JP2013011199A - 低温流体昇圧ポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】低温流体昇圧ポンプが低回転数で運転される状況を改善し、ポンプ吸込効率を向上させた低温流体昇圧ポンプシステムを提供する。
【解決手段】ＬＮＧタンクから導入した低圧のＬＮＧ（低温流体）を昇圧する低温流体昇圧ポンプシステムにおいて、ＬＮＧを昇圧する複数のピストンポンプ２１Ａ〜Ｃを並列に配置し、ピストンポンプ２１Ａ〜Ｃの少なくとも一つが、低流量時にポンプ流量のリサイクル運転を行うためのバイパス流路３０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）及び液体水素等の低温流体を昇圧する低温流体昇圧ポンプシステムに関する。

低温流体昇圧ポンプシステムに使用される低温流体昇圧ポンプとしては、たとえば下記の特許文献１に開示されたものがあり、図２に概要を示して簡単に説明する。 図２の低温流体昇圧ポンプ１は、図示しない駆動部によりピストン２を往復動させるピストンポンプであり、図中の符号３はピストンロッド、４はシリンダブロック、５はシリンダ、６はピストンリング、７はピストン溝である。この低温流体昇圧ポンプ１は、ピストン２が往復動することにより、流体入口８ａからシリンダ５内に導入した低温流体を昇圧して流体出口８ｂから流出させる。なお、図中の符号９ａ，９ｂは、流体入口８ａ及び流体出口８ｂに設置された逆止弁である。

特開２００９−２８７５７０号公報

ところで、低温流体用昇圧ポンプを使用する場合、たとえばＬＮＧを昇圧するＬＮＧブースタポンプとして使用するような場合には、低流量時に低温流体用昇圧ポンプを低回転で運転すると、ポンプの吸込効率が低下する。特に、ＬＮＧブースタポンプとして複数のポンプを並列に接続配置した構成を採用した場合には、低流量時に全てのポンプを低速回転で運転するとポンプ吸込効率が低下する。

従って、ＬＮＧブースタポンプのような低温流体用昇圧ポンプは、低回転数で運転される低流量時にポンプ吸込効率が低下するという問題の改善が望まれている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低温流体用昇圧ポンプが低回転数で運転される状況で生じるポンプ吸込効率が低下の問題を改善し、低温流体用昇圧ポンプのポンプ吸込効率を向上させた低温流体昇圧ポンプシステムを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る低温流体昇圧ポンプシステムは、低温流体タンクから導入した低圧の低温流体を昇圧する低温流体昇圧ポンプシステムにおいて、前記低圧流体を昇圧する複数のポンプを並列に配置した低温流体昇圧ポンプを備え、前記ポンプの少なくとも一つが、低流量時にポンプ流量のリサイクル運転を行うためのバイパス流路を備えていることを特徴とするものである。

このように、低温流体タンクから導入した低圧の低温流体（液化天然ガス等）を昇圧する複数のポンプを並列に配置した低温流体昇圧ポンプを備え、低温流体昇圧ポンプを構成する複数のポンプは、少なくとも一つが低流量時にポンプ流量のリサイクル運転を行うためのバイパス流路を備えているので、昇圧する低温流体が所定値以下の低流量になると、低温流体をバイパス流路に流してリサイクル運転を行うことで総流量を確保すれば、ポンプの吸込効率が低下する低回転数の運転を回避できる。

上述したリサイクル運転は、低温流体を供給する燃料供給流路及びバイパス流路にそれぞれ流路切替用の開閉弁を設けておき、制御部から出力される開閉操作信号により両開閉弁の開閉状態を変更して、燃料供給流路に流していた低温流体をバイパス流路に流すようにすればよい。なお、制御部は、低温流体昇圧ポンプの上流に設置した流量計で検出した低温流体の総流量が所定値以下となった場合、リサイクル運転を実施する開閉弁操作信号を出力する。

上記の低温流体昇圧ポンプシステムは、舶用直噴式ディーゼルエンジンに燃料として供給される低温流体の液化天然ガスを昇圧するポンプシステムに適している。

上述した本発明の低温流体昇圧ポンプシステムによれば、複数のポンプを並列に配置した低温流体昇圧ポンプを備え、低温流体昇圧ポンプを構成するポンプの少なくとも一つにリサイクル運転用のバイパス流路を設けたので、所定値以下の低流量で運転される状況になると、低温流体をバイパス流路に流してリサイクル運転を行うことで総流量を確保できる。この結果、低温流体昇圧ポンプにおいては、複数台で構成されるポンプの吸込効率が低下する低回転数の運転を回避でき、効率のよい昇圧運転が可能になる。

本発明に係る低温流体昇圧ポンプシステムの一実施形態として、低温流体昇圧ポンプ周辺の構成例を示す系統図である。 低温流体用昇圧ポンプの従来例として、ピストンポンプの構造例を示す断面図である。

以下、本発明に係る低温流体昇圧ポンプシステムについて、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に例示する低温流体昇圧ポンプシステムは、液化天然ガス（ＬＮＧ）等の低温流体を目的とする製品・装置等へ供給するための配管系統であり、具体的には、ディーゼルエンジンの燃料供給系に適用した例を示したものである。すなわち、この場合のＬＮＧ供給ラインＰＦは、たとえばＬＮＧタンク（不図示）の内部に貯蔵されているＬＮＧをエンジン燃料として使用するディーゼルエンジンの燃料供給配管系統、特に、舶用直憤式ディーゼルエンジンに燃料の液化天然ガスを供給する燃料供給配管系統に好適であるが、たとえば液化石油ガスや液体水素等のような低温流体を供給する配管系統にも適用可能である。

このＬＮＧ供給ラインＰＦには、ＬＮＧタンクからタンク内ポンプ（不図示）を介して供給されるＬＮＧを所望の圧力まで昇圧させる低温流体昇圧ポンプとして、ＬＮＧブースタポンプ２０が設けられている。このＬＮＧブースタポンプ２０は、ＬＮＧタンクから供給されるＬＮＧを所望の圧力まで昇圧させるポンプである。
また、ＬＮＧブースタポンプ２０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ＳＤが設置されている。ＬＮＧブースタポンプ２０は、目的とする高圧のＬＮＧを確実に供給するため、ＬＮＧに必要な高圧を与えるものである。

上述したＬＮＧブースタポンプ２０には、たとえば図２に示すようなピストンポンプが用いられる。
本実施形態のＬＮＧブースタポンプ２０は、たとえば図示されていない油圧ポンプ/モータ等を駆動源にして駆動される複数台のピストンポンプ２１Ａ〜Ｃを並列に並べた構成のポンプユニットとされ、各ピストンポンプ２１Ａ〜Ｃは、ポンプシリンダ内で軸方向に往復動するピストンがＬＮＧを昇圧させる構造となっている。なお、図示の構成例では、３台のピストンポンプ２１Ａ〜Ｃを並列に接続した３連のピストンポンプを示しているが、これに限定されることはない。
また、図１の系統図において、図中の符号２４Ａ〜Ｃは流体入口、２５Ａ〜Ｃは流体出口である。

さて、上述したＬＮＧブースタポンプ２０は、図１に示すように、３連のピストンポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが並列に配置された構成とされ、ピストンポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの少なくとも一つが、低流量時にポンプ流量のリサイクル運転を行うためのバイパス流路３０を備えている。各ピストンポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃには、ＬＮＧ導入流路３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ及びＬＮＧ流出流路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが接続されている。以下の説明では、３連のピストンポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ及びその構成・関連部材について区別が不要の場合、たとえばピストンポンプ２１、ＬＮＧ導入流路３１及びＬＮＧ流出流路３２のように、Ａ，Ｂ，Ｃを省略して呼ぶことにする。

ＬＮＧ導入流路３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、燃料用ＬＮＧ供給ラインＰＦから分岐して各ポンプの流体入口２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに連結され、各ポンプに昇圧するＬＮＧを分配して導くための流路である。
ＬＮＧ流出流路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、各ポンプの流体出口２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃに連結され、昇圧されたＬＮＧを燃料用ＬＮＧ供給ラインＰＦに戻して合流させるための燃料供給流路である。

図示の構成例では、ピストンポンプ２１Ａの流体出口２５Ａに連結されたＬＮＧ流出流路３２Ａに流路切替用の出口開閉弁３３が設けられている。さらに、流体出口２５Ａと出口開閉弁３３との間において、分岐点２６でＬＮＧ流出流路３２Ａから分岐したバイパス流路３０には、バイパス開閉弁３４が設けられている。バイパス流路３０は、分岐点２６でＬＮＧ流出流路３２Ａから分岐した後、ＬＮＧブースタポンプ２０の上流で、かつ、ＬＮＧの流量を計測する流量計３５及び開閉弁３６の下流側となる位置で、燃料用ＬＮＧ供給ラインＰＦに接続されている。

流量計３５で計測したＬＮＧ流量値は、制御部４０に入力される。この制御部４０は、入力されたＬＮＧ流量値に基づき、出口開閉弁３３またはバイパス開閉弁３４のいずれか一方を開とし、他方を閉とする開閉操作信号を出力する。具体的に説明すると、制御部４０は、ＬＮＧ流量値が所定値より低い場合、すなわちＬＮＧブースタポンプ２０で昇圧するＬＮＧの総流量が少ないため、ポンプ吸込効率がよくない低速回転数で運転する必要がある場合、通常は開の出口開閉弁３３を閉じ、かつ、通常は閉のバイパス開閉弁３４を開くように、開閉操作信号を出力する。

この結果、ピストンポンプ２１Ａで昇圧されたＬＮＧは、バイパス流路３０を通って燃料用ＬＮＧ供給ラインＰＦに戻され、流量計３５及び開閉弁３６の下流側となる位置でサクションドラム２から導入したＬＮＧに合流した後、再度ＬＮＧブースタポンプ２０に流れるリサイクル運転が実施される。
従って、このようなリサイクル運転において、供給されるＬＮＧは、ピストンポンプ２１Ｂ，２１Ｃの２台で昇圧した流量となり、一方、ピストンポンプ２１Ａで昇圧したＬＮＧは、バイパス流路３０を通って循環するだけで、エンジン燃料として供給されることはない。

このようなリサイクル運転を行うと、供給されるＬＮＧ量が少ない運転状況でも、ＬＮＧブースタポンプ２０で昇圧するＬＮＧ総流量は、実際に供給される流量にリサイクル流量を加えた値（流量）となる。すなわち、各ピストンポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃで昇圧するＬＮＧ流量は、少ないＬＮＧ供給量を３台が分担して供給する場合と比較して、リサイクル運転のＬＮＧ流量が加算されることにより、１台当たりの取り扱い流量を増すことができる。従って、各ピストンポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、昇圧するＬＮＧ流量の増加により、ポンプ吸込効率の悪い低速回転での運転を回避して高回転での運転が可能になる。

このように、上述した実施形態の低温流体昇圧ポンプシステムは、各種製品・装置にＬＮＧを供給する配管系統において、ＬＮＧ供給系のＬＮＧ供給ラインＰＦに設置され、複数のピストンポンプ２１を並列に配置したＬＮＧブースタポンプ２０が、ポンプ吸込効率のよい高回転数で運転できるようにしたものである。このため、複数のピストンポンプ２１は、いずれも効率のよい安定した燃料供給が可能になる。すなわち、低温流体昇圧ポンプシステムを構成する複数台のＬＮＧブースタポンプ２０は、低回転数で運転される状況が改善されるので、ポンプ吸込効率を向上させることができる。

また、上述した実施形態では、ＬＮＧブースタポンプ２０を構成する３連のピストンポンプ２１において、ピストンポンプ２１Ａで昇圧したＬＮＧがリサイクル運転されるものとしたが、これに限定されることはない。たとえば、３連のピストンポンプ２１から２台を選択してリサイクル運転を実施すること、３連以上のピストンポンプ２１の場合は３台以上を選択してリサイクル運転を実施すること、あるいは、出口開閉弁３３やバイパス開閉弁３４に代えて流量制御弁を使用することなど、諸条件に応じて適宜変更することが可能である。

このように、上述した本実施形態の低温流体昇圧ポンプシステムによれば、低温流体のＬＮＧ昇圧用として並列に配置した複数のピストンポンプ２１に対し、少なくとも一台にリサイクル運転用のバイパス流路３０を設けたので、流量計３５で検出した流体流量が所定値以下の低流量で運転される状況になると、ＬＮＧをバイパス流路３０に流してリサイクル運転を行い、低温流体の総流量を確保して効率のよい運転が可能となるとなる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

２０ ＬＮＧブースタポンプ（低温流体昇圧ポンプ）
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ ピストンポンプ
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ 流体入口
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ 流体出口
３０ バイパス流路
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ ＬＮＧ導入流路
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ ＬＮＧ流出流路
３３ 出口開閉弁
３４ バイパス開閉弁
ＰＦ 燃料用ＬＮＧ供給ライン
ＳＤ サクションドラム

Claims (2)

1. 低温流体タンクから導入した低圧の低温流体を昇圧する低温流体昇圧ポンプシステムにおいて、
   前記低圧流体を昇圧する複数のポンプを並列に配置した低温流体昇圧ポンプを備え、前記ポンプの少なくとも一つが、低流量時にポンプ流量のリサイクル運転を行うためのバイパス流路を備えていることを特徴とする低温流体昇圧ポンプシステム。
2. 前記低温流体が、舶用直噴式ディーゼルエンジンに燃料として供給される液化天然ガスであることを特徴とする請求項１に記載の低温流体昇圧ポンプシステム。
   

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