JP2020070740A - 圧縮機、圧縮機の運転方法、ボイルオフガス回収システム - Google Patents

圧縮機、圧縮機の運転方法、ボイルオフガス回収システム Download PDF

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智志 手塚
勝広 瀬山
Katsuhiro Seyama
勝広 瀬山
見治 名倉
Kenji Nagura
見治 名倉
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Abstract

【課題】ガスの吐出圧を適宜変えることが可能な圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機は、主経路と、主経路に上流端および下流端が接続される第１バイパス経路と、主経路において第１バイパス経路の下流端よりも上流側で且つ第１バイパス経路の上流端よりも下流側に接続された上流端と、第１バイパス経路の下流端よりも下流側に接続された下流端と、を有する第２バイパス経路と、第１バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第１バイパス弁と、第２バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第２バイパス弁と、第１バイパス経路の上流端と第２バイパス経路の上流端との間に位置する第１圧縮部と、第１バイパス経路の下流端と第２バイパス経路の下流端との間に位置する第２圧縮部と、第１バイパス経路の下流端と第２バイパス経路の上流端との間に配置された第１主経路弁と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機、圧縮機の運転方法、ボイルオフガス回収システムに関する。
従来、特許文献１に開示されるように、複数の圧縮シリンダを備えた多段型の圧縮機が知られている。特許文献１に開示される圧縮機は、船舶に搭載される液化ガス処理システムに用いられるものであり、複数の圧縮シリンダが直列に配置された構成を有する。この圧縮機により、液化ガスの貯蔵タンク内で発生したボイルオフガスを所定の圧力まで昇圧し、昇圧後のガスをエンジンなどの需要先に供給し、また再液化した後に貯蔵タンクに戻すことができる。
特開２０１６−１７３１８４号公報
ところで、近年、ガスの種類毎に異なる吐出圧を実現できる圧縮機が求められている。特許文献１に開示される圧縮機では、直列に配置された圧縮シリンダにガスを順に通過させることにより圧縮が行われることから、圧縮機から吐出されるガスの圧力はガスの種類に依らず一定となってしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスの吐出圧を適宜変えることが可能な圧縮機、圧縮機の運転方法及び当該圧縮機を備えたボイルオフガス回収システムを提供することである。
本発明の一局面に係る圧縮機は、圧縮対象のガスが流通する主経路と、前記主経路に上流端および下流端が接続される第１バイパス経路と、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記下流端よりも上流側で且つ前記第１バイパス経路の前記上流端よりも下流側に接続された上流端と、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記下流端よりも下流側に接続された下流端と、を有する第２バイパス経路と、前記第１バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第１バイパス弁と、前記第２バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第２バイパス弁と、前記第１バイパス経路の前記上流端と前記第２バイパス経路の前記上流端との間に位置する第１圧縮部と、前記第１バイパス経路の前記下流端と前記第２バイパス経路の前記下流端との間に位置する第２圧縮部と、前記主経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁であって、前記第１バイパス経路の前記下流端と前記第２バイパス経路の前記上流端との間に配置された第１主経路弁と、を備えている。
この圧縮機では、第１バイパス弁及び第２バイパス弁を閉じ且つ第１主経路弁を開くことにより、第１バイパス経路及び第２バイパス経路にガスが流通せず、第１圧縮部及び第２圧縮部を順に通過するガスルートのみが形成される。一方、第１バイパス弁及び第２バイパス弁を開き且つ第１主経路弁を閉じることにより、第１圧縮部を迂回して第２圧縮部を通過するガスルートと、第１圧縮部を通過して第２圧縮部を迂回するガスルートと、をそれぞれ形成することができる。これにより、直列に並ぶ圧縮部の数を１段減らすことが可能となり、ガスの吐出圧を変えることができる。しかも、直列に並ぶ圧縮部の数を減らす際に第１圧縮部及び第２圧縮部が並列になった状態でガスを通過させることができることから、ガスの処理量を増大させることができる。このため、直列に並ぶ圧縮部の数を減らす場合でも第１圧縮部及び第２圧縮部の両方においてガスの圧縮動作を行うことが可能となり、圧縮部の空運転により生じる不具合を回避することができる。
上記圧縮機は、前記第１バイパス経路に接続される下流端と、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記上流端よりも上流側に接続された上流端と、を有する第３バイパス経路と、前記第２バイパス経路に接続される下流端と、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記上流端よりも上流側で且つ前記第３バイパス経路の前記上流端よりも下流側に接続された上流端と、を有する第４バイパス経路と、前記第３バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第３バイパス弁と、前記第４バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第４バイパス弁と、前記第３バイパス経路の前記上流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に位置する第３圧縮部と、前記主経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁であって、前記第１バイパス経路の前記上流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に配置された第２主経路弁と、をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、第１主経路弁及び第２主経路弁を閉じると共に第１〜第４バイパス弁を開くことにより、以下の３つのガスルートを形成することができる。すなわち、第３圧縮部を通過して第１圧縮部及び第２圧縮部を迂回するガスルートと、第１圧縮部及び第３圧縮部を迂回して第２圧縮部を通過するガスルートと、第２圧縮部及び第３圧縮部を迂回して第１圧縮部を通過するガスルートと、をそれぞれ形成することができる。これにより、第１〜第３圧縮部の全てにおいて圧縮動作を行いつつ、直列に並ぶ圧縮部の数を２段減らすことができる。
上記圧縮機は、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記上流端よりも上流側に接続される下流端と、前記主経路において当該下流端よりも上流側に接続された上流端と、を有する第３バイパス経路と、前記主経路において前記第２バイパス経路の前記上流端よりも上流側で且つ前記第１圧縮部よりも下流側に接続される下流端と、前記主経路において前記第３バイパス経路の前記下流端よりも上流側で且つ前記第３バイパス経路の前記上流端よりも下流側に接続される上流端と、を有する第４バイパス経路と、前記第３バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第３バイパス弁と、前記第４バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第４バイパス弁と、前記第３バイパス経路の前記上流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に位置する第３圧縮部と、前記主経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁であって、前記第３バイパス経路の前記下流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に配置された第２主経路弁と、をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、第１主経路弁及び第２主経路弁を閉じると共に第１〜第４バイパス弁を開くことにより、以下の３つのガスルートを形成することができる。すなわち、第３圧縮部を通過して第１圧縮部及び第２圧縮部を迂回するガスルートと、第１圧縮部及び第３圧縮部を迂回して第２圧縮部を通過するガスルートと、第２圧縮部及び第３圧縮部を迂回して第１圧縮部を通過するガスルートと、をそれぞれ形成することができる。これにより、第１〜第３圧縮部の全てにおいて圧縮動作を行いつつ、直列に並ぶ圧縮部の数を２段減らすことができる。
本発明の他の局面に係る圧縮機の運転方法は、圧縮対象のガスが流通する主経路と、前記主経路において直列に配置された第１圧縮部及びその下流側に配置された第２圧縮部と、を備えた圧縮機を運転する方法である。この運転方法では、前記第１圧縮部及び前記第２圧縮部を順に通過するガスルートが形成される第１運転状態と、前記第１圧縮部を迂回して前記第２圧縮部を通過するガスルートと前記第１圧縮部を通過して前記第２圧縮部を迂回するガスルートとをそれぞれ形成する第２運転状態と、を切り替える。
この方法によれば、第１運転状態から第２運転状態に切り替えることにより、直列に並ぶ圧縮部の数を１段減らすことが可能となり、ガスの吐出圧を変えることができる。しかも、第２運転状態において、第１圧縮部及び第２圧縮部の両方にガスを通過させることができる。このため、直列に並ぶ圧縮部の数を１段減らす場合でも第１圧縮部及び第２圧縮部の両方においてガスの圧縮動作を行うことが可能となり、圧縮部の空運転により生じる不具合を回避することができる。
上記圧縮機の運転方法において、前記圧縮機は、前記第１圧縮部の上流側に配置された第３圧縮部をさらに備えていてもよい。この運転方法では、前記第３圧縮部を通過して前記第１圧縮部及び前記第２圧縮部を迂回するガスルートと、前記第１圧縮部及び前記第３圧縮部を迂回して前記第２圧縮部を通過するガスルートと、前記第２圧縮部及び前記第３圧縮部を迂回して前記第１圧縮部を通過するガスルートと、をそれぞれ形成する第３運転状態にさらに切り替えてもよい。
この方法によれば、第１〜第３運転状態の間で運転状態を切り替えることにより、直列に並ぶ圧縮部の数を最大で２段減らすことが可能になる。また第３運転状態において第１〜第３圧縮部の全てにガスを通過させることができるため、直列に並ぶ圧縮部の数を２段減らした場合でも圧縮部の空運転により生じる不具合を防ぐことができる。
本発明のさらに他の局面に係るボイルオフガス回収システムは、異なる種類の液化ガスを貯蔵する複数のタンクと、前記タンク内の液化ガスの蒸発により発生したボイルオフガスを昇圧する上記圧縮機と、前記タンク内で発生したボイルオフガスを前記圧縮機に導くための導入経路と、前記圧縮機から吐出されたボイルオフガスを液化し、液化したボイルオフガスを前記タンクに戻す再液化ユニットと、を備えている。
このボイルオフガス回収システムによれば、液化ガスの種類に応じて圧縮機での直列に並ぶ圧縮部の数を変えることにより、ガスの吐出圧を変えることができる。これにより、各液化ガスの再液化に適した圧力を得ることができる。したがって、液化ガスの種類毎に圧縮機を設ける必要がなく、コスト削減を図ることができる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ガスの吐出圧を適宜変えることが可能な圧縮機、圧縮機の運転方法及び当該圧縮機を備えたボイルオフガス回収システムを提供することができる。
本発明の実施形態１に係るボイルオフガス回収システムの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧縮機の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧縮機による４段圧縮状態を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る圧縮機による３段圧縮状態を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る圧縮機による２段圧縮状態を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る圧縮機の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る圧縮機による３段圧縮状態を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る圧縮機による２段圧縮状態を示す模式図である。 本発明のその他実施形態に係る圧縮機を示す模式図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る圧縮機、圧縮機の運転方法及びボイルオフガス回収システムについて詳細に説明する。
（実施形態１）
＜ボイルオフガス回収システム＞
まず、本発明の実施形態１に係るボイルオフガス回収システム２の構成を、図１を参照して説明する。ボイルオフガス回収システム２は、例えば液化天然ガスなどの低温液化ガスを運搬する船舶内に設置されるものである。図１に示すように、ボイルオフガス回収システム２は、複数のタンク３（第１タンク３Ａ、第２タンク３Ｂ、第３タンク３Ｃ）と、圧縮機１と、再液化ユニット６０と、を備える。
複数のタンク３は、異なる種類の液化ガスＬ（第１液化ガスＬ１、第２液化ガスＬ２、第３液化ガスＬ３）をそれぞれ貯蔵する。本実施形態では、第１液化ガスＬ１が液化エチレンであり、第２液化ガスＬ２が液化プロパンであり、第３液化ガスＬ３が液化ブタンである。しかし、第１〜第３液化ガスＬ１〜Ｌ３の種類は、上記のものに限定されない。またタンク３の台数も特に限定されず、２台のタンク３が設けられてもよいし、４台以上のタンク３が設けられてもよい。
第１〜第３液化ガスＬ１〜Ｌ３は、それぞれ極低温の状態でタンク３内に貯蔵される。タンク３内では、外部からの熱の侵入によって液化ガスＬの一部が蒸発することによりボイルオフガスＧ（第１ボイルオフガスＧ１、第２ボイルオフガスＧ２、第３ボイルオフガスＧ３）が発生する。
ボイルオフガス回収システム２は、タンク３内で発生したボイルオフガスＧを圧縮機１に導くための導入経路４を備える。図１に示すように、導入経路４の上流側の部分はタンク３の台数に応じて複数本（本実施形態では３本）に分岐しており、各分岐経路がタンク３の上部にそれぞれ接続されている。また各分岐経路には、ボイルオフガスＧの流通及び遮断を切り替える切替弁４Ａ〜４Ｃがそれぞれ設けられている。切替弁４Ａ〜４Ｃの開閉を切り替えることにより、圧縮機１に導入されるガスの種類を切り替えることができる。なお、切替弁４Ａ〜４Ｃは、手動弁であってもよいし、自動制御弁であってもよい。
一方、導入経路４の下流端は、圧縮機１のガス入口１Ａに接続されている。これにより、タンク３内で発生したボイルオフガスＧを、導入経路４を通じて圧縮機１に導くことができる。
圧縮機１は、往復動式の圧縮機（レシプロコンプレッサ）であって、ボイルオフガスＧを所定の圧力まで昇圧する。圧縮機１の構成については、後に詳述する。
ボイルオフガス回収システム２は、圧縮機１から吐出された高圧ガスが流通する導出経路５を備える。図１に示すように、導出経路５の上流端は圧縮機１のガス出口１Ｂに接続されており、一方で導出経路５の下流側の部分は複数本（本実施形態では３本）に分岐している。各分岐経路は、エンジン６、ガス燃焼装置７及び発電機８にそれぞれ接続されている。これにより、昇圧後のボイルオフガスＧを、エンジン６、ガス燃焼装置７及び発電機８にそれぞれ供給することができる。なお、図示は省略するが、各分岐経路には切替弁がそれぞれ設けられ、当該切替弁の開閉により各需要先（エンジン６、ガス燃焼装置７及び発電機８）へのガス供給を制御可能となっていてもよい。
再液化ユニット６０は、圧縮機１から吐出されたボイルオフガスＧを液化し、液化したボイルオフガスＧをタンク３に戻すためのものである。図１に示すように、再液化ユニット６０は、第１経路６５と、熱交換器６１と、膨張弁６２と、気液分離器６３と、第２経路６４と、を有する。
第１経路６５は、導出経路５における分岐部よりも上流側の部位５Ａに上流端が接続されると共に、下流端が気液分離器６３に接続されている。図１に示すように、第１経路６５には、熱交換器６１及び膨張弁６２がガスの流れ方向において順に配置されている。
熱交換器６１は、導入経路４に接続された低温側流路６１Ａと第１経路６５に接続された高温側流路６１Ｂとを有し、低温側流路６１Ａを流れる流体と高温側流路６１Ｂを流れる流体との間で熱交換可能に構成されている。これにより、圧縮機１から吐出された後に部位５Ａから第１経路６５に流入した高温のボイルオフガスＧ（高温側流路６１Ｂを流れる流体）と、タンク３から圧縮機１に向かって流れる低温のボイルオフガスＧ（低温側流路６１Ａを流れる流体）と、の間で熱交換を行うことができる。このとき、高温側流路６１Ｂを流れるボイルオフガスＧの一部が液化してもよい。
膨張弁６２は、熱交換器６１において冷却されたボイルオフガスＧを膨張させて圧力を低下させるものである。この膨張弁６２により、第１経路６５を流れるボイルオフガスＧの一部を液化させることができる。
気液分離器６３は、熱交換器６１及び膨張弁６２により一部が液化したボイルオフガスＧを、液体成分と気体成分とに分離するものである。図１に示すように、気液分離器６３の底部には第２経路６４の上流端が接続されており、当該第２経路６４の下流側の部分は複数本（本実施形態では３本）に分岐してタンク３にそれぞれ接続されている。また第２経路６４の各分岐部分には、切替弁６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃがそれぞれ設けられている。これにより、液化したボイルオフガスＧをタンク３に回収することができる。また気液分離器６３の上部には第３経路７１が接続されており、気液分離器６３で分離された気体成分を、当該第３経路７１を通じて導入経路４に導くことができる。
以上の通り、ボイルオフガス回収システム２によれば、タンク３内で発生したボイルオフガスＧを再液化してタンク３に戻すことによりタンク内圧の上昇を防ぐことができるが、第１〜第３ボイルオフガスＧ１〜Ｇ３は再液化に必要な圧力がそれぞれ異なる。具体的には、第１ボイルオフガスＧ１（エチレンガス）の再液化に必要な圧力は８４ｂａｒ程度であり、第２ボイルオフガスＧ２（プロパンガス）の再液化に必要な圧力は１０．５〜１４ｂａｒ程度であり、第３ボイルオフガスＧ３（ブタンガス）の再液化に必要な圧力は２．８〜５．６ｂａｒ程度である。つまり、再液化に必要な圧力は、分子量の増加に伴って低くなる。
このため、圧縮機１は、圧縮対象であるボイルオフガスＧの種類に応じて、直列に並ぶ圧縮部１５の数を切り替え可能となっており、再液化に必要な圧力となるようにガスの吐出圧を適宜変えることができる。以下、圧縮機１の構成について詳細に説明する。
＜圧縮機＞
図２に示すように、圧縮機１は、圧縮対象のガス（ボイルオフガスＧ）が流通する主経路１０と、主経路１０において直列に配置された複数（４つ）の圧縮部１５と、を有する。複数の圧縮部１５は、第１圧縮部１１と、第１圧縮部１１の下流側に配置された第２圧縮部１２と、第１圧縮部１１の上流側に配置された第３圧縮部１３と、第３圧縮部１３の上流側に配置された第４圧縮部１４と、を含む。各圧縮部１５は、図示省略のシリンダ、および、当該シリンダ内を往復運動する図示省略のピストンにより構成される。各圧縮部１５では、シリンダ内の圧縮室にガスが吸入され、ピストンがガスを圧縮する。各圧縮部１５は、一の駆動部により駆動される。また図示は省略するが、各圧縮部１５の間には冷却器が設けられていてもよい。
本実施形態では、各圧縮部１５は、ガスの流れ方向において（図２中の左から右に向かって）順に、第４圧縮部１４、第３圧縮部１３、第１圧縮部１１、第２圧縮部１２と称される。また主経路１０のうち、第１圧縮部１１に吸入されるガスが流通する部分を「第１ガス吸入部１０Ｃ」、第１圧縮部１１からガスが吐出される部分を「第１ガス吐出部１０Ｄ」、第２圧縮部１２からガスが吐出される部分を「第２ガス吐出部１０Ｅ」、第３圧縮部１３に吸入されるガスが流通する部分を「第３ガス吸入部１０Ｆ」と称する。
圧縮機１は、当該圧縮機１内におけるガスの流通ルートを変えることにより、直列に並ぶ圧縮部１５の数を切り替える切替機構２０を有する。この切替機構２０は、第１バイパス経路２１と、第１バイパス弁２２と、第２バイパス経路２３と、第２バイパス弁２４と、第３バイパス経路３１と、第３バイパス弁３２と、第４バイパス経路３３と、第４バイパス弁３４と、第１主経路弁５１と、第２主経路弁４１と、を有する。
第１バイパス経路２１は、第１圧縮部１１を迂回する経路であって、主経路１０に上流端及び下流端が接続されている。具体的には、第１バイパス経路２１は、図２中の点Ｐ１から第１圧縮部１１を迂回して点Ｐ２に至る経路であり、第１ガス吸入部１０Ｃに接続された上流端と、第１ガス吐出部１０Ｄに接続された下流端と、を有する。第１バイパス弁２２は、第１バイパス経路２１におけるガスの流通及び遮断を切り替えるものであり、例えば手動弁又は自動制御弁により構成されている。第１バイパス経路２１内では、第１バイパス弁２２が開放された状態において、ガスの流れが圧縮機１の吸込側から吐出側（図２中の左側から右側）へ向かう一方向のみとなる。これは、第２〜第４バイパス経路２３，３１，３３においても同様である。
第２バイパス経路２３は、第２圧縮部１２を迂回する経路であって、主経路１０において第１バイパス経路２１の下流端（点Ｐ２）よりも上流側で且つ第１バイパス経路２１の上流端（点Ｐ１）よりも下流側に接続された上流端と、主経路１０において第１バイパス経路２１の下流端（点Ｐ２）よりも下流側に接続された下流端と、を有する。具体的には、第２バイパス経路２３は、図２中の点Ｐ３から第２圧縮部１２を迂回して点Ｐ４に至る経路である。図２に示すように、第２バイパス経路２３は、第１ガス吐出部１０Ｄにおける第１バイパス経路２１の下流端（Ｐ２）よりも上流側に接続された上流端と、第２ガス吐出部１０Ｅに接続された下流端と、を有する。第２バイパス弁２４は、第２バイパス経路２３におけるガスの流通及び遮断を切り替えるものであり、例えば手動弁又は自動制御弁により構成されている。
圧縮機１では、第１圧縮部１１を、第１バイパス経路２１の上流端（図２中における点Ｐ１の位置）と第２バイパス経路２３の上流端（図２中における点Ｐ３の位置）との間に位置する圧縮部として定義することができる。また第２圧縮部１２を、第１バイパス経路２１の下流端（図２中における点Ｐ２の位置）と、第２バイパス経路２３の下流端（図２中における点Ｐ４の位置）との間に位置する圧縮部として定義することができる。これらの定義は、後述する図６の実施形態においても同様である。
第３バイパス経路３１は、第３圧縮部１３を迂回する経路である。具体的には、第３バイパス経路３１は、図２中の点Ｐ６から第３圧縮部１３を迂回して点Ｐ７に至る経路であり、第３ガス吸入部１０Ｆに接続された上流端（Ｐ６）と、第１バイパス経路２１に接続される下流端（Ｐ７）と、を有する。図２に示すように、本実施形態では、第３バイパス経路３１の上流端Ｐ６から流入したガスが、第１バイパス経路２１を介して主経路１０に戻るようになっている。第３バイパス弁３２は、第３バイパス経路３１におけるガスの流通及び遮断を切り替えるものであり、例えば手動弁又は自動制御弁により構成されている。
第４バイパス経路３３は、第１圧縮部１１を迂回する経路である。具体的には、第４バイパス経路３３は、図２中の点Ｐ５から第１圧縮部１１を迂回して点Ｐ８に至る経路であり、第１ガス吸入部１０Ｃにおける第１バイパス経路２１の上流端（Ｐ１）よりも上流側に接続された上流端（Ｐ５）と、第２バイパス経路２３に接続される下流端（Ｐ８）と、を有する。図２に示すように、本実施形態では、第４バイパス経路３３の上流端Ｐ５から流入したガスが、第２バイパス経路２３を介して主経路１０に戻るようになっている。第４バイパス弁３４は、第４バイパス経路３３におけるガスの流通及び遮断を切り替えるものであり、例えば手動弁又は自動制御弁により構成されている。
圧縮機１では、第３圧縮部１３を、第３バイパス経路３１の上流端（図２中の点Ｐ６の位置）と第４バイパス経路３３の上流端（図２中の点Ｐ５の位置）との間に位置する圧縮部として定義することができる。また第４圧縮部１４を、第１〜第４バイパス経路２１，２３，３１，３３の全てよりも上流側に位置する圧縮部として定義することができる（図６の実施形態においても同様）。
第１主経路弁５１は、主経路１０におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁（手動弁又は自動制御弁）である。図２に示すように、第１主経路弁５１は、第１ガス吐出部１０Ｄにおいて、第１バイパス経路２１の下流端（点Ｐ２）と第２バイパス経路２３の上流端（点Ｐ３）との間に配置されている。
第２主経路弁４１は、主経路１０におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁（手動弁又は自動制御弁）である。図２に示すように、第２主経路弁４１は、第１ガス吸入部１０Ｃにおいて、第１バイパス経路２１の上流端（Ｐ１）と第４バイパス経路３３の上流端（Ｐ５）との間に配置されている。
上記構成を有する切替機構２０によれば、圧縮対象のガスの種類に応じて、４段の圧縮部１５によりガスを圧縮する第１運転状態と、３段の圧縮部１５によりガスを圧縮する第２運転状態と、２段の圧縮部１５によりガスを圧縮する第３運転状態と、を切り替えることができる。以下、この直列に並ぶ圧縮部１５の数の切り替えを本実施形態に係る圧縮機の運転方法に基づいて説明する。
＜圧縮機の運転方法＞
本実施形態に係る圧縮機の運転方法は、上記のとおり説明した圧縮機１を用いてボイルオフガスＧを圧縮する方法である。この方法では、圧縮対象のガスの種類（第１〜第３ボイルオフガスＧ１〜Ｇ３のいずれか）に応じて、第１運転状態（図３）と、第２運転状態（図４）と、第３運転状態（図５）と、の間で切り替えが行われる。なお、図３〜図５では、開状態の弁を白抜きで示し、閉状態の弁を黒で塗りつぶしている。
まず、第１ボイルオフガスＧ１（エチレンガス）を圧縮する場合には、図３に示すように、第４圧縮部１４、第３圧縮部１３、第１圧縮部１１及び第２圧縮部１２を順に通過するガスルートが形成される第１運転状態とされる。第１運転状態では、第１及び第２主経路弁５１，４１が開くと共に、第１〜第４バイパス弁２２，２４，３２，３４が閉じた状態となる。この場合、図３中の破線矢印Ｒ１で示す通り、ガスはいずれのバイパス経路にも流入せず、主経路１０を流れて第１〜第４圧縮部１１〜１４により４段圧縮されるルートのみが形成される。
次に、第２ボイルオフガスＧ２（プロパンガス）を圧縮する場合には、第２運転状態（図４）に切り替わる。第２運転状態では、図４に示すように、第２主経路弁４１、第１バイパス弁２２及び第２バイパス弁２４が開くと共に、その他の弁（第１主経路弁５１、第３バイパス弁３２、第４バイパス弁３４）が閉じた状態となる。この場合、図４に示す２つのガスルートＲ１，Ｒ２がそれぞれ形成される。図４に示すように、ガスルートＲ１では、ガスが第４圧縮部１４及び第３圧縮部１３を順に通過した後に点Ｐ１から第１バイパス経路２１に流入し、第１バイパス経路２１を通って第１圧縮部１１を迂回し、点Ｐ２から主経路１０に流入した後に第２圧縮部１２を通過する。一方、ガスルートＲ２では、第４圧縮部１４、第３圧縮部１３及び第１圧縮部１１を順に通過した後に点Ｐ３から第２バイパス経路２３に流入し、第２バイパス経路２３を通って第２圧縮部１２を迂回し、点Ｐ４から主経路１０に流入する。
これにより、第１及び第２圧縮部１１，１２が並列になった状態でガスを流通させることができる。したがって、第１〜第４圧縮部１１〜１４の全てにおいてガスの圧縮動作を行わせつつ、直列に並ぶ圧縮部１５の数を４段から３段に減らすことができる。
次に、第３ボイルオフガスＧ３（ブタンガス）を圧縮する場合には、第３運転状態（図５）に切り替わる。第３運転状態では、図５に示すように、第１及び第２主経路弁４１，５１が閉じると共に、その他の弁（第１〜第４バイパス弁２２，２４，３２，３４）が全て開いた状態となる。この場合、図５に示す３つのガスルートＲ１，Ｒ２，Ｒ３がそれぞれ形成される。ガスルートＲ１では、ガスが第４圧縮部１４及び第３圧縮部１３を順に通過した後に点Ｐ５から第４バイパス経路３３に流入し、第４バイパス経路３３及び第２バイパス経路２３を順に通って第１圧縮部１１及び第２圧縮部１２を迂回し、点Ｐ４から主経路１０に流入する。ガスルートＲ２では、ガスが第４圧縮部１４を通過した後に点Ｐ６から第３バイパス経路３１に流入し、第３バイパス経路３１及び第１バイパス経路２１を順に通って第３圧縮部１３及び第１圧縮部１１を迂回し、点Ｐ２から主経路１０に流入した後に第２圧縮部１２を通過する。ガスルートＲ３では、ガスが第４圧縮部１４を通過した後に点Ｐ６から第３バイパス経路３１に流入し、第３バイパス経路３１を通って第３圧縮部１３を迂回し、点Ｐ１から主経路１０に流入した後に第１圧縮部１１を通過し、点Ｐ３から第２バイパス経路２３に流入し、第２バイパス経路２３を通って第２圧縮部１２を迂回し、点Ｐ４から主経路１０に流入する。
これにより、第１〜第３圧縮部１１〜１３が並列になった状態でガスを流通させることができる。したがって、第１〜第４圧縮部１１〜１４の全てにおいてガスの圧縮動作を行わせつつ、直列に並ぶ圧縮部１５の数を４段から２段に減らすことができる。
以上の通り、本実施形態に係る圧縮機１によれば、各弁の開閉を切り替えることにより、直列に並ぶ圧縮部１５の数を２〜４段の間で切り替えることが可能であり、圧縮対象のガスの種類に応じて吐出圧を適宜変えることができる。したがって、液化ガスＬの種類毎に圧縮機１を設置する必要がなく、コスト削減を図ることができる。しかも、圧縮機１では、直列に並ぶ圧縮部１５の数を４段から２段又は３段に減らす場合でも、全ての圧縮部１５においてガスの圧縮動作が行われる状態が維持されるため、並列となった圧縮部１５によりガスの処理量が増大する。このため、圧縮部１５の空運転により生じる不具合を回避することができる。具体的には、圧縮部１５を空運転させると、吸入弁及び吐出弁の挙動が不安定になって弁の破損を招くおそれがあるが、本実施形態に係る圧縮機１によればこのような問題が生じない。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る圧縮機１Ａについて、図６〜図８を参照して説明する。実施形態２に係る圧縮機１Ａは、基本的に実施形態１に係る圧縮機１と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものである。しかし、実施形態１に係る圧縮機１は、第１〜第３運転状態の間で切り替えが可能であるのに対し、実施形態２に係る圧縮機１Ａは、第１運転状態と第２運転状態との間での切り替えのみ可能である点で異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
図６に示すように、実施形態２に係る圧縮機１Ａは、実施形態１に係る圧縮機１から、第３圧縮部１３、第３バイパス経路３１と、第３バイパス弁３２と、第４バイパス経路３３と、第４バイパス弁３４と、第２主経路弁４１と、を省略したものとなっており、その他の構成において実施形態１と同様である。したがって、この圧縮機１Ａによれば、第１及び第２バイパス弁２２，２４並びに第１主経路弁５１の開閉を切り替えることにより、直列に並ぶ圧縮部１５の数を３段から２段に減らすことができる。
図７は圧縮機１Ａの第１運転状態（３段圧縮状態）を示し、図８は圧縮機１Ａの第２運転状態（２段圧縮状態）を示している。なお、各運転状態におけるガスのルートは、実施形態１と同様であるため説明は省略する。
（その他実施形態）
最後に、本発明のその他実施形態について説明する。実施形態１，２において、第２バイパス経路２３の下流端Ｐ４よりも下流側に、１つ又は２つ以上の他の圧縮部が設けられていてもよい。
実施形態１では、ボイルオフガスＧを再液化に適した圧力まで昇圧するために圧縮機１が用いられる場合について説明したが、本発明の圧縮機の用途はこれに限定されない。すなわち、ガスの吐出圧を変えることが要求される種々の場面において、本発明の圧縮機を適用することができる。
各圧縮部１５（第１〜第４圧縮部の各々）は、必ずしも１つの圧縮室のみ含むものとされる必要はない。例えば、１つのシリンダ内にピストンを挟んで２つの圧縮室が形成される場合（いわゆるダブルアクティング構造）では、１つの圧縮部１５は当該２つの圧縮室により構成される。また１つのシリンダ内において複数のピストンにより圧縮室が複数形成される場合（いわゆるタンデム構造）においても、１つの圧縮部１５は当該複数の圧縮室により構成される。また各圧縮部１５は、複数のシリンダ及び複数のピストンにより構成されていてもよい。当該複数のシリンダ内に形成された複数の圧縮室は、直列に配置されていてもよいし、並列に配置されていてもよいし、直列と並列とを組み合わせて配置されていてもよい。
図９に示すように、第３バイパス経路３１の下流端（Ｐ７）、および、第４バイパス経路３３の下流端（Ｐ８）は、それぞれ主経路１０に接続されていてもよい。すなわち、図９に示す実施形態において、第３バイパス経路３１は、主経路１０において第１バイパス経路２１の上流端（Ｐ１）よりも上流側に接続される下流端（Ｐ７）と、主経路１０において当該下流端（Ｐ７）よりも上流側に接続された上流端（Ｐ６）と、を有している。また第４バイパス経路３３は、主経路１０において第２バイパス経路２３の上流端（Ｐ３）よりも上流側で且つ第１圧縮部１１よりも下流側に接続される下流端（Ｐ８）と、主経路１０において第３バイパス経路３１の下流端（Ｐ７）よりも上流側で且つ第３バイパス経路３１の上流端（Ｐ６）よりも下流側に接続された上流端（Ｐ５）と、を有している。この場合、第２主経路弁４１は、第３バイパス経路３１の下流端（Ｐ７）と第４バイパス経路３３の上流端（Ｐ５）との間に配置される。
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、必ずしも全ての圧縮部１５が一の駆動部により駆動される必要はなく、一部の圧縮部１５が別の駆動部により駆動される構成とされてもよい。また、一部の圧縮部１５がターボ式やスクリュ式とされてもよく、レシプロ式、ターボ式及びスクリュ式のうちいずれか２種類以上の圧縮方式が併せて用いられてもよい。
また圧縮機１では、第１〜第４バイパス経路２１，２３，３１，３３とは別に、各圧縮部１５の吐出側から吐出されたガスの一部を吸込側に戻す戻し流路が設けられてもよい。当該戻し流路に制御弁を設け、逆流させるガスの量を当該制御弁によって制御することにより、ガスの吐出圧を調整することができる。
１，１Ａ 圧縮機
２ ボイルオフガス回収システム
３ タンク
４ 導入経路
１０ 主経路
１０Ｃ 第１ガス吸入部
１０Ｄ 第１ガス吐出部
１０Ｅ 第２ガス吐出部
１０Ｆ 第３ガス吸入部
１１ 第１圧縮部
１２ 第２圧縮部
１３ 第３圧縮部
１５ 圧縮部
２１ 第１バイパス経路
２２ 第１バイパス弁
２３ 第２バイパス経路
２４ 第２バイパス弁
３１ 第３バイパス経路
３２ 第３バイパス弁
３３ 第４バイパス経路
３４ 第４バイパス弁
４１ 第２主経路弁
５１ 第１主経路弁
６０ 再液化ユニット

Claims (6)

  1. 圧縮対象のガスが流通する主経路と、
    前記主経路に上流端および下流端が接続される第１バイパス経路と、
    前記主経路において前記第１バイパス経路の前記下流端よりも上流側で且つ前記第１バイパス経路の前記上流端よりも下流側に接続された上流端と、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記下流端よりも下流側に接続された下流端と、を有する第２バイパス経路と、
    前記第１バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第１バイパス弁と、
    前記第２バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第２バイパス弁と、
    前記第１バイパス経路の前記上流端と前記第２バイパス経路の前記上流端との間に位置する第１圧縮部と、
    前記第１バイパス経路の前記下流端と前記第２バイパス経路の前記下流端との間に位置する第２圧縮部と、
    前記主経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁であって、前記第１バイパス経路の前記下流端と前記第２バイパス経路の前記上流端との間に配置された第１主経路弁と、を備えた、圧縮機。
  2. 前記第１バイパス経路に接続される下流端と、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記上流端よりも上流側に接続された上流端と、を有する第３バイパス経路と、
    前記第２バイパス経路に接続される下流端と、前記主経路において前記第１バイパス経路の前記上流端よりも上流側で且つ前記第３バイパス経路の前記上流端よりも下流側に接続された上流端と、を有する第４バイパス経路と、
    前記第３バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第３バイパス弁と、
    前記第４バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第４バイパス弁と、
    前記第３バイパス経路の前記上流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に位置する第３圧縮部と、
    前記主経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁であって、前記第１バイパス経路の前記上流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に配置された第２主経路弁と、をさらに備えた、請求項１に記載の圧縮機。
  3. 前記主経路において前記第１バイパス経路の前記上流端よりも上流側に接続される下流端と、前記主経路において当該下流端よりも上流側に接続された上流端と、を有する第３バイパス経路と、
    前記主経路において前記第２バイパス経路の前記上流端よりも上流側で且つ前記第１圧縮部よりも下流側に接続される下流端と、前記主経路において前記第３バイパス経路の前記下流端よりも上流側で且つ前記第３バイパス経路の前記上流端よりも下流側に接続される上流端と、を有する第４バイパス経路と、
    前記第３バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第３バイパス弁と、
    前記第４バイパス経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える第４バイパス弁と、
    前記第３バイパス経路の前記上流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に位置する第３圧縮部と、
    前記主経路におけるガスの流通及び遮断を切り替える切替弁であって、前記第３バイパス経路の前記下流端と前記第４バイパス経路の前記上流端との間に配置された第２主経路弁と、をさらに備えた、請求項１に記載の圧縮機。
  4. 圧縮対象のガスが流通する主経路と、前記主経路において直列に配置された第１圧縮部及びその下流側に配置された第２圧縮部と、を備えた圧縮機を運転する方法であって、
    前記第１圧縮部及び前記第２圧縮部を順に通過するガスルートが形成される第１運転状態と、前記第１圧縮部を迂回して前記第２圧縮部を通過するガスルートと前記第１圧縮部を通過して前記第２圧縮部を迂回するガスルートとをそれぞれ形成する第２運転状態と、を切り替える、圧縮機の運転方法。
  5. 前記圧縮機は、前記第１圧縮部の上流側に配置された第３圧縮部をさらに備え、
    前記第３圧縮部を通過して前記第１圧縮部及び前記第２圧縮部を迂回するガスルートと、前記第１圧縮部及び前記第３圧縮部を迂回して前記第２圧縮部を通過するガスルートと、前記第２圧縮部及び前記第３圧縮部を迂回して前記第１圧縮部を通過するガスルートと、をそれぞれ形成する第３運転状態にさらに切り替える、請求項４に記載の圧縮機の運転方法。
  6. 異なる種類の液化ガスを貯蔵する複数のタンクと、
    前記タンク内の液化ガスの蒸発により発生したボイルオフガスを昇圧する請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機と、
    前記タンク内で発生したボイルオフガスを前記圧縮機に導くための導入経路と、
    前記圧縮機から吐出されたボイルオフガスを液化し、液化したボイルオフガスを前記タンクに戻す再液化ユニットと、を備えた、ボイルオフガス回収システム。
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