船舶

本発明は、船舶に関し、より詳細には、貯蔵タンクの内部で生成された蒸発ガスのうち、エンジンの燃料として使用されずに残った蒸発ガスを再液化するシステムを備えた船舶に関する。

近年、液化天然ガス(Liquefied Natural Gas、LNG)などの液化ガスの消費量が世界的に急増している傾向にある。ガスを低温で液化させた液化ガスは、ガスに比べて体積が非常に減少するため、貯蔵及び移送効率が高まる長所がある。また、液化天然ガスをはじめとする液化ガスは、液化工程中に大気汚染物質の除去と減少ができ、燃焼時に大気汚染物質の排出が少なく、環境にやさしい燃料である。

液化天然ガスは、メタン(methane)が主成分である天然ガスを約−162℃に冷却し液化させることで得られる無色透明な液体であり、天然ガスと比較して約1/600の体積になる。したがって、天然ガスを液化させて移送すると、非常に効率的な移送が可能となる。

しかし、天然ガスの液化温度は常圧で−162℃の極低温であり、液化天然ガスは温度変化に敏感であるため、すぐ蒸発する。そのため、液化天然ガスを貯蔵する貯蔵タンクには断熱処理が行われるが、外部熱が貯蔵タンクに継続的に伝達され、液化天然ガスの輸送過程で貯蔵タンク内では、継続的に液化天然ガスが自然気化され、蒸発ガス(Boil−Off Gas、BOG)が発生する。これは、エタンなどの他の低温液化ガスにおいても同様である。

蒸発ガスは、損失の一つであって、輸送効率において重要な問題である。また、貯蔵タンク内に蒸発ガスが蓄積されると、タンク内圧が過度に上昇し、極端的な場合にはタンク破損の恐れもある。したがって、貯蔵タンク内で発生する蒸発ガスを処理するための様々な方法が研究され、最近では蒸発ガスの処理のために、蒸発ガスを再液化して貯蔵タンクに戻す方法、蒸発ガスを船舶のエンジンなどの燃料消費先のエネルギー源として使用する方法などが用いられている。

蒸発ガスを再液化する方法には、別の冷媒を用いた冷凍サイクルを備えて蒸発ガスを冷媒と熱交換して再液化する方法および別の冷媒がなく蒸発ガス自体を冷媒にして再液化する方法などがある。特に、後者の方法を採用したシステムを部分再液化システム(Partial Re−liquefaction System、PRS)という。

また、船舶に使用される一般的なエンジンのうち、天然ガスを燃料として使用できるエンジンは、DFDEとME−GIエンジンなどのガス燃料エンジンがある。

DFDEは、4ストローク機関であり、比較的に低圧である6.5bar程度の圧力を有する天然ガスを燃焼空気入口に注入して、ピストンが上がりながら圧縮するオットーサイクル(Otto Cycle)を採用している。

ME−GIエンジンは、2ストローク機関であり、300bar近くの高圧天然ガスをピストンの上死点付近で燃焼室に直接噴射するディーゼルサイクル(Diesel Cycle)を採用している。最近では、燃料効率と推進効率がより優秀なME−GIエンジンへの関心が高まっている傾向にある。

本発明は、従来の部分再液化システムに比べて、向上された蒸発ガス再液化性能が発揮できるシステムを備えた船舶の提供を目的とする。

前記目的を達成するための本発明の一実施例によれば、液化ガス貯蔵タンクを備えた船舶において、前記貯蔵タンクから排出される蒸発ガスの少なくとも一部を圧縮できる第1圧縮機;前記貯蔵タンクから排出される蒸発ガスの他の一部を圧縮する第2圧縮機;前記第1圧縮機又は前記第2圧縮機のうち少なくともいずれか一つによって圧縮された蒸発ガス中の一部を圧縮する推進圧縮機;前記推進圧縮機によって圧縮された蒸発ガスと前記貯蔵タンクから排出される蒸発ガスを熱交換させる第1熱交換器;前記第1圧縮機又は前記第2圧縮機のうち少なくともいずれか一つによって圧縮された蒸発ガス中の他の一部を膨張させる冷媒減圧装置;前記冷媒減圧装置によって膨張された流体を冷媒とし、前記推進圧縮機によって圧縮され前記第1熱交換器で熱交換された蒸発ガスを冷却する第2熱交換器;前記冷媒減圧装置と前記第2熱交換器を通過した冷媒を圧縮する追加圧縮機;前記推進圧縮機によって圧縮されて前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器で冷却された流体を膨張させる第1減圧装置;を備え、前記追加圧縮機は前記冷媒減圧装置が流体を膨張させながら生産する動力によって駆動されることを特徴とする船舶が提供される。

前記推進圧縮機は、前記第1圧縮機によって圧縮された蒸発ガスのみ圧縮し、前記冷媒減圧装置は、前記第2圧縮機によって圧縮された蒸発ガスのみ膨張させることができる。

前記追加圧縮機は、前記第2熱交換器を通過した冷媒を圧縮して、前記第2圧縮機に送ることができる。

前記追加圧縮機は、前記第2熱交換器を通過した冷媒を圧縮して、前記第1圧縮機及び前記第2圧縮機に送ることができる。

前記推進圧縮機は、前記第1圧縮機と前記第2圧縮機によって圧縮された蒸発ガス中の一部を圧縮し、前記冷媒減圧装置は、前記第1圧縮機と前記第2圧縮機によって圧縮された蒸発ガス中の他の一部を膨張させることができる。

前記第2熱交換器に送られた蒸発ガスは、前記第2熱交換器を1次的に通過して、前記冷媒減圧装置によって膨張された後、再び前記第2熱交換器に送られ、前記冷媒減圧装置によって膨張されて前記冷媒減圧装置で冷媒として使用される流体は、前記冷媒減圧装置を通過する前に前記第2熱交換器に送られた流体;前記推進圧縮機によって圧縮されて前記第1熱交換器によって冷却された蒸発ガス;の両方を冷却することができる。

前記船舶は、前記推進圧縮機、前記第1熱交換器、前記第2熱交換器及び前記第1減圧装置を通過し、一部再液化された液化ガスと気体状態で残っている蒸発ガスを分離する気液分離器をさらに備えることができ、前記気液分離器によって分離された液化ガスは、前記貯蔵タンクに送られ、前記気液分離器によって分離された蒸発ガスは、前記第1熱交換器に送られることができる。

前記推進圧縮機に送られる蒸発ガスの一部は、前記推進圧縮機の上流で分岐されて燃料需要先で供給され得る。

前記船舶は、蒸発ガスが、前記第2圧縮機、前記冷媒減圧装置、前記第2熱交換器、前記追加圧縮機を循環する閉ループ冷媒サイクルを形成することができる。

前記目的を達成するための本発明の他の実施例によれば、液化ガス貯蔵タンクを備えた船舶において、前記貯蔵タンクから排出される蒸発ガスの少なくとも一部を圧縮できる第1圧縮機;前記貯蔵タンクから排出される蒸発ガスの他の一部を圧縮する第2圧縮機;前記第1圧縮機又は前記第2圧縮機のうち少なくともいずれか一つによって圧縮された蒸発ガス中の一部を圧縮する推進圧縮機;前記第1圧縮機又は前記第2圧縮機のうち少なくともいずれか一つによって圧縮された蒸発ガス中の他の一部を膨張させる冷媒減圧装置;前記冷媒減圧装置によって膨張された流体を冷媒とし、前記推進圧縮機によって圧縮された蒸発ガスを冷却する第2熱交換器;前記冷媒減圧装置と前記第2熱交換器を通過した冷媒を圧縮する追加圧縮機;前記推進圧縮機によって圧縮された後、前記第2熱交換器で冷却された流体を膨張させる第1減圧装置;を備え、前記追加圧縮機は、前記冷媒減圧装置が流体を膨張させながら生産する動力によって駆動されることを特徴とする船舶が提供される。

前記目的を達成するための本発明のもう一つの実施例によれば、液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクを備えた船舶の蒸発ガス処理システムにおいて、前記貯蔵タンクから排出される蒸発ガスの一部を第1圧縮機によって圧縮した後、燃料需要先に送る第1供給ライン;前記第1供給ラインから分岐されて、前記貯蔵タンクから排出される蒸発ガスの他の一部を第2圧縮機によって圧縮する第2供給ライン;前記第1供給ラインから分岐されて、圧縮された蒸発ガスを推進圧縮機によってさらに圧縮した後、第1熱交換器、第2熱交換器、第1減圧装置を通過させて再液化する復帰ライン;前記第2熱交換器と冷媒減圧装置を通過して冷却された蒸発ガスを再び前記第2熱交換器に送って冷媒として使用させる再循環ライン;前記第2圧縮機の上流に設置されて蒸発ガスを圧縮する追加圧縮機;を備え、前記追加圧縮機は前記冷媒減圧装置が流体を膨張させながら生産する動力によって駆動され、前記第1熱交換器は前記貯蔵タンクから排出された蒸発ガスを冷媒とし、前記推進圧縮機によって圧縮され前記復帰ラインに沿って供給される蒸発ガスを熱交換させて冷却し、前記第2熱交換器は前記冷媒減圧装置を通過した蒸発ガスを冷媒として、前記再循環ラインに沿って供給される蒸発ガス;と、前記復帰ラインに沿って供給される蒸発ガス;の両方を熱交換させて冷却することを特徴とする船舶の蒸発ガス処理システムが提供される。

前記追加圧縮機は、前記第2供給ライン上に設置され得る。

前記追加圧縮機は、前記冷媒減圧装置と前記第2熱交換器下流の前記再循環ライン上に設置され得る。

前記船舶の蒸発ガス処理システムは、前記冷媒減圧装置及び前記第2熱交換器下流の再循環ラインと、前記第2圧縮機の上流の第2供給ラインの間を連結する第1追加ラインとを備えることができる。

前記船舶の蒸発ガス処理システムは、蒸発ガスが前記追加圧縮機、前記第2圧縮機、前記第2熱交換器、前記冷媒減圧装置、再び前記第2熱交換器を通過した後、前記第1追加ラインを経て再び前記追加圧縮機に供給される閉ループの冷媒サイクルを形成することができる。

前記第1圧縮機によって圧縮された蒸発ガスと前記第2圧縮機によって圧縮された蒸発ガスが合流して、一部は前記復帰ラインに沿って再液化され、他の一部は前記再循環ラインに沿って、前記第2熱交換器、前記冷媒減圧装置および再び前記第2熱交換器を通過した後、前記貯蔵タンクから排出され前記第1熱交換器を通過した流体と合流し、残りの一部は前記燃料需要先に供給され得る。

前記第1圧縮機によって圧縮された蒸発ガスは、一部は前記復帰ラインに沿って再液化され、残りの一部は前記燃料需要先で供給されて、前記第2圧縮機によって圧縮された蒸発ガスは前記再循環ラインに沿って、前記第2熱交換器、前記冷媒減圧装置および再び前記第2熱交換器を通過した後、前記貯蔵タンクから排出され、前記第1熱交換器を通過した流体と合流することができる。

前記船舶の蒸発ガス処理システムは、蒸発ガスが、前記第2圧縮機、前記第2熱交換器、前記冷媒減圧装置、再び前記第2熱交換器及び前記追加圧縮機を循環する閉ループの冷媒サイクルを形成することができる。

前記船舶の蒸発ガス処理システムは、前記追加圧縮機の下流の再循環ラインから分岐されて、前記第1圧縮機の上流の前記第1供給ラインと連結される第2追加ライン;前記第1圧縮機の下流の第1供給ラインから分岐されて、前記冷媒減圧装置及び前記第2熱交換器の上流の再循環ラインと連結される第3追加ライン;前記第2圧縮機の下流の第2供給ラインから分岐されて前記推進圧縮機の上流の前記復帰ラインに連結される第4追加ライン;を備えることができる。

前記船舶の蒸発ガス処理システムは、蒸発ガスが前記第2圧縮機によって圧縮された後、前記再循環ラインに沿って、前記第2熱交換器、前記冷媒減圧装置、再び前記第2熱交換器および前記追加圧縮機を通過して再び前記第2圧縮機に供給される閉ループの冷媒サイクルを形成することができる。

前記船舶の蒸発ガス処理システムは、蒸発ガスが前記第1圧縮機によって圧縮された後、前記第3の追加ラインと前記再循環ラインに沿って前記第2熱交換器に供給されて、前記冷媒減圧装置、再び前記第2熱交換器及び前記追加圧縮機を通過して、前記第2追加ラインに沿って前記第1圧縮機に再び供給される閉ループの冷媒サイクルを形成することができる。

前記目的を達成するための本発明のもう一つの実施例によれば、液化ガス貯蔵タンクから排出される蒸発ガスを二つに分岐して、前記分岐された蒸発ガスのいずれかの流れは、第1圧縮機によって圧縮し、他の流れは第2圧縮機によって圧縮し、前記第1圧縮機によって圧縮された蒸発ガスは推進圧縮機によってさらに圧縮した後、再液化して前記貯蔵タンクに復帰させて、前記第2圧縮機によって圧縮された蒸発ガスは冷媒サイクルを循環させて前記第1圧縮機によって圧縮された蒸発ガスを冷却する冷媒として使用して、前記冷媒サイクルを循環する流体は、追加圧縮機によって圧縮された後、前記第2圧縮機に供給されることを特徴とする方法が提供される。

本発明は、既存の部分再液化システム(PRS)に比べて、蒸発ガスが第2熱交換器による追加的な冷却過程を経た後、減圧されるため、再液化効率と再液化量を増加させることができる。特に、別の冷媒を利用する冷凍サイクルを使用しなくても、残る蒸発ガスの大部分または全部の再液化が可能であるため経済的である。

また、本発明によれば、蒸発ガスの排出量、船舶の運航速度によるエンジン負荷などに応じて冷媒流量と冷熱供給の流動的な制御が可能である。

本発明の一実施例によれば、既に設置されていた予備圧縮機を利用して再液化効率と再液化量を高めるため、船上空間の確保に貢献して、追加圧縮機の設置費用を削減することができる。特に、予備圧縮機によって圧縮された蒸発ガスだけでなく、主圧縮機によって圧縮された蒸発ガスも第2熱交換器で冷媒として使用できるようになって、第2熱交換器で冷媒として使用する蒸発ガスの流量を増加させることができるため、再液化効率と再液化量をさらに増加させることができる。

本発明の他の実施例によれば、第2圧縮機によって圧縮された後、第2熱交換器で冷媒として使用される流体の質量がより大きくなるため、第2熱交換器における再液化効率と再液化量を増加させることと、冷媒減圧装置が生産する動力を利用することが可能である。

また、本発明は、推進圧縮機をさらに備えて、再液化過程を経る蒸発ガスの圧力を高めることができ、再液化効率と再液化量をもっと増加させることができる。

従来の部分再液化システムを概略的に示した構成図である。

本発明の第1実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

本発明の第2実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

本発明の第3実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

本発明の第4実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

本発明の第5実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

本発明の第6実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

温度と圧力によるメタンの相変化を概略的に示したグラフである。

異なった圧力条件において、熱流量によるメタンの温度を各々示したグラフである。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好適な実施例の構成と作用を詳細に説明する。本発明の船舶は、天然ガスを燃料として使用するエンジンを搭載した船舶と液化ガス貯蔵タンクを備えた船舶などに多様な応用と適用が可能である。また、下記実施例は、様々な形態として変形が可能であり、本発明の範囲は下記の実施例に限定されない。

後述する本発明の蒸発ガス処理システムは、低温液体貨物または液化ガスを貯蔵することができる貯蔵タンクが設置された全種類の船舶と海上構造物、すなわち、液化天然ガス運搬船、液化エタンガス(Liquefied Ethane Gas)運搬船、LNG−RVなどの船舶をはじめ、LNG−FPSO、LNG−FSRUなどの海上構造物に適用することができる。ただし、後述の実施例では、説明のため、代表的な低温液体貨物の液化天然ガスを例に挙げて説明する。

また、本発明の各ラインにおいての流体は、システムの運用条件に応じて、液体状態、気液混合状態、気体状態、超臨界流体の状態のいずれかの状態であり得る。

図1は、従来の部分再液化システムを概略的に示した構成図である。

図1を参照すると、従来の部分再液化システムで、液体貨物を貯蔵する貯蔵タンクで発生して排出される蒸発ガスは、配管に沿って移送されて蒸発ガス圧縮部(10)で圧縮される。

貯蔵タンク(T)は、液化天然ガスなどの液化ガスを極低温状態で貯蔵できるように密封障壁および断熱障壁を備えているが、外部から伝達される熱を完全に遮断することはできなく、タンク内では液化ガスの蒸発が継続して行われ、タンク内圧が上昇し得るが、このような蒸発ガスによるタンク圧力の過度な上昇を防ぎ、適正なレベルの耐圧を維持するために貯蔵タンク内の蒸発ガスを排出させ、蒸発ガス圧縮部(10)に供給する。

貯蔵タンクから排出されて蒸発ガス圧縮部(10)で圧縮された蒸発ガスを第1ストリームと称し、圧縮された蒸発ガスの第1ストリームを第2ストリームと第3ストリームに分け、第2ストリームは液化させて貯蔵タンク(T)に復帰させるように構成し、第3ストリームは船内の推進用エンジンや発電用エンジンなどのガス燃料消費先に供給するように構成することができる。この場合、蒸発ガス圧縮部(10)は燃料消費先の供給圧力まで蒸発ガスを圧縮することができ、第2のストリームは必要に応じて蒸発ガス圧縮部の全部または一部を経て分岐させることができる。燃料消費先の燃料必要量に応じて、第3のストリームに圧縮された蒸発ガスの全部を供給することもでき、第2ストリームに全量を供給して圧縮された蒸発ガスの全部を貯蔵タンクに復帰させることもできる。ガス燃料消費先は、高圧ガス噴射エンジン(例えば、MDT社が開発したME−GIエンジンなど)と低圧ガス噴射エンジン(例えば、Wartsila社のX−DFエンジン(Generation X−Dual Fuel engine)など)をはじめ、DF−Generator、ガスタービン、DFDEなどを例に挙げることができる。

この際、圧縮された蒸発ガスの第2ストリームを液化させることができるように、熱交換器(20)を設置し、貯蔵タンクから発生する蒸発ガスを圧縮された蒸発ガスの冷熱供給源として利用する。熱交換器(20)を経て蒸発ガス圧縮部の圧縮過程での温度が上昇した圧縮された蒸発ガス、すなわち第2ストリームは冷却され、貯蔵タンクで発生して熱交換器(20)に導入された蒸発ガスは、加熱されて蒸発ガス圧縮部(10)に供給される。

圧縮前の蒸発ガスの流量が第2ストリームの流量より多いため、圧縮された蒸発ガスの第2ストリームは、圧縮前の蒸発ガスから冷熱の供給を受け、少なくとも一部が液化することができる。このように熱交換器では、貯蔵タンクから排出された直後の低温蒸発ガスと蒸発ガス圧縮部で圧縮された高圧状態の蒸発ガスを熱交換させて高圧蒸発ガスを液化させる。

熱交換器(20)を経た第2ストリームの蒸発ガスは、膨張バルブや膨張機などの膨張手段(30)を通過しながら減圧されながらさらに冷却され、気液分離器(40)に供給される。液化された蒸発ガスは、気液分離器で気体成分と液体成分に分離され、液体成分、すなわち、液化天然ガスは、貯蔵タンクに復帰し、気体成分、すなわち、蒸発ガスは、貯蔵タンクから排出されて熱交換器(20)と蒸発ガス圧縮部(10)に供給される蒸発ガスの流れに合流したり、再び熱交換器(20)に供給され、蒸発ガス圧縮部(10)で圧縮された高圧状態の蒸発ガスを熱交換させる冷熱源として活用することもできる。もちろん、ガス燃焼装置(Gas Combustion Unit;GCU)などに送られて燃焼させたり、ガス消費先(ガスエンジンを含む)に送られて消耗させることもできる。蒸発ガスの流れに合流する前、気液分離器で分離された気体をさらに減圧させるために、更に他の膨張手段(50)が設置され得る。

図2は、本発明の第1実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

図2を参照すると、本実施例のシステムは、貯蔵タンクに貯蔵された低温液体貨物から発生する蒸発ガス(Boil Off Gas)の供給を受け、蒸発ガスを冷媒として循環させる冷媒循環部(300a)を構成したことを特徴とする。

このため、貯蔵タンクから冷媒循環部(300a)に蒸発ガスを供給する冷媒供給ライン(CSLa)が備えられ、冷媒供給ラインにはバルブ(400a)が設けられ、冷媒循環部を循環できる十分な量の蒸発ガスが供給されると、冷媒供給ライン(CSLa)を遮断し、冷媒循環部(300a)は、閉ループ(closed loop)で運用される。

前述した基本的な実施例と同様に、第1拡張実施例においても、貯蔵タンク(T)の低温液体貨物から発生する蒸発ガスを圧縮する第1圧縮機(100a)が設けられる。貯蔵タンクで発生した蒸発ガスは、蒸発ガス供給ライン(BLa)に沿って、第1圧縮機(100a)に導入される。

本実施例の貯蔵タンク(T)は、液体貨物の荷重が断熱層に直接加わらない独立タンク型(Independent Type)タンクまたは貨物の荷重が断熱層に直接加わるメンブレイン型(Membrane Type)タンクであり得る。独立型タンクの場合は、2barg以上の圧力に耐えるように設計された圧力容器で使用することも可能である。

一方、本実施例では、蒸発ガスの再液化のためのラインだけを図示したが、第1圧縮機(100a)で圧縮された蒸発ガスは、船舶又は海上構造物の推進用エンジンおよび発電用エンジンなどの燃料需要先に燃料として供給することができ、燃料消費量が蒸発ガスの全量を消費できるときには、再液化された蒸発ガスがないこともある。船舶が停泊しているなど、ガス燃料の消費量が少ない場合には、蒸発ガスの全量を蒸発ガス再液化ライン(RLa)に供給することもできる。

圧縮された蒸発ガスは蒸発ガス再液化ライン(RLa)に沿って第1熱交換器(200a)に供給され、第1熱交換器(200a)は蒸発ガス再液化ライン(RLa)と蒸発ガス供給ライン(BLa)にかけて設けられ、第1圧縮機(100a)に導入される蒸発ガスと第1圧縮機(100a)の少なくとも一部を経て圧縮された蒸発ガスを熱交換させる。圧縮過程で温度が高くなった蒸発ガスは、貯蔵タンクで発生して第1圧縮機(100a)に導入される低温蒸発ガスと熱交換を介して冷却される。

第1熱交換器(200a)の下流には、第2熱交換器(500a)が設けられ、圧縮されて第1熱交換器(200a)で熱交換された蒸発ガスは、冷媒循環部(300a)を循環する蒸発ガスと熱交換を介してさらに冷却される。

冷媒循環部(300a)は、貯蔵タンクから供給される蒸発ガスを圧縮する冷媒圧縮機(310a)と、冷媒圧縮機で圧縮された蒸発ガスを冷却する第1冷却器(320a)と、第1冷却器(320a)で冷却された蒸発ガスを減圧させて追加の冷却する冷媒減圧装置(330a)とを備える。冷媒減圧装置(330a)は、蒸発ガスを断熱膨張させて冷却する膨張バルブまたは膨張機であり得る。

冷媒減圧装置(330a)を経て冷却された蒸発ガスは、冷媒循環ライン(CCLa)に沿って冷媒として第2熱交換器(500a)に供給され、第2熱交換器(500a)で、第1熱交換器(200a)を経て供給された蒸発ガスと熱交換を介して蒸発ガスを冷却させることになる。第2熱交換器(500a)を経た冷媒循環ライン(CCLa)の蒸発ガスは、冷媒圧縮機(310a)に循環されて、前述した圧縮および冷却過程を経て冷媒循環ラインを循環することになる。

一方、第2熱交換器(500a)で冷却された蒸発ガス再液化ライン(RLa)の蒸発ガスは、第1減圧装置(600a)を経て減圧される。第1減圧装置(600a)は、ジュール−トムソン(Joule−Thomson)バルブなどの膨張バルブまたは膨張機であり得る。

減圧された蒸発ガスは、第1減圧装置(600a)の下流の気液分離器(700a)に供給されて気液分離され、気液分離器(700a)で分離された液体、すなわち液化天然ガスは、貯蔵タンク(T)に供給されて再貯蔵される。

気液分離器(700a)で分離された気体、すなわち蒸発ガスは、第2減圧装置(800a)を経て、さらに減圧され、貯蔵タンク(T)から第1熱交換器(200a)に導入される蒸発ガスの流れに合流したり、再び第1熱交換器(200a)に供給されて第1圧縮機(100a)で圧縮された高圧状態の蒸発ガスを熱交換させる冷熱供給源として活用することもできる。もちろん、ガス燃焼装置(Gas Combustion Unit;GCU)などに送って燃焼させたり、燃料需要先(ガスエンジンを含む)に送って消耗させることもできる。

図3は、本発明の第2実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

図3を参照すると本実施例は、冷媒循環部(300b)で、第1冷却器(320b)から冷媒減圧装置(330b)に導入される蒸発ガスを、冷媒減圧装置(330b)で減圧された蒸発ガスと熱交換によって冷却させた後、冷媒減圧装置(330b)に供給するように構成したものである。

蒸発ガスは冷媒減圧装置(330b)を経て減圧されながら冷却されるため、冷媒減圧装置の下流の蒸発ガスは冷媒減圧装置の上流の蒸発ガスよりも温度が低く、本実施例では、この点を考慮して、冷媒減圧装置の上流の蒸発ガスを下流の蒸発ガスと熱交換させて冷却した後、減圧装置に導入させる。このため、図3に示した通り、第2熱交換器(500b)に冷媒減圧装置(330b)の上流の蒸発ガスを供給することができる(図3のA部分)。必要に応じて冷媒減圧装置の上流と下流の蒸発ガスが熱交換することができる別の熱交換装置を追加的に構成することもできる。

以上で説明した通り、本実施例のシステムは、貯蔵タンクの液体貨物から発生する蒸発ガスを再液化して貯蔵することが可能であるため、液体貨物の輸送率を高めることができる。特に船内ガス消費先の燃料消費量が少ない場合でも、貯蔵タンクの圧力上昇を防ぐために、ガス燃焼装置(Gas Combustion Unit;GCU)などで燃焼させて浪費される貨物の量を減らすことが可能であるため、エネルギーの浪費を防ぐことができる。

また、蒸発ガスを冷媒として循環させ、蒸発ガスの再液化のための冷熱源として活用することで、別の冷媒サイクルを構成しなくても、蒸発ガスを効果的に再液化させることができ、別の冷媒を供給する必要がないため、船内の空間確保に貢献し経済的である。また、冷媒サイクルの冷媒が足りなくなると、貯蔵タンクから補充することができ、円滑な冷媒補充が行われ、冷媒サイクルの効果的運用ができる。

前述のように、蒸発ガス自体の冷熱を多段階に利用して蒸発ガスを再液化することができるため、船内の蒸発ガス処理システムの構成を簡素化することができ、複雑な蒸発ガス処理装置の設置と運用費用を低減することができる。

図4は、本発明の第3実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

図4を参照すると、本実施例における船舶は、貯蔵タンク(T)の下流に設置される第1熱交換器(110);第1熱交換器(110)の下流に設置されて、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを圧縮する第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122);第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスの温度を下げる第1冷却器(130);第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスの温度を下げる第2冷却器(132);第1圧縮機(120)の上流に設置される第1バルブ(191);第1冷却器(130)の下流に設置される第2バルブ(192);第2圧縮機(122)の上流に設置される第3バルブ(193);第2冷却器(132)の下流に設置される第4バルブ(194);第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスをさらに冷却する第2熱交換器(140);第2熱交換器(140)を通過した蒸発ガスを膨張させた後、再び第2熱交換器(140)に送る冷媒減圧装置(160);と、第2熱交換器(140)によってさらに冷却された蒸発ガスを膨張させる第1減圧装置(150);を備える。

貯蔵タンク(T)で自然に発生し排出された蒸発ガスは、第1供給ライン(L1)に沿って燃料需要先(180)に供給される。第1熱交換器(110)は、第1供給ライン(L1)に設置されて、貯蔵タンク(T)から排出された直後の蒸発ガスから冷熱を回収する。本実施例における船舶は、燃料需要先(180)の上流に設置されて、燃料需要先(180)に送られる蒸発ガスの流量と開閉を調節する第11バルブ(203)をさらに備えることができる。

第1熱交換器(110)は、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスの供給を受けて、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に供給される蒸発ガスを冷却させる冷媒として使用する。復帰ライン(L3)上に蒸発ガスの流量と開閉を調節する第5バルブ(195)が設置され得る。

第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスを圧縮する。第1圧縮機(120)は第1供給ライン(L1)上に設置されており、第2圧縮機(122)は第2供給ライン(L2)上に設置される。第2供給ライン(L2)は、第1圧縮機(120)の上流の第1供給ライン(L1)から分岐して第1圧縮機(120)の下流の第1供給ライン(L1)に連結される。また、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、並列に設置され、同じ性能の圧縮機であり得る。

一般的に船舶には、第1圧縮機(120)と第1冷却器(130)が故障した場合に備えて、第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)を追加的に設置する。従来は、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障していない平常時には、第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)を使用しなかった。

すなわち、従来は、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障していない平常時には、第2圧縮機(122)の上流の第3バルブ(193)と第2冷却器(132)の下流の第4バルブ(194)を閉じて、蒸発ガスが第1圧縮機(120)と第1冷却器(130)を通過して燃料需要先(180)に供給されるように構成し、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障した場合には、第2圧縮機(122)の上流の第3バルブ(193)と第2冷却器(132)の下流の第4バルブ(194)は開いて、第1圧縮機(120)の上流の第1バルブ(191)と第1冷却器(130)の下流の第2バルブ(192)は閉じて、蒸発ガスが第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)を通過して燃料需要先(180)に供給されるように構成した。

本発明は、従来の船舶に設置されるにも関わらず使用されなかった第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)を使用して蒸発ガスの再液化効率と再液化量を高めるためのものであり、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを、一部は燃料需要先(180)に送り、他の一部は、第2熱交換器(140)で蒸発ガスをさらに冷却する冷媒として使用する。

図8は、温度と圧力によるメタンの相変化を概略的に示したグラフである。図8を参照すると、メタンは約−80℃以上の温度および約55bar以上の圧力条件になると超臨界流体状態になる。すなわち、メタンの場合、約−80℃、55barの状態が臨界点になる。超臨界流体の状態は、液体状態や気体状態と異なる第3の状態である。

また、臨界点以上の圧力で臨界点より低い温度になると、一般的な液体の状態とは異なる、高密度の超臨界流体状態と類似した状態になることができ、臨界点以上の圧力と臨界点以下の温度の蒸発ガスの状態を、以下、「高圧液体状態」という。

第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスは、圧縮された程度によって、気体状態または超臨界流体状態であり得る。

復帰ライン(L3)を介して第1熱交換器(110)に送られる蒸発ガスが気体状態である場合には、蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過しながら温度が低くなって、液体と気体の混合状態になることができ、超臨界流体状態である場合には、第1熱交換器(110)を通過しながら温度が低くなって、「高圧液体状態」になり得る。

第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスは、第2熱交換器(140)を通過しながら温度がより低くなるが、第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスが液体と気体の混合状態である場合には、蒸発ガスは、第2熱交換器(140)を通過しながら温度がより低くなって、液体の割合がより高い混合状態又は液体状態になり、「高圧液体状態」である場合には、第2熱交換器(140)を通過しながら、温度がより低くなる。

また、第2熱交換器(140)を通過した蒸発ガスが「高圧液体状態」である場合にも、蒸発ガスは、第1減圧装置(150)を通過しながら圧力が低くなり、液体状態又は液体と気体の混合状態になる。

蒸発ガスが第1減圧装置(150)によって圧力が同様のレベル(図8のP)まで低くなっても、温度が高い状態で減圧された場合(図8のX→X′)より温度が低い状態で減圧された場合(図8のY→Y′)に液体の割合がより高い混合状態になる。また、温度をもっと下げることが可能であれば、理論的に蒸発ガスを100%再液化することも可能である(図8のZ→Z′)ことが分かる。したがって、第1減圧装置(150)を通過する前に、第2熱交換器(140)によって蒸発ガスをもう一回冷却すると、再液化効率と再液化量が高められる。

また、図4を参照すると、本実施例では、第1実施例と第2実施例では蒸発ガスをさらに冷却するための冷媒循環部(300a、300b)を閉ループで構成したことに比べて、冷媒サイクルを開ループで構成したことに相違点がある。

第1実施例と第2実施例では、冷媒循環部(300a、300b)を閉ループで構成して、冷媒圧縮機(310a、310b)によって圧縮された蒸発ガスは第2熱交換器(500a、500b)で冷媒として使用されるだけで、燃料需要先に送られることと再液化過程を経ることは不可能である。

一方、本実施例では、冷媒サイクルを開ループで構成して、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと合流した後、合流した蒸発ガスの一部は燃料需要先(180)に送られ、他の一部は再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)の冷媒として使用され、残りの一部は復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。

再循環ライン(L5)は、第1圧縮機(120)の下流の第1供給ライン(L1)から分岐して第1圧縮機(120)の上流の第1供給ライン(L1)に連結されるラインである。第1供給ライン(L1)から分岐された蒸発ガスが第2熱交換器(140)に送られる再循環ライン(L5)上には、蒸発ガスの流量と開閉を調節する第6バルブ(196)が設置され得る。

冷媒サイクルを開ループで構成した本実施例は、冷媒サイクルを閉ループで構成した第1実施例及び第2実施例に比べて、第1圧縮機(120)の下流ラインと第2圧縮機(122)の下流ラインが連結されるという点で大きな相違点がある。すなわち、本実施例では、第2圧縮機(122)の下流の第2供給ライン(L2)が第1圧縮機(120)の下流の第1供給ライン(L1)と連結されて、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと合流した後、第2熱交換器(140)、燃料需要先(180)または第1熱交換器(110)に送られる。本実施例では、第1圧縮機(120)の下流ラインと第2圧縮機(122)の下流ラインが連結される他の変形例をすべて含む。

したがって、本実施例によれば、船舶の運航速度が増加するなど、燃料需要先(180)からの需要が増加する場合には、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスだけでなく、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスも燃料需要先(180)に送ることができる。

しかし、一般的に、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、燃料需要先(180)で要求される量の約1.2倍程度の容量を有するように設計されるため、第1圧縮機(120)の容量を超えて第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスも燃料需要先(180)に送る必要になることは、ほとんど発生しない。むしろ貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを燃料需要先(180)で全部消費することができず、再液化しなければならない蒸発ガスが増加し、大量の蒸発ガスを再液化させるために大量の冷媒が必要な場合がより頻繁である。

本実施例によれば、圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスだけでなく、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスも第2熱交換器(140)での熱交換冷媒として使用することができるため、第1熱交換器(110)を通過して復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給される蒸発ガスを、より多くの冷媒を利用して、より低い温度に冷却することができ、全体的な再液化効率と再液化量を増加させることができ、理論的には100%再液化することも可能である。

一般的に、船舶に設置される圧縮機(120、122)の容量を決定する場合、燃料需要先(180)に蒸発ガスを供給するために必要な容量と、燃料需要先(180)の全部消費することができず残った蒸発ガスを再液化するために必要な容量とを考慮するが、本実施例によれば、第2圧縮機(122)を使用して再液化量を増加させることができるため、再液化に必要な容量を減少させることができ、小容量の圧縮機(120、122)を設置することができるようになる。圧縮機の容量が減少されると、装置の設置と運用にかかる費用を低減することができるという長所がある。

本実施例では、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障していない平常時にも、第1バルブ(191)及び第2バルブ(192)だけでなく、第3バルブ(193)及び第4バルブ(194)も開いて、第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)をすべて稼働させ、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障した場合には、再液化効率と再液化量を高めることを放棄し、第1バルブ(191)及び第2バルブ(192)を閉じて、第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)を通過した蒸発ガスだけでシステムを運用する。

説明の便宜上、第1圧縮機(120)と第1冷却器(130)が主な役割をして、第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)が補助的な役割をすることとして説明したが、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)、第1冷却器(130)と第2冷却器(132)は、同じ役割を行い、一つの船舶に同じ役割をする圧縮機と冷却器を複数備えて、いずれかが故障した場合に、他の装備で代替できるという点で冗長性(Redundancy)概念を満足する。以下、同様である。

したがって、第2圧縮機(122)または第2冷却器(132)が故障した場合にも、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障した場合と同様に、再液化効率と再液化量を高めることを放棄し、第3バルブ(193)及び第4バルブ(194)を閉じて、第1圧縮機(120)と第1冷却器(130)を通過した蒸発ガスだけでシステムを運用する。

一方、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスの大部分または全部を燃料需要先(180)の燃料として使用することができるほどの高速で船舶が運航する場合には、再液化する蒸発ガスの量が非常に少ないことになる。したがって、船舶が高速で運航する場合には、第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)のいずれかのみ駆動させることもできる。

第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、燃料需要先(180)から必要とされる圧力に蒸発ガスを圧縮でき、燃料需要先(180)は蒸発ガスを燃料として駆動されるエンジン、発電機などであることができる。一例として、燃料需要先(180)が船舶推進用エンジンである場合、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、蒸発ガスを約10〜100barの圧力で圧縮できる。

また、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、燃料需要先(180)がME−GIエンジンである場合、蒸発ガスを約150barないし400barの圧力で圧縮することができ、燃料需要先(180)がDFDEである場合、蒸発ガスを約6.5barの圧力で圧縮することができ、燃料需要先(180)がX−DFエンジンである場合、蒸発ガスを約16barの圧力で圧縮できる。

燃料需要先(180)は、様々な種類のエンジンが含まれるが、一例として、燃料需要先(180)がX−DFエンジンとDFDEを備える場合、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、X−DFエンジンが必要とする圧力まで蒸発ガスを圧縮し、DFDEの上流には、減圧装置を設置して、X−DFエンジンが必要とする圧力まで圧縮された蒸発ガスの一部を、DFDEが必要とする圧力まで下げてDFDEに供給することもできる。

そのほかにも、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)における再液化効率と再液化量を高めるために、第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)によって、蒸発ガスの圧力が燃料需要先(180)から要求される圧力を超えるように蒸発ガスを圧縮し、燃料需要先(180)の上流には減圧装置を設置して、燃料需要先(180)が要求する圧力を超えるように圧縮された蒸発ガスの圧力を燃料需要先(180)が必要とする圧力まで下げた後、燃料需要先(180)に供給することもできる。

一方、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、それぞれ多段圧縮機であり得る。図4は、1つの圧縮機(120または122)によって蒸発ガスを燃料需要先(180)から要求される圧力まで圧縮することが示されているが、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)が多段圧縮機である場合、蒸発ガスは複数の圧縮シリンダーによって燃料需要先(180)から要求される圧力まで複数回圧縮され得る。

第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)が多段圧縮機である場合、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)の内部には、複数の圧縮シリンダーを直列に設置することができ、複数の圧縮シリンダーの下流には、複数の冷却器がそれぞれ設置され得る。

本実施例の第1冷却器(130)は、第1圧縮機(120)の下流に設置されて、第1圧縮機(120)によって圧縮されて圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。本実施例の第2冷却器(132)は、第2圧縮機(122)の下流に設置されて、第2圧縮機(122)によって圧縮されて圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。第1冷却器(130)と第2冷却器(132)は、外部から流入した海水、真水や空気との熱交換によって蒸発ガスを冷却することができる。

本実施例の第2熱交換器(140)は、第1熱交換器(110)によって冷却された後、復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガスをさらに冷却して、本実施例の冷媒減圧装置(160)は、第2熱交換器(140)を通過した蒸発ガスを膨張させた後、再び第2熱交換器(140)に送る。

すなわち、第2熱交換器(140)は、第1熱交換器(110)を通過して復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給される蒸発ガスを、冷媒減圧装置(160)によって膨張された蒸発ガスを冷媒として熱交換させて、さらに冷却する。

本実施例の冷媒減圧装置(160)は、流体の圧力を下げるための様々な手段であることができ、冷媒減圧装置(160)を通過する直前の流体の状態と通過した直後の流体の状態は、システムの運用条件によって異なることがある。ただし、冷媒減圧装置(160)が膨張機である場合、冷媒減圧装置(160)の物理的な損傷を防止するために、冷媒減圧装置(160)を通過する直前の流体と通過した直後の流体は、気体状態で維持されることが好ましい。以下、同様である。

冷媒減圧装置(160)を通過し第2熱交換器(140)で熱交換の冷媒として使用される蒸発ガスは、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスが第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスと合流した後、合流した蒸発ガスの一部が再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給されて、第2熱交換器(140)で冷媒減圧装置(160)を通過した蒸発ガスを冷媒として熱交換されて冷却された後冷媒減圧装置(160)に供給されたものである。

また、第1供給ライン(L1)から再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給される蒸発ガスは、第2熱交換器(140)から1次的に冷却され、冷媒減圧装置(160)によってさらに冷却された後、再び第2熱交換器(140)に送られ、冷媒として使用される。

すなわち、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスが第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスと合流し再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給される流れ;と、第1熱交換器(110)を通過し復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給される蒸発ガス;は両方、冷媒減圧装置(160)を通過した蒸発ガスを冷媒とし、熱交換されて冷却される。

本実施例の第1減圧装置(150)は、復帰ライン(L3)上に設置されて、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)によって冷却された蒸発ガスを膨張させる。第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスは、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスと合流した後、一部分岐して、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)、第2熱交換器(140)と第1減圧装置(150)を通過し、一部または全部が再液化される。

第1減圧装置(150)は、蒸発ガスを膨張させ、冷却できるすべての手段を備え、ジュール−トムソン(Joule−Thomson)バルブなどの膨張バルブまたは膨張機であり得る。

本実施例における船舶は、第1減圧装置(150)の下流の復帰ライン(L3)上に設置され、第1減圧装置(150)から排出される気液混合物を気体成分と液体成分に分離する気液分離器(170)を備えることができる。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合は、第1減圧装置(150)を通過した液体または気液混合状態の蒸発ガスは、直ちに貯蔵タンク(T)に送られる。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合、第1減圧装置(150)を通過した蒸発ガスは気液分離器(170)に送られ、気体成分と液体成分に分離される。気液分離器(170)によって分離された液体成分は、復帰ライン(L3)に沿って貯蔵タンク(T)に復帰し、気液分離器(170)によって分離された気体成分は、気液分離器(170)から第1熱交換器(110)の上流の第1供給ライン(L1)まで延長される気体排出ライン(L4)に沿って、第1熱交換器(110)に供給される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合、気液分離器(170)によって分離されて貯蔵タンク(T)に送られる液体の流量を調節する第7バルブ(197);と気液分離器(170)によって分離されて第1熱交換器(110)に送られる気体の流量を調節する第8バルブ(198);をさらに備えることができる。

本実施例の第1ないし第8バルブ及び第11バルブは(191、192、193、194、195、196、197、198、203)は、システムの運用状況を人が直接判断して、手動で調整することと、事前に設定された値によって開閉されるように自動的に調整することができる。

本発明の一実施例に係る蒸発ガス再液化装置の作用を容易に説明するため、蒸発ガスの主要な流れを定義する。貯蔵タンク(T)で発生する蒸発ガスと気液分離器(170)から排出される気体が第1熱交換器(110)に供給される流れを第1流れ(100)、第1熱交換器(110)から第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)に供給された後に第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)から排出され、燃料需要先(180)に供給される流れを第2流れ(102)、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)の下流で第2流れ(102)から分岐して第2熱交換器(140)に供給される流れを第3流れ(104)、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)の下流で第2流れ(102)から分岐して第1熱交換器(110)に供給される流れを第4流れ(106)、第1熱交換器(110)から第2熱交換器(140)に供給される流れを第5流れ(108)と定義する。第1流れ(100)は第1熱交換器(110)を通過しながら第2流れ(102)になり、第4流れ(106)は第1熱交換器(110)を通過しながら第5流れ(108)になる。

以下、図4を参照して、本発明の一実施例に係る蒸発ガス再液化のための装置の作用を説明する。

液体状態の液化ガスを貯蔵する貯蔵タンク(T)で生成された気体状態の蒸発ガスは、第1熱交換器(110)に供給される。この時、貯蔵タンク(T)で生成された気体状態の蒸発ガスは、システムの動作後、一定時間が経過した後、気液分離器(170)から排出される気体状態の蒸発ガスと合流し第1流れ(100)を形成する。最終的に第1熱交換器(110)に供給される蒸発ガスは、第1流れ(100)である。

第1熱交換器(110)は、第1流れ(100)が持っている冷熱を回収して、他の蒸発ガスを冷却する役割をする。すなわち、第1熱交換器(110)は、第1流れ(100)が持っている冷熱を回収して、第2流れ(102)のうち第1熱交換器(110)に再供給される流れ、すなわち、第4流れ(106)に回収した冷熱を提供する。

したがって、第1熱交換器(110)では第1流れ(100)と第4流れ(106)との間の熱交換が行われ、第1流れ(100)は加熱され、第4流れ(106)は冷却される。加熱された第1流れ(100)は第2流れ(102)になり、冷却された第4流れ(106)は第5流れ(108)となる。

第1熱交換器(110)から排出される第2流れ(102)は、第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)に供給されて、第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)によって圧縮される。

第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが合流した第2流れ(102)は、一部は第3流れ(104)として第2熱交換器(140)に冷媒として供給されて、他の一部は、第4流れ(106)として第1熱交換器(110)に供給されて冷却され、残りの一部は、燃料需要先(180)に供給される。

第2熱交換器(140)に供給される第3流れ(104)は、第2熱交換器(140)から排出されて冷媒減圧装置(160)で膨張された後、再び第2熱交換器(140)に供給される。このとき、1次的に第2熱交換器(140)に供給された第3流れ(104)は、冷媒減圧装置(160)で膨張された後、再び第2熱交換器(140)に供給される第3流れ(104)と熱交換されて冷却される。冷媒減圧装置(160)と第2熱交換器(140)を通過した第3流れ(104)は、第1熱交換器(110)から排出される第2流れ(102)と合流して、第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)に供給される。

第1熱交換器(110)で第1流れ(100)と熱交換して冷却された第4流れ(106)は、第5流れ(108)になって第2熱交換器(140)に供給される。第2熱交換器(140)に供給された第5流れ(108)は、冷媒減圧装置(160)を通過した第3流れ(104)と熱交換されて冷却された後、第1減圧装置(150)を通過しながら膨張される。第1減圧装置(150)を通過した第5流れ(108)は、気体と液体が混合された気液混合物状態になる。

気液混合物状態の第5流れ(108)は、直ちに貯蔵タンク(T)に送られるか、気液分離器(170)を通過しながら気体成分と液体成分に分離される。気液分離器(170)によって分離された液体成分は、貯蔵タンク(T)に供給され、気液分離器(170)によって分離された気体成分は、再び第1熱交換器(110)に供給され、前記過程を繰り返すことになる。

図5は、本発明の第4実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

図5に図示された第4実施例における船舶は、図4に示された第3実施例における船舶に比べて、第2供給ライン(L2)に設置される追加圧縮機(124)及び追加冷却器(134)と、復帰ライン(L3)に設置される推進圧縮機(126)と推進冷却器(136)とをさらに含むという点、第9バルブ(201)、第10バルブ(202)、第12バルブ(205)及び第1追加ライン(L6)をさらに備え、蒸発ガスが流れる一部のラインを変更して、冷媒サイクルを閉ループで運用すること又は開ループで運用することもできるように構成したことに相違点があり、以下では相違点を中心に説明する。前述した第3実施例における船舶と同じ部材については、詳細な説明を省略する。

図5を参照すると、本実施例における船舶は、第3実施例と同様に、第1熱交換器(110)、第1バルブ(191)、第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)および第1減圧装置(150)を備える。

本実施例の貯蔵タンク(T)は、第3実施例と同様に、内部に液化天然ガス、液化エタンガスなどの液化ガスを貯蔵し、内部の圧力が所定以上になると蒸発ガスを外部に排出する。貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスは、第1熱交換器(110)に送られる。

本実施例の第1熱交換器(110)は、第3実施例と同様に、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを冷媒として使用して、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)で送られた蒸発ガスを冷却する。すなわち、第1熱交換器(110)は、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスの冷熱を回収して、回収した冷熱を復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に送られた蒸発ガスに供給する。復帰ライン(L3)上には蒸発ガスの流量と開閉を調節する第5バルブ(195)が設置され得る。

本実施例の第1圧縮機(120)は、第3実施例と同様に、第1供給ライン(L1)上に設置されて貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを圧縮し、本実施例の第2圧縮機(122)は、第3実施例と同様に、第2供給ライン(L2)上に第1圧縮機(120)と並列に設置されて貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを圧縮する。第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、同じ性能の圧縮機であること、または、それぞれ多段圧縮機であることができる。

本実施例の第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、第3実施例と同様に、燃料需要先(180)から要求される圧力まで蒸発ガスを圧縮することができる。また、燃料需要先(180)は、複数種類のエンジンを備えた場合には、より高い圧力を必要とするエンジン(以下、「高圧エンジン」という。)の要求圧力に合わせて蒸発ガスを圧縮した後、一部は高圧エンジンに供給し、他の一部は、より低い圧力を必要とするエンジン(以下、「低圧エンジン」という。)の上流に設置された減圧装置により減圧させて低圧エンジンに供給することができる。そのほかにも、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)における再液化効率と再液化量を高めるために、蒸発ガスを第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)によって燃料需要先(180)から要求される圧力以上の高圧で圧縮し、燃料需要先(180)の上流には減圧装置を設置して、高圧で圧縮された蒸発ガスの圧力を燃料需要先(180)が要求する圧力まで下げた後、燃料需要先(180)に供給することもできる。

本実施例における船舶は、第3実施例と同様に、燃料需要先(180)の上流に設置されて、燃料需要先(180)に送られる蒸発ガスの流量と開閉を調節する第11バルブ(203)をさらに備えることができる。

本実施例における船舶は、第3実施例と同様に、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを第2熱交換器(140)で蒸発ガスをさらに冷却する冷媒として使用するため、再液化効率と再液化量を高めることができる。

本実施例の第1冷却器(130)は、第3実施例と同様に、第1圧縮機(120)の下流に設置されて、第1圧縮機(120)を通過して圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。本実施例の第2冷却器(132)は、第3実施例と同様に、第2圧縮機(122)の下流に設置されて第2圧縮機(122)を通過し圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。

本実施例の第2熱交換器(140)は、第3実施例と同様に、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に供給されて、第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスをさらに冷却する。

本実施例によれば、第3実施例と同様に、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスが第1熱交換器(110)だけでなく、第2熱交換器(140)でさらに冷却されて、より低い温度の状態で第1減圧装置(150)に供給されることができるため、再液化効率と再液化量が高くなる。

本実施例の冷媒減圧装置(160)は、第3実施例と同様に、第2熱交換器(140)を通過した蒸発ガスを膨張させた後、再び第2熱交換器(140)に送る。

本実施例の第1減圧装置(150)は、第3実施例と同様に、復帰ライン(L3)上に設置されて、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)によって冷却された蒸発ガスを膨張させる。本実施例の第1減圧装置(150)は、蒸発ガスを膨張させて冷却することができるすべての手段を備え、ジュール−トムソン(Joule−Thomson)バルブなどの膨張バルブまたは膨張機であり得る。

本実施例における船舶は、第3実施例と同様に、第1減圧装置(150)の下流の復帰ライン(L3)上に設置され、第1減圧装置(150)から排出される気液混合物を気体成分と液体成分に分離する気液分離器(170)を備えることができる。

第3実施例と同様に、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、第1減圧装置(150)を通過した液体状態または気液混合状態の蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、第1減圧装置(150)を通過した蒸発ガスは、気液分離器(170)に送られ、気体成分と液体成分に分離される。気液分離器(170)によって分離された液体成分は復帰ライン(L3)に沿って貯蔵タンク(T)に復帰して、気液分離器(170)によって分離された気体成分は気液分離器(170)から第1熱交換器(110)の上流の第1供給ライン(L1)まで延長される気体排出ライン(L4)に沿って、第1熱交換器(110)に供給される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合、第3実施例と同様に、気液分離器(170)によって分離されて貯蔵タンク(T)に送られる液体の流量を調節する第7バルブ(197);と気液分離器(170)によって分離されて第1熱交換器(110)に送られる気体の流量を調節する第8バルブ(198);をさらに備えることができる。

ただし、本実施例における船舶は、第3実施例とは異なり、第2供給ライン(L2)上に設置される追加圧縮機(124);追加圧縮機(124)の下流に設置される追加冷却器(134);復帰ライン(L3)上に設置される推進圧縮機(126);推進圧縮機(126)の下流に設置される推進冷却器(136);再循環ライン(L5)と第2供給ライン(L2)との間を連結する第1追加ライン(L6);再循環ライン(L5)上に設置される第9バルブ(201);第1追加ライン(L6)上に設置される第10バルブ(202);と、第2供給ライン(L2)と第2熱交換器(140)との間の再循環ライン(L5)上に設置される第12バルブ(205);をさらに備える。

また、本実施例における船舶は、第6バルブを選択的に備えている第3実施例とは異なり、第1供給ライン(L1)から分岐された蒸発ガスが第2熱交換器(140)に送られる再循環ライン(L5)上に設置されて、蒸発ガスの流量と開閉を調節する第6バルブ(196)を必須的に備える。

本実施例の追加圧縮機(124)は、第2供給ライン(L2)上の第2圧縮機(122)の上流または下流に設置されて、第2圧縮機(122)より小容量であり得る。追加圧縮機(124)は、冷媒減圧装置(160)が、流体を膨張させながら生産する動力によって駆動することができ、追加圧縮機(124)の容量は、冷媒減圧装置(160)が生産する動力によって駆動される容量であり得る。本実施例では、冷媒減圧装置(160)が、流体を膨張させながら生産する動力を追加圧縮機(124)で使用する場合を例に挙げて説明するが、冷媒減圧装置(160)の生産する動力を第1圧縮機(120)や第2圧縮機(122)で使用するようにシステムを構成することもできる。

圧縮機の種類には、高速で羽根車を回転させ、遠心力によるエネルギーでガスを圧縮する遠心圧縮機(Centrifugal Compressor)、シリンダー内のピストンの往復運動によってガスを圧縮する往復動圧縮機(Reciprocating Compressor)、2つのローターのかみ合いによってガスを圧縮するスクリュー圧縮機(Screw Compressor)などがあり、このうち往復動圧縮機とスクリュー圧縮機は、一定の容積の中に吸引された気体を圧縮する容積形圧縮機(Positive Displacement Compressor)に属する。

本実施例の第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は容積形圧縮機の方が好ましく、追加圧縮機(124)は遠心型圧縮機の方が好ましいが、追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の下流に設置される場合、第2圧縮機(122)は第1圧縮機(120)と同じ流量を圧縮するため、第2供給ライン(L2)を通過した蒸発ガスの質量流量は同一であり、圧力だけ高くなる効果が発生する。しかし、追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の上流に設置される場合には、追加圧縮機(124)によって圧縮されて高密度になった蒸発ガスが第2圧縮機(122)に供給されるため、第2圧縮機(122)に供給される蒸発ガスの質量流量を増加させることができる。

すなわち、追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の上流に設置される場合、貯蔵タンク(T)から排出されて第2供給ライン(L2)に供給された蒸発ガスは、追加圧縮機(124)によって圧縮され密度が高くなるため、第2圧縮機(122)に同一流量の蒸発ガスが供給されても第2圧縮機(122)に供給される蒸発ガスの質量はもっと大きくなる。結局、第2圧縮機(122)によって圧縮された後、第2熱交換器(140)で冷媒として使用される流体の質量がより大きくなるため、第2熱交換器(140)における再液化効率と再液化量を増加させることができる。追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の上流に設置される場合、本実施例の閉ループと独立開ループで運用することができるだけでなく、第2圧縮機(122)の出口圧力を第1圧縮機(120)の出口圧力と同様に調整して、開ループで運用することもできる。

また、追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の下流に設置される場合、第2圧縮機(122)の容量によって質量流量が決定され、追加圧縮機(124)は付加的な圧力を高める役割だけを行うことになる。これも従来に比べて効率の向上が期待され得るが、制限的であるため、追加圧縮機(124)は第2圧縮機(122)の上流に設置されるのが好ましい。追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の下流に設置される場合、本実施例では、閉ループと独立開ループで運用することができ、第1供給ライン(L1)を通過した蒸発ガスと第2供給ライン(L2)を通過した蒸発ガスの圧力が異なるため、開ループの運用は困難であり得る。

本実施例では、追加圧縮機(124)を設置する代わりに、第2圧縮機(122)の圧力と容量を高めても、類似した効果を達成することができる。しかし、圧力と容量が大きい第2圧縮機(122)を使用すると、費用が増えるという短所がある。

本実施例によれば、冷媒減圧装置(160)が生産する動力を利用することができ、追加圧縮機(124)を追加することにより、低費用で再液化効率と再液化量を高めることができる。

本実施例の追加冷却器(134)は、追加圧縮機(124)によって圧縮されて圧力だけでなく温度も高くなった蒸発ガスの温度を下げる。追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の上流に設置される場合には、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)の順で設置され、追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の下流に設置される場合には、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)の順に設置される。

本実施例の推進圧縮機(126)は、第1供給ライン(L1)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスの一部を分岐させて第1熱交換器(110)に送る復帰ライン(L3)上に設置され、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に供給される蒸発ガスの圧力を高める。推進圧縮機(126)は、蒸発ガスを臨界点(メタンの場合、約55bar)以下の圧力まで圧縮することと、臨界点を超える圧力まで圧縮することが可能であり、本実施例の推進圧縮機(126)が蒸発ガスを臨界点以上まで圧縮する場合、約300barに圧縮できる。

本実施例の推進冷却器(136)は、推進圧縮機(126)の下流の復帰ライン(L3)上に設置されて、推進圧縮機(126)を通過して圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスの温度を下げる。

本実施例における船舶は、推進圧縮機(126)をさらに備えて、再液化過程を経る蒸発ガスの圧力を高めることができるため、再液化量と再液化効率を高めることができる。

図9は、異なる圧力下で熱流量によるメタンの温度値をそれぞれ示したグラフである。図9を参照すると、再液化過程を経る蒸発ガスの圧力が高いほど、自己熱交換の効率が高まることが確認できる。自己熱交換の自己は、低温の蒸発ガス自体を冷却流体として利用し、高温の蒸発ガスと熱交換させることを意味する。

図9の(a)は、推進圧縮機(126)と推進冷却器(136)を備えない場合、第2熱交換器(140)における各流体の状態を示し、図9の(b)は推進圧縮機(126)と推進冷却器(136)を備える場合に第2熱交換器(140)における各流体の状態を示す。

図9の(a)と(b)の最上のグラフIは、再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給される図5のA地点の流体状態を示したものであり、最下のグラフLは、再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)と冷媒減圧装置(160)を通過し冷媒として使用されるため第2熱交換器(140)に再び供給される図5のC地点の流体状態を示したものであり、中間部のグラフKと重なって描かれたグラフJは、第1熱交換器(110)を通過して復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)で供給される図5のE地点の流体状態を示したものである。

冷媒として使用される流体は、熱交換の過程で冷熱を奪われて段々温度が上昇するため、グラフLは、時間の経過に従って左側から右側に移動し、冷媒と熱交換されて冷却される流体は、熱交換の過程で冷媒からの冷熱を受けて段々温度が下がるため、グラフIおよびグラフJは、時間の経過に従って右側から左側に移動される。

図9の(a)と(b)の中間部のグラフKは、グラフIとグラフJを組み合わせて表したものである。すなわち、第2熱交換器(140)で冷媒として使用される流体はグラフLで表し、第2熱交換器(140)で冷媒と熱交換されて冷却される流体はグラフKで表した。

熱交換器を設計する際には、熱交換器に供給される(すなわち、図5のA地点、C地点、およびE地点)流体の温度と熱流量は固定し、冷媒として使用される流体の温度が冷却される流体の温度よりも高くならないように(すなわち、グラフLとグラフKが交差し、グラフLがグラフKより上方に表示されないように)しながら、対数平均温度差(LMTD;Logarithmic Mean Temperature Difference)が最小値になるようにする。

対数平均温度差(LMTD)は、高温流体と低温流体が互いに反対方向で注入され、反対側から排出される熱交換方式である対向流の場合、低温流体が熱交換器を通過する前の温度をtc1、低温流体が熱交換器を通過した後の温度をtc2、高温流体が熱交換器を通過する前の温度をth1、高温流体が熱交換器を通過した後の温度をth2とし、d1=th2−tc1、d2=th1−tc2としたとき、(d2−d1)/ln(d2/d1)で表現される値であり、対数平均温度差が小さいほど熱交換器の効率は高くなる。

グラフ上で対数平均温度差(LMTD)は、冷媒として使用される低温流体(図9のグラフL)と冷媒と熱交換されて冷却される高温流体(図9のグラフK)の間隔で表され、図9の(a)より図9の(b)において、グラフLとグラフKの間隔がより狭く表示されることが分かる。

この差は、丸い円で表示した地点であるグラフJの初期値、すなわち、第1熱交換器(110)を通過し復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給される図5のE地点の流体の圧力が、図9の(a)より図9の(b)の方が高いためである。

すなわち、シミュレーションの結果、推進圧縮機(126)を備えない、図9の(a)の場合には、図5のE地点における流体は約−111℃、20barであり、推進圧縮機(126)を備える図9の(b)の場合には、図5のE地点における流体は、約−90℃、50barであるが、このような初期条件下で対数平均温度差(LMTD)が最小限になるように熱交換器を設計すれば、再液化過程を経る蒸発ガスの圧力が高い図9の(b)の場合に熱交換器の効率がもっと高くなって、最終的にはシステム全体の再液化量と再液化効率が高まることになる。

図9の(a)の場合、第2熱交換器(140)で冷媒として使用される蒸発ガスの流量が約6401kg/hであれば、冷媒として使用される流体(グラフL)から冷媒と熱交換されて冷却される流体(グラフK)に伝達される総熱流量は約585.4kWであり、再液化された蒸発ガスの流量は、約3441kg/hである。

図9の(b)の場合、第2熱交換器(140)で冷媒として使用される蒸発ガスの流量が約5368kg/hであれば、冷媒として使用される流体(グラフL)から冷媒と熱交換されて冷却される流体(グラフK)に伝達される総熱流量は約545.2kWであり、再液化された蒸発ガスの流量は、約4325kg/hである。

すなわち、推進圧縮機(126)を含めて再液化過程を経る蒸発ガスの圧力を上げると、より少ない冷媒を使用しても、より多くの量の蒸発ガスを再液化できることができる。

このように、本実施例における船舶は、推進圧縮機(126)を備えるため、再液化量と再液化効率を高めることができ、再液化量と再液化効率を高めて第2圧縮機(122)を駆動しなくても蒸発ガスのすべて処理することができる場合が増加し、第2圧縮機(122)の使用頻度を減らすことができるという長所がある。

第2圧縮機(122)を利用して再液化効率を高めることができるが、第2圧縮機(122)を駆動させる時間が長いほど、第1圧縮機(120)が故障した場合に備えるという冗長性(Redundancy)の概念は薄くなる。本実施例における船舶は、推進圧縮機(126)を備えて第2圧縮機(122)の使用頻度を減らすことができるため、冗長性の概念を十分に確保することができる。

また、推進圧縮機(126)は、一般に第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)の約1/2の容量で十分であるため、第2圧縮機(122)を駆動させずに推進圧縮機(126)と第1圧縮機(120)のみを駆動させシステムを運用する場合、推進圧縮機(126)を設置しない場合に比べて、運用費用を低減することができる。

更に図5を参照すると、本実施例の第1追加ライン(L6)の一端は、冷媒減圧装置(160)によって膨張されて第2熱交換器(140)を通過した蒸発ガスを第1供給ライン(L1)に送る再循環ライン(L5)上に連結されて、他端は、第3バルブ(193)と第2圧縮機(122)との間の第2供給ライン(L2)上に連結される。

本実施例の第9バルブ(201)は、再循環ライン(L5)が第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)の上流の第1供給ライン(L1)と接する地点と、再循環ライン(L5)が第1追加ライン(L6)と接する地点との間の再循環ライン(L5)上に設置される。また、本実施例における船舶は、第3実施例と異なり、第2圧縮機(122)の下流側の第2供給ライン(L2)が、第1供給ライン(L1)ではなく、再循環ライン(L5)に連結される。

本実施例の第12バルブ(205)は、第2供給ライン(L2)と第2熱交換器(140)との間の再循環ライン(L5)上に設置されて、流体の流量と開閉を調節する。

本実施例の第1ないし第12バルブ(191、192、193、194、195、196、197、198、201、202、203、205)は、システム運用状況を人が直接判断して、手動で調整することと、予め設定された値によって開閉されるように自動的に調整することとができる。

本実施例における船舶における第3実施例と異なる特徴は、冷媒サイクルを開ループだけでなく、閉ループでも運用できるようにして、船舶の運航条件に応じて、再液化システムをより柔軟に使用することが可能であり、以下、追加圧縮機(124)が第2圧縮機(122)の上流に設置された場合、バルブの調整を介して冷媒サイクルを閉ループで運用する方法および開ループで運用する方法を説明する。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用するために、まず、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第4バルブ(194)、第10バルブ(202)、第12バルブ(205)は開いて、第6バルブ(196)及び第9バルブ(201)は閉じた状態でシステムを駆動させる。

貯蔵タンク(T)から排出され第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが再循環ライン(L5)に供給されると、第3バルブ(193)を閉じて、蒸発ガスが追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)、第12バルブ(205)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)、再び第2熱交換器(140)、第10バルブ(202)を循環する閉ループの冷媒サイクルを形成させる。

冷媒サイクルを閉ループで構成する場合には、窒素ガスを閉ループを循環する冷媒として使用することもできる。この場合、本実施例の貯蔵タンクは、窒素ガスを閉ループの冷媒サイクル内に導入させる配管をさらに備えることができる。

冷媒サイクルが閉ループで運用される場合、閉ループを循環する蒸発ガスのみが第2熱交換器(140)における冷媒として使用され、第1圧縮機(120)を通過した蒸発ガスは、冷媒サイクルに導入されず、燃料需要先(180)に供給されるか、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。したがって、再液化量や燃料需要先(180)から要求される蒸発ガス量に関係なく一定の流量の蒸発ガスが第2熱交換器(140)の冷媒として循環される。

本実施例の冷媒サイクルが閉ループで運用される場合、開ループまたは独立開ループで運用される場合に比べて、再液化過程を経る蒸発ガスと冷媒として使用される蒸発ガスのそれぞれの流量を制御することが容易であるという利点がある。

また、本実施例の第1供給ライン(L1)には、一台の圧縮機(120)のみ設置されて、第2供給ライン(L2)には2台の圧縮機(122、124)が設置されるため、第1供給ライン(L1)を通過した蒸発ガスと第2供給ライン(L2)を通過した蒸発ガスの圧力が異なり得る。第1供給ライン(L1)を通過した蒸発ガスと第2供給ライン(L2)を通過した蒸発ガスの圧力が異なる場合には、本実施例の冷媒サイクルは閉ループまたは独立開ループで運用されることが好ましい。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが閉ループで運用される場合において、蒸発ガスの流れを以下のように説明する。

貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過した後、第1圧縮機(120)によって圧縮され、第1冷却器(130)によって冷却された後、一部は燃料需要先(180)に送られ、残りの一部は復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。

復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経る蒸発ガスは、推進圧縮機(126)によって圧縮され推進冷却器(136)によって冷却された後、第1熱交換器(110)によって貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスと熱交換されて冷却される。第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で熱交換され、さらに冷却された後、第1減圧装置(150)によって膨張され、一部または全部が再液化される。

本実施例では、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経る蒸発ガスが、推進圧縮機(126)によって圧縮された後、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)で2回にわたって冷却される場合を説明したが、推進圧縮機(126)によって圧縮された蒸発ガスは、直ちに第2熱交換器(140)に送られて冷却された後、第1減圧装置(150)によって膨張され再液化することもできる。本実施例の冷媒サイクルが開ループと独立開ループに運用される場合も同様である。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは気液分離器(170)に送られる。気液分離器(170)によって分離された気体は、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスと合流し第1熱交換器(110)に送られ、気液分離器(170)によって分離された液体は貯蔵タンク(T)に送られる。

一方、冷媒サイクルを循環する蒸発ガスは、追加圧縮機(124)によって圧縮されて追加冷却器(134)によって冷却された後、第2圧縮機(122)によってさらに圧縮されて第2冷却器(132)により冷却され、再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に送られる。追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)を通過して第2熱交換器(140)に送られた蒸発ガスは、第2熱交換器(140)から1次的に熱交換されて冷却された後、冷媒減圧装置(160)に送られ、2次的に膨張されて冷却される。

本実施例では、再循環ライン(L5)に沿って冷媒として使用される蒸発ガスが、第2熱交換器(140)を1次的に通過した後、冷媒減圧装置(160)を経て、第2熱交換器(140)に再び送られる場合を説明したが、再循環ライン(L5)に沿って冷媒として使用される蒸発ガスは、第2熱交換器(140)を経由せずに直接冷媒減圧装置(160)に送られた後、第2熱交換器(140)に送ることができる。本実施例の冷媒サイクルが開ループと独立開ループに運用される場合も同様である。

冷媒減圧装置(160)を通過した蒸発ガスは、再び第2熱交換器(140)に送られ、第1熱交換器(110)を通過した後、復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;及び追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮され再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;を冷却する冷媒として使用される。冷媒減圧装置(160)を通過した後、第2熱交換器(140)で冷媒として使用された蒸発ガスは、再び追加圧縮機(124)に送られ、上述した一連の過程を繰り返す。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが閉ループで運用される間に、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障すると、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第10バルブ(202)及び第12バルブ(205)は閉じ、第3バルブ(193)及び第6バルブ(196)は開いて、貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスが、第3バルブ(193)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)及び第6バルブ(196)を経て燃料需要先(180)に供給されるように構成する。追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを、第2熱交換器(140)の冷媒として使用する必要がある場合には、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)を開いて、システムを運用することもできる。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを開ループで運用するために、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第4バルブ(194)、第6バルブ(196)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)は開いて、第10バルブ(202)は閉じる。

冷媒サイクルを閉ループで運用すると、冷媒サイクルを循環する蒸発ガスと、燃料需要先(180)に送られるか復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経る蒸発ガスとが分離される。一方、冷媒サイクルを開ループで運用すると、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスとが合流し、第2熱交換器(140)で冷媒として使用されたり、燃料需要先(180)に送られたり、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。

したがって、冷媒サイクルを開ループで運用すると、再液化量と燃料需要先(180)においての蒸発ガス要件を考慮して、第2熱交換器(140)に送る冷媒の流量を流動的に調節することができる。特に、燃料需要先(180)からの蒸発ガス需要が少ない場合、第2熱交換器(140)に送る冷媒の流量を増加させると、再液化効率と再液化量を高めることができる。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが開ループで運用される場合の蒸発ガスの流れを以下のように説明する。

貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過した後、二つの流れに分岐して、一部は第1供給ライン(L1)に送られ、残りの一部は第2供給ライン(L2)に送られる。

第1供給ライン(L1)に送られた蒸発ガスは、第1バルブ(191)、第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)と第2バルブ(192)を通過した後、一部は第6バルブ(196)及び第12バルブ(205)を通過して第2熱交換器(140)に送られ、他の一部は再び二つの流れに分岐する。二つの流れに分岐した蒸発ガスの一方は燃料需要先(180)に送られ、他方は復帰ライン(L3)に沿って推進圧縮機(126)に送られる。

第2供給ライン(L2)に送られた蒸発ガスは、第3バルブ(193)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)と第4バルブ(194)を通過した後、一部は第12バルブ(205)を通過して第2熱交換器(140)に送られ、他の一部は第1供給ライン(L1)に送られた後、二つの流れに分岐する。二つの流れに分岐した蒸発ガスの一方は燃料需要先(180)に送られ、他方の流れは復帰ライン(L3)に沿って推進圧縮機(126)に送られる。

説明の便宜上、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと追加圧縮機(124)及び第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを分離して説明したが、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと追加圧縮機(124)及び第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスは、それぞれ分離されて流れるのではなく、合流して第2熱交換器(140)、燃料需要先(180)または推進圧縮機(126)に供給される。

すなわち、第2熱交換器(140)に蒸発ガスを送る再循環ライン(L5)、燃料需要先(180)に蒸発ガスを送る第1供給ライン(L1)、第1熱交換器(110)に蒸発ガスを送る復帰ライン(L3)には、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと追加圧縮機(124)及び第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが混合して流れる。

再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に送られた蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で1次的に熱交換されて冷却され、冷媒減圧装置(160)によって2次膨張されて冷却された後、再び第2熱交換器(140)に供給される。冷媒減圧装置(160)を通過して第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過し復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;及び再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給され、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスと追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが合流した流れ;と熱交換される。

冷媒減圧装置(160)を通過した後、第2熱交換器(140)で冷媒として使用された蒸発ガスは、第9バルブ(201)を通過して第1供給ライン(L1)に送られ、貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスと合流し、上述した一連のプロセスを繰り返す。

一方、復帰ライン(L3)に沿って推進圧縮機(126)に送られた蒸発ガスは、推進圧縮機(124)によって圧縮され、推進冷却器(134)によって冷却された後、第1熱交換器(110)に送られる。第1熱交換器(110)に送られた蒸発ガスは、第1熱交換器(110)で1次冷却され、第2熱交換器(140)から2次冷却された後、第1減圧装置(150)によって膨張されて一部または全部が再液化される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは、気液分離器(170)に送られる。気液分離器(170)によって分離された気体は、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスと合流して、第1熱交換器(110)に送られ、気液分離器(170)によって分離された液体は、貯蔵タンク(T)に送られる。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが開ループで運用される間に、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障すると、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)を閉じて、貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスが、第3バルブ(193)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)及び第6バルブ(196)を経て燃料需要先(180)に供給されるように構成する。追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを、第2熱交換器(140)の冷媒として使用する必要がある場合には、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)を開いて、システムを運用することもできる。

本実施例における船舶は、冷媒サイクルを開ループで運用しながらも、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスは第2熱交換器(140)の冷媒でのみで使用し、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスは、燃料需要先(180)に送るか、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることで、第2熱交換器(140)の冷媒としては使用しないように、第2圧縮機(122)と第1圧縮機(120)を独立的に運用することもできる。以下、第2圧縮機(122)と第1圧縮機(120)を独立的に運用する開ループの冷媒サイクルを「独立開ループ」と称する。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを独立開ループに運用するために、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第4バルブ(194)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)は開いて、第6バルブ(196)及び第10バルブ(202)は閉じる。冷媒サイクルを独立開ループで運用すると、閉ループで運用する際に比べて、比較的柔軟なシステムの運用が可能でありながら、開ループで運用する際に比べてシステムの運転が容易になるという利点がある。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが独立開ループで運用される場合、蒸発ガスの流れを以下のように説明する。

貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過した後、二つの流れに分岐し、一部は第1供給ライン(L1)に送られ、残りの一部は、第2供給ライン(L2)に送られる。第1供給ライン(L1)に送られた蒸発ガスは、第1バルブ(191)、第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)と第2バルブ(192)を通過した後、一部は燃料需要先(180)に送られ、他の一部は、復帰ライン(L3)に沿って推進圧縮機(126)に送られる。

第2供給ライン(L2)に送られた蒸発ガスは、第3バルブ(193)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)及び第12バルブ(205)を通過した後、再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に送られる。

追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮されて再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に送られた蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で1次的に熱交換されて冷却され、冷媒減圧装置(160)によって2次的に膨張されて冷却された後、再び第2熱交換器(140)に供給され、第1熱交換器(110)を通過し復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;及び追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮され再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;を冷却する冷媒として使用される。

冷媒減圧装置(160)を通過した後、第2熱交換器(140)で冷媒として使用された蒸発ガスは、第9バルブ(201)を通過して第1供給ライン(L1)に送られ、貯蔵タンク(T)から排出された後、第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスと合流し、上述した一連の過程を繰り返す。

第1圧縮機(120)によって圧縮された後、復帰ライン(L3)に沿って推進圧縮機(126)に送られた蒸発ガスは、推進圧縮機(124)によって圧縮され、推進冷却器(134)によって冷却された後、第1熱交換器(110)に送られる。第1熱交換器(110)に送られた蒸発ガスは、第1熱交換器(110)で1次冷却され、第2熱交換器(140)で2次冷却された後、第1減圧装置(150)によって膨張されて一部または全部が再液化される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは気液分離器(170)に送られる。気液分離器(170)によって分離された気体は、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスと合流して第1熱交換器(110)に送られ、気液分離器(170)によって分離された液体は貯蔵タンク(T)に送られる。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが独立開ループで運用される間に、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障すると、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)を閉じて、第6バルブ(196)を開いて、貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスが、第3バルブ(193)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)及び第6バルブ(196)を経て燃料需要先(180)まで供給されるように構成する。追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを、第2熱交換器(140)の冷媒として使用する必要がある場合には、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)を開いて、システムを運用することもできる。

図6は、本発明の第5実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

図6に示された第5実施例における船舶は、図5に図示された第4実施例の船舶に比べて、第1追加ライン(L6)を含まず、追加圧縮機(124)と追加冷却器(134)を再循環ライン(L5)に設置し、各ラインの連結位置が少しずつ変更された点で相違点があり、以下では相違点を中心に説明する。前述した第4実施例における船舶と同一部材については、詳細な説明を省略する。

図6を参照すれば、本実施例における船舶は、第4実施例と同様に、第1熱交換器(110)、第1バルブ(191)、第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)、推進圧縮機(126)、推進冷却器(136)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第9バルブ(201)、第12バルブ(205)及び第1減圧装置(150)を備える。

本実施例の第1熱交換器(110)は、第4実施例と同様に、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを冷媒として使用し、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に送られた蒸発ガスを冷却する。すなわち、第1熱交換器(110)は、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスの冷熱を回収し、回収した冷熱を復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に送られた蒸発ガスに供給する。復帰ライン(L3)上には蒸発ガスの流量と開閉を調節する第5バルブ(195)が設置され得る。

本実施例の第1圧縮機(120)は、第4実施例と同様に、第1供給ライン(L1)上に設置されて貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを圧縮し、本実施例の第2圧縮機(122)は、第4実施例と同様に、第2供給ライン(L2)上に第1圧縮機(120)と並列に設置されて貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを圧縮する。第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、同じ性能の圧縮機であること、それぞれ多段圧縮機であることができる。

本実施例の第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、第4実施例と同様に、燃料需要先(180)が必要とする圧力まで蒸発ガスを圧縮できる。また、燃料需要先(180)が複数の種類のエンジンを備える場合には、より高い圧力を必要とするエンジン(以下、「高圧エンジン」という。)の要求圧力に合わせて蒸発ガスを圧縮した後、一部は高圧エンジンに供給し、他の一部は、より低い圧力を必要とするエンジン(以下、「低圧エンジン」という。)の上流に設置された減圧装置によって減圧した後、低圧エンジンに供給することができる。そのほかにも、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)における再液化効率と再液化量を高めるために、蒸発ガスを第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)によって燃料需要先(180)が必要とする圧力以上の高圧まで圧縮し、燃料需要先(180)の上流には減圧装置を設置して、高圧で圧縮された蒸発ガスの圧力を燃料需要先(180)から要求される圧力まで下げた後、燃料需要先(180)に供給することもできる。

本実施例における船舶は、第4実施例と同様に、燃料需要先(180)の上流に設置されて、燃料需要先(180)に送られる蒸発ガスの流量と開閉を調節する第11バルブ(203)をさらに備えることができる。

本実施例における船舶は、第4実施例と同様に、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを第2熱交換器(140)で蒸発ガスをさらに冷却する冷媒として使用するため、再液化効率と再液化量を高めることができる。

本実施例の第1冷却器(130)は、第4実施例と同様に、第1圧縮機(120)の下流に設置されて、第1圧縮機(120)を通過しながら圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。本実施例の第2冷却器(132)は、第4実施例と同様に、第2圧縮機(122)の下流に設置されて、第2圧縮機(122)を通過しながら圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。

本実施例の推進圧縮機(126)は、第4実施例と同様に、第1供給ライン(L1)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスの一部を分岐させて第1熱交換器(110)に送る復帰ライン(L3)上に設置されて、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に供給される蒸発ガスの圧力を高める。推進圧縮機(126)は、蒸発ガスを臨界点(メタンの場合、約55bar)以下の圧力まで圧縮することもあり、臨界点を超える圧力まで圧縮することもあり、本実施例の推進圧縮機(126)が蒸発ガスを臨界点以上まで圧縮する場合、約300barに圧縮することができる。

本実施例の推進冷却器(136)は、第4実施例と同様に、推進圧縮機(126)の下流の復帰ライン(L3)上に設置されて、推進圧縮機(126)を通過し圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスの温度を下げる。

本実施例における船舶は、推進圧縮機(126)をさらに備えるため、第4実施例と同様に、再液化過程を経る蒸発ガスの圧力を高めて再液化量と再液化効率を高めることができ、第2圧縮機(122)の使用頻度を減らすことができ、冗長性の概念を十分に確保することができ、推進圧縮機(126)を設置しない場合に比べて、運用費用を低減することができる。

本実施例の第2熱交換器(140)は、第4実施例と同様に、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に供給されて、第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスをさらに冷却する。

本実施例によれば、第4実施例と同様に、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスが第1熱交換器(110)だけでなく、第2熱交換器(140)でもさらに冷却されて、より温度が低状態で第1減圧装置(150)に供給され得るため、再液化効率と再液化量が高くなる。

本実施例の冷媒減圧装置(160)は、第4実施例と同様に、第2熱交換器(140)を通過した蒸発ガスを膨張させた後、再び第2熱交換器(140)に送る。

本実施例の追加圧縮機(124)は、冷媒減圧装置(160)と第2熱交換器(140)を通過した流体を圧縮し、冷媒減圧装置(160)が流体を膨張させながら生産する動力によって駆動される。すなわち、本実施例の冷媒減圧装置(160)と追加圧縮機(124)は、圧伸機(Compander、900)を形成することができる。追加圧縮機(124)は第2圧縮機(122)より小容量であることができ、冷媒減圧装置(160)が生産する動力によって駆動できる容量であり得る。

ただし、本実施例の追加圧縮機(124)は、第4実施例と異なり、第2供給ライン(L2)上に設置されるのではなく、第2供給ライン(L2)から分岐されて冷媒減圧装置(160)及び第2熱交換器(140)を通過した流体が、再び第2供給ライン(L2)に送られる再循環ライン(L5)上に設置される。

本実施例によれば、第4実施例と同様に、冷媒減圧装置(160)が生産する動力を活用することができ、第2圧縮機(122)よりも小容量の追加圧縮機(124)を追加することにより、低費用で再液化効率と再液化量を高めることができる。

本実施例の追加冷却器(134)は、第4実施例と同様に、追加圧縮機(124)の下流に設置されて、追加圧縮機(124)によって圧縮され圧力だけでなく温度も高くなった蒸発ガスの温度を下げる。ただし、本実施例の追加冷却器(134)は、第4実施例と異なり、再循環ライン(L5)上に設置される。

本実施例では、追加圧縮機(124)と追加冷却器(134)を再循環ライン(L5)上に設置して、第2熱交換器(140)における冷媒として使用される流体が、第4実施例の閉ループ冷媒サイクルと同一の経路を循環できるように構成しながらも、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障した場合、第4実施例より容易に第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)を通過した蒸発ガスを燃料需要先(180)に燃料として供給することができる。

以下、第1圧縮機(120)と第1冷却器(130)が正常的に動作する時を「平常時」といい、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障した場合を「非常時」と称する。

すなわち、本実施例によれば、第2熱交換器(140)で冷媒として使用される流体が、再循環ライン(L5)と第2供給ライン(L2)に沿って、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)、再び第2熱交換器(140)を通過した後、再び追加圧縮機(124)に送られるため、第4実施例の閉ループ冷媒サイクルと同一の冷媒サイクルを循環する。

また、第4実施例によれば、非常時に第2供給ライン(L2)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスは、追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)の両方によって圧縮されてから燃料需要先(180)に供給されるため、第2圧縮機(122)が第1圧縮機(120)と同様の性能を有する場合、非常時に第2供給ライン(L2)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスの圧力が、平常時に第1供給ライン(L1)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスの圧力より高いことができる。

したがって、第4実施例によれば、非常時に第2供給ライン(L2)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスの圧力を、平常時に第1供給ライン(L1)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスの圧力と同様に合わせるため、別の制御が必要となることと、第2圧縮機(122)を冗長性としてに活用することが困難な場合が生じることがある。

一方、本実施例によれば、非常時に第2供給ライン(L2)に沿って燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスは、追加圧縮機(124)によって圧縮されず、第2圧縮機(122)のみによって圧縮され燃料需要先(180)に供給されるため、第2圧縮機(122)が第1圧縮機(120)と同一性能を有する場合、非常時に追加的な圧力調節なしで容易に第2供給ライン(L2)を介して燃料需要先(180)に蒸発ガスを供給することができる。

本実施例の第1減圧装置(150)は、第4実施例と同様に、復帰ライン(L3)上に設置され、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)によって冷却された蒸発ガスを膨張させる。本実施例の第1減圧装置(150)は、蒸発ガスを膨張させて冷却できるすべての手段を備えて、ジュール−トムソン(Joule−Thomson)バルブなどの膨張バルブまたは膨張機であり得る。

本実施例における船舶は、第4実施例と同様に、第1減圧装置(150)の下流の復帰ライン(L3)上に設置され、第1減圧装置(150)から排出される気液混合物を気体成分と液体成分に分離する気液分離器(170)を備えることができる。

第4実施例と同様に、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、第1減圧装置(150)を通過した液体状態または気液混合状態の蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、第1減圧装置(150)を通過した蒸発ガスは、気液分離器(170)に送られ、気体成分と液体成分に分離される。気液分離器(170)によって分離された液体成分は、復帰ライン(L3)に沿って貯蔵タンク(T)に復帰し、気液分離器(170)によって分離された気体成分は、気液分離器(170)から第1熱交換器(110)の上流の第1供給ライン(L1)まで延長される気体排出ライン(L4)に沿って、第1熱交換器(110)に供給される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合、第4実施例と同様に、気液分離器(170)によって分離されて貯蔵タンク(T)に送られる液体の流量を調節する第7バルブ(197);及び気液分離器(170)によって分離され第1熱交換器(110)に送られる気体の流量を調節する第8バルブ(198);をさらに備えることができる。

ただし、本実施例における船舶は、第4実施例とは異なり、第1追加ライン(L6)を備えず、第1供給ライン(L1)から分岐した第2供給ライン(L2)が、再循環ライン(L5)ではなく、第1供給ライン(L1)と再び合流する。また、再循環ライン(L5)が、第1供給ライン(L1)ではなく、第2冷却器(132)と第4バルブ(194)との間の第2供給ライン(L2)から分岐された後、第1供給ライン(L1)ではなく第3バルブ(193)と第2圧縮機(122)との間の第2供給ライン(L2)と再び合流する。

また、本実施例における船舶は、第4実施例とは異なり、第6バルブ(196)を備えない。

本実施例では、第1熱交換器(110)を含み、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスが第1熱交換器(110)で熱交換された後、第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)に供給された場合を説明したが、本発明の船舶は、第1熱交換器(110)を備えず、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスは、直ちに第1圧縮機(120)又は第2圧縮機(122)に供給され、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経る蒸発ガスは、推進圧縮機(126)によって圧縮されて直ちに第2熱交換器(140)に送られることもできる。後述の第6実施例も同様である。

また、本実施例では、再循環ライン(L5)に沿って循環する流体が第2熱交換器(140)を1次的に通過し冷媒減圧装置(160)によって膨張された後、再び第2熱交換器(140)で供給される場合を説明したが、本発明の再循環ライン(L5)に沿って循環する流体は、第2供給ライン(L2)から分岐されて直ちに冷媒減圧装置(160)によって膨張された後、第2熱交換器(140)に送られることもできる。後述する第6実施例も同様である。

本実施例の第1ないし第5バルブ、第7ないし第9バルブ、第11バルブ及び第12バルブ(191、192、193、194、195、197、198、201、203、205)は、システムの運用状況を人が直接判断して、手動で調整することと、予めに設定された値によって開閉されるように自動的に調整することとができる。

本実施例の冷媒サイクルは閉ループで運用されることが好ましく、以下、バルブ調節を介して、本実施例の冷媒サイクルを閉ループで運用する方法を説明する。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用するために、まず、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第4バルブ(194)、第5バルブ(195)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)を開いた状態でシステムを駆動させる。

貯蔵タンク(T)から排出され第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが再循環ライン(L5)に供給されると、第3バルブ(193)及び第4バルブ(194)を閉じて、蒸発ガスが第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第12バルブ(205)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)、再び第2熱交換器(140)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)及び第9バルブ(201)を循環する閉ループの冷媒サイクルを形成させる。

冷媒サイクルを閉ループで構成する場合には、窒素ガスを閉ループを循環する冷媒として使用することもできる。この場合、本実施例の貯蔵タンク(T)は、窒素ガスを閉ループの冷媒サイクル内に導入させる配管をさらに備える。

冷媒サイクルが閉ループで運用される場合、閉ループを循環する蒸発ガスのみ第2熱交換器(140)における冷媒として使用され、第1圧縮機(120)を通過した蒸発ガスは、冷媒サイクルに導入されることができず、燃料需要先(180)に供給されるか、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。したがって、再液化量や燃料需要先(180)で要求される蒸発ガス量に関係なく、一定流量の蒸発ガスが第2熱交換器(140)の冷媒として循環される。

本実施例の冷媒サイクルが閉ループで運用される場合、開ループまたは独立開ループで運用される場合に比べて、再液化過程を経る蒸発ガスと冷媒として使用される蒸発ガスのそれぞれの流量を制御することが容易であるという利点がある。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが閉ループで運用される場合の蒸発ガスの流れを以下のように説明する。

貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過した後、第1圧縮機(120)によって圧縮され、第1冷却器(130)によって冷却された後、一部は燃料需要先(180)に送られ、残りの一部は復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。

貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスは、約1barであり、約1barの蒸発ガスは、第1圧縮機(120)によって圧縮されて約17barになり得る。第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスの圧力は、システムが必要とする再液化性能とシステムの運用状況に応じて可変的である。

復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経る蒸発ガスは、推進圧縮機(126)によって圧縮されて推進冷却器(136)によって冷却された後、第1熱交換器(110)によって貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスと熱交換されて冷却される。第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスは第2熱交換器(140)で熱交換され、さらに冷却された後、第1減圧装置(150)によって膨張され、一部または全部が再液化される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは、気液分離器(170)に送られる。気液分離器(170)によって分離された気体は、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスと合流して第1熱交換器(110)に送られ、気液分離器(170)によって分離された液体は貯蔵タンク(T)に送られる。

一方、冷媒サイクルを循環する蒸発ガスは、追加圧縮機(124)によって圧縮されて追加冷却器(134)によって冷却された後、第2圧縮機(122)によってさらに圧縮されて第2冷却器(132)によって冷却されて、再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に送られる。追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)を通過して第2熱交換器(140)に送られた蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で1次的に熱交換されて冷却された後、冷媒減圧装置(160)に送られ、2次的に膨張されて冷却される。

追加圧縮機(124)によって圧縮された蒸発ガスは約2barであり、約2barの蒸発ガスは、第2圧縮機(122)によって圧縮されて約32barになる。追加圧縮機(124)によって圧縮された蒸発ガスの圧力と第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスの圧力は、システムが必要とする再液化性能とシステムの運用状況に応じて可変的である。

冷媒減圧装置(160)を通過した蒸発ガスは、再び第2熱交換器(140)に送られ、第1熱交換器(110)を通過して復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;及び追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮されて再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;を冷却する冷媒として使用される。冷媒減圧装置(160)を通過して第2熱交換器(140)で冷媒として使用された蒸発ガスは、再び追加圧縮機(124)に送られ、上述した一連の過程を繰り返す。

本実施例における船舶の冷媒サイクルが閉ループで運用される間に、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障すると、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)は閉じ、第3バルブ(193)及び第4バルブ(194)は開いて、貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスが、第3バルブ(193)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)及び第4バルブ(194)を通過して燃料需要先(180)に供給されるように構成する。

図7は、本発明の第6実施例に係る船舶の蒸発ガス処理システムを概略的に示した構成図である。

図7に示された第6実施例における船舶は、図6に示された第5実施例の船舶に比べて、第2追加ライン(L11)、第2追加ライン(L11)上に設置される第13バルブ(206)、第3追加ライン(L12)、第3追加ライン(L12)上に設置される第14バルブ(207)、第4追加ライン(L13)および第4追加ライン(L13)上に設置される第15バルブ(208)をさらに備える相違点があり、以下において相違点を中心に説明する。前述した第5実施例の船舶と同一部材については、詳細な説明は省略する。

図7を参照すると、本実施例における船舶は、第5実施例と同様に、第1熱交換器(110)、第1バルブ(191)、第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第4バルブ(194)、推進圧縮機(126)、推進冷却器(136)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、第9バルブ(201)、第12バルブ(205)及び第1減圧装置(150)を備える。

本実施例の第1熱交換器(110)は、第5実施例と同様に、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを冷媒として使用して、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)で送られた蒸発ガスを冷却する。すなわち、第1熱交換器(110)は、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスの冷熱を回収して、回収した冷熱を復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に送られた蒸発ガスに供給する。復帰ライン(L3)上に蒸発ガスの流量と開閉を調節する第5バルブ(195)が設置され得る。

本実施例の第1圧縮機(120)は、第5実施例と同様に、第1供給ライン(L1)上に設置されて貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを圧縮し、本実施例の第2圧縮機(122)は、第5実施例と同様に、第2供給ライン(L2)上に第1圧縮機(120)と並列に設置されて貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスを圧縮する。第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、同じ性能の圧縮機であり、それぞれ多段圧縮機である。

本実施例の第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)は、第5実施例と同様に、燃料需要先(180)が必要とする圧力まで蒸発ガスを圧縮できる。また、燃料需要先(180)は、複数の種類のエンジンを備える場合には、より高い圧力を必要するエンジン(以下、「高圧エンジン」という。)の要求圧力に合わせて蒸発ガスを圧縮した後、一部は高圧エンジンに供給し、他の一部は、より低い圧力を必要とするエンジン(以下、「低圧エンジン」という。)の上流に設置された減圧装置により減圧させた後、低圧エンジンに供給することができる。そのほかにも、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)における再液化効率と再液化量を高めるために、蒸発ガスを第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)によって燃料需要先(180)が必要する圧力以上の高圧で圧縮し、燃料需要先(180)の上流には減圧装置を設置して、高圧で圧縮された蒸発ガスの圧力を燃料需要先(180)が要求する圧力まで下げた後、燃料需要先(180)に供給することもできる。

本実施例における船舶は、第5実施例と同様に、燃料需要先(180)の上流に設置されて、燃料需要先(180)に送られる蒸発ガスの流量と開閉を調節する第11バルブ(203)をさらに備えることができる。

本実施例の第1冷却器(130)は、第5実施例と同様に、第1圧縮機(120)の下流に設置されて、第1圧縮機(120)を通過しながら圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。本実施例の第2冷却器(132)は、第5実施例と同様に、第2圧縮機(122)の下流に設置されて、第2圧縮機(122)を通過しながら圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスを冷却する。

本実施例の推進圧縮機(126)は、第5実施例と同様に、復帰ライン(L3)上に設置されて、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に供給される蒸発ガスの圧力を高める。推進圧縮機(126)は、蒸発ガスを臨界点(メタンの場合、約55bar)以下の圧力まで圧縮することと、臨界点を超える圧力まで圧縮することが可能であり、本実施例の推進圧縮機(126)が蒸発ガスを臨界点以上まで圧縮する場合、約300barに圧縮できる。

本実施例の推進冷却器(136)は、第5実施例と同様に、推進圧縮機(126)の下流の復帰ライン(L3)上に設置されて、推進圧縮機(126)を通過しながら圧力だけでなく温度も上がった蒸発ガスの温度を下げる。

本実施例における船舶は、推進圧縮機(126)をさらに備えるため、第5実施例と同様に、再液化過程を経る蒸発ガスの圧力を高めて再液化量と再液化効率を高めることができ、冗長性の概念を十分に確保することができ、運用費用を低減することができる。

本実施例の第2熱交換器(140)は、第5実施例と同様に、復帰ライン(L3)に沿って第1熱交換器(110)に供給されて、第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスをさらに冷却する。

本実施例によれば、第5実施例と同様に、貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスが第1熱交換器(110)だけでなく、第2熱交換器(140)でさらに冷却されて、より低温の状態で第1減圧装置(150)に供給されることができるため、再液化効率と再液化量が高くなる。

本実施例の冷媒減圧装置(160)は、第5実施例と同様に、第2熱交換器(140)を通過した蒸発ガスを膨張させた後、再び第2熱交換器(140)に送る。

本実施例の追加圧縮機(124)は、第5実施例と同様に、再循環ライン(L5)上に設置されて、冷媒減圧装置(160)と第2熱交換器(140)を通過した流体を圧縮する。また、本実施例の追加圧縮機(124)は、第5実施例と同様に、冷媒減圧装置(160)が流体を膨張させながら生産する動力によって駆動され、冷媒減圧装置(160)と追加圧縮機(124)は圧伸機(Compander、900)を形成することができる。追加圧縮機(124)は、第2圧縮機(122)より小容量であることと、冷媒減圧装置(160)が生産する動力によって駆動できる容量であることができる。

本実施例によれば、第5実施例と同様に、冷媒減圧装置(160)が生産する動力を活用することができ、第1圧縮機(120)または第2圧縮機(122)より小容量の追加圧縮機(124)を追加することにより、低費用で再液化効率と再液化量を高めることができる。

本実施例の追加冷却器(134)は、第5実施例と同様に、再循環ライン(L5)上の追加圧縮機(124)の下流に設置されて、追加圧縮機(124)によって圧縮されて圧力だけでなく温度も高くなった蒸発ガスの温度を下げる。

本実施例では、第5実施例と同様に、追加圧縮機(124)と追加冷却器(134)を再循環ライン(L5)上に設置して、第2熱交換器(140)で冷媒として使用される流体が、第4実施例の閉ループ冷媒サイクルと同一経路を循環できるようにしながらも、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障した場合、第4実施例より容易に、第2圧縮機(122)と第2冷却器(132)を通過した蒸発ガスを燃料需要先(180)に燃料として供給することができる。また、後述のように、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを燃料需要先(180)に供給するようにシステムを運用している間に、第2圧縮機(122)または第2冷却器(132)が故障した場合、第4実施例より容易に、第1圧縮機(120)と第1冷却器(130)を通過した蒸発ガスを燃料需要先(180)に燃料として供給することができる。

本実施例の第1減圧装置(150)は、第5実施例と同様に、復帰ライン(L3)上に設置されて、第1熱交換器(110)と第2熱交換器(140)によって冷却された蒸発ガスを膨張させる。本実施例の第1減圧装置(150)は、蒸発ガスを膨張させて冷却させることができるすべての手段を備え、ジュール−トムソン(Joule−Thomson)バルブなどの膨張バルブまたは膨張機であり得る。

本実施例における船舶は、第5実施例と同様に、第1減圧装置(150)の下流の復帰ライン(L3)上に設置され、第1減圧装置(150)から排出される気液混合物を気体成分と液体成分に分離する気液分離器(170)を備えることができる。

第5実施例と同様に、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、第1減圧装置(150)を通過した液体状態または気液混合状態の蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、第1減圧装置(150)を通過した蒸発ガスは気液分離器(170)に送られ、気体成分と液体成分に分離される。気液分離器(170)によって分離された液体成分は復帰ライン(L3)に沿って貯蔵タンク(T)に復帰し、気液分離器(170)によって分離された気体成分は気液分離器(170)から第1熱交換器(110)の上流の第1供給ライン(L1)まで延長される気体排出ライン(L4)に沿って、第1熱交換器(110)に供給される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合、第5実施例と同様に、気液分離器(170)によって分離されて貯蔵タンク(T)に送られる液体の流量を調節する第7バルブ(197);及び気液分離器(170)によって分離されて第1熱交換器(110)に送られる気体の流量を調節する第8バルブ(198);をさらに備えることができる。

また、本実施例における船舶は、第5実施例と同様に、第1追加ライン(L6)を含まず、第1供給ライン(L1)から分岐した第2供給ライン(L2)が第1供給ライン(L1)と再び合流し、再循環ライン(L5)が、第2冷却器(132)と第4バルブ(194)との間の第2供給ライン(L2)から分岐した後、第3バルブ(193)と第2圧縮機(122)との間の第2供給ライン(L2)と再び合流する。

ただし、本実施例における船舶は、第5実施例と異なり、第2追加ライン(L11);第2追加ライン(L11)上に設置される第13バルブ(206);第3追加ライン(L12);第3追加ライン(L12)上に設置される第14バルブ(207);第4追加ライン(L13);及び第4追加ライン(L13)上に設置される第15バルブ(208);を備える。

本実施例の第2追加ライン(L11)は、追加冷却器(134)と第9バルブ(201)との間の再循環ライン(L5)から分岐されて、第1バルブ(191)と第1圧縮機(120)との間の第1供給ライン(L1)に合流する。

本実施例の第3追加ライン(L12)は、第1冷却器(130)と第2バルブ(192)との間の第1供給ライン(L1)から分岐されて、第12バルブ(205)と第2熱交換器(140)との間の再循環ライン(L5)に合流する。

本実施例の第4追加ライン(L13)は、第2冷却器(132)と第4バルブ(194)との間の第2供給ライン(L2)から分岐されて、第5バルブ(195)と推進圧縮機(126)との間の復帰ライン(L3)に合流する。

本実施例によれば、第5実施例と異なり、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)の両方を、冷媒サイクルに供給される蒸発ガスを圧縮する用途;または燃料需要先(180)に供給される蒸発ガスを圧縮する用途;を選択的に使用することができる。また、本実施例によれば、第5実施例と異なり、第1供給ライン(L1)から分岐される蒸発ガスだけでなく、第2供給ライン(L2)から分岐される蒸発ガスも選択的に復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経るように構成することができる。

すなわち、第5実施例によれば、平常時に第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスは、燃料需要先(180)に送られるか、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになり、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスは、冷媒サイクルを循環し、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)の用途をお互い変更することはできなかった。

一方、本実施例によれば、第1圧縮機(120)と第2圧縮機(122)のいずれかを選択して、燃料需要先(180)や復帰ライン(L3)に蒸発ガスを供給するように構成して、燃料需要先(180)まで蒸発ガスを供給しない他の圧縮機で圧縮された蒸発ガスによって冷媒サイクルを循環させることができる。したがって、本実施例によれば、第5実施例に比べてシステムの運用が自由であるという長所がある。

本実施例の第1ないし第5バルブ、第7ないし第9のバルブ、第11バルブないし第15バルブ(191、192、193、194、195、197、198、201、203、205、206、207、208)は、システムの運用状況を人が直接判断して、手動で調整することと、予め設定された値によって開閉されるように自動的に調整することができる。

本実施例の冷媒サイクルは閉ループの運用が好ましく、以下、バルブ制御を介して、本実施例の冷媒サイクルを閉ループで運用する方法を説明する。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用して、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスを燃料需要先(180)に送り、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスで冷媒サイクルを循環させるために、まず、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第4バルブ(194)、第5バルブ(195)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)は開いて、第13バルブ(206)、第14バルブ(207)及び第15バルブ(208)は閉じた状態でシステムを駆動させる。

貯蔵タンク(T)から排出されて第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスが再循環ライン(L5)に供給されると、第3バルブ(193)及び第4バルブ(194)を閉じて、蒸発ガスが第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)、第12バルブ(205)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)、再び第2熱交換器(140)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)、及び第9のバルブ(201)を循環する、閉ループの冷媒サイクルを形成させる。

冷媒サイクルを閉ループで構成する場合には、窒素ガスを閉ループを循環する冷媒として使用することもできる。この場合、本実施例の貯蔵タンク(T)は、窒素ガスを閉ループの冷媒サイクル内に導入させる配管をさらに備えることができる。

冷媒サイクルが閉ループで運用される場合、閉ループを循環する蒸発ガスのみ第2熱交換器(140)における冷媒として使用され、第1圧縮機(120)を通過した蒸発ガスは冷媒サイクルに導入されることができず、燃料需要先(180)に供給されるか、復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。したがって、再液化量や燃料需要先(180)で要求される蒸発ガス量に関係なく、一定流量の蒸発ガスが第2熱交換器(140)の冷媒として循環される。

本実施例の冷媒サイクルが閉ループで運用される場合、開ループまたは独立開ループで運用される場合に比べて、再液化過程を経る蒸発ガスと冷媒として使用される蒸発ガスのそれぞれの流量の制御が容易であるという利点がある。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用し、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスを燃料需要先(180)に送り、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスで冷媒サイクルを循環させる場合、蒸発ガスの流れを以下のように説明する。

貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過した後、第1圧縮機(120)によって圧縮され、第1冷却器(130)によって冷却された後、一部は燃料需要先(180)に送られ、残りの一部は復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。

貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスは、約1barであり、約1barの蒸発ガスは、第1圧縮機(120)によって圧縮されて約17barになる。第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスの圧力は、システムから必要される再液化性能とシステムの運用状況に応じて可変的である。

復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経る蒸発ガスは、推進圧縮機(126)によって圧縮されて推進冷却器(136)によって冷却された後、第1熱交換器(110)によって貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスと熱交換されて冷却される。第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で熱交換されてさらに冷却された後、第1減圧装置(150)によって膨張され、一部または全部が再液化される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは、気液分離器(170)に送られる。気液分離器(170)によって分離された気体は、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスと合流して第1熱交換器(110)に送られ、気液分離器(170)によって分離された液体は貯蔵タンク(T)に送られる。

一方、冷媒サイクルを循環する蒸発ガスは、追加圧縮機(124)によって圧縮されて追加冷却器(134)によって冷却された後、第2圧縮機(122)によってさらに圧縮されて第2冷却器(132)により冷却されて、再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に送られる。追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)を通過して第2熱交換器(140)に送られた蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で1次的に熱交換されて冷却された後、冷媒減圧装置(160)に送られ、2次的に膨張されて冷却される。

追加圧縮機(124)によって圧縮された蒸発ガスは約2barであり、約2barの蒸発ガスは、第2圧縮機(122)によって圧縮されて約32barになる。追加圧縮機(124)によって圧縮された蒸発ガスの圧力と第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスの圧力は、システムが必要とする再液化性能とシステムの運用状況に応じて可変的である。

冷媒減圧装置(160)を通過した蒸発ガスは、再び第2熱交換器(140)に送られ、第1熱交換器(110)を通過して復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)で供給された蒸発ガス;及び追加圧縮機(124)と第2圧縮機(122)によって圧縮されて再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;を冷却する冷媒として使用される。冷媒減圧装置(160)を通過して第2熱交換器(140)で冷媒として使用された蒸発ガスは、再び追加圧縮機(124)に送られ、上述した一連の過程を繰り返す。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用して、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスを燃料需要先(180)に送り、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスで冷媒サイクルを循環させる間に、第1圧縮機(120)または第1冷却器(130)が故障すると、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第5バルブ(195)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)は閉じ、第3バルブ(193)及び第4バルブ(194)は開いて、貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスが、第3バルブ(193)、第2圧縮機(122)、第2冷却器(132)及び第4バルブ(194)を経て燃料需要先(180)に供給されるように構成する。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用して、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを燃料需要先(180)に送り、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスで冷媒サイクルを循環させるために、まず、第1バルブ(191)、第2バルブ(192)、第3バルブ(193)、第4バルブ(194)、第13バルブ(206)、第14バルブ(207)及び第15バルブ(208)は開いて、第5バルブ(195)、第9バルブ(201)及び第12バルブ(205)は閉じた状態で、システムを駆動させる。

貯蔵タンク(T)から排出されて第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスが、第3追加ライン(L12)に沿って再循環ライン(L5)に供給されると、第1バルブ(191)と第2バルブ(192)を閉じて、蒸発ガスが第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)、第14バルブ(207)、第2熱交換器(140)、冷媒減圧装置(160)、再び第2熱交換器(140)、追加圧縮機(124)、追加冷却器(134)及び第13バルブ(206)を循環する閉ループの冷媒サイクルを形成させる。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用して、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを燃料需要先(180)に送り、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスで冷媒サイクルを循環させる場合、蒸発ガスの流れを以下のように説明する。

貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスは、第1熱交換器(110)を通過した後、第2圧縮機(122)によって圧縮されて、第2冷却器(132)によって冷却された後、一部は燃料需要先(180)に送られ、残りの一部は、第15バルブ(208)を通過して復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経ることになる。

貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスは、約1barであり、約1barの蒸発ガスは第2圧縮機(122)によって圧縮されて約17barになる。第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスの圧力は、システムが必要とする再液化性能とシステムの運用状況に応じて可変的である。

復帰ライン(L3)に沿って再液化過程を経る蒸発ガスは、推進圧縮機(126)によって圧縮されて推進冷却器(136)によって冷却された後、第1熱交換器(110)によって貯蔵タンク(T)から排出された蒸発ガスと熱交換されて冷却される。第1熱交換器(110)によって冷却された蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で熱交換されさらに冷却された後、第1減圧装置(150)によって膨張され、一部または全部が再液化される。

本実施例における船舶が気液分離器(170)を備えない場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは直ちに貯蔵タンク(T)に送られ、本実施例における船舶が気液分離器(170)を備える場合には、一部または全部再液化された蒸発ガスは気液分離器(170)に送られる。気液分離器(170)によって分離された気体は、貯蔵タンク(T)から排出される蒸発ガスと合流し第1熱交換器(110)に送られ、気液分離器(170)によって分離された液体は貯蔵タンク(T)に送られる。

一方、冷媒サイクルを循環する蒸発ガスは、追加圧縮機(124)によって圧縮されて追加冷却器(134)によって冷却された後、第1圧縮機(120)によってさらに圧縮されて第1冷却器(130)により冷却され、第14バルブ(207)を通過して再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に送られる。追加圧縮機(124)と第1圧縮機(120)を通過して第2熱交換器(140)に送られた蒸発ガスは、第2熱交換器(140)で1次的に熱交換されて冷却された後、冷媒減圧装置(160)に送られ、2次的に膨張されて冷却される。

追加圧縮機(124)によって圧縮された蒸発ガスは約2barであり、約2barの蒸発ガスは第1圧縮機(120)によって圧縮されて約32barになる。追加圧縮機(124)によって圧縮された蒸発ガスの圧力と第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスの圧力は、システムが必要とする再液化性能とシステムの運用状況に応じて可変的である。

冷媒減圧装置(160)を通過した蒸発ガスは、再び第2熱交換器(140)に送られ、第1熱交換器(110)を通過して復帰ライン(L3)に沿って第2熱交換器(140)で供給された蒸発ガス;及び追加圧縮機(124)と第1圧縮機(120)によって圧縮されて再循環ライン(L5)に沿って第2熱交換器(140)に供給された蒸発ガス;を冷却させる冷媒として使用される。冷媒減圧装置(160)を通過して第2熱交換器(140)で冷媒として使用された蒸発ガスは、再び追加圧縮機(124)に送られ、上述した一連の過程を繰り返す。

本実施例における船舶の冷媒サイクルを閉ループで運用して、第2圧縮機(122)によって圧縮された蒸発ガスを燃料需要先(180)に送り、第1圧縮機(120)によって圧縮された蒸発ガスに冷媒サイクルを循環させる間に、第2圧縮機(122)または第2冷却器(132)が故障すると、第3バルブ(193)、第4バルブ(194)、第13バルブ(206)、第14バルブ(207)及び第15バルブ(208)は閉じ、第1バルブ(191)と第2バルブ(192)は開いて、貯蔵タンク(T)から排出されて第1熱交換器(110)を通過した蒸発ガスが、第1バルブ(191)、第1圧縮機(120)、第1冷却器(130)及び第2のバルブ(192)を経て燃料需要先(180)に供給されるように構成する。

本発明は、前記実施例に限定されず、本発明の技術的要旨を超えない範囲内で多様に変更または変形されて実施され得ることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に自明なことである。