JP3231535U - 中小型lng燃料推進船用lng蒸発ガス再液化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】別途の再液化システムが備えられていない中小型船舶でも、捨てられる蒸発ガス(BOG)を効果的にリサイクルし、中小型船舶の運航コストおよびバンカーリングコストが節減できる中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システムを提供する。【解決手段】蒸発ガス(BOG)を多数の熱交換器を介して多数回再液化する中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム100であって、蒸発ガス圧縮機110、インタンクポンプ120、加圧ポンプ130、第1熱交換器140および第2熱交換器150を含む。蒸発ガス圧縮機110は、LNG燃料タンク10内で発生する低圧の蒸発ガスを加圧、圧縮させ、第1熱交換器140および第2熱交換器150が、インタンクポンプ120を介して供給されるLNG燃料の冷熱を用いて、蒸発ガス圧縮機110を介して供給される蒸発ガスを冷却する。第1熱交換器140によって冷却された蒸発ガスを膨張させることにより、液化状態のLNG燃料に交換させ、LNG燃料タンク10に供給する。【選択図】図1

Description

本考案は、中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システムに係り、より具体的には、クリーン燃料として浮上するLNG燃料から発生する蒸発ガス(BOG)を多数の熱交換器を介して多数回再液化することにより、別途の再液化システムが備えられていない中小型船舶でも、捨てられるBOGを効果的にリサイクルされるようにするのはもとより、中小型船舶の運航コストおよびバンカーリングコストが節減されるようにする中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システムに関する。
一般に、LNGは、従来の化石燃料に比べ、SOx、NOxおよび二酸化炭素などの有害物質および温室効果ガスを低減することができるクリーン燃料として浮上しており、陸上だけでなく、海洋、すなわち造船および船舶分野においても活用先が非常に広がっている傾向にある。
LNGは、大気圧条件で−162℃の超低温の液体状態で存在し、超低温タンク内に貯蔵された後に個別の需要先に供給される。ちなみに、主な需要先に接続される天然ガス主配管供給網の圧力は、個々の国ごとに異なるが、通常、70〜120barの範囲で運営されている。
貯蔵タンクの内部に貯蔵されたLNGは、断熱材の使用により熱の流入が抑えられているが、大気温とタンク内の温度との差により必然的に熱が流入するしかなく、最近、断熱技術の発達により、船舶に使用される膜タンク(membrane tank)の場合は、1日あたり、貯蔵されたLNGの0.15%(vol%)が蒸発することが知られている。蒸発した蒸発ガスは、BOG圧縮機によって圧縮され、タンクに貯蔵されたLNGは、低圧ポンプおよび高圧ポンプを介して主配管供給網の圧力に昇圧された後、気化して送り出される。
蒸発ガス再液化装置は、低圧ポンプで一次昇圧されたLNGと加圧されたBOGとを互いに直接接触させることにより、LNGのサブクール(Sub−cooled)された顕熱(Sensible heat)でBOGを冷却/液化する装置である。最終的に、BOGが液化されたLNGは、高圧ポンプへ移送される。
このような蒸発ガス再液化装置は、大型LNG運搬船の場合には、設備が備えられているものの、中小型LNG燃料推進船泊の場合には、その規模的限界のため、しっかりとした設備が備えられないという問題点がある。
そこで、中小型LNG燃料推進船でも、捨てられるBOGを効果的に冷却して再び燃料として再利用するための再液化設備が求められる。
本考案は、前述した問題点を解決するためのもので、その目的は、別途の再液化システムが備えられていない中小型船舶でも、捨てられるBOGを効果的にリサイクルされるようにするのはもとより、中小型船舶の運航コストおよびバンカーリングコストが節減されるようにする中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システムを提供することにある。
本考案の一実施形態による中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システムは、LNG燃料タンクに接続され、前記LNG燃料タンク内の蒸発ガス(BOG)を圧縮する蒸発ガス圧縮機と、LNG燃料タンクの内側に設けられ、LNG燃料を加圧してエンジン方向に供給するインタンクポンプ(In−tank pump)と、前記インタンクポンプに接続され、前記インタンクポンプを介して供給されるLNG燃料を加圧することで、前記エンジンで要求する要求圧力を形成して前記エンジン方向に供給する加圧ポンプと、前記インタンクポンプと前記加圧ポンプとの間に設けられ、前記インタンクポンプを介して供給されるLNG燃料と前記蒸発ガス圧縮機を介して供給される蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、前記蒸発ガスを冷却する第1熱交換器と、前記加圧ポンプと前記蒸発ガス圧縮機との間に設けられ、前記加圧ポンプを介して供給されるLNG燃料と前記蒸発ガス圧縮機を介して供給される蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、前記蒸発ガスを冷却する第2熱交換器とを含み、前記蒸発ガス圧縮機を介して圧縮された蒸発ガスは、前記第2熱交換器を介して一次冷却が行われた後、前記第1熱交換器を介して二次冷却が行われることを特徴とすることができる。
一実施形態において、本考案は、前記蒸発ガス圧縮機に供給される蒸発ガスと、前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮が完了した蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮が完了した蒸発ガスを追加冷却する第3熱交換器をさらに含むことを特徴とすることができる。
一実施形態において、本考案は、前記蒸発ガス圧縮機を介して圧縮された蒸発ガスを再圧縮する蒸発ガス追加圧縮機をさらに含むことを特徴とすることができる。
一実施形態において、本考案は、前記インタンクポンプと前記第1熱交換器との間に設けられ、前記インタンクポンプを介して加圧されたLNG燃料を追加加圧するブースターポンプをさらに含むことを特徴とすることができる。
一実施形態において、前記第2熱交換器と前記エンジンとの間には、前記第2熱交換器を介して熱交換が行われたLNG燃料を気化させる気化器が設けられることを特徴とすることができる。
一実施形態において、本考案は、前記第1熱交換器と前記LNG燃料タンクとの間に設けられ、前記第1熱交換器によって冷却された前記蒸発ガスを膨張させて液化状態のLNG燃料に変換させた後、前記LNG燃料タンクへ供給する流量制御弁をさらに含むことを特徴とすることができる。
一実施形態において、本考案は、前記流量制御弁と前記LNG燃料タンクとの間に設けられ、前記流量制御弁を介して供給される液化状態のLNG燃料に残留する蒸発ガスを分離した後、分離された蒸発ガスは前記蒸発ガス圧縮機へ再供給する気液分離器をさらに含むことを特徴とすることができる。
本考案の一態様によれば、蒸発ガス(BOG)を多数の熱交換器を介して多数回再液化することにより、別途の再液化システムが備えられていない中小型船舶でも、捨てられるBOGを効果的にリサイクルすることができるようにするという利点を有する。
また、本考案の一態様によれば、自然に発生する蒸発ガスを利用する中小型LNG燃料推進船でも、運航条件に拘らず効果的に蒸発ガスを再液化して燃料としてリサイクルすることができるようにし、これにより船舶の運航コストおよびバンカーリングコストが節減されるようにするという利点を有する。
本考案の一実施形態による中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム100の構成を示す図である。 図1に示された中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システムを利用してLNG蒸発ガスを再液化するための方法を一連の順に示す図である。
以下、本考案の理解を助けるために、好適な実施形態を提示する。ところが、下記の実施形態は、本考案をより容易に理解するために提供されるものに過ぎない。本考案は、これらの実施形態に限定されるものではない。
図1は本考案の一実施形態による中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム100の構成を示す図である。
図1を参照すると、本考案の一実施形態による中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム100は、大きく、蒸発ガス圧縮機110、インタンクポンプ120、加圧ポンプ130、第1熱交換器140および第2熱交換器150を含んで構成できる。
また、さらに一実施形態では、第3熱交換器160、蒸発ガス追加圧縮機170、ブースターポンプ180、気化器190、流量制御弁200および気液分離器210をさらに含んで構成されてもよい。
まず、蒸発ガス圧縮機110は、LNG燃料タンク10に接続され、LNG燃料タンク10内で発生する低圧の蒸発ガス(BOG)を加圧、圧縮させることにより、温度を上昇させる役割を果たす。
より具体的には、蒸発ガス圧縮機110は、例えば30barg乃至100bargの範囲、好ましくは50bargに該当する圧力で低圧の蒸発ガスを圧縮させることにより、蒸発ガスの温度を摂氏100度乃至150度の温度に上昇させる。このような蒸発ガスは、追って、第1および第2熱交換器140、150を介して熱交換されることにより、氷点下130度〜氷点下155度の温度に冷却されて液化される。
インタンクポンプ(In−tank pump)120は、LNG燃料タンク10の内側に設けられ、LNG燃料を加圧して後述の加圧ポンプ130へ供給する役割を果たす。この時、インタンクポンプ120でLNG燃料を加圧する圧力値は、加圧ポンプ130で要求する圧力値に該当する。
加圧ポンプ130は、インタンクポンプ120に接続され、インタンクポンプ120を介して供給される、加圧されたLNG燃料をさらに加圧することにより、エンジンが要求する圧力を形成してエンジン方向に供給する役割を果たす。
第1熱交換器140は、インタンクポンプ120と加圧ポンプ130との間に位置し、インタンクポンプ120を介して供給される、加圧されたLNG燃料が持つ冷熱を用いて、蒸発ガス圧縮機110を介して供給される蒸発ガスを互いに熱交換させることにより蒸発ガスを冷却する役割を果たす。
このとき、蒸発ガス圧縮機110を介して供給される蒸発ガスは、後述の第2熱交換器150を介して一次冷却された蒸発ガスに該当する。つまり、第1熱交換器140は、後述の第2熱交換器150を介して一次冷却された蒸発ガスを二次的に追加冷却することにより、蒸発ガスを液化状態のLNG燃料となるようにする。
第2熱交換器150は、加圧ポンプ130と蒸発ガス圧縮機110との間に位置し、加圧ポンプ130を介して供給される、加圧されたLNG燃料が持つ冷熱を用いて、蒸発ガス圧縮機110を介して供給される蒸発ガスを互いに熱交換させることにより蒸発ガスを一次冷却する役割を果たす。つまり、第2熱交換器150が優先的に蒸発ガスを冷却した後、第1熱交換器140がこのような蒸発ガスをさらに冷却する。
このような第1および第2熱交換器140、150を用いた蒸発ガス冷却過程については、後述の図2を参照してより具体的に考察する。
本考案では、LNG燃料タンク10から蒸発ガス圧縮機110に向かって供給される蒸発ガスの冷熱を用いて、蒸発ガス圧縮機110によって圧縮が完了した蒸発ガスをさらに冷却するための第3熱交換器160をさらに含む。
第3熱交換器160は、LNG燃料タンク10と蒸発ガス圧縮機110とを接続するラインと、蒸発ガス圧縮機110と第2熱交換器150とを接続するラインにそれぞれまたがるように設けられる。
したがって、蒸発ガス圧縮機110を介して第2熱交換器150へ供給される蒸発ガスは、LNG燃料タンク10から第3熱交換器160へ供給される蒸発ガスの冷熱によって冷却される。
また、一実施形態において、本考案では、蒸発ガス圧縮機110を介して圧縮された蒸発ガスをより圧縮する蒸発ガス追加圧縮機170を含むことができる。
蒸発ガス追加圧縮機170は、圧縮された蒸発ガスの需要先である、天然ガスを燃料として用いるDFエンジン(DFGE)で使用されずに残った余剰蒸発がスを再圧縮して再び蒸発ガス圧縮機110へ供給する役割を果たす。この場合、再液化される蒸発ガスの圧力をより高めることにより、再液化効率および再液化量を高めることができる。
例えば、蒸発ガスの圧力が150bar〜170bar付近である場合には、再液化量が最大値を示すが、蒸発ガス追加圧縮機170は、これに合わせて、蒸発ガス圧縮機110を介して圧縮された蒸発ガスの圧力値が150bar〜170barとなるように追加圧縮させる役割を果たす。
また、一実施形態において、本考案では、インタンクポンプ120と第1熱交換器140との間で、インタンクポンプ120を介して加圧されたLNG燃料をさらに加圧するブースターポンプ180を含むことができる。ブースターポンプ180は、インタンクポンプ120を介して加圧されたLNG燃料をより加圧して高圧力(例えば、300barg)のLNG燃料が第1熱交換器140に供給されるようにする。
また、一実施形態において、本考案は、第2熱交換器150と船舶のエンジンとの間には、第2熱交換器150を介して熱交換が行われたLNG燃料を気化させる気化器190を含んで構成される。このとき、気化器190は、加圧ポンプ130によって加圧され且つ熱交換が行われたLNG燃料を気化させることにより、エンジンで要求する温度を作る役割を果たす。このような気化器は、熱媒体として高温の水または蒸気が適用できる。
また、一実施形態において、本考案は、第1熱交換器140とLNG燃料タンク10との間で、第1熱交換器140によって冷却された蒸発ガスを膨張させることにより、液化状態のLNG燃料を変換させた後、LNG燃料タンク10へ供給されるようにする流量制御弁200を含んで構成される。
流量制御弁200は、ジュール−トムソン(Jule thomson)弁に該当し、第1熱交換器140によって冷却された蒸発ガスを急激に膨張させることにより、圧縮ガスの圧力降下によって液化状態のLNG燃料となるようにして、LNG燃料タンク10に供給されるようにする。このような流量制御弁200によって略氷点下160度の温度で再液化できる。
また、一実施形態において、本考案は、流量制御弁200とLNG燃料タンク10との間で、流量制御弁200を介して供給される液化状態のLNG燃料に残留する蒸発ガスを分離した後、分離された蒸発ガスを蒸発ガス圧縮機110へ再供給する気液分離器210を含んで構成できる。
気液分離器210は、流量制御弁200によって再液化されたLNG燃料をLNG燃料タンク10内へ供給するためのラインと、再液化されたLNG燃料から残留蒸発ガスを分離した後、分離された蒸発ガスを、さらにLNG燃料タンク10と蒸発ガス圧縮機110とを接続する蒸発ガス供給ラインへ供給するためのラインとに区画される。
したがって、気液分離器210によって分離された蒸発ガスは、再びLNG燃料タンク10から供給されるLNG燃料と合流した後、蒸発ガス圧縮機110へ供給される。
以下に、図2を参照して、LNG蒸発ガスを再液化する過程について順次説明する。
まず、LNG燃料タンク10に接続された蒸発ガス圧縮機110を用いて、LNG燃料タンク10から排出される蒸発ガスを圧縮する(S201)。
次に、LNG燃料タンク10の内側に設けられるインタンクポンプ120を介してLNG燃料を加圧した後、インタンクポンプ120に接続された加圧ポンプ130を用いて、エンジンで要求する要求圧力を形成してエンジン方向に供給する(S202)。
その後、蒸発ガス圧縮機110と加圧ポンプ130との間に設けられる第2熱交換器150によって、加圧ポンプ130を介して供給されるLNG燃料と蒸発ガス圧縮機110を介して供給される蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、蒸発ガスを一次的に冷却する(S203)。
次に、加圧ポンプ130とインタンクポンプ120との間に設けられる第1熱交換器140によって、インタンクポンプ120を介して供給されるLNG燃料と第2熱交換器150を介して一次冷却された蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、蒸発ガスを二次冷却してLNG燃料タンク10へ供給する(S204)。
上述したように、本考案によれば、第1熱交換器140および第2熱交換器150を用いて、LNG燃料タンク10内の蒸発ガスを一次および二次的に再液化することにより、別途の再液化システムが備えられていない中小型船舶でも、捨てられるBOGを効果的にリサイクルすることができるようにするというという利点を有する。
以上、本考案の好適な実施形態を参照して説明したが、当該技術分野における熟練した当業者であれば、下記の請求の範囲に記載された本考案の思想および領域から逸脱することなく、本考案を多様に修正および変更させることができることが理解できるだろう。
100 中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム
110 蒸発ガス圧縮機
120 インタンクポンプ
130 加圧ポンプ
140 第1熱交換器
150 第2熱交換器
160 第3熱交換器
170 蒸発ガス追加圧縮機
180 ブースターポンプ
190 気化器
200 流量制御弁
210 気液分離器

Claims (7)

  1. LNG燃料タンクに接続され、前記LNG燃料タンク内の蒸発ガス(BOG)を圧縮する蒸発ガス圧縮機と、
    前記LNG燃料タンクの内側に設けられ、LNG燃料を加圧してエンジン方向に供給するインタンクポンプ(In−tank pump)と、
    前記インタンクポンプに接続され、前記インタンクポンプを介して供給されるLNG燃料を加圧して、前記エンジンで要求する要求圧力を形成して前記エンジン方向に供給する加圧ポンプと、
    前記インタンクポンプと前記加圧ポンプとの間に設けられ、前記インタンクポンプを介して供給されるLNG燃料と前記蒸発ガス圧縮機を介して供給される蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、前記蒸発ガスを冷却する第1熱交換器と、
    前記加圧ポンプと前記蒸発ガス圧縮機との間に設けられ、前記加圧ポンプを介して供給されるLNG燃料と前記蒸発ガス圧縮機を介して供給される蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、前記蒸発ガスを冷却する第2熱交換器とを含み、
    前記蒸発ガス圧縮機を介して圧縮された蒸発ガスは、前記第2熱交換器を介して一次冷却が行われた後、前記第1熱交換器を介して二次冷却が行われることを特徴とする、中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム。
  2. 前記蒸発ガス圧縮機へ供給される蒸発ガスと前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮が完了した蒸発ガスとを互いに熱交換させることにより、
    前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮が完了した蒸発ガスを追加冷却する第3熱交換器をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム。
  3. 前記蒸発ガス圧縮機を介して圧縮された蒸発ガスを再圧縮する蒸発ガス追加圧縮機をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム。
  4. 前記インタンクポンプと前記第1熱交換器との間に設けられ、前記インタンクポンプを介して加圧されたLNG燃料を追加加圧するブースターポンプをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム。
  5. 前記第2熱交換器と前記エンジンとの間には、
    前記第2熱交換器を介して熱交換が行われたLNG燃料を気化させる気化器が設けられることを特徴とする、請求項1に記載の中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム。
  6. 前記第1熱交換器と前記LNG燃料タンクとの間に設けられ、前記第1熱交換器によって冷却された前記蒸発ガスを膨張させて液化状態のLNG燃料に変換させた後、前記LNG燃料タンクへ供給する流量制御弁をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム。
  7. 前記流量制御弁と前記LNG燃料タンクとの間に設けられ、前記流量制御弁を介して供給される液化状態のLNG燃料に残留する蒸発ガスを分離した後、分離された蒸発ガスを前記蒸発ガス圧縮機へ再供給する気液分離器をさらに含むことを特徴とする、請求項6に記載の中小型LNG燃料推進船用LNG蒸発ガス再液化システム。
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