JP6348606B2 - ガス燃料システムにおける熱伝達方法及び熱伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、全体として、海洋船舶に搭載されて使用されるエンジンにガス燃料を供給するためのシステムに関する。特に、本発明は液化ガス燃料が加熱及び/又は蒸発される選択された位置に熱を伝達するための方法及び装置に関する。

天然ガス、即ち、一般的に、室温においてガス状となるのに十分な蒸発性を持つ炭化水素混合物は、内燃エンジンの燃料オイルの有利な代替物となるものである。

燃料として天然ガスを使用する海洋船舶においては、天然ガスは、典型的には、液体の状態で貯蔵され、一般的には頭文字LNG(Liquid Natural Gas)が使用される。天然ガスは、略-162°C(-260°F)である沸点以下の温度に維持することにより液体の状態で保たれる。 天然ガスは、また、十分に高い圧力に圧縮することにより燃料として貯蔵でき、この場合は、頭文字CNG(Compressed Natural Gas)が使用される。ここでの記載は、本書面を記載する時点においては、液化する方が圧縮するより経済的であるため、主としてLNGに言及するものである。

図１は、LNG燃料の船舶に搭載される既知のシステムの設計概念を示す図である。LNG給油ステーション１０１がデッキ上に位置し、システムにLNGを充填するために使用される。LNG燃料貯蔵システムは、１又は複数のLNGを液体の状態で貯蔵するための断熱ガスタンク１０２を有し、また、LNGが制御可能に蒸発され、エンジンに分配される、いわゆる、タンクルーム１０３が設けられている。蒸発は、液体からガス相への相転換を意味し、この理由で、次の段階では、頭文字から液体のLは切り離して、その替わりにNG（天然ガス）のみを使用する。

エンジン１０４、即ち、船舶のエンジンは、エンジンルーム１０５内に配置されている。各エンジンは、対応するエンジン特有の燃料注入サブシステム１０６を持ち、ここでは、ガス燃料の場合はGVU(Gas Valve Unit)として参照されるガス源が存在する。 図１のタンクルーム１０３は２つの蒸発器を有し、第１の蒸発器１０７はいわゆるPBU（蓄圧）蒸発器でガスタンク１０２の内部で十分な圧力を維持するために使用される。ガスタンク１０２の内部の主供給ライン１０８の入口における静水圧は、LNGを第２蒸発器１０９内に流入させる駆動力となるものであり、その第２蒸発器は、そこから燃料がガスの形態でエンジンに向けて分配されるMGE、即ち、主ガス蒸発器となるものである。蒸発したガスが、GVUへ、更にエンジンへ流れることを確実にするため、PBUシステムはガスタンク１０２の内部圧力を、典型的には５〜１０バールの間の所定の圧力、或いはそれの近傍の圧力に維持する。

エンジン１０４は、１又は複数の冷却回路を備える。図１に概略的に示されるように、いわゆる低温（LT）冷却回路の外部ループ１１０が存在し、これは、例えば、潤滑オイルの冷却に使用される。外部ループ１１０内を循環するいわゆる低温（LT）水は、熱交換器１１１を通るときは５０°Ｃ程度の温度で、熱交換器１１１においては、熱をグリコールと水の混合体に伝達し、この混合体は、次に、蒸発器１０７及び１０９に熱を伝達する。グリコール/水混合体の回路は、循環ポンプ１１２及び膨張タンク１１３を有する。グリコールは混合体においては、蒸発器１０７及び１０９の入口部の極めて低温のLNGに接触するような場合に、混合体が凍結することを防ぐために必要とされるものである。

図１に示されるシステムにおける熱と流体の流れは図２に模式的に示されている。LNGはガスタンク１０２からタンクルーム１０３内にあるPBU蒸発回路２０１及びMGE蒸発回路に流れる。エンジン１０４内における燃焼（及び摩擦）から発生し、冷却水回路１１０からグリコール/水混合体回路２０３に伝達され、次いでそこでPBUとMGE蒸発回路２０１，２０２に熱を与える。これらは、共にガスを生成し、PBU蒸発回路の場合はガスタンク１０２に戻され、MGE蒸発回路の場合はエンジン１０４に導かれる。

図３は若干異なる構成図を示すが、ガスタンク１０２，PBU蒸発器１０７及びMGE蒸発器１０９の蒸発回路の部分は図１のものと本質的に同じである。右側のパイプ３０１と３０２は、それぞれ、グリコール/水混合体回路の流入パイプ及び流出パイプである。

図１乃至図３に記載された従来のアプローチの欠点は、比較的複雑な構造にあり、このことは、ガス燃料海洋船舶を建造するときに造船施設における建造期間を長くし、建造費が比較的に高くなることである。他の不利な特徴としては、極低温のLNGが流れるパイプの数が比較的多くなり、予期せぬ危機的故障により低温の液化ガスがタンクルーム及び/又はその周囲に溢れるような事態を生じさせる可能性があることである。
カナダ特許CA 2653643 号は、極低温貯蔵タンクにより画成された極低温空間から液化ガスと蒸気を供給するための分離した通路を有する圧力制御システムであって、エンジン用にガスを蒸発させ、タンク内の圧力を蓄積するために熱源を備える熱交換器が使用されるシステムを開示している。
米国特許出願US 2011/146605号は、エンジンによる流れ駆動を備える天然ガス自動車エンジンのための液化天然ガスシステムが、少なくとも１つの熱交換器を通る２つの通路を含み、エンジン用のLNGを蒸発させ、タンクの圧力を蓄積するための熱源を備える熱交換器が使用されるシステムを開示している。

以下に本発明の種々の実施例の態様の基本的理解を提供するために簡略化した概要を述べる。この概要は、本発明の広範囲にわたる外観を単に提供するものではない。また、本発明の要件或いは必須の要素を特定するものでもなく、また、本発明の範囲を特定するものでもない。以下の概要は、本発明のより詳細な例示的実施例の記載に対する導入部として、簡略した形態で本発明の概念を単に提供するものにすぎない。

本発明の１つの態様によれば、従来のシステムに比べ、製造コストをと構造上の複雑さを低減することを可能とする、建造海洋船舶用の燃料貯蔵及び分配システムが提供される。本発明の他の態様によれば、ガス燃料船舶の建造期間を低減できる燃料貯蔵及び分配システムが提供される。本発明の更なる他の態様によれば、上述のシステムの全ての利点を利用することにより、ガス燃料海洋船舶のガスタンク内における圧力を維持するための方法が提供される。

本発明の有利な目的は、例えば、エンジン冷却回路のような外部の熱源回路の一部をタンクルームに引き入れ、タンクルーム内の熱伝達回路を外部の熱源回路からガス燃料に熱を伝達するためのタンクルーム内のローカル熱伝達回路を使用することにより達成される。上記の後半の部分は、直接的あるいは間接的に行うことができる。間接的な適用においては、ローカル熱伝達回路は、ガスタンクの一部を通る閉回路内を流れる流体加熱媒体を加熱する。直接的適用は、ガスタンクを通る閉回路内を循環するようにして、或いはガスタンクから引き出されたガス燃料がタンクルーム内の蒸発器或いは熱交換器を通るようにするかのいずれかにより、ローカル熱伝達回路の内容物がガス燃料を加熱することを意味する。

内部である物質から他の物質への実際の熱伝達が生じる構造上の要素が物理的に比較的小さくできるという点で、蒸発と凝縮は熱伝達の非常に有効な手段である。蒸発及び凝縮は、また、重力を効果的に利用することができる。蒸発した媒体の密度は同じ物質の液相に比べかなり小さく、したがって、ガス相は常に循環の高い部分に到達しようとし、循環ポンプを必要としない。これらの理由のため、凝縮器及び再蒸発器を備えるようにローカル熱伝達回路（及び 間接的適用がなされる場合は、媒体を加熱するための追加的な閉回路）を組み込むことが有利である。

本発明は、従来技術において必要と考えられていたグリコール/水混合体の循環を完全に除去することを可能にするものである。一つのサブシステムを除くことができるため、海洋船舶の建造はプロセスとしてより簡素化されたものとなる。ガスタンク及びタンクルームを備える燃料貯蔵及び分配システムの部材は、別々に製造することができ、モジュールとして造船設備に供給でき、したがって、エンジンの冷却回路のような外部の熱源回路へのパイプラインのみが造船施設で加えられるだけである。循環ポンプ、膨張タンク、及び従来使用されていたグリコール/水混合体の循環の他の部材は全く必要がなくなる。
本願において示される本発明の例示的実施例は、添付の特許請求の範囲の適用性に関して限定を与えるものと解釈してはならない。「有する」の用語は、本願においては、記載されない特徴の存在を排除しない開かれた限定として使用されるものである。従属項において記載された特徴は、特に明示的に述べられた場合を除き、互いに自由に組み合わすことができる。

本発明の特性と考えられる新規な特徴は添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、本発明自体は、構造及び運転方法の両方について、添付の図面と関連させて読むとき、追加的な目的と利点と共に良好に理解できるであろう。

従来技術のLNG燃料分配構造を示す図である。 従来技術における熱と媒体の流れを示す図である。 従来技術のLNG燃料貯蔵及び分配システムの部分を示す図である。 本発明の実施例による燃料貯蔵及び分配システムに流れる熱及び材料を示す図である。 図４に示される原理に従う燃料貯蔵及び分配システムの部分を示す図である。 本発明の一実施例による燃料貯蔵及び分配システムにおける熱及び材料の流れを示す図である。 図６に示された原理に従う燃料貯蔵及び分配システムの部分を示す図である。 本発明の一実施例による燃料貯蔵及び分配システムにおける熱及び材料の流れを示す図である。 図８に示された原理に従う燃料貯蔵及び分配システムの部分を示す図である。 本発明の一実施例による燃料貯蔵及び分配システムにおける熱及び材料の流れを示す図である。 図１０に示された原理に従う燃料貯蔵及び分配システムの部分を示す図である。 本発明の一実施例による燃料貯蔵及び分配システムにおける熱及び材料の流れを示す図である。 本発明の一実施例による燃料貯蔵及び分配システムの制御機構の概略図である。

図４は、本発明の一実施例によるガス燃料駆動海洋船舶のための燃料貯蔵及び分配システムにおける熱及び材料の流れの一部を模式的に示す。ガス燃料は、原則的には液化された状態で断熱タンク４０１内に貯蔵されている。ガスタンク４０１内を十分な圧力に維持するため、及び単なる自然蒸発の結果として、ガスタンク４０１内のガス燃料の一部は常にガス相となっており、そのため、図４では液化を示すLに括弧を付けて示している。ガスタンクに接続して、或いは隣接して、それに関連するタンク接続部及びバルブを囲む気密のタンクルーム４０２が存在している。

ブロック４０３は海洋船舶のエンジンを示す。エンジン４０３は、少なくとも一部はガス燃料が供給されるものであり、このことは、エンジンは少なくともガス燃料を使用するが、燃料オイルのような液体燃料の使用も可能とするものである。燃焼、即ち燃料の燃焼は運動部分の摩擦と共にエンジン４０３内で熱を発生する。過度の熱を放出するために、エンジン４０３は１又は複数の冷却回路を有する。冷却回路は、一例として、シリンダーヘッドのような最も高温の部分を冷却するためのいわゆる高温（HT）冷却回路と、オイル冷却器のような他の部分を冷却するためのいわゆる低温（LT）冷却回路を有する。運転の間、代表的なHT冷却回路の温度は約１００℃であり、一方、代表的なLT冷却回路の温度は約５０℃えである。図４は、例としてLT冷却回路を示しているが、全体を通して一般的にエンジン冷却回路４０４について述べる。

エンジン冷却回路４０４の一部はタンクルーム４０２内に達しており、したがって、燃料貯蔵及び分配システムという観点からは、外部熱源回路として作動する。ローカル熱伝達回路４０５が、矢印４０６で示すように、タンクルーム４０２内にあるエンジン冷却回路の一部から熱を抽出するように構成されている。ローカル熱伝達回路４０５の一部として、ガスタンク４０１内の圧力を増加するために燃料を加熱するように構成された加熱装置が存在している。このガス燃料の加熱は直接的に及び/又は間接的に行うようにすることができる。

図４の上部部分は、ガスタンク４０１内の圧力を増すため（或いは適切な圧力を維持するため）にガス燃料の加熱を間接的に行う適用例を示している。間接的な熱伝達は、圧力蓄積（PBU）熱伝達回路４０７を通して行われ、圧力蓄積（PBU）熱伝達回路４０７は、 PBU熱伝達回路内４０７内に含まれる流体加熱媒体をタンクルーム４０２とガスタンク４０１の間で循環させることを可能とする閉回路を構成している。矢印４０８は、ローカル熱伝達回路４０５からPBU熱伝達回路４０７への熱の伝達を表し、矢印４０９は、PBU熱伝達回路４０７からガスタンク４０１内のガス燃料の液相及び/又はガス相への熱の伝達を表している。

図４の下部部分は、ガスタンク４０１から導出された液化ガスを海洋船舶のエンジン４０３へ供給するために蒸発することを示してしる。これは、ローカル熱伝達回路によるガス燃料の直接的加熱の適用の例である。矢印４１０により示されるように、液化ガス燃料はガスタンク４０１から主ガス蒸発器（MGE）蒸発回路４１１に流れ、その主たる部分はタンクルーム４０２内に位置している。ローカル熱伝達回路４０５は、（矢印４１２で示されるように）MGE蒸発回路４１１内の液化ガス燃料に熱を伝達し、ガス相への相変換を生じさせる。矢印４１３は、エンジン４０３へのガス燃料の流れを示す。

図５は、図４を参照して説明した原理の１つの可能な具体的な適用例を示す。ローカル熱伝達回路は、ローカル熱伝達再沸騰器５０１、及びそれに流体接続されたローカル熱伝達凝縮器５０２を有している。この流体接続は、流体（即ち、ガス又は液体）伝達媒体（個別に示されていない）がローカル熱伝達再沸騰器５０１とローカル熱伝達凝縮器５０２の間で流れることを可能にしている。タンクルーム内に達するエンジン冷却回路の一部は、ローカル熱伝達再沸騰器５０１内の高温要素５０３を構成している。PBU熱伝達回路の一部は、ローカル熱伝達凝縮器５０２内の低温要素を構成している。

「高温（ホット）」及び「低温（コールド）」への言及は、対応する要素の目的を示すものであって、人が熱い、或いは冷たいと感じることと必ずしも一致するものではない。再沸騰器内の高温要素は、使用中に、熱を伝達媒体に与え、それを蒸発させるように意図された部分である。凝縮器内の低温要素は、使用中に伝達媒体から熱を受け取り、それを凝縮させるように意図された部分である。熱は、エンジン冷却回路からパイプ５０５を通して流入するLT低温水によって高温要素５０３に入り、エンジンに向かうLT水の戻り通路がパイプ５０６を通して延びている。

図５の適用例においては、PBU熱伝達回路の閉回路が、低温要素５０４から第１バルブ５０７を介してガスタンク４０１内に位置する加熱要素５０８に延びている。PBU熱伝達回路内を循環する加熱媒体の戻り通路が第２バルブ５０９を通して低温要素５０４に延びている。低温要素５０４は、加熱媒体の再沸騰器として作動する、換言すると、ローカル熱伝達凝縮器５０２内の伝達媒体から受け取った熱は低温要素５０４内で加熱媒体を蒸発させることとなる。加熱要素５０８は、次に加熱媒体の凝縮器として機能する。換言すると、加熱要素５０８を通る加熱媒体は貯蔵されている燃料のガス相及び/又液相に十分に熱を与え、加熱媒体は加熱要素５０８内で凝縮する。バルブ５０７及び５０９は、上記閉回路を通る加熱媒体の流れを制御し、これにより必然的に貯蔵されるガス燃料を加熱するために使用される加熱出力を決定する。

本発明は、ガスタンク内の加熱要素５０８の形態と位置については、重要でないが、ガス燃料の温度の層状化を防ぐように加熱要素を設計することにより、一定の利点が得られる。温度の層状化は、異なる温度を持つ水平の層を形成することを意味する。もしこれを防ぐための手段を講じないと、特に静止状態においては（入口におけるように、或いは保護された水路に沿って進むようなとき）、過熱されたガスのクッションがガスタンクの頂部に現れ、比較的高い内部圧力が生じるる結果となる。液相のより深い層は、飽和限界よりかなり低い温度を持つ可能性がある。もし、急激な移動が生じてガスタンク内の内容物に液飛びが生じると、既に過熱されたガス相が急激に冷やされ、内部圧力が急激に低下する。ガスタンク内の急速な圧力の変動は、エンジンへのガス燃料の円滑な流れを維持することを困難にする可能性がある。

ガスタンクの頂部から底部に達する加熱要素は、図５に模式的に示されるように、貯蔵されたガス燃料のガス相及び液相の両方を加熱することを可能にする。このようにして、液相の大部分飽和状態或いはそれに近い状態に維持され、一方、ガス相の加熱は十分な内部圧力を維持することに作用する。また、PBU加熱回路に２又はそれ以上のガスタンクを通るループを設け、それぞれにガスタンク内で自身の加熱要素と制御バルブを設けることも可能である。例えば、液相を飽和状態に向けて加熱するための１つの加熱要素をガスタンク内の比較的低い位置に設け、一方において、他の加熱要素をガスタンク内の比較的高い位置にもうけ、圧力を維持するためにガス相を加熱するようにすることもできる。

図５に示されている他の詳細は、ガスタンク内の極めて低温の液化ガスへの底部レベルでの接続部を排除している点である。誤った場所への液化ガスの流出をもたらすような漏れ或いは破損を生じさせるいかなるパイプの存在も安全性を脅かす可能性となる。閉回路のPBU熱伝達回路の使用は、たとえ、パイプに漏れが生じて、（比較的少量の）加熱媒体が出てきても、ガスタンクの全量が出てくることはない。たとえ、加熱要素５０８からの戻りパイプがガスタンク４０１の底部の貫通部を通して出ても、上部の利点は得られるであろう。上記の解決方法は、凝縮した加熱媒体をタンクルーム側に戻すための通路をより容易にすることを可能とするであろう。全ての貫通部分はガスタンク４０１の上部にある、図５に示された適用例においては、全ての状況において加熱要素５０８を出てくる凝縮した加熱媒体をサイホン効果が汲み上げることを確実にするように、サイズについては十分に配慮する必要がある。

ガスタンク４０１から引き出された液化ガス燃料を蒸発させ、また、ガス燃料を海洋船舶のエンジンに供給するため、図５の燃料貯蔵及び分配システムはMGE、即ち主ガス蒸発器を備えている。MGEの一部は、PBU熱伝達回路の一部である低温要素５０４のように、同じローカル熱伝達凝縮器５０２内に位置している他の低温要素５１０を形成している。供給パイプ５１１は、液化ガス燃料をガスタンク４０１からMGEへ流すことを可能にし、また、流出パイプ５１２は蒸発したガス燃料をエンジン（図示せず）の方へ導く。PBU熱伝達回路の一部である低温要素５０４とMGEの一部である低温要素５１０を別々のローカル熱伝達凝縮器内に配置することは可能である。二つの異なるローカル熱伝達回路を設け、パイプ５０５と５０６を二つの別個のローカル熱伝達再沸騰器に分岐させ、それぞれに、低温要素５０４と５１０のそれぞれにローカル熱伝達凝縮器を設けるようにすることの可能である。

図４及び図５に示されるシステムにおいては、ローカル熱伝達回路は、MGE蒸発回路内において直接に、また、PBU熱伝達回路を通して間接的に液化ガス燃料に熱を伝達する。図６及び図７は、上記２つの熱伝達の両方が直接に行われる代替的なアプローチを示している。システムの図４における対応する部分と同じ部分は、ガスタンク４０１，タンクルーム４０２，エンジン４０３、エンジン冷却回路４０４、及びMGE蒸発回路４１１である。また、ガスタンク４０１からMGE蒸発回路へのLNGの流れ４１０は、エンジン冷却回路４０４からローカル熱伝達回路へ、更にMGE蒸発回路４１１への熱の流れ４０６と４１２と同様に、図４のものと同様に行われる。図４のアプローチと異なる部分としては、別個のPBU熱伝達回路が存在してなく、ローカル熱伝達回路が同様な機能を果たしている点である。この目的のために、図６においては、回路６０１が、ローカル及びPBU熱伝達回路と呼称されている。

図７は、図６の原理の実際の可能な適用例を示す。図５に示されたものと同じ部材については、同じ参照符号を使用している。例えば、ローカル熱伝達回路はローカル熱伝達再沸騰器５０１を有し、タンクルーム内に達するエンジン冷却回路の一部はローカル熱伝達再沸騰器５０１内に高温要素５０３を形成している。図５と異なる点として、ローカル熱伝達凝縮器はローカル熱伝達再沸騰器５０１と流体接続されているが、隣接する凝縮チャンバー７０１だけ以上のものを有している。ローカル熱伝達凝縮器は、少なくとも部分的にタンクルームに隣接するガスタンク４０１内に延びている。

送出通路７０２は蒸発した伝達媒体がローカル熱伝達再沸騰器５０１から凝縮チャンバー７０１に流れるために存在する。戻り通路７０３が利用可能であり、ここを通して凝縮した伝達媒体が凝縮チャンバー７０１から熱伝達再沸騰器５０１に戻される。しかしながら、全ての蒸発した伝達媒体が凝縮チャンバー７０１内で直ちに凝縮されるものではない。パイプ７０４は、蒸発した伝達媒体の一部を送出する他の送出通路を形成し、凝縮チャンバー７０１からガスタンク４０１内に位置する外部の凝縮要素７０５に送り出す。バルブ７０６及び７０７が、ガスタンク４０１内に延びる外部凝縮要素７０５を備えるループ内の伝達媒体の流れを制御するために設けられる。

前記ループからの（凝縮した）伝達媒体の戻り通路はバルブ７０７を経て凝縮チャンバー７０１内に位置する低温要素７０８に入る。以下により、より明かになるため、これを第１戻り通路と呼ぶ。すなわち、低温要素７０８から、伝達媒体を低温要素７０８からローカル熱伝達再沸騰器５０１に流すための第２戻り通路７０９が存在する。逆止弁７０１或いは何らかの一方向流れ装置が前記第２戻り通路に設けられ、蒸発した伝達媒体がローカル熱伝達再沸騰器５０１から低温要素７０８に逆流して流れないようにしている。

低温要素７０８は、伝達媒体が、ローカル熱伝達再沸騰器５０１に入るときに冷えすぎないようにするための予熱器として機能する。外部凝縮器要素７０５から流出する凝縮した伝達媒体の温度は、数バールのオーダーの圧力で貯蔵される液化ガスの温度に近い。一方、高温要素５０３内に循環する液体は、エンジン冷却回路から出てくるものであり、大部分が水である。外部凝縮器要素７０５から出てくる極めて低温の伝達媒体が直ちに高温要素５０３と接触できるようにされると、凍結を引き起こす可能性がある。したがって、伝達媒体を、この場合は凝縮チャンバー７０１内の低温要素７０８である予熱器を通して流すようにすることが有利である。第２戻り通路７０９及び逆止弁７１０は、また、余熱された伝達媒体が低温要素７０８から出て単に周囲の凝縮器に流れ、直接の戻り通路７０３を経てローカル熱伝達再沸騰器５０１に流れるようにして省略することができる。

図５に示された実施例と同様な方法により、図７の燃料貯蔵及び分配システムは、主ガス蒸発器を有し、その一部はローカル熱伝達凝縮器（ここでは、凝縮チャンバー７０１内にある）低温要素５１０を形成している。MGEに接続しているパイプ５１１及び５１２は図５と同じである。

本発明の全て実施例がタンク内の圧力を維持するためにガスタンク内の加熱要素に接続されているものではないが、これを使用することにより一定の利点を得ることができる。ガスタンク内の圧力を増加させるためにガス燃料を加熱する態様は、タンクルーム内で取り扱われるガス燃料により完全にかなえられる。図８及び図９は燃料貯蔵及び分配システムの構成部材と熱の流れを示し、こでは、タンク圧力はガスタンクからのガス燃料を外部の圧力蓄積蒸発回路を通して循環させることにより維持される。既に述べた図面の対応する部材に基本的に類似してる部材については同じ参照符号を用いている。

図４及び図５との異なる部分として、PBU蒸発回路８０（図４及び図６に示されるようなPBU回路ではない。）がタンクルーム４０２内に位置している。LNGは矢印８０２に従ってガスタンク４０１からPBU蒸発回路８０１に流れ、ガス相のガス燃料はPBU蒸発回路８０１から矢印８０３に従ってガスタンク４０１に戻される。PBU蒸発回路８０１内のLNGを蒸発させるための熱は、矢印８０４に従ってローカル熱伝達回路４０５から入る。

図９は、図８に示される原理の一つの実現可能な適用例を示す。ローカル熱伝達回路は、既に図５に関連して述べたように、互いに流体接続されているローカル熱伝達再沸騰器５０１とローカル熱伝達凝縮器５０２を有している。タンクルーム内に達するエンジン冷却回路の一部は、ローカル熱伝達再沸騰器５０１内の高温要素５０３を形成している。この燃料貯蔵及び分配システムは、圧力蓄積蒸発器９０２を備える圧力蓄積ループ９０１を有している。タンクルームに隣接しているガスタンク４０１内に貯蔵されている液化ガス燃料は、パイプ９０３を通して圧力蓄積蒸発器９０２に引き出され、ガス相のガス燃料は圧力蓄積蒸発器９０２から他のパイプ９０４を通してガスタンク４０１に戻される。圧力蓄積蒸発器９０２はローカル熱伝達凝縮器５０２内の低温要素を構成する。

図８のブロック４１１として示されるMGE蒸発回路は、また、図９においても概略的に示されている。この目的は、パイプ９０５を通してガスタンク４０１から引き出された液化ガス燃料を蒸発し、ガス相の燃料をパイプ５１２を通して海洋船舶の１又は複数のエンジンに供給することにある。MGE蒸発回路の一部は、圧力蓄積蒸発器９０２と同じように同じローカル熱伝達凝縮器５０２内の低温要素５１０を形成している。

図９は、また、流入パイプ９０３及び９０５をガスタンク４０１の低い位置に設け、それによりそれらが実際に常に液相の下になるようになし、それらのパイプを、液化ガスの静圧がLNGを蒸発器に流す主たる駆動源となるように引き出す可能性を示している（実際の適用例においては、図９の右側に示される熱交換器/蒸発器はかなり低い位置となる。）。以前に、ガスタンクの低い部分における貫通部と、その貫通部から引き出されるLNGが流れるパイプは、極低温のLNGが漏れ又は破損部を通して漏出するリスクとなる旨指摘した。しかしながら、適切な材料と構造上の工夫により受け入れ可能なレベルとすることができる。LNGの静圧を利用することは、いかなる場合においてもサイホン効果に頼る必要がなく（例えば。高波によるLNGの跳ね上がりによる誤作動の可能性がある。）、また、ポンプを必要としない（極低温での連続的な作動に耐えるポンプは高価である。）という利点を有する。

図１０は本発明の１実施例を示し、ここではローカル熱伝達回路４０５がタンクルーム４０２内のPBU熱伝達回路１００１に熱を与え、PBU熱伝達回路１００１は、タンクルーム４０２からガスタンク４０１に到達する第１分岐管１００２と第２分岐管１００３に分岐している。 第１分岐管１００２と第２分岐管１００３の両方は、それぞれ矢印１００４と１００５に従い、熱をガスタンク４０１内の燃料に与えるが、これは、ガスタンク４０１内の異なる位置で、異なる方法で行われる。

図１１は、図１０に示された原理の可能性のある実際の適用例の１つを示す。PBU熱伝達回路の一部はローカル熱伝達凝縮器５０２内の低温要素を形成している。ガスタンク４０１内には第１加熱要素１１０１と第２加熱要素１１０２が存在し、低温要素５０４からそれぞれ制御バルブ１１０３及び１１０４を介して流体加熱媒体が流れる。戻りバルブ１１０５尾予ｙび１１０６が、流体加熱媒体を第１及び第２加熱要素１１０１、１１０２から低温要素５０４に戻すことができるようにしている。供給パイプ５１１が図１１の上部に１つだけ模式的に示されている。そのパイプはガスタンク４０１の内部から延びるものであるが、ここでは、その通路は重要でない。

第１加熱要素１１０１はガスタンク４０１内のガス燃料の気相と液相の両方に熱を与えるように構成され、配置されている。換言すると、第１加熱要素１１０１の一部はガス相が存在するガスタンク４０１の上部にあり、第１加熱要素１１０１の他の部分は、液相が存在するガスタンク４０１の底部にある。 第１加熱要素１１０１は、必然的にガスタンク４０１の内部の高さの大部分にわたり延びるようにすることができる。第２加熱要素１１０２は、主としてガスタンク内のガス燃料の気相と液相の１つのみに熱を与えるように構成され、配置される。図１１の実施例では、第２加熱要素１１０２はガスタンク４０１の底部に位置しており、主として液相のみに熱を与えるようにしている。

ガスタンク内のパイプの入口部の位置とパイプが引き出される経路は、本発明においてはそれほど重要ではないことを留意されたい。図５，７，０及び１１に概略的に示されたものの可能性は、種々の方式により組み合わせることができる。同様に、図５や図７に示されるようなPBU熱伝達回路を、それが使用される場合、種々の方法で製造することも、また、図１１の実施例の他の特徴と種々の方式で組み合わせることもできる。

図１２は実際のエンジン冷却回路以外の他の外部熱源を使用する可能性を示す。従来、必要とされたグリコール/水混合体回路を省くことにより構成要素と製造期間を節約するためには、一般的に船の建造に基づく既に存在する回路を使用することが有利である。図１２の実施例においては、エンジン１２０３は冷却回路１２０４を有しているが、そのいずれの部分もタンクルーム４０２に達していない。エンジン１２０３から廃棄される熱は、矢印１２０６に従い蒸気発生回路１２０５に伝達される。蒸気発生回路１２０５の一部がタンクルーム４０２内に達しており、そこでローカル熱伝達回路４０５が矢印１２０７に従って熱を抽出する。

他の可能性のある外部熱源回路としては、船舶のHVAC（加熱、換気及び空調）システムの一部からの熱を含む。大型の海洋船舶は、また、主エンジンの他に他の動力機械を有し、その動力機械は、対応する冷却装置への熱の移動が本発明の実施例に従う燃料貯蔵及び分配システムのための外部熱源として使用するために利用できるようにして、冷却される必要がある。更なる他の外部熱源回路の可能性のある形態は、タンクルーム内に一部が達する熱オイル回路である。

図１３は、燃料貯蔵及び分配システムを制御する装置の概略図である。この制御の中心要素は制御装置１３０１であり、例としてマイクロプロセッサである。コンピュータにより読み取り可能な命令が不揮発性メモリ１３０２に記憶されており、制御装置１３０１により実行されるとき、本発明の実施例に従う方法が実行される。この方法は、タンクルーム内に達するエンジン冷却回路から熱を前記タンクルーム内のローカル熱伝達回路に伝達すること、及び燃料貯蔵及び分配システム内で扱われる液化ガス燃料を加熱するために使用することを含む。ローカル熱伝達回路は、ガスタンク内を通る閉ループ内を循環する流体加熱媒体を加熱することに使用される。ローカル熱伝達回路内の内容物はエンジン冷却回路から受けた熱により蒸発され、凝縮され、その凝縮はガス燃料に熱を与える。

燃料貯蔵及び分配システムの種々の位置における圧力は適切の配置された多数の圧力センサ１３０３により測定される。圧力を物理的に制御するためにとられる典型的な動作はガス及び液体の媒体の流れを制御する種々のバルブを開及び/又は閉とすることを含み、このために適切に配置された多くの作動装置１３０４が存在している。また、本システムに他の作動装置１３０５或いは制御装置を含ませることは可能であり、例えば、装置のある重要な部分の温度を制御するための制御可能なポンプやヒーターを含むようにすることが可能である。

圧力センサ１３０３，作動装置１３０４及び他の可能な作動装置１３０５は、物理的作動装置として共通して表している。入出力装置（I/Oユニット）１３０６は制御装置１３０１と物理的作動装置の間のインターフェースとして機能する。それは、制御装置１３０１とデジタル形態で情報を交換し、圧力センサ１３０３から電圧及び/又は電流の形態で測定信号を受け、作動装置１３０４及び１３０５に電圧及び/又は電流の形態で指令を与える。また、入出力ユニット１３０６は、制御装置１３０１と物理的作動装置を制御するために使用するアナログ電圧及び/又は電流レベルと通信するために使用するデジタル符号との間で必要な変換を行う。

バス接続１３０７が制御装置１３０１と、エンジン制御室及び/又は海洋船舶のブリッジ上に位置することのできる１又は複数のユーザインターフェース１３０８との間を連結する。ユーザインターフェースは、典型的には、１又は複数のディスプレイ、キーボード、ジョイスティック、ローラマウス等である。ユーザインターフェースのディスプレイ部分は、燃料貯蔵及び分配システムの状態と作動についての情報を人間ユーザに表示することに使用される。ユーザインターフェースの入力手段は、ユーザがガス燃料貯蔵及び分配システムの動作を制御する命令を与えるために利用可能である。

電源装置１３０９は、制御装置の種々の電気的作動部分に必要な作動電圧を抽出し、分配する。

上述した実施例の種々の変形及び改変が添付の特許請求の範囲の範囲を離れない範囲において可能である。

１つの明白な変形に属するものとして、ローカル熱伝達回路に含まれる分離した再沸騰器及び/又は凝縮器の数を変えることを含む。これまで、最小の数のローカル熱伝達再沸騰器及びローカル熱伝達凝縮器により比較的簡単な実施例のいくつかが述べられたが、２或いはそれ以上のローカル熱伝達再沸騰器及びローカル熱伝達凝縮器を含む実施例を提供することは比較的簡単なことである。他の明白な変形の種類として、熱伝達のメカニズムが含まれる。

以前に、蒸発及び凝縮は、例えば、一定の自然効率を含み、このことは、タンクルーム内における必要な装置の比較的小さい物理的足跡として見られることを指摘した。しかしながら、基本的には、ローカル熱伝達回路を液体伝達媒体に基づくものから除くことを可能にするものは基本的には存在しないであろう。

更なる明白は変形例として、エンジン冷却水の循環、ローカル熱伝達回路の伝達媒体、及び可能性のあるPBU熱伝達回路における加熱媒体に関係する高温要素及び低温要素の構造的形態を含む。図５，７，及び９は、例えば、高温要素５０３を、ローカル熱伝達再沸騰器５０１を形成するチャンバー内に位置するものとして一貫して示している。図面上の表示は、記載を理解するのを容易にするために選択されたものである。例えば、エンジン冷却回路の一部を形成する高温要素は外部ジャケットの形態を容易にとることができ、その内部をローカル熱伝達再沸騰器として作動する曲がりくねったパイプとすることができる。本明細書で使用される「内部」は、「関連して」或いは文言上「内部」と解釈されるものより、「一部として」と理解されるべきである。

Claims (10)

1. ガス燃料を備える海洋船舶のための燃料貯蔵及び分配システムであって、
   液化ガス燃料を貯蔵するための断熱されたガスタンク（４０１）と、
   タンクルーム（４０２）と、
   前記タンクルーム（４０２）内に達するエンジン冷却回路（４０４）の一部と、前記タンクルーム（４０２）内に達する蒸気発生回路（１２０５）の一部と、又は前記タンクルーム（４０２）内に達する熱オイル回路の一部の少なくとも１つを有する外部熱源回路を有し、
   前記燃料貯蔵及び分配システムは、更に、
   前記外部熱源回路から熱を抽出するように構成された、ローカル熱伝達再沸騰器（５０１）と、前記ローカル熱伝達再沸騰器（５０１）に伝達媒体により流体接続し前記ローカル熱伝達再沸騰器（５０１）との間で熱交換がおこなわれるローカル熱伝達凝縮器（５０２）を有する前記タンクルーム（４０２）内のローカル熱伝達回路（４０５）であって、前記外部熱源回路は、前記ローカル熱伝達再沸騰器（５０１）内において高温要素（５０３）を形成し、前記高温要素（５０３）は、使用時に熱を前記ローカル熱伝達回路（４０５）の伝達媒体へ与え、前記ローカル熱伝達再沸騰器（５０１）内で蒸発させる部分であり、前記ローカル熱伝達凝縮器（５０２）は少なくとも部分的に前記ガスタンク内に延びている、ローカル熱伝達回路（４０５）を有し、
   前記タンクルーム（４０２）は、タンク連結部と関連するバルブを囲む気密空間を形成するものであり、
   前記ローカル熱伝達回路（４０５）は、前記タンクルーム（４０２）内の前記外部熱源回路から熱を抽出するように構成されており、
   前記燃料貯蔵及び分配システムは、更に、
   前記ローカル熱伝達回路（４０５）の一部として、前記ガスタンク（４０１）内に貯蔵されている液化ガス燃料を加熱するように構成された加熱装置であって、前記加熱装置は、流体加熱媒体が前記タンクルーム（４０２）と前記ガスタンク（４０１）との間で循環することを可能にする閉ループを形成し、一部が使用時に前記伝達媒体から熱を受け、前記ローカル熱伝達凝縮器（５０２）内で凝縮させるものである低温要素（５０４）を形成するものである圧力蓄積熱伝達回路（４０７）を通して間接的に前記ガスタンク内の圧力を増加させるように構成されたもの、或いは、直接に加熱された前記ローカル熱伝達回路（４０５）内の伝達媒体に対して前記液化ガス燃料に熱を与えさせることにより、前記ガスタンク内の圧力を増加させるように構成された加熱装置と、
   前記ローカル熱伝達回路（４０５）の一部として、海上船舶のエンジンに分配するために前記ガスタンクから引き出した液化ガス燃料を蒸発するための主ガス蒸発器、
   を有することを特徴とする燃料貯蔵及び分配システム。
2. 前記主ガス蒸発器の一部は、前記圧力蓄積熱伝達回路（４０７）の一部と同一の前記ローカル熱伝達凝縮器（５０２）内において低温要素（５０４）を形成する、請求項１に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
3. 前記ローカル熱伝達凝縮器（５０２）は、
   凝縮チャンバー（７０１）と、前記ローカル熱伝達再沸騰器（５０１）から前記凝縮チャンバー（７０１）への蒸発した伝達媒体のための移送通路（７０２）と、
   外部凝縮要素（７０５）と、前記凝縮チャンバー（７０１）から前記外部凝縮要素（７０５）への蒸発した伝達媒体のための移送通路を有し、
   前記外部凝縮要素（７０５）は、前記ガスタンク（４０１）内に延びるループから成る、
   請求項１に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
4. 使用中に前記伝達媒体から熱を受け凝縮させる部分である前記凝縮チャンバー（７０１）内の低温要素（５０４）と、
   前記ループから前記低温要素（５０４）への伝達媒体のための第１戻り通路と、
   前記低温要素（５０４）から前記ローカル熱伝達再沸騰器（５０１）への伝達媒体のための第２戻り通路、を有する請求項３に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
5. 前記主ガス蒸発器の一部は前記ローカル熱伝達凝縮器（５０２）内で低温要素（５０４）を形成している、請求項１又は３に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
6. 前記燃料貯蔵及び分配システムは、液化ガス燃料を前記ガスタンク（４０１）から圧力蓄積蒸発器（９０２）に引き出し、ガス相のガス燃料を前記圧力蓄積蒸発器（９０２）から前記ガスタンク（４０１）に戻すための圧力蓄積蒸発器を備える圧力蓄積ループ（９０１）を有し、
   前記圧力蓄積蒸発器（９０２）は、前記ローカル熱伝達凝縮器（５０２）内で、使用中に前記伝達媒体から熱を受け、凝縮させる部分である低温要素（５０４）を形成する、請求項１に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
7. 前記主ガス蒸発器の一部は、前記圧力蓄積蒸発器（９０２）と同一のローカル熱伝達凝縮器内において使用中に前記伝達媒体から熱を受け、凝縮させる部分である低温要素（５０４）を形成する、請求項６に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のガス燃料を備える海上船舶の燃料貯蔵及び分配システムのガスタンク内の圧力を維持するための方法であって、
   外部熱源回路からローカル熱伝達回路（４０５）に熱を抽出するステップと、
   前記ガスタンク内の圧力を増加するため、ガス燃料を加熱するために前記ローカル熱伝達回路（４０５）を使用するステップと、
   前記海上船舶のエンジンに分配するため、前記ガスタンクから引き出された液化ガス燃料を蒸発するために前記ローカル熱伝達回路（４０５）を使用するステップ、を有し、
   前記ローカル熱伝達回路（４０５）内の内容物は、前記外部熱源回路から抽出された熱により蒸発され、前記ガス燃料に熱を与えて凝縮する、方法。
9. 前記ローカル熱伝達回路（４０５）は、前記ガスタンク内を通る閉ループ内を循環する流体加熱媒体を加熱することに使用される、請求項８に記載の方法。
10. 前記ローカル熱伝達回路（４０５）の内容物は前記ガスタンクを通る閉ループを循環する請求項８に記載の方法。

Images