JP2022126753A - Gas fuel supply system and method for operating gas fuel supply system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for supplying pressurized gas fuel to a main engine of a vessel and a gas fuel consumption device of the vessel and a method for operating the gas fuel supply system.
SOLUTION: A gas fuel supply system includes: producing a pressurized gas fuel flow from a boil-off gas flow; supplying a first portion of the pressurized gas fuel flow to a consumption device; causing a second portion of the pressurized gas fuel flow to exchange heat with the boil-off gas flow and then, exchange heat with a high-pressure liquefied gas fuel flow; and at least partially liquefying the second portion that has undergone heat exchange through a throttle device 29, adding the liquefied portion to stored liquefied gas fuel and adding the gas portion to the boil-off gas flow.
SELECTED DRAWING: Figure 7
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本明細書は、クロスヘッド式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関に高圧ガス燃料を供給するガス燃料供給システム、及び、当該ガス燃料供給システムを動作させる方法に関する。 The present specification relates to a gas fuel supply system for supplying high pressure gaseous fuel to a large two-stroke, crosshead, uniflow scavenging internal combustion engine, and to a method of operating the gas fuel supply system.

背景background

クロスヘッド式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関は、例えば大型船舶の推進システムや、発電プラントの原動機として用いられる。この大型2ストロークエンジンのサイズは巨大である。サイズが巨大であることだけが理由ではないが、この大型2ストロークエンジンは、他の内燃機関とは異なる構造を有する。 A large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine of a crosshead type is used, for example, as a propulsion system for a large ship or as a prime mover of a power plant. The size of this large two-stroke engine is huge. Not only because of its enormous size, this large two-stroke engine has a different construction than other internal combustion engines.

ターボ過給式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関は、旧来の船舶用ディーゼル燃料や重油の代わりに、液化天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)のようなガス燃料を用いることが多くなっている。ガス燃料に代わってきた理由は、主に排出物の低減であり、環境に優しい原動機を提供しようとしているからである。 Turbocharged large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engines are increasingly using gas fuels such as liquefied natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG) in place of conventional marine diesel fuel and heavy oil. there is The reason for replacing gas fuel is primarily to reduce emissions and to provide an environmentally friendly prime mover.

ガス燃料を使用することに向けた技術開発は、主燃料としてガス燃料を用いるターボ過給式大型2ストローク内燃機関として2つの異なるタイプを開発することにつながった。 Technological developments towards using gas fuel have led to the development of two different types of turbocharged large two-stroke internal combustion engines that use gas fuel as the primary fuel.

そのうちの1つは、直噴式というタイプのエンジンである。このタイプのエンジンでは、ガス燃料が上死点(TDC)付近で高圧で噴射され、圧縮により生じる高温により着火する。すなわち、ディーゼルサイクルに従って着火する。ガス燃料は燃焼室に噴射された瞬間に着火し、空気過剰率が低いことによるプレイグニッション(過早点火)や、空気過剰率が高いことによるミスファイヤの心配はない。ガス燃料で運転されるこの第1のタイプのターボ過給式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関にとっての効率的な圧縮比は、液体燃料を使用する従来のターボ過給式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関の効率的な圧縮比と同様に高く、またそれより高い。典型的には、このタイプのエンジンの効率的な圧縮比は、およそ15からおよそ17であり、一方幾何学的な圧縮比はおよそ30である。上記の第1のタイプのエンジンの利点は、非常に優れた燃料効率であり、これは高い圧縮比からもたらされる。上記の第1のタイプのエンジンの別の利点は、後述の第2のタイプのエンジンよりも、プレイグニッションやミスファイヤの危険性がずっと低いことである。 One of them is a direct injection type engine. In this type of engine, gaseous fuel is injected at high pressure near top dead center (TDC) and ignited by the high temperature created by compression. That is, it ignites according to the diesel cycle. Gas fuel ignites at the moment it is injected into the combustion chamber, so there is no concern about preignition (premature ignition) due to low excess air ratio or misfire due to high excess air ratio. The efficient compression ratio for this first type of turbocharged large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine operating on gas fuel is greater than that of a conventional turbocharged large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine using liquid fuel. as high as and higher than the efficient compression ratio of Typically, the effective compression ratio for this type of engine is approximately 15 to approximately 17, while the geometric compression ratio is approximately 30. An advantage of the first type of engine mentioned above is its very good fuel efficiency, which comes from its high compression ratio. Another advantage of the first type of engine described above is the much lower risk of pre-ignition and misfire than the second type of engine described below.

しかし、TDC付近でガス燃料を噴射するためには、燃焼室にガス燃料を噴射する燃料弁に供給されるガス燃料の圧力を、燃焼室の圧縮圧力よりもずっと高くしなければならない。実際に、燃焼室へ噴射されるガス燃料は、最低でも250barの圧力を有さねばならず、好ましくは300barは欲しいところである。ポンプステーションによって、液化ガス燃料を例えば300barまで加圧し、続いて高圧の液化燃料を高圧気化ユニットで気化して、高圧のガスの形態で主機関の燃料噴射弁に送達する。この供給システムは、従来の液体燃料のための供給システムよりも高価である。 However, in order to inject gaseous fuel near TDC, the pressure of gaseous fuel supplied to the fuel valve that injects gaseous fuel into the combustion chamber must be much higher than the compression pressure of the combustion chamber. In practice, the gaseous fuel injected into the combustion chamber must have a pressure of at least 250 bar, preferably 300 bar. A pumping station pressurizes the liquefied gas fuel, for example to 300 bar, and the high pressure liquefied fuel is subsequently vaporized in a high pressure vaporization unit and delivered in the form of high pressure gas to the fuel injection valves of the main engine. This delivery system is more expensive than delivery systems for conventional liquid fuels.

天然ガスのようなガス燃料は、従来の燃料に比べてエネルギー密度が非常に低い。有用なエネルギー源とするには密度を上げねばならない。これは、ガス燃料を極低温度に冷やすことによってなされる。例えば天然ガスの場合、液化天然ガス(LNG)とすることによってなされる。 Gas fuels, such as natural gas, have very low energy densities compared to conventional fuels. The density must be increased to make it a useful energy source. This is done by cooling the gas fuel to cryogenic temperatures. For example, in the case of natural gas, this is done by making it liquefied natural gas (LNG).

このため、ガス燃料で運転されるエンジンのためのガス燃料供給システムは、液化ガスを貯蔵しておくための断熱タンクを備える。断熱タンクによって液体状態を長期に保つ。しかし、周囲の熱流束がタンク内の温度を上昇させ、液化ガスの気化を招く。このプロセスから生じるガスは、ボイルオフガス(Boil-Off Gas; BOG)と呼ばれる。タンクからのボイルオフはガス燃料の実施的な定常流を形成する。これはタンクから除去されねばならず、何らかの対応が為されねばならない。1800000m3のLNGタンカーにとって、対処の必要があるBOGの量は、1時間あたり数トンにも達する。典型的にはおよそ3000kg/時間である。一方、このタイプのLNGタンカーの主機関が必要とするガスは、主機関のエネルギー源が全て天然ガスであると仮定すれば、およそ4000kg/時間である。 For this reason, gas fuel supply systems for engines operating on gas fuel comprise an insulated tank for storing liquefied gas. The insulated tank keeps the liquid state for a long time. However, the ambient heat flux raises the temperature inside the tank, causing the liquefied gas to vaporize. The gas resulting from this process is called Boil-Off Gas (BOG). Boil-off from the tank creates a substantially steady flow of gaseous fuel. This must be removed from the tank and something must be done. For a 1800000 m3 LNG tanker, the amount of BOG that needs to be dealt with amounts to several tons per hour. Typically around 3000 kg/hour. On the other hand, the main engine gas requirement of this type of LNG tanker is approximately 4000 kg/hr, assuming that the main engine energy source is all natural gas.

しかし、ボイルオフガスを約300barの噴射圧力までコンプレッサーで加圧することは、技術的に非常に困難である。このためBOGを、上記の第1のタイプのターボ過給式大型2ストローク内燃機関の燃料として使用することはできない。 However, it is technically very difficult to pressurize the boil-off gas with a compressor to an injection pressure of about 300 bar. For this reason, BOG cannot be used as a fuel for the first type of turbocharged large two-stroke internal combustion engine.

BOGも、コンプレッサーを使って10~20barには加圧することはできる。そうして、この圧力で運転されるガス燃料発電機で使うことができる。船舶には、そのような発電機のセットがターボ過給式大型2ストローク内燃機関に加えて搭載されていることが多い。このような発電機は、ターボ過給式大型2ストローク内燃機関よりはずっと小さな4ストローク内燃機関であることが多く、船舶で使われる電力や熱を生成する発電機やオルタネータを駆動する。 BOG can also be pressurized to 10-20 bar using a compressor. It can then be used in gas fueled generators operated at this pressure. Ships are often equipped with sets of such generators in addition to large turbocharged two-stroke internal combustion engines. Such generators are often 4-stroke internal combustion engines, much smaller than large turbocharged 2-stroke internal combustion engines, which drive the generators and alternators that produce the electrical power and heat used on board the ship.

BOGは、低温機(cryogenerator)で再液化されることもできる。しかし、再液化には高価な機器が必要であり、かなり多くのエネルギーも消費する。 BOG can also be reliquefied in a cryogenerator. However, reliquefaction requires expensive equipment and also consumes significantly more energy.

また、緊急時には、BOGは単に燃やしてしまう。 Also, in an emergency, the BOG simply burns.

WO2016058611A1は、第1のタイプの大型2ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関を開示している。 WO2016058611A1 discloses a first type large two-stroke uniflow scavenging turbocharged internal combustion engine.

DK201670361A1も、第1のタイプの大型2ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関を開示している。またこの文献は、燃焼室への高圧噴射のための高圧ガス燃料を送達するためのガス供給システムも開示している。 DK201670361A1 also discloses a large two-stroke uniflow scavenging turbocharged internal combustion engine of the first type. This document also discloses a gas supply system for delivering high pressure gaseous fuel for high pressure injection into the combustion chamber.

第2のタイプのエンジンは、低圧ガスエンジンと呼ばれる。このタイプのエンジンではガス燃料は掃気に混合される。第2のタイプのエンジンは、燃焼室で、ガス燃料と掃気の混合気を圧縮する。第2のタイプのエンジンにおいて、ガス燃料は、シリンダライナの途中に設けられる燃料弁から注入される。燃料は、ピストンの圧縮ストロークの途中に、燃料弁が閉じるかなり前に、注入される。ピストンは、燃焼室内でガス燃料と掃気の混合気を圧縮し、圧縮された混合気は上死点(TDC)付近で、タイミングを計って着火する手段(例えばパイロット油の噴射など)によって、着火される。この第2のタイプのエンジンの利点は、比較的低圧(例えば約15bar)で供給されるガス燃料で運転されることが可能であることである。なぜなら、ガス燃料が注入される際の燃焼室内の圧力が、比較的低いからである。このため、第2のタイプのエンジンは、増圧手段で増圧されたBOGによって運転されることができる。従って、第2のタイプのエンジンのためのガス供給システムは、第1のタイプのエンジンのためのガス供給システムよりも安価である。第1のタイプのエンジンの場合、タンクから生じるBOGの流れを処理しなければならなず、ボイラーや発電機のセットは、このBOG流の一部しか使用することができない。このため、比較的高価な再液化システムを導入して、第1のタイプのエンジンのガス供給システムで動作させなければならない。 A second type of engine is called a low pressure gas engine. Gas fuel is mixed with the scavenging air in this type of engine. A second type of engine compresses a mixture of gaseous fuel and scavenging air in a combustion chamber. In a second type of engine, gas fuel is injected from a fuel valve located midway through the cylinder liner. Fuel is injected midway through the compression stroke of the piston, well before the fuel valve closes. The piston compresses a mixture of gaseous fuel and scavenging air in the combustion chamber, and the compressed mixture is ignited near top dead center (TDC) by a timed ignition means (e.g., injection of pilot oil). be done. An advantage of this second type of engine is that it can be operated with gas fuel supplied at relatively low pressure (eg about 15 bar). This is because the pressure in the combustion chamber when the gaseous fuel is injected is relatively low. Therefore, the engine of the second type can be operated with the BOG pressure-increased by the pressure-increasing means. The gas supply system for the second type of engine is therefore cheaper than the gas supply system for the first type of engine. In the case of the first type of engine, the BOG flow coming from the tank must be processed and the boiler and generator sets can only use part of this BOG flow. For this reason, a relatively expensive reliquefaction system must be installed to operate with the gas supply system of the first type of engine.

しかし、第2のタイプのエンジンは、燃焼室で混合気を圧縮するため、有効圧縮比が第1のタイプのエンジンに比べてかなり低い。典型的には、第1のタイプのエンジンの有効圧縮比は約15から約17の間である。これに対して第2のタイプのエンジンの有効圧縮比は、約7から約9の間である。なお、第2のタイプのエンジンの幾何学的な圧縮比はおよそ13.5である。この非常に低い、幾何学的に定められた圧縮比は、第1のタイプのエンジンに対する第2のタイプのエンジンの燃料効率を著しく低くしており、同じサイズの第1のタイプのエンジンに対して第2のタイプのエンジンの最大連続回転数が低くなる原因となっている。 However, because the second type of engine compresses the mixture in the combustion chamber, the effective compression ratio is considerably lower than that of the first type of engine. Typically, the effective compression ratio for engines of the first type is between about fifteen and about seventeen. In contrast, the effective compression ratio for the second type of engine is between about seven and about nine. It should be noted that the geometric compression ratio of the second type of engine is approximately 13.5. This very low, geometrically defined compression ratio makes the second type of engine significantly less fuel efficient than the first type of engine, and the same size of the first type of engine. This causes the second type of engine to have a low maximum continuous speed.

さらに第2のタイプのエンジンは、通常、信頼性の高い着火を実現するため、プリチャンバや同期点火システムを必要とする。 Moreover, the second type of engine usually requires a pre-chamber or synchronous ignition system to achieve reliable ignition.

第2のタイプのエンジンの更に不利な点は、ピストンの圧縮ストロークの際の空気過剰率及びバルク温度を、非常に正確に制御しなければならないことである。これは、(局所的な)低過ぎる空気過剰率及び/又は高過ぎるバルク温度によるプリイグニッションを防ぐためや、高過ぎる空気過剰率及び/又は低過ぎるバルク温度によるミスファイヤを防ぐためである。一様な混合気をもたらす適切な混合は、プリイグニッションやミスファイヤをもたらす燃焼室内の局所的な条件にとって、非常に重要である。燃焼室内のこれらの条件を制御することは、過渡運転において特に困難である。 A further disadvantage of the second type of engine is that the excess air ratio and bulk temperature during the compression stroke of the piston must be very precisely controlled. This is to prevent pre-ignition due to (local) too low air factor and/or too high bulk temperature and to prevent misfire due to too high air factor and/or too low bulk temperature. Proper mixing resulting in a homogeneous mixture is very important for local conditions within the combustion chamber leading to pre-ignition and misfires. Controlling these conditions within the combustion chamber is particularly difficult during transient operation.

KR20130051539は、本願請求項1のプリアンブルに記載のエンジン及び本願請求項6に記載の方法のプリアンブルに記載の方法を開示している。 KR20130051539 discloses an engine according to the preamble of claim 1 of the present application and a method according to the preamble of the method according to claim 6 of the present application.

DK201770703は、第2のタイプの大型2ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関を開示している。 DK201770703 discloses a second type large two-stroke uniflow scavenging turbocharged internal combustion engine.

このように、主燃料としてガス燃料で運転される大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関において、第1のタイプ及び第2のタイプのエンジンの上述の弱点を解消または緩和することについての必要性が存在する。 Thus, there is a need for eliminating or alleviating the above-described weaknesses of the first and second types of engines in large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engines operating on gas fuel as the primary fuel. .

また、大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関にガス燃料を供給するガス供給システムであって、大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関の燃焼に用いられる高圧ガス燃料を提供するガス供給システムにおいて、ガス供給システムの上述の弱点を解消または緩和することについての必要性が存在する。 Further, in a gas supply system for supplying gas fuel to a large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine, the gas supply system for supplying high pressure gas fuel used for combustion of the large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine, A need exists for eliminating or mitigating the weaknesses of

摘要Summary

本発明の目的は、上述の課題を解決するか又は少なくとも緩和する、エンジン及びガス燃料供給システム、ならびに方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an engine and gas fuel supply system and method that solves or at least mitigates the above-mentioned problems.

上述の目的やその他の目的が、独立請求項に記載の特徴により達成される。より具体的な実装形態は、従属請求項や発明の詳細な説明、図面から明らかになるだろう。 The above objects and other objects are achieved by the features of the independent claims. More specific implementations will become apparent from the dependent claims, the detailed description of the invention and the drawings.

第1の側面によれば、船舶の主機関や該船舶のガス燃料消費装置に加圧ガス燃料を供給するシステムが提供される。このシステムは、
クライオジェニック条件(cryogenic condition)で液化ガス燃料を貯蔵する貯蔵タンクと;
液化ガス燃料の供給を受けるための、前記貯蔵タンクに接続される入口を有する高圧クライオポンプユニットと;
前記高圧クライオポンプユニットの出口に接続される第1供給管と;
高圧気化器と;
を備える。
前記第1供給管は、高圧液化ガス燃料流を前記高圧気化器に導いて、前記主機関のための高圧ガス燃料流に変化させるべく、前記高圧クライオポンプユニットの出口から延伸して前記高圧気化器を通る。
前記システムは更に、
前記貯蔵タンクのボイルオフガス出口をコンプレッサーユニットの入口に接続し、ボイルオフガスの流れを前記コンプレッサーユニットに導くボイルオフガス管と;
第1の熱交換器と;
を備える。
前記第1の熱交換器内で前記ボイルオフガス流の熱交換が行われるように、前記ボイルオフガス管は前記第1の熱交換器を通り、
前記コンプレッサーユニットは、前記ボイルオフガス流の圧力を高めて加圧ガス燃料流を作る。
前記システムは更に、
前記加圧ガス燃料流の第1の部分を、加圧ガス燃料を消費する1つ又は複数の機器に送達するために、前記コンプレッサーユニットの出口に接続される第2供給管と;
前記第1の熱交換器を流れるボイルオフガスとの熱交換のために、前記加圧ガス燃料流の第2の部分を前記第1の熱交換器に通し、続いて前記高圧気化器を流れる前記高圧液化燃料流又は気化したガス燃料との熱交換のために、前記加圧ガス燃料流の前記第2の部分を前記高圧気化器に通すために、前記コンプレッサーユニットの出口に接続される再液化管と;
を備える。
According to a first aspect, there is provided a system for supplying pressurized gaseous fuel to the main engine of a vessel and gaseous fuel consuming devices of the vessel. This system
a storage tank for storing the liquefied gas fuel in cryogenic conditions;
a high pressure cryopump unit having an inlet connected to said storage tank for receiving a supply of liquefied gas fuel;
a first supply pipe connected to the outlet of the high pressure cryopump unit;
a high pressure vaporizer;
Prepare.
The first supply line extends from an outlet of the high pressure cryopump unit to the high pressure vaporizer for conducting a high pressure liquefied gas fuel stream to the high pressure vaporizer for conversion into a high pressure gas fuel stream for the main engine. pass through the vessel.
The system further includes:
a boil-off gas pipe connecting the boil-off gas outlet of said storage tank to the inlet of a compressor unit and conducting a flow of boil-off gas to said compressor unit;
a first heat exchanger;
Prepare.
said boil-off gas pipe passing through said first heat exchanger such that heat exchange of said boil-off gas stream takes place within said first heat exchanger;
The compressor unit increases the pressure of the boil-off gas stream to produce a pressurized gaseous fuel stream.
The system further includes:
a second supply line connected to an outlet of said compressor unit for delivering a first portion of said stream of pressurized gaseous fuel to one or more devices consuming pressurized gaseous fuel;
A second portion of the pressurized gaseous fuel stream is passed through the first heat exchanger and subsequently through the high pressure vaporizer for heat exchange with boil-off gas flowing through the first heat exchanger. a reliquefaction connected to an outlet of said compressor unit for passing said second portion of said pressurized gaseous fuel stream through said high pressure vaporizer for heat exchange with a high pressure liquefied fuel stream or vaporized gaseous fuel; a tube;
Prepare.

コンプレッサーから来る加圧ガス燃料流の一部を熱交換器内のボイルオフガスで冷やし、さらに前記高圧気化器内の高圧ガス燃料流で冷やすことにより、専用の複雑で高価な再液化装置を用いることなくボイルオフガスの一部を再液化することができ、また、再液化に使用するのでなければ捨てざるを得ない熱エネルギーを、再液化処理に使用することが可能となる。 Chilling a portion of the pressurized gaseous fuel stream coming from the compressor with the boil-off gas in a heat exchanger and further chilling it with the high pressure gaseous fuel stream in the high pressure vaporizer, thereby using dedicated, complex and expensive reliquefaction equipment. A portion of the boil-off gas can be re-liquefied without the need for re-liquefaction, and thermal energy that would otherwise be wasted for re-liquefaction can be used for the re-liquefaction process.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記システムは、気化ユニットの下流の前記再液化管に、例えば膨張弁(expansion valve)のような、スロットル装置を備える。これは、前記加圧ガス流の第2の部分をスロットル過程に供するためである。加圧ガス燃料流をスロットル装置に通すことにより、ガス燃料の温度及び圧力が著しく下がる。それによって、再液化される部分が増える。 In one example of implementation of the first aspect, the system comprises a throttling device, such as an expansion valve, in the reliquefaction line downstream of the vaporization unit. This is to subject a second portion of the pressurized gas stream to a throttling process. Passing the pressurized gaseous fuel stream through the throttling device significantly reduces the temperature and pressure of the gaseous fuel. This increases the portion that is reliquefied.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記システムは、前記高圧気化器の下流又は前記スロットルデバイスの下流に、前記再液化管に接続される分離容器を備える。これは、高圧気化器及び/又はスロットル過程の冷却効果により生成した液化ガス燃料を収集し、再液化ガス燃料から余分なガス燃料を分離するためである。 In one example of implementation of the first aspect, the system comprises a separation vessel downstream of the high pressure vaporizer or downstream of the throttling device connected to the reliquefaction line. This is to collect the liquefied gas fuel produced by the cooling effects of the high pressure vaporizer and/or throttle process and separate the excess gas fuel from the re-liquefied gas fuel.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記システムは、前記分離容器の液体排出口を前記貯蔵タンクの入口に接続する再液化ガス管を備える。これは、再液化されたガス燃料を貯蔵タンクに送達するためである。 In one example of implementation of the first aspect, the system comprises a reliquefied gas line connecting a liquid outlet of the separation vessel to an inlet of the storage tank. This is to deliver the reliquefied gaseous fuel to the storage tank.

また、前記分離容器のガス排出口を前記ボイルオフガス館に接続するガス再循環路も備える。 There is also a gas recirculation line connecting the gas outlet of the separation vessel to the boil-off gas station.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記システムは、前記気化ユニットの下流において前記第1供給管にヒーターを備える。これは、高圧ガス燃料流を主機関に供給する前に暖めるためである。 In one example of implementation of the first aspect, the system comprises a heater in the first supply line downstream of the vaporization unit. This is to warm the high pressure gaseous fuel stream before supplying it to the main engine.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記主機関は、加圧ガス燃料を消費する装置の1つである。 In one example of an implementation of the first aspect, the main engine is one of the devices that consumes pressurized gaseous fuel.

第2の側面によれば、船舶の主機関に高圧ガス燃料流を供給する方法、及び、該船舶の加圧ガス消費装置に加圧ガス燃料流を供給する方法が提供される。この方法は、
クライオジェニック条件で液化ガス燃料を貯蔵することと;
貯蔵されている前記液化ガス燃料から取り出した液化ガス燃料流を高圧ポンプへと送り込み、高圧液化ガス燃料流を作ることと;
前記高圧液化ガス燃料流を、ガス燃料流へと気化することと;
前記高圧ガス燃料流を前記主機関に供給することと;
貯蔵されている前記液化ガス燃料からのボイルオフガス流をコンプレッサーに導き、加圧ガス燃料流を作ることと;
前記加圧ガス燃料流の第1の部分を、前記コンプレッサーから、加圧ガス燃料を消費する装置に供給することと;
前記加圧ガス燃料流の第2の部分を、前記コンプレッサーから、再液化菅に導くことと;
前記第2の部分を前記ボイルオフガス流と熱交換することと;
続いて、前記第2の部分を前記高圧液化ガス燃料流と熱交換することと;
を含む。
According to a second aspect, a method of supplying a high pressure gaseous fuel stream to a main engine of a marine vessel and a method of supplying a pressurized gaseous fuel stream to pressurized gas consuming devices of the vessel are provided. This method
storing the liquefied gas fuel under cryogenic conditions;
pumping a liquefied gas fuel stream withdrawn from said stored liquefied gas fuel to a high pressure pump to produce a high pressure liquefied gas fuel stream;
vaporizing the high pressure liquefied gas fuel stream into a gas fuel stream;
supplying said high pressure gaseous fuel stream to said main engine;
directing a boil-off gas stream from said stored liquefied gas fuel to a compressor to produce a pressurized gas fuel stream;
supplying a first portion of the stream of pressurized gaseous fuel from the compressor to a device that consumes pressurized gaseous fuel;
directing a second portion of the pressurized gaseous fuel stream from the compressor to a reliquefaction conduit;
heat exchanging said second portion with said boil-off gas stream;
subsequently heat exchanging said second portion with said high pressure liquefied gas fuel stream;
including.

上記の方法の利点は、上記第1の側面の装置の利点と同じである。 The advantages of the above method are the same as the advantages of the apparatus of the first aspect above.

前記第2の側面の実装形態の一例において、前記方法は、前記加圧ガス燃料流の少なくとも第3の部分を再液化し、これを貯蔵されている前記液化ガス燃料に加えることを含む。 In one example of an implementation of the second aspect, the method includes reliquefying at least a third portion of the pressurized gaseous fuel stream and adding it to the stored liquefied gaseous fuel.

前記第2の側面の実装形態の一例において、前記方法は、前記第2の部分の残留ガスを、前記ボイルオフガス流に加えることを含む。 In one example of an implementation of the second aspect, the method includes adding residual gas of the second portion to the boil-off gas stream.

前記第2の側面の実装形態の一例において、前記方法は、前記第2の部分をスロットル装置に通すことを含む。 In one example of an implementation of the second aspect, the method includes passing the second portion through a throttling device.

これらの側面及び他の側面は、以下に説明される実施例により更に明らかになるであろう。 These and other aspects will become more apparent from the examples described below.

以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、様々な側面や実施形態、実装例を詳細説明する。
ある例示的実施形態に従う大型2ストローク機関の正面図である。 図1の大型2ストロークエンジン機関の側面図である。 図1の大型2ストローク機関の第1の略図表現である。 図1のエンジンのシリンダフレーム及びシリンダライナの断面図である。シリンダカバー及び排気弁が取り付けられており、TDC及びBDCにおけるピストンも描かれている。 ガス交換と燃料噴射サイクルを描いたグラフである。 ある実施形態に従うガス燃料供給システムの略図表現である。 別の実施形態に従うガス燃料供給システムの略図表現である。 別の実施形態に従うシリンダフレーム及びシリンダライナの断面図である。
Various aspects, embodiments, and implementations are described in detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings.
1 is a front view of a large two-stroke engine, according to an exemplary embodiment; FIG. Figure 2 is a side view of the large two-stroke engine engine of Figure 1; 2 is a first schematic representation of the large two-stroke engine of FIG. 1; 2 is a cross-sectional view of the cylinder frame and cylinder liner of the engine of FIG. 1; FIG. Cylinder covers and exhaust valves are attached, and the pistons at TDC and BDC are also depicted. 4 is a graph depicting gas exchange and fuel injection cycles; 1 is a schematic representation of a gas fuel supply system, in accordance with certain embodiments; 4 is a schematic representation of a gas fuel supply system according to another embodiment; FIG. 5 is a cross-sectional view of a cylinder frame and cylinder liner according to another embodiment;

詳細説明Detailed explanation

以下の詳細説明では、実施例のクロスヘッド式大型低速2ストロークターボ過給式内燃機関を参照して、内燃機関が説明される。図1-図3は、ターボ過給式大型低速2ストローク内燃機関の実施例を描いている。このエンジンは、クランクシャフト8及びクロスヘッド9を有する。図1は正面図、図2は側面図である。図3は、図1,2のターボ過給式大型低速2ストロークディーゼル機関を、その吸気システム及び排気システムと共に略図により表現したものである。この例において、エンジンは直列に4本のシリンダを有する。ターボ過給式大型低速2ストローク内燃機関は通常、直列に配される4本から14本のシリンダを有する。これらのシリンダはエンジンフレーム11に担持される。またこのようなエンジンは、例えば、船舶の主機関や、発電所において発電機を動かすための固定型のエンジンとして用いられることができる。エンジンの全出力は、例えば、1,000kWから110000kWでありうる。 In the following detailed description, the internal combustion engine will be described with reference to the crosshead type large low speed two-stroke turbocharged internal combustion engine of the embodiment. 1-3 depict an example of a turbocharged large low speed two-stroke internal combustion engine. This engine has a crankshaft 8 and a crosshead 9 . 1 is a front view, and FIG. 2 is a side view. FIG. 3 is a schematic representation of the turbocharged large low-speed two-stroke diesel engine of FIGS. 1 and 2 together with its intake and exhaust systems. In this example, the engine has four cylinders in series. Turbocharged large low speed two-stroke internal combustion engines typically have from 4 to 14 cylinders arranged in series. These cylinders are carried on the engine frame 11 . Such an engine can also be used, for example, as a main engine in ships or as a stationary engine for powering generators in power plants. The total power output of the engine can be, for example, 1,000 kW to 110,000 kW.

エンジンは、主燃料としてガス燃料で運転する或る運転モードにおいて、ディーゼルサイクルとオットーサイクルを組み合わせる。これは、圧縮着火であるが、空気と燃料の混合物を圧縮するからである。なおこの燃料は、ピストン10の圧縮ストロークの途中に導入される第1の量の加圧ガス燃料である。圧縮された空気-燃料の混合物は、TDC付近で第2の量の高圧ガス燃料が噴射される際に着火される。 The engine combines the Diesel cycle and the Otto cycle in certain operating modes operating on gas fuel as the primary fuel. This is compression ignition because it compresses the air-fuel mixture. Note that this fuel is a first quantity of pressurized gaseous fuel introduced midway through the compression stroke of piston 10 . The compressed air-fuel mixture is ignited near TDC when the second quantity of high pressure gas fuel is injected.

エンジンは、別の運転モードにおいて、ディーゼルサイクルに従って動作することができ、その場合は圧縮ストロークの途中に燃料は導入されない。このモードにおいて、全ての燃料は、TDC付近において噴射される。またこのモードにおける主燃料もガス燃料であることができる。更に別の運転モードにおいて、エンジンは、オットーサイクルに従って動作することができる。この場合、全てのガス燃料は掃気に混合され、空気-燃料の混合物が圧縮ストロークの際に圧縮される。そしてTDC付近において、タイミングを計って着火する手段が提供される。 In another operating mode, the engine can operate according to the diesel cycle, in which no fuel is introduced during the compression stroke. In this mode all fuel is injected near TDC. The main fuel in this mode can also be gas fuel. In yet another operating mode, the engine can operate according to the Otto cycle. In this case, all gaseous fuel is mixed with the scavenging air and the air-fuel mixture is compressed during the compression stroke. Means are then provided for timed ignition near TDC.

この実施例におけるエンジンは、2ストロークユニフロー掃気エンジンであり、シリンダライナ1の下部領域に掃気ポート18が設けられ、シリンダライナ1の頂部中央には排気弁4が配される。燃焼室は、シリンダライナ1と、シリンダカバー22と、シリンダライナ中で下死点(BDC)と上死点(TDC)との間を往復運動するピストン10とで画定される。 The engine in this embodiment is a two-stroke uniflow scavenging engine, provided with a scavenging port 18 in the lower region of the cylinder liner 1 and an exhaust valve 4 centrally located at the top of the cylinder liner 1 . The combustion chamber is defined by a cylinder liner 1, a cylinder cover 22 and a piston 10 which reciprocates in the cylinder liner between bottom dead center (BDC) and top dead center (TDC).

掃気は、ピストンが掃気ポート18より下にある時に、掃気受け2から各シリンダ1の下端にある掃気ポート18へと導かれる。ガス燃料は、電子制御部60の制御下でガス燃料導入弁30から導入される。これは、ピストンの上昇ストロークの間であって、ピストンが燃料弁(ガス燃料導入弁)30を通過する前に行われる。燃料弁は好ましくはシリンダライナの円周に亘って等間隔に分布するように配される。また好ましくは、シリンダライナの長手方向の中央付近に配される。従って、ガス燃料の導入は、圧縮圧力が比較的低い時に行われる。つまり、ピストン10がTDCに達するときの圧縮圧力に比べればずっと低いときに行われる。 Scavenging air is directed from the scavenging receiver 2 to the scavenging ports 18 at the lower end of each cylinder 1 when the piston is below the scavenging ports 18 . Gas fuel is introduced from the gas fuel introduction valve 30 under the control of the electronic control unit 60 . This is done during the upstroke of the piston and before the piston passes the fuel valve (gas fuel inlet valve) 30 . The fuel valves are preferably evenly distributed around the circumference of the cylinder liner. Also preferably, it is arranged near the center in the longitudinal direction of the cylinder liner. The introduction of gaseous fuel therefore takes place when the compression pressure is relatively low. That is, at a much lower compression pressure than when the piston 10 reaches TDC.

シリンダライナ1内でピストン10は、ガス燃料と掃気の混合物を圧縮する。そしてTDC又はその近辺で、燃料噴射弁50から高圧のガス燃料が噴射される。着火は、TDC又はその近辺での燃焼室内の高い圧力により生じる高温によって、ディーゼルの原理に従って引き起こされる。着火は、少量のパイロット油(又は適当な着火液)によって補助されることもある。このパイロット油は、ガス燃料と一緒に燃料噴射弁50から噴射されるようにされる例もあるが、専用のパイロット油弁51(図示されていない)から供給されるように構成される例もある。その場合、パイロット油弁51は、シリンダカバー22に配されることが好ましい。 Within the cylinder liner 1 a piston 10 compresses a mixture of gaseous fuel and scavenging air. At or near TDC, high-pressure gas fuel is injected from the fuel injection valve 50 . Ignition is caused according to the Diesel principle by high temperatures caused by high pressures in the combustion chamber at or near TDC. Ignition may be assisted by a small amount of pilot oil (or suitable ignition fluid). In some cases, this pilot oil is injected from the fuel injection valve 50 together with the gas fuel, but in some cases it is configured to be supplied from a dedicated pilot oil valve 51 (not shown). be. In that case, the pilot oil valve 51 is preferably arranged on the cylinder cover 22 .

なお、「TDC又はその近辺」「TDC又はその付近」とは、ガス燃料の噴射が行われる。範囲を指す。この範囲は、最も早い場合でピストンがTDC前およそ15度の時に始まり、最も遅い場合でTDC後およそ40度で終わる。 It should be noted that "TDC or its vicinity" and "TDC or its vicinity" mean that gas fuel is injected. point to the range. This range begins at the earliest when the piston is approximately 15 degrees before TDC and ends at the latest at approximately 40 degrees after TDC.

燃焼が生じ、排気ガスが生成される。別の形態の着火システムでは、パイロット油の代わりに、又はパイロット油に加えて、プリチャンバやレーザー着火、グロープラグ(いずれも図示されていない)などを、着火を促すために使用するものもある。 Combustion occurs and exhaust gases are produced. Other forms of ignition systems may use prechambers, laser ignition, glow plugs (none shown), etc. to facilitate ignition instead of or in addition to pilot oil.

排気弁4が開くと、排気ガスは、シリンダ1に設けられる排気ダクトを通って排気ガス受け3へと流れ、さらに第1の排気管19を通ってターボ過給器5のタービン6へと進む。そこから排気ガスは、第2の排気管25を通ってエコノマイザ20へ流れ、さらに出口21から大気中へと放出される。タービン6は、シャフトを介してコンプレッサー7を駆動する。コンプレッサー9には、空気取り入れ口12を通じて外気が供給される。コンプレッサー7は、圧縮された掃気を、掃気受け2に繋がっている掃気管13へと送り込む。管13の掃気は、掃気を冷却するためのインタークーラー14を通過する。 When the exhaust valve 4 opens, the exhaust gas flows through the exhaust duct provided in the cylinder 1 to the exhaust gas receiver 3 and further through the first exhaust pipe 19 to the turbine 6 of the turbocharger 5. . From there the exhaust gases flow through a second exhaust pipe 25 to the economizer 20 and out of an outlet 21 to the atmosphere. Turbine 6 drives compressor 7 via a shaft. Outside air is supplied to the compressor 9 through an air intake 12 . The compressor 7 sends the compressed scavenging air into the scavenging pipe 13 connected to the scavenging receiver 2 . The scavenging air in tube 13 passes through an intercooler 14 for cooling the scavenging air.

冷却された掃気は、電気モーター17により駆動される補助ブロワ16を通る。補助ブロワ16は、ターボ過給器5のコンプレッサー7が掃気受け2に必要とされる圧力を供給することができない場合、すなわちエンジンが低負荷又は部分負荷である場合に、掃気流を圧縮する。機関の負荷が高い場合は、ターボ過給器のコンプレッサー7が、十分に圧縮された掃気を供給することができるので、補助ブロワ16は、逆止め弁15によってバイパスされる。 The cooled scavenging air passes through an auxiliary blower 16 driven by an electric motor 17 . The auxiliary blower 16 compresses the scavenging air flow when the compressor 7 of the turbocharger 5 cannot supply the scavenging air receiver 2 with the required pressure, ie when the engine is at low or partial load. At high engine loads, the turbocharger compressor 7 can supply sufficiently compressed scavenging air so that the auxiliary blower 16 is bypassed by the non-return valve 15 .

図3には、電子制御ユニットのようなコントローラ60が図示されている。コントローラ60は信号線又はその他の通信チャネルを通じて各種センサに接続されており、これらのセンサはエンジンの運転条件に関する情報をコントローラ60に伝える。コントローラ60は信号線又はその他の通信チャネルを通じて、コントローラ60によって制御される各種のエンジン構成要素にも接続される。上記のセンサの1つはクランク角センサであり、図示されている。これはクランクシャフト8の回転角をコントローラ60に伝える。コントローラ60は、燃料導入弁30、燃料噴射弁50、排気弁4を制御する。 FIG. 3 illustrates a controller 60, such as an electronic control unit. The controller 60 is connected through signal lines or other communication channels to various sensors that communicate information to the controller 60 regarding the operating conditions of the engine. The controller 60 is also connected through signal lines or other communication channels to the various engine components controlled by the controller 60 . One such sensor is a crank angle sensor and is shown. This communicates the rotation angle of the crankshaft 8 to the controller 60 . A controller 60 controls the fuel introduction valve 30 , the fuel injection valve 50 and the exhaust valve 4 .

コントローラ60は、燃料導入弁30及び燃料噴射弁50に接続され、これらを制御する。コントローラ60は、ピストン10がBDCからTDCに向かうストロークの途中で、加圧ガス燃料の第2のソース40から燃焼室へ第1の量のガス燃料を導入するように、燃料導入弁30を動作させる。またコントローラ60は、ピストン10が上死点又はその付近にある時に、加圧ガス燃料の第1のソース35から燃焼室の少なくとも1つへ第2の量のガス燃料を噴射するように、燃料噴射弁50を動作させる。 The controller 60 is connected to the fuel introduction valve 30 and the fuel injection valve 50 and controls them. Controller 60 operates fuel inlet valve 30 to introduce a first quantity of gaseous fuel from second source 40 of pressurized gaseous fuel into the combustion chamber during the stroke of piston 10 from BDC to TDC. Let The controller 60 also directs fuel to inject a second quantity of gaseous fuel from the first source 35 of pressurized gaseous fuel into at least one of the combustion chambers when the piston 10 is at or near top dead center. Injection valve 50 is operated.

図4には、クロスヘッド式大型2ストロークエンジンのために設計されたシリンダライナ1が図示されている。エンジンのサイズに応じて、シリンダライナ1は様々な大きさに作られる。典型的な大きさとしては、直径が250mmから1000mmであり、それに対応する全長が1000mmから4500mmである。 FIG. 4 shows a cylinder liner 1 designed for a large crosshead two-stroke engine. Depending on the size of the engine, the cylinder liner 1 is made in various sizes. Typical sizes are diameters of 250 mm to 1000 mm and corresponding total lengths of 1000 mm to 4500 mm.

図4には、シリンダライナ1はシリンダフレーム23に載置され、シリンダライナ1の上にはシリンダカバー22が搭載されている様子が描かれている。シリンダライナ1とシリンダカバー22とは、その間からガスの漏出が生じないように連結されている。 FIG. 4 depicts a state in which the cylinder liner 1 is mounted on the cylinder frame 23 and the cylinder cover 22 is mounted on the cylinder liner 1 . The cylinder liner 1 and the cylinder cover 22 are connected so that gas does not leak therebetween.

図4において、その下死点(BDC)と上死点(TDC)におけるピストン10の様子が破線で示されている。なおもちろん、これら2つの状態が同時に生じる訳ではなく、これら2つの状態は、クランクシャフト8の回転角で180度隔てられている。シリンダライナ1には、シリンダ潤滑孔25及びシリンダ潤滑ライン24が設けられる。これらはピストン10が潤滑ライン24を通過する際にシリンダ潤滑油を供給する。続いて(図示されていない)ピストンリングが、シリンダライナの走行面全体にシリンダ潤滑油を行き渡らせる。 In FIG. 4, the states of the piston 10 at its bottom dead center (BDC) and top dead center (TDC) are indicated by dashed lines. Of course, these two states do not occur simultaneously, but are separated by 180 degrees of rotation of the crankshaft 8 . The cylinder liner 1 is provided with a cylinder lubrication hole 25 and a cylinder lubrication line 24 . These supply cylinder lubrication oil as the piston 10 passes through the lubrication line 24 . Piston rings (not shown) then distribute the cylinder lubricating oil over the entire running surface of the cylinder liner.

燃料弁50はシリンダカバー22に搭載される。通常、各シリンダに、2つ又は3つの燃料噴射弁50が、排気弁の周囲に同じ間隔で分布する。燃料噴射弁50は、第1の供給管36を通じて高圧ガス燃料の第1のソース35に接続しており、またパイロットライン28を通じてパイロット油のソース27に接続している。 A fuel valve 50 is mounted on the cylinder cover 22 . Typically, two or three fuel injectors 50 are distributed equally spaced around the exhaust valves in each cylinder. Fuel injector 50 is connected through first supply line 36 to first source 35 of high pressure gaseous fuel and through pilot line 28 to source 27 of pilot oil.

着火液の第3の量は、所与のエンジンサイクルの間に燃焼室に投入される全ての燃料のカロリー値の5%より少ない。好ましくは3%より少ない。 A third amount of ignition liquid is less than 5% of the caloric value of all fuel injected into the combustion chamber during a given engine cycle. Preferably less than 3%.

燃料弁50は、DK178519B1に開示されるタイプのものであってもよい。このタイプの燃料弁は、十分な量の高圧ガス燃料と共に、小さな量のパイロット油を燃焼室に噴射する能力を有する。 Fuel valve 50 may be of the type disclosed in DK178519B1. This type of fuel valve has the ability to inject a small amount of pilot oil into the combustion chamber along with a sufficient amount of high pressure gas fuel.

燃料噴射弁50による高圧ガス燃料及びパイロット油の噴射タイミングは、電子制御ユニット60によって制御される。電子制御ユニット60は、図3において破線で示される信号線を通じて燃料弁50に接続されている。 The injection timing of the high pressure gas fuel and pilot oil by the fuel injection valve 50 is controlled by the electronic control unit 60 . The electronic control unit 60 is connected to the fuel valve 50 through signal lines indicated by dashed lines in FIG.

シリンダライナ1には、燃料導入弁30が装備される。燃料導入弁30は、シリンダライナ1の内面と実質的に同じ面に位置するノズル又は導入口を有する。また燃料導入弁30の後端は、シリンダライナ1の外壁から飛び出ている。典型的には1つ又は2つ、多くても3つか4つの燃料導入弁30が、各シリンダライナ1に設けられる。これらはシリンダライナ1の円周域に等間隔に配置される。本実施例において、燃料導入弁30は、シリンダライナ1の長手方向のちょうど中央部に配されている。 The cylinder liner 1 is equipped with a fuel introduction valve 30 . The fuel inlet valve 30 has a nozzle or inlet located substantially flush with the inner surface of the cylinder liner 1 . A rear end of the fuel introduction valve 30 protrudes from the outer wall of the cylinder liner 1 . Typically one or two, at most three or four fuel inlet valves 30 are provided in each cylinder liner 1 . These are equally spaced around the circumference of the cylinder liner 1 . In this embodiment, the fuel introduction valve 30 is arranged exactly in the center of the cylinder liner 1 in the longitudinal direction.

燃料噴射弁30による加圧ガス燃料の噴射タイミングは、電子制御ユニット60によって制御される。図3では、電子制御ユニット60は、概念的に示された信号線を通じて燃料導入弁30に接続されている。 The injection timing of the pressurized gas fuel by the fuel injection valve 30 is controlled by the electronic control unit 60 . In FIG. 3, the electronic control unit 60 is connected to the fuel inlet valve 30 through conceptually indicated signal lines.

このエンジンは、1回のエンジンサイクルの間に、第1の量の加圧ガス燃料を導入すると共に、第2の量の高圧ガス燃料を噴射するように構成される。まず第1の量の加圧ガス燃料が導入され、続いて第2の量の高圧ガス燃料が、ピストンがTDCに近づく機会(これを第1の機会と称することがある)に噴射される。 The engine is configured to introduce a first quantity of pressurized gaseous fuel and inject a second quantity of high pressure gaseous fuel during one engine cycle. A first quantity of pressurized gaseous fuel is first introduced, followed by a second quantity of high pressure gaseous fuel injected at the opportunity when the piston approaches TDC (this is sometimes referred to as the first opportunity).

図4は、エンジンのガス燃料供給システムを、概念的及び簡略化して描いたものである。高圧ガス燃料の第1のソース35が、第1の供給管36を通じて、シリンダカバー22の各燃料噴射弁50に接続されている。また、中圧力のガス燃料の第2のソース40が、燃料供給管41を通じて、ガス燃料弁30の入口に接続されている。 FIG. 4 is a conceptual and simplified depiction of the engine's gas fuel supply system. A first source 35 of high pressure gaseous fuel is connected to each fuel injector 50 in the cylinder cover 22 through a first supply pipe 36 . A second source 40 of medium pressure gas fuel is also connected to the inlet of the gas fuel valve 30 through a fuel supply line 41 .

本実施例において、高圧ガス燃料の第1のソース35の圧力P1は、およそ15から45MPa(150から450bar)である。この高い圧力は、TDC付近のピーク圧力に抗してガス燃料を噴射することを可能にする。 In the present example, the pressure P1 of the first source of high pressure gaseous fuel 35 is approximately 150 to 450 bar. This high pressure allows the gas fuel to be injected against the peak pressure near TDC.

本実施例において、中圧力ガス燃料の第2のソース40の圧力P2は、およそ1から3MPa(10から30bar)である。P1に比べれば中くらいの圧力である。しかしこの圧力があれば、圧縮ストローク中にガス燃料が導入されることが可能である。 In the present example, the pressure P2 of the second source of medium pressure gaseous fuel 40 is approximately 1 to 3 MPa (10 to 30 bar). It is a medium pressure compared to P1. With this pressure, however, gaseous fuel can be introduced during the compression stroke.

図5は、クランク角(クランクシャフト8の角度)の関数として、掃気ポート18、排気弁4、燃料導入弁(GA燃料弁)30、燃料噴射弁(Gi燃料弁)のそれぞれの、開弁(開口)期間と閉弁(閉口)期間を図示したものである。このグラフを見ると、ガス燃料を導入するウィンドウは、比較的短いことが分かる。従って、燃焼室中でガス燃料を掃気に混合する時間は極めて短い。ガス燃料は極めて短いウィンドウの間に導入される。高圧ガス燃料は、TDC付近のウィンドウの間に噴射される。 FIG. 5 shows the valve opening ( 10 illustrates the valve opening period and the valve closing period. It can be seen from this graph that the window for introducing gas fuel is relatively short. Therefore, the time for the gaseous fuel to mix with the scavenging air in the combustion chamber is very short. Gas fuel is introduced during a very short window. High pressure gas fuel is injected during the window near TDC.

1回転中に導入されるガス燃料と噴射されるガス燃料の総量は、エンジンの負荷に影響される。燃焼室に投入されるガス燃料の総量は、圧力P2でシリンダ内に導入される第1の量のガス燃料と、圧力P2でシリンダ内に噴射される高圧ガス燃料の合計量である。ある実施例において、シリンダに投入されるガス燃料の、カロリー値でおよそ70%又は80%が、加圧ガス燃料の第2のソース40から圧力P2で導入されるガス燃料である。ある実施例において、シリンダに投入されるガス燃料の、カロリー値でおよそ70%又は80%が、高圧ガス燃料の第1のソース35から圧力P1で噴射されるガス燃料である。 The total amount of gas fuel introduced and injected during one revolution is affected by engine load. The total amount of gaseous fuel introduced into the combustion chamber is the sum of the first amount of gaseous fuel introduced into the cylinder at pressure P2 and the high pressure gaseous fuel injected into the cylinder at pressure P2. In one embodiment, approximately 70% or 80% by caloric value of the gaseous fuel injected into the cylinder is gaseous fuel introduced at pressure P2 from the second source of pressurized gaseous fuel 40 . In one embodiment, approximately 70% or 80% by caloric value of the gaseous fuel injected into the cylinder is gaseous fuel injected at pressure P1 from the first source 35 of high pressure gaseous fuel.

このように、上記第1の量と上記第2の量の比は調節されることができ、各ソースから利用可能な燃料の量に適合されることができる。例えば、高圧ガス燃料の第1のソース35から利用可能な高圧燃料が比較的少ない場合、エンジンは、加圧ガス燃料の第2のソース40から圧縮ストローク中にシリンダ内に導入される中圧力のガス燃料を多く用い、TDC又はその付近で噴射される高圧ガス燃料は比較的少なく用いて、運転されることができる。一方、加圧ガス燃料の第2のソース40から利用可能な中圧ガス燃料が比較的少ない場合、エンジンは、TDC又はその付近で噴射される高圧ガス燃料を多く用い、加圧ガス燃料の第2のソース40から圧縮ストローク中にシリンダ内に導入される燃料は比較的少なく用いて、運転されることができる。 Thus, the ratio of the first amount and the second amount can be adjusted and adapted to the amount of fuel available from each source. For example, when relatively little high pressure fuel is available from the first source of high pressure gaseous fuel 35, the engine may operate at moderate pressure from the second source of pressurized gaseous fuel 40 introduced into the cylinder during the compression stroke. It can be operated with more gas fuel and relatively less high pressure gas fuel injected at or near TDC. On the other hand, if there is relatively little intermediate pressure gas fuel available from the second source of pressurized gas fuel 40, the engine will use more high pressure gas fuel injected at or near TDC, and will use more of the high pressure gas fuel injected at or near TDC. It can be operated with relatively little fuel introduced into the cylinder during the compression stroke from the two sources 40 .

図6は、例えば図1~4に描かれるような大型2ストロークターボ過給式内燃機関にガス燃料を供給するために使用しうるガス供給システムの略図表現である。このガス供給システムは、液化ガスタンカー、すなわち液化天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)のような液化ガス燃料を大量に運搬する船舶に搭載することが可能な実施例である。 FIG. 6 is a schematic representation of a gas supply system that may be used to supply gaseous fuel to a large two-stroke turbocharged internal combustion engine such as that depicted in FIGS. 1-4, for example. The gas supply system is an embodiment that can be installed on board a liquefied gas tanker, ie, a vessel that carries large quantities of liquefied gas fuels such as liquefied natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG).

このガス供給システムは、船舶の主機関や、当該船舶のガス燃料消費装置に、加圧ガス燃料を供給するように構成される。なお、ガス燃料消費装置には、例えば船舶で使用する熱や電気を生成するための発電機のセットや、ガス燃料で動作するボイラーなどがある。上記の発電機は、通常4ストローク内燃機関であり、船舶の主機関よりは著しく小さく、発電機やオルタネータを駆動する。特に、荷物の積み下ろしのための港に船舶が停留しているなど、船舶の主機関が停止している際にも使用される。 The gas supply system is configured to supply pressurized gaseous fuel to the main engine of the vessel and to the gaseous fuel consuming devices of the vessel. Gas fuel consumption devices include, for example, generator sets for generating heat and electricity for use in ships, boilers that operate on gas fuel, and the like. Such generators, typically four-stroke internal combustion engines, are significantly smaller than the ship's main engine and drive a generator and/or alternator. It is also used when the ship's main engine is stopped, especially when the ship is at a port for loading and unloading cargo.

このガス供給システムはまた、TDC又はその近辺でガス燃料を噴射するために、高圧ガス燃料を供給するように構成される。 The gas delivery system is also configured to deliver high pressure gas fuel for injecting the gas fuel at or near TDC.

このガス供給システムは、符号40で示されてきた、加圧ガス燃料の第2のソース40、すなわち圧力P2(例えば10~30bar)でガス燃料を供給するソース40であることができる。加圧ガス燃料の第2のソース40は図6において、破線の矩形で示されている。このガス供給システムはまた、符号35で示されてきた、高圧ガス燃料の第1のソース35、すなわち高い圧力P1(例えば150~450bar)でガス燃料を供給するソース35であることができる。図6では、高圧ガス燃料の第1のソース35も、破線の矩形で示されている。 This gas supply system can be a second source 40 of pressurized gaseous fuel, which has been designated 40, ie a source 40 supplying gaseous fuel at a pressure P2 (eg 10-30 bar). A second source 40 of pressurized gaseous fuel is indicated in FIG. 6 by a dashed rectangle. This gas supply system can also be a first source 35 of high pressure gaseous fuel, which has been designated 35, ie a source 35 supplying gaseous fuel at high pressure P1 (eg 150-450 bar). A first source 35 of high pressure gaseous fuel is also shown in FIG. 6 as a dashed rectangle.

ガス燃料供給システムは、クライオジェニック条件(cryogenic condition)で液化ガス燃料を貯蔵する1つ又は複数の貯蔵タンク26と、高圧プライオポンプ37とを有する。高圧クライオポンプユニット37の入口は、液化ガス燃料の供給を受けるために、貯蔵タンク26に接続される。高圧クライオポンプへの極低温液化ガス燃料流は、典型的には、0より少し高い圧力から10barくらいの間の圧力、例えば約5barの圧力を有し、また例えば、およそ110Kの温度を有する。 The gas fuel supply system has one or more storage tanks 26 for storing liquefied gas fuel in cryogenic conditions and a high pressure plyopump 37 . The inlet of the high pressure cryopump unit 37 is connected to the storage tank 26 for receiving a supply of liquefied gas fuel. The cryogenic liquefied gas fuel stream to the high pressure cryopump typically has a pressure between slightly above zero and around 10 bar, eg about 5 bar, and a temperature of eg around 110K.

高圧クライオポンプユニット37の出口には第1の供給管36が接続され、高圧液化ガス燃料流が高圧ポンプ37から高圧気化器38へと送られる。(気化された)高圧液化ガス燃料流は、高圧気化器38からヒーター39を通って、主機関の高圧燃料噴射システムへと送られる。高圧ガス燃料流をヒーター39に通すことは場合による。このステップは、主機関の噴射システムに届けられるガス燃料が、当該噴射システムで扱える程度の温度を有することを確実にするために、必要でありうる。そのような必要性は、噴射システムの素材や構成にも依存する。多くの噴射システムは、極低温を扱うには適しておらず、そのため高圧ガス燃料流を昇温することが必要になることが多い。 A first supply line 36 is connected to the outlet of the high pressure cryopump unit 37 to deliver a high pressure liquefied gas fuel stream from the high pressure pump 37 to the high pressure vaporizer 38 . The (vaporized) high pressure liquefied gas fuel stream is passed from the high pressure vaporizer 38 through the heater 39 to the main engine high pressure fuel injection system. Passing the high pressure gas fuel stream through the heater 39 is optional. This step may be necessary to ensure that the gaseous fuel delivered to the injection system of the main engine has a temperature that the injection system can handle. Such needs also depend on the materials and construction of the injection system. Many injection systems are not well suited to handle cryogenic temperatures, so it is often necessary to heat up the high pressure gaseous fuel stream.

高圧クライオポンプユニット37から排出される高圧液化燃料流は、典型的には150から450barの圧力を有する。例えば350barである。また温度は例えば、およそ119Kである。高圧気化器38から出た高圧(気化)ガス燃料流は、典型的には150から450barの圧力を有する。例えば350barである。また温度は例えば、およそ154Kである。高圧ガス燃料がヒーター39を通過すると、圧力はほぼ変化がないが、温度は例えば318Kになる。 The high pressure liquefied fuel stream exiting the high pressure cryopump unit 37 typically has a pressure of 150 to 450 bar. For example 350 bar. Also, the temperature is, for example, approximately 119K. The high pressure (vaporized) gaseous fuel stream leaving the high pressure vaporizer 38 typically has a pressure of 150 to 450 bar. For example 350 bar. Also, the temperature is, for example, approximately 154K. As the high pressure gaseous fuel passes through the heater 39, the pressure remains almost unchanged, but the temperature becomes, for example, 318K.

このように、ある実施例における高圧液化ガス燃料流は、150bar以上の圧力を有し、高圧液化ガス燃料流から、主機関に噴射されるための高圧ガス燃料流へと変換されるために、高圧気化器38を通過する。 Thus, the high pressure liquefied gas fuel stream in certain embodiments has a pressure of 150 bar or more, and is converted from the high pressure liquefied gas fuel stream into a high pressure gas fuel stream for injection into the main engine, Pass through high pressure vaporizer 38 .

ボイルオフガス管42は、貯蔵タンク26のボイルオフガス出口をコンプレッサーユニットの入口に接続し、ボイルオフガス流をコンプレッサーユニット48に導く。ボイルオフガス管42には第1の熱交換器43が設けられ、コンプレッサーユニット48に送られるボイルオフガス流の温度を上げる。ある実施例において、ボイルオフガス管42内のボイルオフガスの圧力はおよそ1barである。また温度は、例えばおよそ140Kである。これが第1の熱交換器43を通過すると、例えばおよそ230Kに昇温される。 A boil-off gas pipe 42 connects the boil-off gas outlet of the storage tank 26 to the inlet of the compressor unit and directs the boil-off gas stream to the compressor unit 48 . The boil-off gas line 42 is provided with a first heat exchanger 43 to increase the temperature of the boil-off gas stream delivered to the compressor unit 48 . In one embodiment, the pressure of the boil-off gas in the boil-off gas line 42 is approximately 1 bar. Also, the temperature is, for example, approximately 140K. When this passes through the first heat exchanger 43, it is heated to approximately 230K, for example.

コンプレッサーユニット48は、ボイルオフガス流の圧力を高め、加圧ガス燃料流を生成する。コンプレッサーユニット48の出口における加圧ガス燃料流の圧力は、例えばおよそ15barであり、温度は例えばおよそ318Kである。実施例によって、コンプレッサーユニット48は、シングルステージのコンプレッサーであってもよく、マルチステージのコンプレッサーユニットであってもよい。マルチステージの場合、各ステージにクーラー45が設けられてもよい。 A compressor unit 48 increases the pressure of the boil-off gas stream to produce a pressurized gaseous fuel stream. The pressure of the pressurized gaseous fuel stream at the outlet of the compressor unit 48 is for example approximately 15 bar and the temperature is for example approximately 318K. Depending on the embodiment, compressor unit 48 may be a single-stage compressor or a multi-stage compressor unit. In the case of multiple stages, each stage may be provided with a cooler 45 .

コンプレッサーユニット48の出口には第2の供給管41が接続され、加圧ガス燃料流の第1の部分を、加圧燃料を消費する1つ又は複数の装置に送る。この装置には例えば、圧縮ストローク中に加圧ガス燃料を導入する主機関が含まれる。またこの装置には、供給管47を通じて加圧ガス燃料が供給される、発電機のセットやボイラーが含まれてもよい。 A second feed line 41 is connected to the outlet of the compressor unit 48 to deliver a first portion of the pressurized gaseous fuel stream to one or more devices that consume the pressurized fuel. This equipment includes, for example, a main engine that introduces pressurized gaseous fuel during the compression stroke. The apparatus may also include a generator set or boiler supplied with pressurized gaseous fuel through supply line 47 .

コンプレッサーユニット48の出口には、再液化管46も接続される。これは、第1の熱交換器43を流れるボイルオフガスとの熱交換のために、加圧ガス燃料流の第2の部分を第1の熱交換器43に通し、続いて高圧気化ユニット38を流れる高圧液化燃料流又は気化したガス燃料との熱交換のために、加圧ガス燃料流の前記第2の部分を高圧気化ユニット38に通す。熱交換器43を通過すると、加圧ガス燃料流の温度は、例えばおよそ159Kになるが、圧力はほぼ変わらず、およそ15barのままである。高圧気化器38を通過すると、加圧ガス燃料流は、気化された高圧ガス燃料流によって冷やされ、温度は例えば122Kになる。圧力はほぼ変わらず、およそ15barのままである。そして、再液化管46内の加圧ガス燃料流のほとんどは再液化される。 A reliquefaction pipe 46 is also connected to the outlet of the compressor unit 48 . It passes a second portion of the pressurized gaseous fuel stream through the first heat exchanger 43 for heat exchange with the boil-off gas flowing through the first heat exchanger 43, followed by the high pressure vaporizer unit 38. Said second portion of the pressurized gaseous fuel stream is passed through a high pressure vaporization unit 38 for heat exchange with the flowing high pressure liquefied fuel stream or vaporized gaseous fuel. After passing through the heat exchanger 43, the temperature of the pressurized gaseous fuel stream is, for example, around 159 K, while the pressure remains almost unchanged, around 15 bar. Passing through the high pressure vaporizer 38, the pressurized gaseous fuel stream is cooled by the vaporized high pressure gaseous fuel stream to a temperature of, for example, 122K. The pressure remains almost unchanged, around 15 bar. Most of the pressurized gaseous fuel stream in reliquefaction line 46 is then reliquefied.

高圧気化器38の下流で、再液化管46は分離容器32に接続され、高圧気化器38の冷却作用により作られた液化ガス燃料が収集される。分離容器32は、未だガス状の燃料から、再液化されたガス燃料を分離する。分離容器32の液体排出口と貯蔵タンク26の入口との間を再液化ガス管33が繋いでおり、再液化されたガス燃料を貯蔵タンク26に導いている。また、分離容器32のガス排出口とボイルオフガス管42との間をガス再循環路34が繋いでおり、残ったガス燃料が液化サイクルに改めて加われるようにされる。 Downstream of the high pressure vaporizer 38 , a reliquefaction line 46 is connected to the separation vessel 32 to collect the liquefied gas fuel produced by the cooling action of the high pressure vaporizer 38 . Separation vessel 32 separates the reliquefied gaseous fuel from the still gaseous fuel. A reliquefied gas line 33 connects between the liquid outlet of the separation vessel 32 and the inlet of the storage tank 26 and conducts the reliquefied gaseous fuel to the storage tank 26 . A gas recirculation line 34 also connects between the gas outlet of the separation vessel 32 and the boil-off gas line 42 to allow the remaining gaseous fuel to rejoin the liquefaction cycle.

図7は、ガス燃料供給システムの別の実施例を描いたものである。とはいえこの実施例は、図6の実施形態に従うガス燃料供給システムとほとんど同一である。図7の実施例において、既に説明又は図示した構k成や特徴と同じ又は対応する構成及び特徴については、以前に使われたものと同じ符号を付している。 FIG. 7 depicts another embodiment of a gas fuel supply system. However, this embodiment is almost identical to the gas fuel supply system according to the embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 7, structures and features that are the same as or correspond to structures and features already described or illustrated are labeled with the same reference numerals as previously used.

この実施例では、例えば膨張弁(expansion valve)のようなスロットル装置29が、再液化管46に設けられる。スロットル装置29は気化器38と分離容器32との間に配され、加圧ガス燃料流の第2の部分にスロットル過程を加える。 In this embodiment a throttling device 29 , for example an expansion valve, is provided in the reliquefaction line 46 . A throttling device 29 is disposed between the vaporizer 38 and the separation vessel 32 to subject the second portion of the pressurized gaseous fuel stream to a throttling process.

ある実施例において、スロットル装置29は膨張弁である。スロットル装置29は、更なる冷却効果を加える。この効果はジュール=トムソン効果(又はジュール=ケルビン効果、ケルビン=ジュール効果)として知られているジュール=トムソン効果は、(理想気体とは異なる)現実の気体や液体が、外部環境との熱交換がなされない状況において、弁や多孔質の栓を通過させられた時の温度変化を説明する。この過程は、スロットル過程又はジュール=トムソン過程と呼ばれる。天然ガスや石油ガスのようなガス燃料は、オリフィスを通されて絞り操作を受けると、ジュール=トムソン過程に従って膨張・冷却される。気体を冷却させるスロットル過程は、エアコンやヒートポンプ、液化装置のような冷却装置で広く利用されている。 In one embodiment, throttle device 29 is an expansion valve. Throttle device 29 adds an additional cooling effect. This effect is known as the Joule-Thomson effect (or Joule-Kelvin effect, Kelvin-Joule effect). Describe the change in temperature when passing through a valve or porous plug in a situation where no pressure is applied. This process is called the throttle process or the Joule-Thomson process. Gas fuels, such as natural gas and petroleum gas, expand and cool according to the Joule-Thomson process when passed through an orifice and subjected to a throttling operation. Throttle processes for cooling gases are widely used in refrigeration systems such as air conditioners, heat pumps and liquefiers.

ガス燃料供給システムにおけるボイルオフガスの液化は、ハンプソン=リンデサイクルと同様である。(ハンプソン=リンデサイクルは、気体の液化に広く利用されている。)ハンプソン=リンデサイクルは、ジュール=トムソン効果に依拠しており、次のステップを有する。
1)加熱: コンプレッサーユニット48内でガスを圧縮することによって加熱する。つまり、加圧ガス燃料に外部エネルギーが追加される。これは、ハンプソン=リンデサイクルを走らせるために必要なものを与えるためである。
2)熱交換器43内において、後続の(そして最後の)ステージからの戻りガスによって冷却される。
3)冷却: 冷やされた環境にガスを晒すことによって行われる。高圧気化器38内で、熱(従ってエネルギー)の一部が失われる。
4)更なる冷却: ジュール=トムソン・オリフィスにガスを通すことによって行われる。熱が奪われるが、エネルギーは保存される。ただし、運動エネルギーではなく、ポテンシャルエネルギーになっている。
Liquefaction of the boil-off gas in gas fueling systems is similar to the Hampson-Linde cycle. (The Hampson-Linde cycle is widely used for gas liquefaction.) The Hampson-Linde cycle relies on the Joule-Thomson effect and has the following steps.
1) Heating: heating by compressing the gas in the compressor unit 48; That is, external energy is added to the pressurized gaseous fuel. This is to give you what you need to run the Hampson-Linde cycle.
2) cooled in heat exchanger 43 by return gas from subsequent (and final) stages;
3) Cooling: done by exposing the gas to a chilled environment. Some of the heat (and thus energy) is lost in the high pressure vaporizer 38 .
4) Further cooling: done by passing the gas through a Joule-Thomson orifice. Heat is taken away, but energy is conserved. However, it is potential energy instead of kinetic energy.

これらのステップによって、ガス燃料のほとんどは再液化され、残ったガス燃料は現在のサイクルにおいて最も低温になっている。これはリサイクルされ、コンプレッサーユニット46に戻されて、熱交換器43におけるクーラントとして用いられて熱せられ、最初の段階に戻って次のサイクルが開始される。そして、コンプレッサーユニット46で再び加熱される。 These steps re-liquefy most of the gas fuel and the remaining gas fuel is the coldest in the current cycle. It is recycled and returned to the compressor unit 46 where it is used as coolant in the heat exchanger 43 to heat it and go back to the beginning to start the next cycle. Then, it is heated again by the compressor unit 46 .

ガス供給システムは比較的シンプルであり、コンプレッサーはおよそ10~20barの圧力を提供し、貯蔵タンクから生成される全てのボイルオフガスに対応することができる。高圧気化システムは、エンジンの最大負荷時に必要とされる全燃料量の30~50%を供給することができる。 The gas supply system is relatively simple, the compressor provides a pressure of approximately 10-20 bar and can handle all the boil-off gas produced from the storage tank. A high pressure vaporization system can supply 30-50% of the total fuel quantity required at maximum engine load.

従ってこのガス供給システムは、本来的に冗長性を有する。そしてそのため、冗長性を持たせるための別のシステムを設ける必要がなく、コストを節約することができる。 This gas supply system is therefore inherently redundant. And so there is no need to provide a separate system for redundancy, which saves costs.

図8は、大型2ストロークターボ過給式内燃機関の更なる実施例を描いたものである。そのガス燃料供給システムは、図1-4の実施例のガス燃料供給システムと基本的に同一である。図8の実施例において、既に説明又は図示した構成や特徴と同じ又は対応する構成及び特徴については、以前に使われたものと同じ符号を付している。図1-4の実施例と比べたこの実施例の主な違いは、シリンダカバー22にガス燃料導入弁30が搭載されていることである。この実施例では、燃料弁30,50の全てがシリンダカバー22に配される。 FIG. 8 depicts a further embodiment of a large two-stroke turbocharged internal combustion engine. The gas fuel supply system is essentially the same as the gas fuel supply system of the embodiment of FIGS. 1-4. In the embodiment of FIG. 8, structures and features that are the same as or correspond to structures and features already described or illustrated are labeled with the same reference numerals as previously used. The main difference of this embodiment compared to the embodiment of FIGS. In this embodiment, all of the fuel valves 30, 50 are arranged on the cylinder cover 22. As shown in FIG.

多くの側面及び実装形態が、いくつかの実施例と共に説明されてきた。しかし、本願の明細書や図面、特許請求の範囲を検討すれば、当業者は、特許請求の範囲に記載される発明を実施するにおいて、説明された実施例に加えて多くのバリエーションが存在することを理解し、また具現化することができるであろう。特許請求の範囲に記載される「備える」「有する」「含む」との語句は、記載されていない要素やステップが存在することを排除しない。特許請求の範囲において記載される要素の数が複数であると明示されていなくとも、当該要素が複数存在することを除外しない。特許請求の範囲に記載されるいくつかの要素の機能は、単一のプロセッサやコントローラ、その他のユニットによって遂行されてもよい。いくつかの事項が別々の従属請求項に記載されていても、これらを組み合わせて実施することを排除するものではなく、組み合わせて実施して利益を得ることができる。 A number of aspects and implementations have been described with some examples. However, many variations in addition to those described exist in the practice of the claimed invention by one of ordinary skill in the art upon review of the specification, drawings, and claims of this application. understand and be able to implement it. The verbs "comprising," "having," and "including" in the claims do not exclude the presence of elements or steps not recited. The absence of an explicit plural number of an element in a claim does not exclude the presence of a plurality of such elements. The functions of several elements recited in the claims may be performed by a single processor, controller or other unit. The mere fact that certain items are recited in separate dependent claims does not preclude their joint practice, which may be practiced to advantage.

特許請求の範囲で使用されている符号は発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。 Any reference signs used in the claims shall not be construed as limiting the scope of the invention.

Claims (4)

船舶の主機関及び該船舶のガス燃料消費装置に加圧ガス燃料を供給するシステムであって、前記システムは、
クライオジェニック条件で液化ガス燃料を貯蔵する貯蔵タンクと;
液化ガス燃料の供給を受けるための入口であって前記貯蔵タンクに接続される入口を有する高圧クライオポンプユニットと;
前記高圧クライオポンプユニットの出口に接続される第1供給管と;
高圧気化器と;
を備え、前記第1供給管は、高圧液化ガス燃料流を前記高圧気化器に導いて、前記主機関のための高圧ガス燃料流に変化させるべく、前記高圧クライオポンプユニットの出口から延伸して前記高圧気化器を通り、前記システムは更に、
前記貯蔵タンクのボイルオフガス出口をコンプレッサーユニットの入口に接続し、ボイルオフガス流を前記コンプレッサーユニットに導くボイルオフガス管と;
第1の熱交換器と;
を備え、
前記第1の熱交換器内で前記ボイルオフガス流の熱交換が行われるように、前記ボイルオフガス管は前記第1の熱交換器を通り、
前記コンプレッサーユニットは、前記ボイルオフガス流の圧力を高めて加圧ガス燃料流を作り、
前記システムは更に、
前記加圧ガス燃料流の第1の部分を、加圧ガス燃料を消費する1つ又は複数の装置に送達するために、前記コンプレッサーユニットの出口に接続される第2供給管と;
前記第1の熱交換器を流れるボイルオフガスとの熱交換のために、前記加圧ガス燃料流の第2の部分を前記第1の熱交換器に通し、続いて前記高圧気化器を流れる前記高圧液化ガス燃料流又は気化したガス燃料流との熱交換のために、前記加圧ガス燃料流の前記第2の部分を前記高圧気化器に通すように、前記コンプレッサーユニットの出口に接続される再液化管と、
を備え、
前記システムは更に、前記加圧ガス燃料流の前記第2の部分にスロットル過程を適用して該スロットル過程の冷却効果により液化するために、前記高圧気化器の下流の前記再液化管にスロットル装置を備えると共に、前記高圧気化器及び前記スロットル過程の冷却効果により生成した液化ガス燃料を収集し、再液化ガス燃料から余分なガス燃料を分離するため分離容器であって、前記スロットル装置の下流に、前記再液化管に接続される分離容器を備える、システム。
1. A system for supplying pressurized gaseous fuel to a main engine of a ship and gaseous fuel consuming devices of the ship, said system comprising:
a storage tank for storing liquefied gas fuel under cryogenic conditions;
a high pressure cryopump unit having an inlet connected to said storage tank for receiving a supply of liquefied gas fuel;
a first supply pipe connected to the outlet of the high pressure cryopump unit;
a high pressure vaporizer;
and said first supply line extends from an outlet of said high pressure cryopump unit for conducting a high pressure liquefied gas fuel stream to said high pressure vaporizer for conversion into a high pressure gas fuel stream for said main engine. Through the high pressure vaporizer, the system further comprises:
a boil-off gas pipe connecting the boil-off gas outlet of said storage tank to the inlet of a compressor unit and conducting a boil-off gas stream to said compressor unit;
a first heat exchanger;
with
said boil-off gas pipe passing through said first heat exchanger such that heat exchange of said boil-off gas stream takes place within said first heat exchanger;
the compressor unit increases the pressure of the boil-off gas stream to produce a pressurized gaseous fuel stream;
The system further includes:
a second supply pipe connected to an outlet of said compressor unit for delivering a first portion of said stream of pressurized gaseous fuel to one or more devices consuming pressurized gaseous fuel;
A second portion of the pressurized gaseous fuel stream is passed through the first heat exchanger and subsequently through the high pressure vaporizer for heat exchange with boil-off gas flowing through the first heat exchanger. connected to an outlet of said compressor unit to pass said second portion of said pressurized gaseous fuel stream through said high pressure vaporizer for heat exchange with a high pressure liquefied gaseous fuel stream or a vaporized gaseous fuel stream; a reliquefaction tube;
with
The system further includes a throttling device in the reliquefaction line downstream of the high pressure vaporizer for applying a throttling process to the second portion of the pressurized gaseous fuel stream to liquefy it by the cooling effect of the throttling process. a separation vessel for collecting liquefied gas fuel produced by the cooling effect of said high pressure vaporizer and said throttling process and for separating excess gaseous fuel from re-liquefied gas fuel, said separation vessel downstream of said throttling device; , a separation vessel connected to said reliquefaction line.
前記分離容器の液体排出口を前記貯蔵タンクの入口に接続し、再液化されたガス燃料を前記貯蔵タンクに送達する、再液化ガス管と;
前記分離容器のガス排出口を前記ボイルオフガス管に接続するガス再循環路と;
を備える、請求項1に記載のシステム。
a reliquefied gas line connecting the liquid outlet of the separation vessel to the inlet of the storage tank and delivering reliquefied gas fuel to the storage tank;
a gas recirculation line connecting the gas outlet of the separation vessel to the boil-off gas pipe;
2. The system of claim 1, comprising:
前記高圧ガス燃料流を主機関に供給する前に暖めるべく、前記高圧気化器の下流の前記第1供給管にヒーターを備える、請求項1又は2に記載のシステム。 3. A system according to claim 1 or 2, comprising a heater in said first supply line downstream of said high pressure carburetor to warm said high pressure gaseous fuel stream before supplying it to the main engine. 船舶の主機関に高圧ガス燃料を供給し、該船舶の加圧ガス消費装置に加圧ガス燃料流を供給する方法であって、
クライオジェニック条件で液化ガス燃料を貯蔵タンク内に貯蔵することと;
貯蔵されている前記液化ガス燃料から取り出した液化ガス燃料流を高圧ポンプへと送り込み、高圧液化ガス燃料流を作ることと;
前記高圧液化ガス燃料流を、高圧気化器内で高圧ガス燃料流へと気化することと;
前記高圧ガス燃料流を前記主機関に供給することと;
加圧ガス燃料流を作るべく、貯蔵されている前記液化ガス燃料からボイルオフガス流をコンプレッサーに導くことと;
前記コンプレッサー内のクーラーで前記ボイルオフガス流を冷やすことと;
前記加圧ガス燃料流の第1の部分を、前記コンプレッサーから、加圧ガス燃料を消費する装置に供給することと;
前記加圧ガス燃料流の第2の部分を、前記コンプレッサーから再液化菅に導くことと;
第1の熱交換器内で前記第2の部分を前記ボイルオフガス流と熱交換すること、及びそれに続いて、第2の熱交換機内で前記第2の部分を前記高圧液化ガス燃料流と熱交換することと;
前記高圧液化ガス燃料流と熱交換することに続いて、前記第2の部分をスロットル装置に通して少なくとも部分的に液化し、続いて、前記第2の部分のうちの液化した部分とガス部分とを分離容器に通して前記液化した部分と前記ガス部分とに分離し、貯蔵されている前記液化ガス燃料に前記液化した部分を加え、前記ボイルオフガス流に前記ガス部分加えること;
を含む、方法。
1. A method of supplying pressurized gas fuel to a main engine of a ship and supplying pressurized gas fuel streams to pressurized gas consuming devices of the ship, comprising:
storing the liquefied gas fuel in a storage tank under cryogenic conditions;
pumping a liquefied gas fuel stream withdrawn from said stored liquefied gas fuel to a high pressure pump to produce a high pressure liquefied gas fuel stream;
vaporizing the high pressure liquefied gas fuel stream into a high pressure gas fuel stream in a high pressure vaporizer;
supplying said high pressure gaseous fuel stream to said main engine;
directing a boil-off gas stream from said stored liquefied gas fuel to a compressor to produce a pressurized gas fuel stream;
cooling the boil-off gas stream with a cooler within the compressor;
supplying a first portion of the stream of pressurized gaseous fuel from the compressor to a device that consumes pressurized gaseous fuel;
directing a second portion of the pressurized gaseous fuel stream from the compressor to a reliquefaction line;
heat exchanging said second portion with said boil-off gas stream in a first heat exchanger; and subsequently heat exchanging said second portion with said high pressure liquefied gas fuel stream in a second heat exchanger. to exchange;
following heat exchange with said high pressure liquefied gaseous fuel stream, said second portion is passed through a throttling device to at least partially liquefy, followed by a liquefied portion and a gaseous portion of said second portion; through a separation vessel to separate the liquefied portion and the gaseous portion, adding the liquefied portion to the stored liquefied gas fuel and adding the gaseous portion to the boil-off gas stream;
A method, including
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