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JP2014104847A - Cold use device for low-temperature liquefied fuel - Google Patents

Cold use device for low-temperature liquefied fuel Download PDF

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JP2014104847A
JP2014104847A JP2012258856A JP2012258856A JP2014104847A JP 2014104847 A JP2014104847 A JP 2014104847A JP 2012258856 A JP2012258856 A JP 2012258856A JP 2012258856 A JP2012258856 A JP 2012258856A JP 2014104847 A JP2014104847 A JP 2014104847A
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JP
Japan
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cold
heat
cooling
power generation
combustion engine
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Application number
JP2012258856A
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Japanese (ja)
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Kenji Nakamichi
憲治 中道
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance thermal efficiency of a combustion engine using low-temperature liquefied fuel as fuel and save energy by enhancing use efficiency of cold that is held by the low-temperature liquefied fuel such as liquefied natural gas.SOLUTION: LNG stored in an LNG tank 12 is supplied to a main combustion engine 10 as LNG gas via a booster pump 22 and a cold recovery heat exchanger 54. A heating medium cooled by the cold recovery heat exchanger 54 is circulated in a re-liquefying device 28 and a cold power generating device 70 and is used as a cold source for the devices. Heat exchange is performed between the heating medium that has been used in the cold power generating device 70 and cooling water circulating in a cooling water closed circuit 60 by a water-cooling heat exchanger 58 to cool the cooling water. The cold power generating device 70 for cooling air supplied to the main combustion engine 10 via a supercharger 30 by using the cooling water by an air-cooling heat exchanger 62 performs cold power generation by using the heating medium as a cold source and exhaust air from the main combustion engine 10 as a heating source.

Description

本発明は、例えば液化天然ガスのような低温液化燃料を燃焼させて動力を発生させる燃焼機関を作動させる場合に、該低温液化燃料が保有する冷熱を有効利用可能にする装置に関する。   The present invention relates to an apparatus that makes it possible to effectively use cold heat held by a low-temperature liquefied fuel when operating a combustion engine that generates power by burning low-temperature liquefied fuel such as liquefied natural gas.

近年のディーゼルエンジンやガスエンジンにおいては、エミッション(排出物)低減に有効であるため、燃料として、液化天然ガス(LNG)を使用可能にする技術の開発が進められている。このような燃料のLNG化は、例えば船舶推進用や、発電機駆動用等のように、比較的大型(大出力)のディーゼルエンジンやガスエンジンにも広がる傾向にある。また、ディーゼルエンジンやガスエンジンでは、出力向上やエミッション(排出物)低減にも有効であるため、一般に過給機が使用されている。   In recent years, diesel engines and gas engines are effective in reducing emissions (emissions), and therefore, development of a technology that enables the use of liquefied natural gas (LNG) as a fuel is being promoted. Such LNG conversion to fuel tends to spread to relatively large (large output) diesel engines and gas engines, for example, for ship propulsion and generator driving. Further, in a diesel engine or a gas engine, a turbocharger is generally used because it is effective for improving output and reducing emissions (emissions).

また、液化天然ガスを燃料とするディーゼルエンジンやガスエンジンでは、効率の向上が求められている。液化天然ガスは、−160℃もの極低温を有しているため、液化天然ガスの保有冷熱を有効利用することで、ディーゼルエンジンやガスエンジンの効率向上が期待できる。   Further, diesel engines and gas engines that use liquefied natural gas as fuel are required to improve efficiency. Since liquefied natural gas has a cryogenic temperature as low as −160 ° C., the efficiency of diesel engines and gas engines can be expected to be improved by effectively using the cold heat of liquefied natural gas.

特許文献1及び特許文献2には、液化天然ガスを輸送するタンカーにおいて、LNG貯蔵タンクを構成する保冷層の両面の温度差を利用した冷熱発電技術が開示されている。この技術は、外気に対して低温となる保冷層の外面に低温面を貼付し、高温面を外気にさらすように多数の熱電変換固体素子を配置し、固体素子同士をリード線で連結し、ゼーベック効果を利用してリード線から電流を取り出すものである。特許文献3には、液化天然ガスを燃料とするガスエンジンにおいて、液化天然ガスの冷熱で燃焼用空気を冷却する技術が開示されている。即ち、液化天然ガスを水加熱方式で気化させる気化器を備え、液化天然ガスの気化により冷却された冷却水を冷熱源として、過給機に供給される燃焼用空気を冷却する。こうして、該燃焼用空気の密度を高めることで、ガスエンジンの燃焼効率を向上させる。   Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a cold power generation technique using a temperature difference between both surfaces of a cold insulation layer constituting an LNG storage tank in a tanker that transports liquefied natural gas. In this technology, a low temperature surface is attached to the outer surface of the cold insulation layer that is low in temperature with respect to the outside air, a large number of thermoelectric conversion solid elements are arranged so that the high temperature surface is exposed to the outside air, and the solid elements are connected with each other by lead wires. The current is extracted from the lead wire using the Seebeck effect. Patent Document 3 discloses a technique for cooling combustion air with cold heat of liquefied natural gas in a gas engine using liquefied natural gas as a fuel. That is, a vaporizer that vaporizes liquefied natural gas by a water heating method is provided, and the combustion air supplied to the supercharger is cooled using cooling water cooled by vaporization of the liquefied natural gas as a cold heat source. Thus, the combustion efficiency of the gas engine is improved by increasing the density of the combustion air.

特開2001−251875号公報JP 2001-251875 A 特開2002−136161号公報JP 2002-136161 A 特開2006−177213号公報JP 2006-177213 A

特許文献1及び特許文献2に開示された技術は、まだ開発途上の技術であり、現状では、熱電変換効率は5〜12%と低い。そのため、高い電圧を効率良く得ることは困難である。特許文献3に開示された技術では、極低温の液化天然ガスと冷却水とを直接熱交換させているが、これでは液化天然ガスが保有する冷熱の利用効率(エクセルギ効率)が悪い。そのため、液化天然ガスが保有する冷熱を十分利用しているとは言えず、非効率な利用に留まっている。   The techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are still under development, and currently, the thermoelectric conversion efficiency is as low as 5 to 12%. Therefore, it is difficult to efficiently obtain a high voltage. In the technique disclosed in Patent Document 3, the cryogenic liquefied natural gas and the cooling water are directly subjected to heat exchange. However, in this case, the utilization efficiency (exergy efficiency) of the cold heat possessed by the liquefied natural gas is poor. Therefore, it cannot be said that the cold heat possessed by liquefied natural gas is sufficiently utilized, and it remains inefficient use.

また、LNGを貯留したタンク内の気相部には、ボイルオフガス(BOG)が発生する。これを放置すると、該気相部が高圧化し危険であるため、BOGを再液化する必要がある。特に、長期運行する船舶に搭載されたLNGタンクで、これに留意する必要がある。   In addition, boil-off gas (BOG) is generated in the gas phase portion in the tank storing LNG. If this is left unattended, the pressure in the gas phase becomes high and dangerous, so it is necessary to reliquefy BOG. In particular, it is necessary to pay attention to this in the case of an LNG tank mounted on a ship that operates for a long time.

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、液化天然ガス等の低温液化燃料が保有する冷熱の利用効率を高めることで、低温液化燃料を燃料とする燃焼機関の熱効率を高めることを含め、省エネを達成することを目的とする。また、同時に低温液化燃料を貯留したタンク内の気相部の高圧化を防止することを目的とする。   In view of the problems of the prior art, the present invention increases energy efficiency of a combustion engine using low-temperature liquefied fuel as fuel by increasing the utilization efficiency of cold heat held by low-temperature liquefied fuel such as liquefied natural gas. The purpose is to achieve. It is another object of the present invention to prevent high pressure in the gas phase portion in the tank storing the low-temperature liquefied fuel.

本発明の低温液化燃料の冷熱利用装置は、低温液化燃料を貯留する低温液化燃料タンクと、低温液化燃料を気化させて得られる燃料ガスを燃料として動力を発生させる燃焼機関と、燃焼機関から排出される排気で駆動されるタービン部、及びタービン部で駆動され、圧縮空気を該内燃機関に送るコンプレッサ部からなる過給機と、燃焼機関のシリンダ内に高圧燃料ガスを供給する低温液化燃料供給系統に設けられ、低温液化燃料タンクから導入した低温液化燃料を昇圧させるブースタポンプとを備えることを前提としている。   The low-temperature liquefied fuel cold energy utilization device of the present invention includes a low-temperature liquefied fuel tank that stores low-temperature liquefied fuel, a combustion engine that generates power using fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquefied fuel, and an exhaust from the combustion engine. A turbocharger that is driven by exhaust gas, and a turbocharger that is driven by the turbine and that includes a compressor that sends compressed air to the internal combustion engine, and a low-temperature liquefied fuel supply that supplies high-pressure fuel gas into the cylinder of the combustion engine It is assumed that a booster pump is provided in the system and boosts the temperature of the low-temperature liquefied fuel introduced from the low-temperature liquefied fuel tank.

前記目的を達成するための本発明の構成は、熱媒体閉回路を循環して流れる熱媒体とブースタポンプで昇圧された高圧低温液化燃料とを熱交換させ、熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、低温液化燃料タンクの気相部に接続されたボイルオフガス循環路に設けられ、冷熱回収熱交換器で冷却された熱媒体の冷熱を用い、ボイルオフガス循環路を循環して流れるボイルオフガスを再液化させる再液化部と、再液化部でボイルオフガスの再液化に供された後の熱媒体が保有する冷熱、及び燃焼機関自体又は燃焼機関から排出される排気が保有する熱を用いて冷熱発電を行う冷熱発電部と、再液化部でボイルオフガスの再液化に供された後の熱媒体が保有する冷熱で、過給機のコンプレッサ部に導入される燃焼機関の給気又はコンプレッサ部で加圧した後の給気を冷却する給気冷却熱交換機構とを備えていることである。   In order to achieve the above object, the configuration of the present invention is a heat recovery heat exchange in which a heat medium circulating through a heat medium closed circuit and a high-pressure / low-temperature liquefied fuel pressurized by a booster pump are heat-exchanged to cool the heat medium. And boil-off gas which is provided in a boil-off gas circulation path connected to the gas phase part of the low-temperature liquefied fuel tank and flows through the boil-off gas circulation path using the cold heat of the heat medium cooled by the cold recovery heat exchanger The reliquefaction unit for reliquefying the liquid, the cold heat possessed by the heat medium after being subjected to reliquefaction of the boil-off gas in the reliquefaction unit, and the heat possessed by the combustion engine itself or the exhaust discharged from the combustion engine Cooling power generation unit that performs cold power generation, and supply air or compressor unit of the combustion engine that is introduced into the compressor unit of the supercharger by the cold heat held by the heat medium that has been subjected to reliquefaction of the boil-off gas in the reliquefaction unit In addition Is that and a charge air cooling heat exchanger mechanism for cooling the charge air after.

本発明では、ボイルオフガスの再液化と、冷熱発電と、燃焼機関に供給される給気の冷却との3段階で、低温液化燃料が保有する冷熱を利用している。ボイルオフガスを再液化させる再液化部は、熱媒体が保有する冷熱でボイルオフガスを再液化可能な、例えば冷凍機等の装置で構成される。これによって、他の冷熱源を使用することなく、低温液化燃料タンク内の圧力上昇を防止できる。また、冷熱発電部で発生した電力は、燃焼機関の出力を補充するものとして、又は別な用途の動力として利用できる。さらに、低温液化燃料の冷熱を利用し、燃焼機関に供給される給気を冷却することで、燃焼機関の出力を増大できる。これによって、燃焼機関の熱効率を高め、省エネを達成できる。また、冷熱発電では、燃焼機関自体又は燃焼機関の排気が保有する熱を熱源として用いることで、発電効率を向上できる。   In the present invention, the cold heat possessed by the low-temperature liquefied fuel is utilized in three stages of reliquefaction of the boil-off gas, cold power generation, and cooling of the supply air supplied to the combustion engine. The re-liquefaction unit that re-liquefies the boil-off gas is configured by an apparatus such as a refrigerator that can re-liquefy the boil-off gas with the cold heat of the heat medium. Thereby, it is possible to prevent an increase in pressure in the low-temperature liquefied fuel tank without using another cold heat source. Moreover, the electric power generated in the cold power generation unit can be used as a supplement for the output of the combustion engine or as power for another application. Furthermore, the output of the combustion engine can be increased by using the cold heat of the low-temperature liquefied fuel to cool the supply air supplied to the combustion engine. This can increase the thermal efficiency of the combustion engine and achieve energy saving. In cold power generation, power generation efficiency can be improved by using heat stored in the combustion engine itself or in the exhaust of the combustion engine as a heat source.

熱媒体閉回路を循環する熱媒体は、例えば窒素ガスのように、極低温の冷熱を有する低温液化燃料との熱交換時に、低温で安定した性状を有し、かつ良好な流動性を維持できる物質がよい。低温液化燃料が保有する冷熱で直接冷熱発電を行うことなく、窒素等の熱媒体が保有する冷熱を用いて冷熱発電を行うことで、安定した冷熱発電を行うことができる。また、給気の冷却においても、極めて大きな温度差がある低温液化燃料と給気とを直接熱交換させるのではなく、低温液化燃料で冷却された窒素ガス等の熱媒体と給気とを熱交換させることで、エクセルギ効率を向上できる。   The heat medium circulating in the heat medium closed circuit has stable properties at low temperatures and can maintain good fluidity during heat exchange with a low-temperature liquefied fuel having cryogenic heat, such as nitrogen gas. The substance is good. Stable cold power generation can be performed by performing cold heat power generation using cold heat held by a heat medium such as nitrogen without directly performing cold heat power generation with the cold heat held by the low-temperature liquefied fuel. Also, in cooling the supply air, heat is not directly exchanged between the low-temperature liquefied fuel and the supply air, which have a very large temperature difference, but the heat medium such as nitrogen gas cooled by the low-temperature liquefied fuel and the supply air. Exergy efficiency can be improved by making it exchange.

低温液化燃料とは、例えば、液化天然ガス、液化石油ガス等を言う。また、燃焼機関は、例えば、船舶に設けられた推進用のディーゼルエンジン又はガスエンジン等であり、あるいは陸上に設けられた発電用のディーゼルエンジン又はガスエンジン等である。ディーゼルエンジンは、直噴方式又は予混合方式を問わず適用できる。また、極低温のLNGが貯蔵されたLNGタンクを有するLNG運搬船や、LNGを燃料とする燃焼機関を主推進機関として備えたコンテナ船等に適用できる。   Low temperature liquefied fuel refers to, for example, liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, and the like. The combustion engine is, for example, a propulsion diesel engine or gas engine provided on a ship, or a power generation diesel engine or gas engine provided on land. The diesel engine can be applied regardless of the direct injection method or the premixing method. Further, the present invention can be applied to an LNG carrier having an LNG tank in which cryogenic LNG is stored, a container ship having a combustion engine using LNG as a fuel as a main propulsion engine, and the like.

本発明において、前記空気冷却熱交換機構は、冷却水が循環して流れる冷却水閉回路と、冷熱発電部で冷熱発電を行った後の熱媒体が保有する冷熱で、冷却水を冷却する水冷却熱交換器と、水冷却熱交換器で冷却された冷却水を用い、過給機のコンプレッサ部に導入される空気又はコンプレッサ部で加圧後の空気を冷却する空気冷却熱交換器とで構成され、冷却水閉回路が燃焼機関に導設され、空気冷却熱交換器で給気を冷却した冷却水を用いて、燃焼機関の高温部位を冷却するように構成することができる。   In the present invention, the air cooling heat exchanging mechanism includes water that cools the cooling water with a cooling water closed circuit in which the cooling water circulates and a cooling medium possessed by the heat medium after the cooling power generation in the cooling power generation unit. A cooling heat exchanger and an air cooling heat exchanger that uses cooling water cooled by the water cooling heat exchanger and cools air introduced into the compressor section of the supercharger or air pressurized by the compressor section. The cooling water closed circuit is led to the combustion engine, and the high temperature portion of the combustion engine can be cooled by using the cooling water in which the supply air is cooled by the air cooling heat exchanger.

このように、冷熱発電部で冷熱発電を行った後の熱媒体が保有する冷熱で冷却水を冷却し、極低温の低温液化燃料を冷却水と直接熱交換させないので、極めて大きな温度差により冷却水が凍結するのを防止できる。また、比熱が大きくかつハンドリングが容易な冷却水で燃焼機関に供給される給気と、燃焼機関の高温部位とを冷却することで、安定した冷却効果を維持できる。   In this way, the cooling water is cooled by the cold heat held by the heat medium after performing the cold power generation in the cold power generation section, and the cryogenic low-temperature liquefied fuel is not directly exchanged with the cooling water, so the cooling is caused by a very large temperature difference. Water can be prevented from freezing. In addition, a stable cooling effect can be maintained by cooling the supply air supplied to the combustion engine with cooling water having a large specific heat and easy handling, and the high-temperature portion of the combustion engine.

本発明において、過給機の出力で駆動される過給機駆動発電機を備え、過給機駆動発電機で得た電力を補助動力として前記再液化部に供給すると共に、過給機のタービン部から排出される排気の保有熱を用いて、冷熱発電部で冷熱発電を行うようにするとよい。これによって、過給機の出力を有効利用できる。   In the present invention, a supercharger-driven generator driven by the output of the supercharger is provided, and electric power obtained by the supercharger-driven generator is supplied to the reliquefaction unit as auxiliary power, and the turbine of the supercharger It is preferable to perform cold power generation in the cold power generation unit using the retained heat of the exhaust discharged from the unit. Thereby, the output of the supercharger can be effectively used.

前記構成に加えて、過給機のタービン部から排出される排気で駆動される排気タービンと、排気タービンから排出される排気を再加熱する再熱器と、排気タービンの出力軸と連結された排気タービン駆動発電機とを備え、排気タービン駆動発電機で得た電力を補助電力として再液化部に供給すると共に、排気タービンから排出される排気の保有熱を用いて、冷熱発電部で冷熱発電を行うようにするとよい。これによって、過給機駆動発電機及び排気タービン駆動発電機で夫々発生させた電力を再液化部に供給できる。   In addition to the above configuration, the exhaust turbine is driven by exhaust discharged from the turbocharger turbine, the reheater reheats the exhaust discharged from the exhaust turbine, and the output shaft of the exhaust turbine. An exhaust turbine-driven generator, supplying electric power obtained by the exhaust turbine-driven generator to the reliquefaction unit as auxiliary power, and using the retained heat of the exhaust discharged from the exhaust turbine, It is good to do. Thereby, the electric power generated by the supercharger-driven generator and the exhaust turbine-driven generator can be supplied to the reliquefaction unit.

本発明において、燃焼機関の排気で駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンの出力軸と連結された蒸気タービン駆動発電機とを備え、蒸気タービンから排出される排気の保有熱を用いて、冷熱発電部で冷熱発電を行うようにしてもよい。これによって、蒸気タービン駆動発電機で発生した電力を有効利用できる。例えば、燃焼機関が船舶の主推進機関であるとき、蒸気タービン駆動発電機で発生させた電力を燃焼機関が必要な電力として、又は船内の冷暖房、空調、給湯等のユーティリティに使用できる。   In the present invention, a steam turbine driven by exhaust gas from a combustion engine, and a steam turbine drive generator connected to an output shaft of the steam turbine, and using the retained heat of the exhaust gas discharged from the steam turbine, In this case, cold power generation may be performed. Thereby, the electric power generated by the steam turbine drive generator can be used effectively. For example, when the combustion engine is a main propulsion engine of a ship, the electric power generated by the steam turbine drive generator can be used as necessary electric power for the combustion engine or for utilities such as air conditioning, air conditioning, and hot water supply in the ship.

本発明において、冷却水閉回路を冷熱発電部まで導設し、燃焼機関の高温部位を冷却した後の冷却水の保有熱を用いて、冷熱発電部で冷熱発電を行うようにしてもよい。これによって、燃焼機関自体が保有する大きな熱量を高効率で冷熱発電に有効利用できる。   In the present invention, the cooling water closed circuit may be led to the cold power generation unit, and the cold heat power generation unit may perform cold power generation using the retained heat of the cooling water after cooling the high-temperature part of the combustion engine. As a result, a large amount of heat possessed by the combustion engine itself can be effectively used for cold power generation with high efficiency.

本発明において、過給機のコンプレッサ部の高温部位及び冷熱発電部に導設された冷却水循環路を備え、コンプレッサ部を冷却した後の冷却水の保有熱を用いて、冷熱発電部で冷熱発電を行うようにしてもよい。これによって、過給機のコンプレッサ部で発生した給気の圧縮熱を冷熱発電に有効利用できる。   In the present invention, there is provided a cooling water circulation path led to a high-temperature part of the compressor unit of the supercharger and the cold power generation unit, and the cold heat power generation unit uses the retained heat of the cooling water after cooling the compressor unit. May be performed. Thereby, the compression heat of the supply air generated in the compressor section of the supercharger can be effectively used for cold power generation.

本発明において、熱媒体閉回路又は熱媒体閉回路から分岐したバイパス流路に蓄熱装置を備えているとよい。これによって、熱媒体閉回路を循環する熱媒体に余剰冷熱が生じた場合、余剰冷熱を一旦蓄冷装置に蓄積し、必要に応じて、蓄冷装置から取り出し、有効利用できる。例えば、熱媒体の温度が設定範囲より上昇したとき利用したり、又は再液化熱部の駆動用など、他の用途に有効利用できる。また、熱媒体が保有する冷熱を調整できるため、運転条件に過不足ない冷熱量とすることができる。   In this invention, it is good to provide the thermal storage apparatus in the bypass flow path branched from the heat-medium closed circuit or the heat-medium closed circuit. Thereby, when surplus cold heat is generated in the heat medium circulating in the heat medium closed circuit, the surplus cool heat is temporarily accumulated in the regenerator and can be taken out from the regenerator and used effectively as necessary. For example, it can be used when the temperature of the heat medium rises above the set range, or can be effectively used for other purposes such as driving the reliquefaction heat section. Moreover, since the cold energy which a heat medium has can be adjusted, it can be set as the amount of cold energy which is not over and under operation conditions.

前記構成に加えて、熱媒体閉回路に、熱媒体閉回路を循環して流れる熱媒体の余剰冷熱を回収する加温熱交換器を設け、蓄冷装置の蓄熱量及び加温熱交換器の熱交換量を調整し、熱媒体閉回路の保有冷熱量を調整するとよい。これによって、熱媒体閉回路を循環する熱媒体が保有する冷熱量の調整が容易になると共に、余剰分は蓄冷装置に蓄えることができるので、熱媒体の保有冷熱を需要に対して過不足なく調整できる。また、蓄冷装置に蓄えた余剰分は、必要に応じて、他の用途に利用できる。   In addition to the above configuration, the heating medium closed circuit is provided with a heating heat exchanger that recovers excess cooling heat of the heating medium that flows through the heating medium closed circuit, and the heat storage amount of the cold storage device and the heat exchange amount of the heating heat exchanger It is recommended to adjust the amount of cold heat stored in the closed circuit of the heat medium. This makes it easy to adjust the amount of heat held by the heat medium circulating in the heat medium closed circuit, and the surplus can be stored in the cold storage device, so that the amount of cold heat stored in the heat medium can be kept in excess of the demand. Can be adjusted. Moreover, the surplus stored in the cold storage device can be used for other purposes as required.

本発明において、冷熱発電部は、熱効率が良いブレイトンサイクル又はランキンサイクルを形成する熱機関で構成されているとよい。特に、ブレイトンサイクルは、低温度で熱効率が優れているため、冷熱発電に好適である。これによって、熱媒体閉回路を循環する熱媒体が保有する冷熱、及び燃焼機関自体又は燃焼機関の排気が保有する熱を効率良く電力に変換できる。   In the present invention, the cold power generation unit may be composed of a heat engine that forms a Brayton cycle or a Rankine cycle with good thermal efficiency. In particular, the Brayton cycle is suitable for cold power generation because of its low temperature and excellent thermal efficiency. As a result, the cold heat held by the heat medium circulating in the heat medium closed circuit and the heat held by the combustion engine itself or the exhaust of the combustion engine can be efficiently converted into electric power.

また、冷熱発電部は、2段ブレイトンサイクルを形成する熱機関で構成され、前記空気冷却熱交換機構は、冷熱発電部で冷熱発電を行った後の熱媒体で、過給機のコンプレッサ部に導入される空気又はコンプレッサ部で加圧した後の空気を冷却するものであるとよい。2段ブレイトンサイクルを形成する熱機関で冷熱発電を行うことで、電力への変換効率がさらに向上する。また、冷熱発電を行なった後の熱媒体で給気を十分冷却でき、逆にエクセルギ効率を向上できる。   The cold power generation unit is composed of a heat engine that forms a two-stage Brayton cycle, and the air cooling heat exchange mechanism is a heat medium after performing cold power generation in the cold power generation unit, and is used in the compressor unit of the supercharger. The introduced air or the air after being pressurized by the compressor section may be cooled. By performing cold power generation with a heat engine that forms a two-stage Brayton cycle, the conversion efficiency into electric power is further improved. Further, the supply air can be sufficiently cooled by the heat medium after performing the cold power generation, and conversely the exergy efficiency can be improved.

本発明によれば、低温液化燃料が保有する冷熱を、ボイルオフガスの再液化と、冷熱発電と、燃焼機関に供給される給気の冷却との3段階に用いることで、低温液化燃料が保有する冷熱の利用効率を高めることができる。これによって、低温液化燃料を燃料とする燃焼機関の熱効率向上を含め、省エネを達成できる。   According to the present invention, the low-temperature liquefied fuel possessed by using the cold heat possessed by the low-temperature liquefied fuel in three stages of re-liquefaction of boil-off gas, cold power generation, and cooling of the supply air supplied to the combustion engine. It is possible to increase the utilization efficiency of cold heat. As a result, it is possible to achieve energy saving, including improving the thermal efficiency of a combustion engine using low temperature liquefied fuel as fuel.

本発明の第1実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a cold energy utilization device according to a first embodiment of the present invention. 前記冷熱利用装置を構成する冷熱発電装置の系統図である。It is a systematic diagram of the cold power generator which comprises the said cold energy utilization apparatus. 前記冷熱発電装置(1段目)が形成する熱サイクルを示す線図である。It is a diagram which shows the thermal cycle which the said cold / thermal power generation device (1st step) forms. 前記冷熱発電装置(2段目)が形成する熱サイクルを示す線図である。It is a diagram which shows the thermal cycle which the said thermoelectric power generation device (2nd stage) forms. 前記冷熱発電装置の別な構成例を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows another example of a structure of the said thermal energy generator. 本発明の第2実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the cold energy utilization apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the cold energy utilization apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the cold energy utilization apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the cold energy utilization apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the cold energy utilization apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the cold energy utilization apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態に係る冷熱利用装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the cold energy utilization apparatus which concerns on 8th Embodiment of this invention.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.

(実施形態1)
本発明の第1実施形態を図1に基づいて説明する。なお、本実施形態に限らず、以下に説明する実施形態においては、低温液化燃料として液化天然ガス(LNG)を用いているが、低温液化燃料は、これに限定されることなく、例えば、液化石油ガス(LPG)を用いてもよい。図1に示した、本実施形態の主燃焼機関10は、例えば、ガスエンジンやディーゼルエンジンである。用途として、例えば、出力軸が船舶の推進器に連結され、該推進器を駆動する燃焼機関であり、又は陸上に設けられ、出力軸が発電機に連結された発電用燃焼機関である。
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition to the present embodiment, in the embodiments described below, liquefied natural gas (LNG) is used as the low-temperature liquefied fuel, but the low-temperature liquefied fuel is not limited to this, for example, liquefied Petroleum gas (LPG) may be used. The main combustion engine 10 of this embodiment shown in FIG. 1 is a gas engine or a diesel engine, for example. Applications include, for example, a combustion engine in which an output shaft is connected to a propulsion device of a ship and drives the propulsion device, or a combustion engine for power generation that is provided on land and has an output shaft connected to a generator.

主燃焼機関10は、LNGを昇圧及び気化させた高圧天然ガス(CNG)を燃料とし、CNGを過給機30で昇圧された給気により燃焼させて出力を得る燃焼機関である。LNGタンク12には−160℃のLNGが貯留されている。LNGタンク12は、主燃焼機関10が船舶の推進器を駆動するものである場合、船舶に搭載され、主燃焼機関10が陸上で発電機を駆動するものである場合、陸上に設けられる。LNGタンク12に貯留されているLNGをCNGとして主燃焼機関10のシリンダ内に供給するため、燃料供給系統FSを備えている。   The main combustion engine 10 is a combustion engine that uses high-pressure natural gas (CNG) obtained by increasing and evaporating LNG as fuel and combusting CNG with the supply air pressurized by the supercharger 30 to obtain output. LNG at −160 ° C. is stored in the LNG tank 12. The LNG tank 12 is mounted on a ship when the main combustion engine 10 drives a ship propulsion device, and is provided on the land when the main combustion engine 10 drives a generator on land. A fuel supply system FS is provided to supply LNG stored in the LNG tank 12 as CNG into the cylinder of the main combustion engine 10.

燃料供給系統FSには、LNGタンク12の内部からサブマージドポンプ14で送られた低圧のLNGを昇圧させるブースタポンプ22が設けられている。このブースタポンプ22は、高圧に圧縮された状態にある主燃焼機関10のシリンダ内に燃料を噴射するため、気化したCNGが該シリンダ内より高圧となるように、LNGを昇圧させるためのポンプである。なお、ブースタポンプ22は、例えばピストン式ポンプが用いられる。   The fuel supply system FS is provided with a booster pump 22 that boosts the low-pressure LNG sent from the inside of the LNG tank 12 by the submerged pump 14. This booster pump 22 is a pump for boosting the LNG so that the vaporized CNG has a higher pressure than that in the cylinder in order to inject fuel into the cylinder of the main combustion engine 10 that is compressed to a high pressure. is there. The booster pump 22 is a piston pump, for example.

ブースタポンプ22の上流側には、バッファとして機能するサクションドラム18が設けられている。LNGタンク12に貯留されたLNGは、供給路16を介して一旦サクションドラム18に貯留される。サクションドラム18に貯留されたLNGは、供給路20を介してブースタポンプ22に送られ、ブースタポンプ22で高圧LNGとなる。ブースタポンプ22で高圧となったLNGは、供給路24を介して主燃焼機関10のシリンダ内に送られる。   A suction drum 18 that functions as a buffer is provided on the upstream side of the booster pump 22. The LNG stored in the LNG tank 12 is temporarily stored in the suction drum 18 via the supply path 16. The LNG stored in the suction drum 18 is sent to the booster pump 22 through the supply path 20, and becomes a high pressure LNG by the booster pump 22. The LNG that has become high pressure by the booster pump 22 is sent into the cylinder of the main combustion engine 10 via the supply path 24.

ブースタポンプ22の下流側には、昇圧後の高圧LNGを気化させてCNGに変換するため、例えばLNGヒータのような加熱手段(図示省略)が必要に応じて設けられている。この加熱手段の上流側には、後述する熱媒体閉回路52を循環する熱媒体を高圧LNGで冷却するため、冷熱回収熱交換器54が設けられている。ブースタポンプ22は、圧縮されて高圧状態にある主燃焼機関10のシリンダ内にCNGを確実に供給するため、低圧のLNGを昇圧して高圧LNGとする。そして、この高圧LNGを気化させた後のCNGをシリンダ内に噴射可能な高圧とする。燃料としてシリンダ内に噴射されるCNGは、常温まで昇温する必要があるが、例えば−50℃程度など、0℃以下でもよい。   On the downstream side of the booster pump 22, for example, heating means (not shown) such as an LNG heater is provided as necessary in order to vaporize the high pressure LNG after the pressure increase and convert it to CNG. A cooling heat recovery heat exchanger 54 is provided on the upstream side of the heating means in order to cool the heat medium circulating in the heat medium closed circuit 52 described later with high pressure LNG. The booster pump 22 boosts the low-pressure LNG to a high-pressure LNG in order to reliably supply CNG into the cylinder of the main combustion engine 10 that is compressed and in a high-pressure state. The CNG after vaporizing the high pressure LNG is set to a high pressure that can be injected into the cylinder. CNG injected into the cylinder as fuel needs to be heated to room temperature, but may be 0 ° C. or less, for example, about −50 ° C.

LNGタンク12の上部に形成される気相部に、BOG循環路26が接続され、BOG循環路26に再液化装置28が設けられている。BOG循環路26を循環するBOGは、再液化装置28で冷却され再液化されて、LNGタンク12に戻される。   A BOG circulation path 26 is connected to a gas phase portion formed in the upper part of the LNG tank 12, and a reliquefaction device 28 is provided in the BOG circulation path 26. The BOG circulating in the BOG circulation path 26 is cooled and reliquefied by the reliquefaction device 28 and returned to the LNG tank 12.

主燃焼機関10に燃焼用空気を供給する給気系統には、過給機30が設けられている。この過給機30は、主燃焼機関10から排出される排気を駆動源とするタービン32と、タービン32と同軸に連結された圧縮機34とを備えている。過給機30は、主燃焼機関10の排気がもつエネルギでタービン32を回転させ、タービン32と同軸の圧縮機34を駆動し、大気中の空気を給気系統に導入しかつ圧縮する。これによって、主燃焼機関10に供給する給気の密度を増大させ、単位体積当たりの給気量を増加させることで、主燃焼機関10の燃焼効率を向上できる。   A supercharger 30 is provided in an air supply system that supplies combustion air to the main combustion engine 10. The supercharger 30 includes a turbine 32 that uses exhaust gas discharged from the main combustion engine 10 as a drive source, and a compressor 34 that is coaxially connected to the turbine 32. The supercharger 30 rotates the turbine 32 with the energy of the exhaust of the main combustion engine 10, drives the compressor 34 coaxial with the turbine 32, introduces air in the atmosphere into the air supply system, and compresses it. Thus, the combustion efficiency of the main combustion engine 10 can be improved by increasing the density of the supply air supplied to the main combustion engine 10 and increasing the amount of supply air per unit volume.

過給機30は、タービン32及び圧縮機34と同軸の過給機駆動発電機36を備えている。また、主燃焼機関10の排気をタービン32に送る排気路38、大気中の空気を圧縮機34に送る給気導入路40、及び圧縮機34で圧縮された圧縮給気を主燃焼機関10のシリンダに送る圧縮給気路42を備えている。過給機駆動発電機36は、過給機30の出力で駆動され、主燃焼機関10の排気がもつエネルギで電力を得ることができる。そして、この電力を再液化装置28に供給し、再液化装置28の駆動用補助動力として利用できる。   The supercharger 30 includes a supercharger drive generator 36 that is coaxial with the turbine 32 and the compressor 34. Further, an exhaust passage 38 for sending the exhaust of the main combustion engine 10 to the turbine 32, an air supply introduction passage 40 for sending air in the atmosphere to the compressor 34, and compressed air supplied by the compressor 34 are supplied to the main combustion engine 10. A compressed air supply path 42 is provided to the cylinder. The supercharger-driven generator 36 is driven by the output of the supercharger 30 and can obtain electric power with the energy of the exhaust of the main combustion engine 10. This electric power is supplied to the reliquefaction device 28 and can be used as driving auxiliary power for the reliquefaction device 28.

冷熱回収装置50は、例えば窒素ガスのような熱媒体が循環して流れる熱媒体閉回路52と、冷却水が循環して流れる冷却水閉回路60とを備えている。熱媒体閉回路52には、窒素ガスを圧送して熱媒体閉回路52を循環させるブロア56と、窒素ガスと供給路24を流れる高圧LNGとを熱交換させ、高圧LNGで窒素ガスを冷却する冷熱回収熱交換器54とが設けられている。この場合、窒素ガスは、高圧LNGを温度上昇させる熱源、あるいは高圧LNGの少なくとも一部を気化させる熱源として使用される。   The cold energy recovery device 50 includes a heat medium closed circuit 52 through which a heat medium such as nitrogen gas flows and a cooling water closed circuit 60 through which cooling water flows. In the heat medium closed circuit 52, heat exchange is performed between the blower 56 that circulates the heat medium closed circuit 52 by feeding nitrogen gas and the high pressure LNG flowing through the supply path 24, and the nitrogen gas is cooled by the high pressure LNG. A cold heat recovery heat exchanger 54 is provided. In this case, the nitrogen gas is used as a heat source that raises the temperature of the high-pressure LNG or a heat source that vaporizes at least a part of the high-pressure LNG.

この結果、高圧LNGを気化させてCNGとするLNGヒータ等の加熱装置においては、高圧LNGを気化させるために必要な熱量を低減できる。窒素ガスに十分な熱量があれば、LNGヒータをなくすこともできる。この結果、LNGヒータに必要な消費電力を低減できる。窒素ガスは、−160℃の高圧LNGと熱交換し、−150℃前後に冷却される。   As a result, in a heating device such as an LNG heater that vaporizes the high-pressure LNG to form CNG, the amount of heat necessary to vaporize the high-pressure LNG can be reduced. If the nitrogen gas has a sufficient amount of heat, the LNG heater can be eliminated. As a result, power consumption required for the LNG heater can be reduced. Nitrogen gas is heat-exchanged with high-pressure LNG at −160 ° C. and cooled to around −150 ° C.

熱媒体閉回路52は、冷熱回収熱交換器54の下流側で、再液化装置28に導設されている。冷熱回収熱交換器54で高圧LNGによって−150℃前後に冷却された窒素ガスは、再液化装置28で冷熱源として使用される。再液化装置28は、例えば冷凍機で構成され、熱媒体閉回路52から送られた窒素ガスを冷熱源して用い、BOGを冷却し再液化させる。再液化したLNGはLNGタンク12に戻される。   The heat medium closed circuit 52 is led to the reliquefaction device 28 on the downstream side of the cold heat recovery heat exchanger 54. The nitrogen gas cooled to about −150 ° C. by the high pressure LNG in the cold heat recovery heat exchanger 54 is used as a cold heat source in the reliquefaction device 28. The reliquefaction device 28 is composed of, for example, a refrigerator, uses the nitrogen gas sent from the heat medium closed circuit 52 as a cold heat source, cools the BOG, and reliquefies it. The liquefied LNG is returned to the LNG tank 12.

熱媒体閉回路52は、さらに、再液化装置28の下流側で、冷熱発電装置70に導設されている。また、冷熱発電装置70には、過給機30のタービン32の排気出口に接続された排気路44が導設され、冷熱発電装置70では、再液化装置28で冷熱源として利用された後の窒素ガス(−150℃〜−140℃)が保有する冷熱、及び排気路44を流れる排気(300〜500℃)の保有熱を用いて、冷熱発電を行う。   The heat medium closed circuit 52 is further led to the cold heat generator 70 on the downstream side of the reliquefaction device 28. Further, an exhaust passage 44 connected to the exhaust outlet of the turbine 32 of the supercharger 30 is led to the cold heat power generator 70, and the cold heat power generator 70 is used as a cold heat source in the reliquefaction device 28. Cold power generation is performed using the cold heat held by nitrogen gas (-150 ° C to -140 ° C) and the held heat of the exhaust gas (300 to 500 ° C) flowing through the exhaust passage 44.

冷熱発電装置70の下流側で、熱媒体閉回路52には水冷却熱交換器58が設けられている。水冷却熱交換器58には冷却水閉回路60が接続されており、冷却水閉回路60を循環して流れる冷却水は、水冷却熱交換器58で、窒素ガスが保有する冷熱で冷却される。冷却水閉回路60には空気冷却熱交換器62が設けられている。空気冷却熱交換器62は、水冷却熱交換器58の下流側で、熱媒体閉回路52を流れる窒素ガスと大気から導入されて給気導入路40を流れる給気とを熱交換させ、給気を冷却する。空気冷却熱交換器62で給気を冷却した後の窒素ガスは、給気の放熱で温度上昇した後、熱媒体閉回路52を通ってブロア56に戻る。   A water cooling heat exchanger 58 is provided in the heat medium closed circuit 52 on the downstream side of the cold heat generator 70. A cooling water closed circuit 60 is connected to the water cooling heat exchanger 58, and the cooling water that circulates through the cooling water closed circuit 60 is cooled by the water cooling heat exchanger 58 with the cold heat held by the nitrogen gas. The The cooling water closed circuit 60 is provided with an air cooling heat exchanger 62. The air cooling heat exchanger 62 exchanges heat between the nitrogen gas flowing through the heat medium closed circuit 52 and the supply air flowing from the atmosphere and flowing through the supply air introduction path 40 on the downstream side of the water cooling heat exchanger 58. Cool your mind. The nitrogen gas after the supply air is cooled by the air cooling heat exchanger 62 rises in temperature due to the heat release of the supply air, and then returns to the blower 56 through the heat medium closed circuit 52.

空気冷却熱交換器62で冷却された給気は、空気密度が増加し、単位重量当たりの体積流量が減少する。この結果、過給機30において、圧縮機34を駆動するのに必要な動力を低減できるため、過給機30の過給効率を向上できる。また、給気温度を低減することで、過給機30を構成する部材におけるクリープの発生を抑制できるため、過給機30の寿命が長くなる。また、運転可能な回転数を高くできるため、過給機30の性能を向上できる。さらに、高密度の給気を主燃焼機関10に供給できるので、主燃焼機関10の燃焼効率を向上できる。   The supply air cooled by the air cooling heat exchanger 62 has an increased air density and a reduced volumetric flow rate per unit weight. As a result, since the power required to drive the compressor 34 can be reduced in the supercharger 30, the supercharging efficiency of the supercharger 30 can be improved. Moreover, since the generation | occurrence | production of the creep in the member which comprises the supercharger 30 can be suppressed by reducing supply air temperature, the lifetime of the supercharger 30 becomes long. Moreover, since the rotation speed which can be drive | operated can be made high, the performance of the supercharger 30 can be improved. Furthermore, since high-density air supply can be supplied to the main combustion engine 10, the combustion efficiency of the main combustion engine 10 can be improved.

冷却水閉回路60は、空気冷却熱交換器62の下流側で、主燃焼機関10の高温部位に設けられた冷却ジャケット64に導設されている。冷却水閉回路60には水ポンプ66が設けられ、水ポンプ66によって冷却水が矢印方向へ循環する。冷却ジャケット64に導入された冷却水によって、主燃焼機関10の高温部位を冷却できる。冷却ジャケット64を出た冷却水は、水冷却熱交換器58で窒素ガスによって再び冷却される。   The cooling water closed circuit 60 is led to a cooling jacket 64 provided at a high temperature portion of the main combustion engine 10 on the downstream side of the air cooling heat exchanger 62. The cooling water closed circuit 60 is provided with a water pump 66, and the water pump 66 circulates cooling water in the direction of the arrow. The high temperature portion of the main combustion engine 10 can be cooled by the cooling water introduced into the cooling jacket 64. The cooling water exiting the cooling jacket 64 is cooled again by nitrogen gas in the water cooling heat exchanger 58.

次に、冷熱発電装置70の構成を図2により説明する。冷熱発電装置は、熱サイクルとして、熱効率が良く、かつ冷熱発電が可能なブレイトンサイクル又はランキンサイクルを形成する構成機器で構成されるとよい。冷熱発電装置70は、ブレイトンサイクルを形成する冷熱発電装置を2段に構成してなる。図2は1段目の冷熱発電装置を示すが、2段目の冷熱発電装置も基本構成は1段目と同一である。   Next, the configuration of the cold power generator 70 will be described with reference to FIG. The thermal power generation apparatus may be configured by a component that forms a Brayton cycle or a Rankine cycle that has high thermal efficiency and is capable of thermal power generation as a thermal cycle. The cold power generator 70 is configured by configuring two cold heat generators forming a Brayton cycle in two stages. FIG. 2 shows the first-stage cold-power generator, but the basic structure of the second-stage cool-heat generator is the same as that of the first-stage.

図2において、発電機700の両側にタービン702及び圧縮機704が配置され、これらは1本の出力軸706で連結されている。また、タービン702と圧縮機704との間は、冷媒循環路708で接続されている。冷媒循環路708には、熱交換器710、712及び714が設けられている。冷媒として、通常、窒素ガスが用いられる。窒素ガス以外では、ヘリウムやキセノンを用いることができる。図中、各熱交換器に付記された矢印は、熱の出入り方向を示す。   In FIG. 2, a turbine 702 and a compressor 704 are arranged on both sides of the generator 700, and these are connected by a single output shaft 706. The turbine 702 and the compressor 704 are connected by a refrigerant circulation path 708. In the refrigerant circulation path 708, heat exchangers 710, 712, and 714 are provided. Nitrogen gas is usually used as the refrigerant. Other than nitrogen gas, helium or xenon can be used. In the figure, the arrows attached to each heat exchanger indicate the heat entry / exit direction.

図3は、1段目の冷熱発電装置の熱サイクルを示すT−S線図である。熱交換器710には、過給機30のタービン32の排気出口に接続された排気路44が接続され、熱交換器710には、排気路44から300〜500℃の排気が導入される。熱交換器710で、窒素ガスは排気の保有熱により、300℃前後に昇温する(図3中の点A→点B)。熱交換器710で昇温した窒素ガスは、タービン702に送られ、タービン702で断熱膨張して出力軸706を回転させる(図3中の点B→点C)。出力軸706が回転することで、発電機700で電力が発生する。タービン702から排出された窒素ガスは、熱交換器712で、圧縮機704から排出された低温の窒素ガスと熱交換し、冷却される(等圧圧縮;図3中の点C→点D)。   FIG. 3 is a TS diagram showing a thermal cycle of the first-stage cold power generator. An exhaust passage 44 connected to the exhaust outlet of the turbine 32 of the supercharger 30 is connected to the heat exchanger 710, and 300 to 500 ° C. exhaust is introduced into the heat exchanger 710 from the exhaust passage 44. In the heat exchanger 710, the nitrogen gas is heated to around 300 ° C. by the heat retained in the exhaust (point A → point B in FIG. 3). The nitrogen gas heated by the heat exchanger 710 is sent to the turbine 702, where it adiabatically expands and rotates the output shaft 706 (point B → point C in FIG. 3). As the output shaft 706 rotates, power is generated in the generator 700. The nitrogen gas discharged from the turbine 702 is cooled by heat exchange with the low-temperature nitrogen gas discharged from the compressor 704 in the heat exchanger 712 (isobaric compression; point C → point D in FIG. 3). .

熱交換器712で冷却された窒素ガスは、熱交換器714に送られる。熱交換器714には、熱媒体閉回路52が接続され、冷媒循環路708を循環する窒素ガスは、熱媒体閉回路52を循環する−150℃〜−140℃の窒素ガスと熱交換し、−140℃前後に冷却される(等圧圧縮;図3中の点D→点E)。熱交換器714で冷却された窒素ガスは、熱交換部716で発電機700の冷却に供された後、圧縮機704に送られる。圧縮機704で窒素ガスは断熱圧縮される(図3中の点E→点F)。圧縮機704から排出された窒素ガスは、熱交換器712で、タービン702から排出された窒素ガスと熱交換し加熱される(等圧膨張;図3中の点F→点A)。   The nitrogen gas cooled by the heat exchanger 712 is sent to the heat exchanger 714. A heat medium closed circuit 52 is connected to the heat exchanger 714, and the nitrogen gas circulating in the refrigerant circulation path 708 exchanges heat with −150 ° C. to −140 ° C. nitrogen gas circulating in the heat medium closed circuit 52, Cooled to around −140 ° C. (isobaric compression; point D → point E in FIG. 3). The nitrogen gas cooled by the heat exchanger 714 is supplied to the compressor 704 after being used for cooling the generator 700 by the heat exchanger 716. The nitrogen gas is adiabatically compressed by the compressor 704 (point E → point F in FIG. 3). The nitrogen gas discharged from the compressor 704 is heated by exchanging heat with the nitrogen gas discharged from the turbine 702 in the heat exchanger 712 (isobaric expansion; point F → point A in FIG. 3).

2段目の冷熱発電装置(図示省略)は、1段目の冷熱発電装置と同様の構成機器から構成されているが、各構成機器の仕様及び運転条件は異なっている。図4は、2段目の冷熱発電装置の熱サイクルを示している。1段目の冷熱発電装置で、図3中の点F(−70℃前後)の状態にある窒素ガス、即ち、圧縮機704で断熱圧縮された後の窒素ガスを、2段目の冷熱発電装置の圧縮機704の入口(図4中の点E)に供給する。そして、窒素ガスを圧縮機704で断熱圧縮した後(図4中の点E→点F)、1段目の冷熱発電装置と同様の順序で熱サイクルを形成させる。   The second-stage cold-power generator (not shown) is composed of the same components as the first-stage cold-power generator, but the specifications and operating conditions of each component are different. FIG. 4 shows the thermal cycle of the second-stage cold power generator. In the first stage of the thermal power generation apparatus, the second stage of the cold power generation is performed using the nitrogen gas at the point F (around −70 ° C.) in FIG. 3, that is, the nitrogen gas after being adiabatically compressed by the compressor 704. It is supplied to the inlet (point E in FIG. 4) of the compressor 704 of the apparatus. Then, after the nitrogen gas is adiabatically compressed by the compressor 704 (point E → point F in FIG. 4), a thermal cycle is formed in the same order as that of the first-stage cold heat generator.

これによって、1段目の冷熱発電装置及び2段目の冷熱発電装置の両方の発電機700で電力を発生できる。冷熱発電装置70における冷熱発電に供した後の窒素ガスは、水冷却熱交換器58で、冷却水閉回路60を循環する冷却水を冷却する。水冷却熱交換器58に供給される窒素ガスは、0℃以下の温度であり、給気導入路40から導入された大気中の空気を冷却するには十分な低温を保持している。給気導入路40から導入された大気中の空気は、空気冷却熱交換器62で例えば20℃前後に冷却される。冷却された給気は、過給機30の圧縮機32で圧縮された後、主燃焼機関10のシリンダに供給される。   As a result, electric power can be generated by the generators 700 of both the first-stage cold-power generator and the second-stage cold-power generator. The nitrogen gas after being subjected to the cold power generation in the cold power generator 70 cools the cooling water circulating in the cooling water closed circuit 60 by the water cooling heat exchanger 58. The nitrogen gas supplied to the water cooling heat exchanger 58 has a temperature of 0 ° C. or lower, and maintains a sufficiently low temperature to cool the air in the atmosphere introduced from the supply air introduction path 40. Air in the atmosphere introduced from the supply air introduction path 40 is cooled to, for example, about 20 ° C. by the air cooling heat exchanger 62. The cooled supply air is compressed by the compressor 32 of the supercharger 30 and then supplied to the cylinder of the main combustion engine 10.

本実施形態によれば、LNGの冷熱により冷却された熱媒体(窒素ガス)が保有する冷熱を用い、かつ過給機駆動発電機36で得た電力を用いることで、他の冷熱源に頼ることなく、LNGタンク12内のBOGを再液化してLNGタンク12内の圧力上昇を防止できる。また、熱媒体の保有冷熱で冷熱発電を行うと共に、冷熱発電に供した後の熱媒体で、主燃焼機関10に供給される給気の冷却を可能としている。   According to the present embodiment, by using the cold energy held by the heat medium (nitrogen gas) cooled by the cold heat of LNG and using the electric power obtained by the supercharger drive generator 36, it depends on other cold heat sources. Without this, the BOG in the LNG tank 12 can be reliquefied to prevent the pressure in the LNG tank 12 from rising. In addition, cold power generation is performed with the cold heat stored in the heat medium, and the supply air supplied to the main combustion engine 10 can be cooled with the heat medium after being subjected to the cold power generation.

冷熱発電では、主燃焼機関10の排気の保有熱を熱源として用いることで、発電効率を向上できる。冷熱発電で得られた電力は、主燃焼機関10が船舶の推進機関である場合、得られた電力は、推進動力の一部に、あるいは船舶内の冷暖房、空調、給湯等のユーティリティに利用できる。また、主燃焼機関10が陸上の発電設備に設けられている場合、主燃焼機関10の駆動用動力の一部として、又は付属機器の電力として利用できる。また、熱媒体として窒素ガスを用いると共に、LNGが保有する冷熱で直接冷熱発電を行わず、熱媒体が保有する冷熱で冷熱発電を行うことで、安定した冷熱発電を行うことができる。   In the cold power generation, power generation efficiency can be improved by using the retained heat of the exhaust of the main combustion engine 10 as a heat source. When the main combustion engine 10 is a ship propulsion engine, the power obtained by the cold power generation can be used for a part of the propulsion power or for utilities such as air conditioning, air conditioning, and hot water supply in the ship. . Further, when the main combustion engine 10 is provided in an on-shore power generation facility, the main combustion engine 10 can be used as a part of driving power for the main combustion engine 10 or as power for an accessory device. In addition, while using nitrogen gas as a heat medium and not performing cold power generation directly with the cold heat held by LNG, but performing cold heat power generation with the cold heat held by the heat medium, stable cold power generation can be performed.

また、主燃焼機関10に供給される給気を冷却し、給気の密度を増加させることで、主燃焼機関10の出力を増大できる。さらに、冷熱発電に供した後の熱媒体で冷却水を冷却し、比熱が大きくかつハンドリングが容易な冷却水を用いて、主燃焼機関10に供給される給気と、主燃焼機関10の高温部位とを冷却するようにしているので、安定した冷却効果を維持できる。また、給気の冷却においても、極めて大きな温度差があるLNGと給気とを直接熱交換させるのではなく、LNGで冷却された窒素ガスと給気とを熱交換させることで、エクセルギ効率を向上できる。   Moreover, the output of the main combustion engine 10 can be increased by cooling the supply air supplied to the main combustion engine 10 and increasing the density of the supply air. Furthermore, the cooling water is cooled with a heat medium after being subjected to cold power generation, and the supply air supplied to the main combustion engine 10 using the cooling water having a large specific heat and easy handling, and the high temperature of the main combustion engine 10 Since the parts are cooled, a stable cooling effect can be maintained. Also, in the cooling of the supply air, instead of directly exchanging heat between the LNG and the supply air, which have a very large temperature difference, the heat exchange is performed between the nitrogen gas cooled by the LNG and the supply air. Can be improved.

また、冷熱発電装置70では、低温度で熱効率が良いブレイトンサイクルを形成し、かつ2段の冷熱発電装置を用い、2段階のブレイトンサイクルを形成しているので、電力への変換効率を最大とすることができる。また、かかる冷熱発電を行った後の熱媒体が保有する冷熱で、主燃焼機関10に供給される給気を冷却するようにしているので、熱媒体が保有する冷熱のエクセルギ効率を向上できる。   Further, in the cooling / heating power generation apparatus 70, a Brayton cycle having a low temperature and good thermal efficiency is formed, and a two-stage Brayton cycle is formed using a two-stage cooling / heating generation apparatus, so that the conversion efficiency to electric power is maximized. can do. In addition, since the supply air supplied to the main combustion engine 10 is cooled by the cold heat held by the heat medium after performing such cold power generation, the exergy efficiency of the cold heat held by the heat medium can be improved.

なお、空気冷却熱交換器62によって、過給機30の圧縮機34で圧縮した後の給気を冷却するようにしてもよい。あるいは過給機30の入口及び出口の両方に熱交換器を設けるようにしてもよいし、過給機30の入口給気冷却及び出口給気冷却の両方を同じ熱交換器で行ってもよい。   In addition, you may make it cool the air supply after compressing with the compressor 34 of the supercharger 30 with the air cooling heat exchanger 62. FIG. Or you may make it provide a heat exchanger in both the inlet_port | entrance and outlet of the supercharger 30, and you may perform both the inlet_port | entrance air supply cooling and the exit air_supply cooling of the supercharger 30 with the same heat exchanger. .

また、夏季など外気が高温となっている時期で、主燃焼機関10に供給される給気の冷却に多くの冷熱を必要とする時は、冷熱発電装置70のうち、2段目の冷熱発電装置の運転を停止させ、1段目の熱サイクルを終了後のより低温(例えば−70℃前後)な熱媒体を水冷却熱交換器58に循環させるようにしてもよい。これによって、冷却水閉回路60を循環する冷却水の温度を低下させ、主燃焼機関10に供給される給気の冷却効果を増すことができる。   Further, when a lot of cold energy is required for cooling the supply air supplied to the main combustion engine 10 at a time when the outside air is at a high temperature such as in summer, the second-stage cold energy generation in the cold energy generator 70. The operation of the apparatus may be stopped, and a heat medium having a lower temperature (for example, around −70 ° C.) after completion of the first heat cycle may be circulated to the water cooling heat exchanger 58. Thereby, the temperature of the cooling water circulating through the cooling water closed circuit 60 can be lowered, and the cooling effect of the supply air supplied to the main combustion engine 10 can be increased.

(変形例)
本実施形態の冷熱発電装置70はブレイトンサイクルを形成するものであるが、ランキンサイクルを形成する機器で冷熱発電を行なってもよい。以下、ランキンサイクルを形成する冷熱発電装置の基本構成を図5によって説明する。
図5において、この冷熱発電装置72は、冷媒循環路720に、タービン722、ポンプ724、及び熱交換器726,728が設けられている。タービン722の出力軸に発電機730が連結されている。冷媒循環路72は、冷媒として窒素ガスを用いるのがよいが、プロパンや代替フロンを用いることもできる。
(Modification)
Although the thermal power generation apparatus 70 of the present embodiment forms a Brayton cycle, the thermal power generation may be performed by an apparatus that forms a Rankine cycle. Hereinafter, the basic configuration of the thermal power generation apparatus forming the Rankine cycle will be described with reference to FIG.
In FIG. 5, the cold power generator 72 is provided with a turbine 722, a pump 724, and heat exchangers 726 and 728 in a refrigerant circulation path 720. A generator 730 is connected to the output shaft of the turbine 722. In the refrigerant circuit 72, nitrogen gas is preferably used as a refrigerant, but propane or alternative chlorofluorocarbon can also be used.

冷媒は、ポンプ724で熱交換器726に送られるとき、断熱圧縮する。熱交換器726で、冷媒は加熱される(等圧膨張)。熱交換器726で用いられる加熱媒体は、例えば、主燃焼機関10が船舶の推進用機関である場合、海水等が用いられる。主燃焼機関10が陸上の発電設備に設けられた場合、例えばボイラ等が用いられる。熱交換器726で加熱された冷媒は、タービン722で断熱膨張される。タービン722で断熱膨張された冷媒は、熱交換器728で冷却される(等圧圧縮)。熱交換器728では、冷却媒体として、NGで冷却された窒素ガス等の冷却媒体を用いる。   When the refrigerant is sent to the heat exchanger 726 by the pump 724, it is adiabatically compressed. In the heat exchanger 726, the refrigerant is heated (isobaric expansion). As the heating medium used in the heat exchanger 726, for example, seawater or the like is used when the main combustion engine 10 is a marine vessel propulsion engine. When the main combustion engine 10 is provided in an onshore power generation facility, for example, a boiler or the like is used. The refrigerant heated by the heat exchanger 726 is adiabatically expanded by the turbine 722. The refrigerant adiabatically expanded by the turbine 722 is cooled by the heat exchanger 728 (isobaric compression). In the heat exchanger 728, a cooling medium such as nitrogen gas cooled by NG is used as the cooling medium.

かかるランキンサイクルを形成する冷熱発電装置72を用いても、電力への変換効率を向上できる。また、冷熱発電に供した後の冷却媒体によって、主燃焼機関10に供給される給気の冷却を行うことができる。   Even if the cold power generator 72 that forms the Rankine cycle is used, the conversion efficiency into electric power can be improved. Further, the supply air supplied to the main combustion engine 10 can be cooled by the cooling medium after being subjected to the cold power generation.

(実施形態2)
次に、本発明の第2実施形態を図6により説明する。図6において、過給機30のタービン32に排気路80が設けられ、排気路80は排気タービン86に接続されている。排気路80には再熱器82が設けられ、タービン32で仕事をした排気は再熱器82で再加熱される。再熱器82には加熱源導入路84が設けられ、加熱源導入路84から高温の加熱媒体が導入される。再熱器82で該加熱媒体により排気を加熱する。
再熱器82で高温となった排気は排気タービン86に導入され、排気タービン86を回転させる。排気タービン86には排気路89が設けられ、排気路89は冷熱発電装置70まで導設されている。排気タービン86を回転させた後、排気は排気路89から冷熱発電装置70に導入され、その保有熱は冷熱発電装置70の熱源として利用される。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, an exhaust path 80 is provided in the turbine 32 of the supercharger 30, and the exhaust path 80 is connected to an exhaust turbine 86. A reheater 82 is provided in the exhaust path 80, and the exhaust gas that has worked in the turbine 32 is reheated by the reheater 82. The reheater 82 is provided with a heating source introduction path 84, and a high-temperature heating medium is introduced from the heating source introduction path 84. The reheater 82 heats the exhaust with the heating medium.
The exhaust gas heated to a high temperature by the reheater 82 is introduced into the exhaust turbine 86 to rotate the exhaust turbine 86. An exhaust passage 89 is provided in the exhaust turbine 86, and the exhaust passage 89 is led to the cold heat generator 70. After rotating the exhaust turbine 86, the exhaust is introduced into the cold power generator 70 from the exhaust passage 89, and the retained heat is used as a heat source of the cold heat generator 70.

排気タービン86の出力軸には排気タービン駆動発電機88が連結されている。排気タービン86の回転によってタービン駆動発電機88で発電が行われる。タービン駆動発電機88で発生した電力は再液化装置28に供給され、再液化装置28の駆動動力として利用される。その他の構成は前記第1実施形態と同一であり、同一構成に対して同一符号を付している。
本実施形態によれば、前記第1実施形態で得られる作用効果に加えて、補助発電機36及び排気タービン駆動発電機88の両方で得られた電力を再液化装置28の動力として利用できる。
An exhaust turbine drive generator 88 is connected to the output shaft of the exhaust turbine 86. Electric power is generated by the turbine-driven generator 88 by the rotation of the exhaust turbine 86. The electric power generated by the turbine-driven generator 88 is supplied to the reliquefaction device 28 and used as driving power for the reliquefaction device 28. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same configurations.
According to the present embodiment, in addition to the operational effects obtained in the first embodiment, the power obtained by both the auxiliary generator 36 and the exhaust turbine drive generator 88 can be used as the power of the reliquefaction device 28.

(実施形態3)
次に、本発明の第3実施形態を図7により説明する。図7において、蒸気タービン90及び蒸気タービン90の出力軸に連結された蒸気タービン駆動発電機92が設けられている。また、主燃焼機関10には、蒸気タービン90に導設された排気路94が設けられている。主燃焼機関10で生じた排気は、排気路38から過給機30のタービン32に送られるほか、一部の排気は排気路94から蒸気タービン90に送られる。主燃焼機関10から送られた排気で蒸気タービン90が駆動され、蒸気タービン90の駆動によって蒸気タービン駆動発電機92で発電が行われる。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a steam turbine 90 and a steam turbine drive generator 92 connected to the output shaft of the steam turbine 90 are provided. Further, the main combustion engine 10 is provided with an exhaust passage 94 led to the steam turbine 90. Exhaust gas generated in the main combustion engine 10 is sent from the exhaust passage 38 to the turbine 32 of the supercharger 30 and part of the exhaust gas is sent from the exhaust passage 94 to the steam turbine 90. The steam turbine 90 is driven by the exhaust gas sent from the main combustion engine 10, and the steam turbine drive generator 92 generates power by driving the steam turbine 90.

また、蒸気タービン90と冷熱発電装置70との間に排気路96が設けられている。蒸気タービン90を駆動させた後の排気は、排気路96を介して冷熱発電装置70に導入され、冷熱発電装置70の熱源として利用される。その他の実施形態は第2実施形態と同一である。本実施形態によれば、蒸気タービン駆動発電機92で得られる電力を、主燃焼機関10で必要な電力又は他の用途に利用できる。   An exhaust path 96 is provided between the steam turbine 90 and the cold power generator 70. The exhaust gas after driving the steam turbine 90 is introduced into the cold power generator 70 via the exhaust passage 96 and used as a heat source of the cold heat generator 70. Other embodiments are the same as those of the second embodiment. According to the present embodiment, the electric power obtained by the steam turbine drive generator 92 can be used for electric power required for the main combustion engine 10 or for other applications.

(実施形態4)
次に、本発明の第4実施形態を図8により説明する。本実施形態は前記第2実施形態のさらに別な変形例である。図8において、冷却水閉回路60は、熱交換部64の下流側及び水冷却熱交換器58の上流側で冷熱発電装置70まで導設された増設路60aを有している。これによって、熱媒体閉回路52を流れる熱媒体は、空気冷却熱交換器62で大気から取り入れられる空気で加熱され、かつ冷却ジャケット64で主燃焼機関10の保有熱を吸収した後、冷熱発電装置70に導入される。冷熱発電装置70では、熱媒体の保有熱で冷熱発電を行う。冷熱発電に供された後の冷却水は、水冷却熱交換器58で熱媒体と熱交換し冷却される。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is a further modification of the second embodiment. In FIG. 8, the cooling water closed circuit 60 has an additional path 60 a that is led to the cooling power generation device 70 on the downstream side of the heat exchange unit 64 and the upstream side of the water cooling heat exchanger 58. As a result, the heat medium flowing through the heat medium closed circuit 52 is heated by the air taken in from the atmosphere by the air cooling heat exchanger 62 and absorbs the heat retained by the main combustion engine 10 by the cooling jacket 64, and then the cold power generator 70. The cold power generation apparatus 70 performs cold power generation using the heat retained by the heat medium. The cooling water after being subjected to the cold power generation is cooled by exchanging heat with the heat medium in the water cooling heat exchanger 58.

なお、前記第2実施形態には、排気路89から導入される排気の保有熱で冷熱発電装置70を作動させていたが、本実施形態では、排気路89に排出された排気は、浄化処理を施された後、外部に排出される。その他の構成は第2実施形態と同一である。
本実施形態によれば、冷熱発電装置70の冷熱発電に、大気や主燃焼機関10の熱を吸収し水蒸気となった冷却水が保有する大きな熱量を利用できる。また、比熱が大きい冷却水を熱媒体とするので、冷熱発電装置70で用いられる冷媒との熱交換効率を向上できる。
In the second embodiment, the cold power generator 70 is operated by the retained heat of the exhaust gas introduced from the exhaust passage 89, but in this embodiment, the exhaust gas discharged to the exhaust passage 89 is purified. After being applied, it is discharged to the outside. Other configurations are the same as those of the second embodiment.
According to the present embodiment, a large amount of heat possessed by the cooling water that has absorbed the heat of the atmosphere and the main combustion engine 10 to become water vapor can be used for the cold power generation of the cold power generator 70. In addition, since the cooling water having a large specific heat is used as the heat medium, the efficiency of heat exchange with the refrigerant used in the cold power generator 70 can be improved.

(実施形態5)
次に、本発明の第5実施形態を図9により説明する。図9において、過給機30の圧縮機34の高温部位に冷却ジャケット100が設けられている。冷却ジャケット100に冷却水循環路102が接続され、冷却水循環路102は、冷熱発電装置70に導設されている。冷却水循環路102には、冷却水を循環させる水ポンプ104が設けられている。冷熱発電装置70には、圧縮機34の高温部位で加熱された冷却水が冷却水循環路102を介して送られる。冷熱発電装置70は、該冷却水の保有熱で駆動される。排気路89に排出された排気は、浄化処理を施された後、外部に排出される。その他の構成は第2実施形態と同一である。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 9, a cooling jacket 100 is provided at a high temperature portion of the compressor 34 of the supercharger 30. A cooling water circulation path 102 is connected to the cooling jacket 100, and the cooling water circulation path 102 is led to the cold heat generator 70. The cooling water circulation path 102 is provided with a water pump 104 for circulating the cooling water. Cooling water heated at a high-temperature portion of the compressor 34 is sent to the cold heat generator 70 via the cooling water circulation path 102. The cold power generator 70 is driven by the retained heat of the cooling water. The exhaust discharged to the exhaust passage 89 is subjected to a purification process and then discharged to the outside. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

本実施形態によれば、圧縮機34で発生した給気の圧縮熱を利用して冷熱発電を行うことができる。   According to the present embodiment, cold power generation can be performed using the compression heat of the supply air generated by the compressor 34.

(実施形態6)
次に、本発明の第6実施形態を図10により説明する。図10において、冷熱回収熱交換器54及び再液化装置28の間で、熱媒体閉回路52に蓄冷装置110が設けられている。蓄冷装置110は、例えばエチレングリコール−水系の蓄冷剤を貯蔵した蓄冷槽からなる。その他の構成は第2実施形態と同一である。
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10, a cold storage device 110 is provided in the heat medium closed circuit 52 between the cold heat recovery heat exchanger 54 and the reliquefaction device 28. The cool storage device 110 is composed of, for example, a cool storage tank that stores an ethylene glycol-water-based cool storage agent. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

熱媒体閉回路52を循環する熱媒体に余剰冷熱が生じた場合、熱媒体閉回路52を循環する窒素ガスを蓄冷槽110内に導入し、蓄冷装置110に貯蔵された蓄冷剤を冷却することで、冷熱を蓄積できる。これによって、窒素ガスが保有する冷熱量を調整でき、運転条件に過不足ない冷熱量に調整できる。また、蓄冷装置110が保有する冷熱を状況に応じて放出し、例えば再液化装置28の駆動用など、他の用途に有効利用できる。さらに、蓄冷装置110を冷熱回収熱交換器54の直下流側の熱媒体閉回路52に設けたことで、冷熱回収熱交換器54で高圧LNGから受け取った冷熱を蓄冷装置110に蓄積しやすいという利点がある。   When excessive cooling heat is generated in the heat medium circulating in the heat medium closed circuit 52, nitrogen gas circulating in the heat medium closed circuit 52 is introduced into the cold storage tank 110 to cool the cold storage agent stored in the cold storage device 110. And cold energy can be accumulated. As a result, the amount of cold heat held by the nitrogen gas can be adjusted, and the amount of cold heat that is not excessive or insufficient in the operating conditions can be adjusted. Moreover, the cool heat which the cool storage apparatus 110 holds is discharge | released according to a condition, For example, for the drive of the reliquefaction apparatus 28, it can utilize effectively. Furthermore, by providing the cold storage device 110 in the heat medium closed circuit 52 immediately downstream of the cold heat recovery heat exchanger 54, the cold heat received from the high pressure LNG by the cold heat recovery heat exchanger 54 can be easily stored in the cold storage device 110. There are advantages.

なお、本実施形態では、蓄熱装置110が冷熱回収熱交換器54と再液化装置28との間の熱媒体閉回路52に設けられているが、蓄冷装置110の配置位置は、特にこの位置に限定されない。   In the present embodiment, the heat storage device 110 is provided in the heat medium closed circuit 52 between the cold heat recovery heat exchanger 54 and the reliquefaction device 28, but the arrangement position of the cold storage device 110 is particularly at this position. It is not limited.

(実施形態7)
次に、本発明の第7実施形態を図11により説明する。本実施形態では、冷熱回収熱交換器54と再液化装置28との間の熱媒体閉回路52から分岐し、ブロア56の上流側の冷熱回収熱交換器54に接続されたバイパス流路120が設けられている。そして、バイパス流路120に蓄冷装置122が設けられている。蓄冷装置122は前記第6実施形態の蓄冷装置110と同一構成を有している。また、蓄冷装置122の下流側で、バイパス流路120から分岐して、再液化装置28の上流側で熱媒体閉回路52に接続された分岐路124が設けられている。熱媒体閉回路52、バイパス流路120及び分岐路124には、夫々図示の位置に流量調整弁126,128及び129が設けられている。その他の構成は第2実施形態と同一である。
(Embodiment 7)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the bypass flow path 120 branched from the heat medium closed circuit 52 between the cold heat recovery heat exchanger 54 and the reliquefaction device 28 and connected to the cold heat recovery heat exchanger 54 on the upstream side of the blower 56 is provided. Is provided. A cold storage device 122 is provided in the bypass channel 120. The cold storage device 122 has the same configuration as the cold storage device 110 of the sixth embodiment. Further, a branch path 124 that branches from the bypass flow path 120 on the downstream side of the regenerator 122 and is connected to the heat medium closed circuit 52 on the upstream side of the reliquefaction apparatus 28 is provided. The heat medium closed circuit 52, the bypass flow path 120, and the branch path 124 are respectively provided with flow rate adjusting valves 126, 128, and 129 at the illustrated positions. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

熱媒体閉回路52を循環する窒素ガスに余剰冷熱が生じたときは、流量調整弁126及び128を操作し、窒素ガスの一部をバイパス流路120に導入する。バイパス流路120に導入された窒素ガスから蓄冷装置122で余剰冷熱を蓄積する。
本実施形態によれば、バイパス流路120を設けたことで、蓄冷装置122に導入する窒素ガス量の調整が容易になる。そのため、蓄冷装置122に蓄積する冷熱量の調整が容易になる。蓄冷装置122で蓄積した冷熱は、必要に応じてバイパス流路120を介して熱媒体閉回路52に戻すことができる。また、流量調整弁129を開放することで、蓄積した冷熱を再液化装置28に直接供給することもできる。
When excessive cooling heat is generated in the nitrogen gas circulating through the heat medium closed circuit 52, the flow rate adjusting valves 126 and 128 are operated to introduce a part of the nitrogen gas into the bypass flow path 120. Excess cold heat is accumulated in the regenerator 122 from the nitrogen gas introduced into the bypass flow path 120.
According to this embodiment, the provision of the bypass flow path 120 facilitates adjustment of the amount of nitrogen gas introduced into the cold storage device 122. Therefore, it becomes easy to adjust the amount of cold heat accumulated in the cold storage device 122. The cold energy accumulated in the cold accumulator 122 can be returned to the heat medium closed circuit 52 via the bypass channel 120 as needed. Further, the accumulated cold heat can be directly supplied to the reliquefaction device 28 by opening the flow rate adjustment valve 129.

(実施形態8)
次に、本発明の第8実施形態を図12により説明する。本実施形態は、図10に示す第6実施形態の変形例である。図12において、熱媒体閉回路52を循環する窒素ガスを加温する加温熱交換器130を設けている。加温熱交換器130には、例えば、主燃焼機関10から排出される排気や海水等の熱媒体が流れる熱媒体流路132が接続されている。これらの熱媒体が窒素ガスと熱交換して窒素ガスを加温する。その他の構成は、図10に示す第6実施形態と同一である。
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is a modification of the sixth embodiment shown in FIG. In FIG. 12, a heating heat exchanger 130 for heating the nitrogen gas circulating in the heat medium closed circuit 52 is provided. For example, a heating medium flow path 132 through which a heating medium such as exhaust gas discharged from the main combustion engine 10 or seawater flows is connected to the heating heat exchanger 130. These heat media exchange heat with nitrogen gas to heat the nitrogen gas. Other configurations are the same as those of the sixth embodiment shown in FIG.

熱媒体閉回路52を循環する窒素ガスが必要以上に余剰冷熱を保有した場合などに、加温熱交換器130で窒素ガスを加温し、強制的に余剰冷熱を消費させることができる。即ち、加温熱交換器130による窒素ガスの加温と、蓄冷装置110による蓄冷とで、熱媒体閉回路52を循環する窒素ガスの保有冷熱量をバランスさせることができる。さらには、主燃焼機関10の給気として導入される外気の温度や、加温熱交換器130の熱媒体として用いられる海水の温度等に基づき、窒素ガスの保有冷熱を利用する機器類、例えば、再液化装置28、冷熱発電装置70、水冷却熱交換器58及び冷却ジャケット64の作動を制御することで、主燃焼機関10や冷熱発電装置70の運転の最適化を達成できる。   When the nitrogen gas circulating through the heat medium closed circuit 52 retains excessive cooling heat more than necessary, the heating gas heats the nitrogen gas by the heating heat exchanger 130 to forcibly consume the excessive cooling heat. That is, the amount of cold heat held by the nitrogen gas circulating in the heat medium closed circuit 52 can be balanced by the heating of the nitrogen gas by the heating heat exchanger 130 and the cold storage by the cold storage device 110. Further, based on the temperature of the outside air introduced as the supply air to the main combustion engine 10, the temperature of seawater used as the heating medium of the heating heat exchanger 130, etc. By controlling the operations of the reliquefaction device 28, the cold power generator 70, the water cooling heat exchanger 58 and the cooling jacket 64, the operation of the main combustion engine 10 and the cold power generator 70 can be optimized.

前記各実施形態において、熱媒体閉回路52を循環する窒素ガスは、過給機30の入口給気温度を設定範囲内に維持するため、高圧LNGの流量変化に対応して次のような制御が可能である。主燃焼機関10の出力を低下させる場合には、ブースタポンプ22から供給される高圧LNGの流量が低下するように制御され、同時に、窒素ガスの循環流量も低下させる。一方、主燃焼機関10の出力を増加させる場合には、ブースタポンプ22から供給される高圧LNGの流量が増加するように制御され、同時に、窒素ガスの循環流量も増加させる。即ち、冷熱源となる高圧LNGの流量変化(冷熱量変動)に対応して、窒素ガスの循環量がバランスするように制御する。   In each of the embodiments described above, the nitrogen gas circulating in the heat medium closed circuit 52 maintains the inlet supply temperature of the supercharger 30 within a set range, and therefore the following control is performed in response to the flow rate change of the high pressure LNG. Is possible. When the output of the main combustion engine 10 is decreased, the flow rate of the high pressure LNG supplied from the booster pump 22 is controlled to decrease, and at the same time, the circulation flow rate of nitrogen gas is also decreased. On the other hand, when the output of the main combustion engine 10 is increased, the flow rate of the high-pressure LNG supplied from the booster pump 22 is controlled to increase, and at the same time, the circulation flow rate of nitrogen gas is also increased. That is, the control is performed so that the circulation amount of the nitrogen gas is balanced in accordance with the flow rate change (cooling amount fluctuation) of the high-pressure LNG serving as the cooling heat source.

また、過給機30の入口給気温度が設定値より低下した場合、空気冷却熱交換器62に対して、低温の窒素ガスが過剰供給されていることを意味する。そこで、再液化装置28のような第1の冷熱消費源で多くの冷熱量が消費されるように制御することで、空気冷却熱交換器62に供給される窒素ガスの温度を上昇させる。また、熱媒体閉回路52にバイパス流路を設けて空気冷却熱交換器62に供給する窒素ガス量を低減する。あるいは、ブロア56の運転を制御して窒素ガスの循環流量を低下させる。これらの制御で、過給機30の入口給気温度の最適化が可能になる。冷熱回収熱交換器54をバイパスする窒素ガス流路を設けてバイパス量を調整すれば、熱媒体閉回路52を循環する窒素ガスの温度を調整できる。   Further, when the inlet air supply temperature of the supercharger 30 is lower than the set value, it means that low temperature nitrogen gas is excessively supplied to the air cooling heat exchanger 62. Therefore, the temperature of the nitrogen gas supplied to the air-cooling heat exchanger 62 is raised by controlling the first cooling heat consumption source such as the reliquefaction device 28 so that a large amount of cooling heat is consumed. In addition, a bypass flow path is provided in the heat medium closed circuit 52 to reduce the amount of nitrogen gas supplied to the air cooling heat exchanger 62. Alternatively, the operation of the blower 56 is controlled to reduce the circulation flow rate of nitrogen gas. With these controls, the inlet air supply temperature of the supercharger 30 can be optimized. If a nitrogen gas flow path that bypasses the cold heat recovery heat exchanger 54 is provided to adjust the bypass amount, the temperature of the nitrogen gas circulating in the heat medium closed circuit 52 can be adjusted.

また、過給機30の入口給気温度が設定値より上昇した場合には、空気冷却熱交換器62に供給される窒素ガス量が少ないか、あるいは窒素ガス温度が高い状況にあることを意味する。そこで、過給機30の入口給気温度が設定値より低下した場合と逆の制御をすることで、過給機30の入口給気温度の最適化が可能になる。   When the inlet air supply temperature of the supercharger 30 rises above the set value, it means that the amount of nitrogen gas supplied to the air cooling heat exchanger 62 is small or the nitrogen gas temperature is high. To do. Therefore, the inlet air supply temperature of the supercharger 30 can be optimized by performing the control opposite to the case where the inlet air supply temperature of the supercharger 30 is lower than the set value.

本発明によれば、低温液化燃料が保有する冷熱の利用効率を高めることで、低温液化燃料を燃料とする燃焼機関の熱効率向上を可能にでき、かつ省エネを達成できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermal efficiency improvement of the combustion engine which uses a low-temperature liquefied fuel as a fuel can be enabled by increasing the utilization efficiency of the cold heat which a low-temperature liquefied fuel holds, and energy saving can be achieved.

10 主燃焼機関
12 LNGタンク
14 サブマージドポンプ
16、20、24 供給路
18 サクションドラム
22 ブースタポンプ
26 BOG循環路
28 再液化装置
30 過給機
32 タービン
34 圧縮機
36 過給機駆動発電機
38、44、80、89、96 排気路
40 給気導入路
42 圧縮給気路
50 冷熱回収装置
52 熱媒体閉回路
54 冷熱回収熱交換器
56 ブロア
58 水冷却熱交換器
60 冷却水閉回路
60a 増設路
62 空気冷却熱交換器
64,100 冷却ジャケット
66,104 水ポンプ
70、72 冷熱発電装置
700,730 発電機
702,722 タービン
704 圧縮機
706 出力軸
708,720 冷媒循環路
710,712,714,726,728 熱交換器
724 ポンプ
82 再熱器
84 加熱源導入路
86 排気タービン
88 排気タービン駆動発電機
90 蒸気タービン
92 蒸気タービン駆動発電機
102 冷却水循環路
110,122 蓄冷装置
120 バイパス流路
124 分岐路
126,128,129 流量調整弁
130 加温熱交換器
132 熱媒体流路
FS 燃料供給系統
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Main combustion engine 12 LNG tank 14 Submerged pump 16, 20, 24 Supply path 18 Suction drum 22 Booster pump 26 BOG circulation path 28 Reliquefaction device 30 Supercharger 32 Turbine 34 Compressor 36 Supercharger drive generator 38, 44, 80, 89, 96 Exhaust path 40 Supply air introduction path 42 Compressed air supply path 50 Cold heat recovery device 52 Heat medium closed circuit 54 Cold heat recovery heat exchanger 56 Blower 58 Water cooling heat exchanger 60 Cooling water closed circuit 60a Additional path 62 Air-cooled heat exchanger 64,100 Cooling jacket 66,104 Water pump 70, 72 Chilled power generator 700,730 Generator 702,722 Turbine 704 Compressor 706 Output shaft 708,720 Refrigerant circuit 710,712,714,726 728 Heat exchanger 724 Pump 82 Reheater 84 Heating source Inlet path 86 Exhaust turbine 88 Exhaust turbine drive generator 90 Steam turbine 92 Steam turbine drive generator 102 Cooling water circulation path 110, 122 Cold storage device 120 Bypass path 124 Branch path 126, 128, 129 Flow rate adjusting valve 130 Heating heat exchanger 132 Heat medium flow path FS Fuel supply system

Claims (11)

低温液化燃料を貯留する低温液化燃料タンクと、
低温液化燃料を気化させて得られる燃料ガスを燃料として動力を発生させる燃焼機関と、
該燃焼機関から排出される排気で駆動されるタービン部、及び該タービン部と連動し、圧縮空気を前記燃焼機関に送るコンプレッサ部からなる過給機と、
前記燃焼機関のシリンダ内に前記燃料ガスを供給する低温液化燃料供給系統に設けられ、前記低温液化燃料タンクから導入した前記低温液化燃料を昇圧させるブースタポンプと、
熱媒体閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液化燃料とを熱交換させ、前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、
前記低温液化燃料タンクの気相部に接続されたボイルオフガス循環路に設けられ、前記冷熱回収熱交換器で冷却された熱媒体の冷熱を用い、前記ボイルオフガス循環路を循環して流れるボイルオフガスを再液化させる再液化部と、
前記再液化部でボイルオフガスの再液化に供された後の熱媒体が保有する冷熱、及び前記燃焼機関自体又は該燃焼機関から排出される排気が保有する熱を用いて冷熱発電を行う冷熱発電部と、
前記再液化部でボイルオフガスの再液化に供された後の熱媒体が保有する冷熱で、前記過給機のコンプレッサ部に導入される前記燃焼機関の給気又は該コンプレッサ部で加圧した後の該給気を冷却する給気冷却熱交換機構とを備えていることを特徴とする低温液化燃料の冷熱利用装置。
A low temperature liquefied fuel tank for storing the low temperature liquefied fuel; and
A combustion engine that generates power using fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquefied fuel; and
A turbocharger composed of a turbine section driven by exhaust gas discharged from the combustion engine, and a compressor section that is linked to the turbine section and sends compressed air to the combustion engine;
A booster pump provided in a low-temperature liquefied fuel supply system for supplying the fuel gas into a cylinder of the combustion engine, and for boosting the low-temperature liquefied fuel introduced from the low-temperature liquefied fuel tank;
A heat recovery heat exchanger that heat-exchanges the heat medium flowing through the heat medium closed circuit and the high-pressure low-temperature liquefied fuel boosted by the booster pump, and cools the heat medium;
A boil-off gas which is provided in a boil-off gas circulation path connected to the gas phase part of the low-temperature liquefied fuel tank and flows through the boil-off gas circulation path using the cold heat of the heat medium cooled by the cold recovery heat exchanger. A re-liquefaction part for re-liquefying,
Cold power generation that performs cold power generation using the cold heat held by the heat medium after being subjected to reliquefaction of the boil-off gas in the reliquefaction unit, and the heat held by the combustion engine itself or exhaust gas discharged from the combustion engine And
After cooling by the heat medium that has been provided for reliquefaction of the boil-off gas in the reliquefaction unit, after supply to the combustion engine introduced into the compressor unit of the supercharger or after being pressurized by the compressor unit And an air supply / cooling heat exchanging mechanism for cooling the air supply.
前記空気冷却熱交換機構が、
冷却水が循環して流れる冷却水閉回路と、
前記冷熱発電部で冷熱発電を行った後の熱媒体が保有する冷熱で、前記冷却水を冷却する水冷却熱交換器と、
前記水冷却熱交換器で冷却された冷却水を用い、前記過給機のコンプレッサ部に導入される空気又は該コンプレッサ部で加圧後の空気を冷却する空気冷却熱交換器とで構成され、
前記冷却水閉回路が前記燃焼機関に導設され、前記空気冷却熱交換器で前記給気を冷却した冷却水を用いて、前記燃焼機関の高温部位を冷却するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
The air cooling heat exchange mechanism is
A cooling water closed circuit in which the cooling water circulates,
A water-cooling heat exchanger that cools the cooling water with the cold heat possessed by the heat medium after performing cold-power generation in the cold-power generation unit;
Using cooling water cooled by the water-cooling heat exchanger, the air-cooling heat exchanger configured to cool the air introduced into the compressor unit of the supercharger or the air pressurized by the compressor unit,
The cooling water closed circuit is installed in the combustion engine, and is configured to cool a high-temperature portion of the combustion engine using cooling water obtained by cooling the supply air with the air cooling heat exchanger. The cold heat utilization apparatus of the low-temperature liquefied fuel of Claim 1.
前記過給機の出力で駆動される過給機駆動発電機を備え、
該過給機駆動発電機で得た電力を補助動力として前記再液化部に供給すると共に、
前記過給機のタービン部から排出される排気の保有熱を用いて、前記冷熱発電部で冷熱発電を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
Comprising a supercharger-driven generator driven by the output of the supercharger;
While supplying the electric power obtained by the supercharger-driven generator to the reliquefaction unit as auxiliary power,
The cold energy utilization apparatus for low-temperature liquefied fuel according to claim 1 or 2, wherein the cold heat power generation section performs cold power generation using the retained heat of the exhaust gas discharged from the turbine section of the supercharger.
前記過給機のタービン部から排出される排気で駆動される排気タービンと、
該排気タービンから排出される排気を再加熱する再熱器と、
該排気タービンの出力軸と連結された排気タービン駆動発電機とを備え、
前記排気タービン駆動発電機で得た電力を補助電力として前記再液化部に供給すると共に、前記排気タービンから排出される排気の保有熱を用いて、前記冷熱発電部で冷熱発電を行うことを特徴とする請求項3に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
An exhaust turbine driven by exhaust discharged from the turbocharger turbine section;
A reheater for reheating the exhaust discharged from the exhaust turbine;
An exhaust turbine drive generator connected to the output shaft of the exhaust turbine,
The electric power obtained by the exhaust turbine drive generator is supplied as auxiliary power to the reliquefaction unit, and the cold heat generation unit performs cold power generation using the retained heat of the exhaust discharged from the exhaust turbine. The cold heat utilization apparatus of the low-temperature liquefied fuel of Claim 3.
前記燃焼機関の排気で駆動する蒸気タービンと、
該蒸気タービンの出力軸と連結された蒸気タービン駆動発電機とを備え、
前記蒸気タービンから排出される排気の保有熱を用いて、前記冷熱発電部で冷熱発電を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
A steam turbine driven by the exhaust of the combustion engine;
A steam turbine drive generator connected to the output shaft of the steam turbine,
3. The cold energy utilization apparatus for low-temperature liquefied fuel according to claim 1, wherein the cold heat generation unit performs cold power generation using the retained heat of the exhaust discharged from the steam turbine.
前記冷却水閉回路を前記冷熱発電部まで導設し、
前記燃焼機関の高温部位を冷却した後の前記冷却水の保有熱を用いて、前記冷熱発電部で冷熱発電を行うことを特徴とする請求項2に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
The cooling water closed circuit is led to the cold power generation unit,
The cold energy utilization apparatus for low-temperature liquefied fuel according to claim 2, wherein the cold heat power generation unit performs cold power generation using the retained heat of the cooling water after cooling a high temperature portion of the combustion engine.
前記過給機のコンプレッサ部の高温部位及び前記冷熱発電部に導設された冷却水循環路を備え、
前記コンプレッサ部を冷却した後の冷却水の保有熱を用いて、前記冷熱発電部で冷熱発電を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
A high-temperature portion of the compressor unit of the supercharger and a cooling water circulation path led to the cold power generation unit,
3. The cold energy utilization apparatus for low-temperature liquefied fuel according to claim 1, wherein the cold power generation unit performs cold power generation using the retained heat of the cooling water after cooling the compressor unit. 4.
前記熱媒体閉回路又は前記熱媒体閉回路から分岐したバイパス流路に蓄冷装置を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。   The cold energy utilization apparatus for low-temperature liquefied fuel according to claim 1, wherein a cold storage device is provided in the heat medium closed circuit or a bypass flow path branched from the heat medium closed circuit. 前記熱媒体閉回路に設けられ、該熱媒体閉回路を循環して流れる熱媒体の余剰冷熱を回収する加温熱交換器を備え、
前記蓄冷装置の蓄熱量及び前記加温熱交換器の熱交換量を調整し、前記熱媒体閉回路の保有冷熱量を調整することを特徴とする請求項8に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
A heating heat exchanger provided in the heat medium closed circuit, for recovering surplus cold heat of the heat medium flowing through the heat medium closed circuit;
The cold energy utilization device for low-temperature liquefied fuel according to claim 8, wherein the amount of cold heat stored in the heat medium closed circuit is adjusted by adjusting a heat storage amount of the cold storage device and a heat exchange amount of the heating heat exchanger. .
前記冷熱発電部は、ブレイトンサイクル又はランキンサイクルを形成する熱機関で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。   The cold heat generating unit according to claim 1, wherein the cold power generation unit includes a heat engine that forms a Brayton cycle or a Rankine cycle. 前記冷熱発電部は、2段ブレイトンサイクルを形成する熱機関で構成され、
前記空気冷却熱交換機構は、前記冷熱発電部で冷熱発電を行った後の前記熱媒体で、前記過給機のコンプレッサ部に導入される空気又は該コンプレッサ部で加圧した後の空気を冷却するものであることを特徴とする請求項10に記載の低温液化燃料の冷熱利用装置。
The cold power generation unit is composed of a heat engine that forms a two-stage Brayton cycle,
The air cooling heat exchange mechanism cools the air introduced into the compressor unit of the supercharger or the air after being pressurized by the compressor unit with the heat medium after performing the cold power generation in the cold power generation unit. The cold heat utilization apparatus of the low-temperature liquefied fuel of Claim 10 characterized by the above-mentioned.
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