JP6505852B2

JP6505852B2 - 船舶用のｌｎｇ気化システム、それを備えた船舶、及び船舶用のｌｎｇ気化方法

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Publication number: JP6505852B2
Application number: JP2017537076A
Authority: JP
Inventors: 久夫城山; 竜太富士; 松本　卓也; 卓也松本; 大中村
Original assignee: Nippon Yusen KK; Keihin Dock Co Ltd
Current assignee: Nippon Yusen KK; Keihin Dock Co Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: WO2017037810A1; JPWO2017037810A1

Description

本発明は、エンジン冷却水を利用した船舶用のＬＮＧ気化システム、それを備えた船舶、及び船舶用のＬＮＧ気化方法に関する。

近年、石油燃料に代替するエネルギー源として、環境負荷が少なく、供給安定性に優れたＬＮＧ（ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ：液化天然ガス）が注目を浴びており、船舶の分野においても、ＬＮＧを燃料とするＬＮＧ燃料船の普及が進められている。

ＬＮＧを燃料として使用する際には、事前に気化させる必要がある。例えば、内陸地にあるようなＬＮＧ基地においてＬＮＧを気化させる場合は、エンジンと発電機を作動させた際に生じる熱で温められた空気とＬＮＧとを空温式気化器によって熱交換させる装置が提案されている（例えば、特許文献１）。なお、特許文献１では、エンジンの排気ガスで温められた冷却水を温水使用設備等で利用することが記載されているが、温められた冷却水はＬＮＧの気化に用いられるものではない。また、ＬＮＧ基地に隣接する工場の装置冷却水とＬＮＧとを熱交換させて、ＬＮＧを気化させる装置（例えば、特許文献２）なども提案されている。

船舶用のＬＮＧ気化装置としては、ボイラにより発生した蒸気を用いてＬＮＧを気化させるものが知られている。しかし、ボイラを備えるためのスペースが十分にない小型の船舶、例えば、小型のタグボートなどでは、このような気化装置を用いることはできない。ボイラを必要としない船舶用のＬＮＧ気化装置としては、不凍液を介して海水とＬＮＧとを間接的に熱交換する二次冷却方式によるものが知られている。二次冷却方式を用いるのは、ＬＮＧ気化器が海水と接触することによってＬＮＧ気化器が腐食することを防ぐためである。しかし、不凍液を用いた二次冷却方式の気化装置は、熱交換器が２つ必要になるほか、不凍液を循環させる設備も必要になるなど、装置を構成する機器の数が増え、装置が大型化するという問題があった。また、ＬＮＧと熱交換する不凍液の温度は海水の温度以下であるため、ＬＮＧの気化効率が悪く、それを補うためにＬＮＧ気化器などを大型化する必要があることも、装置の大型化を招いていた。

特開２０１５−８５６９号公報特開２０１５−８５６８号公報

本発明は、上記のような課題を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、ボイラを備えるためのスペースが十分にない小型の船舶においても使用でき、ＬＮＧ気化器を腐食させる原因となる海水とＬＮＧ気化器との接触を必要とせず、また、不凍液を用いた二次冷却方式のＬＮＧ気化装置よりも、必要な機器の数が少なく、省スペース性に優れる、船舶用のＬＮＧ気化システムを提供することを目的とする。

本発明は、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器が冷却水流路上に配設され、エンジン冷却水との熱交換によってＬＮＧを気化させることを特徴とする、船舶用のＬＮＧ気化システムに関する。

本発明は、さらに、冷却水流路が、エンジン冷却水が循環するエンジン冷却水循環流路と、エンジン冷却水循環流路から分岐し、該分岐よりも下流に合流し、且つ、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器が配設されたＬＮＧ気化用冷却水流路とを備え、ＬＮＧ気化用冷却水流路が、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の下流から分岐し、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流に合流する温度調節用冷却水流路と、エンジン冷却水循環流路および／または温度調節用冷却水流路からＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流へと流入するエンジン冷却水の流入量を制御可能な制御手段とを備えることが好ましい。

本発明は、さらに、冷却水流路におけるＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の下流に、脱気器を備えることが好ましい。

本発明は、さらに、脱気器にガス検知器が設けられており、ガス検知器が気化したＬＮＧを検知した場合に、エンジン冷却水との熱交換によるＬＮＧの気化を一時的に停止する手段とを備えることが好ましい。

本発明は、前記船舶用のＬＮＧ気化システムを備えた船舶に関する。

本発明は、冷却水流路上に配設されたＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器において、エンジン冷却水と熱交換させることによってＬＮＧを気化させるステップを有する、船舶用のＬＮＧ気化方法に関する。

本発明は、さらに、冷却水流路が、エンジン冷却水が循環するエンジン冷却水循環流路と、エンジン冷却水循環流路から分岐し、該分岐よりも下流に合流し、且つ、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器が配設されたＬＮＧ気化用冷却水流路とを備え、
ＬＮＧ気化用冷却水流路が、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の下流から分岐し、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流に合流する温度調節用冷却水流路を備えており、エンジン冷却水循環流路および／または温度調節用冷却水流路からＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流へと流入するエンジン冷却水の流入量を制御するステップを有することが好ましい。

本発明の船舶用のＬＮＧ気化システムは、元来、船舶に備えられているエンジン冷却水との熱交換によってＬＮＧを気化させるものである。そのため、ＬＮＧ気化器を腐食させる原因となる海水とＬＮＧ気化器との接触を必要とせず、また従来の不凍液を用いた二次冷却方式のＬＮＧ気化装置において必要とされる海水と不凍液を熱交換させる熱交換器や、不凍液を循環させる設備などを省くことができる。また、従来の二次冷却方式のＬＮＧ気化装置と比較して、ＬＮＧと熱交換する流体の温度差を大きくすることができるため、ＬＮＧ気化器などを小型化することが可能となる。従って、省スペース性に優れたコンパクトなＬＮＧ気化システムを提供することができる。

本発明の実施の形態にかかるＬＮＧ気化システムの一例を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の好ましい実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施の形態が適宜変更できることはいうまでもない。

図１は、本実施の形態に係るＬＮＧ気化システムの概略構成図である。図１に示すように、本実施の形態に係るＬＮＧ気化システムは、エンジン１、ＬＮＧ気化器２、ＬＮＧ加圧蒸発器３、脱気器４、ＬＮＧタンク５、ポンプ６、エンジン冷却水クーラー７、エンジン冷却水循環流路８、ＬＮＧ気化用冷却水流路９、温度調節用冷却水流路１０、三方弁１１ａ、１１ｂ、及びバルブ１２ａ〜１２ｆを備えている。なお、図１において、矢印は流体の流れを示している。

エンジン冷却水循環流路８は、エンジン１と、バルブ１２ａと、三方弁１１ｂとを介して、図１に示す矢印方向に沿って、冷却水が循環する流路である。エンジン冷却水循環流路８は、エンジン冷却水クーラー７をバイパスするバイパス路を備えており、三方弁１１ｂにより、エンジン冷却水クーラー７を介して冷却水を循環させるか、エンジン冷却水クーラー７を介さずに冷却水を循環させるかを制御することができる。エンジン冷却水クーラー７は、海水との熱交換によってエンジン冷却水を冷却する。バルブ１２ａによって、エンジン冷却水循環流路８を循環するエンジン冷却水の量を制御することができる。三方弁１１ｂについては、後で詳述する。

ＬＮＧ気化用冷却水流路９は、エンジン冷却水循環流路８におけるエンジン１の下流、かつ、エンジン冷却水クーラー７の上流から分岐し、該分岐よりも下流、かつ、エンジン冷却水クーラー７の上流に合流するように設けられている。ＬＮＧ気化用冷却水流路９は、三方弁１１ａと、ポンプ６、ＬＮＧ気化器２又はＬＮＧ加圧蒸発器３、脱気器４、バルブ１２ｃとを介して、図１に示す矢印方向に沿って、冷却水が流れる流路である。ＬＮＧ気化用冷却水流路９上にはバルブ１２ｂが設けられており、エンジン冷却水循環流路８からＬＮＧ気化用冷却水流路９へ流入するエンジン冷却水の流入量は、バルブ１２ｂによって制御することができる。

ＬＮＧ気化用冷却水流路９上には、ＬＮＧ気化器２と、ＬＮＧ加圧蒸発器３が設けられている。ＬＮＧ加圧蒸発器３によりＬＮＧタンク５内のＬＮＧを気化させ、これをＬＮＧタンク５の気相部へ供給することで、ＬＮＧタンク５内の圧力を上昇させることができる。ＬＮＧタンク５内の圧力が高まった場合、その圧力によって、ＬＮＧタンク５内のＬＮＧが、ＬＮＧ気化器２へと供給される。ＬＮＧ気化器２によって気化されたＬＮＧは、エンジン１に供給され、エンジン１を駆動する燃料となる。

ＬＮＧ気化用冷却水流路９上には、ＬＮＧ気化器２と、ＬＮＧ加圧蒸発器３が、並列して配設されている。ＬＮＧ気化用冷却水流路９におけるＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３の上流にはポンプ６が設けられており、ポンプ６によって、エンジン冷却水が、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３に供給される。ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３に供給されるエンジン冷却水の供給量は、ＬＮＧ気化器２に至る配管の径、及びＬＮＧ加圧蒸発器３に至る配管の径によって調節することができる。また、図示はしないが、ＬＮＧ気化用冷却水流路９におけるＬＮＧ気化器２に至る経路とＬＮＧ加圧蒸発器３に至る経路との分岐点に、ＬＮＧ気化器２およびＬＮＧ加圧蒸発器３へ流入するエンジン冷却水の流入量を制御することが可能な制御手段、例えば、三方弁を設けてもよい。

本実施の形態においては、ＬＮＧ気化器２とＬＮＧ加圧蒸発器３はＬＮＧ気化用冷却水流路９上に並列に配設されているが、これに限定はされず、例えば、ＬＮＧ気化器２とＬＮＧ加圧蒸発器３を、ＬＮＧ気化用冷却水流路９上に直列に配設してもよいし、ＬＮＧ気化器２とＬＮＧ加圧蒸発器３を一体とした構成としてもよい。

ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３は、流入するエンジン冷却水の温度が、例えば、５０℃程度（例えば４５〜５５℃）のときに、ＬＮＧの気化効率が最適になるように設計されている。ただし、エンジン１を駆動させたばかりの初期段階においては、エンジン冷却水の温度が低く、ＬＮＧを燃料としてエンジン１を運転させることができない（ＬＮＧを燃料としてエンジン１を運転させるためには、エンジン１へ流入するエンジン冷却水が５０℃以上であることが好ましい）。そのため、エンジン１の清水回路（エンジン冷却水クーラー７→エンジン冷却水循環流路８→エンジン１→バルブ１２ａ→エンジン冷却水循環流路８→三方弁１１ｂからなる流路）の温度を、重油等の他の燃料の排熱で上昇させて、早期にＬＮＧへの運転へ移行させることが好ましい。エンジン冷却水の温度が３５℃以上であれば、要求されるＬＮＧを気化することが可能であり、エンジン１へ流入する際の気化したＬＮＧガスの温度が０℃以上とすることができる。

ＬＮＧ気化用冷却水流路９におけるＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３の下流には、脱気器４が設けられている。例えば、ＬＮＧ気化器２又はＬＮＧ加圧蒸発器３が破損し、ＬＮＧ気化用冷却水流路９に気化したＬＮＧが漏れた場合は、脱気器４によって、流路中に侵入したＬＮＧを除去することができる。図示はしないが、脱気器４は、ガス検知器を備えていることが好ましい。また、ＬＮＧ気化システムには、ガス検知器が気化したＬＮＧを検知した場合に、ＬＮＧ気化システムを停止することが可能な制御装置が設けられていることが好ましい。より具体的には、ガス検知器が気化したＬＮＧを検知した場合に、バルブ１２ｄ及びバルブ１２ｆが閉じられ、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３へのＬＮＧの供給が停止されることで、ＬＮＧ気化システムを一時的に停止することができる。このようなガス検知器が気化したＬＮＧを検知した場合に、自動的に、ＬＮＧ気化システムを停止させることで、事故等のトラブルを防ぐことができる。

温度調節用冷却水流路１０は、ＬＮＧ気化用冷却水流路９における脱気器４の下流から分岐し、ポンプ６の上流に合流するように設けられている。温度調節用冷却水流路１０がＬＮＧ気化用冷却水流路９に合流する箇所には、三方弁１１ａが設けられている。三方弁１１ａにより、エンジン冷却水循環流路８及び温度調節用冷却水流路１０から、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３の上流へと流入するエンジン冷却水の流入量を制御し、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３へと流入するエンジン冷却水の温度を調整することができる。

また、ＬＮＧ気化用冷却水流路９における該分岐の下流にはバルブ１２ｃが設けられている。例えば、ＬＮＧ気化器２またはＬＮＧ加圧蒸発器３の配管に穴があいた場合や、ＬＮＧ気化器２またはＬＮＧ加圧蒸発器３の整備を行う場合などは、バルブ１２ｂ及び１２ｃを閉じ、エンジン冷却水がエンジン冷却水循環流路８のみを循環するようにすることができる。

本実施の形態のＬＮＧ気化システムにおいて、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３に流入するエンジン冷却水の温度を調整することは、ＬＮＧの気化効率を向上させる観点から、非常に重要である。本実施の形態のＬＮＧ気化システムでは、エンジン冷却水流路８から流入した冷却水のみをＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３へと流入させるのではなく、エンジン冷却水流路８から流入した冷却水を、ＬＮＧと熱交換をして冷えたエンジン冷却水（つまり、温度調節用冷却水流路１０から三方弁１１ａを介して、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３側へ流入した冷却水）により温度調整し、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３の気化に利用している。三方弁１１ａでは、エンジン冷却水循環流路８からのエンジン冷却水の流入量と、温度調節用冷却水流路１０からのエンジン冷却水の流入量とを制御することで、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３に流入するエンジン冷却水の温度を調整することが可能である。なお、三方弁１１ａにおけるエンジン冷却水の流入量の制御は、手動による制御であってもよく、コンピュータプログラムによる自動制御であってもよい。

ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３に流入するエンジン冷却水の温度は、ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３におけるＬＮＧの気化効率が最適となるような温度とすることが好ましい。例えば、本実施の形態のＬＮＧ気化システムにおいては、３５℃程度（例えば、３０〜５０℃）とすることが好ましい。ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３に流入するエンジン冷却水の温度が３０℃未満の場合は、ＬＮＧの気化能力が低下する傾向にある。ＬＮＧ気化器２及びＬＮＧ加圧蒸発器３に流入するエンジン冷却水の温度が５０℃を超える場合は、必要以上にＬＮＧが気化される傾向にある。

エンジン１に流入するエンジン冷却水の温度は、三方弁１１ｂによって調整することができる。エンジン冷却水循環流路８における、ＬＮＧ気化用冷却水流路９とエンジン冷却水循環流路８とが合流する合流点の下流には、エンジン冷却水クーラー７をバイパスするバイパス路が備えられており、三方弁１１ｂは、該バイパス路の入口に設けられている。エンジン冷却水クーラー７へ流入するエンジン冷却水の流入量、及びバイパス路へ流入するエンジン冷却水の流入量を、三方弁１１ｂにより制御することで、エンジン１に流入するエンジン冷却水の温度を調整することが可能である。なお、三方弁１１ｂにおけるエンジン冷却水の流入量の制御は、手動による制御であってもよく、コンピュータプログラムによる自動制御であってもよい。

ＬＮＧを燃料としてエンジン１を運転するためには、エンジン１に流入するエンジン冷却水の温度を、例えば、５０℃以上とすることが好ましい。エンジン１に流入するエンジン冷却水の温度が５０℃未満の場合（エンジン１を駆動させたばかりの初期段階など）は、エンジン１のシリンダ内に流入した混合ガス（気化したＬＮＧと空気）への着火ができず、失火するおそれがある。初期段階が終了し、エンジン１での混合ガスの燃焼量が十分となり、エンジン１からエンジン冷却水への放熱量が多くなる場合は、エンジン１と熱交換した直後のエンジン冷却水の温度が８０℃程度（例えば、７５〜８５℃）となるように、三方弁１１ｂによって、エンジン冷却水クーラー７へと流入するエンジン冷却水の流入量と、エンジン冷却水クーラー７をバイパスするエンジン冷却水の流量を制御することができる。

ＬＮＧタンク５からＬＮＧ加圧蒸発器３に供給されるＬＮＧの供給量は、バルブ１２ｄによって制御されている。ＬＮＧ加圧蒸発器３によって気化されたＬＮＧは、ＬＮＧタンク５の気相部に供給される。ＬＮＧタンク５の気相部に供給される気化したＬＮＧの供給量は、バルブ１２ｅによって制御されている。ＬＮＧタンク５の気相部に供給される気化したＬＮＧの供給量を制御することで、ＬＮＧタンク５の圧力を調整することが可能となる。

ＬＮＧタンク５からＬＮＧ気化器２に供給されるＬＮＧの供給量は、バルブ１２ｆ及びＬＮＧタンク５内の圧力によって制御されている。例えば、バルブ１２ｆを開け、かつ、ＬＮＧ加圧蒸発器３からＬＮＧタンク５の気相部へと供給される気化したＬＮＧの供給量を増加させ、ＬＮＧタンク５内の圧力を上昇させることで、ＬＮＧ気化器２に供給されるＬＮＧの供給量を増加させることができる。なお、図示はしないが、ＬＮＧ気化器２の下流、かつ、エンジン１の上流には、気化したＬＮＧを一時的に貯蔵するバッファタンクが設けられていることが好ましい。ＬＮＧ気化器２によって気化されたＬＮＧは、エンジン１に供給され、エンジン１を駆動する燃料となる。

エンジン１は、気化したＬＮＧだけでなく、重油を燃料とすることも可能なように設計されていることが好ましい。エンジン１が重油のみを燃料として駆動する際は、バルブ１２ｂ及び１２ｃを閉じ、エンジン冷却水がエンジン冷却水循環流路８のみを循環するようにすることができる。

１エンジン
２ＬＮＧ気化器
３ＬＮＧ加圧蒸発器
４脱気器
５ＬＮＧタンク
６ポンプ
７エンジン冷却水クーラー
８エンジン冷却水循環流路
９ＬＮＧ気化用冷却水流路
１０温度調節用冷却水流路
１１ａ、１１ｂ三方弁
１２ａ〜１２ｆバルブ

Claims

ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器が冷却水流路上に配設され、エンジン冷却水との熱交換によってＬＮＧを気化させることを特徴とする、船舶用のＬＮＧ気化システムであって、
冷却水流路におけるＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の下流に、脱気器を備え、
脱気器にはガス検知器が設けられており、
ガス検知器が気化したＬＮＧを検知した場合に、エンジン冷却水との熱交換によるＬＮＧの気化を一時的に停止する手段を備え、
冷却水流路が、
エンジン冷却水が循環するエンジン冷却水循環流路と、
エンジン冷却水循環流路から分岐し、該分岐よりも下流に合流し、且つ、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器が配設されたＬＮＧ気化用冷却水流路とを備え、
ＬＮＧ気化用冷却水流路が、
ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の下流から分岐し、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流に合流する温度調節用冷却水流路と、
エンジン冷却水循環流路および／または温度調節用冷却水流路からＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流へと流入するエンジン冷却水の流入量を制御可能な制御手段と
を備える、船舶用のＬＮＧ気化システム。
請求項１に記載の船舶用のＬＮＧ気化システムを備えた船舶。
冷却水流路上に配設されたＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器において、エンジン冷却水と熱交換させることによってＬＮＧを気化させるステップを有する、船舶用のＬＮＧ気化方法であって、
冷却水流路におけるＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の下流に、脱気器を備え、
脱気器にはガス検知器が設けられており、
冷却水流路が、
エンジン冷却水が循環するエンジン冷却水循環流路と、
エンジン冷却水循環流路から分岐し、該分岐よりも下流に合流し、且つ、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器が配設されたＬＮＧ気化用冷却水流路とを備え、
ＬＮＧ気化用冷却水流路が、
ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の下流から分岐し、ＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流に合流する温度調節用冷却水流路を備えており、
ガス検知器が気化したＬＮＧを検知した場合に、エンジン冷却水との熱交換によるＬＮＧの気化を一時的に停止するステップと、
エンジン冷却水循環流路および／または温度調節用冷却水流路からＬＮＧ気化器および／またはＬＮＧ加圧蒸発器の上流へと流入するエンジン冷却水の流入量を制御するステップ
を有する、船舶用のＬＮＧ気化方法。