WO2023063162A1 - 蓄熱装置および蓄熱方法 - Google Patents

蓄熱装置および蓄熱方法 Download PDF

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WO2023063162A1
WO2023063162A1 PCT/JP2022/037077 JP2022037077W WO2023063162A1 WO 2023063162 A1 WO2023063162 A1 WO 2023063162A1 JP 2022037077 W JP2022037077 W JP 2022037077W WO 2023063162 A1 WO2023063162 A1 WO 2023063162A1
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WO
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brine
heat
storage device
circulation line
lpg
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PCT/JP2022/037077
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Inventor
篤志 神谷
直子 仲村
Original Assignee
日揮株式会社
株式会社前川製作所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a heat storage device and a heat storage method for storing cold heat generated by a refrigerator that can be operated by variable renewable energy.
  • liquefied gas such as liquefied natural gas and liquid hydrogen
  • BOG blow-off gas
  • Patent Document 1 a treatment method for re-liquefying the generated BOG has been conventionally known (for example, Patent Document 1 below).
  • a reliquefaction system for reliquefying BOG involves pressurizing with a compressor and then cooling with a heat exchanger to liquefy it, or injecting BOG into the liquefied gas to be sent out to liquefy it. , and then pumping with a pump is common.
  • this system is complicated, there are problems such as a reduction in reliability and an increase in the size of the device.
  • variable renewable energy such as sunlight, wind power, and solar heat.
  • Variable renewable energy does not emit greenhouse gases and can be produced domestically, so it is a promising, diverse, and important low-carbon domestic energy source that can contribute to energy security.
  • the present invention was invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat storage device and a heat storage method capable of storing cold heat generated by a refrigerator that can be operated with variable renewable energy.
  • a heat storage device that achieves the above object is a heat storage device that stores cold heat.
  • the heat storage device comprises a refrigerator operable by variable renewable energy, a brine storage tank connected to the refrigerator and capable of storing brine, and a first brine stored in the brine storage tank circulating. It has a circulation line and a first heat exchange section that exchanges heat between the brine and the liquefied gas that circulate through the first circulation line.
  • a heat storage method for achieving the above object is a heat storage method for storing cold heat by the above heat storage device, wherein the variable renewable energy is used to operate the refrigerator to obtain the above Cooling the brine to store cold heat in the brine, circulating the brine with the cold heat stored in the first circulation line, and exchanging heat with the liquefied gas in the first heat exchange section.
  • the brine can be cooled and cold heat can be stored in the brine. Then, at a predetermined timing, the brine in which cold heat is stored can be circulated in the first circulation line, and can be heat-exchanged with the liquefied gas in the first heat exchange section. Therefore, cold heat generated by a refrigerator that can be operated with variable renewable energy can be preferably stored.
  • FIG. 4 is a state diagram for explaining a subcool state;
  • FIG. It is a schematic diagram showing a modification of a thermal storage device concerning a 1st embodiment.
  • FIG. 2nd embodiment of the present invention It is a schematic diagram showing a modification of a thermal storage device concerning a 2nd embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a heat storage device according to Modification 1;
  • FIG. 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat storage device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a state diagram for explaining the subcool state.
  • the heat storage device 1 suitably stores the cold heat generated by the refrigerator 10 that can be operated by variable renewable energy, and uses the stored cold heat to suppress the generation of BOG of liquefied gas.
  • the liquefied gas is not particularly limited, but examples include LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), liquid hydrogen, liquefied nitrogen, and liquefied ammonia.
  • LNG liquefied natural gas
  • LPG liquefied petroleum gas
  • liquid hydrogen liquid hydrogen
  • liquefied nitrogen liquefied nitrogen
  • liquefied ammonia liquefied ammonia
  • the coefficient of performance of the refrigerator 10 can be increased, and variable renewable energy can be efficiently converted into cold energy.
  • LPG liquefied gas
  • the heat storage device 1 includes a refrigerator 10, a brine storage tank 20 in which the brine cooled by the refrigerator 10 is stored, a first circulation line 30 in which the brine circulates, and a brine and liquid state.
  • a first heat exchange section 40 that heat-exchanges the LPG
  • a second circulation line 50 in which brine circulates and a second heat exchange section that exchanges heat between LPG in a liquid state flowing out of the storage tank T and the brine circulating in the second circulation line 50 2 heat exchange section 60
  • pump 70 provided in storage tank T
  • LPG circulation line 80 in which LPG flows by connecting pump 70 and first heat exchange section 40
  • storage tank branched from LPG circulation line 80 It has a branch line 90 for sending the LPG in T to the outside, and a control unit (not shown) for controlling movement of brine in the refrigerator 10 and the brine storage tank 20 .
  • LPG is sent to the storage tank T from the cargo S of the ship through the receiving pipe L at a predetermined timing.
  • the refrigerator 10 turns on the refrigerator 10 and cools the brine in the brine storage tank 20 using the surplus power that is likely to be generated during the day when solar power generation is used as the variable renewable energy. .
  • the refrigerator 10 is turned off. Turning on/off of the refrigerator 10 is performed by a control unit. In this way, the refrigerator 10 performs intermittent operation using the surplus power of the variable renewable energy, thereby effectively utilizing the variable renewable energy and storing heat from the variable renewable energy. Realization of carbon neutrality can be achieved.
  • the refrigerator 10 is not particularly limited as long as it can suitably cool the brine in the brine storage tank 20. From the viewpoint of the coefficient of performance, for example, a vapor compression cycle refrigerator can be used. .
  • Brine is stored in the brine storage tank 20 .
  • the brine is not particularly limited, for example, an antifreeze solution can be used.
  • the brine storage tank 20 and the refrigerator 10 can be non-explosion proof.
  • expansion is easy, addition to existing equipment is also facilitated.
  • a first circulation line 30 and a second circulation line 50 are connected to the brine storage tank 20, as shown in FIG.
  • the brine in the brine storage tank 20 is switched between circulation in the first circulation line 30 and the second circulation line 50 by the controller.
  • the brine stored in the brine storage tank 20 circulates through the first circulation line 30 .
  • the first circulation line 30 is connected to the brine storage tank 20 .
  • the first heat exchange section 40 exchanges heat between the brine circulating in the first circulation line 30 and the liquid LPG circulating in the LPG circulation line 80 .
  • the liquid LPG that has passed through the first heat exchange section 40 receives cold heat from the brine and enters a subcooled state. That is, the first heat exchange section 40 is a subcooling heat exchanger that cools LPG in a liquid state to a subcooling state with brine.
  • the brine that has passed through the first heat exchange section 40 receives heat from the LPG and its temperature rises.
  • LPG is normally in saturation at the boundary between the liquid and gas phases indicated by the black circles in FIG.
  • the brine stored in the brine storage tank 20 circulates through the second circulation line 50 .
  • the second circulation line 50 is connected to the brine storage tank 20 .
  • a second heat exchange section 60 is arranged on the second circulation line 50 .
  • the second heat exchange section 60 exchanges heat between the brine circulating in the second circulation line 50 and the liquid LPG passing through the branch line 90 .
  • the LPG in a liquid state that has passed through the second heat exchange section 60 is heated by brine or the like circulating in the second circulation line 50, and is in a liquid state at room temperature and high pressure, and is discharged into a downstream spherical tank or a pillow shape. transferred to the tank.
  • the brine that has passed through the second heat exchange section 60 receives cold heat from the LPG and is cooled.
  • the pump 70 is provided near the bottom of the storage tank T, as shown in FIG.
  • the pump 70 is provided to send the LPG in the storage tank T to the first heat exchange section 40 via the LPG circulation line 80 .
  • a pump 70 is provided to pump the LPG in the storage tank T through the LPG circulation line 80 and the branch line 90 to the spherical tank or pillow-shaped tank.
  • a known pump can be used as the pump 70 .
  • the LPG circulation line 80 has a first line 81 from the pump 70 to the first heat exchange section 40 and a second line 82 from the first heat exchange section 40 to the storage tank T.
  • a branch line 90 branches off from the first line 81 .
  • the LPG flowing through the second line 82 is in a subcooled state.
  • a second heat exchange section 60 is arranged in the branch line 90 .
  • a branch line 90 is connected to a spherical or pillow tank.
  • the control unit controls on/off of the refrigerator 10 .
  • the control unit controls switching of circulation of the brine stored in the brine storage tank 20 to the first circulation line 30 or the second circulation line 50 .
  • the controller also controls driving of the pump 70 .
  • a control part is PLC, for example.
  • cold heat generated by the refrigerator 10 that can be operated by variable renewable energy is stored in the brine, and the cold heat stored in the brine is used to generate LPG.
  • a method for suppressing the occurrence of BOG will be described.
  • control unit circulates the brine stored in the brine storage tank 20 through the second circulation line 50 .
  • the brine circulating in the second circulation line 50 receives cold heat from the LPG and is precooled in the second heat exchange section 60 .
  • control unit uses the surplus power to operate the refrigerator 10 to cool the brine in the brine storage tank 20 .
  • cold heat generated by the refrigerator 10 can be stored in the brine storage tank 20 .
  • the control unit circulates the brine stored in the brine storage tank 20 through the first circulation line 30 .
  • the brine circulating in the first circulation line 30 cools the LPG circulating in the LPG circulation line 80 to a subcooled state in the first heat exchange section 40 .
  • the LPG that has been cooled to a subcooled state in the first heat exchange section 40 returns to the storage tank T via the second line 82 . Therefore, in the storage tank T, generation of BOG can be suppressed.
  • the heat storage device is the heat storage device 1 that stores cold heat.
  • the heat storage device 1 includes a refrigerator 10 that can be driven by variable renewable energy, a brine storage tank 20 that is connected to the refrigerator 10 and that can store brine, and the brine stored in the brine storage tank 20 circulates. It has a first circulation line 30 and a first heat exchange section 40 for heat-exchanging the brine and LPG circulating in the first circulation line 30 . According to the heat storage device 1 configured in this manner, cold heat can be stored in the brine by cooling the brine by operating the refrigerator 10 using variable renewable energy.
  • the brine in which cold heat is stored can be circulated in the first circulation line 30 and heat-exchanged with LPG in the first heat exchange section 40 . Therefore, cold heat generated by the refrigerator 10 that can be operated by variable renewable energy can be preferably stored.
  • the first heat exchange section 40 is a subcooling heat exchanger that cools LPG in a liquid state to a subcooling state with brine. According to the heat storage device 1 configured in this manner, the generation of BOG can be more preferably suppressed.
  • the heat storage device 1 is connected to the brine storage tank 20 and heats the second circulation line 50 through which the brine in the brine storage tank 20 circulates, LPG in a liquid state, and the brine circulating in the second circulation line 50. It further has a second heat exchange section 60 for exchanging and cooling the brine. According to the heat storage device 1 configured in this way, the brine stored in the brine storage tank 20 can be precooled in the second heat exchange section 60 by circulating the brine in the second circulation line 50 . Therefore, the cooling efficiency of the brine stored in the brine storage tank 20 can be improved.
  • the heat storage method according to the present embodiment is a heat storage method for storing cold heat using the heat storage device 1 described above, and operates the refrigerator 10 using variable renewable energy to generate brine is cooled, cold heat is stored in the brine, the brine in which the cold heat is stored is circulated through the first circulation line 30, and is heat-exchanged with LPG in the first heat exchange section 40.
  • cold heat can be stored so that variable renewable energy can be effectively used for the purpose of suppressing the generation of BOG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a heat storage device 2 according to a modification of the first embodiment.
  • the heat storage device 2 according to the modification of the first embodiment does not include the second circulation line 50 and the second heat exchange section 60 as compared with the heat storage device 1 according to the first embodiment.
  • Other configurations of the heat storage device 2 are the same as those of the heat storage device 1 according to the first embodiment. According to the heat storage device 2 configured in this manner, cold heat generated by the refrigerator 10 can be stored in the brine while the structure of the heat storage device 2 is simplified.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a heat storage device 3 according to a second embodiment of the invention.
  • the heat storage device 2 according to the second embodiment differs from the heat storage device 1 according to the first embodiment in the target of heat exchange with brine in the first heat exchange section 140 .
  • the heat storage device 3 includes a refrigerator 10, a brine storage tank 20 in which brine cooled by the refrigerator 10 is stored, and a first circulation line 30 in which the brine is circulated. , a first heat exchange section 140 for heat-exchanging brine and LPG (BOG) in a gaseous state, a second circulation line 50 in which the brine circulates, and a liquid LPG flowing out of the storage tank T and the second circulation line 50 a second heat exchange section 60 that exchanges heat with the brine circulating through the storage tank T; a pump 70 provided in the storage tank T; , the second LPG line 190, in which the BOG in the storage tank T is sent to the first heat exchange section 140 and the condensed LPG is returned to the storage tank T, and the operation of the refrigerator 10 and the brine in the brine storage tank 20.
  • a first heat exchange section 140 for heat-exchanging brine and LPG (BOG) in a gaseous state a second circulation line 50 in which the brine circulates, and a
  • the configurations of the refrigerator 10, the brine storage tank 20, the first circulation line 30, the second circulation line 50, the second heat exchange section 60, the pump 70, and the control section are the same as those of the heat storage device 1 according to the first embodiment. Therefore, the description is omitted.
  • the first heat exchange section 140 exchanges heat between the brine circulating in the first circulation line 30 and the BOG passing through the second LPG line 190 .
  • the BOG that has passed through the first heat exchange section 140 receives cold heat from the brine and is condensed. That is, the first heat exchange part 140 is used as a BOG condenser.
  • the condensed LPG then returns to storage tank T via second LPG line 190 . Therefore, generation of BOG from the storage tank T can be suppressed.
  • the brine that has passed through the first heat exchange section 140 receives heat from the BOG, and its temperature rises.
  • a first LPG line 180 connects the pump 70 and the spherical tank.
  • a second heat exchange section 60 is arranged in the first LPG line 180 .
  • the second LPG line 190 has a first line 191 from the storage tank T to the first heat exchange section 140 and a second line 192 from the first heat exchange section 140 to the storage tank T.
  • a first line 191 carries BOG and a second line 192 carries condensed LPG.
  • the cold heat generated by the refrigerator 10 that can be operated by variable renewable energy is preferably stored, and the stored cold heat is used to convert the BOG of LPG. A method for suppressing the occurrence will be described.
  • control unit circulates the brine stored in the brine storage tank 20 through the second circulation line 50 .
  • the brine circulating in the second circulation line 50 receives cold heat from the LPG and is precooled in the second heat exchange section 60 .
  • control unit uses the surplus power to operate the refrigerator 10 to cool the brine in the brine storage tank 20 .
  • cold heat generated by the refrigerator 10 can be stored in the brine storage tank 20 .
  • the control unit circulates the brine stored in the brine storage tank 20 through the first circulation line 30 .
  • the brine circulating in the first circulation line 30 cools and condenses the BOG passing through the second LPG line 190 in the first heat exchange section 140 .
  • the LPG condensed in the first heat exchange section 140 returns to the storage tank T. Therefore, in the storage tank T, generation of BOG can be suppressed.
  • the first heat exchange section 140 is a BOG condenser that cools and condenses BOG with brine. According to the heat storage device 3 configured in this manner, the BOG generated in the storage tank T can be condensed and returned to the storage tank T. Therefore, the occurrence of BOG can be suppressed.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a heat storage device 4 according to a modification of the second embodiment.
  • the heat storage device 4 does not include the second circulation line 50 and the second heat exchange section 60, unlike the heat storage device 3 according to the second embodiment.
  • Other configurations of the heat storage device 4 are the same as those of the heat storage device 3 according to the second embodiment. According to the heat storage device 2 configured in this manner, cold heat generated by the refrigerator 10 can be stored in the brine while the structure of the heat storage device 4 is simplified.
  • one storage tank T, one first circulation line 30, one first heat exchange section 140, one pump 70, and one second LPG line 190 are provided.
  • two storage tanks T, first circulation lines 30, first heat exchange sections 140, pumps 70, and second LPG lines 190 may be provided. 6, the pump 70 and the first LPG line 180 are omitted.
  • three or more storage tanks T, first circulation lines 30, first heat exchange sections 140, pumps 70, and second LPG lines 190 may be provided. According to this configuration, condensation of BOG generated in a plurality of storage tanks T is possible.
  • the configuration using the two storage tanks T described above can also be applied to the heat storage device 1 according to the first embodiment. The same system can be used even when the LPG tank is converted to an ammonia tank.
  • LPG was used as the liquefied gas, but liquid ammonia can also be used as the liquefied gas.
  • the cold heat stored in the heat storage device is used to suppress the generation of BOG.
  • the cold energy stored in the heat storage device can also be used as a cold energy source for cooling offices and control rooms on the base, as well as data centers, plant factories, aquaculture businesses, and food cold chains in adjacent areas. be.
  • 1, 2, 3, 4 heat storage device 10 refrigerator, 20 brine storage tank, 30 first circulation line, 40, 140 first heat exchange section, 50 second circulation line, 60 second heat exchange unit, 70 pump, 80 LPG circulation line, 90 branch lines, 180 first LPG line, 190 second LPG line, T storage tank.

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Abstract

【課題】変動性再生可能エネルギーを有効活用できるように、冷熱を蓄熱することのできる蓄熱装置を提供する。 【解決手段】　蓄熱装置１は、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機１０と、冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブライン貯蔵タンク２０と、ブライン貯蔵タンクに貯蔵されたブラインが循環する第１循環ライン３０と、第１循環ラインを循環するブラインおよびＬＰＧを熱交換する第１熱交換部４０と、を有する。

Description

蓄熱装置および蓄熱方法
　本発明は、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機が発生させる冷熱を蓄熱する蓄熱装置および蓄熱方法に関する。
　液化天然ガスや液体水素等の低温液化ガス（以下、液化ガスとも称する）は、貯蔵タンクの外部からの入熱によって温められることで、ＢＯＧ（ボイルオフガス）が発生している。このＢＯＧの発生に伴って、貯蔵タンク内の圧力上昇が招かれる。
　これに関連して、従来から、発生したＢＯＧを再液化する処理方法が知られている（例えば下記の特許文献１）。
特開平１０－１９１９９号公報
　一般的に、ＢＯＧを再液化するための再液化システムは、圧縮機で昇圧した後、熱交換器などで冷却して液化したり、送出される液化ガスにＢＯＧを注入して液化したりし、その後ポンプで圧送する方法が一般的である。しかし、このシステムではシステムが煩雑になるため、信頼性の低減や装置の大型化などが課題となる。
　一方で、太陽光、風力、太陽熱といった変動性再生可能エネルギーを有効活用することが求められている。変動性再生可能エネルギーは、温室効果ガスを排出せず、国内で生産できることから、エネルギー安全保障にも寄与できる有望かつ多様で、重要な低炭素の国産エネルギー源である。
　本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、変動性再生可能エネルギーで運転可能な冷凍機が発生させる冷熱を蓄熱することのできる蓄熱装置および蓄熱方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明に係る蓄熱装置は、冷熱を蓄熱する蓄熱装置である。蓄熱装置は、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機と、前記冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブライン貯蔵タンクと、前記ブライン貯蔵タンクに貯蔵された前記ブラインが循環する第１循環ラインと、前記第１循環ラインを循環する前記ブラインおよび液化ガスを熱交換する第１熱交換部と、を有する。
　また、上記目的を達成する本発明に係る蓄熱方法は、上記の蓄熱装置によって、冷熱を蓄熱する蓄熱方法であって、前記変動性再生可能エネルギーを用いて前記冷凍機を運転することによって、前記ブラインを冷却して、前記ブラインに冷熱を蓄熱し、前記冷熱が蓄熱された前記ブラインを前記第１循環ラインで循環させて、前記第１熱交換部において、前記液化ガスと熱交換させる。
　上述の蓄熱装置および蓄熱方法によれば、変動性再生可能エネルギーを用いて冷凍機を運転することによって、ブラインを冷却して、ブラインに冷熱を蓄熱することができる。そして、所定のタイミングで、冷熱が蓄熱されたブラインを第１循環ラインで循環させて、第１熱交換部において、液化ガスと熱交換させることができる。したがって、変動性再生可能エネルギーで運転可能な冷凍機が発生させる冷熱を好適に蓄熱することができる。
本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置を示す概略図である。 サブクール状態を説明するための図であって、状態図を示す図である。 第１実施形態に係る蓄熱装置の変形例を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る蓄熱装置を示す概略図である。 第２実施形態に係る蓄熱装置の変形例を示す概略図である。 変形例１に係る蓄熱装置を示す概略図である。
　＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態を、図１、図２を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置１を示す概略図である。図２は、サブクール状態を説明するための図であって、状態図を示す図である。
　第１実施形態に係る蓄熱装置１は、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機１０が発生させる冷熱を好適に蓄熱して、蓄熱した冷熱を用いて、液化ガスのＢＯＧの発生を抑制するための装置である。ここで、液化ガスとは特に限定されないが、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）、液体水素、液化窒素、液化アンモニア等を挙げることができる。この中でも、特にＬＰＧまたは液化アンモニアを採用することによって、冷凍機１０の成績係数を高くすることができ、効率よく変動性再生可能エネルギーを冷熱エネルギーに変換できる。以下の説明では、液化ガスとしてＬＰＧを用いた場合を例に挙げて説明する。
　蓄熱装置１は、図１に示すように、冷凍機１０と、冷凍機１０によって冷却されるブラインが貯蔵されるブライン貯蔵タンク２０と、ブラインが循環する第１循環ライン３０と、ブラインおよび液体状態のＬＰＧを熱交換する第１熱交換部４０と、ブラインが循環する第２循環ライン５０と、貯蔵タンクＴから流出した液体状態のＬＰＧおよび第２循環ライン５０を循環するブラインを熱交換する第２熱交換部６０と、貯蔵タンクＴ内に設けられるポンプ７０と、ポンプ７０および第１熱交換部４０を連結してＬＰＧが流れるＬＰＧ循環ライン８０と、ＬＰＧ循環ライン８０から分岐されて貯蔵タンクＴ内のＬＰＧを外部に送る分岐ライン９０と、冷凍機１０およびブライン貯蔵タンク２０内のブラインの移動等を制御する制御部（不図示）と、を有する。
　図１に示すように、貯蔵タンクＴには、船の積み荷Ｓから、所定のタイミングで受入管Ｌを介して、ＬＰＧが送液される。
　冷凍機１０は、変動性再生可能エネルギーとして太陽光発電を用いる場合、昼間に発生する可能性が高い余剰電力を用いて、冷凍機１０をオンにして、ブライン貯蔵タンク２０内のブラインを冷却する。そして余剰電力が無い時には、冷凍機１０をオフにする。冷凍機１０のオン・オフは、制御部によって行われる。このように、冷凍機１０は、変動性再生可能エネルギーの余剰電力を活用した間欠運転を行うことで、変動性再生可能エネルギーの有効活用と変動性再生可能エネルギーの蓄熱を行うことができるため、カーボンニュートラルの実現を達成できる。
　冷凍機１０としては、ブライン貯蔵タンク２０内のブラインを好適に冷却することのできるものであれば特に限定されないが、成績係数の観点から、例えば、蒸気圧縮式サイクルの冷凍機を用いることができる。
　ブライン貯蔵タンク２０には、ブラインが貯蔵される。ブラインとしては、特に限定されないが、例えば不凍液を用いることができる。このようにブラインを使用することでＬＰＧと冷凍機１０を切り離すことが出来るため、設備や法規が簡便となる。具体的には、ブライン貯蔵タンク２０と冷凍機１０を非防爆とすることができる。特に、冷凍機１０を非防爆とすることのメリットが大きい。また、増設も容易であるため、既存設備への追加も容易となる。
　ブライン貯蔵タンク２０には、図１に示すように、第１循環ライン３０および第２循環ライン５０が連結する。ブライン貯蔵タンク２０内のブラインは、制御部によって、第１循環ライン３０または第２循環ライン５０における循環が切り替えられる。
　第１循環ライン３０は、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインが循環する。第１循環ライン３０は、ブライン貯蔵タンク２０に連結されている。
　第１熱交換部４０は、第１循環ライン３０を循環するブラインおよびＬＰＧ循環ライン８０を循環する液体状態のＬＰＧを熱交換する。ＬＰＧ循環ライン８０において、第１熱交換部４０を通過した液体状態のＬＰＧは、ブラインの冷熱を受け取って、サブクール状態となる。すなわち、第１熱交換部４０は、液体状態のＬＰＧを、ブラインによってサブクール状態まで冷却する、サブクール熱交換器である。一方、第１循環ライン３０において、第１熱交換部４０を通過したブラインは、ＬＰＧから温熱を受け取って、温度が上昇する。
　以下、図２の状態図を参照して、サブクール状態について説明する。ＬＰＧは、通常、図２の黒丸で示す液相および気相の境界の飽和状態にある。この飽和状態にあるＬＰＧをブラインの冷熱で冷却することによって、黒丸の箇所から左側の白丸の箇所に移動して、サブクール状態となる。サブクール状態にあるＬＰＧは、完全に液体の状態にあるため、ＢＯＧが発生することを抑制できる。
　第２循環ライン５０は、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインが循環する。第２循環ライン５０は、ブライン貯蔵タンク２０に連結されている。第２循環ライン５０上には、第２熱交換部６０が配置されている。
　第２熱交換部６０は、第２循環ライン５０を循環するブラインおよび分岐ライン９０を通過する液体状態のＬＰＧを熱交換する。分岐ライン９０において、第２熱交換部６０を通過した液体状態のＬＰＧは、第２循環ライン５０を循環するブライン等によって加温されて、常温高圧の液体状態で、下流の球形タンクや枕型タンクに移送される。一方、第２循環ライン５０において、第２熱交換部６０を通過したブラインは、ＬＰＧから冷熱を受け取って、冷却される。
　ポンプ７０は、図１に示すように、貯蔵タンクＴの底部近傍に設けられる。ポンプ７０は、貯蔵タンクＴ内のＬＰＧを、ＬＰＧ循環ライン８０を介して第１熱交換部４０に送液するために設けられる。また、ポンプ７０は、貯蔵タンクＴ内のＬＰＧをＬＰＧ循環ライン８０および分岐ライン９０を介して、球形タンクまたは枕型タンクに送液するために設けられる。ポンプ７０としては、公知のものを用いることができる。
　ＬＰＧ循環ライン８０は、ポンプ７０から第１熱交換部４０に向かう第１ライン８１と、第１熱交換部４０から貯蔵タンクＴに向かう第２ライン８２と、を有する。
　第１ライン８１から、分岐ライン９０が分岐される。第２ライン８２を流れるＬＰＧは、サブクール状態である。
　分岐ライン９０には、第２熱交換部６０が配置される。分岐ライン９０は、球形タンクまたは枕型タンクに接続されている。
　制御部は、冷凍機１０のオン・オフを制御する。また、制御部は、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインの、第１循環ライン３０または第２循環ライン５０への循環の切り替えを制御する。また、制御部は、ポンプ７０の駆動を制御する。制御部は、例えば、ＰＬＣである。
　次に、第１実施形態に係る蓄熱装置１を用いて、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機１０が発生させる冷熱をブラインに蓄熱して、ブラインに蓄熱した冷熱を用いて、ＬＰＧのＢＯＧの発生を抑制する方法について説明する。
　まず、制御部は、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインを第２循環ライン５０にて循環させる。第２循環ライン５０を循環するブラインは、第２熱交換部６０において、ＬＰＧから冷熱を受け取って、予冷される。
　次に、制御部は、余剰電力を用いて、冷凍機１０を運転して、ブライン貯蔵タンク２０内のブラインを冷却する。この結果、ブライン貯蔵タンク２０には、冷凍機１０が発生させる冷熱を蓄熱することができる。
　次に、制御部は、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインを第１循環ライン３０にて循環させる。第１循環ライン３０を循環するブラインは、第１熱交換部４０において、ＬＰＧ循環ライン８０を循環しているＬＰＧをサブクール状態まで冷却する。そして、第１熱交換部４０においてサブクール状態まで冷却されたＬＰＧは、第２ライン８２を介して、貯蔵タンクＴに戻る。このため、貯蔵タンクＴにおいて、ＢＯＧの発生を抑制することができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る蓄熱装置は、冷熱を蓄熱する蓄熱装置１である。蓄熱装置１は、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機１０と、冷凍機１０に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブライン貯蔵タンク２０と、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されたブラインが循環する第１循環ライン３０と、第１循環ライン３０を循環するブラインおよびＬＰＧを熱交換する第１熱交換部４０と、を有する。このように構成された蓄熱装置１によれば、変動性再生可能エネルギーを用いて冷凍機１０を運転することによって、ブラインを冷却して、ブラインに冷熱を蓄熱することができる。そして、所定のタイミングで、冷熱が蓄熱されたブラインを第１循環ライン３０で循環させて、第１熱交換部４０において、ＬＰＧと熱交換させることができる。したがって、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機１０が発生させる冷熱を好適に蓄熱することできる。
　また、第１熱交換部４０は、液体状態のＬＰＧを、ブラインによってサブクール状態まで冷却する、サブクール熱交換器である。このように構成された蓄熱装置１によれば、ＢＯＧの発生をより好適に抑制することができる。
　また、蓄熱装置１は、ブライン貯蔵タンク２０に連結されて、ブライン貯蔵タンク２０内のブラインが循環する第２循環ライン５０と、液体状態のＬＰＧ、および第２循環ライン５０を循環するブラインを熱交換して、ブラインを冷却する第２熱交換部６０とをさらに有する。このように構成された蓄熱装置１によれば、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインを第２循環ライン５０で循環させることによって、第２熱交換部６０においてブラインを予冷することができる。したがって、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインの冷却効率を向上させることができる。
　また、以上説明したように、本実施形態に係る蓄熱方法は、上述した蓄熱装置１によって、冷熱を蓄熱する蓄熱方法であって、変動性再生可能エネルギーにより冷凍機１０を運転することによって、ブラインを冷却して、ブラインに冷熱を蓄熱し、冷熱が蓄熱されたブラインを第１循環ライン３０で循環させて、第１熱交換部４０において、ＬＰＧと熱交換させる。この蓄熱方法によれば、ＢＯＧの発生を抑制する目的で、変動性再生可能エネルギーを有効活用できるように、冷熱を蓄熱することできる。
　＜第１実施形態の変形例＞
　次に、図３を参照して、第１実施形態の変形例に係る蓄熱装置２の構成について説明する。図３は、第１実施形態の変形例に係る蓄熱装置２を示す概略図である。
　第１実施形態の変形例に係る蓄熱装置２は、第１実施形態に係る蓄熱装置１と比較して、第２循環ライン５０および第２熱交換部６０を備えていない。蓄熱装置２のその他の構成は、第１実施形態に係る蓄熱装置１と同様である。このように構成された蓄熱装置２によれば、蓄熱装置２の構造をシンプルにしつつ、冷凍機１０が発生させる冷熱をブラインに蓄熱することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、図４を参照して、第２実施形態に係る蓄熱装置３の構成について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図４は、本発明の第２実施形態に係る蓄熱装置３を示す概略図である。第２実施形態に係る蓄熱装置２は、第１熱交換部１４０においてブラインと熱交換する対象が、第１実施形態に係る蓄熱装置１と異なる。
　第２実施形態に係る蓄熱装置３は、図４に示すように、冷凍機１０と、冷凍機１０によって冷却されるブラインが貯蔵されるブライン貯蔵タンク２０と、ブラインが循環する第１循環ライン３０と、ブラインおよびガス状態のＬＰＧ（ＢＯＧ）を熱交換する第１熱交換部１４０と、ブラインが循環する第２循環ライン５０と、貯蔵タンクＴから流出した液体状態のＬＰＧおよび第２循環ライン５０を循環するブラインを熱交換する第２熱交換部６０と、貯蔵タンクＴ内に設けられるポンプ７０と、ポンプ７０から貯蔵タンクＴ内のＬＰＧを球形タンクまたは枕型タンクに送る第１ＬＰＧライン１８０と、貯蔵タンクＴ内のＢＯＧが第１熱交換部１４０に送られて凝縮されたＬＰＧを貯蔵タンクＴに戻す第２ＬＰＧライン１９０と、冷凍機１０およびブライン貯蔵タンク２０内のブラインの運転を制御する制御部（不図示）と、を有する。冷凍機１０、ブライン貯蔵タンク２０、第１循環ライン３０、第２循環ライン５０、第２熱交換部６０、ポンプ７０、および制御部の構成は、第１実施形態に係る蓄熱装置１と同一であるため、説明は省略する。
　第１熱交換部１４０は、第１循環ライン３０を循環するブラインおよび第２ＬＰＧライン１９０を通過するＢＯＧを熱交換する。第２ＬＰＧライン１９０において、第１熱交換部１４０を通過したＢＯＧは、ブラインの冷熱を受け取って、凝縮される。すなわち、第１熱交換部１４０はＢＯＧ凝縮器として用いられる。そして凝縮されたＬＰＧは、第２ＬＰＧライン１９０を介して、貯蔵タンクＴに戻る。このため、貯蔵タンクＴからのＢＯＧの発生を抑制することができる。一方、第１循環ライン３０において、第１熱交換部１４０を通過したブラインは、ＢＯＧから温熱を受け取って、温度が上昇する。
　第１ＬＰＧライン１８０は、ポンプ７０および球形タンクを連結する。第１ＬＰＧライン１８０には、第２熱交換部６０が配置される。
　第２ＬＰＧライン１９０は、貯蔵タンクＴから第１熱交換部１４０に向かう第１ライン１９１と、第１熱交換部１４０から貯蔵タンクＴに向かう第２ライン１９２と、を有する。第１ライン１９１は、ＢＯＧが流れて、第２ライン１９２は、凝縮されたＬＰＧが流れる。
　次に、第２実施形態に係る蓄熱装置３を用いて、変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機１０が発生させる冷熱を好適に蓄熱して、蓄熱した冷熱を用いて、ＬＰＧのＢＯＧの発生を抑制する方法について説明する。
　まず、制御部は、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインを第２循環ライン５０にて循環させる。第２循環ライン５０を循環するブラインは、第２熱交換部６０において、ＬＰＧから冷熱を受け取って、予冷される。
　次に、制御部は、余剰電力を用いて、冷凍機１０を運転して、ブライン貯蔵タンク２０内のブラインを冷却する。この結果、ブライン貯蔵タンク２０には、冷凍機１０が発生させる冷熱を蓄熱することができる。
　次に、制御部は、ブライン貯蔵タンク２０に貯蔵されているブラインを第１循環ライン３０にて循環させる。第１循環ライン３０を循環するブラインは、第１熱交換部１４０において、第２ＬＰＧライン１９０を通過しているＢＯＧを冷却して凝縮する。そして、第１熱交換部１４０において凝縮されたＬＰＧは、貯蔵タンクＴに戻る。このため、貯蔵タンクＴにおいて、ＢＯＧの発生を抑制することができる。
　第２実施形態に係る蓄熱装置３において、第１熱交換部１４０は、ＢＯＧをブラインによって冷却して凝縮させるＢＯＧ凝縮器である。このように構成された蓄熱装置３によれば、貯蔵タンクＴにおいて発生したＢＯＧを凝縮して、貯蔵タンクＴ内に戻すことができる。このため、ＢＯＧの発生を抑制することができる。
　＜第２実施形態の変形例＞
　次に、図５を参照して、第２実施形態の変形例に係る蓄熱装置４の構成について説明する。図５は、第２実施形態の変形例に係る蓄熱装置４を示す概略図である。
　蓄熱装置４は、第２実施形態に係る蓄熱装置３と比較して、第２循環ライン５０および第２熱交換部６０を備えていない。蓄熱装置４のその他の構成は、第２実施形態に係る蓄熱装置３と同様である。このように構成された蓄熱装置２によれば、蓄熱装置４の構造をシンプルにしつつ、冷凍機１０が発生させる冷熱をブラインに蓄熱することができる。
　以上、実施形態および変形例を通して本発明について説明したが、本発明は上述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。
　例えば、上述した第２実施形態では、貯蔵タンクＴ、第１循環ライン３０、第１熱交換部１４０、ポンプ７０、および第２ＬＰＧライン１９０は１つ設けられた。しかしながら、図６に示すように、貯蔵タンクＴ、第１循環ライン３０、第１熱交換部１４０、ポンプ７０、および第２ＬＰＧライン１９０は２つ設けられてもよい。なお、図６では、ポンプ７０および第１ＬＰＧライン１８０は省略する。さらに、貯蔵タンクＴ、第１循環ライン３０、第１熱交換部１４０、ポンプ７０、および第２ＬＰＧライン１９０は３つ以上設けられていてもよい。この構成によれば、複数の貯蔵タンクＴにおいて発生するＢＯＧの凝縮が可能である。また、２つの貯蔵タンクＴのうち１つにＬＰＧを貯蔵して、もう１つに液体アンモニアを貯蔵することで、異なる液化ガスのＢＯＧの発生を抑制することができる。さらに、上記の２つの貯蔵タンクＴを用いる構成は、第１実施形態に係る蓄熱装置１においても適用可能である。なお、ＬＰＧタンクをアンモニアタンクに転用した場合にも同じシステムで運用できる。
　また、上述した実施形態および変形例では、液化ガスとしてＬＰＧを例に挙げて説明したが、液化ガスとしては液体アンモニアを用いることもできる。
　また、上述した実施形態および変形例では、蓄熱装置に蓄熱された冷熱の使用対象として、ＢＯＧの発生の抑制に用いられた。しかしながら、蓄熱装置に蓄熱された冷熱の使用対象としては、基地内のオフィス・計器室の冷房や、隣接地のデータセンター、植物工場、養殖事業、食品コールドチェーン等の冷熱源としても利用可能である。
　本出願は、２０２１年１０月１２日に出願された日本国特許出願第２０２１－１６７４０２号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
　　１、２、３、４　　蓄熱装置、
　　１０　　冷凍機、
　　２０　　ブライン貯蔵タンク、
　　３０　　第１循環ライン、
　　４０、１４０　　第１熱交換部、
　　５０　　第２循環ライン、
　　６０　　第２熱交換部、
　　７０　　ポンプ、
　　８０　　ＬＰＧ循環ライン、
　　９０　　分岐ライン、
　　１８０　　第１ＬＰＧライン、
　　１９０　　第２ＬＰＧライン、
　　Ｔ　　貯蔵タンク。

Claims (7)

  1. 　冷熱を蓄熱する蓄熱装置であって、
    　変動性再生可能エネルギーによって運転可能な冷凍機と、
    　前記冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブライン貯蔵タンクと、
    　前記ブライン貯蔵タンクに貯蔵された前記ブラインが循環する第１循環ラインと、
    　前記第１循環ラインを循環する前記ブラインおよび液化ガスを熱交換する第１熱交換部と、を有する蓄熱装置。
  2. 　前記第１熱交換部は、液体状態の前記液化ガスを、前記ブラインによってサブクール状態まで冷却する、サブクール熱交換器である、請求項１に記載の蓄熱装置。
  3. 　前記第１熱交換部は、前記液化ガスのＢＯＧを、前記ブラインによって冷却して凝縮させる、ＢＯＧ凝縮器である、請求項１に記載の蓄熱装置。
  4. 　前記ブライン貯蔵タンクに連結されて、前記ブライン貯蔵タンク内の前記ブラインが循環する第２循環ラインと、
    　液体状態の前記液化ガス、および前記第２循環ラインを循環する前記ブラインを熱交換して、前記ブラインを冷却する第２熱交換部と、をさらに有する請求項１または２に記載の蓄熱装置。
  5. 　前記液化ガスは、ＬＰＧまたは液化アンモニアである、請求項１または２に記載の蓄熱装置。
  6. 　前記液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクは複数設けられる、請求項１または２に記載の蓄熱装置。
  7. 　請求項１または２に記載の蓄熱装置によって、冷熱を蓄熱する蓄熱方法であって、
    　前記変動性再生可能エネルギーにより前記冷凍機を運転することによって、前記ブラインを冷却して、前記ブラインに冷熱を蓄熱し、
    　前記冷熱が蓄熱された前記ブラインを前記第１循環ラインで循環させて、前記第１熱交換部において、前記液化ガスと熱交換させる、蓄熱方法。
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