JP6262268B2 - Fuel gas supply system for internal combustion engines - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関用の燃料ガス供給システムに関する。この燃料ガス供給システムは、液化ガス貯蔵タンクと、燃料ガス供給ラインと、作業流体を有する熱交換回路とを備える。燃料ガス供給ラインは、液化ガス用のタンク出口ラインと、内燃機関用の燃料ガス供給圧力まで燃料ガスを加圧するための少なくとも1つの燃料ガスポンプと、少なくとも1つの燃料ガスポンプの下流に位置する最終熱交換器とを備え、この熱交換回路は、圧縮機と、その下流の第1の熱交換器および膨張デバイスと、膨張デバイスの下流に配置された第2の熱交換器とを少なくとも備える。 The present invention relates to a fuel gas supply system for an internal combustion engine. The fuel gas supply system includes a liquefied gas storage tank, a fuel gas supply line, and a heat exchange circuit having a working fluid. The fuel gas supply line includes a tank outlet line for liquefied gas, at least one fuel gas pump for pressurizing the fuel gas to the fuel gas supply pressure for the internal combustion engine, and final heat located downstream of the at least one fuel gas pump. The heat exchange circuit comprises at least a compressor, a first heat exchanger and an expansion device downstream thereof, and a second heat exchanger disposed downstream of the expansion device.
内燃機関は、コンテナ船、ばら積み貨物船、タンカー、およびLNG運搬船などの船舶において推進エンジンとして使用される。内燃機関は、プロペラシャフトに結合され、燃料の直接噴射を利用する典型的には大型の2ストローククロスヘッド機関であり、結果として燃料ガスは、内燃機関への送達前に高く加圧されなければならない。LNG運搬船については、燃料ガス供給システムにより約250バールの圧力で内燃機関に燃料ガスを送達させることが知られており、燃料ガスは、LNG貨物貯蔵タンクから直接の液化燃料ガスまたは再液化ボイルオフガス(BOG)である。 Internal combustion engines are used as propulsion engines in ships such as container ships, bulk carriers, tankers, and LNG carriers. An internal combustion engine is typically a large two-stroke crosshead engine that is coupled to a propeller shaft and utilizes direct injection of fuel so that the fuel gas must be highly pressurized before delivery to the internal combustion engine. Don't be. For LNG carriers, it is known to deliver fuel gas to an internal combustion engine at a pressure of about 250 bar by a fuel gas supply system, where the fuel gas can be liquefied fuel gas or reliquefied boil-off gas directly from the LNG cargo storage tank. (BOG).
Cryostar EcoRelシステムとして知られるこのタイプの燃料ガス供給システムが、図1に示される。タンクTの頂部からのBOGラインAが、BOG過熱低減器CおよびBOG凝縮器Dを通してフラッシュタンクEへとBOGを送達するコンプレッサBの入口に連結される。LNG用のタンク出口ラインが、タンクT内のLNG内に浸漬されたポンプGを備え、ポンプGは、タンク内のボイルオフガス発生速度(the rate of boiling off gas)が内燃機関内でのガス燃料消費をカバーするには不十分である場合に、フラッシュタンクEにLNGを移送するように作動され得る。フラッシュタンクEは、小さな貯蔵容量を有する液化ガス貯蔵タンクであり、機関の少なくとも数時間の動作に必要とされるLNG量を貯蔵するように内燃機関用のデイタンクとしてサイズ設定され得る。 This type of fuel gas delivery system, known as the Cryostar EcoRel system, is shown in FIG. BOG line A from the top of tank T is connected to the inlet of compressor B which delivers BOG to flash tank E through BOG superheat reducer C and BOG condenser D. The tank outlet line for LNG includes a pump G immersed in the LNG in the tank T, and the pump G has a gas boil-off gas generation rate (the rate of boiling off gas) in the internal combustion engine. It may be actuated to transfer LNG to the flash tank E when it is insufficient to cover consumption. The flash tank E is a liquefied gas storage tank with a small storage capacity and can be sized as a day tank for an internal combustion engine to store the amount of LNG required for at least several hours of operation of the engine.
フラッシュタンクE内のLNG内に浸漬されるポンプHは、約250バールの燃料ガス圧力へと燃料ガスを加圧するための少なくとも1つの燃料ガスポンプI用のプライマポンプとしての役割を果たし、加圧燃料ガスは、最終熱交換器Jを経由して内燃機関Kのガス燃料入口まで送達される。最終熱交換器Jは、熱源Lから温流体を供給され、燃料ガスが機関内で許容可能になるように約45℃の温度まで燃料ガスを加熱する。 The pump H immersed in the LNG in the flash tank E serves as a primer pump for at least one fuel gas pump I for pressurizing the fuel gas to a fuel gas pressure of about 250 bar, The gas is delivered to the gas fuel inlet of the internal combustion engine K via the final heat exchanger J. The final heat exchanger J is supplied with a warm fluid from a heat source L and heats the fuel gas to a temperature of about 45 ° C. so that the fuel gas is acceptable in the engine.
ボイルオフガスの冷却および凝縮は、作業流体として窒素を使用して熱交換回路により達成される。窒素は、圧縮機N内の3つの段で圧縮され、各段後には窒素の冷却を伴う。次いで、窒素は、熱交換器を通過し、低温膨張タービンPに送達され、初めにBOG凝縮器Dおよび次いでBOG過熱低減器Cを通され、熱交換器を経由して圧縮機Nに戻る。圧縮機および膨張タービンは、共通の単一のギヤボックス上に配置される。 Boil-off gas cooling and condensation is accomplished by a heat exchange circuit using nitrogen as the working fluid. Nitrogen is compressed in three stages in compressor N, with each stage being accompanied by cooling of the nitrogen. Nitrogen then passes through the heat exchanger and is delivered to the cold expansion turbine P, first through the BOG condenser D and then through the BOG superheat reducer C, and back to the compressor N via the heat exchanger. The compressor and expansion turbine are arranged on a common single gearbox.
特開2009−204026公報は、蒸発によるガス喪失が回避されるようにBOGを再液化しそれを貯蔵タンクに戻すための別のBOG液化システムを説明している。貯蔵タンクからの液化ガスは、貯蔵タンク内の液化ガス内に浸漬されたポンプによりポンプ送出され、さらにタンク外部のさらなるポンプで約100〜120バールの圧力まで加圧され、内燃機関に供給され得る。 JP 2009-204026 describes another BOG liquefaction system for re-liquefying BOG and returning it to the storage tank so that gas loss due to evaporation is avoided. The liquefied gas from the storage tank can be pumped by a pump immersed in the liquefied gas in the storage tank, further pressurized to a pressure of about 100-120 bar by an additional pump outside the tank, and supplied to the internal combustion engine. .
米国特許第7,690,365B2号から、200〜300バールの送達圧力にて燃料ガスをLNG運搬船内の内燃機関に供給するための別のBOG液化システムが知られている。液化ガス貯蔵タンク内のLNG内に浸漬された第1の燃料ガスポンプが、熱交換器を経由して高圧燃料ガスポンプへと約30バールの圧力でLNGを供給する。タンクからのボイルオフガスは、圧縮され、熱交換器を通過し、そこでLNGがBOGを冷却し、液化BOGは、貯蔵タンクに戻される。このシステムでは作業流体を含む適切な熱交換回路は存在しない。 Another BOG liquefaction system is known from US Pat. No. 7,690,365B2 for supplying fuel gas to an internal combustion engine in an LNG carrier at a delivery pressure of 200-300 bar. A first fuel gas pump immersed in LNG in the liquefied gas storage tank supplies LNG at a pressure of about 30 bar to the high pressure fuel gas pump via a heat exchanger. The boil-off gas from the tank is compressed and passes through a heat exchanger where the LNG cools the BOG and the liquefied BOG is returned to the storage tank. There is no suitable heat exchange circuit containing working fluid in this system.
熱交換回路を有さない他のシステムが知られている。米国特許第5,884,488号は、LNGタンクよりも低い高さに配置されて、重力によるおよびBOGによるポンプへのLNGの供給を可能にするLNGポンプを説明している。ポンプは、液相と気相の両方をポンプ送給する特殊設計のものである。WO2013/170964は、タンク内のプライマポンプから5.4バールの予圧にてLPGまたはLNGを供給される高圧ポンプを説明している。 Other systems are known that do not have a heat exchange circuit. U.S. Pat. No. 5,884,488 describes an LNG pump that is located at a lower height than the LNG tank and allows the supply of LNG to the pump by gravity and by BOG. The pump is of a special design that pumps both the liquid phase and the gas phase. WO 2013/170964 describes a high pressure pump that is supplied with LPG or LNG from a primer pump in the tank with a preload of 5.4 bar.
港間の航行中に、天候は、機関負荷の差異と、したがって内燃機関による燃料ガスの消費率の差異と、液化ガス貯蔵タンクへの熱入力の差異とを引き起こし、さらにかかる差異は、昼と夜との間にも発生する。 During navigation between ports, the weather causes differences in engine loads, and hence differences in the consumption of fuel gas by the internal combustion engine, and differences in heat input to the liquefied gas storage tank. It also occurs during the night.
本発明の目的は、高圧での非常に信頼性の高い燃料ガス供給をもたらす燃料ガス供給システムを提供することである。 It is an object of the present invention to provide a fuel gas supply system that provides a very reliable fuel gas supply at high pressure.
このために、本発明による燃料ガス供給システムは、少なくとも1つの燃料ガスポンプが、液化ガス貯蔵タンクの外部に配置され、液化ガス用のタンク出口ラインを経由して液化ガス貯蔵タンク内の液化ガスに連結可能であることと、熱交換回路内の第1の熱交換器が、燃料ガスポンプと最終熱交換器との間において燃料ガス供給ラインに連結されることと、熱交換回路内の第2の熱交換器が、液化ガス貯蔵タンク内に、または液化ガス貯蔵タンク内の液化ガスと連通する液体ガス流ラインに配置されることとを特徴とする。 To this end, in the fuel gas supply system according to the present invention, at least one fuel gas pump is disposed outside the liquefied gas storage tank, and converts the liquefied gas in the liquefied gas storage tank to the liquefied gas in the liquefied gas storage tank via the tank outlet line for the liquefied gas. Being connectable, a first heat exchanger in the heat exchange circuit being connected to the fuel gas supply line between the fuel gas pump and the final heat exchanger, and a second heat exchanger in the heat exchange circuit. The heat exchanger is arranged in a liquefied gas storage tank or in a liquid gas flow line in communication with the liquefied gas in the liquefied gas storage tank.
液化ガス貯蔵タンクは、液化ガスで充填された場合にアクセスが困難になる構造であり、タンク内の低温により、タンク内に配置された全ての設備が、好ましくは単純な設計であるべきである。単一の燃料ガスポンプか、あるいは2つ以上の燃料ガスポンプが存在してもよく、このポンプまたはこれらのポンプは、液化ガス貯蔵タンクの外部に配置される。システムの信頼性、特に動作信頼性のためには、タンクの外部に燃料ガスポンプを配置することが有利であり、この場合にはアクセスもまたより容易になる。 The liquefied gas storage tank is structured to be difficult to access when filled with liquefied gas, and due to the low temperature in the tank, all equipment located in the tank should preferably be of a simple design . There may be a single fuel gas pump or two or more fuel gas pumps, which are arranged outside the liquefied gas storage tank. For system reliability, in particular operational reliability, it is advantageous to place a fuel gas pump outside the tank, in which case access is also easier.
第2の熱交換器は、動作部分を有さず、固定構造としてタンク内に設置される。代替的には、第2の熱交換器は、液化ガス貯蔵タンク内の液化ガスと連通する液体ガス流ライン上に配置される。後者の場合において、液体ガスは、第2の熱交換器を通り液化ガス貯蔵タンク内に流れ、前者の場合では、第2の熱交換器は、液化ガス貯蔵タンク内の液化ガスに対して直接的に作用する。第2の熱交換器は、タンク内の液体ガスの冷却を実施し、この冷却により、液体ガスはガスの沸点未満の温度を有することになる。ガスの沸点は、圧力がより低い場合により低い温度にて沸騰が生じる点において圧力依存性である。タンク内の圧力での沸点未満への冷却により、液体ガスにおける圧力を低下させ、さらに沸騰による気相ガスの形成を回避することが可能となる。したがって、所望に応じて、タンク外部に配置された燃料ガスポンプは、同時に液体ガスの沸騰を引き起こすことなく、液化ガス用のタンク出口ラインを経由してタンク内の液体ガスに吸引力を印加し得る。燃料ガスポンプは、気相ガスを含まない液体ガスのみを受け、したがってポンプは、動作信頼性が非常に高い。 The second heat exchanger does not have an operating part and is installed in the tank as a fixed structure. Alternatively, the second heat exchanger is disposed on a liquid gas flow line in communication with the liquefied gas in the liquefied gas storage tank. In the latter case, the liquid gas flows through the second heat exchanger into the liquefied gas storage tank, and in the former case, the second heat exchanger is directly connected to the liquefied gas in the liquefied gas storage tank. It works in the same way. The second heat exchanger performs cooling of the liquid gas in the tank, and this cooling causes the liquid gas to have a temperature below the boiling point of the gas. The boiling point of the gas is pressure dependent in that boiling occurs at lower temperatures when the pressure is lower. By cooling below the boiling point at the pressure in the tank, it is possible to reduce the pressure in the liquid gas and avoid the formation of gas phase gas due to boiling. Therefore, if desired, the fuel gas pump arranged outside the tank can apply a suction force to the liquid gas in the tank via the tank outlet line for the liquefied gas without causing the liquid gas to boil at the same time. . The fuel gas pump receives only liquid gas that does not contain gas phase gas, so the pump is very reliable in operation.
機関への燃料ガスの供給は、液化ガス貯蔵タンクからの液体ガスに基づき、ボイルオフガスには基づかず、燃料ガス供給は、天候条件および消費率のばらつきとは無関係であり、これにより、内燃機関への高圧での燃料ガス供給の信頼性が向上する。 The supply of fuel gas to the engine is based on the liquid gas from the liquefied gas storage tank and is not based on boil-off gas, and the fuel gas supply is independent of weather conditions and variation in consumption rate, thereby The reliability of the fuel gas supply at high pressure is improved.
燃料ガスポンプの燃料ガス圧力は、200バール〜700バールの範囲内であることが好ましい。いくつかの実施形態については、750バールの圧力など、より高い燃料ガス圧力を使用することが可能であり得る。しかし、700バールの最大圧力は、その圧力を得るために使用されるエネルギー消費を制限する。燃料ガスは、内燃機関の燃焼室内に直接的に噴射され、これは、通常は200バール超の圧力を必要とする。結果として、燃料ガスポンプの燃料ガス圧力は、250バール〜450バールの範囲内であることが適切である。 The fuel gas pressure of the fuel gas pump is preferably in the range of 200 bar to 700 bar. For some embodiments, it may be possible to use higher fuel gas pressures, such as a pressure of 750 bar. However, a maximum pressure of 700 bar limits the energy consumption used to obtain that pressure. The fuel gas is injected directly into the combustion chamber of the internal combustion engine, which usually requires a pressure above 200 bar. As a result, the fuel gas pressure of the fuel gas pump is suitably in the range of 250 bar to 450 bar.
好ましい実施形態では、第3の熱交換器が、熱交換回路内の膨張デバイスの下流に、および燃料ガス供給ライン内の少なくとも1つの燃料ガスポンプの上流に配置される。この配置により、タンク出口ラインは、第3の熱交換器を通過し、熱交換回路により冷却される。窒素などの作業流体は、第3の熱交換器を通過する直前に膨張デバイスを通過しており、したがって熱交換回路内でその最低温度にある。第3の熱交換器は、タンク出口ライン内のガス燃料が少なくとも1つの燃料ガスポンプの入口に進入する際に最低温度になることを効果的に確保する。 In a preferred embodiment, a third heat exchanger is arranged downstream of the expansion device in the heat exchange circuit and upstream of at least one fuel gas pump in the fuel gas supply line. With this arrangement, the tank outlet line passes through the third heat exchanger and is cooled by the heat exchange circuit. A working fluid, such as nitrogen, has passed through the expansion device just prior to passing through the third heat exchanger and is therefore at its lowest temperature in the heat exchange circuit. The third heat exchanger effectively ensures that the gaseous fuel in the tank outlet line reaches a minimum temperature when entering the inlet of at least one fuel gas pump.
一実施形態では、圧縮機は、40バール〜120バールの範囲内の最大圧力まで作業流体を圧縮するようにサイズ設定される。圧縮機からの出口における作業流体の望ましい圧力は、膨張デバイス内で高レベルの減圧を実現することと、圧縮機を動作させるために必要とされる出力との均衡となる。この圧力は、40バール未満であることが可能であり、10、25、または35バールなどが可能である。優れた効率が望まれる場合には、圧力は、作業流体が第1の熱交換器を通り流れる最中に超臨界状態にあるように、好ましくは作業流体の臨界点での圧力よりも高いものとなり得る。 In one embodiment, the compressor is sized to compress the working fluid to a maximum pressure in the range of 40 bar to 120 bar. The desired pressure of the working fluid at the outlet from the compressor is a balance between achieving a high level of vacuum in the expansion device and the output required to operate the compressor. This pressure can be less than 40 bar, such as 10, 25, or 35 bar. If superior efficiency is desired, the pressure is preferably higher than the pressure at the critical point of the working fluid so that the working fluid is in a supercritical state while flowing through the first heat exchanger. Can be.
一実施形態では、膨張デバイスは、1バール〜12バールの範囲内の下流圧力をもたらすように構成される。望ましい圧力範囲は、作業流体により決定される。好ましくは、圧力範囲の上限は、その圧力における作業流体が、タンク内の液体ガスの沸点未満の沸点を有するような圧力を有し、窒素が作業流体として使用される場合には、12バールの圧力は、約−165℃の沸点に対応し、1バールの圧力は、約−196℃の沸点に対応する。膨張デバイスの出口での約5バールの好ましい圧力では、窒素は、約−178℃の沸点を有し、したがって作業流体は、液体ガスよりも著しく低温である。 In one embodiment, the expansion device is configured to provide a downstream pressure in the range of 1 bar to 12 bar. The desired pressure range is determined by the working fluid. Preferably, the upper limit of the pressure range is 12 bar if the working fluid at that pressure has a pressure such that it has a boiling point less than that of the liquid gas in the tank and nitrogen is used as the working fluid. The pressure corresponds to a boiling point of about −165 ° C., and a pressure of 1 bar corresponds to a boiling point of about −196 ° C. At a preferred pressure of about 5 bar at the outlet of the expansion device, nitrogen has a boiling point of about −178 ° C., so the working fluid is significantly cooler than liquid gas.
作業流体は、第2の熱交換器内に流れる場合に、液体または主に液体である。第2の熱交換器内に行きわたる圧力における作業流体の沸点は、液化ガス貯蔵タンク内の液体ガスの温度未満であり、第2の熱交換器内における液体ガスから作業流体への熱束は、作業流体を沸騰させる。作業流体により消費される気化熱により、第2の熱交換器は、液化ガス貯蔵タンク内の液体ガスの冷却において非常に効率性が高くなる。第2の熱交換器内で沸騰する作業流体のこの原理は、本発明の全ての実施形態に適用され得る。 The working fluid is liquid or predominantly liquid when flowing into the second heat exchanger. The boiling point of the working fluid at the pressure reaching the second heat exchanger is less than the temperature of the liquid gas in the liquefied gas storage tank, and the heat flux from the liquid gas to the working fluid in the second heat exchanger is Boil the working fluid. Due to the heat of vaporization consumed by the working fluid, the second heat exchanger is very efficient in cooling the liquid gas in the liquefied gas storage tank. This principle of the working fluid boiling in the second heat exchanger can be applied to all embodiments of the present invention.
一実施形態では、液化ガス貯蔵タンクは、内燃機関の連続完全負荷にて最大でも3日分の燃料ガス消費に対応する液化ガスの体積容量を有する。この実施形態では、液化ガス貯蔵タンクは、内燃機関の近傍に少量の燃料ガスを保持するいわゆるデイタンクである。デイタンクは、液体燃料ガスレベルがタンク内で所定レベル未満である場合になど、間をおいて燃料ガスを供給される。デイタンクは、典型的には大気圧にまたは数バールの若干の超過気圧に保持される。いくつかの実施形態では、デイタンクは、24時間未満の燃料ガス消費に対応する容量を有し得る。 In one embodiment, the liquefied gas storage tank has a volume capacity of liquefied gas corresponding to at most 3 days of fuel gas consumption at a continuous full load of the internal combustion engine. In this embodiment, the liquefied gas storage tank is a so-called day tank that holds a small amount of fuel gas in the vicinity of the internal combustion engine. The day tank is supplied with fuel gas at an interval, such as when the liquid fuel gas level is below a predetermined level in the tank. Day tanks are typically held at atmospheric pressure or at some overpressure of a few bar. In some embodiments, the day tank may have a capacity corresponding to fuel gas consumption of less than 24 hours.
一実施形態では、燃料ガス供給システムは、少なくとも2つの液化ガス貯蔵タンクを備える。液化ガス貯蔵タンクの中の1つは、デイタンクであってもよいが、液化ガス貯蔵タンクの中の2つ以上が大容量のタンクであることもまた可能である。この実施形態が、LNG運搬船またはLPG運搬船などの液化ガス運搬船内に設置される場合には、液化ガス貯蔵タンクは、貨物タンク、または機関室の最も近くに配置された2つの貨物タンクなどの貨物タンクのサブセットであることが可能である。船舶が貨物として液化ガスを運搬していない場合には、2〜25個またはそれ以上の液化ガス貯蔵タンクなどの、複数の液化ガス貯蔵タンクを有することが適切となり得る。 In one embodiment, the fuel gas supply system comprises at least two liquefied gas storage tanks. One of the liquefied gas storage tanks may be a day tank, but it is also possible that two or more of the liquefied gas storage tanks are large capacity tanks. When this embodiment is installed in a liquefied gas carrier such as an LNG carrier or LPG carrier, the liquefied gas storage tank is a cargo tank or cargo such as two cargo tanks located closest to the engine room. It can be a subset of the tank. If the ship is not carrying liquefied gas as cargo, it may be appropriate to have multiple liquefied gas storage tanks, such as 2-25 or more liquefied gas storage tanks.
一実施形態では、熱交換回路は、少なくとも2つの液化ガス貯蔵タンク内に配置された少なくとも2つの熱交換器を備え、好ましくはそれにより、少なくとも1つの第2の熱交換器が、各液化ガス貯蔵タンク内に配置される。 In one embodiment, the heat exchange circuit comprises at least two heat exchangers disposed in at least two liquefied gas storage tanks, preferably whereby at least one second heat exchanger is connected to each liquefied gas. Located in the storage tank.
一実施形態では、燃料ガス供給システムは、船舶における推進機関としての役割を果たす内燃機関のためのものである。代替的には、燃料ガス供給システムは、船舶における補助機関のための、または定置式発電所において原動機としての役割を果たす内燃機関のためのものであってもよい。 In one embodiment, the fuel gas supply system is for an internal combustion engine that serves as a propulsion engine in a ship. Alternatively, the fuel gas supply system may be for an auxiliary engine in a ship or for an internal combustion engine that serves as a prime mover in a stationary power plant.
一実施形態では、船舶は、コンテナ船、ばら積み貨物船、客船、油送船、タンカー、ローロー船舶、および冷蔵船を備える群より選択される。液化ガスとは異なる貨物を運搬することが、この群内の船舶の共通の特徴であり、この場合に、船は、液化ガス貯蔵タンクの形態のガス燃料タンクを備えたものである。ローロー船舶は、貨物が船内または船外に駆動されるのを可能にするタラップを有する船である。別の実施形態では、船は、ガス運搬船である。 In one embodiment, the vessel is selected from the group comprising container ships, bulk carriers, passenger ships, oil carriers, tankers, rolow ships, and refrigerated ships. Carrying cargo different from liquefied gas is a common feature of ships in this group, in which case the ship is equipped with a gas fuel tank in the form of a liquefied gas storage tank. A low-low vessel is a vessel with a turret that allows cargo to be driven into or out of the ship. In another embodiment, the ship is a gas carrier.
一実施形態では、バイパスラインは、第1の熱交換器の下流の燃料ガス供給ラインから液化ガス貯蔵タンクまで延在し、このバイパスラインは、バイパスポンプおよび止め弁を備える。内燃機関が、運転停止された場合に、バイパスライン中の止め弁は、開かれ、ポンプは、タンク出口ラインおよびバイパスラインを通り低温液体ガスを循環させるように作動され得ることにより、システムは、内燃機関の始動前に冷却されるか、または機関が一時的に停止される間に低温条件にとどめられる。 In one embodiment, the bypass line extends from a fuel gas supply line downstream of the first heat exchanger to a liquefied gas storage tank, the bypass line comprising a bypass pump and a stop valve. When the internal combustion engine is shut down, the stop valve in the bypass line is opened and the pump can be operated to circulate cryogenic liquid gas through the tank outlet line and the bypass line so that the system It is cooled before the internal combustion engine is started, or is kept in a low temperature condition while the engine is temporarily stopped.
本発明の実施形態の例は、非常に概略化された図面を参照として以下でさらに詳細に説明される。 Examples of embodiments of the invention are described in more detail below with reference to highly schematic drawings.
図2のLNG運搬船は、上部構造物2の下方に配置された機関室1内で主要推進機関としての役割を果たす内燃機関を有する。機関は、船舶を推進させるためのプロペラ3を駆動する。LNG運搬船は、複数の、図示する実施形態では4つのLNG貯蔵タンクを有し、その中の少なくとも1つまたは好ましくは複数が、本発明による燃料ガス供給システムで使用される液化ガス貯蔵タンク4である。LNG運搬船の目的は、生産現場からLNG使用現場にLNGを輸送することであるが、LNG貯蔵タンクは、輸送中の内燃機関用の燃料貯蔵部としても機能する。
The LNG carrier shown in FIG. 2 has an internal combustion engine that serves as a main propulsion engine in an
船舶は、LNG運搬船である必要はないが、少なくとも1つの液化ガス貯蔵タンク4が船舶の貨物とは無関係な燃料貯蔵部としてのみの役割を果たす、任意の別のタイプの船舶であることもまた可能である。かかる他のタイプの船舶の例は、ローロー船舶、コンテナ船、石油タンカー、自動車運搬船、およびばら積み貨物船である。
The vessel need not be an LNG carrier, but can also be any other type of vessel in which at least one liquefied
図3では、内燃機関がより詳細に示される。内燃機関は、ピストン機関であり、好ましくは5で全体的に示される2ストローククロスヘッド内燃機関である。機関は、4〜15個のシリンダを有することが可能である。機関は、例えばMAN Diesel & Turbo製およびタイプME−GIもしくはMC、またはWaertsilae製、または Mitsubishi製のものなどが可能である。シリンダは、例えば25〜120cm、好ましくは40〜110cmの範囲内のボアを有することが可能である。主要推進機関として使用される2ストローククロスヘッド内燃機関は、典型的には55〜195rpmの範囲内のrpmとして示される速度を有する。これらの機関は、低速機関と呼ばれる。低速は、船舶の航跡内の水にプロペラを介して推進スラストを伝達するために必要とされる。水に推力を伝達するために、プロペラは、大面積を、およびしたがって大直径を必要とする。プロペラにおける空洞現象は望ましくないため、60〜200rpmなどの低速範囲に推進エンジンの速度を制限することが必要である。 In FIG. 3, the internal combustion engine is shown in more detail. The internal combustion engine is a piston engine, preferably a two-stroke crosshead internal combustion engine, indicated generally at 5. The engine can have 4-15 cylinders. Institutions can be, for example, those from MAN Diesel & Turbo and type ME-GI or MC, or from Waertsilae, or from Mitsubishi. The cylinder can have a bore, for example in the range 25-120 cm, preferably 40-110 cm. A two-stroke crosshead internal combustion engine used as the main propulsion engine typically has a speed indicated as rpm in the range of 55 to 195 rpm. These engines are called low speed engines. Low speed is required to transmit propulsion thrust via propellers to water in the ship's wake. In order to transmit thrust to the water, the propeller requires a large area and thus a large diameter. Since cavitation in the propeller is undesirable, it is necessary to limit the speed of the propulsion engine to a low speed range such as 60-200 rpm.
内燃機関5は、シリンダ内に往復動ピストンをそれぞれ有する複数のシリンダを有する。2ストローククロスヘッド内燃機関では、シリンダは、典型的には単流掃気式のものであり、排気弁6が、シリンダの頂部に配置され、掃気ポート(図示せず)が、シリンダの下方端部に配置される。シリンダからの排気ガスは、排気ガスレシーバ7に、およびターボチャージャ8のタービン部分へと先に送られる。ターボチャージャの圧縮機部分は、吸気室9に圧縮吸気を供給する。この室から、吸気は、シリンダの掃気ポートを囲む領域へと吸気冷却器10を通り進む。
The
機関は、パイロット燃料油のおよび気相燃料ガスの直接噴射のための噴射システムを有し、安全上の理由から、燃料ガスを噴射するためのシステムは、空気取り入れシステムおよび不活性ガスシステムを備える。空気取り入れシステムは、ガス燃料パイプ16を囲むパイプ15内に設けられ、2つのパイプ間の環状空間により、内方パイプからのガス漏れのモニタリングが可能となる。空気取り入れは、11にて行われ、噴射システムが動作している場合には、通常は、空気吹き出しは12にて行われる。一対の炭化水素検出器13が、空気吹き出し部12に続く導管中の機関の下流に配置される。加圧不活性ガス源14が、燃料ガスパイプ16に連結され、機関の停止時に、不活性ガスは、燃料ガスパイプからガスをパージするために燃料ガスパイプに供給される。
The engine has an injection system for direct injection of pilot fuel oil and gas phase fuel gas, and for safety reasons the system for injecting fuel gas comprises an air intake system and an inert gas system . The air intake system is provided in the
第1の燃料貯蔵部17が、内燃機関の各シリンダ19上の燃料噴射器18にパイロット燃料を供給する。パイロット燃料は、例えば300または400バールなどの圧力で供給され、シリンダ内で各燃料噴射シーケンスを開始するために使用される。パイロット燃料は、燃料油であることが可能であり、燃焼ストロークの終了時に燃焼室内で使用可能な圧縮圧力にて燃焼室内で自動点火することが可能である。各シリンダ19上のガス噴射器20は、所要のパイロット油圧力が検出されると、制御油ポンプ21から制御油を供給され、制御油圧力は、ガスを噴射するためにガス噴射器20にて必要とされる。制御油は、パイロット油が噴射し損ねた場合に、ガスがシリンダ内に噴射されないことを確保する。また、ガス噴射器20は、シーリング油ライン22を経由して加圧シーリング油を供給される。シーリング油は、ガスが、燃焼室内にガスを送達するガス噴射ノズルを通る以外の方法でガス噴射器から流出するのを防止する。
The first
液化ガス貯蔵タンク4からの燃料ガスは、燃料ガス供給システムの燃料ガス供給ライン25を経由して燃料ガスパイプ16に供給され、アキュムレータ23に流れ、制御弁24が、燃料ガス噴射が行われるべき時に噴射器20への燃料ガスのために開く。燃料ガスパイプ16と噴射器20との間には共通レールパイプが存在してもよく、その場合には、アキュムレータ23を不要とすることが可能となり得る。
The fuel gas from the liquefied
内燃機関用の燃料ガス供給システムは、図6〜図8でさらに詳細に図示される。燃料ガス供給ライン25は、液化ガス貯蔵タンク4内から内燃機関5に延在し、タンク出口ライン26により形成される初期セクションを有する。タンク出口ライン26は、タンクの内底部付近の領域へとタンク内に延在し、液体ガスの流入を可能にする端部開口を有する。液化ガス貯蔵タンク4内のタンク出口ライン26上にはポンプは存在しない。上方から下方へとタンク内に延在する代わりに、タンク出口ラインは、タンクの底部開口からタンクの下方に延在してもよく、または、液化ガス貯蔵タンクが水平中心軸および端底部を有する円筒状タンクとして形状設定される場合には、端底部の下方部分から延在してもよい。
A fuel gas supply system for an internal combustion engine is illustrated in further detail in FIGS. The fuel
タンク出口ラインは、第3の熱交換器27に連結され、この第3の熱交換器27内で、燃料ガス供給ライン内の燃料ガスは、28で全体的に示される熱交換回路内の作業流体により冷却される。タンク出口ラインは、タンクが選択に応じて連結解除または連結され得るように、液化ガス貯蔵タンク4の外部に止め弁(図示せず)および場合によってはさらに逆止弁を備える。第3の熱交換器27の下流側には、燃料ガス供給ラインは、燃料ガスポンプ29の入口へと続き、燃料ガスポンプ29は、少なくとも内燃機関5への燃料ガス入口に必要とされる圧力、すなわち200バール〜700バールの、典型的には約300〜400バールの範囲内の圧力になるように燃料ガス圧力を上昇させる高圧ポンプである。内燃機関が、燃焼室内の圧力が例えば180バールなどになり得る圧縮ストロークの終了時に燃焼室内へのガスの直接噴射を実施するため、および噴射圧力が、燃焼ゾーンにガスを良好に配給するために大幅により高いものであることが必要であるため、高圧が必要とされる。
The tank outlet line is connected to a
燃料ガスポンプは、複数の段を有してもよく、または直列または並列で連結された2つ以上の燃料ガスポンプが存在してもよい。燃料ガスポンプは、低温ポンプであり、例は、Cryogenic Industries、CA、USAのモデルTC−34、およびHydrocarbon Processing、July 2011、pages 37−41に開示されるような高圧遠心LNGポンプである。好ましくは、燃料ガスポンプは、両方向に動作する油圧アクチュエータを有するピストン変位ポンプである。また、少なくとも1つの燃料ガスポンプは、1つのピストンポンプおよび1つの遠心ポンプの組合せであってもよい。 The fuel gas pump may have a plurality of stages, or there may be two or more fuel gas pumps connected in series or in parallel. The fuel gas pump is a cryogenic pump, examples being high pressure centrifugal LNG pumps as disclosed in Cryogenic Industries, CA, USA model TC-34, and Hydrocarbon Processing, July 2011, pages 37-41. Preferably, the fuel gas pump is a piston displacement pump having a hydraulic actuator that operates in both directions. The at least one fuel gas pump may be a combination of one piston pump and one centrifugal pump.
燃料ガスポンプの出口から、燃料ガス供給ライン25は、第1の熱交換器30に連結され、この第1の熱交換器30内で、燃料ガス供給ライン内の燃料ガスが、熱交換回路28内の作業流体によって加熱される。燃料ガス供給ライン25は、第1の熱交換器30の出口から最終熱交換器31に続き、この最終熱交換器31内で、燃料ガスは、内燃機関への燃料ガスの送達に適した雰囲気を超える温度、好ましくは約45℃の温度にまで加熱される。最終熱交換器は、熱交換回路28とは別個である利用可能源32から加熱流体を供給される。
From the outlet of the fuel gas pump, the fuel
最終熱交換器31の出口から、燃料ガス供給ライン25は、内燃機関にてガス燃料パイプ16に連結され、このガス燃料パイプ16には、燃料ガスが燃料ガス供給圧力にて送達される。燃料ガスは、燃料ガスポンプ29からガス燃料パイプ16まで延在する燃料ガス供給ライン25のセクションにおいて超臨界状態にある。
From the outlet of the
熱交換回路28は、作業流体が流れる循環ライン33を有する閉回路である。作業流体用の貯蔵部34が、循環ライン33を経由して圧縮機35の入口に連結される。圧縮機は、単段圧縮機または複数段を有する圧縮機であることが可能である。圧縮機35の出口にて、作業流体は、100バールの圧力でなど超臨界段階にあり、圧縮機の出口は、第1の熱交換器30上の入口に連結され、それにより作業流体は、好ましくは作業流体が第1の熱交換器の通過時に熱を送達する燃料ガスを含む対向流内を流れることになる。
The
第1の熱交換器の出口から、循環ライン33は、膨張デバイス36に続き、膨張デバイス36内では、作業流体の圧力が、1バール〜12バールの範囲内の圧力などの低圧へと低減され、それにより作業流体は、この沸点より少なくとも10℃低いおよび好ましくはこの沸点より少なくとも20℃低い温度など、燃料ガスポンプ29の上流の燃料ガス供給ライン25内の燃料ガスの沸点未満の温度になる。一実施形態では、圧力膨張デバイスは、閉チャンバ内に配置され、第1の熱交換器からの循環ライン33に連結されたオリフィスノズルを備えることが可能であり、それにより作業流体は、室内へと膨張し、したがって作業流体の圧力と温度の両方が下がる。
From the outlet of the first heat exchanger, the
膨張デバイス36の出口から、循環ライン33は、第3の熱交換器27に連結され、この第3の熱交換器27において、燃料ガス供給ライン内の燃料ガスは、熱交換回路28内の作業流体によって冷却される。この冷却は、作業流体が、膨張デバイスからの流出時には循環ライン内でその最低温度にあるため、非常に効果的である。したがって、燃料ガスは、その沸点よりかなりの摂氏温度だけ冷却され、これは、少なくとも1つの燃料ガスポンプ29のすぐ上流にいかなる気相の存在も伴わずに、液体燃料ガスにおける低圧のための余地を残す。
From the outlet of the
第3の熱交換器27の出口から、循環ライン33は、螺旋形状パイプセクションなどの、タンク内の液体ガス内に浸漬されたパイプセクションの形態であり得る第2の熱交換器37へと液化ガス貯蔵タンク4内に続く。循環ラインおよび液化ガス貯蔵タンク4内部に延在する第2の熱交換器は、一実施形態ではある形状の単一長さのパイプセットから形成され、場合によっては強化された熱交換のために外部フィンを備え、タンク内部の別個の要素同士の間の動作部分または動作連結部は、動作における信頼性を最適化するために所望に応じて回避され得る。別の実施形態では、第2の熱交換器は、作業流体用の内部流路と、液化ガス貯蔵タンク4内に配置された循環ライン33への固定連結部を有する入口開口および出口開口とを有するプレート形状構造体である。一点鎖線は、タンク内の液体ガスの上方表面38を示す。当然ながら、上方表面の高さは、燃料ガスが消費されることにより下方に移動する。第2の熱交換器37から、循環ライン33は、貯蔵部34上の入口に続く。
From the outlet of the
作業流体は、窒素が不活性ガスとして使用される船舶において他の目的のために既に使用され得る窒素であることが可能である。代替的には、作業流体は、アルゴンまたはヘリウムであることが可能である。これらの作業流体の典型的な特性は、典型的には燃料ガスとして使用されるメタンの同様の特性と共に表1に示される。ヘリウムは、その低い気化熱により好ましくない。 The working fluid can be nitrogen that can already be used for other purposes in ships where nitrogen is used as the inert gas. Alternatively, the working fluid can be argon or helium. Typical characteristics of these working fluids are shown in Table 1, along with similar characteristics of methane typically used as fuel gas. Helium is not preferred due to its low heat of vaporization.
バイパスライン39が、第1の熱交換器30の下流の燃料ガス供給ライン25に連結され、バイパスポンプ40および止め弁(図示せず)を経由して液化ガス貯蔵タンク4まで延在する。ポンプ29は、バイパスライン39がバイパスのために開いている場合に、ポンプ29がバイパス流を可能にするように、バイパスライン39が開閉されると開閉されるバイパス導管を有する吸込室により具現化され得る。代替的には、ポンプ29は、停止時にポンプ部材を通したバイパスを可能にするタイプのものであってもよい。内燃機関が停止状態にある場合に、止め弁は開かれ、バイパスポンプ40は、システムを冷却し、内燃機関が始動される場合にシステムを動作可能状態に維持するために、液体ガスが燃料ガス供給ライン25の大部分を通り循環されるように作動される。
A
本発明の動作の一例は、図6の実施形態を参照として以下に示される。燃料ガス供給ライン25内のガス流量は、内燃機関が約27MWの出力を有する場合のLNG消費に対応する1kg/sとして見なされる。機関のタイプ、機関のボア、および機関内のシリンダ数の依存における、約2MW〜約90MWの出力での船舶推進範囲に関連する内燃機関、および燃料ガス消費率は、出力に比例する。窒素N2は、作業流体として使用され、循環ライン33内の作業流体の流量は、この例では1.7kg/sである。
An example of the operation of the present invention is shown below with reference to the embodiment of FIG. The gas flow rate in the fuel
液化ガス貯蔵タンク4内の位置agにおける液体ガスは、約1バールの圧力および約−161℃の温度を有し、ほぼ同一の温度および圧力は、第3の熱交換器27のすぐ上流の位置bgにおけるタンク出口ライン26内の燃料ガスに関連する。この熱交換器の下流の燃料ガス供給ライン25内の位置cgにて、燃料ガスは、約0.7〜1バールの範囲内の圧力および約−176℃の温度を有する。少なくとも1つの燃料ガスポンプ29における加圧後に、燃料ガスは、位置dgにて約300バールの圧力および約−172℃の温度を有し、同一の圧力および温度は、例えば第1の熱交換器30のすぐ上流の位置にて見受けられる。位置fgのこの熱交換器の下流にて、燃料ガスは、約300バールの圧力および約−12℃の温度を有し、位置ggの最終熱交換器31の下流にて、燃料ガスは、約300バールの圧力および約45℃の温度を有する。
The liquid gas at the position ag in the liquefied
貯蔵部34内の位置iの作業流体は、約5バールの圧力および約−161℃の温度を有し、ほぼ同一の温度および圧力は、圧縮機35のすぐ上流の位置hに関連する。位置fの圧縮機35の下流にて、作業流体は、約100バールの圧力および約28℃の温度を有する。位置eおよびdの第1の熱交換器30の下流にて、作業流体は、約100バールの圧力および約−152℃の温度を有する。膨張デバイス36の下流の位置cにて、作業流体は、約5バールの圧力および約−178℃の温度を有し、作業流体の一部分が、蒸気相にある。第3の熱交換器において、液相部分が蒸発し、位置bおよびaの第3の熱交換器27の下流で、作業流体は約5バールの圧力および約−178℃の温度を有する。第2の熱交換器37において、作業流体は沸騰し、その下流および貯蔵部34内の位置iにて、作業流体は約5バールの圧力および約−161℃の温度を有する。
The working fluid at location i in
これらの流れ条件では、圧縮機35は、310kWの出力を必要とし、542kWが、第1の熱交換器30において作業流体から燃料ガスに転送され、66kWが、第3の熱交換器27において燃料ガスから作業流体に転送され、165kWが、第2の熱交換器33において燃料ガスから作業流体に転送される。
Under these flow conditions, the
第1の熱交換器30では、作業流体は、28℃の温度で進入し、−152℃で退出するが、燃料ガスは、対向流において−171℃の温度で進入し、−12℃で退出する。したがってこれらの2つの流体間の温度差は、熱交換器の一方の端部では40℃であり、他方の端部では19℃であり、熱交換器内では温度差はより小さいが、作業流体は、熱交換器内の全ての位置において燃料ガスよりも高い温度を有する。
In the
他の実施形態の以下の説明において、上述の実施形態におけるものと同一の参照数字が、同一機能の細部に関して使用され、第1の実施形態に対する相違点のみが記述される。 In the following description of other embodiments, the same reference numerals as in the previous embodiment are used with respect to the same functional details and only the differences with respect to the first embodiment are described.
図7の第2の実施形態では、膨張デバイス20は、タービンがそのシャフトに力を受ける間に、作業流体が膨張するタービンである。タービンのシャフトは、エネルギーを節減するために、場合によってはギヤボックスを介して燃料ガスポンプのシャフトに結合される。
In the second embodiment of FIG. 7, the
図8の第3の実施形態では、燃料ガス供給ライン25が取り付けられる液化ガス貯蔵タンク4は、比較的小さな容積のデイタンクであるため、内燃機関5の数時間の動作しかし数日未満の動作にわたり必要とされる燃料ガス体積を収容する。このデイタンクは、小型サイズであるため、機関室付近に設置することが好都合である。大容積の少なくとも1つの追加の液化ガス貯蔵タンク4もまた設置され、第2の熱交換器37もまたこのタンク内に設置され、循環ライン33は、デイタンクとしての役割を果たす液化ガス貯蔵タンク4内の第2の熱交換器37と並列にこの第2の熱交換器37を連結する別個のループを備え、制御弁41が、各第2の熱交換器37への作業流体の流れを制御するために使用される。サービスポンプ43を有する燃料ガス送給ライン42が、大型タンクの内方底部付近からデイタンクまで延在し、デイタンクは、デイタンク内の液位が事前設定値未満である場合にサービスポンプを作動させるセンサまたはレベル制御デバイスを有してもよく、それにより適量の液体燃料ガスが、デイタンク内に維持される。
In the third embodiment of FIG. 8, the liquefied
各タンク内の第2の熱交換器37は、ガスの沸点よりも低い温度にてタンク内のガス内容物を維持する。したがって、タンク内の圧力レベルは、約1バールの大気圧に維持され得るため、ガスのボイルオフが回避される。したがって、燃料ガス供給システムは、ボイルオフガスを使用しておらず、ボイルオフガス再液化のための設備を有さない。液化ガス貯蔵タンク4内の液体ガス内容物は、ガスの融点超ではあるが融点付近の温度などのより低温へと冷却され、したがって内燃機関5が停止される一方で液体ガスの温度が低速で上昇する期間を与える。タンクへの熱束が低速で発生するため、タンク内での沸騰を伴わずに最大で数日間にわたり機関を停止することが可能となる。
The
図9の第4の実施形態では、第2の熱交換器37は、50で全体的に示される液体ガス流ラインにて液化ガス貯蔵タンク4の外部に配置される。液体ガス流ラインは、第2の熱交換器37を通過する。液体ガス流ラインは、液化ガス貯蔵タンク4の内方底部付近で液化ガス貯蔵タンク4内に下方に延在する吸込ライン44と、循環ポンプ46により液化ガスが第2の熱交換器37を通り流された後にタンクに液化ガスを戻す送達ライン45とを介して、液化ガス貯蔵タンク内の液化ガスと連通している。また、液体ガス流ライン50は、一方のタンクから別のタンクに液体ガスを移送するためのラインであってもよく、サービスポンプ43を有する燃料ガス送給ライン42として具現化され得る。
In the fourth embodiment of FIG. 9, the
他の実施形態では、少なくとも1つの燃料ガスポンプ29上の入口にタンク出口ラインを直接連結することと、第2の熱交換器に膨張デバイス36からの出口を直接連結することとが、したがって第3の熱交換器を必要としないことが可能である。
In other embodiments, connecting the tank outlet line directly to the inlet on the at least one
各液化ガス貯蔵タンク4は、タンクの上方部分に不活性ガス源を連結する不活性ガスラインを備えてもよく、不活性ガスラインは、液化ガス貯蔵タンク4内の大気圧(約1気圧または1バール)を維持する調整弁を備えてもよい。代替的には、不活性ガスラインは、可撓性壁部を有する不活性ガス源に連結されてもよく、可撓性壁部の外部は、雰囲気へと開口し、そのため大気圧は、全ての動作条件の最中におよびしたがってさらに液化ガスがその沸点を大幅に下回って冷却された場合に、不活性ガス源内におよびしたがって液化ガス貯蔵タンク4内に存在する。
Each liquefied
上記で説明される様々な実施形態では、かかるシステムでの通常のように止め弁および制御弁と、特に燃料ガス供給ライン25中の止め弁とが存在し、この止め弁は、止め弁が開位置にある場合に、液化ガス貯蔵タンク内の液化ガスに少なくとも1つの燃料ガスポンプを連結することが可能である。
In the various embodiments described above, there are stop valves and control valves as usual in such systems, and in particular stop valves in the fuel
燃料ガス供給ライン25は、燃料ガス供給ライン25の外径よりも大きな直径の外方パイプの形態の保護を有して作製されてもよく、これらのパイプ間の環状空間は、通気され、通気の出口にてガス漏れ検出器を備える。また、外方パイプは、人員が非常に低温の表面と接触状態になるのを防止する役割を果たす。
The fuel
説明された様々な実施形態の詳細は、特許請求項の範囲内でさらなる実施形態へと組み合わされ得る。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
[1] 内燃機関(5)のための燃料ガス供給システムであって、液化ガス貯蔵タンク(4)と、燃料ガス供給ライン(25)と、作業流体を有する熱交換回路とを備え、前記燃料ガス供給ラインは、液化ガス用のタンク出口ライン(26)と、前記内燃機関用の燃料ガス供給圧力まで燃料ガスを加圧するための少なくとも1つの燃料ガスポンプ(29)と、前記少なくとも1つの燃料ガスポンプの下流に配置された最終熱交換器(31)とを備え、前記熱交換回路は、圧縮機(35)と、その下流の第1の熱交換器(30)および膨張デバイス(36)と、前記膨張デバイスの下流に配置された第2の熱交換器と、を少なくとも備える、燃料ガス供給システムにおいて、
前記少なくとも1つの燃料ガスポンプ(29)は、前記液化ガス貯蔵タンク(4)の外部に配置され、液化ガス用の前記タンク出口ライン(26)を経由して前記液化ガス貯蔵タンク(4)内の液化ガスに連結可能であることと、
前記熱交換回路内の前記第1の熱交換器(30)は、前記燃料ガスポンプ(29)と前記最終熱交換器(31)との間において前記燃料ガス供給ライン(25)に連結されることと、
前記熱交換回路内の前記第2の熱交換器(37)は、前記液化ガス貯蔵タンク(4)内に、または前記液化ガス貯蔵タンク(4)内の前記液化ガスと連通する液体ガス流ライン(50)に配置されることとを特徴とする、燃料ガス供給システム。
[2] 前記燃料ガスポンプ(29)の前記燃料ガス圧力は、200バール〜700バールの範囲内、好ましくは250バール〜450バールの範囲内である、[1]に記載の燃料ガス供給システム。
[3] 第3の熱交換器(27)が、前記熱交換回路内の前記膨張デバイス(36)の下流に、および前記燃料ガス供給ライン内の前記少なくとも1つの燃料ガスポンプ(29)の上流に配置される、[1]または[2]に記載の燃料ガス供給システム。
[4] 前記圧縮機(35)は、40バール〜120バールの範囲内の最大圧力まで前記作業流体を圧縮するようにサイズ設定される、[1]から[3]のいずれか一項に記載の燃料ガス供給システム。
[5] 前記膨張デバイス(36)は、1バール〜12バールの範囲内の下流圧力をもたらすように構成される、[1]から[4]のいずれか一項に記載の燃料ガス供給システム。
[6] 前記液化ガス貯蔵タンク(4)は、最大でも3日分の燃料ガス消費に対応する液化ガスの体積容量を有する、[1]から[5]のいずれか一項に記載の燃料ガス供給システム。
[7] 前記燃料ガス供給システムは、2〜25個の液化ガス貯蔵タンクなど、少なくとも2つの液化ガス貯蔵タンク(4)を備える、[1]から[6]のいずれか一項に記載の燃料ガス供給システム。
[8] 前記熱交換回路(28)は、少なくとも2つの液化ガス貯蔵タンク(4)内に配置された少なくとも2つの熱交換器(37)を備え、好ましくはそれにより、少なくとも1つの第2の熱交換器が、各液化ガス貯蔵タンク内に配置される、[7]に記載の燃料ガス供給システム。
[9] 燃料ガス供給システムが、船舶における推進機関としての役割を果たす内燃機関(5)のためのものである、[1]から[7]のいずれか一項に記載の燃料ガス供給システム。
[10] 前記船舶は、コンテナ船、ばら積み貨物船、客船、油送船、タンカー、ローロー船舶、および冷蔵船を備える群より選択される、[9]に記載の燃料ガス供給システム。
[11] バイパスライン(39)が、前記第1の熱交換器(30)の下流の前記燃料ガス供給ライン(25)から前記液化ガス貯蔵タンク(4)まで延在し、前記バイパスラインは、バイパスポンプ(40)および止め弁を備える、[8]または[9]に記載の燃料ガス供給システム。
[12] 前記液化ガス貯蔵タンク(4)は、大気圧で不活性ガス源に連結される、[1]から[11]のいずれか一項に記載の燃料ガス供給システム。
The details of the various described embodiments can be combined into further embodiments within the scope of the claims.
The matters described in the claims at the beginning of the application are appended as they are.
[1] A fuel gas supply system for an internal combustion engine (5), comprising a liquefied gas storage tank (4), a fuel gas supply line (25), and a heat exchange circuit having a working fluid, The gas supply line includes a tank outlet line (26) for liquefied gas, at least one fuel gas pump (29) for pressurizing fuel gas to the fuel gas supply pressure for the internal combustion engine, and the at least one fuel gas pump. A final heat exchanger (31) disposed downstream of the compressor, wherein the heat exchange circuit includes a compressor (35), a first heat exchanger (30) and an expansion device (36) downstream thereof, A fuel gas supply system comprising at least a second heat exchanger disposed downstream of the expansion device;
The at least one fuel gas pump (29) is disposed outside the liquefied gas storage tank (4), and is disposed in the liquefied gas storage tank (4) via the tank outlet line (26) for liquefied gas. Being connectable to liquefied gas,
The first heat exchanger (30) in the heat exchange circuit is connected to the fuel gas supply line (25) between the fuel gas pump (29) and the final heat exchanger (31). When,
The second heat exchanger (37) in the heat exchange circuit is a liquid gas flow line communicating with the liquefied gas in the liquefied gas storage tank (4) or in the liquefied gas storage tank (4). (50) It is arrange | positioned, The fuel gas supply system characterized by the above-mentioned.
[2] The fuel gas supply system according to [1], wherein the fuel gas pressure of the fuel gas pump (29) is in a range of 200 bar to 700 bar, preferably in a range of 250 bar to 450 bar.
[3] A third heat exchanger (27) is downstream of the expansion device (36) in the heat exchange circuit and upstream of the at least one fuel gas pump (29) in the fuel gas supply line. The fuel gas supply system according to [1] or [2], which is arranged.
[4] The compressor (35) is sized to compress the working fluid to a maximum pressure in the range of 40 bar to 120 bar, according to any one of [1] to [3]. Fuel gas supply system.
[5] The fuel gas supply system according to any one of [1] to [4], wherein the expansion device (36) is configured to provide a downstream pressure in the range of 1 bar to 12 bar.
[6] The fuel gas according to any one of [1] to [5], wherein the liquefied gas storage tank (4) has a volume capacity of the liquefied gas corresponding to fuel gas consumption for a maximum of three days. Supply system.
[7] The fuel according to any one of [1] to [6], wherein the fuel gas supply system includes at least two liquefied gas storage tanks (4) such as 2 to 25 liquefied gas storage tanks. Gas supply system.
[8] The heat exchange circuit (28) comprises at least two heat exchangers (37) arranged in at least two liquefied gas storage tanks (4), preferably thereby at least one second The fuel gas supply system according to [7], wherein the heat exchanger is disposed in each liquefied gas storage tank.
[9] The fuel gas supply system according to any one of [1] to [7], wherein the fuel gas supply system is for an internal combustion engine (5) that serves as a propulsion engine in a ship.
[10] The fuel gas supply system according to [9], wherein the ship is selected from the group comprising a container ship, a bulk carrier, a passenger ship, an oil ship, a tanker, a low-low ship, and a refrigerated ship.
[11] A bypass line (39) extends from the fuel gas supply line (25) downstream of the first heat exchanger (30) to the liquefied gas storage tank (4), and the bypass line is The fuel gas supply system according to [8] or [9], comprising a bypass pump (40) and a stop valve.
[12] The fuel gas supply system according to any one of [1] to [11], wherein the liquefied gas storage tank (4) is connected to an inert gas source at atmospheric pressure.
Claims (11)
前記少なくとも1つの燃料ガスポンプ(29)は、前記液化ガス貯蔵タンク(4)の外部に配置され、液化ガス用の前記タンク出口ライン(26)を経由して前記液化ガス貯蔵タンク(4)内の液化ガスに連結可能であることと、
前記熱交換回路内の前記第1の熱交換器(30)は、前記燃料ガスポンプ(29)と前記最終熱交換器(31)との間において前記燃料ガス供給ライン(25)に連結されることと、
前記熱交換回路内の前記第2の熱交換器(37)は、前記液化ガス貯蔵タンク(4)内に、または前記液化ガス貯蔵タンク(4)内の前記液化ガスと連通する液体ガス流ライン(50)に配置されることと、
第3の熱交換器(27)が、前記熱交換回路内の前記膨張デバイス(36)の下流に、および前記燃料ガス供給ライン内の前記少なくとも1つの燃料ガスポンプ(29)の上流に配置されることと、を特徴とする、燃料ガス供給システム。 A fuel gas supply system for an internal combustion engine (5), comprising a liquefied gas storage tank (4), a fuel gas supply line (25), and a heat exchange circuit having a working fluid, said fuel gas supply line A liquefied gas tank outlet line (26), at least one fuel gas pump (29) for pressurizing fuel gas to the fuel gas supply pressure for the internal combustion engine, and downstream of the at least one fuel gas pump A final heat exchanger (31) arranged, the heat exchange circuit comprising a compressor (35), a first heat exchanger (30) and an expansion device (36) downstream thereof, and the expansion device And a second heat exchanger disposed downstream of the fuel gas supply system,
The at least one fuel gas pump (29) is disposed outside the liquefied gas storage tank (4), and is disposed in the liquefied gas storage tank (4) via the tank outlet line (26) for liquefied gas. Being connectable to liquefied gas,
The first heat exchanger (30) in the heat exchange circuit is connected to the fuel gas supply line (25) between the fuel gas pump (29) and the final heat exchanger (31). When,
The second heat exchanger (37) in the heat exchange circuit is a liquid gas flow line communicating with the liquefied gas in the liquefied gas storage tank (4) or in the liquefied gas storage tank (4). (50) ,
A third heat exchanger (27) is disposed downstream of the expansion device (36) in the heat exchange circuit and upstream of the at least one fuel gas pump (29) in the fuel gas supply line. A fuel gas supply system.
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