特許 6769850 ボイルオフガスの液化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6769850

(24)【登録日】2020年9月28日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】ボイルオフガスの液化システム

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20201005BHJP

   F25B 21/00 20060101ALI20201005BHJP

   F25B 25/00 20060101ALI20201005BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/00 302A

   F25B21/00 A

   F25B25/00 B

   F25B1/00 399Y

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-234582(P2016-234582)

(22)【出願日】2016年12月1日

(65)【公開番号】特開2018-91391(P2018-91391A)

(43)【公開日】2018年6月14日

【審査請求日】2019年11月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000148357

【氏名又は名称】株式会社前川製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】000213297

【氏名又は名称】中部電力株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】仲村 直子

(72)【発明者】

【氏名】小暮 孝之

(72)【発明者】

【氏名】平野 直樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 規敏

【審査官】 家城 雅美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８０３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３６１０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３０２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５０５７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３１５９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１８２９４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１５４２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １／００−１３／１２

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ２１／００

Ｆ２５Ｂ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低温液化ガスの貯留タンク内に発生したボイルオフガスの再液化システムであって、
励磁及び消磁が可能な磁界形成部、磁気作業物質の昇温によって蓄熱される温端部、及び前記磁気作業物質の降温によって蓄冷される冷却部を含み、前記ボイルオフガスを前記冷却部で液化する磁気冷凍機と、
前記温端部に冷媒を循環させて前記温端部の蓄熱を吸収する冷凍機と、
を備えることを特徴とするボイルオフガスの再液化システム。

【請求項2】

前記冷凍機は、
冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を膨張させる膨張機、及び前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と前記膨張機で膨張された前記冷媒とを熱交換する再生熱交換器と、を含んで逆ブレイトンサイクルを構成し、前記膨張機出口の前記冷媒で前記温端部の蓄熱を吸収する冷凍機であることを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項3】

前記貯留タンクに設けられ前記低温液化ガスを導出するための導出路と、
前記導出路に設けられ前記低温液化ガスを加温するための加温器と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒と前記加温器で加温された前記低温液化ガスとを熱交換する熱交換器と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項4】

前記冷凍機の排熱を前記加温器の熱源とすることを特徴とする請求項３に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項5】

前記加温器出口の前記低温液化ガスの温度を検出する第１温度計と、
前記第１温度計の検出値に基づいて前記加温器の加熱量を制御する第１制御部と、
を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項6】

前記磁気冷凍機の前記温端部と熱交換した後の前記冷媒の温度を検出する第２温度計と、
前記第２温度計の検出値に基づいて前記冷凍機の作動を制御する第２制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項7】

前記貯留タンクから前記ボイルオフガスを取り出し前記貯留タンクに戻すガス循環路を備え、
前記磁気冷凍機の前記冷却部が前記ガス循環路に設けられることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項8】

前記冷凍機は、前記ガス循環路に設けられ、前記再生熱交換器に流入する前の前記冷媒を前記ボイルオフガスで予冷する予冷器を含むことを特徴とする請求項７に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項9】

前記磁気冷凍機の前記磁界形成部は磁界形成コイルを含み、
前記ガス循環路に設けられたガス流量計と、
前記ガス流量計の検出値に基づいて前記磁気発生コイルに流す電流量を制御する第３制御部と、
を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項10】

前記磁気発生コイルが超低温に保持された超電導コイルであることを特徴とする請求項９に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項11】

前記磁気冷凍機が前記貯留タンクの気相部を形成する隔壁に設けられ、
前記冷却部を前記貯留タンクの前記気相部に配置し、前記気相部のボイルオフガスを液化させる凝縮器として作動させることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【請求項12】

複数の前記貯留タンクの各々に前記磁気冷凍機が設けられ、
１個の前記冷凍機で冷却された前記冷媒で前記磁気冷凍機の各々の前記温端部の蓄熱を吸収するものであることを特徴とする請求項１１に記載のボイルオフガスの再液化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ボイルオフガスの液化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

液化天然ガスや液化石油ガス等の低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクで発生するボイルオフガスは、貯蔵タンク内の圧力上昇を招くため、その処理方法として、（ａ）大気に放出するか、（ｂ）他の設備の燃料として利用するか、あるいは（ｃ）再液化する、等の処理方法が考えられる。
このうち、（ｃ）の再液化方式は、（ａ）と比べて地球環境に対する負荷低減が可能であり、（ｂ）方式のように、他の燃料系統に混合して高圧圧送する方式と比べて消費電力が低減できる、等の利点がある。また、貯留しているＬＮＧの成分濃縮を抑制できるため、安定した成分比率のＬＮＧガスを燃料系統に供給できるという利点がある。

【0003】

現状の再液化システムは、圧縮機で昇圧した後、熱交換器などで液化し、その後ポンプ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。

【0004】

特許文献１には、ボイルオフガスをガス燃焼器で燃焼させてできた加圧排ガスを利用して動力を回収し、回収した動力で圧縮機及び膨張機を備えた冷凍機を稼働させ、ボイルオフガスを冷却し液化するシステムが開示されている。
特許文献２には、ＬＮＧタンクのボイルオフガスをＬＮＧ運搬船の推進用プロペラを駆動するエンジンの燃料として利用すると共に、余剰のボイルオフガスを圧縮機及び膨張機を備えた冷凍機で冷却し液化する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１６３４００号公報

【特許文献2】特開２０１６−１２８７３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１及び２に開示されているように、ＬＮＧや液化水素等の低温液化ガスのボイルオフガスを冷凍機で再液化する場合、極低温の冷却温度が要求されるため熱効率は低下する。そのため、冷凍機を稼働するための動力が増加するという問題がある。

【0007】

幾つかの実施形態は、ボイルオフガスの再液化に要する冷凍機の熱効率を高め、冷凍機の必要動力を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）少なくとも一実施形態に係るボイルオフガスの液化システムは、
低温液化ガスの貯留タンク内に発生したボイルオフガスの再液化システムであって、
励磁及び消磁が可能な磁界形成部、磁気作業物質の昇温によって蓄熱される温端部、及び前記磁気作業物質の降温によって蓄冷される冷却部を含み、前記ボイルオフガスを前記冷却部で液化する磁気冷凍機と、
前記温端部に冷媒を循環させて前記温端部の蓄熱を吸収する冷凍機と、
を備える。

【0009】

磁気冷凍機は、磁気モーメントのエントロピが外部磁場によって変化する磁気熱量効果を利用した冷凍機であり、磁性体である磁気作業物質に対する磁場印加で得られる発熱効果（冷媒ガス圧縮方式の冷凍機の気体圧縮過程に相当）と、消磁で得られる磁気作業物質の吸熱効果（冷媒ガス圧縮方式の冷凍機の気体膨脹過程に相当）と、これらの過程の間に存在する２つの等温過程との４過程で構成される。理想的にはカルノーサイクルに近く、高い熱効率が得られる。さらに、圧縮機を使用しないため信頼性も高く、かつコンパクト化が可能になる。
他方、磁気冷凍機は磁気作業物質がキュリー点近傍に限定され作動温度範囲が狭い。そこで、他の冷凍機を組み合わせて使用することで、高効率で広い稼働温度範囲を有る再液化システムを実現できる。

【0010】

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を膨張させる膨張機、及び前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と前記膨張機で膨張された前記冷媒とを熱交換する再生熱交換器と、を含んで逆ブレイトンサイクルを構成し、前記膨張機出口の前記冷媒で前記温端部の蓄熱を吸収する冷凍機である。
作動温度範囲が狭い磁気冷凍機に対して、逆ブレイトンサイクルを構成し、稼働温度範囲が比較的広く、室温から磁気冷凍機の稼働温度までの広い稼働温度範囲を有する冷凍機（以下「ブレイトン冷凍機」とも言う。）を組み合わせて使用することで、高効率で広い稼働温度範囲を有る再液化システムを実現できる。

【0011】

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記貯留タンクに設けられ前記低温液化ガスを導出するための導出路と、
前記導出路に設けられ前記低温液化ガスを加温するための加温器と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒と前記加温器で加温された前記低温液化ガスとを熱交換する熱交換器と、
を備える。
上記（３）の構成において、貯留タンクに貯留された低温液化ガスの一部を取り出し、気化させて需要先に供給する場合、上記導出路から取り出し、上記加温器及び上記熱交換器で加熱して気化させた後需要先に供給する。
このように、圧縮機から吐出した冷媒の保有熱を利用して低温液化ガスを気化させるので、低温液化ガスの気化に要する熱量を節減できる。

【0012】

（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記冷凍機の排熱を前記加温器の熱源とする。
上記（４）の構成によれば、需要先に供給する低温液化ガスの気化熱としてブレイトン冷凍機の排熱を利用することで、再液化システム全体の熱効率を向上できる。

【0013】

（５）一実施形態では、前記（３）又は（４）の構成において、
前記加温器出口の前記低温液化ガスの温度を検出する第１温度計と、
前記第１温度計の検出値に基づいて前記加温器の加熱量を制御する第１制御部と、
を備える。
上記（５）の構成によれば、加温器出口の低温液化ガスの温度を見ながら加温器の加熱量を制御するので、余分な加熱量を節減でき、システム全体の熱効率を向上できる。また、加温器出口の低温液化ガスの温度を制御することで、上記熱交換器に入る液化ガスの温度変動を抑制できるため、低温液化ガスの気化を確実に行うことができる。

【0014】

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記磁気冷凍機の前記温端部と熱交換した後の前記冷媒の温度を検出する第２温度計と、
前記第２温度計の検出値に基づいて前記冷凍機の作動を制御する第２制御部と、
を備える。
上記（６）の構成によれば、磁気冷凍機の排熱を吸収した冷媒の温度に基づいてブレイトン冷凍機の作動を制御し、ブレイトン冷凍機の冷却能力を制御するので、再液化システムを安定稼動できると共に、ブレイトン冷凍機の過剰な稼働を抑えることができ、ブレイトン冷凍機のＣＯＰを向上できる。

【0015】

（７）一実施形態では、前記（１）〜（６）の何れかの構成において、
前記貯留タンクから前記ボイルオフガスを取り出し前記貯留タンクに戻すガス循環路を備え、
前記磁気冷凍機の前記冷却部が前記ガス循環路に設けられる。
上記（７）の構成によれば、上記ガス循環路を設けることで、磁気冷凍機の冷却部はガス循環路の任意の場所に設けることができ、磁気冷凍機の配置の自由度を広げることができる。

【0016】

（８）一実施形態では、前記（７）の構成において、
前記冷凍機は、前記ガス循環路に設けられ、前記再生熱交換器に流入する前の前記冷媒を前記ボイルオフガスで予冷する予冷器を含む。
上記（８）の構成によれば、上記予冷器において、前記再生熱交換器に流入する前の前記冷媒ブレイトン冷凍機の圧縮機から吐出した冷媒をボイルオフガスで予冷することで、ブレイトン冷凍機の冷却能力を向上できる。

【0017】

（９）一実施形態では、前記（７）又は（８）の構成において、
前記磁気冷凍機の前記磁界形成部は磁気発生コイルを含み、
前記ガス循環路に設けられたガス流量計と、
前記ガス流量計の検出値に基づいて前記磁気発生コイルに流す電流量を制御する第３制御部と、
を備える。
上記（９）の構成において、ガス循環路を流れるボイルオフガスの流量を検出し、その検出値に基づいて上記磁気発生コイルに流れる電流量を制御することで、形成される磁界の強さを制御できる。これによって、磁気冷凍機の冷凍能力を制御できるので、ボイルオフガスの液化を確実に行うことができる。

【0018】

（１０）一実施形態では、前記（９）の構成において、
前記磁気発生コイルが超低温に保持された超電導コイルである。
上記（１０）の構成によれば、磁気発生コイルとして超電導コイルを用いることで、小型で高磁場を形成できる。これによって、磁気作業物質の発熱作用及び吸熱作用を増大できるので、磁気冷凍機の冷却能力を高めることができる。

【0019】

（１１）一実施形態では、前記（１）〜（６）の構成において、
前記磁気冷凍機が前記貯留タンクの気相部を形成する隔壁に設けられ、
前記冷却部を前記貯留タンクの前記気相部に配置し、前記気相部のボイルオフガスを液化させる凝縮器として作動させる。
上記（１１）の構成によれば、ボイルオフガスを貯留タンクの気相部に設けられた冷却部で液化するので、上記ガス循環路が不要になると共に、貯留タンクの周囲に磁気冷凍機用の設置スペースが不要となり、再液化設備のコンパクト化及び低コスト化が可能になる。

【0020】

（１２）一実施形態では、前記（１１）の構成において、
複数の前記貯留タンクの各々に前記磁気冷凍機が設けられ、
１個の前記冷凍機で冷却された前記冷媒で前記磁気冷凍機の各々の前記温端部の蓄熱を吸収するものである。
ブレイトン冷凍機は大容量化が容易であり、ブレイトン冷凍機を大容量とすることで、１台のブレイトン冷凍機と複数の磁気冷凍機との組み合わせが可能になる。これによって、１台のブレイトン冷凍機で複数の貯留タンクで発生するボイルオフガスの再液化が可能になる。
なお、冷凍機を構成する膨張機出口の冷媒で温端部の蓄熱を吸収するのが望ましい。

【発明の効果】

【0021】

幾つかの実施形態によれば、ボイルオフガスの再液化に用いられる冷凍機の熱効率を高め、再液化システムの必要動力を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】一実施形態に係る再液化システムの系統図である。

【図2】一実施形態に係る再液化システムの系統図である。

【図3】一実施形態に係る磁気冷凍機の概略構成図である。

【図4】一実施形態に係る磁気冷凍機のＴ−Ｓ線図である。

【図5】一実施形態に係るブレイトン冷凍機の熱サイクルを示す線図である。

【図6】一実施形態に係るブレイトン冷凍機の系統図である。

【図7】一実施形態に係る再液化システムの概略構成図である。

【図8】一実施形態に係る再液化システムの概略構成図である。

【図9】一実施形態に係る再液化システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0024】

幾つかの実施形態に係るボイルオフガスの液化システム１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、図１及び図２に示すように、低温液化ガスＬｇの貯留タンク１２の内部に発生したボイルオフガス（以下「ＢＯＧ」とも言う。）を再液化するものであり、磁気冷凍機１４と、冷凍機１６とを備える。

【0025】

磁気冷凍機１４は、励磁及び消磁が可能な磁界形成部１７を備える。磁界形成部１７は、例えば、電流を流すことで磁界を形成するコイル等で構成される。磁界形成部１７によって磁場が形成されると、磁場中に存在する磁気作業物質１８は発熱し、磁場が消えると吸熱作用を起こす。磁場印加で発生した磁気作業物質１８の熱Ｑ_Ｈは温端部２０に蓄熱される。また、磁気作業物質１８は消磁で冷却部２２から熱Ｑ_Ｌを吸熱する。
このように、温端部２０では磁気作業物質１８の昇温によって蓄熱され、冷却部２２では磁気作業物質１８の降温によって蓄冷される。
磁気冷凍機１４は、ＢＯＧを冷却部２２で冷却し液化する。
一実施形態では、磁気冷凍機１４は、図３に示すように、磁気作業物質１８と温端部２０及び冷却部２２との熱の移動は熱スイッチ２４及び２６で制御される。

【0026】

図４は、磁気冷凍機１４の理想的なＴ−Ｓ線図を示す。図中、ラインＢ１、Ｂ２等は夫々異なる磁束密度線を示す。図４に示すように、磁気冷凍機１４は、磁気作業物質１８へのＢ２からＢ１の磁場印加で得られる発熱効果（気体の圧縮過程に相当）と、Ｂ１からＢ２の消磁で得られる吸熱効果（気体の膨張過程）、及び磁場印加過程及び消磁過程の間で行われる２つの等温過程からなる４過程で構成される。

【0027】

冷凍機１６は温端部２０に冷媒を循環する冷媒循環路３０を備え、低温冷媒を温端部２０に循環させて温端部２０の熱を吸収する。

【0028】

磁気冷凍機１４は、理想的にはカルノーサイクルに近い高効率を得ることができる。さらに、圧縮機を使用しないため信頼性も高く、かつコンパクト化が可能である。
他方、磁気冷凍機１４は、磁気作業物質の作動温度がキュリー点近傍に限定され作動温度範囲が狭い。そのため、極低温を得るためには多段に組み合わせる必要がある。
しかし、一実施形態では、１台の磁気冷凍機１４と１台の冷凍機１６と組み合わせることで、磁気冷凍機を多段にすることなく極低温を得ることができる。

【0029】

一実施形態では、冷凍機１６は、図１及び図２に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）と、圧縮機３２で圧縮された冷媒を膨張させる膨張機３４と、圧縮機３２で圧縮された冷媒と膨張機３４で膨張された冷媒とを熱交換する再生熱交換器３６と、を含んで逆ブレイトンサイクルを構成する。これらサイクル構成機器は冷媒循環路３０に設けられる。冷媒循環路３０は膨張機３４の出口側で磁気冷凍機１４の温端部２０に導設され、膨張機３４で膨張され低温となった冷媒で温端部２０の熱を吸収する。冷媒循環路３０には、冷媒として例えばネオンが循環する。
ブレイトン冷凍機は、稼働温度範囲が比較的広く、室温から磁気冷凍機１４の稼働温度までの広い稼働温度範囲を有する。

【0030】

上記構成によれば、磁気冷凍機１４とブレイトン冷凍機と組み合わせることで、多段にすることなく極低温を得ることができる。
従って、１台の磁気冷凍機１４と１台のブレイトン冷凍機との組み合わせで、高効率で広い稼働温度範囲を有る再液化システムを実現できる。

【0031】

一実施形態では、図１及び図２に示すように、冷凍機１６において、圧縮機３２は３個の圧縮機３２ａ、３２ｂ及び３２ｃが冷媒循環路３０に直列に設けられ、各圧縮機の出口に熱交換器３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）が設けられる。各圧縮機で圧縮された冷媒は各熱交換器で冷却される。
複数の圧縮機を直列に配置することで、圧縮比を高め冷凍能力を増大できると共に、各圧縮機から吐出される冷媒を冷却することで、圧縮機の総動力を低減でき、ＣＯＰを向上できる。

【0032】

図５は、ブレイトン冷凍機によって構成される逆ブレイトンサイクルを示す。
図５において、過程ａでは、３段の圧縮機３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）により冷媒ガスを順次断熱圧縮する。過程ｂでは、過程ａで発生した圧縮熱を熱交換器３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）で外部へ放熱する。過程ａと過程ｂとは圧縮機３２の段数に応じて繰り返される。過程ｃでは膨張機３４により冷媒ガスを断熱膨張する。過程ｄでは、過程ｃで発生した冷熱によって熱交換器で外部を冷却する。図１及び図２に示す実施形態では、膨張機３４で冷却した冷媒ガスで温端部２０に蓄熱された熱を採熱する。

【0033】

なお、図５に図示された数字１〜６の状態量は、図１及び図２に図示された数字１〜６の部位における状態量を示す。
過程ａでは、圧縮工程を３段に分けることで各圧縮機を適正圧力比とし、各圧縮工程で発生した圧縮熱を各熱交換器３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）で外部へ放熱する。そのため、圧縮後の冷媒ガスが高圧とならないため、圧縮動力を低減できＣＯＰを向上できる。

【0034】

一実施形態では、冷凍機１６がブレイトン冷凍機のとき、図６に示すように、圧縮機３２及び膨張機３４をターボ型とし、ブレイトン冷凍機のＣＯＰを最大とするため、３段圧縮、１段膨張とし、１段目と２段目の圧縮機３２（３２ａ、３２ｂ）を１個の駆動軸で共有させ、該駆動軸を１個のモータ３９で駆動し、３段目の圧縮機３２（３２ｃ）と膨張機３４とを１個の駆動軸で共有させ、該駆動軸を１個のモータ３９で駆動する。
この実施形態において、膨張機３４で発生した動力は圧縮機３２（３２ｃ）を駆動する動力の一部に使用され、ブレイトン冷凍機のＣＯＰ向上に寄与する。

【0035】

一実施形態では、図１及び図２に示すように、貯留タンク１２に低温液化ガスを導出するための導出路４０が設けられ、導出路４０は熱交換器３８に導設される。導出路４０には熱交換器３８の上流側で低温液化ガスを加温するための加温器４２が設けられる。
導出路４０に流入した低温液化ガスは、まず加温器４２で加温された後、熱交換器３８で圧縮機３２から吐出された冷媒と熱交換される。
上記構成において、貯留タンク１２に貯留された低温液化ガスを導出路４０を介してガス利用先に供給する場合、加温器４２及び熱交換器３８で加熱して気化させる。
このように、圧縮機３２から吐出した冷媒の保有熱を利用して低温液化ガスを気化させるので、低温液化ガスの気化に要する熱量を節減でき、システム全体の熱効率を向上できる。

【0036】

一実施形態では、冷凍機１６の排熱を加温器４２の熱源とする。これによって、再液化システム全体の熱効率をさらに向上できる。

【0037】

一実施形態では、図２に示すように、加温器４２の出口で低温液化ガスの温度を検出する第１温度計４６を備える。制御部４４は、第１温度計４６の検出値に基づいて加温器４２の加熱量を制御する。
これによって、加温器出口の低温液化ガスの温度を見ながら加温器４２の加熱量を制御するので、余分な加熱量を節減でき、液化システム全体の熱効率を向上できる。また、熱交換器３８に入る低温液化ガスの温度変動を抑制できるので、低温液化ガスを確実に気化できる。

【0038】

一実施形態では、図２に示すように、温端部２０と熱交換し磁気冷凍機１４の排熱を吸収した冷凍機１６の冷媒の温度を検出する第２温度計４８を備える。制御部４４は、第２温度計４８の検出値に基づいて冷凍機１６、例えば、圧縮機３２及び膨張機３４の作動を制御する。
これによって、冷凍機１６を安定稼働できると共に、冷凍機１６の過剰な稼動を抑えることができ、冷凍機１６のＣＯＰを向上できる。
一実施形態では、圧縮機３２及び膨張機３４は遠心羽根を有するターボ型であり、第２温度計４８の検出値に基づいて圧縮機３２及び膨張機３４の回転数を制御する。

【0039】

一実施形態では、図１及び図２に示すように、貯留タンク１２からＢＯＧを取り出し貯留タンク１２に戻すガス循環路５０を備える。磁気冷凍機１４の冷却部２２がガス循環路５０に設けられる。ガス循環路５０を流れるＢＯＧは冷却部２２によって冷却され液化する。
上記構成によれば、ガス循環路５０の任意の場所に磁気冷凍機１４の冷却部２２を設けることができ、磁気冷凍機１４の配置の自由度を広げることができる。

【0040】

一実施形態では、冷凍機１６は、ガス循環路５０に設けられる予冷器５２を含む。予冷器５２では、圧縮機３２から吐出された冷媒をＢＯＧで予冷する。
上記構成によれば、圧縮機３２から吐出した冷媒をＢＯＧで予冷するので、冷凍機１６の冷却能力を向上でき、冷凍機１６のＣＯＰを向上できる。

【0041】

一実施形態では、磁気冷凍機１４の磁界形成部１７は磁気発生コイルを含む。また、図２に示すように、ガス循環路５０にＢＯＧ流量を検出するガス流量計５４を備える。制御部４４は、ガス流量計５４の検出値に基づいて磁気発生コイルに流す電流量を制御する。
上記構成によれば、ガス循環路５０を流れるＢＯＧの流量に基づいて磁気発生コイルに流れる電流量を制御することで、形成される磁界の強さを制御できる。これによって磁気冷凍機１４の冷凍能力を制御でき、ＢＯＧの液化を確実に行うことができると共に、磁気冷凍機１４を安定稼働できる。

【0042】

一実施形態では、磁界形成部１７は超低温に保持された超電導コイルを含む。
上記構成によれば、磁気発生コイルとして超電導コイルを用いることで、高磁場を形成でき、これによって、磁気作業物質１８の発熱作用及び吸熱作用を増大できるので、磁気冷凍機の冷却能力を高めることができる。

【0043】

一実施形態では、図７に示すように、磁気冷凍機１４は貯留タンク１２の気相部Ｇを形成する隔壁１２ａに設けられる。そして、冷却部２２を貯留タンク１２の気相部Ｇに配置し、気相部ＧのＢＯＧを液化させる凝縮器として作動させる。
上記構成によれば、気相部ＧのＢＯＧを冷却部２２で直接液化するので、熱交換効率を向上できるため、所要冷凍能力を低減できる。また、ガス循環路５０が不要になると共に、貯留タンク１２の周囲に磁気冷凍機１４の設置スペースが不要となり、再液化用設備のコンパクト化及び低コスト化が可能になる。

【0044】

一実施形態では、図８に示すように、冷凍機１６の排熱を加温器４２の熱源とする。これによって、再液化システム全体の熱効率をさらに向上できる。例えば、３段目圧縮機３２（３２ｃ）の出口冷媒の一部を加温器４２に供給する導出路５８を設け、３段目圧縮機３２（３２ｃ）の保有熱を加温器４２の熱源として使用する。

【0045】

一実施形態では、図９に示すように、複数の貯留タンク１２の各々に磁気冷凍機１４が設けられ、１個の冷凍機１６で冷却された冷媒、好ましくは、膨張機３４の出口冷媒で複数の磁気冷凍機１４の温端部２０の熱を吸収する。
冷凍機１６がブレイトン冷凍機であるとき大容量化が容易であり、冷凍機１６を大容量とすることで、１台の冷凍機１６と複数の磁気冷凍機１４との組み合わせが可能になる。これによって、１台の冷凍機１６で複数の貯留タンク１２で発生するＢＯＧの再液化が可能になる。

【0046】

ＬＮＧのボイルオフガスシステムとして磁気冷凍機とブレイトン冷凍機とを組み合わせた場合の消費増力を試算してみる。磁気作業物質１０ｋｇ、磁気エントロピ変化量Δｓ＝６．５４Ｊ／ｋｇ・Ｋとすると、１回のサイクルで移動することができる熱量の最大値は７．４ｋＪである。ＬＮＧタンクへの入熱量を１５３０ｋＪとすると、運転周波数は０．０６Ｈｚとなる。
即ち、ＬＮＧの液化点である１１３Ｋを維持するために磁気冷凍機の温端部から４４４Ｗの熱量を外部に放出する必要がある。この熱量をブレイトン冷凍機で吸収すると仮定する。ブレイトン冷凍機の運転温度を１１７Ｋとすると、ブレイトン冷凍機の消費電力は約１．６ｋＷになり、ＣＯＰは０．２８となる。このように、ＣＯＰを向上でき、動力費を削減できる。
比較例として試算した従来方式（圧縮機で昇圧した後、熱交換器などで液化し、その後ポンプ圧送する方式）のＣＯＰは０．１２に留まる。

【0047】

幾つかの実施形態に係る再液化システムを適用可能な貯留タンクから発生するＢＯＧは、ＬＮＧ以外に、例えば液化窒素、液化水素等が考えられる。水素はクリーンなエネルギとして、また発電の一次エネルギとして期待される。より低い液化温度を有する液化水素に従来の再液化方式を採用すれば、熱効率はさらに低下することが考えられるが、上記幾つかの実施形態に係る再液化システムを適用することで熱効率を向上できる。

【産業上の利用可能性】

【0048】

幾つかの実施形態によれば、ボイルオフガスの再液化に用いられる冷凍機の熱効率を高め、再液化システムの必要動力を低減できる。

【符号の説明】

【0049】

１０（１０Ａ、１０Ｂ） 再液化システム
１２ 貯留タンク
１２ａ 隔壁
１４ 磁気冷凍機
１６ 冷凍機
１７ 磁界形成部
１８ 磁気作業物質
２０ 温端部
２２ 冷却部
２４、２６ 熱スイッチ
３０ 冷媒循環路
３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ） 圧縮機
３４ 膨張機
３６ 再生熱交換器
３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ） 熱交換器
３９ モータ
４０、５８ 導出路
４２ 加温器
４４ 制御部
４６ 第１温度計
４８ 第２温度計
５０ ガス循環路
５２ 予冷器
５４ ガス流量計
Ｇ 気相部
Ｌｇ 低温液化ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】