JP6533311B2 - 燃料ガス供給システム - Google Patents
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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）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。
天然ガス（Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）は通常、貯蔵および輸送の容易性のために、天然ガスを約−１６２℃に冷却してその体積を１／６００に減らした無色透明な超低温の液体である液化天然ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）に相変化させて管理および運用を遂行している。
このような液化天然ガスは、船体に断熱処理し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る。しかし、液化天然ガスを完全に断熱させて収容することは実質的に不可能であるため、外部の熱が貯蔵タンクの内部に持続的に伝達されて液化天然ガスが自然に気化して発生する蒸発ガスが貯蔵タンクの内部に蓄積されることになる。蒸発ガスは、貯蔵タンクの内部圧力を上昇させて貯蔵タンクの変形および毀損を誘発する恐れがあるため、蒸発ガスを処理および除去する必要がある。
そこで、従来には貯蔵タンクの上側に設けられるベントマスト（Ｖｅｎｔ ｍａｓｔ）に蒸発ガスを流すか、ＧＣＵ（Ｇａｓ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）を利用して蒸発ガスを焼却する方案などが利用されていた。しかし、これはエネルギー効率の面から好ましくないため、蒸発ガスを液化天然ガスとともにまたはそれぞれ船舶のエンジンに燃料ガスとして供給するか、冷凍サイクルなどからなる再液化装置を利用して蒸発ガスを再液化させて活用する方案が利用されている。
一方、天然ガスはメタン（Ｍｅｔｈａｎｅ）の他にもエタン（Ｅｔｈａｎｅ）、プロパン（Ｐｒｏｐａｎｅ）、ブタン（Ｂｕｔａｎｅ）、窒素（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）などを含む混合物である。このうち、窒素の沸点は約−１９５．８℃であって、その他の成分であるメタン（沸点−１６１．５℃）、エタン（沸点−８９℃）などと比べて非常に低い。
したがって、貯蔵タンクの内部で自然に気化して発生する蒸発ガスは相対的に沸点が低い窒素成分を多く含有することになり、これは蒸発ガスの再液化効率を低下させる原因となって蒸発ガスの活用および処理に影響を及ぼすことになる。
また、蒸発ガスを船舶のエンジンなどに燃料ガスとして供給する場合には、蒸発ガスの窒素成分が燃料ガスの発熱量の低下に影響を及ぼすことになるため、蒸発ガスの再液化効率および燃料ガス発熱量を向上させるものの、燃料ガスの効率的な利用および管理を図り得る方案が要求される。
本発明の実施例は、蒸発ガスの再液化効率を向上させ得る燃料ガス供給システムを提供する。
本発明の実施例は、燃料ガスを効率的に利用および管理できる燃料ガス供給システムを提供する。
本発明の実施例は、エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を効果的に調節および維持できる燃料ガス供給システムを提供する。
本発明の実施例は、単純な構造で効率的な設備運用を図り得る燃料ガス供給システムを提供する。
本発明の実施例は、エネルギー効率を向上させ得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、液化ガスおよび蒸発ガスを収容する貯蔵タンク、前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過して加圧された蒸発ガスを第１エンジンに供給する第１燃料ガス供給ライン、前記圧縮部の中段部から分岐されて前記圧縮部によって一部加圧された蒸発ガスを第２エンジンに供給する第２燃料ガス供給ライン、前記加圧された蒸発ガスの一部を供給を受けて再液化させる再液化ラインおよび前記第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部を含むものの、前記再液化ラインは、前記加圧された蒸発ガスを冷却させる冷却部と、前記冷却部を通過した前記加圧された蒸発ガスを一次的に減圧させる第１膨張バルブと、前記第１膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器から分離された気体成分を前記第２エンジンに供給する蒸発ガス循環ラインおよび前記第１気液分離器から分離された液体成分の供給を受ける液化ガス循環ラインを含んで提供され得る。
前記発熱量調節部は、前記第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機および前記第２燃料ガス供給ラインおよび前記蒸発ガス循環ラインにそれぞれ設けられる流量調節バルブを含んで提供され得る。
前記発熱量調節部は、前記蒸発ガス循環ラインに沿って流れる前記第１気液分離器の気体成分を前記液化ガス循環ラインに循環させる発熱量調節ラインおよび前記発熱量調節ラインに設けられる流量調節バルブをさらに含んで提供され得る。
それぞれの前記流量調節バルブは、前記発熱量測定機によって測定された燃料ガス発熱量情報に基づいて作動が制御されるように設けられ得る。
前記再液化ラインは、前記液化ガス循環ラインに設けられて前記第１気液分離器から分離された液体成分を２次的に減圧させる第２膨張バルブと、前記第２膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器から分離された気体成分を前記貯蔵タンクまたは前記第１燃料ガス供給ライン上の前記圧縮部の前段に供給する蒸発ガス回収ラインおよび前記第２気液分離器から分離された液体成分を前記貯蔵タンクに供給する液化ガス回収ラインをさらに含んで提供され得る。
前記冷却部は、前記加圧された蒸発ガスを前記圧縮部の前段の蒸発ガスおよび前記第１気液分離器から分離された気体成分のうち少なくともいずれか一つと熱交換する熱交換器を含んで提供され得る。
前記第１膨張バルブは、前記第２エンジンが要求する燃料ガス圧力条件または前記一部加圧された蒸発ガスの圧力に相応する圧力条件で前記加圧された蒸発ガスを減圧させるように設けられ得る。
本発明の実施例による燃料ガス供給システムは、蒸発ガスの再液化効率および性能を向上させ得る効果を有する。
本発明の実施例による燃料ガス供給システムは、燃料ガスを効率的に利用および管理できる効果を有する。
本発明の実施例による燃料ガス供給システムは、燃料ガスの発熱量を効果的に調節および維持できる効果を有する。
本発明の実施例による燃料ガス供給システムは、エネルギー効率を向上させ得る効果を有する。
本発明の実施例による燃料ガス供給システムは、単純な構造で効率的な設備運用を図り得る効果を有する。
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は本発明の一実施例による燃料ガス供給システム１００を示す概念図である。図１を参照すれば、本発明の一実施例による燃料ガス供給システム１００は、貯蔵タンク１１０、貯蔵タンク１１０の蒸発ガスを加圧する圧縮部１２１を具備し、圧縮部１２１を通過して加圧された蒸発ガスを第１エンジンに供給する第１燃料ガス供給ライン１２０、加圧された蒸発ガスの一部を供給を受けて再液化させる再液化ライン１３０、圧縮部１２１によって一部加圧された蒸発ガスを第２エンジンに供給する第２燃料ガス供給ライン１４０、第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部を含んで設けられ得る。
以下の実施例では、本発明に対する理解を助けるための一例として、液化天然ガスおよびこれから発生する蒸発ガスを適用して説明したが、これに限定されるものではなく、液化エタンガス、液化炭化水素ガスなど、多様な液化ガスおよびこれから発生する蒸発ガスが適用される場合にも同一の技術的思想として同一に理解されなければならない。
貯蔵タンク１１０は、液化天然ガスおよびこれから発生する蒸発ガスを収容または貯蔵するように設けられる。貯蔵タンク１１０は、外部の熱侵入による液化天然ガスの気化を最小化できるように断熱処理されたメンブレンタイプの貨物倉で設けられ得る。貯蔵タンク１１０は、天然ガスの生産地などから液化天然ガスの供給を受けて収容または貯蔵して目的地に到着して荷役するまで液化天然ガスおよび蒸発ガスを安定的に保管するものの、後述するように、船舶の推進用エンジンまたは船舶の発電用エンジンなどの燃料ガスとして利用されるように設けられ得る。
貯蔵タンク１１０は一般に断熱処理して設置されるか、外部の熱侵入を完全に遮断することは実質的に難しいため、貯蔵タンク１１０の内部には液化天然ガスが自然に気化して発生する蒸発ガスが存在することになる。このような蒸発ガスは、貯蔵タンク１１０の内部圧力を上昇させて貯蔵タンク１１０を変形および爆発させるなどの危険性があるので、蒸発ガスを貯蔵タンク１１０から除去または処理する必要性がある。したがって、貯蔵タンク１１０の内部に発生した蒸発ガスは、本発明の実施例のように第１燃料ガス供給ライン１２０または第２燃料ガス供給ライン１４０によってエンジンの燃料ガスとして利用されるか再液化ライン１３０によって再液化されて貯蔵タンク１１０に再供給され得る。また、図示してはいないが、貯蔵タンク１１０の上部に設けられるベントマスト（図示せず）に供給して蒸発ガスを処理または消耗させることもできる。
エンジンは貯蔵タンク１１０に収容された液化天然ガスおよび蒸発ガスなどの燃料ガスの供給を受けて船舶の推進力を発生させるか船舶の内部設備などの発電用の電源を発生させることができる。エンジンは、相対的に高圧の燃料ガスの供給を受けて出力を発生させる第１エンジンと、相対的に低圧の燃料ガスの供給を受けて出力を発生させる第２エンジンで構成され得る。一例として、第１エンジンは相対的に高圧の燃料ガスで出力を発生させることができるＭＥ−ＧＩエンジンまたはＸ−ＤＦエンジンで構成され、第２エンジンは相対的に低圧の燃料ガスで出力を発生させることができるＤＦＤＥエンジンなどで構成され得る。しかし、これに限定されるものではなく、、多様な数のエンジンおよび多様な種類のエンジンが利用される場合にも同一に理解されるべきである。
第１燃料ガス供給ライン１２０は、貯蔵タンク１１０に存在する蒸発ガスを加圧して第１エンジンおよび再液化ライン１３０に供給するように設けられ得る。第１燃料ガス供給ライン１２０は、入口側の端部が貯蔵タンク１１０の内部に連結されて設けられ、出口側の端部は第１燃料ガス供給ライン１２０を経て第１エンジンに連結されるように設けられ得る。第１燃料ガス供給ライン１２０には蒸発ガスをエンジンが要求する条件に合わせて処理できるように、複数段のコンプレッサー１２１ａを具備する圧縮部１２１が設けられ、圧縮部１２１の後段には後述する再液化ライン１３０が第１燃料ガス供給ライン１２０から分岐して設けられ得る。
圧縮部１２１は、蒸発ガスを圧縮するコンプレッサー１２１ａと圧縮されて加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー１２１ｂを含むことができる。エンジンが互いに異なる圧力条件を有する複数個のエンジンからなる場合には、圧縮部１２１の中段部から後述する第２燃料ガス供給ライン１４０が分岐されて第２エンジンに一部加圧された蒸発ガスを供給するように設けられ得る。
図１では、圧縮部１２１が５段のコンプレッサー１２１ａおよびクーラー１２１ｂからなるものと図示されているが、これは一例であって、エンジンの要求圧力条件および温度によって、圧縮部１２１は多様な数のコンプレッサー１２１ａおよびクーラー１２１ｂで構成され得る。また、第１燃料ガス供給ライン１２０上の圧縮部１２１の前段には後述する再液化ライン１３０の冷却部１３１が設置され得、これに対する詳細な説明は後述する。
再液化ライン１３０は第１燃料ガス供給ライン１２０の圧縮部１２１を通過し、加圧された蒸発ガスの一部を供給を受けて再液化させるように設けられる。
再液化ライン１３０は、加圧された蒸発ガスを冷却させる冷却部１３１、冷却部１３１を通過した加圧された蒸発ガスを一次的に減圧させる第１膨張バルブ１３２、第１膨張バルブ１３２を通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第１気液分離器１３３、第１気液分離器１３３から分離された気体成分を第２エンジンに供給する蒸発ガス循環ライン１３４、第１気液分離器１３３から分離された液体成分を２次的に減圧させる第２膨張バルブ１３６、第２膨張バルブ１３６を通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第２気液分離器１３７、第２気液分離器１３７から分離された気体成分を貯蔵タンク１１０または第１燃料ガス供給ライン１２０側に再供給する蒸発ガス回収ライン１３８、第２気液分離器１３７から分離された液体成分を貯蔵タンク１１０に再供給する液化ガス回収ライン１３９を含むことができる。
冷却部１３１は再液化ライン１３０に供給される加圧された蒸発ガスを冷却させるように設けられる。冷却部１３１は加圧された蒸発ガスを第１燃料ガス供給ライン１２０に沿って移送される圧縮部１２１の前段の蒸発ガスおよび後述する蒸発ガス循環ライン１３４に沿って移送される第１気液分離器１３３から分離された気体成分と熱交換する熱交換器で構成され得る。加圧された蒸発ガスは、圧縮部１２１によって加圧されて温度および圧力が上昇した状態であるので、第１燃料ガス供給ライン１２０の圧縮部１２１を通過する前の低温の蒸発ガスおよび蒸発ガス循環ライン１３４に沿って移送される低温の気体成分と熱交換することによって、再液化ライン１３０に供給される高温の加圧された蒸発ガスを冷却させることができる。このように冷却部１３１を熱交換器として設けることによって、別途の冷却装置がなくても加圧された蒸発ガスを冷却させることができるため、不要な電源の無駄遣いを防止し、設備が単純化されて設備運用の効率性を図り得る。
第１膨張バルブ１３２は冷却部１３１の後段に設けられ得る。第１膨張バルブ１３２は冷却部１３１を通過した加圧された蒸発ガスを一次的に減圧することによって、冷却および膨張させて再液化を具現することができる。第１膨張バルブ１３２は一例として、ジュールトムソンバルブ（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｖａｌｖｅ）で構成され得る。第１膨張バルブ１３２は、冷却部１３１を通過した加圧された蒸発ガスを第２エンジンが要求する燃料ガス圧力条件に相応する圧力水準に減圧させることができる。これに対する詳しい説明は後述する。
第１気液分離器１３３は、第１膨張バルブ１３２を通過して一次的に冷却および減圧されて気液混合状態であるの蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離するように設けられる。加圧された蒸発ガスは、第１膨張バルブ１３２を通過する際に冷却および減圧されて再液化されるものの、減圧する過程でフラッシュガス（Ｆｌａｓｈ Ｇａｓ）が発生する可能性がある。したがって、第１膨張バルブ１３２を通過して気液混合状態となった蒸発ガスを第１気液分離器１３３が収容するとともに気体成分および液体成分に分離することによって、再液化工程の信頼性を図り、各成分を別途に取り扱うことができる。
一方、天然ガスは、主成分であるメタン（Ｍｅｔｈａｎｅ）の他にもエタン（Ｅｔｈａｎｅ）、プロパン（Ｐｒｏｐａｎｅ）、ブタン（Ｂｕｔａｎｅ）、窒素（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）などを含む混合物である。このうち窒素の沸点は約−１９５．８℃であって、その他の成分であるメタン（沸点−１６１．５℃）、エタン（沸点−８９℃）などと比べて非常に低い。窒素成分が非常に低い沸点を有することによって、貯蔵タンク１１０の内部に自然に気化して発生する蒸発ガスは窒素成分が相対的に先に気化して窒素成分を多く含有するようになり、ひいては、蒸発ガスの窒素成分の濃度が増加するほど蒸発ガスの再液化効率は減少する問題点が存在する。
特に蒸発ガスの再液化のために圧縮部１２１による蒸発ガスの加圧と冷却部１３１による加圧された蒸発ガスの冷却の後、第１膨張バルブ１３２によって加圧された蒸発ガスの減圧時に第１気液分離器１３３で分離されるフラッシュガスなどの気体成分に沸点が低い窒素成分が高濃度で含まれる。高濃度の窒素成分を含有する気体成分を再び燃料ガスシステム１００内で循環させる場合、蒸発ガスの再液化効率が低下するだけでなく、循環する気体成分によって圧縮部１２１のコンプレッサー１２１ａなどに負荷を発生させるか高仕様のコンプレッサー１２１ａの設置が要求されて、設備運用の非効率を招く問題点がある。
蒸発ガス循環ライン１３４は、第１気液分離器１３３で分離されて相対的に高濃度の窒素成分を含有する気体成分を第２エンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。前述した通り、第１膨張バルブ１３２を経て冷却および加圧された蒸発ガスは、減圧する過程で発生する気体成分に相対的に高濃度の窒素成分が含まれる。そこで、蒸発ガス循環ライン１３４は、このうち再液化効率の低い気体成分の供給を受けて第２エンジンに燃料ガスとして供給および利用することによって、燃料ガスの効率的な利用を図るとともに、第１気液分離器１３３によって分離されて相対的に低濃度の窒素成分を含有する液体成分の再液化効率を増大させることができる。
第１膨張バルブ１３２は冷却部１３１を通過した加圧された蒸発ガスを第２エンジンが要求する圧力条件に相応する水準に減圧するように設けられ、蒸発ガス循環ライン１３４は別途の圧縮装置がなくても第１気液分離器１３３から分離された気体成分を直ちに第２エンジンに燃料ガスとして供給することができる。
蒸発ガス循環ライン１３４は熱交換器からなる冷却部１３１を通過するように設けられる。蒸発ガス循環ライン１３４に沿って流れる高濃度の窒素成分を含有する気体成分の冷熱を利用して再液化ライン１３０に沿って流れる加圧された蒸発ガスの冷却を遂行するとともに、再液化ライン１３０に沿って流れる加圧された蒸発ガスの高温の熱の供給を受けて第２エンジンが要求する燃料ガスの温度条件に相応する水準に蒸発ガス循環ライン１３４に沿って流れる気体成分の温度を昇温させることができる。
蒸発ガス循環ライン１３４には後述する発熱量調節部の流量調節バルブ１５２が設けられて、蒸発ガス循環ライン１３４に沿って移送される燃料ガスの供給量が調節され得、これに対する詳細な説明は後述する。
第１気液分離器１３３によって分離された相対的に低濃度の窒素成分を含有する液体成分は、液化ガス循環ライン１３５に沿って移送され、液化ガス循環ライン１３５に設けられる第２膨張バルブ１３６によって２次的に減圧および再液化され得る。前述した通り、低濃度の窒素成分を含有するほど蒸発ガスの再液化効率が向上するところ、第１気液分離器１３３によって分離された液体成分は低濃度の窒素成分を含有するので、第２膨張バルブ１３６によって減圧を遂行してもフラッシュガスなどの気体成分の発生が低減され、再液化効率が向上され得る。第２膨張バルブ１３６は一例として、ジュールトムソンバルブ（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｖａｌｖｅ）で構成され得、第２膨張バルブ１３６は貯蔵タンク１１０の内部圧力に相応する圧力水準に減圧させることができる。
第２気液分離器１３７は第２膨張バルブ１３６を通過して２次的に冷却および減圧されて気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離するように設けられる。第２膨張バルブ１３６によって追加的に減圧される第１気液分離器１３３の液体成分は、窒素成分を低濃度で含有するのでほとんど再液化がなされるものの、少量の窒素成分が存在するだけでなく完全な再液化がなされることは実質的に不可能である。したがって、第２膨張バルブ１３６を通過して気液混合状態となった蒸発ガスを第２気液分離器１３７で気体成分および液体成分に分離することによって、再液化工程の信頼性を図り、各成分を別途に取り扱うことができる。
蒸発ガス回収ライン１３８は第２気液分離器１３７によって分離された気体成分を貯蔵タンク１１０または第１燃料ガス供給ライン１２０に再供給するように第２気液分離器１３７と貯蔵タンク１１０または第２気液分離器１３７と第１燃料ガス供給ライン１２０の間に設けられ得る。図１では、蒸発ガス回収ライン１３８が第２気液分離器１３７の気体成分を第１燃料ガス供給ライン１２０上の圧縮部１２１の前段に再供給するものと図示されているが、この他にも第２気液分離器１３７から貯蔵タンク１１０に再供給するか、第１燃料ガス供給ライン１２０および貯蔵タンク１１０にともに再供給する場合をすべて含む。
液化ガス回収ライン１３９は第２気液分離器１３７によって分離された液体成分を貯蔵タンク１１０に再供給するように第２気液分離器１３７と貯蔵タンク１１０の間に設けられ得る。液化ガス回収ライン１３９はその入口側の端部が第２気液分離器１３７の下側に連通して設けられ、出口側の端部が貯蔵タンク１１０の内部に連通して設けられ得る。液化ガス回収ライン１３９には貯蔵タンク１１０に回収される再液化された液化天然ガスの供給量を調節する開閉バルブ（図示せず）が設けられ得る。
第２燃料ガス供給ライン１４０は、第１燃料ガス供給ライン１２０の圧縮部１２１の中段部から分岐して設けられて一部加圧された蒸発ガスを第２エンジンに供給するように設けられる。第２燃料ガス供給ライン１４０は入口側の端部が圧縮部１２１中段部に連結されて設けられ、出口側の端部は蒸発ガス循環ライン１３４と合流して第２エンジンに連結されて設けられ得る。
第２エンジンは相対的に低圧の燃料ガスの供給を受けて出力を発生させるので、蒸発ガスを圧縮する圧縮部１２１の中段部から分岐して設けられることによって、一部加圧された蒸発ガスを燃料ガスとして供給を受けて作動され得、前述した蒸発ガス循環ライン１３４に沿って移送される高濃度の窒素成分を含有する気体成分とともに燃料ガスの供給を受けることができる。一方、図１には図示されていないが、第２エンジンが要求する燃料ガスの供給量よりも第２燃料ガス供給ライン１４０および蒸発ガス循環ライン１３４を通じて供給される燃料ガスの供給量が多い場合、余剰の燃料ガスの供給を受けて消耗させるＧＣＵ（Ｇａｓ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）が設けられ、第２燃料ガス供給ライン１４０の出口側の端部が分岐されてＧＣＵにともに連結されるように設けられてもよい。
発熱量調節部は第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節するように設けられる。
発熱量（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖａｌｕｅ）とは、単位質量の燃料ガスが完全燃焼した時に放出する熱量を意味する。天然ガス中のメタン、ブタンおよびプロパンは相対的に発熱量が高いため燃料ガスの発熱量を上昇させる成分（メタンの発熱量：約１２，０００ｋｃａｌ／ｋｇ、ブータンの発熱量：約１１，８６３ ｋｃａｌ／ｋｇ、プロパンの発熱量：約２，０００ｋｃａｌ／ｋｇ）である反面、窒素の発熱量は非常に低いため（窒素の発熱量：約６０ｋｃａｌ／ｋｇ）、窒素成分の絶対的な含量または濃度が高いほど燃料ガスの総発熱量は低くなる。この時、エンジンに供給される燃料ガスの総発熱量が過度に低いためエンジンが要求する最小条件発熱量を満たすことができない場合には、エンジンの出力に影響を及ぼし、エンジンに不要な負荷を発生させる原因となる。
前述した通り、再液化ライン１３０の再液化効率の上昇のために、第１気液分離器１３３で分離されて相対的に低濃度の窒素成分を含有する液体成分は第２膨張バルブ１３６側に供給し、相対的に高濃度の窒素成分を含有する気体成分は蒸発ガス循環ライン１３４を通じて第２エンジンに供給するところ、蒸発ガス循環ライン１３４に沿って流れる高濃度の窒素成分によって第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量が第２エンジンが要求する条件発熱量よりも低くなる恐れがある。
図１を参照すれば、本発明の一実施例による燃料ガス供給システム１００の発熱量調節部は、第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定または算出する発熱量測定機１５０および第２燃料ガス供給ライン１４０と蒸発ガス循環ライン１３４にそれぞれ設置される流量調節バルブ１５１、１５２を含むことができる。
発熱量測定機１５０は、第２燃料ガス供給ライン１４０を通じて第２エンジンに供給される一部加圧された蒸発ガスおよび蒸発ガス循環ライン１３４を通じて第２エンジンに供給される第１気液分離器１３３の気体成分を含む燃料ガスの発熱量をリアルタイムで測定することができる。発熱量測定機１５０は、ディスプレイなどからなる表示部（図示せず）に測定された燃料ガスの発熱量情報を伝送して船舶の搭乗者にこれを通知するか、測定された燃料ガスの発熱量情報を制御部（図示せず）に伝送し、制御部は既入力された第２エンジンの条件発熱量と発熱量測定機１５０から伝送された燃料ガスの発熱量情報を比較分析して、後述する流量調節バルブの開閉程度を制御することができる。
図１では、発熱量測定機１５０が第２燃料ガス供給ライン１４０上の蒸発ガス循環ライン１３４が合流する地点の後段に設けられて燃料ガスの発熱量を測定するものと図示されているが、第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量が測定できるのであれば、その位置は多様に変形され得る。
流量調節バルブ１５１、１５２は、第２燃料ガス供給ライン１４０および蒸発ガス循環ライン１３４にそれぞれ設置され得る。各流量調節バルブ１５１、１５２は発熱量測定機１５０によって測定された燃料ガスの発熱量情報および第２エンジンの条件発熱量情報に基づいて作業者による手動または制御部によって自動でその開閉程度が調節されて、燃料ガスの発熱量を調節することができる。
一例として、発熱量測定機１５０によって測定された燃料ガスの発熱量が第２エンジンの条件発熱量よりも小さい場合には、第２燃料ガス供給ライン１４０に設置された流量調節バルブ１５１は開放させ、蒸発ガス循環ライン１３４に設置された流量調節バルブ１５２は全部閉鎖または一部閉鎖させて燃料ガスの発熱量を増加させることができる。逆に、発熱量測定機１５０によって測定された燃料ガスの発熱量が第２エンジンの条件発熱量よりも大きい場合には、燃料ガス供給システム１００内の蒸発ガスの窒素成分を優先的に消耗させることができるように、蒸発ガス循環ライン１３４に設置された流量調節バルブ１５２は開放させ、第２燃料ガス供給ライン１４０に設置された流量調節バルブ１５１は全部閉鎖または一部閉鎖させることができる。
図２は本発明の他の実施例による燃料ガス供給システム１００を示す概念図である。図２を参照すれば、本発明の他の実施例による燃料ガス供給システム１００の発熱量調節部は、第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定または算出する発熱量測定機１５０、蒸発ガス循環ライン１３４に沿って供給される気体成分を液化ガス循環ライン１３５に回収する発熱量調節ライン１５３および第２燃料ガス供給ライン１４０、蒸発ガス循環ライン１３４、発熱量調節ライン１５３にそれぞれ設置される流量調節バルブ１５１、１５２、１５４を含むことができる。
以下で説明する本発明の他の実施例による燃料ガス供給システム１００に対する説明において、別途の図面番号を付与して追加的に説明する構成の他には前述した実施例と同じであり、内容の重複を防止するために説明を省略する。
発熱量調節ライン１５３は入口側の端部が蒸発ガス循環ライン１３４上に連結されて設けられ、出口側の端部が液化ガス循環ライン１３５上の第２膨張バルブ１３６の前段に連結されて設けられ得る。前述した通り、蒸発ガス循環ライン１３４に沿って流れる気体成分は高濃度の窒素成分を含有するところ、第２燃料ガス供給ライン１４０に沿って流れる一部加圧された蒸発ガスに比べて発熱量が低い。したがって、蒸発ガス循環ライン１３４に沿って流れる気体成分の一部を液化ガス循環ライン１３５側に回収することによって、第２エンジンに供給される燃料ガスの総発熱量を上昇および調節することができる。これとともに、発熱量調節ライン１５３が蒸発ガス循環ライン１３４を流れる気体成分の一部を液化ガス循環ライン１３５に回収することによって、第２エンジンの燃料ガスの要求供給量に対応して燃料ガスの供給量を効率的に調節できるようになる。
発熱量調節ライン１５３には発熱量調節ライン１５３に沿って流れる一部の気体成分の供給量を調節する流量調節バルブ１５４が設けられ得る。流量調節バルブ１５４は発熱量測定機１５０によって測定された燃料ガスの発熱量情報および第２エンジンの条件発熱量情報に基づいて作業者による手動または制御部によって自動でその開閉程度が調節されて、発熱量調節ライン１５３に沿って流れる一部の気体成分の供給量を制御することができる。また、これとは異なり、図面には図示されていないが第２燃料ガス供給ライン１４０または第２エンジンに設置される流量感知部（図示せず）によって測定された燃料ガス供給量情報に基づいて発熱量調節ライン１５３に設けられる流量調節バルブ１５４の開閉程度が制御されてもよい。
このような構成を有する本発明の実施例による燃料ガス供給システム１００は、蒸発ガスの再液化工程のために加圧された蒸発ガスを減圧する過程で発生する、相対的に高濃度の窒素成分を含有する気体成分を第２エンジンに燃料ガスとして利用するとともに相対的に低濃度の窒素成分を含有する液体成分を再液化工程に供給することによって、燃料ガス供給システム１００内の窒素成分の効率的な消耗および燃料ガスシステム１００内の総窒素含量の持続的な低減を通じて蒸発ガスの再液化効率および再液化ラインの再液化性能を向上させる効果を有する。
また、発熱量調節部によって燃料ガスの発熱量を測定および調節することによって、エンジンが要求する条件発熱量に対応して燃料ガスの発熱量を制御することによって、燃料ガスの効率的な利用および管理を図り得る効果を有する。
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 (6)
- 液化ガスおよび蒸発ガスを収容する貯蔵タンク；
前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過して加圧された蒸発ガスを第１エンジンに供給する第１燃料ガス供給ライン；
前記圧縮部の中段部から分岐されて前記圧縮部によって一部加圧された蒸発ガスを第２エンジンに供給する第２燃料ガス供給ライン；
前記加圧された蒸発ガスの一部を供給を受けて再液化させる再液化ライン；および
前記第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部を含み、
前記再液化ラインは
前記加圧された蒸発ガスを冷却させる冷却部と、前記冷却部を通過した前記加圧された蒸発ガスを一次的に減圧させる第１膨張バルブと、前記第１膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器から分離された気体成分を前記第２エンジンに供給する蒸発ガス循環ラインおよび前記第１気液分離器から分離された液体成分の供給を受ける液化ガス循環ラインを含み、
前記発熱量調節部は、
前記蒸発ガス循環ラインに沿って流れる前記第１気液分離器の気体成分の一部を前記液化ガス循環ラインに循環させる発熱量調節ラインおよび
前記発熱量調節ラインに設けられる第１流量調節バルブを含む、
燃料ガス供給システム。 - 前記発熱量調節部は
前記第２エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機および
前記第２燃料ガス供給ラインおよび前記蒸発ガス循環ラインにそれぞれ設けられる第２流量調節バルブをさらに含む、請求項１に記載の燃料ガス供給システム。 - 前記第１流量調節バルブ及び前記第２流量調節バルブは
前記発熱量測定機によって測定された燃料ガス発熱量情報によって制御される、請求項２に記載の燃料ガス供給システム。 - 前記再液化ラインは
前記液化ガス循環ラインに設けられて前記第１気液分離器から分離された液体成分を２次的に減圧させる第２膨張バルブと、前記第２膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器から分離された気体成分を前記貯蔵タンクまたは前記第１燃料ガス供給ライン上の前記圧縮部の前段に供給する蒸発ガス回収ラインおよび前記第２気液分離器から分離された液体成分を前記貯蔵タンクに供給する液化ガス回収ラインをさらに含む、請求項３に記載の燃料ガス供給システム。 - 前記冷却部は
前記加圧された蒸発ガスを前記圧縮部の前段の蒸発ガスおよび前記第１気液分離器から分離された気体成分のうち少なくともいずれか一つと熱交換する熱交換器を含む、請求項１に記載の燃料ガス供給システム。 - 前記第１膨張バルブは
前記第２エンジンが要求する燃料ガス圧力条件または前記一部加圧された蒸発ガスの圧力に相応する圧力条件で前記加圧された蒸発ガスを減圧させる、請求項１に記載の燃料ガス供給システム。
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