(57)【要約】      （修正有）【課題】液化天然ガス、エンジン排気ガス、エンジン冷却水などの熱エネルギー源を総合的、かつ最大限活用するためのシステムを考慮した、ガスエンジンシステムを提供する。【解決手段】過給機１１を備えたガスエンジン１５のガスエンジンシステム１０において、液化燃料源１３と、液化燃料源１３における液化燃料を気化する第１の気化器１４と、過給機１１からの給気を冷却する第１の給気冷却器１２とを備える。第１気化器１４は、過給機１１の空気吸込み路ｒ３に配設され、過給機１１は、第１気化器１４により冷却された吸込み空気により低減した過給機１１の駆動動力の差分を、電力として取り出すタービン発電機１７、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備えたガスエンジンのガスエンジンシステムにおいて、
液化燃料源と、
該液化燃料源における液化燃料を気化する第１の気化器と、
前記過給機からの給気を冷却する第１の給気冷却器と、を備え、
該第１気化器は、前記過給機の空気吸込み路に配設され、
前記過給機は、前記第１気化器により冷却された吸込み空気により低減した前記過給機の駆動動力の差分を、電力として取り出すタービン発電機、を備えたことを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項２】
前記第１給気冷却器は、前記液化燃料源の液化燃料により冷却させることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項３】
前記第１給気冷却器の出口側にさらに第２の給気冷却器を配設した、ことを特徴とする請求項２に記載のガスエンジンシステム。
【請求項４】
前記ガスエンジンからの排熱を、前記液化燃料源の液化燃料から気化した気化燃料の加熱源として用いたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項５】
前記過給機の空気吸込み路に、供給される空気と、前記液化燃料源からの液化燃料とを予め混合するミキサーを備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項６】
前記ミキサーの入り口側に、前記液化燃料源からの液化燃料によって冷却する空気冷却器を配設した、
ことを特徴とする請求項５に記載のガスエンジンシステム。
【請求項７】
前記第１給気冷却器から前記ガスエンジンに至る燃料循環路に、前記液化燃料源からの液化燃料を気化して気化燃料を供給する第２の気化器を配設した、ことを特徴とする請求項２に記載のガスエンジンシステム。
【請求項８】
前記過給機の空気吸込み路に配設された第１気化器と、前記液化燃料源とを液化燃料を循環させる燃料循環路を配設し、該燃料循環路に分岐して、前記第１給気冷却器を連絡接続した、ことを特徴とする請求項２に記載のガスエンジンシステム。
【請求項９】
前記ガスエンジンは、前記液化燃料源において、吸込み空気を冷却する際に気化された気化燃料と、外部からの自然入熱により気化する液化燃料とを用いる、ことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項１０】
前記液化燃料は、ＬＮＧである、ことを特徴とする請求項１から９のうち、いずれか１項に記載のガスエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンシステムに関し、特には、過給機を備えたガスエンジンにおいて、液化燃料を気化する際に得られる冷熱を有効活用したガスエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１０に示すようなガスエンジンシステム１が知られている。
このガスエンジンシステム１は、過給機２と、給気冷却器３（インタークーラ）と、ガスエンジン４とを具備する。また、このガスエンジンシステム１は、液化天然ガスタンク５（以下、ＬＮＧタンク５）とＬＮＧ気化器６とを備える。
すなわちこのガスエンジンシステム１では、ＬＮＧタンク５からの液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）をＬＮＧ気化器６で気化し、気化ＬＮＧをガスエンジン４の給気経路を介してガスエンジン４に供給している。そして、ガスエンジン４を駆動させてガスエンジン４の排気を排気路を通して過給機２のタービンを介して排気させている。
その際、ガスエンジンシステム１では、ガスエンジン４を駆動させて発電機７を回して電力を取り出すことができる。
このように、上記ガスエンジンシステム１は、冷熱源である液化天然ガス（ＬＮＧ）、エンジン排気ガス、エンジン冷却水などの熱エネルギー源がある。ここでは液化天然ガス（ＬＮＧ）は、ＬＮＧ気化器６が海水などの水加熱手段によりＬＮＧを気化させて燃料として利用するようにしている。その際、過給機２では、コンプレッサの動力により、過給機２に吸い込まれた空気を圧縮して、高温高圧の空気として給気冷却器３（インタークーラ）を介してガスエンジン４へ燃焼用空気として供されるようになっている。その場合、給気用冷却器３は過給機２からの高温高圧の空気を外部の熱源によって冷却している。
【０００３】
一方、特許文献１に開示されるガスエンジンシステムでは、液化天然ガスを水加熱方式により気化し、その気化された天然ガスを燃料として、ガスエンジンを駆動するとともに、そのガスエンジンに供給する燃焼用空気の供給量を過給機で増加するように構成している。
すなわち、特許文献１では、液化天然ガスを水加熱方式により気化する気化器を用いて、気化器での気化により、冷却された冷水を冷却熱源として、過給機に供給される燃焼用空気を冷却する旨、記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、液化ガス貯蔵設備およびこれを用いた船舶あるいは海洋構造物が開示されている。すなわち、特許文献２では、液化ガスの蒸発ロスをなくし、全体の所要動力を低減するために、ＬＮＧを貯蔵する貯蔵タンクと、貯蔵タンク内で蒸発したボイルオフガスを取り出し、再液化した後、再液化されたＬＮＧを貯蔵タンクに戻す再液化装置とを備える。また、液化ガス貯蔵設備は、貯蔵タンク内から取り出したＬＮＧの圧力を上昇させた後、ガス化して、使用する再ガス化プラントを備え、再液化装置の液化燃料源として、再ガス化プラントにおけるＬＮＧの冷熱を利用可能としている。
【０００５】
また、特許文献３では、ガスタービンの給気を冷却するガスタービン吸気冷却設備が開示されている。
すなわち、このガスタービンの吸気冷却設備は、ＬＮＧの冷熱を中間媒体を介して第１の液化燃料に伝達する第１の熱交換器と、第１の液化燃料の冷熱を、第２の液化燃料に伝達する第２熱交換器と、第２の液化燃料の冷熱を伝達してガスタービン吸気を冷却する給気冷熱器とを備えている。
さらに換言すれば、特許文献３は、液化燃料の凍結を防止して、ＬＮＧ冷熱を安全に利用しながら、ガスタービンの吸気を冷却する設備を提供し、さらには、蓄熱器の放熱運転と蓄熱運転を同時に大量に行うようにしたものである。
【０００６】
また、特許文献４に開示されるコンバインドサイクル発電装置では、ＬＮＧの冷熱を有効に利用して、効率よく発電を行うとしている。すなわち、特許文献４では、空気圧縮機に給気する空気をＬＮＧ冷熱により０℃以下に冷却する空気冷却器および蒸気タービン出口の蒸気をＬＮＧ冷熱により復水とする復水器を備えている。
【０００７】
さらに、特許文献５では、ガスタービンの吸気を、ガスタービンを駆動させる燃料（ＬＮＧ）を用いて冷却するガスタービン吸気冷却設備及びその運転方法を開示している。
すなわち、特許文献５では、熱媒体の凍結を防止してＬＮＧ冷熱を安全に利用しながら、ガスタービンの吸気を冷却するとともに、蓄熱器の放熱運転と蓄熱運転を同時に大量に行うことを目的としている。
そのために特許文献５においては、ガスタービンの吸気を熱媒体により直接、若しくは間接的に冷却することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７７２１３号公報
【特許文献２】特開２００９−２０４０２６号公報
【特許文献３】特開平７−１１９４８７号公報
【特許文献４】特開２００２−４８１３号公報
【特許文献５】特許第２９５４４６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したガスエンジンシステム１は、冷熱源である液化天然ガス（ＬＮＧ）、エンジン排気ガス、エンジン冷却水などの熱エネルギー源があるにも関わらず、前述のように、給気用冷却器３は外部の熱源によって冷却している。またガスエンジンシステム１は、ＬＮＧ気化器６においても、熱交換によって得られた冷熱は無駄に捨てられるだけであった。
したがって、ガスエンジンシステムにおいては、ＬＮＧ気化器において、熱交換によって得られた冷熱を有効活用することは、熱効率上、重要である。
【００１０】
しかるに前述の特許文献１では、液化天然ガスを水加熱方式により気化する気化器を用いて、気化器での気化により、冷却された冷水を冷却熱源として、過給機に供給される燃焼用空気を冷却するだけで、直接的にＬＮＧの冷熱で過給機吸込み空気を冷却しているわけではない。
【００１１】
また、特許文献２では、再液化装置の液化燃料源として、再ガス化プラントにおけるＬＮＧの冷熱を利用可能としているとしても、過給機の吸込み空気をＬＮＧの冷熱を利用して冷却するという構成ではない。
【００１２】
また、特許文献３においては、ガスタービンの吸気を直接、若しくは間接的に冷却する液化燃料の凍結を防止するために、ＬＮＧの冷熱を安全にかつ効率的に利用して、ガスタービンの吸気を冷却するとしている。しかしながら特許文献３は、その他、熱エネルギー源を総合的、最大限に活用したことにはならない。
【００１３】
また、特許文献４では、空気圧縮機に給気する空気をＬＮＧ冷熱により０℃以下に冷却する空気冷却器を備えているとしても、特許文献４はその他、熱エネルギー源を総合的、最大限に活用したことにはならない。
【００１４】
さらに、特許文献５では、ガスタービンの吸気を熱媒体により直接、若しくは間接的に冷却することが開示されているとしても、特許文献３、４同様、特許文献５はその他、熱エネルギー源を総合的、最大限に活用したことにはならない。
【００１５】
そこで、ガスエンジンシステムにおいては、熱エネルギー源を総合的、最大限に活用するため、熱源の一つのＬＮＧを有効活用するために、ＬＮＧの冷熱で過給機吸込み空気を冷却することが提案されている。
ＬＮＧ冷熱を利用する場合、ＬＮＧの冷熱で過給機吸込み空気を冷却することができ、これにより過給機駆動動力を低減することができる。この場合、過給機の駆動動力は、次式のように表わすことができる。
Ｌｃ＝１／ηｃ・κ／κ−１・Ｔｃ・Ｒ・（πｃκ−１／κ−１）・Ｇｓ  ……（１）
ここで、Ｌｃ：過給機駆動動力、ηｃ：過給機効率、κ：比熱比、Ｔｃ：過給機吸込み温度、Ｒ：気体定数、πｃ：過給機圧力比、Ｇｓ：給気流量
上記の式からは、過給機吸込み温度Ｔｃが下がれば、必要な過給機の駆動動力Ｌｃが下がることがわかる（ただし、給気流量Ｇｓを一定量とした場合）。
【００１６】
しかしながら、冷熱源である液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷熱を利用するだけでは、ガスエンジンシステムの熱エネルギー源を総合的、最大限に活用したことにはならない。ここにガスエンジンシステムの改善の余地があるといえる。
本発明は以上のような観点から提案されたものであって、液化天然ガス、エンジン排気ガス、エンジン冷却水などの熱エネルギー源を総合的、かつ最大限活用するためのシステムを考慮した、ガスエンジンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を改善するために、本発明にかかる請求項１では、過給機を備えたガスエンジンのガスエンジンシステムにおいて、液化燃料源と、液化燃料源における液化燃料を気化する第１の気化器と、過給機からの給気を冷却する第１の給気冷却器と、を備え、第１気化器は、過給機の空気吸込み路に配設され、過給機は、第１気化器により冷却された吸込み空気により低減した過給機の駆動動力の差分を、電力として取り出すタービン発電機、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
これにより、過給機の空気吸込み路に配設された第１気化器において、過給機の吸込み空気と、液化燃料源における液化燃料との熱交換で、液化燃料は空気からの熱で気化し、空気は液化燃料の冷熱で冷却され、過給機吸込み温度が低下する。
過給機吸込み温度が低下することで、過給機駆動動力は低下し、その差分のエネルギーを、ターボ発電機で電力として取り出すことができる。
【００１９】
また、請求項２にかかる発明では、第１給気冷却器は、液化燃料源の液化燃料により冷却させることを特徴とする。
【００２０】
これにより、液化燃料により生じる冷熱を、過給機に吸い込まれる空気だけでなく、第１給気冷却器において、過給機出口側の燃焼用空気をも冷却することに活用され、一層、液化燃料の冷熱の有効活用が図られる。
【００２１】
また、請求項３にかかる発明では、第１給気冷却器の出口側にさらに第２の給気冷却器を配設した、ことを特徴とする。
【００２２】
過給機に吸い込まれる空気、並びに過給機出口側の燃焼用空気を第１給気冷却器において液化燃料の冷熱を利用して冷却し、第１給気冷却器の出口側に配設した第２給気冷却器により、さらに冷却することができる。これにより、第２給気冷却器の出口側の混合空気の温度を、ガスエンジンに求められる混合気の温度に適合するものとすることができる。
【００２３】
また、請求項４にかかる発明では、ガスエンジンからの排熱を、液化燃料源の液化燃料から気化した気化燃料の加熱源として用いたことを特徴とする。
【００２４】
ガスエンジンからの排熱を、液化燃料源の液化燃料から気化した気化燃料の加熱源として用いたことで、気化燃料の温度をガスエンジンに求められる混合気の温度に適合するものとすることができる。
【００２５】
また、請求項５にかかる発明では、過給機の空気吸込み路に、供給される空気と、液化燃料源からの液化燃料とを予め混合するミキサーを備えた、ことを特徴とする。
【００２６】
これにより、液化燃料源からの液化燃料を吸込み空気の熱源によって気化する気化器を用いることなく、液化燃料源からの液化燃料を気化し、同時に吸込み空気と気化燃料との混合を行うことができるので、設備を簡略化できる。
【００２７】
また、請求項６にかかる発明では、ミキサーの入り口側に、液化燃料源からの液化燃料によって冷却する空気冷却器を配設した、ことを特徴とする。
【００２８】
予め、空気冷却器において液化燃料源からの液化燃料によって吸込み空気を冷却するとともに液化燃料を気化し、次いでミキサーにより、気化燃料と冷却された吸込み空気との混合を行うことができる。
【００２９】
また、請求項７にかかる発明では、第１給気冷却器からガスエンジンに至る燃焼用空気供給路に、液化燃料源からの液化燃料を気化して気化燃料を供給する第２の気化器を配設した、ことを特徴とする。
【００３０】
これにより、過給機の吸込み空気を冷却する第１気化器における気化燃料に加えて液化燃料源からの液化燃料の気化量を増大することができる。
【００３１】
また、請求項８にかかる発明では、過給機の空気吸込み路に配設された第１気化器と、液化燃料源とを液化燃料を循環させる燃料循環路を配設し、該燃料循環路に分岐して、第１給気冷却器を連絡接続した、ことを特徴とする。
【００３２】
これにより、液化燃料の冷熱を過給機に吸い込まれる空気だけでなく、過給機出口側の燃焼用空気をも冷却することに活用される。
【００３３】
また、請求項９にかかる発明では、ガスエンジンは、吸込み空気を冷却する際に気化された気化燃料と、液化燃料源において外部からの自然入熱により気化する液化燃料とを用いる、ことを特徴とする。
【００３４】
これにより、吸込み空気を冷却する際に気化された気化燃料は勿論、液化燃料源内の液化燃料のうち、外部からの自然入熱により気化する液化燃料をも活用することができるため、無駄のないガスエンジンシステムとすることができる。
【００３５】
さらに、請求項１０にかかる発明では、液化燃料は、ＬＮＧである、ことを特徴とする。
【００３６】
ＬＮＧは、沸点が−１６０℃であり、気化する際に得られる冷熱はガスエンジンシステムに活用する熱エネルギーとして熱効率を高めるのに大いに寄与することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、過給機に吸い込まれる空気温度を冷熱源により冷却することで、過給機の駆動動力を低減させ、その低減された駆動動力の差分を過給機に設けたターボ発電機により電力として取り出すようにしたので、冷熱源の冷熱を有効に利用することができる。
また、本発明によれば過給機に吸い込まれる空気温度の熱交換機と、液化燃料源における液化燃料の気化器とを併用したことで、従来の液化燃料気化器を省略もしくは縮小することができる。
さらに、本発明によれば、ガスエンジンからの排熱を液化燃料源からの液化燃料の気化熱源として用いるなど、ガスエンジンシステムとして熱エネルギー源を総合的、かつ最大限活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明にかかるガスエンジンシステムの第１実施形態を示す模式的な系統図である。
【図２】第２実施形態を示す模式的な系統図である。
【図３】第３実施形態を示す模式的な系統図である。
【図４】第４実施形態を示す模式的な系統図である。
【図５】第５実施形態を示す模式的な系統図である。
【図６】第６実施形態を示す模式的な系統図である。
【図７】第７実施形態を示す模式的な系統図である。
【図８】第８実施形態を示す模式的な系統図である。
【図９】第９実施形態を示す模式的な系統図である。
【図１０】従来にかかるガスエンジンシステムの一例を示す模式的な系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明にかかるガスエンジンシステムについて、種々の実施形態を挙げ、添付された図面に基づいて詳細に説明する。
【００４０】
（第１実施形態）
図１に示すガスエンジンシステム１０は、過給機１１と、該過給機１１からの給気を冷却する第１の給気冷却器１２と、液化燃料源１３（以下、ＬＮＧタンク１３）と、ＬＮＧタンク１３からの液化燃料（以下、ＬＮＧ）を気化する第１の気化器１４と、ガスエンジン１５とを具備するものである。
【００４１】
ＬＮＧタンク１３は、第１気化器１４とＬＮＧ供給路ｒ１で接続され、第１気化器１４の出口側は、気化ＬＮＧ供給路ｒ２を介してガスエンジン１５に対する燃焼用空気供給路（後述）に合流接続されている。
【００４２】
また、第１気化器１４には、ＬＮＧが流れる配管が蛇行形成され、熱交換領域を規定している。そして第１気化器１４は、過給機１１の空気吸込み路ｒ３に配設される。この場合、過給機１１の空気吸込み路ｒ３は、第１気化器１４の蛇行配管Ｐ領域、すなわち熱交換領域を交差するように、すなわち貫くようにしている。これによりＬＮＧが流れる蛇行配管Ｐと空気吸込み路ｒ３との間で効率的に熱交換がなされて、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気を適切に冷却させる構成である。
【００４３】
過給機１１は、コンプレッサ１１ａとタービン１１ｂとが回転軸１１ｘに同軸的に回転可能に取り付けられる。過給機１１が駆動させられると、回転軸１１ｘを介してコンプレッサ１１ａおよびタービン１１ｂのロータ（図示省略）が回転駆動することで、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気が高温高圧の圧縮空気となる。そして、タービン１１ｂのロータには、ターボ発電機１６が取り付けられる。ターボ発電機１６は、詳細は後述するが、ガスエンジン１５からの排気ガスによってタービン１１ｂにおけるロータが回転させられる時に、前記ロータと共に電力を発生するように構成されている。
【００４４】
第１給気冷却器１２は、燃焼用空気供給路ｒ４を介して過給機１１から送られる高温高圧の燃焼用空気を冷却するものでインタークーラと称せられる。過給機１１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器で、燃費効率と出力（トルク、仕事率）が向上する。
【００４５】
第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４は、ガスエンジン１５につながっている。またこの出口側の燃焼用空気供給路ｒ４には、前述のように気化ＬＮＧ供給路ｒ２が合流接続される。ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧが、第１気化器１４で気化され、気化ＬＮＧ供給路ｒ２を介して燃焼用空気供給路ｒ４を流れる燃焼用空気と混合して混合ガスとなって、ガスエンジン１５に供給され、ガスエンジン１５を駆動するようになっている。
またガスエンジン１５は、例えばシリンダブロック（図示せず）とシリンダヘッド（図示せず）とからなり、さらに、ガスエンジン１５にはクランク軸（図示せず）を介して直結駆動される発電機１７が取り付けられている。
【００４６】
そして、ガスエンジン１５の排気側には、排気路ｒ５が接続され、過給機１１のタービン１１ｂ側に至る。タービン１１ｂには、排気ガスを排出するための排気出口路ｒ６が接続されている。
【００４７】
以上、第１実施形態にかかるガスエンジンシステム１０について概略説明したが、次に、その主な動作および機能を説明する。
システムを立ち上げ、過給機１１を起動すると、コンプレッサ１１ａとタービン１１ｂとが回転軸１１ｘによりコンプレッサ１１ａおよびタービン１１ｂのロータが回転駆動せしめられ、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気が高温高圧の圧縮空気となる。
【００４８】
その際、空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気は、空気吸込み路ｒ３が、第１気化器１４の蛇行配管Ｐ領域、すなわち熱交換領域を通過するように配置されている。このため、ＬＮＧが流れる第１気化器１４の蛇行配管Ｐと空気吸込み路ｒ３との間で効率的に熱交換がなされて、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気を適切に冷却させることができる。
すなわち、過給機の駆動動力Ｌｃは、（１）式で示されるように、給気流量Ｇｓを一定量とした場合、過給機吸込み温度Ｔｃに依存することが分かっているので、ＬＮＧの冷熱で過給機吸込み空気を冷却することで過給機吸込み温度Ｔｃが低下し、過給機駆動動力Ｌｃを低減することができる。
このように過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００４９】
過給機１１によって得られた高温高圧の燃焼用空気は、燃焼用空気供給路ｒ４を通じて第１給気冷却器１２に送られ、第１給気冷却器１２において好適に冷却される。これにより、燃費効率と出力（トルク、仕事率）が向上する。
【００５０】
そして、第１給気冷却器１２出口側の燃焼用空気供給路ｒ４を通じて冷却された燃焼用空気が流出され、気化ＬＮＧ供給路ｒ２を通じて気化された気化ＬＮＧが流入することで混合ガスとなり、ガスエンジン１５に供給され、ガスエンジン１５を駆動することができる。
混合ガスが燃焼してガスエンジン１５が駆動されると、ガスエンジン１５に直結される発電機１７が作動して発電がなされ、電力を供給することができるようになる。
【００５１】
ガスエンジン１５の各シリンダ内で燃焼した混合ガスは、排気ガスとして排気路ｒ５を通じて過給機１１のタービン１１ｂ側に至る。これによりタービン１１ｂは、排気ガスを排出圧力によりロータが回転促進され、排気ガスの排出エネルギーを活用することができる。このようにして排気ガスは、排気出口路ｒ６を通じて大気に排出されることになる。
【００５２】
以上のように第１実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によれば、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気と、ＬＮＧとの熱交換で、ＬＮＧは空気からの熱で気化し、空気はＬＮＧの冷熱で冷却され、過給機吸込み温度Ｔｃが低下する。
過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下し、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。さらに、ガスエンジン１５からの排気ガスが排気路ｒ５を通じて過給機１１のタービン１１ｂ側に至る。これによりタービン１１ｂは、排気ガスを排出圧力によりロータが回転促進され、排気ガスの排出エネルギーを活用することができる。
以上のように、このガスエンジンシステム１０においては、通常なら無駄に廃棄されるＬＮＧの冷熱を過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気を冷却することに利用するようにしたので、本発明の課題である、液化天然ガス、エンジン排気ガス、エンジン冷却水などの熱エネルギー源を有効活用することが達成できたことがわかる。
【００５３】
（第２実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限られないのは勿論である。
図２に第２実施形態にかかるガスエンジンシステム１０を示す。なお、本実施形態において、前述の第１実施形態と同様の構成要素に対しては、同符号を付してその詳細な説明は省略するものとする。
第２実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、第１給気冷却器１２は、第１実施形態とは異なり、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧにより冷却させる構成としている。そのために、第１給気冷却器１２は、ＬＮＧの蛇行配管Ｐが設けられている。かかる蛇行配管Ｐの配置面積が熱交換の有効面積となる。この際、第１給気冷却器１２と燃焼用空気供給路ｒ４とは交差している。
そして、第１給気冷却器１２の入り口側は、第１気化器１４の蛇行配管Ｐ出口側の気化ＬＮＧ供給路ｒ２に接続され、第１給気冷却器１２の蛇行配管Ｐ出口側の気化ＬＮＧ供給路ｒ２´が、第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に合流接続されている。
【００５４】
以上、第２実施形態にかかるガスエンジンシステム１０において、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧは、ＬＮＧ供給路ｒ１を通じて第１気化器１４の蛇行配管Ｐ領域を通過し、第１気化器１４の蛇行配管Ｐと空気吸込み路ｒ３との間で熱交換がなされる。これにより、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気は適切に冷却される。
第２実施形態においても、過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
第１気化器１４において気化されたＬＮＧは、第１気化器１４の出口側の気化ＬＮＧ供給路ｒ２を通じて第１給気冷却器１２の入り口側から、第１給気冷却器１２の蛇行配管Ｐを流れ、第１給気冷却器１２の出口側の気化ＬＮＧ供給路ｒ２´を通じて第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に合流する。ＬＮＧが第１給気冷却器１２の蛇行配管Ｐを流れることで、ＬＮＧは第１給気冷却器１２と交差する燃焼用空気供給路ｒ４を流れる燃焼用空気と熱交換がなされ、燃焼用空気を冷却することができる。
そして、第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に、気化ＬＮＧが第１給気冷却器１２の出口側の気化ＬＮＧ供給路ｒ２´を通じて合流することで、冷却された燃焼用空気と混合することで混合ガスとなり、ガスエンジン１５に供給される。
【００５５】
以上のように、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気を、ＬＮＧの冷熱を用いて冷却する第１気化器１４だけでなく、過給機１１出口側の燃焼用空気をもＬＮＧを利用して第１給気冷却器１２により冷却する構成としたので、一層、ＬＮＧの冷熱の有効活用が図られる。
【００５６】
（第３実施形態）
本発明は以下のような第３実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によっても実施することができる（図３参照）。
第３実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４にさらに第２の給気冷却器１８を配設したものである。
すなわち第３実施形態では、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気、並びに過給機１１出口側の燃焼用空気をＬＮＧの冷熱を利用して冷却するも、いまだ冷却不十分となる場合を想定している。
そのために、第３実施形態では、第２実施形態で構成される第１気化器１４から第１給気冷却器１２に至るＬＮＧの流路系統において、第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に、第１給気冷却器１２の蛇行配管Ｐ出口側の気化ＬＮＧ供給路ｒ２´との合流点より上流側に第２給気冷却器１８を設けている。この場合の第２給気冷却器１８は、インタークーラと称せられるものである。
【００５７】
以上、第３実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によれば、過給機１１出口側の燃焼用空気の温度が１５０°〜１６０°Ｃに対し、第１給気冷却器１２においてＬＮＧの冷熱を利用して冷却され、さらに第２給気冷却器１８（インタークーラ）において燃焼用空気を冷却することができる。この結果、第１給気冷却器１２の出口側の気化ＬＮＧ供給路ｒ２´を通じて合流することで、冷却された燃焼用空気と混合する混合ガスの出口側の混合空気の温度は、５０°〜６０°Ｃとなり、ガスエンジン１５に求められる混合気の温度に適合するものとすることができる。
なお、第３実施形態においても、第１気化器１４により過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００５８】
（第４実施形態）
本発明は以下のような第４実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によっても実施することができる（図４参照）。
第４実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、過給機１１における排熱、すなわちガスエンジン１５からの排気ガスによる排熱を、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧの気化熱源として用いた構成としている。
そのために、第４実施形態では、過給機１１のタービン１１ｂ側の排気出口路ｒ６に、別の温水利用系統からの流路ｒ７を通じて流入する冷水と、排気出口路ｒ６を通じて排出ガスとを熱交換させて冷水を温水に変える、熱交換器１９を配置している。そして、熱交換器１９からの温水を利用するために、気化ＬＮＧ供給路ｒ２に燃料加熱器２０を設けて、燃料加熱器２０により、気化ＬＮＧ供給路ｒ２を流れる気化された気化ＬＮＧを加熱するようにしている。
【００５９】
以上、第４実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によれば、第１気化器１４により過給機１１の吸入空気をＬＮＧの冷熱ばかりでなく、排気出口路ｒ６に設けた熱交換器１９からの温水を利用して、気化ＬＮＧ供給路ｒ２に設けた燃料加熱器２０により、気化ＬＮＧ供給路ｒ２を流れる気化ＬＮＧを加熱するようにしたので、ガスエンジン１５からの排気ガスによる排熱を有効利用することができる。
勿論、第４実施形態においても、第１気化器１４により過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００６０】
（第５実施形態）
本発明は以下のような第５実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によっても実施することができる（図５参照）。
第５実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、過給機１１の空気吸込み路ｒ３に、供給される空気と、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧとを予め混合するミキサー２１を備えた構成としている。すなわち第５実施形態では、過給機１１の空気吸込み路ｒ３に、供給される空気と、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧとを予め混合することで、供給される空気を冷却すると同時に、ＬＮＧを気化する構成としている。そのために第５実施形態では、過給機１１の空気吸込み路ｒ３に介装されるミキサー２１の入り口に対し、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧを供給するＬＮＧ供給路ｒ１が接続される。
【００６１】
第５実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によれば、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧを吸込み空気の熱源によって気化する気化器を用いることなく、予め混合することで、ＬＮＧの気化と同時に吸込み空気を冷却し、吸込み空気と気化燃料との混合を行うことができるので、設備を簡略化できる。
ミキサー２１において、ＬＮＧの気化と同時に吸込み空気が冷却され、過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００６２】
（第６実施形態）
本発明は以下のような第６実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によっても実施することができる（図６参照）。
第６実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、ミキサー２１の入り口側に、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧによって冷却する空気冷却器２２を配設した構成としている。
すなわち、第６実施形態では、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧを過給機１１の空気吸込み路ｒ３において、空気冷却器２２により先ず空気冷却とＬＮＧの気化とを行い、次いで、ミキサー２１により、気化されたＬＮＧと冷却された空気とを混合するという構成である。
そのために第６実施形態では、空気冷却器２２を過給機１１の空気吸込み路ｒ３に配設される。空気冷却器２２は、ＬＮＧが流れる蛇行配管Ｐが形成され、過給機１１の空気吸込み路ｒ３は、空気冷却器２２の蛇行配管Ｐ領域と交差するようにしている。そして、空気冷却器２２の蛇行配管Ｐの出口側は、ミキサー２１の入り口側にＬＮＧ供給路ｒ１´を介して接続している。
【００６３】
以上、第６実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によれば、予め、空気冷却器２２においてＬＮＧタンク１３からのＬＮＧによって吸込み空気を冷却するとともに液化燃料を気化することができる。次いでミキサー２１により、気化ＬＮＧと冷却された吸込み空気との混合を行うことができる。このように構成することで、空気冷却器２２により、十分に空気冷却を行うとともに、ＬＮＧの気化が好適に達成され、この結果、ミキサー２１において十分な量の冷却された吸込み空気と気化ＬＮＧとにより、予混合気を生成することができる。
第６実施形態においては、空気冷却器２２においてＬＮＧタンク１３からのＬＮＧによって吸込み空気が冷却されるので、過給機吸込み温度Ｔｃが低下して、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００６４】
（第７実施形態）
本発明は以下のような第７実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によっても実施することができる（図７参照）。
第７実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、第１給気冷却器１２からガスエンジン１５に至る燃焼用空気供給路ｒ４に、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧを気化して気化ＬＮＧを供給する第２の気化器２３を配設した構成としている。そのために、第７実施形態では、ガスエンジン１５で用いられる必要気化ＬＮＧの量が増大する場合には、過給機１１の空気吸込み路ｒ３における第１気化器１４からのＬＮＧの気化量を増大するべく、第２気化器２３を設けている。第２気化器２３は外部の熱源を利用してＬＮＧを気化するようにしている。
すなわち第７実施形態では、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧをＬＮＧ供給路ｒ１を通じて過給機１１の空気吸込み路ｒ３における第１気化器１４の蛇行配管Ｐの入り口に接続する一方、第１気化器１４の蛇行配管Ｐの出口から気化ＬＮＧ供給路ｒ２を通じてＬＮＧをＬＮＧタンク１３に戻すＬＮＧ循環路（ｒ１、ｒ２）としている。
かかるＬＮＧ循環路（ｒ１、ｒ２）における気化ＬＮＧ供給路ｒ２から、第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に気化ＬＮＧを合流させるように、気化ＬＮＧ分岐供給路ｒ８が接続され、かかる気化ＬＮＧ分岐供給路ｒ８に第２気化器２３を設けている。
【００６５】
以上、第７実施形態にかかるガスエンジンシステム１０において、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧは、過給機１１の空気吸込み路ｒ３における第１気化器１４とＬＮＧ循環路（ｒ１、ｒ２）を通じて循環する。気化ＬＮＧは、第１気化器１４の蛇行配管Ｐの出口から気化ＬＮＧ供給路ｒ２を通じて、ＬＮＧタンク１３に戻される。この場合、ＬＮＧタンク１３からのＬＮＧの流量が第１気化器１４の気化能力を超えていると、一部は液状態のままで戻されることになる。そのような気化ＬＮＧの一部は、気化ＬＮＧ供給路ｒ２から、第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に、気化ＬＮＧ分岐供給路ｒ８を通じて供給される。その際、気化ＬＮＧ分岐供給路ｒ８における第２気化器２３において気化ＬＮＧがさらに気化され、十分に気化されたＬＮＧを第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に合流させることができる。
したがって、ガスエンジン１５の必要気化ＬＮＧの量が増大するような場合でも、第１気化器１４および第２気化器２３により十分に気化されたＬＮＧを第１給気冷却器１２の出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に合流させることができる。これにより、燃焼用空気供給路ｒ４において十分な量の混合気を生成することができ、ガスエンジン１５のエンジン排気量が大きいタイプのものでも対応することができる。
勿論、第７実施形態においても、第１気化器１４により過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００６６】
（第８実施形態）
本発明は以下のような第８実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によっても実施することができる（図８参照）。
第８実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、第２実施形態の変形例で、過給機１１の空気吸込み路ｒ３に配設された第１気化器１４とＬＮＧタンク１３とを、ＬＮＧを循環させるＬＮＧ循環路（ｒ１、ｒ２）を配設し、ＬＮＧ循環路（ｒ１、ｒ２）に分岐して、第１給気冷却器１２の蛇行配管Ｐの入り口側に連絡接続した構成としている。そのために、第８実施形態では、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気を第１気化器１４により冷却し、過給機１１出口側の燃焼用空気を第１給気冷却器１２により冷却する構成としている。
【００６７】
以上、第８実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によれば、ＬＮＧの冷熱は、過給機１１の空気吸込み路ｒ３を介して吸い込まれる空気だけでなく、過給機１１出口側の燃焼用空気をも冷却することに活用される。しかもこのガスエンジンシステム１０では、ＬＮＧを循環させるＬＮＧ循環路（ｒ１、ｒ２）を介して、十分な量の気化ＬＮＧを生成することができ、ガスエンジン１５のエンジン排気量が大きいタイプのものでも対応することができる。
第８実施形態においても、第１気化器１４により過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００６８】
（第９実施形態）
本発明は以下のような第９実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によっても実施することができる（図９参照）。
第９実施形態にかかるガスエンジンシステム１０では、吸込み空気を冷却する際に気化された気化燃料の他、ガスエンジン１５には、ＬＮＧタンク１３において、外部からの自然入熱により気化するＬＮＧ（ボイルオフガス）を、ＢＯＧ供給路ｒ９を通じて第１給気冷却器１２出口側の燃焼用空気供給路ｒ４に供給し、ガスエンジン１５の燃焼用として供される構成である。すなわち第９実施形態では、ＬＮＧタンク１３内に貯留されたＬＮＧのうち、吸込み空気を冷却する際に気化されたＬＮＧは勿論、外部からの自然入熱により気化するＬＮＧをも活用するようにしている。
【００６９】
以上、第９実施形態にかかるガスエンジンシステム１０によれば、ＬＮＧタンク１３内に貯留されたＬＮＧのうち、外部からの自然入熱により気化するＬＮＧをも活用することができるため、無駄のないガスエンジンシステム１０とすることができる。
第９実施形態においても勿論、第１気化器１４により過給機吸込み温度Ｔｃが低下することで、過給機駆動動力Ｌｃは低下するので、その差分のエネルギーを、過給機１１のタービン１１ｂのロータに取り付けられたターボ発電機１６で電力として取り出すことができる。
【００７０】
以上、本発明にかかるガスエンジンシステムについて、種々実施形態を挙げ、説明したが、液化燃料源は、ＬＮＧに限らない。沸点が摂氏零度未満で、液相から気相に相転移することで生じる冷熱が利用できる燃料であれば他の液化燃料（液化石油ガス）も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、過給機のタービン側に、冷熱源により吸込み空気を冷却されたことで得られる過給機の駆動動力の差分を、電力として取り出すタービン発電機を備えたことで、冷熱源の冷熱を有効に活用することができるので、例えば、小規模な家庭用のコージェネレーションシステム用のガスエンジンシステムにも適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０        ガスエンジンシステム
１１        過給機
１１ａ      コンプレッサ
１１ｂ      タービン
１１ｘ      回転軸
１２        第１給気冷却器
１３        ＬＮＧタンク
１４        第１気化器
１５        ガスエンジン
１６        ターボ発電機
１７        発電機
１８        第２給気冷却器
１９        熱交換器
２０        燃料加熱器
２１        ミキサー
２２        空気冷却器
２３        第２気化器
ｒ１、ｒ１´ＬＮＧ供給路
ｒ２、ｒ２´気化ＬＮＧ供給路
ｒ３        空気吸込み路
ｒ４        燃焼用空気供給路
Ｐ          蛇行配管
ｒ５        排気路
ｒ６        排気出口路
ｒ７        流路
ｒ８        気化ＬＮＧ分岐供給路
ｒ９        ＢＯＧ供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014080892.tif 000009
【図８】
2014080892.tif 000010
【図９】
2014080892.tif 000011
【図１０】
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