JP4922269B2 - 気体燃料で駆動される内燃機関のためのガス供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書き部分に記載の内燃機関のためのガス供給装置に関するものである。それに加え本発明は、請求項９のおいて書き部分に記載の、内燃機関で燃焼可能な自然発生ボイルオフガス（NBOG）と強制的に蒸発させて発生させたボイルオフガス（FBOG）の混合ガスを調達する方法にも関するものである。

燃料としての天然ガスを貯留するガスタンカーやその他の乗り物において天然ガスは液化された状態（液化天然ガス）で輸送され、その際冷却され液化された天然ガスの温度はおよそ−１６２℃で、その圧力はおよそ大気圧に保たれている。輸送されるべき冷却され液化された天然ガスを収容するために使用されるガス容器もしくは貯蔵タンクは、断熱に費用がかかる。それでもなお、輸送される天然ガスがある程度温まってしまうのは避けられず、冷却され液化された天然ガスを貯留するガス容器においては、容器内部の温度上昇によって天然ガスがいわゆるNBOGとして蒸発する。冷却され液化された天然ガスを貯留するガス容器内部のこのような避けられない蒸発の結果として生じる圧力の上昇に抵抗するために、ガス容器からNBOGが取り除かれる。冷却され液化された天然ガス用の貯蔵タンクを有する固定されたガスで駆動する駆動装置にも同じ原則が当てはまる。

冷却され液化された天然ガスを貯留する貯蔵タンク内において温度上昇により蒸発した天然ガス、すなわちNBOGを、ガスを燃料とする機関とりわけガスタンカーの内燃機関に供給し、それによってそのようなNBOGをガスタンカーの駆動に利用することが、特許文献１および特許文献２からすでに知られている。さらに、NBOGの量が不充分な場合、冷却され液化された天然ガスを貯留するガス容器から液化天然ガスを取り出すことができ、蒸発器に供給可能であることも、この従来技術からすでに知られている。

冷却され液化された天然ガスを貯留するガス容器から取り出された天然ガスは蒸発器の中で一部が蒸発し、蒸発した後はいわゆるFBOGとしてNBOGと混合可能となる。FBOGとNBOGとのこの混合ガスはその後、ガスを燃料とする機関とりわけ内燃機関による駆動部へと供給可能となる。蒸発しなかった、より高温で沸騰する天然ガスの成分は、既知の装置の中で使用されない状態で、ガス容器もしくは貯蔵タンクに戻される。

NBOGとFBOGとの混合ガスの組成は様々な条件によって左右されており、それゆえ変化に支配されている。しかしながらNBOGとFBOGとの混合ガスは、ある程度のアンチノック性を有する場合に限って、たとえばディーゼルガスエンジンやオットーガスエンジンといった内燃機関内で形成され、駆動装置で燃焼され得る。この混合ガスのアンチノック性を示す尺度として、混合ガスのいわゆるメタン価が考慮され得、このメタン価は、ほぼNBOGとFBOGとの混合ガス内のメタンとその他の成分との量の比率で表示される。任意に混合されたガスのメタン価は、様々な市販の機器を用いて確定されうる。

これまで知られている内燃機関のためのガス供給装置ではある範囲においては、アンチノック性に関しては充分な、NBOGとFBOGとの混合ガスが調達され得る。すなわち蒸発したガスのメタン価をあげることができる。しかしながら混合ガスはまだ最適なものとはみなされ得ない。そのため、とりわけメタン価８０以上を示すほどに最適化されたアンチノック性を備えた混合ガスを調達できるような、内燃機関駆動のためのガス供給装置が必要となる。
国際公開第２００５／０５８６９２号パンフレット 国際公開第２００５／０５８６８４号パンフレット

このことから本発明は、内燃機関の駆動装置のための新式のガス供給装置ならびに、内燃機関内で燃焼可能なNBOGとFBOGとの混合ガスを調達するための新式の方法を作り上げ、当該ガス供給装置によって混合物のメタン価を、少ないコストで最適に増大させることを可能とするという課題を有している。

この課題は、請求項１に記載のガス供給装置によって解決される。本発明においては、当該ガス供給装置は、蒸発したガスを、蒸発器を介して噴霧タンクへ送る第２のガス管システムを備えており、当該第２のガス管システムはさらに制御弁を介して、蒸発器から分かれた経路で液化ガスを噴霧タンクへと送る。他方で噴霧タンクは温度センサーと制御装置を備えており、この制御装置は温度センサーに従って、制御弁を通る液化ガスの流量を調節する。その結果、蒸発器から出てくる蒸発したガスの温度は、噴霧タンク内で液化ガスの噴霧によってコントロールされて低下可能となり、ガスの中で比重の大きい炭化水素を凝縮して液体の状態で噴霧タンクから排出させることができ、そして所定のメタン価のガスが噴霧タンクから内燃機関へと供給されることができる。

比喩的な意味では、噴霧タンク内において液化ガス（LNG）とともに蒸発ガスの噴霧を行うことは、FBOG（蒸発ガス）の洗浄と冷却とみなされ得る。

噴霧タンクと温度センサー、そして噴霧タンク内の温度センサーの測定値に応じて行われる液化ガス量の制御によって、内燃機関に供給される混合ガスのメタン価をコントロールして引き上げることができる。

（所定の圧力での）ガスの温度は、噴霧タンクから出てくるガスの組成の尺度であり、またそれとともにそのガスのメタン価の尺度でもある。所定のメタン価を持ったガスすなわちメタン価が８０以上であるガスは好適に、液滴分離器や熱変換器を介して内燃機関に供給され得る。噴霧タンクと液滴分離器内で集められた縮合物は、管あるいは縮合物分離器を介して好適に再冷却熱変換器を通り再び貯蔵タンクへと送られる。このようにして、いわゆる噴霧循環が保証される。

このようにして調達されたFBOGをNBOGと混合して、アンチノック性に関して最適化された、NBOGとFBOGとの混合ガスが出来上がる。

内燃機関内で燃焼可能なNBOGとFBOGとの混合ガスの、本発明に係る調達方法は、請求項９で定義されている。

本発明の好適な更なる形成は、従属請求項と以下の説明によってもたらされる。本発明の実施例は図に基づいて詳述されるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。図に示されるのは、以下のとおりである。

ここで示される発明は、内燃機関のためのガス供給装置に関するもので、駆動燃料である冷却され液化された天然ガスが貯蔵タンク１７にある。

本発明に係るガス供給装置は、以下のように図１から図５に関連して比較的詳しく記述されており、図１から図５まではそれぞれ本発明に係るガス供給装置の様々な実施例を示している。

図１は、本発明に係る内燃機関３のガス供給装置の第１の実施例を示している。ガス供給装置は２つのガス管システム４と２２とを有している。

第１のガス管システム４を通じて、いわゆるNBOGが内燃機関３の方向へ送り込まれる。NBOGは、貯蔵タンク１７に準備されている液体状態かつ冷却された天然ガスが貯蔵タンクにおける当該液化天然ガスの温度上昇によって蒸発することで生じ、NBOGは第１のガス管システム４のガス管を通じて貯蔵タンク１７から排出される。ガス管に接続されているコンプレッサー１を通って、NBOGは内燃機関３へと供給可能となっている。コンプレッサーの配管１、１’、１”は内燃機関３の前方においてガスの圧力水準を介して制御される。

内燃機関３のためのNBOGの量が足りない場合は、第２のガス管システム２２によって液体状態かつ冷却された天然ガスを貯蔵タンク１７から取り出すことができ、ガス供給装置の蒸発器１２に供給できる。蒸発器１２の中で、貯蔵タンク１７から取り出された液化ガスは、その一部が蒸発可能であり、いわゆるFBOGとして、第１のガス管システム４からのNBOGと混合ポイント３１で混合され得る。

従って、混合ポイント３１の下流では、NBOGとFBOGとの混合ガスがあり、その混合ガスは熱変換器２の中で、特に室温になるまで温度調節可能であり、続いてエンジン３へと供給可能である。

それゆえエンジン内において、貯蔵タンク１７から蒸気として出されるよりも多くの天然ガスが必要とされる場合、第１のガス管システム４あるいは貯蔵タンク１７の圧力センサー２１によってこのことが認識され、追加の天然ガスが第２のガス管システム２２内の弁１０の制御によって蒸発器１２に供給される。ガス管システム２２においては、液化天然ガスは貯蔵タンク１７のポンプ１８によって圧力をかけられ、熱交換器１３を介して２つの制御弁７と１０へと送られる。蒸発器１２を通る天然ガスの流量は、弁１０により圧力センサー２１の測定値に基づいて制御され、蒸発器１２の中で生じたガスは噴霧タンク８の株領域に送られる。噴霧タンク８内で温度センサー９によって測定された温度で、第２のガス管システム２２の弁７における流量が調節され、液体状態かつ冷却されたガス（LNG）が噴霧タンク８の上部領域に送られる。噴霧タンク８内の噴霧装置３０によって液化天然ガスが噴霧されることで、噴霧タンク８の上部領域の蒸発ガスの温度がコントロールされて下げられる。さらに、メタン価に関して最適に調節されたガスが、液滴分離器５を介して内燃機関３および熱交換器６へと供給される。噴霧タンク８と液滴分離器５において集められた縮合物は、管１５と縮合物分離器１４を通り、再冷却熱交換器１３を経て、管１６を通って再び貯蔵タンク１７へと送られる。

第１の供給管４のコンプレッサー１を混合ポイント３１の前に配置することで、噴霧タンク８は内燃機関３の圧力水準で駆動される。

以上の点を要約すると図１は、第１のガス管システム４と第２のガス管システム２２を有する、気体燃料で駆動される内燃機関３のためのガス供給装置を示している。冷却され液化された天然ガスを貯留する貯蔵タンク１７の中で該貯蔵タンク１７の温度上昇によって蒸発する天然ガスをNBOGとして、第１のガス管システム４を介して内燃機関３の方向に送り出すことができる。また、NBOGの量が駆動に充分でない場合、第２のガス管システム２２を通じて、冷却され液化された天然ガスを貯留する貯蔵タンク１７から液化天然ガスを取り出し、蒸発器１２に供給して一部をFBOGとして蒸発させた後にNBOGと混合させることができ、それによってNBOGとFBOGとの混合ガスを内燃機関３の方向に送り出すことができる。その際第２のガス管システム２２は、蒸発したガスを、蒸発器１２を介して噴霧タンク８へと送り、さらに制御弁７を介して、蒸発器１２から分かれた経路で液化ガスを噴霧タンク８へと送る。噴霧タンク８は温度センサー９と制御装置とを備えており、この制御装置は温度センサー９に従って、制御弁７を通る液化ガスの流量を調節する。その結果、蒸発器１２から出てくる蒸発したガスの温度は、噴霧タンク８内において液化ガスを噴霧することによってコントロールされて低下可能となり、ガス中の比重の大きい炭化水素は凝縮して液体の状態で噴霧タンク８から排出させることができ、そして所定のメタン価を有するガスが噴霧タンク８から内燃機関３へと供給されることができる。

噴霧タンク８内に形成された縮合物は、縮合物分離器１４によって貯蔵タンク１７に再び送られ得る。

第１のガス管システム４あるいは貯蔵タンク１７には、該貯蔵タンク１７内部の圧力を確認するために圧力センサー２１が設置されている。該圧力センサーおよび該センサーと協働する制御弁１０とによって、蒸発の出力すなわち蒸発器１２を通るFBOGの流量が、制御可能である。

噴霧タンク８から内燃機関３に向かって出て行ったガスは、液滴分離器５と熱交換器６とを通って前記内燃機関３に供給され得る。液滴分離器５内で形成された縮合物は、管１５によって貯蔵タンク１７に再び送られ得る。

液滴分離器５および／または縮合物分離器１４の縮合物の流れは、貯蔵タンク１７の前の熱交換器１３で再冷却され得る。

内燃機関３内で燃焼可能なNBOGとFBOGとの混合ガスを調達するための方法、すなわち冷却され液化された天然ガスを貯留する貯蔵タンク１７の中で該貯蔵タンク１７の温度上昇によって蒸発する天然ガスが、NBOGとして内燃機関３に向かって送り出され、また、NBOGの量が駆動に充分でない場合、貯蔵タンク１７から液化天然ガスが取り出され、蒸発器１２に供給されて一部がFBOGとして蒸発した後にNBOGと混合される、という方法は、蒸発したガスが少なくとも噴霧タンク８に供給される工程と、該噴霧タンク８内で通り抜けたガス（FBOG）の温度が貯蔵タンク１７からの液化天然ガス（LNG）を噴霧することにより下げられるため、ガス中の比重の大きい炭化水素が凝縮して液体の状態で取り出される、という工程とを備えている。

蒸発器１２を通って送られるガスはその際、噴霧タンク８の下部領域に送られ、噴霧されるべき相当量の液化ガスは、噴霧装置３０によって噴霧タンク８の上部領域に送られる。噴霧されるべき液化ガスの量は、噴霧タンク８内部の温度に応じて弁７に制御され、その結果噴霧タンク８上部領域のFBOGの温度はコントロールされて下げられる。

噴霧タンク８内のガスの温度は、温度センサー９により、噴霧装置３０の上部にある領域あるいは噴霧タンク８の後ろのガス誘導管において測定される。

噴霧タンク８は、内燃機関３のために高められた内圧で駆動される。

図２から５は、内燃機関による駆動装置のための本発明に係るガス供給装置の更なる実施例であるが、不必要な反復を避けるために同じ構成要素には同じ符号が使われており、図２から５の実施例が、場合によっては図１の実施例とお互いに異なるようなものについてのみ、以下に詳述する。

図２の実施例が図１の実施例と異なっているのは単に、混合ポイント３１と内燃機関３との間の、混合ガスの下流に圧力上昇装置１’が設置されている点である。その結果噴霧タンク８は貯蔵タンク１７の圧力水準の内圧で駆動される。

これに対し図３はガス供給ユニットの実施例を示している。ここでは第１のガス管システム４’が噴霧タンク８を通過するのではなく、同様に噴霧タンク８を貫通している。また混合ポイント３１が蒸発器１２から噴霧タンク８への供給管２２内にある。圧力上昇装置１’は、内燃機関３に供給されるガスの下流において噴霧タンク８に後置され、その結果噴霧タンク８は貯蔵タンク１７の圧力水準の内圧で駆動される。

図４は図３の実施例をわずかに変化させた形態を示しており、図４の実施例においては図３の実施例のコンプレッサー１’の代わりにコンプレッサー１”が、混合ポイント３１の前の供給管４に前置されて、その結果噴霧タンク８は内燃機関３の前の圧力水準で駆動される。

このような実施形態により（図２にも記載されているように）、噴霧タンクの容積は思い切った小型化がなされている。NBOGのメタン価を上げるための、図３や４に従った実施例はとりわけ、NBOGの割合が高くFBOGの割合が低い状態で駆動している場合に、関心が高くなる。

図５は本発明に係るガス供給装置の更なる実施例を示している。この図では、噴霧タンク８の制御弁７と１０に液化ガスで圧力をかけるために、貯蔵タンク１７の外に設置された圧力上昇装置１９が配置されている。圧力上昇装置１９は前留出物用容器２０と協働し、液化ガスを吸い上げ、貯蔵タンク１７内にある圧力上昇装置１８によって前留出物用容器２０が満たされ得る。

図５で表された実施形態は、図１から４までの実施形態のコンビネーションである。

本発明の第１の実施例に基づく、内燃機関のための本発明に係るガス供給装置で、この実施例に従えば噴霧タンクは内燃機関の圧力水準で駆動される。 本発明の第２の実施例に基づく、内燃機関のための本発明に係るガス供給装置で、この実施例に従えば噴霧タンクは貯蔵タンクの圧力水準で駆動される。 本発明の第３の実施例に基づく、内燃機関のための本発明に係るガス供給装置で、当該実施例においてNBOGは噴霧タンクを通って送られ、その結果噴霧タンクは貯蔵タンクの圧力水準で駆動される。 本発明の第４の実施例に基づく、内燃機関のための本発明に係るガス供給装置で、この時NBOGは噴霧タンクと前置された圧力上昇装置を通って送られ、その結果噴霧タンクは内燃機関の圧力水準で駆動される。 本発明の第５の実施例に基づく、内燃機関のための本発明に係る更なるガス供給装置。

符号の説明

１、１’、１” コンプレッサー
２ 熱交換器
３ 駆動装置
４、４’ 供給管
５ 液滴分離器
６ 熱交換器
７ 制御弁
８ 噴霧タンク
９ 温度センサー
１０ 調節弁
１２ 強制蒸発器
１３ 熱交換器（再冷却用）
１４ 縮合物分離器
１５ 管
１６ 管
１７ 貯蔵タンク
１８ ポンプ
１９ 圧力上昇装置
２０ 前留出物用容器
２１ 圧力センサー
２２ 供給管
３０ 噴霧装置
３１ 混合ポイント

Claims (12)

1. 気体燃料で駆動される内燃機関（３）のためのガス供給装置であって、
   第１のガス管システムを通って、冷却され液化された天然ガスを貯留する貯蔵タンク（１７）の中で、該貯蔵タンク（１７）における温度上昇によって蒸発した天然ガスがＮＢＯＧとして内燃機関（３）へと送られ得る第１のガス管システム（４、４’）と、
   第２のガス管システムを通って、ＮＢＯＧの量が駆動に不充分な場合には、冷却され液化された天然ガスを貯留する前記貯蔵タンク（１７）から液化天然ガスを取り出して蒸発器（１２）に供給し、一部を蒸発させた後にＦＢＯＧとしてＮＢＯＧと混合させ、この混合ガスを内燃機関（３）へと送ることができる第２のガス管システム（２２）と、を備えた装置において、
   該第２のガス管システム（２２）が前記蒸発器（１２）を通して蒸発したガスを前記噴霧タンク（８）に供給し、さらには制御弁（７）を介して、前記蒸発器（１２）から分かれた経路で液化ガスを前記噴霧タンク（８）に供給し、
   該噴霧タンク（８）が温度センサー（９）および該温度センサー（９）に従って、前記制御弁（７）を通る液化ガスの流量を調節する制御装置を備えており、
   その結果前記蒸発器（１２）から出る蒸発ガスの温度が、前記噴霧タンク（８）内部での液化ガスの噴霧によってコントロールされて低下可能となり、
   前記噴霧タンク（８）内部で形成された縮合物が、縮合物分離器（１４）によって前記貯蔵タンク（１７）へと再び送られ、
   前記噴霧タンク（８）から前記内燃機関（３）へと向かうガスが液滴分離器（５）と熱交換器（６）とを通って前記内燃機関（３）へと供給可能で、前記液滴分離器（５）内で形成された縮合物が管（１５）によって前記貯蔵タンク（１７）へと送られ、
   前記液滴分離器（５）および／あるいは前記縮合物分離器（１４）の縮合物の流れが、前記貯蔵タンク（１７）の前の熱交換器（１３）内で前記制御弁（７）へと供給される液化天然ガスによって再冷却され、
   圧力上昇装置（１’）が、前記ＦＯＢＧとＮＯＢＧとを混合する混合ポイント（３１）と前記内燃機関（３）との間で駆動され、これにより前記噴霧タンク（８）は前記貯蔵タンク（１７）の圧力水準の内圧で駆動されることを特徴とする装置。
2. 前記第１のガス管システム（４、４’）もしくは前記貯蔵タンク（１７）の圧力を検出するために圧力センサー（２１）が設置されており、該圧力センサー（２１）および該圧力センサー（２１）と協働する制御弁（１０）とによって、蒸発の出力すなわち前記蒸発器（１２）を通るＦＢＯＧの流量が制御可能であることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
3. 前記第１のガス管システム（４’）も同様に前記噴霧タンク（８）を貫通していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス供給装置。
4. 前記噴霧タンク（８）の前記制御弁（７）と（１０）に液化ガスで圧力をかけるために、前記貯蔵タンク（１７）の外に設置された圧力上昇装置（１９）が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
5. 前記圧力上昇装置（１９）が前留出物用容器（２０）と協働し、液化ガスを吸い上げ、前記貯蔵タンク（１７）内にある圧力上昇装置（１８）によって前記前留出物用容器（２０）が満たされ得ることを特徴とする請求項４に記載のガス供給装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置を使用して内燃機関（３）内で燃焼可能なＮＢＯＧとＦＢＯＧとの混合ガスを調達するための方法であって、
   冷却され液化された天然ガスを貯留する貯蔵タンク（１７）の中で該貯蔵タンク（１７）における温度上昇によって蒸発した天然ガスがＮＢＯＧとして前記内燃機関（３）へと送られ、
   ＮＢＯＧの量が駆動に不充分な場合には、前記貯蔵タンク（１７）から液化天然ガスを取り出し、蒸発器（１２）に供給し蒸発させた後にＦＢＯＧとして混合ポイント（３１）においてＮＢＯＧと混合させる方法において、
   蒸発したガスが噴霧タンク（８）に供給され、該噴霧タンク（８）内では通り抜けたガスの温度が前記貯蔵タンク（１７）から液化天然ガスを噴霧することにより下げられるため、ガスの中で比重の大きい炭化水素が凝縮して液体の状態で取り出されることを特徴とする方法。
7. 前記蒸発器（１２）を通ってきたガスは前記噴霧タンク（８）の下部領域に運ばれ、噴霧されるべき相当量の液化ガスは、噴霧装置（３０）によって前記噴霧タンク（８）の上部領域に送られ、噴霧されるべき液化ガスの量は、前記噴霧タンク（８）内部の温度に応じて弁（７）に制御され、その結果前記噴霧タンク８上部領域のガスの温度はコントロールされて下げられることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記噴霧タンク（８）内のガスの温度は、温度センサー（９）により、前記噴霧装置（３０）の上部にある領域あるいは前記噴霧タンク（８）の後ろのガス誘導管において測定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記ガス供給装置の蒸発圧力が、制御弁（１０）および制御回路において前記制御弁（１０）と協働する圧力センサー（２１）によって、前記ガス管システムもしくは前記貯蔵タンク（１７）の圧力を検出するために制御されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記噴霧タンク（８）は、前記内燃機関（３）のために高められた内圧で駆動されることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記噴霧タンク（８）に対して圧力上昇装置（１”）は前置され、該圧力上昇装置（１”）によってＮＢＯＧは前記噴霧タンク（８）に供給されることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記噴霧タンク（８）に、ＮＢＯＧの全量が供給されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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