以下に図面を用いて本発明の実施の形態を� ��明する。
  本発明に係る冷却サイクル系統は、冷媒� �熱交換させることで被冷却媒体を冷却する� �のである。冷却後の被冷却媒体は、これを� �熱源として利用する熱利用施設に供給され� �。熱利用施設の一例としては、例えば気体� �状態の天然ガスを冷却し液化する施設が挙� �られる。天然ガスは液化することにより体� �が減少し運搬効率が向上する。勿論、天然� �スを液化する施設に限らず冷却後の被冷却� �体を熱源として利用できる施設であれば、� �発明の冷却サイクル系統の被冷却媒体の利� �先とすることができる。

 <第1の実施の形態>
 (構成)
 図1は本発明の第1の実施の形態に係る冷却� �イクル系統を用いた天然ガス液化設備の全� �構成図である。

 図示した天然ガス液化設備の主要な構成� ��素としては、天然ガス導入配管20から導入� �た天然ガス(気体状態)を冷却して液化する主 熱交換器21、作動媒体である冷媒(以下“第1� �媒”と記載する)により天然ガスを冷却する� ��媒(以下“第2冷媒”と記載する)を冷却する� ��1冷却サイクル系統61、及び第1冷却サイクル 系統61により冷却された第2冷媒を主熱交換器 21に供給する第2冷却サイクル系統60が挙げら� ��る。第1冷却サイクル系統61が、作動媒体で� ��る冷媒(以下“補助冷媒”と記載する)によ� �第1冷媒を冷却する補助冷却機構62を備えて� �る点が特徴的構成である。

 第1冷却サイクル系統61は、プロパンを作� ��流体としており、冷媒圧縮機1、凝縮器10、� ��液器11、膨張機構18、蒸発機構19を有してい� ��。

 冷媒圧縮機1は、蒸発機構19からの第1冷媒 を圧縮するもので、低圧圧縮機2、中圧圧縮� �3、高圧圧縮機4の複数段(本例では3段)の圧縮 機を備えている。低圧圧縮機2、中圧圧縮機3� ��高圧圧縮機4には、それぞれ配管56,55,54を介� ��て蒸発機構19からの第1冷媒が導かれるよう� ��なっている。冷媒圧縮機1を構成する低圧圧 縮機2・中圧圧縮機3・高圧圧縮機4は駆動源で ある電動機5と同軸に連結され、電動機5の回� ��動力により回転駆動する。電動機5はガスタ ービン発電装置(図示せず)からの供給電力に� ��り駆動される。

 上記凝縮器10は、冷媒圧縮機1の出口に配� ��50を介して接続しており、外気又は海水等� �冷熱源と熱交換させることにより、冷媒圧� �機1で圧縮された第1冷媒を冷却して凝縮させ る。

 受液器11は、配管49を介して凝縮器10に接� ��しており、凝縮器10で凝縮した第1冷媒を受� ��入れる。

 膨張機構18は、受液器11から供給された液 体の第1冷媒を膨張させるもので、本実施の� �態では、高圧膨張弁12、中圧膨張弁13、低圧� ��張弁14の複数の膨張弁で膨張機構18を構成す ることで、第1冷媒を段階的に膨張させ減温� �せるようになっている。

 蒸発機構19は、配管41を通る第2冷媒から� �を奪うとともに奪った熱で第1冷却サイクル� ��統61の第1冷媒を蒸発させるものである。本� ��施の形態では、高圧蒸発器15、中圧蒸発器16 、低圧蒸発器17の複数の蒸発器で蒸発機構19� �構成することにより、膨張機構18で膨張させ て低温化させた第1冷媒と熱交換させて配管41 を流通する第2冷媒を順次冷却すると同時に� �張機構18で膨張した第1冷媒を蒸発させる。

 高圧蒸発器15は配管51を介して受液器11に� ��続しており、高圧膨張弁12は配管51の途中に 設けられている。中圧蒸発器16は配管52を介� �て高圧蒸発器15に接続しており、中圧膨張弁 13は配管52の途中に設けられている。低圧蒸� �器17は配管53を介して中圧蒸発器16に接続し� �おり、低圧膨張弁14は配管53の途中に設けら� ��ている。蒸発器15-17は、それぞれ配管54,55,56 を介して冷媒圧縮機1の高圧圧縮機4・中圧圧� ��機3・低圧圧縮機2に接続している。

 蒸発器15-17をそれぞれ圧縮機4,3,2に接続す る配管54-56の途中には、高圧吸込調整機構71� �中圧吸込調整機構72、低圧吸込調整機構73が� ��れぞれ設けられており、運転状態に応じて� ��媒圧縮機1の吸気流量を調整することができ る構成となっている。これら吸込調整機構71- 73は、図1に示したように弁で構成することも できるし、圧縮機2-4に入口案内羽根(IGV:イン� ��ットガイドベーン)を用いることもできる。

 第2冷却サイクル系統60の第2冷媒を流通す る配管41は気液分離器27に接続しており、第1� ��却サイクル系統61により所定温度(例えば-35� ��)まで冷却された第2冷媒は気液分離器27によ って気液分離され、液相成分が配管43を介し� ��、気相成分が配管44を介してそれぞれ気液� �離器27から主熱交換器21内部に流通される。

 気液分離器27から延びる配管43,44は、主熱 交換器21の内部を通った後で一旦主熱交換器2 1の外部に取り出され、主熱交換器21の内部に 設置したノズル35,36に再び接続している。配� ��43,44の主熱交換器21の外部に一旦導かれた部 分には、それぞれ膨張弁33,34が設けられてお� ��、配管43,44を流通する第2冷媒は膨張弁33,34� �断熱膨張し温度を低下させ、これにより低� �化された第2冷媒がノズル35,36から主熱交換� �21の内部に散布される。

 主熱交換器21は、伝熱経路28,29,30,31,32を内 部に備えている。伝達経路28は配管43の途中� �設けられており、気液分離器27で気相成分と 分離された第2冷却サイクル系統60における第 2冷媒の液相成分を主熱交換器21内のさらに低 温の第2冷媒と熱交換させる。伝達経路29,30は 配管44の途中に設けられており、気液分離器2 7からの第2冷媒の気相成分を主熱交換器21内� �第2冷媒と熱交換させる。伝達経路31,32は天� �ガス導入配管20の途中に設けられており、配 管20を流通する天然ガスを主熱交換器21内の� �2冷媒と熱交換させる。

 なお、特に図示していないが、天然ガス� ��入配管20には、その上流側において、酸性� �ス除去工程、水分除去工程など、液化工程� �必要な前処理工程を終えた天然ガスが導か� �る。また、天然ガス導入配管20は、主熱交換 器21を通った後、主熱交換器21の外部に延在� �ている。天然ガス導入配管20における主熱交 換器21の下流側には膨張弁37が設けられてい� �。

 第2冷却サイクル系統60は、例えばメタン� ��エタン・プロパンからなる混合冷媒を作動� ��体(すなわち第2冷媒)としており、低圧圧縮� ��23、高圧圧縮機24、中間冷却器25、後置冷却� ��26、電動機85を備えている。低圧圧縮機23は� ��管40を介して主熱交換器21に接続しており、 低圧圧縮機23には主熱交換器21内に一次貯留� �れた第2冷媒が配管40を介して低圧圧縮機23の 入口に導かれる。低圧圧縮機23と高圧圧縮機2 4は配管48を介して接続しており、低圧圧縮機 23から吐出された第2冷媒は配管48を介して高� ��圧縮機24の入口に導かれる。高圧圧縮機24の 出口には第1冷却サイクル系統61を通る配管41� ��接続しており、第2冷却サイクル系統60を経� ��第2冷媒は配管41を流通して第1冷却サイクル 系統61に導かれる。中間冷却器25は配管48に設 けられ、後置冷却器26は配管41に設けられて� �る。また、低圧圧縮機23及び高圧圧縮機24は� ��の駆動装置である電動機85と同軸に連結さ� �る。電動機85は、図示しないガスタービン発 電装置からの供給電力により駆動される。

 補助冷却機構62は、配管47内を流通する補 助冷媒と熱交換させることで受液器11内に貯� ��された第1冷媒を冷却し、第1冷却サイクル� �統61の第1冷媒を冷却する。本実施の形態で� �、補助冷却機構62でもプロパンを冷媒として いるが、補助冷却機構62で用いる補助冷媒の� ��類は限定されない。補助冷却機構62は、電� �機84、電動機84によって駆動される圧縮機81� �圧縮機81で圧縮された補助冷媒を大気あるい は海水に放熱して凝縮させる凝縮器82、凝縮� ��82で凝縮させた補助冷媒を膨張させて低温� �発生させる膨張弁83、膨張弁83で膨張して得� ��れた低温の補助冷媒と熱交換させて受液器1 1内の第1冷媒を冷却する蒸発器80からなって� �る。配管47は圧縮機81の吐出口から受液器11� �の蒸発器80を通って圧縮機81の吸込口に接続� ��る。凝縮器82・膨張弁83は、配管47の圧縮機8 1から蒸発器80に接続する部分に上流側からこ の順で設けられている。

 なお、補助冷却機構62の補助冷媒がプロ� �ンである必要は必ずしもないが、プロパン� �、自然冷媒であって地球温暖化への影響が� �さいこと、第1冷却サイクル系統61と共用で� �ること、入手が容易であること等のメリッ� �がある。

 (定常運転時の動作)
 まず、図1に示した天然ガス液化設備の定常 運転時の動作を説明する。なお、以下に適宜 記載されるプラント各所の温度・圧力は、運 転時に想定される状態量の一例であってプラ ントの仕様を限定するものではない。

 第1冷却サイクル系統61において、受液器1 1に貯蔵された40℃,1.5MPa程度の液体プロパン� �第1冷媒は、配管51を流れる途中で高圧膨張� �12により0.63MPa程度まで減圧され、断熱膨張� �ることによって0.63MPaのプロパンの飽和温度� ��対応した9℃程度の気液混合状態となる。

 高圧蒸発器15では、9℃程度の第1冷媒のう ち液相部分が蒸発し、蒸発潜熱を奪うことに より、配管41から供給される約40℃の第2冷却� ��イクル系統60の第2冷媒を冷却する。その後� ��気相の第1冷媒は配管54を経由して高圧圧縮� ��4に供給され、1.5MPa程度まで圧縮される。一 方、液相の第1冷媒は、配管52を経由して中圧 膨張弁13に供給され、0.25MPa程度まで断熱膨張 することにより飽和温度である-19℃程度の気 液混合状態となる。

 中圧蒸発器16では、-19℃程度の第1冷媒の� ��ち液相部分が蒸発し、蒸発潜熱を奪うこと� ��より、第2冷却サイクル系統60の第2冷媒をさ らに低温まで冷却する。その後、気相の第1� �媒は配管55を経由して中圧圧縮機3に供給さ� �、0.63MPa程度まで圧縮される。一方、液相の� ��1冷媒は、配管53を経由して低圧膨張弁14に� �給され、0.1MPa程度まで断熱膨張することに� �り、飽和温度である-41℃程度の気液混合状� �となる。

 低圧蒸発器17では、-41℃程度の第1冷媒の� ��てを蒸発させて第2冷却サイクル系統60の第2 冷媒を-35℃程度まで冷却する。蒸発した第1� �媒は、配管56を経由して低圧圧縮機2に供給� �れ圧縮される。

 一方、-35℃程度まで冷却された第2冷却サ イクル系統60の第2冷媒は、一部が液化される ので気液分離器27で気液分離させる。気液分� ��器27で分離された液相の第2冷媒は、配管43� �ら主熱交換器21の伝熱経路28に供給されて、� ��らに低温の第2冷媒と熱交換し約-100℃程度� �で冷却される。約-100℃の第2冷媒は、膨張弁 33で断熱膨張することで約-120℃まで冷却され 、主熱交換器21のノズル35に供給される。ノ� �ル35から散布された第2冷媒は、主熱交換器21 の内部で、伝熱経路28の液相の第2冷媒、伝熱 経路29の気相の第2冷媒、伝熱経路30の天然ガ� ��をそれぞれ冷却する。

 気液分離器27の気相の第2冷媒は、配管44� �ら主熱交換器21の伝熱経路29に供給され、さ� ��に低温の第2冷媒と熱交換し約-100℃まで冷� �される。さらに、下流側の伝熱経路30で、ノ ズル35から散布される約-170℃の第2冷媒と熱� �換して約-150℃まで冷却され、大部分が凝縮� ��る。この約-150℃の第2冷媒は、膨張弁34で断 熱膨張することで約-170℃まで冷却され、主� �交換器21のノズル36に供給される。ノズル36� �ら散布された低温の第2冷媒は、主熱交換器2 1の内部で、伝熱経路30の第2冷媒、伝熱経路32 の天然ガスをそれぞれ約-150℃まで冷却する� �

 このようにして約-150℃まで冷却された天 然ガスは、配管45を経由して膨張弁37に導か� �、そこで大気圧近くまで断熱膨張し-162℃程� ��の液化天然ガスとして取り出される。

 伝熱経路30,32で熱交換して温度上昇した� �2冷媒は、下流側で伝熱経路28-30の冷却に再� �用される。伝熱経路28-30を冷却した後の第2� �媒は、配管40により、第2冷却サイクル系統60 の低圧圧縮機23に供給される。以下、低圧圧� ��機23による圧縮と中間冷却器25による冷却、 高圧圧縮機24による圧縮と後置冷却器26によ� �冷却を経て、約40℃,5MPaとなった第2冷媒は、 第1冷却サイクル系統61により約-35℃まで冷却 されて再び主熱交換器21に供給され、原料天� ��ガスの液化に利用される。

 (起動時の動作)
 続いて図1-図3で起動時の動作を説明する。

 天然ガス液化設備を構成する各設備は、� ��助冷却機構62、第1冷却サイクル系統61、第2� ��却サイクル系統60、主熱交換器21の順で起動 することが望ましい。

 起動前の時点で、第1冷却サイクル系統61� ��受液器11の第1冷媒の温度は外気によって温� ��られて約40℃まで上昇しており、受液器11及 び配管49-56の内部は40℃の第1冷媒(プロパン)� �飽和圧力である約1.4MPaとなっている。本実� �の形態では、この時点(冷媒圧縮機1の起動前 )で補助冷却機構62を起動し、第1冷却サイク� �系統61の受液器11の第1冷媒を想定冷却温度で ある約-25℃まで冷却する。受液器11の第1冷媒 を-25℃程度まで冷却することにより、第1冷� �サイクル系統61の第1冷媒の圧力は、-25℃の� �ロパンの飽和圧力である0.2MPa程度まで低下� �る。

 このとき、高圧膨張弁12・中圧膨張弁13・ 低圧膨張弁14の開度は、定格運転時の各弁の� ��口圧力がそれぞれ0.63MPa,0.25MPa,0.1MPa程度とな るように予め設定されている。

 図2(a)は起動後の第1冷却サイクル系統61の 冷媒圧縮機1の回転数変化(運転スケジュール) の一例を表した図である。

 この図2(a)に示した運転スケジュールでは 、冷媒圧縮機1の負荷が許容範囲以下であれ� �、回転数が30秒程度で定格値に達するように 想定されている。

 図2(b)は高圧吸込調整機構71・中圧吸込調� ��機構72・低圧吸込調整機構73の開度の変化を 表した図である。

 図2(b)に示したように、起動時にはこれら 吸込調整機構71-73の微開(例えば開度30%程度)� �し、低圧圧縮機2・中圧圧縮機3・高圧圧縮機 4の吸込流量と吸込圧力を低下させ、起動ト� �ク・吸込圧力・吐出圧力を低下させる。そ� �後、時間の経過とともに、吸込調整機構71-73 の開度を増加させ、吸込流量・吸込圧力を定 格値(全開:開度100%)まで増加させる。

 図3は本実施の形態における冷媒圧縮機1� �起動時の圧力・流量の変化を表した図であ� �。

 ここでは図3を用いて起動時の低圧圧縮機 2・中圧圧縮機3・高圧圧縮機4の動作について 述べる。

 本実施の形態では、受液器11に保有する� �媒が-25℃程度まで冷却されており、起動時� �第1冷却サイクル系統61内の第1冷媒の圧力は� ��-25℃のプロパンの飽和圧力である0.2MPa程度� ��なっている。したがって、冷媒圧縮機1の起 動直後における受液器11の内部圧力は0.2MPa程� ��であるが、低圧膨張弁14及び低圧吸込調整� �構73の圧力損失作用により、低圧圧縮機2の� �込配管56の圧力は定格運転条件である0.1MPaに 向かって低下する(図3(a))。低圧圧縮機2の圧� �比は冷媒圧縮機1の回転数とともに上昇し、� ��圧圧縮機2の吐出圧力は定格条件である0.25MP aに向かって上昇する(図3(b))。

 中圧圧縮機3の吸込圧力は、配管55からの� ��気流量と低圧圧縮機2の吐出圧力により決ま るが、冷媒圧縮機1の回転数上昇に伴って定� �運転条件である0.25MPaに向かって上昇する(図 3(a))。中圧圧縮機3の圧力比は冷媒圧縮機1の� �転数とともに上昇し、中圧圧縮機3の吐出圧� ��は定格条件の0.63MPaに向かって上昇する(図3( b))。

 高圧圧縮機4の吸込圧力は、配管54からの� ��気流量と中圧圧縮機3の吐出圧力により決ま るが、冷媒圧縮機1の回転数上昇に伴って定� �運転条件である0.63MPaに向かって増加する(図 3(a))。高圧圧縮機4の圧力比は冷媒圧縮機1の� �転数とともに上昇し、高圧圧縮機4の吐出圧� ��は定格条件の1.5MPaに向かって上昇する(図3(b ))。

 これらの冷媒圧縮機1の内部を流れる第1� �媒の質量流量の時間変化は図3(c)のようにな� ��。同図では定格運転時の高圧圧縮機4の吸込 質量流量を1.0とする相対値で示してある。中 圧圧縮機3に流入する第1冷媒は、配管55から� �い込まれる第1冷媒と低圧圧縮機2から吐出さ れた第1冷媒が合流するため、低圧圧縮機2の� ��量よりも多くなっている。また、高圧圧縮� ��4に流入する第1冷媒は、配管54から吸い込ま れる第1冷媒と中圧圧縮機3から吐出された第1 冷媒が合流するため、中圧圧縮機3の流量よ� �もさらに多くなる。これらの流量の変化特� �は、それぞれの冷媒圧縮機1の回転数・吸込� ��度・入口圧力・出口圧力で決まる。

 高圧圧縮機4から吐出する第1冷媒は、100� �を超える高温となるが凝縮器10により40℃程� ��まで冷却され、圧力条件に応じて液体また� ��気液混合の状態で受液器11に流入する。受� �器11では、当初-25℃程度であった第1冷媒と� �合され最終的には40℃程度まで温度上昇する 。定格運転時の高圧圧縮機4の吐出圧力は1.5MP a程度で飽和圧力よりも高圧であるため、第1� ��媒は液体として受液器11に貯蔵される。

 受液器11の第1冷媒は、高圧膨張弁12によ� �減圧され、高圧膨張弁12の出口では最終的に 定格条件である0.63MPa程度となり、温度は飽� �温度である9℃程度となる。

 高圧蒸発器15では、第1冷媒の液相部分が� ��発し、蒸発潜熱を奪うことにより第2冷却サ イクル系統60の第2冷媒を冷却する。気相の第 1冷媒は配管54から高圧圧縮機4に供給され圧� �される。一方、液相の第1冷媒は配管52から� �圧膨張弁13に供給され、断熱膨張して定格運 転条件である0.25MPa,-19℃の状態に向かう。

 中圧蒸発器16では、中圧膨張弁13で断熱膨 張した液相の第1冷媒が蒸発し、蒸発潜熱を� �うことにより第2冷却サイクル系統60の第2冷� ��をさらに冷却する。気相のプロパン冷媒は� ��管55から中圧圧縮機3に供給され、圧縮され� ��。一方、液相の第1冷媒は、配管53から低圧� ��張弁14に供給され、断熱膨張して定格運転� �件である0.1MPa,-41℃の状態に向かう。

 低圧蒸発器17では、低圧膨張弁14で断熱膨 張した液相の第1冷媒が蒸発して、第2冷却サ� ��クル系統60の第2冷媒を冷却し、蒸発した第1 冷媒は配管56から低圧圧縮機2に供給され圧縮 される。

 (作用効果)
 図5は本実施の形態におけるプロパン冷媒圧 縮機の起動時のトルク変化を表した図である 。

 冷媒圧縮機1の駆動トルクは、必要動力を 回転数で除したものに比例し、必要動力は圧 縮機の吸込質量流量と比エンタルピ変化に比 例する。図5における「低圧」「中圧」「高� �」という記載は、それぞれ低圧圧縮機2、中� ��圧縮機3、高圧圧縮機4の必要トルクであり� �「合計」という記載は、それら必要トルク� �合計値である。また、同図における「駆動� �」という記載は、一般的な誘導電動機のト� �ク曲線である。誘導電動機は、定格回転数� �りもやや低い回転数で最大トルクを発生す� �特性を持ち、起動過程では常に定格運転時� �りも駆動トルクが大きく、図2で示したよう� ��冷媒圧縮機1の運転スケジュールと吸込調整 機構の操作により無理なく起動できることが 判る。

 一方、補助冷却機構62を省略した場合の� �動時の圧縮機出入り口の圧力、質量流量の� �化を比較例として図4に示す。

 この比較例でも、起動前の第1冷却サイク ル系統61の受液器11の第1冷媒の温度は、外気� ��よって温められて40℃程度まで上昇する。� �た、受液器11及び配管49-56の内部は、40℃の� �ロパンの飽和圧力である1.4MPa程度まで上昇� �る。

 冷媒圧縮機1を起動した後、低圧圧縮機2� �中圧圧縮機3・高圧圧縮機4の吸込圧力は定格 値に向かって徐々に低下する(図4(a))。これら 圧縮機2-4の吐出圧力も圧縮機の圧力比特性に 従って一旦上昇した後、定格値に向かって徐 々に低下する(図4(b))。

 圧縮機2-4の内部を流れる第1冷媒の質量流 量は図4(c)に示したような傾向になる。圧縮� �2-4の吸込流量は、回転数が同一であれば体� �流量がほぼ一定となる特性があり、流体の� �力が高い場合には質量流量が増加する。図4( c)では定格運転時の高圧圧縮機4の吸込質量流 量を1.0とした相対値を示しているが、起動後 、系内の圧力が低下するまでの間、高圧圧縮 機4の吸込質量流量は定格値の1.5から2倍にも� ��することがわかる。

 図6は図4の比較例における冷媒圧縮機1の� ��動時のトルク変化を示した図である。

 図6の各線の示す内容は図5に対応させて� �る。比較例では、起動直後に、吸込質量流� �が定格時よりも増加することから、起動時� �必要なトルクは定格運転時よりも大きく、� �動源の発生トルクを超過することが判る。� �って、図4の比較例では図2で示した運転スケ ジュールは成立せず、第1冷却サイクル系統61 を起動することができない。

 それに対して本実施の形態では、前述し� ��通り補助冷却機構62で冷媒圧縮機1の起動前� ��第1冷媒を冷却しておくことで、冷媒圧縮機 1の吸気の質量流量を大幅に低減することが� �きるので、冷媒圧縮機1の起動に必要な駆動� ��ルク(所要動力)を低減することができ、仮� �起動時の駆動源の発生トルクが小さくても� �安定に第1冷却サイクル系統61、具体的には� �媒圧縮機1を起動することができる。

 また、起動時に冷媒圧縮機1から吐出され る冷媒を外部に排出しないので、冷媒圧縮機 1の吐出圧力の上昇にかかる時間を短縮し、� �却サイクルの起動完了までに要する時間を� �縮することができる。また冷媒が浪費され� �こともない。

 ここで、上述したように、補助冷却機構6 2を冷媒圧縮機1の起動時に駆動させることに� ��り、第1冷却サイクル系統61の起動時のトル� ��を低減させることができるが、定常運転時� ��は、補助冷却機構62、具体的には電動機84及 び圧縮機81を動作させる必要は必ずしもない� ��ただし、定常運転時に補助冷却機構62を動� �させた場合、受液器11の第1冷媒の温度を低� �させる効果があり、気象条件などにより凝� �器10の冷却能力が不足した場合でも、受液器 11の第1冷媒を冷却することができ、により大 気温度や海水温度が高くても第1冷却サイク� �系統61の冷媒流量を定格流量に維持する効果 が期待でき、年間を通した液化天然ガスの安 定生産への寄与にも期待できる。

 <第2の実施の形態>
 (構成)
 図7は本発明の第2の実施の形態に係る冷却� �イクル系統を用いた天然ガス液化設備の全� �構成図である。

 本実施の形態は、第1の実施の形態と同じ く冷却サイクル系統を備えた天然ガス液化設 備に係るものであるが、第1冷却サイクル系� �61や第2冷却サイクル系統60、主熱交換器21の� ��成は第1の実施の形態と同様であるので第1� �却サイクル系統61の一部を除いて図示省略し てある。第1冷却サイクル系統61については、 冷媒圧縮機1、凝縮器10、受液器11、膨張機構1 8、蒸発機構19のみ簡略的に図示してある。本 実施の形態でも、第1冷却サイクル系統61や冷 却サイクル60の各圧縮機は電動機により駆動� ��る構成であり、本実施の形態の天然ガス液� ��設備には、これら電動機に供給する電力を� ��電する発電用ガスタービン設備100と、この� ��スタービン設備100の吸気を冷却する吸気冷� ��系統200が設けられている。

 発電用ガスタービン設備100は、吸気ダク� ��87から外気を吸入して圧縮する空気圧縮機91 、圧縮した空気と燃料を混合して燃焼させ高 温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器86、燃焼� ��スを膨張させて運動エネルギーに変換する� ��ービン93、タービン93の運動エネルギーを電 力に変換する発電機92を備えている。発電用� ��スタービン設備100には、タービン93の排気� �ら排熱を回収して水蒸気を発生させる排熱� �収ボイラ94、排熱回収ボイラ94を通過した排� ��を大気に放出するスタック95が接続してあ� �。

 発電用ガスタービン設備100の吸気を冷却� ��る吸気冷却系統200は、吸気冷却熱交換器90� �より吸入した外気を冷却する吸気冷却熱交� �器90と、吸気冷却熱交換器90は補助冷却機構6 2Aの補助冷媒と熱交換するための蒸発器68と� �備えている。

 吸気冷却熱交換器90は、吸気ダクト87にお ける空気圧縮機91の上流側に設けられており� ��蒸発器68と配管65,66を介してループ上に接続 されている。配管65,66内を流通する冷媒(以下 “第3冷媒”と記載する)は、エチレングリコ� ��ル混合水などの不凍液であって、配管66の� �中に設けたポンプ69により配管65,66内を循環� ��、蒸発器68を通過する際に吸収式冷却機96(� �述)の補助冷媒と熱交換して冷却され、配管6 5を経由して吸気冷却熱交換器90に戻り空気圧 縮機92の吸気と熱交換して加熱された後、再� ��配管66を経由してポンプ69に吸入される構成 となっている。

 さらに、吸気冷却系統200は、調節弁99を� �するバイパス配管101と、配管65を流通する第 3冷媒の温度を検出する温度検出手段97と、温 度検出手段97の検出信号に応じて調節弁99の� �度を制御する制御装置98を備えている。バイ パス配管101は、配管66におけるポンプ69の吐� �側と配管65を接続し、調整弁99を開くとポン� ��69から吐出された第3冷媒の一部又は全部が� ��発器68を通過せずに配管65を流れる第3冷媒� �合流する。温度検出手段97は配管65に設置さ� ��ており、温度検出手段97の検出信号は制御� �置98に出力される。制御装置98は、予め設定� ��れた冷媒温度と調節弁99の開度の相関関係� �基に、温度検出手段97からの検出信号に応じ て調節弁99の開度を調整するように構成され� ��いる。

 補助冷却機構62Aは、配管57-59内を流通す� �補助冷媒と熱交換させることで受液器11内に 貯留された第1冷媒を冷却し、第1冷却サイク� ��系統61の第1冷媒を冷却する。この補助冷却� ��構62Aは、受液器11内の蒸発器80の他、排熱回 収ボイラ94から生成する水蒸気を熱源として� ��動し補助冷媒を冷却する吸収式冷却機96を� �えている。本実施の形態では吸収式冷却機96 の補助冷媒として-60℃程度まで冷却可能なア ンモニアが想定されるが、補助冷却機構62Aで 用いる補助冷媒の種類は限定されない。

 吸収式冷却機96は、受液器11内の蒸発器80� ��蒸発器68、排熱回収ボイラ94に対してそれぞ れ配管58,59,102を介して接続している。また、 吸収式冷却機96と蒸発器68を接続する配管58は 、蒸発器68を通って受液器11内の蒸発器80と吸 収式冷却機96を接続する配管59に合流してい� �。配管58から分岐した配管57は、受液器11内� �蒸発器80に接続し、蒸発器80内を通る配管を� ��して配管59に接続している。

 配管57,59の途中には、それぞれ遮断弁75a,7 5bが設けられており、配管58における蒸発器68 の上流側及び下流側には、それぞれ遮断弁76a ,76bが設けられている。

 吸収式冷却機96で生成した低温の補助冷� �の供給先は、前述したように配管を構成し� �ことにより、遮断弁75a,75b,76a,76bの切り替え� �作することで、冷却サイクル61の受液器11の� ��発器80とガスタービンの吸気冷却系統の蒸� �器68に切り替え可能である。

 (起動時の動作)
 プロパン冷媒サイクル61の起動時には、発� �用ガスタービン設備100が起動した後、まず� �断弁75a,75bを開き、遮断弁76a,76bを閉じた状態 で、補助冷却機構62を動作させる。すると、� ��熱回収ボイラ94からの水蒸気により駆動す� �吸収式冷却機96から低温の補助冷媒が蒸発器 80に供給され、補助冷媒が蒸発器80で蒸発す� �ことによって冷却サイクル61の受液器11の第1 冷媒が冷却される。第2冷却サイクル系統60や 主熱交換器21の動作は第1の実施の形態と同様 である。

 次に、プロパン冷媒サイクル61の起動後� �、遮断弁75a,75bを閉じ、遮断弁76a,76bを開いて 、ガスタービンの吸気冷却系統の蒸発器68に� ��助冷媒を供給する。すると蒸発器68では、� �ンプ69に駆動された温度15℃程度の第3冷媒が 、補助冷媒の蒸発に伴って-30℃程度まで冷却 される。-30℃程度まで冷却された第3冷媒は� �調節弁99の経路から流入する温度15℃程度の� ��3冷媒と混合して、5℃程度の第3冷媒となる� ��5℃程度の第3冷媒は、配管65から吸気冷却熱 交換器90に供給され、ガスタービンの吸気と� ��交換して15℃程度まで加熱される。その際� �ガスタービンの吸気は、吸気ダクト87からの 吸入時に30℃程度だったものが10℃程度まで� �却され、空気圧縮機91に供給される。

 このとき、調節弁99の弁解度は、温度検� �手段97の出力信号を受けた制御装置98により� ��配管65に流入する第3冷媒の温度が5℃程度と なるようにフィードバック制御されている。

 (作用効果)
 本実施の形態においても補助冷却機構62Aを� ��けたことにより第1の実施の形態と同様の効 果を得ることができる。

 加えて、例えば夏季等の気温が高い条件� ��は吸気の密度低下によりガスタービンの出� ��低下を招く恐れがあるが、本実施の形態で� ��ガスタービンの吸気を冷却することにより� ��スタービンの出力低下を抑制することがで� ��る。また、ガスタービンの出力低下を補う� ��的で別の発電設備を準備することがあるが� ��本実施の形態の場合、発電設備を別途用意� ��ざるを得ない状況が生じ難く、発電設備を� ��要最小限に抑えることもできる。

 さらに、ガスタービンの吸気冷却系統に� ��いて、調節弁99を有するバイパス経路によ� �第3冷媒の温度を調節することにより、過度� ��冷却により吸気冷却熱交換器90の表面で吸� �中の湿分が凍結することを防止するメリッ� �もある。

 <改造方法>
 補助冷却設備62,62Aは、圧縮機を有する冷却� ��イクル系統の冷媒を冷却し、それにより冷� ��サイクル系統の圧縮機の起動トルクを軽減� ��るものである。したがって、既存の冷却サ� ��クル系統に対して追加可能なものであり、� ��助冷却機構62,62Aを追加設置することで、本� ��明の冷却サイクル系統を構成することがで� ��る。具体的には、冷媒を圧縮する冷媒圧縮� ��と、この冷媒圧縮機で圧縮された冷媒を冷� ��し凝縮させる凝縮器と、この凝縮器で凝縮� ��れた冷媒を受け入れる受液器と、この受液� ��からの冷媒を膨張させる膨張機構と、この� ��張機構で膨張させた冷媒と熱交換させて冷� ��対象を冷却し冷媒圧縮機に供給される冷媒� ��蒸発させる蒸発機構とを備えた冷却サイク� ��系統が既にあれば、この既存の冷却サイク� ��系統に対して、補助冷媒を流通させる配管� ��上記受液器内に通し、この配管を流通する� ��助冷媒と熱交換させることにより上記冷媒� ��縮機の起動前に受液器内の冷媒を冷却する� ��うになすことで、本発明の冷却サイクル系� ��が構成可能である。

 <その他>
 なお、以上においては、冷却サイクル61の� �媒圧縮機1や冷却サイクル60の圧縮機23,24の駆 動源に電動機を用いたが、ガスタービンを各 圧縮機の駆動軸に連結しガスタービンを駆動 源として用いることもできる。ガスタービン は一軸式でも二軸式でも良いが、起動時の発 生トルクが小さな一軸式ガスタービンの方が 本発明の適用効果が大きい。ガスタービンを 圧縮機の駆動源に用いる場合、前述した第2� �実施の形態ではガスタービンの吸気を冷却� �て発電出力低下を防止する構成としたが、� �却サイクル61の冷媒圧縮機1や冷却サイクル60 の圧縮機23,24の駆動用ガスタービンの吸気を� ��却する構成とすることもできる。この場合� ��気温が高い場合でも、各冷却サイクルの圧� ��機の出力低下を防止することができ、年間� ��通じて天然ガス液化の生産量を安定に保持� ��る効果が得られる。

 また、補助冷却機構62,62Aで用いる補助冷� ��としてプロパンやアンモニアを用いたが、� ��却温度の条件を満たすものであれば他の冷� ��物質を用いても良い。また、補助冷却機構6 2,62Aを用いて受液器11の第1冷媒の冷却温度を- 25℃程度と想定したが、冷媒圧縮機1の起動ト ルクの低減に働く想定温度であれば良い。例 えば、補助冷却機構62,62Aによる冷媒圧縮機1� �起動時点での受液器11内の第1冷媒の想定冷� �温度の例としては、凝縮器10の出口の冷媒温 度以下、或いは、冷媒圧縮機1の定格運転時� �吸い込み圧力に対応する冷媒の飽和温度以� �が挙げられる。しかし、第1冷媒の冷却温度� ��低いほど起動時のトルクは小さくはなるが� ��冷却温度が低過ぎると定格運転時の温度条� ��との差が大きくなり起動後に定格運転条件� ��到達するまでの時間が長くなる場合がある� ��したがって、冷媒圧縮機1の駆動源のトルク を上回らないよう、実際の駆動源のトルク特 性に合わせて過冷却とならない程度に受液器 11内の第1冷媒の冷却温度を設定すれば良い。

 さらに、本実施の形態では、単独の第1冷 却サイクル系統61に、専用の補助冷却機構62,6 2Aを設ける場合を例に挙げて説明したが、冷� ��圧縮機を有する複数の冷却サイクル系統に� ��用の補助冷却機構を設けることも考えられ� ��。その場合、各冷却サイクル系統を起動す� ��タイミングをずらすように運転スケジュー� ��を組めば、各冷却サイクル系統の受液器内� ��設置する蒸発器以外の機器(図1の圧縮機81・ 凝縮器82・膨張弁83・電動機84、図7の吸収式� �却器96等)は増設する必要がないので設備コ� �トの増加を抑制することができる。