JP5409440B2 - 中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法および冷凍冷媒供給先設備 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガス等の液化ガスを気化する中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法および冷凍冷媒供給先設備に関する。

液化天然ガス（ＬＮＧ）等の液化ガスをコンパクトな構造で連続的に気化する手段として、熱源媒体と中間媒体とを用いる中間媒体式気化器が知られている。この中間媒体式気化器は、熱源媒体により蒸発させた中間媒体を液化ガスと熱交換させることにより、中間媒体を凝縮させ、その凝縮熱で液化ガスを気化するものである。

特許文献１には、海水を熱源媒体とする中間熱媒体式熱交換器と、海水を熱源媒体とする並流熱交換器および向流熱交換器とを直列に結合して、ＬＮＧをこの順番で通過させて気化する、大規模クラスの液化天然ガス気化器が開示されている。

また、特許文献２には、温水等を熱源媒体とし、熱源管を２パス以上にして管内流速を大きくした、中規模クラスの中間媒体式気化器及び当該気化器を用いた天然ガスの供給方法が開示されている。

特開昭５３−５２０７号公報 特開２００１−２００９９５号公報

ところで、近年、産業界では低炭素化のためＣＯ_２の２５％削減という大きな命題が与えられており、石油から天然ガス（ＮＧ）への燃料転換が進んでいる。また、ＬＮＧからの冷熱回収が以前から検討されており、一部は実用化されている。

ＬＮＧからの冷熱回収は、大規模クラスの気化器においては冷熱発電、中小規模クラスの気化器においては、冷凍倉庫の冷凍機代替あるいは空調等で実用化されている。大規模クラスの冷熱回収用気化器として、中間媒体式気化器が使用されている。一方、中小規模クラスの冷熱回収用気化器として、ＬＮＧ／冷媒の直接熱交換器が使用されている。

食品業界のように、ＬＮＧの需要と冷凍冷媒の需要とを併せ持った業界において、ＬＮＧから冷熱を回収して冷凍冷媒を冷却するＬＮＧ気化設備は、ランニングコストの削減およびＣＯ_２の削減に対して極めて有効である。しかし、中小規模クラスの冷熱回収用気化器である直接熱交換器には、冷媒の凍結、熱応力の発生及びそれに伴う疲労蓄積・溶接割れという問題がある。そのため、中小規模クラスの冷熱回収用気化器において、ランニングコストの削減およびＣＯ_２の削減を十分に図ることができなかった。

本発明の目的は、中小規模クラスの冷熱回収用気化器においてランニングコストの削減およびＣＯ_２の削減を十分に図ることが可能な中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の供給方法および冷凍冷媒供給先設備を提供することである。

本発明における中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法は、常圧下での沸点が−４０℃以下の中間媒体が収容されたシェルと、液状の前記中間媒体に浸漬されるように前記シェル内に設けられ、外部から供給された凍結温度が−２０℃以下の冷凍冷媒が内部を通過する熱源管と、前記シェル内に設けられ、外部から供給された液化ガスが内部を通過する伝熱管と、を備えた中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法であって、前記シェル内の液状の前記中間媒体と前記熱源管内の前記冷凍冷媒とを熱交換させて、前記シェル内で液状の前記中間媒体を蒸発させるとともに、前記熱源管内で前記冷凍冷媒を所定温度まで冷却する工程と、前記伝熱管内の前記液化ガスと前記シェル内の蒸発した前記中間媒体とを熱交換させて、前記伝熱管内で前記液化ガスを蒸発させるとともに、前記シェル内で蒸発した前記中間媒体を液化させる工程と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、常圧下での沸点が−４０℃以下の中間媒体と、凍結温度が−２０℃以下の冷凍冷媒とを熱交換させることで、零下の低温領域で蒸発した中間媒体は、液化ガスを零下の低温領域で蒸発させる。このとき、液化ガスの冷熱を回収した中間媒体は液化して冷凍冷媒を所定温度まで冷却するので、この冷凍冷媒を冷凍機や空調等に使用することができる。そして、このような中間媒体式気化器を、中小規模クラスの冷熱回収用気化器として用いることで、中小規模クラスの冷熱回収用気化器においてランニングコストの削減およびＣＯ_２の削減を十分に図ることができる。

また、本発明における中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法においては、前記伝熱管内から排出された蒸発した前記液化ガスを加温する工程を更に有していてよい。上記の構成によれば、伝熱管内から排出された蒸発した液化ガス（気化ガス）を加温することにより、所望の温度の気化ガスを供給先に供給することができる。

また、本発明における中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法においては、前記中間媒体式気化器に並設され、外部から熱源と前記液化ガスとが供給される液化ガス気化器を更に有し、前記液化ガス気化器において、前記熱源の熱で前記液化ガスを気化させる工程を更に有していてよい。上記の構成によれば、中間媒体式気化器による液化ガスの気化と並行して、液化ガス気化器で液化ガスを気化し、中間媒体式気化器による液化ガスの気化量の増減に応じて液化ガス気化器による液化ガスの気化量を増減させることで、液化ガスの全気化量を調整することができる。また、中間媒体式気化器のバックアップとして液化ガス気化器を使用することで、中間媒体式気化器による液化ガスの気化の停止中に、気化ガスの供給を継続することができる。

また、本発明における冷凍冷媒供給先設備は、上記の中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法により製造された前記冷凍冷媒による冷凍負荷が付与されるように、前記冷凍冷媒が供給される冷凍冷媒供給先設備であって、前記冷凍冷媒供給先設備に他の冷凍負荷を付与する冷却手段と、前記冷凍冷媒による前記冷凍負荷の増減に応じて、前記冷却手段に前記他の冷凍負荷を付与させる制御手段と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、液化ガスから回収した冷熱で冷やされた冷凍冷媒による冷凍負荷は、液化ガスの気化負荷にリンクして変動するので、冷凍冷媒による冷凍負荷の増減に応じて冷却手段に他の冷凍負荷を付与させることにより、冷凍冷媒供給先設備の全冷凍負荷を調整することができる。また、冷凍冷媒供給先設備の全冷凍負荷の調整時にのみ冷却手段を稼働させることで、ランニングコストの増大を抑制することができる。

本発明の中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法および冷凍冷媒供給先設備によると、液化ガスの冷熱を回収した中間媒体は液化して冷凍冷媒を所定温度まで冷却するので、この冷凍冷媒を冷凍機や空調等に使用することができる。そして、このような中間媒体式気化器を、中小規模クラスの冷熱回収用気化器として用いることで、中小規模クラスの冷熱回収用気化器においてランニングコストの削減およびＣＯ_２の削減を十分に図ることができる。

中間媒体式気化器を用いた冷熱回収ＬＮＧ気化設備と冷凍庫とを示す概略図である。 中間媒体式気化器の概略図である。 冷熱回収ＬＮＧ気化設備に温水式ＬＮＧ気化器を並設した概略図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
（全体構成）
本実施形態による中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法は、図１に示すように、中間媒体式気化器を用いた冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０において行われる。冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０には、冷凍庫（冷凍冷媒供給先設備）４１から−２５℃の冷凍冷媒である昇温冷媒Ｒ_ｉが供給される。冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０において、昇温冷媒Ｒ_ｉは冷凍冷媒Ｒとして中間媒体式気化器の内部を通過する。これにより、後述するように、ＬＮＧの気化が行われる。その際、冷凍冷媒ＲはＬＮＧの冷熱を回収して−３０℃（所定温度）まで冷却される。その後、ＬＮＧの冷熱を回収した冷凍冷媒Ｒは、−３０℃の冷凍冷媒である降温冷媒Ｒ_Ｏとして冷凍庫４１に供給される。なお、昇温冷媒Ｒ_ｉの温度は−２５℃に限定されず、降温冷媒Ｒ_Ｏの温度は−３０℃に限定されない。

冷凍庫４１の冷熱源は、冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０から供給される降温冷媒Ｒ_Ｏと、冷凍庫４１に接続された冷凍機（冷却手段）４２とで構成されている。降温冷媒Ｒ_Ｏによる冷凍負荷Ａ、および、冷凍機４２による冷凍負荷（他の冷凍負荷）Ｂは、それぞれ冷凍庫４１に付与される。降温冷媒Ｒ_Ｏによる冷凍負荷Ａは、ＬＮＧの気化負荷にリンクして変動する一方、冷凍機４２による冷凍負荷Ｂは一定である。よって、冷凍庫４１の全冷凍負荷は、図示しない制御手段が冷凍機４２の稼働を制御することにより、冷凍負荷Ｂで調整される。即ち、冷凍負荷Ａの減少により冷凍庫４１の全冷凍負荷が不足する場合には、その不足分を冷凍負荷Ｂで補うように、制御手段により冷凍機４２が稼働され、逆に、冷凍負荷Ａの増大により冷凍庫４１の全冷凍負荷が過剰になる場合には、冷凍負荷Ｂを与えないように、制御手段により冷凍機４２の稼働が停止される。

このように、降温冷媒Ｒ_Ｏによる冷凍負荷Ａの増減に応じて冷凍機４２に冷凍負荷Ｂを付与させることにより、冷凍庫４１の全冷凍負荷を調整することができる。また、冷凍庫４１の全冷凍負荷の調整時にのみ冷凍機４２を稼働させることで、ランニングコストの増大を抑制することができる。

（中間媒体式気化器の構成）
冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０に用いられる中間媒体式気化器１は、図２に示すように、シェル１１と、シェル１１内に設けられた熱源管１２と、シェル１１内に設けられた伝熱管２１と、ＮＧ加温器３０と、を有している。

シェル１１内には、常圧下での沸点が−４０℃以下の中間媒体Ｐが収容されており、一部は液化した−４０℃の中間媒体液Ｐ_Ｌとなっている。シェル１１内の下部には、中間媒体液Ｐ_Ｌに浸漬されるように、熱源管１２が配置されている。ここで、中間媒体Ｐは、例えば、プロパン、ＨＦＣ系混合冷媒等である。なお、中間媒体液Ｐ_Ｌの温度は−４０℃に限定されない。

熱源管１２の内部には、中間媒体液Ｐ_Ｌを蒸発させるための熱源として、冷凍庫４１から−２５℃の昇温冷媒Ｒ_ｉが供給される。昇温冷媒Ｒ_ｉは冷凍冷媒Ｒとして熱源管１２内を通過し、中間媒体液Ｐ_Ｌと熱交換する。冷凍冷媒Ｒと熱交換した中間媒体液Ｐ_Ｌは蒸発して、−４０℃の中間媒体ガスＰ_Ｇとなり上昇し、ＬＮＧを気化させる熱源となる。一方、中間媒体液Ｐ_Ｌと熱交換した冷凍冷媒Ｒは、−３０℃（所定温度）まで冷却されて、降温冷媒Ｒ_Ｏとして冷凍庫４１に供給される。ここで、冷凍冷媒Ｒは、例えば、ＥＧ系ブライン、ＰＧ系ブライン、有機酸塩系ブラインであり、凍結温度が−２０℃以下である。ブラインとは、食塩水を成分とする不凍液のことである。なお、中間媒体ガスＰ_Ｇの温度は−４０℃に限定されない。

シェル１１内の上部には、−１４０℃のＬＮＧが供給される伝熱管２１が配置されている。伝熱管２１内を流れるＬＮＧは、伝熱管２１外の中間媒体ガスＰ_Ｇと熱交換して蒸発・加温され、−５０℃のＮＧとしてＮＧ配管３１に送出される。一方、ＬＮＧと熱交換した中間媒体ガスＰ_Ｇは、ＬＮＧの冷熱を回収することで凝縮されて中間媒体液Ｐ_Ｌとなり、シェル１１の下部である液溜り部に落ちる。即ち、中間媒体Ｐは、液化とガス化とを繰り返すことになる。なお、ＬＮＧの温度は−１４０℃に限定されず、ＮＧの温度は−５０℃に限定されない。

ＮＧ加温器３０には、外部（例えば、温水ボイラ）から熱源として６０℃の温水が供給されている。ＮＧ配管３１からＮＧ加温器３０に供給された−５０℃のＮＧは、この温水によりさらに１０℃まで加温され、ＮＧ供給先（例えば、ボイラ）に送出される。一方、ＮＧを加温した温水は、４０℃の温水になってＮＧ加温器３０から排出される。なお、ＮＧ供給先に送出されるＮＧの温度は１０℃に限定されず、ＮＧ加温器３０に給排される温水の温度は６０℃、４０℃に限定されない。

なお、ＬＮＧ気化量と回収冷熱量とをリンクさせるために、圧力センサ３２で中間媒体ガスＰ_Ｇの圧力が検知され、この圧力が常時一定になるように、熱源管１２から排出される冷凍冷媒（降温冷媒）Ｒ_Ｏの流量が調節弁３３で調整される。

（中間媒体式気化器の動作）
次に、中間媒体式気化器１の動作を通して、中間媒体式気化器１を用いた冷凍冷媒の製造方法について説明する。

まず、図２に示すように、冷凍庫４１から熱源管１２内に−２５℃の昇温冷媒Ｒ_ｉが供給される。熱源管１２を通過する冷凍冷媒Ｒと、シェル１１内の中間媒体液Ｐ_Ｌとの熱交換により、−４０℃の中間媒体液Ｐ_Ｌは蒸発して−４０℃の中間媒体ガスＰ_Ｇとなり上昇する。

伝熱管２１内を通過する−１４０℃のＬＮＧは、伝熱管２１外の中間媒体ガスＰ_Ｇと熱交換して蒸発・加温されて、−５０℃のＮＧとしてＮＧ配管３１を経由してＮＧ加温器３０に送られる。一方、ＬＮＧと熱交換した中間媒体ガスＰ_Ｇは、ＬＮＧの冷熱を回収することで凝縮されて中間媒体液Ｐ_Ｌとなり、シェル１１の下部である液溜り部に落ちる。また、ＬＮＧの冷熱を回収した中間媒体液Ｐ_Ｌと熱交換した冷凍冷媒Ｒは−３０℃（所定温度）まで冷却されて、降温冷媒Ｒ_Ｏとして冷凍庫４１に供給される。このようにして、ＬＮＧの冷熱が冷凍冷媒Ｒに回収される。

このように、常圧下での沸点が−４０℃以下の中間媒体Ｐと、凍結温度が−２０℃以下の冷凍冷媒Ｒとを熱交換させることで、零下の低温領域で蒸発した中間媒体Ｐは、ＬＮＧを零下の低温領域で蒸発させる。このとき、ＬＮＧから冷熱を回収した中間媒体Ｐは液化して冷凍冷媒Ｒを所定温度（−３０℃）まで冷却するので、この冷凍冷媒Ｒを冷凍機や空調等に使用することができる。そして、このような中間媒体式気化器１を、中小規模クラスの冷熱回収用気化器として用いることで、中小規模クラスの冷熱回収用気化器においてランニングコストの削減およびＣＯ_２の削減を十分に図ることができる。

伝熱管２１からＮＧ加温器３０に供給された−５０℃のＮＧは、ＮＧ加温器３０内を通過する６０℃の温水により１０℃まで加温され、ＮＧ供給先（例えば、ボイラ）に送出される。ＮＧを加温した温水は、４０℃に降温してＮＧ加温器３０から排出される。

このように、伝熱管２１内から排出されたＮＧを加温することにより、所望の温度のＮＧを供給先に供給することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。本実施形態は、冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０に、熱源からの熱でＬＮＧを気化させる温水式ＬＮＧ気化器（液化ガス気化器）５０が並設されている点で、第１実施形態と異なっている。

冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０および温水式ＬＮＧ気化器５０には、ＬＮＧが並行に供給される。温水式ＬＮＧ気化器５０には、ＬＮＧを気化させる熱源として温水が供給されている。冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０は、冷凍冷媒Ｒを用いてＬＮＧを気化し、ＮＧを排出する。一方、温水式ＬＮＧ気化器５０は、温水を用いてＬＮＧを気化し、ＮＧを排出する。

ＬＮＧ供給路において、冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０の上流側には、切替弁５１ａが設けられており、温水式ＬＮＧ気化器５０の上流側には、切替弁５１ｂが設けられている。通常は、冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０の中間媒体式気化器１にのみＬＮＧを供給し、温水式ＬＮＧ気化器５０にＬＮＧを供給しないように、切替弁５１ａ，５１ｂが制御されている。なお、切替弁５１ａ，５１ｂの制御は自動であっても手動であってもよい。

冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０の中間媒体式気化器１による冷凍庫４１への冷凍負荷Ａ（図１参照）は、中間媒体式気化器１によるＬＮＧ気化負荷にリンクして変動する。そのため、中間媒体式気化器１による冷凍負荷ＡがＬＮＧ気化負荷を下回った場合には、中間媒体式気化器１によるＬＮＧ気化負荷を下げて、冷凍負荷ＡとＬＮＧ気化負荷とを均衡させるために、中間媒体式気化器１へのＬＮＧの供給量を減少させ、温水式ＬＮＧ気化器５０へのＬＮＧの供給量を増加させるように、切替弁５１ａ，５１ｂが制御される。これにより、中間媒体式気化器１によるＬＮＧ気化量が減少し、温水式ＬＮＧ気化器５０によるＬＮＧ気化量が増加する。中間媒体式気化器１によるＬＮＧ気化量の減少分は、温水式ＬＮＧ気化器５０によるＬＮＧ気化量の増加分で補われる。その後、低下していた冷凍負荷Ａが回復してきた場合には、その回復の程度に応じてＬＮＧ気化負荷を上げて、冷凍負荷ＡとＬＮＧ気化負荷とを均衡させるために、中間媒体式気化器１へのＬＮＧの供給量を増加させ、温水式ＬＮＧ気化器５０へのＬＮＧの供給量を減少させるように、切替弁５１ａ，５１ｂが制御される。これにより、中間媒体式気化器１によるＬＮＧ気化量が増加し、温水式ＬＮＧ気化器５０によるＬＮＧ気化量が減少する。以上のようにして、ＬＮＧの全気化量が調整される。

また、中間媒体式気化器１による冷凍負荷Ａがゼロになった場合には、中間媒体式気化器１によるＬＮＧ気化負荷をゼロにするために、中間媒体式気化器１へのＬＮＧの供給を停止させ、温水式ＬＮＧ気化器５０にのみＬＮＧを供給するように、切替弁５１ａ，５１ｂが制御される。これにより、中間媒体式気化器１でＬＮＧが気化されなくなるが、中間媒体式気化器１のバックアップとしての温水式ＬＮＧ気化器５０でＬＮＧが気化されるので、ＮＧの供給が継続される。

このように、中間媒体式気化器１によるＬＮＧの気化と並行して、温水式ＬＮＧ気化器５０でＬＮＧを気化し、中間媒体式気化器１によるＬＮＧの気化量の増減に応じて温水式ＬＮＧ気化器５０によるＬＮＧの気化量を増減させることで、ＬＮＧの全気化量を調整することができる。また、中間媒体式気化器１のバックアップとして温水式ＬＮＧ気化器５０を使用することで、中間媒体式気化器１によるＬＮＧの気化の停止中に、ＮＧの供給を継続することができる。

その他の構成は、第１実施形態と同じであるので、その説明を省略する。

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、液化ガスとしてＬＮＧを用いて説明したが、液化ガスは、液化エチレン、ＬＯ_２（液化酸素）、ＬＮ_２（液化窒素）等であってもよい。

また、第２実施形態において、通常は、冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０の中間媒体式気化器１にのみＬＮＧが供給され、温水式ＬＮＧ気化器５０にＬＮＧが供給されない構成にされているが、この構成に限定されず、常時両者にＬＮＧが供給される構成であってもよい。この場合においても、中間媒体式気化器１によるＬＮＧ気化量の増減に応じて温水式ＬＮＧ気化器５０によるＬＮＧ気化量を増減させることで、ＬＮＧの全気化量を調整することができる。

また、第２実施形態において、冷熱回収ＬＮＧ気化設備４０に併設される液化ガス気化器は、温水を用いる温水式ＬＮＧ気化器５０に限定されず、海水等の熱源媒体を用いるものであってもよい。

１ 中間媒体式気化器
１１ シェル
１２ 熱源管
２１ 伝熱管
３０ ＮＧ加温器
３１ ＮＧ配管
３２ 圧力センサ
３３ 調節弁
４０ 冷熱回収ＬＮＧ気化設備
４１ 冷凍庫（冷凍冷媒供給先設備）
４２ 冷凍機（冷却手段）
５０ 温水式ＬＮＧ気化器（液化ガス気化器）
５１ａ，５１ｂ 切替弁
Ａ，Ｂ 冷凍負荷
Ｐ 中間媒体
Ｐ_Ｇ 中間媒体ガス
Ｐ_Ｌ 中間媒体液
Ｒ 冷凍冷媒
Ｒ_ｉ 昇温冷媒
Ｒ_Ｏ 降温冷媒

Claims (4)

1. 常圧下での沸点が−４０℃以下の中間媒体が収容されたシェルと、液状の前記中間媒体に浸漬されるように前記シェル内に設けられ、外部から供給された凍結温度が−２０℃以下の冷凍冷媒が内部を通過する熱源管と、前記シェル内に設けられ、外部から供給された液化ガスが内部を通過する伝熱管と、を備えた中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法であって、
   前記シェル内の液状の前記中間媒体と前記熱源管内の前記冷凍冷媒とを熱交換させて、前記シェル内で液状の前記中間媒体を蒸発させるとともに、前記熱源管内で前記冷凍冷媒を所定温度まで冷却する工程と、
   前記伝熱管内の前記液化ガスと前記シェル内の蒸発した前記中間媒体とを熱交換させて、前記伝熱管内で前記液化ガスを蒸発させるとともに、前記シェル内で蒸発した前記中間媒体を液化させる工程と、
   を有することを特徴とする中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法。
2. 前記伝熱管内から排出された蒸発した前記液化ガスを加温する工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法。
3. 前記中間媒体式気化器に並設され、外部から熱源と前記液化ガスとが供給される液化ガス気化器を更に有し、
   前記液化ガス気化器において、前記熱源の熱で前記液化ガスを気化させる工程を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の中間媒体式気化器を用いた冷凍冷媒の製造方法により製造された前記冷凍冷媒による冷凍負荷が付与されるように、前記冷凍冷媒が供給される冷凍冷媒供給先設備であって、
   前記冷凍冷媒供給先設備に他の冷凍負荷を付与する冷却手段と、
   前記冷凍冷媒による前記冷凍負荷の増減に応じて、前記冷却手段に前記他の冷凍負荷を付与させる制御手段と、
   を有することを特徴とする冷凍冷媒供給先設備。
   
   

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