TW201633251A - 液態天然氣的輸配與氣化管理系統 - Google Patents

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Abstract

一種液態天然氣的輸配與氣化管理系統，係包括一設置有至少一輸配氣區、氣化處理區及中央管理區的輸配月台，其中，該輸配氣區供至少一列液態天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)運輸列車輸運卸載液態天然氣，該氣化處理區連結該輸配氣區，該氣化處理區內包含至少一燃料電池模組，以透過該燃料電池模組於發電過程中所產生之熱能、水副產物進行熱交換(heat exchange)，讓該來自輸配氣區之液態天然氣氣化(vaporization)，並將氣化之天然氣送入一區域供氣管路或一暫存儲氣區中暫存，以及反饋給該氣化處理區中之燃料電池模組，該中央管理區並接收氣化處理區之燃料電池模組發電電源，並連結及控制該輸配氣區、氣化處理區之液態天然氣輸配氣、氣化處理及氣化天然氣輸出之管理、監視與控制。

Description

液態天然氣的輸配與氣化管理系統
本發明係關於一種液態天然氣的輸配與氣化管理系統，特別是一種以輸配月台供輸配、管理液態天然氣與燃料電池模組作為該液態天然氣的氣化處理與提供天然氣的系統。
按，天然氣能源目前已成為全世界熱列討論的乾淨發電燃料與能源之一，特別是天然氣的燃燒完全及產生的副產物二氧化碳的產量，遠比以煤炭作為能源發電的火力發電系統所產生的二氧化碳量還要來得少，並為目前政府所積極推廣的乾淨環保發電能源，並且，天然氣也是家家戶戶必備的烹煮熱能或洗滌用熱水產生的主要能源，因此，天然氣已成為日常生活中不可或缺的發電與燃料能源，其輸配、氣化與管理系統，相形之下，也就顯得重要。
習知用來運輸液態天然氣的主要交通載具為特製之液態天然氣運輸船舶，在特定的港口碼頭卸載後，必需先注入港口區所設置地上或地下的大型儲存槽中予以暫存，諸如習知的早期液態天然氣運輸船，可以運輸約120,000m3(立方米)~140,000m3容量(約5萬噸左右)，必需注入10萬~20萬公秉(103公升)大容量的暫時儲存槽中，於需要供應時，再藉由繁複的氣化處理過程，加壓經過冗長的天然氣輸送管路輸送至各地瓦斯公司的大型儲氣槽中，再經由瓦斯公司透過該瓦斯配送管線輸送至各家庭用戶或下游用戶中，而上述習知常用的氣化方式，可大致區分有三種，第一種是空氣氣化(ambient air vaporization，簡稱A.A.V.)方式，利用周遭環境的空氣溫度與該液態天然氣進行熱交換氣化，但一般空氣溫度就算在亞熱帶或熱帶地區，雖可在攝氏0℃以上(如臺灣地區夏季平均溫度約為25℃ 左右，冬季平均溫度約為15℃左右)，但該液化天然氣之溫度最低可達攝氏-165℃左右，使其氣化效率不彰，且氣化速度也較慢，易受週遭環境的季節溫度、畫夜溫差、風向、濕度等環境因素影響，而使該液態天然氣的氣化效率更差，更何況在此種習知氣化方式在操作過程中，該液態天然氣進口管路附近及氣化的熱交換片易結冰，更加影響氣化之效率與速度，再者，此種習知氣化方式必需經由大型強力風扇來造成大量空氣流通，除了設備成本較為昂貴外，亦必需耗費大量的電力，同時也必需具備較大面積的操作廠區，並不符合產業的利用效益與價值。
另外，第二種是開架式氣化(open rack vaporization)，係直接利用港區液態天然氣卸載碼頭附近海域的海水來直接引進熱交換器中進行澆淋的操作，以便藉由海水的溫度達到熱交換的液態天然氣的氣化功能，但同樣地，該海水的平均溫度需在攝氏5℃以上，但也會受到所在地區的環境氣候影響而有所不同，並且，該海水在與液態天然氣熱交換後，依各地區不同環保法規，海水進出溫差僅只能在攝氏5℃以內，否則如直接排入海中，對附近海域內的海洋生物及生態，將直接造成嚴重衝擊破壞，並非為符合綠色環保的操作模式，並且，此種以海水為熱交換媒介的方式，也會受到所抽取的海水如有不純淨及受油污污染時，必需先行作過濾處理，否則，海水易在熱交換器中結冰，不但操作及設備成本較高外，也必需使用非常大面積的廠房來進行操作，亦不符產業利用效益及價值。
除此之外，第三種氣化方式，為混成式氣化(intermediate fluid vaporization)方式，利用其他種類碳氫化合物液體，作為該液態天然氣第一級熱交換的媒介，再利用抽取及加熱的海水作為第二級熱交換的媒介，雖可改善上述第二種以海水澆淋氣化方式可能產生的結冰缺點，但是其二階段式的熱交換氣化方式，操作程序複雜，需要較多之人力與工時成本，另外，必需加壓如丙烷(Propane，C3H8)與丁烷(Butane，C4H10)等碳氫化合物液體，必需耗費額外的電力與設備成本，同時，因為採用海水為熱交換媒介，也有上述第二種直接採用海水熱交換氣化方式，所遭遇的海水來源不純淨與海水溫度變化造成週遭海域內的海洋生物及生態的直接衝擊破壞的環保問題。
上述習知各種液態天然氣之氣化處理，已存在有各種不同的缺點及問題，並且，在該液態天然氣的氣化與輸送過程，也僅能依靠在固定的港區卸載碼頭或大型的儲存槽區進行氣化處理，再經由冗長輸送管路輸送至各個瓦斯公司，或利用數量眾多且僅有10~15噸載量之瓦斯槽車分別長途運輸至下游客戶，除了輸配成本偏高外，該瓦斯槽車易受路況不佳或嚴寒氣候影響其運輸效率，該習知液態天然氣之氣化處理程序冗長與運輸效率差，會造成下游用戶供不應求與供應時效遲延的問題，也就是無法即時氣化供應給瓦斯公司及其所轄各下游瓦斯用戶，因此，該液態天然氣只能長期依靠該冗長的港區卸載碼頭或大型的儲存槽區至瓦斯公司的上游端瓦斯輸送管路進行天然氣輸送，除了無法達到即時與機動供氣的輸配功能外，操作廠區面積過大亦必需耗費相當多之操作、監控與管理人力，且不利於廠區與設備自動化管理，更進一步，當該上游端瓦斯輸送管路如有損壞或外洩而需關閉維修時，則會嚴重影響整個下游瓦斯公司及其更下游用戶的供氣權益，而造成天然氣的輸配問題與缺點。
在相關之先前專利技術文獻方面，諸如中華民國專利公報第568863號「將運輸船上的液化天然氣(LNG)再氣化之方法和設備」發明專利案，係揭示一種典型習知以海水來進行液化天然氣的氣化處理技術，係利用局部浸在海水中的船冷卻器(2)、水中熱交換器(21)與超級不鏽鋼材料製成之氣化器(23)，來提供運輸船中所儲存之液態天然氣之氣化處理，同樣地，有上述之第二種及第三種，以海水或海水加上流體媒介的氣化方式的問題與缺點外，該船冷卻器(2)、水中熱交換器(21)與氣化器(23)必需有比較好的防鏽處理措施或材料構成，而徒增其整體設備成本，並且，該天然氣的輸配也有如上述三種習知液態天然氣無法機動與即時輸配至下游用戶端之缺點及問題，同時，該氣化操作區域涵蓋範圍較廣，亦必需耗費大量操作、監控人力，操作區域不易被有效管理及控制。
另外，再如中華民國專利公報第489198號「用於將天然氣生產、運輸、卸載、儲存與配送至市場之方法」發明專利案，則揭示典型習知以海水熱交換為氣化液態天然氣之方法與技術，同樣存在有上述習知第二種以海水開架式氣化方式的問題與缺點，並且，該輸配液態天然氣方 式，仍以大型船舶為主，同樣無法對於下游瓦斯公司及用戶提供即時及機動的輸配與氣化供氣服務。
又如中華民國專利公報第197466號「液態天然氣之氣化方法」發明專利案，則揭示利用以一燃氣輪機(GT)、唧筒(P1)、四組熱交換器(E1)、(E2)、(E3)及(E4)、複雜之管路(1)、(2a)、(2b)、(2c)、(2d)、(3a)及(3b)與膨脹輪機(X1)，來進行液態天然氣的氣化處理與發電功能，但此種液態天然氣之氣化結構相當複雜，成本高且需較大面積之操作廠區土地面積，不易管理及監測，同樣地，無法在任意地點進行設置，該液態天然氣的輸配仍存有上述無法達到即時與機動氣化、供應與需耗費較多人力、不便管理之問題與缺點，並且，其利用循環水的加熱氣化的反覆增壓或減壓，讓熱能在傳輸過程中之損耗率相當高，使該膨脹輪機(X1)發電之熱電轉換率相當差，換言之，該發電效能不彰，僅只能作為點綴功能之用，無法直接提供給廠站實際運作之用，除此之外，該專利前案需要大量的循環水源來提供熱交換，因此，該氣化及發電操作廠區也必需限制在有大量水源供應之地區，無法被設置在水源或電力供應缺乏或不足之偏遠區域。
再者，如中國發明專利公開號CN104160130號「發電系統和相應方法」發明專利公開案及日本國發明專利公開號特表2014-532833號「発電対応方法」發明專利公開案，則揭示另一種利用液態二氧化碳(CO2)流來作為液態天然氣的氣化系統主要媒介，並利用一渦輪發電機(3)藉由動力渦輪(2)及液體CO2泵(5)分別將該燃燒產品流(6)及冷卻CO2再循環流(22)注入，而能產生發電電能，但同樣地，該專利前案的液態天然氣氣化與發電結構複雜，其設置成本偏高，且需佔用更大的操作廠區土地面積，無法在任意地點進行設置，必需耗費相當多之操作、監控與管理人力，且不利於廠區與設備自動化管理，該液態天然氣的輸配仍存有上述無法達到即時與機動氣化、供應之問題與缺點，同時，該前專利前案所使用的液態二氧化碳流及燃料產品流，並非是環保循環利用之材料，如有洩漏將造成嚴重的環境污染與環保破壞的後遺症，並不能提供給產業大量利用，僅能限制在特定的工業用戶進行使用，因而大幅拘限其產業應用範疇。
本發明之主要目的在於提供一種液態天然氣的輸配與氣化管理系統，以消除習知液化天然氣輸配、氣化技術、方法或各專利前案揭示之輸配、氣化技術與方法中，無法即時與機動氣化供氣給地區瓦斯公司或下游用戶，以及，操作廠區需佔用較大面積，需在特定區域設置，設備複雜成本偏高，且需要大量操作、監控與管理人力，而不利於廠區之自動化與管理等問題與缺點。
緣此，本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，係包括：一輸配月台；至少一輸配氣區，設於該輸配月台上鄰近鐵路之至少一側，供至少一列液態天然氣運輸列車卸載液態天然氣；至少一氣化處理區，設於該輸配月台上，連結該輸配氣區，以輸入該液態天然氣，該氣化處理區係包含至少一燃料電池模組及至少一熱交換槽，該燃料電池模組設有至少一熱能、水之副產物輸出口、燃料輸入口及電力輸出端，該熱能或水之其中至少一副產物輸出口連結該熱交換槽，該熱交換槽內設有至少一交換管路，該交換管路一端連結輸入該輸配氣區之液態天然氣，以透過該燃料電池模組於發電過程中所產生之熱能或水其中至少一種副產物輸進行熱交換，並於該交換管路另一端形成一輸出管路，以輸出氣化天然氣(Natural Gas，NG)，該輸出管路輸出之氣化天然氣之一部份，並再反饋輸入至該燃料電池模組之燃料輸入口；及至少一中央管理區，設於該輸配月台上，連結該氣化處理區之燃料電池模組之電力輸出端之輸出電力，並分別連結及控制該輸配氣區、氣化處理區之液態天然氣輸配氣、氣化處理及氣化後天然氣之輸出管理、監視與控制。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該輸配氣區中設有一液態天然氣幫浦，該液態天然氣幫浦連結該中央管理區，以受中央管理區控制啟動，提供液態天然氣之輸入輔助。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該 輸配氣區中設有一液態天然氣洩漏感測器，該液態天然氣洩漏感測器連結該中央管理區，以提供該輸配氣區之液態天然氣之洩漏感測狀態回饋(feed back)給該中央管理區。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組為固態氧化燃料電池(solid oxide fuel cell，簡稱SOFC)模組所構成。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組之熱能之副產物輸出口與熱交換槽之間，連結與設置至少一送風機(air blower)，該送風機受中央管理區控制啟動，以產生熱風送入該熱交換槽中。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組之熱能之副產物輸出口設有至少一氣閥，該氣閥受中央管理區控制開或關，以控制與外界空氣連通與否。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組之水之副產物輸出口與熱交換槽之間，連結與設置至少一熱水槽，該熱水槽中設有至少一電熱器，該電熱器連結該中央管理區，以受中央管理區控制啟動加熱，使熱水槽產生熱水送入該熱交換槽中，以及，該熱交換槽中設有一灑水器，該灑水器將來自熱水槽之熱水噴灑澆淋至熱交換槽中之交換管路表面。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱水槽與熱交換槽之間，連結與設置至少一循環幫浦(Circulation Pump)，該循環幫浦受中央管理區控制啟動，以提供循環熱水供應該熱交換槽。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱水槽中設有至少一溫度感測器，該溫度感測器連結該中央管理區，以反饋熱水槽中之水溫給該中央管理區。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽中設有至少一溫度感測器及水位感測器，該溫度感測器與水位感測器連結該中央管理區，以反饋熱交換槽中之溫度與水位高 度給該中央管理區。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽中設有至少一交換氣口，以與外界冷空氣形成交換。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽之交換管路一端之輸出管路連結一第一控制閥，該第一控制閥與該氣化處理區之燃料電池模組之燃料輸入口間，連結與設置一第二控制閥，該第一控制閥與第二控制閥均受該中央管理區控制，以控制該氣化天然氣反饋輸出至該燃料電池模組。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該第二控制閥連結一啟動槽。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該第一控制閥之輸出端，連結設置一氣壓感測器，該氣壓感測器連結該中央管理區，以將該第一控制閥之輸出端輸出之氣化天然氣壓力感測狀態反饋給中央管理區。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽之交換管路一端之輸出管路連結至少一暫存儲氣區。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽之交換管路一端之輸出管路連結至少一區域供氣管路。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽底部設有一輔助電熱裝置，該輔助電熱裝置連結中央管理區，以受該中央管理區控制啟動提供輔助加熱熱能給該熱交換槽。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該中央管理區係包括：至少一感測單元，連結與感測輸入該輸配氣區、氣化處理區的液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓狀態；至少一中央處理單元，連結感測單元，以輸入該輸配氣區、氣化處理區的液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與 氣壓的感測狀態訊號與資料，並依據該感測狀態訊號與資料，分別輸出對應於該輸配氣區、氣化處理區的相對應液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓控制命令與安全警示訊號；至少一輸出控制介面，連結該中央處理單元，並分別連結該輸配氣區、氣化處理區，以接收該中央處理單元輸出之對應於該輸配氣區、氣化處理區的相對應液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出暫存之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓控制命令，並對該輸配氣區、氣化處理區提供對應之操作控制訊號；至少一通訊介面，連結該中央處理單元，以透過有線或無線網路通訊模式，將該輸配氣區、氣化處理區的液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓的感測狀態訊號與資料，以及，該輸配氣區、氣化處理區的天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓操作狀態及安全警示訊號，傳送給至少一遠端監控中心；及至少一電源轉換單元，連結該氣化處理區之燃料電池模組之電力輸出端，以接收該電力輸出端輸出之電力，並加以轉換為該感測單元、中央處理單元、輸出控制介面及通訊介面所需之工作電源，以分別提供該感測單元、中央處理單元、輸出控制介面及通訊介面之工作電源。
上述本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該中央處理單元連結一安全警示單元，以輸出安全警示訊號給該安全警示單元進行近端安全警報發布。
本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統之功效，係在於藉由該輸配氣區、氣化處理區及中央管理區所組成之簡便、設置面積小與低成本之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，且可方便整合與設置於面積與空間有限的火車站卸貨或鐵運或閒置不用之輸配月台上，可直接在就近的火車站中皆設置本發明可直接氣化處理與經由機動鐵路輸配、簡便操作與低設置成本的大量液態天然氣的輸配與氣化管理系統，不受路況或嚴寒氣候影響運輸效率，不需佔用大面積操作廠區，且可藉由該氣化處理區的燃料電池模組於發電過程中所產生的熱能或水之其中至少一種副產物與主 要發電電能，以熱水槽與熱交換器所組成的熱能、水的簡便與循環熱交換操作系統，使該液態天然氣可以不斷地以最低廉有效率的氣化方式，氣化成天然氣輸出，不必另外配置與供給水、電或熱能等輔助資源，可以達到自給自足的獨立廠站資源運作，不受土地面積、氣候或水、熱等資源之取得限制，特別是適用於地處偏遠，天然氣管路、電力供應網路無法到達的地區，諸如：台灣的偏遠山區、小鎮聚落，或者美國北方、加拿大、蘇俄或東歐等偏鄉小鎮或聚落，或水、電及熱能能源供應不足或供應困難的小型火車站與其鄰近區域，該氣化處理區之燃料電池模組之電力輸出端所發出之電力，除提供本發明之系統運轉所需之電力外，並可再作為該火車站及附近社區所需之輔助備載電力、不斷電系統(UPS)或電動車輛充電電源之用，該燃料電池模組之水或熱能之副產物輸出口所輸出之水或熱能，除了可提供給本發明之系統本身進行氣化處理外，更可作為該輸配月台或火車站的備用水源與取暖、加熱熱能，並且，透過該中央管理區分別針對各輸配氣區、氣化處理區的自動感測監視與控制，可以讓近端操作者或遠端之瓦斯公司的監控者，可以第一時間掌握該液態天然氣的鐵運輸配、氣化處理及天然氣輸出操作與安全警示狀態，且該氣化處理區的輸出管路可就近連結該火車站附近社區、用戶或瓦斯筒裝配廠的天然氣區域供氣管路，或者也可以輸出儲存至如天然氣儲氣槽之暫存儲氣區，可較習知或上述各專利前案技術節省大量的輸配、氣化成本，並且，不會產生任何環境污染、破壞或安全疑慮，誠為一具備火車站土地充分再利用、環保與安全之液態天然氣能源輸配與管理典範。
100‧‧‧輸配與氣化管理系統
10‧‧‧輸配月台
20‧‧‧輸配氣區
21‧‧‧液態天然氣幫浦
211‧‧‧輸入管路
22‧‧‧液態天然氣洩漏感測器
30‧‧‧氣化處理區
31‧‧‧燃料電池模組
311‧‧‧副產物輸出口
312‧‧‧副產物輸出口
313‧‧‧燃料輸入口
314‧‧‧電力輸出端
32‧‧‧熱交換槽
311a‧‧‧氣閥
321‧‧‧送風機
322‧‧‧交換管路
322a‧‧‧輸出管路
322b‧‧‧第一控制閥
322b’‧‧‧輸出端
323‧‧‧第二控制閥
324‧‧‧啟動槽
325‧‧‧溫度感測器
326‧‧‧灑水器
327‧‧‧水位感測器
33‧‧‧熱水槽
331‧‧‧電熱器
332‧‧‧循環幫浦
333‧‧‧溫度感測器
40‧‧‧氣壓感測器
41‧‧‧暫存儲氣區
50‧‧‧中央管理區
51‧‧‧感測單元
52‧‧‧中央處理單元
53‧‧‧輸出控制介面
54‧‧‧通訊介面
55‧‧‧電源轉換單元
200‧‧‧鐵路
300‧‧‧液態天然氣運輸列車
400‧‧‧液態天然氣
500‧‧‧熱能
600‧‧‧水
700‧‧‧電力
800‧‧‧氣化天然氣
910‧‧‧遠端監控中心
920‧‧‧區域供氣管路
930‧‧‧社區電網
32a‧‧‧熱氣交換出口
521‧‧‧安全警示單元
第一圖為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統之系統方塊圖；第二圖為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統第一實施例之詳細方塊圖； 第三圖為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統之中央管理區的詳細方塊圖；第四圖為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統第二實施例之詳細方塊圖；第五圖為第四圖中之中央管理區的詳細方塊圖；第六圖為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統第三實施例之詳細方塊圖；第七圖為第六圖中之中央管理區的詳細方塊圖；第八圖為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統的較佳應用例圖；第九圖為第八圖之詳細系統方塊圖。
請參閱如第一圖、第二圖及第三圖所示，為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統100之第一實施，其中，該輸配與氣化管理系統100係包括一輸配月台10，可以是火車站中之卸貨月台或鐵運月台或閒置不用之月台所構成，換言之，即是除了一般載客月台外之月台均可以為之。
至少一輸配氣區20，設於該輸配月台10上鄰近一鐵路200之至少一側，供至少一列停放於該鐵路200上之液態天然氣運輸列車300輸運卸載液態天然氣400，該液態天然氣400可以是液態甲烷(methane,CH4)、丙烷或丁烷，該液態天然氣運輸列車300拖載有複數台液態天然氣罐板車310，每一台液態天然氣罐板車310約可載運25噸~50噸運量左右之液態天然氣400，以便分別在各個火車站進行該液態天然氣400卸載，該輸配氣區20中設有一液態天然氣幫浦21及一液態天然氣洩漏感測器22，該液態天然氣幫浦21透過一輸入管路211連結該液態天然氣運輸列車300之至少一台液態天然氣罐板車310，以卸載輸入該液態天然氣400，該液態天 然氣洩漏感測器22連結於該輸入管路211上，以感測該液態天然氣400自該液態天然氣運輸列車300之液態天然氣罐板車310卸載輸入過程中是否有所洩漏，並發出一洩漏感測訊號輸出。
至少一氣化處理區30，設於該輸配月台10上，連結該輸配氣區10之液態天然氣幫浦21，以輸入該液態天然氣400，該氣化處理區30係包含至少一燃料電池模組31及至少一熱交換槽32，該燃料電池模組設有至少一副產物輸出口311及312、燃料輸入口313及電力輸出端314，該副產物輸出口311輸出熱氣之熱能500副產物，該副產物輸出口312輸出水600副產物，該電力輸出端314則輸出發電電力700，該電力700為交流電源，上述之燃料電池模組31之型態不限，在本發明中係以係列舉澳大利亞商Ceramic Fuel Cells(簡稱CFCL)公司所生產之BlueGen系列固態氧化物燃料電池模組為例，其中，如以該燃料輸入口313輸入之液態天然氣400為甲烷為例，該燃料電池模組31在發電過程中，該副產物輸出口311輸出之熱能500可達0.35-0.42千瓦(或360千卡/千瓦小時)，該副產物輸出口312輸出之水600可高達300克/千瓦時以上，該電力輸出端314輸出之電力700為110/220伏(V)、60赫芝(Hz)之交流電源，且其燃-電轉換率可高達60%，換言之，每輸入一立方米(m3)之天然氣燃料，則可讓該電力輸出端314輸出6度的電力700，再加上上述之副產物輸出口311輸出之熱能500與副產物輸出口312輸出之水600的副產物轉換率約為25%，可使該燃料電池模組31整體的能源轉換效率高達85%左右。
上述之熱能500或水600之其中至少一副產物輸出口311或312連結該熱交換槽32，在本發明之第一實施例中，係揭露以該熱能500之副產物輸出口311連結該熱交換槽32，其中，該副產物輸出口311設有至少一氣閥311a，以控制與外界空氣連通與否，該氣閥311a之型式不限，在本發明中係以一電磁閥為例，在該副產物輸出口311與熱交換槽32間，則連結與設置一送風機321，以將該熱能500轉換成熱風輸入該熱交換槽32內，該熱交換槽32內設有至少一交換管路322，該交換管路322一端連結該輸配氣區20之液態天然氣幫浦21，以輸入該液態天然氣400，以透過該送風機321所輸入之熱風，來讓該交換管路322內之液態天然氣400進行氣 化，以形成氣化天然氣800，該氣化天然氣800並經該交換管路322另一端所形成之一輸出管路322a輸出，該輸出管路322a並連結一第一控制閥322b，以控制該氣化天然氣800由該第一控制閥322b之輸出端322b’輸出，該輸出端322b’並分別連結一氣壓感測器40，以藉該氣壓感測器40感測該氣化天然氣800輸出之壓力狀態，並藉以感知該氣化天然氣800輸出時是否有洩漏之情形，該熱交換槽32並設有一熱氣交換出口32a，以提供該熱交換槽32內部熱氣對外排出交換。
上述之第一控制閥322b與該燃料電池模組31之燃料輸入口313間則連結設置一第二控制閥323，以控制該部份之氣化天然氣800反饋輸入該燃料電池模組31之燃料輸入口313，使該燃料電池模組31可進行運作，該第一控制閥322b及第二控制閥323之型式不限，在本發明中係列舉為防爆型三通電磁閥為例，該第二控制閥323並連結一啟動槽324，該啟動槽324可以預先儲存氣化天然氣800，或經由該第二控制閥323切換操作，使該啟動槽324可以將該交換管路322一端之輸出氣化天然氣800之一部份予以預先儲存，以便在該燃料電池模組31初次啟動或每次啟動時的燃料來源，該啟動槽324的氣化天然氣800儲存量不用太大，只需足夠啟動該燃電池模組31即可，上述之熱交換槽32中設有至少一溫度感測器325，以感測熱交換槽32中之溫度。
至少一中央管理區50，設於該輸配月台10上，連結該氣化處理區30之燃料電池模組31之電力輸出端314之輸出電力700，以獲得工作電源，該中央管理區50之型式不限，在本發明中係列舉包含至少一感測單元51、中央處理單元52、輸出控制介面53、通訊介面54及電源轉換單元55構成為例，其中，該感測單元51，分別連結該輸配氣區20之液態天然氣洩漏感測器22、氣化處理區30之溫度感測器325、氣壓感測器40的液態天然氣400輸入、氣化處理與氣化天然氣800輸出之洩漏、氣化溫度與氣壓感測狀態。
該中央處理單元52，連結感測單元51，以輸入該輸配氣區20之液態天然氣洩漏感測器22、氣化處理區30之溫度感測器325、氣壓感測器40的液態天然氣400輸入、氣化處理與氣化天然氣800輸出之洩漏、 氣化溫度與氣壓感測狀態訊號與資料，並依據該感測狀態訊號與資料，分別輸出對應於該輸配氣區20、氣化處理區30的相對應液態天然氣400輸入、氣化處理與氣化天然氣800輸出之洩漏、氣化溫度、氣壓控制命令與安全警示訊號。
至少一輸出控制介面53，連結該中央處理單元52，並分別連結該輸配氣區20之液態天然氣幫浦21、氣化處理區30之氣閥311a、送風機321、第一控制閥322b及第二控制閥323，以接收該中央處理單元52輸出之對應於該輸配氣區20、氣化處理區30的相對應液態天然氣400輸入、氣化處理與氣化天然氣800輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓控制命令，並對該輸配氣區20、氣化處理區30提供對應之操作控制訊號。
至少一通訊介面54，連結該中央處理單元52，以透過有線或無線網路通訊模式，將該輸配氣區20、氣化處理區30的液態天然氣400輸入、氣化處理與氣化天然氣800輸出之洩漏、氣化溫度與氣壓的感測狀態訊號與資料，以及，該輸配氣區20、氣化處理區30的液態天然氣400輸入、氣化處理與氣化天然氣800輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓操作狀態、安全警示訊號，傳送給至少一遠端監控中心910，該遠端監控中心910可以是火車站控制中心或瓦斯公司之監控中心。
該電源轉換單元55，連結該氣化處理區30之燃料電池模組31之電力輸出端314，以接收該電力輸出端314輸出之電力700，並加以轉換為該感測單元51、中央處理單元52、輸出控制介面53及通訊介面54所需之工作電源，以分別提供該感測單元51、中央處理單元52、輸出控制介面53及通訊介面54之工作電源。
請再配合第四圖及第五圖所示，為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統100之第二實施，其中，顯示在該熱交換槽32底面設有至少一輔助電熱裝置34，該輔助電熱裝置34連結該中央管理區50之輸出控制介面53(如第五圖所示)，由中央管理區50之中央處理單元52在該熱交換槽32內之交換管路322中之液態天然氣400急需加速進行氣化處理時，則控制啟動該輔助電熱裝置34產生輔助加熱熱能於熱交換槽32底面，使該熱交換槽32內之熱交換溫度可快速上昇，而進一步對該交換管路322內之 液態天然氣400進行快速熱交換氣化處理。
請再參閱第六圖及第七圖所示，為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統100之第三實施，其中，顯示該氣化處理區30之燃料電池模組31產生水副產物之副產物輸出口312與熱交換槽32之間，連結與設置至少一熱水槽33，該熱水槽33中設有至少一電熱器331及循環幫浦332，其中，該循環幫浦332連結設置於該氣化處理區30之熱水槽33與熱交換槽32之間，且該電熱器331及循環幫浦332連結該中央管理區50之輸出控制介面53，以受中央管理區50控制啟動加熱與提供熱水循環，使熱水槽33產生熱水循環送入該熱交換槽32中，以及，該熱交換槽32中設有一灑水器326，該灑水器326將來自熱水槽32之熱水噴灑澆淋至熱交換槽32中之交換管路322表面，以提供該交換管路322中之液態天然氣400的另一項氣化熱源，該熱交換槽32中設有一水位感測器327，並且，該熱水槽33中設有至少一溫度感測器333，該水位感測器327與溫度感測器333連結該中央管理區50之感測單元51，以反饋熱交換槽32內之水位及熱水槽33中之水溫給該中央管理區50之中央處理單元52，以使該中央處理單元52透過該控制介面53而對該電熱器331之加熱溫度與循環幫浦332開啟(ON)或切斷(OFF)予以控制。
此外，該中央管理區50之中央處理單元52連結一安全警示單元521，以於該液態天然氣400或氣化天然氣800洩漏或失壓時，由該中央處理單元52輸出安全警示訊號給該安全警示單元521進行近端安全警報發布，該安全警示單元521可以是語音播報器或揚聲器構成。
請再配合第八圖及第九圖所示，為本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統100較佳應用例，其中，顯示該氣化處理區30之第一控制閥322b之輸出端322b’連結至少一暫存儲氣區41及至少一區域供氣管路920之節點或中繼接入點，該暫存儲氣區41可以是用戶端的天然氣儲氣槽所構成，而該區域供氣管路920可以是火車站附近社區用戶或通往筒裝瓦斯分裝廠之天然氣供應管線，可直接對社區用戶或筒裝瓦斯分裝廠進行供氣，以及，該氣化處理區30之燃料電池模組31之電力輸出端314所輸出之電力700，並可再提供給至少一社區電網930作為輔助備用電源或不斷電 系統，也可以提供給如火車站附近電動車輛等代步交通工具作為充電電源之用。
在以上第一圖~第九圖中所示本發明之液態天然氣的輸配與氣化管理系統100，其中所揭示的相關說明及圖式，係僅為便於闡明本發明的技術內容及技術手段，所揭示較佳實施例之一隅，並不而限制其範疇，並且，舉凡針對本發明之細部結構修飾或元件之等效替代修飾，皆不脫本發明之創作精神及範疇，其範圍將由以下的申請專利範圍來界定之。
100‧‧‧輸配與氣化管理系統
10‧‧‧輸配月台
20‧‧‧輸配氣區
30‧‧‧氣化處理區
322b’‧‧‧輸出端
41‧‧‧暫存儲氣區
50‧‧‧中央管理區
200‧‧‧鐵路
300‧‧‧液態天然氣運輸列車
310‧‧‧液態天然氣罐板車
400‧‧‧液態天然氣
800‧‧‧氣化天然氣
211‧‧‧輸入管路
920‧‧‧區域供氣管路

Claims (19)

  1. 一種液態天然氣的輸配與氣化管理系統，係包括：一輸配月台；至少一輸配氣區，設於該輸配月台上鄰近鐵路之至少一側，供至少一列液態天然氣運輸列車卸載液態天然氣；至少一氣化處理區，設於該輸配月台上，連結該輸配氣區，以輸入該液態天然氣，該氣化處理區係包含至少一燃料電池模組及至少一熱交換槽，該燃料電池模組設有至少一熱能、水之副產物輸出口、燃料輸入口及電力輸出端，該熱能或水之其中至少一副產物輸出口連結該熱交換槽，該熱交換槽內設有至少一交換管路，該交換管路一端連結輸入該輸配氣區之液態天然氣，以透過該燃料電池模組於發電過程中所產生之熱能或水其中至少一種副產物輸進行熱交換，並於該交換管路另一端形成一輸出管路，以輸出氣化天然氣，該輸出管路輸出之氣化天然氣之一部份，並再反饋輸入至該燃料電池模組之燃料輸入口；及至少一中央管理區，設於該輸配月台上，連結該氣化處理區之燃料電池模組之電力輸出端之輸出電力，並分別連結及控制該輸配氣區、氣化處理區、暫存儲氣區之液態天然氣輸配氣、氣化處理及暫存氣化後天然氣之管理、監視與控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該輸配氣區中設有一液態天然氣幫浦，該液態天然氣幫浦連結該中央管理區，以受中央管理區控制啟動，提供液態天然氣之輸入輔助。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該輸配氣區中設有一液態天然氣洩漏感測器，該液態天然氣洩漏感測器連結該中央管理區，以提供該輸配氣區之液態天然氣之洩漏感測狀態回饋給該中央管理區。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組為固態氧化燃料電池模組所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組之熱能之副產物輸出口與熱交換槽之 間，連結與設置至少一送風機，該送風機受中央管理區控制啟動，以產生熱風送入該熱交換槽中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽設有一熱氣交換出口，以提供該熱交換槽內部熱氣對外排出交換。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組之熱能之副產物輸出口設有至少一氣閥，該氣閥受中央管理區控制開或關，以控制與外界空氣連通與否。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之燃料電池模組之水之副產物輸出口與熱交換槽之間，連結與設置至少一熱水槽，該熱水槽中設有至少一電熱器，該電熱器連結該中央管理區，以受中央管理區控制啟動加熱，使熱水槽產生熱水送入該熱交換槽中，以及，該熱交換槽中設有一灑水器，該灑水器將來自熱水槽之熱水噴灑澆淋至熱交換槽中之交換管路表面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱水槽與熱交換槽之間，連結與設置至少一循環幫浦，該循環幫浦受中央管理區控制啟動，以提供循環熱水供應該熱交換槽。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱水槽中設有至少一溫度感測器，該溫度感測器連結該中央管理區，以反饋熱水槽中之水溫給該中央管理區。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽中設有至少一溫度感測器及水位感測器，該溫度感測器與水位感測器連結該中央管理區，以反饋熱交換槽中之溫度與水位高度給該中央管理區。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽之交換管路一端之輸出管路連結一第一控制閥，該第一控制閥與該氣化處理區之燃料電池模組之燃料輸入口間，連結與設置一第二控制閥，該第一控制閥與第二控制閥均受該中 央管理區控制，以控制該氣化天然氣反饋輸出至該燃料電池模組。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該第一控制閥之輸出端，連結設置一氣壓感測器，該氣壓感測器連結該中央管理區，以將該第一控制閥之輸出端輸出之氣化天然氣壓力感測狀態反饋給中央管理區。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該第二控制閥連結一啟動槽。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽之交換管路一端之輸出管路連結至少一暫存儲氣區。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽之交換管路一端之輸出管路連結至少一區域供氣管路。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該氣化處理區之熱交換槽底部設有一輔助電熱裝置，該輔助電熱裝置連結中央管理區，以受該中央管理區控制啟動提供輔助加熱熱能給該熱交換槽。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該中央管理區係包括：至少一感測單元，連結與感測輸入該輸配氣區、氣化處理區的液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓狀態；至少一中央處理單元，連結感測單元，以輸入該輸配氣區、氣化處理區的液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓的感測狀態訊號與資料，並依據該感測狀態訊號與資料，分別輸出對應於該輸配氣區、氣化處理區的相對應液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓控制命令與安全警示訊號；至少一輸出控制介面，連結該中央處理單元，並分別連結該輸配氣區、 氣化處理區，以接收該中央處理單元輸出之對應於該輸配氣區、氣化處理區的相對應液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓控制命令，並對該輸配氣區、氣化處理區提供對應之操作控制訊號；至少一通訊介面，連結該中央處理單元，以透過有線或無線網路通訊模式，將該輸配氣區、氣化處理區的液態天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓的感測狀態訊號與資料，以及，該輸配氣區、氣化處理區的天然氣輸入、氣化處理與氣化天然氣輸出之洩漏、氣化溫度、水位與氣壓操作狀態及安全警示訊號，傳送給至少一遠端監控中心；及至少一電源轉換單元，連結該氣化處理區之燃料電池模組之電力輸出端，以接收該電力輸出端輸出之電力，並加以轉換為該感測單元、中央處理單元、輸出控制介面及通訊介面所需之工作電源，以分別提供該感測單元、中央處理單元、輸出控制介面及通訊介面之工作電源。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之液態天然氣的輸配與氣化管理系統，其中，該中央處理單元連結一安全警示單元，以輸出安全警示訊號給該安全警示單元進行近端安全警報發布。
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