JP2013194598A - 過給機付エンジンシステムおよびこれを備えた液化ガス運搬船等の機関 - Google Patents

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直之 森
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貴芳 寺門
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Abstract

【課題】過給機に吸入される前の燃焼用空気を液化ガスの気化熱と熱交換させる空気予冷器において着霜が発生することを防止しながら燃焼用空気を冷却してタービン効率を向上させ、エンジンシステム全体の熱効率を向上させる。
【解決手段】過給機付エンジンシステム1は、液化ガスを燃料とするガス燃料エンジン2と、ガス燃料エンジン2の排気エネルギーにより駆動され、燃焼用空気を圧縮してガス燃料エンジン2に供給する過給機3と、液化ガスを気化させるとともに、過給機3に吸入される前の燃焼用空気を液化ガスの気化熱と熱交換させて冷却する空気予冷器5と、空気予冷器5によって燃焼用空気が冷却されてタービン効率が向上した分だけ余剰になったタービン駆動エネルギーを回収する補助発電機7(余剰エネルギー回収手段)とを具備し、空気予冷器5は、液化ガスの気化熱を、液相状の伝熱流体Tを介して燃焼用空気に伝達するように構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、過給機に吸入される前の燃焼用空気を冷却してタービン効率を向上させ、余剰なタービン駆動エネルギーを取り出してこれを有効活用するようにした過給機付エンジンシステムおよびこれを備えた液化ガス運搬船等の機関に関するものである。
例えば特許文献1には、ガスタービン機関を用いた発電プラントにおいて、ガスタービン機関のコンプレッサに吸入される燃焼用空気を冷却する空気予冷器を設け、ここで燃焼用空気を液化天然ガス(LNG)の気化熱(冷熱)と熱交換させることにより冷却して空気密度を高め、これによってガスタービンサイクル(ブレイトンサイクル)の効率を改善し、発電効率を向上させたガスタービン発電プラントが開示されている。
このように、空気予冷器において液化天然ガスの気化熱により燃焼用空気を冷却する際には、例えば液化天然ガスがLNGの場合は、その沸点が大気圧中で−168℃と非常に低温であるため、燃焼用空気に含まれる水分が空気予冷器の伝熱面に着霜してしまい、熱交換が阻害されるとともに、空気流路が狭くなって設計値通りの空気量を吸入できなくなり、ガスタービン機関の効率が低下してしまうという問題がある。
そこで、特許文献1のガスタービン発電プラントでは、空気予冷器を2基設け、一方の空気予冷器で燃焼用空気を冷却している時には、他方の空気予冷器を排気熱等により温めて着霜を融解(除霜)し、これを交互に繰り返すことによって着霜による伝熱面の熱交換効率の低下および空気流路の狭窄を防止している。
特表2008−524494号公報
ところで、多くの船舶では、エンジンに過給機を設置し、エンジンの排気エネルギーにより過給機を駆動して燃焼用空気をエンジンに過給することにより、エンジンから排出される排気エネルギーを回収して有効利用し、エンジンの熱効率の向上に努めている。しかしながら、現状では、過給機を備えても熱効率を40%台後半まで向上させるのが限界であり、年間を通して莫大な量の燃料を消費する海運業界においては、近頃の世界的な経済不況の影響もあり、さらなる効率向上が望まれている。
特許文献1に開示されているエンジンシステムと同様に、エンジンの過給機に吸入される前の燃焼用空気を、エンジンの燃料であるLNG等の液化ガスの気化熱により冷却すれば、タービン効率が向上し、過給機のタービン駆動エネルギーが余剰になるため、この余剰なタービン駆動エネルギーを補助発電機の駆動等に回して有効活用し、ひいてはエンジンシステム全体としての効率を高めることができる。
しかしながら、前述した空気予冷器への着霜の問題があり、特許文献1のように、空気予冷器に着霜が起きてから、それをエンジンの排気熱等で除霜するという行程を交互に繰り返す方法では、空気予冷器の着霜の状態を認識するために、例えば空気予冷器を通過する前と後の燃焼用空気の圧力や、空気予冷器の温度等を検知するセンサ類を設置するとともに、燃焼用空気、液化ガス、熱源となるエンジンの排気の流れを制御するバルブ類および制御装置が必要になり、システム構成が複雑になるとともに、このシステムの消費電力を賄うためにガスエンジンにより発電された電力が消費されてしまうという問題があった。
しかも、空気予冷器においては、着霜が進行するにつれて燃焼用空気の流路が狭くなり、除霜された空気予冷器に交代すると同時に空気流路が広くなるため、燃焼用空気の圧力変動が生じる傾向があり、過給機に供給する燃焼用空気の制御が困難になるという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、過給機に吸入される前の燃焼用空気を液化ガスの気化熱と熱交換させる空気予冷器において着霜が発生することを防止しながら燃焼用空気を冷却してタービン効率を向上させ、ひいてはエンジンシステム全体の熱効率を向上させることのできる過給機付エンジンシステムおよびこれを備えた液化ガス運搬船を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係る過給機付エンジンシステムの第1の態様は、液化ガスを燃料とするガス燃料エンジンと、前記ガス燃料エンジンの排気エネルギーにより駆動され、燃焼用空気を圧縮して前記ガス燃料エンジンに供給する過給機と、前記液化ガスを気化させるとともに、前記過給機に吸入される前の燃焼用空気を前記液化ガスの気化熱と熱交換させて冷却する空気予冷器と、前記空気予冷器によって燃焼用空気が冷却されてタービン効率が向上した分だけ余剰になったタービン駆動エネルギーを回収する余剰エネルギー回収手段と、を具備し、前記空気予冷器は、前記液化ガスの気化熱を、伝熱流体を介して前記燃焼用空気に伝達するように構成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、空気予冷器において液化ガスの気化熱が伝熱流体を介して燃焼用空気に伝達されるため、燃焼用空気が気化熱によって急激に冷却されることがなくなり、空気予冷器における着霜を抑制することができる。このため、過給機に吸入される前の燃焼用空気を効果的に冷却してタービン効率を向上させ、その分余剰になったタービン駆動エネルギーを余剰エネルギー回収手段により回収し、エンジンシステム全体の熱効率を向上させることができる。
また、本発明に係る過給機付エンジンシステムの第2の態様は、前記第1の態様において、前記空気予冷器は、冷却容器と、前記冷却容器の内部に設置されて前記燃焼用空気が流される空気熱交換器と、前記冷却容器の内部に設置されて前記液化ガスを気化させる液化ガス気化器と、前記冷却容器の内部にて前記空気熱交換器および前記液化ガス気化器に接触可能に注入された前記伝熱流体を流動させる伝熱流体流動手段と、を具備して構成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、空気予冷器における冷却容器の内部に設置された空気熱交換器と液化ガス気化器との間に注入された伝熱流体が伝熱流体流動手段によって流動させられることにより、液化ガス気化器における液化ガスの気化熱が空気熱交換器に均一に伝達され、空気熱交換器の内部を流れる燃焼用空気が良好に冷却される。
また、本発明に係る過給機付エンジンシステムの第3の態様は、前記第1または第2の態様において、前記伝熱流体は液体冷媒であることを特徴とする。
液体冷媒としては、アセトン、ブライン、プロパン等が考えられる。例えば、プロパンは天然ガスよりも融点が低いため、天然ガスと熱交換しても凍結することがない。また、プロパンの沸点は−42℃であり、天然ガスが気化する際の冷熱よりも高い温度であるため、空気予冷器(冷却容器)において液相状態を保つことができ、天然ガスの気化熱を燃焼用空気に効率良く伝達して燃焼用空気を冷却することができる。
また、本発明に係る過給機付エンジンシステムの第4の態様は、前記第1から第3のいずれかの態様において、前記空気予冷器に流入する前の前記燃焼用空気に含まれる水分を減少させる水分減少手段をさらに備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、水分減少手段によって燃焼用空気に含まれる水分が減少するため、水分によって空気予冷器(空気熱交換器)の伝熱面が着霜することを一層効果的に抑制することができる。
また、本発明に係る過給機付エンジンシステムの第5の態様は、前記第1から第4のいずれかの態様において、前記空気予冷器は、前記余剰エネルギー回収手段から供給される余剰エネルギーによって動作することを特徴とする。
上記構成によれば、外部から電源を調達することなく空気予冷器への着霜を解消することができる。余剰エネルギー回収手段から供給される余剰エネルギーは、空気予冷器の動作エネルギーよりも大きいため、空気予冷器の動作エネルギーを差し引いても、まだ他の負荷部分に余剰エネルギーを供給することができ、この負荷部分のために従来ではエンジン出力から差し引かれていたエネルギーを本来の用途に向けることができる。したがって、エンジンシステム全体の熱効率をより向上させることができる。
また、本発明に係る過給機付エンジンシステムの第6の態様は、前記第1から第5のいずれかの態様において、前記空気予冷器を通らずに前記燃焼用空気を前記過給機に供給する吸気バイパス通路と、前記液化ガスが貯留される液化ガスタンク側から前記空気予冷器を通らずに前記ガス燃料エンジン側に接続される液体ガスバイパス通路と、前記液体ガスバイパス通路に設けられた液化ガス気化器と、をさらに有することを特徴とする。
上記構成によれば、空気予冷器において万一着霜が発生し、燃焼用空気の流れが悪くなっても、燃焼用空気を空気予冷器に通さずに吸気バイパス通路を経て過給機に供給するとともに、液化ガスを空気予冷器に通さずに液体ガスバイパス通路と液化ガス気化器とを経てガス燃料エンジンに供給することにより、ガス燃料エンジンを通常通り運転することができる。
また、本発明に係る過給機付エンジンシステムの第7の態様は、前記第6の態様において、前記ガス燃料エンジンの熱を前記空気予冷器に供給するエンジン熱供給手段をさらに備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、空気予冷器において万一着霜が発生し、燃焼用空気の流れが悪くなった場合には、液化ガスを空気予冷器に通さずに、液体ガスバイパス通路に切り替えてガス燃料エンジンに供給するとともに、エンジン熱供給手段によってガス燃料エンジンの熱を空気予冷器に供給することにより、空気予冷器の着霜を速やかに除霜することができる。
また、本発明に係る液化ガス運搬船等の機関は、前記第1から第6のいずれかの態様の過給機付エンジンシステムを備えたことを特徴とする。
この液化ガス運搬船等の機関によれば、過給機に吸入される前の燃焼用空気を液化ガスの気化熱と熱交換させる空気予冷器において着霜が発生することを防止しながら燃焼用空気を冷却し、これによりタービン効率を向上させ、エンジンシステム全体の熱効率を向上させることができる。
以上のように、本発明に係る過給機付エンジンシステムおよびこれを備えた液化ガス運搬船等の機関によれば、過給機に吸入される前の燃焼用空気を液化ガスの気化熱と熱交換させる空気予冷器において着霜が発生することを防止しながら燃焼用空気を冷却してタービン効率を向上させ、これにより余剰になったタービン駆動エネルギーを余剰エネルギー回収手段によって取り出し、この余剰エネルギーを他の負荷部分に供給してエンジンシステム全体の熱効率を向上させ、経済的な運航を実現することができる。
本発明の実施形態を示すエンジンシステムの概略構成図である。
以下、本発明の実施形態について、図1を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態を示すエンジンシステムの概略構成図である。このエンジンシステム1は、例えばLNG等の液化ガスを運搬する液化ガス運搬船の機関に適用されているシステムであり、液化ガス運搬船の推進力を発生させる主機であるガス燃料エンジン2と、このガス燃料エンジン2の排気エネルギーにより駆動され、燃焼用空気を圧縮してガス燃料エンジン2に過給する過給機3と、燃料である液化ガス(例えばLNG)を貯留する液化ガスタンク4と、液化ガスを気化させるとともに、過給機3に吸入される前の燃焼用空気を液化ガスの気化熱と熱交換させて冷却する空気予冷器5と、ガス燃料エンジン2に駆動される主発電機6と、過給機3に駆動される補助発電機7(余剰エネルギー回収手段)と、吸気冷却器(インタークーラ)8,9等を具備して構成されている。
ガス燃料エンジン2は、船体に積載されている液化ガス、およびその蒸発ガス(ボイルオフガス)を燃料として作動する。過給機3は、タービン軸3aの両端に排気タービン3bとコンプレッサ3cが設けられており、排気タービン3bとガス燃料エンジン2の排気口との間が排気管11により接続され、コンプレッサ3cとガス燃料エンジン2の吸気口との間が吸気管12により接続されている。また、排気タービン3bからは排気放出管13が延び、コンプレッサ3cからは吸気吸入管14が延びている。
液化ガスタンク4と空気予冷器5との間が液体ガス供給管15により接続され、空気予冷器5と吸気管12との間が気体ガス供給管16により接続されている。また、吸気冷却器8は気体ガス供給管16の中間部に接続されて吸気管12と熱交換可能に設置され、気体ガス供給管16を流れる気化した液化ガスの冷熱によって吸気管12の内部を流れる空気、即ち過給機3に圧縮されて圧縮熱により温度が上昇した空気を冷却する。また、吸気冷却器9は、吸気管12の内部を流れる空気を、例えば海水と熱交換させて冷却する。
一方、過給機3に繋がる吸気吸入管14は空気予冷器5を通過し、その最上流部にドレン分離器18(水分減少手段)が接続されている。このドレン分離器18は、動作エネルギーを使わない、もしくは補助発電機7から供給される電力(余剰エネルギー)によって動作し、空気予冷器5に流入する前の燃焼用空気に含まれる水分を減少させる。このドレン分離器18としては、コンプレッサ式、デシカント(ゼオライト)式、バブリング式ドライヤ等が考えられる。
空気予冷器5は、密閉された圧力容器である冷却容器5aを有し、この冷却容器5aの内部に空気熱交換器5bと液化ガス気化器5cとが、互いに接触しないように、且つ冷却容器5aの内壁との間に空隙を有するように配設されている。空気熱交換器5bには吸気吸入管14が接続されて燃焼用空気が流される。また、液化ガス気化器5cには液体ガス供給管15と気体ガス供給管16が接続され、この液化ガス気化器5cにおいて液化ガスが気化される。
さらに、冷却容器5aには攪拌機5d(伝熱流体流動手段)が設けられている。この攪拌機5dは、例えば小型の電動モータにプロペラを設けたものである。冷却容器5aの内部には液相状の伝熱流体Tが空気熱交換器5bと液化ガス気化器5cとに接触可能に注入されている。攪拌機5dが作動すると、プロペラが回転し、冷却容器5aの内部で伝熱流体Tが攪拌されて流動し、液化ガス気化器5cで気化する液化ガスの気化熱が液相状の伝熱流体Tを介して空気熱交換器5bを流れる燃焼用空気に伝達されるようになっている。
なお、攪拌機5dの部分の構成は、伝熱流体Tを流動させられるものであれば別な構成であっても構わない。例えば、空気熱交換器5bと液化ガス気化器5cに沿って、伝熱流体Tが流れる伝熱流体回路を設け、ポンプ等で伝熱流体Tを循環させるようなものが例示できる。液化ガスが天然ガス(LNG)である場合、伝熱流体Tとしては液体冷媒(アセトン、ブライン、プロパン等)が好適である。
主発電機6は、ガス燃料エンジン2に連動して発電し、船内電力や電気推進力用の電力を賄う。また、補助発電機7は、過給機3のタービン軸3aと同軸に設けられた、所謂ターボ発電機であり、過給機3に連動して発電する。補助発電機7の駆動に必要なエネルギーは、電気的負荷の大きさに応じて変化する。即ち、電気的負荷が加わっていない場合の補助発電機7の駆動エネルギーはほぼゼロであり、電気的負荷が増加するにつれて補助発電機7の駆動エネルギーが増大する。
ところで、吸気吸入管14には、空気予冷器5(空気熱交換器5b)への入口部と出口部に、それぞれ圧力センサ14a,14bが設けられている。また、吸気吸入管14には、空気予冷器5を通らずに燃焼用空気を過給機3に供給する吸気バイパス通路14´が配設されている。この吸気バイパス通路14´は、その一端がドレン分離器18と空気予冷器5との間に設けられた三方弁22に接続され、他端が空気予冷器5と過給機3との間に設けられた三方弁23に接続されている。
また、液化ガスタンク4側から空気予冷器5を通らずに気体ガス供給管16(ガス燃料エンジン2側)に接続される液体ガスバイパス通路15´が配設されている。この液体ガスバイパス通路15´は、その一端が液体ガス供給管15に設けられた三方弁24に接続され、他端が気体ガス供給管16も設けられた三方弁25に接続されている。このため、液体ガスバイパス通路15´によって液体ガス供給管15と気体ガス供給管16との間が直結されている。そして、液体ガスバイパス通路15´の途中に液化ガス気化器27が配設されている。
他方、空気予冷器5に、ガス燃料エンジン2の熱として排気熱を供給する排気供給管30(エンジン熱供給手段)が設けられている。この排気供給管30は、排気放出管13から延出して空気予冷器5の冷却容器5aの内部に設けられた空気熱交換器5bに接続されており、ガス燃料エンジン2の排気熱によって空気熱交換器5bを加熱できるように構成されている。排気供給管30には電磁弁である仕切弁31が接続されている。
三方弁22,23,24,25および仕切弁31は、図示しない制御装置によって開閉制御される。この制御装置と、空気予冷器5(攪拌機5d)と、ドレン分離器18(電力を消費して作動する場合)は、補助発電機7から供給される余剰電力(余剰エネルギー)によって動作する。このため、エンジンシステム1の外部から電力を調達する必要がない。
以上のように構成されたエンジンシステム1において、ガス燃料エンジン2が作動すると、ガス燃料エンジン2から排出される排気が排気管11を経て過給機3に供給され、排気エネルギーにより排気タービン3bとコンプレッサ3cが回転し、吸気吸入管14から吸入された燃焼用空気がコンプレッサ3cにより圧縮され、その圧縮熱を吸気冷却器8,9により冷却されてから吸気管12に流れ、ここで気体ガス供給管16から供給される気化した液化ガスと混合して燃料混合気となり、ガス燃料エンジン2に過給される。そして、ガス燃料エンジン2の動力により機関が動作し、同時に主発電機6が駆動されて発電が行われる。過給機3に供給された排気は排気放出管13から外部に排出される。
ガス燃料エンジン2の作動時において、液化ガスタンク4内の液化ガスは、液体ガス供給管15から空気予冷器5内の液化ガス気化器5cに流れ、ここで気化してから気体ガス供給管16と吸気冷却器8を経て吸気管12に流れ、過給機3から流れて来る過給された燃焼用空気に混合されて燃料混合気となり、ガス燃料エンジン2に供給される。空気予冷器5では攪拌機5dが作動し、伝熱流体Tであるプロパンを攪拌して流動させている。
例えば、液化ガスがLNGである場合、LNGが空気予冷器5(液化ガス気化器5c)において気化する際には、多大な気化熱(冷熱)が発生するため、この気化熱を、伝熱流体Tを介して空気熱交換器5bを流れる燃焼用空気と熱交換させることにより、燃焼用空気を概ね−168〜+20℃程度に冷却することができる。このように、過給機3に吸入される前の燃焼用空気が冷却されることにより、過給機3におけるタービン効率が向上し、同じ過給量であれば過給機3の駆動力が小さくて済む。また、燃焼用空気が冷却されて空気密度が高くなるため、ガス燃料エンジン2の熱効率が高められる。
補助発電機7は、上記のように吸気吸入管14を流れる燃焼用空気が冷却されてタービン効率が向上する分、余剰になったタービン駆動エネルギーを回収する余剰エネルギー回収手段として機能する。つまり、燃焼用空気が冷却されて過給機3の駆動に必要な力が小さくなった場合には、そのままでは排気エネルギーが大き過ぎて過給機3の回転速度が過大になってしまうため、図示しない制御手段によって過給機3のタービン軸3aと同軸に設けられた補助発電機7の電気的負荷が増大される。これにより、タービン軸3aの回転にブレーキを掛けて適正な回転速度にすることができる。そして、この時に補助発電機7によって発電された電力が、余剰なタービン駆動エネルギー(排気エネルギー)として取り出されたことになる。
このため、余剰なタービン駆動エネルギーを電力に変換して他の負荷部分に供給することができ、この負荷部分のために従来ではガス燃料エンジン2の出力から差し引かれていたエネルギーを本来の用途に向けることができる。したがって、エンジンシステム1全体の熱効率を向上させることができる。
ところで、空気予冷器5の空気熱交換器5bにおいて燃焼用空気を液化ガスの気化熱により冷却する際に、もしも装置にトラブルが発生し、燃焼用空気の流れが悪くなった場合には、この状況を圧力センサ14a,14bによって検知することができる。この場合には、図示しない制御装置によって三方弁22,23,24,25が操作され、吸気吸入管14が閉鎖されて吸気バイパス通路14´が開通されるとともに、液体ガス供給管15が閉鎖されて液体ガスバイパス通路15´が開通される。
これにより、燃焼用空気が空気予冷器5(空気熱交換器5b)を通らずに吸気バイパス通路14´を通って過給機3に直接供給されるとともに、液化ガスタンク4の液化ガスが空気予冷器5(液化ガス気化器5c)を通らずに液体ガスバイパス通路15´を通って気体ガス供給管16に流れる。液化ガスは、気体ガス供給管16の途中に接続された液化ガス気化器27において気化する。
その間に、制御装置によって仕切弁31が操作されることにより排気供給管30が開通し、ガス燃料エンジン2の排気が液化ガス気化器5cに供給される。このため、排気熱によって空気熱交換器5bの着霜が取り除かれる。その後、再び制御装置によって三方弁22,23,24,25および仕切弁31が操作され、吸気吸入管14と液体ガス供給管15が開通され、排気供給管30が閉鎖されて、燃焼用空気と液化ガスが空気予冷器5で熱交換し、燃焼用空気の冷却が行われる。
このエンジンシステム1では、空気予冷器5において、液化ガスの気化熱を、プロパン等の伝熱流体Tを介して燃焼用空気に伝達するように構成されているため、燃焼用空気が気化熱によって急激に冷却されることがなくなり、空気予冷器5における着霜を抑制することができる。このため、過給機3に吸入される前の燃焼用空気を効果的に冷却してタービン効率を向上させ、その分余剰になったタービン駆動エネルギーを補助発電機7により回収し、ひいてはエンジンシステム1全体の熱効率を向上させることができる。
空気予冷器5は、冷却容器5aの内部に空気熱交換器5bと液化ガス気化器5cとを互いに接触しないように設置して伝熱流体Tを注入し、攪拌機5dで伝熱流体Tを流動させることにより、液化ガス気化器5cにて発生する液化ガスの気化熱(冷熱)を間接的に空気熱交換器5bに伝達するように構成されているため、液化ガスの気化熱を空気熱交換器5bに均一に伝達することができ、空気熱交換器5bの内部を流れる燃焼用空気を良好に冷却することができる。
液化ガスがLNGである場合に、伝熱流体Tをプロパンとした場合、プロパンの融点は−187℃であり、天然ガスの融点よりも低いため、天然ガスと熱交換しても凍結することがない。また、プロパンの沸点は−42℃であり、天然ガスの沸点(もしくは気化する際の冷熱)である−168℃よりも高い温度であるため、空気予冷器5(冷却容器5a)において密度の高い液相状態を保つことができ、天然ガスの気化熱潜熱および顕熱を燃焼用空気に伝達して空気熱交換器5bへの着霜を防ぎながら燃焼用空気を冷却することができる。さらに、プロパンは常温での蒸気圧があまり高くならないため、冷却容器5aの内部でプロパンを液相状態を保つための加圧力を小さくすることができる。
また、空気予冷器5に流入する前の燃焼用空気に含まれる水分を減少させるドレン分離器18が備えられているため、水分によって空気予冷器5(空気熱交換器5b)の伝熱面が着霜することを一層効果的に抑制することができる。
また、空気予冷器5(攪拌機5d)、ドレン分離器18、三方弁22,23,24,25、仕切弁31、およびこれらの機器類を制御する制御装置(非図示)は、いずれも補助発電機7から供給される余剰電力(余剰エネルギー)によって動作するため、外部から電源を調達することなく空気予冷器5への着霜を解消することができる。このため、エンジンシステム1の効率アップに貢献することができる。
さらに、空気予冷器5を通らずに、燃焼用空気を過給機3に供給する吸気バイパス通路14´と、液化ガスが貯留される液化ガスタンク4側から空気予冷器5を通らずにガス燃料エンジン2側に接続される液体ガスバイパス通路15´を備えているため、例えば空気熱交換器5bにおいて装置にトラブルが発生し、燃焼用空気の流れが悪くなっても、燃焼用空気を空気予冷器5(空気熱交換器5b)に通さずに吸気バイパス通路14´を経て過給機3に供給するとともに、液化ガスを空気予冷器5(液化ガス気化器5c)に通さずに液体ガスバイパス通路15´を経てガス燃料エンジン2に供給することにより、ガス燃料エンジン2を通常通り運転することができる。
また、その間に、排気供給管30によってガス燃料エンジン2の排気を空気予冷器5の空気熱交換器5bに供給し、空気熱交換器5bを加熱することにより、着霜を速やかに取り除き、早急に空気予冷器5の使用を再開することができる。
そして、このように構成されたエンジンシステム1を液化ガス運搬船の機関に適用することにより、過給機3に吸入される前の燃焼用空気を液化ガスの気化熱と熱交換させる空気予冷器5において着霜が発生することを防止しながら、燃焼用空気を冷却して過給機3のタービン効率を向上させ、これにより余剰になったタービン駆動エネルギーを補助発電機7等の余剰エネルギー回収手段によって取り出し、この余剰エネルギーを船体の他の負荷部分に供給して、エンジンシステム1全体の熱効率を向上させ、経済的な運航を実現することができる。
なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。要するに、過給機に吸入される前の燃焼用空気を、液相状の伝熱流体を介して、ガス燃料エンジンに供給される液化ガスの気化熱と熱交換させ、燃焼用空気を冷却するように構成されていればよい。
1 エンジンシステム(過給機付エンジンシステム)
2 ガス燃料エンジン
3 過給機
4 液化ガスタンク
5 空気予冷器
5a 冷却容器
5b 空気熱交換器
5c 液化ガス気化器
5d 攪拌機(伝熱流体流動手段)
6 主発電機
7 補助発電機(余剰エネルギー回収手段)
14 吸気吸入管
14´ 吸気バイパス通路
15 液体ガス供給管
15´ 液体ガスバイパス通路
16 気体ガス供給管
18 ドレン分離器(水分減少手段)
27 液化ガス気化器
30 排気供給管(エンジン熱供給手段)
T 伝熱流体

Claims (8)

  1. 液化ガスを燃料とするガス燃料エンジンと、
    前記ガス燃料エンジンの排気エネルギーにより駆動され、燃焼用空気を圧縮して前記ガス燃料エンジンに供給する過給機と、
    前記液化ガスを気化させるとともに、前記過給機に吸入される前の燃焼用空気を前記液化ガスの気化熱と熱交換させて冷却する空気予冷器と、
    前記空気予冷器によって燃焼用空気が冷却されてタービン効率が向上した分だけ余剰になったタービン駆動エネルギーを回収する余剰エネルギー回収手段と、を具備し、
    前記空気予冷器は、前記液化ガスの気化熱を、液相状の伝熱流体を介して前記燃焼用空気に伝達するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンシステム。
  2. 前記空気予冷器は、
    冷却容器と、
    前記冷却容器の内部に設置されて前記燃焼用空気が流される空気熱交換器と、
    前記冷却容器の内部に設置されて前記液化ガスを気化させる液化ガス気化器と、
    前記冷却容器の内部にて前記空気熱交換器および前記液化ガス気化器に接触可能に注入された前記伝熱流体を流動させる伝熱流体流動手段と、
    を具備して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の過給機付エンジンシステム。
  3. 前記液化ガスは天然ガスであり、伝熱流体は液体冷媒であることを特徴とする請求項1または2に記載の過給機付エンジンシステム。
  4. 前記空気予冷器に流入する前の前記燃焼用空気に含まれる水分を減少させる水分減少手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の過給機付エンジンシステム。
  5. 前記空気予冷器は、前記余剰エネルギー回収手段から供給される余剰エネルギーによって動作することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の過給機付エンジンシステム。
  6. 前記空気予冷器を通らずに前記燃焼用空気を前記過給機に供給する吸気バイパス通路と、
    前記液化ガスが貯留される液化ガスタンク側から前記空気予冷器を通らずに前記ガス燃料エンジン側に接続される液体ガスバイパス通路と、
    前記液体ガスバイパス通路に設けられた液化ガス気化器と、
    をさらに有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の過給機付エンジンシステム。
  7. 前記ガス燃料エンジンの熱を前記空気予冷器に供給するエンジン熱供給手段をさらに備えていることを特徴とする請求項6に記載の過給機付エンジンシステム。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の過給機付エンジンシステムを備えたことを特徴とする液化ガス運搬船等の機関。
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