JP4843602B2 - 船舶のガス供給装置、および船舶内におけるガス供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部分に記載した船舶のガス供給装置、および請求項５の前段部分に記載した船舶のガス供給装置におけるガス供給方法に関する。

船舶でエネルギー源としてガスを使用することは、その効率的な燃焼および低排出（低エミッション）のために好都合である。通常、ガスは液化した形で貯蔵される。これは、そのようにすると貯蔵に必要な空間が小さくなるためである。

ＬＮＧ（液化天然ガス）タンカーの推進システムは、通常、カーゴを利用することによって駆動される。タンカーにおけるガスの貯蔵は、内部にアレージ空間部および液相部が形成された断熱カーゴ・タンクを用いることにより構成される。カーゴ・タンク内の圧力はほぼ大気圧レベルであり、液化ガスの温度は約マイナス１６３℃である。カーゴ・タンクの断熱はきわめて優れているが、ＬＮＧの温度が徐々に上昇すると、いわゆる天然ボイルオフ・ガスの生成を引き起こす。カーゴ・タンク内の圧力が大きく上昇しないようにするためにボイルオフ・ガスを除去しなければならない。これは、カーゴ・タンクが圧力の変化にきわめて敏感なためである。ボイルオフ・ガスは、推進システムなどのタンカーの消費デバイスで利用することができる。しかし、天然ボイルオフ・ガスの量は、あらゆる状況で必要とされる推進エネルギーすべてを供給するには不十分であり、したがって船舶は、追加のガス、いわゆる強制ボイルオフ・ガスを得るための追加の手段を備えていなければならない。

例えば仏国特許出願公開第２７２２７６０号明細書には、強制沸騰気化器に液化ガスを供給する構成が示されている。強制沸騰気化器において液化ガスは蒸発してガス状になり、それを天然ボイルオフ・ガスの流れと組み合わせてもよい。

欧州特許出願公開第１３４８６２０号明細書は、天然ボイルオフ・ガスが圧縮機へ導かれるガス供給装置を示している。圧縮機は、供給ラインを介してガスを消費に送り出す前に、ガスの圧力を高める。さらに、ガス供給装置は強制沸騰気化器も含み、この沸騰気化器において、ポンプによりあらかじめ高い圧力とされた液化ガスが気化される。この構成では、天然ボイルオフ・ガスの圧力を高めた後、強制沸騰したガス部分を天然ボイルオフ・ガスと混合する。しかしそれは、カーゴ・タンクからメイン・ガス供給ラインまでに２つの並行するガス供給システムを必要とする、やや複雑なシステムである。そのような構成は、やや複雑な制御システムも必要とする。

本発明の目的は、従来技術の前述の問題および他の問題を解決する船舶用のガス供給装置を提供することである。本発明の目的は、供給ラインにおける均一な圧力、および船舶の消費デバイスに対する信頼性のあるガス供給を実現する液化ガス・タンクを備えた、船舶のための簡単で信頼性ある装置および方法を提供することでもある。

本発明の目的は、実質的には、請求項１および請求項５、ならびに他の請求項により詳細な方法として開示されたようにして満足される。以下では、本発明を主に１つのガス・タンクに関連して記述する。しかし、船舶が個別のガス供給装置をそれぞれ有する複数のガス・タンクを備えることができること、あるいは共用のガス供給装置を有する複数のガス・タンクを並行に接続することができることは明らかである。

アレージ空間部および液相部を有するガス・タンクに液化ガスを入れて運搬するようになっている船舶のガス供給装置。本発明によれば、このガス供給装置は船舶の要求に対してガスを供給し、またこの装置は、ガス・タンク内で生成されたガスを消費デバイスへ送出するために設けたガス供給ラインを有している。本発明の基本的な考えは、特にアレージ空間部内および／または液相部の表面上に相転移現象に有利な環境を提供することによって、ガス・タンク自体においてガスを制御可能に蒸発（気化）させることである。

好ましい実施例によれば、ガス供給装置は、ガスをアレージ空間部へ導入するための配管であって、少なくとも１つのポンプを備えたガス・タンクの液相部からアレージ空間部へ延びる配管を備えている。配管は、導入したガスの温度に対して作用する熱伝達ユニットを備えている。このようにして、ガス供給装置は船舶の要求に対して制御可能な量の気体状のガスを発生させることができる。ガス供給装置は、ガス・タンクのアレージ空間部内の圧力を測定するようになっている第１のセンサを備えていることが有利である。配管は配管内のガスの流れを制御する制御弁を備え、第１のセンサは制御弁と制御連絡するように配置される。このように、配管を通るガスの流速が、ガス・タンクのアレージ空間部内で測定された圧力に基づいて制御される。

熱伝達ユニットは、熱交換器を有している。熱交換器は、ガスがそれを通して流れることができるように配管内に配置される。配管は、熱交換器の近傍を通るバイパス流路、および熱交換器とバイパス流路の間でガスの流れを制御する三方弁もまた備えている。ガス供給装置は、ガス・タンクのアレージ空間部内の温度を測定するようになっている第２のセンサを備えていることが有利である。第２のセンサは、三方弁と制御連絡するように配置され、したがって三方弁は、アレージ空間部を支配する温度に基づいて、熱交換器とバイパス流路の間でガスの流れを分配する。

本発明によれば、アレージ空間部および液相部を有する液化ガス・タンク、およびガス消費デバイスを備えた船舶内のガス供給方法において、ガスがガス・タンク内で蒸発されて、ガス供給ラインを経由して消費デバイスへ導かれる。同時に、ガス・タンク内の圧力が、第１のセンサによって実質的に連続して測定される。ガス・タンク内でのガスの蒸発速度は、液化ガスをアレージ空間部内へ制御可能に噴霧することによって制御され、噴霧される液化ガスの流速は、第１のセンサの圧力測定に基づいて制御される。このように、アレージ空間部内および／または液相部の表面上に相転移現象のための環境が提供され、相転移は第１のセンサの圧力測定に基づいて制御される。

噴霧されるガスの温度は、ガス・タンクのアレージ空間部に関連して設けられた第２のセンサによって測定される温度値に基づいて制御される。

本発明は、いくつかの利点を有している。まず第１に、必要な構成要素の数が最小限に抑えられ、そのため設置が簡単且つ省スペースになる。また新規な圧力制御方法により、圧力および気体状ガス生成の制御がきわめて正確になる。本発明では、液化ガスからの重質炭化水素の蒸発を最小限に抑えることにより、ガス・エンジンの動作により適したガスを供給することも可能になる。

以下に本発明を添付の概略図を参照して説明する。

図１は、ＬＮＧタンカーなどのような船舶６の断面を概略的に示している。船舶６は、液化ガスをそのガス・タンク４に入れて運搬するようになっている。通常、ＬＮＧタンカーには複数のタンクがあるが、分かりやすくするために、図には１つのガス・タンク４しか示してない。常にアレージ空間部４．１が気体状のガスで満たされ且つ液相部４．２が液化ガスで満たされるように、ガス・タンク４は充満されている。液化ガスを貯蔵している間、このガスは蒸発してその相を変え、アレージ空間４．１部へ移っている。蒸発したガスは、船舶６の消費デバイス５で利用することができる。消費デバイス５は、例えば船舶に推進力を供給するガス・エンジンであってもよい。図１には１つの消費デバイス５しか示していないが、複数のデバイスが存在してもよいことは明らかである。

船舶６は、圧縮機ユニット２．１を備えたガス供給ライン２を有するガス供給装置１を備えている。ガス供給ライン２は、ガス・タンク４のアレージ空間部４．１から消費デバイス５へ延びている。他のガス・タンク（図示せず）も同様に圧縮機ユニット２．１の内側に接続されている。ガス供給ライン２は、蒸発したボイルオフ・ガスをガス・タンク４から船舶６の消費デバイス５へ送出するように配置される。ガス・タンク４はわずかに過剰な圧力がかかった状態に維持される。ガス供給ライン２は、ガス・タンク４内の圧力を所望のレベルに維持し、ボイルオフ・ガスの圧力を消費デバイス５での利用に適当なレベルまで高めるための圧縮機ユニット２．１を備えている。一般に、その下限は消費デバイス５として存在する船舶のガス・エンジンの要求によって左右される。ガス・タンク４内の所望の圧力レベルは圧縮機ユニット２．１によって維持される。圧縮機ユニット２．１は、ガス供給ライン２の圧縮機の後に設けた第１の圧力測定デバイス１０、およびガス供給ライン２の圧縮機の前に設けた第２の圧力測定デバイス１０’を使用して制御することが好ましい。圧縮機ユニットは、ある程度の容量変化を可能にする吸込ベーンの制御装置を備えることができる。（デバイス１０によって測定された）メイン・ガス供給ラインの圧力が低下し、それと同時にガス・タンク内の圧力が低くなりすぎた場合には、より多量のガスを発生させる別の方法が提供されなければならない。これについて以下に説明する。

ガス・タンク４は、ガス・タンク４内の液化ガスから気体状のガスを発生させる装置３を備えている。図示した装置は、ガス・タンク４の液相部４．２からアレージ空間部４．１へ延びる配管３．１を有している。図示してはいないが、２つの別々のガス・タンクの間に延びる配管を配置することも考えられる。配管は、ガス・タンク４の液相部に設置されることが好ましいポンプ３．２を有している。配管３．１の他端は、ガス・タンク４のアレージ空間部４．１へ通じるように配置されたノズル・ユニット３．４を備えている。配管は、配管３．１内の流速を制御する制御弁３．５も備えている。実際には、配管は、装置内の他のデバイスに統合された管系統や流路など、任意の適切なダクトを有している。

さらに、配管３．１には熱伝達ユニット３．６が設けられ、それを用いて噴霧される液化ガスの温度を制御することが可能である。熱伝達ユニットは、配管内のガスの流れ方向において制御弁３．５の後方に配置された熱交換器３．７を備え、ガスはそれを通して流れ、加熱される。熱交換器３．７は、ガスを加熱して流れるように、例えば水−グリコール混合物が内部に配置された熱伝達回路３．８に接続されている。熱伝達回路３．８は、ガス供給ライン２内のガスの温度を制御する第２の熱交換器２．３、および消費デバイス５から熱を回収する第３の熱交換器５．１にも接続することができる。このようにして消費デバイス５内の過剰な熱を有効に利用することができる。点線で概略的に示すように、熱伝達回路は他の部品および要素を含んでいてもよい。

配管３．１はバイパス流路３．１０をさらに備え、水−グリコール混合物はそれを通って熱交換器３．７の脇を通り過ぎてもよい。バイパス流は、配管内のガスの流れ方向において熱交換器３．７の後方に設置された三方弁３．９によって制御される。三方弁は、熱交換器３．７およびバイパス流路３．１０を通る流路を結合する。この結合により、ノズル・ユニット３．４を通して噴霧されるガスに対するガス温度制御機能が実現される。

ガス・タンクに関連して、ガス供給装置１の動作のために用いるように設けた少なくとも２つのセンサが提供される。第１のセンサ３．３は、ガス・タンク４のアレージ空間部４．１内の圧力を測定するために設けられ、第２のセンサ３．１１は、ガス・タンク４のアレージ空間部４．１内の温度を測定するために設けられる。

本発明の基本的な考えは、特にアレージ空間部内および／または液相部の表面上に相転移現象に有利な環境を提供することによって、ガス・タンク４内でガスを制御可能に蒸発させることである。これを、以下に説明するように実現することが有利である。液化ガスは、実質的にタンクの液相部の液化ガスの温度を上昇させることなく、液相部からアレージ空間部へ導入される。アレージ空間部４．１内の温度は液化ガスの温度より高く、本発明では、このことをガス蒸発の制御と共に制御可能に利用している。

天然ボイルオフ・ガスの量が消費デバイス５に送り込むには不十分であるとき、追加のボイルオフ・ガスが必要になる。本発明によれば、液化ガスをアレージ空間部４．１内へ制御可能に噴霧することにより、自然蒸発によって発生する量より多量のガスを発生させることができる。第１のセンサ３．３から得られる圧力値を用いて、弁３．５のアクチュエータが制御される。ガス供給ライン２によるガスの消費が増加した場合にはアレージ空間部内の圧力が低下し、それが第１のセンサ３．３の測定に基づいて制御システム（図示せず）によって記録される。その後、制御システムは弁３．５をさらに開放し、それによって噴霧されるガスの流速が高められる。当然、ポンプ３．２も動作している。噴霧されるガスの流れパターンは、液滴がきわめて小さくなるように、あるいは場合によって均一なミストになるようにされる。アレージ空間部内の温度は液化ガスより高いため、噴霧されたガスの一部が蒸発し、したがってガスの消費、およびアレージ空間部内の圧力低下をも補償する。したがってアレージ空間部内および／または液相部の表面上に相転移現象に有利な環境が提供される。このように、本発明によりアレージ空間部４．１内の圧力は所望のレベルに維持され、また液化ガスから追加のガスが生成される。

ガスの蒸発はエネルギーを消費し、したがってアレージ空間部内の温度は、ガスが蒸発している間、低下する傾向にある。アレージ空間部４．１内の温度は、第２のセンサ３．１１の測定に基づいて制御システム（図示せず）によって記録される。次いで制御システムは、三方弁３．９が熱交換器３．７を介してより多くのガスを通過させるようにし、噴霧されるガスを暖める。これによってガス蒸発時の熱消費が減少する。本発明により、噴霧されるガスの温度は約マイナス１３０℃に維持される。ガスを概ねこの温度に維持することは、大体は、窒素とメタンのみが蒸発するという態様でガスの分化を助ける。液化ガスに含まれるより重質の炭化水素は液相として残り、ガス・タンク４の液相部４．１へ戻る。

バラスト状態では、少なくとも２つのタンク（図示せず）の間を接続して、液化ガスを一方のタンクから他方へ移すことができる。バラスト航海では、タンクを適切に充満された状態のままにしておくことも可能である。

消費デバイス５が低負荷である状態では、熱酸化器１１が取り付けられる。その目的は、ガス・タンクからのボイルオフ・ガスの生成が消費より多いとき、過剰なボイルオフ・ガスをすべて熱酸化器中で燃焼させることである。分かりやすいように、図１における制御依存性を略式で点線によって示す。しかし、制御システムが、集中型または分散型の制御装置を用いて様々な形で実現可能であることは明らかである。

本発明は、示した実施例に限定されることなく、本発明の複数の変更形態を添付の特許請求の範囲の範囲内で考えることができる。

本発明によるガス供給装置の例示的な実施例を示す図である。

Claims (4)

1. アレージ空間部（４．１）および液相部（４．２）を有するガス・タンク（４）に液化ガスを入れて運搬するようになっている船舶（６）のガス供給装置（１）であって、前記船舶の要求に対してガスを提供するガス供給装置（１）において、
   前記ガス・タンク内で生成された前記ガスを消費デバイス（５）へ送出するために設けられたガス供給ライン（２）と、
   ガスを前記アレージ空間部へ導入するために、少なくとも１つのポンプ（３．２）を備えた前記ガス・タンク（４）の前記液相部（４．２）から前記アレージ空間部（４．１）へ延びる、制御弁（３．５）を備えた配管（３．１）と、
   前記導入されるガスの温度を制御するために前記配管（３．１）内に設けられた熱伝達ユニット（３．６）と、
   前記ガス・タンク（４）のアレージ空間部（４．１）内の圧力を測定するようになっている第１のセンサ（３．３）であって、前記制御弁（３．５）と制御連絡するように配置された第１のセンサ（３．３）と
   を有し、
   前記熱伝達ユニット（３．６）が、前記配管（３．１）内に配置された熱交換器（３．７）を有し、前記配管（３．１）が、前記熱交換器（３．７）をバイパスするように配置されたバイパス流路（３．１０）を備え、また前記熱交換器（３．７）を通過した前記配管（３．１）と前記バイパス流路（３．１０）とは、三方弁（３．９）を通って前記アレージ空間部（４．１）内に通じており、それによって前記熱交換器（３．７）と前記バイパス流路（３．１０）の間のガスの流れを制御することを特徴とするガス供給装置（１）。
2. 前記ガス供給装置（１）が、前記ガス・タンク（４）のアレージ空間部（４．１）内の温度を測定するようになっている第２のセンサ（３．１１）を備え、前記第２のセンサ（３．１１）が前記三方弁（３．９）と制御連絡するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の船舶（６）のガス供給装置（１）。
3. アレージ空間部（４．１）および液相部（４．２）を有するガス・タンク（４）と、ガス消費デバイス（５）とを備えた船舶（６）内でガスを供給する方法であって、
   ガスが前記ガス・タンク（４）内で蒸発されて、ガス供給ライン（２）を介して前記消費デバイス（５）へ導かれ、
   ガスが前記ガス・タンク（４）内のポンプ（３．２）によって配管（３．１）を通して前記アレージ空間部（４．１）内に制御可能に噴霧され、
   前記噴霧されるガスの温度が、前記配管（３．１）内に設けられた熱伝達ユニット（３．６）によって制御され、
   前記ガス・タンク（４）の前記アレージ空間部（４．１）内の圧力が第１のセンサ（３．３）によって連続して測定され、また
   噴霧される液化ガスの流速が、前記第１のセンサ（３．３）の圧力測定に基づいて制御弁（３．５）によって制御される
   ガス供給方法において、
   前記ガスの蒸発速度を制御するために、前記アレージ空間部（４．１）内に噴霧される前記ガスの温度が、熱交換器（３．７）を備えた前記配管（３．１）を通る流路と、前記熱交換器（３．７）をバイパスするように設けられた前記配管（３．１）内のバイパス流路（３．１０）を通る流路とを結合することによってさらに制御され、前記熱交換器（３．７）を備えた前記配管（３．１）を通る流路と前記バイパス流路（３．１０）を通る流路とは、三方弁（３．９）を通って前記アレージ空間部（４．１）内に通じていることを特徴とするガス供給方法。
4. 前記噴霧されるガスの温度が、前記ガス・タンク（４）のアレージ空間部（４．１）に関連して設けられた第２のセンサ（３．１１）によって測定される温度値に基づいて制御されることを特徴とする請求項３に記載の船舶（６）におけるガス供給方法。

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