(構成)
 図1を用いて本発明に係る冷凍サイクル系統 の第1実施例を説明する。

 本冷却系統は、例えばプロパンを作動流� ��としており、冷媒圧縮機3、凝縮器6、受液� �5、膨張部25、蒸発部26を有している。

 冷媒圧縮機3は、一軸式のガスタービン27� ��同軸に連結され、ガスタービン27とともに� �体となって回転軸4を中心に回転するロータ� ��構成する。ガスタービン27は、外気を吸い� �んで圧縮する空気圧縮機1、この空気圧縮機1 からの圧縮空気とともに燃料を燃焼して燃焼 ガスを発生させる燃焼器(図示せず)、燃焼器� ��らの燃焼ガスにより回転動力を得るタービ� ��2を備えている。空気圧縮機1の入口にはIGV(� ��ンレットガイドベーン)31が設けられており� ��空気圧縮機1への吸気流量が調整可能になっ ている。冷媒圧縮機3は、これに直結された� �スタービン27の回転動力を駆動源としてガス タービン27と同一回転数で回転し、蒸発部26� �被冷却媒体を冷却した後で配管21~23を介して 導かれた冷媒を圧縮する。

 IGV31は操作盤36からの指令信号S31により開 度調整される。操作者は、操作盤36の操作に� ��る制御対象の手動操作も操作盤36内に格納� �た自動運転プログラムによる自動運転も可� �である。なお、操作盤36の制御対象とは、代 表的には、IGV31他、後述する各弁13,15,16,18,31,4 1,42やガスタービン27の燃焼器の燃料供給系統 等が挙げられる。また、ガスタービン27の回� ��数は回転数検出器35により検出され、回転� �検出器35により検出された回転数の検出信号 S35は操作盤36に出力される。回転数検出器35� �、一体となって回転するガスタービン27及び 冷媒圧縮機3のロータのどの部分の回転数を� �出するようにしても良いが、図1では冷媒圧� ��機3のロータの回転数を検出している。

 操作盤36は、内部に制御装置を備えてお� �、回転数検出器35からの検出信号S35を基にガ スタービン27の回転数を演算する演算手段と� ��ての機能、制御対象であるIGV31、各弁13,15,16 ,18,31,41,42等に開度を操作者の操作に応じて指 令する指令信号を出力する制御部としての機 能、或いは格納した自動運転プログラムによ り制御対象を自動制御する制御部としての機 能を有する。これらの機能は同一の操作盤36� ��持たせずに独立した複数の制御装置に分担� ��せても良い。

 上記凝縮器6は、冷媒圧縮機3の出口に配� �20を介して接続しており、配管11を介して導� ��れた外気又は海水等の冷熱源と熱交換させ� ��ことにより、冷媒圧縮機3で圧縮された冷媒 を冷却して凝縮させる。

 受液器5は、配管17を介して凝縮器6に接続 しており、凝縮器6で凝縮した冷媒を受け入� �る。配管17の途中には弁16が設けられている� ��弁16は操作盤36からの指令信号S16により開度 調整される。

 膨張部25は、受液器5から供給された液体� ��冷媒を膨張させるものであり、本実施例で� ��、高圧膨張弁18、中圧膨張弁41、低圧膨張弁 42の複数の膨張弁で構成することで、冷媒を� ��階的に膨張させ減温させるようになってい� ��。膨張弁18,41,42は操作盤36からの指令信号S18 ,S41,S42によりそれぞれ開度調整される。

 蒸発部26は、配管10を通る被冷却媒体から 熱を奪うとともに奪った熱で冷媒を蒸発させ るものである。本実施例では、高圧蒸発器9� �中圧蒸発器8、低圧蒸発器7の複数の蒸発器で 蒸発部26を構成することにより、膨張部25で� �生した低温冷媒と熱交換させて配管10を流通 する被冷却媒体を順次冷却すると同時に膨張 部25で膨張した冷媒を蒸発させる。

 高圧蒸発器9は配管19を介して受液器5に接 続しており、高圧膨張弁18は配管19の途中に� �けられている。中圧蒸発器8は配管28を介し� �高圧蒸発器9に接続しており、中圧膨張弁41� �配管28の途中に設けられている。低圧蒸発器 7は配管29を介して中圧蒸発器8に接続してお� �、低圧膨張弁42は配管29の途中に設けられて� ��る。蒸発器7~9は、それぞれ配管23,22,21を介� �、冷媒圧縮機3の低圧段・中圧段・高圧段に� ��続している。

 配管10を流通する被冷却媒体は、例えば� �メタン・エタン・プロパンからなる混合冷� �を作動流体とした混合冷媒サイクル系統(図� ��せず)から供給されており、高圧蒸発器9、� �圧蒸発器8、低圧蒸発器7で順次冷却される。 最終的に低圧蒸発器7で例えば-35℃程度まで� �却された配管10は、図示しない天然ガス冷却 系統へ送られ、例えば天然ガスを冷却する冷 熱源として利用される。

 さらに、本実施例の冷凍サイクル系統に� ��いては、配管17(凝縮器6の下流側)と冷媒圧� �機3の入口を接続する戻り流路12、戻り流路12 の途中に設けた絞り弁13、戻り流路12から分� �して外気に連通した放風流路14、及び放風流 路14の途中に設けた放風弁15を有している。� �り流路12は凝縮器6で凝縮された冷媒を冷媒� �縮機3の入口に戻す流路であり、絞り弁13は� �り流路12を流れる冷媒の流量を制御する絞り 部である。放風流路14は冷媒圧縮機3から吐出 された圧縮冷媒の一部を大気へ放風(放出)す� ��流路であり、放風弁15は放風流路14を流れる 冷媒の流量(大気放出量)を制御する絞り部で� ��る。絞り弁13及び放風弁15の開度は操作盤36� ��らの指令信号S13,S15によりそれぞれ制御され る。

 (定常運転時の動作)
 図1及び図2を用いて本実施例の冷凍サイク� �系統の定常運転状態の動作を説明する。以� �の説明では、作動媒体にプロパンを用いた� �合を例に挙げて説明し、各段階において考� �られ得る冷媒や被冷却媒体の温度や圧力の� �例を(括弧)内に記載する。また、以下の動作 は、操作盤36による手動操作によるものであ� ��ても、操作盤36内に予め格納してある自動� �転プログラムに順ずる操作盤36内の制御装置 の自動制御によるものであっても良い。

 図2は本実施例の冷凍サイクル系統の起動 時から定常運転時にかけての各弁の開度及び 冷媒圧縮機3の入口圧、出口圧の時間変化を� �したグラフである。

 定常運転時すなわち定格負荷定格回転数( FSFL)に達した後は、回転数検出器35からの検� �信号S35に応じて操作盤36内で演算されたガス タービン27の回転数を基に、ガスタービン27� �回転数が実質一定になるように絞り弁13等の 開度を制御する。具体的には、定常運転時に 移行した後、絞り弁13及び放風弁15は操作盤36 からの指令信号S13,S15に応じて最小開度(例え� ��全閉~10%程度)に設定され、弁16及び膨張弁18, 41,42は指令信号S16,S18,S41,S42によりそれぞれ最� ��開度に設定される。IGV31も最大開度である� �これにより冷媒圧縮機3で圧縮された冷媒は� ��て又は大部分が配管17を介し受液器5に導か� ��て一時貯留される。この場合、配管17を介� �て受液器5へ導かれた冷媒流量と同量の冷媒� ��配管19を介して受液器5から高圧蒸発器9へ供 給され、受液器5→膨張部25→蒸発部26→冷媒� ��縮機3→受液器5の経路の閉ループをなす。� �液器5は外気によって外気温度程度(温度T0)に 温められ、仮に外気温度が40℃の時には、受� ��器5内のプロパンの圧力は40℃のプロパンの� ��和圧力(1.4MPa)程度になる。

 本冷凍サイクル系統では、受液器5に貯蔵 された液体プロパン冷媒(40℃,1.4MPa)が配管19� �流通し、高圧膨張弁18を通過する際に概ね所 定の圧力P1(0.63MPa)まで減圧され、断熱膨張す� ��ことにより圧力P1のプロパンの飽和温度に� �応した温度T1(9℃)の気液混合状態となる。

 高圧蒸発器9では、温度T1のプロパン冷媒� ��うち、液相部分が蒸発し蒸発潜熱を奪うこ� ��により、配管10を流通する被冷却媒体(40℃)� ��冷却する。その後、気相のプロパン冷媒は� ��管21を介して冷媒圧縮機3の高圧段に供給さ� ��、回転駆動する冷媒圧縮機3により冷媒圧縮 機3の出口圧力Pout(1.5MPa)まで圧縮される。一� �、高圧蒸発器9内の液相のプロパン冷媒は、� ��管28を流通し中圧膨張弁41を通過する際に断 熱膨張することにより、圧力P1より低い圧力P 2(0.25MPa)に減圧し、圧力P2の飽和温度である温 度T2(-19℃)の気液混合状態となる。

 中圧蒸発器8では、温度T2(-19℃)のプロパ� �冷媒のうち、液相部分が蒸発して蒸発潜熱� �奪うことにより被冷却媒体をさらに低温ま� �冷却する。その後、気相のプロパン冷媒は� �配管22を介して冷媒圧縮機3の中圧段に供給� �れ、最終的に冷媒圧縮機3の出口圧力Pout(1.5MP a)まで圧縮される。一方、中圧蒸発器8内の液 相のプロパン冷媒は、配管29を流通し低圧膨� ��弁42を通過する際に断熱膨張することによ� �、圧力P2より低い圧力P3(0.1MPa)に減圧し、圧� �P3の飽和温度である温度T3(-41℃)の気液混合� �態となる。

 低圧蒸発器7では、温度T3(-41℃)のプロパ� �冷媒の全てを蒸発させて、被冷却媒体を目� �温度Tm(-35℃)程度まで冷却する。蒸発したプ� ��パン冷媒は配管23を介して冷媒圧縮機3の低� ��段(吸気部)に供給され、冷媒圧縮機3の出口� ��力Pout(1.5MPa)にまで圧縮される。冷媒圧縮機3 の吸気部において、プロパン冷媒は吸気圧Pin に対応した飽和状態にあるが、冷媒圧縮機3� �圧縮されるにつれて圧縮動力を得て冷媒圧� �機3の出口では高圧高温状態の過飽和状態に� ��る。冷媒圧縮機3で圧縮された過飽和状態の 冷媒は、配管20を介して凝縮器6に供給され、 配管11から供給された外気又は海水等の冷熱� ��により外気温度程度に冷却される。

 蒸発器9,8,7で順次冷却された被冷却媒体� �、配管10を通って天然ガス液化プラント等の 熱利用施設(図示せず)に冷媒として供給され� ��。

 (起動時の動作)
 次に本実施例の冷凍サイクル系統の起動時� ��動作を説明する。

 起動時すなわちガスタービン27が定格負� �定格回転数(FSFL)に達するまでは、回転数検� �器35からの検出信号S35に応じて操作盤36内で� ��算されたガスタービン27の回転数を基に、� �スタービン27の昇速率が目標値(例えば図2中� ��最上段のグラフに示す傾き)に近付くように 絞り弁13等の開度を制御する。また、ガスタ� ��ビン27の回転数(演算結果)に応じてIGV31の開� ��を増加させ、IGV31が最大開度になった後に� �り弁13の開度を増加させる。

 順番に説明すると、起動時には、高圧膨� ��弁18、中圧膨張弁41、低圧膨張弁42の開度は� ��操作盤36からの指令信号S18,S41,S42に応じ、定 格運転時における各弁18,41,42の出口圧力P1~P3� �それぞれ設定圧力(例えば、0.63MPa、0.25MPa、0. 1MPa)程度になるように予め調整されている。

 IGV31の制御は次の通りである。

 駆動源としてのガスタービン27は、回転� �が低速領域(例えば定格回転数の70%以下の範� ��)にある間、空気圧縮機1のサージングを回� �するためにIGV31の開度を最小として空気圧縮 機1の吸気流量を絞って起動する。ガスター� �ン27の回転数は回転数検出器35から入力され� ��回転数の検出信号S35により操作盤36でモニ� �することができる。IGV31の開度は操作盤36か� ��の指令信号S31により設定される。自動運転� ��場合、操作盤36内の制御装置が自動運転プ� �グラムにしたがって検出信号S35に応じてIGV31 への指令信号S31を演算し出力するようにする 。

 その後、ガスタービン27の回転数が上昇� �たら、回転数が所定範囲(例えば70%から90%の� ��囲)にある間は回転数の増加に比例させてIGV 31の開度を徐々に大きくする。本例の場合、� ��スタービン27の回転数が90%以上の範囲では� �IGV31の開度は変わらず実質一定(最大開度)で� ��る。ここでは、無負荷定格回転数(FSNL)に達� ��た後、基本的に燃料流量の制御のみでガス� ��ービン27の出力を制御することを想定した� �冷媒圧縮機3の負荷が許容範囲以下であれば� ��回転数が所定時間(例えば5分程度)で定格負� ��定格回転数(FSFL)に達する。

 各弁の制御は次の通りである。

 ここで説明する弁13,15,16,18,41,42の開度は� �回転数検出器35からのガスタービン27の回転� ��の検出信号S35に応じて操作盤36から順次出� �される(又は操作者の操作により操作盤36か� �適宜出力される)指令信号S13,S15,S16,S18,S41,S42� �したがって制御される。ガスタービン27の回 転数は、既述したように回転数検出器35から� ��検出信号S35を基に操作盤36内の制御装置に� �演算される。

 起動前の時点では、膨張弁18,41,42と弁16は 最小開度又は全閉になっており、高圧のプロ パン冷媒が冷凍サイクル系統全体に充満しな いように、受液器5の前後でプロパン冷媒の� �通が遮断されている。受液器5内の冷媒温度� ��外気によって温度T0まで温められており、� �えば温度T0が40℃程度であれば、受液器5内の 冷媒の圧力は40℃のプロパン冷媒の飽和圧力� ��ある1.4MPa程度になっている。このとき、放� ��弁15を開放しておくことで、冷凍サイクル� �統内に残留したプロパン冷媒が大気放出さ� �、冷媒圧縮機3の内部圧力が外気圧付近にま� ��減圧される。ガスタービン27の回転数が無� �荷定格回転数(FSNL)に達して冷媒圧縮機3の内� ��圧力が外気圧よりもやや高くなった時点で� ��風弁15を最小開度とする。このとき、放風� �15を全閉とせず微開(例えば10%開度)にし、微� ��のプロパン冷媒を大気放出し冷凍サイクル� ��統への外気の流入を防止すると良い。

 絞り弁13は、ガスタービン27の回転数が無 負荷定格回転数(FSNL)に達するまで開けておき 、凝縮器6で冷却されたプロパン冷媒が配管12 を介して冷媒圧縮機3の入口へ戻されるよう� �しておく。この間、絞り弁13の開度はガスタ ービン27の回転数の上昇とともに小さくして� ��く。無負荷定格回転数(FSNL)に達するまでは� ��放風弁15が開放され凝縮器6の下流側が大気� ��放されてほぼ一定圧となっているため、絞� ��弁13の開度が小さくなると絞り弁13の前後差 圧が増大し冷媒圧縮機3の入口圧力が次第に� �下する。このようにして入口圧力を低下さ� �ていくことにより冷媒圧縮機3の圧縮動力を� ��減し、図2に示したような単調に増加する目 標又はそれに近い昇速率でガスタービン27及� ��冷媒圧縮機3を定格回転数に到達させていく 。

 ガスタービン27の回転数が無負荷定格回� �数(FSNL)に達したら、放風弁15を最小開度にす るのに前後して(或いは同時に)徐々に高圧膨� ��弁18を開けていき、冷媒圧縮機3を循環する� ��ロパン冷媒の流量を増やしていく。高圧膨� ��弁18の開度が小さい間は、高圧膨張弁18によ る圧力損失で蒸発器9,8,7を通った後の冷媒圧� ��は定格値よりも低くなる場合があるが、高� ��膨張弁18の開度の増加とともに冷媒圧縮機3� ��入口圧力Pinは高くなる。回転数を一定とし� ��考えると、高圧膨張弁18が開けて入口圧力Pi nが上昇した分だけ冷媒圧縮機3の出口圧力Pout が上昇し、高圧膨張弁18の開度増大とともに� ��口圧力Pin及び出口圧力Poutとも定常運転時の 定格値に近付いていく。

 このとき、IGV31が最大開度となった後、� �負荷定格回転数(FSNL)から定格負荷定格回転� �(FSFL)に達するまでの間、配管12を通過するプ ロパン冷媒の質量流量が増大するため、配管 12の絞りが利き過ぎて冷媒圧縮機3の作動状態 がサージングにならないように絞り弁13の開� ��を次第に大きくしていく必要がある。そし� ��、冷媒圧縮機3の出口圧力Poutが受液器5の内� ��圧P0(例えば1.4MPa)を超えた時点で、絞り弁13� ��最小開度(全閉又は微開(例えば10%))として弁 16を開放しプロパン冷媒を受液器5へ送り込む 。弁16を開放した時点で定格負荷定格回転数� ��達するので、その後は絞り弁13及び放風弁15 は最小開度(例えば全閉~10%程度)、弁16及び膨� ��弁18,41,42は最大開度を保ち、先に説明した� �常運転に移行する。

 (作用効果)
 本実施例の冷凍サイクル系統により得られ� ��作用効果を説明する。

 一般に冷媒圧縮機は入口での媒体密度が� ��さいほど質量流量が減って圧縮動力が低下� ��るため、絞り弁13を閉じて吸気圧を低くす� �ことで起動時の圧縮動力を低減する効果が� �られる。定格運転時には、冷媒圧縮機3は、� ��定の圧力比α(例えば15)の圧縮機として働く� ��め、起動時に放風弁15を開いて凝縮器6の下� ��側を大気開放しつつ絞り弁13を絞って定格� �転数(FSNL)で運転した場合、外気圧の1/α(圧力 比15の場合は1/15、0.007MPa程度)まで冷媒圧縮機 3の入口圧力Pinを下げることができる。した� �って、非常に低い入口圧力Pinで冷媒圧縮機3� ��作動させることができ、冷媒圧縮機3の動力 を入口圧力Pinが外気圧程度の状態で作動させ た場合の1/αに低減することができる。

 図2の最下段には本発明の冷媒圧縮機3及� �比較例の圧縮動力が示されている。この比� �例は、本実施例の冷凍サイクル系統におけ� �戻り流路12及び絞り弁13を省略したもので、� ��媒圧縮機の入口圧力Pinを定格条件0.1MPaで一� ��に設定し、受液器5から連続的に冷媒を供給 して圧縮後の冷媒を冷媒圧縮機の出口で放風 する起動方法を想定している。

 同図に示すように、本発明の場合、定格� ��転数に達するまでの所要圧縮動力を比較例� ��比べて大幅に削減することができる。よっ� ��、定格回転時以外の出力が小さいガスター� ��ンを駆動機として一軸に冷媒圧縮機3を直結 した場合であっても、補助動力を設置するこ となく冷媒圧縮機3を安定に起動し目標又は� �れに近い昇速率で定格回転数にまでガスタ� �ビン27及び冷媒圧縮機3を昇速することがで� �る。

 また本実施例では、冷媒圧縮機3の起動時 に冷媒圧縮機3で圧縮されて高温化されたプ� �パン冷媒が配管12を介して吸気側へ戻る閉ル ープを構成しているが、その途中の凝縮器6� �おいて外気温度相当にまでプロパン冷媒が� �却されるため、圧縮動力で作動媒体が高温� �されることを防ぐことができる。起動時に� �縮器6に供給されるプロパン冷媒は、外気圧� ��度の低圧プロパンであるため、凝縮器6で外 気温度まで冷却されたとしても液化すること はない。

 また、本発明の場合、放風して消費する� ��ロパン冷媒は、大部分が起動時に冷媒圧縮� ��3の内部に残ったプロパンであり、起動時に 冷媒圧縮機3で圧縮されるプロパン冷媒は配� �12を通って循環する。よって、起動時に連続 的に冷媒を消費する比較例に比して冷媒の消 費が小さく経済的である。

 (改造方法)
 本発明の冷凍サイクル系統の場合、最も特� ��的な構成要素が戻り流路12及び絞り弁13と簡 便なものであるため、冷媒圧縮機を有する既 存の冷凍サイクル系統に、戻り流路12と絞り� ��13に相当する部材を追加することで構成可� �である。放風流路14・放風弁15に相当する部� ��が既存の冷凍サイクル系統にない場合、こ� ��も追加することが好ましい。

 このとき、戻り流路を介して圧縮後の冷� ��を冷媒圧縮機に戻すことによりサイクル全� ��の流体条件(圧力・流量等)も変化する。そ� �ため、ガスタービン及び冷媒圧縮機の少な� �とも一方を戻り流路が追設された後の冷凍� �イクルの流体条件に相応したものに交換す� �必要がある。既存の冷凍サイクル系統は、� �り流路がなくても起動可能なサイクルであ� �ため、戻り流路を設けて冷媒圧縮機の入口� �を低下させなくても起動できるように補助� �駆動源を別途用意したりしているのが通常� �ある。したがって、改造後には、補助動力� �省略したり補助動力を小型のものに代替し� �りすることができる。

 (天然ガス液化設備)
 図3は本実施例の冷凍サイクル系統を用いた 天然ガス液化設備の全体構成図である。図3� �用いて本実施例の冷凍サイクル系統の天然� �ス液化設備への適用例を説明する。

 図示した天然ガス液化設備の主要な構成� ��素は、天然ガス導入配管101から導入した天� ��ガス(気体状態)を冷却して液化する主熱交� �器100、主熱交換器100に低温の冷媒を供給す� �混合冷媒冷凍サイクル系統120、混合冷媒冷� �サイクル系統120の冷媒を冷却するプロパン� �凍サイクル系統130である。

 プロパン冷凍サイクル系統130は、図1に示 した本実施例における冷凍サイクル系統であ る。プロパンサイクル系統130の被冷却媒体を 流通する配管10は気液分離器140に接続してお� ��、プロパン冷凍サイクル系統130により所定� ��度(例えば-35℃)まで冷却された混合冷媒は� �液分離器140によって気液分離され、液相成� �は配管141を介して、気相成分は配管142を介� �てそれぞれ気液分離器140から主熱交換器100� �部に流通される。

 気液分離器140から延びる配管141,142は、主 熱交換器100の内部を通った後で一旦主熱交換 器100の外部に取り出され、主熱交換器100の内 部に設置したノズル109,110に再び接続してい� �。配管141,142の主熱交換器100の外部に一旦導� ��れた部分には、それぞれ膨張弁107,108が設け られており、配管141,142を流通する被冷却媒� �は膨張弁107,108で断熱膨張し温度を低下させ� ��これにより生成した低温冷媒(低温化された 被冷却媒体)がノズル109,110から主熱交換器100� ��内部に散布される。

 主熱交換器100は、伝熱経路102,103,104,105,106 を内部に備えている。伝熱経路102は配管141の 途中に設けられており、気液分離器140で気相 成分と分離されたプロパン冷凍サイクル系統 130における被冷却媒体の液相成分を主熱交換 器100内のさらに低温の冷媒と熱交換させる。 伝熱経路103,104は配管142の途中に設けられて� �り、気液分離器140からの上記被冷却媒体の� �相成分を主熱交換器100内の冷媒と熱交換さ� �る。伝熱経路105,106は天然ガス導入配管101の� ��中に設けられており、配管101を流通する天� ��ガスを主熱交換器100内の冷媒と熱交換させ� ��。

 なお、特に図示していないが、天然ガス� ��入配管101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101は、主熱交� ��器100を通った後、主熱交換器100の外部に延� ��している。天然ガス導入配管101における主� ��交換器100の下流側には膨張弁107が設けられ� ��いる。

 混合冷媒冷凍サイクル系統120は、低圧圧� ��機121、高圧圧縮機122、中間冷却器125、後置� ��却器126、電動機127を備えている。低圧圧縮� ��121は配管123を介して主熱交換器100に接続し� ��おり、主熱交換器100内に一次貯留された被� ��却媒体が配管123を介して低圧圧縮機121の入� ��に導かれる。低圧圧縮機121と高圧圧縮機122� ��配管124を介して接続しており、低圧圧縮機1 21から吐出された被冷却媒体は配管124を介し� ��高圧圧縮機122の入口に導かれる。高圧圧縮� ��122の出口にはプロパン冷凍サイクル系統130� ��通る配管10が接続しており、混合冷媒冷凍� �イクル系統120を経た被冷却媒体は配管10を流 通してプロパン冷凍サイクル系統130に導かれ る。中間冷却器125は配管124に設けられ、後置 冷却器126は配管10に設けられている。また、� ��圧圧縮機121及び高圧圧縮機122はその駆動装� ��である電動機127と同軸に連結される。電動� ��127は、図示しないガスタービン発電装置に� ��って発電した電力により駆動される。

 上記構成の天然ガス液化設備では、まず� ��ロパン冷凍サイクル系統130において所定温� ��(例えば-35℃)まで冷却された被冷却媒体の� �ち気液分離器140で気相成分と分離された液� �成分は、配管141を流通して主熱交換器100の� �熱経路102に導かれ所定温度(例えば-100℃程度 )まで冷却された後、膨張弁107で断熱膨張し� �さらに低い温度(例えば-120℃程度)まで冷却� �れ、主熱交換器100内のノズル109に供給され� �。ノズル109から散布された冷媒は、主熱交� �器100の内部で、比較的低位置に設けた伝熱� �路を冷却する。これにより伝熱経路102を流� �する液相混合冷媒、伝熱経路103を流通する� �相混合冷媒、伝熱経路105を流通する天然ガ� �がそれぞれ冷却される。

 気液分離器140で分離された被冷却媒体の� ��相成分は、配管142から主熱交換器100の伝熱� ��路103に供給され所定温度(例えば約-100℃程� �)まで冷却される。さらに、下流側の伝熱経� ��104でノズル110から散布される低温(例えば約 -170℃)の冷媒と熱交換して所定温度(例えば約 -150℃)まで冷却されて大部分が凝縮する。凝� ��された冷媒は、膨張弁108で断熱膨張してさ� ��に低い温度(例えば-170℃程度)まで冷却され� ��主熱交換器100のノズル110に供給される。ノ� ��ル110から散布された低温冷媒は、主熱交換� ��100の内部で、比較的高位置に設けた伝熱経� ��を冷却する。これにより、伝熱経路104を流� ��する混合冷媒と、伝熱経路106を流通する天� ��ガスをそれぞれ所定温度(例えば-150℃程度)� ��で冷却する。

 所定温度(例えば-150℃程度)まで冷却され� ��天然ガスは、主熱交換器100を出て膨張弁107� ��導かれ、大気圧近くまで断熱膨張させて所� ��温度(例えば-162℃)の液化天然ガスとして取� ��出される。伝熱経路104,106を流通する流体と 熱交換して温度上昇した混合冷媒は、下流側 で伝熱経路102,103,105を流通する流体の冷却に� ��利用される。

 伝熱経路102,103,105を冷却した後の混合冷� �は、配管123を介して混合冷媒冷凍サイクル� �統120の低圧圧縮機121に供給される。以下、� �圧圧縮機121による圧縮と中間冷却器125によ� �冷却、高圧圧縮機122による圧縮と後置冷却� �126による冷却を経て、所定の状態(例えば40� �、5MPa)となった混合冷媒は、再びプロパン冷 凍サイクル系統130に供給されて所定温度(例� �ば-35℃程度)に冷却され、主熱交換器100に供� ��される。

 なお、本実施例においては、冷媒圧縮機3 の吸気流量を調整する手段として戻り流路12� ��絞り弁13を設けたが、その代わりに、図4に� ��すように冷媒圧縮機3の吸気部に可変静翼45( 例えばIGV)を設け、可変静翼45の開度を絞り弁 13と同じ要領で制御して起動時に冷媒圧縮機3 の入口圧力を低下させることも考えられるし 、図5に示すように絞り弁13と可変静翼45を併� ��することも考えられる。図4及び図5では操� �盤36及び操作盤36が授受する信号を図示省略� ��ている。勿論、このように構成した冷凍サ� ��クル系統であっても図3に示したように天然 ガス液化設備に適用可能である。

 図6を用いて本発明に係る冷凍サイクル系 統の第2実施例を説明する。

 図6に示した実施例の特徴は、第1実施例� �系統に対し、冷媒圧縮機3の内部圧を低くす� ��ために放風流路14における放風弁15よりも下 流側に真空ポンプ50を設けたことにある。こ� ��ように真空ポンプ50を設けることにより、� �統内の圧力を外気圧よりも低くできるよう� �した点で本実施例は第1実施例と相違する。� ��の他の構成は第1実施例と同様である。

 本実施例では、冷媒圧縮機3の起動の際、 真空ポンプ50を動作させ、冷媒圧縮機3の出口 圧が外気圧以下になるよう系統内のプロパン 冷媒を外部へ放出する。真空ポンプ50を動作� ��せるのは、主に冷媒圧縮機3が定格回転数に 到達するまでの間でありプロパン冷媒の流れ が配管12を通る閉ループを構成しているとき� ��ある。この間、弁16や膨張弁18は、第1実施� �と同様に最小開度とする。本実施例によっ� �も第1実施例と同様の効果を得ることができ� ��第1実施例と同じ要領で図3に示したように� �然ガス液化設備に適用することも可能であ� �。

 加えて、真空ポンプ50は、その内部およ� �系統圧を真空状態(例えば5×10-4MPa以下)にす� �ことが可能であり、真空ポンプ50を作動させ ることにより冷媒圧縮機3の起動時の必要動� �をさらに小さくすることができる。真空ポ� �プ50は、冷媒圧縮機3の起動前に、その内部� �び系統圧を真空状態にすることのみに利用� �ても良いが、定格回転数に達するまでの間� �継続して動作させた場合、定格回転数以前� �高回転域における圧縮動力を削減すること� �なり、起動時の広い範囲で圧縮動力をほぼ0( ゼロ)にすることができる。

 図7を用いて本発明に係る冷凍サイクル系 統の第3実施例を説明する。

 図7に示した実施例の特徴は、第1実施例� �系統に対し、冷媒圧縮機3の内部圧を低くす� ��ために放風流路14における放風弁15よりも下 流側にエジェクタ60を設けたことにある。エ� ��ェクタ60には高圧流体を大気放出方向に噴� �することにより系統内のプロパン冷媒が引� �張られ、系統内部の圧力を外気圧よりも低� �することができる。本実施例の場合、配管61 を介してエジェクタ60と受液器5を接続し、エ ジェクタ60を動作させるための高圧源として� ��液器5内のプロパンを利用することとした点 も特徴的である。配管61に設けた弁62の開度� �増加させることでエジェクタ60内の高圧プロ パンの噴射量が増加し、系統内部の圧力低減 作用が高まる。弁62を閉める(又は開度を小さ くする)ことで、系統内の圧力低減作用がな� �なる(又は弱まる)。

 本実施例では、冷媒圧縮機3の起動の際、 エジェクタ60を動作させ、冷媒圧縮機3の出口 圧が外気圧以下になるよう系統内のプロパン 冷媒を外部へ放出する。エジェクタ60を動作� ��せるのは、主に冷媒圧縮機3が定格回転数に 到達するまでの間でありプロパン冷媒の流れ が配管12を通る閉ループを構成しているとき� ��ある。この間、弁16や膨張弁18は、第1実施� �と同様に最小開度とする。本実施例によっ� �も第1実施例と同様の効果を得ることができ� ��第1実施例と同じ要領で図3に示したように� �然ガス液化設備に適用することも可能であ� �。

 加えて、エジェクタ60は、その内部およ� �系統圧を真空状態(例えば5×10-4MPa以下)にす� �ことが可能であり、エジェクタ60を作動させ ることにより冷媒圧縮機3の起動時の必要動� �をさらに小さくすることができる。エジェ� �タ60は、冷媒圧縮機3の起動前に、その内部� �び系統圧を真空状態にすることのみに利用� �ても良いが、定格回転数に達するまでの間� �継続して動作させた場合、定格回転数以前� �高回転域における圧縮動力を削減すること� �なり、起動時の広い範囲で圧縮動力をほぼ0( ゼロ)にすることができる。

 また、第2実施例のように真空化のために 真空ポンプを使う場合、真空ポンプを駆動す るモータ等の駆動源や発電設備が必要となる が、エジェクタの場合、図7に示したように� �統内に存在する高圧プロパンを駆動源とし� �利用することができ、設備の構成の簡素化� �費用低減等の効果も大きい。