JP7743325B2 - 冷熱回収設備及び船舶 - Google Patents
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Description
本開示は、冷熱回収設備及び船舶に関する。
液化天然ガス（ＬＮＧ）等の低温液体の冷熱エネルギーを回収して有効利用するための方法が提案されている。
特許文献１には、ＬＮＧ冷熱を利用して発電する発電装置が搭載された浮体式設備が記載されている。この発電装置は、熱媒体を作動流体として用いる熱力学サイクルを含み、回路を流れる熱媒体（作動流体）によって駆動される膨張タービンに接続される発電機で電力を生成するようになっている。該熱力学サイクルでは、蒸発器にて熱媒体と熱交換する高温熱源としてエンジン冷却水や海水等が用いられ、凝縮器にて熱媒体と熱交換する低温熱源としてＬＮＧが用いられている。ＬＮＧは、該凝縮器にて気化（再ガス化）された後、再ガス化ＬＮＧを燃料として使用する機器等に供給される。
ところで、船舶等の燃料として液体水素（ＬＨ２）を用いることが提案されている。ここで、液体水素の貯蔵温度は約－２５３℃であり、ＬＮＧの貯蔵温度（約－１６３℃）よりも低温である。このため、ＬＮＧの冷熱を回収して利用する熱力学サイクルを含む装置において、ＬＮＧの代替として液体水素を用いた場合、熱交換器（凝縮器や蒸発器等）を流れる流体（作動流体や高温熱源として使用される流体等）がより低温となり凍結し、熱力学サイクルが適切に作動しなくなるおそれがある。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制可能な冷熱回収設備及び船舶を提供することを目的とする。
本発明の少なくとも一実施形態に係る冷熱回収設備は、
液体水素を貯留するための液体水素タンクと、
第１作動媒体が循環するように構成された第１回路と、
前記第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が循環するように構成された第２回路と、
前記第１回路に設けられ、ガス状態の前記第１作動媒体によって駆動されるように構成された第１膨張タービンと、
前記第２回路に設けられ、ガス状態の前記第２作動媒体によって駆動されるように構成された第２膨張タービンと、
前記第１作動媒体との熱交換により前記液体水素タンクからの液体水素を気化させるための第１熱交換器と、
前記第２作動媒体との熱交換により液体状態の前記第１作動媒体を気化させるための第２熱交換器と、
熱媒体との熱交換により液体状態の前記第２作動媒体を気化させるための第３熱交換器と、
を備え、
前記第１回路及び第１膨張タービンは、前記第１熱交換器にて前記液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第２回路及び第２膨張タービンは、前記第２熱交換器にて前記第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクルの一部を形成する。
液体水素を貯留するための液体水素タンクと、
第１作動媒体が循環するように構成された第１回路と、
前記第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が循環するように構成された第２回路と、
前記第１回路に設けられ、ガス状態の前記第１作動媒体によって駆動されるように構成された第１膨張タービンと、
前記第２回路に設けられ、ガス状態の前記第２作動媒体によって駆動されるように構成された第２膨張タービンと、
前記第１作動媒体との熱交換により前記液体水素タンクからの液体水素を気化させるための第１熱交換器と、
前記第２作動媒体との熱交換により液体状態の前記第１作動媒体を気化させるための第２熱交換器と、
熱媒体との熱交換により液体状態の前記第２作動媒体を気化させるための第３熱交換器と、
を備え、
前記第１回路及び第１膨張タービンは、前記第１熱交換器にて前記液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第２回路及び第２膨張タービンは、前記第２熱交換器にて前記第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクルの一部を形成する。
また、本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶は、
船体と、
前記船体に設けられた上述の冷熱回収設備と、
前記船体に設けられ、前記第１熱交換器で気化された前記水素を燃料として使用する原動機又は燃料電池と、
を備える。
船体と、
前記船体に設けられた上述の冷熱回収設備と、
前記船体に設けられ、前記第１熱交換器で気化された前記水素を燃料として使用する原動機又は燃料電池と、
を備える。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制可能な冷熱回収設備及び船舶が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（船舶の構成）
図１は、幾つかの実施形態に係る冷熱回収設備が適用される船舶の概略図である。図１に示すように、船舶１は、船体２（浮体）と、船体２上に設けられた液体水素タンク１０を含む冷熱回収設備１００と、船体２に設けられた原動機６と、を備える。
図１は、幾つかの実施形態に係る冷熱回収設備が適用される船舶の概略図である。図１に示すように、船舶１は、船体２（浮体）と、船体２上に設けられた液体水素タンク１０を含む冷熱回収設備１００と、船体２に設けられた原動機６と、を備える。
船体２は、該船体２が海水などの流体から受ける抵抗を低減する形状を有する船首２ａと、船体２の進行方向を調節するための舵３を取り付け可能な船尾２ｂと、を有する。
原動機６は、推進機としてのプロペラ４を駆動するための動力を生成するように構成されてもよい。原動機６は、エンジン又はタービンを含んでもよく、あるいは、電気モータを含んでもよい。
図１に示すように、船舶１は、燃料電池８を備えていてもよい。燃料電池８で生成された電力によって原動機６としての電気モータが駆動されるようになっていてもよい。
図１に示す例示的な実施形態では、船舶１は、液体水素タンク１０に貯蔵された水素を燃料として推進する船舶である。詳しくは後述するが、冷熱回収設備１００は、液体水素タンク１０からの水素を供給先に導くための水素ライン１２と、水素ライン１２に設けられる第１熱交換器５０と、を含む。冷熱回収設備１００では、第１熱交換器５０での熱交換により、液体水素タンク１０からの液体水素が気化されて水素ガスとなる。この水素ガスは、必要に応じて加熱器等により適温まで昇温された後、原動機６又は燃料電池８に燃料として供給されるようになっている。
幾つかの実施形態では、船舶１は、液体水素タンクに貯蔵された液体水素を運搬するためのタンカーであってもよい。
なお、本発明に係る冷熱回収設備は、船舶に搭載されるものに限定されない。幾つかの実施形態に係る冷熱回収設備は、船舶以外の水上設備に設置されてもよく、あるいは、陸上に設置されてもよい。
（冷熱回収設備の構成）
以下、幾つかの実施形態に係る冷熱回収設備１００について説明する。図２～図９は、それぞれ、一実施形態に係る冷熱回収設備１００の概略図である。
以下、幾つかの実施形態に係る冷熱回収設備１００について説明する。図２～図９は、それぞれ、一実施形態に係る冷熱回収設備１００の概略図である。
図２～図９に示すように、幾つかの実施形態に係る冷熱回収設備１００は、液体水素が貯留される液体水素タンク１０と、液体水素タンク１０からの水素が流れる水素ライン１２と、第１作動媒体が流れる第１回路２２と、第１回路２２に設けられる第１膨張タービン２４と、第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が流れる第２回路３２と、第２回路３２に設けられる第２膨張タービン３４と、を備えている。また、冷熱回収設備１００は、水素ライン１２の水素と第１回路２２の第１作動媒体とを熱交換するための第１熱交換器５０と、第１回路２２の第１作動媒体と第２回路３２の第２作動媒体とを熱交換するための第２熱交換器５２と、第２回路３２の第２作動媒体と熱媒体とを熱交換するための第３熱交換器５４と、を備えている。
液体水素タンク１０内の液体水素は、水素ライン１２に設けられたポンプ１４によって圧送され、第１熱交換器５０において第１熱媒体との熱交換によって気化される。気化された水素は、水素ライン１２を介して原動機６又は燃料電池８等の供給先に供給されるようになっていてもよい。水素ライン１２において第１熱交換器５０の下流側には水素を加熱するための第１水素加熱器６０が設けられていてもよい。第１水素加熱器６０は、熱媒体（海水等）との熱交換により水素を加熱するように構成されてもよい。
第１回路２２及び第１膨張タービン２４は、第１熱交換器５０にて液体水素を低温熱源として利用し、第２熱交換器５２にて第２作動媒体を高温熱源として利用する第１熱力学サイクル２０の一部を形成する。
図１に示す第１熱力学サイクル２０は、第１回路２２上に設けられる上述の第１膨張タービン２４と、第１膨張タービン２４の下流側に設けられる第１熱交換器５０と、第１熱交換器５０の下流側に設けられるポンプ２３と、ポンプ２３の下流側に設けられる第２熱交換器５２と、を含むランキンサイクルである。第１膨張タービン２４には、第１発電機２６が接続されていてもよい。
第１膨張タービン２４は、第１熱力学サイクル２０の第１回路２２を流れるガス状態の第１作動媒体を膨張させるように構成される。これにより、第１発電機２６が駆動されて電力が生成される。第１熱交換器５０は、第１膨張タービン２４からのガス状態の第１作動媒体を、低温熱源としての液体水素との熱交換により凝縮させるように構成される。ポンプ２３は、第１熱交換器５０で凝縮されて液体となった第１作動媒体を昇圧させるように構成される。第２熱交換器５２は、ポンプ２３で昇圧された液体の第１作動媒体を、高温熱源である第２作動媒体との熱交換により蒸発させるように構成される。
このように構成された第１熱力学サイクル２０では、第１熱交換器５０での熱交換により回収した液体水素の冷熱を利用して、第１膨張タービン２４及び／又は第１発電機２６を駆動させることができる。
第２回路３２及び第２膨張タービン３４は、第２熱交換器５２にて第１作動媒体を低温熱源として利用し、第３熱交換器５４にて熱媒体を高温熱源として利用する第２熱力学サイクル３０の一部を形成する。
図１に示す第２熱力学サイクル３０は、第２回路３２上に設けられる上述の第２膨張タービン３４と、第２膨張タービン３４の下流側に設けられる第２熱交換器５２と、第２熱交換器５２の下流側に設けられるポンプ３３と、ポンプ３３の下流側に設けられる第３熱交換器５４と、を含むランキンサイクルである。第２膨張タービン３４には、第２発電機３６が接続されていてもよい。
第２膨張タービン３４は、第２熱力学サイクル３０の第２回路３２を流れるガス状態の第２作動媒体を膨張させるように構成される。これにより、第２発電機３６が駆動されて電力が生成される。第２熱交換器５２は、第２膨張タービン３４からのガス状態の第２作動媒体を、低温熱源としての第１作動媒体との熱交換により凝縮させるように構成される。ポンプ３３は、第２熱交換器５２で凝縮されて液体となった第２作動媒体を昇圧させるように構成される。第３熱交換器５４は、ポンプ３３で昇圧された液体の第２作動媒体を、高温熱源である熱媒体との熱交換により蒸発させるように構成される。
このように構成された第２熱力学サイクル３０では、第２熱交換器５２での第１作動媒体との熱交換を介して回収した液体水素の冷熱を利用して、第２膨張タービン３４及び／又は第２発電機３６を駆動させることができる。
第３熱交換器５４には、熱媒体ライン４０を介して熱媒体が供給されるようになっている。熱媒体ライン４０には、熱媒体を圧送するためのポンプ４１が設けられていてもよい。
上述の第２作動媒体として、従来のＬＮＧ船等での冷熱回収サイクルで作動媒体として用いられる流体を用いることができ、例えば、Ｒ１２３４ｚｅｅ等の有機冷媒を用いることができる。
上述の第１作動媒体として、第２作動媒体よりも凝固点が低い流体を用いることができ、例えば、窒素（Ｎ２）又はアルゴン（Ａｒ）等の希ガスを用いることができる。
第３熱交換器５４に供給される熱媒体として、海水、又は、高温機器（エンジン又は後述する計算機等）を冷却した後の冷却流体（冷却水や冷却油）等を用いることができる。第３熱交換器５４に供給される熱媒体は、第２作動媒体よりも凝固点が高い流体であってもよい。
なお、水素ライン１２に設けられる第１水素加熱器６０には、第３熱交換器５４に供給される熱媒体と同じ熱媒体が供給されるようになっていてもよい。例えば図２等に示すように、第１水素加熱器６０には、第３熱交換器５４を通る熱媒体ライン４０から分岐した分岐ライン４２を介して、熱媒体が供給されるようになっていてもよい。あるいは、幾つかの実施形態では、第１水素加熱器６０には、第３熱交換器５４に供給される熱媒体とは異なる熱媒体が供給されるようになっていてもよい。
上述の実施形態では、第１作動媒体を用い、第１熱交換器５０にて液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクル２０と、第２作動媒体を用い、第２熱交換器５２にて第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクル３０と、を含む冷熱回収設備１００において、第１作動媒体は第２作動媒体よりも凝固点が低い。したがって、第１熱力学サイクル２０では、比較的低い凝固点を有する第１作動媒体と極低温の液体水素とを熱交換させるので、第１熱交換器５０において第１作動媒体が凍結し難い。また、第２熱力学サイクルで３０は、比較的高い凝固点を有する第２作動媒体と高温熱源としての熱媒体とを第３熱交換器５４で熱交換させるので、該熱媒体が比較的高い凝固点を有する流体（例えば海水等）である場合であっても、第３熱交換器５４において熱媒体が凍結し難い。よって、上述の実施形態によれば、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制することができる。
また、上述の実施形態では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン２４及び第２膨張タービン３４が駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、タービンの出力を全体として増大させることができる。第１膨張タービン２４及び第２膨張タービン３４に第１発電機２６及び第２発電機３６がそれぞれ接続されている場合には、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、発電量を全体として増大させることができる。
また、上述の実施形態では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン２４及び第２膨張タービン３４が駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、タービンの出力を全体として増大させることができる。第１膨張タービン２４及び第２膨張タービン３４に第１発電機２６及び第２発電機３６がそれぞれ接続されている場合には、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、発電量を全体として増大させることができる。
幾つかの実施形態では、例えば図３～６に示すように、冷熱回収設備１００は、水素ライン１２において第１熱交換器５０よりも下流側且つ第１水素加熱器６０よりも上流側に設けられた第２水素加熱器６２をさらに備える。第２水素加熱器６２は、第２熱力学サイクル３０の第２膨張タービン３４から排出された第２作動媒体の少なくとも一部との熱交換により、水素ライン１２の水素を加熱するように構成される。
図３及び図６に示す例示的な実施形態では、第２回路３２において、第２熱交換器５２と第２水素加熱器６２とが並列に設けられている。具体的には、第２水素加熱器６２は、第２回路３２において第２熱交換器５２をバイパスするように設けられるバイパスライン３５に設けられている。バイパスライン３５は、第２膨張タービン３４の下流側かつ第２熱交換器５２の上流側にて第２回路３２から分岐し、第２熱交換器５２の下流側かつポンプ３３の上流側（即ち第３熱交換器５４の上流側）にて第２回路３２に合流するように設けられる。
図４及び図５に示す例示的な実施形態では、第２回路３２において、第２熱交換器５２と第２水素加熱器６２とが直列に設けられている。具体的には、第２水素加熱器６２は、第２回路３２において、第２膨張タービン３４の下流側かつ第２熱交換器５２の上流側に設けられている。
上述の実施形態では、水素を供給先に導くための水素ライン１２において、水素と熱媒体と熱交換するための第１水素加熱器６０よりも上流側に、水素と第２作動媒体とを熱交換するための第２水素加熱器６２を設けたので、第１水素加熱器６０では、第２水素加熱器６２にて第２作動媒体との熱交換により昇温した水素と熱媒体とが熱交換される。よって、第１水素加熱器６０に供給する熱媒体が比較的高い凝固点を有する流体（例えば海水等）である場合であっても、第１水素加熱器６０において熱媒体が凍結し難い。よって、第１水素加熱器６０（熱交換器）を流れる流体の凍結を抑制することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、冷熱回収設備１００は、水素ライン１２において第２水素加熱器６２よりも下流側且つ第１水素加熱器６０よりも上流側に設けられた第３水素加熱器７６をさらに備える。
図６に示す例示的な実施形態では、第３水素加熱器７６は、中間媒体循環ライン７２を循環する中間媒体との熱交換により水素を加熱するように構成される。中間媒体循環ライン７２には、熱媒体との熱交換により中間媒体を加熱するための中間媒体冷却器７８と、ポンプ７３と、が設けられている。したがって、中間媒体循環ライン７２を中間媒体が循環することにより、熱媒体の熱が中間媒体を介して水素に輸送され、これにより水素が加熱される。
中間媒体は、例えば、グリコール水又はプロパン等の有機媒体を含んでもよい。
なお、中間媒体循環ライン７２には、中間媒体を貯留するための中間媒体タンク７４が設けられていてもよい。また、中間媒体冷却器７８には、熱媒体ライン４０から分岐する分岐ライン４６を介して熱媒体が供給されるようになっていてもよい。
上述の実施形態によれば、水素ライン１２において第２水素加熱器６２の下流側かつ第１水素加熱器６０の上流側に、中間媒体循環ライン７２を流れる中間媒体と水素とを熱交換するための第３水素加熱器７６が設けられるとともに、中間媒体循環ライン７２には熱媒体（海水等）との熱交換により中間媒体を加熱するための中間媒体冷却器７８が設けられる。したがって、第３水素加熱器７６では、第２水素加熱器６２で加熱された後の水素が、熱媒体の熱を輸送した中間媒体との熱交換によりさらに加熱される。よって、水素ライン１２において第３水素加熱器７６の下流側に位置する第１水素加熱器６０における熱媒体の凍結をより効果的に抑制することができる。
ところで、図３～図６に示す例示的な実施形態では、第１水素加熱器６０での熱媒体の凍結をより確実に防止するため、第２水素加熱器６２に供給される第２作動媒体の温度（即ち、第２膨張タービン３４の出口における温度）を調節する（ある程度高くなるようにする）必要が生じる場合がある。このような場合、例えば以下のようにして、第２作動媒体の第２膨張タービン３４の出口における温度を調節することができる。
ここで、図１１は、一実施形態に係る冷熱回収設備１００の概略図であり、図３に示す冷熱回収設備１００の変形例である。
図１１に示す実施形態では、第２回路３２において、第２熱交換器５２の下流側（より詳しくはバイパスライン３５の合流点の下流側）かつポンプ３３の上流側に、第２作動媒体が貯留される貯留タンク１１０が設けられている。貯留タンク１１０は、第２熱力学サイクル３０における第２作動媒体の蒸発と凝縮のバランスが変化しても、安定して液状態の第２作動媒体を送出できるように、余剰の第２作動媒体を蓄えておくためのものである。
貯留タンク１１０には、貯留タンク１１０内部の圧力を検出するための圧力センサ１１２が設けられる。また、ポンプ３３の回転数は、圧力センサ１１２で検出された貯留タンク１１０内の圧力値に基づいて制御されるようになっている。
第２回路３２における高圧側（ポンプ３３の出口と第２膨張タービン３４の入口との間）の圧力は、ポンプ３３の送出圧力によって制御され、低圧側（第２膨張タービン３４の出口とポンプ３３の入口との間）の圧力は、第２作動媒体の凝縮液の温度によって制御される。
そこで、まず、ポンプ３３の回転数を調整して第２回路３２における第２作動媒体の流量を変更する。第２作動媒体の流量が変更されると、第２熱交換器５２の出口の冷媒温度が変化し、これに伴って貯留タンク１１０の圧力が変化する。圧力センサ１１２で検出される貯留タンク１１０の内部の圧力をポンプ３３にフィードバックすることで、低圧側の圧力を制御することができる。これによって、第２膨張タービン３４の出口における第２作動媒体の温度も調節することができる。
このようにして、第２水素加熱器６２に供給される第２作動媒体の温度（即ち、第２膨張タービン３４の出口における温度）を適切に調節することができる。
上述した第２回路３２における圧力及び／又は温度を調節するための機構（貯留タンク１１０及び圧力センサ１１２を含む構成）は、図３～図６に示す実施形態にそれぞれ適用可能である。
なお、特に図示しないが、幾つかの実施形態では、第１回路２２において、第１熱交換器５０の下流側かつポンプ２３の上流側に、第１作動媒体が貯留される貯留タンクを設けてもよい。該貯留タンクを設けることで、第１熱力学サイクル２０における第１作動媒体の蒸発と凝縮のバランスが変化しても、安定して液状態の第１作動媒体を送出できるように、余剰の第１作動媒体を蓄えておくことができる。
幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、冷熱回収設備１００は、第１回路２２において第１膨張タービン２４の上流側にて第１作動媒体を加熱するための作動媒体加熱器４５を備える。作動媒体加熱器４５は、第１回路２２において、第２熱交換器５２の下流側かつ第１膨張タービン２４の上流側に設けられる。図５に示す例示的な実施形態では、作動媒体加熱器４５は、熱媒体との熱交換により第１作動媒体を加熱するように構成される。作動媒体加熱器４５には、熱媒体ライン４０から分岐する分岐ライン４４を介して、熱媒体が供給される。
上述の実施形態によれば、第１回路２２において第１膨張タービン２４の上流側を流れる第１作動媒体を加熱するための作動媒体加熱器４５を設けたので、第１膨張タービン２４の入口における作動媒体の温度を上昇させることができる。よって、第１膨張タービン２４の入口と出口の熱落差を大きくすることができ、これにより、第１膨張タービン２４の出力を増大することができる。
なお、図３～図６に示す実施形態では、第２回路３２に設けられた第２水素加熱器６２において第２作動媒体が冷却されるため、第２熱交換器５２での第１作動媒体と第２作動媒体との間の熱交換量は、第２水素加熱器６２を設けない場合に比べて小さくなると考えられる。このような場合であっても、上述の作動媒体加熱器４５を設けることで第１膨張タービン２４の入口のガス温度を上昇させることができるので、第１膨張タービン２４の出力低下を抑制することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図７及び図８に示すように、冷熱回収設備１００は、第３作動媒体を冷媒とする空調サイクル１２０を含む。空調サイクル１２０は、第３作動媒体が循環する第３回路１２１と、第３回路１２１に設けられ、第３作動媒体を凝縮するための凝縮器１２４、凝縮された第３作動媒体を膨張させるための膨張弁１２５、膨張された第３作動媒体を蒸発させるための蒸発器１２６、及び、ガス状態の第３作動媒体を圧縮するための圧縮機１２２と、を含む。圧縮機１２２はモータ１２３により駆動されるようになっている。
凝縮器１２４は、第１熱力学サイクル２０または第２熱力学サイクル３０における膨張タービンの上流側のガス状態の作動媒体との熱交換により、空調サイクル１２０の第３作動媒体を凝縮するように構成される。図８に示す例示的な実施形態では、凝縮器１２４は、第１熱力学サイクル２０を形成する第１回路２２における第１膨張タービン２４の上流側のガス状態の第１作動媒体との熱交換により第３作動媒体を凝縮するように構成される。図７に示す例示的な実施形態では、凝縮器１２４は、第２熱力学サイクル３０を形成する第２回路３２における第２膨張タービン３４の上流側のガス状態の第２作動媒体との熱交換により第３作動媒体を凝縮するように構成される。
蒸発器１２６は、熱媒体ライン１２８を介して供給される熱媒体との熱交換により第３作動媒体を蒸発させるように構成される。熱媒体ライン１２８には熱媒体を圧送するためのポンプ１２９が設けられていてもよい。蒸発器１２６に供給される熱媒体は、水、海水、又は機器を冷却するための冷却流体等であってもよい。
上述の実施形態によれば、空調サイクル１２０にて圧縮機１２２で圧縮された高温高圧の第３作動媒体が流入する凝縮器１２４において、第３作動媒体との熱交換により、第１作動媒体又は第２作動媒体を加熱することができる。よって、第１膨張タービン２４又は第２膨張タービン３４の入口と出口の熱落差を大きくすることができ、これにより、第１膨張タービン２４又は第２膨張タービン３４の出力を増大することができる。
なお、空調サイクル１２０の構成は、図示するものに限られず、種々の公知の空調サイクルを適用することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図９に示すように、冷熱回収設備１００は、第１膨張タービン２４の上流側にて第１回路２２から分岐し、第１作動媒体を機器８２に供給するための供給ライン８４と、第１膨張タービン２４の下流側にて第１回路２２に合流し、機器８２からの第１作動媒体を第１回路２２に戻すための戻しライン８８と、を備える。第１回路２２には、第１作動媒体としての不活性物質（窒素又はアルゴン等の希ガス等）が循環するように構成される。なお、図９において、供給ライン８４には、供給ライン８４を流れる第１作動媒体の量を調節するためのバルブ８６が設けられている。
上述の実施形態によれば、第１作動媒体として不活性物質が用いられるとともに、第１膨張タービン２４の上流側にて第１回路２２から分岐する供給ライン８４、及び、第１膨張タービン２４の下流側にて第１回路２２に合流する戻しライン８８が設けられる。したがって、第１回路２２における第１膨張タービン２４の入口と出口の圧力差を利用して、供給ライン８４を介して機器８２にガス状態の不活性物質（イナートガス）を供給し、かつ、戻しライン８８を介して機器８２からの不活性物質のガスを第１回路２２に戻すことができる。このようにして、不活性物質である第１作動媒体を、別の目的で有効利用することができる。
上述の機器８２は、例えば、可燃性ガスを輸送するためのガス輸送管であってもよい。ガス輸送管は、可燃性ガスを流すための内周側配管と、内周側配管の外周側に設けられる外周側配管と、を含む二重管構造を有していてもよい。そして、ガス輸送管の外周側配管に、上述の供給ライン８４を介して不活性物質のガスが供給されるようになっていてもよい。なお、上述のガス輸送管は、水素ライン１２を構成する配管であってもよい。
上述の実施形態によれば、二重管構造を有するガス輸送管の外周側配管に不活性物質である第１作動媒体のガス（イナートガス）を供給するようにしたので、可燃性ガスが内周側配管から漏洩したとしても、イナートガスにより可燃性ガスが輸送されるため、ガス検知器での検知を早めることができる。このように、ガス漏洩を迅速に検知するために、第１作動媒体を有効利用することができる。
既に述べたように、熱媒体ライン４０を介して第３熱交換器５４に供給される熱媒体は、高温機器を冷却した後の冷却流体（冷却水や冷却油）を含んでもよい。
この場合、高温機器を冷却した冷却流体が熱媒体として第３熱交換器５４に供給される。よって、熱力学サイクルを作動させるための高温熱源として高温機器を冷却した冷却流体を有効利用して、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制することができる。
上述の高温機器は、計算機を含んでもよい。ここで、図１０は、高温機器の一例である計算機の概略図である。図１０に示す計算機９２は、液状態の冷媒油１０１に浸漬されることで冷却されるように構成された液浸サーバである。
該計算機９２は、液浸槽９４内に、液状態の冷媒油１０１に浸漬された状態で設置される。また、液浸槽９４内には、計算機９２の上方に凝縮器９８が設けられている。液浸槽９４は密閉構造を有し、液浸槽９４の中で、液状態の冷媒油１０１と、ガス状態の冷媒油１０２とが共存している。凝縮器９８には、冷却流体ライン９６を介して冷却流体（冷却水又は冷却油等）が供給されるようになっている。なお、冷却流体ライン９６にはポンプ９７が設けられている。
液浸槽９４内では、計算機９２からの熱を受けて液状態の冷媒油１０１が気化する。また、ガス状態の冷媒油１０２は凝縮器９８で冷却されて液化する。この冷媒油の気化と液化のサイクルが繰り返されることで、計算機９２からの熱が液浸槽９４内の冷媒油及び凝縮器９８を介して冷却流体に輸送される。このようにして、冷却流体によって計算機９２が冷却される。
そして、冷却流体ライン９６において凝縮器９０から排出された冷却流体が、熱媒体ライン４０を介して第３熱交換器５４に供給されるようになっている。なお、熱媒体ライン４０にて第３熱交換器５４から排出された冷却流体は、再度、冷却流体ライン９６を介して液浸槽９４の凝縮器９８に供給されるようになっていてもよい。
なお、上述の高温機器としての計算機は、液浸サーバに限定されない。幾つかの実施形態では、該計算機は、他の公知の液体冷却式の計算機であってもよく、例えば、プロセッサを水で冷却する水冷式の計算機等であってもよい。
上述の実施形態によれば、計算機９２を冷却した冷却流体が熱媒体として第３熱交換器５４に供給される。よって、熱力学サイクルを作動させるための高温熱源として計算機９２を冷却した冷却流体を有効利用して、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制することができる。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る冷熱回収設備（１００）は、
液体水素を貯留するための液体水素タンク（１０）と、
第１作動媒体が循環するように構成された第１回路（２２）と、
前記第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が循環するように構成された第２回路（３２）と、
前記第１回路に設けられ、ガス状態の前記第１作動媒体によって駆動されるように構成された第１膨張タービン（２４）と、
前記第２回路に設けられ、ガス状態の前記第２作動媒体によって駆動されるように構成された第２膨張タービン（３４）と、
前記第１作動媒体との熱交換により前記液体水素タンクからの液体水素を気化させるための第１熱交換器（５０）と、
前記第２作動媒体との熱交換により液体状態の前記第１作動媒体を気化させるための第２熱交換器（５２）と、
熱媒体との熱交換により液体状態の前記第２作動媒体を気化させるための第３熱交換器（５４）と、
を備え、
前記第１回路及び第１膨張タービンは、前記第１熱交換器にて前記液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクル（２０）の一部を形成し、
前記第２回路及び第２膨張タービンは、前記第２熱交換器にて前記第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクル（３０）の一部を形成する。
液体水素を貯留するための液体水素タンク（１０）と、
第１作動媒体が循環するように構成された第１回路（２２）と、
前記第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が循環するように構成された第２回路（３２）と、
前記第１回路に設けられ、ガス状態の前記第１作動媒体によって駆動されるように構成された第１膨張タービン（２４）と、
前記第２回路に設けられ、ガス状態の前記第２作動媒体によって駆動されるように構成された第２膨張タービン（３４）と、
前記第１作動媒体との熱交換により前記液体水素タンクからの液体水素を気化させるための第１熱交換器（５０）と、
前記第２作動媒体との熱交換により液体状態の前記第１作動媒体を気化させるための第２熱交換器（５２）と、
熱媒体との熱交換により液体状態の前記第２作動媒体を気化させるための第３熱交換器（５４）と、
を備え、
前記第１回路及び第１膨張タービンは、前記第１熱交換器にて前記液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクル（２０）の一部を形成し、
前記第２回路及び第２膨張タービンは、前記第２熱交換器にて前記第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクル（３０）の一部を形成する。
上記（１）の構成では、第１作動媒体を用い、第１熱交換器にて液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクルと、第２作動媒体を用い、第２熱交換器にて第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクルと、を含む冷熱回収設備において、第１作動媒体は第２作動媒体よりも凝固点が低い。したがって、第１熱力学サイクルでは、比較的低い凝固点を有する第１作動媒体と極低温の液体水素とを熱交換させるので、第１熱交換器において第１作動媒体が凍結し難い。また、第２熱力学サイクルでは、比較的高い凝固点を有する第２作動媒体と高温熱源としての熱媒体とを第３熱交換器で熱交換させるので、該熱媒体が比較的高い凝固点を有する流体（例えば海水等）である場合であっても、第３熱交換器において熱媒体が凍結し難い。よって、上記（１）の構成によれば、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制することができる。
また、上記（１）の構成では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン及び第２膨張タービンが駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、タービンの出力を全体として増大させることができる。
また、上記（１）の構成では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン及び第２膨張タービンが駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、タービンの出力を全体として増大させることができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記冷熱回収設備は、
前記液体水素タンクからの水素を供給先に導くための水素ライン（１２）と、
前記水素ラインにおいて前記第１熱交換器よりも下流側に設けられ、前記水素ラインの前記水素を熱媒体との熱交換によって加熱するように構成された第１水素加熱器（６０）と、
前記水素ラインにおいて前記第１熱交換器よりも下流側且つ第１水素加熱器よりも上流側に設けられ、前記第２膨張タービンから排出された前記第２作動媒体の少なくとも一部との熱交換によって前記水素ラインの前記水素を加熱するように構成された第２水素加熱器（６２）と、
を備える。
前記冷熱回収設備は、
前記液体水素タンクからの水素を供給先に導くための水素ライン（１２）と、
前記水素ラインにおいて前記第１熱交換器よりも下流側に設けられ、前記水素ラインの前記水素を熱媒体との熱交換によって加熱するように構成された第１水素加熱器（６０）と、
前記水素ラインにおいて前記第１熱交換器よりも下流側且つ第１水素加熱器よりも上流側に設けられ、前記第２膨張タービンから排出された前記第２作動媒体の少なくとも一部との熱交換によって前記水素ラインの前記水素を加熱するように構成された第２水素加熱器（６２）と、
を備える。
上記（２）の構成によれば、水素を供給先に導くための水素ラインにおいて、水素と熱媒体と熱交換するための第１水素加熱器よりも上流側に、水素と第２作動媒体と熱交換するための第２水素加熱器を設けたので、第１水素加熱器では、第２作動媒体との熱交換により昇温した水素と熱媒体とが熱交換される。よって、第１水素加熱器に供給する熱媒体が比較的高い凝固点を有する流体（例えば海水等）である場合であっても、第１水素加熱器において熱媒体が凍結し難い。よって、上記（２）の構成によれば、第１水素加熱器（熱交換器）を流れる流体の凍結を抑制することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記第２水素加熱器は、前記水素との熱交換により前記第２作動媒体の前記少なくとも一部を凝縮させるように構成される。
前記第２水素加熱器は、前記水素との熱交換により前記第２作動媒体の前記少なくとも一部を凝縮させるように構成される。
上記（３）の構成によれば、水素の冷熱は、第１熱交換器にて第１作動媒体を凝縮させるために用いられるのに加え、第２水素加熱器にて第２作動媒体を凝縮させるために用いられる。このように、水素の冷熱を有効利用して、２つの熱力学サイクル（第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクル）を作動させることができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記冷熱回収設備は、
前記第２膨張タービンの下流側かつ前記第２熱交換器の上流側にて前記第２回路から分岐し、前記第２熱交換器の下流側且つ前記第３熱交換器の上流側にて前記第２回路に合流するバイパスライン（３５）を備え、
前記第２水素加熱器は、前記バイパスラインを流れる前記第２作動媒体の前記少なくとも一部との熱交換器より、前記水素を加熱するように構成される。
前記冷熱回収設備は、
前記第２膨張タービンの下流側かつ前記第２熱交換器の上流側にて前記第２回路から分岐し、前記第２熱交換器の下流側且つ前記第３熱交換器の上流側にて前記第２回路に合流するバイパスライン（３５）を備え、
前記第２水素加熱器は、前記バイパスラインを流れる前記第２作動媒体の前記少なくとも一部との熱交換器より、前記水素を加熱するように構成される。
上記（４）の構成によれば、第２回路において第２膨張タービンから排出された第２作動媒体の一部を、バイパスラインを介して第２水素加熱器に供給するようにしたので、第２水素加熱器において該第２作動媒体の一部との熱交換により水素を適切に加熱することができる。これにより、水素ラインにて第２水素加熱器よりも下流側に設けられる第１水素加熱器における熱媒体の凍結を抑制することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記第２水素加熱器は、前記第２回路において、前記第２膨張タービンの下流側かつ前記第２熱交換器の上流側に設けられる。
前記第２水素加熱器は、前記第２回路において、前記第２膨張タービンの下流側かつ前記第２熱交換器の上流側に設けられる。
上記（５）の構成によれば、第２回路において第２膨張タービンから排出された第２作動媒体を第２水素加熱器に供給するようにしたので、第２水素加熱器において該第２作動媒体との熱交換により水素を適切に加熱することができる。これにより、水素ラインにて第２水素加熱器よりも下流側に設けられる第１水素加熱器における熱媒体の凍結を抑制することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかの構成において、
前記冷熱回収設備は、
中間媒体が循環する中間媒体循環ライン（７２）と、
前記水素ラインにおいて、前記第２水素加熱器よりも下流側かつ前記第１水素加熱器よりも上流側に設けられ、前記中間媒体との熱交換により前記水素を加熱するように構成された第３水素加熱器（７６）と、
前記中間媒体循環ラインに設けられ、熱媒体との熱交換により前記中間媒体を加熱するように構成された中間媒体冷却器（７８）と、
を備える。
前記冷熱回収設備は、
中間媒体が循環する中間媒体循環ライン（７２）と、
前記水素ラインにおいて、前記第２水素加熱器よりも下流側かつ前記第１水素加熱器よりも上流側に設けられ、前記中間媒体との熱交換により前記水素を加熱するように構成された第３水素加熱器（７６）と、
前記中間媒体循環ラインに設けられ、熱媒体との熱交換により前記中間媒体を加熱するように構成された中間媒体冷却器（７８）と、
を備える。
上記（６）の構成によれば、水素ラインにおいて第２水素加熱器の下流側かつ第１水素加熱器の上流側に、中間媒体循環ラインの中間媒体と水素とを熱交換するための第３水素加熱器が設けられるとともに、中間媒体循環ラインには熱媒体（海水等）との熱交換により中間媒体を加熱するための中間媒体冷却器が設けられる。したがって、第３水素加熱器では、第２水素加熱器で加熱された後の水素が、熱媒体の熱を輸送した中間媒体との熱交換によりさらに加熱される。よって、水素ラインにおいて第３水素加熱器の下流側に位置する第１水素加熱器における熱媒体の凍結をより効果的に抑制することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記冷熱回収設備は、
前記第１回路において前記第２熱交換器の下流側かつ前記第１膨張タービンの上流側に設けられ、前記第１回路を流れる前記第１作動媒体を加熱するように構成された作動媒体加熱器（４５）を備える。
前記冷熱回収設備は、
前記第１回路において前記第２熱交換器の下流側かつ前記第１膨張タービンの上流側に設けられ、前記第１回路を流れる前記第１作動媒体を加熱するように構成された作動媒体加熱器（４５）を備える。
上記（７）の構成によれば、第１回路において第１膨張タービンの上流側を流れる第１作動媒体を加熱するための作動媒体加熱器を設けたので、第１膨張タービンの入口における作動媒体の温度を上昇させることができる。よって、第１膨張タービンの入口と出口の熱落差を大きくすることができ、これにより、第１膨張タービンの出力を増大することができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記冷熱回収設備は、
前記第１膨張タービンによって駆動されるように構成された第１発電機（２６）と、
前記第２膨張タービンによって駆動されるように構成された第２発電機（３６）と、
を備える。
前記冷熱回収設備は、
前記第１膨張タービンによって駆動されるように構成された第１発電機（２６）と、
前記第２膨張タービンによって駆動されるように構成された第２発電機（３６）と、
を備える。
上記（８）の構成によれば、第１膨張タービン及び第２膨張タービンで第１発電機及び第２発電機をそれぞれ駆動することができる。よって、液体水素の冷熱エネルギーを利用して第１発電機及び第２発電機を駆動しながら、上記（１）で述べたように、熱交換器（第３熱交換器等）を流れる流体の凍結を抑制することができる。
また、上記（８）の構成では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン及び第２膨張タービンが駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、発電機での発電量を増大させることができる。
また、上記（８）の構成では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン及び第２膨張タービンが駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、発電機での発電量を増大させることができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記冷熱回収設備は、
第３作動媒体が循環するように構成され、空調サイクル（１２０）の一部を形成する第３回路（１２１）と、
前記空調サイクルの一部を形成し、前記第３回路を流れる前記第３作動媒体を凝縮させるための凝縮器（１２４）と、
を備え、
前記凝縮器は、前記第１回路における前記第１膨張タービンの上流側のガス状態の前記第１作動媒体、又は、前記第２回路における前記第２膨張タービンの上流側のガス状態の前記第２作動媒体との熱交換により、前記第３作動媒体を凝縮させるように構成される。
前記冷熱回収設備は、
第３作動媒体が循環するように構成され、空調サイクル（１２０）の一部を形成する第３回路（１２１）と、
前記空調サイクルの一部を形成し、前記第３回路を流れる前記第３作動媒体を凝縮させるための凝縮器（１２４）と、
を備え、
前記凝縮器は、前記第１回路における前記第１膨張タービンの上流側のガス状態の前記第１作動媒体、又は、前記第２回路における前記第２膨張タービンの上流側のガス状態の前記第２作動媒体との熱交換により、前記第３作動媒体を凝縮させるように構成される。
上記（９）の構成によれば、空調サイクルにおいて圧縮機で圧縮された高温高圧の第３作動媒体が流入する凝縮器において、第３作動媒体との熱交換により、第１作動媒体又は第２作動媒体を加熱することができる。よって、第１膨張タービン又は第２膨張タービンの入口と出口の熱落差を大きくすることができ、これにより、第１膨張タービン又は第２膨張タービンの出力を増大することができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記第１回路には、前記第１作動媒体としての不活性物質が循環するように構成され、
前記冷熱回収設備は、
前記第１膨張タービンの上流側にて前記第１回路から分岐し、前記第１作動媒体を機器（８２）に供給するための供給ライン（８４）と、
前記第１膨張タービンの下流側にて前記第１回路に合流し、前記機器からの前記第１作動媒体を前記第１回路に戻すための戻しライン（８８）と、
を備える。
前記第１回路には、前記第１作動媒体としての不活性物質が循環するように構成され、
前記冷熱回収設備は、
前記第１膨張タービンの上流側にて前記第１回路から分岐し、前記第１作動媒体を機器（８２）に供給するための供給ライン（８４）と、
前記第１膨張タービンの下流側にて前記第１回路に合流し、前記機器からの前記第１作動媒体を前記第１回路に戻すための戻しライン（８８）と、
を備える。
上記（１０）の構成によれば、第１作動媒体として不活性物質が用いられるとともに、第１膨張タービンの上流側にて第１回路から分岐する供給ライン、及び、第１膨張タービンの下流側にて第１回路に合流する戻しラインが設けられる。したがって、第１回路における第１膨張タービンの入口と出口の圧力差を利用して、供給ラインを介して機器に不活性物質のガスを供給し、かつ、戻しラインを介して機器からの不活性物質のガスを第１回路に戻すことができる。このようにして、不活性物質である第１作動媒体を、別の目的で有効利用することができる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記冷熱回収設備は、
前記機器としての、可燃性ガスを輸送するためのガス輸送管を備え、
前記ガス輸送管は、前記可燃性ガスを流すための内周側配管と、前記内周側配管の外周側に設けられる外周側配管と、を含む二重管構造を有し、
前記外周側配管は、前記供給ラインからの前記第１作動媒体が供給されるように構成される。
前記冷熱回収設備は、
前記機器としての、可燃性ガスを輸送するためのガス輸送管を備え、
前記ガス輸送管は、前記可燃性ガスを流すための内周側配管と、前記内周側配管の外周側に設けられる外周側配管と、を含む二重管構造を有し、
前記外周側配管は、前記供給ラインからの前記第１作動媒体が供給されるように構成される。
上記（１１）の構成によれば、二重管構造を有するガス輸送管の外周側配管に不活性物質である第１作動媒体のガス（イナートガス）を供給するようにしたので、可燃性ガスが内周側配管から漏洩したとしても、イナートガスにより可燃性ガスが輸送されるため、ガス検知器での検知を早めることができる。このように、ガス漏洩を迅速に検知するために、第１作動媒体を有効利用することができる。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れの構成において、
前記冷熱回収設備は、
前記第３熱交換器に前記熱媒体を供給するための熱媒体ライン（４０）を備え、
前記熱媒体は、高温機器を冷却した冷却流体を含む。
前記冷熱回収設備は、
前記第３熱交換器に前記熱媒体を供給するための熱媒体ライン（４０）を備え、
前記熱媒体は、高温機器を冷却した冷却流体を含む。
上記（１２）の構成では、高温機器を冷却した冷却流体が熱媒体として第３熱交換器に供給される。よって、熱力学サイクルを作動させるための高温熱源として高温機器を冷却した冷却流体を有効利用して、上記（１）で述べたように、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制することができる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記高温機器は、計算機（９２）を含む。
前記高温機器は、計算機（９２）を含む。
上記（１３）の構成によれば、計算機を冷却した冷却流体が熱媒体として第３熱交換器に供給される。よって、熱力学サイクルを作動させるための高温熱源として計算機を冷却した冷却流体を有効利用して、上記（１）で述べたように、液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制することができる。
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶（１）は、
船体（２）と、
前記船体に設けられた上記（１）乃至（１３）の何れか一項に記載の冷熱回収設備（１００）と、
前記船体に設けられ、前記第１熱交換器で気化された前記水素を燃料として使用する原動機（６）又は燃料電池（８）と、
を備える。
船体（２）と、
前記船体に設けられた上記（１）乃至（１３）の何れか一項に記載の冷熱回収設備（１００）と、
前記船体に設けられ、前記第１熱交換器で気化された前記水素を燃料として使用する原動機（６）又は燃料電池（８）と、
を備える。
上記（１４）の構成では、第１作動媒体を用い、第１熱交換器にて液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクルと、第２作動媒体を用い、第２熱交換器にて第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクルと、を含む冷熱回収設備において、第１作動媒体は第２作動媒体よりも凝固点が低い。したがって、第１熱力学サイクルでは、比較的低い凝固点を有する第１作動媒体と極低温の液体水素とを熱交換させるので、第１熱交換器において第１作動媒体が凍結し難い。また、第２熱力学サイクルでは、比較的高い凝固点を有する第２作動媒体と高温熱源としての熱媒体とを第３熱交換器で熱交換させるので、該熱媒体が比較的高い凝固点を有する流体（例えば海水等）である場合であっても、第３熱交換器において熱媒体が凍結し難い。よって、上記（１４）の構成によれば、船舶の燃料である液体水素の冷熱を回収しながら、熱交換器を流れる流体の凍結を抑制することができる。
また、上記（１４）の構成では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン及び第２膨張タービンが駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、タービンの出力を全体として増大させることができる。
また、上記（１４）の構成では、第１熱力学サイクル及び第２熱力学サイクルを含む多段階の熱力学サイクルで第１膨張タービン及び第２膨張タービンが駆動されるので、従来の１段階の熱力学サイクルを用いた構成に比べ、タービンの出力を全体として増大させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１ 船舶
２ 船体
２ａ 船首
２ｂ 船尾
３ 舵
４ プロペラ
６ 原動機
８ 燃料電池
１０ 液体水素タンク
１２ 水素ライン
１４ ポンプ
２０ 第１熱力学サイクル
２２ 第１回路
２３ ポンプ
２４ 第１膨張タービン
２６ 第１発電機
３０ 第２熱力学サイクル
３２ 第２回路
３３ ポンプ
３４ 第２膨張タービン
３５ バイパスライン
３６ 第２発電機
４０ 熱媒体ライン
４１ ポンプ
４２ 分岐ライン
４４ 分岐ライン
４５ 作動媒体加熱器
４６ 分岐ライン
５０ 第１熱交換器
５２ 第２熱交換器
５４ 第３熱交換器
６０ 第１水素加熱器
６２ 第２水素加熱器
７２ 中間媒体循環ライン
７３ ポンプ
７４ 中間媒体タンク
７６ 第３水素加熱器
７８ 中間媒体冷却器
８２ 機器
８４ 供給ライン
８６ バルブ
８８ 戻しライン
９０ 凝縮器
９２ 計算機
９４ 液浸槽
９６ 冷却流体ライン
９７ ポンプ
９８ 凝縮器
１００ 冷熱回収設備
１０１ 液状態の冷媒油
１０２ ガス状態の冷媒油
１１０ 貯留タンク
１１２ 圧力センサ
１２０ 空調サイクル
１２１ 第３回路
１２２ 圧縮機
１２３ モータ
１２４ 凝縮器
１２５ 膨張弁
１２６ 蒸発器
１２８ 熱媒体ライン
１２９ ポンプ
２ 船体
２ａ 船首
２ｂ 船尾
３ 舵
４ プロペラ
６ 原動機
８ 燃料電池
１０ 液体水素タンク
１２ 水素ライン
１４ ポンプ
２０ 第１熱力学サイクル
２２ 第１回路
２３ ポンプ
２４ 第１膨張タービン
２６ 第１発電機
３０ 第２熱力学サイクル
３２ 第２回路
３３ ポンプ
３４ 第２膨張タービン
３５ バイパスライン
３６ 第２発電機
４０ 熱媒体ライン
４１ ポンプ
４２ 分岐ライン
４４ 分岐ライン
４５ 作動媒体加熱器
４６ 分岐ライン
５０ 第１熱交換器
５２ 第２熱交換器
５４ 第３熱交換器
６０ 第１水素加熱器
６２ 第２水素加熱器
７２ 中間媒体循環ライン
７３ ポンプ
７４ 中間媒体タンク
７６ 第３水素加熱器
７８ 中間媒体冷却器
８２ 機器
８４ 供給ライン
８６ バルブ
８８ 戻しライン
９０ 凝縮器
９２ 計算機
９４ 液浸槽
９６ 冷却流体ライン
９７ ポンプ
９８ 凝縮器
１００ 冷熱回収設備
１０１ 液状態の冷媒油
１０２ ガス状態の冷媒油
１１０ 貯留タンク
１１２ 圧力センサ
１２０ 空調サイクル
１２１ 第３回路
１２２ 圧縮機
１２３ モータ
１２４ 凝縮器
１２５ 膨張弁
１２６ 蒸発器
１２８ 熱媒体ライン
１２９ ポンプ
Claims (13)
- 液体水素を貯留するための液体水素タンクと、
第１作動媒体が循環するように構成された第１回路と、
前記第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が循環するように構成された第２回路と、
前記第１回路に設けられ、ガス状態の前記第１作動媒体によって駆動されるように構成された第１膨張タービンと、
前記第２回路に設けられ、ガス状態の前記第２作動媒体によって駆動されるように構成された第２膨張タービンと、
前記第１作動媒体との熱交換により前記液体水素タンクからの液体水素を気化させるための第１熱交換器と、
前記第２作動媒体との熱交換により液体状態の前記第１作動媒体を気化させるための第２熱交換器と、
熱媒体との熱交換により液体状態の前記第２作動媒体を気化させるための第３熱交換器と、
を備え、
前記第１回路及び第１膨張タービンは、前記第１熱交換器にて前記液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第２回路及び第２膨張タービンは、前記第２熱交換器にて前記第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第１回路において前記第２熱交換器の下流側かつ前記第１膨張タービンの上流側に設けられ、前記第１回路を流れる前記第１作動媒体を加熱するように構成された作動媒体加熱器を備える
冷熱回収設備。 - 前記液体水素タンクからの水素を供給先に導くための水素ラインと、
前記水素ラインにおいて前記第１熱交換器よりも下流側に設けられ、前記水素ラインの前記水素を熱媒体との熱交換によって加熱するように構成された第１水素加熱器と、
前記水素ラインにおいて前記第１熱交換器よりも下流側且つ第１水素加熱器よりも上流側に設けられ、前記第２膨張タービンから排出された前記第２作動媒体の少なくとも一部との熱交換によって前記水素ラインの前記水素を加熱するように構成された第２水素加熱器と、を備える
請求項１に記載の冷熱回収設備。 - 前記第２水素加熱器は、前記水素との熱交換により前記第２作動媒体の前記少なくとも一部を凝縮させるように構成された
請求項２に記載の冷熱回収設備。 - 前記第２膨張タービンの下流側かつ前記第２熱交換器の上流側にて前記第２回路から分岐し、前記第２熱交換器の下流側且つ前記第３熱交換器の上流側にて前記第２回路に合流するバイパスラインを備え、
前記第２水素加熱器は、前記バイパスラインを流れる前記第２作動媒体の前記少なくとも一部との熱交換により、前記水素を加熱するように構成された
請求項２又は３に記載の冷熱回収設備。 - 前記第２水素加熱器は、前記第２回路において、前記第２膨張タービンの下流側かつ前記第２熱交換器の上流側に設けられた
請求項２又は３に記載の冷熱回収設備。 - 中間媒体が循環する中間媒体循環ラインと、
前記水素ラインにおいて、前記第２水素加熱器よりも下流側かつ前記第１水素加熱器よりも上流側に設けられ、前記中間媒体との熱交換により前記水素を加熱するように構成された第３水素加熱器と、
前記中間媒体循環ラインに設けられ、熱媒体との熱交換により前記中間媒体を加熱するように構成された中間媒体冷却器と、
を備える請求項２乃至５の何れか一項に記載の冷熱回収設備。 - 前記第１膨張タービンによって駆動されるように構成された第１発電機と、
前記第２膨張タービンによって駆動されるように構成された第２発電機と、
を備える
請求項１乃至６の何れか一項に記載の冷熱回収設備。 - 液体水素を貯留するための液体水素タンクと、
第１作動媒体が循環するように構成された第１回路と、
前記第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が循環するように構成された第２回路と、
前記第１回路に設けられ、ガス状態の前記第１作動媒体によって駆動されるように構成された第１膨張タービンと、
前記第２回路に設けられ、ガス状態の前記第２作動媒体によって駆動されるように構成された第２膨張タービンと、
前記第１作動媒体との熱交換により前記液体水素タンクからの液体水素を気化させるための第１熱交換器と、
前記第２作動媒体との熱交換により液体状態の前記第１作動媒体を気化させるための第２熱交換器と、
熱媒体との熱交換により液体状態の前記第２作動媒体を気化させるための第３熱交換器と、
を備え、
前記第１回路及び第１膨張タービンは、前記第１熱交換器にて前記液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第２回路及び第２膨張タービンは、前記第２熱交換器にて前記第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第１膨張タービンによって駆動されるように構成された第１発電機と、
前記第２膨張タービンによって駆動されるように構成された第２発電機と、
第３作動媒体が循環するように構成され、空調サイクルの一部を形成する第３回路と、
前記空調サイクルの一部を形成し、前記第３回路を流れる前記第３作動媒体を凝縮させるための凝縮器と、
を備え、
前記凝縮器は、前記第１回路における前記第１膨張タービンの上流側のガス状態の前記第１作動媒体、又は、前記第２回路における前記第２膨張タービンの上流側のガス状態の前記第２作動媒体との熱交換により、前記第３作動媒体を凝縮させるように構成された
冷熱回収設備。 - 液体水素を貯留するための液体水素タンクと、
第１作動媒体が循環するように構成された第１回路と、
前記第１作動媒体よりも凝固点が高い第２作動媒体が循環するように構成された第２回路と、
前記第１回路に設けられ、ガス状態の前記第１作動媒体によって駆動されるように構成された第１膨張タービンと、
前記第２回路に設けられ、ガス状態の前記第２作動媒体によって駆動されるように構成された第２膨張タービンと、
前記第１作動媒体との熱交換により前記液体水素タンクからの液体水素を気化させるための第１熱交換器と、
前記第２作動媒体との熱交換により液体状態の前記第１作動媒体を気化させるための第２熱交換器と、
熱媒体との熱交換により液体状態の前記第２作動媒体を気化させるための第３熱交換器と、
を備え、
前記第１回路及び第１膨張タービンは、前記第１熱交換器にて前記液体水素を低温熱源として利用する第１熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第２回路及び第２膨張タービンは、前記第２熱交換器にて前記第１作動媒体を低温熱源として利用する第２熱力学サイクルの一部を形成し、
前記第１回路には、前記第１作動媒体としての不活性物質が循環するように構成され、
前記第１膨張タービンの上流側にて前記第１回路から分岐し、前記第１作動媒体を機器に供給するための供給ラインと、
前記第１膨張タービンの下流側にて前記第１回路に合流し、前記機器からの前記第１作動媒体を前記第１回路に戻すための戻しラインと、
を備える
冷熱回収設備。 - 前記機器としての、可燃性ガスを輸送するためのガス輸送管を備え、
前記ガス輸送管は、前記可燃性ガスを流すための内周側配管と、前記内周側配管の外周側に設けられる外周側配管と、を含む二重管構造を有し、
前記外周側配管は、前記供給ラインからの前記第１作動媒体が供給されるように構成された
請求項９に記載の冷熱回収設備。 - 前記第３熱交換器に前記熱媒体を供給するための熱媒体ラインを備え、
前記熱媒体は、高温機器を冷却した冷却流体を含む
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の冷熱回収設備。 - 前記高温機器は、計算機を含む
請求項１１に記載の冷熱回収設備。 - 船体と、
前記船体に設けられた請求項１乃至１２の何れか一項に記載の冷熱回収設備と、
前記船体に設けられ、前記第１熱交換器での前記液体水素の気化により得られる水素を燃料として使用する原動機又は燃料電池と、
を備える船舶。
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| EP23155522.8A EP4227500B1 (en) | 2022-02-09 | 2023-02-08 | Cold energy recovery facility and marine vessel |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022018348A JP7743325B2 (ja) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 冷熱回収設備及び船舶 |
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ID=85202026
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|---|---|---|---|
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