JP6634633B2 - 燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給方法 - Google Patents

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Description

本発明は、船舶の推進エンジンに圧縮した燃料ガスを供給する燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給方法に関する。
近年、メタンを主成分とした天然ガスを燃料ガスとして船舶の推進エンジンに供給する燃料ガス供給装置が種々提案されている。例えば、ＬＮＧを運搬する際、ＬＮＧから自然気化するボイルオフガスは再液化されてＬＮＧとして運搬するだけでなく、ボイルオフガスは船舶の推進エンジンの燃料ガスとして有効に用いられる。例えば、ＬＮＧを運搬するＬＮＧ運搬船において、ＬＮＧの運搬中に発生するボイルオフガスは所定の圧力に加圧して、燃料ガスとして推進エンジンに供給される。
ボイルオフガスのような低圧のガスを高圧のガスとするには、多段圧縮機を用いてガスを圧縮することが行われる。多段圧縮機は、例えば直列接続された複数の圧縮機からなる(特許文献１)。
さらに、燃料ガスを多段の圧縮機を用いて約３０ＭＰａまで加圧して、エンジン（ＭＣ−ＧＩエンジン）のガス噴射弁に供給することも知られている（非特許文献１）。
特開平８−２１９０８８号公報
「大型ガスインジェクションディーゼル機関（ＭＣ−ＧＩ機関）の実績」、福田哲吾他、Journal of the JIME Vol.36, No.9, pp.64-70
上述の多段の圧縮機を用いて燃料ガスを約３０ＭＰａまで加圧してガス噴射弁に供給するエンジン（ＭＣ−ＧＩエンジン）は、陸上発電用エンジンであり、基本的に略一定負荷の運転を前提とした低速ディーゼルエンジンであり、多段のガスコンプレッサも略一定圧力の燃料ガスを供給すればよい。
一方、このような多段の圧縮機（ガスコンプレッサ）を船舶推進用の低速ディーゼルエンジンに適用した場合、このエンジンの負荷は時間とともに変化するため、多段の圧縮機（ガスコンプレッサ）の運転も変化させる必要がある。例えば、操船による減速、加速、旋回によって、あるいは、気象、海象の風、波高等の自然状況の変化によって、船舶のプロペラの負荷トルクは変動し、エンジンはこの変動を直接受け、エンジンの負荷（運転負荷）は変化する。このエンジンの負荷の変化に対応するように、エンジンの必要とするガス供給量に応じて、安定した燃料ガスを供給することが求められる。
近年、船舶用推進エンジンの燃料として、メタンを主成分とする天然ガスの他に、シェールガス由来のコマーシャルエタン等も注目されている。しかし、メタンと異なるコマーシャルエタン（液体燃料）は、エタンの他にメタン等を含み、その組成比率は、ボイルオフガスと液体の状態で異なる。具体的には、ボイルオフガスでは、メタンの組成比率が液体の場合に比べて高くなる。さらに、ボイルオフガスの中でも、自然気化したガス（ＮＢＯＧ：Natural Boil Off Gas）と強制気化したガス(ＦＢＯＧ：Forced Boil Off Gas)で組成成分の組成比率は異なる他、ＮＢＯＧのメタンとエタンの組成比率も貯蔵日数とともに変化する。このため、燃料ガスの密度及び発熱量も変化するので、多段の圧縮機（ガスコンプレッサ）を有する燃料供給システムにおいて、一定の条件（温度、圧力）で、燃料ガスを多段の圧縮機（ガスコンプレッサ）を通過させた場合、エンジンの負荷に対して圧縮した燃料ガスの量に過不足が生じる、すなわち燃料ガスの供給が不安定になる場合がある。
そこで、本発明は、燃料ガス中の組成成分の組成比率が変化しても、エンジンの負荷に応じて安定した燃料ガスの供給を行うことができる燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、燃料ガス供給システムである。当該燃料ガス供給システムは、燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構を備える。
前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記燃料ガスの前記推進エンジンへ向かう流れ方向において前記吐出スナッパより下流側に設けられた熱交換器と、を備える。
前記複数のガス圧縮機構のうちの第１ガス圧縮機構の熱交換器は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、冷却能を調整することにより、前記熱交換器のガス出力端における前記燃料ガスの温度を調整する。
前記第１ガス圧縮機構の熱交換器に流す冷媒の温度を前記組成比率に応じて調整する冷媒温度調整部を備える、ことが好ましい。
その際、前記冷媒温度調整部は、前記組成比率によって前記燃料ガスの密度が高くなるほど、前記冷媒の温度を高くする、ことが好ましい。
その際、前記第１ガス圧縮機構のガスコンプレッサに対して前記流れ方向の下流側に隣り合うガス圧縮機構のガスコンプレッサにより圧縮された前記燃料ガスの温度がガスコンプレッサの耐熱温度以下になるように、前記冷媒温度調整部は、前記冷媒の温度を調整する、ことが好ましい。
前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパと熱交換器との間の前記燃料ガスの流路から前記燃料ガスを回収する回収装置に接続した分岐路を備える、ことが好ましい。
前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパあるいは当該吐出スナッパのガス出力端と、前記第１ガス圧縮機構のガスコンプレッサよりも前記流れ方向の上流側に設けられた別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端とを、前記第１ガス圧縮機構のガスコンプレッサを経由することなく繋ぐバイパス管を備える、ことが好ましい。
前記バイパス管には、前記バイパス管を前記別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端に向かって流れる前記燃料ガスの流量を調整するバルブが設けられ、
さらに、前記バルブの開度を、前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパにおける前記燃料ガスの圧力に応じて調整する制御部を備える、ことが好ましい。
さらに、別の一態様も、燃料ガス供給システムである。当該燃料ガス供給システムは、
燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構を備える。
前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記燃料ガスの前記推進エンジンへ向かう流れ方向において前記吐出スナッパより下流側に設けられた熱交換器と、を備える。
前記複数のガス圧縮機構のうちの第２ガス圧縮機構は、前記ガスコンプレッサと、前記吸引スナッパ及び吐出スナッパと、を含む、複数系列のガス圧縮機構ラインを並列して備え、
前記第２ガス圧縮機構は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、前記複数系列のガス圧縮機構ラインの少なくとも１つの駆動を停止する駆動調整部を備える。
その際、前記第２ガス圧縮機構は、前記流れ方向の最下流に位置する最下流ガス圧縮機構であり、
前記最下流ガス圧縮機構の吐出スナッパあるいは当該吐出スナッパのガス出力端と、前記最下流ガス圧縮機構のガスコンプレッサよりも前記流れ方向の上流側に設けられた別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端とを、前記最下流ガス圧縮機構のガスコンプレッサを経由することなく繋ぐバイパス管を備える、ことが好ましい。
さらにその際、前記バイパス管には、前記バイパス管を前記別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端に向かって流れる前記燃料ガスの流量を調整するバルブが設けられ、
さらに、前記バルブの開度を、前記最下流ガス圧縮機構の吐出スナッパあるいは当該吐出スナッパのガス出力端における前記燃料ガスの圧力に応じて調整する制御部を備える、ことが好ましい。
また、前記第２ガス圧縮機構は、前記流れ方向の最下流に位置する最下流ガス圧縮機構であり、
前記複数のガス圧縮機構のうち、前記最下流ガス圧縮機構に対して前記流れ方向の上流側に隣り合うガス圧縮機構を第１ガス圧縮機構というとき、前記第１ガス圧縮機構の熱交換器は、前記組成比率に応じて、前記熱交換器の冷却能を調整することにより、前記熱交換器のガス出力端における前記燃料ガスの温度を調整する、ことが好ましい。
その際、前記第１ガス圧縮機構の熱交換器に流す冷媒の温度を前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて調整する冷媒温度調整部を備える、ことが好ましい。
さらにその際、前記冷媒温度調整部は、前記燃料ガスの密度が高くなるほど、前記冷媒の温度を高くする、ことが好ましい。
また、前記最下流ガス圧縮機構のガスコンプレッサにより圧縮された前記燃料ガスの温度が前記ガスコンプレッサの耐熱温度以下になるように、前記冷媒温度調整部は、前記冷媒の温度を調整する、ことが好ましい。
また、前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパと熱交換器との間の前記燃料ガスの供給ラインから燃料ガスを回収する回収装置に接続される分岐路を備える、ことが好ましい。
その際、前記燃料ガスの供給ライン上の、前記分岐路の接続位置と、前記第１ガス圧縮機構の熱交換器との間に、前記流れ方向の下流側から上流側に前記燃料ガスが流れることを阻止する逆止弁が設けられている、ことが好ましい。
さらに、液体燃料から自然気化した自然気化ボイルオフガスを、前記複数のガス圧縮機構のうち前記流れ方向の最上流に位置する最上流ガス圧縮機構に、前記燃料ガスとして供給する第１ガス供給源と、前記自然気化ボイルオフガスの供給量を超える前記推進エンジンの燃料ガス要求量に応じて、前記液体燃料から強制気化させた、前記自然気化ボイルオフガスと組成比率が異なる強制気化ボイルオフガスを前記燃料ガスとして前記最上流ガス圧縮機構に供給する第２ガス供給源と、を備える、ことが好ましい。
また、本発明のさらに他の一態様は、燃料ガス供給方法である。当該燃料ガス供給方法は、燃料ガス供給システムにおいて行われる。前記燃料ガス供給システムは、
燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構、を備え、
前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記吐出スナッパよりも前記推進エンジンの側に設けられた熱交換器と、を備える。当該燃料ガス供給方法は、
燃料ガスを、各ガス圧縮機構で段階的に圧縮して推進エンジンに供給するステップと、
前記複数のガス圧縮機構のうちの第１ガス圧縮機構の熱交換器は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、冷却能を調整することにより、前記熱交換器のガス出力端における前記燃料ガスの温度を調整するステップと、を含む。
また、本発明のさらに他の一態様も、燃料ガス供給方法である。当該燃料ガス供給方法は、燃料ガス供給システムにおいて行われる。前記燃料ガス供給システムは、
燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構、を備え、
前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記吐出スナッパよりも前記推進エンジンの側に設けられた熱交換器と、を備える、燃料ガス供給システムにおいて、前記複数のガス圧縮機構のうちの第２ガス圧縮機構は、前記ガスコンプレッサ、吸引スナッパ及び吐出スナッパ、及び熱交換器を含む複数系列のガス圧縮機構ラインを並列して備える。前記燃料ガス供給方法は、
燃料ガスを、各ガス圧縮機構で段階的に圧縮して推進エンジンに供給するステップと、
前記第２ガス圧縮機構は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、前記複数系列のガス圧縮機構ラインの少なくとも１つの駆動を停止するステップと、を含む。
上記態様の燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給方法によれば、燃料ガスの組成成分の組成比率が変化しても、エンジンの負荷に応じて安定した燃料ガスの供給を行うことができる。
本実施形態の船舶の推進エンジンに高圧の燃料ガスを供給する燃料ガス供給システムの構成の一例を示す図である。 図１に示す燃料ガス供給システムの要部の構成の一例を示す図である。 本実施形態のガスコンプレッサが下流方向に吐出する燃料ガスの流量と、バイパス管を上流方向に向かって逆流する燃料ガスの流量を説明する図である。 本実施形態の燃料ガス供給システムに、エタンを主成分とする燃料ガスを用いたときの一例のｐｈ線図である。 本実施形態の燃料ガス供給システムに、エタンを主成分とする別の燃料ガスを用いたときの一例のｐｈ線図である。 本実施形態の燃料ガス供給システムに、エタンを主成分とするさらに別の燃料ガスを用いたときの一例のｐｈ線図である。 本実施形態の燃料ガス供給システムに、メタンを燃料ガスとして用いたときの一例のｐｈ線図である。
以下、本発明の燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給方法を詳細に説明する。
図１は、本実施形態の船舶の推進エンジンに高圧の燃料ガスを供給する燃料ガス供給システム１０の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示す燃料ガス供給システムの要部、具体的には第５段目ガス圧縮機構を含む周辺の構成の一例を示す図である。燃料ガス供給システム１０は燃料ガスとして液体燃料、例えばコマーシャルエタンのガスを用いるが、これに限定されない。メタンガスや天然ガス等を用いることができる。燃料ガスは、液体燃料が自然気化したガス（ＮＢＯＧ）の他に、液体燃料を意図的に加熱して強制的に気化したガス（ＦＢＯＧ）も含まれる。
燃料ガス供給システム１０は、船舶において、燃料ガスを加圧して推進エンジン１４に供給するのに用いられる。本実施形態では、燃料ガスが燃料ガス供給源１２から推進エンジン１４に供給される方向を下流方向、その反対方向を上流方向といい、ある基準とする位置から下流方向の側を下流側といい、ある基準とする位置から上流方向の側を上流側という。
本実施形態の燃料ガス供給システム１０は、燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジン１４に、燃料ガスを供給するために、燃料ガスを加圧して燃料ガス供給源１２の側から推進エンジン１４の側に流す第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅを備える。第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅは直列に設けられている。
第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅは、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅと、吸引スナッパ１８ａ〜１８ｅと、吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅと、熱交換器２２ａ〜２２ｅと、バイパス管２４ａ〜２４ｅと、制御バルブ２６ａ〜２６ｅと、バルブ制御部２８a〜２８eと、冷媒温度調整部３０と、温度制御装置３２と、を主に備える。
燃料ガス供給源１２は、第１ガス供給源１２ａと第２ガス供給源１２ｂとを含む。第１ガス供給源１２ａは、貯蔵タンクに貯蔵された液体燃料から自然気化したＮＢＯＧを、最上流ガス圧縮機構である第１段目ガス圧縮機構１３ａに燃料ガスとして供給する。第２ガス供給源１２ｂは、液体燃料から強制気化させたＦＢＯＧを燃料ガスとして第１段目ガス圧縮機構１３ａに供給する。このとき、ガス源調整部１２ｃは、第１ガス供給源１２ａが推進エンジン１４の燃料ガス要求量を満足するＮＢＯＧの供給量を有する場合、ＮＢＯＧのみを第１段目ガス圧縮機構１３ａに優先的に供給するように調整する。一方、推進エンジン１４の燃料ガス要求量が第１ガス供給源１２ａのＮＢＯＧの供給量を超える場合、ガス源調整部１２ｃは、ＮＢＯＧの供給量を超える推進エンジン１４の燃料ガス要求量に応じて、ＮＢＯＧに加えて、ＦＢＯＧを燃料ガスとして第１段目ガス圧縮機構１３ａに供給するように調整する。したがって、第２ガス供給源１２ｂは、ＮＢＯＧの供給量を超える推進エンジン１４の燃料ガス要求量に応じて、ＦＢＯＧを燃料ガスとして第１段目ガス圧縮機構１３ａに供給する。なお、ＦＢＯＧのガス組成は、ＮＢＯＧのガス組成と異なる。例えば、液体燃料であるコマーシャルエタンの場合、ＮＢＯＧでは、エタンに比べて自然気化しやすいメタンの組成比率が、ＦＢＯＧに比べて高い。したがって、エンジンの負荷によって燃料ガスのガス組成は変化する。また、メタンが自然気化することにより液体燃料の組成も液体燃料の貯蔵日数に従がって変化するため、ＮＢＯＧの組成も液体燃料の貯蔵日数に応じて変化する。コマーシャルエタンの場合、メタンの組成比率は、０モル％から３０モル％の間で変化する。また、燃料として、コマーシャルエタンの代わりにメタンを主成分（例えばメタン組成１００モル％）とする液化天然ガスを用いる場合もある。このため、第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅに供給される燃料ガス中の組成成分の組成比率は変化する。そこで、本実施形態では、後述するように、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、第４段目ガス圧縮機構１３ｄあるいは第５段目ガス圧縮機構１３ｅの駆動を調整することができる構成になっている。
本実施形態を適用する船舶は液体燃料を荷物として運搬する運搬船であってもよいし、上記運搬船以外の船舶に適用することもできる。
推進エンジン１４は供給される燃料ガスを燃焼室で燃焼させて動力を取り出し、主軸１５ａおよびプロペラ１５ｂを回転させる。推進エンジン１４には、例えば２ストロークサイクルの低速ディーゼルエンジンを用いることができる。
推進エンジン１４は、ガバナ１５ｃと接続されて、ガバナ１５ｃにより推進エンジン１４の駆動が制御されている。ガバナ１５ｃは、主軸１５ａの回転を計測するように設けられた回転計１５ｄにより計測された主軸回転数が目標回転数になるように、推進エンジン１４に燃料ガスを供給する供給ラインに設けられた図示しない流量制御弁の開度を制御することで、推進エンジン１４の駆動を制御する。すなわち、ガバナ１５ｃは、推進エンジン１４と推進用のプロペラ１５ｂを接続した主軸１５ａの主軸回転数が目標回転数になるように、推進エンジン１４の負荷を定め、これに基づいて燃料ガス要求量を定め、この燃料ガス要求量に基づいて燃料供給量を制御する装置である。ガバナ１５ｃは、気象、海象の風、波高等の自然状況の変化によって変化する主軸回転数が目標回転数に維持されるように、推進エンジン１４の負荷を定める他、オペレータの減速、加速、旋回等の指示によって提供されるプロペラ回転数の操作指令値に応じて、推進エンジン１４の負荷を定めることもできる。ガバナ１５ｃは、定めた負荷に基づいて、最下流に位置するガスコンプレッサ１６ｅの吐出側の目標圧力を設定し、この目標圧力をバルブ制御部２８ｅに送るように構成されている。この目標圧力は、推進エンジン１４が要求する燃料供給圧力である。バルブ制御部２８ｅは、送られた目標圧力に基づいて、吐出スナッパ２０e内の燃料ガスの圧力の目標値を設定する。
ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅは、燃料ガスを推進エンジン１４に供給するために、燃料ガスを圧縮して燃料ガス源１２の側から推進エンジン１４の側に流す、直列に接続された多段のコンプレッサである。ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅは、吸引スナッパ１８ａ〜１８ｅ内の燃料ガスを吸引して所定の圧力に加圧する部分である。ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅは、例えば、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅ内の可動部（プランジャ又はピストン）が直線往復運動をすることによって気体をシリンダー内に吸い込み、その後圧縮する、往復圧縮機を用いることができる。ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅのうち、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｄは、無給油式圧縮機が用いられ、３０ＭＰａ以上の高圧に燃料ガスを加圧するガスコンプレッサ１６ｅには給油式圧縮機が用いられる。ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅの可動部は、図示されない上述の駆動源（例えば電動モータ）の動力で回転するクランク軸を介して連動して駆動される。ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅにおいて、燃料ガスはそれぞれ同程度の圧縮率で段階的に圧縮されることで、燃料ガスは圧縮率の５乗まで圧縮される。例えば、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅのそれぞれにおいて３〜４倍に圧縮することで、燃料ガスは３５〜４５倍に圧縮される。例えば、ガスコンプレッサ１６ａの吸引側における燃料ガスの圧力が０．１ＭＰａであれば、ガスコンプレッサ１６ａの吐出側の圧力は約０．４ＭＰａ、ガスコンプレッサ１６ｂの吐出側の圧力は約１．２ＭＰａ、ガスコンプレッサ１６ｃの吐出側の圧力は約３．９ＭＰａ、ガスコンプレッサ１６ｄの吐出側の圧力は約１２〜１３ＭＰａとなる。そして、ガスコンプレッサ１６ｅの吐出側の圧力は設定された目標圧力まで上昇される。
吸引スナッパ１８ａ〜１８ｅは、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅそれぞれに付随して燃料ガスの脈動防止のために設けられ、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅそれぞれの上流側に設けられる、圧縮前の燃料ガスを一時貯留する容器である。したがって、吸引スナッパ１８ａ〜１８ｅ内の圧力は、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅそれぞれで加圧する直前の燃料ガスの圧力に相当する。
吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅは、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅそれぞれに付随して燃料ガスの脈動防止のために設けられ、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅそれぞれの下流側に設けられる、圧縮後の燃料ガスを一時貯留する容器である。吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅあるいはその近傍には、内部に貯留する燃料ガスの圧力あるいはガス出力端における燃料ガスの圧力を計測する圧力計１９ａ〜１９ｅが設けられている。圧力計１９ａ〜１９ｅの計測結果は、後述するバルブ制御部２８ａ〜２８ｅに送られる。吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅには、予め定めた圧力で弁が開放する図示されない安全弁が設けられている。
熱交換器２２ａ〜２２ｅは、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅそれぞれに付随するように、ガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅそれぞれで燃料ガスが圧縮されることにより高温になった燃料ガスの温度を、燃料ガスと冷媒との熱交換により温度を調整する装置である。熱交換器２２ａ〜２２ｅは、燃料ガスの推進エンジン１４へ向かう流れ方向において吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅより下流側に設けられている。熱交換器２２ａ〜２２ｅにおける冷媒は、特に制限されないが、水を用いることができる。熱交換器２２ａ〜２２ｄは、それぞれの下流側に位置する吸引スナッパ１８ｂ〜１８ｅと供給ラインを介して接続される。
バイパス管２４ａ，２４ｂは、ガスコンプレッサ１６ａ，１６ｂのそれぞれに付随した熱交換器２２ａ，２２ｂの燃料ガスのガス出力端と、ガスコンプレッサ１６ａ，１６ｂそれぞれに付随した吸引スナッパ１８ａ，１８ｂとの間を、ガスコンプレッサ１６ａ，１６ｂ，を経由することなく繋いでいる。
バイパス管２４ｃ，２４ｄ，２４ｅは、ガスコンプレッサ１６ｃ，１６ｄ，１６ｅのそれぞれに付随した吐出スナッパ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅあるいは吐出スナッパ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの燃料ガスのガス出力端と、ガスコンプレッサ１６ｃ，１６ｄ，１６ｅそれぞれよりも燃料ガスの流れ方向の上流側に設けられたガスコンプレッサ１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに付随した熱交換器２２ｂ，２２ｃ，２２ｄのガス入力端との間を、ガスコンプレッサ１６ｃ，１６ｄ，１６ｅを経由することなく繋いでいる。
バイパス管２４ａ〜２４ｅには、燃料ガスが流れる量を制御する制御バルブ２６ａ〜２６ｅが設けられている。
制御バルブ２６ａ〜２６ｅそれぞれの開度は、対応するガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｅに付随する吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅにおける燃料ガスの圧力あるいは、吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅあるいは吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅの燃料ガスのガス出力端における燃料ガスの圧力が予め設定された圧力の目標値になるように、制御される。すなわち、バイパス管２４ａ〜２４ｅを流れる燃料ガスの流量は、対応する吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅにおける燃料ガスの圧力あるいは、吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅあるいは吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅのガス出力端における燃料ガスの圧力に基づいて制御される。なお、バイパス管２４ａ，２４ｂは、熱交換器２２ａ，２２ｂのガス出力端と吸引スナッパ１８ａ，１８ｂとを接続しているが、熱交換器２２ａ，２２ｂのガス出力端における燃料ガスの圧力は、吐出スナッパ２０ａ，２０ｂのガス出力端における燃料ガスの圧力と同じである。
図３は、ガスコンプレッサ１６ｂが下流方向に吐出する燃料ガスの流量と、第２バイパス管２４ｂを上流方向に向かって逆流する燃料ガスの流量を説明する図である。図３では、２段目のガスコンプレッサ１６ｂと第２バイパス管２４ｂの流れを説明しているが、これ以外のガスコンプレッサ１６ａ，１６ｃ〜１６ｅ、バイパス管２４ａ，２４ｃ〜２４ｅにおいても同様の挙動をするので、ガスコンプレッサ１６ｂ及びバイパス管２４ｂを代表して説明する。図３に示されるように、例えば、上流側から１時間当たり１５００ｋｇの燃料ガスが供給され、ガスコンプレッサ１６ｂが１時間当たり２０００ｋｇの燃料ガスを圧縮して下流側に吐出する時、バイパス管２４ｂを介して１時間当たり５００ｋｇの燃料ガスを逆流させて吸引スナッパ１８ｂに戻す。このように、吐出スナッパ２０ｂから１時間当たり５００ｋｇの燃料ガスが逆流するように、制御バルブ２６ｂの開度は制御されている。これにより、熱交換器２２ｂのガス出力端から下流側に１時間当たり１５００ｋｇの燃料ガスを定常的に流すことができる。したがって、吐出スナッパ２０ｂにおける燃料ガスの圧力は一定に保つことができる。
本実施形態では、第２段目ガス圧縮機構１３ｂと第３段目ガス圧縮機構１３ｃの間のガス供給ラインから、燃料ガスの一部を用いるボイラ３４に向かって分岐する分岐路３５が設けられている。ボイラ３４に分岐する燃料ガスの流量は、分岐路３５に設けられたバルブ３６で調整される。
さらに、本実施形態では、第４段目ガス圧縮機構１３ｄの吐出スナッパ２０ｄと熱交換器２２ｄとの間の燃料ガスの供給ラインから回収装置３８に向かう分岐路３９が設けられている。回収装置３８は、燃料ガスを回収する装置であり、回収した燃料ガスを第１ガス供給源１２ａ等に戻してもよく、また、回収した燃料ガスの再液化を行ってもよい。分岐路３９には、熱交換器４０及びバルブ４２が設けられ、熱交換器４０で燃料ガスの温度を調整し、バルブ４２で回収する燃料ガスの流量を調整する。
また、本実施形態では、燃料ガスの供給ライン上のバイパス管２４ａの分岐位置と吸引スナッパ１８ｂとの間に、逆止弁４４が設けられ、燃料ガスの供給ライン上の分岐路３９の分岐位置と、燃料ガスの供給ライン上のバイパス管２４ｅの接続位置との間に、逆止弁４６が設けられ、燃料ガスの供給ライン上のバイパス管２４ｅの分岐位置と熱交換器２２ｅのガス入力端との間に、逆止弁４８が設けられている。
逆止弁４４は、第１段目ガス圧縮機構１３ａと第２段目ガス圧縮機構１３ｂとの間に設けられ、燃料ガスが燃料ガス供給源１２の側に逆流することを防止すために設けられる。逆止弁４４を吸引スナッパ１８ａに対して燃料ガス供給源１２の側に設けると、逆止弁４４が閉じた後、再度開くための圧力差が小さいため、逆止弁４４は開き難い。このため、逆止弁４４を吸引スナッパ１８ａに対して燃料ガス供給源１２の側に設けることはできない。
逆止弁４６は、給油式圧縮機のガスコンプレッサ１６ｅに起因して燃料ガス中に含まれる油成分が、無給油式圧縮機のガスコンプレッサ１６ａ〜１６ｄを用いる第１〜４段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｄに逆流することで、第１〜４段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｄが油汚染を受けることを防止する。
逆止弁４８は、熱交換器２２ｅと推進エンジン１４との間の供給ライン上の燃料ガスが吐出スナッパ２０ｅの側に逆流することを防止する。
本実施形態では、第４段目ガス圧縮機構１３ｄの熱交換器２２ｄで用いる冷媒は、冷媒温度調整部３０で温度調整されている。冷媒温度調整部３０は、温度制御装置３２の制御指示にしたがって冷媒の温度を調整する。冷媒温度調整部３０は、冷媒を加熱するヒータや冷媒を冷却する熱交換器等を含む。温度制御装置３２は、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて冷媒の温度を設定する。例えば、液化天然ガスあるいは液化したコマーシャルエタン等の種類に応じて冷媒の温度を設定する。さらに、液化したコマーシャルエタンの場合、貯蔵日数によって燃料ガスのメタン及びエタンの組成比率が異なることから、現在の燃料ガス中の組成成分の組成比率を実際に分析した結果に基づいて冷媒の温度を設定してもよく、燃料の貯蔵日数に基づいて現在の燃料ガス中の組成成分の組成比率を推定し、この推定結果に応じて冷媒の温度を設定してもよい。さらに、上述したように、ＮＢＯＧとＦＢＯＧの組成成分の組成比率も異なるため、ＮＢＯＧとＦＮＯＧの供給量に応じて組成成分の組成比率を推定し、この推定結果に応じて冷媒の温度を設定してもよい。さらに、ＮＢＯＧとＦＢＯＧの組成成分の組成比率は、貯蔵日数に応じて変化するので、貯蔵日数とＮＢＯＧとＦＮＯＧの供給量に応じて組成成分の組成比率を推定し、この推定結果に応じて冷媒の温度を設定してもよい。
このように、熱交換器２２ｄにおいて、燃料ガスの組成成分の組成比率（例えば、メタン、エタンの組成比率）に応じて冷媒の温度を調整するのは、燃料ガスの密度が、燃料ガスの組成によって大きく異なるからである。上述したように、第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅは、所定の圧力に燃料ガスを加圧し、しかも、バイパス管２４ａ〜２４ｅを流れる燃料ガスの流量は吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅあるいは吐出スナッパ２０ａ〜２０ｅのガス出力端における燃料ガスの圧力に基づいて制御されるので、各ガス圧縮機構で加圧して下流側のガス圧縮機構や推進エンジン１４に流す燃料ガスの量は、燃料ガスの圧力で調整されている。このため、燃料ガスの密度が変化すると、燃料ガスの圧力が同じでも、燃料ガスの量（質量）は変化する。一方、燃料ガス中の組成成分の組成比率に係らず、単位質量当たりの低位発熱量（ＬＣＶ）の変化は小さい。例えば、メタンのＬＣＶは５００００ｋｃａｌ／ｋｇであり、エタンのＬＣＶは４７５００ｋｃａｌ／ｋｇ）である。本来、燃料ガス中の組成成分の組成比率が変化しても、同じ負荷を出力する推進エンジン１４に供給する燃料ガスの量（質量）は一定でなければならないが、燃料ガスの圧力で燃料ガスの量を調整する第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅでは、燃料ガスの密度が変化すると推進エンジン１４に供給する燃料ガスの量（質量）は変化する。本実施形態では、燃料ガスの量（質量）を直接制御することを行う代わりに、燃料ガスの組成成分の組成比率が変化しても燃料ガスの密度の変化を抑制するように、燃料ガスの温度を熱交換器２２ｄで調整する。
本実施形態の第４段目ガス圧縮機構１３ｄの熱交換器２２ｄのガス出力端における燃料ガスの密度は、例えば、メタンを主成分（組成比率が５０％超）とする燃料ガスの場合約８０ｋｇ／ｍ３であり、エタンを主成分（組成比率が５０％超）とする燃料ガスの場合１８０〜３００ｋｇ／ｍ３である。熱交換器２２ｄのガス出力端では、燃料ガスの温度は所定の温度になるように、熱交換器２２ｄで制御されている。このため、エタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合、メタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合と同じ条件で第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅを駆動して同じ負荷の状態の推進エンジン１４に燃料ガスを供給すると燃料ガスは過剰気味となり、省エネルギの点から好ましくない。また、メタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合、エタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合と同じ条件で第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅを駆動して同じ負荷の状態の推進エンジン１４に燃料ガスを供給すると、燃料ガスは不足気味となる。
この問題は、組成成分の組成比率が変化する、コマーシャルエタンを起源とするエタンを主成分とする燃料ガスにおいても生じる。
このため、本実施形態では、燃料ガス中の組成成分の組成比率に起因して生じる燃料ガスの密度の変化が小さくなるように、熱交換器２２ｄに用いる冷媒の温度を調整している。すなわち、本実施形態では、熱交換器２２ｄにおける冷却能を、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて調整することにより、熱交換器２２ｄのガス出力端における燃料ガスの温度を調整している。このため、燃料ガス中の組成成分の組成比率が変化しても、推進エンジン１４の負荷に応じて安定した燃料ガスの供給を行うことができる。例えば、メタンを主成分とする燃料ガスの場合、冷媒の温度は例えば３８℃とし、熱交換器２２ｄのガス出力端における燃料ガスの温度を４５℃とする。エタンを主成分とする燃料ガスの場合、冷媒の温度は例えば６２℃とし、熱交換器２２ｄのガス出力端における燃料ガスの温度を７０℃とする。これにより、エタンを主成分とする燃料ガスの密度は、冷媒の温度を調整しない（例えば３８℃に維持する）場合に比べて低下する。例えば、密度２３０ｋｇ／ｍ３が密度１８０ｋｇ／ｍ３に低下する。上記説明では、エタンを主成分とする燃料ガスとメタンガスを主成分とする燃料ガスを例にして説明したが、同じコマーシャルエタンを起源とする燃料ガスでも、上述したように組成成分の組成比率は変化することから、熱交換器２２ｄにおける冷却能を、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて調整することにより、上述の問題を解決することができる。
また、本実施形態では、図２に示すように、第５段目ガス圧縮機構１３ｅ（第２ガス圧縮機構）は、ガスコンプレッサ１６ｅと吸引スナッパ１８ｅ及び吐出スナッパ２０ｅを含む、２系列のガス圧縮機構ラインを並列に備える。すなわち、第５段目ガス圧縮機構１３ｅは、ガスコンプレッサ１６ｅ１と吸引スナッパ１８ｅ１及び吐出スナッパ２０ｅ１とを含むガス圧縮機構ラインと、ガスコンプレッサ１６ｅ２と吸引スナッパ１８ｅ２及び吐出スナッパ２０ｅ２とを含む別のガス圧縮機構ラインとを並列で備える。本実施形態では、第５段目ガス圧縮機構１３ｅは、２系列のガス圧縮機構ラインを備えるが、３つ、４つ、あるいはそれ以上の数のガス圧縮供給ラインを備えてもよい。
第５段目ガス圧縮機構１３ｅは、ガスコンプレッサ１６ｅ１，１６ｅ２と機械的に接続された駆動調整部５０と、駆動制御装置５２と、を備える。駆動調整部５０は、駆動制御装置５２の制御指示にしたがって系列のガス圧縮機構ラインの少なくとも１つの系列の駆動を停止する。駆動制御装置５２は、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じてガス圧縮機構ラインの駆動させる数を設定し、駆動させないガス圧縮機構ラインを設定する。したがって、駆動調整部５０は、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、２系列のガス圧縮機構ラインの１つの駆動を停止する。駆動制御装置５２は、例えば、メタンを主成分とする燃料ガスか、エタンを主成分とする燃料ガスかによって、１つのガス圧縮機構ラインの１つの駆動を停止する。このように、ガス圧縮機構ラインの１つの駆動を停止するのは、上述したように、エタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合、エタンに比べて密度の小さいメタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合と同じ条件で第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅを駆動して同じ負荷の状態の推進エンジン１４に燃料ガスを供給しようとすると、第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅは推進エンジン１４への燃料ガスの量を圧力で制御しているので、燃料ガスの量（質量）は過剰気味となるからである。すなわち、駆動調整部６０は、メタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合、２系列のガス圧縮機構ラインを駆動し、エタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合、１系列のガス圧縮機構ラインのみを駆動する。上述したように、熱交換器２２ｄのガス出力端における燃料ガスの温度を、燃料ガスの組成成分の組成比率に応じて調整しても、燃料ガスの密度の変化を一定にすることは難しく、燃料ガスが過剰となる場合、１系列のガス圧縮機構ラインのみ駆動させ、残りの１系列のガス圧縮機構ラインを停止させることができる。この場合、余分な燃料ガスを回収装置３８に回収させることが好ましい。上述したように、エタンを主成分とする燃料ガスの密度は、メタンを主成分とする燃料ガスの密度に比べて２〜４倍大きい。本実施形態では、組成比率に応じて、２系列のガス圧縮機構ラインのうち１系列のガス圧縮機構ラインのみを駆動させるので、第５段目ガス圧縮機構で過剰な燃料ガスを圧縮させる必要はなくなる。このため、燃料ガス中の組成成分の組成比率が変化しても安定した燃料ガスの供給を行うことができる。
以上、本実施形態の燃料ガス供給システム１０では、第４段目ガス圧縮機構１３ｄの熱交換器２２ｄの冷却能を調整するために冷媒の温度を調整するが、冷媒の種類や、冷媒の供給量を調整してもよい。しかし、冷媒温度調整部３０が、第４段目ガス圧縮機構１３ｄ（第１ガス圧縮機構）の熱交換器２２ｄに流す冷媒の温度を燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて調整することが、組成比率の変化による燃料ガスの密度の変化を確実に小さくすることができ、安定した燃料ガスの供給を行うことができる点から好ましい。より具体的には、冷媒温度調整部３０は、燃料ガス中の組成成分の組成比率によって燃料ガスの密度が高くなるほど、冷媒の温度を高くすることが好ましい。
第４段目ガス圧縮機構１３ｄ（第１ガス圧縮機構）のガスコンプレッサ１６ｄに対して燃料ガスの流れ方向の下流側に隣り合う第５段目ガス圧縮機構１３ｅのガスコンプレッサ１６ｅにより圧縮された燃料ガスの温度がガスコンプレッサ１６ｅの耐熱温度以下、例えばシリンダシール耐熱温度（例えば１４０℃）以下になるように、冷媒温度調整部３０は、冷媒の温度を調整することが好ましい。冷媒温度調整部３０は、例えばエタンを主成分とする燃料ガスを用いる場合、ガスコンプレッサ１６ｅにより圧縮された燃料ガスの密度を小さくするために温度を高くすることが好ましいが、高くしすぎるとシリンダシール耐熱温度を超えガスコンプレッサ１６ｅの耐久性を維持できなくなる場合がある。このため、冷媒温度調整部３０は、冷媒の温度の範囲は制限される。
本実施形態で説明したように、第４段目ガス圧縮機構１３ｄ（第１ガス圧縮機構）の吐出スナッパ２０ｄと熱交換器２２ｄとの間の燃料ガスの供給ラインから燃料ガスを回収する回収装置３８に接続した分岐路３９を設けることが好ましい。これにより、バイパス管２４ｄに流す燃料ガスの流量の調整とともに、第５段目ガス圧縮機構１３ｅで加圧する燃料ガスの量を調整することができるので、余分な燃料ガスを第５段目ガス圧縮機構１３ｅで加圧することを抑制し、エネルギの有効活用に寄与することができる。
また、本実施形態では、第４ガス圧縮機構１３ｄにバイパス管２４ｄが設けられているので、燃料ガスの第５段目ガス圧縮機構１３ｅへ供給しない不要な燃料ガスは熱交換器２２ｄで冷却させることなく、上流側の第３段目ガス圧縮機構１３ｃの熱交換器２２ｃのガス入力端に戻る。この燃料ガスは、熱交換器２２ｃを通過して冷却され熱交換器２２ｃのガス出力端において、当初設定された所定の温度にされる。このため、ガスコンプレッサ１６ｄで加圧されても一定の温度に制御された燃料ガスを、熱交換器２２ｄに流すことができ、熱交換器２２ｄのガス出力端における燃料ガスの温度を精度良く制御することができる。
本実施形態では、バイパス管２４ｄに、燃料ガスの流量を調整するバルブ２６ｄが設けられ、バルブ２６ｄの開度が、吐出スナッパ２０ｄにおける燃料ガスの圧力に応じて調整されるので、推進エンジン１４の負荷が変化しても、燃料ガスの供給を安定して制御することができる。
また、最下流ガス圧縮機構である第５段目ガス圧縮機構１３ｅには、吐出スナッパ２０ｅのガス出力端と熱交換器２２ｄのガス入力端とを、ガスコンプレッサ１６ｅを経由することなく繋ぐバイパス管２４ｅを備えるので、推進エンジン１４の供給に不要な燃料ガスを熱交換器２２ｄのガス入力端に戻すことができ、ガスコンプレッサ１６ｅによる加圧の前後において、燃料ガスの温度を所定の温度に維持することができる。バイパス管２４ｅに、燃料ガスの流量を調整するバルブ２６ｅが設けられ、バルブ２６ｅの開度が、吐出スナッパ２０ｅのガス出力端における燃料ガスの圧力に応じて調整されるので、推進エンジン１４の負荷が変化しても、燃料ガスの供給を安定して制御することができる。
さらに、複数系列のガス圧縮機構ラインを備え、燃料ガスの組成成分の組成比率に応じて少なくとも１系列のガス圧縮機構ラインの駆動を停止することができる第５段目ガス圧縮機構１３ｅと、第４段目ガス圧縮機構１３ｄにおいて、冷媒の温度を、燃料ガスの組成成分の組成比率に応じて調整する熱交換器２２ｄとを組み合わせることにより、燃料ガスの組成成分の組成比率が変化しても、エンジン負荷に応じて安定した燃料ガスの供給を行う効果は大きくなる。
図１に示すように、燃料ガスの供給ライン上の、分岐路３９の接続位置と、熱交換器２２ｄとの間に、燃料ガスの流れ方向の下流側から上流側に燃料ガスが流れることを阻止する逆止弁４６が設けられているので、油式圧縮機のガスコンプレッサ１６ｅに起因して燃料ガス中に含まれる油成分が、回収装置３８に流れ込むことで、回収装置３８が油汚染を受けることを防止する。
本実施形態では、第３段目ガス圧縮機構１３ｃのバイパス管２４ｃは、吐出スナッパ２０ｃと熱交換器２２ｂのガス入力端を繋いでいるが、バイパス管２４ｃは、熱交換器２２ｃの燃料ガスのガス出力端と熱交換器２２ｂのガス入力端を繋ぐことも好ましい。これにより、第２段目ガス圧縮機構１３ｂの吐出スナッバ２０ｂの燃料ガスのガス出力端における圧力の上昇を抑制することができる。特に、燃料ガスの推進エンジン１４への供給を停止した場合、第３，４段目ガス圧縮機構１３ｃ，１３ｄにある燃料ガスは、バイパス管２４ｃを通して第２段目ガス圧縮機構１３ｂの吐出スナッバ２０ｂのガス出力端に戻るので、吐出スナッバ２０ｂの燃料ガスのガス出力端における圧力は上昇し易い。しかし、バイパス管２４ｃを熱交換器２２ｃの燃料ガスのガス出力端と熱交換器２２ｂのガス入力端を繋ぐことにより、熱交換器２２ｃを通過して温度の低下した燃料ガスが吐出スナッバ２０ｂのガス出力端に戻るので、吐出スナッバ２０ｂの燃料ガスのガス出力端における燃料ガスの温度は下がり、燃料ガスの密度は上昇する。この結果、吐出スナッバ２０ｂのガス出力端と繋がっている吐出スナッパ２０ｂの空間に蓄積可能な燃料ガスの量が増加し、圧力上昇速度は緩和し、圧力の上昇を抑制することができる。
本実施形態では、冷媒の温度を調整する熱交換器は、第４段目ガス圧縮機構１３ｄの熱交換器２２ｄであるが、燃料ガスの種類によっては、第４段目ガス圧縮機構１３ｄに限定されない。第１段目ガス圧縮機構１３ａから各段のガス圧縮機構を順番にみたとき、燃料ガスの圧縮によって燃料ガスの密度が所定値以上に急激に変化するガス圧縮機構の部分の熱交換器であるとよい。また、複数系統のガス圧縮機構ラインを備え、そのうちの少なくとも１系統のガス圧縮供給ラインを停止することができる構成の場所も、第５段目ガス圧縮機構１３ｅに限定されない。
このような燃料ガス供給システム１０では、以下の燃料ガス供給方法が行われる。
（１）燃料ガスを、第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅのそれぞれで段階的に圧縮して推進エンジンに供給するステップと、
（２）第１〜５段目ガス圧縮機構１３ａ〜１３ｅのうちの第４段目ガス圧縮機構１３ｄの熱交換器２２ｄは、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、冷却能を調整することにより、熱交換器２２ｄのガス出力端における燃料ガスの温度を調整するステップと、を行う。
また、燃料ガス供給システム１０では、以下の燃料ガス供給方法が行われる。
（３）燃料ガスを、各ガス圧縮機構で段階的に圧縮して推進エンジンに供給するステップと、
（４）第５段目ガス圧縮機構１３ｅは、燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、複数系列のガス圧縮機構ラインの少なくとも１つの駆動を停止するステップと、を行う。
図４〜７は、本実施形態の燃料ガス供給システム１０に、メタンガスを燃料ガスとして用いたとき、あるいはエタンガスを主成分とする燃料ガスを用いたときの一例のｐｈ線図である。図４は、燃料ガスの組成がエタン１００モル％である例を示し、図５は、燃料ガスの組成がエタン８５モル％、メタン１５モル％である例を示し、図６は、燃料ガスの組成がエタン７０モル％、メタン３０モル％である例を示し、図７は、燃料ガスの組成がメタン１００モル％である例を示す。燃料ガスは、吸引スナッパ１８ａに供給される直前の燃料ガスの状態１ｓ（図１参照）を出発状態とする。図４〜７に示す燃料ガスの状態１ｓ〜５ｓ，１ｄ〜５ｄ，Ｘは、図１，２に示す位置における燃料ガスの状態である。下記表１に、本実施形態の燃料ガス供給方法を実施したときの燃料ガスの状態１ｓ〜５ｓ，１ｄ〜５ｄ，Ｘの圧力及び温度の例を示す。バイパス管２４ａ〜２４ｅを通過して減圧するときの燃料ガスの変化は、等エンタルピー変化であり、図４〜７では、図中下方向に移動する部分に相当する。
Figure 0006634633
図１に示すように、第２段目ガス圧縮機構１３ｂのバイパス管２４ｂは、所定の圧力に加圧するガスコンプレッサ１６ｂの吸引スナッパ１８ｂと熱交換器２２ｂのガス出力端を繋ぐため、バイパス管２４ｂを流れて吸引スナッパ１８ｂに戻る時、等エンタルピー変化（状態２ｓから図４〜７において下方向に向かう矢印に沿った変化）をして燃料ガスの温度は低下する。しかし、この温度の低下は、図４〜７に示すように５℃以下であるので、燃料ガスの密度は略一定であり、加圧されて吐出する燃料ガスの量（質量）は一定に維持される。
一方、第３，４段目ガス圧縮機構１３ｃ，１３ｄのバイパス管２４ｃ、２４ｄは、燃料ガスが熱交換器２２ｂ，２２ｃのガス入力端に戻るように配管されているので、熱交換器２２ｂ，２２ｃのガス入力端に戻った燃料ガスは、等エンタルピー変化により温度が低下しても、熱交換器２２ｂ，２２ｃにより温度調整され、表１の状態３ｓ，４ｓに示すように４５℃にする。したがって、第３，４段目ガス圧縮機構１３ｃ，１３ｄのガスコンプレッサ１６ｃ，１６ｄを吸引する燃料ガスの密度は一定であり、加圧された燃料ガスの量（質量）は一定に維持される。
表１からわかるように、状態５ｓは、熱交換器２２ｄを通過後の燃料ガスの状態であり、エタンを主成分とする燃料ガス（エタン１００モル％；エタン８５モル％、メタン１５モル％；エタン７０モル％、メタン３０モル％）では、燃料ガスの温度をメタン１００％の燃料ガスに比べて高く設定している。これにより、燃料ガスの密度の上昇を抑えることができる。さらに、推進エンジン１４に供給されない不要な燃料ガスをバイパス管２４ｅで熱交換器２２ｄのガス入力端に戻している。
一方、状態５ｓの温度を制限なく高くすると、状態５ｄの温度が１４０℃を超え、ガスコンプレッサ１６ｅのシリンダシール耐熱温度を超える。このため、燃料ガスの密度を低くするために状態５ｓの温度を制限無く高くすることはできない。例えば、エタン７０モル％、メタン３０モル％の燃料ガスでは、状態５ｓの温度を７０℃にすると、状態５ｄの温度は１４０℃あるいは１４０℃を超え、ガスコンプレッサ１６ｅの耐熱の点で問題がある。このため、本実施形態では、熱交換器２２ｄの冷媒の温度の範囲（上限温度）を設定することが好ましい。
以上、本発明の燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１０ 燃料ガス供給システム
１２ 燃料ガス供給源
１２ａ 第１ガス供給源
１２ｂ 第２ガス供給源
１２ｃ ガス源調整部
１３ａ〜１３ｅ 第１〜５段目ガス圧縮機構
１４ 推進エンジン
１５ａ 主軸
１５ｂ プロペラ
１５ｃ ガバナ
１５ｄ 回転計
１６ａ〜１６ｅ，１６ｅ１，１６ｅ２ ガスコンプレッサ
１８ａ〜１８ｅ，１８ｅ１，１８ｅ２ 吸引スナッパ
１９ａ〜１９ｅ 圧力計
２０ａ〜２０ｅ，２０ｅ１，２０ｅ２ 吐出スナッパ
２２ａ〜２２ｅ，４０ 熱交換器
２４ａ〜２４ｅ バイパス管
２６ａ〜２６ｅ 制御バルブ
２８ａ〜２８ｅ バルブ制御部
３０ 冷媒温度調整部
３２ 温度制御装置
３４ ボイラ
３５，３９ 分岐路
３６，４２ バルブ
３８ 回収装置
４４，４６，４８ 逆止弁
５０ 駆動調整部
５２ 駆動制御装置

Claims (19)

  1. 燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構を備え、
    前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
    前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
    前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
    前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記燃料ガスの前記推進エンジンへ向かう流れ方向において前記吐出スナッパより下流側に設けられた熱交換器と、を備え、
    前記複数のガス圧縮機構のうちの第１ガス圧縮機構の熱交換器は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、冷却能を調整することにより、前記熱交換器のガス出力端における前記燃料ガスの温度を調整する、ことを特徴とする燃料ガス供給システム。
  2. 前記第１ガス圧縮機構の熱交換器に流す冷媒の温度を前記組成比率に応じて調整する冷媒温度調整部を備える、請求項１に記載の燃料ガス供給システム。
  3. 前記冷媒温度調整部は、前記組成比率によって前記燃料ガスの密度が高くなるほど、前記冷媒の温度を高くする、請求項２に記載の燃料ガス供給システム。
  4. 前記第１ガス圧縮機構のガスコンプレッサに対して前記流れ方向の下流側に隣り合うガス圧縮機構のガスコンプレッサにより圧縮された前記燃料ガスの温度がガスコンプレッサの耐熱温度以下になるように、前記冷媒温度調整部は、前記冷媒の温度を調整する、請求項３に記載の燃料ガス供給システム。
  5. 前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパと熱交換器との間の前記燃料ガスの流路から前記燃料ガスを回収する回収装置に接続した分岐路を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料ガス供給システム。
  6. 前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパあるいは当該吐出スナッパのガス出力端と、前記第１ガス圧縮機構のガスコンプレッサよりも前記流れ方向の上流側に設けられた別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端とを、前記第１ガス圧縮機構のガスコンプレッサを経由することなく繋ぐバイパス管を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料ガス供給システム。
  7. 前記バイパス管には、前記バイパス管を前記別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端に向かって流れる前記燃料ガスの流量を調整するバルブが設けられ、
    さらに、前記バルブの開度を、前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパにおける前記燃料ガスの圧力に応じて調整する制御部を備える、請求項６に記載の燃料ガス供給システム。
  8. 燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構を備え、
    前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
    前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
    前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
    前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記燃料ガスの前記推進エンジンへ向かう流れ方向において前記吐出スナッパより下流側に設けられた熱交換器と、を備え、
    前記複数のガス圧縮機構のうちの第２ガス圧縮機構は、前記ガスコンプレッサと、前記吸引スナッパ及び吐出スナッパと、を含む、複数系列のガス圧縮機構ラインを並列して備え、
    前記第２ガス圧縮機構は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、前記複数系列のガス圧縮機構ラインの少なくとも１つの駆動を停止する駆動調整部を備える、ことを特徴とする燃料ガス供給システム。
  9. 前記第２ガス圧縮機構は、前記流れ方向の最下流に位置する最下流ガス圧縮機構であり、
    前記最下流ガス圧縮機構の吐出スナッパあるいは当該吐出スナッパのガス出力端と、前記最下流ガス圧縮機構のガスコンプレッサよりも前記流れ方向の上流側に設けられた別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端とを、前記最下流ガス圧縮機構のガスコンプレッサを経由することなく繋ぐバイパス管を備える、請求項８に記載の燃料ガス供給システム。
  10. 前記バイパス管には、前記バイパス管を前記別のガス圧縮機構の熱交換器のガス入力端に向かって流れる前記燃料ガスの流量を調整するバルブが設けられ、
    さらに、前記バルブの開度を、前記最下流ガス圧縮機構の吐出スナッパあるいは当該吐出スナッパのガス出力端における前記燃料ガスの圧力に応じて調整する制御部を備える、請求項９に記載の燃料ガス供給システム。
  11. 前記第２ガス圧縮機構は、前記流れ方向の最下流に位置する最下流ガス圧縮機構であり、
    前記複数のガス圧縮機構のうち、前記最下流ガス圧縮機構に対して前記流れ方向の上流側に隣り合うガス圧縮機構を第１ガス圧縮機構というとき、前記第１ガス圧縮機構の熱交換器は、前記組成比率に応じて、前記熱交換器の冷却能を調整することにより、前記熱交換器のガス出力端における前記燃料ガスの温度を調整する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の燃料ガス供給システム。
  12. 前記第１ガス圧縮機構の熱交換器に流す冷媒の温度を前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて調整する冷媒温度調整部を備える、請求項１１に記載の燃料ガス供給システム。
  13. 前記冷媒温度調整部は、前記燃料ガスの密度が高くなるほど、前記冷媒の温度を高くする、請求項１２に記載の燃料ガス供給システム。
  14. 前記最下流ガス圧縮機構のガスコンプレッサにより圧縮された前記燃料ガスの温度が前記ガスコンプレッサの耐熱温度以下になるように、前記冷媒温度調整部は、前記冷媒の温度を調整する、請求項１３に記載の燃料ガス供給システム。
  15. 前記第１ガス圧縮機構の吐出スナッパと熱交換器との間の前記燃料ガスの供給ラインから燃料ガスを回収する回収装置に接続される分岐路を備える、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の燃料ガス供給システム。
  16. 前記燃料ガスの供給ライン上の、前記分岐路の接続位置と、前記第１ガス圧縮機構の熱交換器との間に、前記流れ方向の下流側から上流側に前記燃料ガスが流れることを阻止する逆止弁が設けられている、請求項１５に記載の燃料ガス供給システム。
  17. さらに、液体燃料から自然気化した自然気化ボイルオフガスを、前記複数のガス圧縮機構のうち前記流れ方向の最上流に位置する最上流ガス圧縮機構に、前記燃料ガスとして供給する第１ガス供給源と、前記自然気化ボイルオフガスの供給量を超える前記推進エンジンの燃料ガス要求量に応じて、前記液体燃料から強制気化させた、前記自然気化ボイルオフガスと組成比率が異なる強制気化ボイルオフガスを前記燃料ガスとして前記最上流ガス圧縮機構に供給する第２ガス供給源と、を備える、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の燃料ガス供給システム。
  18. 燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構、を備え、
    前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
    前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
    前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
    前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記吐出スナッパよりも前記推進エンジンの側に設けられた熱交換器と、を備える、燃料ガス供給システムにおいて、
    燃料ガスを、各ガス圧縮機構で段階的に圧縮して推進エンジンに供給するステップと、
    前記複数のガス圧縮機構のうちの第１ガス圧縮機構の熱交換器は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、冷却能を調整することにより、前記熱交換器のガス出力端における前記燃料ガスの温度を調整するステップと、を含むことを特徴とする燃料ガス供給方法。
  19. 燃料ガスの供給を受けて船舶を推進させる推進エンジンに、前記燃料ガスを供給するために、前記燃料ガスを圧縮して前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流す、直列に設けられた複数のガス圧縮機構、を備え、
    前記ガス圧縮機構のそれぞれは、
    前記燃料ガスを前記推進エンジンに供給するために、前記燃料ガスを圧縮して所定の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガスの供給源の側から前記推進エンジンの側に流すガスコンプレッサと、
    前記ガスコンプレッサに付随するように、前記ガスコンプレッサの吸引側及び吐出側に設けられた吸引スナッパ及び吐出スナッパと、
    前記ガスコンプレッサで圧縮された前記燃料ガスの温度を調整する、前記吐出スナッパよりも前記推進エンジンの側に設けられた熱交換器と、を備える、燃料ガス供給システムにおいて、前記複数のガス圧縮機構のうちの第２ガス圧縮機構は、前記ガスコンプレッサ、吸引スナッパ及び吐出スナッパ、及び熱交換器を含む複数系列のガス圧縮機構ラインを並列して備え、
    燃料ガスを、各ガス圧縮機構で段階的に圧縮して推進エンジンに供給するステップと、
    前記第２ガス圧縮機構は、前記燃料ガス中の組成成分の組成比率に応じて、前記複数系列のガス圧縮機構ラインの少なくとも１つの駆動を停止するステップと、を含むことを特徴とする燃料ガス供給方法。
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