炭酸ガスの液化装置および二酸化炭素貯蔵システム
【課題】フロン等の中間冷媒を使用せずに、コーティングのない一般的な伝熱管を利用して二酸化炭素ガスを効率よく液化できる液化装置および二酸化炭素貯蔵システムを提供する。
【解決手段】容器１０内に配置された冷却管１５に冷媒ａを流し、容器１０内に二酸化炭素ガスｂを供給することにより、冷却管１５の表面で二酸化炭素ガスｂを凝縮させる液化装置であって、冷却管１５は容器１０内において上下方向に離れて複数本並列に配置され、鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管１５同士の間には、下方に位置する冷却管１５の上方を覆うカバー体２５が設けられている。上方の冷却管１５の表面で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着することがなく、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
【解決手段】容器１０内に配置された冷却管１５に冷媒ａを流し、容器１０内に二酸化炭素ガスｂを供給することにより、冷却管１５の表面で二酸化炭素ガスｂを凝縮させる液化装置であって、冷却管１５は容器１０内において上下方向に離れて複数本並列に配置され、鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管１５同士の間には、下方に位置する冷却管１５の上方を覆うカバー体２５が設けられている。上方の冷却管１５の表面で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着することがなく、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒として液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化酸素、液化窒素、液化アルゴン等の気化時の冷熱を利用して二酸化炭素ガス（炭酸ガス）を液化させる液化装置および二酸化炭素貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素ガスを冷却凝縮して液化させる方法として、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）を冷媒に用いる方法が知られている。だが、ＬＮＧの通常の利用温度は二酸化炭素の凝固温度よりも遙かに低い−１５０℃程度以下である。このため、冷却しすぎて二酸化炭素が冷却管の表面に凝固付着し、液化装置の閉塞に至ってしまうと、連続的な液化ができなくなってしまう。また、そのような液化装置の閉塞を回避するためには、冷却管を高密度に配置できなくなり、少ない容積で熱交換効率を上げることが困難となる。
【０００３】
かかる問題を回避するために、特許文献１には、フロン等の中間冷媒を用いて二酸化炭素の固化を防止する技術が開示されている。また一方、特許文献２には、冷却管の表面に所定の厚さのコーティングを施すことにより温度降下を緩和し、冷却管の表面温度を二酸化炭素の液化可能温度に保持する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６９２１５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３６９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように中間冷媒を用いた場合、ＬＮＧで中間冷媒を冷却する工程と、中間冷媒で二酸化炭素ガスを冷却する工程の２段階が必要であり、プロセスが煩雑になるとともにシステムが複雑化してしまう。また一方、特許文献２のように冷却管の表面をコーティングして温度降下を緩和した場合は、冷熱の有効利用が図れなくなり、エネルギーの無駄を生じてしまう。また、コーティング加工の手間も必要となる。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フロン等の中間冷媒を使用せずに、コーティングのない一般的な伝熱管を利用して二酸化炭素ガスを効率よく液化できる液化装置および二酸化炭素貯蔵システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的に鑑み、本発明者らは、容器内に配置された複数本の冷却管に冷媒として液化天然ガスを流し、冷却管の表面で二酸化炭素ガスを凝縮させるいわゆるシェルアンドチューブ型の液化装置について、閉塞の原因を鋭意検討した。ここで、図８に従来のシェルアンドチューブ型の液化装置１’を示す。従来のシェルアンドチューブ型の液化装置１’では、容器１０内において複数本の冷却管１５が水平方向と鉛直方向に並べて並列に配置されている。従来のシェルアンドチューブ型の液化装置では、上下方向に重複する位置関係にある冷却管１５では、上方の冷却管１５の表面で液化させられた二酸化炭素が液滴となって自重で落下した場合、液化した二酸化炭素が下方の冷却管１５の表面に再付着してそこで更に冷却され、これにより、特に下方の冷却管１５の表面において、二酸化炭素が凝固温度よりも低い温度まで冷却されて固化していることが分かってきた。このため、液化装置の閉塞を回避するためには、液化した二酸化炭素が冷却管の表面に再付着することを防止するのが有効であることが判明した。本発明は、かかる新規な知見に基づいて創出されたものである。
【０００８】
即ち、本発明によれば、容器内に配置された冷却管に冷媒を流し、前記容器内に二酸化炭素ガスを供給することにより、前記冷却管の表面で二酸化炭素ガスを凝縮させる液化装置であって、前記冷却管は前記容器内において上下方向に離れて複数本並列に配置され、鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管同士の間には、下方に位置する冷却管の上方を覆うカバー体が設けられていることを特徴とする、液化装置が提供される。
【０００９】
かかる本発明の液化装置にあっては、鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管同士において、上方に位置する冷却管の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素は、当該上方に位置する冷却管の表面から自重で落下した場合、カバー体の上面に受け止められる。このため、上方の冷却管の表面で液化させられた二酸化炭素が、下方の冷却管の表面に再付着することがなく、下方の冷却管の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
【００１０】
本発明の液化装置において、前記カバー体は、水平方向に対して７０°以下の傾斜角度を有する平板状であり、複数枚の前記カバー体が前記容器内において隙間を空けて平行に配置されており、各カバー体同士の間に、それぞれ複数本の冷却管が位置していても良い。このように、水平方向に対して７０°以下の傾斜角度を有する平板状のカバー体を用いることにより、カバー体の上面に受け止められた液化した二酸化炭素は、カバー体の上面に沿って流れた後、カバー体の縁部から液化装置の容器内を流れ落ち、下方に位置する冷却管の表面に接触せずに、液化装置の容器底部まで落下していく。
また、前記冷却管に放熱用のフィンが取り付けられ、前記カバー体が、前記フィンの上方全体を覆う形状であっても良い。また、二酸化炭素の液温を検出する温度センサーを設け、冷媒の供給を前記温度センサーの検出値に基づいて制御するようにしても良い。なお、前記冷媒として例えば液化天然ガスが用いられる。
【００１１】
また、本発明によれば、上記の液化装置を備えた二酸化炭素貯蔵システムであって、液化した二酸化炭素の貯蔵容器を備え、前記貯蔵容器と前記液化装置の間には、前記貯蔵容器から前記液化装置に二酸化炭素ガスを導入する導出ラインと、液化装置で液化した二酸化炭素を前記貯蔵容器に戻す送液管が接続されていることを特徴とする、二酸化炭素貯蔵システムが提供される。
【００１２】
この二酸化炭素貯蔵システムにおいて、前記液化装置は、前記貯蔵容器よりも上方に配置され、前記液化装置で液化した二酸化炭素が、前記貯蔵容器に自重で流下するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上方の冷却管の表面で液化させた二酸化炭素を、カバー体の上面で受け止めることにより、下方の冷却管の表面に再付着することを防止できるので、下方の冷却管の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避され、液化装置の閉塞を防止できるようになる。また、本発明によれば、フロン等の中間冷媒を使用せずに、コーティングのない一般的な伝熱管を利用して、閉塞を生ずることなく、二酸化炭素を効率よく液化できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態にかかる液化装置の概略的な構成の説明図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本実施の形態にかかる液化装置の内部構造の説明図である。
【図４】カバー体の水平方向に対する傾斜角度が大きくなりすぎる場合の不具合を説明する図面である。
【図５】冷却管に放熱用のフィンが取り付けられた液化装置の説明図である。
【図６】従来の二酸化炭素貯蔵システムの概略的な構成の説明図である。
【図７】本実施の形態にかかる液化装置を備える二酸化炭素貯蔵システムの概略的な構成の説明図である。
【図８】従来の液化装置の概略的な構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
図１〜３に示すように、本発明の実施の形態にかかる炭酸ガスの液化装置１は、円筒形状の容器１０を有しており、容器１０の両側には、冷媒として液化天然ガスａを液化装置１に供給する供給配管１１と、液化装置１から出た液化天然ガスａを排出する排出配管１２が接続してある。
【００１７】
容器１０内の両側方には、ヘッダー部１３、１４が設けられており、容器１０内の中央には、これらヘッダー部１３、１４の間を連通させるように配置された複数本の冷却管１５が設けられている。各冷却管１５は長手方向がいずれも水平方向であり、各冷却管１５同士は互いに平行に上下方向および水平方向の２次元方向に分布して配置され、かつ、各冷却管１５同士の間に所定の隙間が形成される用に互いに離れて配置されている。
【００１８】
容器１０の上面には、原料ガスである二酸化炭素ガス（炭酸ガス）ｂを容器１０内に導入するガス導入管２０が接続してある。ガス導入管２０の出口には、二酸化炭素ガスｂを容器１０内の全体に分布させて導入させるための拡散板２１が取り付けられている。
【００１９】
容器１０の底面の最下部には、容器１０内で冷却されて凝縮液化した二酸化炭素（液）ｂ１を溜める液溜部２２が形成されている。この液溜部２２には、液溜部２２に溜まった二酸化炭素（液）ｂ１を抜き出す送液管２３が接続されている。
【００２０】
この液化装置１では、少なくとも鉛直方向に重なる位置関係にある複数の冷却管１５同士の間には、下方に位置する冷却管１５の上方を覆うようにカバー体２５が設けられている。この実施の形態では、図２、３に示したように、水平方向に対して所定の傾斜角度θを有する複数枚の平板状のカバー体２５が隙間を空けて平行に配置されており、各カバー体２５同士の間に、それぞれ複数本の冷却管１５が位置している。
【００２１】
ここで、カバー体２５の水平方向に対する傾斜角度θは、７０°以下の範囲に設定されている。また、各カバー体２５同士の間において、複数本の冷却管１５は、カバー体２５と同様に、傾斜角度θの方向に一列に並べて配置されている。
【００２２】
以上のように構成されたいわゆるシェルアンドチューブ型の液化装置１において、冷媒である例えば−１５０〜−１９０℃の液化天然ガスａが、供給配管１１を通じて容器１０内のヘッダー部１３に供給され、ヘッダー部１３から冷却管１５を通じてヘッダー部１４に流れた後、液化天然ガスａが排出配管１２から排出される。こうして、容器１０内では、冷却管１５に液化天然ガスａが連続的に供給されることにより、冷却管１５の表面が冷却された状態となる。
【００２３】
また一方で、容器１０の内部において冷却管１５の外側には、原料ガスである例えば０．６ＭＰａＧ（ゲージ圧）以上、−１０℃の二酸化炭素ガス（炭酸ガス）ｂがガス導入管２０を通じて供給される。こうして容器１０内に供給された二酸化炭素ガスｂは、冷却管１５の表面で例えば−４０〜−５０℃まで冷却されて凝縮し、液化される。こうして液化された二酸化炭素（液）ｂ１が、液滴となって冷却管１５の表面を自重で流下して容器１０内を落下し、容器１０底部の液溜部２２に二酸化炭素（液）ｂ１が溜められていく。そして、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１が送液管２３を通じて、容器外に抜き出される。こうして、液化天然ガスａの冷熱を利用して、二酸化炭素（液）ｂ１が連続的に生成される。
【００２４】
本発明の実施の形態にかかる液化装置１にあっては、上下方向に隣接している冷却管１５同士において、上方に位置する冷却管１５の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素ｂ１が、当該上方に位置する冷却管１５の表面から自重で落下した場合、カバー体２５の上面に受け止められる。このため、上方の冷却管１５から落下した二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着することを防止され、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
加えて、この液化装置１にあっては、こうしてカバー体２５の上面に受け止められた液化した二酸化炭素（液）ｂ１は、カバー体２５の傾斜にしたがってカバー体２５上面に滞留することなく流れ落ちていく。そして、カバー体２５の縁部（最下部）まで到達した二酸化炭素（液）ｂ１は、当該カバー体２５の縁部から落下し、更に下方にあるカバー体２５の上面、もしくは、液化装置１の容器１０の内面まで落下していく。このため、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。その結果、液化装置１の閉塞を防止でき、二酸化炭素の連続的な液化運転が可能となる。
【００２５】
なお、冷却管１５の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素ｂ１の粘度は常温の水のように低いものであり、仮にカバー体２５が水平面であってもそこに溜まって流れない、というものではない。また、カバー体２５が水平方向に対して僅かにでも傾斜していれば（例えば、傾斜角度θが２〜３°程度）、カバー体２５の上面に受け止められた二酸化炭素（液）ｂ１は、カバー体２５の傾斜にしたがってカバー体２５上面を円滑に流れ落ちていく。
しかし一方で、カバー体２５の水平方向に対する傾斜角度θがあまり大きくなりすぎると、図４に示すように、カバー体２５の間に傾斜角度θの方向に沿って一列に並べて配置されている複数本の冷却管１５同士の間において、上方の冷却管１５の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素ｂ１が、当該上方に位置する冷却管１５の表面から自重で落下した際に、下方に位置する冷却管１５の表面に接触してしまう恐れがある。これにより、上方の冷却管１５から落下した二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着して、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまう不具合が生ずる可能性がある。かかる不具合を解消するために、カバー体２５の水平方向に対する傾斜角度θは、７０°以下の範囲に設定する必要がある。
【００２６】
また、冷却管１５への二酸化炭素の固着を回避できるので、容器１０内に冷却管１５を高密度に配置できるようになり、少ない容積で熱交換効率を上げることが可能となる。なお、上述したように、複数本の冷却管１５が、カバー体２５同士の間において、カバー体２５と同じ傾斜角度θの方向に一列に並べて配置されているので、容器１０内に冷却管１５を更に高密度に配置でき、より少ない容積で熱交換効率を向上させることが可能となる。また、フロン等の中間冷媒の使用も省略できるようになる。また、冷却管１５には、コーティングのない一般的な伝熱管を利用でき、冷熱を有効利用して二酸化炭素ガスｂを効率よく液化できるようになる。
【００２７】
なお、カバー体２５の形状や配置は、図２、３に示した形態に限られない。鉛直方向に重なる位置関係にある任意の二つ冷却管１５同士の間において、下方に位置する冷却管１５の上方を覆う形状のカバー体２５が配置されていれば、上方の冷却管１５の表面で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着することを防止できる。
【００２８】
図５に示すように、冷却管１５に放熱用のフィン２６が取り付けられた液化装置１の場合、カバー体２５の形状は、下方に位置する冷却管１５のみならず、当該冷却管１５に取り付けられたフィン２６の上方全体を覆う形状とすることが望ましい。フィン２６の上方全体を覆う形状のカバー体２５を用いることにより、上方の冷却管１５およびフィン２６の表面で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５およびフィン２６の表面に再付着することを防止できる。これにより、下方の冷却管１５およびフィン２６の表面のいずれにおいても二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
【００２９】
また、図５に示すように、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１の液温を検出する温度センサー２７を設け、液化天然ガスａの供給配管１１に設けた流量制御弁２８を、温度センサー２７の検出値に基づいて制御しても良い。即ち、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１の液温が例えば−５０℃以下となった場合には、流量制御弁２８を閉め、液化装置１への液化天然ガスａの供給を停止するようにインターロック制御を行う。これにより、二酸化炭素が固化温度（−５６．６℃）以下に冷却されるのを防止することができる。
【００３０】
次に、二酸化炭素貯蔵システムについて説明する。先ず、図６に示す従来の二酸化炭素貯蔵システム２について説明する。この二酸化炭素貯蔵システム２は、二酸化炭素（液）ｂ１の貯蔵容器３０を備えている。貯蔵容器３０には、貯蔵容器３０に二酸化炭素（液）ｂ１を受け入れる受入ライン３１と、貯蔵容器３０から二酸化炭素（液）ｂ１を払い出す払出ライン３２が接続されている。受入ライン３１には弁（Ａ）が設けられ、払出ライン３２には弁（Ｃ）が設けられている。また、貯蔵容器３０には、加圧循環ライン３３が接続されており、この加圧循環ライン３３には、加圧蒸発器３４と弁（Ｄ）が設けられている。また、貯蔵容器３０上部に、大気に開放された二酸化炭素ガスｂの放散ライン３５が接続されており、この放散ライン３５には、弁（Ｂ）が設けられている。
【００３１】
表１に示すように、図６に示す従来の二酸化炭素貯蔵システム２では、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を開にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を閉にする。これにより、受入ライン３１から貯蔵容器３０へ二酸化炭素（液）ｂ１が受入られる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
また、貯蔵容器３０からの二酸化炭素（液）ｂ１の払出時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を閉にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を開にする。これにより、加圧蒸発器３４で蒸発された二酸化炭素ガスｂが加圧循環ライン３３から貯蔵容器３０に戻され、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が押し出されて、払出ライン３２から送液される。
【００３４】
さらに、受入も払出も行わない静止状態では、受入ライン３１の弁（Ａ）、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）をいずれも閉にする。
【００３５】
ところで、かかる二酸化炭素貯蔵システム２では、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時において、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１の液面が上昇することにより、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。また、受入も払出も行わない静止状態においても、系外からの熱侵入により貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が蒸発し、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。
【００３６】
そこで、かかる二酸化炭素貯蔵システム２では、受入時、および、受入も払出も行わない静止状態においては、放散ライン３５の弁（Ｂ）を所定の開度に開き、貯蔵容器３０内から二酸化炭素ガスｂを適宜大気中に排出させる。これにより、貯蔵容器３０内の圧力が一定の設定圧力に維持される。
【００３７】
ところが、従来の二酸化炭素貯蔵システム２では、貯蔵容器３０内から排出した二酸化炭素ガスｂを大気中に排出していたので、二酸化炭素のロスが生じていた。また、二酸化炭素ガスは地球温暖化にも影響を及ぼすので、大気中に排出するのは望ましくない。
【００３８】
そこで、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３では、二酸化炭素のロスを生じさせない構成となっている。即ち、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３も、先に図６で説明した従来の二酸化炭素貯蔵システム２と同様に、二酸化炭素（液）ｂ１の貯蔵容器３０を備えている。貯蔵容器３０には、貯蔵容器３０に二酸化炭素（液）ｂ１を受け入れる受入ライン３１と、貯蔵容器３０から二酸化炭素（液）ｂ１を払い出す払出ライン３２が接続されている。受入ライン３１には弁（Ａ）が設けられ、払出ライン３２には弁（Ｃ）が設けられている。また、貯蔵容器３０には、加圧循環ライン３３が接続されており、この加圧循環ライン３３には、加圧蒸発器３４と弁（Ｄ）が設けられている。
【００３９】
但し、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３では、貯蔵容器３０上部に、液化装置１の容器１０に連通する二酸化炭素ガスｂａの導出ライン３６が接続されており、この導出ライン３６に、弁（Ｂ）が設けられている。なお、液化装置１は、先に図１〜５において詳しく説明した本発明の実施の形態にかかる液化装置１である。液化装置１は、貯蔵容器３０よりも上方に配置されている。また、液化装置１の底部には、液化装置１内の容器内で液化した二酸化炭素（液）ｂ１を、貯蔵容器３０に流下させる送液管２３が接続されている。このように、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３は、貯蔵容器３０の上方に液化装置１を配置して点において、図６に示す従来の二酸化炭素貯蔵システム２と、大きく異なっている。
【００４０】
液化装置１の両側には、冷媒として液化天然ガスａを液化装置１に供給する供給配管１１と、液化装置１から出た液化天然ガスａを排出する排出配管１２が接続してある。なお、供給配管１１には、バイパス配管４０が分岐接続されており、供給配管１１に設けられた開閉弁４１と、バイパス配管４０に設けられた開閉弁４２の開閉操作により、液化天然ガスａを液化装置１に供給する状態と、液化天然ガスａを液化装置１に供給せずにバイパス配管４０に流す状態とに切り替え可能である。
【００４１】
表２に示すように、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３でも、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を開にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を閉にする。これにより、受入ライン３１から貯蔵容器３０へ二酸化炭素（液）ｂ１が受入られる。
【００４２】
【表２】
【００４３】
また、貯蔵容器３０からの二酸化炭素（液）ｂ１の払出時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を閉にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を開にする。これにより、加圧蒸発器３４で蒸発された二酸化炭素ガスｂが加圧循環ライン３３から貯蔵容器３０に戻され、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が押し出されて、払出ライン３２から送液される。
【００４４】
さらに、受入も払出も行わない静止状態では、受入ライン３１の弁（Ａ）、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）をいずれも閉にする。
【００４５】
図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３でも同様に、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時において、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１の液面が上昇することにより、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。また、受入も払出も行わない静止状態においても、系外からの熱侵入により貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が蒸発し、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。
【００４６】
そこで、この二酸化炭素貯蔵システム３では、受入時、および、受入も払出も行わない静止状態においては、導出ライン３６の弁（Ｂ）を所定の開度に開き、貯蔵容器３０内から二酸化炭素ガスｂを適宜、液化装置１の容器１０内に導入する。これにより、貯蔵容器３０内の圧力が一定の設定圧力に維持される。
【００４７】
そして、液化装置１の容器１０内に導入された二酸化炭素ガスｂは、冷却管１５の表面で冷却されて凝縮し、液化される。こうして液化された二酸化炭素（液）ｂ１が、容器１０底部に溜められ、送液管２３を流下して貯蔵容器３０内に戻される。なお、液化装置１の容器１０内で二酸化炭素ガスｂが液化される際には、上方の冷却管１５で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５に再付着することがなく、液化装置１の閉塞が防止される。
【００４８】
このように、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３によれば、貯蔵容器３０内から排出した二酸化炭素ガスｂを貯蔵容器３０内に戻すことにより、二酸化炭素のロスがなくなる。この場合、貯蔵容器３０の容量×０．１〜０．２％／日程度の二酸化炭素ガスｂの放散削減ができる。また、液化用電力の削減（例えばフロン冷凍機電力）も達成できる。また、地球温暖化に影響を及ぼす二酸化炭素ガスを、大気中に排出することが回避される。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
図５で説明したように、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１の液温を温度センサー２７で検出して液化装置１への液化天然ガスａの供給をインターロック制御する場合、液化装置１を２セット設置し、一方の液化装置１に冷媒を通し、液溜部２２の温度が下限（−５０℃）になった場合に他方の液化装置１に切替えるようにしても良い。また、液溜部２２の温度が下限（−５０℃）になった液化装置１を、常温以上のガスで加温しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、たとえば、発電プラントの排ガス中の炭酸ガスを回収した後のLNG冷熱利用による炭酸ガスの液化技術に適用できる。また、鉄鋼業における液化酸素・液化窒素・液化アルゴンの気化時の冷熱利用による炭酸ガスの液化技術に適用できる。また、空気分離装置等低温プラントからのオフガス利用による炭酸ガスの液化技術に適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
ａ 液化天然ガス
ｂ 二酸化炭素ガス（炭酸ガス）
ｂ１ 二酸化炭素（液）
１ 液化装置
２、３ 二酸化炭素貯蔵システム
１０ 容器
１１ 供給配管
１２ 排出配管
１３、１４ ヘッダー部
１５ 冷却管
２０ ガス導入管
２１ 拡散板
２２ 液溜部
２３ 送液管
２５ カバー体
２６ フィン
２７ 温度センサー
２８ 流量制御弁
３０ 貯蔵容器
３１ 受入ライン
３２ 払出ライン
３３ 加圧循環ライン
３４ 加圧蒸発器
３５ 放散ライン
３６ 導出ライン
４０ バイパス配管
４１、４２ 開閉弁
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒として液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化酸素、液化窒素、液化アルゴン等の気化時の冷熱を利用して二酸化炭素ガス（炭酸ガス）を液化させる液化装置および二酸化炭素貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素ガスを冷却凝縮して液化させる方法として、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）を冷媒に用いる方法が知られている。だが、ＬＮＧの通常の利用温度は二酸化炭素の凝固温度よりも遙かに低い−１５０℃程度以下である。このため、冷却しすぎて二酸化炭素が冷却管の表面に凝固付着し、液化装置の閉塞に至ってしまうと、連続的な液化ができなくなってしまう。また、そのような液化装置の閉塞を回避するためには、冷却管を高密度に配置できなくなり、少ない容積で熱交換効率を上げることが困難となる。
【０００３】
かかる問題を回避するために、特許文献１には、フロン等の中間冷媒を用いて二酸化炭素の固化を防止する技術が開示されている。また一方、特許文献２には、冷却管の表面に所定の厚さのコーティングを施すことにより温度降下を緩和し、冷却管の表面温度を二酸化炭素の液化可能温度に保持する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６９２１５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３６９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように中間冷媒を用いた場合、ＬＮＧで中間冷媒を冷却する工程と、中間冷媒で二酸化炭素ガスを冷却する工程の２段階が必要であり、プロセスが煩雑になるとともにシステムが複雑化してしまう。また一方、特許文献２のように冷却管の表面をコーティングして温度降下を緩和した場合は、冷熱の有効利用が図れなくなり、エネルギーの無駄を生じてしまう。また、コーティング加工の手間も必要となる。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フロン等の中間冷媒を使用せずに、コーティングのない一般的な伝熱管を利用して二酸化炭素ガスを効率よく液化できる液化装置および二酸化炭素貯蔵システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的に鑑み、本発明者らは、容器内に配置された複数本の冷却管に冷媒として液化天然ガスを流し、冷却管の表面で二酸化炭素ガスを凝縮させるいわゆるシェルアンドチューブ型の液化装置について、閉塞の原因を鋭意検討した。ここで、図８に従来のシェルアンドチューブ型の液化装置１’を示す。従来のシェルアンドチューブ型の液化装置１’では、容器１０内において複数本の冷却管１５が水平方向と鉛直方向に並べて並列に配置されている。従来のシェルアンドチューブ型の液化装置では、上下方向に重複する位置関係にある冷却管１５では、上方の冷却管１５の表面で液化させられた二酸化炭素が液滴となって自重で落下した場合、液化した二酸化炭素が下方の冷却管１５の表面に再付着してそこで更に冷却され、これにより、特に下方の冷却管１５の表面において、二酸化炭素が凝固温度よりも低い温度まで冷却されて固化していることが分かってきた。このため、液化装置の閉塞を回避するためには、液化した二酸化炭素が冷却管の表面に再付着することを防止するのが有効であることが判明した。本発明は、かかる新規な知見に基づいて創出されたものである。
【０００８】
即ち、本発明によれば、容器内に配置された冷却管に冷媒を流し、前記容器内に二酸化炭素ガスを供給することにより、前記冷却管の表面で二酸化炭素ガスを凝縮させる液化装置であって、前記冷却管は前記容器内において上下方向に離れて複数本並列に配置され、鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管同士の間には、下方に位置する冷却管の上方を覆うカバー体が設けられていることを特徴とする、液化装置が提供される。
【０００９】
かかる本発明の液化装置にあっては、鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管同士において、上方に位置する冷却管の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素は、当該上方に位置する冷却管の表面から自重で落下した場合、カバー体の上面に受け止められる。このため、上方の冷却管の表面で液化させられた二酸化炭素が、下方の冷却管の表面に再付着することがなく、下方の冷却管の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
【００１０】
本発明の液化装置において、前記カバー体は、水平方向に対して７０°以下の傾斜角度を有する平板状であり、複数枚の前記カバー体が前記容器内において隙間を空けて平行に配置されており、各カバー体同士の間に、それぞれ複数本の冷却管が位置していても良い。このように、水平方向に対して７０°以下の傾斜角度を有する平板状のカバー体を用いることにより、カバー体の上面に受け止められた液化した二酸化炭素は、カバー体の上面に沿って流れた後、カバー体の縁部から液化装置の容器内を流れ落ち、下方に位置する冷却管の表面に接触せずに、液化装置の容器底部まで落下していく。
また、前記冷却管に放熱用のフィンが取り付けられ、前記カバー体が、前記フィンの上方全体を覆う形状であっても良い。また、二酸化炭素の液温を検出する温度センサーを設け、冷媒の供給を前記温度センサーの検出値に基づいて制御するようにしても良い。なお、前記冷媒として例えば液化天然ガスが用いられる。
【００１１】
また、本発明によれば、上記の液化装置を備えた二酸化炭素貯蔵システムであって、液化した二酸化炭素の貯蔵容器を備え、前記貯蔵容器と前記液化装置の間には、前記貯蔵容器から前記液化装置に二酸化炭素ガスを導入する導出ラインと、液化装置で液化した二酸化炭素を前記貯蔵容器に戻す送液管が接続されていることを特徴とする、二酸化炭素貯蔵システムが提供される。
【００１２】
この二酸化炭素貯蔵システムにおいて、前記液化装置は、前記貯蔵容器よりも上方に配置され、前記液化装置で液化した二酸化炭素が、前記貯蔵容器に自重で流下するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上方の冷却管の表面で液化させた二酸化炭素を、カバー体の上面で受け止めることにより、下方の冷却管の表面に再付着することを防止できるので、下方の冷却管の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避され、液化装置の閉塞を防止できるようになる。また、本発明によれば、フロン等の中間冷媒を使用せずに、コーティングのない一般的な伝熱管を利用して、閉塞を生ずることなく、二酸化炭素を効率よく液化できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態にかかる液化装置の概略的な構成の説明図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本実施の形態にかかる液化装置の内部構造の説明図である。
【図４】カバー体の水平方向に対する傾斜角度が大きくなりすぎる場合の不具合を説明する図面である。
【図５】冷却管に放熱用のフィンが取り付けられた液化装置の説明図である。
【図６】従来の二酸化炭素貯蔵システムの概略的な構成の説明図である。
【図７】本実施の形態にかかる液化装置を備える二酸化炭素貯蔵システムの概略的な構成の説明図である。
【図８】従来の液化装置の概略的な構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
図１〜３に示すように、本発明の実施の形態にかかる炭酸ガスの液化装置１は、円筒形状の容器１０を有しており、容器１０の両側には、冷媒として液化天然ガスａを液化装置１に供給する供給配管１１と、液化装置１から出た液化天然ガスａを排出する排出配管１２が接続してある。
【００１７】
容器１０内の両側方には、ヘッダー部１３、１４が設けられており、容器１０内の中央には、これらヘッダー部１３、１４の間を連通させるように配置された複数本の冷却管１５が設けられている。各冷却管１５は長手方向がいずれも水平方向であり、各冷却管１５同士は互いに平行に上下方向および水平方向の２次元方向に分布して配置され、かつ、各冷却管１５同士の間に所定の隙間が形成される用に互いに離れて配置されている。
【００１８】
容器１０の上面には、原料ガスである二酸化炭素ガス（炭酸ガス）ｂを容器１０内に導入するガス導入管２０が接続してある。ガス導入管２０の出口には、二酸化炭素ガスｂを容器１０内の全体に分布させて導入させるための拡散板２１が取り付けられている。
【００１９】
容器１０の底面の最下部には、容器１０内で冷却されて凝縮液化した二酸化炭素（液）ｂ１を溜める液溜部２２が形成されている。この液溜部２２には、液溜部２２に溜まった二酸化炭素（液）ｂ１を抜き出す送液管２３が接続されている。
【００２０】
この液化装置１では、少なくとも鉛直方向に重なる位置関係にある複数の冷却管１５同士の間には、下方に位置する冷却管１５の上方を覆うようにカバー体２５が設けられている。この実施の形態では、図２、３に示したように、水平方向に対して所定の傾斜角度θを有する複数枚の平板状のカバー体２５が隙間を空けて平行に配置されており、各カバー体２５同士の間に、それぞれ複数本の冷却管１５が位置している。
【００２１】
ここで、カバー体２５の水平方向に対する傾斜角度θは、７０°以下の範囲に設定されている。また、各カバー体２５同士の間において、複数本の冷却管１５は、カバー体２５と同様に、傾斜角度θの方向に一列に並べて配置されている。
【００２２】
以上のように構成されたいわゆるシェルアンドチューブ型の液化装置１において、冷媒である例えば−１５０〜−１９０℃の液化天然ガスａが、供給配管１１を通じて容器１０内のヘッダー部１３に供給され、ヘッダー部１３から冷却管１５を通じてヘッダー部１４に流れた後、液化天然ガスａが排出配管１２から排出される。こうして、容器１０内では、冷却管１５に液化天然ガスａが連続的に供給されることにより、冷却管１５の表面が冷却された状態となる。
【００２３】
また一方で、容器１０の内部において冷却管１５の外側には、原料ガスである例えば０．６ＭＰａＧ（ゲージ圧）以上、−１０℃の二酸化炭素ガス（炭酸ガス）ｂがガス導入管２０を通じて供給される。こうして容器１０内に供給された二酸化炭素ガスｂは、冷却管１５の表面で例えば−４０〜−５０℃まで冷却されて凝縮し、液化される。こうして液化された二酸化炭素（液）ｂ１が、液滴となって冷却管１５の表面を自重で流下して容器１０内を落下し、容器１０底部の液溜部２２に二酸化炭素（液）ｂ１が溜められていく。そして、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１が送液管２３を通じて、容器外に抜き出される。こうして、液化天然ガスａの冷熱を利用して、二酸化炭素（液）ｂ１が連続的に生成される。
【００２４】
本発明の実施の形態にかかる液化装置１にあっては、上下方向に隣接している冷却管１５同士において、上方に位置する冷却管１５の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素ｂ１が、当該上方に位置する冷却管１５の表面から自重で落下した場合、カバー体２５の上面に受け止められる。このため、上方の冷却管１５から落下した二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着することを防止され、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
加えて、この液化装置１にあっては、こうしてカバー体２５の上面に受け止められた液化した二酸化炭素（液）ｂ１は、カバー体２５の傾斜にしたがってカバー体２５上面に滞留することなく流れ落ちていく。そして、カバー体２５の縁部（最下部）まで到達した二酸化炭素（液）ｂ１は、当該カバー体２５の縁部から落下し、更に下方にあるカバー体２５の上面、もしくは、液化装置１の容器１０の内面まで落下していく。このため、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。その結果、液化装置１の閉塞を防止でき、二酸化炭素の連続的な液化運転が可能となる。
【００２５】
なお、冷却管１５の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素ｂ１の粘度は常温の水のように低いものであり、仮にカバー体２５が水平面であってもそこに溜まって流れない、というものではない。また、カバー体２５が水平方向に対して僅かにでも傾斜していれば（例えば、傾斜角度θが２〜３°程度）、カバー体２５の上面に受け止められた二酸化炭素（液）ｂ１は、カバー体２５の傾斜にしたがってカバー体２５上面を円滑に流れ落ちていく。
しかし一方で、カバー体２５の水平方向に対する傾斜角度θがあまり大きくなりすぎると、図４に示すように、カバー体２５の間に傾斜角度θの方向に沿って一列に並べて配置されている複数本の冷却管１５同士の間において、上方の冷却管１５の表面で凝縮されて液化した二酸化炭素ｂ１が、当該上方に位置する冷却管１５の表面から自重で落下した際に、下方に位置する冷却管１５の表面に接触してしまう恐れがある。これにより、上方の冷却管１５から落下した二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着して、下方の冷却管１５の表面において二酸化炭素が固化してしまう不具合が生ずる可能性がある。かかる不具合を解消するために、カバー体２５の水平方向に対する傾斜角度θは、７０°以下の範囲に設定する必要がある。
【００２６】
また、冷却管１５への二酸化炭素の固着を回避できるので、容器１０内に冷却管１５を高密度に配置できるようになり、少ない容積で熱交換効率を上げることが可能となる。なお、上述したように、複数本の冷却管１５が、カバー体２５同士の間において、カバー体２５と同じ傾斜角度θの方向に一列に並べて配置されているので、容器１０内に冷却管１５を更に高密度に配置でき、より少ない容積で熱交換効率を向上させることが可能となる。また、フロン等の中間冷媒の使用も省略できるようになる。また、冷却管１５には、コーティングのない一般的な伝熱管を利用でき、冷熱を有効利用して二酸化炭素ガスｂを効率よく液化できるようになる。
【００２７】
なお、カバー体２５の形状や配置は、図２、３に示した形態に限られない。鉛直方向に重なる位置関係にある任意の二つ冷却管１５同士の間において、下方に位置する冷却管１５の上方を覆う形状のカバー体２５が配置されていれば、上方の冷却管１５の表面で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５の表面に再付着することを防止できる。
【００２８】
図５に示すように、冷却管１５に放熱用のフィン２６が取り付けられた液化装置１の場合、カバー体２５の形状は、下方に位置する冷却管１５のみならず、当該冷却管１５に取り付けられたフィン２６の上方全体を覆う形状とすることが望ましい。フィン２６の上方全体を覆う形状のカバー体２５を用いることにより、上方の冷却管１５およびフィン２６の表面で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５およびフィン２６の表面に再付着することを防止できる。これにより、下方の冷却管１５およびフィン２６の表面のいずれにおいても二酸化炭素が固化してしまうといった事態が回避される。
【００２９】
また、図５に示すように、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１の液温を検出する温度センサー２７を設け、液化天然ガスａの供給配管１１に設けた流量制御弁２８を、温度センサー２７の検出値に基づいて制御しても良い。即ち、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１の液温が例えば−５０℃以下となった場合には、流量制御弁２８を閉め、液化装置１への液化天然ガスａの供給を停止するようにインターロック制御を行う。これにより、二酸化炭素が固化温度（−５６．６℃）以下に冷却されるのを防止することができる。
【００３０】
次に、二酸化炭素貯蔵システムについて説明する。先ず、図６に示す従来の二酸化炭素貯蔵システム２について説明する。この二酸化炭素貯蔵システム２は、二酸化炭素（液）ｂ１の貯蔵容器３０を備えている。貯蔵容器３０には、貯蔵容器３０に二酸化炭素（液）ｂ１を受け入れる受入ライン３１と、貯蔵容器３０から二酸化炭素（液）ｂ１を払い出す払出ライン３２が接続されている。受入ライン３１には弁（Ａ）が設けられ、払出ライン３２には弁（Ｃ）が設けられている。また、貯蔵容器３０には、加圧循環ライン３３が接続されており、この加圧循環ライン３３には、加圧蒸発器３４と弁（Ｄ）が設けられている。また、貯蔵容器３０上部に、大気に開放された二酸化炭素ガスｂの放散ライン３５が接続されており、この放散ライン３５には、弁（Ｂ）が設けられている。
【００３１】
表１に示すように、図６に示す従来の二酸化炭素貯蔵システム２では、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を開にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を閉にする。これにより、受入ライン３１から貯蔵容器３０へ二酸化炭素（液）ｂ１が受入られる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
また、貯蔵容器３０からの二酸化炭素（液）ｂ１の払出時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を閉にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を開にする。これにより、加圧蒸発器３４で蒸発された二酸化炭素ガスｂが加圧循環ライン３３から貯蔵容器３０に戻され、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が押し出されて、払出ライン３２から送液される。
【００３４】
さらに、受入も払出も行わない静止状態では、受入ライン３１の弁（Ａ）、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）をいずれも閉にする。
【００３５】
ところで、かかる二酸化炭素貯蔵システム２では、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時において、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１の液面が上昇することにより、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。また、受入も払出も行わない静止状態においても、系外からの熱侵入により貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が蒸発し、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。
【００３６】
そこで、かかる二酸化炭素貯蔵システム２では、受入時、および、受入も払出も行わない静止状態においては、放散ライン３５の弁（Ｂ）を所定の開度に開き、貯蔵容器３０内から二酸化炭素ガスｂを適宜大気中に排出させる。これにより、貯蔵容器３０内の圧力が一定の設定圧力に維持される。
【００３７】
ところが、従来の二酸化炭素貯蔵システム２では、貯蔵容器３０内から排出した二酸化炭素ガスｂを大気中に排出していたので、二酸化炭素のロスが生じていた。また、二酸化炭素ガスは地球温暖化にも影響を及ぼすので、大気中に排出するのは望ましくない。
【００３８】
そこで、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３では、二酸化炭素のロスを生じさせない構成となっている。即ち、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３も、先に図６で説明した従来の二酸化炭素貯蔵システム２と同様に、二酸化炭素（液）ｂ１の貯蔵容器３０を備えている。貯蔵容器３０には、貯蔵容器３０に二酸化炭素（液）ｂ１を受け入れる受入ライン３１と、貯蔵容器３０から二酸化炭素（液）ｂ１を払い出す払出ライン３２が接続されている。受入ライン３１には弁（Ａ）が設けられ、払出ライン３２には弁（Ｃ）が設けられている。また、貯蔵容器３０には、加圧循環ライン３３が接続されており、この加圧循環ライン３３には、加圧蒸発器３４と弁（Ｄ）が設けられている。
【００３９】
但し、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３では、貯蔵容器３０上部に、液化装置１の容器１０に連通する二酸化炭素ガスｂａの導出ライン３６が接続されており、この導出ライン３６に、弁（Ｂ）が設けられている。なお、液化装置１は、先に図１〜５において詳しく説明した本発明の実施の形態にかかる液化装置１である。液化装置１は、貯蔵容器３０よりも上方に配置されている。また、液化装置１の底部には、液化装置１内の容器内で液化した二酸化炭素（液）ｂ１を、貯蔵容器３０に流下させる送液管２３が接続されている。このように、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３は、貯蔵容器３０の上方に液化装置１を配置して点において、図６に示す従来の二酸化炭素貯蔵システム２と、大きく異なっている。
【００４０】
液化装置１の両側には、冷媒として液化天然ガスａを液化装置１に供給する供給配管１１と、液化装置１から出た液化天然ガスａを排出する排出配管１２が接続してある。なお、供給配管１１には、バイパス配管４０が分岐接続されており、供給配管１１に設けられた開閉弁４１と、バイパス配管４０に設けられた開閉弁４２の開閉操作により、液化天然ガスａを液化装置１に供給する状態と、液化天然ガスａを液化装置１に供給せずにバイパス配管４０に流す状態とに切り替え可能である。
【００４１】
表２に示すように、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３でも、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を開にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を閉にする。これにより、受入ライン３１から貯蔵容器３０へ二酸化炭素（液）ｂ１が受入られる。
【００４２】
【表２】
【００４３】
また、貯蔵容器３０からの二酸化炭素（液）ｂ１の払出時には、受入ライン３１の弁（Ａ）を閉にし、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）を開にする。これにより、加圧蒸発器３４で蒸発された二酸化炭素ガスｂが加圧循環ライン３３から貯蔵容器３０に戻され、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が押し出されて、払出ライン３２から送液される。
【００４４】
さらに、受入も払出も行わない静止状態では、受入ライン３１の弁（Ａ）、払出ライン３２の弁（Ｃ）および加圧循環ライン３３の弁（Ｄ）をいずれも閉にする。
【００４５】
図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３でも同様に、貯蔵容器３０への二酸化炭素（液）ｂ１の受入時において、貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１の液面が上昇することにより、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。また、受入も払出も行わない静止状態においても、系外からの熱侵入により貯蔵容器３０内の二酸化炭素（液）ｂ１が蒸発し、液面上にある二酸化炭素ガスｂの圧力が上昇する。
【００４６】
そこで、この二酸化炭素貯蔵システム３では、受入時、および、受入も払出も行わない静止状態においては、導出ライン３６の弁（Ｂ）を所定の開度に開き、貯蔵容器３０内から二酸化炭素ガスｂを適宜、液化装置１の容器１０内に導入する。これにより、貯蔵容器３０内の圧力が一定の設定圧力に維持される。
【００４７】
そして、液化装置１の容器１０内に導入された二酸化炭素ガスｂは、冷却管１５の表面で冷却されて凝縮し、液化される。こうして液化された二酸化炭素（液）ｂ１が、容器１０底部に溜められ、送液管２３を流下して貯蔵容器３０内に戻される。なお、液化装置１の容器１０内で二酸化炭素ガスｂが液化される際には、上方の冷却管１５で液化させられた二酸化炭素ｂ１が、下方の冷却管１５に再付着することがなく、液化装置１の閉塞が防止される。
【００４８】
このように、図７に示す本実施の形態にかかる二酸化炭素貯蔵システム３によれば、貯蔵容器３０内から排出した二酸化炭素ガスｂを貯蔵容器３０内に戻すことにより、二酸化炭素のロスがなくなる。この場合、貯蔵容器３０の容量×０．１〜０．２％／日程度の二酸化炭素ガスｂの放散削減ができる。また、液化用電力の削減（例えばフロン冷凍機電力）も達成できる。また、地球温暖化に影響を及ぼす二酸化炭素ガスを、大気中に排出することが回避される。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
図５で説明したように、液溜部２２に溜められた二酸化炭素（液）ｂ１の液温を温度センサー２７で検出して液化装置１への液化天然ガスａの供給をインターロック制御する場合、液化装置１を２セット設置し、一方の液化装置１に冷媒を通し、液溜部２２の温度が下限（−５０℃）になった場合に他方の液化装置１に切替えるようにしても良い。また、液溜部２２の温度が下限（−５０℃）になった液化装置１を、常温以上のガスで加温しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、たとえば、発電プラントの排ガス中の炭酸ガスを回収した後のLNG冷熱利用による炭酸ガスの液化技術に適用できる。また、鉄鋼業における液化酸素・液化窒素・液化アルゴンの気化時の冷熱利用による炭酸ガスの液化技術に適用できる。また、空気分離装置等低温プラントからのオフガス利用による炭酸ガスの液化技術に適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
ａ 液化天然ガス
ｂ 二酸化炭素ガス（炭酸ガス）
ｂ１ 二酸化炭素（液）
１ 液化装置
２、３ 二酸化炭素貯蔵システム
１０ 容器
１１ 供給配管
１２ 排出配管
１３、１４ ヘッダー部
１５ 冷却管
２０ ガス導入管
２１ 拡散板
２２ 液溜部
２３ 送液管
２５ カバー体
２６ フィン
２７ 温度センサー
２８ 流量制御弁
３０ 貯蔵容器
３１ 受入ライン
３２ 払出ライン
３３ 加圧循環ライン
３４ 加圧蒸発器
３５ 放散ライン
３６ 導出ライン
４０ バイパス配管
４１、４２ 開閉弁
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に配置された冷却管に冷媒を流し、前記容器内に二酸化炭素ガスを供給することにより、前記冷却管の表面で二酸化炭素ガスを凝縮させる液化装置であって、
前記冷却管は前記容器内において上下方向に離れて複数本並列に配置され、
鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管同士の間には、下方に位置する冷却管の上方を覆うカバー体が設けられていることを特徴とする、液化装置。
【請求項２】
前記カバー体は、水平方向に対して７０°以下の傾斜角度を有する平板状であり、
複数枚の前記カバー体が前記容器内において隙間を空けて平行に配置されており、
各カバー体同士の間に、それぞれ複数本の冷却管が位置していることを特徴とする、請求項１に記載の液化装置。
【請求項３】
前記冷却管に放熱用のフィンが取り付けられ、
前記カバー体が、前記フィンの上方全体を覆う形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液化装置。
【請求項４】
二酸化炭素の液温を検出する温度センサーを設け、
冷媒の供給を前記温度センサーの検出値に基づいて制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液化装置。
【請求項５】
前記冷媒として液化天然ガスが用いられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の液化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の液化装置を備えた二酸化炭素貯蔵システムであって、
液化した二酸化炭素の貯蔵容器を備え、
前記貯蔵容器と前記液化装置の間には、前記貯蔵容器から前記液化装置に二酸化炭素ガスを導入する導出ラインと、液化装置で液化した二酸化炭素を前記貯蔵容器に戻す送液管が接続されていることを特徴とする、二酸化炭素貯蔵システム。
【請求項７】
前記液化装置は、前記貯蔵容器よりも上方に配置され、
前記液化装置で液化した二酸化炭素が、前記貯蔵容器に自重で流下することを特徴とする、請求項６に記載の二酸化炭素貯蔵システム。
【請求項１】
容器内に配置された冷却管に冷媒を流し、前記容器内に二酸化炭素ガスを供給することにより、前記冷却管の表面で二酸化炭素ガスを凝縮させる液化装置であって、
前記冷却管は前記容器内において上下方向に離れて複数本並列に配置され、
鉛直方向に重なる位置関係にある冷却管同士の間には、下方に位置する冷却管の上方を覆うカバー体が設けられていることを特徴とする、液化装置。
【請求項２】
前記カバー体は、水平方向に対して７０°以下の傾斜角度を有する平板状であり、
複数枚の前記カバー体が前記容器内において隙間を空けて平行に配置されており、
各カバー体同士の間に、それぞれ複数本の冷却管が位置していることを特徴とする、請求項１に記載の液化装置。
【請求項３】
前記冷却管に放熱用のフィンが取り付けられ、
前記カバー体が、前記フィンの上方全体を覆う形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液化装置。
【請求項４】
二酸化炭素の液温を検出する温度センサーを設け、
冷媒の供給を前記温度センサーの検出値に基づいて制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液化装置。
【請求項５】
前記冷媒として液化天然ガスが用いられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の液化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の液化装置を備えた二酸化炭素貯蔵システムであって、
液化した二酸化炭素の貯蔵容器を備え、
前記貯蔵容器と前記液化装置の間には、前記貯蔵容器から前記液化装置に二酸化炭素ガスを導入する導出ラインと、液化装置で液化した二酸化炭素を前記貯蔵容器に戻す送液管が接続されていることを特徴とする、二酸化炭素貯蔵システム。
【請求項７】
前記液化装置は、前記貯蔵容器よりも上方に配置され、
前記液化装置で液化した二酸化炭素が、前記貯蔵容器に自重で流下することを特徴とする、請求項６に記載の二酸化炭素貯蔵システム。
【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２０１２−２０７８６５（Ｐ２０１２−２０７８６５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４４５６（Ｐ２０１１−７４４５６）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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