JPS63302169A - ガス焚きディ−ゼルエンジンのガス供給装置 - Google Patents

ガス焚きディ−ゼルエンジンのガス供給装置

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JPS63302169A
JPS63302169A JP62138638A JP13863887A JPS63302169A JP S63302169 A JPS63302169 A JP S63302169A JP 62138638 A JP62138638 A JP 62138638A JP 13863887 A JP13863887 A JP 13863887A JP S63302169 A JPS63302169 A JP S63302169A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジンへのガス供給装置に関し、
特に高圧ガス噴射拡散燃焼方式のディーゼルエンジンに
供給するガス供給装置に関する。
〔従来の技術〕
ガスを燃料とするディーゼルエンジンには。
低圧ガス予混合燃焼方式と高圧ガス噴射拡散燃焼方式と
があり、従来多くの場合低圧ガス予混合燃焼方式が採用
されてきた。この方法は吸入行程で予混合気を吸入する
かあるいは圧縮工程初期から中期にかけてガス燃料をシ
リンダに噴射する方法であるが、圧縮工程中の断熱圧縮
による温度上昇等により異常燃焼が発生し易く、油燃料
運転の場合のディーゼルエンジンより圧縮比を下げるな
どの処理を必要とし熱効率と出力が低くなる問題点かあ
つた。
このため高圧ガス噴射拡散燃焼方式の開発が現在各社に
より進められている。第４図はこの高圧ガス噴射拡散燃
焼方式の一例を示す。
図で液化天然ガスタンクａよりボイルオフしたガスが高
圧圧縮装置すにより加圧され、熱交換５ｄにて海水によ
り常温にまで冷却され。
高圧ガス供給管ｅを通りディーゼルエンジンｆに供給さ
れる。高圧圧縮装置すはレシプロ型４段圧縮機構ｂ１．
ｂ２．ｂ３．ｂ４からなり電動機ｇにより駆動される。
第３段圧縮機構ｂ３と第４段圧縮機構ｂ４との間には海
水により加圧ガスを冷却するインタクーラｈが設けられ
ている。なお、ｉは液化ガスタンク設備。
ｊはインターガスクーラである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが高圧ガス噴射拡散燃焼方式ではガスを高圧に加
圧するため多くの動力を必要とする。−試算例を示すと
液化天然ガスタンク容量１２５，０００ｍ３から１日当
りその０．１％がボイルオフする場合、この全量を２５
０バール（気圧）に加圧するために必要な圧縮機動力は
約７００ｋＷとなる。
本発明の目的は前記従来装置の欠点を解消し、ボイルオ
フガスの加圧に必要な動力の少ないディーゼルエンジン
へのガス供給装置を燭供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記問題点を解決するため９次の構成を具えた
ことを特徴とする。
（１）　　ディーゼルエンジンに燃料として供給するガ
スの一部分を低圧ガス予混合方式により供給する通路を
有し、残部は高圧ガス噴射方式で供給する通路を有する
。低圧ガスとして供給されるガス量は圧縮工程で異常燃
焼を発生させない範囲とする。
（２）ガスに液化ガスを添加して圧縮する。
〔作　　用〕
（１）使用される高圧ガスの量が少なくなるので、高圧
ガスに加圧するための所要動力が少なくなる。
（２）ボイルオフガスの圧縮装置入口温度−ｂ（低下す
る。また、圧縮過程におけるガス温度上昇が低く押えら
れるので、加圧するための所要動力が少なくなる。
（３）上記１１）と（２）との相乗効果によりディーゼ
ルエンジンへのガス供給装置の加圧所要動力が大巾に低
下する。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の１実施例（こつき説明する
と、第１図は本発明の第１実施例としての、液化天然ガ
スタンクからのボイルオフガスを加圧してディーゼルエ
ンジンＧこ供給する装置の系統図、第２図はボイルオフ
ガスの加圧工程における状態等を説明するためのメタン
のＴ−３線図である。
第１図において、１０は液化天然ガスタンク設備、２０
は液化ガス添加装置、３０は高圧圧縮装置、４０は熱交
換器、４１は高圧ガス供給管、５０は低圧圧縮装置、５
１は低圧圧縮機、５２は電動機、６０は熱交換器、６１
Ｕ低圧ガス供給管、７０はディーゼルエンジンである。
さらに１１は天然ガスタンク、１２は液化ガス移送ポン
プ、２１はサービスタンク、２２は液化ガス加圧ポンプ
、２３は液化ガス添加ノズル、２４は液滴分級器、３１
，３２，３３゜３４は圧縮機構、３５は電動機である。
タンク１１内の液化天然ガスは常時外界より熱が侵入し
蒸発し、ボイルオフガスが発生している。ボイルオフガ
スの大部分は高圧圧縮装置３０により高圧に加圧され、
熱交換器４０にて海水により常温にまで冷却され、高圧
ガス供給管４１をへてディーゼルエンジン７０に供給さ
れる。高圧圧縮装置３０はレシプロ型４段の圧縮機構３
１，３２，３３，３４を有し、電動機３５により駆動さ
れる。ボイルオフガスの一部分は低圧圧縮装置５０によ
り低圧に加圧され熱交換器６０にて海水により常温にま
で加温され、低圧ガス供給管６１を通リゾイーゼルエン
ジン７０に供給される。
ディーゼルエンジン７０では図示しないガス噴射ノズル
および制御弁などが設けられており、低圧ガスはディー
ゼルエンジン７０の吸入行程に予混合気で供給するか圧
縮工程の初期から中期にかけてシリンダに噴射される。
ここで噴射される低圧ガス量は、断熱圧縮工程中の温度
上昇等による異常燃焼が発生しない範囲に制限される。
高圧ガスはピストンの上死点付近に於てシリンダに瞬時
に噴射される。この高圧ガス噴射とほぼ同時に９図示し
ないパイロット油噴射装置により９着火用のパイロット
油がシリンダ内に噴射される。
これらの低圧ガス供給、高圧ガス噴射及びパイロット油
噴射に関するそれぞれの基本技術は、低圧ガス予混合燃
焼方式および高圧ガス噴射拡散燃焼方式のディーゼルエ
ンジンとして公知である。
また、第２図において、縦軸は温度Ｔ、横軸はエントロ
ピーＳを示し９図中のＡ−Ｂは飽和液線、Ｄ−Ｆは飽和
蒸気線、Ｅ−Ｈは２５０ｂａｒ７）等圧線、Ａ−Ｃ−Ｆ
−Ｇは１ｂａｒの等圧線をそれぞれ示す。
上記装置において、タンク１１内の液化天然ガスは常時
外界よりの熱侵入により蒸発してボイルオフガスが発生
している。ボイルオフガスは高圧圧縮装置３０にて加圧
されるに先立って、液化ガス添加装置２０において液化
ガスが添加される。
即ち、上記液化ガス添加装置２０のサービスタンク２１
は液化ガス移送ポンプ１２によりタンク１１より送給さ
れた液化ガスを受入れる。サービスタンク２１内の液化
ガスは液化ガス加圧ポンプ２２により加圧され液化ガス
添加ノズル２３においてボイルオフガスに噴射し添加さ
れる。
上記ガスの噴射量が少なければ添加された液化ガスの全
量が蒸発するが、ボイルオフガスが飽和蒸気温度まで下
がるに必要な量以上が噴射添加されれば、ボイルオフガ
スの気相と微小液滴状の液化ガスの液相とからなる２相
流の状態となる。
液相は出来るだけ液滴が微小であることが望ましく、こ
のため液滴分級器２４により粗い液滴を除いてサービス
タンク２１に戻す。
粗い液滴が除去された２相流は圧縮装置３０によって４
段階にわたって順次加圧された後。
熱交換器４０において海水により冷却又は昇温され、デ
ィーゼルエンジン７０に燃料として供給される。
ボイルオフガスの各過程の状態変化を第２図のＴ−８線
図で説明するために次の様に条件を仮定する。即ち、液
化天然ガスの成分は純メタンとし取扱う。ボイルオフガ
スの温度は１３０°に、圧力はｌ　ｂａｒとし、これよ
り常温（約３００°ｋ）、圧力２５０　ｂａｒの加圧ガ
スを得るものとする。又、圧縮は等エントロピーの断熱
圧縮とし、ボイルオフガスと噴射された液化ガスの液滴
は理想的に均質に混相しているものと仮定し、さらに外
界からの熱侵入９機械摩擦等は無視する事とする。
処置前のボイルオフガスの状態はＧ点で示される。これ
をそのま＼単純に４段圧縮して２５０　ｂａｒに加圧す
るとＨ点に到る。これを２５９ｂａｒの定圧のまま海水
により常温（約３００°ｋ）まで冷却することによりＥ
点に到り、ガスはこの状態でディーゼルエンジンに供給
される。
Ｇ−８間のエンタルピー差は約１７９　ｋｃａｌ／ｋｇ
であり、Ｈ−Ｅ間のエンタルピー差は約−１３０ｋｃａ
　１７ｋｇである。これは、ボイルオフガス１　ｋｇ当
り約１７０ｋｃａｌに相当する動力エネルギを費し、大
部分の約１３　Ｑ　ｋｃａｌを海水に熱エネルギーとし
て廃却していることを意味している。
次いで本発明による場合を説明すると、Ｇ点のボイルオ
フガスにＡ点の液化ガスが添加される。添加される液化
ガス量が少なければ全量が蒸発し、ボイルオフガスは主
としてこの蒸発潜熱により温度が下がりＧ−Ｆの間にく
る。例えばＧ′となる。これを４段圧縮すればＨ′とな
る。Ｇ’−Ｈ’間のエンタルピー差はＧ−８間のエンタ
ルピー差よりも少ない。
噴射添加される液化ガス量が多くなるに従い、添加後の
ガスはＦ点にまで温度が下がる。
さらに添加量が増すと、もはや添加後のガス温度はＦ点
以下には下らず、Ｆ点のガスとＡ点の液化ガスとの二相
流となる。
Ｇ点のボイルオフガスｌ　ｋｇに対しＡ点の液化ガス０
．５　ｋｇを噴射添加した場合を例に述べれば、噴射後
の二相流体は０点となる。これを２５０　ｂａｒまで４
段圧縮するとＥ点となり。
Ｅ点の温度は約３０００にである。０点からＥ点までの
圧縮過程のうち、０点からＤ点までは二相流での圧縮で
ある。気相と液相を分けて説明すれば、気相分はＦ−Ｄ
の飽和蒸気線に沿って加圧され、一方液相分はＡ−８の
飽和液線に沿ってその一部が蒸発しながら加圧。
昇温して行き、全量が蒸発し終ることによりＢ点にて液
相分がなくなる。Ｃ−Ｅ間のエンタルピー差は約８５ｋ
ｃａｌ／ｋｇである。
Ｇ点のボイルオフガスｌ　ｋｇに対しＡ点の液化ガス０
．５　ｋｇを添加し０点の二相流１．５　ｋｇを得る。
これを圧縮してＥ点の加圧ガス１，５ｋｇにするに要す
る動力エネルギーは８５ｋｃａｌ／ｋｇ　ｘ　１，５ｋ
ｇ≠１３０ｋｃａｌに相当する。コノようにＧ点のボイ
ルオフガスをそのま＼圧縮する場合に較べ必要とする動
力エネルギーは少なく、かつ、得られるＥ点のガス量は
１．５倍である。
ボイルオフガスｌ　ｋｇに対し添加する液化ガス量が０
．５　ｋｇより多ければ得られる二相流の状態は０点よ
りもＡ点側２例えばＧ′となる。逆に少なければＣとな
る。これを２５０ｂａｒまで圧縮するとそれぞれＥ、Ｅ
点のガスとなり、得られる高圧ガスの温度が変るととも
に加圧に要する動力エネルギーが減少又は増加する。
この温度がディーゼルエンジン７０に供給するに許容さ
れる範囲を超えるようであれば。
熱交換器４０において海水により昇温又は冷却する。
尚、予めボイルオフガスに対し添加する液化ガスの比率
をある限られた範囲に設定する事が出来れば、即ち圧縮
装置３０出口のガス温度を許容範囲に設定出来れば、熱
交換器４０は省略出来る。
第３図は本発明の第２実施例を示す系統図である。
上記第１実施例においては、高圧加圧装置３０に入る前
段階で添加すべき液化ガスの全量を添加したが、この実
施例の場合は、高圧圧縮装置３００４段の圧縮機構３１
，３２，３３゜３４のそれぞれに対応して液化ガス添加
ノズル２３ａ、２３ｂ、２３Ｃ，２３ｄを配設して液化
ガスを順次添加している。
二相流を圧縮する場合、液相は出来るだけ微小液滴状で
ガス中に均等に分布している事が望ましいが、このため
には、一度に多量に液化ガスを添加する場合に比べ適量
を順次添加する必要がある。この実施例におしては。
圧縮機構３１，３２，３３，３４の夫々に対応して液化
ガス添加ノズ／Ｌ／　２３ａ　、　２３ｂ　、　２３ｃ
　、　２３ｄを設けたので、これが比較的容易に達成で
きる。
：発明の効果〕 本発明は以上に示したように、高圧ガス噴射拡散燃焼方
式のディーゼルエンジンのガス供給について、（１）ガ
ス燃料の一部を低圧予混合方式により供給する。（２）
ガス燃料に液化ガスを添加して圧縮することを特徴とし
ており。
上記（１）の手段によりガスの全量を高圧ガスとして供
給する従来の方法に比べ、一部を低圧ガス状態で供給し
ているのでガスを加圧する所要動力が少なくなる。
又、上記（２）の手段によりガス圧縮時のＴ　−８線上
での状態が液化ガスを添加しない従来の装置に比べ低温
側になり加圧所要動力が少なくなるが９手段（１）及び
（２）を組合せたことにより、ボイルオフガス及び添加
する液化ガスの量が一定の条件下で単に高圧圧縮すべき
ガス量が減少するのみでなく高圧圧縮時の状態がより一
層低温側になり加圧所要動力が更に一段と低下する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例としてのガス供給装置の系統
図、第２図は第１図におけるガスの状態変化を説明する
ためのＴ−８線図。 第３図は本発明の他の実施例としてのガス供給装置の系
統図である。 第４図は従来のガス供給装置の系統図である。 ｌＯ・・・液化天然ガスタンク設備、１１・・・天然ガ
スタンク、１２・・・液化ガス移送ポンプ、２０・・・
液化ガス添加装置、２１・・・サービスタンク、２２・
・・液化ガス加圧ポンプ。 ２３・・・液化ガス添加ノズル、２３ａ、２３ｂ。 ２３Ｃ，２３ｄ・・・液化ガス添加ノズル。 ２４・・・液滴分級器、３０・・・高圧圧縮装置。 ３１　、３２　、３３　、３４・・・圧縮機構、３５・
・・電動機、４０・・・熱交換器、４１・・・高圧ガス
供給管、５０・・・低圧圧縮装置、５１・・・低圧圧縮
機、５２・・・電動機、６０・・・熱交換器、６１・・
・低圧ガス供給管、７０・・・ディーゼルエンジン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ガス燃料をディーゼルエンジンに供給する装置に
    おいて、高圧ガス圧縮装置で加圧された高圧ガスの通路
    と低圧ガス圧縮装置で加圧された低圧ガスの通路とをそ
    れぞれ設けていることを特徴とするガス焚きディーゼル
    エンジンのガス供給装置。
  2. （２）液化ガスから蒸発したボイルオフガスをディーゼ
    ルエンジンに供給する装置において、上記エンジンと上
    記ガス燃料が貯蔵される液化ガスタンクとの間に、上記
    ボイルオフガス中に上記液化ガスを添加する液化ガス添
    加装置を設け、上記ボイルオフガス又は上記ボイルガス
    と上記液体ガスとの混合体を圧縮する高圧ガス圧縮装置
    で加圧された高圧ガスの通路と低圧ガス圧縮装置で加圧
    された低圧ガスの通路とをそれぞれ設けていることを特
    徴とするガス焚きディーゼルエンジンのガス供給装置。
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