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特開2023-20508冷熱回収システムおよび冷熱回収システムの起動方法
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(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】P2023020508
(43)【公開日】2023-02-09
(54)【発明の名称】冷熱回収システムおよび冷熱回収システムの起動方法
(51)【国際特許分類】
   F25B 27/00 20060101AFI20230202BHJP
   B63B 25/16 20060101ALI20230202BHJP
   F01K 9/00 20060101ALI20230202BHJP
【FI】
F25B27/00 Q
B63B25/16 H
F01K9/00 D
F01K9/00 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021125905
(22)【出願日】2021-07-30
(71)【出願人】
【識別番号】518131296
【氏名又は名称】三菱重工マリンマシナリ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】SSIP弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼田 亮
(72)【発明者】
【氏名】平戸 拓磨
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 英司
(72)【発明者】
【氏名】川波 晃
(57)【要約】
【課題】冷熱回収システムの起動時における熱交換器の閉塞を抑制できる冷熱回収システム、および該冷熱回収システムの起動方法を提供する。
【解決手段】冷熱回収システムは、液化ガスから冷熱用熱媒体に冷熱エネルギーを伝達するように構成された第1の熱交換器と、第1の熱交換器よりも下流側に設けられた冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプを含む冷熱回収サイクルと、冷熱回収サイクルにおける第1の熱交換器と冷熱用ポンプとの間に設けられ、冷熱用熱媒体を気相と液相とに分離するように構成された第1の気液分離器と、第1の気液分離器から気相の冷熱用熱媒体を抜き出して冷熱回収サイクルにおける冷熱用ポンプよりも下流側且つ第1の熱交換器よりも上流側に導くためのポンプバイパスラインと、ポンプバイパスラインを介して気相の冷熱用熱媒体を第1の熱交換器に送るための送風手段と、を備える。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液化ガスを貯留するように構成された液化ガス貯留装置を有する船舶又は浮体に設置される冷熱回収システムであって、
前記液化ガス貯留装置から抜き出された前記液化ガスから冷熱用熱媒体に冷熱エネルギーを伝達するように構成された第1の熱交換器と、
前記冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクルであって、前記第1の熱交換器よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプを少なくとも含む冷熱回収サイクルと、
前記冷熱回収サイクルにおける前記第1の熱交換器と前記冷熱用ポンプとの間に設けられ、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離するように構成された第1の気液分離器と、
前記第1の気液分離器から前記気相の冷熱用熱媒体を抜き出して前記冷熱回収サイクルにおける前記冷熱用ポンプよりも下流側且つ前記第1の熱交換器よりも上流側に導くためのポンプバイパスラインと、
前記ポンプバイパスラインを介して前記気相の冷熱用熱媒体を前記第1の熱交換器に送るための送風手段と、を備える、冷熱回収システム。
【請求項2】
前記冷熱回収サイクルは、前記第1の熱交換器よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動されるように構成された冷熱用タービンをさらに含み、
前記冷熱回収システムは、前記冷熱回収サイクルにおける前記冷熱用ポンプよりも下流側且つ前記冷熱用タービンよりも上流側を流れる前記冷熱用熱媒体に、熱媒から熱エネルギーを伝達するように構成された第2の熱交換器をさらに備え、
前記ポンプバイパスラインは、前記冷熱回収サイクルにおける前記第2の熱交換器よりも上流側に接続された、
請求項1に記載の冷熱回収システム。
【請求項3】
前記冷熱回収サイクルは、前記第1の熱交換器よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動されるように構成された冷熱用タービンをさらに含み、
前記冷熱回収システムは、前記冷熱回収サイクルにおける前記冷熱用ポンプよりも下流側且つ前記冷熱用タービンよりも上流側を流れる前記冷熱用熱媒体に、熱媒から熱エネルギーを伝達するように構成された第2の熱交換器をさらに備え、
前記ポンプバイパスラインは、前記冷熱回収サイクルにおける前記第2の熱交換器よりも下流側、且つ前記冷熱用タービンよりも上流側に接続された、
請求項1に記載の冷熱回収システム。
【請求項4】
前記ポンプバイパスラインに設けられ、前記第1の気液分離器から前記冷熱回収サイクルへ向かう流れのみを許容するように構成された逆止弁をさらに備える、
請求項3に記載の冷熱回収システム。
【請求項5】
前記冷熱回収サイクルは、
前記第2の熱交換器と前記第1の熱交換器とを繋ぐとともに、前記第2の熱交換器と前記第1の熱交換器との間に前記冷熱用タービンが設けられたメインラインと、
前記メインラインの前記冷熱用タービンの上流側と下流側とを前記冷熱用タービンを迂回して繋ぐタービンバイパスラインと、を含み、
前記送風手段は、前記タービンバイパスラインに設けられた、
請求項2に記載の冷熱回収システム。
【請求項6】
前記冷熱回収サイクルは、
前記第2の熱交換器と前記第1の熱交換器とを繋ぐとともに、前記第2の熱交換器と前記第1の熱交換器との間に前記冷熱用タービンが設けられたメインラインと、
前記メインラインの前記冷熱用タービンの上流側と下流側とを前記冷熱用タービンを迂回して繋ぐタービンバイパスラインと、を含み、
前記送風手段は、前記タービンバイパスラインに設けられた、
請求項3又は4に記載の冷熱回収システム。
【請求項7】
前記ポンプバイパスライン、前記メインラインにおける前記ポンプバイパスラインの接続位置から前記タービンバイパスラインの上流端との接続位置までの間、又は前記タービンバイパスラインの前記送風手段よりも上流側、の何れかに設けられ、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離するように構成された第2の気液分離器をさらに備える、
請求項6に記載の冷熱回収システム。
【請求項8】
前記冷熱回収サイクルは、前記第1の熱交換器よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動されるように構成された冷熱用タービンをさらに含み、
前記ポンプバイパスラインは、前記冷熱回収サイクルにおける前記冷熱用タービンよりも下流側に接続され、
前記送風手段は、前記ポンプバイパスラインに設けられた、
請求項1に記載の冷熱回収システム。
【請求項9】
前記ポンプバイパスラインの前記送風手段の下流側と上流側とを前記送風手段を迂回して繋ぐ還流ラインをさらに備える、
請求項8に記載の冷熱回収システム。
【請求項10】
前記冷熱回収サイクルは、前記第1の熱交換器よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動する冷熱用タービンをさらに含み、
前記ポンプバイパスラインは、
前記第1の気液分離器から前記冷熱回収サイクルにおける前記冷熱用タービンよりも下流側の第1接続位置に接続された第1ラインと、
前記冷熱回収サイクルにおいて、前記第1接続位置から前記冷熱用タービンよりも上流側の分岐位置に至る第2ラインと、
前記分岐位置から、前記冷熱用タービンを迂回して、前記冷熱回収サイクルにおける前記第1接続位置よりも下流側の第2接続位置に接続された第3ラインと、を含み、
前記冷熱用タービンは、逆回転することで前記送風手段として機能するように構成された、
請求項1に記載の冷熱回収システム。
【請求項11】
前記第1の熱交換器で気化された前記液化ガスを前記船舶又は前記浮体の主機エンジンに供給するための燃料供給ラインと、
前記燃料供給ラインから分岐し、前記第1の熱交換器で気化された前記液化ガスを前記主機エンジンとは異なる供給先に供給するための分岐ラインと、
前記分岐ラインに接続された前記主機エンジンとは別体から構成されたガス燃焼装置と、をさらに備える、
請求項1~10の何れか1項に記載の冷熱回収システム。
【請求項12】
液化ガスを貯留するように構成された液化ガス貯留装置を有する船舶又は浮体に設置される冷熱回収システムの起動方法であって、
前記冷熱回収システムは、
前記液化ガス貯留装置から抜き出された前記液化ガスから冷熱用熱媒体に冷熱エネルギーを伝達するように構成された第1の熱交換器と、
前記冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクルであって、前記第1の熱交換器よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプを含む冷熱回収サイクルと、を備え、
前記冷熱回収システムの起動方法は、
前記冷熱回収サイクルにおける前記第1の熱交換器と前記冷熱用ポンプとの間に設けられた気液分離器により、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離する気液分離ステップと、
前記気液分離ステップで分離した前記気相の冷熱用熱媒体を、前記冷熱用ポンプを迂回させて前記第1の熱交換器に送る送風ステップと、
前記液化ガス貯留装置から前記第1の熱交換器に前記液化ガスを送り、前記送風ステップで前記第1の熱交換器に送られた前記気相の冷熱用熱媒体を前記液化ガスにより冷却する冷却ステップと、
前記冷却ステップよりも後に前記冷熱用ポンプを駆動する冷熱用ポンプ駆動ステップと、を備える、
冷熱回収システムの起動方法。
【請求項13】
前記気液分離器の内部に貯留された前記液相の冷熱用熱媒体の液位を取得する液位取得ステップをさらに備え、
前記液位取得ステップで取得される前記液位が閾値を超えたときに、前記冷熱用ポンプ駆動ステップが行われる、
請求項12に記載の冷熱回収システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、液化ガスの冷熱エネルギーを回収するための冷熱回収システム、および該冷熱回収システムの起動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
液化ガス(例えば、液化天然ガス)は、輸送や貯蔵を目的として液化され、都市ガスや火力発電所などの供給先に供給するに際して、海水などの熱媒体で昇温して気化させることが行われる。液化ガスを気化させる際に、液化ガスの冷熱エネルギーを海水に捨てるのではなく回収することが行われることがある(例えば、特許文献1)。
【0003】
特許文献1では、液化天然ガスの冷熱エネルギーを電力として回収する冷熱発電サイクルが開示されている。この冷熱発電サイクルとしては、二次媒体ランキンサイクル方式などが知られている(特許文献1参照)。二次媒体ランキンサイクル方式は、クローズドループ内を循環する二次媒体を、蒸発器にて海水を熱源として加熱して蒸発させ、この蒸気を冷熱発電用のタービンに導入して動力を得た後に、液化天然ガスにて冷却、凝縮させる方式である。
【0004】
液化天然ガスの供給先の夫々に対応する陸用のLNG基地を設けることは、土地の確保などに費用がかかるため困難である。このため、液化天然ガスを貯蔵するLNG貯蔵設備や、液化天然ガスを再ガス化する再ガス化設備を備える船舶を海上に係留し、該船舶により再ガス化した液化天然ガスを、パイプラインを介して陸上の供給先や海上のパワーゲージ(浮体式の発電所)などに送ることが行われることがある。
【0005】
船舶は、陸上設備に比べて拡張性に乏しいため、冷熱発電設備を搭載するためには、冷熱発電システムの小型化、特に熱交換器の小型化が重要となる。小型の熱交換器としては、例えばプリント回路熱交換器(PCHE)やプレート式熱交換器などが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】実開昭61-59803号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
一方の熱交換対象の凝固点よりも他方の熱交換対象が低温であると、熱交換器での熱交換において一方の熱交換対象が凝固して、凝固した熱交換対象が熱交換器の表面に付着して熱交換器を閉塞させる虞がある。小型の熱交換器は、大型の熱交換器(例えば、シェルチューブ式の熱交換器)に比べて、熱交換器の閉塞リスクが高いため、信頼性に課題がある。
【0008】
冷熱発電サイクルでは、熱交換器において冷熱発電サイクルを循環する二次媒体を液化天然ガスにより冷却するときに、熱交換器が凍結する虞がある。特に冷熱発電サイクルを循環する二次媒体の流量が小量である冷熱発電サイクルの起動時には、定常運転時に比べて二次媒体の温度が低下するため熱交換器が凍結する可能性が高い。熱交換器の凍結を防止するために、熱交換器に供給される液化天然ガスを予め加熱する加熱ラインを設けることが考えられるが、このような加熱ラインは、冷熱発電サイクルを備えるシステムの大型化や高価格化を招くため、好ましくはない。
【0009】
また、熱交換器の凍結を防止するために、冷熱発電サイクルの起動時に冷熱発電サイクルを循環する二次媒体の流量を増加させることが考えられる。しかしながら、冷熱発電サイクルの停止時に冷熱発電サイクルへの周辺空気からの入熱により、冷熱発電サイクルにおいて二次媒体が気化することがある。このため、冷熱発電サイクルの起動時は、冷熱発電サイクルの定常運転時に比べて、二次媒体を循環させるための循環用ポンプにおける、気相の二次媒体の占める割合が大きくなっている。二次媒体を循環させるための循環用ポンプの循環量を増加させると、冷熱発電サイクルの起動時に循環用ポンプのガス噛みにより起動不良を起こす可能性が高まるという問題がある。
【0010】
上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、冷熱回収システムの起動時における熱交換器の閉塞を抑制できる冷熱回収システム、および該冷熱回収システムの起動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムは、
液化ガスを貯留するように構成された液化ガス貯留装置を有する船舶又は浮体に設置される冷熱回収システムであって、
前記液化ガス貯留装置から抜き出された前記液化ガスから冷熱用熱媒体に冷熱エネルギーを伝達するように構成された第1の熱交換器と、
前記冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクルであって、前記第1の熱交換器よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプを少なくとも含む冷熱回収サイクルと、
前記冷熱回収サイクルにおける前記第1の熱交換器と前記冷熱用ポンプとの間に設けられ、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離するように構成された第1の気液分離器と、
前記第1の気液分離器から前記気相の冷熱用熱媒体を抜き出して前記冷熱回収サイクルにおける前記冷熱用ポンプよりも下流側且つ前記第1の熱交換器よりも上流側に導くためのポンプバイパスラインと、
前記ポンプバイパスラインを介して前記気相の冷熱用熱媒体を前記第1の熱交換器に送るための送風手段と、を備える。
【0012】
本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムの起動方法は、
液化ガスを貯留するように構成された液化ガス貯留装置を有する船舶又は浮体に設置される冷熱回収システムの起動方法であって、
前記冷熱回収システムは、
前記液化ガス貯留装置から抜き出された前記液化ガスから冷熱用熱媒体に冷熱エネルギーを伝達するように構成された第1の熱交換器と、
前記冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクルであって、前記第1の熱交換器よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプを含む冷熱回収サイクルと、を備え、
前記冷熱回収システムの起動方法は、
前記冷熱回収サイクルにおける前記第1の熱交換器と前記冷熱用ポンプとの間に設けられた気液分離器により、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離する気液分離ステップと、
前記気液分離ステップで分離した前記気相の冷熱用熱媒体を、前記冷熱用ポンプを迂回させて前記第1の熱交換器に送る送風ステップと、
前記液化ガス貯留装置から前記第1の熱交換器に前記液化ガスを送り、前記送風ステップで前記第1の熱交換器に送られた前記気相の冷熱用熱媒体を前記液化ガスにより冷却する冷却ステップと、
前記冷却ステップよりも後に前記冷熱用ポンプを駆動する冷熱用ポンプ駆動ステップと、を備える。
【発明の効果】
【0013】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、冷熱回収システムの起動時における熱交換器の閉塞を抑制できる冷熱回収システム、および該冷熱回収システムの起動方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本開示の第1の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。
図2】本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムの起動方法のフロー図である。
図3】本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムにおける制御の一例を説明するための説明図である。
図4】本開示の第2の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。
図5】本開示の第3の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。
図6】本開示の第4の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。
図7】本開示の第5の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。
図8】本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムの制御装置を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照して本開示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ている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、本開示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、一の構成要素を「備える」、「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。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
【0016】
(船舶、浮体)
図1は、本開示の第1の実施形態にかかる冷熱回収システム1を備える船舶2A又は浮体2Bの構成を概略的に示す概略構成図である。幾つかの実施形態にかかる冷熱回収システム1は、図1に示されるように、船舶2Aや浮体2Bに設置される。船舶2Aや浮体2Bは、水上に浮遊可能な構造体である。船舶2Aや浮体2Bは、液化ガスを貯留するように構成された液化ガス貯留装置(例えば、液化ガスタンク)21と、冷熱回収システム1と、を有する。図示される実施形態では、船舶2Aや浮体2Bは、プロペラなどの不図示の推進器および該推進器を駆動させるように構成された不図示の推進装置を有し、該推進装置を駆動させることで自走可能に構成された構造体である。なお、本開示は、船舶2Aや浮体2Bが自走するための推進装置を有さない自走不能な構造体である場合にも適用可能である。
【0017】
(冷熱回収システム)
冷熱回収システム1は、図1に示されるように、第1の熱交換器11と、液化ガス貯留装置21から第1の熱交換器11に液化ガスを供給するための液化ガス供給ライン12と、第1の熱交換器11において液化ガスが気化されることで生成された気化ガスを供給するための気化ガス供給ライン13と、第1の熱交換器11において液化ガスと熱交換された冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクル3と、第2の熱交換器14と、第1の気液分離器5と、を備える。
【0018】
(冷熱回収サイクル)
冷熱回収サイクル3は、冷熱用熱媒体をオーガニックランキンサイクルの下で循環させるように構成されている。以下の説明では、冷熱回収サイクル3における冷熱用熱媒体の循環方向における上流側を単に上流側と云うことがあり、上記循環方向における下流側を単に下流側と云うことがある。冷熱回収サイクル3は、冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプ31と、冷熱用熱媒体により駆動するように構成された冷熱用タービン32と、を含む。冷熱用ポンプ31は、冷熱回収サイクル3において、第1の熱交換器11よりも下流側且つ第2の熱交換器14よりも上流側に設けられている。冷熱用タービン32は、冷熱回収サイクル3において、第1の熱交換器11よりも上流側且つ第2の熱交換器14よりも下流側に設けられている。
【0019】
以下、液化ガスの供給源である液化ガス貯留装置21から供給される液化ガスの具体例として液化天然ガス(LNG)を、冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体の具体例としてプロパンを例に挙げて説明するが、本開示は、液化天然ガス以外の液化ガス(液化石油ガス、液体水素など)を、液化ガス貯留装置21から供給される液化ガスとした場合にも適用可能である。また、本開示は、プロパン以外の熱媒体(例えば、有機媒体)を、冷熱回収サイクル3を流れる冷熱用熱媒体とした場合にも適用可能である。なお、冷熱用熱媒体は、水よりも沸点や凝固点が低い。
【0020】
(第1の熱交換器)
第1の熱交換器(液化ガス気化器、冷熱側凝縮器)11は、液化ガス供給ライン12から送られた液化ガスと、冷熱回収サイクル3において、冷熱用タービン32よりも下流側且つ冷熱用ポンプ31よりも上流側を流れる冷熱用熱媒体と、の間で熱交換を行うように構成されている。図示される実施形態では、第1の熱交換器11は、液化ガス供給ライン12から送られた液化ガスが流れる液化ガス側流路111と、冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体が流れる第1の冷熱側流路112と、を含む。液化ガス側流路111を流れる液化ガスは、第1の冷熱側流路112を流れる冷熱用熱媒体よりも低温である。
【0021】
第1の熱交換器11では、液化ガス側流路111を流れる液化ガスと第1の冷熱側流路112を流れる冷熱用熱媒体との間で熱交換が行われて、液化ガス側流路111を流れる液化ガスの冷熱エネルギーが、第1の冷熱側流路112を流れる冷熱用熱媒体に伝達される。これにより、液化ガス側流路111を流れる液化ガスが加熱され、気化するとともに、第1の冷熱側流路112を流れる冷熱用熱媒体が冷却され、凝縮する。
【0022】
(第2の熱交換器)
第2の熱交換器14(冷熱側蒸発器)は、冷熱回収システム1の外部から導入された外部水(熱媒)と、冷熱回収サイクル3において、冷熱用ポンプ31よりも下流側且つ冷熱用タービン32よりも上流側を流れる冷熱用熱媒体と、の間で熱交換を行うように構成されている。図示される実施形態では、第2の熱交換器14は、冷熱用熱媒体が流れる第2の冷熱側流路141と、外部水が流れる熱媒側流路142と、を含む。第2の冷熱側流路141(第2の熱交換器14)は、冷熱回収サイクル3において、冷熱用ポンプ31よりも下流側且つ冷熱用タービン32よりも上流側に設けられている。熱媒側流路142を流れる外部水は、第2の冷熱側流路141を流れる冷熱用熱媒体よりも高温である。
【0023】
第2の熱交換器14では、第2の冷熱側流路141を流れる冷熱用熱媒体と熱媒側流路142を流れる外部水との間で熱交換が行われて、熱媒側流路142を流れる外部水の熱エネルギーが、第2の冷熱側流路141を流れる冷熱用熱媒体に伝達される。これにより、第2の冷熱側流路141を流れる冷熱用熱媒体が加熱され、気化する。
【0024】
(液化ガス供給系統)
液化ガス供給ライン12の一方側(上流端)が液化ガス貯留装置21に接続され、液化ガス供給ライン12の他方側(下流端)が液化ガス側流路111の上流端(第1の熱交換器11のガス入口)に接続されている。気化ガス供給ライン13の一方側(上流端)が液化ガス側流路111の下流端(第1の熱交換器11の液化ガス出口)に接続され、気化ガス供給ライン13の他方側(下流端)が気化ガスの供給先22に接続されている。なお、気化ガスの供給先22は、船舶2Aや浮体2Bの外部に設けられた設備(例えば、陸上の発電設備やガス貯蔵設備)であってもよいし、船舶2Aや浮体2Bに搭載された設備であってもよい。
【0025】
冷熱回収システム1は、液化ガス供給ライン12に設けられた液化ガス用ポンプ15をさらに備える。液化ガス用ポンプ15は、液化ガス供給ライン12に設けられた不図示の動翼を有し、この動翼を液化ガス用ポンプ15に供給された電力などにより回転させることで、液化ガス供給ライン12の下流側(第1の熱交換器11が位置する側)に液化ガスを送るように構成されている。液化ガス用ポンプ15を駆動させることで、液化ガス貯留装置21に貯留された液化ガスが液化ガス供給ライン12に抜き出されて、液化ガス供給ライン12を通じて第1の熱交換器11の液化ガス側流路111に送られる。第1の熱交換器11の液化ガス側流路111において液化ガスが気化されることで生成された気化ガスは、液化ガス用ポンプ15により、気化ガス供給ライン13を通じてガスの供給先22に送られる。
【0026】
(外部水供給系統)
冷熱回収システム1は、外部水の供給元41から冷熱回収システム1の外部水を熱媒とする熱交換器(第2の熱交換器14)に外部水を供給するための外部水供給ライン42と、外部水を熱媒とする上記熱交換器から排出された外部水を外部水の排出先43に排出するための外部水排出ライン44と、外部水供給ライン42に設けられた外部水用ポンプ45と、をさらに備える。
【0027】
外部水供給ライン42の一方側(上流端)が外部水の供給元41に接続され、外部水供給ライン42の他方側(下流端)が熱媒側流路142の上流端(第2の熱交換器14の熱媒入口)に接続されている。外部水排出ライン44の一方側(上流端)が熱媒側流路142の下流端(第2の熱交換器14の熱媒出口)に接続され、外部水排出ライン44の他方側(下流端)が外部水の排出先43に接続されている。外部水は、熱交換器において熱媒として熱交換対象を加熱できる水(熱交換対象よりも高温の水)であればよく、常温の水であってもよい。外部水は、船舶2Aや浮体2Bにおいて入手が容易な水(例えば、海水などの船外水や船舶2Aのエンジンを冷却したエンジン冷却水など)が好ましい。
【0028】
外部水の供給元41は、船舶2Aや浮体2Bの外部から外部水(例えば、海水)を取り込むために船舶2Aや浮体2Bに設けられた取水口であってもよいし、船舶2Aや浮体2Bの内部に設けられた設備(例えば、貯水タンク)であってもよい。また、外部水の排出先43は、船舶2Aや浮体2Bの外部に外部水を排出するために船舶2Aや浮体2Bに設けられた排水口であってもよいし、船舶2Aや浮体2Bの内部に設けられた設備(例えば、排水タンク)であってもよい。
【0029】
外部水用ポンプ45は、外部水供給ライン42に設けられた不図示の動翼を有し、この動翼を外部水用ポンプ45に供給された電力などにより回転させることで、外部水供給ライン42の下流側(第2の熱交換器14が位置する側)に外部水を送るように構成されている。外部水用ポンプ45を駆動させることで、外部水が外部水の供給元41から外部水供給ライン42に抜き出されて、外部水供給ライン42を通じて上記外部水を熱媒とする熱交換器(第2の熱交換器14)に送られる。
【0030】
(冷熱用熱媒体循環系統)
冷熱回収サイクル3は、図1に示されるように、第1の接続ライン33と、第2の接続ライン(メインライン)34と、をさらに含む。第1の接続ライン33は、第1の冷熱側流路112の下流端(第1の熱交換器11の冷熱用熱媒体の出口)と、第2の冷熱側流路141の上流端(第2の熱交換器14の冷熱用熱媒体の入口)とを接続している。第1の接続ライン33には、上述した冷熱用ポンプ31が設けられている。第2の接続ライン34は、第2の冷熱側流路141の下流端(第2の熱交換器14の冷熱用熱媒体の出口)と、第1の冷熱側流路112の上流端(第1の熱交換器11の冷熱用熱媒体の入口)とを接続している。第2の接続ライン34には、上述した冷熱用タービン32が設けられている。
【0031】
(第1の気液分離器)
第1の気液分離器5は、冷熱用熱媒体を気相と液相とに分離するように構成されている。第1の気液分離器5は、冷熱回収サイクル3において、第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)よりも下流側、且つ冷熱用ポンプ31よりも上流側に設けられている。具体的には、第1の気液分離器5は、第1の接続ライン33における冷熱用ポンプ31よりも上流側に設けられている。
【0032】
第1の気液分離器5は、第1の接続ライン33を通じて第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)から送られた冷熱用熱媒体が導入される内部空間51を内部に画定するように構成された本体部52と、内部空間51に冷熱用熱媒体を導入するための導入口53と、内部空間51から液相の冷熱用熱媒体を第1の気液分離器5の外部に吐出するための液相吐出口54と、内部空間51から気相の冷熱用熱媒体を第1の気液分離器5の外部に吐出するための気相吐出口55と、を含む。
【0033】
内部空間51は、液相の冷熱用熱媒体が貯留される下方側貯留空間51Bと、下方側貯留空間51Bよりも上方に、下方側貯留空間51Bに連通して設けられた気相の冷熱用熱媒体が貯留される上方側貯留空間51Aと、を含む。液相吐出口54は、下方側貯留空間51Bに連通している。気相吐出口55は、上方側貯留空間51Aに連通している。
【0034】
上述した第1の接続ライン33は、第1の冷熱側流路112の下流端と導入口53とを繋ぐ第1の上段接続ライン33Aと、液相吐出口54と冷熱用ポンプ31のポンプ入口311とを繋ぐ第1の中段接続ライン33Bと、冷熱用ポンプ31のポンプ出口312と第2の冷熱側流路141の上流端とを繋ぐ第1の下段接続ライン33Cと、を含む。
【0035】
第1の熱交換器11にて冷却された冷熱用熱媒体は、第1の上段接続ライン33Aを通じて第1の気液分離器5に導かれる。導入口53から内部空間51に流入した冷熱用熱媒体は、内部空間51において液相と気相とに分離する。
【0036】
(冷熱用ポンプ)
冷熱用ポンプ31は、冷熱回収サイクル3の下流側(第2の熱交換器14が位置する側)に冷熱用熱媒体を送るように構成されている。冷熱用ポンプ31は、第1の接続ライン33に設けられた不図示の動翼を有し、この動翼を冷熱用ポンプ31に供給された電力などにより回転させることで、第1の接続ライン33の下流側に液相の冷熱用熱媒体を送るように構成されている。
【0037】
冷熱用ポンプ31を駆動させることで、下方側貯留空間51Bに貯留された液相の冷熱用熱媒体が液相吐出口54および第1の中段接続ライン33Bを通じて、冷熱用ポンプ31に導かれて冷熱用ポンプ31により昇圧される。冷熱用ポンプ31により昇圧された液相の冷熱用熱媒体は、冷熱用ポンプ31により、第1の下段接続ライン33Cを通じて第2の冷熱側流路141(第2の熱交換器14)に送られる。
【0038】
(冷熱用ポンプ関連機器)
冷熱回収サイクル3は、図1に示されるように、冷熱回収サイクル3における冷熱用ポンプ31よりも下流側且つ第2の熱交換器14よりも上流側から第1の気液分離器5に液相の冷熱用熱媒体を戻すための液戻りライン35と、冷熱回収サイクル3における液戻りライン35の上流端との接続部P1と第2の熱交換器14との間に設けられた第1の流量調整弁36と、をさらに含んでいてもよい。第1の流量調整弁36は、第2の熱交換器14に導かれる液相の冷熱用熱媒体の流量を調整可能に構成されている。
【0039】
図示される実施形態では、第1の気液分離器5は、液戻りライン35から内部空間51に液相の冷熱用熱媒体を導入するための液戻り口56をさらに含む。液戻り口56は、内部空間51に連通している。液戻りライン35の一方側(上流端)が第1の下段接続ライン33Cの接続部P1に接続され、液戻りライン35の他方側(下流端)が液戻り口56に接続されている。第1の流量調整弁36は、第1の下段接続ライン33Cの接続部P1よりも下流側に設けられている。第1の流量調整弁36は、冷熱用熱媒体の流路を開閉する不図示の弁体を可動させることで、上記弁体よりも下流側(第2の熱交換器14側)に供給される冷熱用熱媒体の流量を調整可能である。なお、第1の流量調整弁36は、全閉と全開に開度調整可能な開閉弁でもよいし、全閉と全開とこれらの間の少なくとも1つの中間開度に開度調整可能な開度調整弁でもよい。
【0040】
(冷熱用タービン)
冷熱用タービン32には、冷熱用ポンプ31により昇圧され、第2の熱交換器14にて昇温された冷熱用熱媒体が作動流体として導入される。冷熱用タービン32は、回転シャフト321と、回転シャフト321に取り付けられたタービン翼322と、タービン翼322を回転可能に収容するケーシング323と、を含む。ケーシング323には、冷熱用熱媒体をケーシング323の内部に導入するための導入口324と、タービン翼322を通過した冷熱用熱媒体をケーシング323の外部に吐出するための吐出口325と、が形成されている。冷熱用タービン32は、導入口324を通じてケーシング323の内部に導入された冷熱用熱媒体のエネルギーにより、タービン翼322を回転させるように構成されている。タービン翼322を通過した冷熱用熱媒体は、吐出口325を通じてケーシング323の外部に排出される。
【0041】
冷熱回収サイクル3は、タービン翼322が発生させた回転力を動力として回収するように構成されている。図示される実施形態では、冷熱回収サイクル3は、冷熱用タービン32の駆動により発電を行うように構成された冷熱用の発電機326をさらに含む。冷熱用の発電機326は、回転シャフト321に機械的に接続されており、タービン翼322の回転力を電力に変換するように構成されている。なお、他の幾つかの実施形態では、冷熱回収サイクル3は、タービン翼322が発生させた回転力を電力に変換するのではなく、動力伝達装置(例えば、カップリングやベルト、プーリなど)によりそのまま動力として回収してもよい。
【0042】
上述した第2の接続ライン34は、第2の冷熱側流路141の下流端と冷熱用タービン32の導入口324とを繋ぐ第2の上段接続ライン34Aと、冷熱用タービン32の吐出口325と第1の冷熱側流路112の上流端とを繋ぐ第2の下段接続ライン34Bと、を含む。
【0043】
(冷熱用タービン関連機器)
冷熱回収サイクル3は、図1に示されるように、第2の接続ライン34の冷熱用タービン32よりも上流側と下流側とを冷熱用タービン32を迂回して繋ぐタービンバイパスライン37と、第2の流量調整弁38と、第3の流量調整弁39と、をさらに含む。
【0044】
タービンバイパスライン37の一方側(上流端)が、第2の上段接続ライン34Aの分岐部P2に接続され、タービンバイパスライン37の他方側(下流端)が、第2の下段接続ライン34Bの合流部P3に接続されている。第2の流量調整弁38は、第2の上段接続ライン34Aの分岐部P2よりも下流側(冷熱用タービン32側)に設けられている。第3の流量調整弁39は、タービンバイパスライン37に設けられている。第2の流量調整弁38および第3の流量調整弁39の夫々は、冷熱用熱媒体の流路を開閉する不図示の弁体を可動させることで、上記弁体よりも下流側に供給される冷熱用熱媒体の流量を調整可能である。なお、第2の流量調整弁38および第3の流量調整弁39の夫々は、全閉と全開に開度調整可能な開閉弁でもよいし、全閉と全開とこれらの間の少なくとも1つの中間開度に開度調整可能な開度調整弁でもよい。
【0045】
例えば、第2の流量調整弁38を開き(全開又は中間開度)、第3の流量調整弁39を全閉とすることで、冷熱用タービン32を経由させて第1の熱交換器11に冷熱用熱媒体を送ることができる。また。第2の流量調整弁38を全閉とし、第3の流量調整弁39を開く(全開又は中間開度)ことで、タービンバイパスライン37を経由させて第1の熱交換器11に冷熱用熱媒体を送ることができる。
【0046】
(ポンプバイパスライン、送風手段)
幾つかの実施形態にかかる冷熱回収システム1は、図1に示されるように、第1の気液分離器5から気相の冷熱用熱媒体を抜き出して冷熱回収サイクル3における冷熱用ポンプ31よりも下流側且つ第1の熱交換器11よりも上流側に導くためのポンプバイパスライン6と、ポンプバイパスライン6を介して気相の冷熱用熱媒体を第1の熱交換器11に送るための送風手段7と、をさらに備える。送風手段7により、第1の気液分離器5からポンプバイパスライン6に抜き出された気相の冷熱用熱媒体が第1の熱交換器11に送られる。
【0047】
ポンプバイパスライン6の一方側(上流端)61が第1の気液分離器5の気相吐出口55に接続され、ポンプバイパスライン6の他方側(下流端)62が第1の下段接続ライン33Cの第1の流量調整弁36よりも下流側、第2の接続ライン34又はタービンバイパスライン37の何れかに接続されている。
【0048】
図1に示される実施形態では、ポンプバイパスライン6の他方側(下流端)62は、第1の下段接続ライン33Cの第1の流量調整弁36よりも下流側の接続位置P4に接続されている。
【0049】
図示される実施形態では、送風手段7は、タービンバイパスライン37の第3の流量調整弁39よりも下流側に設けられた送風機7Aを含む。送風機7Aは、タービンバイパスライン37の下流側に気相の冷熱用熱媒体を送るように構成されている。図示される実施形態では、送風機7Aは、回転シャフト71と、回転シャフト71に取り付けられた動翼72と、動翼72を回転可能に収容するケーシング73と、動翼72を回転させる駆動力を動翼72に供給するように構成された電動機74と、を含む。
【0050】
動翼72は、タービンバイパスライン37の第3の流量調整弁39よりも下流側に配置されている。ケーシング73には、気相の冷熱用熱媒体をケーシング73の内部に導入するための導入口731と、動翼72を通過した気相の冷熱用熱媒体をケーシング73の外部に吐出するための吐出口732と、が形成されている。電動機74は、回転シャフト71に機械的に接続されている。動翼72は、電動機74が発生させた駆動力が回転シャフト71を介して伝達されることで、回転するようになっている。
【0051】
(冷熱回収システムの起動方法)
図2は、本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムの起動方法のフロー図である。図3は、本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムにおける制御の一例を説明するための説明図である。図2図3に示されるように、冷熱回収システム1の冷熱回収システム1の起動時から定常運転に至るまでの期間は、第1期間(気相循環期間)T1と、第2期間(相遷移期間)T2と、第3期間(液相循環期間)T3と、に区分される。第2期間T2は、第1期間T1よりも後の期間であり、第3期間T3よりも前の期間である。
【0052】
第1期間T1では、冷熱回収サイクル3において第1の気液分離器5から抜き出された気相の冷熱用熱媒体を循環させることが行われる。第3期間T3では、冷熱回収サイクル3において第1の気液分離器5から抜き出された液相の冷熱用熱媒体を循環させることが行われる。第2期間T2では、冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体を気相(第1の気液分離器5から抜き出された気相)から液相(第1の気液分離器5から抜き出された液相)に変更することが行われる。
【0053】
図2に示されるように、幾つかの実施形態にかかる冷熱回収システム1の起動方法100は、気液分離ステップS101と、送風ステップS102と、冷却ステップS103と、冷熱用ポンプ駆動ステップS104と、を備える。
【0054】
気液分離ステップS101では、上述した第1の気液分離器5により、冷熱用熱媒体を気相と液相とに分離することが行われる。気液分離ステップS101は、冷熱回収システム1の起動時から定常運転に至るまでの期間および定常運転時に継続して行われる。
【0055】
冷熱回収システム1の停止時における冷熱回収サイクル3や第1の気液分離器5への周辺空気からの入熱により、冷熱回収サイクル3において冷熱用熱媒体が気化することがある。このため、冷熱回収システム1の起動時は、冷熱回収システム1の定常運転時に比べて、第1の気液分離器5や冷熱用ポンプ31などの冷熱回収サイクル3における第1の熱交換器11よりも下流側且つ第2の熱交換器14における、気相の冷熱用熱媒体の占める割合が大きくなっている。冷熱用ポンプ31における気相の冷熱用熱媒体の占める割合が大きいと、冷熱用ポンプ31のガス噛みによる能力低下を招く虞がある。
【0056】
送風ステップS102では、気液分離ステップS101で分離した気相の冷熱用熱媒体を、冷熱用ポンプ31を迂回させて第1の熱交換器11に送ることが行われる。図示される実施形態では、上述した送風機7A(送風手段7)を駆動させることで、第1の気液分離器5からポンプバイパスライン6に気相の冷熱用熱媒体が抜き出される。送風機7Aにより抜き出された気相の冷熱用熱媒体は、送風機7Aにより第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)に送られる。第1の冷熱側流路112に送られた冷熱用熱媒体は、第1の上段接続ライン33Aを通った後に、第1の気液分離器5に送られる。
【0057】
具体的には、送風機7Aにより第1の気液分離器5から抜き出された気相の冷熱用熱媒体は、ポンプバイパスライン6、第1の下段接続ライン33Cの接続位置P4よりも下流側、第2の冷熱側流路141(第2の熱交換器14)、第2の上段接続ライン34Aの分岐部P2よりも上流側、タービンバイパスライン37および第2の下段接続ライン34Bの合流部P3よりも下流側を通った後に、第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)に送られる。
【0058】
送風ステップS102は、第1期間T1に開始され、第2期間T2まで継続して行われる。図3に示されるように、第1期間T1および第2期間T2では、第2の流量調整弁38を全閉とし、第3の流量調整弁39を開く(全開又は中間開度)ことで、タービンバイパスライン37を経由させて第1の熱交換器11に冷熱用熱媒体が送られている。
【0059】
冷却ステップS103では、液化ガス貯留装置21から第1の熱交換器11に液化ガスを送り、送風ステップS102で前記第1の熱交換器11に送られた気相の冷熱用熱媒体を液化ガスにより冷却することが行われる。図示される実施形態では、液化ガス用ポンプ15を駆動させることで、液化ガス供給ライン12を介して液化ガス貯留装置21から液化ガス側流路111(第1の熱交換器11)に液化ガスが送られる。冷却ステップS103は、第1期間T1における送風ステップS102よりも後に開始される。
【0060】
ポンプバイパスライン6を経由して、冷熱回収サイクル3を循環する気相の冷熱用熱媒体を第1の熱交換器11にて液化ガスにより冷却し、凝縮させることで、第1の気液分離器5や冷熱用ポンプ31などの冷熱回収サイクル3における第1の熱交換器11よりも下流側且つ第2の熱交換器14よりも上流側において、液相の冷熱用熱媒体の占める割合を早期に増やすことができる。冷熱用ポンプ31における液相の冷熱用熱媒体の占める割合を増やすことで、冷熱用ポンプ31のガス噛みによる能力低下を抑制できるため、冷熱用ポンプ31の能力を早期から発揮させることができる。
【0061】
冷熱用ポンプ駆動ステップS104では、冷却ステップS103よりも後に冷熱用ポンプ31を駆動することが行われる。図3に示されるように、冷熱用ポンプ31の駆動は、液化ガス用ポンプ15の駆動よりも後に行われる。冷熱用ポンプ駆動ステップS104の開始時(冷熱用ポンプ31の駆動開始時)において、第1の流量調整弁36は、全閉になっていることが好ましい。冷熱用ポンプ駆動ステップS104の開始時は、冷熱用ポンプ31により第1の熱交換器11に送ることが可能な冷熱用熱媒体が小量のため、第1の熱交換器11の閉塞を招くことがある。
【0062】
第1の流量調整弁36が全閉の状態において、冷熱用ポンプ31を駆動させることで、液相の冷熱用熱媒体が、第1の気液分離器5、冷熱用ポンプ31および液戻りライン35を循環する。具体的には、第1の流量調整弁36が全閉の状態において、冷熱用ポンプ31を駆動させることで、液相吐出口54を介して第1の気液分離器5から液相の冷熱用熱媒体が抜き出される。第1の気液分離器5から抜き出された液相の冷熱用熱媒体は、冷熱用ポンプ31より、第1の中段接続ライン33B、冷熱用ポンプ31、第1の下段接続ライン33Cの接続部P1よりも上流側および液戻りライン35を通った後に、第1の気液分離器5に送られる。
【0063】
図示される実施形態では、図2に示されるように、冷熱回収システム1の起動方法100は、冷熱用ポンプ駆動ステップS104の開始時よりも後に第1の流量調整弁36を開き(全閉から全開又は中間開度に変更する)、冷熱用ポンプ31により液相の冷熱用熱媒体を第2の熱交換器14に送る開弁ステップS105と、開弁ステップS105よりも後に送風機7A(送風手段7)を停止させる送風手段停止ステップS106と、開弁ステップS105よりも後に冷熱用熱媒体を冷熱用タービン32に導き、冷熱用タービン32を駆動させる冷熱用タービン駆動ステップS107と、開弁ステップS105よりも前に外部水用ポンプ45を駆動させる外部水用ポンプ駆動ステップS108と、をさらに備える。
【0064】
開弁ステップS105は、例えば、冷熱用ポンプ31により液相の冷熱用熱媒体を循環させ、冷熱用ポンプ31により第1の熱交換器11に送ることが可能な冷熱用熱媒体の流量(下方側貯留空間51Bにおける液相の冷熱用熱媒体の貯留量)が一定量以上になったときに行われる。第1の流量調整弁36を通過した液相の冷熱用熱媒体は、第2の熱交換器14にて昇温され、気化した後に第1の熱交換器11に送られる。
【0065】
具体的には、第1の流量調整弁36を通過した液相の冷熱用熱媒体は、第1の下段接続ライン33Cの第1の流量調整弁36よりも下流側、第2の冷熱側流路141(第2の熱交換器14)、第2の上段接続ライン34Aの分岐部P2よりも上流側、タービンバイパスライン37および第2の下段接続ライン34Bの合流部P3よりも下流側を通った後に、第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)に送られる。
【0066】
開弁ステップS105よりも前に、外部水用ポンプ45を駆動させることが行われ(S108)、第2の熱交換器14の熱媒側流路142に外部水が供給されている。第1の流量調整弁36を通過した液相の冷熱用熱媒体を第2の熱交換器14にて外部水(熱媒)により加熱し、気化する。なお、図2図3に示されるように、外部水用ポンプ45の駆動(S108)は、送風ステップS102よりも前に行われてもよい。この場合には、ポンプバイパスライン6を経由して第2の熱交換器14を流れる冷熱用熱媒体を外部水により昇温することで、第1の熱交換器11における閉塞を抑制できる。
【0067】
上述した第2期間T2に、冷熱用ポンプ駆動ステップS104、開弁ステップS105および送風手段停止ステップS106を実行することで、冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体を気相(第1の気液分離器5から抜き出された気相)から液相(第1の気液分離器5から抜き出された液相)に変更することが行われる。上述した第3期間T3に冷熱用タービン駆動ステップS107が行われる。すなわち、冷熱用タービン駆動ステップS107は、送風手段停止ステップS106よりも後に行われる。
【0068】
冷熱用タービン駆動ステップS107では、図3に示されるように、第2の流量調整弁38を開く(全閉から全開又は中間開度に変更する)ことと、第3の流量調整弁39を閉じる(全開又は中間開度から全閉に変更する)ことが行われる。これにより、冷熱用ポンプ31により昇圧され、第2の熱交換器14にて昇温された冷熱用熱媒体が冷熱用タービン32に導入され、冷熱用タービン32のタービン翼322が回転することで、冷熱用タービン32が駆動する。
【0069】
上記の方法によれば、気液分離ステップS101で分離した気相の冷熱用熱媒体を、冷熱用ポンプ31を迂回させて第1の熱交換器11に送ることで(送風ステップS102)、冷熱回収サイクル3において気相の冷熱用熱媒体を循環させることができる。気相の冷熱用熱媒体は、液相の冷熱用熱媒体に比べて第1の熱交換器11における閉塞を生じ難いため、冷熱回収システム1の起動時における第1の熱交換器11の閉塞を抑制できる。
【0070】
また、上記の方法によれば、冷熱回収サイクル3を循環する気相の冷熱用熱媒体を、第1の熱交換器11において液化ガスにより冷却し(冷却ステップS103)、凝縮させることで、第1の気液分離器5や冷熱用ポンプ31などの冷熱回収サイクル3における第1の熱交換器11よりも下流側において、液相の冷熱用熱媒体の占める割合を早期に増やすことができる。冷熱用ポンプ31における液相の冷熱用熱媒体の占める割合を増やすことで、冷熱用ポンプ31のガス噛みによる能力低下を抑制できるため、冷熱用ポンプ31を早期に駆動でき(冷熱用ポンプ駆動ステップS104)、冷熱用ポンプ31の能力を早期から発揮させることができる。これにより、冷熱回収システム1を定常運転に早期に移行できる。
【0071】
幾つかの実施形態にかかる冷熱回収システム1は、図1に示されるように、上述した第1の熱交換器11と、上述した冷熱回収サイクル3と、上述した第1の気液分離器5と、上述したポンプバイパスライン6と、送風手段7と、を備える。
【0072】
上記の構成によれば、送風手段7により、第1の気液分離器5で分離した気相の冷熱用熱媒体を、ポンプバイパスライン6を介して第1の熱交換器11に送ることで、冷熱回収サイクル3において気相の冷熱用熱媒体を循環させることができる。気相の冷熱用熱媒体は、液相の冷熱用熱媒体に比べて第1の熱交換器11における閉塞を生じ難いため、冷熱回収システム1の起動時における第1の熱交換器11の閉塞を抑制できる。
【0073】
また、上記の構成によれば、冷熱回収システム1の起動時に冷熱回収サイクル3を循環する気相の冷熱用熱媒体を、第1の熱交換器11において液化ガスにより冷却し、凝縮させることで、第1の気液分離器5や冷熱用ポンプ31などの冷熱回収サイクル3における第1の熱交換器11よりも下流側において、液相の冷熱用熱媒体の占める割合を早期に増やすことができる。冷熱用ポンプ31における液相の冷熱用熱媒体の占める割合を増やすことで、冷熱用ポンプ31のガス噛みによる能力低下を抑制できるため、冷熱用ポンプ31の能力を早期から発揮させることができる。これにより、冷熱回収システム1を定常運転に早期に移行できる。
【0074】
(ポンプバイパスラインの接続位置の具体例1)
幾つかの実施形態では、図1に示されるように、上述したポンプバイパスライン6は、冷熱回収サイクル3における第2の熱交換器14よりも上流側に接続されている。この場合には、冷熱用ポンプ31を駆動させ、冷熱用ポンプ31の下流側に液相の冷熱用熱媒体を送りこんでも、第2の熱交換器14において液相の冷熱用熱媒体が気化するため、第2の熱交換器14よりも下流側では、冷熱用ポンプ31を駆動させる前と同様に気相の冷熱用熱媒体が流れる。このため、冷熱回収システム1の起動時から定常運転に至るまでの期間において、第2の熱交換器14よりも下流側且つ第1の熱交換器11よりも上流側を流れる冷熱用熱媒体の過渡的な変化を抑制できる。
【0075】
また、上記の構成によれば、冷熱用ポンプ31を駆動させた後も、第2の熱交換器14よりも下流側且つ第1の熱交換器11よりも上流側では気相の冷熱用熱媒体が流れるため、送風手段7を急停止させる必要がなく、冷熱回収サイクル3を緩やかに定常運転に移行させることが可能である。よって、上記の構成によれば、冷熱回収システム1の起動時から定常運転に至るまでの期間における信頼性を向上させることができる。
【0076】
(ポンプバイパスラインの接続位置の具体例2)
図4は、本開示の第2の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。幾つかの実施形態では、図4に示されるように、上述したポンプバイパスライン6は、冷熱回収サイクル3における第2の熱交換器14よりも下流側、且つ冷熱用タービン32よりも上流側に接続されている。
【0077】
図4に示される実施形態では、ポンプバイパスライン6の他方側(下流端)62は、第2の上段接続ライン34Aの分岐部P2よりも上流側の接続位置P5に接続されている。図4に示される実施形態では、上述した送風ステップS102において、送風機7Aにより第1の気液分離器5から抜き出された気相の冷熱用熱媒体は、ポンプバイパスライン6、第2の上段接続ライン34Aの接続位置P5と分岐部P2との間、タービンバイパスライン37および第2の下段接続ライン34Bの合流部P3よりも下流側を通った後に、第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)に送られる。
【0078】
上記の構成によれば、ポンプバイパスライン6は、冷熱回収サイクル3における第2の熱交換器14よりも下流側、且つ冷熱用タービン32よりも上流側に接続されている。この場合には、冷熱用ポンプ31を駆動させ、冷熱用ポンプ31の下流側に液相の冷熱用熱媒体を送りこんでも、第2の熱交換器14において液相の冷熱用熱媒体が気化するため、第2の熱交換器14よりも下流側では、冷熱用ポンプ31を駆動させる前と同様に気相の冷熱用熱媒体が流れる。このため、ポンプバイパスライン6が冷熱回収サイクル3における第2の熱交換器14よりも上流側に接続されている場合に比べて、ポンプバイパスライン6への液相の冷熱用熱媒体の流入を抑制できる。これにより、冷熱回収システム1の起動時から定常運転に至るまでの期間における、ポンプバイパスライン6を流れる冷熱用熱媒体の相を安定化させ、ポンプバイパスライン6を流れる冷熱用熱媒体の体積変化を抑制できるため、冷熱回収システム1を緩やかに定常運転に移行させることが可能である。また、上記の構成によれば、ポンプバイパスライン6に設けられる制御機器(例えば、バルブ)や計測機器が単相仕様(気相仕様)のものでよいため、冷熱回収システム1における機器のコスト削減が図れる。
【0079】
幾つかの実施形態では、図4に示されるように、上述したポンプバイパスライン6は、冷熱回収サイクル3における第2の熱交換器14よりも下流側、且つ冷熱用タービン32よりも上流側に接続されている。上述した冷熱回収システム1は、ポンプバイパスライン6に設けられ、第1の気液分離器5から冷熱回収サイクル3へ向かう流れのみを許容するように構成された逆止弁63をさらに備える。
【0080】
逆止弁63は、ポンプバイパスライン6の一方側61から他方側62に冷熱用熱媒体を流すことができるが、ポンプバイパスライン6の他方側62から一方側61に冷熱用熱媒体が流れようとすると閉弁するように構成されている。
【0081】
上記の構成によれば、逆止弁63により、第2の熱交換器14において昇温された気相の冷熱用熱媒体が、ポンプバイパスライン6を逆流して第1の気液分離器5に流入することを抑制できる。この場合には、ポンプバイパスライン6を逆流した気相の冷熱用熱媒体により、第1の気液分離器5の冷却が遅延することを抑制できるため、冷熱回収システム1を定常運転に早期に移行できる。
【0082】
幾つかの実施形態では、図1図4に示されるように、上述した冷熱回収サイクル3は、上述した第2の接続ライン(メインライン)34と、上述したタービンバイパスライン37と、を含み、上述した送風機7Aは、タービンバイパスライン37に設けられている。
【0083】
上記の構成によれば、タービンバイパスライン37に設けられた送風手段7により、第1の気液分離器5で分離した気相の冷熱用熱媒体を、タービンバイパスライン37を経由させて(冷熱用タービン32を迂回させて)第1の熱交換器11に送ることができる。これにより、冷熱用タービン32における圧力損失を抑制できるため、冷熱回収システム1の起動時に送風手段7の性能を効果的に発揮させることができる。また、上記の構成によれば、冷熱用タービン32の駆動時において、冷熱用熱媒体をタービンバイパスライン37を経由させずに第1の熱交換器11に送ることができる。これにより、送風機7Aにおける圧力損失を抑制できるため、冷熱回収システム1の定常運転時に冷熱用タービン32の性能を効果的に発揮させることができる。
【0084】
(第2の気液分離器)
図5は、本開示の第3の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。
幾つかの実施形態では、図5に示されるように、上述したポンプバイパスライン6は、冷熱回収サイクル3における第2の熱交換器14よりも下流側、且つ冷熱用タービン32よりも上流側に接続されている。上述した冷熱回収サイクル3は、上述した第2の接続ライン(メインライン)34と、上述したタービンバイパスライン37と、を含み、上述した送風機7Aは、タービンバイパスライン37に設けられている。上述した冷熱回収システム1は、冷熱用熱媒体を気相と液相とに分離するように構成された第2の気液分離器8をさらに備える。第2の気液分離器8は、第2の接続ライン34における上記接続位置P5から上記分岐部P2までの間、又はタービンバイパスライン37の送風手段7よりも上流側、の何れかに設けられている。
【0085】
図5に示される実施形態では、第2の気液分離器8は、第2の上段接続ライン34Aにおける分岐部P2よりも上流側に設けられている。第2の気液分離器8は、ポンプバイパスライン6や第2の熱交換器14から送られた冷熱用熱媒体が導入される内部空間81を内部に画定するように構成された本体部82と、第2の熱交換器14から内部空間81に冷熱用熱媒体を導入するための第1の導入口83と、ポンプバイパスライン6から内部空間81に冷熱用熱媒体を導入するための第2の導入口84と、内部空間81から気相の冷熱用熱媒体を第2の気液分離器8の外部に吐出するための気相吐出口85と、を含む。
【0086】
内部空間81は、液相の冷熱用熱媒体が貯留される下方側貯留空間81Bと、下方側貯留空間81Bよりも上方に、下方側貯留空間81Bに連通して設けられた気相の冷熱用熱媒体が貯留される上方側貯留空間81Aと、を含む。第1の導入口83、第2の導入口84および気相吐出口85の夫々は、上方側貯留空間81Aに連通している。
【0087】
第2の熱交換器14にて加熱された冷熱用熱媒体は、第2の上段接続ライン34Aの第2の気液分離器8よりも上流側の部分を通じて第2の気液分離器8に導かれる。ポンプバイパスライン6の他方側(下流端)62は、第2の導入口84に接続されている。第1の気液分離器5に貯留される気相の冷熱用熱媒体は、ポンプバイパスライン6を通じて第2の気液分離器8に導かれる。第1の導入口83や第2の導入口84から内部空間81に流入した気相の冷熱用熱媒体は、内部空間81において液相が分離される。第2の上段接続ライン34Aの第2の気液分離器8よりも下流側には、第2の気液分離器8において液相が分離された気相の冷熱用熱媒体が流れる。
【0088】
冷熱回収システム1の起動時(具体的には、第2期間T2)に冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体を気相から液相に変更するときなどにおいて、冷熱用熱媒体の液分が突発的にタービンバイパスライン37に流入すると、送風機7Aの故障を招く虞がある。上記の構成によれば、第2の気液分離器8により、冷熱用熱媒体を気相と液相とに分離することで、タービンバイパスライン37に冷熱用熱媒体の液分が流入して送風機7Aが故障することを抑制できるため、冷熱回収システム1の信頼性を向上させることができる。
【0089】
なお、第2の気液分離器8は、下方側貯留空間81Bに貯留された液相の冷熱用熱媒体を第2の気液分離器8の外部に排出するように構成されていてもよい。図5に示されるように、第2の気液分離器8は、下方側貯留空間81Bに貯留された液相の冷熱用熱媒体を第1の気液分離器5の内部空間51に送るための液送出ライン86を含んでいてもよい。液送出ライン86は、下方側貯留空間81Bと内部空間51とを繋ぐ流路を含む。
【0090】
(ポンプバイパスラインの接続位置の具体例3)
図6は、本開示の第4の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。幾つかの実施形態では、図6に示されるように、上述したポンプバイパスライン6は、冷熱回収サイクル3における冷熱用タービン32よりも下流側に接続されている。送風機7B(送風手段7)は、ポンプバイパスライン6に設けられている。
【0091】
図6に示される実施形態では、ポンプバイパスライン6の他方側(下流端)62は、第2の下段接続ライン34Bの接続位置P6に接続されている。図6に示されるように、タービンバイパスライン37は、合流部P7においてポンプバイパスライン6に合流し、合流部P7から接続位置P6までのライン37Aをポンプバイパスライン6と共有していてもよい。
【0092】
図示される実施形態では、送風手段7は、ポンプバイパスライン6の合流部P7よりも上流側に設けられた送風機7Bを含む。送風機7Bは、ポンプバイパスライン6の下流側に気相の冷熱用熱媒体を送るように構成されている。図示される実施形態では、送風機7Bは、上述した送風機7Aと同様に、回転シャフト71と、回転シャフト71に取り付けられた動翼72と、動翼72を回転可能に収容するケーシング73と、動翼72を回転させる駆動力を動翼72に供給するように構成された電動機74と、を含む。
【0093】
動翼72は、ポンプバイパスライン6の合流部P7よりも上流側に配置されている。ケーシング73には、気相の冷熱用熱媒体をケーシング73の内部に導入するための導入口731と、動翼72を通過した気相の冷熱用熱媒体をケーシング73の外部に吐出するための吐出口732と、が形成されている。電動機74は、回転シャフト71に機械的に接続されている。動翼72は、電動機74が発生させた駆動力が回転シャフト71を介して伝達されることで、回転するようになっている。
【0094】
ポンプバイパスライン6は、第1の気液分離器5の気相吐出口55と送風機7Bの導入口731とを繋ぐ第1のポンプバイパスライン6Aと、送風機7Bの吐出口732と第2の下段接続ライン34Bの接続位置P6とを繋ぐ第2のポンプバイパスライン6Bと、を含む。
【0095】
図6に示される実施形態では、上述した送風ステップS102において、送風機7Bを駆動させることで、第1の気液分離器5からポンプバイパスライン6に気相の冷熱用熱媒体が抜き出される。送風機7Bにより抜き出された気相の冷熱用熱媒体は、送風機7Bにより、ポンプバイパスライン6および第2の下段接続ライン34Bの接続位置P6よりも下流側を通った後に、第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)に送られる。第1の冷熱側流路112に送られた冷熱用熱媒体は、第1の上段接続ライン33Aを通った後に、第1の気液分離器5に送られる。
【0096】
冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体を気相から液相に変更するときなどにおいて、送風手段7に導入される気相の冷熱用熱媒体の圧力が急激に高まり、送風手段7の作動点の急激変動することで、送風手段7が損傷する虞がある。上記の構成によれば、ポンプバイパスライン6を冷熱用タービン32よりも下流側に接続することで、第2の熱交換器14を通過した冷熱用熱媒体がポンプバイパスライン6に直接的に流入することを抑制できる。これにより、ポンプバイパスライン6に設けられた送風機7B(送風手段7)の作動点の急激変動を抑制できるため、送風機7Bの損傷リスクを低減できる。また、送風機7Bに要求される耐圧性能を低減できるため、送風機7Bのコスト削減が図れる。
【0097】
幾つかの実施形態では、図6に示されるように、上述したポンプバイパスライン6は、冷熱回収サイクル3における冷熱用タービン32よりも下流側に接続されている。送風機7Bは、ポンプバイパスライン6に設けられている。上述した冷熱回収システム1は、ポンプバイパスライン6の送風手段7の下流側と上流側とを送風機7Bを迂回して繋ぐ還流ライン64をさらに備える。還流ライン64の一方側が第2のポンプバイパスライン6Bの分岐部P8に接続され、還流ライン64の他方側が第1のポンプバイパスライン6Aの合流部P9に接続されている。
【0098】
上記の構成によれば、送風機7Bを停止させたときに、冷熱用熱媒体がポンプバイパスライン6を逆流することがある。冷熱用熱媒体がポンプバイパスライン6を逆流したときに、還流ライン64は、送風機7Bが設けられたラインよりも圧力損失が小さいため、還流ライン64を経由させることができる。逆流した冷熱用熱媒体の送風機7Bへの流入を抑制することで、送風機7Bの定常運転を長期間に亘り維持できるため、送風機7Bのサージングによる損傷を抑制できる。これにより、冷熱回収システム1の信頼性を向上させることができる。
【0099】
(減圧弁)
幾つかの実施形態では、図6に示されるように、第2のポンプバイパスライン6Bの分岐部P8よりも下流側に設けられた減圧弁65をさらに備えていてもよい。図6に示される実施形態では、減圧弁65は、第2のポンプバイパスライン6Bにおける合流部P7との接続位置よりも上流側に設けられている。上記の構成によれば、減圧弁65により、第2の熱交換器14を通過した高圧の冷熱用熱媒体が、第2のポンプバイパスライン6Bの減圧弁65よりも上流側に流入することを抑制できる。これにより、送風機7B(送風手段7)の作動点の急激変動を効果的に抑制できるため、送風機7Bの損傷リスクを効果的に低減できる。また、送風機7Bに要求される耐圧性能を低減できるため、送風機7Bのコスト削減が図れる。
【0100】
(ポンプバイパスラインの接続位置の具体例3)
図7は、本開示の第5の実施形態にかかる冷熱回収システムを備える船舶又は浮体の構成を概略的に示す概略構成図である。
幾つかの実施形態では、図7に示されるように、上述したポンプバイパスライン6は、第1の気液分離器5から冷熱回収サイクル3における冷熱用タービン32よりも下流側の第1接続位置P10に接続された第1ライン6Cと、冷熱回収サイクル3において、第1接続位置P10から冷熱用タービン32よりも上流側の分岐位置P11に至る第2ライン6Dと、分岐位置P11から、冷熱用タービン32を迂回して、冷熱回収サイクル3における第1接続位置P10よりも下流側の第2接続位置P12に接続された第3ライン6Eと、含む。第2ライン6Dに設けられた冷熱用タービン32は、逆回転することで送風手段7として機能するように構成されている。
【0101】
図示される実施形態では、冷熱用の発電機326は、タービン翼322が回転方向における一方側に回転(正回転)したときに、タービン翼322の回転力を電力に変換するように構成されている。また、冷熱用の発電機326は、インバータモータとしての機能を有し、電力が供給されたときに、タービン翼322を回転方向における他方側(上記一方側とは反対方向)に回転(逆回転)させる回転力を発生させるように構成されている。
【0102】
上述した冷熱回収システム1の起動方法100において、冷熱用タービン32は、送風ステップS102の開始から送風手段停止ステップS106までに亘り送風手段7として機能する。冷熱用タービン32が逆回転することで、ポンプバイパスライン6の下流側に気相の冷熱用熱媒体を送ることができる。
【0103】
図示される実施形態では、第1ライン6Cの一方側(上流端)61が第1の気液分離器5の気相吐出口55に接続され、第3ライン6Eの一方側(下流端)62が第2の下段接続ライン34Bの合流部P3(第2接続位置P12)に接続されている。第1ライン6Cの他方側(下流端)は、第2の下段接続ライン34Bの合流部P3よりも上流側の第1接続位置P10に接続されている。第2ライン6Dは、第2の上段接続ライン34Aの分岐部P2(P11)よりも下流側の部分および第2の下段接続ライン34Bの合流部P3(P10)よりも上流側の部分と共有ラインになっている。第3ライン6Eは、タービンバイパスライン37は、と共有ラインになっている。
【0104】
図7に示されるように、上述した冷熱回収システム1は、第2の下段接続ライン34Bの合流部P3(P10)と第2接続位置P12との間に設けられた第1の開閉弁91と、第2の上段接続ライン34Aの分岐部P2(P11)よりも上流側に設けられた第2の開閉弁92と、をさらに備えていてもよい。
【0105】
上述した送風ステップS102において、第1の開閉弁91および第2の開閉弁92を全閉とした状態で、逆回転する冷熱用タービン32により送風することで、第1の気液分離器5から抜き出された気相の冷熱用熱媒体は、第1ライン6C、第2ライン6D、第3ライン6Eおよび第2の下段接続ライン34Bの合流部P3よりも下流側を通った後に、第1の冷熱側流路112(第1の熱交換器11)に送られる。
【0106】
上記の構成によれば、冷熱用タービン32を送風手段7として機能させることで、ポンプバイパスライン6を介して、気相の冷熱用熱媒体を送るための専用の送風手段が不要となるので、冷熱回収システム1における機器のコスト削減が図れる。
【0107】
幾つかの実施形態では、図1図4図7に示されるように、上述したガスの供給先22は、船舶2A又は浮体2Bの主機エンジン22Aを含む。主機エンジン22Aは、供給される気化ガスのエネルギーにより、プロペラなどの不図示の推進器を駆動させる駆動力(推進力)を発生させるように構成されている。上述した気化ガス供給ライン13は、第1の熱交換器11で気化された液化ガスを船舶2A又は浮体2Bの主機エンジン22Aに供給するための燃料供給ライン13Aを含む。
【0108】
上述した冷熱回収システム1は、燃料供給ライン13Aから分岐し、第1の熱交換器11で気化された液化ガス(気化ガス)を主機エンジン22Aとは異なる供給先に供給するための分岐ライン24と、分岐ライン24に接続された主機エンジン22Aとは別体から構成されたガス燃焼装置23と、をさらに備える。分岐ライン24は、その一方側(上流端)が燃料供給ライン13Aの分岐部25に接続され、その他方側(下流端)がガス燃焼装置23のガス入口に接続されている。ガス燃焼装置23は、供給されたガスを燃焼させるように構成されている。
【0109】
上述した冷熱回収システム1は、燃料供給ライン13Aの分岐部25よりも下流側に設けられた第3の開閉弁26と、分岐ライン24に設けられた第4の開閉弁27と、をさらに備えていてもよい。冷熱回収システム1の起動時には、第3の開閉弁26が全閉であり、第4の開閉弁27が開いている。このため、第1の熱交換器11から送られたガスは、ガス燃焼装置23に送られる。送風手段停止ステップS106を実行後、冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体の流量を確保できたときに、第4の開閉弁27を全閉とし、第3の開閉弁26を開くことが行われる。これにより、第1の熱交換器11から送られたガスが主機エンジン22Aに送られる。
【0110】
冷熱回収システム1の起動時は、冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体の流量が小さいので、液化ガスが十分に気化しないまま主機エンジン22Aに供給され、主機エンジン22Aの故障や作動不良を招く虞がある。上記の構成によれば、冷熱回収システム1の起動時に、気化ガスや液化ガスを、分岐ライン24を介してガス燃焼装置23に導いて、ガス燃焼装置23で燃焼させることができる。これにより、液化ガスが十分に気化しないまま主機エンジン22Aに供給されるのを抑制できるため、主機エンジン22Aの故障や作動不良を抑制できる。
【0111】
(制御装置)
図8は、本開示の一実施形態にかかる冷熱回収システムの制御装置を説明するための説明図である。幾つかの実施形態では、冷熱回収システム1は、図8に示されるように、第1の気液分離器5の内部の冷熱用熱媒体の液位WLを取得可能に構成された液位取得装置(図示例では、液位センサ)93と、液位取得装置93により取得される液位WLが閾値THを超えたときに、冷熱用ポンプ31を駆動させる冷熱用ポンプ制御装置94と、をさらに備える。上述した冷熱回収システム1の起動方法100は、第1の気液分離器5の内部に貯留された液相の冷熱用熱媒体の液位WLを取得する液位取得ステップS109をさらに備え、液位取得ステップS109で取得される液位WLが閾値THを超えたときに、冷熱用ポンプ駆動ステップS104が行われる。
【0112】
図示される実施形態では、冷熱用ポンプ制御装置94は、冷熱回収システム1が備えるポンプの運転制御や冷熱回収システム1が備える弁の開度制御を行うように構成された制御装置9に搭載されている。冷熱回収システム1が備えるポンプ(冷熱用ポンプ31など)は、制御装置9の運転指示に応じて駆動や停止を行うように構成されている。冷熱回収システム1が備える弁(第1の流量調整弁36など)は、制御装置9の開度指示に応じてその開度を調整可能に構成されている。冷熱回収システム1は、制御装置9を備える。なお、起動方法100における幾つかのステップは、制御装置9により行われてもよい。また、起動方法100における幾つかのステップは、制御装置9以外の装置や機器を用いてもよいし、手動により行うようにしてもよい。
【0113】
制御装置9は、冷熱回収システム1を制御するための電子制御ユニットである。制御装置9は、図示しないCPU(プロセッサ)や、ROMやRAMといったメモリ、外部記憶装置などの記憶装置、I/Oインターフェース、通信インターフェースなどからなるマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置9は、例えば上記メモリの主記憶装置にロードされたプログラムの命令に従ってCPUが動作(例えばデータの演算など)することで、冷熱用ポンプ制御装置94における制御を実現してもよい。
【0114】
上記の構成や方法によれば、第1の気液分離器5の内部に貯留された液相の冷熱用熱媒体の液位WLが閾値THを超える場合には、冷熱用ポンプ31における液相の冷熱用熱媒体の占める割合が十分に大きくなっている。上記液位WLを判定基準とすることで、冷熱用ポンプ31のガス噛みによる能力低下を効果的に抑制できる。
【0115】
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【0116】
上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。
【0117】
1)本開示の少なくとも一実施形態にかかる冷熱回収システム(1)は、
液化ガスを貯留するように構成された液化ガス貯留装置(21)を有する船舶(2A)又は浮体(2B)に設置される冷熱回収システム(1)であって、
前記液化ガス貯留装置(21)から抜き出された前記液化ガスから冷熱用熱媒体に冷熱エネルギーを伝達するように構成された第1の熱交換器(11)と、
前記冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクル(3)であって、前記第1の熱交換器(21)よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプ(31)を少なくとも含む冷熱回収サイクル(3)と、
前記冷熱回収サイクル(3)における前記第1の熱交換器(11)と前記冷熱用ポンプ(31)との間に設けられ、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離するように構成された第1の気液分離器(5)と、
前記第1の気液分離器(5)から前記気相の冷熱用熱媒体を抜き出して前記冷熱回収サイクル(3)における前記冷熱用ポンプ(31)よりも下流側且つ前記第1の熱交換器(11)よりも上流側に導くためのポンプバイパスライン(6)と、
前記ポンプバイパスライン(6)を介して前記気相の冷熱用熱媒体を前記第1の熱交換器(11)に送るための送風手段(7)と、を備える。
【0118】
上記1)の構成によれば、送風手段(7)により、第1の気液分離器(5)で分離した気相の冷熱用熱媒体を、ポンプバイパスライン(6)を介して第1の熱交換器(11)に送ることで、冷熱回収サイクル(3)において気相の冷熱用熱媒体を循環させることができる。気相の冷熱用熱媒体は、液相の冷熱用熱媒体に比べて第1の熱交換器(11)における閉塞を生じ難いため、冷熱回収システム(1)の起動時における第1の熱交換器(11)の閉塞を抑制できる。
【0119】
また、上記1)の構成によれば、冷熱回収システム(1)の起動時に冷熱回収サイクル(3)を循環する気相の冷熱用熱媒体を、第1の熱交換器(11)において液化ガスにより冷却し、凝縮させることで、気液分離器や冷熱用ポンプなどの冷熱回収サイクル(3)における第1の熱交換器(11)よりも下流側において、液相の冷熱用熱媒体の占める割合を早期に増やすことができる。冷熱用ポンプにおける液相の冷熱用熱媒体の占める割合を増やすことで、冷熱用ポンプ(31)のガス噛みによる能力低下を抑制できるため、冷熱用ポンプ(31)の能力を早期から発揮させることができる。これにより、冷熱回収システムを定常運転に早期に移行できる。
【0120】
2)幾つかの実施形態では、上記1)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記冷熱回収サイクル(3)は、前記第1の熱交換器(11)よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動されるように構成された冷熱用タービン(32)をさらに含み、
前記冷熱回収システム(1)は、前記冷熱回収サイクル(3)における前記冷熱用ポンプ(31)よりも下流側且つ前記冷熱用タービン(32)よりも上流側を流れる前記冷熱用熱媒体に、熱媒から熱エネルギーを伝達するように構成された第2の熱交換器(14)をさらに備え、
前記ポンプバイパスライン(6)は、前記冷熱回収サイクル(3)における前記第2の熱交換器(14)よりも上流側に接続された。
【0121】
上記2)の構成によれば、ポンプバイパスライン(6)は、冷熱回収サイクル(3)における第2の熱交換器(14)よりも上流側に接続されている。この場合には、冷熱用ポンプ(31)を駆動させ、冷熱用ポンプ(31)の下流側に液相の冷熱用熱媒体を送りこんでも、第2の熱交換器(14)において液相の冷熱用熱媒体が気化するため、第2の熱交換器(14)よりも下流側では、冷熱用ポンプ(31)を駆動させる前と同様に気相の冷熱用熱媒体が流れる。このため、冷熱回収システム(1)の起動時から定常運転に至るまでの期間において、第2の熱交換器(14)よりも下流側且つ第1の熱交換器(11)よりも上流側を流れる冷熱用熱媒体の過渡的な変化を抑制できる。また、冷熱用ポンプ(31)を駆動させた後も、第2の熱交換器(14)よりも下流側且つ第1の熱交換器(11)よりも上流側では気相の冷熱用熱媒体が流れるため、送風手段(7)を急停止させる必要がなく、冷熱回収サイクル(3)を緩やかに定常運転に移行させることが可能である。よって、上記2)の構成によれば、冷熱回収システム(1)の起動時から定常運転に至るまでの期間における信頼性を向上させることができる。
【0122】
3)幾つかの実施形態では、上記1)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記冷熱回収サイクル(3)は、前記第1の熱交換器(11)よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動されるように構成された冷熱用タービン(32)をさらに含み、
前記冷熱回収システム(1)は、前記冷熱回収サイクル(3)における前記冷熱用ポンプ(31)よりも下流側且つ前記冷熱用タービン(32)よりも上流側を流れる前記冷熱用熱媒体に、熱媒から熱エネルギーを伝達するように構成された第2の熱交換器(14)をさらに備え、
前記ポンプバイパスライン(6)は、前記冷熱回収サイクル(3)における前記第2の熱交換器(14)よりも下流側、且つ前記冷熱用タービン(32)よりも上流側に接続された。
【0123】
上記3)の構成によれば、ポンプバイパスライン(6)は、冷熱回収サイクル(3)における第2の熱交換器(14)よりも下流側、且つ冷熱用タービン(32)よりも上流側に接続されている。この場合には、冷熱用ポンプ(31)を駆動させ、冷熱用ポンプ(31)の下流側に液相の冷熱用熱媒体を送りこんでも、第2の熱交換器(14)において液相の冷熱用熱媒体が気化するため、第2の熱交換器(14)よりも下流側では、冷熱用ポンプ(31)を駆動させる前と同様に気相の冷熱用熱媒体が流れる。このため、ポンプバイパスライン(6)が冷熱回収サイクル(3)における第2の熱交換器(14)よりも上流側に接続されている場合に比べて、ポンプバイパスライン(6)への液相の冷熱用熱媒体の流入を抑制できる。これにより、冷熱回収システム(1)の起動時から定常運転に至るまでの期間における、ポンプバイパスライン(6)を流れる冷熱用熱媒体の相を安定化させ、ポンプバイパスライン(6)を流れる冷熱用熱媒体の体積変化を抑制できるため、冷熱回収システム(1)を緩やかに定常運転に移行させることが可能である。また、上記3)の構成によれば、ポンプバイパスライン(6)に設けられる制御機器(例えば、バルブ)や計測機器が単相仕様(気相仕様)のものでよいため、冷熱回収システム(1)における機器のコスト削減が図れる。
【0124】
4)幾つかの実施形態では、上記3)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記ポンプバイパスライン(6)に設けられ、前記第1の気液分離器(5)から前記冷熱回収サイクル(3)へ向かう流れのみを許容するように構成された逆止弁(63)をさらに備える。
【0125】
上記4)の構成によれば、逆止弁(63)により、第2の熱交換器(14)において昇温された気相の冷熱用熱媒体が、ポンプバイパスライン(6)を逆流して第1の気液分離器(5)に流入することを抑制できる。この場合には、ポンプバイパスライン(6)を逆流した気相の冷熱用熱媒体により、第1の気液分離器(5)の冷却が遅延することを抑制できるため、冷熱回収システム(1)を定常運転に早期に移行できる。
【0126】
5)幾つかの実施形態では、上記2)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記冷熱回収サイクル(3)は、
前記第2の熱交換器(14)と前記第1の熱交換器(11)とを繋ぐとともに、前記第2の熱交換器(14)と前記第1の熱交換器(11)との間に前記冷熱用タービン(32)が設けられたメインライン(第2の接続ライン34)と、
前記メインライン(34)の前記冷熱用タービン(32)の上流側と下流側とを前記冷熱用タービン(32)を迂回して繋ぐタービンバイパスライン(37)と、を含み、
前記送風手段(7)は、前記タービンバイパスライン(37)に設けられた。
【0127】
上記5)の構成によれば、タービンバイパスライン(37)に設けられた送風手段(7)により、第1の気液分離器(5)で分離した気相の冷熱用熱媒体を、タービンバイパスライン(37)を経由させて第1の熱交換器(11)に送ることができる。これにより、冷熱用タービン32における圧力損失を抑制できるため、冷熱回収システム(1)の起動時に送風手段(7)の性能を効果的に発揮させることができる。
【0128】
6)幾つかの実施形態では、上記3)又は上記4)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記冷熱回収サイクル(3)は、
前記第2の熱交換器(14)と前記第1の熱交換器(11)とを繋ぐとともに、前記第2の熱交換器(14)と前記第1の熱交換器(11)との間に前記冷熱用タービン(32)が設けられたメインライン(第2の接続ライン34)と、
前記メインライン(34)の前記冷熱用タービン(32)の上流側と下流側とを前記冷熱用タービン(32)を迂回して繋ぐタービンバイパスライン(37)と、を含み、
前記送風手段(7)は、前記タービンバイパスライン(37)に設けられた。
【0129】
上記6)の構成によれば、タービンバイパスライン(37)に設けられた送風手段(7)により、第1の気液分離器(5)で分離した気相の冷熱用熱媒体を、タービンバイパスライン(37)を経由させて第1の熱交換器(11)に送ることができる。これにより、冷熱用タービン(32)における圧力損失を抑制できるため、冷熱回収システム(1)の起動時に送風手段(7)の性能を効果的に発揮させることができる。
【0130】
7)幾つかの実施形態では、上記6)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記メインライン(34)における前記ポンプバイパスライン(6)の接続位置(P5から前記タービンバイパスライン(37)の上流端との接続位置(分岐部P2)までの間、又は前記タービンバイパスライン(37)の前記送風手段(7)よりも上流側、の何れかに設けられ、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離するように構成された第2の気液分離器(8)をさらに備える。
【0131】
冷熱回収サイクル(3)を循環する冷熱用熱媒体を気相から液相に変更するときなどにおいて、冷熱用熱媒体の液分が突発的にタービンバイパスライン(37)に流入すると、送風手段(7)の故障を招く虞がある。上記7)の構成によれば、第2の気液分離器(8)により、冷熱用熱媒体を気相と液相とに分離することで、タービンバイパスライン(37)に冷熱用熱媒体の液分が流入して送風手段(7)が故障することを抑制できるため、冷熱回収システム(1)の信頼性を向上させることができる。
【0132】
8)幾つかの実施形態では、上記1)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記冷熱回収サイクル(3)は、前記第1の熱交換器(11)よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動されるように構成された冷熱用タービン(32)をさらに含み、
前記ポンプバイパスライン(6)は、前記冷熱回収サイクル(3)における前記冷熱用タービン(32)よりも下流側に接続され、
前記送風手段(7)は、前記ポンプバイパスライン(6)に設けられた。
【0133】
冷熱回収サイクル3を循環する冷熱用熱媒体を気相から液相に変更するときなどにおいて、送風手段(7)に導入される気相の冷熱用熱媒体の圧力が急激に高まり、送風手段(7)の作動点の急激変動することで、送風手段(7)が損傷する虞がある。上記8)の構成によれば、ポンプバイパスライン(6)を冷熱用タービン(32)よりも下流側に接続することで、第2の熱交換器(14)を通過した冷熱用熱媒体がポンプバイパスライン(6)に直接的に流入することを抑制できる。これにより、ポンプバイパスライン(6)に設けられた送風手段(7)の作動点の急激変動を抑制できるため、送風手段(7)の損傷リスクを低減できる。また、送風手段(7)に要求される耐圧性能を低減できるため、送風手段(7)のコスト削減が図れる。
【0134】
9)幾つかの実施形態では、上記8)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記ポンプバイパスライン(6)の前記送風手段(7)の下流側と上流側とを前記送風手段(7)を迂回して繋ぐ還流ライン(64)をさらに備える。
【0135】
上記9)の構成によれば、冷熱用熱媒体がポンプバイパスライン(6)を逆流したときに、還流ライン(64)は、送風手段(7)が設けられたラインよりも圧力損失が小さいため、還流ライン(64)を経由させることができる。逆流した冷熱用熱媒体の送風手段(7)への流入を抑制することで、送風手段(7)の定常運転を長期間に亘り維持できるため、送風手段(7)のサージングによる損傷を抑制できる。これにより、冷熱回収システム(1)の信頼性を向上させることができる。
【0136】
10)幾つかの実施形態では、上記1)に記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記冷熱回収サイクル(3)は、前記第1の熱交換器(11)よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体により駆動する冷熱用タービン(32)をさらに含み、
前記ポンプバイパスライン(6)は、
前記第1の気液分離器(5)から前記冷熱回収サイクル(3)における前記冷熱用タービン(32)よりも下流側の第1接続位置(P10)に接続された第1ライン(6C)と、
前記冷熱回収サイクル(3)において、前記第1接続位置(P10)から前記冷熱用タービン(32)よりも上流側の分岐位置(P11)に至る第2ライン(6D)と、
前記分岐位置(P11)から、前記冷熱用タービン(3)を迂回して、前記冷熱回収サイクル(3)における前記第1接続位置(P10)よりも下流側の第2接続位置(P12)に接続された第3ライン(6E)と、を含み、
前記冷熱用タービン(32)は、逆回転することで前記送風手段(7)として機能するように構成された。
【0137】
上記10)の構成によれば、冷熱用タービン(32)を送風手段(7)として機能させることで、ポンプバイパスライン(6)を介して、気相の冷熱用熱媒体を送るための専用の送風手段が不要となるので、冷熱回収システム1における機器のコスト削減が図れる。
【0138】
11)幾つかの実施形態では、上記1)から上記10)までの何れかに記載の冷熱回収システム(1)であって、
前記第1の熱交換器(11)で気化された前記液化ガスを前記船舶(2A)又は前記浮体(2B)の主機エンジン(22A)に供給するための燃料供給ライン(13A)と、
前記燃料供給ライン(13A)から分岐し、前記第1の熱交換器(11)で気化された前記液化ガスを前記主機エンジン(22A)とは異なる供給先(23)に供給するための分岐ライン(24)と、
前記分岐ライン(24)に接続された前記主機エンジン(22A)とは別体から構成されたガス燃焼装置(23)と、をさらに備える。
【0139】
冷熱回収システム(1)の起動時は、冷熱回収サイクル(3)を循環する冷熱用熱媒体の流量が小さいので、液化ガスが十分に気化しないまま主機エンジン(22A)に供給され、主機エンジン(22A)の故障や作動不良を招く虞がある。上記11)の構成によれば、冷熱回収システム(1)の起動時に、気化ガスや液化ガスを、分岐ライン(24)を介してガス燃焼装置(23)に導いて、ガス燃焼装置(23)で燃焼させることができる。これにより、液化ガスが十分に気化しないまま主機エンジン(22A)に供給されるのを抑制できるため、主機エンジン(22A)の故障や作動不良を抑制できる。
【0140】
12)本開示の少なくとも一実施形態にかかる冷熱回収システム(1)の起動方法(100)は、
液化ガスを貯留するように構成された液化ガス貯留装置(21)を有する船舶(2A)又は浮体(2B)に設置される冷熱回収システム(1)の起動方法(100)であって、
前記冷熱回収システム(1)は、
前記液化ガス貯留装置(21)から抜き出された前記液化ガスから冷熱用熱媒体に冷熱エネルギーを伝達するように構成された第1の熱交換器(11)と、
前記冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクル(3)であって、前記第1の熱交換器(11)よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を送るための冷熱用ポンプ(31)を含む冷熱回収サイクル(3)と、を備え、
前記冷熱回収システムの起動方法(100)は、
前記冷熱回収サイクル(3)における前記第1の熱交換器(11)と前記冷熱用ポンプ(31)との間に設けられた気液分離器(5)により、前記冷熱用熱媒体を気相の冷熱用熱媒体と液相の冷熱用熱媒体とに分離する気液分離ステップ(S101)と、
前記気液分離ステップ(S101)で分離した前記気相の冷熱用熱媒体を、前記冷熱用ポンプ(31)を迂回させて前記第1の熱交換器(11)に送る送風ステップ(S102)と、
前記液化ガス貯留装置(21)から前記第1の熱交換器(11)に前記液化ガスを送り、前記送風ステップ(S102)で前記第1の熱交換器(11)に送られた前記気相の冷熱用熱媒体を前記液化ガスにより冷却する冷却ステップ(S103)と、
前記冷却ステップ(S103)よりも後に前記冷熱用ポンプ(31)を駆動する冷熱用ポンプ駆動ステップ(S104)と、を備える。
【0141】
上記12)の方法によれば、気液分離ステップ(S101)で分離した気相の冷熱用熱媒体を、冷熱用ポンプ(31)を迂回させて第1の熱交換器(11)に送ることで(送風ステップS102)、冷熱回収サイクル(3)において気相の冷熱用熱媒体を循環させることができる。気相の冷熱用熱媒体は、液相の冷熱用熱媒体に比べて第1の熱交換器(11)における閉塞を生じ難いため、冷熱回収システム(1)の起動時における第1の熱交換器(11)の閉塞を抑制できる。
【0142】
また、上記12)の方法によれば、冷熱回収サイクル(3)を循環する気相の冷熱用熱媒体を、第1の熱交換器(11)において液化ガスにより冷却し(冷却ステップS103)、凝縮させることで、気液分離器(5)や冷熱用ポンプ(31)などの冷熱回収サイクル(3)における第1の熱交換器(11)よりも下流側において、液相の冷熱用熱媒体の占める割合を早期に増やすことができる。冷熱用ポンプ(31)における液相の冷熱用熱媒体の占める割合を増やすことで、冷熱用ポンプ(31)のガス噛みによる能力低下を抑制できるため、冷熱用ポンプ(31)を早期に駆動でき(冷熱用ポンプ駆動ステップS104)、冷熱用ポンプ(31)の能力を早期から発揮させることができる。これにより、冷熱回収サイクル(1)を定常運転に早期に移行できる。
【0143】
13)幾つかの実施形態では、上記12)に記載の冷熱回収システム(1)の起動方法(100)であって、
前記気液分離器(5)の内部に貯留された前記液相の冷熱用熱媒体の液位を取得する液位取得ステップ(S109)をさらに備え、
前記液位取得ステップ(S109)で取得される前記液位が閾値を超えたときに、前記冷熱用ポンプ駆動ステップ(S104)が行われる。
【0144】
上記13)の方法によれば、第1の気液分離器(5)の内部に貯留された液相の冷熱用熱媒体の液位が閾値を超える場合には、冷熱用ポンプ(31)における液相の冷熱用熱媒体の占める割合が十分に大きくなっている。上記液位を判定基準とすることで、冷熱用ポンプ(31)のガス噛みによる能力低下を効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【0145】
1 冷熱回収システム
2A 船舶
2B 浮体
3 冷熱回収サイクル
5 第1の気液分離器
6 ポンプバイパスライン
6A 第1のポンプバイパスライン
6B 第2のポンプバイパスライン
6C 第1ライン
6D 第2ライン
6E 第3ライン
7 送風手段
7A,7B 送風機
8 第2の気液分離器
9 制御装置
11 第1の熱交換器
12 液化ガス供給ライン
13 気化ガス供給ライン
14 第2の熱交換器
15 液化ガス用ポンプ
21 液化ガス貯留装置
22 ガスの供給先
22A 主機エンジン
23 ガス燃焼装置
24 分岐ライン
26 第3の開閉弁
27 第4の開閉弁
31 冷熱用ポンプ
32 冷熱用タービン
33 第1の接続ライン
33A 第1の上段接続ライン
33B 第1の中段接続ライン
33C 第1の下段接続ライン
34 第2の接続ライン
34A 第2の上段接続ライン
34B 第2の下段接続ライン
35 液戻りライン
36 第1の流量調整弁
37 タービンバイパスライン
38 第2の流量調整弁
39 第3の流量調整弁
41 外部水の供給元
42 外部水供給ライン
43 外部水の排出先
44 外部水排出ライン
45 外部水用ポンプ
51 内部空間
51A 上方側貯留空間
51B 下方側貯留空間
52 本体部
53 導入口
54 液相吐出口
55 気相吐出口
56 液戻り口
63 逆止弁
64 流ライン
65 減圧弁
71 回転シャフト
72 動翼
73 ケーシング
74 電動機
100 冷熱回収システムの起動方法
S101 気液分離ステップ
S102 送風ステップ
S103 冷却ステップ
S104 冷熱用ポンプ駆動ステップ
S105 開弁ステップ
S106 送風手段停止ステップ
S107 冷熱用タービン駆動ステップ
S108 外部水用ポンプ駆動ステップ
S109 液位取得ステップ
T1 第1期間
T2 第2期間
T3 第3期間
TH 閾値
WL 液位

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8