JP5383488B2 - ガス駆動船舶用燃料システム - Google Patents

Description

本発明は船舶のガス駆動ピストンエンジンのための燃料システムであって、ガスが特許請求の範囲の請求項１の序文に記載のように液化ガスとして船舶の少なくとも１個の燃料貯蔵タンクに貯えられているような燃料システムに関するものである。

ガスは船舶の原動機および補助エンジンのための益々魅力的な燃料となりつつある。特に天然ガス（ＮＧ）はその有益性のために便利である。大気環境においては、それは主としてメタン、少量のエタン、プロパン、ブタン、および窒素からなるガス混合物である。それは石炭と比較して水素含有量が高く、燃焼すると、とりわけ低排出物で、極めてクリーンな燃焼過程をもたらし、かつ基本的に汚染物質がない。特に、乗客が乗船している周遊客船、フェリー、およびロパックス船（ｒｏｐａｘ ｖｅｓｓｅｌ）においては、当該船舶のエンジンの排気中に煤煙や可視煙がないことがエンジンの燃料としてＮＧガスを使用することによって高められる極めて重要な特徴である。通常、天然ガスは−１６２℃の温度において液化天然ガス（ＬＮＧ）として貯えられるので、ＬＮＧは典型的にガス駆動ピストンエンジンが必要とするレベルである約５バールの高圧で貯蔵される場合特に貯蔵が問題となる。その場合、貯蔵タンクは通常円筒形で構築される圧力容器である必要があり、かつタンクの容積が例えば５００−１０００ｍ^３の大きさとなりうることを考えれば、基本的に長方形断面の空間を有する船舶において大きな円筒形のタンクを配置させることは多大の無駄空間をつくることになる。

本発明の目的は従来技術の前述およびその他の問題を解決する、ガス駆動船舶のための燃料システムを提供することである。

本発明の目的は特許請求の範囲の請求項１のように概ね達成される。その他の請求項は本発明の種々の実施例の詳細を説明している。

本発明の基本概念は、ガスがその中においては液相で、かつ高圧状態にある独立した燃料送給タンクと、ガスがこれもまた液相であるが、その中には液体ガスによってもたらせる液圧が行き渡っている独立した燃料貯蔵タンクを提供することである。このようにすることによって、燃料貯蔵タンクは簡単で、かつ経済的に構成することができる。液化ガスは低温であるので、前記タンクは断熱されている。

燃料送給タンクは燃料貯蔵タンクと接続されている圧力容器である。ピストンエンジンと燃料送給タンクの底部区画を接続している燃料送給ラインには第一の熱交換器が配置されており、前記第一の熱交換器はピストンエンジンに送給する前に液化ガスを蒸発するようにされている。従って、相当に小型の燃料送給タンクのみが圧力容器はであり、殆どの場合、燃料送給タンクの容積は船舶における燃料貯蔵タンクの全体容積の３０％以下である。

第一の燃料供給ラインが燃料貯蔵タンクと燃料送給タンクを接続しており、前記第一の燃料供給ラインには液化ガスを燃料貯蔵タンクから燃料供給タンクまで汲み上げるポンプが設けられており、該ポンプは、名目作動圧力は典型的には３−５バールであるが、液化ガスの圧力を燃料貯蔵タンクにおける概ね大気圧から約１０バールの圧力まで昇圧するようにされている。この圧力はピストンエンジンの要件によって決定され、燃料送給タンクは適当な圧力にあるので、液化ガスが蒸発された後は独立したガスコンプレッサは何ら必要とされない。

燃料貯蔵タンクにおける燃料は昇圧されていないので、燃料貯蔵タンクは概ね長方形の壁を有しており、それによって船舶において利用可能な空間を効率的に使用できるようにする。燃料貯蔵タンクは主として液化ガスの液圧によってもたらされる圧力を留保するように手配されている。

燃料送給タンクには、該燃料送給タンクの底部区画から該燃料送給タンクの上部区画まで延在し、かつ第二の熱交換器が設けられている循環ダクトを有する増圧システムを備えている。前記増圧システムは燃料送給タンクの圧力が必要なレベルになるように調節する。

ガス漏洩の危険性を最小にするために、第一の燃料供給ラインと、第二の燃料供給ラインと燃料送給ラインとが気密性の外側チューブの内部で配置されている。更に、少なくとも１個のガス貯蔵タンクと燃料送給タンクが気密性の区画室に配置されており、気密性の外側チューブが気密性の区画室中へ開放しており、気密性の空間を形成している。漏れのある場合、気密性の区画室および（または）外側チューブに設けられている不活性ガス用の入口を介して不活性ガスあるいはその他の保護媒体を前記空間へ送給しうる。

本発明を添付の概略図面を参照して以下説明する。

図１には、一例として周遊客船である船舶１が極めて概略的に示されている。本船舶にはガス駆動のピストンエンジン２が設けられている。例えば、天然ガスは、環境的に有益であり、また排気ガスは事実上煤煙あるいは可視煙がないという事実から船舶の乗客にとって快適でもある極めてクリーンな排気を生じる。ガス駆動の船舶用の燃料システム４は少なくとも１個の燃料貯蔵タンク６を含む。ガスは約マイナス１６２℃の温度において液状形態で貯蔵されるため、貯蔵タンクは断熱されている。船舶の空間を効率的に利用するために、前記貯蔵タンク６は概ね長方形の壁６．１から構成されている。船舶の空間が効率的に利用されることは図２から知ることができる。比較のために、前記図面はまた、貯蔵タンク６と同じ断面積の圧力容器（すなわち、円筒形断面）と圧力容器の円形であることよって控えておくべき実際の空間（陰影をつけた四角部分）を示している。従って、図２から本発明による燃料システムは当該船舶における空間の利用を効率的にしていることが明らかである。

利用可能な空間を正に効率利用することに加えて、本発明による燃料貯蔵タンク６は圧力容器よりもかなり安価に構築される。

燃料システム４において、ガス駆動のエンジン２へ燃料がそこから送給される独立した燃料送給タンク８がある。この送給タンクは断熱された圧力容器であるが、貯蔵タンク６よりも容積がかなり小さい。従って、燃料システムにおいて圧力容器を使用することの欠点が最小化される。送給タンクの大きさは全速力で約４時間分の消費に合わせた寸法とされている。この大きさはまた、高速な負荷変動の間であっても前記タンクが圧力を維持することができるように決められる。これはエンジンのパワーによって左右される。燃料送給タンク８は貯蔵タンク６の容積の１０％以下である。このように、燃料は必要な圧力でエンジンに送給することができ、しかも空間の不必要な無駄を排除する。第一の燃料供給ライン１２にはポンプ１０が設けられている。前記第一の燃料供給ラインは燃料貯蔵タンク６と燃料送給タンク８とを接続し、燃料貯蔵タンク中の液化ガスに到達するように該燃料貯蔵タンクの底部区画中へ延在するように設けられている。燃料は貯蔵タンク６から液化形態で送給タンクまで汲み上げられ、同時に圧力を、典型的には約３−５バールである船舶のピストンエンジン２が必要とするものより高いレベルまで昇圧させる。それに対して、燃料貯蔵タンク６の方は大気圧であり、実際には主として液化ガスによって生じる液圧である。

また、これも燃料貯蔵タンク６と燃料送給タンク８を接続する第二の燃料供給ライン１４があるが、但しこの供給ライン１４は気体状のガスのみが存在している燃料貯蔵タンク６の上部区画中へ延在するように設けられている。第二の燃料供給ライン１４は貯蔵タンク６からの沸騰ガスを燃料送給タンク８まで搬送するために設けられている。燃料貯蔵タンクは低圧であるので、第二の燃料供給ラインにはガスの圧力を燃料供給タンク８に行き渡っているガスの圧力まで昇圧するためのコンプレッサユニット１６が設けられている。

燃料送給タンク８からの燃料は燃料送給ライン２０を介してエンジン２まで導かれる。前述のように、前記燃料送給タンク８におけるガスは主として液相状態であり、そのため燃料送給ライン２０には、ピストンエンジン２に送給する前に液化ガスを蒸発させるために蒸発器、すなわち第一の熱交換器２２が設けられている。燃料送給ラインは燃料送給タンク８の底部区画からエンジンまで延在しており、液状ガスを吸引する。前記燃料送給タンク８には、該燃料送給タンク８の底部区画から該燃料送給タンクの上部区画まで延在し、第二の熱交換器２８が設けられている循環ダクト２６を有する増圧システム２４が設けられている。

図３には、可能な限り同じ参照数字を使用している、本発明による燃料送給システムがより詳細に示されている。図３において、燃料送給タンクにおける増圧システム２４には第二の熱交換器２８の作動を制御する圧力センサ３０が設けられていることが示されている。前記燃料送給タンク８における圧力が所定レベル以下に減少すると、第二の熱交換器の動力が増大し、それが燃料送給タンク８における液化ガスの蒸発速度を増大させ、圧力を正しいレベルまで増大させる。図３はまた、燃料送給タンクには、第一の燃料供給ライン１２のポンプ１０の作動を制御し、燃料送給タンクにおける液化ガスの量を適当なレベルに保っている表面レベルプローブ３２が設けられていることも示している。

本発明の更に別の特徴は、第一の燃料供給ライン１２、第二の燃料供給ライン１４および燃料送給ライン２０には、前記供給ラインを周囲環境から遮断するガス密の外側チューブ３４が設けられていることである。これはガス漏れの危険性を最小にするために採られた安全対策である。また、燃料貯蔵タンク６および燃料送給タンク８は上記と同じ理由から気密性の区画室３６に配置されている。気密性の外側チューブ３４は気密性区画室の中へ開放しており、気密性空間を形成している。気密性の区画室３６および外側チューブ３４は不活性ガスの入口３８を含む。ガス漏れのあった場合、不活性ガスを前記空間中へ噴射することによって気密性空間を安全にすることができる。

燃料貯蔵タンク６が実際の圧力容器でなく、概ね長方形の壁６．１を有するように手配されているという事実によってまた、円形断面を有する圧力容器よりも要する空間が少ないため気密性区画室内に貯蔵タンクを密閉し易くする。

燃料送給システムはまた、燃料充填ライン４０によって各燃料貯蔵タンク６に接続されている燃料庫４４が設けられている。燃料充填ラインにもまた、外側チューブ４２が設けられている。

本発明は前述した例に限定されるのではなく、例えばピストンエンジン、燃料貯蔵タンク、燃料送給タンクなどの数は変動可能であり、本発明の概念の範囲内でその他の種々の実施例において実行しうることは明らかである。

本発明による燃料送給システムの実施例を備えた周遊客船を示す。 図１に示す船舶の縦断面図を示す。 本発明による燃料送給システムの実施例を示す。

Claims (8)

1. 船舶におけるガス駆動ピストンエンジン用の燃料システム（４）であって、ガス燃料が前記船舶（１）内の少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）に液化ガスとして貯槽され、前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク内には前記液化ガスによって生じる液圧のみが行き渡り、前記燃料システム（４）が、前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）と接続された独立した燃料送給タンク（８）を更に含み、第一の燃料供給ライン（１２）が前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）と前記独立した燃料送給タンク（８）とを接続し、前記燃料システム（４）において燃料送給ライン（２０）が前記独立した燃料送給タンク（８）の底部区画から前記ピストンエンジン（２）まで延び、前記燃料送給ライン（２０）内の第一の熱交換器（２２）が、前記ピストンエンジン（２）への送給前に前記液化ガスを蒸発するようになっている燃料システム（４）において、
   前記独立した燃料送給タンク（８）が断熱された圧力容器であり、前記ガス燃料が前記独立した燃料送給タンク（８）においては液相で、かつ昇圧されていること、および
   前記独立した燃料送給タンク（８）は、循環ダクトを有する増圧システム（２４）を備え、前記循環ダクトは第二の熱交換器（２８）を備え、かつ前記独立した燃料送給タンク（８）の底部区画から前記独立した燃料送給タンク（８）の上部区画まで延びることを特徴とするガス駆動ピストンエンジン用の燃料システム。
2. 前記独立した燃料送給タンク（８）の容積が、前記船舶（１）における前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）の全体容積の３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の燃料システム。
3. 前記第一の燃料供給ライン（１２）には、前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）から前記独立した燃料送給タンク（８）まで前記液化ガスを汲み上げるポンプ（１０）が設けられており、前記ポンプ（１０）はまた、前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）における概ね大気圧から約１０バールの圧力まで前記液化ガスの圧力を昇圧するようにもされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料システム。
4. 前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）がそれぞれ概ね長方形の壁（６．１）を有するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料システム。
5. 前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）が、前記液化ガスの液圧によって生じる圧力に耐えることができるようになされていることを特徴とする請求項４に記載の燃料システム。
6. 前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）と前記独立した燃料送給タンク（８）とを接続する第二の燃料供給ライン（１４）をさらに含み、前記第一の燃料供給ライン（１２）、前記第二の燃料供給ライン（１４）および前記燃料送給ライン（２０）は、気密性外側チューブ（３４）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料システム。
7. 前記少なくとも１つの燃料貯蔵タンク（６）および前記独立した燃料送給タンク（８）がそれぞれ気密性区画室（３６）内に配置され、前記気密性外側チューブ（３４）が前記気密性区画室（３６）中へ開放して気密性空間を形成していることを特徴とする請求項１に記載の燃料システム。
8. 前記気密性区画室（３６）および（または）前記気密性外側チューブ（３４）が不活性ガス用の入口（３８）を含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料システム。

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