JP6937613B2 - Ｌｎｇ気化装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を熱交換で気化させるＬＮＧ気化装置に関するものである。

ＬＮＧ気化装置は、熱源や熱媒体の種類などによって多くの種類が知られている。その中で、サブマージドコンバスション式（或いは、水中燃焼式）の気化装置（以下、ＳＭＶという）は、水中燃焼バーナによる燃料ガスの燃焼熱によってＬＮＧを気化させるものであり、比較的コンパクトで、熱効率が高く、イニシャルコストが低い、また、中間熱媒体として温水を利用するので安全性が高い、などの特徴を有している。

ＳＭＶは、温水槽、気化用熱交換器、水中燃焼バーナ（ガスバーナ）、燃焼空気供給用のブロワーなどを基本構成としており、一般に、ＬＮＧを気化したガス（気化ガス）の一部を水中燃焼バーナの燃料として利用している。また、ブロワーを稼働するために電源設備が必要になるが、マイクロガスエンジンと発電機とからなる発電設備を併設し、気化ガスの一部を燃料としてマイクロガスエンジンを稼働することで、ブロワーを稼働するための電力を発電することなども提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２００２−１６８１４９号公報

従来のＳＭＶは、定置式であり、必要な構成機器を個々に調達して、ＬＮＧサテライト基地などのプラントでのオンサイト組み立てが一般的であるが、ＬＮＧサテライト基地の小規模化・分散化に伴い、小型（省スペース）で且つ一体化したＬＮＧ気化装置を移動式或いは車載式にして利用することが求められている。

一方、大規模災害などの緊急時におけるエネルギー供給源として、ＬＮＧの効果的な利用が求められている。ＬＮＧは、高密度に圧縮されたエネルギー資源であって、ＬＮＧローリー車によって大容量を運搬することが可能であるから、ＬＮＧローリー車と共に移動式或いは車載式のＬＮＧ気化装置を併設することで、緊急時の持続的なガス供給が可能になる。また、前述した従来技術のように、マイクロガスエンジンと発電機とからなる発電設備を併設しているものでは、ガス供給と同時に発電設備からの持続的な電力供給が可能になる。

しかしながら、ＳＭＶの始動時は、他のＬＮＧ気化装置から水中燃焼バーナ用の燃料ガスが供給される必要があり、前述した従来技術では、気化された燃料ガスが発電設備に供給されない限り、発電設備を稼働させることができないため、始動時には、燃焼用空気を水中燃焼バーナに供給するためのブロワー等の制御系に電力供給する電源が必要であった。このため、従来技術のＬＮＧ気化装置は、ライフラインが完全に途絶えている被災地や商用電源が存在しないことろでは、自立稼働させることができない問題があった。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、小型化且つ一体化により移動式或いは車載式として利用可能であり、自立稼働が可能なＬＮＧ気化装置を実現すること、ＬＮＧを活用した被災地等における緊急時のエネルギー供給を可能にすること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。

基台と、該基台上に設置された温水槽と、前記温水槽内の水を加温する水中燃焼バーナと、前記温水槽内に熱交換部が配置され、一端側にＬＮＧの入口部を備え、他端側に気化されたガスの出口部を備える伝熱配管と、前記基台上に設置され、前記水中燃焼バーナに燃焼用空気を供給するブロワーと、気化ガスを圧縮してガスボンベに充填する気化ガス圧縮充填機と、一端側にガスボンベが接続される第１接続部を備え、他端側の一方に前記水中燃焼バーナの燃料供給口が接続されると共に、他端側の他方にガスエンジン発電機が接続される第２接続部を備える始動燃料供給配管と、一端側が前記伝熱配管の前記出口部側に連通し、他端側が前記始動燃料供給配管に連通する第１気化ガス供給配管と、一端側が前記伝熱配管の前記出口部側に連通し、他端側にガスエンジン発電機への接続部を備える第２気化ガス供給配管と、前記伝熱配管の前記出口部側に一端側が連通し、他端側に前記気化ガス圧縮充填機に接続される接続部を備える気化ガス充填用配管と、前記始動燃料供給配管に設けられ、前記第１接続部から前記燃料供給口までの流路と前記第１接続部から前記第２接続部までの流路を開閉する始動燃料供給バルブと、前記始動燃料供給バルブを開閉操作するバルブ操作部とを備え、前記バルブ操作部は、始動時に前記始動燃料供給バルブを開放し、前記出口部側に気化ガスが所定量流れた後に前記始動燃料供給バルブを閉止することを特徴とするＬＮＧ気化装置。

このような特徴を有する本発明によると、１つの基台上に主要構成を設置して小型化且つ一体化することで移動式又は車載式の利用が可能になり、また、ガスボンベ及びガスエンジン発電機を併設することで、自立稼働が可能なＳＭＶを実現することができる。これにより、ＬＮＧローリー車によって輸送されるＬＮＧを活用した被災地等における緊急時の迅速且つ継続的なエネルギー供給が可能になる。

本発明の実施形態に係るＬＮＧ気化装置を示した説明図である。 本発明の実施形態に係るＬＮＧ気化装置の活用例を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るＬＮＧ気化装置１は、メインユニット１Ａと、サブユニット１Ｂ，１Ｃを備えている。メインユニット１Ａは、基台１０を備えており、サブユニット１Ｂ，１Ｃは、基台１０とは別の補助台１１，１２を備えている。図示の例では、メインユニット１Ａとサブユニット１Ｂは別ユニットとして示しているが、メインユニット１Ａとサブユニット１Ｂ、メインユニット１Ａとサブユニット１Ｃ、メインユニット１Ａとサブユニット１Ｂ，１Ｃを１つの基台上で１ユニットとすることもできる。また、本発明の実施形態に係るＬＮＧ気化装置１は、サブユニット１Ｂ，１Ｃが別途併設されることを前提として、メインユニット１Ａにより構成することができる。

メインユニット１Ａについて説明する。メインユニット１Ａは、前述した基台１０と、基台１０上に設置された温水槽２と、温水槽２内の水を加温する水中燃焼バーナ３と、温水槽２内に熱交換部４Ｔが配置され、一端側にＬＮＧの入口部４Ａを備え、他端側に気化されたガス（気化ガス）の出口部４Ｂを備える伝熱配管４と、基台１０上に設置され、水中燃焼バーナ３に燃焼用の空気を供給するブロワー５とを備えている。また、これに加えて、温水槽２内に給水する給水ポンプ６などを適宜基台１０上に設置することができる。

メインユニット１Ａは、ＳＭＶの主要構成を備えるものであり、入口部４Ａから伝熱配管４内に供給されたＬＮＧを、温水内の熱交換部４Ｔにて気化し、出口部４Ｂから気化ガスを取り出すものである。水中燃焼バーナ３は、周知の構成を備えており、バーナ部３Ａと、バーナ部３Ａを水中に延長するダウンカマー３Ｂと、ダウンカマー３Ｂに連通して、ブロワー５によって供給される燃焼用空気を燃焼ガスとして水中に噴出させるスパージパイプ３Ｃを備えている。また、温水槽２の上部には、水中に噴出された燃焼ガスを排気する排気筒２Ｐが設けられている。

サブユニット１Ｂについて説明する。サブユニット１Ｂは、補助台１１上に、始動用圧縮燃料ガスが充填されたガスボンベ７と、気化ガスを圧縮してガスボンベ７に充填するための気化ガス圧縮充填機８が搭載されている。なお、サブユニット１Ｂは、ガスボンベ７のみを搭載したものであってもよい。

サブユニット１Ｃについて説明する。サブユニット１Ｃは、補助台１２上にガスエンジン発電機９が搭載されている。ガスエンジン発電機９は、気化ガスによって稼働するガスエンジンと、このガスエンジンによって駆動される発電装置と、ガスエンジンを始動させるためのバッテリーを備えている。

そして、メインユニット１Ａは、サブユニット１Ｂ，１Ｃが併設されることを前提として、自立稼働と気化ガスによる継続稼働を可能にするために、始動燃料供給配管２０、第１気化ガス供給配管２１、第２気化ガス供給配管２２を備えている。始動燃料供給配管２０には、配管流路を開閉するバルブ（始動燃料供給バルブ）２３，２４が設けられている。第１気化ガス供給配管２１には、配管流路を開閉するバルブ２５が設けられている。第２気化ガス供給配管２２には、配管流路を開閉するバルブ２６が設けられている。

始動燃料供給配管２０は、一端側にガスボンベ７が接続される第１接続部２０Ａを備え、他端側の一方に水中燃焼バーナ３の燃料供給口が接続されると共に、他端側の他方にガスエンジン発電機９が接続される第２接続部２０Ｂを備えている。すなわち、ガスボンベ７に充填されている始動用の燃料ガスは、第１接続部２０Ａから始動燃料供給配管２０に供給され、水中燃焼バーナ３の燃料供給口に供給されると共に、第２接続部２０Ｂを経由して、ガスエンジン発電機９のガスエンジンに供給される。

第１気化ガス供給配管２１は、 一端側が伝熱配管４の出口部４Ｂ側に連通し、他端側が始動燃料供給配管２０に連通している。すなわち、伝熱配管４の熱交換部４Ｔにて気化された気化ガスは、第１気化ガス供給配管２１及び始動燃料供給配管２０を経由して、水中燃焼バーナ３の燃料供給口に供給される。

第２気化ガス供給配管２２は、一端側が伝熱配管４の出口部４Ｂ側に連通し、他端側にガスエンジン発電機９への接続部（第２接続部２０Ｂ）を備えている。すなわち、伝熱配管４の熱交換部４Ｔにて気化された気化ガスは、第２気化ガス供給配管２２を経由して、ガスエンジン発電機９のガスエンジンに供給される。

図示の例では、第１気化ガス供給配管２１が第２気化ガス供給配管２２の一部を共用しており、第２気化ガス供給配管２２は、始動燃料供給配管２０に連通され、第２接続部２０Ｂからガスエンジン発電機９に気化ガスを供給しているが、第１気化ガス供給配管２１と第２気化ガス供給配管２２は独立して配管してもよく、また、第２気化ガス供給配管２２は、第２接続部２０Ｂとは別の接続部を介してガスエンジン発電機９に接続してもよい。

また、メインユニット１Ａは、気化ガス充填用配管２８を備えている。気化ガス充填用配管２８は、一端側が伝熱配管４の出口部４Ｂ側に連通され、他端側に、気化ガス圧縮充填機８に接続される接続部２８Ａを備えている。この気化ガス充填用配管２８は、ガスボンベ７内の燃料ガスの残量が少なくなったときに、伝熱配管４の熱交換部４Ｔにて気化された気化ガスを圧縮してガスボンベ７に充填するための配管である。気化ガス充填用配管２８には、バルブ２７が設けられている。図示の例では、気化ガス充填用配管２８は、第１気化ガス供給配管２１或いは第２気化ガス供給配管２２の一部を共用しているが、これらの配管とは独立した配管であってもよい。

各配管に設けたバルブ２３〜２７は、バルブ操作部３０によって開閉操作される。バルブ操作部３０は、各バルブ２３〜２７を自動開閉するための制御ユニットであってもよいし、各バルブ２３〜２７を手動又は半自動で操作する操作手段（操作機構）であってもよい。図示の例では、バルブ操作部３０は、伝熱配管４の出口部４Ｂ側に設けた流量センサ４Ｑの検出信号に基づいて、バルブ２３〜２７の開閉を自動制御している。

このようなＬＮＧ気化装置１の始動・運転例を説明する。先ず、初期設定として、バルブ（始動燃料供給バルブ）２４を開放し、その他のバルブ２３，２５〜２７を閉止する。そして、第１接続部２０Ａにガスボンベ７を接続すると共に、第２接続部２０Ｂにガスエンジン発電機９を接続する。この状態で、始動燃料供給配管２０を介してガスボンベ７から始動用の燃料ガスをガスエンジン発電機９に供給し、ガスエンジン発電機９を予備稼働して、始動電源を確保する。ガスエンジン発電機９が発電した電力は、ブロワー５、ポンプ６、バルブ操作部３０などの制御系電源として使用される。

次に、ブロワー５とポンプ６などの始動運転を確保した状態で、バルブ２３を開放して、始動燃料供給配管２０を介してガスボンベ７から始動用の燃料ガスをバーナ部３Ａに供給し、バーナ部３Ａのパイロットバーナを点火する。この際、メインユニット１Ａは、最小負荷起動に調整され、その起動状態で、伝熱配管４の入口部４Ａから供給されたＬＮＧを熱交換部４Ｔで気化して、出口部４Ｂから気化ガスを送出する。この際の送出圧は、ローリー加圧及びＬＮＧポンプによる。

その後は、ガスボンベ７からの始動用圧縮燃料ガスで、水中燃焼バーナ３を最小負荷燃焼させ、伝熱配管４の出口部４Ｂ側での気化ガス流量が増加するのを監視する。気化ガス流量が所定量流れた後に、バルブ２５，２６を開放して、第１気化ガス供給配管２１と第２気化ガス供給配管２２に気化ガスを流通させ、バルブ２３，２４を閉止して、始動燃料供給配管２０を遮断し、気化ガス供給による継続運転に移行する。継続運転中は、第１気化ガス供給配管２１を経由して、気化ガスがバーナ部３Ａに供給され、水中燃焼バーナ３が本稼働し、第２気化ガス供給配管２２を経由して、気化ガスがガスエンジン発電機９に供給され、ガスエンジン発電機９が本稼働する。

前述した説明において、ガスボンベ７からの燃料ガス供給でガスエンジン発電機９による始動電源が確保された後は、バルブ操作部３０による自動制御モードが可能になる。自動制御モードでは、バルブ操作部３０は、始動時にバルブ（始動燃料供給バルブ）２３を開放して、流量センサ４Ｑが所定の気化ガス流量を検出した後は、バルブ２５，２６を開放して、バルブ（始動燃料供給バルブ）２３，２４を閉止する。これにより、ガスボンベ７内の始動用圧縮燃料ガスの使用を最小限に抑えて、円滑な継続運転への移行が可能になる。

継続運転移行後は、バルブ２７を開放することで、気化ガス充填用配管２８に気化ガスを供給して、始動時に燃料ガスを消費したガスボンベ７内に、気化ガスを圧縮した燃料ガスを充填する。これにより、常時ガスボンベ７に始動用の燃料ガスを蓄積しておくことが可能になり、一時停止した後の再稼働時などで確実な始動が可能になる。

このようなＬＮＧ気化装置１によると、メインユニット１Ａでは、基台１０上にＳＭＶの主要構成を搭載させることで、ＳＭＶの小型化且つ一体化が可能になる。これにより、ＬＮＧサテライト基地などのプラントに設置する場合の省スペース化が可能になり、設置スペースの少ない小規模化したプラントへの適合が可能になる。また、基台１０によって一体化したメインユニット１Ａにより、車載式或いは移動式の装置が可能になり、分散化したＬＮＧサテライト基地などのプラントに対して速やかな設置が可能になる。

また、ＬＮＧ気化装置１は、前述したように、ガスボンベ７とガスエンジン発電機９を併設させることを前提として、自立稼働が可能になる。これにより、ＬＮＧローリー車によって輸送されるＬＮＧを活用した被災地等における緊急時の迅速且つ継続的なエネルギー供給が可能になる。

図２は、本発明の実施形態に係るＬＮＧ気化装置とＬＮＧローリー車を活用したエネルギー供給システムの構成例を示している。このシステムは、ＬＮＧローリー車４０と、第１の車両４１に搭載されたメインユニット１Ａと、第２の車両４２に搭載されたサブユニット１Ｂと、第３の車両４３に搭載されたサブユニット１Ｃとにより構成される。メインユニット１Ａの基台１０は第１の車両４１の荷台であり、サブユニット１Ｂ，１Ｃの補助台１１，１２は、第２，第３の車両４２，４３の荷台である。ここでは、メインユニット１Ａ、サブユニット１Ｂ，１Ｃをそれぞれ別車両に載置しているが、これに限らず、各ユニットを組み合わせて１台又は２台の車両に載置してもよい。

このシステムによると、始動時には、ガスボンベ７から供給される始動用圧縮燃料ガスが、サブユニット１Ｃのガスエンジン発電機９に送られ、更には、メインユニット１Ａのバーナ部３Ａに送られる。これによって、ガスエンジン発電機９を予備稼働し、それによって得られる始動電源で、メインユニット１Ａの各構成を予備稼働する。メインユニット１Ａが予備稼働すると、ＬＮＧローリー車から供給されるＬＮＧをメインユニット１Ａが気化して気化ガスを発生させる。そして、気化ガスの流量が所定量に達した後は、気化ガスで水中燃焼バーナ３を燃焼させ、気化ガスをサブユニット１Ｃのガスエンジン発電機９に供給して、ガスエンジン発電機９を本稼働させることで、メインユニット１Ａの継続稼働に移行する。その後は、始動用圧縮燃料ガスの供給を遮断して、気化ガスをサブユニット１Ｂの気化ガス圧縮充填機８に送り、圧縮された燃料ガスをガスボンベ７に充填する。

このシステムによると、商用電源を持たないどのような地域であっても、ＬＮＧローリー車４０と共に、メインユニット１Ａとサブユニット１Ｂ，１Ｃを車載搬送させて、ガス供給と電力供給を行うことが可能になる。このシステムにおいては、ガスの需要量に応じて、メインユニット１Ａを載置した第１の車両４１を複数台併設することで、ガス供給能力の増強が可能になり、ＬＮＧローリー車４０は、次々と交換して継続的にＬＮＧを輸送することができるので、継続的なガスと電力のエネルギー供給が可能になる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：ＬＮＧ気化装置，１Ａ：メインユニット，１Ｂ，１Ｃ：サブユニット，
２：温水槽，２Ｐ：排気筒，
３：水中燃焼バーナ，
３Ａ：バーナ部，３Ｂ：ダウンカマー，３Ｃ：スパージパイプ，
４：伝熱配管，４Ａ：入口部，４Ｂ：出口部，
４Ｔ：熱交換部，４Ｑ：流量センサ，
５：ブロワー，６：給水ポンプ，７：ガスボンベ，８：気化ガス圧縮充填機，
９：ガスエンジン発電機，１０：基台，１１，１２：補助台，
２０：始動燃料供給配管，２０Ａ：第１接続部，２０Ｂ：第２接続部，
２１：第１気化ガス供給配管，２２：第２気化ガス供給配管，
２３，２４：バルブ（始動燃料供給バルブ），２５，２６，２７：バルブ，
２８：気化ガス充填用配管，２８Ａ：接続部，
３０：バルブ操作部，
４０：ＬＮＧローリー車，４１：第１車両，４２：第２車両，４３：第３車両

Claims (5)

1. 基台と、
   該基台上に設置された温水槽と、
   前記温水槽内の水を加温する水中燃焼バーナと、
   前記温水槽内に熱交換部が配置され、一端側にＬＮＧの入口部を備え、他端側に気化されたガスの出口部を備える伝熱配管と、
   前記基台上に設置され、前記水中燃焼バーナに燃焼用空気を供給するブロワーと、
   気化ガスを圧縮してガスボンベに充填する気化ガス圧縮充填機と、
   一端側にガスボンベが接続される第１接続部を備え、他端側の一方に前記水中燃焼バーナの燃料供給口が接続されると共に、他端側の他方にガスエンジン発電機が接続される第２接続部を備える始動燃料供給配管と、
   一端側が前記伝熱配管の前記出口部側に連通し、他端側が前記始動燃料供給配管に連通する第１気化ガス供給配管と、
   一端側が前記伝熱配管の前記出口部側に連通し、他端側にガスエンジン発電機への接続部を備える第２気化ガス供給配管と、
   前記伝熱配管の前記出口部側に一端側が連通し、他端側に前記気化ガス圧縮充填機に接続される接続部を備える気化ガス充填用配管と、
   前記始動燃料供給配管に設けられ、前記第１接続部から前記燃料供給口までの流路と前記第１接続部から前記第２接続部までの流路を開閉する始動燃料供給バルブと、
   前記始動燃料供給バルブを開閉操作するバルブ操作部とを備え、
   前記バルブ操作部は、始動時に前記始動燃料供給バルブを開放し、前記出口部側に気化ガスが所定量流れた後に前記始動燃料供給バルブを閉止することを特徴とするＬＮＧ気化装置。
2. 前記基台とは別の補助台上にガスボンベを搭載したことを特徴とする請求項１記載のＬＮＧ気化装置。
3. 前記基台とは別の補助台上にガスエンジン発電機を搭載したことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＮＧ気化装置。
4. 前記基台を第１の車両に搭載したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のＬＮＧ気化装置。
5. 前記基台を第１の車両に搭載し、前記補助台を第２又は第３の車両に搭載したことを特徴とする請求項２又は３記載のＬＮＧ気化装置。
   

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