冷凍粉砕装置
【課題】発電システムによる供給冷熱量と冷凍粉砕装置における需要冷熱量とが一致しない場合でも、需要電力量を充分に満たすだけの発電量が得られるうえに、常に均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができ、均一な粉度及び品質を有する粉砕物を得ることができる冷凍粉砕装置を提供すること。
【解決手段】空気を冷却することが可能な冷熱を蓄えた蓄冷材を有する蓄冷器３０と、空気通路２０から分岐し、蓄冷器３０を通過した後、再び空気通路２０に合流する空気分岐路２４と、冷凍機３２に導入される冷空気の温度を測定する温度測定手段３４と、温度測定手段３４により測定された温度が原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の上限値を上回る場合に、空気供給手段２２により供給された空気の少なくとも一部を空気分岐路２４に導入する制御手段２６、２８、４０を備える。
【解決手段】空気を冷却することが可能な冷熱を蓄えた蓄冷材を有する蓄冷器３０と、空気通路２０から分岐し、蓄冷器３０を通過した後、再び空気通路２０に合流する空気分岐路２４と、冷凍機３２に導入される冷空気の温度を測定する温度測定手段３４と、温度測定手段３４により測定された温度が原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の上限値を上回る場合に、空気供給手段２２により供給された空気の少なくとも一部を空気分岐路２４に導入する制御手段２６、２８、４０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と表す。）を燃料として発電を行う発電システムに併設され、ＬＮＧを燃料ガスに変換する際に得られる冷熱を利用し空気を冷却してその冷空気により原料物質を冷凍粉砕する冷凍粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にプラスチックやゴム等の展延性物質は、低温脆性を呈することから、これらの原料物質を液体窒素などの冷却媒体を用いて超低温まで冷却し、冷却後の原料物質を回転するブレードを備えた粉砕機に送って衝撃粉砕する冷凍粉砕が広範に行われている。また、近年、このような冷凍粉砕技術の小麦、玄米、大豆等の食品加工への応用が注目されている。
【０００３】
一方、従来から発電システムにおける発電機の燃料としてＬＮＧが利用されている。ＬＮＧは約−１６０℃に冷却して貯蔵され、気化させて約１６℃の燃料ガスとして利用される。ここで、ＬＮＧを熱交換器によって気化させて燃料ガスとして利用する際に発生するＬＮＧ冷熱によって冷凍粉砕装置に供給する冷却媒体の温度を低下させる、ＬＮＧ冷熱利用の冷凍粉砕装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。冷却媒体としては、空気が一般に利用される。このような冷凍粉砕装置により、環境負担の低減と省エネルギが実現できる。
【０００４】
ところで、このような冷凍粉砕装置において、原料物質を粉砕した後の粉砕物の粉度及び粉砕物の品質は、冷凍機に供給される冷空気の温度に大きく依存する。冷凍機に供給される冷空気の温度がばらつくと、原料物質の冷凍が良好に行われず、粉砕物の粉度が大きくばらつく上に、原料物質が食品の場合には、栄養価の欠損や腐敗といった深刻な弊害をもたらすこともある。
【０００５】
この問題点に対し、特許文献１は、冷空気の温度と粉砕物の粉度との相関関係を予め求めておき、要求される粉度が得られるように上記相関関係に基づいて冷空気の温度を制御することを開示している。この文献では、上記熱交換器に供給するＬＮＧの量を調整することにより、ＬＮＧと空気との熱交換により得られる冷空気の温度を制御している。
【０００６】
一方、発電システムにおけるＬＮＧの消費量は発電量の変化に伴って変化し、この発電量は需要電力量によって変化する。そして、需要電力量は時間によって大きく変動するため、発電システムにおけるＬＮＧの必要量と、ＬＮＧ冷熱利用の冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量とは必ずしも一致しない。発電システムにおけるＬＮＧの必要量が冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量を上回る時間帯では、余剰のＬＮＧ冷熱が発生し、発電システムにおけるＬＮＧの必要量が冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量を下回る時間帯では、冷空気の温度が上昇し、粉砕物の粉度がばらついてしまう。
【０００７】
時間帯における供給冷熱量と需要冷熱量の不一致の問題を解消することに関しては、供給冷熱量が需要冷熱量より多い場合には余剰冷熱を蓄冷材に蓄熱し、供給冷熱量が需要冷熱量より少ない場合には蓄冷材に蓄熱した冷熱を補う一般的な技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１１０４７１号公報
【特許文献２】特開平２−５７８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された技術では、熱交換器に供給するＬＮＧの量を調整することにより冷空気の温度を制御するため、需要電力量を充分に満たすだけの発電量が得られず、冷凍粉砕装置の粉砕機の動作等が少ない発電量により影響を受け、結果的に均一な粉度を有する粉砕物が得られない場合がある。
【００１０】
また、特許文献２は、蓄冷材の一般的利用を開示しているに過ぎず、発電システムに併設された冷凍粉砕装置に関する技術についてはなんら言及していない。一方、発電システムに併設された冷凍粉砕装置の場合は、常に均一な温度の冷空気が冷凍機に供給されなければ粉砕物の粉度及び粉砕物の品質が変化し、粉砕物を廃棄せざるを得なくなる場合がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、発電システムに併設された冷凍粉砕装置において、発電システムにおけるＬＮＧの必要量と冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量とが一致しない場合でも、需要電力量を充分に満たすだけの発電量が得られるうえに、常に均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができ、均一な粉度及び品質を有する粉砕物を得ることができる冷凍粉砕装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために請求項１に記載の冷凍粉砕装置の発明は、液化天然ガスを液化天然ガス供給源と発電機とを熱交換器を介して接続する燃料通路に導入し、液化天然ガスを上記熱交換器において燃料ガスに変換して発電機に導入する発電システムに併設され、空気を空気供給手段と冷凍機とを上記熱交換器を介して接続する空気通路に導入し、上記熱交換器において空気と液化天然ガスとの熱交換により冷空気を生成し、該冷空気を上記冷凍機に導入して該冷凍機に投入された原料物質を冷凍し、冷凍後の原料物質を粉砕機で衝撃粉砕する冷凍粉砕装置であって、空気を冷却することが可能な冷熱を蓄えた蓄冷材を有する蓄冷器と、上記空気通路から分岐し、上記蓄冷器を通過した後、再び上記空気通路に合流する空気分岐路と、上記冷凍機に導入される冷空気の温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段により測定された温度が上記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の上限値を上回る場合に、上記空気供給手段により供給された空気の少なくとも一部を上記空気分岐路に導入する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
冷空気温度の上限値は、所望の性質（例えば粉度等）を有する粉砕物が得られるように予め定められた冷空気温度の最高値である。上記蓄冷器を通過する空気分岐路の空気通路との分岐点及び合流点は、熱交換器の上流側と下流側とに分かれて存在してもよく、分岐点と合流点の両方が熱交換器の上流側に存在しても良く、分岐点と合流点の両方が熱交換器の下流側に存在しても良い。この発明によると、発電システムにおける液化天然ガスの必要量が比較的少なく、冷凍粉砕装置における液化天然ガスの必要量を下回ってしまう場合、すなわち、需要冷熱量が供給冷熱量を上回っている場合に、冷熱の不足分を蓄冷器が有する蓄冷材の冷熱によって補うことができる。従って、熱交換器に供給するＬＮＧの量を調節することなく、供給冷熱量の不足を補填して冷空気の温度上昇を防止して、均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍粉砕装置において、上記燃料通路から分岐し、上記蓄冷器を通過した後、再び上記燃料通路に合流する燃料分岐路を備え、上記制御手段が、上記温度測定手段により測定された温度が上記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の下限値を下回る場合に、上記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの少なくとも一部を上記燃料分岐路に導入することを特徴とする。
【００１５】
上記冷空気温度の下限値は、所望の性質（例えば粉度等）を有する粉砕物が得られるとともに、過剰な冷熱を有する冷空気の供給によって冷熱が無駄にならないように予め定められた冷空気温度の最低値である。上記蓄冷器を通過する燃料分岐路の燃料通路との分岐点及び合流点は、熱交換器の上流側と下流側とに分かれて存在してもよく、分岐点と合流点の両方が熱交換器の上流側に存在しても良く、分岐点と合流点の両方が熱交換器の下流側に存在しても良い。この発明によると、発電システムにおける液化天然ガスの必要量が比較的多く、冷凍粉砕装置における液化天然ガス必要量を上回ってしまう場合、すなわち、供給冷熱量が需要冷熱量を上回っている場合、余剰分の冷熱を蓄冷器が有する蓄冷材に蓄えることができる。従って、過剰な供給冷熱量による冷空気の温度低下を防止することができ、より均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができる。また、このようにして蓄えられた蓄冷材の冷熱を用いて、後に供給冷熱量が低下する時間帯の不足分の冷熱を補うことができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の冷凍粉砕装置において、上記制御手段が、上記空気供給手段が停止している場合に、上記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの全てを上記燃料分岐路に導入することを特徴とする。
【００１７】
これにより、空気供給手段が停止している場合、すなわち、冷凍粉砕が行われていない場合には、熱交換器へのＬＮＧの供給を停止して、ＬＮＧ冷熱を有効に利用することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の冷凍粉砕装置において、上記蓄冷材が、−１１０℃〜−９０℃の融点を示す潜熱蓄冷材であることを特徴とする。
【００１９】
原料物質が食品の場合には、粉砕物の腐敗の進行を停止させる等の目的で、約−１００℃の冷凍温度が採用される。従って、−１１０℃〜−９０℃の融点を示す潜熱蓄冷材を採用すると、空気の流通経路を切り替えたときのヒートショックが緩和され、冷凍粉砕装置の安定動作が確保される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる冷凍粉砕装置によれば、発電システムにおける液化天然ガスの必要量が比較的少なく、冷凍粉砕装置における液化天然ガスの必要量を下回ってしまう場合、すなわち、需要冷熱量が供給冷熱量を上回っている場合に、冷熱の不足分を蓄冷器が有する蓄冷材の冷熱によって補うことができる。従って、熱交換器に供給するＬＮＧの量を調節することなく、供給冷熱量の不足を補填して冷空気の温度上昇を防止することができる。
【００２１】
従って、発電システムにおけるＬＮＧの必要量と冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量とが一致しない場合でも、需要電力量を充分に満たすだけの発電量が得られるうえに、常に均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができ、均一な粉度及び品質を有する粉砕物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の発電システムに併設される冷凍粉砕装置の概要を示す説明図である。
【００２３】
冷凍粉砕装置１０を併設する発電システム１２は、約−１６０℃に冷却されて液化されたＬＮＧを燃料通路１８に供給する液化天然ガス供給源としてのＬＮＧタンク１４、ＬＮＧを気化させた燃料ガスを燃料として発電する発電機１６、及びＬＮＧタンク１４と発電機１６とを熱交換器１５を介して接続する燃料通路１８を主要な構成要素として備えている。
【００２４】
発電機１６は、冷凍粉砕装置１０の作動電力に加えて、他の種々の設備の電力をも生成する装置である。ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧは、冷凍粉砕装置１０及び他の設備の作動のために想定される需用電力量の変移に基づく運転パターンに従って供給量が制御され、熱交換器１５において空気との熱交換により気化され、発電機１６に供給される。
【００２５】
冷凍粉砕装置１０は、冷却媒体として使用される空気を供給するための空気供給手段２２と、空気供給手段２２から供給された空気を熱交換器１５により冷却して冷凍機に供給するための空気通路２０を備えている。
【００２６】
空気供給手段２２により空気通路２０に供給された空気は、ゼオライトやアルミナゲル等の吸着剤が充填された吸着塔１９によって、水分や炭酸ガスが吸着、除去される。
【００２７】
また、空気通路２０には、吸着塔１９と熱交換器１５の間の分岐点Ａにおいて、空気通路２０から分岐する空気分岐路２４が接続されている。空気通路２０上の分岐点Ａより下流側には、信号により開度の調節が可能な第１空気量調節バルブ２６が設けられている。一方、空気分岐路２４には、第１空気量調節バルブ２６と同様に信号による開度調整が可能な第２空気量調節バルブ２８と、蓄冷器３０が順に設けられており、この空気分岐路２４は熱交換器１５の下流側の合流点Ｂで再び空気通路２０に合流する。なお、第１空気量調節バルブ２６と第２空気量調節バルブ２８については、後に詳細に説明する。
【００２８】
空気通路２０を通して熱交換器１５に導入される空気は、燃料通路１８を通して熱交換器１５に導入されるＬＮＧとの熱交換により冷却され、冷空気となる。一方、空気通路２０の分岐Ａにおいて空気分岐路２４側に流れる空気は、蓄冷器３０に導入される。
【００２９】
蓄冷器３０は、約−１１０℃〜約−９０℃の範囲の融点を示す潜熱蓄冷材を有しており、この蓄冷材は空気を冷却することが可能な冷熱を予め蓄えている。約−１１０℃〜約−９０℃の範囲の融点を示す潜熱蓄冷材としては、例えば、メタノールと水の混合物、１−プロパノールと水の混合物、２−プロパノールと水の混合物、アセトンと水の混合物、１−プロパノールとノルマルヘキサンの混合物、２−プロパノールとノルマルペンタンの混合物、２−プロパノールとノルマルヘキサンの混合物、ジクロロメタン、メチルパーフルオロプロピルエーテルが適用でき、冷熱を予め蓄えた蓄冷材は、ＬＮＧ基地や発電所から搬送されたものを使用してもよく、また、以下の第２の実施の形態に示すように、発電システム１２の運転の過程で蓄冷材に冷熱を蓄えたものを使用しても良い。これにより、蓄冷器３０に導入された空気は、蓄冷材に蓄えられた冷熱によって冷却され冷空気となる。そして、合流点Ｂにおいて、熱交換器１５における熱交換で生成した冷空気と合流する。
【００３０】
冷凍粉砕装置１０にはさらに、食品のような原料物質を収容しており、生成された冷空気を用いて原料物質の冷凍を行う冷凍機３２と、この冷凍機３２で冷凍された冷凍原料物質を衝撃粉砕する回転ブレードを有する粉砕機３６と、粉砕機３６により粉砕された原料物質粉が収容される製品収集ボックス３８を有している。
【００３１】
更に、冷凍粉砕装置１０には、生成された冷空気を冷凍機３２に供給する直前に冷空気の温度を測定する温度測定手段としての冷空気温度センサ３４と、冷空気温度センサ３４の測定値に応じて熱交換器１５及び蓄冷器３０に導入される空気の量を調節するために上述の第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度を制御する制御部４０が設けられている。
【００３２】
図２は、制御部４０を用いた空気量制御システム４１を説明するブロック図である。図示のように、空気量制御システム４１は、冷空気温度センサ３４、制御部４０、第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８を有している。制御部４０は、冷空気温度センサ３４の測定値を受信するデータ受信部４２と、その測定値をデータ受信部４２から受け取り、その測定値と粉砕される原料物質の種類及び／又は量に応じて第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度を調整するデータを記憶している空気バルブ開度データ記憶部４４と、上記測定値に応じた適当な開度データを空気バルブ開度データ記憶部４４から抽出し、第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８を適当な開度に調整する信号を各バルブに送信するデータ送信部４６を有している。そして、この第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８は、上記信号を受信すると、その信号に基づく開度で開閉される。なお、本実施の形態では、上述の第１空気量調節バルブ２６、第２空気量調節バルブ２８及び制御部４０が制御手段として機能している。
【００３３】
空気バルブ開度データ記憶部４４には、まず、原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度センサ３４の測定値の上限値が記憶されている。例えば、原料物質が玄米の場合には、上限値は−９０℃程度である。さらに、空気バルブ開度データ記憶部４４には、冷空気温度センサ３４の測定値と第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度の関係が記憶されている。具体的には、冷空気温度センサ３４の測定値が原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度の上限値を下回る場合に常に第１空気量調節バルブ２６を全開状態とし、第２空気量調節バルブ２８を全閉状態とするようなデータが記憶されている。また、冷空気温度センサ３４が上記上限値を超える場合には、空気供給手段２２から空気通路２０に供給された空気の少なくとも一部が蓄冷器３０に導入されるように第１空気量調節バルブ２６と第２空気量調節バルブ２８の開度を調節するデータが記憶されており、上記上限値と測定値との温度差が大きいほど、第１空気量調節バルブ２６の開度が小さくなり、第２空気量調節バルブ２８の開度が大きくなるように調節されるようになっている。
【００３４】
以下、本実施の形態の発電システム１２に併設された冷凍粉砕装置１０の動作について図１〜図３を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、上述のように冷凍粉砕が行われる原料物質が玄米を用いた例を説明し、この玄米を約−１００℃の冷空気により好適に冷凍できるように、原料物質の冷凍機３２への投入量、冷空気の供給量及び供給時間、更には粉砕機３６の回転ブレードの回転数が規定されている。また、上述の冷空気温度センサ３４により測定される冷空気の温度の上限値を−９０℃と規定する。
【００３５】
図３は、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧから得られる冷熱の量、すなわち、熱交換器１５における熱交換でＬＮＧを燃料ガスに変換して得られる冷熱の量（以下、供給冷熱量と表す）と、空気供給手段２２から空気通路２０に供給される空気を冷却して冷空気とするために必要な冷熱の量（以下、需要冷熱量と表す）と時間との相関関係を示すグラフである。なお、供給冷熱量を線グラフで示し、需要冷熱量を棒グラフで示す。
【００３６】
発電システム１２は、冷凍粉砕装置１０及びその他の設備の駆動のために想定される需用電力量の変移に基づく運転パターンに従って運転され、夜間は需用電力量が比較的少ないのでＬＮＧの燃料通路１８への供給量が少ない低稼働で運転され、昼間は需用電力量の増加に伴ってＬＮＧの燃料通路１８への供給量が増加した中間稼働から高稼働で運転される。一方、冷凍粉砕装置１０は、一時間毎のバッチ運転で駆動され、夜間は少量の玄米を粉砕し、昼間は多量の玄米を粉砕するように駆動される。
【００３７】
そして、図に示される区間Ａは、供給冷熱量が少なく、需要冷熱量に対して不足する区間を示している。本実施の形態では、区間Ａ以外では、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足していないので、従来の冷凍粉砕装置と同様に、ＬＮＧとの熱交換によってのみ空気を冷却して約−１００℃の冷空気を生成することができる。従って、この場合、冷空気温度センサ３４における測定値が−１００℃の近傍となるので、上述のように、制御部４０により常に第１空気量調節バルブ２６を全開状態、第２空気量調節バルブ２８を全閉状態とするように開度の制御が行われる。
【００３８】
本発明の特徴的な効果が現れる区間Ａでは、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足している。この区間では、冷空気温度センサ３４で測定される冷空気の温度が−１００℃より上昇する。そして、冷空気温度センサ３４の測定値が上限値である−９０℃を上回ると、制御部４０により第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度が適当に調節され、空気供給手段２２により空気通路２０に供給された空気の一部が、空気分岐路２４に分岐し蓄冷器３０に導入される。
【００３９】
これによって、熱交換器１５だけでなく一部の空気が蓄冷器３０に導入されることとなる。熱交換器１５に導入された空気は、従来と同様に、燃料通路１８によってＬＮＧタンク１４から導入されるＬＮＧと熱交換され、蓄冷器３０に導入された空気は、その蓄冷器３０の内部の蓄冷材に蓄えられている冷熱によって冷却され冷空気となり、再び空気分岐路２４を通り合流点Ｂにおいて熱交換器１５で冷却されて生成した冷空気と合流して、冷凍機３２に供給される。
【００４０】
本実施の形態の冷凍粉砕装置１０によれば、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足することによって冷凍機３２に供給される冷空気の温度が上限値を上回って上昇した場合であっても、蓄冷器３０に蓄えられた冷熱によって不足分の冷熱を補い、冷空気の温度を下降させることができる。従って、発電機１６に燃料として確実に燃料ガスを供給しつつ、冷凍機３２に供給される冷空気の温度を一定の範囲に保つことができ、均一な粉度及び品質を有する玄米粉を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態の発電システムの概要を示す説明図である。なお、第１の実施の形態と同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略し、以下異なる点についてのみ説明する。
【００４２】
本実施の形態では、燃料通路１８に、ＬＮＧタンク１４と熱交換器１５の間の分岐点Ｃにおいて燃料通路１８から分岐し、蓄冷器３０を介して、熱交換器１５の下流側の合流点Ｄにおいて再び燃料通路１８に合流する燃料分岐路４８が設けられている。
【００４３】
そして、燃料通路１８の分岐点Ｃの下流側で熱交換器１５の上流側には、熱交換器１５に導入するＬＮＧの量を調節する第１ＬＮＧ量調節バルブ５０が設けられている。一方、燃料分岐路４８の蓄冷器３０の上流側には、蓄冷器３０に導入するＬＮＧの量を調節する第２ＬＮＧ量調節バルブ５２が設けられている。
【００４４】
本実施の形態では、蓄冷器３０に導入されるＬＮＧの冷熱は、蓄冷器３０が有する蓄冷材に蓄えられる。また、ＬＮＧは、冷熱を蓄冷材に与えた後、気化器５４によって気化されて燃料ガスに変換され、燃料通路１８を通る熱交換器１５からの燃料ガスと合流点Ｄで合流して発電機１６に供給される。
【００４５】
図５は、本実施の形態における制御部４０Ａを用いた空気量制御システム４１Ａを説明するブロック図である。制御部４０Ａは、ＬＮＧバルブ開度データ記憶部５６を有している。なお、本実施の形態では、第１空気量調節バルブ２６、第２空気量調節バルブ２８、第１ＬＮＧ量調節バルブ５０、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２、及び制御部４０Ａが制御手段として機能している。
【００４６】
ＬＮＧバルブ開度データ記憶部５６には、まず、原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度センサ３４の測定値の下限値が記憶されている。例えば、原料物質が玄米の場合には、下限値は−１１０℃程度である。さらに、ＬＮＧバルブ開度データ記憶部５６には、冷空気温度センサ３４の測定値と第１ＬＮＧ量調節バルブ５０及び第２ＬＮＧ量調節バルブ５２の開度の関係が記憶されている。具体的には、冷空気温度センサ３４の測定値が原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度の下限値を上回る場合に常に第１ＬＮＧ量調節バルブ５０を全開状態とし、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２を全閉状態とするようなデータが記憶されている。また、冷空気温度センサ３４が上記下限値を下回る場合には、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されたＬＮＧの少なくとも一部が蓄冷器３０に導入されるように第１ＬＮＧ量調節バルブ５０と第２ＬＮＧ量調節バルブ５２の開度を調節するデータが記憶されており、上記下限値と測定値との温度差が大きいほど、第１ＬＮＧ量調節バルブ５０の開度が小さくなり、第２ＬＮＧ量調節バルブ２８の開度が大きくなるように調節されるようになっている。
【００４７】
以下、本実施の形態の冷凍粉砕装置１０の動作について図４〜図６を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、上述のように冷凍粉砕が行われる原料物質が玄米を用いた例を説明し、この玄米を約−１００℃の冷空気により好適に冷凍できるように、原料物質の冷凍機３２への投入量及び空気供給量が規定されている。また、上述の冷空気温度センサ３４により測定される冷空気の温度の上限値を−９０℃と規定し、下限値を−１１０℃と規定する。
【００４８】
図６は、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧから得られる冷熱の量、すなわち、熱交換器１５における熱交換でＬＮＧを燃料ガスに変換して得られる冷熱の量（以下、供給冷熱量と表す）と、空気供給手段２２から空気通路２０に供給される空気を冷却して冷空気とするために必要な冷熱の量（以下、需要冷熱量と表す）と時間との相関関係を示すグラフである。なお、供給冷熱量を線グラフで示し、需要冷熱量を棒グラフで示す。
【００４９】
発電システム１２は、冷凍粉砕装置１０及びその他の設備の駆動のために想定される需用電力量の変移に基づく運転パターンに従って運転され、夜間は需用電力量が比較的少ないのでＬＮＧの燃料通路１８への供給量が少ない低稼働で運転され、昼間は需用電力量の増加に伴ってＬＮＧの燃料通路１８への供給量が増加した中間稼働から高稼働で運転される。一方、冷凍粉砕装置１０は、一時間毎のバッチ運転で駆動され、夜間は少量の玄米を粉砕し、昼間は多量の玄米を粉砕するように駆動される。
【００５０】
そして、図に示される区間Ａは、供給冷熱量が少なく、需要冷熱量に対して不足する区間を示しており、区間Ｂは、供給冷熱量が多く、需要冷熱量に対して過剰になる区間を示している。本実施の形態では、区間Ａ以外では、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足していないので、従来の冷凍粉砕装置と同様に、ＬＮＧとの熱交換によってのみ空気を冷却して約−１００℃以下の冷空気を生成することができる。従って、この場合、冷空気温度センサ３４における測定値が−１００℃以下となるので、上述のように、制御部４０Ａにより常に第１空気量調節バルブ２６を全開状態、第２空気量調節バルブ２８を全閉状態とするように開度の制御が行われる。
【００５１】
本発明の特徴的な効果が現れる区間Ａでは、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足している。この区間では、冷空気温度センサ３４で測定される冷空気の温度が−１００℃より上昇する。そして、冷空気温度センサ３４の測定値が上限値である−９０℃を上回ると、制御部４０により第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度が適当に調節され、空気供給手段２２により空気通路２０に供給された空気の一部が、空気分岐路２４に分岐し蓄冷器３０に導入される。
【００５２】
これによって、熱交換器１５だけでなく一部の空気が蓄冷器３０に導入されることとなる。熱交換器１５に導入された空気は、従来と同様に、燃料通路１８によってＬＮＧタンク１４から導入されるＬＮＧと熱交換され、蓄冷器３０に導入された空気は、その蓄冷器３０の内部の蓄冷材に蓄えられている冷熱によって冷却され冷空気となり、再び空気分岐路２４を通り合流点Ｂにおいて熱交換器１５で冷却されて生成した冷空気と合流して、冷凍機３２に供給される。
【００５３】
一方、区間Ｂでは、発電機１６が高稼働であるために、供給冷熱量が需要冷熱量を上回る。従って、熱交換器１５におけるＬＮＧと空気との熱交換によって空気が過剰な冷熱を受け、生成される冷空気の温度が低くなる。このような冷空気の温度の低下により、冷空気温度センサ３４における温度の測定値が−１１０℃を下回ると、空気量制御システム４１Ａによって第１ＬＮＧ量調節バルブ５０、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２の開度が適当に調節され、ＬＮＧタンク１４により燃料通路１８に供給されたＬＮＧの一部が、燃料分岐路４８に分岐し蓄冷器３０に導入される。
【００５４】
これによって、ＬＮＧが熱交換器１５だけでなく一部が蓄冷器３０に導入されることとなる。熱交換器１５に導入されたＬＮＧは、従来と同様に、空気通路２０によって空気供給手段２２から熱交換器１５に導入される空気と熱交換され、蓄冷器３０に導入されたＬＮＧは、その蓄冷器３０の内部の蓄冷材に冷熱を蓄える。そして、蓄冷材に冷熱を蓄えたＬＮＧは、気化器５４において完全に気化されて燃料ガスとなり、燃料分岐路４８を通り合流点Ｄにおいて熱交換器１５から来た燃料通路１８の燃料ガスと合流し、発電機１６に供給される。
【００５５】
従って、発電システム１２におけるＬＮＧの必要量が比較的多く、冷凍粉砕装置１０におけるＬＮＧ必要量を上回ってしまう場合、すなわち、供給冷熱量が需要冷熱量を上回っている場合、余剰分の冷熱を蓄冷器３０が有する蓄冷材に蓄えることができる。これにより、供給冷熱量が過剰であることによる冷空気の温度低下を防止することができるので、より均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができる。また、このようにして蓄えられた蓄冷材の冷熱を用いて、後の供給冷熱量が低下する区間Ａのような時間帯の不足分の冷熱を補うことができる。
【００５６】
なお、空気供給手段２２による空気通路への空気の供給が停止している場合、すなわち、冷凍機３２や粉砕機３６の稼働が停止しており、冷凍粉砕が行われていない場合であっても、第１ＬＮＧ量調節バルブ５０を全閉状態とし、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２を全開状態として、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧを全てを燃料分岐路４８、すなわち、蓄冷器３０に導入することにより、ＬＮＧの冷熱を蓄冷器３０の蓄冷材に蓄えつつ、そのＬＮＧを燃料ガスに変換して発電機１６に供給することができる。
【００５７】
本発明は上記第１及び第２の実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記蓄冷器３０を通過する空気分岐路２４の空気通路２０との分岐点Ａ及び合流点Ｂは、上記第１及び第２の実施の形態におけるように、熱交換器１５の上流側と下流側とに存在する必要はなく、分岐点Ａと合流点Ｂの両方が熱交換器１５の上流側に存在しても良く、分岐点Ａと合流点Ｂの両方が熱交換器１５の下流側に存在しても良い。また、上記蓄冷器３０を通過する燃料分岐路４８の燃料通路１８との分岐点Ｃ及び合流点Ｄは、上記第１及び第２の実施の形態におけるように、熱交換器１５の上流側と下流側とに存在する必要はなく、分岐点Ｃと合流点Ｄの両方が熱交換器１５の上流側に存在しても良く、分岐点Ｃと合流点Ｄの両方が熱交換器１５の下流側に存在しても良い。変形例を図７及び８に示す。図７の形態では、空気量調節バルブ６０，６２を図示しない制御部によって制御することで、第１の実施の形態の冷凍粉砕装置１０とほぼ同様に作動する。図８の形態では、空気量調節バルブ６４，６６及びＬＮＧ量調節バルブ６８，７０，７２，７４を図示しない制御部によって制御することにより、第２の実施の形態の冷凍粉砕装置１０とほぼ同様に作動する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施の形態の構成を概略的に説明する図である。
【図２】第１の実施の形態の空気量制御システムの概要を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態における供給冷熱量、需要冷熱量及び時間の関係を示すグラフである。
【図４】第２の実施の形態の構成を概略的に説明する図である。
【図５】第２の実施の形態の空気量制御システムの概要を示すブロック図である。
【図６】第２の実施の形態における供給冷熱量、需要冷熱量及び時間の関係を示す図である。
【図７】本発明にかかる発電システムの別の構成例を示す図である。
【図８】本発明にかかる発電システムのさらに別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 冷凍粉砕装置
１２ 発電システム
１４ ＬＮＧタンク（液化天然ガス供給源）
１５ 熱交換器
１６ 発電機
１８ 燃料通路
２０ 空気通路
２２ 空気供給手段
２４ 空気分岐路
２６ 第１空気量調節バルブ（制御手段）
２８ 第２空気量調節バルブ（制御手段）
３０ 蓄冷器
３２ 冷凍機
３４ 冷空気温度センサ（温度測定手段）
３６ 粉砕機
４０ 制御部（制御手段）
４８ 燃料分岐路
５０ 第１ＬＮＧ量調節バルブ（制御手段）
５２ 第２ＬＮＧ量調節バルブ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と表す。）を燃料として発電を行う発電システムに併設され、ＬＮＧを燃料ガスに変換する際に得られる冷熱を利用し空気を冷却してその冷空気により原料物質を冷凍粉砕する冷凍粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にプラスチックやゴム等の展延性物質は、低温脆性を呈することから、これらの原料物質を液体窒素などの冷却媒体を用いて超低温まで冷却し、冷却後の原料物質を回転するブレードを備えた粉砕機に送って衝撃粉砕する冷凍粉砕が広範に行われている。また、近年、このような冷凍粉砕技術の小麦、玄米、大豆等の食品加工への応用が注目されている。
【０００３】
一方、従来から発電システムにおける発電機の燃料としてＬＮＧが利用されている。ＬＮＧは約−１６０℃に冷却して貯蔵され、気化させて約１６℃の燃料ガスとして利用される。ここで、ＬＮＧを熱交換器によって気化させて燃料ガスとして利用する際に発生するＬＮＧ冷熱によって冷凍粉砕装置に供給する冷却媒体の温度を低下させる、ＬＮＧ冷熱利用の冷凍粉砕装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。冷却媒体としては、空気が一般に利用される。このような冷凍粉砕装置により、環境負担の低減と省エネルギが実現できる。
【０００４】
ところで、このような冷凍粉砕装置において、原料物質を粉砕した後の粉砕物の粉度及び粉砕物の品質は、冷凍機に供給される冷空気の温度に大きく依存する。冷凍機に供給される冷空気の温度がばらつくと、原料物質の冷凍が良好に行われず、粉砕物の粉度が大きくばらつく上に、原料物質が食品の場合には、栄養価の欠損や腐敗といった深刻な弊害をもたらすこともある。
【０００５】
この問題点に対し、特許文献１は、冷空気の温度と粉砕物の粉度との相関関係を予め求めておき、要求される粉度が得られるように上記相関関係に基づいて冷空気の温度を制御することを開示している。この文献では、上記熱交換器に供給するＬＮＧの量を調整することにより、ＬＮＧと空気との熱交換により得られる冷空気の温度を制御している。
【０００６】
一方、発電システムにおけるＬＮＧの消費量は発電量の変化に伴って変化し、この発電量は需要電力量によって変化する。そして、需要電力量は時間によって大きく変動するため、発電システムにおけるＬＮＧの必要量と、ＬＮＧ冷熱利用の冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量とは必ずしも一致しない。発電システムにおけるＬＮＧの必要量が冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量を上回る時間帯では、余剰のＬＮＧ冷熱が発生し、発電システムにおけるＬＮＧの必要量が冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量を下回る時間帯では、冷空気の温度が上昇し、粉砕物の粉度がばらついてしまう。
【０００７】
時間帯における供給冷熱量と需要冷熱量の不一致の問題を解消することに関しては、供給冷熱量が需要冷熱量より多い場合には余剰冷熱を蓄冷材に蓄熱し、供給冷熱量が需要冷熱量より少ない場合には蓄冷材に蓄熱した冷熱を補う一般的な技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１１０４７１号公報
【特許文献２】特開平２−５７８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された技術では、熱交換器に供給するＬＮＧの量を調整することにより冷空気の温度を制御するため、需要電力量を充分に満たすだけの発電量が得られず、冷凍粉砕装置の粉砕機の動作等が少ない発電量により影響を受け、結果的に均一な粉度を有する粉砕物が得られない場合がある。
【００１０】
また、特許文献２は、蓄冷材の一般的利用を開示しているに過ぎず、発電システムに併設された冷凍粉砕装置に関する技術についてはなんら言及していない。一方、発電システムに併設された冷凍粉砕装置の場合は、常に均一な温度の冷空気が冷凍機に供給されなければ粉砕物の粉度及び粉砕物の品質が変化し、粉砕物を廃棄せざるを得なくなる場合がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、発電システムに併設された冷凍粉砕装置において、発電システムにおけるＬＮＧの必要量と冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量とが一致しない場合でも、需要電力量を充分に満たすだけの発電量が得られるうえに、常に均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができ、均一な粉度及び品質を有する粉砕物を得ることができる冷凍粉砕装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために請求項１に記載の冷凍粉砕装置の発明は、液化天然ガスを液化天然ガス供給源と発電機とを熱交換器を介して接続する燃料通路に導入し、液化天然ガスを上記熱交換器において燃料ガスに変換して発電機に導入する発電システムに併設され、空気を空気供給手段と冷凍機とを上記熱交換器を介して接続する空気通路に導入し、上記熱交換器において空気と液化天然ガスとの熱交換により冷空気を生成し、該冷空気を上記冷凍機に導入して該冷凍機に投入された原料物質を冷凍し、冷凍後の原料物質を粉砕機で衝撃粉砕する冷凍粉砕装置であって、空気を冷却することが可能な冷熱を蓄えた蓄冷材を有する蓄冷器と、上記空気通路から分岐し、上記蓄冷器を通過した後、再び上記空気通路に合流する空気分岐路と、上記冷凍機に導入される冷空気の温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段により測定された温度が上記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の上限値を上回る場合に、上記空気供給手段により供給された空気の少なくとも一部を上記空気分岐路に導入する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
冷空気温度の上限値は、所望の性質（例えば粉度等）を有する粉砕物が得られるように予め定められた冷空気温度の最高値である。上記蓄冷器を通過する空気分岐路の空気通路との分岐点及び合流点は、熱交換器の上流側と下流側とに分かれて存在してもよく、分岐点と合流点の両方が熱交換器の上流側に存在しても良く、分岐点と合流点の両方が熱交換器の下流側に存在しても良い。この発明によると、発電システムにおける液化天然ガスの必要量が比較的少なく、冷凍粉砕装置における液化天然ガスの必要量を下回ってしまう場合、すなわち、需要冷熱量が供給冷熱量を上回っている場合に、冷熱の不足分を蓄冷器が有する蓄冷材の冷熱によって補うことができる。従って、熱交換器に供給するＬＮＧの量を調節することなく、供給冷熱量の不足を補填して冷空気の温度上昇を防止して、均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍粉砕装置において、上記燃料通路から分岐し、上記蓄冷器を通過した後、再び上記燃料通路に合流する燃料分岐路を備え、上記制御手段が、上記温度測定手段により測定された温度が上記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の下限値を下回る場合に、上記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの少なくとも一部を上記燃料分岐路に導入することを特徴とする。
【００１５】
上記冷空気温度の下限値は、所望の性質（例えば粉度等）を有する粉砕物が得られるとともに、過剰な冷熱を有する冷空気の供給によって冷熱が無駄にならないように予め定められた冷空気温度の最低値である。上記蓄冷器を通過する燃料分岐路の燃料通路との分岐点及び合流点は、熱交換器の上流側と下流側とに分かれて存在してもよく、分岐点と合流点の両方が熱交換器の上流側に存在しても良く、分岐点と合流点の両方が熱交換器の下流側に存在しても良い。この発明によると、発電システムにおける液化天然ガスの必要量が比較的多く、冷凍粉砕装置における液化天然ガス必要量を上回ってしまう場合、すなわち、供給冷熱量が需要冷熱量を上回っている場合、余剰分の冷熱を蓄冷器が有する蓄冷材に蓄えることができる。従って、過剰な供給冷熱量による冷空気の温度低下を防止することができ、より均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができる。また、このようにして蓄えられた蓄冷材の冷熱を用いて、後に供給冷熱量が低下する時間帯の不足分の冷熱を補うことができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の冷凍粉砕装置において、上記制御手段が、上記空気供給手段が停止している場合に、上記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの全てを上記燃料分岐路に導入することを特徴とする。
【００１７】
これにより、空気供給手段が停止している場合、すなわち、冷凍粉砕が行われていない場合には、熱交換器へのＬＮＧの供給を停止して、ＬＮＧ冷熱を有効に利用することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の冷凍粉砕装置において、上記蓄冷材が、−１１０℃〜−９０℃の融点を示す潜熱蓄冷材であることを特徴とする。
【００１９】
原料物質が食品の場合には、粉砕物の腐敗の進行を停止させる等の目的で、約−１００℃の冷凍温度が採用される。従って、−１１０℃〜−９０℃の融点を示す潜熱蓄冷材を採用すると、空気の流通経路を切り替えたときのヒートショックが緩和され、冷凍粉砕装置の安定動作が確保される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる冷凍粉砕装置によれば、発電システムにおける液化天然ガスの必要量が比較的少なく、冷凍粉砕装置における液化天然ガスの必要量を下回ってしまう場合、すなわち、需要冷熱量が供給冷熱量を上回っている場合に、冷熱の不足分を蓄冷器が有する蓄冷材の冷熱によって補うことができる。従って、熱交換器に供給するＬＮＧの量を調節することなく、供給冷熱量の不足を補填して冷空気の温度上昇を防止することができる。
【００２１】
従って、発電システムにおけるＬＮＧの必要量と冷凍粉砕装置におけるＬＮＧの必要量とが一致しない場合でも、需要電力量を充分に満たすだけの発電量が得られるうえに、常に均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができ、均一な粉度及び品質を有する粉砕物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の発電システムに併設される冷凍粉砕装置の概要を示す説明図である。
【００２３】
冷凍粉砕装置１０を併設する発電システム１２は、約−１６０℃に冷却されて液化されたＬＮＧを燃料通路１８に供給する液化天然ガス供給源としてのＬＮＧタンク１４、ＬＮＧを気化させた燃料ガスを燃料として発電する発電機１６、及びＬＮＧタンク１４と発電機１６とを熱交換器１５を介して接続する燃料通路１８を主要な構成要素として備えている。
【００２４】
発電機１６は、冷凍粉砕装置１０の作動電力に加えて、他の種々の設備の電力をも生成する装置である。ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧは、冷凍粉砕装置１０及び他の設備の作動のために想定される需用電力量の変移に基づく運転パターンに従って供給量が制御され、熱交換器１５において空気との熱交換により気化され、発電機１６に供給される。
【００２５】
冷凍粉砕装置１０は、冷却媒体として使用される空気を供給するための空気供給手段２２と、空気供給手段２２から供給された空気を熱交換器１５により冷却して冷凍機に供給するための空気通路２０を備えている。
【００２６】
空気供給手段２２により空気通路２０に供給された空気は、ゼオライトやアルミナゲル等の吸着剤が充填された吸着塔１９によって、水分や炭酸ガスが吸着、除去される。
【００２７】
また、空気通路２０には、吸着塔１９と熱交換器１５の間の分岐点Ａにおいて、空気通路２０から分岐する空気分岐路２４が接続されている。空気通路２０上の分岐点Ａより下流側には、信号により開度の調節が可能な第１空気量調節バルブ２６が設けられている。一方、空気分岐路２４には、第１空気量調節バルブ２６と同様に信号による開度調整が可能な第２空気量調節バルブ２８と、蓄冷器３０が順に設けられており、この空気分岐路２４は熱交換器１５の下流側の合流点Ｂで再び空気通路２０に合流する。なお、第１空気量調節バルブ２６と第２空気量調節バルブ２８については、後に詳細に説明する。
【００２８】
空気通路２０を通して熱交換器１５に導入される空気は、燃料通路１８を通して熱交換器１５に導入されるＬＮＧとの熱交換により冷却され、冷空気となる。一方、空気通路２０の分岐Ａにおいて空気分岐路２４側に流れる空気は、蓄冷器３０に導入される。
【００２９】
蓄冷器３０は、約−１１０℃〜約−９０℃の範囲の融点を示す潜熱蓄冷材を有しており、この蓄冷材は空気を冷却することが可能な冷熱を予め蓄えている。約−１１０℃〜約−９０℃の範囲の融点を示す潜熱蓄冷材としては、例えば、メタノールと水の混合物、１−プロパノールと水の混合物、２−プロパノールと水の混合物、アセトンと水の混合物、１−プロパノールとノルマルヘキサンの混合物、２−プロパノールとノルマルペンタンの混合物、２−プロパノールとノルマルヘキサンの混合物、ジクロロメタン、メチルパーフルオロプロピルエーテルが適用でき、冷熱を予め蓄えた蓄冷材は、ＬＮＧ基地や発電所から搬送されたものを使用してもよく、また、以下の第２の実施の形態に示すように、発電システム１２の運転の過程で蓄冷材に冷熱を蓄えたものを使用しても良い。これにより、蓄冷器３０に導入された空気は、蓄冷材に蓄えられた冷熱によって冷却され冷空気となる。そして、合流点Ｂにおいて、熱交換器１５における熱交換で生成した冷空気と合流する。
【００３０】
冷凍粉砕装置１０にはさらに、食品のような原料物質を収容しており、生成された冷空気を用いて原料物質の冷凍を行う冷凍機３２と、この冷凍機３２で冷凍された冷凍原料物質を衝撃粉砕する回転ブレードを有する粉砕機３６と、粉砕機３６により粉砕された原料物質粉が収容される製品収集ボックス３８を有している。
【００３１】
更に、冷凍粉砕装置１０には、生成された冷空気を冷凍機３２に供給する直前に冷空気の温度を測定する温度測定手段としての冷空気温度センサ３４と、冷空気温度センサ３４の測定値に応じて熱交換器１５及び蓄冷器３０に導入される空気の量を調節するために上述の第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度を制御する制御部４０が設けられている。
【００３２】
図２は、制御部４０を用いた空気量制御システム４１を説明するブロック図である。図示のように、空気量制御システム４１は、冷空気温度センサ３４、制御部４０、第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８を有している。制御部４０は、冷空気温度センサ３４の測定値を受信するデータ受信部４２と、その測定値をデータ受信部４２から受け取り、その測定値と粉砕される原料物質の種類及び／又は量に応じて第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度を調整するデータを記憶している空気バルブ開度データ記憶部４４と、上記測定値に応じた適当な開度データを空気バルブ開度データ記憶部４４から抽出し、第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８を適当な開度に調整する信号を各バルブに送信するデータ送信部４６を有している。そして、この第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８は、上記信号を受信すると、その信号に基づく開度で開閉される。なお、本実施の形態では、上述の第１空気量調節バルブ２６、第２空気量調節バルブ２８及び制御部４０が制御手段として機能している。
【００３３】
空気バルブ開度データ記憶部４４には、まず、原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度センサ３４の測定値の上限値が記憶されている。例えば、原料物質が玄米の場合には、上限値は−９０℃程度である。さらに、空気バルブ開度データ記憶部４４には、冷空気温度センサ３４の測定値と第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度の関係が記憶されている。具体的には、冷空気温度センサ３４の測定値が原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度の上限値を下回る場合に常に第１空気量調節バルブ２６を全開状態とし、第２空気量調節バルブ２８を全閉状態とするようなデータが記憶されている。また、冷空気温度センサ３４が上記上限値を超える場合には、空気供給手段２２から空気通路２０に供給された空気の少なくとも一部が蓄冷器３０に導入されるように第１空気量調節バルブ２６と第２空気量調節バルブ２８の開度を調節するデータが記憶されており、上記上限値と測定値との温度差が大きいほど、第１空気量調節バルブ２６の開度が小さくなり、第２空気量調節バルブ２８の開度が大きくなるように調節されるようになっている。
【００３４】
以下、本実施の形態の発電システム１２に併設された冷凍粉砕装置１０の動作について図１〜図３を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、上述のように冷凍粉砕が行われる原料物質が玄米を用いた例を説明し、この玄米を約−１００℃の冷空気により好適に冷凍できるように、原料物質の冷凍機３２への投入量、冷空気の供給量及び供給時間、更には粉砕機３６の回転ブレードの回転数が規定されている。また、上述の冷空気温度センサ３４により測定される冷空気の温度の上限値を−９０℃と規定する。
【００３５】
図３は、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧから得られる冷熱の量、すなわち、熱交換器１５における熱交換でＬＮＧを燃料ガスに変換して得られる冷熱の量（以下、供給冷熱量と表す）と、空気供給手段２２から空気通路２０に供給される空気を冷却して冷空気とするために必要な冷熱の量（以下、需要冷熱量と表す）と時間との相関関係を示すグラフである。なお、供給冷熱量を線グラフで示し、需要冷熱量を棒グラフで示す。
【００３６】
発電システム１２は、冷凍粉砕装置１０及びその他の設備の駆動のために想定される需用電力量の変移に基づく運転パターンに従って運転され、夜間は需用電力量が比較的少ないのでＬＮＧの燃料通路１８への供給量が少ない低稼働で運転され、昼間は需用電力量の増加に伴ってＬＮＧの燃料通路１８への供給量が増加した中間稼働から高稼働で運転される。一方、冷凍粉砕装置１０は、一時間毎のバッチ運転で駆動され、夜間は少量の玄米を粉砕し、昼間は多量の玄米を粉砕するように駆動される。
【００３７】
そして、図に示される区間Ａは、供給冷熱量が少なく、需要冷熱量に対して不足する区間を示している。本実施の形態では、区間Ａ以外では、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足していないので、従来の冷凍粉砕装置と同様に、ＬＮＧとの熱交換によってのみ空気を冷却して約−１００℃の冷空気を生成することができる。従って、この場合、冷空気温度センサ３４における測定値が−１００℃の近傍となるので、上述のように、制御部４０により常に第１空気量調節バルブ２６を全開状態、第２空気量調節バルブ２８を全閉状態とするように開度の制御が行われる。
【００３８】
本発明の特徴的な効果が現れる区間Ａでは、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足している。この区間では、冷空気温度センサ３４で測定される冷空気の温度が−１００℃より上昇する。そして、冷空気温度センサ３４の測定値が上限値である−９０℃を上回ると、制御部４０により第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度が適当に調節され、空気供給手段２２により空気通路２０に供給された空気の一部が、空気分岐路２４に分岐し蓄冷器３０に導入される。
【００３９】
これによって、熱交換器１５だけでなく一部の空気が蓄冷器３０に導入されることとなる。熱交換器１５に導入された空気は、従来と同様に、燃料通路１８によってＬＮＧタンク１４から導入されるＬＮＧと熱交換され、蓄冷器３０に導入された空気は、その蓄冷器３０の内部の蓄冷材に蓄えられている冷熱によって冷却され冷空気となり、再び空気分岐路２４を通り合流点Ｂにおいて熱交換器１５で冷却されて生成した冷空気と合流して、冷凍機３２に供給される。
【００４０】
本実施の形態の冷凍粉砕装置１０によれば、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足することによって冷凍機３２に供給される冷空気の温度が上限値を上回って上昇した場合であっても、蓄冷器３０に蓄えられた冷熱によって不足分の冷熱を補い、冷空気の温度を下降させることができる。従って、発電機１６に燃料として確実に燃料ガスを供給しつつ、冷凍機３２に供給される冷空気の温度を一定の範囲に保つことができ、均一な粉度及び品質を有する玄米粉を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態の発電システムの概要を示す説明図である。なお、第１の実施の形態と同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略し、以下異なる点についてのみ説明する。
【００４２】
本実施の形態では、燃料通路１８に、ＬＮＧタンク１４と熱交換器１５の間の分岐点Ｃにおいて燃料通路１８から分岐し、蓄冷器３０を介して、熱交換器１５の下流側の合流点Ｄにおいて再び燃料通路１８に合流する燃料分岐路４８が設けられている。
【００４３】
そして、燃料通路１８の分岐点Ｃの下流側で熱交換器１５の上流側には、熱交換器１５に導入するＬＮＧの量を調節する第１ＬＮＧ量調節バルブ５０が設けられている。一方、燃料分岐路４８の蓄冷器３０の上流側には、蓄冷器３０に導入するＬＮＧの量を調節する第２ＬＮＧ量調節バルブ５２が設けられている。
【００４４】
本実施の形態では、蓄冷器３０に導入されるＬＮＧの冷熱は、蓄冷器３０が有する蓄冷材に蓄えられる。また、ＬＮＧは、冷熱を蓄冷材に与えた後、気化器５４によって気化されて燃料ガスに変換され、燃料通路１８を通る熱交換器１５からの燃料ガスと合流点Ｄで合流して発電機１６に供給される。
【００４５】
図５は、本実施の形態における制御部４０Ａを用いた空気量制御システム４１Ａを説明するブロック図である。制御部４０Ａは、ＬＮＧバルブ開度データ記憶部５６を有している。なお、本実施の形態では、第１空気量調節バルブ２６、第２空気量調節バルブ２８、第１ＬＮＧ量調節バルブ５０、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２、及び制御部４０Ａが制御手段として機能している。
【００４６】
ＬＮＧバルブ開度データ記憶部５６には、まず、原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度センサ３４の測定値の下限値が記憶されている。例えば、原料物質が玄米の場合には、下限値は−１１０℃程度である。さらに、ＬＮＧバルブ開度データ記憶部５６には、冷空気温度センサ３４の測定値と第１ＬＮＧ量調節バルブ５０及び第２ＬＮＧ量調節バルブ５２の開度の関係が記憶されている。具体的には、冷空気温度センサ３４の測定値が原料物質の種類及び／又は冷凍機３２への投入量に応じて予め規定される冷空気温度の下限値を上回る場合に常に第１ＬＮＧ量調節バルブ５０を全開状態とし、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２を全閉状態とするようなデータが記憶されている。また、冷空気温度センサ３４が上記下限値を下回る場合には、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されたＬＮＧの少なくとも一部が蓄冷器３０に導入されるように第１ＬＮＧ量調節バルブ５０と第２ＬＮＧ量調節バルブ５２の開度を調節するデータが記憶されており、上記下限値と測定値との温度差が大きいほど、第１ＬＮＧ量調節バルブ５０の開度が小さくなり、第２ＬＮＧ量調節バルブ２８の開度が大きくなるように調節されるようになっている。
【００４７】
以下、本実施の形態の冷凍粉砕装置１０の動作について図４〜図６を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、上述のように冷凍粉砕が行われる原料物質が玄米を用いた例を説明し、この玄米を約−１００℃の冷空気により好適に冷凍できるように、原料物質の冷凍機３２への投入量及び空気供給量が規定されている。また、上述の冷空気温度センサ３４により測定される冷空気の温度の上限値を−９０℃と規定し、下限値を−１１０℃と規定する。
【００４８】
図６は、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧから得られる冷熱の量、すなわち、熱交換器１５における熱交換でＬＮＧを燃料ガスに変換して得られる冷熱の量（以下、供給冷熱量と表す）と、空気供給手段２２から空気通路２０に供給される空気を冷却して冷空気とするために必要な冷熱の量（以下、需要冷熱量と表す）と時間との相関関係を示すグラフである。なお、供給冷熱量を線グラフで示し、需要冷熱量を棒グラフで示す。
【００４９】
発電システム１２は、冷凍粉砕装置１０及びその他の設備の駆動のために想定される需用電力量の変移に基づく運転パターンに従って運転され、夜間は需用電力量が比較的少ないのでＬＮＧの燃料通路１８への供給量が少ない低稼働で運転され、昼間は需用電力量の増加に伴ってＬＮＧの燃料通路１８への供給量が増加した中間稼働から高稼働で運転される。一方、冷凍粉砕装置１０は、一時間毎のバッチ運転で駆動され、夜間は少量の玄米を粉砕し、昼間は多量の玄米を粉砕するように駆動される。
【００５０】
そして、図に示される区間Ａは、供給冷熱量が少なく、需要冷熱量に対して不足する区間を示しており、区間Ｂは、供給冷熱量が多く、需要冷熱量に対して過剰になる区間を示している。本実施の形態では、区間Ａ以外では、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足していないので、従来の冷凍粉砕装置と同様に、ＬＮＧとの熱交換によってのみ空気を冷却して約−１００℃以下の冷空気を生成することができる。従って、この場合、冷空気温度センサ３４における測定値が−１００℃以下となるので、上述のように、制御部４０Ａにより常に第１空気量調節バルブ２６を全開状態、第２空気量調節バルブ２８を全閉状態とするように開度の制御が行われる。
【００５１】
本発明の特徴的な効果が現れる区間Ａでは、供給冷熱量が需要冷熱量に対して不足している。この区間では、冷空気温度センサ３４で測定される冷空気の温度が−１００℃より上昇する。そして、冷空気温度センサ３４の測定値が上限値である−９０℃を上回ると、制御部４０により第１空気量調節バルブ２６及び第２空気量調節バルブ２８の開度が適当に調節され、空気供給手段２２により空気通路２０に供給された空気の一部が、空気分岐路２４に分岐し蓄冷器３０に導入される。
【００５２】
これによって、熱交換器１５だけでなく一部の空気が蓄冷器３０に導入されることとなる。熱交換器１５に導入された空気は、従来と同様に、燃料通路１８によってＬＮＧタンク１４から導入されるＬＮＧと熱交換され、蓄冷器３０に導入された空気は、その蓄冷器３０の内部の蓄冷材に蓄えられている冷熱によって冷却され冷空気となり、再び空気分岐路２４を通り合流点Ｂにおいて熱交換器１５で冷却されて生成した冷空気と合流して、冷凍機３２に供給される。
【００５３】
一方、区間Ｂでは、発電機１６が高稼働であるために、供給冷熱量が需要冷熱量を上回る。従って、熱交換器１５におけるＬＮＧと空気との熱交換によって空気が過剰な冷熱を受け、生成される冷空気の温度が低くなる。このような冷空気の温度の低下により、冷空気温度センサ３４における温度の測定値が−１１０℃を下回ると、空気量制御システム４１Ａによって第１ＬＮＧ量調節バルブ５０、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２の開度が適当に調節され、ＬＮＧタンク１４により燃料通路１８に供給されたＬＮＧの一部が、燃料分岐路４８に分岐し蓄冷器３０に導入される。
【００５４】
これによって、ＬＮＧが熱交換器１５だけでなく一部が蓄冷器３０に導入されることとなる。熱交換器１５に導入されたＬＮＧは、従来と同様に、空気通路２０によって空気供給手段２２から熱交換器１５に導入される空気と熱交換され、蓄冷器３０に導入されたＬＮＧは、その蓄冷器３０の内部の蓄冷材に冷熱を蓄える。そして、蓄冷材に冷熱を蓄えたＬＮＧは、気化器５４において完全に気化されて燃料ガスとなり、燃料分岐路４８を通り合流点Ｄにおいて熱交換器１５から来た燃料通路１８の燃料ガスと合流し、発電機１６に供給される。
【００５５】
従って、発電システム１２におけるＬＮＧの必要量が比較的多く、冷凍粉砕装置１０におけるＬＮＧ必要量を上回ってしまう場合、すなわち、供給冷熱量が需要冷熱量を上回っている場合、余剰分の冷熱を蓄冷器３０が有する蓄冷材に蓄えることができる。これにより、供給冷熱量が過剰であることによる冷空気の温度低下を防止することができるので、より均一な温度の冷空気を冷凍機に供給することができる。また、このようにして蓄えられた蓄冷材の冷熱を用いて、後の供給冷熱量が低下する区間Ａのような時間帯の不足分の冷熱を補うことができる。
【００５６】
なお、空気供給手段２２による空気通路への空気の供給が停止している場合、すなわち、冷凍機３２や粉砕機３６の稼働が停止しており、冷凍粉砕が行われていない場合であっても、第１ＬＮＧ量調節バルブ５０を全閉状態とし、第２ＬＮＧ量調節バルブ５２を全開状態として、ＬＮＧタンク１４から燃料通路１８に供給されるＬＮＧを全てを燃料分岐路４８、すなわち、蓄冷器３０に導入することにより、ＬＮＧの冷熱を蓄冷器３０の蓄冷材に蓄えつつ、そのＬＮＧを燃料ガスに変換して発電機１６に供給することができる。
【００５７】
本発明は上記第１及び第２の実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記蓄冷器３０を通過する空気分岐路２４の空気通路２０との分岐点Ａ及び合流点Ｂは、上記第１及び第２の実施の形態におけるように、熱交換器１５の上流側と下流側とに存在する必要はなく、分岐点Ａと合流点Ｂの両方が熱交換器１５の上流側に存在しても良く、分岐点Ａと合流点Ｂの両方が熱交換器１５の下流側に存在しても良い。また、上記蓄冷器３０を通過する燃料分岐路４８の燃料通路１８との分岐点Ｃ及び合流点Ｄは、上記第１及び第２の実施の形態におけるように、熱交換器１５の上流側と下流側とに存在する必要はなく、分岐点Ｃと合流点Ｄの両方が熱交換器１５の上流側に存在しても良く、分岐点Ｃと合流点Ｄの両方が熱交換器１５の下流側に存在しても良い。変形例を図７及び８に示す。図７の形態では、空気量調節バルブ６０，６２を図示しない制御部によって制御することで、第１の実施の形態の冷凍粉砕装置１０とほぼ同様に作動する。図８の形態では、空気量調節バルブ６４，６６及びＬＮＧ量調節バルブ６８，７０，７２，７４を図示しない制御部によって制御することにより、第２の実施の形態の冷凍粉砕装置１０とほぼ同様に作動する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施の形態の構成を概略的に説明する図である。
【図２】第１の実施の形態の空気量制御システムの概要を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態における供給冷熱量、需要冷熱量及び時間の関係を示すグラフである。
【図４】第２の実施の形態の構成を概略的に説明する図である。
【図５】第２の実施の形態の空気量制御システムの概要を示すブロック図である。
【図６】第２の実施の形態における供給冷熱量、需要冷熱量及び時間の関係を示す図である。
【図７】本発明にかかる発電システムの別の構成例を示す図である。
【図８】本発明にかかる発電システムのさらに別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 冷凍粉砕装置
１２ 発電システム
１４ ＬＮＧタンク（液化天然ガス供給源）
１５ 熱交換器
１６ 発電機
１８ 燃料通路
２０ 空気通路
２２ 空気供給手段
２４ 空気分岐路
２６ 第１空気量調節バルブ（制御手段）
２８ 第２空気量調節バルブ（制御手段）
３０ 蓄冷器
３２ 冷凍機
３４ 冷空気温度センサ（温度測定手段）
３６ 粉砕機
４０ 制御部（制御手段）
４８ 燃料分岐路
５０ 第１ＬＮＧ量調節バルブ（制御手段）
５２ 第２ＬＮＧ量調節バルブ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガスを液化天然ガス供給源と発電機とを熱交換器を介して接続する燃料通路に導入し、液化天然ガスを前記熱交換器において燃料ガスに変換して発電機に導入する発電システムに併設され、空気を空気供給手段と冷凍機とを前記熱交換器を介して接続する空気通路に導入し、前記熱交換器において空気と液化天然ガスとの熱交換により冷空気を生成し、該冷空気を前記冷凍機に導入して該冷凍機に投入された原料物質を冷凍し、冷凍後の原料物質を粉砕機で衝撃粉砕する冷凍粉砕装置であって、
空気を冷却することが可能な冷熱を蓄えた蓄冷材を有する蓄冷器と、
前記空気通路から分岐し、前記蓄冷器を通過した後、再び前記空気通路に合流する空気分岐路と、
前記冷凍機に導入される冷空気の温度を測定する温度測定手段と、
該温度測定手段により測定された温度が前記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の上限値を上回る場合に、前記空気供給手段により供給された空気の少なくとも一部を前記空気分岐路に導入する制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍粉砕装置。
【請求項２】
前記燃料通路から分岐し、前記蓄冷器を通過した後、再び前記燃料通路に合流する燃料分岐路を備え、
前記制御手段が、前記温度測定手段により測定された温度が前記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の下限値を下回る場合に、前記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの少なくとも一部を前記燃料分岐路に導入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍粉砕装置。
【請求項３】
前記制御手段が、前記空気供給手段による空気通路への空気の供給が停止している場合に、前記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの全てを前記燃料分岐路に導入することを特徴とする請求項２に記載の冷凍粉砕装置。
【請求項４】
前記蓄冷材が、−１１０℃〜−９０℃の融点を示す潜熱蓄冷材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍粉砕装置。
【請求項１】
液化天然ガスを液化天然ガス供給源と発電機とを熱交換器を介して接続する燃料通路に導入し、液化天然ガスを前記熱交換器において燃料ガスに変換して発電機に導入する発電システムに併設され、空気を空気供給手段と冷凍機とを前記熱交換器を介して接続する空気通路に導入し、前記熱交換器において空気と液化天然ガスとの熱交換により冷空気を生成し、該冷空気を前記冷凍機に導入して該冷凍機に投入された原料物質を冷凍し、冷凍後の原料物質を粉砕機で衝撃粉砕する冷凍粉砕装置であって、
空気を冷却することが可能な冷熱を蓄えた蓄冷材を有する蓄冷器と、
前記空気通路から分岐し、前記蓄冷器を通過した後、再び前記空気通路に合流する空気分岐路と、
前記冷凍機に導入される冷空気の温度を測定する温度測定手段と、
該温度測定手段により測定された温度が前記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の上限値を上回る場合に、前記空気供給手段により供給された空気の少なくとも一部を前記空気分岐路に導入する制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍粉砕装置。
【請求項２】
前記燃料通路から分岐し、前記蓄冷器を通過した後、再び前記燃料通路に合流する燃料分岐路を備え、
前記制御手段が、前記温度測定手段により測定された温度が前記原料物質の種類及び／又は量に応じて規定された冷空気温度の下限値を下回る場合に、前記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの少なくとも一部を前記燃料分岐路に導入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍粉砕装置。
【請求項３】
前記制御手段が、前記空気供給手段による空気通路への空気の供給が停止している場合に、前記液化天然ガス供給源から供給された液化天然ガスの全てを前記燃料分岐路に導入することを特徴とする請求項２に記載の冷凍粉砕装置。
【請求項４】
前記蓄冷材が、−１１０℃〜−９０℃の融点を示す潜熱蓄冷材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍粉砕装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１６１８５２（Ｐ２００８−１６１８５２Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４８５（Ｐ２００７−４８５）
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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