JP6379304B2 - 燃料ガス供給システム - Google Patents

Description

本発明は燃料ガス供給システムに関するものである。

温室ガスおよび各種大気汚染物質の排出に対する国際海事機関（ＩＭＯ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）の規制が強化されるにつれて、造船および海運業界では既存の燃料である重油、軽油の利用する代わりに、クリーンエネルギー源である天然ガスを船舶の燃料ガスに利用する場合が多くなりつつある。

燃料ガスの中で広く利用されている天然ガス（Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）は、メタン（Ｍｅｔｈａｎｅ）を主成分とし、通常その体積を１／６００に減らした液化ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｇａｓ）状態に変換させて貯蔵および運搬をしている。

このような液化ガスは、船体に断熱処理されて設置される貯蔵タンクに収容されて貯蔵および輸送され、船舶のエンジンは液化ガスまたは蒸発ガス（Ｂｏｉｌｅｄ Ｏｆｆ Ｇａｓ）などを燃料ガスとして供給を受けて駆動される。ここで蒸発ガスは、貯蔵タンクの内部に収容された液化ガスが自然に気化して発生する自然蒸発ガスおよび強制的に気化させて発生する強制蒸発ガスを含む。液化ガスまたは蒸発ガスは圧縮および気化などの処理過程を経てエンジンが要求する条件に合わせて供給される。

一方、最近では船舶の推進用または船舶の発電用としてＤＦＤＥ（Ｄｕａｌ Ｆｕｅｌ Ｄｉｓｅｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）エンジンなどのような低圧（約５〜８ｂａｒ）の噴射エンジンおよびＭＥ−ＧＩエンジン（Ｍａｎ Ｂ＆Ｗ社のＧａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎエンジン）のような高圧（約１５０〜４００ｂａｒ）の噴射エンジンが広く利用されている。また、中圧（約１６〜１８ｂａｒ）の燃料ガスで燃焼が可能な中圧ガス噴射エンジンが開発されて利用されている。

天然ガスはメタンの他にもエタン（Ｅｔｈａｎｅ）、プロパン（Ｐｒｏｐａｎｅ）、ブタン（Ｂｕｔａｎｅ）などを含み、生産地によって組成が異なるが、液化ガスまたは気化した蒸発ガスを前述したエンジンに燃料ガスとして供給するためには、エンジンで要求するメタン価（Ｍｅｔｈａｎｅ Ｎｕｍｂｅｒ）の条件に合わせて供給しなければならない。エンジンに供給される燃料ガスが適正メタン価より低い場合には、エンジンのピストンが上死点に到達する前に爆発および燃焼がなされるため、エンジンのピストンの摩耗、エンジンの効率低下、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）などの問題が発生され得る。

ここで、メタンの沸点は−１６１．５℃であり、天然ガスのその他の成分であるエタン（沸点−８９℃）、プロパン（沸点−４５℃）などに比べて低い。したがって、貯蔵タンクの内部で自然に気化する自然蒸発ガスは高いメタン価を有するようになり、貯蔵タンクに液化ガスを満載した満船航海（Ｌａｄｅｎ Ｖｏｙａｇｅ）時には自然蒸発ガス発生量が多いのでエンジンが要求する適正メタン価を容易に合わせることができる。

しかし、液化ガスの荷役後などの貯蔵タンクに液化ガスが多く収容されていないバラスト航海（Ｂａｌｌａｓｔ Ｖｏｙａｇｅ）時には自然蒸発ガス発生量が大幅に減少するため、エンジンが要求する適正メタン価に合わせることが難しい問題点があり、したがって、バラスト航海時にもエンジンに供給される燃料ガスのメタン価をエンジンが要求する水準に合わせて供給できる方案が要求される。

本発明の実施例は、エンジンが要求するメタン価の条件に合うように燃料ガスを効果的に供給できる燃料ガス供給システムを提供する。

本発明の一側面によれば、液化ガスおよび前記液化ガスの蒸発ガスを貯蔵する貯蔵タンクと前記貯蔵タンクから供給された液化ガスを加圧して送出する圧力ポンプと前記圧力ポンプを経た液化ガスを気化させる気化器と前記気化した液化ガスの供給を受けて減圧させる減圧バルブとおよび前記圧力ポンプ、前記気化器および前記減圧バルブを経て供給された前記貯蔵タンクの液化ガスと前記圧力ポンプ前段の前記貯蔵タンクから供給された液化ガスの混合物を気体成分と液体成分とに分離させる気液分離器とを含む燃料ガス供給システムが提供され得る。

前記貯蔵タンクから供給された液化ガスを前記圧力ポンプおよび前記気化器を経て第１エンジン側に送る第１供給ラインと、前記気化器後段の前記第１供給ラインから分岐され、前記気化した液化ガスを前記減圧バルブを経て前記気液分離器側に供給する第２供給ラインと、前記圧力ポンプ前段の前記第１供給ラインから分岐され、前記貯蔵タンクから供給された液化ガスを前記気液分離器に送る第３供給ラインと、前記気液分離器によって分離された前記気体成分を前記第１エンジンよりも運用圧力が低い第２エンジンの燃料ガスに供給する第４供給ラインをさらに含むことができる。

前記第４供給ラインに設置されて、前記第２エンジンが要求する温度条件に合うように前記気液分離器から供給された気体成分を加熱するヒーターをさらに含むことができる。

前記第４供給ラインに設置されて前記第２エンジンに供給される前記燃料ガスのメタン価を測定する測定部をさらに含むことができる。

前記測定部は前記燃料ガスの温度を感知する方法によって前記燃料ガスのメタン価を測定することができる。

前記第３供給ラインに設置された開閉バルブと、前記測定部によって測定されたメタン価とあらかじめ設定されたメタン価を比較して、前記第２エンジンの要求条件に合うようにメタン価を調節するために前記開閉バルブの動作を制御する制御部をさらに含むことができる。

前記気液分離器の内側に延びた前記第３供給ラインの出口側端部に設置されて、前記第３供給ラインを通じて供給された液化ガスを前記気液分離器の内側に噴射する噴射装置をさらに含むことができる。

前記貯蔵タンクの内部に設置されて、あらかじめ設定された圧力にしたがって前記貯蔵タンクに貯蔵された液化ガスを前記第１供給ラインを通じて送出する送出ポンプをさらに含むことができる。

本発明の実施例による燃料ガス供給システムは、エンジンが要求するメタン価の条件に合うように燃料ガスを効果的に供給することができる。

本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に自明である。

本発明の実施例による燃料ガス供給システム。 図１に図示された気液分離器内に噴射装置が設けられた例を図示した図面。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。下記の実施例は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明はここに提示した実施例にのみ限定されず、他の形態で具体化することもできる。図面は、本発明を明確にするために説明と関係のない部分の図示は省略し、理解を助けるために構成要素の大きさはやや誇張して表現され得る。

図１は本発明の実施例による燃料ガス供給システムを示した図面である。図１を参照すれば、本発明の実施例による燃料ガス供給システム１００は、満船航海およびバラスト航海時にエンジンが要求するメタン価に合うように燃料ガスを効果的に供給することができる。このような燃料ガス供給システム１００は液化ガスを輸送する船舶に設置され得る。例えば船舶は、各種液化燃料運搬船、液化燃料ＲＶ（Ｒｅｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｖｅｓｓｅｌ）、コンテナ船、一般の商船、ＬＮＧ ＦＰＳＯ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ、Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ、Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｏｆｆ−ｌｏａｄｉｎｇ）、ＬＮＧ ＦＳＲＵ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｒｅｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）などを含むことができる。

燃料ガス供給システム１００は、液化ガスおよび液化ガスの蒸発ガスを貯蔵する貯蔵タンク１０、貯蔵タンク１０から供給された液化ガスを加圧して送出する圧力ポンプ２０、圧力ポンプ２０を経た液化ガスを気化させる気化器３０、気化した液化ガスの供給を受けて減圧させる減圧バルブ３５および圧力ポンプ２０、気化器３０および減圧バルブ３５を経て供給された貯蔵タンク１０の液化ガスと圧力ポンプ２０前段の貯蔵タンク１０から供給された液化ガスの混合物を気体成分と液体成分とに分離させる気液分離器４０を含む。

また、燃料ガス供給システム１００は、貯蔵タンク１０から供給された液化ガスを圧力ポンプ２０および気化器３０を経て第１エンジンＥ１側に送る第１供給ラインＬ１、気化器３０後段の第１供給ラインＬ１から分岐され、気化した液化ガスを減圧バルブ３５を経て気液分離器４０に供給する第２供給ラインＬ２、圧力ポンプ２０前段の第１供給ラインＬ１から分岐され、貯蔵タンク１０から供給された液化ガスを気液分離器４０に送る第３供給ラインＬ３、および気液分離器４０によって分離された気体成分を第１エンジンＥ１よりも運用圧力が低い第２エンジンＥ２の燃料ガスに供給する第４供給ラインＬ４を含む。ここで、第１エンジンＥ１は一例としてＭＥ−ＧＩエンジンのような高圧ガス噴射エンジンであり得、第２エンジンＥ２はＤＦＤＥエンジンなどのような低圧ガス噴射エンジンであり得る。

貯蔵タンク１０に貯蔵された液化ガスは、液化状態で貯蔵できるＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）、ＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）、ＤＭＥ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｅｒ）、エタン（Ｅｔｈａｎｅ）のうちいずれか一つであり得るがこれに限定されるものではない。貯蔵タンク１０は、断熱状態を維持しながら燃料を液化状態で貯蔵するメンブレン型タンク、ＳＰＢ型タンクなどを含むことができる。貯蔵タンク１０は液化ガスがＬＮＧの場合、内部圧力が１ｂａｒを維持するか燃料供給条件を考慮してそれより高い圧力で維持することができ、液化状態維持のために内部温度が−１６３℃程度を維持することができる。

貯蔵タンク１０の内部には送出ポンプ１５が設置されて、あらかじめ設定された圧力によって貯蔵タンク１０に貯蔵された液化ガスを第１供給ラインＬ１を通じて送出することができる。

第１供給ラインＬ１に設置された圧力ポンプ２０と気化器３０は、第１エンジンＥ１の燃料ガス供給条件に合うように貯蔵タンク１０から第１供給ラインＬ１を通じて供給される液化ガスの圧力、状態、温度などを変換させる。

第２供給ラインＬ２は、気化器３０後段の第１供給ラインＬ１から分岐されて減圧バルブ３５および気液分離器４０と連結される。気化器３０を経た気化した液化ガスは、第２供給ラインＬ２に設置された減圧バルブ３５によって温度が下がった状態で気液分離器４０に供給される。

ここで、圧力ポンプ２０前段の第１供給ラインＬ１から分岐された第３供給ラインＬ３を通じて貯蔵タンク１０から気液分離器４０に液化ガスが供給されて、前述した第２供給ラインＬ２を通じて気液分離器４０に供給された減圧された液化ガスと混合される。第３供給ラインＬ３には貯蔵タンク１０から気液分離器４０に供給される液化ガスの量を調節するための開閉バルブＶ１が設けられる。

気液分離器４０は、上述した通り第２供給ラインＬ２と第３供給ラインＬ３を通じてそれぞれ供給された液化ガスの混合物を気体成分と液体成分とに分離させる。気液分離器４０の液体成分は回収ラインＬ５を通じて貯蔵タンク１０に送られ得る。

気液分離器４０によって分離された気体成分は第４供給ラインＬ４を通じて第２エンジンＥ２の燃料ガスに供給される。

ここで、第４供給ラインＬ４に設置された測定部５０は、第２エンジンＥ２に供給される燃料ガスのメタン価を測定する。この時、測定部５０は、例えば第２エンジンＥ２に供給される燃料ガスの温度を感知する方法でメタン価を測定することができる。このために、図示してはいないが、測定部５０は温度感知センサ、メタン価測定センサなどを含むことができる。

より詳しく説明すると、ＬＮＧの気体相と液体相の共存は温度と圧力によって決定され、液体相にはＬＮＧのうち沸点が高い高炭化水素物（エタン、プロパン、ブタンなど）が高濃度で存在する。そして、気体相にはＬＮＧのうち沸点が低い低炭化水素物（メタン）および窒素が高濃度で存在する。気体相と液体相の共存において、温度と圧力は気体および液体共存相の維持に主要条件であるが、このうち一つが決定されると残りは気体および液体相の決定に従属要素となる。前述した第２供給ラインＬ２に設置された減圧バルブ３５は第２エンジンＥ２で要求する圧力に調節するので、第４供給ラインＬ４の圧力は第２供給ラインＬ２の減圧バルブ３５によって決定される。このように圧力が決定された状態での気体．液体それぞれの組成の決定は温度に依存することになるので、測定部５０は第２エンジンＥ２に供給される燃料ガスの温度を感知する方法でメタン価を測定できるようになる。

前述した測定部５０によって測定されたメタン価情報は制御部６０に伝送される。

制御部６０は、測定部５０によって測定されたメタン価に基づいて第２エンジンＥ２の要求条件に合うようにメタン価を調節するために、前述した開閉バルブＶ１の作動を制御する。

例えば、開閉バルブＶ１が閉鎖された状態で、測定部５０によって測定されたメタン価が第２エンジンＥ２が要求するメタン価より低いと判断されると、測定部５０はメタン価情報を制御部６０に伝送する。

次に、制御部６０は開閉バルブＶ１を開放させて第３供給ラインＬ３を通じて気液分離器４０に貯蔵タンク１０の液化ガスを供給する方法で、第２エンジンＥ２が要求するメタン価の条件を合わせることができる。開閉バルブＶ１の開放される程度はあらかじめ設定された基準によって変わり得る。

すなわち、制御部６０によって開閉バルブＶ１が開放されると、第３供給ラインＬ３を通じて貯蔵タンク１０から気液分離器４０に液化ガスが供給されて、第２供給ラインＬ２を通じて気液分離器４０に供給される液化ガスと混合される。この時、圧力ポンプ２０前段の第１供給ラインＬ１から分岐された第３供給ラインＬ３を通じて供給される液化ガスによって第２供給ラインＬ２を通じて供給される液化ガスの成分のうち、沸点の高い成分は液化して気液分離器４０に液体成分で貯蔵され、相対的に沸点の低い成分は気体成分で気液分離器４０に貯蔵される。沸点の低い成分はメタン価が高いメタン成分を含む。

次に、気液分離器４０に貯蔵されたメタン価が高い気体成分は、第４供給ラインＬ４を通じて第２エンジンＥ２の燃料ガスに供給されて、第２エンジンＥ２が要求するメタン価の条件に合うように燃料ガスが効果的に供給され得る。

ここで、ヒーター７０が第４供給ラインＬ４に設置されて、第２エンジンＥ２が要求する温度条件に合うように第２エンジンＥ２に供給される燃料ガスを加熱することができる。

一方、図２を参照すれば、前述した気液分離器４０の内側に延びた第３供給ラインＬ３の出口側端部に噴射装置８０が設けられ得る。噴射装置８０は第３供給ラインＬ３を通じて供給された液化ガスを気液分離器４０の内側に噴射するノズル８１を有する。噴射ノズル８１を通じて第２供給ラインＬ２および第３供給ラインＬ３を通じて供給された液化ガスが容易に混合され得、効果的に気液分離器４０内部のメタン価の上昇を誘導することができる。

以上、特定の実施例について図示して説明した。しかし、本発明は前記した実施例にのみ限定されず、発明が属する技術分野で通常の知識を有した者であれば以下の特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の要旨を逸脱することなく、いくらでも多様に変更実施することができるはずである。

本発明は、添付された図面に図示された一実施例を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有した者であればこれから多様な変形および均等な他の実施例が可能であることが理解できるはずである。したがって、本発明の真の範囲は添付された特許請求の範囲によってのみ定められるべきである。

Claims (8)

1. 液化ガスおよび前記液化ガスの蒸発ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、
   前記貯蔵タンクから供給された液化ガスを加圧して送出する圧力ポンプと、
   前記圧力ポンプを経た液化ガスを気化させる気化器と、
   前記気化した液化ガスの供給を受けて減圧させる減圧バルブとおよび
   前記圧力ポンプ、前記気化器および前記減圧バルブを経て供給された前記貯蔵タンクの液化ガスと前記圧力ポンプ前段の前記貯蔵タンクから供給された液化ガスの混合物を気体成分と液体成分とに分離させる気液分離器と、を含む、燃料ガス供給システム。
2. 前記貯蔵タンクから供給された液化ガスを前記圧力ポンプおよび前記気化器を経て第１エンジン側に送る第１供給ラインと、
   前記気化器後段の前記第１供給ラインから分岐され、前記気化した液化ガスを前記減圧バルブを経て前記気液分離器側に供給する第２供給ラインと、
   前記圧力ポンプ前段の前記第１供給ラインから分岐され、前記貯蔵タンクから供給された液化ガスを前記気液分離器に送る第３供給ラインと、
   前記気液分離器によって分離された前記気体成分を前記第１エンジンよりも運用圧力が低い第２エンジンの燃料ガスに供給する第４供給ラインをさらに含む、請求項１に記載の燃料ガス供給システム。
3. 前記第４供給ラインに設置されて、前記第２エンジンが要求する温度条件に合うように前記気液分離器から供給された気体成分を加熱するヒーターをさらに含む、請求項２に記載の燃料ガス供給システム。
4. 前記第４供給ラインに設置されて前記第２エンジンに供給される前記燃料ガスのメタン価を測定する測定部をさらに含む、請求項２に記載の燃料ガス供給システム。
5. 前記測定部は前記燃料ガスの温度を感知する方法で前記燃料ガスのメタン価を測定する、請求項４に記載の燃料ガス供給システム。
6. 前記第３供給ラインに設置された開閉バルブと、
   前記測定されたメタン価とあらかじめ設定されたメタン価を比較して、前記第２エンジンの要求条件に合うようにメタン価を調節するために前記開閉バルブの動作を制御する制御部をさらに含む、請求項４に記載の燃料ガス供給システム。
7. 前記気液分離器の内側に延びた前記第３供給ラインの出口側端部に設置されて、前記第３供給ラインを通じて供給された液化ガスを前記気液分離器の内側に噴射する噴射装置をさらに含む、請求項２に記載の燃料ガス供給システム。
8. 前記貯蔵タンクの内部に設置されて、あらかじめ設定された圧力にしたがって前記貯蔵タンクに貯蔵された液化ガスを前記第１供給ラインを通じて送出する送出ポンプをさらに含む、請求項１に記載の燃料ガス供給システム。

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