JP2018048607A - 船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】副ガスエンジンへ供給される燃料ガスの圧力を確実に許容範囲内に保つことができるようにする。【解決手段】船舶は、推進用の主ガスエンジンと、液化天然ガスを貯留するタンクと、タンク内で発生するボイルオフガスを圧縮機へ導く送気ラインと、圧縮機から吐出されるボイルオフガスを主ガスエンジンへ導く第１供給ラインと、圧縮機から圧縮途中で抽出された抽出ガスをヘッダーへ導く抽出ラインと、ヘッダーと第２供給ラインにより接続された、船内電源用の副ガスエンジンと、ヘッダーと第３供給ラインにより接続されたＧＣＵと、ＧＣＵを制御するＧＣＵ制御装置と、ヘッダーからタンクへつながる、流量制御弁が設けられた返送ラインと、流量制御弁を制御する統括制御装置と、を備え、統括制御装置は、ＧＣＵ制御装置からＧＣＵトリップ信号を受信したときに、流量制御弁の開度を所定量だけ増大させる。【選択図】図１

Description

本発明は、推進用の主ガスエンジンと船内電源用の副ガスエンジンを含む船舶に関する。

従来から、推進用の主ガスエンジンと船内電源用の副ガスエンジンを含む船舶が知られている。例えば、特許文献１には、図３に示すような船舶１００が開示されている。

具体的に、船舶１００では、液化天然ガスを貯留するタンク１１０内で発生するボイルオフガスが送気ライン１２１により圧縮機１３０へ導かれ、圧縮機１３０で高温高圧に圧縮される。圧縮機１３０から吐出されるボイルオフガスは、第１供給ライン１２２により推進用の主ガスエンジン（ＭＥＧＩエンジン）へ導かれる。

また、圧縮機１３０から圧縮途中で抽出された抽出ガスが、第２供給ライン１３１により船内電源用の副ガスエンジン（ＤＦエンジン）へ導かれるとともに、第３供給ライン１３２によりＧＣＵ（Gas Combustion Unit：ガス燃焼装置）へ導かれる。このため、ボイルオフガスの発生量が主ガスエンジンの消費量を上回るときには、それらの差分の抽出ガスを燃料ガスとして副ガスエンジンおよびＧＣＵへ供給して燃焼することが可能である。

特開２０１５−５０５９４１号公報

ところで、副ガスエンジンへ供給される燃料ガスの圧力は、副ガスエンジンから要求される許容範囲内に保たれる必要がある。しかしながら、抽出ガスが燃料ガスとして副ガスエンジンおよびＧＣＵへ供給されている間にＧＣＵがトリップした場合には、第２供給ライン１３１の圧力が急上昇し、副ガスエンジンへ供給される燃料ガスの圧力が許容範囲を超えることがある。

そこで、本発明は、副ガスエンジンへ供給される燃料ガスの圧力を確実に許容範囲内に保つことができるようにすることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、推進用の主ガスエンジンと、液化天然ガスを貯留するタンクと、前記タンク内で発生するボイルオフガスを圧縮機へ導く送気ラインと、前記圧縮機から吐出されるボイルオフガスを前記主ガスエンジンへ導く第１供給ラインと、前記圧縮機から圧縮途中で抽出された抽出ガスをヘッダーへ導く抽出ラインと、前記ヘッダーと第２供給ラインにより接続された、船内電源用の副ガスエンジンと、前記ヘッダーと第３供給ラインにより接続されたＧＣＵと、前記ＧＣＵを制御するＧＣＵ制御装置と、前記ヘッダーから前記タンクへつながる、流量制御弁が設けられた返送ラインと、前記流量制御弁を制御する統括制御装置と、を備え、前記統括制御装置は、前記ＧＣＵ制御装置からＧＣＵトリップ信号を受信したときに、前記流量制御弁の開度を所定量だけ増大させる、船舶を提供する。

上記の構成によれば、抽出ガスがヘッダーを介して副ガスエンジンおよびＧＣＵへ燃料ガスとして供給されている間にＧＣＵがトリップすると、流量制御弁の開度が増大することにより抽出ガスが返送ラインを通じてヘッダーからタンクへ戻される。従って、副ガスエンジンへ供給される燃料ガスの圧力を確実に許容範囲内に保つことができる。

前記返送ラインおよび前記流量制御弁は、それぞれ第１返送ラインおよび第１流量制御弁であり、上記の船舶は、前記タンク内に配置されたポンプから吐出される液化天然ガスを強制気化器へ導く送液ラインと、前記強制気化器にて生成される気化ガスを前記ヘッダーへ導くヘッダー供給ラインと、前記ヘッダー供給ラインから分岐して前記タンクへつながる、第２流量制御弁が設けられた第２返送ラインと、をさらに備え、前記統括制御装置は、前記ＧＣＵ制御装置からＧＣＵトリップ信号を受信したときに、前記第１流量制御弁の開度を所定量だけ増大させるとともに、前記第２流量制御弁の開度を所定量だけ増大させてもよい。この構成によれば、ＧＣＵへ多くの燃料ガスを供給している状況においてＧＣＵがトリップしたとしても、副ガスエンジンへ安定して燃料ガスを供給し続けることができる。

例えば、前記統括制御装置は、ＧＣＵトリップ信号を受信する直前の前記ＧＣＵへの燃料ガス供給量に基づいて前記所定量を決定してもよい。

本発明によれば、副ガスエンジンへ供給される燃料ガスの圧力を確実に許容範囲内に保つことができる。

本発明の一実施形態に係る船舶の概略構成図である。 変形例の船舶の概略構成図である。 従来の船舶の概略構成図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る船舶１を示す。この船舶１は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）を貯留するタンク１１と、推進用の主ガスエンジン１３と、船内電源用の副ガスエンジン１７を含む。

図例では、タンク１１が１つだけ設けられているが、タンク１１は複数設けられてもよい（例えば、船舶１は、ＬＮＧ運搬船であってもよい）。また、図例では、主ガスエンジン１３および副ガスエンジン１７が１つずつ設けられているが、主ガスエンジン１３が複数設けられてもよいし、副ガスエンジン１７が複数設けられてもよい。

主ガスエンジン１３は、スクリュープロペラ（図示せず）を直接的に回転駆動してもよいし（機械推進）、スクリュープロペラを発電機およびモータを介して間接的に回転駆動してもよい（電気推進）。

本実施形態では、主ガスエンジン１３が、燃料ガス噴射圧が中圧または高圧のレシプロエンジンである。主ガスエンジン１３は、燃料ガスのみを燃焼させるガス専焼エンジンであってもよいし、燃料ガスと燃料油の一方または双方を燃焼させる二元燃料エンジンであってもよい（例えば、ＭＥＧＩエンジン）。ただし、主ガスエンジン１３は、燃料ガス噴射圧が低圧のレシプロエンジンであってもよい。あるいは、主ガスエンジン１３は、ガスタービンエンジンであってもよい。

副ガスエンジン１７は、燃料ガス噴射圧が低圧のレシプロエンジンであり、発電機（図示せず）と連結されている。副ガスエンジン１７は、燃料ガスのみを燃焼させるガス専焼エンジンであってもよいし、燃料ガスと燃料油の一方または双方を燃焼させる二元燃料エンジンであってもよい。

主ガスエンジン１３へは、燃料ガスとして、自然入熱によりタンク１１内で発生するボイルオフガス（以下、ＢＯＧという）が主に供給され、副ガスエンジン１７へは、燃料ガスとして、ＬＮＧが強制的に気化された気化ガス（以下、ＶＧという）が主に供給される。

具体的に、タンク１１は、送気ライン２１により圧縮機１２と接続されており、圧縮機１２は、第１供給ライン２２により主ガスエンジン１３と接続されている。また、タンク１１内には、ポンプ１４が配置されており、ポンプ１４は、送液ライン３１により強制気化器１５と接続されている。強制気化器１５は、ヘッダー供給ライン３２によりヘッダー１６と接続されており、ヘッダー１６は、第２供給ライン５１により副ガスエンジン１７と接続されているとともに、第３供給ライン５２によりＧＣＵ１８と接続されている。さらに、ヘッダー１６は、抽出ライン４３により圧縮機１２と接続されている。

送気ライン２１は、タンク１１内で発生するＢＯＧを圧縮機１２へ導く。圧縮機１２は、ＢＯＧを中圧または高圧に圧縮する。第１供給ライン２２は、圧縮機１２から吐出されるＢＯＧを主ガスエンジン１３へ導く。

送液ライン３１は、ポンプ１４から吐出されるＬＮＧを強制気化器１５へ導く。送液ライン３１には、開度が変更可能な流量制御弁３６が設けられている。強制気化器１５は、ＬＮＧを強制的に気化し、ＶＧを生成する。ヘッダー供給ライン３２は、強制気化器１５にて生成されるＶＧをヘッダー１６へ導く。

ポンプ１４は、強制気化器１５にて生成されるＶＧの圧力（つまり、強制気化器１５の出口圧力）が副ガスエンジン１７の燃料ガス噴射圧よりも高くなるように、ＬＮＧを吐出する。ただし、ヘッダー供給ライン３２に圧縮機が設けられ、ポンプ１４の代わりにその圧縮機がＶＧの圧力を副ガスエンジン１７の燃料ガス噴射圧よりも高くしてもよい。

ヘッダー供給ライン３２には、上流側から順に、冷却器３３、気液分離器３４および加熱器３５が設けられている。冷却器３３は、強制気化器１５にて生成されたＶＧを冷却する。ＶＧ中の重質分の多く（例えば、エタン、プロパン、ブタンなど）は、冷却器３３での冷却によって液体となり、気液分離器３４で除去されてタンク１１へ戻される。これにより、メタン価の高いＶＧが副ガスエンジン１７へ供給される。加熱器３５は、気液分離器３４を通過したＶＧを加熱する。

また、ヘッダー供給ライン３２は、補給ライン４１により送気ライン２１と接続されている。図例では、補給ライン４１が冷却器３３と気液分離器３４の間でヘッダー供給ライン３２から分岐して送気ライン２１に合流しているが、補給ライン４１は、気液分離器３４と加熱器３５の間でヘッダー供給ライン３２から分岐してもよい。補給ライン４１には、開度が変更可能な流量制御弁４２が設けられている。

ヘッダー１６は、副ガスエンジン１７およびＧＣＵ１８へ供給される燃料ガスのバッファーとして機能する。ヘッダー１６は、容器であってもよいし、配管のうちの拡径された部分で構成されてもよい。

抽出ライン４３は、圧縮機１２から圧縮途中で抽出された抽出ガス（以下、ＢＧという）をヘッダー１６へ導く。抽出ライン４３には、開度が変更可能な流量制御弁４４が設けられている。流量制御弁４４が閉じられるときはヘッダー１６内の燃料ガスがＶＧのみとなり、流量制御弁４４が開かれるときはヘッダー１６内の燃料ガスがＶＧとＢＧの混合ガスまたはＢＧのみとなる。

第２供給ライン５１は、ヘッダー１６から燃料ガスを副ガスエンジン１７へ導き、第３供給ライン５２は、ヘッダー１６から燃料ガスをＧＣＵ１８へ導く。第３供給ライン５２には、ＧＣＵ１８への燃料ガス供給量を調整するための流量制御弁５３が設けられている。

さらに、本実施形態では、第１返送ライン６１および第２返送ライン６３が設けられている。第１返送ライン６１は、ヘッダー１６からタンク１１へつながっており、第２返送ライン６３は、ヘッダー供給ライン３２から分岐してタンク１１へつながっている。図例では、第２返送ライン６３が気液分離器３４と加熱器３５の間でヘッダー供給ライン３２から分岐しているが、第２返送ライン６３は、冷却器３３と気液分離器３４の間でヘッダー供給ライン３２から分岐してもよい。

第１返送ライン６１の下流端である放出口は、タンク１１内のＬＮＧの液面の上方に位置してもよいし、液面の下方に位置してもよい。同様に、第２返送ライン６３の下流端である放出口は、タンク１１内のＬＮＧの液面の上方に位置してもよいし、液面の下方に位置してもよい。

第１返送ライン６１には、開度が変更可能な流量制御弁６２（本発明の第１流量制御弁に相当）が設けられており、第２返送ライン６３には、開度が変更可能な流量制御弁６４（本発明の第２流量制御弁に相当）が設けられている。これらの流量制御弁６２，６４および上述した流量制御弁３６，４２，４４は、統括制御装置７１により制御される。ただし、図１では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。

例えば、統括制御装置７１は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有し、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。統括制御装置７１は、第１圧力計８１および第２圧力計８２と電気的に接続されている。第１圧力計８１は、送気ライン２１に流れるＢＯＧの圧力を検出する。第２圧力計８２は、ヘッダー１６内の圧力を検出する。

また、統括制御装置７１は、主ガスエンジン制御装置７２、副ガスエンジン制御装置７３およびＧＣＵ制御装置７４との間で、各種の信号を送受信する。主ガスエンジン制御装置７２は、主ガスエンジン１３に設けられた燃料噴射弁の開閉などを制御し、副ガスエンジン制御装置７３は、副ガスエンジン１７に設けられた燃料噴射弁の開閉などを制御する。ＧＣＵ制御装置７４は、ＧＣＵ１８および流量制御弁５３を制御する。

統括制御装置７１は、主ガスエンジン制御装置７２から送信される燃料ガス量要求信号から主ガスエンジン１３の燃料ガス消費量Ｑ１を算出するとともに、副ガスエンジン制御装置７３から送信される燃料ガス量要求信号から副ガスエンジン１７の燃料ガス消費量Ｑ２を算出する。ただし、統括制御装置７１は、主ガスエンジン制御装置７２から燃料ガス消費量Ｑ１を直接的に取得してもよいし、副ガスエンジン制御装置７３から燃料ガス消費量Ｑ２を直接的に取得してもよい。

また、統括制御装置７１は、タンク１１内のＬＮＧの量および第１圧力計８１で検出されるＢＯＧの圧力に基づいてＢＯＧの利用可能量Ｑａを算出する。具体的に、統括制御装置７１は、第１圧力計８１で検出されるＢＯＧの圧力に、送気ライン２１の上流端である取込口から第１圧力計８１の位置までの圧力損失を加算して、タンク１１内のＢＯＧの圧力を算出する。ただし、第１圧力計８１は、タンク１１に設けられ、タンク１１内のＢＯＧの圧力を直接的に検出してもよい。そして、統括制御装置７１は、タンク１１内のＬＮＧの量およびタンク１１内のＢＯＧの圧力から、ＢＯＧの利用可能量Ｑａを算出する。例えば、タンク１１がカーゴタンクであって、タンク１１の容量が非常に大きい場合は、タンク１１内のＬＮＧの量は固定値として扱うことが可能である。一方、タンク１１の容量が小さい場合には、タンク１１にタンク１１内のＬＮＧの量を検出するレベル計が設けられ、タンク１１内のＬＮＧの量が変数として扱われてもよい。

ＢＯＧの利用可能量Ｑａを算出後、統括制御装置７１は、主ガスエンジン１３の燃料ガス消費量Ｑ１と副ガスエンジン１７の燃料ガス消費量Ｑ２の合計である燃料ガス総消費量ＱｔとＢＯＧの利用可能量Ｑａを比較する。Ｑｔ＞Ｑａの場合、統括制御装置７１は、燃料ガス総消費量ＱｔからＢＯＧの利用可能量Ｑａを差し引いた不足量のＬＮＧが送液ライン３１を通じて強制気化器１５へ供給されるように、送液ライン３１に設けられた流量制御弁３６を制御する。なお、送液ライン３１からは流量制御弁３６の上流側でＬＮＧ返送ライン３７が分岐しており、ポンプ１４から吐出されたＬＮＧのうち流量制御弁３６で制限される分は、ＬＮＧ返送ライン３７を通じてタンク１１へ戻される。

さらに、Ｑｔ＞Ｑａの場合、統括制御装置７１は、ＢＯＧの利用可能量Ｑａを主ガスエンジン１３の燃料ガス消費量Ｑ１と比較する。Ｑａ＜Ｑ１の場合、統括制御装置７１は、抽出ライン４３に設けられた流量制御弁４４を全閉とするとともに、補給ライン４１に設けられた流量制御弁４２を所定の開度に開く。これにより、送気ライン２１における補給ライン４１の合流点でＶＧと混合されたＢＯＧが燃料ガスとして主ガスエンジン１３へ供給される。一方、副ガスエンジン１７へは、燃料ガスとしてＶＧのみが供給される。一方、Ｑａ＞Ｑ１の場合、統括制御装置７１は、流量制御弁４２を全閉とするとともに、流量制御弁４４を所定の開度に開く。これにより、副ガスエンジン１７へは、燃料ガスとしてＶＧとＢＧの混合ガスが供給される。

逆に、Ｑｔ＜Ｑａの場合、統括制御装置７１は、強制気化器１５の運転を停止した後に、送液ライン３１に設けられた流量制御弁３６を全閉とする。また、統括制御装置７１は、補給ライン４１に設けられた流量制御弁４２を全閉とするとともに、抽出ライン４３に設けられた流量制御弁４４を所定の開度に開く。これにより、副ガスエンジン１７へは、燃料ガスとしてＢＧのみが供給される。ただし、流量制御弁３６を全閉とする代わりに、強制気化器１５の運転を停止せずに、流量制御弁３６の開度を強制気化器１５の運転が継続可能な最低開度にしてもよい。

さらに、Ｑｔ＜Ｑａの場合、統括制御装置７１は、ＧＣＵ１８で処理すべき燃料ガスの処理量としてＧＣＵ１８への燃料ガス供給量Ｑｇを算出し、算出した燃料ガス供給量Ｑｇを表す処理量信号をＧＣＵ制御装置７４へ送信する。第３供給ライン５２には、流量制御弁５３の下流側に流量計８３が設けられている。ＧＣＵ制御装置７４は、流量計８３で検出される流量が統括制御装置７１から送信された処理量信号で表される燃料ガス供給量Ｑｇとなるように流量制御弁５３を制御する。

また、統括制御装置７１は、燃料ガス総消費量ＱｔがＢＯＧの利用可能量Ｑａよりも大きいか小さいかに拘らず、第１返送ライン６１に設けられた流量制御弁６２と第２返送ライン６３に設けられた流量制御弁６４の少なくとも一方を、第２圧力計８２により検出されるヘッダー１６内の圧力が目標圧力となるようにフィードバック制御により制御する。

ＧＣＵ制御装置７４は、ＧＣＵ１８がトリップしたときに、ＧＣＵトリップ信号を統括制御装置７１へ送信する。統括制御装置７１は、ＧＣＵ制御装置７４からＧＣＵトリップ信号を受信したときに、第１流量制御弁６２の開度を所定量αだけ増大させるとともに、第２流量制御弁６４の開度を所定量βだけ増大させる。

統括制御装置７１は、ＧＣＵトリップ信号を受信する直前に算出した燃料ガス供給量Ｑｇに基づいて所定量α，βを決定する。ただし、流量計８３で検出された実際の燃料ガス供給量がＧＣＵ制御装置７４から統括制御装置７１へ送信され、統括制御装置７１がＧＣＵトリップ信号を受信する直前の実際の燃料ガス供給量に基づいて所定量α，βを決定してもよい。

以上説明したように、本実施形態の船舶１では、ＢＧがヘッダー１６を介して副ガスエンジン１７およびＧＣＵ１８へ燃料ガスとして供給されている間にＧＣＵ１８がトリップすると、第１返送ライン６１に設けられた流量制御弁６２の開度が増大することによりＢＧが第１返送ライン６１を通じてヘッダー１６からタンク１１へ戻される。従って、副ガスエンジン１７へ供給される燃料ガスの圧力を、副ガスエンジン１７から要求される許容範囲内に確実に保つことができる。

また、本実施形態では、統括制御装置７１がＧＣＵトリップ信号を受信したときに、第１返送ライン６１に設けられた流量制御弁６１の開度だけでなく第２返送ライン６２に設けられた流量制御弁６４の開度も増大するので、ＧＣＵ１８へ多くの燃料ガスを供給している状況においてＧＣＵがトリップしたとしても、副ガスエンジン１７へ安定して燃料ガスを供給し続けることができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態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で種々の変形が可能である。

例えば、図２に示すように、船舶１の種類によっては、ポンプ１４、送液ライン３１、ヘッダー供給ライン３２および第２返送ライン６３がなくてもよい。この場合、統括制御装置７１は、ＧＣＵ制御装置７４からＧＣＵトリップ信号を受信したときに、第１流量制御弁６２の開度を所定量αだけ増大させる。

また、図示は所略するが、第１供給ライン２２から分岐してタンク１１へつながる、膨張装置が設けられたＢＯＧ返送ラインが採用されてもよい。このとき、Ｑａ＞Ｑ１の場合は、まずそれらの差分の余剰ガスがＢＯＧ返送ラインを通じてタンク１１へ戻され、タンク１１内の圧力が許容値を超えたときに、抽出ライン４３に設けられた流量制御弁４４が開かれてもよい。

１ 船舶
１１ タンク
１２ 圧縮機
１３ 主ガスエンジン
１４ ポンプ
１５ 強制気化器
１６ ヘッダー
１７ 副ガスエンジン
１８ ＧＣＵ
２１ 送気ライン
２２ 第１供給ライン
３１ 送液ライン
３２ ヘッダー供給ライン
４３ 抽出ライン
５１ 第２供給ライン
５２ 第３供給ライン
６１ 第１返送ライン
６２ 流量制御弁（第１流量制御弁）
６３ 第２返送ライン
６４ 流量制御弁（第２流量制御弁）
７１ 統括制御装置
７４ ＧＣＵ制御装置

Claims (3)

1. 推進用の主ガスエンジンと、
   液化天然ガスを貯留するタンクと、
   前記タンク内で発生するボイルオフガスを圧縮機へ導く送気ラインと、
   前記圧縮機から吐出されるボイルオフガスを前記主ガスエンジンへ導く第１供給ラインと、
   前記圧縮機から圧縮途中で抽出された抽出ガスをヘッダーへ導く抽出ラインと、
   前記ヘッダーと第２供給ラインにより接続された、船内電源用の副ガスエンジンと、
   前記ヘッダーと第３供給ラインにより接続されたＧＣＵと、
   前記ＧＣＵを制御するＧＣＵ制御装置と、
   前記ヘッダーから前記タンクへつながる、流量制御弁が設けられた返送ラインと、
   前記流量制御弁を制御する統括制御装置と、を備え、
   前記統括制御装置は、前記ＧＣＵ制御装置からＧＣＵトリップ信号を受信したときに、前記流量制御弁の開度を所定量だけ増大させる、船舶。
2. 前記返送ラインおよび前記流量制御弁は、それぞれ第１返送ラインおよび第１流量制御弁であり、
   前記タンク内に配置されたポンプから吐出される液化天然ガスを強制気化器へ導く送液ラインと、
   前記強制気化器にて生成される気化ガスを前記ヘッダーへ導くヘッダー供給ラインと、
   前記ヘッダー供給ラインから分岐して前記タンクへつながる、第２流量制御弁が設けられた第２返送ラインと、をさらに備え、
   前記統括制御装置は、前記ＧＣＵ制御装置からＧＣＵトリップ信号を受信したときに、前記第１流量制御弁の開度を所定量だけ増大させるとともに、前記第２流量制御弁の開度を所定量だけ増大させる、請求項１に記載の船舶。
3. 前記統括制御装置は、ＧＣＵトリップ信号を受信する直前の前記ＧＣＵへの燃料ガス供給量に基づいて前記所定量を決定する、請求項１または２に記載の船舶。
   

Images