特開 2024-178532 冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置

(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】P2024178532

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 27/00 20060101AFI20241218BHJP

   F25C 1/00 20060101ALI20241218BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241218BHJP

   F28D 20/02 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

F25B27/00 Q

F25C1/00 A

F25B1/00 399Y

F28D20/02 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096725

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】509317531

【氏名又は名称】株式会社ＭＡＲＳ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100144886

【弁理士】

【氏名又は名称】大坪 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】大野 正樹

(72)【発明者】

【氏名】井筒 伊朗

(57)【要約】

【課題】液化ガスの冷熱エネルギーを有効活用することができる冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置を提供する。
【解決手段】冷熱エネルギー利用装置２００は、ＬＮＧ（液化ガス）を貯留するタンク１１０を有するプラント１６０に接続して用いられ、タンク１１０に貯留される前のＬＮＧとの熱交換により対象物を冷却する。また、冷熱エネルギー利用装置２００は、ＬＮＧとの熱交換により二酸化炭素Ｎ１を冷却する第１熱交換ユニット３００と、二酸化炭素Ｎ１との熱交換によりブラインＮ２を冷却する第２熱交換ユニット４００と、を有する。
【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タンクを有するプラントに接続して用いられ、
前記タンクに貯留される前の前記液化ガスとの熱交換により対象物を冷却することを特徴とする冷熱エネルギー利用方法。

【請求項2】

前記プラントは、前記液化ガスを輸送する輸送体と前記タンクとを繋いで、前記輸送体から前記タンクへ前記液化ガスを導く受け入れ配管を有し、
前記受け入れ配管から前記液化ガスが導入される請求項１に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項3】

前記液化ガスとの熱交換により一次冷媒を冷却する第１熱交換ステップと、
前記一次冷媒との熱交換により二次冷媒を冷却する第２熱交換ステップと、を有する請求項１に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項4】

前記第１熱交換ステップの用に供された前記液化ガスは、液状の状態で前記プラントに戻される請求項３に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項5】

前記第１熱交換ステップは、前記液化ガスとの熱交換により前記一次冷媒を冷却する一次冷媒冷却ステップと、
前記一次冷媒冷却ステップにより少なくとも一部がガス化した前記液化ガスを凝縮する凝縮ステップと、を有する請求項３に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項6】

前記第１熱交換ステップは、前記一次冷媒冷却ステップに先立って、前記液化ガスを減圧する減圧ステップをさらに有する請求項５に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項7】

前記凝縮ステップでは、前記一次冷媒冷却ステップを経ていない前記液化ガスとの熱交換により、前記一次冷媒冷却ステップを経た前記液化ガスを凝縮する請求項５に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項8】

前記第２熱交換ステップで冷却された前記二次冷媒を用いて前記対象物を冷却する対象物冷却ステップをさらに有する請求項３に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項9】

前記第２熱交換ステップで冷却された前記二次冷媒を用いて、前記対象物冷却ステップで冷却された前記対象物を冷却状態のまま保管する保管ステップをさらに有する請求項８に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項10】

前記第２熱交換ステップでは、前記二次冷媒の一部を凍結させてスラリー状とする請求項８に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項11】

前記対象物は、蓄冷材であり、
前記対象物冷却ステップでは、未凍結の前記蓄冷材を凍結し、
前記保管ステップでは、前記蓄冷材を凍結状態のまま保管する請求項９に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項12】

前記液化ガスは、液化天然ガスまたは液化石油ガスである請求項１に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【請求項13】

液化ガスを貯留するタンクを有するプラントに接続して用いられ、
前記タンクに貯留される前の前記液化ガスとの熱交換により対象物を冷却することを特徴とする冷熱エネルギー利用装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ＬＮＧ（液化天然ガス）を気化する気化器が開示されている。この気化器は、オープンラック式気化器（ＯＲＶ）であり、複数の熱交換パネルと、各熱交換パネルを下端で並列に接続する下部マニホールドと、各熱交換パネルを上端で並列に接続する上部マニホールドと、を有する。また、各熱交換パネルは、鉛直方向に延在する複数の伝熱管と、各伝熱管を下端で接続した下部ヘッダー管と、各伝熱管を上端で接続した上部ヘッダー管と、を有する。また、気化器は、各伝熱管の外表面に供給するための海水を貯めるトラフと、トラフに海水を供給する海水供給手段と、を有する。

【0003】

このような気化器では、ＬＮＧが下部マニホールドから下部ヘッダー管を介して各伝熱管内に導入される。一方、海水供給手段によりトラフに貯められた海水は、トラフから溢流して伝熱管の外表面を濡らしながら垂下する。伝熱管内に導入されたＬＮＧは、伝熱管の外部を流通する海水により加熱されて気化することでＮＧ（天然ガス）となり伝熱管内を上昇する。そして、このＮＧは、上部ヘッダー管を介して上部マニホールドへ導出される。このように、特許文献１の気化器は、海水との熱交換によってＬＮＧを加熱して気化することでＮＧを生成するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－１４８２５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的なプラントでは、特許文献１の気化器の上流側にＬＮＧを一時的に貯留するタンクが配置されており、このタンクから送出されたＬＮＧを気化器によって気化する。そのため、このようなプラントでは、タンクに貯留されたＬＮＧ、つまり、気化器で気化される前のＬＮＧの冷熱エネルギーを利用することができない。

【0006】

本発明の目的は、気化される前の液化ガスの冷熱エネルギーを有効活用することのできる冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このような目的は、下記の本発明により達成される。

【0008】

（１） 液化ガスを貯留するタンクを有するプラントに接続して用いられ、
前記タンクに貯留される前の前記液化ガスとの熱交換により対象物を冷却することを特徴とする冷熱エネルギー利用方法。

【0009】

（２） 前記プラントは、前記液化ガスを輸送する輸送体と前記タンクとを繋いで、前記輸送体から前記タンクへ前記液化ガスを導く受け入れ配管を有し、
前記受け入れ配管から前記液化ガスが導入される上記（１）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0010】

（３） 前記液化ガスとの熱交換により一次冷媒を冷却する第１熱交換ステップと、
前記一次冷媒との熱交換により二次冷媒を冷却する第２熱交換ステップと、を有する上記（１）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0011】

（４） 前記第１熱交換ステップの用に供された前記液化ガスは、液状の状態で前記プラントに戻される上記（３）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0012】

（５） 前記第１熱交換ステップは、前記液化ガスとの熱交換により前記一次冷媒を冷却する一次冷媒冷却ステップと、
前記一次冷媒冷却ステップにより少なくとも一部がガス化した前記液化ガスを凝縮する凝縮ステップと、を有する上記（３）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0013】

（６） 前記第１熱交換ステップは、前記一次冷媒冷却ステップに先立って、前記液化ガスを減圧する減圧ステップをさらに有する上記（３）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0014】

（７） 前記凝縮ステップでは、前記一次冷媒冷却ステップを経ていない前記液化ガスとの熱交換により、前記一次冷媒冷却ステップを経た前記液化ガスを凝縮する上記（５）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0015】

（８） 前記第２熱交換ステップで冷却された前記二次冷媒を用いて前記対象物を冷却する対象物冷却ステップをさらに有する上記（３）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0016】

（９） 前記第２熱交換ステップで冷却された前記二次冷媒を用いて、前記対象物冷却ステップで冷却された前記対象物を冷却状態のまま保管する保管ステップをさらに有する上記（８）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0017】

（１０） 前記第２熱交換ステップでは、前記二次冷媒の一部を凍結させてスラリー状とする上記（８）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0018】

（１１） 前記対象物は、蓄冷材であり、
前記対象物冷却ステップでは、未凍結の前記蓄冷材を凍結し、
前記保管ステップでは、前記蓄冷材を凍結状態のまま保管する上記（９）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0019】

（１２） 前記液化ガスは、液化天然ガスまたは液化石油ガスである上記（１）に記載の冷熱エネルギー利用方法。

【0020】

（１３） 液化ガスを貯留するタンクを有するプラントに接続して用いられ、
前記タンクに貯留される前の前記液化ガスとの熱交換により対象物を冷却することを特徴とする冷熱エネルギー利用装置。

【発明の効果】

【0021】

本発明の冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置によれば、今まで使われることのなかった気化前の液化ガスの冷熱エネルギーを用いて様々な対象物を冷却することができる。そのため、液化ガスの冷熱エネルギーを無駄にすることなく、有効活用することができる。また、今まで使われることのなかった冷熱エネルギーを有効活用することで、他のエネルギーの消費が低減され、その分、環境負荷を低減することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態に係る冷熱エネルギー利用装置の全体構成図である。

【図2】第２熱交換ユニットを示す図である。

【図3】冷却装置を示す図である。

【図4】冷却装置を示す図である。

【図5】保管装置を示す図である。

【図6】蓄冷材の使用方法の一例を示す図である。

【図7】蓄冷材の使用方法の一例を示す図である。

【図8】第２実施形態に係る冷熱エネルギー利用装置の全体構成図である。

【図9】第３実施形態に係る第２熱交換器を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置を添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0024】

なお、本発明の冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置で利用される液化ガスとしては、特に限定されないが、典型的には、ＬＮＧ（液化天然ガス）またはＬＰＧ（液化石油ガス）である。これらは、液化ガスの中でも特に消費量が多く、その分、廃棄されている冷熱エネルギーが大きい。そのため、より有益な冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置となる。ただし、液化ガスとしては、ＬＮＧ、ＬＰＧ以外のいかなるもの、例えば、アンモニアガス、水素ガスなどであってもよい。なお、以下の各実施形態では、説明の便宜上、液化ガスとしてＬＮＧを用いる例について代表して説明するが、他の液化ガスについても同様に適用可能である。

【0025】

＜第１実施形態＞
まず、日本国内におけるＮＧ（天然ガス）の供給方法について簡単に説明する。日本国においては、ＮＧのほとんどを輸入に頼っている。また、ＮＧ原産国との間にパイプラインが通っておらず、海運により輸入される。この際、輸送効率を高めるため、ＮＧは、天然ガス田に設置された液化プラントによって－１６２℃程度のＬＮＧ（液化天然ガス）にされ、ＬＮＧタンカーＴ（移動体）を用いて受け入れ基地１００に輸送される。

【0026】

図１に示すように、受け入れ基地１００には、主に、ＬＮＧタンカーＴによって輸送されたＬＮＧを一時的に保管するタンク１１０と、ＬＮＧタンカーＴからタンク１１０にＬＮＧを導く受け入れ配管１７０と、タンク１１０に保管されたＬＮＧを気化して必要量のＮＧを生成する気化器１２０と、タンク１１０と気化器１２０とを繋ぐ管路１３０と、管路１３０の途中に配置され、タンク１１０内のＬＮＧを気化器１２０に送出するポンプ１４０と、気化器１２０で生成されたＮＧに匂いを付ける付臭器１５０と、を有するプラント１６０が設置されている。図示しないが、付臭器１５０で臭い付けされたＮＧは、ガス管を通って市街地等の各所に設置されたガスホルダーに送られて貯留され、さらに、ガスホルダーからガス管を通って各契約先に送られる。

【0027】

また、図示の受け入れ基地１００は、陸から海洋上に延び、大型のＬＮＧタンカーが着桟することのできる桟橋を有し、当該桟橋の先端部まで受け入れ配管１７０が延びている。そして、桟橋に着桟したＬＮＧタンカーＴに受け入れ配管１７０を接続することで、ＬＮＧタンカーＴとタンク１１０とが受け入れ配管１７０で接続され、受け入れ配管１７０を通ってＬＮＧタンカーＴからタンク１１０にＬＮＧが導かれる。

【0028】

図１に示すように、冷熱エネルギー利用装置２００は、プラント１６０に接続して用いられる。特に、冷熱エネルギー利用装置２００は、受け入れ配管１７０の途中に接続されている。冷熱エネルギー利用装置２００は、受け入れ配管１７０から導入されるＬＮＧとの熱交換によって一次冷媒を冷却する第１熱交換ユニット３００と、一次冷媒との熱交換によって二次冷媒を冷却する第２熱交換ユニット４００と、二次冷媒との熱交換によって対象物を冷却する冷却装置５００と、二次冷媒を用いて冷却装置５００により冷却された対象物の冷却状態を維持する保管装置６００と、を有する。

【0029】

［第１熱交換ユニット］
まず、第１熱交換ユニット３００について説明する。第１熱交換ユニット３００は、主に、プラント１６０から導入されたＬＮＧと一次冷媒であるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）との熱交換を行う第１熱交換器３１０と、第１熱交換器３１０で気化したＬＮＧを凝縮する凝縮器３２０と、を有する。

【0030】

第１熱交換器３１０は、外管３１１と、外管３１１を貫くように配置された内管３１２と、を有する。そして、外管３１１にＨＦＣが導入され、内管３１２にＬＮＧが導入されることで、これらの熱交換が行われ、ＨＦＣが凝縮する。

【0031】

凝縮器３２０は、上述した第１熱交換器３１０と同様の構成である。つまり、凝縮器３２０は、外管３２１と、外管３２１を貫くように配置された内管３２２と、を有する。そして、外管３２１に第１熱交換器３１０を経由したガス状のＬＮＧが導入され、内管３２２に第１熱交換器３１０を経由していない液状のＬＮＧが導入されることで、これらの熱交換が行われ、第１熱交換器３１０を経由したガス状のＬＮＧが凝縮する。

【0032】

図１に示すように、受け入れ配管１７０は、その途中において管路３３１によって内管３１２の導入側に接続されている。管路３３１の途中には送液ポンプ３４０および膨張弁３５０が設けられている。また、管路３３１は、送液ポンプ３４０と膨張弁３５０との間において管路３３４に分岐し、管路３３４の下流側は、内管３２２の導入側に接続されている。つまり、管路３３４は、第１熱交換器３１０を経由せずに、受け入れ配管１７０と凝縮器３２０とをバイパスしている。また、管路３３４の途中には、凝縮器３２０へのＬＮＧの供給量を調整する流量調整バルブ３６０が設けられている。また、内管３１２の導出側は、管路３３２によって外管３２１の導入側に接続されている。また、外管３２１の導出側および内管３２２の導出側は、管路３３３によって途中で合流したのち受け入れ配管１７０に接続されている。

【0033】

このような構成の第１熱交換ユニット３００では、第１熱交換ステップが行われる。第１熱交換ステップでは、送液ポンプ３４０を作動することで、受け入れ配管１７０を通ってタンク１１０に向かう途中のＬＮＧの少なくとも一部が管路３３１に分岐して管路３３１を進む。そして、その一部が膨張弁３５０で減圧されたのち第１熱交換器３１０の内管３１２に導入され、残りが管路３３４を介して凝縮器３２０の内管３２２に導入される。この際、流量調整バルブ３６０によって内管３２２に導入されるＬＮＧの量が調整される。内管３１２に導入されたＬＮＧは、内管３１２内で気化しながら外管３１１に導入されるガス状のＨＦＣから熱を奪い、少なくとも一部がガス化した状態、本実形態では全部がガス化した状態で内管３１２から導出される。ＬＮＧを内管３１２に導入する前に膨張弁３５０で減圧することにとり、内管３１２内でＬＮＧが気化し易くなり、冷却効率が高まる。一方で、外管３１１内のＨＦＣは、内管３１２に導入されたＬＮＧに熱を奪われ、凝縮して液化したのち外管３１１から導出される。このような第１熱交換器３１０によれば、－１６２°という超低温のＬＮＧを用いるため、ＨＦＣを効率的に凝縮・液化することができる。このステップが減圧ステップおよび一次冷媒冷却ステップである。

【0034】

内管３１２から導出されたガス状のＬＮＧは、管路３３２を介して凝縮器３２０の外管３２１に導入される。管路３３４を介してタンク１１０から直接内管３２２に導入された液状のＬＮＧは、外管３２１内に導入されたガス状のＬＮＧから熱を奪い、液状のまま内管３２２から導出される。一方で、外管３２１に導入されたガス状のＬＮＧは、内管３２２に導入された液状のＬＮＧに熱を奪われ、凝縮して液化したのち外管３２１から導出される。内管３２２から導出された液状のＬＮＧおよび外管３２１から導出された液状のＬＮＧは、管路３３３の途中で合流したのち、受け入れ配管１７０に合流する。このような凝縮器３２０によれば、ガス化したＬＮＧを容易に液状に戻すことができる。このステップが凝縮ステップである。

【0035】

なお、説明の便宜上、図１中にはガス状であることを示す（Ｇ）と、液状であることを示す（Ｌ）とを図示している。

【0036】

このような構成の第１熱交換ユニット３００によれば、プラント１６０から借りたＬＮＧを実質的に全量かつ液状のままプラント１６０に戻すことができる。そのため、実質的にＬＮＧが減らず、ＮＧの生産量を下げることがない。また、実質的に、ＬＮＧを消費することなく、ＬＮＧの冷熱エネルギーだけを取り出すことができる。したがって、環境負荷の少ない優れた熱交換ユニットとなる。また、このような第１熱交換ユニット３００は、プラント１６０からＬＮＧを借りる管路３３１と、借りたＬＮＧをプラント１６０に戻す管路３３３と、を受け入れ配管１７０に接続するだけのため、プラント１６０の処理工程については、従来通りでよい。そのため、既存のプラント１６０に対して大掛かりな改修、改造などを伴うことなく、プラント１６０に第１熱交換ユニット３００を導入することができる。したがって、冷熱エネルギー利用装置２００の導入コストが極めて安価となる。また、凝縮器３２０において外管３２１に導入されたガス状のＬＮＧの熱を内管３２２に導入された液状のＬＮＧに吸収させるため、環境負荷の低減を図ることもできる。

【0037】

以上、第１熱交換ユニット３００について説明したが、第１熱交換ユニット３００の構成は、ＬＮＧを用いて一次冷媒であるＨＦＣを冷却することができれば、特に限定されない。また、凝縮器３２０の構成も、ガス化したＬＮＧを凝縮することができれば、特に限定されない。また、管路３３３とプラント１６０との合流地点としては、特に限定されず、例えば、本実施形態のように、液状のＬＮＧをプラント１６０に戻す場合には、タンク１１０であってもよいし、タンク１１０と気化器１２０との間であってもよい。なお、例えば、凝縮器３２０を省略してガス状のＬＮＧをプラント１６０に戻してもよい。この場合、管路３３３とプラント１６０との合流地点としては、特に限定されず、例えば、タンク１１０であってもよいし、タンク１１０と気化器１２０との間であってもよし、気化器１２０と付臭器１５０との間であってもよい。

【0038】

［第２熱交換ユニット４００］
次に、第２熱交換ユニット４００について説明する。図１に示すように、第２熱交換ユニット４００は、主に、一次冷媒であるＨＦＣとの熱交換によって二次冷媒であるエタノール水溶液（図では「ＥｔＯＨ」と記載する。）の一部を凍結させて氷スラリーＩを生成する第２熱交換器４１０と、生成された氷スラリーＩを貯留する貯留タンク４２０と、を有する。なお、氷スラリーＩとは、エタノール水溶液中に微細な氷（結晶）が混濁したシャーベット状の氷をいい、スラリー氷、アイススラリー、スラリーアイスなどとも呼ばれる。また、エタノール水溶液のエタノール濃度は、特に限定されないが、本実施形態の用途（後述する蓄冷材８００の凍結および保管）に用いる場合には、４５％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。これにより、エタノール水溶液の凍結点が－３５℃以下となる。そのため、氷スラリーＩがより低温となり、後述するように、蓄冷材８００をより迅速に凍結させることができる。

【0039】

図２に示すように、第２熱交換器４１０は、外管４１１と、外管４１１の内側に同軸的に配置された内管４１２と、を有する。外管４１１および内管４１２は、立てて設置され、軸が鉛直方向を向く。つまり、第２熱交換器４１０は、竪置き型二重管式蒸発器である。また、外管４１１および内管４１２は、それぞれ、下端側に設けられた導入口と、上端側に設けられた導出口と、を有する。そして、外管４１１に第１熱交換器３１０で凝縮された液状のＨＦＣが導入され、内管４１２にエタノール水溶液が導入されることで、これらの熱交換が行われ、エタノール水溶液が冷却される。

【0040】

貯留タンク４２０は、第２熱交換器４１０で冷却されたエタノール水溶液を導入する導入口と、タンク内のエタノール水溶液を第２熱交換器４１０に向けて導出する導出口と、を有する。また、貯留タンク４２０は、タンク内の氷スラリーＩを撹拌する図示しない撹拌機を有する。撹拌機によって氷スラリーＩを撹拌することで、貯留タンク４２０内での氷スラリーＩの凝集を抑制することができる。

【0041】

外管４１１の導出側は、管路４４１によって外管３１１の導入側に接続され、外管３１１の導出側は、管路４４２によって外管４１１の導入側に接続されている。管路４４２の途中には、送液ポンプ４５０および膨張弁４６０が設けられている。また、内管４１２の導出側は、管路４４３によって貯留タンク４２０の導入側に接続され、貯留タンク４２０の導出側は、管路４４４によって内管４１２の導入側に接続されている。管路４４４の途中には、送液ポンプ４７０が設けられている。

【0042】

このような構成の第２熱交換ユニット４００では、第２熱交換ステップが行われる。第２熱交換ステップでは、送液ポンプ４５０の作動により、管路４４１，４４２を介して外管４１１と外管３１１との間をＨＦＣが循環する。第１熱交換器３１０で凝縮された液状のＨＦＣは、膨張弁４６０によって減圧されたのちに外管４１１に導入される。外管４１１に導入されたＨＦＣは、管内で気化しながら内管４１２を流れるエタノール水溶液から熱を奪い、少なくとも一部、本実形態では全部がガス化した状態で外管４１１から導出される。外管４１１から導出されたガス状のＨＦＣは、再び第１熱交換器３１０によって凝縮され液化する。ＨＦＣをこのように循環させることで、第２熱交換器４１０においてエタノール水溶液を連続的に冷却することができる。ＨＦＣを外管４１１に導入する前に膨張弁４６０で減圧することで、外管４１１内でＨＦＣが気化し易くなり、冷却効率が高まる。

【0043】

このようなＨＦＣの循環と共に、送液ポンプ４７０を作動させて、管路４４３，４４４を介して内管４１２と貯留タンク４２０との間でエタノール水溶液を循環させる。これにより、第２熱交換器４１０においてエタノール水溶液が連続的に冷却され、次第にエタノール水溶液中に微細な氷が発生し、氷スラリーＩが生成される。生成された氷スラリーＩは、貯留タンク４２０に貯留される。このような第２熱交換ユニット４００によれば、氷スラリーＩを効率的に生成することができる。

【0044】

ここで、氷スラリーＩの生成時に内管４１２の内壁で氷が成長してしまうと、エタノール水溶液の循環が鈍くなり、氷スラリーＩの生成効率が低下するおそれがある。そこで、内管４１２内に、内壁に付着した氷を削り取るための回転ブレードや、内管４１２内を流れるエタノール水溶液を撹拌して内壁に氷が付着し難くする撹拌機を設置してもよい。また、別の効果として、これら回転ブレードや撹拌機によって内管４１２内を流れるエタノール水溶液に対流が生じ、ＨＦＣとエタノール水溶液との熱交換効率が高まる。

【0045】

以上、第２熱交換ユニット４００について説明したが、第２熱交換ユニット４００の構成は、一次冷媒を用いて二次冷媒を冷却することができれば、特に限定されない。

【0046】

また、一次冷媒としては、ＨＦＣに限定されず、ＬＮＧ（液化ガス）によって冷却され、かつ、二次冷媒を冷却することができれば、如何なるものであってもよい。例えば、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、ヘキサフルオロプロパン、ヘプタフルオロプロパン、アンモニア、二酸化炭素（炭酸ガス）等の自然冷媒（ガス）などを用いてもよい。例えば、一次冷媒は、冷熱エネルギー利用装置２００で利用される液化ガスおよび二次冷媒の種類によって適宜変更することができる。

【0047】

また、二次冷媒としては、エタノール水溶液に限定されず、一次冷媒によって冷却され、かつ、対象物を冷却することができれば、如何なるものであってもよい。例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの各種アルコールまたはこれらの水溶液、砂糖水、塩化ナトリウム水溶液（塩水）、塩化カルシウム水溶液などを用いてもよい。例えば、二次次冷媒は、冷熱エネルギー利用装置２００で利用される一次冷媒および対象物の種類によって適宜変更することができる。

【0048】

［冷却装置５００］
冷却装置５００は、エタノール水溶液との熱交換によって対象物である蓄冷材８００を凍結する。なお、蓄冷材８００は、容器に保冷剤が収容されたものであり、容器が柔軟なソフトタイプのものであってもよいし、容器が硬質なハードタイプのものであってもよい。また、蓄冷材８００は、保冷材とも呼ばれる。蓄冷材と保冷材との違いは、明確ではないが、蓄冷成分の殆どが水分であり氷点下数℃で凍結するものが保冷材であり、蓄冷成分に化学薬品を使って氷点下１０℃以下で凍結するものが蓄冷材であるとも言われている。

【0049】

図３に示すように、冷却装置５００は、氷スラリーＩが貯留された冷却槽５１０を有する。そして、未凍結の蓄冷材８００を冷却槽５１０内の氷スラリーＩに浸漬することで蓄冷材８００を冷却し、凍結させる。なお、氷スラリーＩ（一部が凍結した二次冷媒）によれば、潜熱の作用によって氷成分が融解するまで氷スラリーＩの温度がエタノール水溶液の凍結点付近に維持される。固体を液体とするための融解熱は、液体の比熱と比べて高いため、より長時間、冷却槽５１０内を低温に維持することができ、蓄冷材８００を効率的に凍結させることができる。このステップが対象物冷却ステップである。

【0050】

冷却槽５１０は、管路５２１，５２２によって貯留タンク４２０に繋がっており、貯留タンク４２０内の氷スラリーＩが冷却槽５１０との間を循環する。具体的には、蓄冷材８００との熱交換により溶けたエタノール水溶液が管路５２１を介して貯留タンク４２０に戻され、貯留タンク４２０内のフレッシュな氷スラリーＩが管路５２２を介して冷却槽５１０に供給されることで、冷却槽５１０内の氷スラリーＩが所定量以上に保たれる。そのため、冷却槽５１０内から氷スラリーＩが枯渇することがなく、未凍結の蓄冷材８００を連続して効率的に凍結させることができる。

【0051】

また、冷却装置５００は、冷却槽５１０上に昇降自在な棚５３０が設けられている。棚５３０に未凍結の蓄冷材８００を並べて、図４に示すように、棚５３０毎、氷スラリーＩ内に浸漬させることで、棚５３０内の複数の蓄冷材８００を一括して凍結することができる。これにより、凍結作業が容易となる。なお、未凍結の蓄冷材８００を棚５３０に並べる作業、棚５３０を氷スラリーＩ内に浸漬させる作業、棚５３０から凍結済の蓄冷材８００を回収する作業などは、作業者が行ってもよいし、機械が自動で行ってもよい。

【0052】

以上、冷却装置５００について説明したが、冷却装置５００の構成としては、氷スラリーＩを用いて蓄冷材８００を凍結させることができれば、特に限定されない。例えば、貯留タンク４２０と冷却槽５１０とが繋がっておらず、作業者が貯留タンク４２０内の氷スラリーＩを冷却槽５１０まで搬送してもよい。

【0053】

また、氷スラリーＩで冷却する対象物としては、蓄冷材８００に限定されず、冷却を必要とするものであれば、例えば、水、塩水等の液体、生肉、魚介類、野菜、果実などの食品、臓器、薬品など、如何なるものであってもよい。また、対象物を凍結させる必要もない。

【0054】

［保管装置６００］
保管装置６００は、氷スラリーＩの冷熱エネルギーを利用して、冷却装置５００で凍結させた蓄冷材８００の凍結状態を維持するための冷凍庫である。

【0055】

図５に示すように、保管装置６００は、凍結状態の蓄冷材８００を保管する保管室６１０と、保管室６１０と隣り合って設けられ氷スラリーＩが貯留される貯留室６２０と、を有する。また、保管室６１０と貯留室６２０とを仕切る壁６３０は、アルミニウム、ステンレス鋼などの熱伝達率の高い材料で構成されている。そのため、貯留室６２０に貯留された氷スラリーＩの冷熱が壁６３０を介して保管室６１０に効率的に伝わる。これにより、保管室６１０が冷却され、保管室６１０内の蓄冷材８００の凍結状態が維持される。このステップが保管ステップである。

【0056】

貯留室６２０は、管路６４１，６４２によって貯留タンク４２０に繋がっており、貯留タンク４２０内の氷スラリーＩが貯留室６２０との間を循環する。具体的には、保管室６１０との熱交換により溶けたエタノール水溶液が管路６４１を介して貯留タンク４２０に戻され、貯留タンク４２０内のフレッシュな氷スラリーＩが管路６４２を介して貯留室６２０に供給されることで、貯留室６２０内の氷スラリーＩが所定量以上に保たれる。そのため、貯留室６２０内から氷スラリーＩが枯渇することがなく、保管室６１０を連続して効率的に冷却することができ、蓄冷材８００の凍結状態がより確実に維持される。

【0057】

以上、保管装置６００について説明したが、保管装置６００の構成としては、氷スラリーＩを用いて蓄冷材８００の凍結状態を維持することができれば、特に限定されない。例えば、冷却装置５００と同様に、氷スラリーＩに蓄冷材８００を浸漬させて、蓄冷材８００の凍結状態を維持してもよい。また、例えば、貯留タンク４２０と貯留室６２０とが繋がっておらず、例えば、作業者が貯留タンク４２０内の氷スラリーＩを貯留室６２０まで搬送してもよい。また、冷却装置５００で凍結された蓄冷材８００がコンベアなどによって自動的に保管室６１０に搬送される構成でもよい。

【0058】

このように、冷却装置５００および保管装置６００では、蓄冷材８００の凍結や保管を行うために氷スラリーＩを消費しているが、この消費量と同等またはそれ以上の氷スラリーＩを第２熱交換ユニット４００で生成することで、冷却装置５００および保管装置６００内の氷スラリーＩが枯渇することがない。また、エタノール水溶液自体は、装置内で液状とスラリー状との間で状態変化だけを繰り返し、絶対量は実質的に減らない。このように、氷スラリーＩの生成および消費を装置内で繰り返すことで、エタノール水溶液の補充などが不要となり、メンテナンスが容易となる。また、優れたエネルギー効率を有する冷熱エネルギー利用装置２００となる。

【0059】

以上のようにして保管装置６００に保管された凍結済みの蓄冷材８００は、例えば、冷凍車などを用いて必要箇所に搬送され、搬送先において使用される。蓄冷材８００の搬送先やそこでの用途は、特に限定されないが、例えば、食品の冷却（昇温抑制）、室内の冷房などが挙げられる。具体的には、図６に示すように、保温ケース７００内に食品Ｆと共に凍結済の蓄冷材８００を収容してもよい。これにより、食品の温度上昇を抑制することができ、食品の鮮度をより長い時間保つことができるようになる。また、例えば、図７に示すように、建物Ｂ内に凍結済の蓄冷材８００を配置してもよい。蓄冷材８００の冷熱で冷やした空気を室内に導入することで、室内を冷房することができる。ただし、食品の冷却方法や室内の冷房方法は、特に限定されない。

【0060】

なお、これら冷却の用に供されて溶解した蓄冷材８００は、種々の手段で回収されて再び冷却装置５００により凍結され、保管装置６００で凍結状態のまま保管される。このように、蓄冷材８００の循環サイクルを構築することで、廃棄されるハード（物）が実質的になくなり、環境負荷が極めて小さい冷熱エネルギー利用装置２００となる。そのため、冷熱エネルギー利用装置２００の価値がさらに高まる。

【0061】

以上、冷熱エネルギー利用装置２００について説明したが、冷熱エネルギー利用装置２００の構成は、タンク１１０に貯留される前のＬＮＧとの熱交換により蓄冷材８００を冷却することができれば、特に限定されない。例えば、一時冷媒を省略して、受け入れ配管１７０から導入したＬＮＧと二次冷媒とを直接熱交換してもよい。また、例えば、第１熱交換器３１０、凝縮器３２０、第２熱交換器４１０および貯留タンク４２０が並列または直列に複数設けられていてもよい。これにより、処理能力を高めることができる。また、冷熱エネルギー利用装置２００の設置場所は、特に限定されず、受け入れ基地１００以外であってもよいし、当然、日本以外の国であってもよい。

【0062】

また、冷熱エネルギー利用装置２００のプラント１６０への接続箇所としては、タンク１１０に導入される前のＬＮＧを使用することができれば特に限定されない。例えば、ＬＮＧタンカーと受け入れ配管１７０との間に接続してもよいし、受け入れ配管１７０とタンク１１０との間に接続してもよい。

【0063】

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る冷熱エネルギー利用装置２００は、ＬＮＧを貯留するタンク１８０を有すること以外は、前述した第１実施形態の冷熱エネルギー利用装置２００と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の冷熱エネルギー利用装置２００に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

【0064】

図８に示すように、本実施形態の冷熱エネルギー利用装置２００は、管路３３１の途中であって送液ポンプ３４０の上流側には、受け入れ配管１７０から導入したＬＮＧを一時的に貯留するタンク１８０が設けられている。受け入れ基地１００の規模やＬＮＧの消費量によっても異なるが、一般的に、ＬＮＧタンカーからのＬＮＧの供給は、一週間に一度、二週間に一度程度であるため、前述した第１実施形態では、そのタイミングに合わせてしか氷スラリーＩを生成することができないおそれがある。これに対して、本実施形態のように、ＬＮＧを一時的に貯留するタンク１８０を設けることで、ＬＮＧタンカーからのＬＮＧの供給が行われていないときでも、タンク１８０に貯留されたＬＮＧを用いて氷スラリーＩを生成し続けることができる。したがって、冷熱エネルギー利用装置２００の稼働可能時間が長くなる。

【0065】

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0066】

＜第３実施形態＞
本実施形態に係る冷熱エネルギー利用装置２００は、第２熱交換器４１０の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の冷熱エネルギー利用装置２００と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の冷熱エネルギー利用装置２００に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

【0067】

図９に示すように、第２熱交換器４１０は、フレークアイス製造装置９００で構成されている。フレークアイス製造装置９００は、フレーク状の氷を生成する装置であり、ドラム９１０と、回転軸９２０と、噴射部９３０と、ブレード９５０と、貯留タンク９７０と、を有する。ドラム９１０内にはＨＣＦ（一次冷媒）が循環する螺旋状の配管９１１が埋設されている。そして、配管９１１内を循環するＨＦＣによってドラム９１０の内周面が冷却される。また、回転軸９２０は、ドラム９１０の中心軸上に配置され、モーター等の図示しない駆動源によって前記中心軸まわりに回転する。

【0068】

また、噴射部９３０は、回転軸９２０に固定され、回転軸９２０と共に回転する。また、噴射部９３０は、ドラム９１０の内周面に向けて塩水を噴射する。噴射部９３０から噴射された塩水は、ＨＣＦによって冷却されたドラム９１０の内周面に付着し、瞬時に凍結して氷となる。ブレード９５０は、回転軸９２０に固定され、回転軸９２０と共に回転することで、ドラム９１０の内周面に形成された氷を掻き取る。そして、掻き取られた氷は、フレークアイスとなって下方へ落下し、ドラム９１０の直下に配置された貯留タンク９７０に貯えられる。そして、貯留タンク９７０に蓄えられたフレークアイスは、冷却装置５００や保管装置６００での冷却の用に供される。

【0069】

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0070】

以上、本発明の冷熱エネルギー利用方法および冷熱エネルギー利用装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物または任意の工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【0071】

また、前述した実施形態では、第２熱交換器４１０でスラリー状の氷、フレーク状の氷を生成する場合について説明したが、氷の形態としては、特に限定されず、例えば、キューブ状、ブロック状の氷であってもよい。

【符号の説明】

【0072】

１００…受け入れ基地、１１０…タンク、１２０…気化器、１３０…管路、１４０…ポンプ、１５０…付臭器、１６０…プラント、１７０…受け入れ配管、１８０…タンク、２００…冷熱エネルギー利用装置、３００…第１熱交換ユニット、３１０…第１熱交換器、外管…シェル、３１２…内管、３２０…凝縮器、３２１…外管、３２２…内管、３３１…管路、３３２…管路、３３３…管路、３３３ａ…管路、３３３ｂ…管路、３３３ｃ…管路、３３４…管路、３４０…送液ポンプ、３５０…膨張弁、３６０…流量調整バルブ、３８０…バルブ、３９０…送液ポンプ、４００…第２熱交換ユニット、４１０…第２熱交換器、４１１…外管、４１２…内管、４２０…貯留タンク、４４１…管路、４４２…管路、４４３…管路、４４４…管路、４５０…送液ポンプ、４６０…膨張弁、４７０…送液ポンプ、５００…冷却装置、５１０…冷却槽、５１１…冷却槽、５２１…管路、５２２…管路、５３０…棚、６００…保管装置、６１０…保管室、６２０…貯留室、６３０…壁、６４１…管路、６４２…管路、７００…保温ケース、８００…蓄冷材、９００…フレークアイス生成装置、９１０…ドラム、９１１…配管、９２０…回転軸、９３０…噴射部、９５０…ブレード、９７０…貯留タンク、Ｉ…氷スラリー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】