JP5260337B2 - 燃料ハンドリング装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ハンドリング装置及び方法に関するものである。

従来、例えば、液化ガスを運搬する液化ガス運搬船には、ベーパライザが装備されており、ベーパライザによって液化ガスを気化させることで燃料ガスに変換し、航行中の燃費向上またはタンク圧力保持を実現している。
従来、このベーパライザによって生成された燃料ガスは、ガス消費側のボイラまたはエンジンにガスが供給されている。また、船内の負荷やボイルオフレート等に応じて、エンジン側からベーパライザに要求される燃料ガスの流量である要求流量は変化する。この要求流量が、ベーパライザで制御できる燃料ガスの最低流量よりも少ない場合には、ベーパライザを停止し、ベーパライザから吐出される燃料ガスが要求流量を上回らないように制御するとともに、要求流量が多くなった場合には再度起動するという間欠運転を行うことが知られている。

特開２００３−２９３８４１号公報

しかしながら、上記従来の方法では、ベーパライザの初期起動時に生成される燃料ガスは、流量や温度が不安定であるが、エンジンにこの不安定な燃料ガスを供給せざるを得ないという問題があった。
また、ベーパライザは一度停止すると、安定した流量や温度の燃料ガスを生成できるような安定状態となるまで時間がかかるため、間欠運転を行うには計画的な運用が必要であるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、エンジンに対し流量や温度が安定した燃料ガスを供給可能とするとともに、ベーパライザの速やかな起動を可能とする燃料ハンドリング装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。

本発明は、液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクと、該液化ガスタンクの液化ガスから燃料ガスを生成するベーパライザと、前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスを前記液化ガスタンクに返送する第１流路と、該第１流路に設けられ、該第１流路の開閉制御を行う第１流路切替手段と、前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスをエンジン側に送出する第２流路と、該第２流路に設けられ、前記第２流路の開閉制御を行う第２流路切替手段と前記ベーパライザに供給する液化ガスの量を調整する流量調整手段を具備し、前記燃料ガスの消費側が要求する前記燃料ガスの流量である要求流量が、前記ベーパライザが安定して制御できるガス化量である最低流量未満である場合に、前記第１流路切替手段は開状態とされ、前記第２流路切替手段は閉状態とされ、前記流量調整手段は、液化ガスの流量を最低流量未満に調整することを特徴とする燃料ハンドリング装置を提供する。

このような構成によれば、液化ガスタンクに貯蔵されていた液化ガスは、ベーパライザへ導かれ、ベーパライザにおいて、ガス化されることにより燃料ガスに変換される。ベーパライザの出力側には、燃料ガスを液化ガスタンクに返送する第１流路と、燃料ガスをエンジン側に送出する第２流路とが設けられており、これらの流路に燃料ガスを送出することが可能な構成とされている。この場合において、第１流路及び第２流路には、それぞれの流路の開閉制御を行う第１流路切替手段及び第２流路切替手段がそれぞれ設けられているので、液化ガスタンク等の状態に応じてこれら第１流路切替手段及び第２流路切替手段を適切に制御することにより、燃料ガスを適切な流路へ送り出すことが可能となる。

このように、要求流量が最低流量未満となった場合に、第１流路切替手段が開状態とされ、第２流路切替手段が閉状態とされることで燃料ガスが液化ガスタンクに返送される。また、ベーパライザに流入される液化ガスの流量は、流量調整手段によって最低流量未満に調整される。これにより、ベーパライザから生じる最低流量以下の燃料ガスは不安定な状態となるが、不安定な状態の燃料ガスは消費側（例えば、エンジン側）に供給されず液化ガスタンク側に返送されるので、消費側に与える影響を考慮しなくてよいこととなる。また、不安定な状態の燃料ガスが液化ガスタンクに供給されるが、液化ガスタンクに供給される燃料ガスは最低流量以下なので、タンク圧力に与える影響を抑制することができる。

上記燃料ハンドリング装置において、前記要求流量が、前記最低流量以上となった場合に、前記第２流路切替手段は開状態とされ、前記第１流路切替手段は閉状態とされ、前記流量調整手段は、消費側の要求流量に基づいて流量を調整することとしてもよい。

このように、要求流量が最低流量以上となった場合に、第２流路切替手段が開状態とされ、第１流路切替手段が閉状態とされる。これにより、最低流量以上となった安定した状態の燃料ガスが、消費側（例えば、エンジン側）に供給される。

上記記載の燃料ハンドリング装置は、船舶に備えることとしてもよい。

本発明は、液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクと該液化ガスタンクの液化ガスから燃料ガスを生成するベーパライザとを具備する燃料ハンドリング装置の制御方法であって、前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスを前記液化ガスタンクに返送する第１流路において該第１流路の開閉制御を行い、前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスをエンジン側に送出する第２流路において前記第２流路の開閉制御を行い、前記燃料ガスの消費側が要求する前記燃料ガスの流量である要求流量が、前記ベーパライザが安定して制御できるガス化量である最低流量未満である場合に、前記第１流路は開状態とされ、前記第２流路は閉状態とされ、前記ベーパライザに供給する液化ガスの流量を最低流量未満に調整する燃料ハンドリング方法を提供する。
また、上記燃料ハンドリング方法において、前記要求流量が、前記最低流量以上となった場合に、前記第２流路は開状態とされ、前記第１流路は閉状態とされ、前記ベーパライザに供給する液化ガスの流量を、消費側の要求流量に基づいて調整することとしてもよい。

本発明によれば、エンジンに対し流量や温度が安定した燃料ガスの供給を可能とし、ベーパライザの速やかな起動ができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る燃料ハンドリング装置の一例を示したブロック図である。 燃料ハンドリング装置の運転モードを説明するための図である。

以下に、本発明の燃料ハンドリング装置にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。ここでは、本発明の一実施形態として、本発明の燃料ハンドリング装置を液化ガスを運搬する船舶（液化ガス運搬船）に適用した場合について説明する。

図１は、本実施形態に係る液化ガス運搬船の燃料ハンドリング装置１の概略構成を示すブロック図である。
燃料ハンドリング装置１は、液化ガスタンク１０、ベーパライザ（例えば、フォーシングベーパライザ）１２、温度調整弁１３、流量調整弁（流量調整手段）１４、第１流路切替部（第１流路切替手段）１５、第２流路切替部（第２流路切替手段）１６、ミストセパレータ１７、ガス化加圧機１８、ボイラ（補助）２０、第１流路２１、第２流路２２、及び制御部３０を備えている。
また、液化ガスタンク１０からミストセパレータ１７にガスを供給するライン２３とライン２４とを備えている。

また、本実施形態において、ガス加圧機１８から吐出される燃料ガスは、ガスエンジン等のエンジン側（消費側）１９に入力されるが、これに限られない。例えば、ボイラ等の機器に入力されることとしてもよい。

液化ガスタンク１０は、タンク内に液化ガスを貯蔵しており、この液化ガスは燃料となるガスとなる。また、液化ガスタンク１０は圧力センサ１１を備えており、圧力センサ１１によって液化ガスタンク１０の圧力を測定する。液化ガスタンク１０はタンク保護等の目的により、圧力を一定に保つ必要がある。これにより、圧力の過剰な上昇及び下降を検出することができる。

液化ガスタンク１０の液化ガスから燃料となるガスには、自然ボイルオフガスと燃料ガス（強制ボイルオフガス）とがある。
自然ボイルオフガスは、液化ガスタンク１０から自然に気化される気化ガスであり、ライン２３を介してミストセパレータ１７に出力される。
一方、燃料ガスは、液化ガスタンク１０に貯蔵されている液化ガスをベーパライザ１２（詳細は後述する。）にて強制的に蒸発させ、気化することにより生成され、ライン２４を介してミストセパレータ１７に出力される。

また、ミストセパレータ１７に供給される自然ボイルオフガス及び燃料ガスの供給量は、液化ガスタンク１０の圧力に応じて、それぞれ制御される。例えば、液化ガスタンク１０の圧力が所定の圧力値より高い場合には、ミストセパレータ１７に供給される自然ボイルオフガスを増加させる。また、液化ガスタンク１０の圧力が所定の圧力値よりも低い場合には、燃料ガスを増加させる。

ベーパライザ１２は、液化ガスタンク１０からの液化ガスを強制的に蒸発させて気化させ、燃料ガスを生成する。具体的には、ベーパライザ１２は、流量調節部１４（詳細は後述する。）によって調整された流量の液化ガスを熱源によって気化させ、気化によって生じた燃料ガスを出力する。また、ベーパライザ１２は、流量と温度の安定した燃料ガスを生成するのに必要となる流量である最低流量が規定されている。なお、ベーパライザ１２の出口側において制御可能な温度が規定されており、最低流量はこの温度に基づいて決定される。

ベーパライザ１２において液化ガスから燃料ガスを生成する気化の過程で使用する熱源は、エンジンからの排熱による蒸気、または、ボイラ２０からの蒸気である。例えば、ベーパライザ１２は、エンジンからの排熱による蒸気が不足する場合には、ボイラ２０により生成される蒸気を用いて燃料ガスを生成する。

また、ベーパライザ１２で生成する燃料ガスの量は、エンジン側１９の要求流量に基づいて決定され、流量調整弁１４によってこの流量に調整される。具体的には、自然ボイルオフガスのガス量とエンジン側１９で使用するガスの使用量との差分に基づいて、エンジン側１９で必要とされる燃料ガス量である要求流量（以下単に「要求流量」という。）が決定され、この要求流量に基づく流量の調整が、流量調整弁１４によって行われる。

温度調整弁１３は、弁開度を調整することによって、ベーパライザ１２から出力された燃料ガスに噴霧する液化ガスの流量を調整する。この噴霧される液化ガスによって、ベーパライザ１２から吐出される高温の燃料ガスを冷却する。
例えば、エンジン側において設定される調整温度が５０度以下である場合に、６０度の燃料ガスの温度がベーパライザ１２から吐出される場合には、少なくとも１０度低下させるだけの液化ガスの流量が決定され、この流量になるように温度調整弁１３の弁開度が調整される。

流量調整弁１４は、要求流量に基づいて決定される流量を供給するように弁開度を調整し、調整した流量の液化ガスをベーパライザ１２に流入する。

第１流路２１は、ベーパライザ１２によって生成された燃料ガスを液化ガスタンク１０に返送する流路である。第２流路２２は、ベーパライザ１２によって生成された燃料ガスをエンジン側１９に送出する流路である。
第１流路切替部１５は、第１流路２１に設けられ、制御部３０からの指令に基づいて第１流路２１の開閉制御を行う。
第２流路切替部１６は、第２流路２２に設けられ、制御部３０からの指令に基づいて第２流路２２の開閉制御を行う。

また、ベーパライザ１２が通常運転である場合と通常運転でない場合とにおける、第１
流路切替部１５、第２流路切替部１６、及び流量調整弁１４の制御について説明する。
通常運転でない場合とは、例えば、ベーパライザ１２の初期起動の場合（または、コー
ルドスタンバイ状態）や運転中の状態が変化する場合等である。

より具体的には、初期起動の場合には、第１流路切替部１５は開状態とされ、第２流路切替部１６は閉状態とされる。また、流量調整弁１４は、流量と温度とが安定したと判定されるまで０から２０パーセントの開状態（完全な開状態を１００パーセント）とし、ベーパライザ１２に流入させる液化ガスの流量を制限する。

また、運転中の状態が変化する場合とは、例えば、エンジン側１９が要求する燃料ガスの要求流量がベーパライザ１２の最低流量未満であり、かつ、液化ガスタンク１０の圧力が所定値よりも低い場合である。このような場合は、第１流路切替部１５は開状態とされ、第２流路切替部１６は閉状態とされる。また、流量調整弁１４は、５〜１０パーセントの開状態とし、ベーパライザ１２に流入させる液化ガスの流量を制限する。

このように要求流量がベーパライザ１２の最低流量未満である場合には、ベーパライザ１２には最低流量未満の液化ガスが流入されるため、ベーパライザ１２から吐出されるのも最低流量未満の燃料ガスである。最低流量を下回る流量では、ベーパライザ１２によって生成される燃料ガスは流量及び温度が不安定となる。このとき、第１流路切替部１５は開状態及び第２流路切替部１６は閉状態に制御されているので、流量及び温度が不安定な燃料ガスはエンジン側１９に出力されず、液化ガスタンク１０に返送される。これにより、不安定な燃料ガスをエンジン側１９に出力しないため、エンジン側１９に与える影響は無視できる。また、ベーパライザから吐出する燃料ガスは最低流量未満であるため、液化ガスタンク１０に返送しても、タンク圧力に与える影響を抑制することができる。

なお、要求流量が最低流量以下である場合には、エンジン側１９が要求する燃料ガスはライン２３を介して、液化ガスタンク１０において発生した自然ボイルオフガスが供給される。これにより、エンジン側１９の要求流量を満たすガスが供給される。

一方、ベーパライザ１２が通常運転の場合について説明する。
通常運転の場合とは、エンジン側１９の要求流量が最低流量以上となる場合である。この場合、第２流路切替部１６は開状態とされ、第１流路切替部１５は閉状態とされる。また、ベーパライザ１２はエンジン側１９の要求流量に基づいて流入する液化ガスの流量を決定し、流量調整弁１４は、ここで決定された流量の液化ガスをベーパライザ１２に流入するよう調整する。

これにより、ベーパライザ１２が安定した流量及び温度の燃料ガスを生成することができるので、安定した燃料ガスをエンジン側１９に供給することができる。

制御部３０は、温度調整弁１３、流量調整弁１４、第１流路切替部１５、及び第２流路切替部１６の各部を制御する。

ミストセパレータ１７は、自然ボイルオフガス及び強制ボイルオフガス中に含まれ、気化できずに液として残る重質分である残液成分を除去するためのもので、衝突式や遠心分離式のものが採用される。

ガス加圧機１８は、ミストセパレータ１７から燃料ガスを導入して所定のガス圧力まで加圧する。

ライン２３は、液化ガスタンク内における燃料ガスが外部からの自然入熱などにより気化し、生成される自然ボイルオフガスをミストセパレータ１７に出力する流路である。

ライン２４は、液化ガスタンクからベーパライザ１２に流入する流路、及びベーパライザ１２により生成した燃料ガスをミストセパレータ１７に出力する流路である。

次に、本実施形態に係る燃料ハンドリング装置１の作用について図２を用いて説明する。
オペレータ等によりベーパライザ１２の起動が指示されると、ベーパライザ１２の起動を行うべく該起動の指示に基づいて制御部３０によって温度調整弁１３、流量調整弁１４、第１流路切替部１５、及び第２流路切替部１６が制御される。

ベーパライザ１２は停止状態から起動されると（以下「初期起動」または「コールドスタンバイ状態」という。）、制御部３０の指示に基づいて、第１流路切替部１５は１００パーセント開状態とされ、第２流路切替部１６は閉状態（０パーセント開状態）とされる（状態２）。これにより、初期起動時にベーパライザ１２により生成される燃料ガスは、第１流路２１を介し液化ガスタンク１０に返送される。

また、ベーパライザ１２の初期起動時、ベーパライザ１２に流入される液化ガスの流量は、流量調整弁１４によって、所要開度（例えば、０〜２０パーセント）に制御され、制限される。ベーパライザ１２に流入された液化ガスは、エンジン側１９から生じた蒸気を熱源として強制的に気化され、燃料ガスとして出力される。さらに、この燃料ガスは温度調整弁１３によって温度制御が行われ、出力される（状態２）。

また、温度調整弁１３は、所要開度（例えば、０から２０パーセント）に制御されることにより冷却に使用される液化ガスの噴霧量が制限される。なお、状態２は、オペレータにより燃料ガスの流量及び温度が安定したと判定されるまで継続される。

燃料ガスが安定（温度及び流量が一定である。）したとオペレータにより判定された場合には、第２流路切替部１６は１００パーセント開状態とされ、第１流路切替部１５が閉状態（０パーセント開状態）とされる。また、流量調整弁１４はエンジン側１９で規定される要求流量に基づいて、温度調整弁１３はエンジン側１９で規定される温度に基づいて制御される（状態３）。

流量調整弁１４において液化ガスは、要求流量に基づいて決定される流量に調整され、ベーパライザ１２に流入させる。ベーパライザ１２に流入された液化ガスは、燃料ガスに変換され、出力される。この燃料ガスは、温度調整弁１３によってエンジン側１９で規定される温度以下となるように噴霧される液化ガスの流量を調整する弁開度が調整される。温度および流量が安定した燃料ガスは、燃料供給部１６を介してミストセパレータ１７に出力される。ミストセパレータ１７において自然ボイルオフガス及び燃料ガスは、自身に含まれる残液成分（気化できずに液として残る重質分）が除去され、ガス加圧機に出力される。ガス加圧機１８においてミストセパレータ１７から取得したガスは所定のガス圧力まで加圧され、エンジン側１９に供給される。

また、運転中にエンジン側１９からの要求流量が最低流量未満となり、かつ、液化ガスタンク１０の圧力が所定値以下である場合には、ベーパライザを停止せず、調整を行いながらベーパライザ１２の運転を継続させる状態に移行する（以下「ホットスタンバイ状態」という。）。
運転中にエンジン側１９からの要求流量が、最低流量を下回る場合には、第１流路切替部１５を１００パーセント開状態とし、第２流路切替部１６を閉状態（０パーセント開状態）とする。さらに、流量調整弁１４は所定開度に制御される。所定開度とは、例えば、５〜１０パーセントの開度である（状態４）。

なお、この所定開度によって制限される流量は、最低流量以下となるように設定されている。これにより、ベーパライザ１２により出力される燃料ガスは不安定な燃料ガスとなるが、エンジン側１９には出力されず第１流路切替部１５を介して液化ガスタンク１０に返送されるので、エンジン側に影響を与えずにベーパライザ１２の運転を継続させることが可能となる。

また、ホットスタンバイ状態で運転中に、エンジン側１９からの要求流量が、ベーパライザ１２の最低流量を上回った場合には、通常運転の制御に戻り、第２流路切替部１６を開状態とし、第１流路切替部１５を閉状態とする（状態３）。

以上説明してきたように、液化ガスタンク１０に貯蔵されていた液化ガスは、ベーパライザ１２へ導かれ、ベーパライザ１２においてガス化され燃料ガスに変換される。ベーパライザ１２の出力側には、燃料ガスを液化ガスタンクに返送する第１流路２１と、燃料ガスをエンジン側に送出する第２流路２２とが設けられている。これらの流路の開閉制御を行う第１流路切替部１５及び第２流路切替部１６を液化ガスタンク１０の状態及びエンジン側１９の負荷の状態等に応じて制御することによって、燃料ガスを適切な流路へ送り出すことが可能となる。

要求流量が最低流量未満となった場合に、第１流路切替部１５が開状態とされ、第２流路切替部１６が開状態とされることで燃料ガスが液化ガスタンクに返送され、ベーパライザ１２に流入される液化ガスの流量は流量調整弁１４によって調整される。これにより、ベーパライザ１２から不安定な燃料ガスが吐出されるが、不安定な燃料ガスはエンジン側１９に供給されず液化ガスタンク１０に返送され、エンジン側１９に与える影響はない。このように安定した燃料ガスを出力するための最低流量を下回る場合であっても、ベーパライザ１２を稼働できる限界点を下げることができるので、ベーパライザ１２を停止せずに、運転を継続することが可能となる。

また、ベーパライザ１２は起動に時間がかかるため、運転が継続している状態から再起動する場合には、停止状態から再起動するよりも短時間でベーパライザ１２の起動が可能となる。

また、従来は、不安定な燃料ガスが生成されるとベーパライザ１２を停止する必要があったが、ベーパライザ１２の停止はオペレータが判断を行い、オペレータが指示を出すことにより行われるため、ベーパライザ１２の停止作業は手間がかかる。しかしながら、本実施形態に係るベーパライザ１２によれば、ベーパライザ１２を連続運転ができるため、停止作業に関わるオペレータの手間を削減することが可能となる。

なお、本実施形態に係る第１流路と第２流路とはベーパライザから分岐させる流路としていたが、これに限定されない。例えば、ベーパライザから個別の配管を設けることとしてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 燃料ハンドリング装置
１０ 液化ガスタンク
１２ ベーパライザ
１３ 温度調整弁
１４ 流量調整弁
１５ 第１流路切替部
１６ 第２流路切替部
２１ 第１流路
２２ 第２流路
２３、２４ ライン
３０ 制御部

Claims (5)

1. 液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクと、
   該液化ガスタンクの液化ガスから燃料ガスを生成するベーパライザと、
   前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスを前記液化ガスタンクに返送する第１流路と、
   該第１流路に設けられ、該第１流路の開閉制御を行う第１流路切替手段と、
   前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスをエンジン側に送出する第２流路と、
   該第２流路に設けられ、前記第２流路の開閉制御を行う第２流路切替手段と、
   前記ベーパライザに供給する液化ガスの量を調整する流量調整手段を具備し、
   前記燃料ガスの消費側が要求する前記燃料ガスの流量である要求流量が、前記ベーパライザが安定して制御できるガス化量である最低流量未満である場合に、
   前記第１流路切替手段は開状態とされ、前記第２流路切替手段は閉状態とされ、
   前記流量調整手段は、液化ガスの流量を最低流量未満に調整することを特徴とする燃料ハンドリング装置。
2. 前記要求流量が、前記最低流量以上となった場合に、
   前記第２流路切替手段は開状態とされ、前記第１流路切替手段は閉状態とされ、
   前記流量調整手段は、消費側の要求流量に基づいて流量を調整することを特徴とする請求項１に記載の燃料ハンドリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料ハンドリング装置を備える船舶。
4. 液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクと該液化ガスタンクの液化ガスから燃料ガスを生成するベーパライザとを具備する燃料ハンドリング装置の制御方法であって、
   前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスを前記液化ガスタンクに返送する第１流路において該第１流路の開閉制御を行い、
   前記ベーパライザによって生成された前記燃料ガスをエンジン側に送出する第２流路において前記第２流路の開閉制御を行い、
   前記燃料ガスの消費側が要求する前記燃料ガスの流量である要求流量が、前記ベーパライザが安定して制御できるガス化量である最低流量未満である場合に、前記第１流路は開状態とされ、前記第２流路は閉状態とされ、前記ベーパライザに供給する液化ガスの流量を最低流量未満に調整する燃料ハンドリング方法。
5. 前記要求流量が、前記最低流量以上となった場合に、前記第２流路は開状態とされ、前記第１流路は閉状態とされ、前記ベーパライザに供給する液化ガスの流量を消費側の要求流量に基づいて調整する請求項４に記載の燃料ハンドリング方法。

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