アルコール冷媒の冷却装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を、液化天然ガス（略称ＬＮＧ）によって冷却するための冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、プレートフィン式間接熱交換器を用いた液化天然ガスとの熱交換冷媒として、フロンであるＲ１２およびＲ２２が用いられている。これらのフロンＲ１２およびＲ２２は、オゾン層を破壊する特性を有しており、したがってこれに代わる冷媒としてＨＦＣ系のフロンＲ２３を用いることが考えられる。しかしながらこのフロンＲ２３の沸点は、−８２℃であって、低く、そのため設備の設計圧力を高めなければならなくなる。
【０００３】そこでこのフロンＲ２３に代えて、メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を用いることができる。このアルコール冷媒は、沸点が約６５℃以上であり、したがって密閉耐圧容器を用いる必要がなく、好都合であるけれども、新たな問題は、液化天然ガスによって冷却して熱交換する際に、凝固してしまうことである。プレートフィン式間接熱交換器を用いたときには、アルコール冷媒が伝熱面の表面に着氷し、したがって圧力損失が増加し、安定して熱交換を継続することができないことが、本件発明者の実験によって判った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アルコール冷媒を液化天然ガスによって冷却する際に、アルコール冷媒が凝固せずに安定した熱交換を継続することができるようにしたアルコール冷媒の冷却装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を液化天然ガスによって冷却する第１間接熱交換器Ｅ１と、約−１６０℃の液化天然ガスを、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスと熱交換する第２熱交換器Ｅ２とを含むことを特徴とするアルコール冷媒の冷却装置である。また本発明は、第１間接熱交換器Ｅ１から第２間接熱交換器Ｅ２を介する液化天然ガスが導かれる第３間接熱交換器Ｅ３と、アルコール冷媒を分岐して一方のアルコール冷媒を第１間接熱交換器Ｅ１に導き、他方のアルコール冷媒を第３間接熱交換器Ｅ３に導く管路と、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスをバイパスして第３間接熱交換器Ｅ３に導くバイパス管路と、バイパス管路に介在される流量制御弁と、第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第１温度検出手段と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第２温度検出手段と、第１および第２温度検出手段の各出力に応答し、各検出温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるように、流量制御弁の開度を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。また本発明は、第１間接熱交換器Ｅ１に、分岐した前記一方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第１流量制御弁と、第１間接熱交換器Ｅ１からのアルコール冷媒の温度を検出する第３温度検出手段と、第３温度検出手段の出力に応答し、第３温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が、予め定める値になるように、冷媒用第１流量制御弁の開度を制御する手段と、第３間接熱交換器Ｅ３に、分岐した前記他方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第２流量制御弁と、第３間接熱交換器Ｅ３からのアルコール冷媒の温度を検出する第４温度検出手段と、第４温度検出手段の出力に応答し、第４温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が予め定める値になるように、冷媒用第２流量制御弁の開度を制御する手段とを含むことを特徴とする。また本発明は、アルコール冷媒は、メタノール約４５ｗｔ％と、エタノール約５５ｗｔ％とから成ることを特徴とする。また本発明は、液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことを特徴とする。
【０００６】本発明に従えば、メタノールとエタノールとを、混合することによって、それらの単独の各組成の凝固温度に比べて、凝固温度を低下することができ、特に共晶点組成とすることによって、すなわちメタノール約４５ｗｔ％とエタノール５５ｗｔ％とを有する組成とすることによって、後述の図４に示されるように、凝固温度を約−１４２℃に低くすることができる。本発明に従えば、共晶点組成またはそれ以外の組成を有するアルコール冷媒を用い、第１間接熱交換器Ｅ１で、冷却されるべきアルコール冷媒によって昇温された液化天然ガスを、第２間接熱交換器Ｅ２に導き、これによって外部から供給される約−１６０℃の液化天然ガスを昇温させる。したがって前記約−１６０℃の液化天然ガスは、第２間接熱交換器Ｅ２において昇温された後、アルコール冷媒が導かれる第１間接熱交換器Ｅ１に導かれることになるので、第１間接熱交換器Ｅ１に供給される液化天然ガスは、たとえばミスト状であって気液２相の状態となっており、アルコール冷媒が凝固しない温度に昇温されている。こうしてアルコール冷媒の凝固を防ぎ、したがって第１間接熱交換器Ｅ１でアルコール冷媒が伝熱面に着氷することなく、したがって圧力損失が増加することなく、安定した熱交換を継続することができる。また第１間接熱交換器Ｅ１に供給されるアルコール冷媒の流量が低下しても、第１間接熱交換器Ｅ１の伝熱面の着氷をできるだけ防ぐことができる。また本発明に従えば、冷却されるべきアルコール冷媒を管路で分岐して、一方のアルコール冷媒を第１間接熱交換器Ｅ１に導くとともに、他方のアルコール冷媒を第３間接熱交換器Ｅ３に導く。しかも第２間接熱交換器Ｅ２における第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスが導かれる通路の入口と出口とにわたって、流量制御弁が介在されたバイパス管路を接続する。この流量制御弁の開度を制御することによって、第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ２とを等しくする。したがって液化天然ガスの冷熱を充分利用して効率よくアルコール冷媒を冷却することができる。また本発明に従えば、この第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１，Ｔ２を、バイパス管路に介在された流量制御弁の開度を制御することによって、等しくするようにしたので、分岐されたアルコール冷媒の第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３における熱交換熱量がたとえばほぼ等しくされ、これによってアルコール冷媒のポンプなどによる循環される流量をできるだけ小さくし、その動力が少なくてすむようになり、しかもできるだけ低い温度のアルコール冷媒を得ることができるようになる。さらに本発明に従えば、第１熱交換器Ｅ１から出るアルコール冷媒の第３温度検出手段によって検出される温度Ｔ３が、予め定める値、たとえば第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１よりもたとえば２〜４℃だけ高い温度に一定に保たれるように、第１間接熱交換器Ｅ１に供給されるアルコール冷媒の流量を、冷媒用第１流量制御弁の開度によって制御する。また同様に、第３間接熱交換器Ｅ３から出るアルコール冷媒の第４温度検出手段によって検出される温度Ｔ４が、予め定める値、たとえば第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度よりもたとえば２〜４℃だけ高い温度に一定に保たれるように、その第３間接熱交換器Ｅ３に導かれるアルコール冷媒の流量を、冷媒用第２流量制御弁の開度によって制御する。しかも第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ２とは、前述のようにバイパス管路に介在された流量制御弁の開度が制御されて等しく保たれるので、この結果、第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３から得られるアルコール冷媒の温度Ｔ３，Ｔ４をほぼ等しくし、これによって、できるだけ少ないエネルギで効率よく、しかも構成を小形化してできるだけ低い温度のアルコール冷媒を得ることが可能になる。さらに本発明に従えば、上述のように共晶点組成のアルコール冷媒の凝固温度は、約−１４２℃であり、この場合、第１間接熱交換器Ｅ１に供給される液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ未満に選ぶと、その液化天然ガスの沸点は約−１４２℃以下になり、その潜熱が大きいので、アルコール冷媒をその温度以上、上昇することができなくなってしまうとともに、アルコール冷媒が前記凝固点以下になって着氷して凍ってしまう。そこで本発明に従えば、液化天然ガスの気化圧力を、約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことによって、第１間接熱交換器Ｅ１には液化天然ガスが約−１４２℃以上で入って来るようにすることができ、そのためアルコール冷媒を凍らせることなく、希望する温度に上昇して得ることができ、こうして第２間接熱交換器Ｅ２で熱バランスを崩すことなく運転を継続することができる。第１〜第３間接熱交換器は、たとえば後述の図２に示されるプレートフィン式間接熱交換器であってもよく、その他の構成を有していてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の全体の構成を示す系統図である。ポンプ１から管路２を経て分岐された管路３，４には、たとえば−７０℃〜−９０℃のアルコール冷媒が、液化天然ガスによって冷却されるために導かれて循環され、液化天然ガスによって冷却された後のたとえば約−１４０℃のアルコール冷媒は、管路５から、たとえば空気分離プラントで成分を分離するため、およびエチレンプラントで深冷分離するためなどの約−１００℃以下のアルコール冷媒を必要とする冷熱利用設備に導かれて、循環される。管路３からのアルコール冷媒は、第１間接熱交換器Ｅ１に導かれ、これによって管路６からのたとえば約−１２３℃のミスト状液化天然ガスによって向流熱交換されて冷却される。
【０００８】第２間接熱交換器Ｅ２には、タンクから管路７を経て約−１６０℃の液化天然ガスがポンプなどによって圧送されて供給される。第１間接熱交換器Ｅ１から管路８に出される液化天然ガスは、第２間接熱交換器Ｅ２に導かれて前述の管路７からの液化天然ガスと向流熱交換される。
【０００９】第３間接熱交換器Ｅ３には、第２間接熱交換器Ｅ２を介する管路８からの液化天然ガスが管路９を経て供給され、ミスト状液化天然ガスは管路１０から導かれる。第３間接熱交換器Ｅ３には、管路４からの分岐されたアルコール冷媒が供給されて、管路９からの液化天然ガスと向流熱交換され、管路１１を経て、前述の管路５に合流される。
【００１０】図２は、第１間接熱交換器Ｅ１の一部の構成を示す斜視図である。この第１間接熱交換器Ｅ１は、いわゆるプレートフィン式間接熱交換器であり、向流間接熱交換を行う伝熱板１２の両側に液体通路１３，１４が形成される。各通路１３，１４内には、伝熱板１２に固定されるフィン１５，１６が設けられる。第２および第３間接熱交換器Ｅ２，Ｅ３も同様な構成となっている。
【００１１】第２間接熱交換器Ｅ２に関連して、バイパス管路１７が設けられる。バイパス管路１７の一方の端部は管路８に接続され、また他方の端部は管路９に接続され、こうして第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスをバイパスして第３間接熱交換器Ｅ３に導く。バイパス管路１７には、流量制御弁Ｖ１が介在される。管路６には、液化天然ガスの温度を検出する第１温度検出手段１８が設けられる。管路９には、液化天然ガスの温度を検出する第２温度検出手段１９が設けられる。制御手段２０は、第１および第２温度検出手段１８，１９の各出力に応答し、検出温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるように、流量制御弁２０の開度を制御する。
【００１２】図３は、制御手段２０の動作を説明するための図である。各検出温度Ｔ１，Ｔ２の差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に依存して、流量制御弁Ｖ１の開度、したがってバイパス管路１７に流れる液化天然ガスの流量Ｑが変化される。Ｔ２＞Ｔ１であって温度Ｔ２が大きくなるにつれて、流量制御弁Ｖ１の開度が開いてバイパス管路１７に流れる液化天然ガスの流量Ｑを増大し、これとは逆にＴ２＜Ｔ１であって、その温度Ｔ１が低くなるにつれて、流量制御弁Ｖ１の開度を小さくしてバイパス流量Ｑを小さくする。
【００１３】分岐管路３には冷媒用第１流量制御弁Ｖ２が介在され、また同様に分岐管路４には冷媒用第２流量制御弁Ｖ３が介在される。第１間接熱交換器Ｅ１からのアルコール冷媒の温度は、管路２１に設けられた第３温度検出手段２２によってその温度Ｔ３が検出される。第３間接熱交換器Ｅ３のアルコール冷媒が導かれる管路１１には第４温度検出手段２３が設けられ、その温度Ｔ４が検出される。制御手段２４は、第３温度検出手段２２の出力に応答し、その検出温度Ｔ３が、予め定める値になるように、たとえばこの実施の一形態では、管路６に流れる液化天然ガスの温度よりもたとえば２〜４℃だけ高い温度になるように、冷媒用第１流量制御弁Ｖ２の開度を制御する。同様に、制御手段２５は、温度検出手段２３によって検出される温度Ｔ４が、予め定める値になるように、たとえば管路９に流れる液化天然ガスの温度よりも２〜４℃だけ高い温度になるように、冷媒用第２流量制御弁Ｖ３の開度を制御する。このように制御手段２４，２５において設定される前記予め定める値は、一定値であってもよいけれども、第１および第２温度検出手段１８，１９によってそれぞれ検出される温度Ｔ１，Ｔ２に前述のように予め定める２〜４℃を加算した高い温度に設定されてもよい。
【００１４】図４は、アルコール冷媒の凝固温度の特性を示すグラフである。図４の横軸は、左から右にメタノール濃度が高くなり、残部はエタノールである。このグラフから、アルコール冷媒はメタノール約４５ｗｔ％とエタノール約５５ｗｔ％とから成る共晶点組成とすることによって、凝固温度を約−１４２℃として低くすることができることが判る。本発明の実施の一形態では、好ましくは、このような共晶点組成を有するアルコール冷媒が用いられる。
【００１５】本件発明者の実験によれば、図２に示されるプレートフィン式間接熱交換器を用いて表１の試験番号１〜６で示される気化圧力が異なる液化天然ガスを一方の通路１３に供給し、他方の通路１４にアルコール冷媒を流して向流熱交換したときの実験結果を示す。このようなプレートフィン式間接熱交換器を用い、共晶点組成を有するアルコール冷媒は、気化圧力を３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことによって、たとえば約−１３０℃よりもさらに低い温度にまで、安定に冷却し、着氷を生じないことが確認された。上述のように共晶点組成のアルコール冷媒は、その凝固温度が約−１４２℃であるので、間接熱交換器の構成に依存し、液化天然ガスの気化圧力を、アルコール冷媒の凝固点に等しい液化天然ガスの沸点付近まで低くして、アルコール冷媒を凝固させずに冷却することができる。
【００１６】
【表１】
図５は、冷却されるべき管路２に導かれる共晶点組成を有するアルコール冷媒の温度を−７０℃および−９０℃とした場合における第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３における入口の液化天然ガスの気化圧力に依存する液化天然ガスの入口温度と各第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３の全交換熱量とを示す本件発明者の実験結果を示すグラフである。このグラフから、液化天然ガスの気化圧力が約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ未満では、液化天然ガスの沸点が約−１４２℃未満になり、したがってその液化天然ガスの潜熱が大きいので、アルコール冷媒の温度をそれ以上高くすることができなくなり、またアルコール冷媒が凍ってしまい、着氷を生じるおそれがある。そこで本発明では、共晶点組成を有するアルコール冷媒を用いるとき、液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶ。この圧力をさらに高くすることによって、得られるアルコール冷媒の温度が高くなる。すなわち液化天然ガスの気化圧力を上昇することによって、第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３に入る液化天然ガスの温度が上昇するので、アルコール冷媒を冷却することができる温度も上昇し、交換熱量が徐々に減少することが、図５から理解される。
【００１７】図６は、前述の図１における冷却装置において、液化天然ガスとアルコール冷媒との熱交換特性を、温度／熱量特性で示したグラフである。図６において、実線は液化天然ガスを示し、破線は気化した液化天然ガスを示し、仮想線はアルコール冷媒を示す。アルコール冷媒は、共晶点組成を有し、液化天然ガスの気化圧力は３ｋｇ／ｃｍ2Ｇである。図６における■〜■は前述の図１における各管路の位置を示している。図６において温度Ｔ５は、液化天然ガスの気化が開始した温度約−１２３℃を示す。液化天然ガスの気化圧力をたとえば約２ｋｇ／ｃｍ2Ｇにすると、参照符２７で示される特性が得られる。本発明の実施の一形態では、第１間接熱交換器Ｅ１と第３間接熱交換器Ｅ３における交換熱量は、ほぼ等しく定められ、これによって効率よくアルコール冷媒の冷却を行うことができる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、アルコール冷媒との熱交換を行う第１間接熱交換器Ｅ１に入る液化天然ガスを、第１間接熱交換器Ｅ１でアルコール冷媒と熱交換して昇温された液化天然ガスによって、事前に第１間接熱交換器Ｅ１で、約−１６０℃の液化天然ガスを昇温してアルコール冷媒が凝固しない温度に上昇するようにしたので、アルコール冷媒が着氷することなく、したがって間接熱交換器におけるアルコール冷媒の通路の圧力損失が増加することなく、安定した熱交換を継続することができるようになる。
【００１９】また本発明によれば、第１および第３間接熱交換器に入る液化天然ガスを、たとえば約−１４０℃以上の同一温度にすることができ、これによって第１および第３間接熱交換器に入るアルコール冷媒の流量を調整するだけで、第１および第３間接熱交換器のアルコール冷媒の伝熱面に着氷することなく、第１および第３間接熱交換器に入る液化天然ガスの温度近傍まで、安定して冷却運転することができる。
【００２０】また本発明によれば、第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３を用いてアルコール冷媒を冷却するようにしたので、液化天然ガスの冷熱を充分利用可能とすることができ、またアルコール冷媒のポンプなどによる循環流量をできるだけ少なくして動力エネルギを少なくてすむようにすることができ、構成を小形化することができ、しかもできるだけ低い温度のアルコール冷媒を効率よく得ることができるようになる。
【００２１】さらに本発明によれば、アルコール冷媒は共晶点組成を有することによってその凝固温度を約−１４２℃とすることができ、さらに液化天然ガスの供給される圧力である気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇに選ぶことによって、第１間接熱交換器に導かれる液化天然ガスを約−１４２℃以上にしてアルコール冷媒が凍ることを防ぎ、さらに第２間接熱交換器Ｅ２における熱バランスを崩すことなく運転を継続することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示す系統図である。
【図２】第１間接熱交換器Ｅ１の一部の構成を示す斜視図である。
【図３】制御手段２０の動作を説明するための図である。
【図４】アルコール冷媒の凝固温度の特性を示すグラフである。
【図５】本発明の発明者の実験結果を示すグラフである。
【図６】図１における温度／熱量特性で示したグラフである。
【符号の説明】
１ ポンプ
１２ 伝熱板
１３，１４ 液体通路
１５，１６ フィン
１７ バイパス管路
１８ 第１温度検出手段
１９ 第２温度検出手段
２０ 制御手段
２１ 管路
２２ 第３温度検出手段
２３ 第４温度検出手段
２４，２５ 制御手段
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を、液化天然ガス（略称ＬＮＧ）によって冷却するための冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、プレートフィン式間接熱交換器を用いた液化天然ガスとの熱交換冷媒として、フロンであるＲ１２およびＲ２２が用いられている。これらのフロンＲ１２およびＲ２２は、オゾン層を破壊する特性を有しており、したがってこれに代わる冷媒としてＨＦＣ系のフロンＲ２３を用いることが考えられる。しかしながらこのフロンＲ２３の沸点は、−８２℃であって、低く、そのため設備の設計圧力を高めなければならなくなる。
【０００３】そこでこのフロンＲ２３に代えて、メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を用いることができる。このアルコール冷媒は、沸点が約６５℃以上であり、したがって密閉耐圧容器を用いる必要がなく、好都合であるけれども、新たな問題は、液化天然ガスによって冷却して熱交換する際に、凝固してしまうことである。プレートフィン式間接熱交換器を用いたときには、アルコール冷媒が伝熱面の表面に着氷し、したがって圧力損失が増加し、安定して熱交換を継続することができないことが、本件発明者の実験によって判った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アルコール冷媒を液化天然ガスによって冷却する際に、アルコール冷媒が凝固せずに安定した熱交換を継続することができるようにしたアルコール冷媒の冷却装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を液化天然ガスによって冷却する第１間接熱交換器Ｅ１と、約−１６０℃の液化天然ガスを、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスと熱交換する第２熱交換器Ｅ２とを含むことを特徴とするアルコール冷媒の冷却装置である。また本発明は、第１間接熱交換器Ｅ１から第２間接熱交換器Ｅ２を介する液化天然ガスが導かれる第３間接熱交換器Ｅ３と、アルコール冷媒を分岐して一方のアルコール冷媒を第１間接熱交換器Ｅ１に導き、他方のアルコール冷媒を第３間接熱交換器Ｅ３に導く管路と、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスをバイパスして第３間接熱交換器Ｅ３に導くバイパス管路と、バイパス管路に介在される流量制御弁と、第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第１温度検出手段と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第２温度検出手段と、第１および第２温度検出手段の各出力に応答し、各検出温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるように、流量制御弁の開度を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。また本発明は、第１間接熱交換器Ｅ１に、分岐した前記一方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第１流量制御弁と、第１間接熱交換器Ｅ１からのアルコール冷媒の温度を検出する第３温度検出手段と、第３温度検出手段の出力に応答し、第３温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が、予め定める値になるように、冷媒用第１流量制御弁の開度を制御する手段と、第３間接熱交換器Ｅ３に、分岐した前記他方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第２流量制御弁と、第３間接熱交換器Ｅ３からのアルコール冷媒の温度を検出する第４温度検出手段と、第４温度検出手段の出力に応答し、第４温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が予め定める値になるように、冷媒用第２流量制御弁の開度を制御する手段とを含むことを特徴とする。また本発明は、アルコール冷媒は、メタノール約４５ｗｔ％と、エタノール約５５ｗｔ％とから成ることを特徴とする。また本発明は、液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことを特徴とする。
【０００６】本発明に従えば、メタノールとエタノールとを、混合することによって、それらの単独の各組成の凝固温度に比べて、凝固温度を低下することができ、特に共晶点組成とすることによって、すなわちメタノール約４５ｗｔ％とエタノール５５ｗｔ％とを有する組成とすることによって、後述の図４に示されるように、凝固温度を約−１４２℃に低くすることができる。本発明に従えば、共晶点組成またはそれ以外の組成を有するアルコール冷媒を用い、第１間接熱交換器Ｅ１で、冷却されるべきアルコール冷媒によって昇温された液化天然ガスを、第２間接熱交換器Ｅ２に導き、これによって外部から供給される約−１６０℃の液化天然ガスを昇温させる。したがって前記約−１６０℃の液化天然ガスは、第２間接熱交換器Ｅ２において昇温された後、アルコール冷媒が導かれる第１間接熱交換器Ｅ１に導かれることになるので、第１間接熱交換器Ｅ１に供給される液化天然ガスは、たとえばミスト状であって気液２相の状態となっており、アルコール冷媒が凝固しない温度に昇温されている。こうしてアルコール冷媒の凝固を防ぎ、したがって第１間接熱交換器Ｅ１でアルコール冷媒が伝熱面に着氷することなく、したがって圧力損失が増加することなく、安定した熱交換を継続することができる。また第１間接熱交換器Ｅ１に供給されるアルコール冷媒の流量が低下しても、第１間接熱交換器Ｅ１の伝熱面の着氷をできるだけ防ぐことができる。また本発明に従えば、冷却されるべきアルコール冷媒を管路で分岐して、一方のアルコール冷媒を第１間接熱交換器Ｅ１に導くとともに、他方のアルコール冷媒を第３間接熱交換器Ｅ３に導く。しかも第２間接熱交換器Ｅ２における第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスが導かれる通路の入口と出口とにわたって、流量制御弁が介在されたバイパス管路を接続する。この流量制御弁の開度を制御することによって、第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ２とを等しくする。したがって液化天然ガスの冷熱を充分利用して効率よくアルコール冷媒を冷却することができる。また本発明に従えば、この第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１，Ｔ２を、バイパス管路に介在された流量制御弁の開度を制御することによって、等しくするようにしたので、分岐されたアルコール冷媒の第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３における熱交換熱量がたとえばほぼ等しくされ、これによってアルコール冷媒のポンプなどによる循環される流量をできるだけ小さくし、その動力が少なくてすむようになり、しかもできるだけ低い温度のアルコール冷媒を得ることができるようになる。さらに本発明に従えば、第１熱交換器Ｅ１から出るアルコール冷媒の第３温度検出手段によって検出される温度Ｔ３が、予め定める値、たとえば第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１よりもたとえば２〜４℃だけ高い温度に一定に保たれるように、第１間接熱交換器Ｅ１に供給されるアルコール冷媒の流量を、冷媒用第１流量制御弁の開度によって制御する。また同様に、第３間接熱交換器Ｅ３から出るアルコール冷媒の第４温度検出手段によって検出される温度Ｔ４が、予め定める値、たとえば第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度よりもたとえば２〜４℃だけ高い温度に一定に保たれるように、その第３間接熱交換器Ｅ３に導かれるアルコール冷媒の流量を、冷媒用第２流量制御弁の開度によって制御する。しかも第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ１と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度Ｔ２とは、前述のようにバイパス管路に介在された流量制御弁の開度が制御されて等しく保たれるので、この結果、第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３から得られるアルコール冷媒の温度Ｔ３，Ｔ４をほぼ等しくし、これによって、できるだけ少ないエネルギで効率よく、しかも構成を小形化してできるだけ低い温度のアルコール冷媒を得ることが可能になる。さらに本発明に従えば、上述のように共晶点組成のアルコール冷媒の凝固温度は、約−１４２℃であり、この場合、第１間接熱交換器Ｅ１に供給される液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ未満に選ぶと、その液化天然ガスの沸点は約−１４２℃以下になり、その潜熱が大きいので、アルコール冷媒をその温度以上、上昇することができなくなってしまうとともに、アルコール冷媒が前記凝固点以下になって着氷して凍ってしまう。そこで本発明に従えば、液化天然ガスの気化圧力を、約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことによって、第１間接熱交換器Ｅ１には液化天然ガスが約−１４２℃以上で入って来るようにすることができ、そのためアルコール冷媒を凍らせることなく、希望する温度に上昇して得ることができ、こうして第２間接熱交換器Ｅ２で熱バランスを崩すことなく運転を継続することができる。第１〜第３間接熱交換器は、たとえば後述の図２に示されるプレートフィン式間接熱交換器であってもよく、その他の構成を有していてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の全体の構成を示す系統図である。ポンプ１から管路２を経て分岐された管路３，４には、たとえば−７０℃〜−９０℃のアルコール冷媒が、液化天然ガスによって冷却されるために導かれて循環され、液化天然ガスによって冷却された後のたとえば約−１４０℃のアルコール冷媒は、管路５から、たとえば空気分離プラントで成分を分離するため、およびエチレンプラントで深冷分離するためなどの約−１００℃以下のアルコール冷媒を必要とする冷熱利用設備に導かれて、循環される。管路３からのアルコール冷媒は、第１間接熱交換器Ｅ１に導かれ、これによって管路６からのたとえば約−１２３℃のミスト状液化天然ガスによって向流熱交換されて冷却される。
【０００８】第２間接熱交換器Ｅ２には、タンクから管路７を経て約−１６０℃の液化天然ガスがポンプなどによって圧送されて供給される。第１間接熱交換器Ｅ１から管路８に出される液化天然ガスは、第２間接熱交換器Ｅ２に導かれて前述の管路７からの液化天然ガスと向流熱交換される。
【０００９】第３間接熱交換器Ｅ３には、第２間接熱交換器Ｅ２を介する管路８からの液化天然ガスが管路９を経て供給され、ミスト状液化天然ガスは管路１０から導かれる。第３間接熱交換器Ｅ３には、管路４からの分岐されたアルコール冷媒が供給されて、管路９からの液化天然ガスと向流熱交換され、管路１１を経て、前述の管路５に合流される。
【００１０】図２は、第１間接熱交換器Ｅ１の一部の構成を示す斜視図である。この第１間接熱交換器Ｅ１は、いわゆるプレートフィン式間接熱交換器であり、向流間接熱交換を行う伝熱板１２の両側に液体通路１３，１４が形成される。各通路１３，１４内には、伝熱板１２に固定されるフィン１５，１６が設けられる。第２および第３間接熱交換器Ｅ２，Ｅ３も同様な構成となっている。
【００１１】第２間接熱交換器Ｅ２に関連して、バイパス管路１７が設けられる。バイパス管路１７の一方の端部は管路８に接続され、また他方の端部は管路９に接続され、こうして第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスをバイパスして第３間接熱交換器Ｅ３に導く。バイパス管路１７には、流量制御弁Ｖ１が介在される。管路６には、液化天然ガスの温度を検出する第１温度検出手段１８が設けられる。管路９には、液化天然ガスの温度を検出する第２温度検出手段１９が設けられる。制御手段２０は、第１および第２温度検出手段１８，１９の各出力に応答し、検出温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるように、流量制御弁２０の開度を制御する。
【００１２】図３は、制御手段２０の動作を説明するための図である。各検出温度Ｔ１，Ｔ２の差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に依存して、流量制御弁Ｖ１の開度、したがってバイパス管路１７に流れる液化天然ガスの流量Ｑが変化される。Ｔ２＞Ｔ１であって温度Ｔ２が大きくなるにつれて、流量制御弁Ｖ１の開度が開いてバイパス管路１７に流れる液化天然ガスの流量Ｑを増大し、これとは逆にＴ２＜Ｔ１であって、その温度Ｔ１が低くなるにつれて、流量制御弁Ｖ１の開度を小さくしてバイパス流量Ｑを小さくする。
【００１３】分岐管路３には冷媒用第１流量制御弁Ｖ２が介在され、また同様に分岐管路４には冷媒用第２流量制御弁Ｖ３が介在される。第１間接熱交換器Ｅ１からのアルコール冷媒の温度は、管路２１に設けられた第３温度検出手段２２によってその温度Ｔ３が検出される。第３間接熱交換器Ｅ３のアルコール冷媒が導かれる管路１１には第４温度検出手段２３が設けられ、その温度Ｔ４が検出される。制御手段２４は、第３温度検出手段２２の出力に応答し、その検出温度Ｔ３が、予め定める値になるように、たとえばこの実施の一形態では、管路６に流れる液化天然ガスの温度よりもたとえば２〜４℃だけ高い温度になるように、冷媒用第１流量制御弁Ｖ２の開度を制御する。同様に、制御手段２５は、温度検出手段２３によって検出される温度Ｔ４が、予め定める値になるように、たとえば管路９に流れる液化天然ガスの温度よりも２〜４℃だけ高い温度になるように、冷媒用第２流量制御弁Ｖ３の開度を制御する。このように制御手段２４，２５において設定される前記予め定める値は、一定値であってもよいけれども、第１および第２温度検出手段１８，１９によってそれぞれ検出される温度Ｔ１，Ｔ２に前述のように予め定める２〜４℃を加算した高い温度に設定されてもよい。
【００１４】図４は、アルコール冷媒の凝固温度の特性を示すグラフである。図４の横軸は、左から右にメタノール濃度が高くなり、残部はエタノールである。このグラフから、アルコール冷媒はメタノール約４５ｗｔ％とエタノール約５５ｗｔ％とから成る共晶点組成とすることによって、凝固温度を約−１４２℃として低くすることができることが判る。本発明の実施の一形態では、好ましくは、このような共晶点組成を有するアルコール冷媒が用いられる。
【００１５】本件発明者の実験によれば、図２に示されるプレートフィン式間接熱交換器を用いて表１の試験番号１〜６で示される気化圧力が異なる液化天然ガスを一方の通路１３に供給し、他方の通路１４にアルコール冷媒を流して向流熱交換したときの実験結果を示す。このようなプレートフィン式間接熱交換器を用い、共晶点組成を有するアルコール冷媒は、気化圧力を３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことによって、たとえば約−１３０℃よりもさらに低い温度にまで、安定に冷却し、着氷を生じないことが確認された。上述のように共晶点組成のアルコール冷媒は、その凝固温度が約−１４２℃であるので、間接熱交換器の構成に依存し、液化天然ガスの気化圧力を、アルコール冷媒の凝固点に等しい液化天然ガスの沸点付近まで低くして、アルコール冷媒を凝固させずに冷却することができる。
【００１６】
【表１】
図５は、冷却されるべき管路２に導かれる共晶点組成を有するアルコール冷媒の温度を−７０℃および−９０℃とした場合における第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３における入口の液化天然ガスの気化圧力に依存する液化天然ガスの入口温度と各第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３の全交換熱量とを示す本件発明者の実験結果を示すグラフである。このグラフから、液化天然ガスの気化圧力が約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ未満では、液化天然ガスの沸点が約−１４２℃未満になり、したがってその液化天然ガスの潜熱が大きいので、アルコール冷媒の温度をそれ以上高くすることができなくなり、またアルコール冷媒が凍ってしまい、着氷を生じるおそれがある。そこで本発明では、共晶点組成を有するアルコール冷媒を用いるとき、液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶ。この圧力をさらに高くすることによって、得られるアルコール冷媒の温度が高くなる。すなわち液化天然ガスの気化圧力を上昇することによって、第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３に入る液化天然ガスの温度が上昇するので、アルコール冷媒を冷却することができる温度も上昇し、交換熱量が徐々に減少することが、図５から理解される。
【００１７】図６は、前述の図１における冷却装置において、液化天然ガスとアルコール冷媒との熱交換特性を、温度／熱量特性で示したグラフである。図６において、実線は液化天然ガスを示し、破線は気化した液化天然ガスを示し、仮想線はアルコール冷媒を示す。アルコール冷媒は、共晶点組成を有し、液化天然ガスの気化圧力は３ｋｇ／ｃｍ2Ｇである。図６における
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、アルコール冷媒との熱交換を行う第１間接熱交換器Ｅ１に入る液化天然ガスを、第１間接熱交換器Ｅ１でアルコール冷媒と熱交換して昇温された液化天然ガスによって、事前に第１間接熱交換器Ｅ１で、約−１６０℃の液化天然ガスを昇温してアルコール冷媒が凝固しない温度に上昇するようにしたので、アルコール冷媒が着氷することなく、したがって間接熱交換器におけるアルコール冷媒の通路の圧力損失が増加することなく、安定した熱交換を継続することができるようになる。
【００１９】また本発明によれば、第１および第３間接熱交換器に入る液化天然ガスを、たとえば約−１４０℃以上の同一温度にすることができ、これによって第１および第３間接熱交換器に入るアルコール冷媒の流量を調整するだけで、第１および第３間接熱交換器のアルコール冷媒の伝熱面に着氷することなく、第１および第３間接熱交換器に入る液化天然ガスの温度近傍まで、安定して冷却運転することができる。
【００２０】また本発明によれば、第１および第３間接熱交換器Ｅ１，Ｅ３を用いてアルコール冷媒を冷却するようにしたので、液化天然ガスの冷熱を充分利用可能とすることができ、またアルコール冷媒のポンプなどによる循環流量をできるだけ少なくして動力エネルギを少なくてすむようにすることができ、構成を小形化することができ、しかもできるだけ低い温度のアルコール冷媒を効率よく得ることができるようになる。
【００２１】さらに本発明によれば、アルコール冷媒は共晶点組成を有することによってその凝固温度を約−１４２℃とすることができ、さらに液化天然ガスの供給される圧力である気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇに選ぶことによって、第１間接熱交換器に導かれる液化天然ガスを約−１４２℃以上にしてアルコール冷媒が凍ることを防ぎ、さらに第２間接熱交換器Ｅ２における熱バランスを崩すことなく運転を継続することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示す系統図である。
【図２】第１間接熱交換器Ｅ１の一部の構成を示す斜視図である。
【図３】制御手段２０の動作を説明するための図である。
【図４】アルコール冷媒の凝固温度の特性を示すグラフである。
【図５】本発明の発明者の実験結果を示すグラフである。
【図６】図１における温度／熱量特性で示したグラフである。
【符号の説明】
１ ポンプ
１２ 伝熱板
１３，１４ 液体通路
１５，１６ フィン
１７ バイパス管路
１８ 第１温度検出手段
１９ 第２温度検出手段
２０ 制御手段
２１ 管路
２２ 第３温度検出手段
２３ 第４温度検出手段
２４，２５ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】 メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を液化天然ガスによって冷却する第１間接熱交換器Ｅ１と、約−１６０℃の液化天然ガスを、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスと熱交換する第２熱交換器Ｅ２とを含むことを特徴とするアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項２】 第１間接熱交換器Ｅ１から第２間接熱交換器Ｅ２を介する液化天然ガスが導かれる第３間接熱交換器Ｅ３と、アルコール冷媒を分岐して一方のアルコール冷媒を第１間接熱交換器Ｅ１に導き、他方のアルコール冷媒を第３間接熱交換器Ｅ３に導く管路と、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスをバイパスして第３間接熱交換器Ｅ３に導くバイパス管路と、バイパス管路に介在される流量制御弁と、第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第１温度検出手段と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第２温度検出手段と、第１および第２温度検出手段の各出力に応答し、各検出温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるように、流量制御弁の開度を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項３】 第１間接熱交換器Ｅ１に、分岐した前記一方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第１流量制御弁と、第１間接熱交換器Ｅ１からのアルコール冷媒の温度を検出する第３温度検出手段と、第３温度検出手段の出力に応答し、第３温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が、予め定める値になるように、冷媒用第１流量制御弁の開度を制御する手段と、第３間接熱交換器Ｅ３に、分岐した前記他方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第２流量制御弁と、第３間接熱交換器Ｅ３からのアルコール冷媒の温度を検出する第４温度検出手段と、第４温度検出手段の出力に応答し、第４温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が予め定める値になるように、冷媒用第２流量制御弁の開度を制御する手段とを含むことを特徴とする請求項２記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項４】 アルコール冷媒は、メタノール約４５ｗｔ％と、エタノール約５５ｗｔ％とから成ることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項５】 液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項１】 メタノールとエタノールとから成るアルコール冷媒を液化天然ガスによって冷却する第１間接熱交換器Ｅ１と、約−１６０℃の液化天然ガスを、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスと熱交換する第２熱交換器Ｅ２とを含むことを特徴とするアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項２】 第１間接熱交換器Ｅ１から第２間接熱交換器Ｅ２を介する液化天然ガスが導かれる第３間接熱交換器Ｅ３と、アルコール冷媒を分岐して一方のアルコール冷媒を第１間接熱交換器Ｅ１に導き、他方のアルコール冷媒を第３間接熱交換器Ｅ３に導く管路と、第１間接熱交換器Ｅ１からの液化天然ガスをバイパスして第３間接熱交換器Ｅ３に導くバイパス管路と、バイパス管路に介在される流量制御弁と、第２間接熱交換器Ｅ２から第１間接熱交換器Ｅ１に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第１温度検出手段と、第２間接熱交換器Ｅ２から第３間接熱交換器Ｅ３に導かれる液化天然ガスの温度を検出する第２温度検出手段と、第１および第２温度検出手段の各出力に応答し、各検出温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるように、流量制御弁の開度を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項３】 第１間接熱交換器Ｅ１に、分岐した前記一方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第１流量制御弁と、第１間接熱交換器Ｅ１からのアルコール冷媒の温度を検出する第３温度検出手段と、第３温度検出手段の出力に応答し、第３温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が、予め定める値になるように、冷媒用第１流量制御弁の開度を制御する手段と、第３間接熱交換器Ｅ３に、分岐した前記他方のアルコール冷媒を導く管路に介在される冷媒用第２流量制御弁と、第３間接熱交換器Ｅ３からのアルコール冷媒の温度を検出する第４温度検出手段と、第４温度検出手段の出力に応答し、第４温度検出手段によって検出されるアルコール冷媒の温度が予め定める値になるように、冷媒用第２流量制御弁の開度を制御する手段とを含むことを特徴とする請求項２記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項４】 アルコール冷媒は、メタノール約４５ｗｔ％と、エタノール約５５ｗｔ％とから成ることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【請求項５】 液化天然ガスの気化圧力を約３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上に選ぶことを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載のアルコール冷媒の冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許番号】第２７４３９６６号
【登録日】平成１０年（１９９８）２月６日
【発行日】平成１０年（１９９８）４月２８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１５４７７８
【出願日】平成８年（１９９６）５月２８日
【公開番号】特開平９−３１８２１８
【公開日】平成９年（１９９７）１２月１２日
【審査請求日】平成８年（１９９６）５月２８日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【参考文献】
【文献】特開 昭６３−２８２４６６（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１０年（１９９８）２月６日
【発行日】平成１０年（１９９８）４月２８日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）５月２８日
【公開番号】特開平９−３１８２１８
【公開日】平成９年（１９９７）１２月１２日
【審査請求日】平成８年（１９９６）５月２８日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【参考文献】
【文献】特開 昭６３−２８２４６６（ＪＰ，Ａ）
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