JP6959799B2 - 判定装置および判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、液化ガス運搬船のための動作の判定装置および判定方法に関する。

液化ガス運搬船（ＬＮＧ運搬船）は、液化ガス（ＬＮＧ）を陸上へ送った後（荷揚げ後）のバラスト航海時には、タンク温度を所定の温度以下に保つ必要がある。そのため、タンクを冷却すべく、ＬＮＧをスプレーする動作が行われる。また、タンク内のＬＮＧおよび／またはそれを蒸発した蒸発ガスは、燃料としてＬＮＧ運搬船の航行に利用される。このため、バラスト航海前（荷揚地）においてＬＮＧをタンクにある程度残しておく必要がある。このようにタンクに残されたＬＮＧはヒールと呼ばれる。バラスト航海におけるヒール量は、スプレー動作および燃料供給動作に必要なＬＮＧ量を考慮して設定する必要がある。

ここで、燃料価格高騰に伴う運航コストの削減、温室効果ガス（ＧＨＧ）排出量削減問題、さらには安全運航、輸送品質の維持向上などのニーズの高まりから、ＬＮＧ運搬船を含む船舶における最適航路演算は船舶の運航管理における有効手段として重要視されている（例えば下記特許文献１参照）。運搬コストの低減および運搬効率の向上のために、ＬＮＧ運搬船のタンク内のＬＮＧは荷揚地でなるべく荷揚げし、最低限のヒール量で帰路を航行（バラスト航海）することが望まれている。そのため、こうした最適航路演算方法の発達により、スプレー動作および燃料供給動作等のＬＮＧを使用して行う動作におけるＬＮＧの使用量の予測精度が高くなると、バラスト航海時におけるヒール量は、必要最低限に設定されることが予想される。

特許第４９３４７５６号公報

しかし、ヒール量が少なすぎると、貯留されているＬＮＧの変質による問題が顕在化し易くなる。ＬＮＧは、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の複数の成分からなり、各成分は沸点（飽和温度）が異なる。したがって、タンクの温度が徐々に上昇してくるのを抑えるためにタンク内でＬＮＧをスプレーすると、スプレーしたＬＮＧのうち、飽和温度が低い成分であるメタンは蒸発する一方、メタンに比べて比重が大きく飽和温度の高いエタン、プロパン、ブタン等はあまり蒸発せずに液としてヒールに戻る。このため、ヒールに残るＬＮＧの成分組成が重質化し、ヒール全体としての飽和温度も徐々に高くなる（蒸発し難くなる）。

この結果、ヒールの温度も徐々に高くなり、スプレーを行ってもタンクの温度は下がり難くなる（スプレー冷却効果の低減）。また、ヒールの重質化が進行すると、スプレーによる蒸発ガスに占めるエタン、プロパン、ブタンの割合が増えるために、エンジンによってはノッキングを起こし易くなり、当該ＬＮＧおよび／またはそれを蒸発した蒸発ガスを燃料として使用できなくなる問題も生じ得る。

最適航路演算に基づくＬＮＧ運搬船の運航計画の策定において、以上のようなＬＮＧの変質による問題は、今まで考慮されておらず、ＬＮＧ運搬船のバラスト航海時においてＬＮＧを使用して行う各種動作の予測を正確に行うことは難しかった。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を容易に行うことができる判定装置および判定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る判定装置は、液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を行う判定装置であって、前記液化ガス運搬船は、液化ガスを貯留するタンクと、前記タンク内の前記液化ガスの一部を吸い出し、前記タンク内でスプレーするスプレー機構と、を備え、前記判定装置は、前記スプレー機構のスプレー動作によって生じる前記タンクの底部における前記液化ガスの液温の変化に基づくスプレー限界指標を演算するスプレー限界指標演算部と、前記スプレー限界指標が所定の範囲外となるか否かに基づいて前記スプレー動作による前記タンクの冷却効果の判定を行う判定部と、を備えている。

上記構成によれば、タンク内でのスプレー動作の実行前後のタンク底部における液温変化に基づくスプレー限界指標を演算することにより、ヒールの重質化の程度が予測される。これにより、液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を容易に行うことができる。

前記判定装置は、前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、以降の前記スプレー機構の動作態様を変更して前記シミュレーションを継続するよう構成されてもよい。これにより、スプレー動作の有効性を判断することができる。

前記判定装置は、前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、前記初期ヒール量を増量して再度前記シミュレーションをやり直すよう構成されてもよい。これにより、事前に初期ヒール量が最少（最適）であるかを判断することができる。

前記スプレー限界指標演算部は、前記液化ガスのスプレー動作前における前記液化ガスの単位時間当たりの液温変化量と、前記液化ガスのスプレー動作後における前記液化ガスの単位時間あたりの液温変化量との差を前記スプレー限界指標として演算してもよい。タンク内でのスプレーの実行前後のタンク底部における単位時間当たりの液温変化量をそれぞれ演算して比較することにより、ヒールの重質化の程度を適切に予測することができる。

前記液化ガス運搬船は、複数のタンクを備え、前記バラスト航海時において前記複数のタンクのうち少なくとも１つが、最低限の前記液化ガスしか貯留されないノンヒールタンクとなっており、前記スプレー限界指標演算部は、前記ノンヒールタンクの底部における前記液化ガスの液温に基づいて前記スプレー限界指標を演算してもよい。タンク内に貯留されるヒール量が初めから少ないノンヒールタンクでの温度変化をシミュレートすることにより、ヒールの重質化に基づく液温変化を高精度に検出することができる。

前記液化ガス運搬船は、複数のタンクを備え、前記バラスト航海時において前記複数のうちの少なくとも２つが、前記液化ガス運搬船の航行に利用される前記液化ガスが貯留されたヒールタンクとなっており、前記スプレー機構は、前記少なくとも２つのヒールタンクのうちの少なくとも１つから各タンク内でスプレーする液化ガスを供給するよう構成され、前記判定装置は、前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、各タンク内でスプレーする液化ガスの供給源となるヒールタンクを他のヒールタンクに切り替えてもよい。これにより、複数のタンクがヒールタンクとして設定されている場合に、最適なタイミングで液化ガスの供給源の切り替えを行うことができる。

前記判定装置は、前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、以降の前記スプレー動作を停止してもよい。これにより、効果が見込めないスプレー動作を継続することを防止することができる。

前記液化ガス運搬船は、前記タンクに貯留された前記液化ガスを燃料として使用可能な予混合燃焼ガスエンジンを備え、前記判定装置は、前記スプレー機構による前記液化ガスのスプレー動作実行後の前記タンクに貯留された前記液化ガスおよび前記タンク内の蒸発ガスの組成変化を演算し、当該液化ガスおよび蒸発ガスのメタン価を演算するメタン価演算部を備え、前記判定部は、前記液化ガスのスプレー動作実行後のメタン価が所定の範囲外となるか否かを判定するよう構成されてもよい。

上記構成によれば、スプレー動作実行後の蒸発ガスおよびタンクに貯留された液化ガス（ヒール）の組成変化量を演算し、当該蒸発ガスおよびヒールのメタン価を演算することにより、蒸発ガスおよびヒールの重質化の程度が予測される。したがって、タンク内の液化ガスを予混合燃焼ガスエンジンの燃料として使用可能か否かを容易に判定することができる。したがって、スプレー動作の有効性に加えて、燃料供給動作の有効性を判断することができる。

前記判定装置は、前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記メタン価が前記範囲外となる場合、以降の前記予混合燃焼ガスエンジンへの前記液化ガスの供給態様を変更して前記シミュレーションを継続するよう構成されてもよい。これにより、スプレー動作の有効性に加えて、燃料供給動作の有効性を事前に判断することができる。

前記判定装置は、前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記メタン価が前記範囲外となる場合、前記初期ヒール量を増量して再度前記シミュレーションをやり直すよう構成されてもよい。これにより、初期ヒール量が最少（最適）であるかを判断することができる。

本発明の他の態様に係る判定方法は、液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を行う判定方法であって、前記液化ガス運搬船は、液化ガスを貯留するタンクと、前記タンク内の前記液化ガスの一部を吸い出し、前記タンク内でスプレーするスプレー機構と、を備え、前記判定方法は、前記スプレー機構のスプレー動作によって生じる前記タンクの底部における前記液化ガスの液温の変化を示すスプレー限界指標を演算するスプレー限界指標演算ステップと、前記スプレー限界指標が所定の範囲外となるか否かに基づいて前記スプレー動作による前記タンクの冷却効果の判定を行う判定ステップと、を含む。

上記方法によれば、タンク内でのスプレー動作の実行前後のタンク底部における液温変化に基づくスプレー限界指標を演算することにより、ヒールの重質化の程度が予測される。これにより、液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を容易に行うことができる。

本発明によれば、液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を容易に行うことができる。

図１は本発明の一実施の形態に係る判定装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は図１に示す判定装置の対象となる液化ガス運搬船の推進システムの一例を示す概略構成図である。 図３は図２に示す液化ガス運搬船の燃料ガス供給システムの概略構成を示す図である。 図４はノンヒールタンクの０％位置液温の時間的変化を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

図１は本発明の一実施の形態に係る判定装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す判定装置１は、入力部２、記憶部３、演算部４、および出力部５を備えている。判定装置１の各構成２〜５は、バス６により相互にデータ伝達を行う。判定装置１は、陸上の施設におけるコンピュータによって構成されてもよいし、液化ガス運搬船（ＬＮＧ運搬船）に設置されたコンピュータまたは制御装置として構成されてもよい。また、判定装置１を構成する一部の機能をＬＮＧ運搬船に設置されたコンピュータが発揮し、他の機能を陸上に設置されたコンピュータが発揮し、船陸間通信等の通信手段によって相互にデータの相互通信が行われるように構成されてもよい。

入力部２は、ＬＮＧ運搬船の出発地、到着地、出発時刻および到着時刻等の情報をユーザが入力可能な入力装置として構成される。さらに、入力部２から入力される情報は、バラスト航海の出発地（ＬＮＧの荷揚地）においてＬＮＧ運搬船のタンクに貯留する液化ガス（ＬＮＧ）のヒール量（初期ヒール量）、ＬＮＧ組成（初期組成）、ＬＮＧ液温（初期液温）およびタンク圧（初期タンク圧）等を含む。記憶部３は、入力部２から入力された情報を記憶する。また、記憶部３には、後述するＬＮＧ運搬船の性能データと、少なくともＬＮＧ運搬船が航行する航路領域の気象データと、予測演算プログラム、最適航路演算プログラム等の各種の演算プログラムが予め記憶されている。

ＬＮＧ運搬船の性能データは、各ＬＮＧ運搬船が個別に備える性能に関するデータである。気象データは、例えば外部機関等から提供される。気象データは、例えば現在から１週間先の、航路領域等における気象（海気象）に関するデータである。なお、気象データは、ネットワークを通じて外部から逐次送信され、記憶部３に自動的に蓄積されるように構成されてもよい。

演算部４は、記憶部３に記憶された各種の情報に基づいてＬＮＧ運搬船の最適航路および当該航路上における各種の動作制御を含む最適運航計画を演算する最適運航計画演算処理を実行する。最適運航計画は、最適航路に、時間の概念（出発時刻、到着時刻、航路上の所定の位置における時刻、航路上の所定の位置における停止時間等の好適な値）を加え、最適航路上の各時刻における各種動作の実行要否を含んだものである。

このために、演算部４は、最適航路演算プログラムおよび予測演算プログラム等を適宜実行することにより、情報入力受付部４１、最適航路演算部４２、予測演算部４３等の機能を発揮する。

情報入力受付部４１は、ＬＮＧ運搬船１００の出発地、到着地、出発時刻、到着時刻、初期ヒール量、初期組成、初期液温および初期タンク圧等を含む情報の入力を受け付ける。最適航路演算部４２は、入力された情報と、記憶部３に記憶されている船舶の性能データと、船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する。最適航路演算部４２は、例えば、ダイナミックプログラミング（ＤＰ）法、変分法、ダイクストラ法、Ａ^＊法、または、等時間曲線法等によって最適航路演算を行うことができる。最適航路演算部４２は、例えば、気象データに基づく波高、船体動揺等の航行の安全性に関するパラメータと、船舶の性能データに基づく燃費との評価関数を最小化するような航路を最適航路として演算する。

予測演算部４３は、ＬＮＧ運搬船のバラスト航海時においてＬＮＧを使用して行う動作の実行予測演算を行う。このため、予測演算部４３は、シミュレーション実行部４３１、スプレー限界指標演算部４３２、判定部４３３、メタン価演算部４３４等の機能を発揮する。詳しくは後述する。

出力部５は、演算部４における演算結果を出力する。例えば、出力部５は、判定装置１に接続された表示装置（図示せず）に、地図（海図）上に演算部４によって演算された最適運航計画を表示する。さらに、出力部５は、当該地図上にスプレー制御を実行する地点を表示し、その実行前後の温度変化をリスト表示してもよい。

［ＬＮＧ運搬船の例示］
以下、本実施の形態における効果判定処理の対象となるＬＮＧ運搬船の構成について説明する。図２は図１に示す判定装置の対象となる液化ガス運搬船（ＬＮＧ運搬船）１００の推進システム９００の一例を示す概略構成図である。図２に示すＬＮＧ運搬船１００は、推進システム９００としてＤＦＤ（２元燃料ディーゼル）電気推進方式を採用している。

ＬＮＧ運搬船１００の推進システム９００は、発電ユニット９１０と、発電ユニット９１０で発電した電力で駆動される推進ユニット９３０と、発電ユニット９１０から推進ユニット９３０への電力供給系統に設けられた配電・制御ユニット９２０とを備えている。発電ユニット９１０には、複数組の発電用のエンジン１０２および発電機９１２などが含まれている。エンジン１０２で発生した機械エネルギーは、発電機９１２で電力として取り出される。

推進ユニット９３０には、少なくとも１つの推進電動機９３１、推進電動機９３１の出力で駆動される推進器９３３、推進電動機９３１から推進器９３３の動力伝達経路上に設けられた減速機９３２などが含まれている。配電・制御ユニット９２０には、発電ユニット９１０からの電力を分配する配電盤９２１や推進電動機９３１の出力（すなわち、回転数）を制御するインバータ９２２などが含まれている。ただし、推進電動機９３１の回転数が一定であって、可変ピッチプロペラを採用してピッチを変化させることにより推進力が調整されてもよい。

推進電動機９３１の回転数は、例えば、図示されないテレグラフレバーなどの操縦装置の操作量によって決定され、この回転数に対応した電力要求値に相当する電力が配電・制御ユニット９２０から推進ユニット９３０へ供給される。このように推進ユニット９３０で使用される電力に加えて、補機や船内設備等で使用される電力が、発電ユニット９１０で発電された電力で賄えるように、発電量に応じた量の燃料が発電ユニット９１０へ供給される。

上記構成の推進システム９００において、エンジン１０２は油とガスとを焚ける２元燃料方式の４サイクルディーゼルエンジンである。そのため、エンジン１０２への燃料供給系統には、エンジン１０２へ燃料ガスを供給する燃料ガス（予混合燃焼ガス）供給系統９６０と、エンジン１０２へ燃料油タンク９５０に貯蔵された重油等の燃料油を供給する燃料油供給系統９７０とが含まれている。なお、図２では、燃料ガス供給系統９６０が破線矢印で示され、燃料油供給系統９７０が実線矢印で示されている。燃料ガス供給系統９６０は、液化ガス搬送用のタンク１０３内の液化ガスが自然蒸発したガス（以下、「ＮＢＯＧ」という）および／またはタンク１０３内の液化ガスが強制蒸発された強制蒸発ガス（以下、「ＦＢＯＧ」という）を、エンジン１０２へ供給する燃料ガス供給システム１１０によって構成されている。以下、燃料ガス供給システム１１０について詳細に説明する。

図３は図２に示す液化ガス運搬船の燃料ガス供給システム１１０の概略構成を示す図である。ＬＮＧ運搬船１００には、船長方向に配列された複数の大型のタンク１０３が設けられており、図３には４つのタンク１０３が示されている。そのため、図３および以下の説明においては、複数のタンクのそれぞれを、タンク１０３_ｉ（ｉ＝１，２，３，４）と表記する。タンク１０３_ｉは、ＬＮＧを大気圧下の約−１６２℃の液体状態で保持できるように、極低温状態を保持可能な防熱性能を有する。

図３に示す燃料ガス供給システム１１０は、液化ガスを貯蔵するタンク１０３_ｉ（ｉ＝１，２，３，４）と、吐出量が可変な圧縮機１０４と、タンク１０３_ｉ内で発生したＮＢＯＧを圧縮機１０４へ導く蒸発ガスライン４１０と、ＮＢＯＧを含むガスが圧縮機１０４によって圧縮された燃料ガス（予混合燃焼ガス）をエンジン１０２へ導く燃料ガス供給ライン４２０と、を備えている。

タンク１０３_ｉ内は、貯留されたＬＮＧの液面を介して下側が液相部分１０３ａ、同じく上側が気相部分１０３ｂとなっており、気相部分１０３ｂにはＮＢＯＧを含むガスが存在している。タンク１０３_ｉには、タンク１０３_ｉ内のＬＮＧの液面レベルを検出する液位計（図示せず）が設けられている。

ＬＮＧ運搬船１００では、一般的に、産ガス地からガス消費地（荷揚地）へ航行する（レイデン航海）時と、ガス消費地から産ガス地へと航行（バラスト航海）する時とで、タンク１０３_ｉ内の液相部分１０３ａと気相部分１０３ｂとの比率が異なる。例えば、ＬＮＧ運搬船１００が産ガス地からガス消費地へ航行する時には、タンク１０３_ｉ内は液化ガスで満たされている。例えば、ＬＮＧの液相部分１０３ａがタンク容量の約９８．５％以上を占めた状態が「満載」とされる。ＬＮＧ運搬船１００がガス消費地から産ガス地へと航行する時には、タンク１０３内には少量のＬＮＧが収容されている。例えば、ＬＮＧの液相部分１０３ａがタンク容量の約１．５％以下である状態が「空載」とされる。なお、ＬＮＧ運搬船１００の航行中、タンク１０３_ｉ内でＬＮＧが蒸発することにより、液相部分１０３ａと気相部分１０３ｂとの比率は多少変動する。

蒸発ガスライン４１０は、タンク１０３_ｉの上部に開口するガス吸入口４１０ａと圧縮機１０４の入口とを繋ぐ少なくとも１つの配管などから構成されている。この蒸発ガスライン４１０によって、タンク１０３_ｉ内のＮＢＯＧが圧縮機１０４へ導かれる。本実施の形態においては、各タンク１０３_ｉと接続された蒸発ガスライン４１０はベーパガスヘッダ４１０ｂで１つに束ねられており、蒸発ガスライン４１０のベーパガスヘッダ４１０ｂから下流側では各タンク１０３_ｉから流出したＬＮＧが合流して圧縮機１０４へ流れる。なお、蒸発ガスライン４１０のベーパガスヘッダ４１０ｂより下流側には、図示されないが、圧縮機１０４に流入するガスを冷却するプレクーラや、圧縮機１０４に流入するガスから水分を除去するミストセパレータなどが設けられている。

蒸発ガスライン４１０には、タンク１０３内のＬＮＧを圧縮機１０４へ導く強制蒸発ガスライン５１０の下流端が接続されている。強制蒸発ガスライン５１０には、タンク１０３内の液相部分１０３ａに配置されたポンプ３１０と、蒸発器５２０と、蒸発器５２０へ流入するＬＮＧの流量を制御する強制蒸発バルブ５３０が設けられており、これらが配管等によって接続されている。この強制蒸発ガスライン５１０では、ポンプ３１０の稼働によりタンク１０３_ｉ内のＬＮＧが蒸発器５２０へ圧送され、蒸発器５２０でＬＮＧが強制的に蒸発されたＦＢＯＧが圧縮機１０４へ送られる。

圧縮機１０４は、上流側から導かれたガスを下流側へと圧送する装置である。圧縮機１０４で吸入されたＮＢＯＧおよび／またはＦＢＯＧは、圧縮されて燃料ガス供給ライン４２０に吐出される。このように圧縮されたＮＢＯＧおよび／またはＦＢＯＧは、燃料ガスとしてエンジン１０２で利用される。本実施の形態に係る圧縮機１０４は、ローデューティコンプレッサであって、例えば、大よそ大気圧のガスを吸入して、エンジン１０２の要求圧力である５００ｋＰａ（≒５ｂａｒ）程度に昇圧して吐出するように構成されている。本実施の形態に係る圧縮機１０４は、例えば軸流式または遠心式の圧縮機等であって、吸入口の開口度および／またはモータの回転数を調整することによって吐出量（または、吸入量）が可変となるように構成されている。

燃料ガス供給ライン４２０は、圧縮機１０４の吐出口とエンジン１０２の入口とを繋ぐ少なくとも１つ以上の配管などにより構成されている。燃料ガス供給ライン４２０には、他の部分よりも大きな流路断面積を有するガスヘッダ４２０ａが設けられている。燃料ガス供給ライン４２０はこのガスヘッダ４２０ａから下流側で分岐して複数のエンジン１０２と接続されている。なお、図３では、複数のエンジン１０２のうち１つだけが示されている。

燃料ガス供給ライン４２０には、燃料ガス供給ライン４２０のガスをタンク１０３_ｉに返送する返送ライン６１０が接続されている。本実施の形態に係る返送ライン６１０の上流端は、ガスヘッダ４２０ａに接続されている。返送ライン６１０の下流端６３０は、タンク１０３内に位置している。なお、本実施の形態では、返送ライン６１０は各タンク１０３_ｉと接続されており、燃料ガス供給ライン４２０から各タンク１０３へ燃料ガスが返送されるように構成されているが、返送ライン６１０は複数のタンク１０３のうち少なくとも１つへガスを返送するように構成されていればよい。

返送ライン６１０には、返送ライン６１０の流路断面積が可変となるように、開度が可変な返送バルブ６２０が設けられている。返送バルブ６２０の開度が制御されることにより、ガスヘッダ４２０ａの圧力がエンジン１０２の許容範囲内に収まるように制御される。

さらに、燃料ガス供給ライン４２０には、ガス燃焼装置（ＧＣＵ；Gas Combustion Unit）８３０にガスを導く排気ライン８１０が接続されている。本実施形態に係る排気ライン８１０の上流端はガスヘッダ４２０ａと接続されている。ガス燃焼装置８３０は、燃料ガス供給ライン４２０から排気ライン８１０を介して導かれたガスを燃焼し、ＬＮＧ運搬船１００の外部へ排気する。排気ライン８１０には、排気バルブ８２０が設けられている。

さらに、ＬＮＧ運搬船１００は、タンク１０３_ｉ内のＬＮＧの一部を吸い出し、タンク１０３_ｉ内でスプレーするスプレー機構７００を備えている。スプレー機構７００は、タンク１０３_ｉの底部に配置されたポンプ３１０と、タンク１０３ｉの外側に配置された集合ライン７１０と、集合ライン７１０へ流入するＬＮＧの流量を制御するスプレー調整バルブ７２０と、各タンク１０３ｉ内に延びるスプレーライン７３０と、タンク１０３_ｉ内部のスプレーライン７３０の先端に設けられたスプレーノズル７４０と、を備えている。

本実施の形態においては、ポンプ３１０と集合ライン７１０との間の配管を強制蒸発ガスライン５１０と共有している。すなわち、集合ライン７１０は、強制蒸発ガスライン５１０から分岐するように配設されている。スプレー機構７００は、タンク１０３_ｉに貯留されたＬＮＧを、ポンプ３１０、集合ライン７１０、スプレーライン７３０およびスプレーノズル７４０を介して、タンク１０３_ｉ内に噴射するスプレー動作を行う。

スプレーノズル７４０は、開口度が互いに異なる複数のノズルが切り替え可能に構成されている。なお、これに代えて、可変バルブのように一のノズルで開口度が調整可能なように構成されてもよいし、複数のノズルを有し、そのうちの一部のノズルの開口部を遮蔽することで開口度が調整可能なように構成されてもよい。

スプレー動作は、ＬＮＧの液相部分１０３ａが少ない状態となるバラスト航海時に行われる。バラスト航海時においては、タンク１０３_ｉ内に貯留されるＬＮＧ（液相部分１０３ａ、ヒール）が少ないことにより、タンク１０３_ｉの温度およびタンク１０３_ｉ内のガス温度がタンク１０３_ｉの外部からの侵入熱によって上昇する。これを防止または抑制するためにスプレー動作が行われる。このため、例えば、スプレー動作は、タンク１０３_ｉの赤道温度（タンク１０３_ｉの高さ方向中央部の温度）が所定の温度以上（例えば液相部分１０３ａの温度＋５０℃、例えば−１１０℃）となる場合に実行される。

複数のポンプ３１０のうち、スプレー動作において稼働するポンプ３１０は、１つである。すなわち、複数のタンク１０３_ｉのうちの１つのタンク１０３_ｉ（例えば１０３_２）がスプレー動作のためのＬＮＧの供給源となる。例えば、ＬＮＧ運搬船１００は、バラスト航海時において複数のタンク１０３_ｉのうちの少なくとも１つが、内部に最低限のＬＮＧしか貯留されないノンヒールタンクとなっている。図３の例においては、４つのタンク１０３_ｉのうちの２つのタンク１０３_１，１０３_４がノンヒールタンクとして設定されている。ノンヒールタンク１０３_１，１０３_４は、荷揚地において、ポンプ３１０で吸い出し切れないＬＮＧが結果的にタンク内部に残った状態となっている。

一方、残りのタンク１０３_２，１０３_３には、ＬＮＧ運搬船１００の航行およびスプレー動作に利用されるＬＮＧ（ヒール）が貯留されており、以下ではこれらをヒールタンクと称する。ヒールタンク１０３_２，１０３_３は、スプレー動作のためのＬＮＧの供給源にもなる。

スプレー動作におけるスプレー量の調整は、ポンプ３１０への供給電力およびポンプ３１０の下流に設定されるバルブ（図示せず）の開度を調整することによるポンプ出力の調整、スプレーノズル７４０からのＬＮＧの吐出時間の調整、および／または、スプレーノズル７４０の開口度調整等によって行われる。

以上のように、タンク１０３_ｉの温度およびタンク１０３_ｉ内のガス温度の上昇を防止または抑制するためにスプレー動作が行われる。スプレー動作によって生じる蒸発ガスは、エンジン１０２へ燃料として供給されることにより消費される。しかし、エンジン１０２における蒸発ガスの消費量が少なく、かつスプレー動作によって生じる蒸発ガス量が多い状態でタンク圧が許容圧を上回る場合には、余剰蒸発ガスはタンク１０３_ｉからガス燃焼装置８３０に送られ、当該ガス燃焼装置８３０において余った蒸発ガスが燃焼され、排気される。このように、余剰蒸発ガスは無駄となる。また、ガス燃焼装置８３０における蒸発ガスの処理量にも限界がある。したがって、余分な蒸発ガスを出さないためにもスプレー動作を最適化することが要求される。

［効果判定処理］
上記のように、ＬＮＧ運搬船１００のバラスト航海時においては、スプレー動作の実行およびエンジン１０２に燃料として供給する燃料供給動作により、ＬＮＧが使用される。バラスト航海におけるヒール量は、スプレー動作および燃料供給動作に必要なＬＮＧ量を考慮して設定する必要がある。判定装置１の予測演算部４３は、ＬＮＧ運搬船１００のバラスト航海時において、これらの動作の予測演算を行う。また、判定装置１は、動作の予測演算の結果に基づいてこれらの動作の効果判定を行う。

［スプレー動作に関する効果判定処理］
まず、スプレー動作に関する効果判定処理について説明する。まず、予測演算部４３は、最適航路演算部４２で演算される最適航路および当該最適航路における気象データ等からタンク１０３_ｉ内の温度変化を予測する。そして、シミュレーション実行部４３１は、入力された初期ヒール量を用いて、バラスト航海の出発地から到着地までの航路におけるスプレー機構７００のスプレー動作のシミュレーションを行う。この際、シミュレーション実行部４３１は、タンク１０３_ｉの温度変化およびタンク１０３_ｉ内のガス温度変化に応じてスプレー動作を実行した場合のスプレー量、スプレー動作によるタンク１０３_ｉの温度変化、タンク１０３_ｉ内のガス温度変化（抑制効果）およびスプレーに使用したヒールの状態等を予測演算する。

シミュレーションにおけるスプレー動作に応じたヒールの状態変化を予測するために、スプレー限界指標演算部４３２は、ＬＮＧのスプレー動作によって生じるタンクの底部におけるＬＮＧの液温（以下、０％位置液温とも言う）の変化を示すスプレー限界指標を演算する。すなわち、図３に示すように、タンク１０３_ｉ内の底部に仮想の温度計測器７５０が設けられたと仮定した場合の当該温度計測器７５０が計測する温度の変化がシミュレートされる。

なお、ＬＮＧ運搬船１００のタンク１０３_ｉ内の底部に実際に温度計測器７５０を設ける、もしくは底部に通常設置される０％液面位置での液温計を流用して、当該計測データに基づいてシミュレーションを実行してもよい。

本実施の形態において、スプレー限界指標演算部４３２は、ノンヒールタンク１０３_１，１０３_４の底部におけるＬＮＧの液温に基づいてスプレー限界指標を演算する。例えば、スプレー限界指標演算部４３２は、ＬＮＧのスプレー動作前におけるＬＮＧの単位時間当たりの液温（０％位置液温）変化量ｄＴ１／ｄｔと、ＬＮＧのスプレー動作後におけるＬＮＧの単位時間あたりの液温（０％位置液温）変化量ｄＴ２／ｄｔとの差をスプレー限界指標ＳＬＩ（＝ｄＴ２／ｄｔ−ｄＴ１／ｄｔ）として演算する。

上記スプレー限界指標ＳＬＩの意味について詳述する。図４はノンヒールタンクの０％位置液温の時間的変化を示すグラフである。横軸である時間軸が０の位置がバラスト航海の出発時刻に該当する。バラスト航海において、出発地から航行を開始し、スプレー動作を実行するまでは、タンク１０３_ｉの赤道温度が上昇する一方で、０％位置液温はなだらかに上昇する（期間Ｎ１）。赤道温度が所定の温度以上となると、スプレー動作が実行される。このとき、ヒールタンク（例えばタンク１０３_２）に貯留されるヒールのＬＮＧがポンプ３１０によって吸い上げられ、各タンク１０３_ｉの各スプレーノズル７４０からスプレーされる。

スプレー動作においては、ＬＮＧのうち、比重の小さいメタン（常圧で、飽和温度−１６１．５℃、密度０．６５６ｋｇ／ｍ^３）が主に蒸発するが、エタン（常圧で、飽和温度−８９℃、密度１．３６ｋｇ／ｍ^３）、プロパン（常圧で、飽和温度−４２℃、密度２．０１ｋｇ／ｍ^３）、ブタン（常圧で、飽和温度−１℃、密度２．４８ｋｇ／ｍ^３）等の比重の大きい残りの成分（重質化成分）は、飽和温度が高いため、ほとんど蒸発せず、液滴のままタンク１０３_ｉのヒール内に落下する。

残りの成分が落下する際、この未蒸発液滴は、タンク１０３_ｉ内の気相部分１０３ｂに接触するため、液滴自体の温度が上昇する。当該未蒸発液滴が、この状態でヒール内に落下すると、元々タンク１０３_ｉに貯留されているヒールより密度が大きいのでタンク１０３_ｉの底部に沈み、一時的にヒールが元の液層と液滴として落下した重質化成分の層との二層状態となる。これにより、０％位置液温は、落下した未蒸発液滴に支配的となり、０％位置液温はそれまでと比べて急激に上昇する。スプレー動作継続中（期間ＳＰ１）は、液滴となる重質化成分が継続的に落下し、ヒールの底部に溜まるため、当該温度上昇が継続される。

スプレー動作が終了すると、加熱された液滴が落下しなくなるので、０％位置液温の急激な上昇はなくなる。二層状態となったヒールは対流によって混合するので、ヒールは一層状態になる。

スプレー動作の終了後は、スプレー動作前と同様に０％位置液温はなだらかに上昇する（期間Ｎ２）。スプレー動作を繰り返す（期間Ｎｊ（ｊ＝１，２，…）と期間ＳＰｊとが交互に繰り返される）ことにより、タンク１０３_ｉの赤道温度は所定の温度以下に維持される、もしくは、所定の温度に向かって徐々に下がっていくが、ノンヒールタンク１０３_１，１０３_４の０％位置液温は、緩やかに上昇していく中で、スプレー動作の度に０%位置液温が急上昇するような変化が起こる。

しかし、スプレー動作が繰り返されると、ヒール全体の液温が高くなり、スプレー動作を行った際にスプレーノズル７４０からスプレーされるヒールの液温とタンク１０３_ｉの赤道温度および気相部分１０３ｂの温度との差が小さくなる。この結果、スプレー動作により未蒸発液滴はタンク１０３_ｉ内の気相部分１０３ｂに接触しても温度の上昇が小さくなり、ヒール自体の温度も上昇しているため、ヒールに落下しても急激な温度上昇を引き起こさなくなる。図４においては、期間Ｎｊにおけるグラフの傾きと期間ＳＰｊにおけるグラフの傾きとがなす角度θｊが、時間が経つにつれて（ｊが増えるにつれて）小さくなっている。

したがって、上記のようなスプレー限界指標ＳＬＩによってスプレー動作の前後における０％位置液温の変化を予測することにより、ヒールタンク１０３_２，１０３_３に貯留されるヒールの重質化を予測することができる。本実施の形態では、上述したように、各スプレー動作の期間ＳＰｊにおける温度変化（図４のグラフにおける傾き）ｄＴ２／ｄｔと、各スプレー動作実行前の期間Ｎｊにおける温度変化（図４のグラフにおける傾き）ｄＴ１／ｄｔと、を比較している。

なお、図４においては、各期間Ｎｊ，ＳＰｊにおいて、温度がほぼ線形に変化しているため、各期間Ｎｊ，ＳＰｊにおける温度変化（グラフの傾き）はほぼ一定となっている。しかし、図４はあくまで例示であり、０％位置液温の時間的変化は、必ずしも直線的な変化とはならない。したがって、スプレー動作の実行直後の温度変化とスプレー動作の実行直前の温度変化とを比較することが好ましい場合も生じ得る。

判定部４３３は、スプレー限界指標ＳＬＩが所定の範囲外となるか否かを判定する。本実施の形態において、判定部４３３は、ＳＬＩ＝ｄＴ２／ｄｔ−ｄＴ１／ｄｔ＜αとなる場合、スプレー限界指標ＳＬＩが所定の範囲外となると判定する。しきい値αは例えば０または０に近い値に設定される。判定部４３３は、シミュレーションにおいて、到着地に到着するまでにスプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合、スプレー機構のスプレー動作による前記タンクの冷却効果が限界にあると判定する。

シミュレーション実行部４３１は、シミュレーションにおいて、到着地に到着するまでにスプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合、以降のスプレー機構７００の動作態様を変更してシミュレーションを継続する。例えば、本実施の形態のように、スプレー機構７００が、少なくとも２つのヒールタンク１０３_２，１０３_３のうちの１つから各タンク１０３_ｉ内でスプレーするＬＮＧを供給するよう構成されている場合、シミュレーション実行部４３１は、シミュレーションにおいて、到着地に到着するまでにスプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合、各タンク１０３_ｉ内でスプレーするＬＮＧの供給源となるヒールタンクを他のヒールタンクに切り替えてシミュレーションを継続してもよい。

例えば、初めにヒールタンク１０３_２を、スプレーするＬＮＧの供給源としていた場合に、スプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合、他のヒールタンク１０３_３の液温（０％位置液温）を取得し、現在の供給源となっているヒールタンク１０３_２より液温が低い場合にＬＮＧの供給源として用いるヒールタンクを、タンク１０３_２から１０３_３に切り替えてもよい。

ヒールタンクが複数存在する場合に、スプレー動作の供給源となっているヒールタンク１０３_２におけるスプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合に、他のヒールタンク１０３_３をスプレー動作のＬＮＧの供給源に切り替えることにより、スプレー動作を継続させる。

上記構成によれば、タンク１０３_ｉ内でのスプレー動作の実行前後のタンク底部における液温変化に基づくスプレー限界指標ＳＬＩを演算することにより、ヒールの重質化の程度およびスプレー動作によるタンク１０３_ｉの冷却限界を判断する目安を定量化することができる。本実施の形態では、スプレー動作後の温度変化ｄＴ２／ｄｔとスプレー動作前の温度変化ｄＴ１／ｄｔとがほぼ等しくなる場合にスプレー限界（これ以上スプレーしてもタンク１０３_ｉの冷却に寄与しない）と判定することができる。これにより、ＬＮＧ運搬船１００のバラスト航海時においてＬＮＧを使用して行う動作の予測演算を容易に行うことができる。

なお、スプレー機構７００の動作態様の変更は、上記のような供給源となるヒールタンクの切り替えだけに限られない。例えば、シミュレーション実行部４３１は、スプレー機構７００におけるスプレー量の変更および／またはスプレー間隔の変更を行ってシミュレーションを継続してもよい。

また、シミュレーション実行部４３１は、シミュレーションにおいて、到着地に到着するまでにスプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合、初期ヒール量を増量して再度シミュレーションをやり直してもよい。

さらに、上記動作態様の変更および初期ヒール量の変更を組み合わせてもよい。例えば、判定装置１は、初めにヒールタンク１０３_２をスプレーするＬＮＧの供給源として設定してシミュレーションを実行し、スプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合、ＬＮＧの供給源をヒールタンク１０３_２からヒールタンク１０３_３に切り替えてシミュレーションを継続し、再度スプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となる場合に、初期ヒール量を増量してシミュレーションをやり直してもよい。

初期ヒール量の増加量は、シミュレーションにより演算することとしてもよいし、予め定められた量としてもよい。予め定められた量とした場合、シミュレーション実行部４３１は、シミュレーションにおいてスプレー限界指標ＳＬＩが範囲外となるたびに初期ヒール量を所定量増量し、シミュレーションを繰り返す。例えば、バラスト航海の到着地までスプレー限界指標ＳＬＩが範囲内のままシミュレーションが終了する場合の最少初期ヒール量が、当該バラスト航海のスプレー動作に必要な初期ヒール量として出力部５から出力される。

［燃料供給動作に関する効果判定処理］
次に、燃料供給動作に関する効果判定処理について説明する。上述のように、本実施の形態において、想定されるＬＮＧ運搬船１００は、タンクに貯留された液化ガスを燃料として使用可能な予混合燃焼ガスエンジン１０２を有している。シミュレーション実行部４３１は、エンジン１０２に燃料として供給することによるヒール量変化を予測演算する。

そして、メタン価演算部４３４は、スプレー機構７００によるＬＮＧのスプレー実行後のタンク１０３_ｉ内の蒸発ガスおよびタンク１０３_ｉに貯留されたＬＮＧの組成変化を演算し、当該ＬＮＧのメタン価を演算する。本実施の形態において、メタン価演算部４３４は、エンジン１０２への蒸発ガスおよびＬＮＧの供給源となるヒールタンク１０３_２，１０３_３内の蒸発ガスおよびヒールタンク１０３_２，１０３_３に貯留されたＬＮＧの組成変化を演算し、当該蒸発ガスおよびＬＮＧのメタン価を演算する。

まず、蒸発ガスおよびＬＮＧの組織変化の演算態様について説明する。ＬＮＧの混合組成のメタンをＣ１、エタンをＣ２、プロパンをＣ３、ブタンをＣ４、窒素をＮ２とする。タンク１０３_ｉに貯留されるヒールの重量をＧ_ｈｅｅｌ、ヒール液温をＴ、タンク圧をＰとする。このときのヒールの組成比率（Ｒ_Ｇｈｃ１，Ｒ_Ｇｈｃ２，Ｒ_Ｇｈｃ３，Ｒ_Ｇｈｃ４，Ｒ_ＧｈＮ２）が既知である状態を想定する。なお、以下ではＬＮＧを５種の組成から構成されるとして演算するが、これらのうちの一部の組成が含まれない場合、または、他の組成が含まれる場合であっても同様に演算できる。

ヒールタンク１０３_２，１０３_３からポンプ３１０で吸引され、スプレーノズル７４０からタンク１０３_ｉ内へスプレーされた液滴のうち、蒸発して蒸発ガスとなった重量をＧ_ｓｇとし、蒸発せずに液滴のまま残る重量をＧ_ｓｌとすると、スプレーされた液滴の質量分率（クオリティ）ｘは、ｘ＝Ｇ_ｓｇ／（Ｇ_ｓｇ＋Ｇ_ｓｌ）で表される。このクオリティｘは、タンク圧Ｐおよび飽和温度から混合組成の熱物性計算によって求められる。スプレーされた液滴の全重量をＧ_{ｓｐｒａｙ}とする（Ｇ_{ｓｐｒａｙ}＝Ｇ_ｓｇ＋Ｇ_ｓｌ）と、スプレーされた液滴の蒸発量Ｗは、Ｗ＝ｘ×Ｇ_{ｓｐｒａｙ}として求められる。

スプレーされた液滴のうちの蒸発ガスの組成比率（Ｒ_Ｗｃ１，Ｒ_Ｗｃ２，Ｒ_Ｗｃ３，Ｒ_Ｗｃ４，Ｒ_Ｎ２）は、タンク圧Ｐおよび飽和温度から混合組成の熱物性計算によって求められる。

蒸発量ｗおよび蒸発ガスの組成比率（Ｒ_Ｗｃ１，Ｒ_Ｗｃ２，Ｒ_Ｗｃ３，Ｒ_Ｗｃ４，Ｒ_Ｎ２）から、蒸発ガスの各組成の蒸発量（Ｗ_ｃ１，Ｗ_ｃ２，Ｗ_ｃ３，Ｗ_ｃ４，Ｗ_Ｎ２）は、それぞれ、Ｗ_ｃ１＝Ｗ×Ｒ_Ｗｃ１，Ｗ_ｃ２＝Ｗ×Ｒ_Ｗｃ２，Ｗ_ｃ３＝Ｗ×Ｒ_Ｗｃ３，Ｗ_ｃ４＝Ｗ×Ｒ_Ｗｃ４，Ｗ_Ｎ２＝Ｗ×Ｒ_ＷＮ２として求められる。したがって、スプレーされた液滴のうちの蒸発しきれなかった液滴の各組成量（Ｇ_ｒｃ１，Ｇ_ｒｃ２，Ｇ_ｒｃ３，Ｇ_ｒｃ４，Ｇ_ｒＮ２）は、スプレーされた液滴の各組成量から各組成の蒸発量を差し引くことにより求められる。すなわち、スプレーされた液滴の各組成量（Ｇ_ｓｃ１，Ｇ_ｓｃ２，Ｇ_ｓｃ３，Ｇ_ｓｃ４，Ｇ_ｓＮ２）は、それぞれ、Ｇ_ｓｃ１＝Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ１，Ｇ_ｓｃ２＝Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ２，Ｇ_ｓｃ３＝Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ３，Ｇ_ｓｃ４＝Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ４，Ｇ_ｓＮ２＝Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_ＧｈＮ２として求められる。したがって、蒸発しきれなかった液滴の各組成量は、それぞれ、Ｇ_ｒｃ１＝Ｇ_ｓｃ１−Ｗ_ｃ１，Ｇ_ｒｃ２＝Ｇ_ｓｃ２−Ｗ_ｃ２，Ｇ_ｒｃ３＝Ｇ_ｓｃ３−Ｗ_ｃ３，Ｇ_ｒｃ４＝Ｇ_ｓｃ４−Ｗ_ｃ４，Ｇ_ｒＮ２＝Ｇ_ｓＮ２−Ｗ_Ｎ２として求められる。蒸発しきれなかった液滴の総量Ｇ_{ｒｅｔｕｒｎ}は、Ｇ_{ｒｅｔｕｒｎ}＝Ｇ_ｒｃ１＋Ｇ_ｒｃ２＋Ｇ_ｒｃ３＋Ｇ_ｒｃ４＋Ｇ_ｒＮ２となる。

ヒールの総量は、スプレー動作に用いられたスプレー量Ｇ_{ｓｐｒａｙ}減り、そのうちの蒸発しきれなかった液滴の総量Ｇ_{ｒｅｔｕｒｎ}がヒールとして戻るので、スプレー動作後のヒール量Ｇ'_ｈｅｅｌは、Ｇ'_ｈｅｅｌ＝Ｇ_ｈｅｅｌ−Ｇ_{ｓｐｒａｙ}＋Ｇ_{ｒｅｔｕｒｎ}となる。

したがって、スプレー動作後のヒールの各組成重量（Ｇ'_ｈｃ１，Ｇ'_ｈｃ２，Ｇ'_ｈｃ３，Ｇ'_ｈｃ４，Ｇ'_Ｎ２）は、それぞれ、
Ｇ'_ｈｃ１＝（Ｇ_ｈｅｅｌ×Ｒ_Ｇｈｃ１）−（Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ１）＋（Ｇ_ｓｃ１−Ｗ_ｃ１），
Ｇ'_ｈｃ２＝（Ｇ_ｈｅｅｌ×Ｒ_Ｇｈｃ２）−（Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ２）＋（Ｇ_ｓｃ２−Ｗ_ｃ２），
Ｇ'_ｈｃ３＝（Ｇ_ｈｅｅｌ×Ｒ_Ｇｈｃ３）−（Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ３）＋（Ｇ_ｓｃ３−Ｗ_ｃ３），
Ｇ'_ｈｃ４＝（Ｇ_ｈｅｅｌ×Ｒ_Ｇｈｃ４）−（Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_Ｇｈｃ４）＋（Ｇ_ｓｃ４−Ｗ_ｃ４），
Ｇ'_ｈＮ２＝（Ｇ_ｈｅｅｌ×Ｒ_ＧＮ２）−（Ｇ_{ｓｐｒａｙ}×Ｒ_ＧＮ２）＋（Ｇ_ｓＮ２−Ｗ_Ｎ２）
となる。

上記スプレー動作後のヒール量Ｇ'_ｈｅｅｌおよび各組成重量（Ｇ'_ｈｃ１，Ｇ'_ｈｃ２，Ｇ'_ｈｃ３，Ｇ'_ｈｃ４，Ｇ'_Ｎ２）から、各組成比率Ｒ'_Ｇｈｃ１，Ｒ'_Ｇｈｃ２，Ｒ'_Ｇｈｃ３，Ｒ'_Ｇｈｃ４，Ｒ'_ＧｈＮ２が求められる。

メタン価演算部４３４は、上記のような演算を行うことにより、スプレー動作後の各組成比率Ｒ'_Ｇｈｃ１，Ｒ'_Ｇｈｃ２，Ｒ'_Ｇｈｃ３，Ｒ'_Ｇｈｃ４，Ｒ'_ＧｈＮ２を演算する。さらに、メタン価演算部４３４は、求められた組成比率からメタン価を演算する。

メタン価ＭＮは、モーターオクタン価ＭＯＮに準拠しており、モーターオクタン価ＭＯＮを用いた換算式が知られている。この換算式は、例えばＭＮ＝１．４４５ＭＯＮ−１０３．４２で与えられる。モーターオクタン価ＭＯＮの値は、ＬＮＧの組成比率を用いて算出される。ＬＮＧの組成が上記組成比率の演算で用いたメタン、エタン、プロパン、ブタンおよび窒素の場合、ＭＯＮは、例えばＭＯＮ＝１３７．７８Ｒ'_Ｇｈｃ１＋２９．９４８Ｒ'_Ｇｈｃ２−１８．１９３Ｒ'_Ｇｈｃ３−１６７．０６２Ｒ'_Ｇｈｃ４＋２６．９９４Ｒ'_ＧｈＮ２で表される。したがって、スプレー動作後の各組成比率からメタン価ＭＮが求められる。

メタン価演算部４３４は、以上のような演算を行うことにより、スプレー動作後のメタン価ＭＮを演算する。判定部４３３は、ヒールおよび蒸発ガスのメタン価が所定の範囲外となるか否かを判定する。判定部４３３は、メタン価ＭＮが範囲外となる場合、エンジン１０２への供給源となっているヒールタンク１０３_２，１０３_３におけるヒールおよび蒸発ガスを予混合燃焼ガスエンジンへ供給する基準を満たさないと判定する。

シミュレーション実行部４３１は、シミュレーションにおいて、到着地に到着するまでにメタン価ＭＮが所定の範囲外となる場合、以降のエンジン１０２へのＬＮＧの供給態様を変更してシミュレーションを継続する、または、初期ヒール量を増量して再度シミュレーションをやり直す。

ＬＮＧの供給態様の変更には、例えば、供給源となるヒールタンク１０３_２，１０３_３の切り替え、エンジン１０２へのＬＮＧ供給動作の停止、エンジン１０２へのＬＮＧ供給量の変更の少なくとも何れか１つが含まれる。また、これに加えて、またはこれに代えて、初期ヒール量を増量してシミュレーションをやり直す場合は、シミュレーション実行部４３１は、スプレー動作に関する効果判定処理と同様の処理を行う。

上記態様によれば、ヒールおよび蒸発ガスの組成変化量を演算することにより、当該ヒールおよび蒸発ガスのメタン価を演算することができる。これにより、タンク１０３_ｉ内のＬＮＧを予混合燃焼ガスエンジンの燃料として使用可能か否かを容易に判定することができる。

以上のような２つの効果判定結果を考慮した予測演算を組み込んで最適運航計画が演算されることにより、バラスト航海時のヒール搭載量（初期ヒール量）をスプレー動作によるタンク１０３_ｉの冷却制御およびエンジン１０２への燃料供給制御の観点を考慮した上で最少化することができる。したがって、ＬＮＧ運搬船１００の安全な航行を確保しつつ、ＬＮＧの荷揚量を最大化させることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記実施の形態では、スプレー動作に関する効果判定処理と、燃料供給動作に関する効果判定処理との何れをも実行可能な判定装置１について説明したが、これに限られず、各効果判定処理は独立して実行され得る。すなわち、判定装置１は、スプレー動作に関する効果判定処理および燃料供給動作に関する効果判定処理の何れか１つの処理のみを実行可能な装置として構成されてもよい。言い換えると、スプレー動作に関する効果判定処理を実行可能な判定装置１は、メタン価演算部４３４を備えていなくてもよいし、燃料供給動作に関する効果判定処理を実行可能な判定装置１は、スプレー限界指標演算部４３２を備えていなくてもよい。

また、上記実施の形態では、ＬＮＧ運搬船１００の出航前に効果判定処理を行うことを想定して説明したが、上記態様は、ＬＮＧ運搬船１００の出航前だけでなく、ＬＮＧ運搬船１００の出航後において実施することも可能である。この場合、ＬＮＧ運搬船１００の現在位置または未来の位置（航行予定位置）が出発地となる。

また、判定装置１は、スプレー動作の予測演算に基づくスプレー動作の効果判定を実行する態様に限られない。すなわち、上記実施の形態では、判定装置１の予測演算部４３の機能ブロックとしてスプレー限界指標演算部４３２、判定部４３３およびメタン価演算部４３４を有する態様について説明したが、これに限られない。言い換えると、スプレー限界指標演算部４３２、判定部４３３およびメタン価演算部４３４は、予測演算部４３とは独立した機能ブロックとしてもよい。この場合、判定装置１は、予測演算部４３（シミュレーション実行部４３１）を備えていなくてもよい。

例えば、ＬＮＧ運搬船１００の航行中に、実際の０％位置液温の変化に基づいて、スプレー限界指標ＳＬＩを演算してもよい。航行中にスプレー限界指標ＳＬＩが所定の範囲外となる場合、判定装置１は、所定の出力信号を出力してもよい。この出力信号は、ＬＮＧ運搬船１００の制御装置（図示せず）に入力される制御信号であってもよい。例えば、このような制御信号には、供給源となるヒールタンク１０３_ｉを別のヒールタンク１０３_ｉに切り替える制御信号、または、以降のスプレー動作を停止させる制御信号等が含まれる。

同様に、判定装置１は、ＬＮＧ運搬船１００の航海中に、実際のヒールタンク１０３_２，１０３_３におけるヒールおよび蒸発ガスのメタン価ＭＮを演算してもよい。例えば、航行中にメタン価ＭＮが所定の範囲外となる場合、所定の出力信号を出力してもよい。この出力信号は、ＬＮＧ運搬船１００の制御装置（図示せず）に入力される制御信号であってもよい。例えば、このような制御信号には、供給源となるヒールタンク１０３_ｉを別のヒールタンク１０３_ｉに切り替える制御信号、または、以降のエンジン１０２へのＬＮＧ供給動作を停止させ、エンジン１０２へ供給する燃料を液体燃料に切り替える制御信号等が含まれる。

また、上記実施の形態では、判定装置１が最適航路演算処理を実行する最適航路演算部４２を含む構成を例示したが、判定装置１は、最適航路演算部４２は備えていなくてもよい。例えば、予測演算アプリケーションおよび最適航路演算アプリケーション等の複数のアプリケーションが実装されたコンピュータ装置が各アプリケーションを実行することにより、全体として最適運航計画演算が行われるように構成されていてもよい。

また、上記実施の形態では、動作の効果判定および予測演算を行う対象のＬＮＧ運搬船１００として、ＤＦＤ電気推進方式の推進システム９００を採用しているＬＮＧ運搬船を例示したが、これに限られない。例えば、エンジン１０２の出力で直接的に推進器が駆動される機械推進方式の推進システムを有するＬＮＧ運搬船に対しても上記動作の効果判定および／または予測演算を行い得る。

また、上記実施の形態では、スプレー限界指標ＳＬＩの値が所定の範囲外になる場合に、スプレー機構の動作態様を変更する態様を説明したが、上記実施の形態は、スプレー限界指標ＳＬＩの値が所定の範囲外となる前に、当該動作態様を変更することを妨げない。同様に、上記実施の形態では、メタン価ＭＮの値が所定の範囲外になる場合に、予混合燃焼ガスエンジンへの液化ガスの供給態様を変更する態様を説明したが、上記実施の形態は、メタン価ＭＮが所定の範囲外となる前に、当該供給態様を変更することを妨げない。

本発明は、液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を容易に行うことができる判定装置および判定方法を提供するために有用である。

１ 判定装置
４ 演算部
４３ 予測演算部
１００ 液化ガス（ＬＮＧ）運搬船
１０２ エンジン（予混合燃焼ガスエンジン）
１０３，１０３_ｉ（ｉ＝１，２，…） タンク
４３１ シミュレーション実行部
４３２ スプレー限界指標演算部
４３３ 判定部
４３４ メタン価演算部

Claims (11)

1. 液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を行う判定装置であって、
   前記液化ガス運搬船は、液化ガスを貯留するタンクと、前記タンク内の前記液化ガスの一部を吸い出し、前記タンク内でスプレーするスプレー機構と、を備え、
   前記判定装置は、
   前記スプレー機構のスプレー動作によって生じる前記タンクの底部における前記液化ガスの液温の変化に基づくスプレー限界指標を演算するスプレー限界指標演算部と、
   前記スプレー限界指標が所定の範囲外となるか否かに基づいて前記スプレー動作による前記タンクの冷却効果の判定を行う判定部と、を備えた、判定装置。
2. 前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、
   前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、以降の前記スプレー機構の動作態様を変更して前記シミュレーションを継続するよう構成される、請求項１に記載の判定装置。
3. 前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、
   前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、前記初期ヒール量を増量して再度前記シミュレーションをやり直すよう構成される、請求項１または２に記載の判定装置。
4. 前記スプレー限界指標演算部は、前記液化ガスのスプレー動作前における前記液化ガスの単位時間当たりの液温変化量と、前記液化ガスのスプレー動作後における前記液化ガスの単位時間あたりの液温変化量との差を前記スプレー限界指標として演算する、請求項１から３の何れかに記載の判定装置。
5. 前記液化ガス運搬船は、複数のタンクを備え、前記バラスト航海時において前記複数のタンクのうち少なくとも１つが、最低限の前記液化ガスしか貯留されないノンヒールタンクとなっており、
   前記スプレー限界指標演算部は、前記ノンヒールタンクの底部における前記液化ガスの液温に基づいて前記スプレー限界指標を演算する、請求項１から４の何れかに記載の判定装置。
6. 前記液化ガス運搬船は、複数のタンクを備え、前記バラスト航海時において前記複数のうちの少なくとも２つが、前記液化ガス運搬船の航行に利用される前記液化ガスが貯留されたヒールタンクとなっており、
   前記スプレー機構は、前記少なくとも２つのヒールタンクのうちの少なくとも１つから各タンク内でスプレーする液化ガスを供給するよう構成され、
   前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、各タンク内でスプレーする液化ガスの供給源となるヒールタンクを他のヒールタンクに切り替える、請求項１から５の何れかに記載の判定装置。
7. 前記スプレー限界指標が前記範囲外となる場合、以降の前記スプレー動作を停止する、請求項１から６の何れかに記載の判定装置。
8. 前記液化ガス運搬船は、前記タンクに貯留された前記液化ガスを燃料として使用可能な予混合燃焼ガスエンジンを備え、
   前記判定装置は、前記スプレー機構による前記液化ガスのスプレー動作実行後の前記タンクに貯留された前記液化ガスおよび前記タンク内の蒸発ガスの組成変化を演算し、当該液化ガスおよび蒸発ガスのメタン価を演算するメタン価演算部を備え、
   前記判定部は、前記液化ガスのスプレー動作実行後のメタン価が所定の範囲外となるか否かを判定する、請求項１から７の何れかに記載の判定装置。
9. 前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、
   前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記メタン価が前記範囲外となる場合、以降の前記予混合燃焼ガスエンジンへの前記液化ガスの供給態様を変更して前記シミュレーションを継続するよう構成される、請求項８に記載の判定装置。
10. 前記バラスト航海の出発地において前記タンクに貯留する前記液化ガスの量を示す初期ヒール量を用いて、前記バラスト航海の前記出発地から到着地までの航路における前記スプレー機構のスプレー動作のシミュレーションを行うシミュレーション実行部を備え、
    前記シミュレーション実行部は、前記シミュレーションにおいて、前記到着地に到着するまでに前記メタン価が前記範囲外となる場合、前記初期ヒール量を増量して再度前記シミュレーションをやり直すよう構成される、請求項８または９に記載の判定装置。
11. 液化ガス運搬船のバラスト航海時において液化ガスを使用して行う動作の効果判定を行う判定方法であって、
    前記液化ガス運搬船は、液化ガスを貯留するタンクと、前記タンク内の前記液化ガスの一部を吸い出し、前記タンク内でスプレーするスプレー機構と、を備え、
    前記判定方法は、
    前記スプレー機構のスプレー動作によって生じる前記タンクの底部における前記液化ガスの液温の変化に基づくスプレー限界指標を演算するスプレー限界指標演算ステップと、
    前記スプレー限界指標が所定の範囲外となるか否かに基づいて前記スプレー動作による前記タンクの冷却効果の判定を行う判定ステップと、を含む、判定方法。

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