(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022186666
(43)【公開日】2022-12-15
(54)【発明の名称】流体の状態を管理するための管理システム
(51)【国際特許分類】
F17C 13/00 20060101AFI20221208BHJP
F17C 9/04 20060101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
F17C13/00 302A
F17C9/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022090711
(22)【出願日】2022-06-03
(31)【優先権主張番号】2105884
(32)【優先日】2021-06-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(71)【出願人】
【識別番号】515220317
【氏名又は名称】ギャズトランスポルト エ テクニギャズ
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(74)【代理人】
【識別番号】100196047
【弁理士】
【氏名又は名称】柳本 陽征
(72)【発明者】
【氏名】パーベル、ボリシェビキ
(72)【発明者】
【氏名】ベルナール、アウン
【テーマコード（参考）】
3E172
【Ｆターム（参考）】
3E172AA03
3E172AA05
3E172AA06
3E172AB04
3E172AB05
3E172AB20
3E172BA06
3E172BB13
3E172BD02
3E172DA02
3E172EA02
3E172EA03
3E172HA04
3E172HA08
3E172HA13
3E172HA14
(57)【要約】 （修正有）
【課題】第1タンクと第2タンクとで異種類の液化ガスを貯蔵する場合において、全体で消費されるエネルギーを削減する。
【解決手段】管理システム１は、第１タンク２に収容される第１流体４の状態と第２タンク６に収容される、第１流体４より沸点が高い第２流体８の状態を管理しており、管理システム１は気体状態で第１タンク２から取り込まれた第１流体４が流れる第１配管１２と、液体状態、および／または二相状態の第１流体４が流れる第２配管１６を含み、第２配管１６から第１配管１２まで延び第１流体４が流れるように意図された冷却管１８を含み、第２流体８が流れる管理配管２０を含み、管理システム１は管理配管２０を流れる第２流体８を冷却する少なくとも１つの冷却ユニット２４を含み、冷却ユニット２４により生成される冷気は冷却管１８を流れる第１流体４の蒸発により生じることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】管理システム１は、第１タンク２に収容される第１流体４の状態と第２タンク６に収容される、第１流体４より沸点が高い第２流体８の状態を管理しており、管理システム１は気体状態で第１タンク２から取り込まれた第１流体４が流れる第１配管１２と、液体状態、および／または二相状態の第１流体４が流れる第２配管１６を含み、第２配管１６から第１配管１２まで延び第１流体４が流れるように意図された冷却管１８を含み、第２流体８が流れる管理配管２０を含み、管理システム１は管理配管２０を流れる第２流体８を冷却する少なくとも１つの冷却ユニット２４を含み、冷却ユニット２４により生成される冷気は冷却管１８を流れる第１流体４の蒸発により生じることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１タンク（２）に収容される第１流体（４）の状態と第２タンク（６）に収容される第２流体（８）の状態を管理するための管理システム（１）であって、前記第１流体（４）は同じ圧力で前記第２流体（８）の沸点より低い沸点を有し、前記管理システム（１）は気体状態で前記第１タンク（２）から取り込まれた前記第１流体（４）が流れるように意図された第１配管（１２）であって前記第１タンク（２）へ開口するよう構成されているガス注入口（２６）から前記第１流体（４）を凝縮するよう構成されている熱交換要素（３８、４０、４２）まで延びる第１配管（１２）を少なくとも含み、前記第１配管（１２）は第１圧縮要素（１４ａ）と第２圧縮要素（１４ｂ）とを少なくとも含み、前記管理システム（１）は液体状態、および／または二相状態の前記第１流体（４）が流れるように意図された第２配管（１６）であって前記熱交換要素（３８、４０、４２）から前記第１タンク（２）へ開口するよう構成されている第２ポート（６５）まで延びる第２配管（１６）を含み、前記管理システム（１）は前記第２配管（１６）から前記第１配管（１２）まで延び前記第１流体（４）が流れるように意図された少なくとも１つの冷却管（１８）であって前記第１圧縮要素（１４ａ）と前記第２圧縮要素（１４ｂ）の間で前記第１配管（１２）に接続される冷却管（１８）を含み、前記管理システム（１）は前記第２流体（８）が流れるように意図された、前記第２流体（８）の状態を管理するための少なくとも１つの管理配管（２０）を含み、前記管理システム（１）は前記管理配管（２０）を流れる前記第２流体（８）を冷却する少なくとも１つの冷却ユニット（２４）を含み、冷気は前記冷却ユニット（２４）により生成されて前記冷却管（１８）を流れる前記第１流体（４）の蒸発により生じることを特徴とする、管理システム（１）。
【請求項2】
前記冷却ユニット（２４）は、熱交換器（８４）と、前記第２配管（１６）と前記熱交換器（８４）の間の前記冷却管（１８）に取り付けられた膨張要素（８６）とを少なくとも含み、前記熱交換器（８４）は、前記冷却管（１８）を流れる前記第１流体（４）と前記管理配管（２０）を流れる前記第２流体（８）の間で熱を交換するよう構成される、請求項１に記載の管理システム（１）。
【請求項3】
前記熱交換器（８４）は、前記冷却管（１８）を構成する第１通路（８８）と、前記管理配管（２０）を構成する第２通路（９０）とを少なくとも含み、前記膨張要素（８６）は前記第２配管（１６）と前記第１通路（８８）の間に配置される、請求項２に記載の管理システム（１）。
【請求項4】
前記冷却ユニット（２４）の上流の前記管理配管（２０）上に配置される少なくとも１つのポンプ要素（７８）を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項5】
前記第２配管（１６）と前記第１配管（１２）の間に延びる少なくとも１つのパイプ（４８）を含み、前記パイプ（４８）は前記第１圧縮要素（１４ａ）と前記第２圧縮要素（１４ｂ）の間で前記第１配管（１２）に接続され、前記管理システム（１）は、前記第２配管（１６）を流れる前記第１流体（４）を冷却する少なくとも１つの冷却装置（５０）を含み、前記冷却装置（５０）により生成される冷気は前記パイプ（４８）を流れる前記第１流体（４）の蒸発により生じる、請求項１～４のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項6】
前記冷却装置（５０）は熱交換器（５４）および膨張装置（５６）を少なくとも含み、前記熱交換器（５４）は前記第２配管（１６）を構成する第１通路（５８）と前記パイプ（４８）を構成する第２通路（６０）とを含み、前記膨張装置（５６）は前記第２配管（１６）と前記第２通路（６０）の間の前記パイプ（４８）上に配置され、前記熱交換器（５４）は前記第２配管（１６）を流れる前記第１流体（４）と前記パイプ（４８）を流れる前記第１流体（４）の間で熱を交換するよう構成される、請求項５に記載の管理システム（１）。
【請求項7】
前記第１流体（４）と冷却液の間の熱交換のための第１熱交換要素（３８、４０、４２）と、前記第１流体（４）と前記冷却液の間の熱交換のための第２熱交換要素（３８、４０、４２）を少なくとも含み、前記第１熱交換要素（３８、４０、４２）は前記第１圧縮要素（１４ａ）と前記第２圧縮要素（１４ｂ）の間に取り付けられ、前記パイプ（４８）は前記第１熱交換要素（４０）と前記第２圧縮要素（１４ｂ）の間で前記第１配管（１２）に接続される、請求項５または６に記載の管理システム（１）。
【請求項8】
前記冷却管（１８）は、前記第１配管（１２）と前記冷却装置（５０）の間で前記パイプ（４８）に接続される、請求項５～７のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項9】
前記第１タンク（２）内に配置される前記第２ポート（６５）と前記冷却装置（５０）の間に取り付けられた、前記第２配管（１６）と前記冷却管（１８）との間の分岐（１１６）を含む、請求項５～８のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項10】
前記第２圧縮要素（１４ｂ）と前記冷却装置（５０）の間に取り付けられた、前記第２配管（１６）と前記冷却管（１８）との間の分岐（１１６）を含む、請求項５～８のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項11】
前記管理システム（１）は、前記第２圧縮要素（１４ｂ）と前記パイプ（４８）及び前記第２配管（１６）の間の交差部（５２）との間で前記第２配管（１６）に取り付けられた、前記第１流体（４）用の少なくとも１つの相分離装置（４４）を含み、前記管理システム（１）は、前記相分離装置（４４）と前記第２配管（１６）の間に延びるガス管（４６）を含み、前記ガス管（４６）は前記冷却装置（５０）と前記パイプ（４８）及び前記第２配管（１６）の間の前記交差部（５２）との間で前記第２配管（１６）に接続され、液体状態の前記第１流体（４）は前記相分離装置（４４）から前記第２配管（１６）を通って前記パイプ（４８）及び前記第２配管（１６）の間の前記交差部（５２）へ流れることができて、気体状態の前記第１流体（４）は前記相分離装置（４４）から前記ガス管（４６）を通って前記第２配管（１６）へ流れることができる、請求項５～１０のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項12】
前記管理システム（１）は、前記冷却装置（５０）の下流の前記第２配管（１６）に取り付けられた、前記第１流体（４）用の分離装置（６２）を含み、前記管理システム（１）は、前記分離装置（６２）と前記第１配管（１２）の間に延びて気体状態の前記第１流体（４）が通って流れる返送管（６４）を含む、請求項５～１１のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項13】
前記管理システム（１）は、前記第１配管（１２）と前記第２配管（１６）の間に延びる第１パイプ（９２）と、前記第１配管（１２）と前記第２配管（１６）の間に延びる第２パイプ（９４）とを含み、前記管理システム（１）は前記第１配管（１２）に取り付けられた第３圧縮要素（１４ｃ）を含み、前記第２圧縮要素（１４ｂ）は前記第１圧縮要素（１４ａ）と前記第３圧縮要素（１４ｃ）の横に配置され、前記第１パイプ（９２）は前記第２圧縮要素（１４ｂ）と前記第３圧縮要素（１４ｃ）の間で前記第１配管（１２）へ開口し、前記第２パイプ（９４）は前記第１圧縮要素（１４ａ）と前記第２圧縮要素（１４ｂ）の間で前記第１配管（１２）へ開口し、前記管理システム（１）は前記第２配管（１６）を流れる前記第１流体（４）を冷却するための第１冷却装置（９６）と、前記第２配管（１６）を流れる前記第１流体（４）を冷却するための第２冷却装置（１０６）とを含み、前記第１冷却装置（９６）により生成される冷気は前記第１パイプ（９２）を流れる前記第１流体（４）の蒸発により生じ、前記第２冷却装置（１０６）により生成される冷気は前記第２パイプ（９４）を流れる前記第１流体（４）の蒸発により生じ、前記第１冷却装置（９６）は前記第２冷却装置（１０６）の上流の前記第２配管（１６）に取り付けられる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の管理システム（１）。
【請求項14】
前記冷却管（１８）は、前記第１冷却装置（９６）と前記第２冷却装置（１０６）の間で前記第２配管（１６）に接続される、請求項１３に記載の管理システム（１）。
【請求項15】
前記冷却管（１８）は、前記第２冷却装置（１０６）の下流の前記第２パイプ（９４）に接続される、請求項１３または１４に記載の管理システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液化天然ガス、および／または液化石油ガスを使用、貯蔵、および／または輸送する船舶の分野に関連し、より詳細には、そのような船舶で輸送される液化天然ガス、および／または液化石油ガスの状態を管理するためのシステムの分野に属する。
【背景技術】
【0002】
そのような船舶は、慣例的に液体状態の天然ガス、および／または液体状態の石油ガスを収容するタンクを含む。そのような船舶は、例えば、液状の天然ガスを貯蔵するための第１タンクと、液状の石油ガスを貯蔵するための第２タンクを含むことがある。一方で、そのような船舶は、第１タンクに収容される第１石油ガスと、第２タンクに収容される第２石油ガスを輸送することがあり、第１石油ガスは例えばその組成が第２石油ガスとは異なる。つまり、そのような船舶は、液化天然ガスまたは液化石油ガスでありうる第１流体と、第１流体とは異なり、かつ液化天然ガスまたは液化石油ガスでありうる第２流体を輸送することがある。
【0003】
天然ガスは、例えば大気圧で－１６０℃より下の温度では液体である。こうしたタンクは決して完全には熱的に絶縁されておらず、これは、天然ガスの少なくとも一部はタンク内で蒸発することを意味する。それゆえ、こうしたタンクは液状の天然ガスとガス状の天然ガスの両方を収容しており、ガス状の天然ガスは「ＢＯＧ」または「ボイルオフガス」とも呼ばれて、タンクの最上部に蓄積する。このタンクの最上部における圧力は、タンクを損傷させないように制御する必要がある。
【0004】
石油ガスは、大気圧ではその組成に応じて概して０℃～５０℃の沸点を有する。また、石油ガスは、タンクに貯蔵された場合に少なくとも部分的に蒸発する傾向があり、蒸発した石油ガスにより生じたタンクの最上部における圧力も、タンクを損傷させないように制御されなければならない。
【0005】
一般的に、そのような船舶は、このような流体のそれぞれがタンクの最上部で蒸発するのを制限するために、第１流体および第２流体の状態を管理するための複数のシステムを備える。それゆえ、例えば、こうした管理システムは、一方では第１流体を液化するよう構成され、他方では第１流体の再液化とは関係なしに第２流体を液化するよう構成される。
【0006】
しかし、管理システムのそれぞれは概して、蒸発した第１流体、および／または蒸発した第２流体を圧縮する複数の圧縮要素を含み、これら複数の圧縮要素は前記ガスの圧力を上昇させることができる。こうした圧縮要素は概して大きく、管理システムは船舶上でかなりの量の表面積、および／または体積を占める。
【0007】
さらに、冗長性の理由で、追加の熱調節回路を追加するのが通例であり、この熱調節回路が船舶上で管理システムが占める表面積、および／または体積をさらに増やす。この追加の熱調節回路を追加することで、さらに、管理システムの残りの部分を設置および使用するのにすでに必要なコストに加えて、更なるコストが必要となる。
【発明の概要】
【0008】
本発明は、このような管理システムが占める体積とこのような管理システムにより消費されるエネルギーを少なくするために、こうした圧縮要素が占める空間を減らすことを目標としており、この目的に向けて、本発明は、蒸発した第１流体の状態を管理するためのシステムを提案し、これにより液体状態の第２流体を冷却することも可能となり、その結果、第２流体の状態を管理するのに用いられる技術的資源、およびそのような状態管理システムを設置することの財務的影響を低減させることができる。
【0009】
本発明は、主に第１タンクに収容される第１流体の状態と第２タンクに収容される第２流体の状態を管理するための管理システムに関連し、第１流体は同じ圧力で第２流体の沸点より低い沸点を有し、管理システムは気体状態で第１タンクから取り込まれた第１流体が流れるように意図された第１配管であって第１タンクへ開口するよう構成されているガス注入口から第１流体を凝縮するよう構成されている熱交換要素まで延びる第１配管を少なくとも含み、第１配管は第１圧縮要素と第２圧縮要素とを少なくとも含み、管理システムは液体状態、および／または二相状態の第１流体が流れるように意図された第２配管であって熱交換要素から第１タンクへ開口するよう構成されている第２ポートまで延びる第２配管を含み、管理システムは第２配管から第１配管まで延びる、第１流体が流れるように意図された少なくとも１つの冷却管であって第１圧縮要素と第２圧縮要素の間で第１配管に接続される冷却管を含み、管理システムは第２流体が流れるように意図された、第２流体の状態を管理するための少なくとも１つの管理配管を含み、管理システムは管理配管を流れる第２流体を冷却する少なくとも１つの冷却ユニットを含み、冷却ユニットにより生成される冷気は冷却管を流れる第１流体の蒸発（ボイルオフ）により生じることを特徴とする。
【0010】
任意選択の一構成によれば、管理システムは第１流体および第２流体を含み、具体的には、これらの流体は管理システムを通って流れる。
【0011】
管理システムは、それぞれ第１タンクおよび第２タンクに収容される第１流体と第２流体の状態、つまり、第１流体または第２流体の少なくとも圧力、および／または温度を制御する。管理配管を流れる第２流体は冷却ユニットにより冷却され、冷却ユニットの下流の管理配管を流れる第２流体の温度は冷却ユニットの下流の冷却管を流れる第１流体の温度よりも低い。これには、第２タンクに収容される第２流体の温度を下げる効果があり、その結果、第２タンク内に存在する第２流体の蒸発が制限される。さらに、第２タンクを流れる蒸発した第２流体も冷却されて、冷却ユニットの下流の管理配管を流れる冷却された第２流体に接触することで、および／またはタンク内に噴霧された第２流体に接触することで、凝縮しうる。
【0012】
管理配管を流れる第２流体の温度を下げるために用いられる冷気は、冷却管を流れる第１流体の一部の蒸発によりもたらされる。より詳細には、この第１流体の一部は膨張させられる、つまり、この第１流体の一部の圧力は下げられて、その結果、この第１流体により第２流体の温度が下げられる。
【0013】
第１流体および第２流体は例えば石油ガスであり、第１流体は例えば９２％のプロパンと８％のブタンから成り、大気圧で－４７℃の沸点を有する混合物であり、第２流体は例えば１００％のブタンから成り、大気圧で０℃の沸点を有する。
【0014】
本発明の別の実施形態によれば、第１流体は例えばメタンなどの天然ガスで約－１６０℃の沸点を有する、つまり、第１流体は、大気圧で－１６０℃より下の温度である場合には液状である。
【0015】
本発明の別の実施形態によれば、第１流体は例えば１００％のエタンから成り、－８９℃の蒸発温度を有し、第２流体は９２％のプロパンと８％のブタンの混合物を含む液化石油ガスから成り、－４７℃の蒸発温度を有する。
【0016】
本発明の別の実施形態によれば、第１流体は例えば１００％のエタンから成り、－８９℃の蒸発温度を有し、第２流体は－３３℃の蒸発温度を有する１００％のアンモニアから成る。
【0017】
本発明の別の実施形態によれば、第１流体は例えば１００％のプロパンから成り、－４２℃の蒸発温度を有し、第２流体８は－３３℃の蒸発温度を有する１００％のアンモニアから成る。
【0018】
上記の温度は大気圧で測定される。
【0019】
さらに、第１配管内での第１流体の凝結は、第１流体と熱交換要素内の冷却液の間の熱エネルギーの交換により起こる。
【0020】
本発明の任意選択の特徴によれば、冷却ユニットは、熱交換器と、第２配管と熱交換器の間の冷却管に取り付けられた膨張要素とを少なくとも含み、熱交換器は冷却管を流れる第１流体と管理配管を流れる第２流体の間で熱を交換するよう構成される。
【0021】
より詳細には、冷却管を流れる第１流体は、熱交換器内を流れる前に膨張要素により膨張させられる。管理配管を流れる第２流体は、熱交換器を通過する際に、冷却管を流れてやはり熱交換器を通過する膨張した第１流体へ熱エネルギーを渡す。
【0022】
換言すれば、冷却管を流れて熱交換器を通過する第１流体は、管理配管を流れる第２流体から熱エネルギーを獲得することにより、熱交換器内で温められて蒸発する。そして、温められ蒸発した第１流体は、第１配管に取り付けられた複数の圧縮要素のうちの一つにより吸入される。
【0023】
さらに、管理配管を流れる第２流体の温度が低下するのは熱交換器の内部であり、具体的には管理配管を流れる第２流体から冷却管を流れる第１流体への熱エネルギーの伝送により、冷却管を流れる第１流体の温度に近づく。管理配管を流れる第２流体の温度は、熱交換器内で行われる熱エネルギーの交換の間に低下することに留意されたい。
【0024】
本発明の任意選択の特徴によれば、熱交換器は、冷却管を構成する第１通路と、管理配管を構成する第２通路とを少なくとも含み、膨張要素が第２配管と第１通路の間に配置される。
【0025】
この構成では、冷却管を流れる第１流体の圧力は、第１流体が熱交換器の第１通路を流れる前に膨張要素により下げられることに留意されたい。
【0026】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは、冷却ユニットの上流の管理配管上に配置される少なくとも１つのポンプ要素を含む。ポンプ要素は、第２流体に管理配管を通って循環させるよう構成される。
【0027】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは第２配管と第１配管の間に延びる少なくとも１つのパイプを含み、このパイプは第１圧縮要素と第２圧縮要素の間で第１配管に接続され、管理システムは第２配管を流れる第１流体を冷却する少なくとも１つの冷却装置を含み、冷却装置により生成される冷気はパイプを流れる第１流体の蒸発により生じる。
【0028】
第２配管を流れる第１流体の温度を下げるために用いられる冷気は、パイプを流れる第１流体の一部の蒸発によりもたらされる。より詳細には、この第１流体の一部は膨張させられる、つまり、この第１流体の一部の圧力は下げられて、その結果、この第１流体により第２配管を流れる第１流体の温度が下げられる。
【0029】
本発明の任意選択の特徴によれば、冷却装置は熱交換器および膨張装置を少なくとも含み、熱交換器は第２配管を構成する第１通路とパイプを構成する第２通路とを含み、膨張装置は第２配管と第２通路の間のパイプ上に配置され、熱交換器は第２配管を流れる第１流体とパイプを流れる第１流体の間で熱を交換するよう構成される。
【0030】
より詳細には、パイプを流れる第１流体は、熱交換器内を流れる前に膨張装置により膨張させられる。第２配管を流れる第１流体は、熱交換器を通過する際に、パイプを流れる膨張した第１流体が熱交換器を通過する際にこの第１流体へ熱エネルギーを渡す。
【0031】
換言すれば、パイプを流れて熱交換器を通過する第１流体は、第２配管を流れる第１流体から熱エネルギーを獲得することにより、熱交換器内で温められて蒸発する。そして、温められ蒸発した第１流体は、第１配管に取り付けられた複数の圧縮要素のうちの一つにより吸入される。
【0032】
さらに、第２配管を流れる第１流体の温度が低下するのは熱交換器の内部であり、具体的には第２配管を流れる第１流体からパイプを流れる第１流体への熱エネルギーの伝送により、パイプを流れる第１流体の温度に近づく。
【0033】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは第１流体と冷却液の間の熱交換のための第１熱交換要素と、第１流体と冷却液の間の熱交換のための第２熱交換要素を少なくとも含み、第１熱交換要素は第１圧縮要素と第２圧縮要素の間に取り付けられ、パイプは第１熱交換要素と第２圧縮要素の間で第１配管に接続される。パイプを流れる気体状態の第１流体は、第１熱交換要素と第２圧縮要素の間にある位置で第１配管を流れる気体状態の第１流体と混合される。
【0034】
本発明の任意選択の特徴によれば、冷却管は第１配管と冷却装置の間でパイプに接続される。冷却管を流れる気体状態の第１流体は、冷却装置を通過した後にパイプを流れる気体状態の第１流体と混合されることに留意されたい。
【0035】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは、第１タンク内に配置される第２ポートと冷却装置の間に取り付けられた、冷却管と第２配管の分岐を含む。
【0036】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは第２配管を流れる第１流体を冷却するための第１冷却装置と、第２配管を流れる第１流体を冷却するための第２冷却装置とを含み、管理システムは第２冷却装置の下流に取り付けられた、第２配管と冷却管の分岐を含む。
【0037】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは、第２圧縮要素と冷却装置の間に取り付けられた、冷却管と第２配管の分岐を含む。
【0038】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは第２配管を流れる第１流体を冷却するための第１冷却装置と第２配管を流れる第１流体を冷却するための第２冷却装置とを含み、管理システムは第１冷却装置の上流に取り付けられた、冷却管と第２配管の分岐を含む。
【0039】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムはパイプと第２配管の交差部と第２圧縮要素との間で第２配管に取り付けられた第１流体用の少なくとも１つの相分離装置を含み、管理システムはこの相分離装置と第２配管の間に延びるガス管を含み、このガス管はパイプと第２配管の交差部と冷却装置との間で第２配管に接続され、液体状態の第１流体は相分離装置から第２配管を通ってパイプと第２配管の交差部へ流れることができて、気体状態の第１流体は相分離装置からガス管を通って第２配管へ流れることができる。
【0040】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは冷却装置の下流の第２配管に取り付けられた第１流体用の相分離装置を含み、管理システムはこの相分離装置と第１配管の間に延びて気体状態の第１流体が通って流れる返送管を含む。
【0041】
本発明の任意選択の特徴によれば、管理システムは第１配管と第２配管の間に延びる第１パイプと第１配管と第２配管の間に延びる第２パイプとを含み、管理システムは第１配管に取り付けられた第３圧縮要素を含み、第２圧縮要素は第１圧縮要素と第３圧縮要素の間に取り付けられ、第１パイプは第２圧縮要素と第３圧縮要素の間で第１配管へ開口し、第２パイプは第１圧縮要素と第２圧縮要素の間で第１配管へ開口し、管理システムは第２配管を流れる第１流体を冷却するための第１冷却装置と第２配管を流れる第１流体を冷却するための第２冷却装置とを含み、第１冷却装置により生成される冷気は第１パイプを流れる第１流体の蒸発により生じ、第２冷却装置により生成される冷気は第２パイプを流れる第１流体の蒸発により生じ、第１冷却装置は第２冷却装置の上流の第２配管に取り付けられる。この場合、第２配管を第１タンクまで流れる第１流体は、１回目は第１冷却装置内で、２回目は第２冷却装置内で冷却されることに留意されたい。
【0042】
本発明の任意選択の特徴によれば、冷却管は第１冷却装置と第２冷却装置の間で第２配管に接続される。
【0043】
本発明の任意選択の特徴によれば、冷却管は第２冷却装置の下流の第２パイプに接続される。
【0044】
代替案によれば、冷却管は第１冷却装置の上流の第２パイプに接続される。
【図面の簡単な説明】
【0045】
本発明の更なる特徴、詳細、および利点は、一方では以下の説明を読むことで、他方では添付の図面を参照しながら非限定的な実例として提供されるいくつかの実施形態を読むことでより明確となるであろう。図面において、
【0046】
【図1】本発明に係る管理システムの第１実施形態を模式的に表す。
【図2】本発明に係る管理システムの第２実施形態を模式的に表す。
【図3】本発明に係る管理システムの第３実施形態を模式的に表す。
【図4】本発明に係る管理システムの第４実施形態を模式的に表す。
【図5】本発明に係る管理システムの第５実施形態を模式的に表す。
【発明を実施するための形態】
【0047】
本発明の特徴、変形、および異なる実施形態は、矛盾する、または相互排他的でない限り、様々な組み合わせで互いに関連しうる。具体的には、記載された他の特徴とは別に、以下に記載される複数の特徴から選択した一つのみを含む本発明の変形を、この選択された特徴が技術的利点を提供する、および／または本発明を先行技術と差別化するのに充分であれば、想定することもできる。
【0048】
さらに、以下で説明において用いられる「上流」、および「下流」という用語は、以下で詳細に記載される実施形態のいずれかに係る管理システム内での第１流体、および／または第２流体の循環の方向を指す。
【0049】
図１は、少なくとも第１流体４および第２流体８の状態を管理するための管理システム１と、第１流体４を収容する第１タンク２と、第２流体８を収容する第２タンク６を示す。第１タンク２、第２タンク６、および／または管理システム１は、例えば第１流体４および第２流体８を輸送する船舶に設置することができる。
【0050】
第１流体４は第２流体８の沸点より低い沸点を有し、これら２つの温度は同じ圧力で測定される。第１流体４は例えばメタンなどの天然ガスで約－１６０℃の沸点を有する、つまり、第１流体４は大気圧で－１６０℃より下の温度である場合には液状である。第２流体８は例えばプロパン、ブタン、またはプロパンとブタンの混合物などの石油ガスであり、大気圧で０℃～－５１℃の沸点を有する。ただし、第１流体４は第１流体４が第２流体８の沸点より低い沸点を有する限りはプロパン、ブタン、またはプロパンとブタンの混合物などの石油ガスとすることもできる。
【0051】
本明細書で示される例によれば、第１流体４および第２流体８は石油ガスであり、第１流体４は例えば約９２％のプロパンと約８％のブタンから成り、大気圧で－４７℃の沸点を有する混合物であり、第２流体８は例えば約１００％のブタンから成り、大気圧で０℃の沸点を有する。
【0052】
本発明の第１の代替例によれば、第１流体４はエタンであって－８９℃の沸点を有し、第２流体８はプロパンとブタンの混合物を含む液化石油ガスであって－４７℃の沸点を有する。
【0053】
本発明の第２の代替例によれば、第１流体４はエタンであって－８９℃の蒸発温度を有し、第２流体８はアンモニアであって－３３℃の沸点を有する。
【0054】
本発明の第３の代替例によれば、第１流体４はプロパンであって－４２℃の沸点を有し、第２流体８はアンモニアであって－３３℃の沸点を有する。
【0055】
第１タンク２および第２タンク６は、第１流体４および第２流体８を、大気圧でのそれぞれの沸点以下の温度で液状で貯蔵するよう設計されている。この目的に向けて、タンク２および６はそれぞれ、少なくとも、これら流体のどちらか一方と接触する封止膜と、封止膜を取り囲んでこれら流体のどちらか一方をその沸点より下の温度に保つのを助ける断熱バリアから構成される。有利には、タンク２、６のそれぞれは、これら流体のどちらか一方と接触する一次封止膜と一次封止膜を取り囲む一次断熱バリアとから構成されている一次層と、一次層を取り囲み、一次断熱バリアと接触する二次封止膜と二次封止膜を取り囲む二次断熱バリアとから構成されている二次層を有する。
【0056】
本発明の代替案によれば、第２タンク６は一次層のみを含み、一次断熱バリアは第２タンク６の外部環境と直接接触する。この代替案では第２タンク６は二次層を持たず、断熱は一次層の一次断熱バリアのみによって提供されることに留意されたい。
【0057】
第１流体４は、大気圧下では主に液状で第１タンク２に貯蔵される。ただし、第１流体４の一部は蒸発して第１タンク２の最上部１０において覆いを形成し、したがって、最上部１０において第１流体４はガス状で存在する。
【0058】
同様に、第２流体８は大気圧下では主に液状で第２タンク６に貯蔵される。ただし、第２流体８の一部は蒸発して第２タンク６の最上部１１において覆いを形成し、したがって、最上部１１において第２流体８はガス状で存在する。
【0059】
管理システム１は、一方では第１タンク２の最上部１０に存在するガス状の第１流体４の少なくとも一部を再液化するよう構成され、他方では第１流体４を燃料として用いる消費機械に第１流体４を供給するよう構成される。この目的に向けて、管理システム１は、一方では第１流体４が第１タンク２から複数の圧縮要素１４へ流れる際に通る第１配管１２と、第１流体４が液体状態、および／または二相状態でその中を第１配管１２から第１タンク２まで流れる第２配管１６とを少なくとも含み、他方では第２配管１６と消費機械の間に延びるパイプライン４５を含む。さらに、管理システム１は、第１流体４が第２配管１６から第１配管１２へ流れる際に通る冷却管１８を含む。
【0060】
管理システム１は第２流体の状態を管理するための少なくとも１つの管理配管２０をさらに含み、この管理配管２０を通って、第２流体８の少なくとも一部は第２タンク６から第２タンク６の第２流体８用の液体排出口２２へ流れる。具体的には、液体排出口２２は、具体的には第２タンク６の最上部１１に存在する第２流体８を冷却するために、冷却された第２流体８を第２タンク６に噴霧することを可能とする。第２タンク６の最上部１１に存在する第２流体８の温度を下げることで、第２タンク６の前記最上部１１に存在する蒸発した第２流体８により加えられる圧力を下げることができる。本明細書で図１に示される実施形態によれば、液体排出口２２は、最上部１１に噴霧された第２流体８の分配を促進するスプレー棒の形を取っている。
【0061】
本発明によれば、管理システム１は管理配管２０を流れる液体状態の第２流体８を冷却する冷却ユニット２４を含み、冷却ユニット２４により生成される冷気は冷却管１８を流れる第１流体４の蒸発の結果である。ここで、第１流体４が冷却管１８および冷却ユニット２４を通って流れて管理配管２０を流れる第２流体８を冷却する場合、第１流体４は充分に低い温度であることに留意されたい。この場合、第２流体８は熱エネルギーを第１流体４へ渡す。
【0062】
第１配管１２は第１タンク２の内部から延びて、より詳細には、第１タンク２の最上部１０にある、気相の第１流体４が存在する第１タンク２の最上部１０へ開口するガス注入口２６を含む。したがって、第１タンク２の最上部１０に存在する気体状態の第１流体４は、第１配管１２のガス注入口２６と直接接触し、その結果、気体状態の第１流体４を複数の圧縮要素１４により吸入することができる。
【0063】
気体状態の第１流体４は、複数の圧縮要素１４により生じた吸引の影響下で第１タンク２の最上部１０から第１配管１２を通って複数の圧縮要素１４へと移動する。より詳細には、複数の圧縮要素１４は、気体状態の第１流体４が消費機械へ送られる前に気体状態の第１流体４の圧力を上昇させるよう構成される。
【0064】
図１に示されるように、複数の圧縮要素１４は第１圧縮要素１４ａ、第２圧縮要素１４ｂ、および第３圧縮要素１４ｃを含み、第１配管１２上に、前記第１配管内での第１流体４の循環の方向にこの順番で配置されている。複数の圧縮要素１４は、ガス注入口２６と第１圧縮要素１４ａの間に延びる第１配管１２の第１部分２８と、第１圧縮要素１４ａと第２圧縮要素１４ｂの間に延びる第１配管１２の第２部分３０と、第２圧縮要素１４ｂと第３圧縮要素１４ｃの間に延びる第１配管１２の第３部分３２と、第３圧縮要素１４ｃと第２配管１６の間に延びる第１配管１２の第４部分３４を規定するのに役立つ。
【0065】
気体状態の第１流体４の圧力は、複数の圧縮要素１４を通って第１配管１２を流れるにつれて上昇し、第１流体４は第１部分２８では大気圧であり、第４部分３４では約２４バールの圧力に達する。
【0066】
図１に示されるように、冷却液循環システム３６は、循環システム３６を流れる冷却液と第１配管１２を流れる気体状態の第１流体４の間の熱交換のために少なくとも１つの熱交換要素３８を含む。この熱交換要素３８は第１配管１２を第２配管１６から分離する。より詳細には、熱交換要素３８は第１配管１２の第４部分３４の下流に配置される。
【0067】
熱交換要素３８は、冷却液と第１流体４の間で熱エネルギーを交換する。冷却液は熱伝導流体、および／またはグリコールを含む水とすることができて、循環システム３６は、例えば船舶に設置することができて、船舶が航行している水域に直接接続される。
【0068】
有利には、循環システム３６は、第１配管１２の第２部分３０に取り付けられる第１熱交換要素４０と、第１配管１２の第３部分３２に取り付けられる第２熱交換要素４２と、第１配管１２の第４部分３４に取り付けられる第３熱交換要素３８とを含み、熱交換要素３８、４０、４２のそれぞれは、第１配管１２を流れる気体状態の第１流体４と冷却液の間で熱エネルギーを交換する。第１配管１２に沿って配置される圧縮要素１４と熱交換要素３８、４０、４２を交互にすることで、圧縮要素により行われる圧縮の各段階の後に第１流体４の温度を下げることができることに留意されたい。
【0069】
本明細書で図１で示される例では、第１流体４が複数の圧縮要素１４を通過する場合、流体の圧力および温度は上昇する。この温度が高くなり過ぎるのを防ぐため、第１流体４は、第１、第２、および第３の熱交換要素４０、４２、３８を用いて冷却液と熱エネルギーを交換する。例えば、第１熱交換要素４０の下流の第２部分３０を流れる第１流体４の温度は約７℃であり、第２熱交換要素４２の下流の第３部分３２を流れる第１流体４の温度は約４０℃であり、第３熱交換要素３８の下流の第４部分３４を流れる第１流体４の温度は４３℃より上である。
【0070】
さらに、流体の沸点も流体が受ける圧力に応じて変化する。例えば約９２％のプロパンと約８％のブタンから成る混合物とすることができる第１流体４は、約２４バールの圧力を受けた場合に約４３℃の沸点を有する。したがって、第１流体４は第３熱交換要素３８の上流の第４部分３４では気体状態であり、冷却液と熱エネルギーを交換することで第３熱交換要素３８を通過しながら液相状態または二相状態へ移行し、液体状態または二相状態で第３熱交換要素３８の下流の第２配管１６を流れることになる。したがって、第１流体４は、第２配管１６において第３熱交換要素３８の下流を液体状態または二相状態で流れる。
【0071】
さらに、「二相状態」は、第１流体４の一部が液体状態であり、第１流体４の別の部分が気体状態である状態を意味する。
【0072】
第１流体４は、第１配管１２から第２配管１６を、より詳細には第３熱交換要素３８から、第１タンク２へと流れる。
【0073】
図１に示されるように、管理システム１は、第２配管１６上に配置される第１流体４用の相分離装置４４を含む。相分離装置４４は、第２配管１６を流れる第１流体４に存在する複数の相を分離するよう構成される。つまり、相分離装置４４は、液体状態の第１流体４が気体状態の第１流体４から分離されるように構成される。そして、相分離装置４４内で分離された液体状態の第１流体４は第２配管１６へ、および／またはパイプライン４５を通って消費機械へ流れる。管理システム１は、第１流体４が気体状態で相分離装置４４から第２配管１６へ流れる際に通るガス管４６を含む。
【0074】
図１に示されるように、管理システム１は第１配管１２を第２配管１６と接続し、第１流体４が第２配管１６から第１配管１２へ流れる際に通る少なくとも１つのパイプ４８を含む。管理システム１は第２配管１６を流れる第１流体４を冷却する少なくとも１つの冷却装置５０を含み、冷却装置５０により生成される冷気はパイプ４８を流れる第１流体４の蒸発により生じる。
【0075】
パイプ４８と第２配管１６の間に交差部５２が形成され、第１流体４はこの交差部において、第２配管１６を通って第１タンク２、またはパイプ４８を通って第１配管１２のいずれかへ流れることができて、冷却装置５０は、パイプ４８を流れる第１流体４の蒸発によって第２配管１６を流れる第１流体４の温度が低下するように構成される。
【0076】
さらに、図１に示されるように、ガス管４６が第２配管１６とパイプ４８の交差部５２の下流の第２配管１６に接続される。ガス管４６を流れる気体状態の第１流体４が交差部５２の下流の第２配管１６を流れる液体状態の第１流体４と混合するので、第１流体４は、第２配管１６において交差部５２と冷却装置５０の間で二相状態である。
【0077】
より詳細には、冷却装置５０は熱交換器５４と膨張装置５６を少なくとも含み、熱交換器５４は第２配管１６を構成する第１通路５８とパイプ４８を構成する第２通路６０を含み、膨張装置５６は第２通路６０の上流のパイプ４８上に配置される。熱交換器５４は、第２配管１６を流れる第１流体４とパイプ４８を流れる第１流体４の間で熱を交換するよう構成される。
【0078】
このように構成されて、熱交換器５４は第２配管１６を流れる第１流体４とパイプ４８を流れる第１流体４の間で熱エネルギーを交換し、第２配管１６を流れる第１流体４とパイプ４８を流れる第１流体４の間の熱エネルギーの交換は、具体的には熱交換器５４の第１通路５８および第２通路６０において行われる。第２配管１６を流れる第１流体４とパイプ４８を流れる第１流体４の間で交換された熱エネルギーにより、第２配管１６を流れる第１流体４の温度が低下し、第２配管１６を流れる第１流体４はパイプ４８を流れる第１流体４へ熱エネルギーを渡す。
【0079】
この熱エネルギーの移動は、パイプ４８を流れる第１流体４の圧力を下げてその状態の変化を促進する膨張装置５６が存在するおかげで達成される。
【0080】
第２配管１６の第１通路５８の上流を流れる第１流体４と第２配管１６の第１通路５８の下流を流れる第１流体４の間の温度の低下は、少なくとも２０℃である。有利には、この温度差は２５℃～３５℃である。
【0081】
第２配管１６を流れる第１流体４の温度の低下により、第１流体４は二相状態から液体状態へと変わる。したがって、第２配管１６において熱交換器５４の第１通路５８の下流を流れる第１流体４は液体状態であり、例えば、約１４℃の温度と約２４バールの圧力を有することになる。
【0082】
図１に示されるように、冷却装置５０の膨張要素５６は第２通路６０の上流のパイプ４８に取り付けられる。換言すれば、第２通路６０へ供給される液体状態の第１流体４は第２通路６０に到達する前に膨張する、つまり、圧力が低下して第１流体４の状態が変化し、その結果、第２通路６０内で二相状態から気体状態へ移行することに留意されたい。例えば、第１流体４は約３バールの圧力へ膨張させられて、第１流体４が膨張要素５６の上流での約２４バールの圧力から膨張要素５６と第１配管１２の間での３バールの圧力へと変化しうる。
【0083】
第２通路６０を流れる気体状態の第１流体４と第１通路５８を流れる液体状態または二相状態の第１流体４の間の圧力差、およびそれによる温度差により、第１通路５８を流れる液体状態または二相状態の第１流体４が冷却されて、第２通路６０へ入る二相状態の第１流体４が蒸発する。
【0084】
図１に示されるように、第２通路６０の下流を流れる、膨張した気体状態の第１流体４は、その後第１配管１２に到達する。有利には、パイプ４８は第１配管１２にその第２部分３０で、より詳細には、第１熱交換要素４０と第２圧縮要素１４ｂの間で接続される。したがって、膨張した気体状態の第１流体４は第１熱交換要素４０からの第１流体４と混合されて、この混合物は第２圧縮要素１４ｂにより第１配管１２の第３部分３２へ吸入される。
【0085】
図１に示されるように、管理システム１は冷却装置５０の下流の第２配管１６に取り付けられた第１流体４用の相分離装置６２を含み、管理システム１は相分離装置６２と第１配管１２の間に延びる返送管６４を含み、気体状態の第１流体４がこの返送管を通って流れる。
【0086】
相分離装置６２は、相分離装置主部６６と、相分離装置主部６６の上流の第２配管１６上に配置される膨張要素６８とを含む。膨張要素６８により、相分離装置主部６６へ流れる第１流体４を第１タンク２に収容される第１流体４の圧力とほぼ同じ圧力、すなわち大気圧とすることが可能となる。
【0087】
より詳細には、第２配管１６を第１タンク２まで流れる液体状態の第１流体４は、第１流体４の圧力を第１タンク２に収容される第１流体４の圧力と合わせるために第１タンク２に到達する前に膨張する、つまり、その圧力が低下することに留意されたい。膨張要素６８による第１流体４の膨張によって第１流体４の状態が変化し、その結果、液体状態から、第１流体４の一部が液体状態で別の部分が気体状態である二相状態へ移行する。また、この圧力の低下により、第１流体４の温度も低下する。例えば、第１流体４はほぼ１．２バールの圧力へ膨張させられて、第１流体４が膨張要素６８の上流での約２４バールの圧力から膨張要素６８の下流での約１．２バールの圧力へと変化することがあり、第１流体４は約－５０℃の温度を有する。
【0088】
そして、第１流体４は相分離装置主部６６へと流れ、第１流体４はその正確な温度に応じて液体状態、および／または二相状態となっている。相分離装置主部６６は、膨張要素６８から第１タンク２へと流れる第１流体４に存在する複数の相を分離するよう構成される。つまり、相分離装置主部６６は、液体状態の第１流体４が気体状態の第１流体４から分離されるように構成される。そして、相分離装置主部６６で分離された液体状態の第１流体４は第１タンク２へと流れ、気体状態の第１流体４は返送管６４を通って第１配管１２の第１部分２８へ移動する。
【0089】
有利には、第２配管１６は第１タンク２内、具体的には第１タンク２の底部にある流体排出口６５へ開口し、その結果、液体状態の第１流体４は相分離装置主部６６から第２配管１６を通って第１タンク２の底部へと流れる。代替案によれば、第２配管１６は第１タンク２の最上部１０で開口し、液体状態の第１流体４は例えば第１タンク２の最上部１０で噴霧されて、その結果、第１タンク２の最上部１０に存在する気体状態の第１流体４を冷却する。
【0090】
本明細書で図１に示される例では、管理システム１は、返送管６４上に配置されて、例えば気体状態の第１流体４を返送管６４を通って流れさせて１．２バールの圧力から大気圧へ変化させるよう構成されている、第１流体４を膨張させるための膨張ブロック７０を含む。
【0091】
管理システム１は、膨張ブロック７０の下流の返送管６４に接続され、管理システム１の外部環境へと開口する、排出管７２をさらに含む。
【0092】
管理システム１は、管理システム１の外部環境へ排出される第１流体４の流量を制御するために、排出管７２上に配置される、気体状態の第１流体４の流量を制御するための制御弁７４を含む。
【0093】
図１に示されるように、冷却管１８は、第２配管１６と第１配管１２の間に延びる。したがって、第１流体４は、冷却管１８を通って第２配管１６から第１配管１２へ流れることになる。
【0094】
本発明の一つの特徴によれば、冷却管１８は冷却装置５０の下流のパイプ４８に接続される。冷却管１８を通って第２配管１６から第１配管１２へ流れる第１流体４は、パイプ４８の少なくとも一部を通過して、冷却装置５０の下流のパイプ４８を流れる第１流体４と混合される。したがって、冷却管１８からの第１流体４は、第１熱交換要素４０と第２圧縮要素１４ｂの間へ注入されることで、第１配管１２の第２部分３０を流れる第１流体４と混合されることになる。
【0095】
本発明によれば、図１に示されるように、管理システム１は第２流体８の状態、具体的にはその圧力、および／または温度を管理するための管理配管２０を含み、液体状態で第２タンク６から取り込まれた第２流体８はこの管理配管２０を通って流れることが意図されている。この目的に向けて、管理配管２０は、例えば第２タンク６に収容される液体状態の第２流体８と接触している、第２タンク６の底部に位置する液体注入口７６を含む。
【0096】
本発明の一実施形態によれば、管理システム１は、冷却ユニット２４の上流の管理配管２０上に配置される少なくとも１つのポンプ要素７８を含む。ポンプ要素７８は、液体状態の第２流体８に管理配管２０を通って流れさせるよう構成される。この目的に向けて、ポンプ要素７８は液体注入口７６に取り付けられる。換言すれば、ポンプ要素７８は、第２タンク６に収容される液体状態の第２流体８に浸漬される。ただし、ポンプ要素７８は、液体状態の第２流体８を管理配管２０を通して送り出している限り、管理配管２０上のどこにでも取り付けることができる。
【0097】
ポンプ要素７８は、管理配管２０を流れる液体状態の第２流体８の圧力を上昇させる。例えば、ポンプ要素７８の下流を流れる液体状態の第２流体８は約４バールの圧力を有し、この結果、ポンプ要素７８は液体状態の第２流体８の圧力をポンプ要素７８の上流の大気圧からポンプ要素７８の下流の約４バールの圧力へ変化させる。
【0098】
図１に示されるように、管理配管２０は液体排出口２２を含み、液体状態の第２流体８は管理配管２０を通ってこの液体排出口２２へ流れる。一実施形態によれば、液体排出口２２は、液体状態の第２流体８を第２タンク６の最上部１１にある管理配管２０から噴霧することができるスプレー要素を含みうる。
【0099】
本発明によれば、管理システム１は管理配管２０を流れる第２流体８を冷却する冷却ユニット２４を含み、冷却装置２４により生成される冷気は、冷却管１８を流れる第１流体４の蒸発により生じる。したがって、管理配管２０は、冷却ユニット２４の上流にある第１部分８０と、冷却ユニット２４の下流にある第２部分８２とを含む。したがって、管理配管２０の第２部分８２を通って流れる液体状態の第２流体８は、管理配管２０の第１部分８０を流れる液体状態の第２流体８の温度より下の温度を有する。
【0100】
より詳細には、図１に示されるように、冷却ユニット２４は、熱交換器８４と、熱交換器８４の上流の冷却管１８に取り付けられた膨張要素８６とを少なくとも含み、熱交換器８４は冷却管１８を流れる第１流体４と管理配管２０を流れる第２流体８の間で熱を交換するよう構成される。熱交換器８４は、第１流体４および第２流体８が熱交換器８４を通過するように、冷却管１８と管理配管２０のいずれにも取り付けられることに留意されたい。
【0101】
この目的に向けて、熱交換器８４は、冷却管１８を構成する第１通路８８と、管理配管２０を構成する第２通路９０とを少なくとも含み、膨張要素８６が第１通路８８の上流に配置される。冷却管１８を流れる第１流体４は第１通路８８を通って熱交換器８４を通過し、管理配管２０を流れる第２流体８は第２通路９０を通って熱交換器８４を通過する。このように構成されて、熱交換器８４は冷却管１８を流れる第１流体４と管理配管２０を流れる第２流体８の間で熱エネルギーを交換し、冷却管１８を流れる第１流体４と管理配管２０を流れる第２流体８の間の熱エネルギーの交換は、具体的には熱交換器８４の第１通路８８および第２通路９０において行われる。第１流体４と第２流体８の間で交換された熱エネルギーにより、第２流体８の温度が低下し、第２流体８は第１流体４へ熱エネルギーを渡す。
【0102】
さらに、この熱エネルギーの移動は、冷却管１８を流れる第１流体４の圧力を下げてその状態の変化を促進する膨張要素８６が存在するおかげで達成される。
【0103】
図１に示されるように、冷却ユニット２４の膨張要素８６は第１通路８８の上流の冷却管１８に取り付けられる。換言すれば、第１通路８８へ供給される液体状態の第１流体４は第１通路８８に到達する前に膨張する、つまり、圧力が低下して第１通路８８で蒸発することに留意されたい。この膨張によって第１流体４の状態が変化し、第２通路９０において二相状態から気体状態へ移行する。それゆえ、第１流体４は約３バールの圧力へ膨張させられて、第１流体４が膨張要素８６の上流での約２４バールの圧力から膨張要素８６の下流での３バールの圧力へと変化しうることに留意されたい。
【0104】
膨張要素８６を通る第１流体４の圧力の低下により第１流体４の状態が変化し、並行してその温度が低下する。例えば、第１流体４は膨張要素８６の上流で約１４℃の温度を有し、膨張要素８６と熱交換器８４の第１通路８８の間で約－３０℃の温度を有する。
【0105】
有利には、第１通路８８を流れる第１流体４と第２通路９０を流れる液体状態の第２流体８との間の温度差により、第２通路９０を流れる液体状態の第２流体８が冷却されて、第１通路８８へ入る二相状態の第１流体４が蒸発する。ここで、第２通路９０を流れる第２流体８は第１通路８８を流れる第１流体４へ熱エネルギーを渡し、第１流体４が第１通路８８を通過する際に第１流体４の温度が上昇し、その結果、その状態が二相状態から気体状態へと変わる。
【0106】
例えば、液体状態の第２流体８の温度は管理配管２０の第１部分８０、すなわち熱交換器８４の第２通路９０の上流で約０℃であり、管理配管２０の第２部分８２、すなわち第２通路９０の下流で約－１０℃である。
【0107】
さらに、膨張要素８６の上流の冷却管１８を流れる第１流体４は液体状態であり、膨張要素８６と熱交換器８４の間の冷却管１８を流れる第１流体４は二相状態であり、冷却管１８を流れる第１流体４は熱交換器８４内およびその下流で気体状態である。例えば、膨張要素８６の上流の冷却管１８を流れる第１流体４の温度は約１４℃であり、膨張要素８６と熱交換器８４の間の冷却管１８を流れる第１流体４の温度は約－３０℃であり、熱交換器８４の下流を流れる第１流体４の温度は約－３℃である。
【0108】
図１に示される第１実施形態によれば、熱交換器８４の下流の冷却管１８を流れる気体状態の第１流体４は、冷却装置５０の下流のパイプ４８を流れる気体状態の第１流体４と混合されて、この混合物はその後、第１熱交換要素４０と第２圧縮要素１４ｂの間の第１配管１２の第２部分３０を流れる気体状態の第１流体４に取り込まれる。
【0109】
有利には、膨張要素８６、膨張装置５６、および第１圧縮要素１４ａは、第１流体４を同じ圧力とするよう構成される。したがって、第１圧縮要素１４ａは第１配管１２を流れる第１流体４の圧力を例えば３バールの圧力へ上昇させることになる。膨張要素８６および膨張装置５６は、冷却管１８を流れる第１流体４およびパイプ４８を流れる第１流体４の圧力を第１配管１２の第２部分３０を流れる第１流体４の圧力と同じような圧力、すなわち、例えば３バールの圧力へ下げる。したがって、冷却装置５０の下流のパイプ４８を流れる気体状態の第１流体４は例えば３バールの圧力であり、熱交換器８４の下流の冷却管１８を流れる気体状態の第１流体４も３バールの圧力である。
【0110】
これより、本発明の第２実施形態について、特に図２を参照して説明する。第２実施形態を第１実施形態と差別化する要素について以下で説明する。同一の要素については第１実施形態の詳細な説明を参照すること。
【0111】
第２実施形態では、パイプ４８は第１配管１２に第３部分３２で、すなわち、第２熱交換要素４２と第３圧縮要素１４ｃの間で接続される。気体状態の第１流体４は、第１配管１２の第３部分３２まで冷却装置５０の下流のパイプ４８を流れることに留意されたい。冷却装置５０の下流のパイプ４８を流れる気体状態の第１流体４は、第２熱交換要素４２と第３圧縮要素１４ｃの間にある位置で第１配管１２の第３部分３２を流れる気体状態の第１流体４と混合される。
【0112】
膨張装置５６は、この場合、パイプ４８を流れる第１流体４の圧力を第２熱交換要素４２と第３圧縮要素１４ｃの間の第１配管１２の第３部分３２を流れる気体状態の第１流体４の圧力とほぼ同じ圧力へ下げるよう構成される。例えば、冷却装置５０の下流を流れる第１流体４の圧力は約１０．５バールであり、膨張装置５６がパイプ４８を流れる第１流体４の圧力を膨張装置５６の上流での約２４バールの圧力から膨張装置５６の下流での約１０．５バールの圧力へ変化させる。
【0113】
図２に示されるように、冷却管１８は第２配管１６と第１配管１２の第２部分３０の間に延びる。冷却管１８は第２部分３０で第１配管１２に直接接続される。冷却ユニット２４の下流の冷却管１８を流れる気体状態の第１流体４は、第１熱交換要素４０と第２圧縮要素１４ｂの間にある位置で第１配管１２の第２部分３０を流れる気体状態の第１流体４と混合される。
【0114】
膨張要素８６は、この場合、冷却管１８を流れる第１流体４の圧力を第１配管１２の第２部分３０を流れる気体状態の第１流体４の圧力とほぼ同じ圧力へ下げるよう構成される。例えば、冷却ユニット２４の下流の冷却管１８を流れる第１流体４の圧力は約３バールであり、膨張要素８６が冷却管１８を流れる第１流体４の圧力を膨張要素８６の上流での約２４バールの圧力から膨張要素８６の下流での約３バールの圧力へ変化させる。
【0115】
これより、本発明の第３実施形態について、特に図３を参照して説明する。第３実施形態を第１実施形態および第２実施形態と差別化する要素について以下で説明する。同一の要素についてはそれらの実施形態の詳細な説明を参照すること。
【0116】
図３に示されるように、管理システム１は第１パイプ９２および第２パイプ９４を含み、それぞれが独立して第２配管１６と第１配管１２の間に延びる。
【0117】
第１パイプ９２は、一方では第２配管１６に接続され、他方では第２熱交換要素４２と第３圧縮要素１４ｃの間で第１配管１２の第３部分３２に接続される。第１パイプ９２を流れる第１流体４は、第２熱交換要素４２と第３圧縮要素１４ｃの間にある位置で第１配管１２の第３部分３２を流れる第１流体４と混合することに留意されたい。
【0118】
管理システム１は第２配管１６および第１パイプ９２に取り付けられた第１冷却装置９６を含み、第１冷却装置９６は、第１熱交換器９８と第１熱交換器９８の上流の第１パイプ９２上に配置される第１膨張装置１００とを含む。第１熱交換器９８は、第１パイプ９２を流れる第１流体４と第２配管１６を流れる第１流体４の間で熱エネルギーの交換を行うよう構成される。この目的に向けて、第１熱交換器９８は、第２配管１６を構成する第１導管１０２と、第１パイプ９２を構成する第２導管１０４とを含む。第２配管１６を流れる第１流体４は第１導管１０２を通って第１熱交換器９８を通過し、第１パイプ９２を流れる第１流体４は第２導管１０４を通って第１熱交換器９８を通過することに留意されたい。
【0119】
さらに、第１パイプ９２と第２配管１６の第１交差部５２１は、相分離装置４４と第１冷却装置９６の間に配置されることに留意されたい。したがって、第１交差部５２１を流れる第１流体４は、第１冷却装置９６まで第２配管１６を流れ続ける、および／または第１配管１２まで第１パイプ９２を流れ続けることができる。
【0120】
第１膨張装置１００は、この場合、第１パイプ９２を流れる液体状態の第１流体４の圧力を第１配管１２の第３部分３２を流れる気体状態の第１流体４の圧力とほぼ同じ圧力へ下げるよう構成される。例えば、第１冷却装置９６の下流を流れる第１流体４の圧力は約１０．５バールであり、第１膨張装置１００が第１パイプ９２を流れる第１流体４の圧力を第１膨張装置１００の上流での約２４バールの圧力から第１膨張装置１００の下流での約１０．５バールの圧力へ変化させる。
【0121】
第２配管１６を流れる第１流体４と第１パイプ９２を流れる第１流体４の間の熱交換は、具体的には第１熱交換器９８において、より詳細には第１導管１０２および第２導管１０４において行われる。第１導管１０２を流れる第１流体４は、第２導管１０４を流れる膨張した第１流体４へ熱エネルギーを渡す。換言すれば、第２導管１０４を流れる第１流体４は第１導管１０２を流れる第１流体４を冷却し、第１導管１０２を流れる第１流体４の温度は低下する一方、第２導管１０４を流れる第１流体４の温度は上昇する。第２導管１０４を流れる第１流体４の温度の上昇により、前記第１流体４は二相状態から気体状態へ移行する。
【0122】
図３に示されるように、第２パイプ９４は、一方では第２配管１６に接続され、他方では第１熱交換要素４０と第２圧縮要素１４ｂの間で第１配管１２の第２部分３０に接続される。第２パイプ９４を流れる第１流体４は、第１熱交換要素４０と第２圧縮要素１４ｂの間にある位置で第１配管１２の第２部分３０を流れる第１流体４と混合することに留意されたい。
【0123】
さらに、第２パイプ９４は第１冷却装置９６の下流の第２配管１６に接続される。第２パイプ９４と第２配管１６の第２交差部５２２は、第１冷却装置９６と相分離装置６２の間に配置されることに留意されたい。第２パイプ９４を流れる第１流体４は、第１冷却装置９６により冷却されて第２配管１６を流れる第１流体４に由来する。
【0124】
管理システム１は第２配管１６および第２パイプ９４に取り付けられた第２冷却装置１０６を含み、第２冷却装置１０６は第２熱交換器１０８と、第２熱交換器１０８の上流の第２パイプ９４上に配置される第２膨張装置１１０とを含む。第２熱交換器１０８は、第２パイプ９４を流れる第１流体４と第１冷却装置９６の下流の第２配管１６を流れる第１流体４の間で熱エネルギーの交換を行うよう構成される。この目的に向けて、第２熱交換器１０８は、第２配管１６を構成する第１導管１１２と、第２パイプ９４を構成する第２導管１１４とを含む。第２配管１６を流れる第１流体４は第１導管１１２を通って第２熱交換器１０８を通過し、第２パイプ９４を流れる第１流体４は第２導管１１４を通って第２熱交換器１０８を通過することに留意されたい。
【0125】
第２膨張装置１１０は、この場合、第２パイプ９４を流れる液体状態の第１流体４の圧力を第１配管１２の第２部分３０を流れる気体状態の第１流体４の圧力とほぼ同じ圧力へ下げるよう構成される。例えば、第２冷却装置１０６の下流を流れる第１流体４の圧力は約３バールであり、第２膨張装置１１０が第２パイプ９４を流れる第１流体４の圧力を第２膨張装置１１０の上流での約２４バールの圧力から第２膨張装置１１０の下流での約３バールの圧力へ変化させる。
【0126】
第２パイプ９４を流れる第１流体４の約２４バールの圧力から約３バールの圧力への膨張により、第２導管１１４を流れる第１流体４の温度が低下する。第２膨張装置１１０と第２導管１１４の間を流れる第１流体４は二相状態であり、第１流体４は第２導管１１４を通過する際に蒸発する。
【0127】
第２配管１６を流れる第１流体４と第２パイプ９４を流れる第１流体４の間の熱交換は、具体的には第２熱交換器１０８において、より詳細には第１導管１１２および第２導管１１４において行われる。第１導管１１２を流れる第１流体４は、第２導管１１４を流れる膨張した第１流体４へ熱エネルギーを渡す。換言すれば、第２導管１１４を流れる第１流体４は第１導管１１２を流れる第１流体４を冷却し、第１導管１１２を流れる第１流体４の温度は低下する一方、第２導管１１４を流れる第１流体４の温度は上昇する。第２導管１１４を流れる第１流体４の温度の上昇により、前記第１流体４は二相状態から気体状態へ移行する。
【0128】
本発明によれば、冷却管１８と第２配管１６の分岐１１６は、第１冷却装置９６と第２冷却装置１０６の間に配置される。第１冷却装置９６の下流の第２配管１６を流れる第１流体４は、冷却管１８を通って冷却ユニット２４へ、もしくは第２パイプ９４を通って第１配管１２へ、または第２配管１６を通って第１タンク２まで流れることができることに留意されたい。有利には、冷却管１８と第２配管１６の分岐１１６は、第２配管１６と第２パイプ９４の第２交差部５２２と第１冷却装置９６との間に取り付けられる。
【0129】
この構成では、冷却管１８は第２配管１６と第２パイプ９４の間に延びて、冷却管１８は第２冷却装置１０６の下流の第２パイプ９４に接続される。ここで、冷却ユニット２４の下流の冷却管１８を流れる気体状態の第１流体４は、第１配管１２の第２部分３０を流れる気体状態の第１流体４に取り込まれる前に、第２冷却装置１０６の下流の第２パイプ９４を流れる気体状態の第１流体４と混合することに留意されたい。
【0130】
したがって、上記のことから、第１流体４の一部は管理システム１により再循環されて、この第１流体４の一部は、主に第１流体４、および／または第２流体８を冷却するのを助けることになる。
【0131】
図４に示される本発明の第４実施形態によれば、冷却管１８と第２配管１６の分岐１１６は、第２冷却装置１０６と相分離装置６２の間に取り付けられる。ここで、第２冷却装置１０６の下流を流れる液体状態の第１流体４は、第２配管１６を通って相分離装置６２へ、または冷却管１８を通って冷却ユニット２４へ流れることに留意されたい。
【0132】
したがって、上記のことから、この構成により、第１流体４が第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態で前述した構成と比べて低い温度で膨張要素８６へ到達することが可能となる。膨張要素８６を通過した後に、第１流体４は膨張させられて、いっそう温度が低下し、その結果、熱交換器８４で行われる第２流体８の冷却が最適化される。換言すれば、ここで示される例では、膨張要素８６と熱交換器８４の間を流れる第１流体４は、第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態で記載された構成において流れる第１流体４と比べてずっと低い温度を有し、これにより、熱交換器８４内での第２流体８の温度をより効率的に下げることが可能となる。
【0133】
図５に示される本発明の第５実施形態によれば、冷却管１８と第２配管１６の分岐１１６は相分離装置４４と第１冷却装置９６の間に取り付けられる。ここで、相分離装置４４の下流を流れる液体状態の第１流体４は、第２配管１６もしくは第１パイプ９２を通って第１冷却装置９６へ、または冷却管１８を通って冷却ユニット２４へ流れることに留意されたい。より詳細には、第２配管１６と冷却管１８の分岐１１６は、第２配管１６と第１パイプ９２の第１交差部５２１に取り付けられる。ただし、第２配管１６と冷却管１８の分岐１１６が、第２配管１６と第１パイプ９２の交差部５２１と相分離装置４４との間、または第２配管１６と第１パイプ９２の交差部５２１と第１冷却装置９６との間に取り付けられた管理システム１は、本発明の範囲から逸脱しないであろう。
【0134】
ただし、本発明は、本明細書で記載され示された手段および構成には限定されず、また、すべての同等の手段および構成、ならびにそのような手段の技術的に機能する任意の組み合わせにまで及ぶ。具体的には、第１流体４の圧力、温度、および／もしくは状態、ならびに／または第２流体８の圧力、温度、および／もしくは状態を変化させる要素のすべては、それらの要素が本明細書に記載される機能を提供するのであれば、本発明に不利益をもたらすことなく変更することが可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【外国語明細書】