメンテナンスする際にも、システムの運転を継続しながら、当該冷凍モジュールのみを運転停止状態として個別に圧縮機をメンテナンスすることができ、従って、システムの稼働率を高めることができる。
また、本発明の参考例にかかる液化ガス用冷却装置は、冷却することによって液化される液化ガスを流すガス流路と、前記ガス流路内を流れる液化ガスを冷却する蒸発器および圧縮機、凝縮器、絞り膨張器とで冷凍サイクルを構成する冷凍装置とを備え、前記圧縮機は、圧縮機構と共に密閉構造とされたハウジング内部に内蔵されている電動モータを介して駆動されるタイプの圧縮機とされていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、液化ガスを流すガス流路内を流れる液化ガスを冷却する冷凍装置の圧縮機が、圧縮機構と共に密閉構造のハウジング内部に内蔵されている電動モータを介して駆動されるタイプの圧縮機とされているため、圧縮機駆動軸の軸シール部を無くすることによって、軸シール部が存在することによる微少量の冷媒漏れ発生をなくすることができる。従って、定期的な冷媒補充のためのメンテナンスを省略化することができるだけでなく、メンテナンスコストや追加補充分の冷媒コスト等の削減を図ることができる。また、圧縮機をハウジング内部に電動モータを内蔵したタイプの圧縮機としているため、圧縮機の駆動機器を別個に配置する必要がなく、従って、冷凍装置の設置スペースを削減し、プラント構成機器の配置制約を緩和することにより、スペースが狭いプラントに対する適用を容易化することができる。
さらに、本発明の参考例の液化ガス用冷却装置は、上記の液化ガス用冷却装置において、前記冷凍装置がモジュール化され、その冷凍モジュールが必要冷却能力に対応するように前記ガス流路に対して複数台並列または直列に接続されていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、冷凍装置をモジュール化し、その冷凍モジュールを必要冷却能力に対応するようにガス流路に対して複数台並列または直列に接続した構成としているため、同一能力の液化ガス用冷却装置を設ける場合において、小容量化した複数台の冷凍モジュールを設置することにより、大容量の冷凍装置を１台設置する場合に比べ、機器配置の自由度を高めることができる。従って、設置スペースが狭いプラントでの機器配置の制約を緩和することができるとともに、液化ガス用冷却装置の容量の大小を選定する際にも柔軟に対応することができる。また、冷凍装置の圧縮機を設定された運転時間毎に定期的にメンテナンスする際にも、システムの運転を継続しながら、当該冷凍モジュールのみを運転停止状態として個別に圧縮機をメンテナンスすることができ、従って、システムの稼働率を高めることができる。
さらに、本発明の参考例の液化ガス用冷却装置は、上記の液化ガス用冷却装置において、前記圧縮機がモジュール化され、その圧縮モジュールが必要冷却能力に対応するように前記冷凍サイクルに対して複数台並列に接続されていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、圧縮機をモジュール化し、その圧縮モジュールを必要冷却能力に対応するように冷凍サイクルに対して複数台並列に接続した構成としているため、同一能力の液化ガス用冷却装置を設ける場合において、小容量化した複数台の圧縮モジュールを設置することにより、大容量の圧縮機を１台設置する場合に比べ、機器配置の自由度を高めることができる。従って、設置スペースが狭いプラントでの機器配置の制約を緩和することができるとともに、液化ガス用冷却装置の容量の大小を選定する際にも柔軟に対応することができる。また、冷凍装置の圧縮機を設定された運転時間毎に定期的にメンテナンスする際にも、システムの運転を継続しながら、当該圧縮モジュールのみを運転停止状態として個別にその圧縮機をメンテナンスすることができ、従って、システムの稼働率を高めることができる。
さらに、本発明の参考例の液化ガス用冷却装置は、上記の液化ガス用冷却装置において、前記メンテナンス用開閉弁は、前記圧縮機が予め設定されている運転時間を経過して人為的または自動的に停止されると、手動又は自動により閉成され、その開閉弁の閉成を検知して前記継電器をオフとし、前記圧縮機への電路を遮断することにより、当該圧縮機をメンテナンス可能な状態とする構成とされていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、メンテナンス用開閉弁が、圧縮機が予め設定されている運転時間を経過して人為的または自動的に停止されると、手動又は自動により閉成され、その開閉弁の閉成を検知して継電器をオフとし、圧縮機への電路を遮断することにより、当該圧縮機をメンテナンス可能な状態とする構成とされているため、例えばコントローラ等が圧縮機の定期的なメンテナンス時間（運転時間）をカウントして、圧縮機が人為的または自動的に停止されると、手動または自動によりメンテナンス用開閉弁が閉成され、それをコントローラ等で検知して継電器をオフとすることにより、圧縮機への電路を遮断し、その電力部分を不活線化して当該圧縮機をメンテナンス可能な状態とすることができる。従って、圧縮機の定期的なメンテナンスとそのメンテナンスに至る過程を確実にコントロールし、作業者の安全性を確保することができる。
さらに、本発明の参考例の液化ガス用冷却装置は、上述のいずれかの液化ガス用冷却装置において、前記冷凍モジュール又は圧縮モジュールは、運転台数が前記液化ガスの流量増減および流入温度の変化による必要冷却能力に応じて増減される構成とされていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、冷凍モジュール又は圧縮モジュールの運転台数が、液化ガスの流量増減および流入温度の変化による必要冷却能力に応じて増減される構成とされているため、液化ガスの流量増減と流入温度の変化に応じて冷凍モジュール又は圧縮モジュールの運転台数を増減して運転することにより、液化ガスの冷却に必要な冷熱量として過不足のない能力を供することができる。従って、液化ガスの冷却運転に費やされる過剰な電力をセーブし、無駄のない冷却運転を行うことができる。
さらに、本発明の参考例の液化ガス用冷却装置は、上記の液化ガス用冷却装置において、前記冷凍モジュール又は圧縮モジュールの能力は、各々インバータにより調整可能とされ、前記各モジュールの運転台数を増減して能力を調整した場合の効率と、圧縮機回転数を増減して能力を調整した場合の効率とを比較して、効率の高い方で調整される構成とされていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、各モジュールの能力が、インバータにより調整可能とされ、各々のモジュールの運転台数を増減して能力を調整した場合の効率と、圧縮機回転数を増減して能力を調整した場合の効率とを比較し、効率の高い方で調整する構成とされているため、冷凍モジュール又は圧縮モジュールの能力範囲をインバータにより調整し、各モジュールの運転台数を減じた場合の効率と、圧縮機回転数を下げて能力を低下させた場合の効率とを比較し、効率の高い方で能力を調整して運転することができ、例えば、運転台数を減じる方の効率が高ければ、各モジュールの運転台数を減ずるように制御することにより、冷却運転に費やされる電力を最大限セーブすることができる。特に、顕熱変化で大きく温度が変化する液化ガスと熱交換される冷凍装置は、使われる温度帯によって回転数に対する能力特性が大きく異なるため、効率は推定運転条件ごとに算出するのが望ましく、これによって、冷却運転に費やされる過剰な電力を最大限削減することが可能となる。
さらに、本発明の参考例の液化ガス用冷却装置は、上記の液化ガス用冷却装置において、前記冷凍モジュール又は圧縮モジュールの運転台数の増減と、圧縮機回転数の増減のいずれかを選択する際、圧縮機の定期メンテナンス費用をメンテナンスインターバルで割った圧縮機の運転時間当たりのメンテナンスコストを電力コストに上乗せして比較判断する構成とされていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、各モジュールの運転台数の増減と、圧縮機回転数の増減のいずれかを選択する際、圧縮機の定期メンテナンス費用をメンテナンスインターバルで割った圧縮機の運転時間当たりのメンテナンスコストを電力コストに上乗せして比較判断する構成とされているため、各モジュールの運転台数の増減と、圧縮機回転数の増減のいずれかを選択する際、圧縮機の運転時間当たりのメンテナンスコストを電力コストに上乗せして比較判断し選択することができ、これによって、消費電力とメンテナンスコストを加味した効率のよい冷却運転を行うことができる。特に、顕熱変化で大きく温度が変わる液化ガスと熱交換される冷凍装置は、使われる温度帯によって圧縮機への負担が変わるため、圧縮機のメンテナンスコスト係数やメンテナンスインターバルは、使用される温度域に応じて可変とすることが望ましい。
さらに、本発明の参考例の液化ガス用冷却装置は、上述のいずれかの液化ガス用冷却装置において、前記冷凍モジュール又は圧縮モジュールは、メンテナンス中のモジュールを除外した状態で最適化運転されるととともに、能力余裕やメンテナンス要員のリソースから決定されるメンテナンス可能な最大台数が同時にメンテナンス時期を迎えるように運転台数および運転するモジュールが決定される構成とされていることを特徴とする。
本発明の参考例によれば、冷凍モジュール又は圧縮モジュールが、メンテナンス中のモジュールを除外した状態で最適化運転するととともに、能力余裕やメンテナンス要員のリソースから決定されるメンテナンス可能な最大台数が同時にメンテナンス時期を迎えるように運転台数および運転するモジュールを決定する構成とされているため、能力余裕やメンテナンス要員のリソースから決定されるメンテナンス可能な最大台数が同時にメンテナンス時期を迎えるように、運転台数および運転するモジュールをコントロールすることによって、各圧縮機のメンテナンスをシステムの運転を停止せずに、かつメンテナンス手待ちやメンテナンス要因を増員することなく遂行することができる。このことは、液化ガスプラントの多くが洋上や僻地に設けられ、メンテナンス要員の増減やアイドルを他のプラントとの間で簡単に遣り繰りして吸収することが難しい環境下にあって、メンテナンス作業を平準化し、それらの作業を行うプラント要員を削減する上において極めて有益なことである。
メンテナンスの容易性および安全性を確保することができる。
本発明の参考第１実施形態に係る液化ガス用冷却装置の部分構成図である。 上記の液化ガス用冷却装置に適用される冷凍装置用の圧縮機の概略構成図である。 本発明の参考第２実施形態に係る液化ガス用冷却装置の部分構成図である。 本発明の第１実施形態に係る液化ガス用冷却装置の部分構成図である。 本発明に係る液化ガス用冷却装置の運転時における効率を説明するため説明図である。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［参考第１実施形態］
以下、本発明の参考第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１には、本発明の参考第１実施形態に係る液化ガス用冷却装置の部分構成図が示され、図２には、その装置に適用される冷凍装置用の圧縮機の概略構成図が示されている。
液化ガス用冷却装置１は、原料ガスである液化ガスを流すガス流路２を有しており、そのガス流路２に対して液化ガスを所定温度まで冷却する冷凍装置３が設けられた構成とされている。
冷凍装置３は、公知の如く、冷媒を圧縮する圧縮機４と、圧縮機４により圧縮された高温高圧の冷媒ガスを凝縮液化する凝縮器５と、凝縮器５により凝縮された冷媒を断熱膨張する絞り膨張器６と、絞り膨張器６により断熱膨張された低温低圧の冷媒を蒸発する蒸発器７とを冷媒流路９により上記順序で接続し、閉サイクルの冷凍サイクル１０を構成したものである。上記絞り膨張器６としては、各種膨張機（エキスパンダ）や膨張弁を用いることができる。
ここでの冷凍装置３は、小容量の冷凍装置３としてモジュール化され、その冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１・・・を複数台接続することにより、所要の冷却能力（必要冷却能力）が得られるように構成としたものである。
また、液化する天然ガスを流すガス流路２は、冷凍装置３の蒸発器７を経て順次冷却されることにより、−１６２℃の液化天然ガス（ＬＮＧ）とされるべく、下流側行程へと流通されるようになっている。なお、このガス流路２は、複数台の冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１・・・に対して、並列又は直列のいずれにより接続されていてもよい。
さらに、上記冷凍装置３に適用される圧縮機４は、図２に示されるように、圧縮機ハウジング１２とモータハウジング１３とをボルト等により一体に結合して構成される密閉構造のハウジング１１内部に、圧縮機構１４および電動モータ１５を内蔵した密閉型の電動圧縮機とされている。ここでの圧縮機４は、上下２段のインペラ１６，１７を備え、その回転軸１８を図示省略の軸受を介して回転自在に支持されたモータ軸１９により、増速歯車２０を介して駆動するようにしたタイプのターボ圧縮機とされている。
なお、上記圧縮機４は、インペラ１６，１７を上下２段に設けた２段圧縮機とされているが、単段圧縮機あるいは３段以上の多段圧縮機としてもよく、また、回転軸１８をモータ軸１９により増速歯車２０を介して駆動する構成のものとされているが、回転軸１８とモータ軸１９とを一体軸とした直結構造の圧縮機としてもよい。
また、上記圧縮機４の電動モータ１５には、発電機等の電源からの電力を系統連系コンバータ２１、給電回路２２および各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１に一体に設けてモジュール化されたインバータ２３を介して給電する電力回路が接続されている。この系統連系コンバータ２１は、冷凍装置３のモジュール化（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）による多段化に対応してモジュール化、多段化され、各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１側に設けられているインバータ２３と直流リンクを介して接続された構成とされている。
なお、発電機等の電源と系統連系コンバータ２１との間を接続する電力線あるいは電動モータ１５については、−１６２℃の液化ガスからなる冷熱源が存在することから、例えば超電導ケーブル、超電導モータを用いて構成してもよい。
以上に説明の構成により、本参考実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
液化ガス用冷却装置１により、例えば天然ガス等の原料ガスを冷却して液化ガス（ＬＮＧ）を生成する際、複数台にモジュール化されて多段に配置されている冷凍装置３を運転することによって、ガス流路２内を流れる常温の液化ガスは、蒸発器７により順次冷却され、先ず−３０℃程度まで予却された後、そこから更に冷却および過冷却されることによって、−１６２℃の液化ガス（ＬＮＧ）とされる。
この原料ガスの液化冷却過程において運転される各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１の圧縮機４は、予め設定されている運転時間毎に軸受等の消耗部品を交換するため、メンテナンスを実施しなければならない。この際、圧縮機４を停止状態とし、内部の冷媒を回収した後、メンテナンスすることになる。
しかるに、本参考実施形態においては、冷凍装置３を各々小容量のユニットとしてモジュール化し、その冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１をガス流路２に対して複数台並列又は直列に接続した構成としているため、メンテナンスに際しては、予め設定されている運転時間が経過したものから、順次運転を停止して圧縮機４のメンテナンスを行えばよく、それ以外の冷凍モジュールを運転し、システム全体を停止することなく、運転を継続しながら圧縮機４を個別にメンテナンスすることができる。
従って、各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１の圧縮機４を設定された運転時間毎に定期的にメンテナンスする際にも、システムの運転を継続しながら、当該冷凍モジュールのみを運転停止状態として個別に圧縮機４をメンテナンスすることができ、システムの稼働率を向上することができる。
また、冷凍装置３をモジュール化し、その冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１を必要冷却能力に対応するように、ガス流路２に対して複数台並列または直列に接続した構成としているため、同一能力の液化ガス用冷却装置１を設ける場合において、小容量化した複数台の冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１・・・を設置することにより、大容量の冷凍装置を１台設置する場合に比べ、機器配置の自由度を高めることができる。従って、設置スペースが狭いプラントでの機器配置の制約を緩和することができるとともに、液化ガス用冷却装置１の容量の大小を選定する際にも柔軟に対応することができる。
さらに、上記圧縮機４は、圧縮機構１４と共に密閉構造のハウジング１１内部に内蔵されている電動モータ１５を介して駆動されるタイプの密閉型圧縮機４とされているため、圧縮機駆動軸（回転軸）１８の軸シール部を無くし、軸シール部が存在することによる微少量の冷媒漏れの発生をなくすることができる。これによって、定期的な冷媒補充のためのメンテナンスを省略化することができるだけでなく、メンテナンスコストや追加補充分の冷媒コスト等の削減を図ることができる。
また、上記にように、圧縮機４をハウジング１１内部に電動モータ１５を内蔵したタイプの圧縮機４としているため、圧縮機４を駆動する機器を別個に配置する必要がなく、従って、冷凍装置３の設置スペースを削減し、プラント構成機器の配置制約を緩和することにより、スペースが狭いプラントに対する適用を容易化することができる。
また、圧縮機４の電動モータ１５に接続される電力回路が、発電機等の電源からの電力を系統連系コンバータ２１、給電回路２２および各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１に一体に設けてモジュール化されたインバータ２３によって構成され、その系統連系コンバータ２１が、冷凍装置３のモジュール化（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）による多段化に対応してモジュール化、多段化されるとともに、各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１側に設けられているインバータ２３と直流リンクを介して接続された構成とされているため、各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１との接続を容易化することができる。
［参考第２実施形態］
次に、本発明の参考第２実施形態について、図３を用いて説明する。
本参考実施形態は、上記した参考第１実施形態に対して、モジュール化した圧縮機４を冷凍サイクル１０に複数台並列に接続した構成としたものである。その他の点については、参考第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本参考実施形態における液化ガス用冷却装置１は、図３に示されるように、ハウジング１１内部に圧縮機構１４および電動モータ１５を内蔵したタイプの密閉型圧縮機４をモジュール化し、その圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２・・・を冷凍サイクル１０の吸入流路９Ａと吐出流路９Ｂ間に複数台並列に接続した構成の冷凍装置３となし、かかる構成の冷凍装置３をガス流路２中に設置したものである。
また、複数台の圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２・・・の各電動モータ１５には、参考第１実施形態と同様、発電機等の電源からの電力が系統連系コンバータ２１、給電回路２２および各圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２に一体に設けられることによりモジュール化されているインバータ２３を介して給電されるように電力回路が接続されている。
このように、電動モータ１５を内蔵したタイプの圧縮機４をモジュール化し、その圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２・・・を必要冷却能力に対応するように冷凍サイクル１０に対して複数台並列に接続した構成とすることにより、同一能力の液化ガス用冷却装置１を設ける場合において、小容量化した複数台の圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２を並列に接続して対応することができるため、大容量の圧縮機を１台設置する場合に比べ、機器配置の自由度を高めることができる。
これによって、設置スペースが狭いプラントでの機器配置の制約を緩和することができるとともに、液化ガス用冷却装置１の容量の大小を選定する際にも柔軟に対応することができる。また、冷凍装置３の圧縮機４を設定された運転時間毎に定期的にメンテナンスする際にも、システムの運転を継続しながら、いずれかの圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２のみを運転停止状態として個別にその圧縮機４をメンテナンスすることができ、システムの稼働率を高めることができる。
さらに、各圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２・・・の電動モータ１５に接続される電力回路が、発電機等の電源からの電力を系統連系コンバータ２１、給電回路２２および各圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２と一体にモジュール化されたインバータ２３によって構成され、その系統連系コンバータ２１が各圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２側に設けられているインバータ２３と直流リンクを介して接続された構成とされているため、各圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２との接続を容易化することができる。
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、上記した参考第１実施形態に対して、各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１の圧縮機４への給電回路２２に継電器２４を設けた構成としている点が異なる。その他の点については、参考第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態に係る液化ガス用冷却装置１は、図４に示されるように、各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１における各圧縮機４の電動モータ１５に対するインバータ２３の給電回路２２に各々継電器２４を設け、圧縮機４の定期的なメンテナンス時に、継電器２４により当該圧縮機４の電路を遮断し、メンテナンスのために停止された圧縮機の電力部分を不活線状態としてメンテナンスできるようにしたものである。
つまり、本実施形態では、インバータ２３への給電回路２２に継電器２４を設け、その継電器２４を圧縮機４の吸入流路９Ａおよび吐出流路９Ｂに設けられているメンテナンス用の開閉弁２５，２６の開閉に応動してオン・オフさせる構成としている。圧縮機４の消耗部品を交換する等のメンテナンスを行う際、冷凍サイクル１０中の冷媒を回収する必要があるが、圧縮機４の吸入流路９Ａおよび吐出流路９Ｂに開閉弁２５，２６を設け、その開閉弁２５，２６により冷凍サイクル１０を遮断することで圧縮機４内の冷媒のみを回収すればよく、メンテナンスを容易化、その時間を短縮化することが可能となる。
圧縮機４の運転時間は、各コントローラ２７又は上位コントローラ２８によりカウントされており、予め設定されている運転時間が経過すると、人為的または自動的に圧縮機４の運転が停止され、その後、手動又は自動によりメンテナンス用開閉弁２５，２６が閉成される。このメンテナンス用開閉弁２５，２６を閉成後、圧縮機４内の冷媒を回収し、メンテナンスを行うが、この際、インバータ２３および電動モータ１５を含む電力部分が活線状態のままの場合、感電の危険性があるため、メンテナンス用開閉弁２５，２６の閉成に応動して継電器２４をオフとすることにより、その電力部分を不活線状態とすることができる。
なお、圧縮機４のメンテナンスは、以下の手順により行われる。
（１）圧縮機４の運転時間を各コントローラ２７又は上位コントローラ２８によりカウントし、予め設定された運転時間が経過すると、それを適宜の手段を介して警報することによりメンテナンスが必要であると判断し、冷凍装置３（圧縮機４）の運転を人為的または自動的に停止する。
（２）圧縮機４を停止状態とした後、手動又は自動で吸入流路９Ａおよび吐出流路９Ｂに設けられているメンテナンス用の開閉弁２５，２６を閉成し、冷凍サイクル１０を遮断して圧縮機４を冷凍サイクル１０から切り離した状態とするとともに、継電器２４をオフとし、圧縮機４の電力部分を不活線状態とする。
（３）この状態で圧縮機４内の冷媒を、冷媒回収機等を用いて冷媒回収機側のタンク内に回収する。
（４）その後、圧縮機４における軸受等の消耗部品を交換する等、必要なメンテナンスを実施する。
（５）メンテナンスが終了したら、真空ポンプを用いて圧縮機４内の空気を真空引きして排気した後、冷媒充填機により必要量の冷媒を補充する。
（６）冷媒の補充が終了したら、吸入流路９Ａおよび吐出流路９Ｂのメンテナンス用開閉弁２５，２６を開くことにより、メンテナンス作業を完了させ、圧縮機４および冷凍装置３を運転可能状態とする。
以上のメンテナンス時において、予め設定されている運転時間が経過し、コントローラ２７，２８等からの警報により人為的に特定の冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１の運転を停止し、手動でメンテナンス用開閉弁２５，２６を閉じて、メンテナンスを開始する場合は特に問題はないが、コントローラ２７，２８等を介して自動的に特定の冷凍モジュールの運転を停止するとともに、開閉弁２５，２６を閉成してメンテナンス待機状態とする場合は、突然の冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１および圧縮機４の停止を回避するため、予め警報した後、所定の遅延時間をおいて停止する等の対策を取ることが望ましい。
また、メンテナンス用開閉弁２５，２６の開閉に応動して継電器２４をオン・オフする場合、コントローラ２７によって弁信号をマイコンに取り込み、制御プログラムを介して継電器２４にオン・オフ信号を出力する制御方式か、または上記開閉弁２５，２６に取り付けたオン・オフスイッチからの信号に基づいて動作するリレー回路を介して継電器２４をオン・オフするデジタル信号回路方式のいずれかを採用することができるが、二重系とすることによって信頼性を高めるようにしてもよい。
更に、メンテナンス用開閉弁２５，２６の開閉動作の代わりに、メンテナンスの際に解除が必要な保護ロックや制御盤扉を代替手段として用いてもよい。また、継電器２４にアンサーバック信号の出力機能を付加し、メンテナンス用開閉弁２５，２６の状態と継電器２４の状態との間に差異がある場合、異常状態と判断し、上位の系統連系コンバータ２１をオフとしてシステムを全停止するようにしてもよい。
一方、上記複数台の冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１（又は上述した参考第２実施形態の複数台の圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２）は、上位コントローラ２８を介して、以下の通り運転台数制御されるようになっている。
（１）複数台の冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１（又は圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２）は、運転台数が液化ガスの流量増減と流入温度の変化による必要冷却能力に応じて増減されるように運転制御される。
（２）この際、各モジュールの能力範囲をインバータ２３により調整可能とし、各モジュールの運転台数を減じた場合の効率と、各モジュールの圧縮機回転数を下げて能力を低下させた場合の効率とを比較して、効率の高い方で調整するようにし、例えば運転台数を減じる方の運転効率が高ければ、運転台数を減ずるように判定して制御する。各モジュールの能力（圧縮機回転数）と効率の関係は、例えば図５に示すような関係となり、
｛（Ｘａ＊Ｙａ）＋（Ｘｂ＊Ｙｂ）＋（Ｘｃ＊Ｙｃ）｝
が最大となるように運転制御する構成とする。
なお、特に顕熱変化で大きく温度が変化する液化ガスと熱交換される冷凍装置３は、使われる温度帯により回転数に対する能力特性が大きく異なるため、効率は推定運転条件ごとに算出するのが望ましい。
（３）また、上記（２）において、各モジュールの運転台数増減と、圧縮機回転数の増減のいずれかを選択する際、圧縮機の定期メンテナンス費用をメンテナンスインターバルで割った圧縮機の運転時間当たりのメンテナンスコストを電力コストに上乗せして比較判断する構成とする。つまり、
｛［Ｘａ＊（Ｙａ−Ｚａ）］＋［Ｘｂ＊（Ｙｂ−Ｚｂ）］＋［Ｘｃ＊（Ｙｃ−Ｚｃ）］｝
（但し、ここでのＺｎは、メンテナンス費用を効率低下に換算した補正値とする。）
が最大となるように運転制御する構成とする。
（４）更に、上記（２），（３）において、各モジュールは、メンテナンス中のモジュールを除外した状態で最適化運転されるととともに、能力余裕やメンテナンス要員のリソースから決定されるメンテナンス可能な最大台数が同時にメンテナンス時期を迎えるように運転台数および運転するモジュールが決定される構成とする。
以上に説明に本実施形態によると、以下の作用効果を得ることができる。
まず、各モジュールの圧縮機４の電動モータ１５に対して、電源からの電力が系統連系コンバータ２１およびインバータ２３を介して給電可能とされるとともに、各々の給電回路２２に対して継電器２４が設けられている。このため、圧縮機４に対する定期的なメンテナンス時、各圧縮機４への給電回路に設けられている継電器２４によって当該圧縮機４への電路を遮断し、メンテナンスを行うことができる。
従って、メンテナンスのために停止された圧縮機４の電力部分を不活線状態としてメンテナンスでき、作業者の安全性を確保することができる。
上記継電器２４は、圧縮機４の吸入側および吐出側に設けられているメンテナンス用開閉弁２５，２６の開閉動作に応動して、オン・オフ動作される構成とされているため、圧縮機４に対する定期的なメンテナンス時間（運転時間）が経過することによって圧縮機４が人為的または自動的に停止状態とされ、その吸入側および吐出側に設けられているメンテナンス用開閉弁２５，２６が閉成されると、その動作に応動して継電器２４がオフとなり、当該圧縮機４への電路を遮断することができ、これによって、圧縮機４をメンテナンスする際、その電力部分を確実に不活線状態とし、メンテナンス作業者に対する安全性をより確実に確保することができる。
また、上記メンテナンス用開閉弁２５，２６は、圧縮機４が予め設定されている運転時間を経過して人為的または自動的に停止されると、手動又は自動により閉成され、その開閉弁２５，２６の閉成を検知して継電器２４をオフとし、圧縮機４への電路を遮断することにより、当該圧縮機４をメンテナンス可能な状態とする構成とされている。
このため、コントローラ２７又は上位コントローラ２８等が圧縮機４の定期的なメンテナンス時間（運転時間）をカウントして圧縮機４が停止されると、手動または自動によりメンテナンス用開閉弁２５，２６が閉成され、それをコントローラ２７又は２８等で検知して継電器２４をオフとすることにより、圧縮機４への電路を遮断し、電力部分を不活線化して当該圧縮機４をメンテナンス可能な状態とすることができる。従って、圧縮機４の定期的なメンテナンスとそのメンテナンスに至る過程を確実にコントロールし、作業者の安全を確保することができる。
さらに、本実施形態においては、冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１又は圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２の運転台数が、液化ガスの流量増減および流入温度の変化による必要冷却能力に応じて増減される構成とされているため、液化ガスの流量増減と流入温度の変化に応じて冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１又は圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２の運転台数を増減して運転することにより、液化ガスの冷却に必要な冷熱量として過不足のない能力を供することができる。これによって、液化ガスの冷却運転に費やされる過剰な電力をセーブし、無駄のない冷却運転を行うことができる。
その際、各モジュール（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１又はＡ２，Ｂ２，Ｃ２）の能力が、インバータ２３により調整可能とされ、各々のモジュールの運転台数を増減して能力を調整した場合の効率と、圧縮機回転数を増減して能力を調整した場合の効率とを比較し、効率の高い方で調整する構成とされている。このため、冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１又は圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２の能力範囲をインバータ２３により調整し、各モジュールの運転台数を減じた場合の効率と、圧縮機回転数を下げて能力を低下させた場合の効率とを比較し、効率の高い方で能力を調整して運転することができる。
例えば、運転台数を減じる方の効率が高ければ、各モジュール（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１又はＡ２，Ｂ２，Ｃ２）の運転台数を減ずるように制御することにより、冷却運転に費やされる電力を最大限セーブすることができる。特に、顕熱変化で大きく温度が変化する液化ガスと熱交換される冷凍装置３は、使われる温度帯によって回転数に対する能力特性が大きく異なるため、効率は推定運転条件ごとに算出するのが望ましく、これによって、冷却運転に費やされる過剰な電力を最大限削減することが可能となる。
また、上記した各モジュールの運転台数の増減と、圧縮機回転数の増減のいずれかを選択する際、圧縮機４の定期メンテナンス費用をメンテナンスインターバルで割った圧縮機４の運転時間当たりのメンテナンスコストを電力コストに上乗せして比較判断する構成とすることにより、各モジュールの運転台数の増減と、圧縮機回転数の増減のいずれかを選択する際、圧縮機４の運転時間当たりのメンテナンスコストを電力コストに上乗せして比較判断し選択することができる。
これによって、消費電力とメンテナンスコストを加味した効率のよい冷却運転を行うことができる。特に、顕熱変化で大きく温度が変わる液化ガスと熱交換される冷凍装置３においては、使われる温度帯によって圧縮機４への負担が変わるため、圧縮機４のメンテナンスコスト係数やメンテナンスインターバルは、使用される温度域に応じて可変とすることが望ましい。
さらに、本実施形態においては、冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１又は圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２が、メンテナンス中のモジュールを除外した状態で最適化運転するととともに、能力余裕やメンテナンス要員のリソースから決定されるメンテナンス可能な最大台数が同時にメンテナンス時期を迎えるように運転台数および運転するモジュールを決定する構成とされているため、能力余裕やメンテナンス要員のリソースから決定されるメンテナンス可能な最大台数が同時にメンテナンス時期を迎えるように、運転台数および運転するモジュールをコントロールすることによって、各圧縮機のメンテナンスをシステムの運転を停止せずに、かつメンテナンス手待ちやメンテナンス要因を増員することなく遂行することができる。
このことは、液化ガス用冷却装置１を用いたプラントの多くが洋上や僻地に設けられており、メンテナンス要員の増減やアイドルを他のプラントとの間で簡単に遣り繰りして吸収することが難しい環境下にあって、メンテナンス作業を平準化し、それらの作業を行うプラント要員を削減する上において極めて有益なことと云える。
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、冷凍装置３に適用する圧縮機４として、ターボ圧縮機を用いた例について説明したが、これに限定されるものではなく、他形式の例えばスクリュー圧縮機や往復動圧縮機等の圧縮機を用いてもよい。また、本発明の液化ガス用冷却装置１は、天然ガス以外の液化ガスの液化にも同様に適用できることは云うまでもない。
さらに、上記実施形態では、各冷凍モジュールＡ１，Ｂ１，Ｃ１および圧縮モジュールＡ２，Ｂ２，Ｃ２の圧縮機４を全てインバータ駆動の圧縮機４としたが、一部の圧縮機４をインバータ駆動の圧縮機、他の圧縮機を一定速の圧縮機としてもよい。
また、上記したいずれの実施形態においても、圧縮機４の電動モータ１５に対して系統連系コンバータ２１およびインバータ２３を介して給電する給電回路２２を備えた例について説明したが、給電回路２２は、系統連系コンバータ２１およびインバータ２３を備えていないものであってもよく、この場合、その電動モータ１５への給電回路２２に継電器２４を設け、メンテナンス時にその継電器２４で電路を遮断し、電力部分を不活線化状態とすればよい。
１ 液化ガス用冷却装置
２ ガス流路
３ 冷凍装置
４ 圧縮機
５ 凝縮器
６ 絞り膨張器
７ 蒸発器
９ 冷媒流路
１０ 冷凍サイクル
１１ ハウジング
１４ 圧縮機構
１５ 電動モータ
２１ 系統連系コンバータ
２２ 給電回路
２３ インバータ
２４ 継電器
２５，２６ メンテナンス用開閉弁
２７ コントローラ
２８ 上位コントローラ
Ａ１，Ｂ１，Ｃ１ 冷凍モジュール
Ａ２，Ｂ２，Ｃ２ 圧縮モジュール

Claims (4)

  1. 冷却することによって液化される液化ガスを流すガス流路と、
    前記ガス流路内を流れる液化ガスを冷却する蒸発器および圧縮機、凝縮器、絞り膨張器とで冷凍サイクルを構成する冷凍装置と、を備え、
    前記圧縮機は、密閉構造とされたハウジングと、前記ハウジング内部に内蔵された圧縮機構と、
    前記圧縮機構と共に前記ハウジングに内蔵された電動モータと、を備え、
    前記電動モータを介して駆動されるタイプとされた液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法であって、
    前記圧縮機の前記電動モータには、その給電回路に対して継電器が設けられており、
    前記圧縮機の吸入側および吐出側に設けられているメンテナンス用開閉弁の開閉動作に応動して、前記継電器をオン・オフ動作して、
    前記圧縮機を停止状態とした後、前記メンテナンス用開閉弁を閉成するステップと、
    前記圧縮機内部の冷媒を回収する冷媒回収機側に設けられたタンクに冷媒を回収するステップと、
    前記圧縮機に対してメンテナンスを実施するステップと、
    を備える液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法。
  2. 前記圧縮機に真空ポンプを接続して前記圧縮機内の空気を真空引きして排気するステップと、
    前記圧縮機に冷媒充填機を接続して必要量の冷媒を補充するステップと、
    吸入側の前記メンテナンス用開閉弁および吐出側の前記メンテナンス用開閉弁を開くステップと、
    を備える請求項１に記載の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法。
  3. 前記メンテナンス用開閉弁および前記圧縮機がモジュール化され、その圧縮モジュールが前記冷凍サイクルに対して複数台並列に接続されており、
    吸入側の前記メンテナンス用開閉弁および吐出側の前記メンテナンス用開閉弁を閉成する前に、前記複数台の圧縮モジュールの前記圧縮機のうち、予め設定された運転時間を経過した前記圧縮機が運転を停止するステップを更に備える請求項１又は２に記載の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法。
  4. 前記冷凍装置が冷凍サイクル単位でモジュール化され、その冷凍モジュールが前記液化ガスのガス流路に対して複数台並列又は直列に接続されており、
    吸入側の前記メンテナンス用開閉弁および吐出側の前記メンテナンス用開閉弁を閉成する前に、前記複数台の冷凍モジュールのうち、予め設定された運転時間を経過した前記圧縮機を有する前記冷凍装置が運転を停止するステップを更に備える請求項１又は２に記載の液化ガス用冷却装置のメンテナンス方法。
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