JP2019015378A

JP2019015378A - 液化ガス貯蔵タンク構造、船舶、及びボイルオフガスの低減方法

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Publication number: JP2019015378A
Application number: JP2017134647A
Authority: JP
Inventors: 陽平滝本; Yohei Takimoto
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: JP6943373B2

Abstract

【課題】液化ガス運搬船の液化ガスを貯蔵するタンクの液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を冷却してその温度を低下させることで、気化熱の原因となる熱伝達を抑制し、貯蔵タンクの防熱材の厚みを増すことなくボイルオフガスの発生量を減少させることができる、液化ガス貯蔵タンク構造、船舶、及びボイルオフガスの低減方法を提供する。【解決手段】貯蔵された液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂを冷却するための冷却システム２０の一部または全部を貯蔵タンク１１の内部に備えていると共に、高温液化ガス層Ｌｂを冷却する冷却用装置２１の少なくとも一部が、少なくとも貯蔵タンク１１に液化ガスＬを満載した際には、液化ガスＬの液面Ｓ若しくは液面近傍に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクの内部のボイルオフガスの発生量を効率よく低減できる液化ガス貯蔵タンク構造、船舶、及びボイルオフガスの低減方法に関する。

液化天然ガス（ＬＮＧ）などを運搬する液化ガス運搬船では、低温の液化ガスの貯蔵タンクを設けているが、この貯蔵タンクでは、外部から流入する熱によって液化ガスが蒸発し、ボイルオフガスが発生している。このボイルオフガスが発生するとタンクの内圧が増加するため、ボイルオフガスを貯蔵タンクの外部に放出して、貯蔵タンクの内部の圧力を安全な範囲に保っている。

しかしながら、発生するボイルオフガスを放出することは、液化ガスの貯蔵量を減少させることになり、経済的な損失となる。そのため、このボイルオフガスの発生量を抑える一般的な方法として、貯蔵タンクの防熱性能を向上させる方法が取られている。しかし、タンクを覆う防熱材全てを高品質化することには多額のコストがかかる。また、防熱材の厚みは、タンクの設置場所等により制限されるため、厚みの増加には限界がある。また、低温液化ガスの液化ガス運搬船においては、船舶の大きさが港湾や運河により制限されるため、防熱材の厚さを増すことは、貯蔵タンクの容積の減少を招くことになるので、この面からも限界がある。

この防熱対策以外で、低温液化ガスの貯蔵タンクにおける内部圧力の上昇を回避する対策として、タンク内の低温液化ガスをポンプで、タンク内の上部に設けた噴射ノズルに供給し、この噴射ノズルから低温液化ガスを低温液化ガス表層に向けて噴射して、この低温液化ガス表層を壊すことで、タンク内の液表面に高温の表層が形成されないようにしてタンク内液化ガスの均温化を図り、結果としてタンク内部圧力の上昇を抑える低温液化ガス撹拌装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、液化ガスを液面に噴射して低温液化ガス表層を壊すと共に、タンクの内部で液体空間中に液化ガスを噴射して内部を撹拌する方法が提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。

しかしながら、この低温液化ガス表層を壊すためには、ある程度の衝突エネルギーを持たせて低温液化ガスを噴射する必要がある。そのため、低温液化ガスの高圧化が必要となりポンプの駆動力及び駆動エネルギーが多くなるという問題がある。また、液化ガスを噴射して内部を撹拌する場合も同様にポンプを駆動するために多くのエネルギーが必要となる。

特開２００３−２４７６９７号公報実開昭６１−７３８９９号公報特表２００７−５０４４１４号公報特開昭５９−２１９５９９号公報

これに対して、本発明者は、貯蔵タンクに外部からの熱が入ってくる部分はタンクの壁からであり、この壁からの入熱により温度が高くなった液化ガスは比重が温度の低い液化ガスより小さくなり軽くなるため、上昇してタンク上部の液面に集まる。一方、液面はこの高温液よりも温度が低い状態になっているため、表層に上昇した温度の高い液化ガスから、液表面に向かって熱が伝達される。この熱が気化熱となり、ボイルオフガスを発生させる要因となっている。この自然対流によって液表層部に集まる高温の液化ガスを集中して冷却することによって、少ないエネルギーでボイルオフガスの発生を低減できるとの知見を得た。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、液化ガス運搬船の液化ガスを貯蔵するタンクの液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を冷却してその温度を低下させることで、気化熱の原因となる熱伝達を抑制し、貯蔵タンクの防熱材の厚みを増すことなくボイルオフガスの発生量を減少させることができる、液化ガス貯蔵タンク構造、船舶、及びボイルオフガスの低減方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明の液化ガス貯蔵タンク構造は、液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを備えた液化ガス貯蔵タンク構造において、貯蔵された液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を冷却するための冷却システムの一部または全部を前記貯蔵タンクの内部に備えていると共に、前記高温液化ガス層を冷却する冷却用装置の少なくとも一部が、少なくとも前記貯蔵タンクに液化ガスを満載した際には、液化ガスの液面若しくは液面近傍に配置されているように構成されている。

この構造によれば、貯蔵タンク内の液化ガスの低温液化ガス表層に対して、その上側から液化ガス若しくはガスを低温液化ガス表層に噴射して、低温液化ガス表層を破壊するのではなく、自然対流により液化ガス表層下側に集中する高温液化ガス層を冷却して、気化熱の原因となる熱伝達を抑制し、少ないエネルギーで、ボイルオフガスの発生量を減少させることができる。

なお、液化ガスの液面では、液化ガスが蒸発してボイルオフガスになる際に蒸発熱（気化熱）を奪うので、その液面の液化ガスの温度はその下側の液化ガスの温度よりも低温になっている。そのため、低い温度の低温液化ガス表層を冷却しても、冷却効率は悪いので、この低温液化ガス表層より下の高温液化ガス層を冷却する。この高温液化ガス層は、例えば、液面から３０ｃｍ〜５０ｃｍ下の範囲に形成されるが、貯蔵タンクの環境に大きく影響されて変化する。また、この高温液化ガス層の厚さは、液化ガスの積載から時間がたつと次第に厚さを増すが、この厚さも貯蔵タンクの環境に大きく影響されて変化する。

従って、本発明では、タンク内の液化ガスの撹拌や、表層の低温液化ガス層を破壊し、マクロな温度分布を変える方法ではなく、タンク壁面に沿って上昇する自然対流を利用することで、タンク内の熱を液面の表層下部に集中させて、この高温液化ガス層を効率よく冷却することによって、タンク内全体の熱の効率的な除去を図る方法を採用している。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記冷却用装置が、前記貯蔵タンクの上下方向に関して、前記貯蔵タンクの内部の頂上の位置と、この頂上の位置から前記貯蔵タンクの内部の高さの１５％低い位置との間に配置されていると、この構成により、液化ガスの満載時には、貯蔵タンクの内部の液化ガスの液面の高さは、タンク内部の高さの９５％前後となるので、冷却用装置をタンク内部の高さの８５％高さより高い位置に配置することで、貯蔵タンクに貯蔵された液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を効率よく冷却することができるようになる。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記冷却用装置が、前記貯蔵タンクに貯蔵されている液化ガスの液面の上下に追従して高さを変更するように構成されていると、この構成により、液化ガスが蒸発して液面が下降しても、それに伴って冷却用装置を下降できるので、良好な冷却効率を維持しながら、液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を効率よく冷却することができるようになる。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記冷却用装置が液化ガスの液面に浮いているように構成されていると、この構成により、液化ガスが蒸発して液面が下降しても、それに伴って冷却用装置が自動的に下降するので、良好な冷却効率を維持しながら、液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を効率よく冷却することができるようになる。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記冷却システムが、前記貯蔵タンクの内部のボイルオフガスを抜き出して再液化して、液化された液化ガスを前記貯蔵タンクの内部に戻す再液化システムからの再液化された液化ガスを、前記冷却用装置に供給するように構成されていると、この構成により、液化ガス運搬船等では、貯蔵タンクから排出したボイルオフガスを再液化し、この再液化した液化ガスを貯蔵タンク内に戻す再液化システムを搭載していることが多いので、ボイルオフガスを利用して、液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を効率よく冷却することができるようになる。また、この再液化装置で再液化した液化ガスを供給する構成の場合、貯蔵タンク内でポンプを動かす必要がないため、ポンプの駆動の際の液化ガスへの入熱を防ぐことができる。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記冷却システムが、前記貯蔵タンク内の下側部分に配置されたポンプと、前記貯蔵タンクに液化ガスを満載した際には、液化ガスの液面近傍に位置して、前記ポンプから供給される液化ガスを前記高温液化ガス層に液相のまま拡散する拡散装置を備えた前記冷却用装置と、前記ポンプと前記冷却用装置を接続する供給配管とを有して構成されていると、この構成により、貯蔵タンクの下部の比較的低温の液化ガスを吸い上げて、上向きのノズルなどで構成される拡散装置に供給して、液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を比較的低温の液化ガスで熱効率よく冷却することができるようになる。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記ポンプを、荷役用のポンプ、若しくは、前記貯蔵タンクのタンク冷却用のスプレーポンプ、若しくは、液化ガスを燃料として主機関へ供給するポンプとの兼用とするように構成されていると、この構成により、ポンプを兼用できるので、液化ガス貯蔵タンクに関連する全体設備としての機器を簡略化できる。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記冷却システムが、前記供給配管を前記貯蔵タンクの外部の外部冷却システムに接続して、前記ポンプから供給される液化ガスを、前記外部冷却システムにより前記貯蔵タンクの内部の圧力に対応した飽和温度よりも低い温度に冷却してから、前記拡散装置に供給するように構成されていると、貯蔵タンクの外部の冷却装置で冷却することにより、高温液化ガス層へ供給する液化ガスの温度を低くすることができるので、ボイルオフガス低減効果が増大し、より効率よく、ボイルオフガスの発生量を低減できるようになる。

上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記拡散装置を、タンク冷却用のスプレーノズルとの兼用とするように構成されていると、この構成により、液化ガス貯蔵タンクに関連する全体設備としての機器を簡略化できる。

そして、上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記冷却用装置が、外部の液化ガスと内部の熱媒体との間の熱交換を行う熱交換器で構成されていると、熱交換器の熱媒体の温度及び流量の調整により、よりきめ細かく貯蔵タンク内の液化ガスの温度を調整制御することができるようになり、冷却効果を制御し易くなる。そのため、より効率よく、ボイルオフガスの発生量を低減できるようになる。また、貯蔵タンク内のポンプを動かす必要がないため、ポンプの駆動の際の液化ガスへの入熱を無くすことができる。

また、上記の液化ガス貯蔵タンク構造において、前記貯蔵タンクが、上側の４分の１において、タンク内部の水平断面積が上方に行くにつれて減少するように構成されていると、熱対流により温度が比較的高くなる液面の表面積が小さくなり、冷却用装置がカバーする冷却範囲が少なくて済むようになるので、より効率よく、ボイルオフガスの発生量を低減できるようになる。なお、この形状の貯蔵タンクとしては、球形タンクが一般的であるが、これ以外の非真球形状のタンク等もある。

そして、本発明の船舶は、上記の液化ガス貯蔵タンク構造を備えていることを特徴とする船舶であり、上記の液化ガス貯蔵タンク構造が発揮できる効果を同様に発揮できる。なお、この船舶としては、ＬＮＧタンカー、ＬＰＧタンカー等の液化ガス運搬船の他には、液化ガスを燃料とする液化ガス燃料船等がある。

そして、本発明のボイルオフガス低減方法は、液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクのボイルオフガス低減方法において、貯蔵された液化ガスの表層下側の高温液化ガス層の液化ガスの温度より低い温度の液化ガスを液相のまま、前記高温液化ガス層に供給することにより、若しくは、貯蔵された液化ガスの表面直下に配置した熱交換器で前記高温液化ガス層の熱を奪うことにより、前記高温液化ガス層の液化ガスを冷却して、前記貯蔵タンクの内部におけるボイルオフガスの発生量を低減することを特徴とする方法である。

本発明の液化ガス貯蔵タンク構造、船舶、及びボイルオフガスの低減方法によれば、液化ガス運搬船の液化ガスを貯蔵するタンクの液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を冷却してその温度を低下させることで、気化熱の原因となる熱伝達を抑制し、貯蔵タンクの防熱材の厚みを増すことなくボイルオフガスの発生量を減少させることができる。

本発明に係る第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造の構成を模式的に示す側断面図で、分配用配管が液面より上にある図である。図１のＡ−Ａ部分の冷却用装置の構成を模式的に示す説明用の図である。本発明に係る第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造の構成を模式的に示す側断面図で、分配用配管が液面より下にある図である。本発明に係る第２の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造の構成を模式的に示す側断面図である。本発明に係る第３の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造の構成を模式的に示す側断面図である。本発明に係る第４の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造の構成を模式的に示す側断面図である。液化ガスの貯蔵タンクの内の低温液化ガス表層と高温液化ガス層とノズルの関係を模式的に示す側断面図である。ノズルを分配用配管に水平方向の回りに回動自在に設けた構成を示す模式的な説明図で、液面より上に分配用配管がある図である。ノズルを分配用配管に水平方向の回りに回動自在に設けた構成を示す模式的な説明図で、液面より下に分配用配管がある図である。

以下、本発明に係る実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造、船舶、及びボイルオフガスの低減方法について、図面を参照しながら説明する。

最初に、本発明に係る第１〜第４の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造について説明する。図１〜図６に示すように、液化ガスＬを貯蔵する貯蔵タンク１１を備えて構成されると共に、防熱材１２で防熱処理されたこの貯蔵タンク１１の内部に冷却システム（２０Ａ〜２０Ｄ、以下総称として２０を使用する）２０の一部または全部を備えて構成される。この貯蔵タンク１１は船舶１にタンク支持部材２を介して搭載若しくは設置され、貯蔵タンク１１の周囲にタンクカバー１３が設けられている。

この冷却システム２０は、貯蔵タンク１１に貯蔵された液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂを冷却するための冷却システムである。この冷却システム２０の高温液化ガス層Ｌｂを冷却する冷却用装置２１が、少なくとも貯蔵タンク１１に液化ガスＬを満載した際には、液化ガスＬの液面Ｓ若しくは液面近傍に配置されている。

この高温液化ガス層Ｌｂについて説明すると、図７に示すように、防熱施工された貯蔵タンク１１の内部に液化ガスＬが貯蔵されると、液相の液化ガスＬと液化ガスＬが蒸発したボイルオフガスＧが貯蔵されている状態となる。そして、貯蔵タンク１１の壁面から内部の液化ガスＬに伝わる熱により壁面付近の液化ガスＬの温度が上昇するので、比重が軽くなり、壁面に沿って上昇する自然対流が発生し、この自然対流により液面Ｓまで到達した比較的温度の高い液化ガスＬは液面Ｓの表層部に高温液化ガス層Ｌｂを形成する。

しかしながら、液面Ｓでは液化ガスＬが蒸発してボイルオフガスＧになる際に蒸発熱（気化熱）を奪うので、その液面Ｓの表層部では液化ガスＬの温度はその下側の液化ガスの温度よりも低い温度になっており、比較的温度の低い低温液化ガス表層Ｌａが高温液化ガス層Ｌｂの上に形成されている。

この低温液化ガス表層Ｌａの厚さｔａは貯蔵タンク１１の状態や貯蔵されている液化ガスＬの状態に依存するが、例えば、３０ｃｍ〜５０ｃｍ程度であり、高温液化ガス層Ｌｂは、通常は、低温液化ガス表層Ｌａの直下に形成される。なお、ボイルオフガスＧの蒸発量はこの高温液化ガス層Ｌｂと液面Ｓの温度差に依存する。また、この高温液化ガス層Ｌｂの厚さＲｂは、液化ガスＬの積載から時間がたつと次第に厚さを増すが、この厚さは貯蔵タンク１１の環境に大きく影響されて変化する。

ただし、低温液化ガス表層Ｌａと高温液化ガス層Ｌｂの厚さｔａ、Ｒｂは実機での計測や数値実験等からその厚さを幾つかの要因の下に決定することができるので、実機に適用する際には、低温液化ガス表層Ｌａと高温液化ガス層Ｌｂの厚さｔａ、Ｒｂを想定することができる。

そして、図１〜図３に示すように、第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａにおいては、この冷却システム２０Ａは、冷却用装置２１Ａに加えて、貯蔵タンク１１内の下側部分に配置されたポンプ２２と、ポンプ２２と冷却用装置２１Ａを接続する供給配管２３Ａとを有している。

また、冷却用装置２１Ａは、ポンプ２２から供給される液化ガスＬを高温液化ガス層Ｌｂに液相のまま拡散するノズル（拡散装置）２１Ａａと、供給配管２３Ａからの液化ガスＬをそれぞれのノズル２１Ａａに分配する分配用配管２１Ａｂを備えて構成される。さらに、この冷却用装置２１Ａの少なくとも一部（ここでは、ノズル２１Ａａの噴口部分）は、貯蔵タンク１１に液化ガスＬを満載した際には、液化ガスＬの液面Ｓの下側に位置するように構成される。

つまり、貯蔵タンク１１の内部には、液化ガスＬを下部から表層に供給するための供給配管２３Ａが設置されており、図２に示すように、この供給配管２３Ａは、液表層近傍で円形状に広がる分配用配管２１Ａｂに接続して、この分配用配管２１Ａｂに設けられた複数個のノズル２１Ａａに液化ガスＬを均等に供給するように構成される。また、供給配管２３Ａの下部に液化ガスＬを吸い上げるためのポンプ２２が接続されている形となっている。

この構成では、貯蔵タンク１１内の液化ガスＬは自然対流により、液表層部には温度の高い液化ガスＬが集まり、貯蔵タンク１１の下部には低温の液化ガスＬが集まる。そこで、ポンプ２２により低温の液化ガスＬを吸い上げ、ノズル２１Ａａから液表層部に噴出することで、液表層部の温度を低下させる。なお、ノズル２１Ａａの位置は、その噴口（排出口）が液中に浸かるように配置する。

そして、液化ガスＬを沸騰させずに保持可能な液化ガスＬの貯蔵タンク１１において、液化ガスＬの積載時に、ノズル２１Ａａの噴口（排出口）が液面Ｓの下で液化ガスＬに浸かる位置になるように設置され、液化ガスＬを液相のまま表層部の低温液化ガス表層Ｌａの下側の高温液化ガス層Ｌｂに向けて供給して、貯蔵タンク１１の内部の高温液化ガス層Ｌｂを冷却することで、ボイルオフガスＧの発生量を低減する。

このノズル２１Ａａは、その噴射口が液化ガスＬの液面Ｓより僅かに下側に配置されて構成されるが、液化ガスＬで高温液化ガス層Ｌｂを撹拌することが目的ではなく、低温の液化ガスＬを高温液化ガス層Ｌｂに混入して冷却することが目的であるので、ノズル２１Ａａの噴出力は強い必要は無く、液化ガスＬを高温液化ガス層Ｌｂの内部に浸透させて拡散できるだけの噴出力があればよい。

そのため、ポンプ２２の吐出圧は、従来技術の撹拌用のノズルへの供給圧より低くて良いので、ポンプ２２を駆動するためのエネルギーが少なくて済み、それに伴い、ポンプ２２の駆動の際に、ポンプ２２で発生する熱の液化ガスＬへの移動も少なくて済むようになる。

このノズル２１Ａａの噴出方向は、高温液化ガス層Ｌｂへの液化ガスＬの供給のためであるので、図１に示すように、分配用配管２１Ａｂが液面Ｓより上側に位置するような場合は、ノズルの噴口が液面Ｓより下になると共に、ノズル２１Ａａの噴射方向は、高温液化ガス層Ｌｂに向かうように、好ましくは、下向き、又は、傾斜していても水平より下側に向かうように構成される。

あるいは、図３に示すように、分配用配管２１Ａｂが液面Ｓより下側に位置するような場合は、ノズル２１Ａａの噴口は液面Ｓより下になると共に、ノズルの噴射方向は、高温液化ガス層Ｌｂに向かうように、好ましくは、上向き、又は、傾斜していても水平より上側に向かうように構成される。

さらには、図８及び図９に示すように、ノズル２１Ａａを分配用配管２１Ａｂに水平方向の回りに回動自在に設けて、図８に示すように、分配用配管２１Ａｂが液面Ｓより上にあるときはノズル自体の重力により下向きになり、一方、図９に示すように、分配用配管２１Ａｂが液面Ｓより下で、ノズル２１Ａａが液面Ｓより下にあるときはノズル自体の浮力により上向きになるように構成することが好ましい。

この構成とする場合には、ノズル２１Ａａと分配用配管２１Ａｂの両方を液面Ｓの上下変化に対応させて上下移動させなくても、自動的に液面Ｓの上下移動に対応してノズル２１Ａａの噴口の位置と噴口の向きを追従させて、ノズル２１Ａａの噴出方向を高温液化ガス層Ｌｂに向かうようにすることができるようになる。

なお、ポンプ２２を、荷役用のポンプ、若しくは、貯蔵タンク１１のタンク冷却用のスプレーポンプ、若しくは、液化ガスを燃料として主機関へ供給するポンプと兼用してもよい。このポンプ２２の兼用により、貯蔵タンク１１に関連する全体設備としての機器を簡略化できる。

また、ノズル２１Ａａを、タンク冷却用のスプレーノズルの一部との兼用としてもよい。このノズル２１Ａａの兼用により、貯蔵タンク１１に関連する全体設備としての機器を簡略化できる。この場合、通常は、スプレーノズルは空の貯蔵タンク１１の全体を冷却するために、上下方向に複数段設けられるので、一番上部のスプレーノズルとこのノズル２１Ａａとが兼用になり、より下側のスプレーノズルは専用となる。

上記の第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａによれば、貯蔵タンク１１の下部の比較的低温の液化ガスＬをポンプ２２で吸い上げて、ノズル２１Ａａに供給して、液化ガスＬの液面Ｓの低温液化ガス表層Ｌａの下側の高温液化ガス層Ｌｂを比較的低温の液化ガスＬで熱効率よく冷却することができるようになる。また、設備としては、貯蔵タンク１１の液面Ｓ付近に低温の液化ガスＬを供給するためのノズル２１Ａａと分配用配管２１Ａｂとを有する冷却用装置２１Ａと供給配管２３Ａなどを設ければ良く、貯蔵タンク１１の防熱性能を変えることなく、ボイルオフガスの発生量の低減が可能となる。

次に、第２の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｂについて説明する。図４に示すように、この液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｂにおいては、冷却システム２０Ｂが、貯蔵タンク１１の内部のボイルオフガスＧをガス抜き配管３２で抜き出して再液化装置３１で再液化して、液化された液化ガスを戻し配管３３で貯蔵タンク１１の内部に戻す再液化システム３０からの再液化された液化ガスＬを、冷却用配管３４で冷却用装置２１Ｂに供給するように構成される。この冷却用装置２１Ｂは、ノズル２１Ｂａと分配用配管２１Ｂｂを有し、第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａの冷却用装置２１Ａと同じように構成される。

つまり、高温液化ガス層Ｌｂを冷却する液化ガスＬは、第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａでは、ポンプ２２で吸い上げられる貯蔵タンク１１の下部の液化ガスＬであるが、第２の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｂでは、ボイルオフガスＧを再液化して得られた液化ガスＬとなる。それ以外は同じである。

上記の第２の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｂによれば、液化ガス運搬船等では、貯蔵タンク１１から排出したボイルオフガスＧを再液化し、この再液化した液化ガスＬを貯蔵タンク１１内に戻す再液化システム３０を搭載していることが多いので、ボイルオフガスＧを利用して、液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂを効率よく冷却することができるようになる。また、この再液化システム３０で再液化した液化ガスＬを供給するので、貯蔵タンク１１内でポンプ２２を動かす必要がないため、ポンプ２２の駆動の際の液化ガスＬへの入熱を防ぐことができる。

次に、第３の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｃについて説明する。図５に示すように、この液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｃにおいては、第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａと同様に、冷却システム２０Ｃが、ポンプ２２と供給配管２３Ｃと、冷却用装置２１Ｃを備えて構成され、冷却用装置２１Ｃは、ノズル２１Ｃａと分配用配管２１Ｃｂを備えて構成される。

しかし、この液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｃでは、供給配管２３Ｃは、貯蔵タンク１１の外部の外部冷却システム４０に接続されており、ポンプ２２から供給される液化ガスＬを、外部冷却システム４０により貯蔵タンク１１の内部の圧力Ｐｉｎに対応した飽和温度Ｔｓよりも低い温度に冷却してから、ノズル（拡散装置）２１Ｃａに供給するように構成されている。その他の点は、第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａと同じである。

つまり、高温液化ガス層Ｌｂを冷却する液化ガスＬは、第１の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａでは、ポンプ２２で吸い上げられる貯蔵タンク１１の下部の液化ガスＬをそのまま冷却用装置２１Ａに供給するが、第３の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｃでは、ポンプ２２で吸い上げられる貯蔵タンク１１の下部の液化ガスＬを、貯蔵タンク１１の外部に設けた外部冷却システム４０に供給配管２３Ｃ経由で供給し、この液化ガスＬを外部冷却システム４０で冷却してから供給配管２３Ｃで冷却用装置２１Ｃに供給する。

上記の第３の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｃによれば、ポンプ２２で吸い上げた液化ガスＬを、さらに、外部冷却システム４０で冷却してから供給するので、高温液化ガス層Ｌｂへ供給する液化ガスＬの温度を低くすることができ、より効率よく、ボイルオフガスＧの発生量を低減できるようになる。

そして、この第１〜第３の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａ〜１０Ｃによれば、液面Ｓより下にノズル２１Ａａ、２１Ｂａ、２１Ｃａの噴口を配置することで、供給する低温の液化ガスＬが気相部と熱交換することを防ぐことができるので、効率よく冷却することが可能となる。

次に、第４の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｄについて説明する。図６に示すように、この液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｄにおいては、冷却用装置２１Ｄを、外部（周囲）の液化ガスＬと内部の熱媒体（冷媒）との間で熱交換を行う熱交換器で構成する。この熱交換器２１Ｄには、冷却システム５０の冷却装置５１から低温の熱媒体を配管５２経由で供給し、熱交換後の熱媒体を配管５３経由で冷却装置５１に戻す。

この熱交換器２１Ｄは、例えば、冷却管で構成して、この冷却管を、液化ガスＬの満載時に液面Ｓにちょうど浸かる程度の高さに設置して、この冷却管の内部を流れる熱媒体を冷却装置５１との間で循環させて、液面Ｓの液化ガスＬと熱媒体との間で熱交換させて、熱媒体によって直接冷却してもよい。

つまり、この液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｄでは、高温液化ガス層Ｌｂに液化ガスＬを供給して冷却するのではなく、高温液化ガス層Ｌｂに配置した熱交換器２１Ｄで熱交換により高温液化ガス層Ｌｂを冷却する。

上記の第４の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ｄによれば、熱交換器２１Ｄの熱媒体の温度及び流量の調整により、よりきめ細かく貯蔵タンク１１内の液化ガスＬの温度を調整制御することができるようになるので、冷却効果を制御し易くなる。そのため、より効率よく、ボイルオフガスＧの発生量を低減できるようになる。また、貯蔵タンク１１内のポンプ２２を動かす必要がないため、ポンプ２２の駆動の際の液化ガスＬへの入熱が無くすことができる。

そして、上記の第１〜第４の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造（１０Ａ〜１０Ｄ、以下総称として１０を使用する。）１０において、冷却用装置（２１Ａ〜２１Ｄ、以下総称として２１を使用する。）２１の上下位置に関して、次の第１〜第３の構成のいずれかに構成してもよい。

第１の構成としては、冷却用装置２１が、貯蔵タンク１１の上下方向に関して、貯蔵タンク１１の内部の頂上の位置と、この頂上の位置から貯蔵タンク１１の内部の高さの１５％低い位置との間に配置される。

この構成により、液化ガスＬの満載時には、貯蔵タンク１１の内部の液化ガスＬの液面Ｓの高さは、タンク内部の高さの９５％前後となるので、冷却用装置２１をタンク内部の高さの８５％高さより高い位置に配置することで、貯蔵タンク１１に貯蔵された液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂを効率よく冷却することができるようになる。

第２の構成としては、冷却用装置２１が、貯蔵タンク１１に貯蔵されている液化ガスＬの液面Ｓの上下に追従して高さを変更するように、上下方向移動機構（図示しない）を有して構成される。この上下方向移動機構としては、周知のスライド機構や吊上げ索による吊り下げ機構（巻き上げ機）等を使用することができる。

この構成により、貯蔵タンク１１に液化ガスを満載した後で、液化ガスＬが蒸発して液面Ｓが下降しても、それに伴って、上下方向移動機構を用いて冷却用装置２１を下降できるので、良好な冷却効率を維持しながら、液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂを効率よく冷却することができるようになる。

第３の構成としては、冷却用装置２１が、液化ガスＬの液面Ｓに浮いているように構成される。言い換えれば、冷却用装置２１が、フロート式に構成される。この構成により、貯蔵タンク１１に液化ガスを満載した後で、液化ガスＬが蒸発して液面Ｓが下降しても、それに伴って、冷却用装置２１が自動的に下降するので、良好な冷却効率を維持しながら、液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂを効率よく冷却することができるようになる。

そして、貯蔵タンク１１においては、貯蔵タンク１１が、上側の４分の１において、タンク内部の水平断面積が上方に行くにつれて減少するように構成されていることが好ましい。このような構成であると、熱対流により温度が比較的高くなる液面の表面積が小さくなり、冷却用装置２１がカバーする冷却範囲が少なくて済むようになるので、より効率よく、ボイルオフガスＧの発生量を低減できるようになる。なお、この形状の貯蔵タンク１１としては、球形タンクが一般的であるが、これ以外の非真球形状のタンク等もある。

そして、本発明の実施の形態の船舶１は、上記の第１〜第４の実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造１０Ａ〜１０Ｄのいずれかを備えて構成される。これにより、船舶１は、備えた液化ガス貯蔵タンク構造１０が発揮できる効果を同様に発揮できる。なお、この船舶としては、ＬＮＧタンカー、ＬＰＧタンカー等の液化ガス運搬船の他には、液化ガスを燃料とする液化ガス燃料船等がある。

そして、本発明の実施の形態のボイルオフガス低減方法は、上記の第１〜第４の実施の形態の液化ガスを貯蔵する貯蔵タンク１１におけるボイルオフガス低減方法である。そして、このボイルオフガス低減方法においては、貯蔵された液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂの液化ガスＬの温度より低い温度の液化ガスＬを液相のまま、高温液化ガス層Ｌｂに供給することにより、若しくは、貯蔵された液化ガスＬの表面直下に配置した熱交換器２１Ｄで高温液化ガス層Ｌｂの熱を奪うことにより、高温液化ガス層Ｌｂの液化ガスＬを冷却して、貯蔵タンク１１の内部におけるボイルオフガスＧの発生量を低減する方法である。

上記のように、本発明に係る実施の形態の液化ガス貯蔵タンク構造、船舶、及びボイルオフガスの低減方法によれば、液化ガス運搬船の液化ガスＬを貯蔵する貯蔵タンク１１の液化ガスＬの表層下側の高温液化ガス層Ｌｂを冷却してその温度を低下させることで、気化熱の原因となる熱伝達を抑制し、貯蔵タンク１１の防熱材の厚みを増すことなくボイルオフガスＧの発生量を減少させることができる。

より詳細には、液化ガスＬの液面Ｓの最上層の低温液化ガス表層Ｌａでは温度が低いため、この低温液化ガス表層Ｌａを冷却しても冷却効率は悪いので、本発明では、この低温液化ガス表層Ｌａより下の高温液化ガス層Ｌｂを冷却する。

つまり、貯蔵タンク１１内の液化ガスＬの低温液化ガス表層Ｌａに対して、その上側から液化ガスＬ若しくはガスを低温液化ガス表層Ｌａに噴射して、低温液化ガス表層Ｌａを破壊する従来方法とは異なり、本発明においては、液化ガスＬの表層下側の自然対流によって自ずと形成される高温液化ガス層Ｌｂを冷却して、少ないエネルギーで、貯蔵タンク１１内の液化ガスＬを効率よく均温化して、ボイルオフガスＧの発生量を減少させる。

従って、本発明では、貯蔵タンク１１内の液化ガスＬの撹拌や、表層の低温液化ガス層Ｌａを破壊し、マクロな温度分布を変える従来の方法ではなく、自然対流を利用して、貯蔵タンク１１内の熱を液面Ｓの下側の高温液化ガス層Ｌｂに集中させて、この高温液化ガス層Ｌｂを効率よく冷却することによって、貯蔵タンク１１内全体の熱を効率的に除去、または熱の分散による貯蔵タンク１１内の均温化を図ることができる。

そして、液面Ｓにおける液化ガスＬの蒸発量、即ち、ボイルオフガスＧの発生量は高温液化ガス層Ｌｂの液温度に依存するため、高温液化ガス層Ｌｂ部分を冷却することによってボイルオフガス発生量を低減できることになる。特に、球形タンクでは、タンクの表面積に比べ、液面Ｓの面積は小さく、高温液化ガス層Ｌｂに熱が集中し易いため、効率よく冷却することが可能である。また、液面Ｓの面積が小さいことから、液化ガスＬの供給設備も小規模なもので済む。

１船舶
２タンク支持部材
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ液化ガス貯蔵タンク構造
１１貯蔵タンク
１２防熱材
１３タンクカバー
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ冷却システム
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ冷却用装置
２１Ｄ熱交換器（冷却用装置）
２１Ａａ、２１Ｂａ、２１Ｃａノズル（拡散装置）
２１Ａｂ、２１Ｂｂ、２１Ｃｂ分配用配管
２２ポンプ
２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ供給配管
３０再液化システム
３１再液化装置
３２ガス抜き配管
３３戻し配管
３４冷却用配管
４０外部冷却システム
５０冷却システム
５１冷却装置
５２、５３配管
Ｇボイルオフガス
Ｌ液化ガス
Ｌａ低温液化ガス表層
Ｌｂ高温液化ガス層
Ｓ液化ガスの液面

Claims

液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを備えた液化ガス貯蔵タンク構造において、
貯蔵された液化ガスの表層下側の高温液化ガス層を冷却するための冷却システムの一部または全部を前記貯蔵タンクの内部に備えていると共に、前記高温液化ガス層を冷却する冷却用装置の少なくとも一部が、少なくとも前記貯蔵タンクに液化ガスを満載した際には、液化ガスの液面若しくは液面近傍に配置されているように構成されていることを特徴とする液化ガス貯蔵タンク構造。
前記冷却用装置が、前記貯蔵タンクの上下方向に関して、前記貯蔵タンクの内部の頂上の位置と、この頂上の位置から前記貯蔵タンクの内部の高さの１５％低い位置との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記冷却用装置が、前記貯蔵タンクに貯蔵されている液化ガスの液面の上下に追従して高さを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記冷却用装置が液化ガスの液面に浮いていることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記冷却システムが、前記貯蔵タンクの内部のボイルオフガスを抜き出して再液化して、液化された液化ガスを前記貯蔵タンクの内部に戻す再液化システムからの再液化された液化ガスを、前記冷却用装置に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記冷却システムが、前記貯蔵タンク内の下側部分に配置されたポンプと、前記貯蔵タンクに液化ガスを満載した際には、液化ガスの液面近傍に位置して、前記ポンプから供給される液化ガスを前記高温液化ガス層に液相のまま拡散する拡散装置を備えた前記冷却用装置と、前記ポンプと前記冷却用装置を接続する供給配管とを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記ポンプを、荷役用のポンプ、若しくは、前記貯蔵タンクのタンク冷却用のスプレーポンプ、若しくは、液化ガスを燃料として主機関へ供給するポンプとの兼用とすることを特徴とする請求項６に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記冷却システムが、前記供給配管を前記貯蔵タンクの外部の外部冷却システムに接続して、前記ポンプから供給される液化ガスを、前記外部冷却システムにより前記貯蔵タンクの内部の圧力に対応した飽和温度よりも低い温度に冷却してから、前記拡散装置に供給するように構成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記拡散装置を、タンク冷却用のスプレーノズルとの兼用とすることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記冷却用装置が、外部の液化ガスと内部の熱媒体との間の熱交換を行う熱交換器で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
前記貯蔵タンクが、上側の４分の１において、タンク内部の水平断面積が上方に行くにつれて減少するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液化ガス貯蔵タンク構造。
請求項１〜１１に記載の液化ガス貯蔵タンク構造を備えていることを特徴とする船舶。
液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクのボイルオフガス低減方法において、
貯蔵された液化ガスの表層下側の高温液化ガス層の液化ガスの温度より低い温度の液化ガスを液相のまま、前記高温液化ガス層に供給することにより、若しくは、貯蔵された液化ガスの表面直下に配置した熱交換器で前記高温液化ガス層の熱を奪うことにより、前記高温液化ガス層の液化ガスを冷却して、前記貯蔵タンクの内部におけるボイルオフガスの発生量を低減することを特徴とするボイルオフガス低減方法。