JP2018103955A - 船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】タンクへ戻される余剰ガスの再液化率を高く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、ＬＮＧを貯留するタンクと、主流路、複数の圧縮機構、複数の循環路および複数のバイパス弁を含む圧縮機と、タンク内で発生するＢＯＧを圧縮機へ導く送気ラインと、圧縮機から吐出されるＢＯＧを主ガスエンジンへ導く供給ラインと、供給ラインから余剰ガスをタンクへ戻す返送ラインと、返送ラインに流れる余剰ガスを冷却する少なくとも１つの熱交換器と、複数のバイパス弁を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、主ガスエンジンにＢＯＧが供給されない場合でも、返送ラインを通じて余剰ガスがタンクへ戻されるときに、圧力計で検出される最終段圧縮機構の吐出圧が目標圧力となるように、最終段圧縮機構をバイパスする循環路に設けられたバイパス弁を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、推進用の主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を含む船舶が知られている。例えば、特許文献１には、図４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。

さらに、第１供給ライン１２２からは返送ライン１４０が分岐しており、この返送ライン１４０がタンク１１０へつながっている。返送ライン１４０は、ボイルオフガスのうちの主ガスエンジンで消費し切れなかった分である余剰ガスを第１供給ライン１２２からタンク１１０へ戻す役割を果たす。返送ライン１４０には、膨張弁１４１が設けられている。

返送ライン１４０に流れる余剰ガスは、熱交換器１５０により冷却される。熱交換器１５０は、返送ライン１４０に流れる余剰ガスと送気ライン１２１に流れるボイルオフガスとの間で熱交換を行う。このように膨張弁１４１の上流側で余剰ガスが冷却されるために、膨張弁１４１を通過した余剰ガスが部分的に再液化する。

特表２０１５−５０５９４１号公報

図４に示す船舶１００では、タンク１１０へ戻される余剰ガスの再液化率（余剰ガスの返送量に対する再液化量の割合）に改善の余地がある。

そこで、本発明は、タンクへ戻される余剰ガスの再液化率を高く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、吸入口から吐出口まで延びる主流路、前記主流路上に直列に並ぶ複数の圧縮機構、前記複数の圧縮機構をそれぞれバイパスする複数の循環路、および前記複数の循環路にそれぞれ設けられた複数のバイパス弁、を含む圧縮機と、前記タンク内で発生するボイルオフガスを前記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供給ラインと、前記供給ラインから余剰ガスを前記タンクへ戻す、膨張装置が設けられた返送ラインと、前記返送ラインに流れる余剰ガスを冷却する少なくとも１つの熱交換器と、前記複数のバイパス弁を制御する制御装置と、前記複数の圧縮機構のうち最下流に位置する最終段圧縮機構の吐出圧を検出する圧力計と、を備え、前記制御装置は、前記主ガスエンジンにボイルオフガスが供給されない場合でも、前記返送ラインを通じて余剰ガスが前記タンクへ戻されるときに、前記圧力計で検出される最終段圧縮機構の吐出圧が目標圧力となるように、前記複数のバイパス弁のうち前記最終段圧縮機構をバイパスする循環路に設けられたバイパス弁を制御する、船舶を提供する。

上記の構成によれば、主ガスエンジンにボイルオフガスが供給されない場合でも、余剰ガスの圧力が高く維持される。従って、タンクへ戻される余剰ガスの再液化率を高く保つことができる
前記供給ラインは、第１供給ラインであり、上記の船舶は、船内電源用の副ガスエンジンと、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副ガスエンジンへ導く第２供給ラインと、をさらに備え、前記少なくとも１つの熱交換器は、前記返送ラインに流れる余剰ガスと前記送液ラインに流れる液化天然ガスとの間で熱交換を行う熱交換器を含んでもよい。この構成によれば、副ガスエンジンへ燃料ガスを安定的に供給することができる。しかも、ボイルオフガスよりも低温の液化天然ガスを用いて余剰ガスが冷却されるので、ボイルオフガスのみを用いて余剰ガスを冷却する場合よりも、余剰ガスの再液化率を向上させることができる。

本発明によれば、タンクへ戻される余剰ガスの再液化率を高く保つことができる。

本発明の一実施形態に係る船舶の概略構成図である。 図１に示す船舶の圧縮機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１６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１６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１６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、燃料ガス噴射圧が中圧または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１６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１６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１６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、第２供給ライン３２により副ガスエンジン１６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。圧縮機１２については、後述にて詳細に説明する。

第１供給ライン２２からは返送ライン２３が分岐しており、この返送ライン２３がタンク１１へつながっている。返送ライン２３は、ＢＯＧのうちの主ガスエンジン１３で消費し切れなかった分である余剰ガス（以下、ＥＧという）を第１供給ライン２２からタンク１１へ戻す役割を果たす。返送ライン２３には、膨張装置２４が設けられている。膨張装置２４は、例えば、膨張弁、膨張タービン、エゼクターなどである。

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。強制気化器１５は、ＬＮＧを強制的に気化し、ＶＧを生成する。第２供給ライン３２は、強制気化器１５にて生成されるＶＧを副ガスエンジン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１６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、第２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１６の燃料ガス噴射圧よりも高くしてもよい。

第２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１６へ供給される。加熱器３５は、気液分離器３４を通過したＶＧを副ガスエンジン１６への供給に適した温度に加熱する。

さらに、本実施形態では、返送ライン２３に流れるＥＧを冷却するための３つの熱交換器（第１熱交換器５１、第２熱交換器５２および第３熱交換器５３）が設けられている。図例では、第１〜第３熱交換器５１〜５３が別体になっているが、第１〜第３熱交換器５１〜５３のうちのいずれか２つまたは全てが一体になっていてもよい。

返送ライン２３は、膨張装置２４の上流側で、第１熱交換器５１、第２熱交換器５２および第３熱交換器５３をこの順に通過する。また、送気ライン２１は第２熱交換器５２を通過し、送液ライン３１は第３熱交換器５３を通過し、第２供給ライン３２は気液分離器３４と加熱器３５の間で第１熱交換器５１を通過する。つまり、第１熱交換器５１はＶＧを冷熱源として使用し、第２熱交換器５２はＢＯＧを冷熱源として使用し、第３熱交換器５３はＬＮＧを冷熱源として使用する。返送ライン２３に流れるＥＧは、第１〜第３熱交換器５１〜５３で冷却された後に膨張装置２４で膨張されることによって、部分的に再液化する。

上述した圧縮機１２は、抽出ライン４３により第２供給ライン３２と接続されている。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（ＢＧ）を加熱器３５の下流側で第２供給ライン３２に導入する。抽出ライン４３には、流量制御弁４４が設けられている。

また、第２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。補給ライン４１は、気液分離器３４と第１熱交換器５１の間で第２供給ライン３２から分岐して、第２熱交換器５２の下流側で送気ライン２１に合流している。ただし、補給ライン４１は、冷却器３３と気液分離器３４の間で第２供給ライン３２から分岐してもよい。補給ライン４１には、流量制御弁４２が設けられている。

上述した膨張装置２４および流量制御弁４２，４４は、制御装置６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、制御装置６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。制御装置６は、単一の機器であってもよいし、複数の機器に分割されてもよい。

制御装置６は、送気ライン２１に設けられた圧力計６１および第１供給ライン２２に設けられた圧力計６２と電気的に接続されている。圧力計６１は、送気ライン２１内のＢＯＧの圧力を検出し、圧力計６２は、第１供給ライン２２内のＢＯＧの圧力を検出する。

制御装置６は、タンク１１内のＬＮＧの量および圧力計６１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、制御装置６は、圧力計６１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圧力計６１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、圧力計６１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、制御装置６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、制御装置６は、主ガスエンジン１３の燃料ガス消費量Ｑ１とＢＯＧの利用可能量Ｑａを比較する。そして、制御装置６は、Ｑａ＜Ｑ１の場合に補給ライン４１に設けられた流量制御弁４２を開き、Ｑａ＞Ｑ１の場合に抽出ライン４３に設けられた流量制御弁４４を開く。なお、Ｑａ＞Ｑ１の場合は、制御装置６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と比較し、Ｑａ＞Ｑｔの場合は、強制気化器１５の運転を停止するとともに（図略の返送ラインを通じてポンプ１４から吐出されるＬＮＧをタンク１１へ戻す）、流量制御弁４２を全閉としてもよい。

また、制御装置６は、圧力計６２で検出される第１供給ライン２２内のＢＯＧの圧力が上限値を超えたときに、膨張装置２４を開く。これにより、返送ライン２３を通じてＥＧがタンク１１へ戻される。

次に、図２を参照して、圧縮機１２を詳細に説明する。

圧縮機１２は、吸入口１２ａから吐出口１２ｂまで延びる主流路７と、主流路７上に直列に並ぶ５つの圧縮機構７１〜７５を含む。ただし、圧縮機構の数は、２〜４であってもよいし、６以上であってもよい。

さらに、圧縮機１２は、圧縮機構７１〜７５をそれぞれバイパスする５つの循環路８１〜８５と、循環路８１〜８５にそれぞれ設けられた５つのバイパス弁９１〜９５を含む。このため、圧縮機構７１〜７５のそれぞれから吐出されるＢＯＧが当該圧縮機構の吸入側へ戻されて循環することが可能である。すなわち、バイパス弁９１〜９５のそれぞれは、対応する圧縮機構（７１〜７５）の循環量を規定する。

主流路７には、圧縮機構７１〜７５の吐出側に圧力計６３〜６７がそれぞれ設けられている。圧力計６３〜６７のそれぞれは、対応する圧縮機構（７１〜７５）の吐出圧を検出する。例えば、圧力計６７は、圧縮機構７１〜７５のうち最下流に位置する最終段圧縮機構７５の吐出圧を検出する。上述した制御装置６は、これらの圧力計６３〜６７と電気的に接続されている。制御装置６は、主ガスエンジン１３にＢＯＧが供給される通常運転時には、圧力計６３〜６７で検出される圧縮機構７１〜７５の吐出圧のそれぞれが目標圧力となるようにバイパス弁９１〜９５を制御する。

さらに、制御装置６は、主ガスエンジン１３にＢＯＧが供給されない場合でも、圧力計６１により間接的に検出されるタンク１１内のＢＯＧの圧力が上限値を超えたとき、または圧力計６２で検出される第１供給ライン２２内のＢＯＧの圧力が上限値を超えたときに、膨張装置２４を開く。これにより、返送ライン２３を通じてＥＧがタンク１１へ戻される。タンク１１内のＢＯＧの圧力または第１供給ライン２２内のＢＯＧの圧力が上限値を超える前は、圧縮機１２は稼働していてもよいし、稼働していなくてもよい。

そして、制御装置６は、主ガスエンジン１３にＢＯＧが供給されない場合でも、返送ライン２３を通じてＥＧがタンク１１へ戻されるときに、通常運転時と同様に、圧力計６３〜６７で検出される圧縮機構７１〜７５の吐出圧のそれぞれが目標圧力となるようにバイパス弁９１〜９５を制御する。

このような制御によって、主ガスエンジン１３にＢＯＧが供給されない場合でも、ＥＧの圧力が高く維持される。従って、タンク１１へ戻されるＥＧの再液化率を高く保つことができる。

（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、第１〜第３熱交換器５１〜５３のうちのいずれか１つまたは２つが省略されてもよい。また、図３に示すように、送液ライン３１、強制気化器１５、第２供給ライン３２および副ガスエンジン１６はなくてもよい。

ただし、前記実施形態のように、送液ライン３１、強制気化器１５、第２供給ライン３２および副ガスエンジン１６が設けられていれば、副ガスエンジン１６へ燃料ガスを安定的に供給することができる。しかも、その構成において少なくとも第３熱交換器５３が設けられていれば、ＢＯＧよりも低温のＬＮＧを用いてＥＧが冷却されるので、ＢＯＧのみを用いてＥＧを冷却する場合よりも、ＥＧの再液化率を向上させることができる。

また、第１供給ライン２２に設けられた圧力計６２と、圧縮機１２の最終段圧縮機構７５の吐出圧を検出する圧力計６７の一方が省略されて、他方が膨張装置２４の制御とバイパス弁９５の制御とに共通に用いられてもよい。

１ 船舶
１１ タンク
１２ 圧縮機
１２ａ 吸入口
１２ｂ 吐出口
１３ 主ガスエンジン
１４ ポンプ
１５ 強制気化器
１６ 副ガスエンジン
２１ 送気ライン
２２ 第１供給ライン
２３ 返送ライン
２４ 膨張装置
３１ 送液ライン
３２ 第２供給ライン
５１〜５３ 熱交換器
６ 制御装置
６３〜６７ 圧力計
７ 主流路
７１〜７５ 圧縮機構
８１〜８５ 循環路
９１〜９５ バイパス弁

Claims (2)

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、
   吸入口から吐出口まで延びる主流路、前記主流路上に直列に並ぶ複数の圧縮機構、前記複数の圧縮機構をそれぞれバイパスする複数の循環路、および前記複数の循環路にそれぞれ設けられた複数のバイパス弁、を含む圧縮機と、
   前記タンク内で発生するボイルオフガスを前記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供給ラインと、
   前記供給ラインから余剰ガスを前記タンクへ戻す、膨張装置が設けられた返送ラインと、
   前記返送ラインに流れる余剰ガスを冷却する少なくとも１つの熱交換器と、
   前記複数のバイパス弁を制御する制御装置と、
   前記複数の圧縮機構のうち最下流に位置する最終段圧縮機構の吐出圧を検出する圧力計と、を備え、
   前記制御装置は、前記主ガスエンジンにボイルオフガスが供給されない場合でも、前記返送ラインを通じて余剰ガスが前記タンクへ戻されるときに、前記圧力計で検出される最終段圧縮機構の吐出圧が目標圧力となるように、前記複数のバイパス弁のうち前記最終段圧縮機構をバイパスする循環路に設けられたバイパス弁を制御する、船舶。
2. 前記供給ラインは、第１供給ラインであり、
   船内電源用の副ガスエンジンと、
   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副ガスエンジンへ導く第２供給ラインと、をさらに備え、
   前記少なくとも１つの熱交換器は、前記返送ラインに流れる余剰ガスと前記送液ラインに流れる液化天然ガスとの間で熱交換を行う熱交換器を含む、請求項１に記載の船舶。
   

Images