(57)【要約】  液化天然ガス（ＬＮＧ）のような低温液体燃料を燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置において、高圧低温液体燃料の保有冷熱を有効利用して効率を向上させる。液化天然ガスを気化させて得られる高圧天然ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機３０で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳが、直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に高圧天然ガスを供給して噴射する燃料用液化天然ガス供給系統ＦＳに設置されてＬＮＧタンク１から導入した低圧の液化天然ガスを昇圧させるブースタポンプ３と、閉回路を循環して流れる熱媒体とブースタポンプ３で昇圧された高圧液化天然ガスとの熱交換により熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器５１と、冷熱回収熱交換器５１の下流側で熱媒体との熱交換により過給機３０に導入されて吸気となる大気及び／または過給機３０で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器５４とを備えている。
2013047574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、
前記直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、
閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、
前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体との熱交換により前記過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器と、
を備えていることを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項２】
低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、
前記直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、
閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、
前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体を冷熱源として前記低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、
前記ボイルオフガス再液化装置の下流側で前記熱媒体との熱交換により前記過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器と、
を備えていることを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン。
【請求項３】
低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、
前記直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、
閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、
前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体を冷熱源として前記低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、
前記ボイルオフガス再液化装置の下流側で前記熱媒体と閉回路を循環して流れる水との熱交換により前記水を冷却する熱媒体／水熱交換器と、
前記熱媒体／水熱交換器で冷却された水との熱交換により前記過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器と、
を備えていることを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン
【請求項４】
前記冷熱回収熱交換器で冷却された前記熱媒体を冷熱源として使用する１または複数の冷熱利用機器が前記空気冷却熱交換器の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項５】
前記熱媒体／水熱交換器で冷却された前記水を冷熱源として使用する１または複数の冷熱利用機器が前記空気冷却熱交換器の上流側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項６】
前記熱媒体を流す閉回路または前記閉回路から分岐したバイパス流路に蓄冷装置を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項７】
前記熱媒体を流す閉回路に余剰冷熱を消費する加熱器を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項８】
前記過給機の出力で駆動される過給機駆動発電機を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項９】
前記過給機から排出される排気ガスを加熱する再熱器と、該再熱器を通過して温度上昇した排ガスで駆動される排気タービンと、該排気タービンで駆動されるタービン駆動発電機とを備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液化天然ガスのような低温液体燃料を燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置に係り、特に、低温液体燃料の燃料供給系に設置されるブースタポンプで昇圧した高圧低温液体燃料の冷熱利用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンには直噴方式及び予混合方式があり、一般に直噴方式を採用した直噴式ディーゼルエンジンが高効率とされる。
直噴式ディーゼルエンジンは、燃料を高圧のシリンダ内に直接噴射して燃焼させる方式であるため、燃料をシリンダ内より高圧にして供給する装置が必要となる。また、近年のディーゼルエンジンにおいては、出力向上やエミッション（排出物）低減にも有効であるため、過給機が一般的に使用されている。【０００３】
さらに、近年のディーゼルエンジンにおいては、エミッション等の優位性から燃料に液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用する燃料のＬＮＧ化が推進されている。このような燃料のＬＮＧ化は、例えば船舶推進用（舶用）や発電機駆動用（産業用）等のように、比較的大型（大出力）のディーゼルエンジンにも広がる傾向にある。【０００４】
上述した大型ディーゼルエンジンの燃料ＬＮＧ化は、２サイクルディーゼルエンジンのシリンダ内に燃料の高圧天然ガス（ＣＮＧ）を直接噴射する直噴式ディーゼルエンジンにより進められている。このため、直噴式ディーゼルエンジンの燃料としてＣＮＧを使用する場合には、圧縮状態にあって高圧のシリンダ燃焼室内にＣＮＧを確実に噴射して供給するため、燃焼室内の圧力よりも高い噴射圧力が要求される。
従って、直憤式ディーゼルエンジンにＬＮＧタンクからＣＮＧを供給する燃料供給系には、所望の噴射圧力を得るため、大気圧のＬＮＧタンクから供給されるＬＮＧを高圧ＬＮＧに昇圧し、この高圧ＬＮＧをヒータ等により加熱して気化させることになるので、ＬＮＧ昇圧用のＬＮＧブースタポンプが設置されている。【０００５】
内燃機関に関する従来技術においては、例えば下記の特許文献１に開示されているように、排気タービン過給機からの加圧空気をアフタークーラにより冷却して吸気マニホールドに流すことが行われている。
また、下記の特許文献２には、蓄冷材に蓄熱したＬＮＧの冷熱を用いることにより、外気温度が低いときの冷却能力を外気温度が高いときに利用して、ガスタービンの吸気冷却を行うことが開示されている。
また、大型ターボ過給機ディーゼル機関においては、例えば下記の特許文献３に開示されているように、排ガスボイラ及びパワータービンを設けて排ガスのエネルギ回収を行うことが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５８−１３９５２４号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０６３９号公報
【特許文献３】特表２００９−５３２６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＬＮＧを燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置は、燃料供給系にＬＮＧブースタポンプを設置して低温のＬＮＧを高圧液化天然ガスに昇圧する。このＬＮＧブースタポンプは、作動流体として極低温のＬＮＧを昇圧するポンプであるから、昇圧後の高圧ＬＮＧは大きな冷熱量を保有している。
しかし、液化天然ガスを燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置においては、高圧液化天然ガスが大きな冷熱量を保有しているにもかかわらず、この冷熱を有効利用することなく捨てているのが実状である。【０００８】
一方、液化天然ガスを燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置は、効率の向上が求められており、従って、高圧液化天然ガスの保有冷熱を有効利用して直噴式ディーゼルエンジン装置の効率を向上させることが望まれる。すなわち、装置内において高圧液化天然ガスの保有冷熱を冷却等に有効利用できれば、直噴式ディーゼルエンジン装置の効率について、より一層の向上が期待できる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、液化天然ガスのような低温液体燃料を燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置において、高圧低温液体燃料の保有冷熱を有効利用して効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置の第１態様は、低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、前記直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体との熱交換により前記過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器と、を備えていることを特徴とするものである。【００１０】
このような本発明の第１態様によれば、直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、冷熱回収熱交換器の下流側で熱媒体との熱交換により過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器とを備えているので、高圧低温液体燃料が保有する冷熱で冷熱回収熱交換器を通過して流れる窒素等の熱媒体を冷却し、さらに、低温の熱媒体で吸気となる大気及び／または圧縮後の吸気を冷却することができる。【００１１】
すなわち、低温液体燃料が保有する冷熱を熱媒体に移動させて有効利用することにより、過給機に吸入される大気の入口温度や過給機で圧縮された吸気温度を低下させることができるので、過給機及び直噴式ディーゼルエンジンの効率を向上させることができる。
なお、この場合に適用される低温液体燃料としては、例えば液化天然ガスや液化石油ガス等がある。【００１２】
本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置の第２態様は、低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、前記直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体を冷熱源として前記低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、前記ボイルオフガス再液化装置の下流側で前記熱媒体との熱交換により前記過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器と、を備えていることを特徴とするものである。【００１３】
このような本発明の第２態様によれば、直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、閉回路を循環して流れる熱媒体とブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、冷熱回収熱交換器の下流側で熱媒体を冷熱源として低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、ボイルオフガス再液化装置の下流側で熱媒体との熱交換により過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器とを備えているので、高圧低温液体燃料が保有する冷熱で冷熱回収熱交換器を通過して流れる窒素等の熱媒体を冷却し、さらに、ボイルオフガス再液化装置でボイルオフガスの再液化に熱媒体の冷熱を使用した後、低温の熱媒体により吸気となる大気及び／または圧縮後の吸気を冷却することができる。【００１４】
すなわち、低温液体燃料が保有する冷熱を熱媒体に移動させて有効利用することにより、ボイルオフガスの再液化や過給機に吸入される大気の入口温度や圧縮後の吸気温度を低下させることができるので、過給機及び直噴式ディーゼルエンジンの効率を向上させることができる。この場合、ボイルオフガスの再液化に冷熱を利用した後の熱媒体は、大気を冷却するのに十分な冷熱を保有している。
なお、この場合に適用される低温液体燃料としては、例えば液化天然ガスや液化石油ガス等がある。【００１５】
本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置の第３態様は、低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、前記直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体を冷熱源として前記低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、前記ボイルオフガス再液化装置の下流側で前記熱媒体と閉回路を循環して流れる水との熱交換により前記水を冷却する熱媒体／水熱交換器と、前記熱媒体／水熱交換器で冷却された水との熱交換により前記過給機に導入されて吸気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気となる大気を冷却する空気冷却熱交換器と、を備えていることを特徴とするものである。【００１６】
このような本発明の第３態様によれば、直噴式ディーゼルエンジンのシリンダ内に高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、閉回路を循環して流れる熱媒体とブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、冷熱回収熱交換器の下流側で熱媒体を冷熱源として低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、ボイルオフガス再液化装置の下流側で熱媒体と閉回路を循環して流れる水との熱交換により水を冷却する熱媒体／水熱交換器と、熱媒体／水熱交換器で冷却された水との熱交換により過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器とを備えているので、最初に高圧低温液体燃料が保有する冷熱により、冷熱回収熱交換器を通過して流れる窒素等の熱媒体を冷却する。そして、高圧低温液体燃料に冷却された熱媒体の冷熱は、最初にボイルオフガス再液化装置でボイルオフガスの再液化に使用され、この後、空気冷却熱交換器の冷却媒体となる水の冷却に使用されるので、この冷水によって吸気となる大気及び／または圧縮後の吸気を冷却することができる。【００１７】
すなわち、低温液体燃料が保有する冷熱を熱媒体に移動させて有効利用することにより、ボイルオフガスの再液化に加え、水を介して過給機に吸入される大気の入口温度や圧縮後の吸気温度を低下させることができるので、過給機及び直噴式ディーゼルエンジンの効率を向上させることができる。この場合、ボイルオフガスの再液化に冷熱を利用した後の熱媒体は、大気を冷却する冷水の製造に十分な冷熱を保有している。
なお、この場合に適用される低温液体燃料としては、例えば液化天然ガスや液化石油ガス等がある。【００１８】
上記の発明（第１及び第２の態様）において、前記冷熱回収熱交換器で冷却された前記熱媒体を冷熱源として使用する１または複数の冷熱利用機器を前記空気冷却熱交換器の上流側に設けることが好ましく、これにより、低温液体燃料が保有する大きな冷熱量は、吸気となる大気の冷却だけでなく、熱媒体を介して１または複数の冷熱利用機器にも有効利用することができる。
なお、液化天然ガスのような低温液体燃料は大きな冷熱量を保有しているので、低温液体燃料から冷熱を受けた熱媒体は、１または複数の冷熱利用機器で冷熱を使用しても、燃焼空気の冷却に必要な冷熱量を十分に確保することができる。【００１９】
上記の発明（第３の態様）において、前記熱媒体／水熱交換器で冷却された前記水を冷熱源として使用する１または複数の冷熱利用機器が前記空気冷却熱交換器の上流側に設けられていることが好ましく、これにより、低温液体燃料が保有する大きな冷熱量は、吸気となる大気の冷却だけでなく、熱媒体を介して１または複数の冷熱利用機器にも有効利用することができる。【００２０】
ここで、熱媒体の冷熱により冷却する好適な冷熱利用機器の具体例としては、例えば低温液体燃料（液化天然ガスや液化石油ガス等）のボイルオフガスを再液化する装置の熱交換器で使用する冷熱源（第１の冷熱源）等を例示することができる。
また、熱媒体の冷熱や熱媒体／水熱交換器で冷却された水の冷熱により冷却する好適な冷熱利用機器の具体例としては、例えば直噴式ディーゼルエンジンの主機関冷却、直噴式ディーゼルエンジンで主発電機を駆動して発電する場合の主発電機冷却、補助エンジン及び／または補助発電機を備えている場合の補助エンジン冷却や補助発電機冷却、さらに、排熱回収ボイラの蒸気を凝縮させるための冷却等に使用する冷熱源（第２の冷熱源）を例示することができる。【００２１】
このような第１の冷熱源及び第２の冷熱源については、必ずしも設ける必要がなく、装置構成等の諸条件に応じていずれか一方のみを設置してもよいし、あるいは、両方を組み合わせて設置してもよい。すなわち、例えば第１の冷熱源に加えて、第２の冷熱源として主機関冷却及び主発電機冷却の両方に冷熱を使用するなど、装置構成に応じて適宜使用先の選択が可能であり、冷熱利用の数が限定されることはない。【００２２】
上記の発明においては、前記熱媒体を流す閉回路または前記閉回路から分岐したバイパス流路に蓄冷装置を備えていることが好ましく、これにより、余剰冷熱が生じた場合に冷熱を蓄熱するとともに、状況に応じて蓄冷した冷熱を利用することが可能になる。【００２３】
上記の発明において、前記熱媒体を流す閉回路に余剰冷熱を消費する加熱器を備えていることが好ましく、これにより、必要以上の余剰冷熱が生じた場合に強制的に消費することができる。この場合の加熱器は、例えば加熱源として水を使用することができる。【００２４】
上記の発明において、前記過給機の出力で駆動される過給機駆動発電機を備えていることが好ましく、これにより、排気ガスのエネルギを有効利用して過給機駆動発電機から電力が得られるので、直噴式ディーゼルエンジン装置の効率をより一層向上させることが可能になる。【００２５】
上記の発明において、前記過給機から排出される排気ガスを加熱する再熱器と、該再熱器を通過して温度上昇した排ガスで駆動される排気タービンと、該排気タービンで駆動されるタービン駆動発電機とを備えていることが好ましく、これにより、排気ガスのエネルギをさらに有効利用してタービン駆動発電機から電力が得られるので、直噴式ディーゼルエンジン装置の効率をより一層向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２６】
上述した本発明によれば、液化天然ガス等の低温液体燃料を燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置において、低温液体燃料を昇圧するブースタポンプにより昇圧された高圧低温液体燃料が保有している冷熱を有効利用し、高効率で信頼性の高い直噴式ディーゼルエンジン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第１の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図２】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第２の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図３】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第３の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図４】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第４の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図５】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第５の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図６】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第６の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図７】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第７の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図８】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第８の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図９】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第９の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図１０】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第１０の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【図１１】本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第１１の実施形態を示す要部構成例の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る低温液体燃料を燃料として運転する直噴式ディーゼルエンジン装置について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する実施形態においては、低温液体燃料を液化天然ガス（ＬＮＧ）とするが、低温液体燃料がこれに限定されることはなく、例えば液化石油ガス（ＬＰＧ）のような低温液体燃料にも適用可能である。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
図１に示した直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳは、直噴式ディーゼルエンジン（以下、「主機関」と呼ぶ）の出力軸に連結された主発電機を駆動して電力を得るディーゼルエンジン発電機関１０に適用した場合の構成例である。
【００３０】
図示の直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳは、ＬＮＧを昇圧及び気化させて得られる高圧天然ガス（ＣＮＧ）を主機関のエンジン燃料とし、このエンジン燃料を過給機３０で昇圧された吸気により燃焼させて出力を得る装置であり、例えば比較的大型で大出力を有する非常用発電設備のようなディーゼルエンジン発電機関１０として使用される。
以下に説明する実施形態において、主発電機を駆動して発電するディーゼルエンジン発電機関１０の主機関は、ＬＮＧを昇圧及び気化させたＣＮＧを燃料として運転される直噴式２サイクルディーゼルエンジンである。
【００３１】
直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳは、主機関のシリンダ内にＣＮＧを供給して噴射するため、ＬＮＧタンク１の内部に貯蔵されているＬＮＧを主機関へ導く配管系統の燃料用液化天然ガス供給系統（燃料供給系統）ＦＳを備えている。
燃料供給系統ＦＳには、液化天然ガスタンク（ＬＮＧタンク）１の内部からサブマージドポンプ２で導入した低圧のＬＮＧを昇圧させるブースタポンプ３が設けられている。このブースタポンプ３は、高圧に圧縮された状態にある主機関のシリンダ内に燃料を噴射して供給するため、気化したＣＮＧがシリンダ内より高圧となるようにＬＮＧを昇圧させるためのポンプである。なお、ブースタポンプ３には、例えばピストン式ポンプが用いられ、このブースタポンプ３で昇圧されたＬＮＧを高圧ＬＮＧと呼ぶ。
【００３２】
また、ブースタポンプ３の上流側には、バッファとして機能するサクションドラム４が設置されており、従って、この場合にブースタポンプ３で実際に昇圧するＬＮＧは、サクションドラム４から導入されている。
さらに、ブースタポンプ３の下流側には、昇圧後の高圧ＬＮＧを気化させてＣＮＧに変換するため、例えばＬＮＧヒータのような加熱手段（不図示）が必要に応じて設けられている。そして、この加熱手段の上流側には、後述する熱媒体を高圧ＬＮＧで冷却するため、冷熱回収熱交換器５１が設けられている。
【００３３】
すなわち、上述したブースタポンプ３は、圧縮されて高圧状態にある主機関のシリンダ内へエンジン燃料のＣＮＧを確実に噴射して供給するため、低圧のＬＮＧを昇圧して高圧ＬＮＧとするポンプであるから、この高圧ＬＮＧを気化させた後のＣＮＧに対して、シリンダ内に噴射して供給可能となる高圧を与えるものである。燃料のＬＮＧは常温まで昇温することが必要であるが、例えば−５０℃程度のような０℃以下としてもよい。
なお、図中の符号５はＬＮＧが流れるＬＮＧ配管、６は高圧ＬＮＧが流れる高圧ＬＮＧ配管である。
【００３４】
上述した主機関に燃焼用空気を供給する吸気系統には、過給機３０が設けられている。この過給機３０は、主機関から排出される排気ガスを駆動源とするタービン３１と、タービン３１と同軸に連結された圧縮機３２とを備えている。すなわち、過給機３０は、主機関の排気ガスが保有するエネルギによりタービン３１を回転させ、タービン３１と同軸の圧縮機３２を駆動して大気中の空気を導入して圧縮する装置である。このような過給機３０を設置することにより、燃焼用空気を圧縮した吸気とすることができるため、主機関に供給する燃焼用空気の空気密度を増すことができる。
【００３５】
また、本実施形態の過給機３０は、タービン３１及び圧縮機３２と同軸の補助発電機３３を備えている。
この補助発電機３３は、過給機３０の出力で駆動される過給機駆動発電機であり、排気ガスのエネルギを有効利用して電力を得ることができる。すなわち、タービン３１の出力で圧縮機３２とともに補助発電機３３を駆動して発電するようにしたので、ディーゼルエンジン発電機関１０の主発電機で発電される電力に加えて、過給機３０の出力を有効利用した電力も得られるようになり、直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳの効率向上に有効である。このような補助発電機３３から得られた電力は、例えば後述する冷熱回収装置５０に設けたブロア５３の電動機等に供給することにより、直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳにおける外部電源の使用量を低減できる。
なお、図１において、図中の符号３４は吸気導入管、３５は吸気管、３６は排気管である。
【００３６】
そして、直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳには、閉回路の冷熱回収装置５０が設けられている。この冷熱回収装置５０は、例えば窒素のような熱媒体を循環させて流す配管流路５２であり、窒素ガスを圧送して配管流路５２を循環させるため、図示しない電動機等により駆動されるブロア５３が設けられている。
ブロア５３から送出された窒素ガスは、流れ方向下流側へ順番に配設された冷熱回収熱交換器５１及び空気冷却熱交換器５４を通過して流れた後、再度ブロア５３に吸入されるので、熱交換による温度変化を繰り返しながら閉回路の配管流路５２を循環する。
【００３７】
冷熱回収熱交換器５１は、ブースタポンプ３で昇圧された高圧ＬＮＧと窒素ガスとを熱交換させることにより、高圧ＬＮＧが保有する冷熱で窒素ガスを冷却するようにした熱交換器である。換言すれば、高圧ＬＮＧは、冷熱回収熱交換器５１を通過して窒素ガスと熱交換することにより、高温側の窒素ガスから吸熱して温度上昇することになる。
【００３８】
従って、この場合の窒素ガスは、高圧ＬＮＧを温度上昇させる熱源、あるいは、高圧ＬＮＧの少なくとも一部を気化させる熱源として使用される。
この結果、高圧ＬＮＧを気化させてＣＮＧとするＬＮＧヒータ等の加熱源においては、高圧ＬＮＧを気化させるために必要となる熱量の低減が可能になり、窒素ガス側に十分な熱量があればＬＮＧヒータをなくすことも可能である。この結果、ＬＮＧヒータの加熱に必要な消費電力を低減できるようになり、その分直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳの効率が向上する。
【００３９】
空気冷却熱交換器５４は、冷熱回収熱交換器５１の下流側において、配管流路５２を流れる窒素ガスと、大気から導入されて吸気導入管３４を流れる空気とを熱交換させ、過給機３０に導入されて圧縮される吸気の空気を冷却する熱交換器である。この空気冷却熱交換器５４で吸気を冷却した窒素ガスは、吸気側の放熱により温度上昇した後、配管流路５２を通ってブロア５３に戻る。
【００４０】
この空気冷却熱交換器５４を設置することにより、主機関の燃焼用空気となる吸気の冷却を行って空気密度を低下させることができるので、過給機３０の過給効率及び主機関の運転効率向上に有効である。
すなわち、空気冷却熱交換器５４を設置したことにより過給機３０の吸気入口温度が下がると、吸気の空気密度が低下するので、同じ重量流量の吸気を流す場合には体積流量が低減する。この結果、過給機３０においては、圧縮機３２を駆動するのに必要な動力を低減できるため、過給機３０の効率が改善されることとなる。
【００４１】
換言すれば、低温の吸気を過給機３０に導入することは、より少ない圧縮機３２の駆動力で効率よく圧縮した高密度の吸気を主機関に供給することを可能にする。従って、タービン３１の余剰出力が増すことになるので、この余剰出力を、例えば上述した補助発電機３３の発電量増大や過給機３０の小型化等に利用することも可能である。
【００４２】
また、過給機３０の吸気入口温度が低下すると、過給機３０の構成素材においては、材料クリープの面で有利になるため寿命が向上し、さらに、運転可能な回転数を高く設定できるようになるため、過給機３０の性能向上にも有利である。
この空気冷却熱交換器５４に供給される窒素ガスは、冷熱回収熱交換器５１において、通常−１６０℃程度の低温状態にあるＬＮＧを昇圧させた高圧ＬＮＧに冷却されて温度低下するので、通常の大気温度を冷却するには十分な低温となる。
また、空気冷却熱交換器５４は、上述した吸気冷却の他にも、例えば過給機３０の圧縮機３２で大気を圧縮した吸気の冷却に利用することも可能である。すなわち、空気冷却熱交換器５４は、過給機入口吸気冷却専用や圧縮後の吸気冷却専用の熱交換器を各々設置してもよいし、過給機入口吸気冷却及び圧縮後の吸気冷却の両方を同じ熱交換器で実施してもよい。
【００４３】
このように構成された直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳは、主機関（直噴式ディーゼルエンジン）のシリンダ内にＣＮＧを供給して噴射する燃料供給系統ＦＳに設置されてＬＮＧタンク１から導入した低圧のＬＮＧを昇圧させるブースタポンプ３と、閉回路を循環して流れる熱媒体の窒素ガスとブースタポンプ３で昇圧された高圧ＬＮＧとの熱交換により熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器５１と、冷熱回収熱交換器５１の下流側で窒素ガスとの熱交換により過給機３０に導入されて吸気となる大気及び／または圧縮機３０で圧縮された後の大気である吸気を冷却する空気冷却熱交換器５４とを備えているので、高圧ＬＮＧが保有する冷熱で冷熱回収熱交換器５１を通過して流れる窒素ガスを冷却し、さらに、低温の窒素ガスで吸気となる大気及び／または過給機３０で圧縮後の吸気を冷却することができる。
【００４４】
すなわち、ＬＮＧが保有する冷熱を熱媒体の窒素ガスに移動させて有効利用することにより、過給機３０に吸入される大気の吸気入口温度を低下させることや、ディーゼルエンジン発電機関１０に供給する燃焼用空気の温度を低下させることができるので、過給機３０及び主機関の効率を向上させることができる。
この結果、例えばＬＮＧのように、低温の液体燃料を気化させたガスを燃料とする直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳにおいては、液化天然ガスを昇圧するブースタポンプにより昇圧された高圧液化天然ガスが保有している冷熱を有効に利用し、高効率で信頼性の高い直噴式ディーゼルエンジン装置を提供することができる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第２の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ１は、上述した実施形態と同様に、直噴式ディーゼルエンジンである主機関の出力軸に連結された主発電機を駆動して電力を得るディーゼルエンジン発電機関１０に適用した場合の構成例である。
【００４６】
図２に示す冷熱回収装置５０では、冷熱回収熱交換器５１で冷却された熱媒体の窒素ガスを冷熱源として使用するため、空気冷却熱交換器５４の上流側に二つの冷熱利用機器が直列に設けられている。
図示の冷熱利用機器は、例えば上流側から順に、貯蔵されているＬＮＧのボイルオフガス（ＢＯＧ）を再液化させる熱媒体（冷媒）の冷却を行う再液化熱交換器５５及び主機関のエンジン冷却行うジャケット冷却水冷却器１１である。
【００４７】
再液化熱交換器５５は、ＬＮＧのボイルオフガスを冷却して再液化するための装置を構成する熱交換器であり、再液化に使用する熱媒体を冷却する冷熱源として、冷熱回収熱交換器５１で高圧ＬＮＧに冷却された窒素ガスが使用される。
具体的に説明すると、ＢＯＧ再液化装置では、閉回路を循環する冷媒が、高圧ＬＮＧに冷却された低温の窒素ガスとの熱交換により冷却されて温度低下し、さらに、ＢＯＧの再液化により冷熱を奪われて温度上昇するので、ＢＯＧを再液化する冷熱源として高圧ＬＮＧの冷熱が使用されている。
【００４８】
また、ジャケット冷却水冷却器１１では、主機関のジャケット冷却水（熱媒体）が、冷熱回収熱交換器５１で高圧ＬＮＧに冷却された窒素ガスとの熱交換により冷却される。この場合、ジャケット冷却水冷却器１１に供給される窒素ガスは、再液化熱交換器５５を通過して温度上昇したものであるが、高圧ＬＮＧの冷熱量が大きいため、ジャケット冷却水の冷却には十分な冷却熱が残っている。
そして、再液化熱交換器５５及びジャケット冷却水冷却器１１を通過した後の窒素ガスは、空気冷却熱交換器５４に供給されて吸気冷却を行うことになるが、吸気冷却にはそれほど大きな冷熱量を必要としないので、十分に冷却可能な冷熱量が残っている。
【００４９】
このように、冷熱回収熱交換器５１と空気冷却熱交換器５４との間に、再液化熱交換器５５及びジャケット冷却水冷却器１１を配設しても、ＬＮＧが保有する大きな冷熱量は、吸気となる大気の冷却だけでなく、熱媒体を介して二つの冷熱利用機器にも有効利用することができる。
【００５０】
ところで、上述したジャケット冷却水の冷却を行うような場合には、配管流路５２を循環する熱媒体の窒素ガスに代えて、空気や酸素を使用してもよい。すなわち、ジャケット冷却水冷却器１１において、まんがいち熱媒体の漏れが生じた場合であっても、窒素ガスのように酸素濃度が減少することはないので、エンジン性能に悪影響を及ぼすことはない。
なお、配管流路５２を循環する熱媒体としては、ヘリウムガスやネオンを採用することも可能である。
【００５１】
ここで、熱媒体の冷熱により冷却する好適な冷熱利用機器の具体例をあげると、すなわち、ＬＮＧの冷熱で冷却された窒素ガスの熱媒体が保有する冷熱を利用可能な冷熱利用機器としては、下記の第１の冷熱源や第２の冷熱源がある。
第１の冷熱源としては、例えば低温液体燃料のボイルオフガス（ＢＯＧ）を再液化するためのＢＯＧ再液化装置において、熱交換器で使用する冷熱源がある。この場合のＢＯＧは、ＬＮＧタンク１やサクションドラム４のように、直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ１の構成機器ないで発生するものは勿論のこと、隣接する装置で発生するＢＯＧ再液化に利用してもよい。
【００５２】
また、第２の冷熱源としては、例えば直噴式ディーゼルエンジンの主機関冷却、直噴式ディーゼルエンジンで主発電機を駆動して発電する場合の主発電機冷却、補助エンジン及び／または補助発電機を備えている場合の補助エンジン冷却や補助発電機冷却、そして、排熱回収ボイラを備えている場合において、排熱回収ボイラの蒸気を凝縮させるための冷却等に使用する冷熱源がある。
【００５３】
このような冷熱利用機器は、上述した第１の冷熱源と第２の冷熱源とを比較した場合、一般的には第１の冷熱源に大きな冷熱量を必要とすることが多い。従って、冷熱回収装置５０においては、大きな冷熱量が必要な冷熱源、一般的には第１の冷熱源を冷熱回収熱交換器５１に近い上流側に配置することが望ましい。
【００５４】
また、このような第１の冷熱源及び第２の冷熱源については、必ずしも設ける必要はなく、装置構成等の諸条件に応じていずれか一方のみを設置してもよいし、あるいは、両方を組み合わせて設置してもよい。
すなわち、冷熱回収熱交換器５１で冷却された窒素ガスを冷熱源として使用する冷熱利用機器は、１または複数を空気冷却熱交換器５４の上流側に設けることができ、例えば第１の冷熱源に加えて、第２の冷熱源として主機関冷却及び主発電機冷却の両方に冷熱を使用するなど、装置構成や冷熱量等の条件に応じて適宜使用先の選択が可能であり、冷熱利用の数が限定されることはない。
【００５５】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第３の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図３に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ２は、ＬＮＧタンク１内のＢＯＧを再液化するＢＯＧ再液化装置６０を備えている。このＢＯＧ再液化装置６０には、上述した補助発電機３３で発電した電力が供給されている。従って、ＢＯＧ再液化装置６０の運転に必要となる電力の少なくとも一部については、補助発電機３３で発電した電力を利用できるので、外部電源から供給を受ける電力量の低減により直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ２の運転効率が向上する。
【００５６】
＜第４の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第４の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ３は、過給機３０から排出される排気ガスを加熱する再熱器４０と、再熱器４０を通過して温度上昇した排ガスで駆動される排気タービン４１と、排気タービン４１で駆動されるタービン駆動発電機４２とを備え、過給機３０のタービン３１で仕事をした排気ガスの保有エネルギを再利用するように構成されている。
【００５７】
具体的に説明すると、タービン３１で仕事をした排気ガスを再熱器４０に導いて再加熱する。再熱器４０には高温の加熱源が導入され、加熱源により排気ガスを加熱して温度上昇させる。
こうして高温となった排気ガスは排気タービン４１に導かれ、排気タービン４１を回転させる仕事をしてから排出される。このとき、排出する排気ガスに対して、環境対策など必要な処理が施される。そして、排気タービン４１の出力でタービン駆動発電機４２が駆動され、タービン駆動発電機４２で発電した電力は、例えばＢＯＧ再液化装置６０に供給される。
【００５８】
このような構成とすれば、主機関から排出される排気ガスのエネルギは、さらに有効利用されてタービン駆動発電機４２からも電力を得ることができる。従って、タービン駆動発電機４２で発電した電力をＢＯＧ再液化装置６０等で利用すれば、直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ３が外部電源から供給を受ける電力量の低減により、運転効率をより一層向上させることができる。
【００５９】
＜第５の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第５の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ４は、冷熱回収熱交換器５１の下流側で熱媒体を冷熱源としてＬＮＧのボイルオフガス（ＢＯＧ）を再液化するＢＯＧ再液化装置６０を備えている。すなわち、図示のＢＯＧ再液化装置６０は、ＬＮＧのＢＯＧを再液化する冷熱源として、冷熱回収熱交換器５１でＬＮＧに冷却された窒素ガスを利用している。
【００６０】
そして、ＢＯＧ再液化装置６０で冷熱が使用されて温度上昇した窒素ガスは、上述した実施形態と同様に空気冷却熱交換器５４に導かれ、過給機３０に導入されて吸気となる大気を冷却する。すなわち、閉回路となる窒素ガスの配管流路（循環経路）５２Ａには、冷熱回収熱交換器５１と空気冷却熱交換器５４との間にＢＯＧ再液化装置６０が配置され、ＢＯＧ再液化装置６０での冷熱使用により温度上昇した窒素ガスがＢＯＧ再液化装置６０の下流側で吸気を冷却する構成となっている。
このような構成としても、ＬＮＧの保有冷熱が大きいため、空気冷却熱交換器５４における吸気の冷却冷熱を十分に確保することができる。
【００６１】
＜第６の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第６の実施形態を図６に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ５は、上述した実施形態のように窒素ガスと大気との熱交換により吸気を冷却するのではなく、窒素ガスにより冷却された水（冷水）と大気との熱交換により吸気を冷却する構成となっている。
【００６２】
すなわち、この実施形態は、水を循環させる閉回路の水循環流路７０を備えた構成に特徴を有している。この水循環回路７０は、閉回路の配管流路７１に、水ポンプ７２と、熱媒体／水熱交換器７３と、空気冷却熱交換器５４Ａとを備えている。
【００６３】
水ポンプ７２は、閉回路の配管流路７１内で水の循環流を形成するポンプである。
熱媒体／水熱交換器７３は、熱媒体の窒素ガスが循環する配管流路５２Ｂにおいて、ボイルオフガス再液化装置６０の下流側に配置されている熱交換器である。この熱媒体／水熱交換器７３は、冷熱回収熱交換器５１で冷却された後にＢＯＧ再液化装置６０でＢＯＧの再液化に冷熱を使用して温度上昇した窒素ガスを導入する熱交換器であり、窒素ガスと配管流路７１を循環して流れる水とを熱交換させることにより、低温側の窒素ガスが水から吸熱して冷却する。
なお、ＬＮＧが保有する冷熱量は大きなものであるから、ＢＯＧ再液化後の窒素ガスでも大気冷却を行うのに十分な温度まで水を冷却することが可能である。
【００６４】
こうして冷却された水は、熱媒体／水熱交換器７３の下流側に設置されている空気冷却熱交換器５４Ａに導かれ、過給機３０に導入されて吸気となる大気を冷却する。すなわち、上述した実施形態の空気冷却熱交換器５４は、窒素ガスが大気を冷却しているのに対し、本実施形態の空気冷却熱交換器５４Ａは、窒素ガスで冷却した冷水を用いて大気を冷却するものである。
このような構成としても、ＬＮＧが保有する冷熱を窒素ガスに移動させて有効利用することにより、ＢＯＧの再液化に加え、水を介して過給機３０に吸入される大気の入口温度を低下させることができるので、過給機３０及びディーゼルエンジン発電機関１０の効率を向上させることができる。
【００６５】
＜第７の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第７の実施形態を図７に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図７に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ６の水循環回路７０Ａは、上述した第６の実施形態の水循環回路７０に対し、熱媒体／水熱交換器７３と空気冷却熱交換器５４Ａとの間で、冷熱利用機器のジャケット冷却水冷却器１１に導いた冷水をディーゼルエンジン発電機関１０の冷却に使用する構成が異なっている。
【００６６】
すなわち、図示のジャケット冷却水冷却器１１では、主機関のジャケット冷却水が、水循環回路７１Ａを循環する熱媒体／水熱交換器７３で冷却された水との熱交換により冷却されている。
【００６７】
＜第８の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第８の実施形態を図８に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ７では、ボイルオフガス再液化装置６０の下流側に位置する冷熱利用機器のジャケット冷却水冷却器１１において、窒素ガスの冷熱でジャケット冷却水を冷却するようになっている。すなわち、上述した第５の実施形態に加えて、空気冷却熱交換器５４の上流側にジャケット冷却水冷却器１１を設置し、ＢＯＧ再液化後の窒素ガスを用いてジャケット冷却水を冷却している。
【００６８】
この実施形態においても、配管流路５２Ａを循環する熱媒体の窒素ガスに代えて空気や酸素を使用すれば、熱媒体の漏れを生じた場合であっても、窒素ガスのように酸素濃度が減少することはないので、エンジン性能に悪影響を及ぼすことはない。
【００６９】
＜第９の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第９の実施形態を図９に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図９に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ８では、熱媒体の窒素ガスを流す閉回路の適所に蓄冷装置８０を設けた構成となっている。図示の構成例では、蓄冷装置８０が冷熱回収熱交換器５１とＢＯＧ再液化装置６０との間に設置され、ＢＯＧを再液化する前の段階（上流側）で蓄冷するようになっているが、特に限定されることはない。
【００７０】
蓄冷装置８０は、例えばエチレングリコール−水系等の蓄冷剤を貯蔵した蓄冷槽を設けるものであり、余剰冷熱が生じた場合には、蓄冷槽内へ窒素ガスを導入することで冷熱の蓄熱が可能となる。
また、蓄冷装置８０が冷熱を保有している場合には、状況に応じて蓄冷した冷熱を放出して利用することができる。
【００７１】
＜第１０の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第１０の実施形態を図１０に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１０に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ９では、熱媒体の窒素ガスを流す閉回路から分岐したバイパス流路８１に蓄冷装置８０Ａを設けた構成となっている。図示のバイパス流路８１は、冷熱回収熱交換器５１とＢＯＧ再液化装置６０との間から分岐するとともに、熱媒体／水熱交換器７３とブロア５３との間に接続されている。
なお、蓄冷装置８０Ａの基本構成は、上述した実施形態の蓄冷装置８０と実質的に同じである。
【００７２】
＜第１１の実施形態＞
以下、本発明に係る直噴式ディーゼルエンジン装置について、第１１の実施形態を図１１に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１１に示す直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳ１０では、熱媒体の窒素ガスを流す閉回路の配管流路５２Ｂに、余剰冷熱を消費する加熱器９０を備えている。
【００７３】
加熱器９０は、例えば窒素ガスを加熱源の水で加熱するもので、必要以上に余剰の冷熱が生じた場合など、窒素ガスと水との熱交換により強制的に消費させるものである。すなわち、窒素ガスが保有する冷熱の余剰分で水を加熱し、水に冷熱を吸熱させて窒素ガス循環の系外へ放出するものである。
従って、加熱器９０による窒素ガスの加熱、蓄冷装置８０による蓄冷、さらには冷熱を利用する冷熱利用機器の選択等により、冷熱回収のバランスを調整して運転の最適化を図ることができる。
【００７４】
ところで、上述した各実施形態において、冷熱回収装置５０の配管流路５２を循環する熱媒体の窒素ガスは、過給機３０の吸気入口温度を所定の範囲内に維持するため、高圧ＬＮＧの流量変化に対応して下記のような制御が可能である。
主機関の出力を低下させる場合には、ブースタポンプ３から供給される高圧ＬＮＧの流量が低下するように制御され、同時に、窒素ガスの循環流量も低下させる。一方、主機関の出力を上昇させる場合には、ブースタポンプ３から供給される高圧ＬＮＧの流量が上昇するように制御され、同時に、窒素ガスの循環流量も上昇させる。すなわち、冷熱源となる高圧ＬＮＧの流量変化（冷熱量変動）に対応して、冷熱利用側の窒素ガス流量もバランスを維持する方向に変化させる制御が行われる。
【００７５】
また、過給機３０の吸気入口温度が所定値より低下した場合には、空気冷却熱交換器５４に対して低温の窒素ガスが過剰供給されていることを意味する。
【００７６】
そこで、例えば再液化熱交換器５５のような第１の冷熱源において多くの冷熱量が消費されるように制御して、空気冷却熱交換器５４に供給する窒素ガス温度を上昇させること、図示しないバイパス流路を設けて空気冷却熱交換器５４に供給する窒素ガス量を低減すること、あるいは、ブロワ５３の運転を制御して窒素ガスの循環流量を低下させることなどにより、吸気入口温度の最適化が可能となる。さらに、冷熱回収熱交換器５１をバイパスする窒素ガス流路を設けてバイパス流量を調整すれば、循環する窒素ガスの温度調整が可能となる。
【００７７】
また、過給機３０の吸気入口温度が所定値より上昇した場合には、空気冷却熱交換器５４に対して供給される窒素ガス量が少ないか、あるいは、ガス温度が高い状況にあることを意味する。
【００７８】
そこで、例えば再液化熱交換器５５のような第１の冷熱源で消費する冷熱量を低減するように制御して、空気冷却熱交換器５４に供給する窒素ガス温度を低下させること、図示しないバイパス流路に分流させる窒素ガス量を減少させて空気冷却熱交換器５４に供給する窒素ガス量を増加させること、あるいは、ブロワ５３の運転を制御して窒素ガスの循環流量を増加させることなどにより、吸気入口温度の最適化が可能となる。
【００７９】
上述した実施形態では、直噴式ディーゼルエンジン装置ＤＳがディーゼルエンジン発電機関１０に適用されているが、例えば積荷となるＬＮＧを深冷状態で貯蔵するＬＮＧタンクを備えたＬＮＧ運搬船の推進用主機関や、船内に電源供給を行う発電設備等に適用してもよい。
【００８０】
このように、上述した各実施形態によれば、液化天然ガスのような低温液体燃料を燃料として運転する直噴式ディーゼルエンジン装置が、高圧低温液体燃料の保有冷熱を有効利用することにより、運転効率の向上という顕著な効果が得られる。
【００８１】
特に、上述した各実施形態においては、ＬＮＧ等の低温液体燃料が少なくとも窒素ガス等の熱媒体を介して大気を冷却するので、例えばＬＮＧ及び水のような極めて大きな温度差により大気を冷却する場合と比較して、冷熱の利用（エクセルギ）効率が優れている。
【００８２】
また、上述した各実施形態においては、ＬＮＧ等の低温液体燃料と水とを直接熱交換させることがないので、すなわち、水により直接ＬＮＧから冷熱を回収する熱交換器を使用していないので、極めて大きな温度差により水が凍結することを防止できる。
【００８３】
また、上述した各実施形態は、必要に応じて適宜他の実施形態を適用し、図示や説明を省略した構成についても実施可能なことは言うまでもない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１    ＬＮＧタンク
３    ブースタポンプ
４    サクションドラム
５    ＬＮＧ配管
６    高圧ＬＮＧ配管
１０    ディーゼルエンジン発電機関
１１    ジャケット冷却水冷却器
３０    過給機
３１    タービン
３２    圧縮機
３３    補助発電機
４０    再熱器
４１    排気タービン
４２    タービン駆動発電機
５０    冷熱回収装置
５１    冷熱回収熱交換器
５２，５２Ａ，５２Ｂ    配管流路
５３    ブロア
５４，５４Ａ    空気冷却熱交換器
５５    再液化熱交換器
６０    ＢＯＧ再液化装置
７０，７０Ａ    水循環回路
７３    熱媒体／水熱交換器
８０，８０Ａ    蓄冷装置
９０    加熱器
ＤＳ，ＤＳ１〜ＤＳ１０    直噴式ディーゼルエンジン装置
ＦＳ    燃料用液化天然ガス供給系統（低温液体燃料供給系統）
【図１】
2013047574.tif 000003
【図２】
2013047574.tif 000004
【図３】
2013047574.tif 000005
【図４】
2013047574.tif 000006
【図５】
2013047574.tif 000007
【図６】
2013047574.tif 000008
【図７】
2013047574.tif 000009
【図８】
2013047574.tif 000010
【図９】
2013047574.tif 000011
【図１０】
2013047574.tif 000012
【図１１】
2013047574.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月20日(2013.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、
前記直噴式ディーゼルエンジン装置のシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、
閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、
前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体を冷熱源として前記低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、
前記ボイルオフガス再液化装置の下流側で前記熱媒体との熱交換により前記過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器と、
を備えていることを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項３】
低温液体燃料を気化させて得られる高圧ガスをエンジン燃料とし、該エンジン燃料を過給機で昇圧された吸気により燃焼させる直噴式ディーゼルエンジン装置であって、
前記直噴式ディーゼルエンジン装置のシリンダ内に前記高圧ガスを供給して噴射する低温液体燃料供給系統に設置されて低温液体燃料タンクから導入した低圧の前記低温液体燃料を昇圧させるブースタポンプと、
閉回路を循環して流れる熱媒体と前記ブースタポンプで昇圧された高圧低温液体燃料との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷熱回収熱交換器と、
前記冷熱回収熱交換器の下流側で前記熱媒体を冷熱源として前記低温液体燃料のボイルオフガスを再液化するボイルオフガス再液化装置と、
前記ボイルオフガス再液化装置の下流側で前記熱媒体と閉回路を循環して流れる水との熱交換により前記水を冷却する熱媒体／水熱交換器と、
前記熱媒体／水熱交換器で冷却された水との熱交換により前記過給機に導入されて吸気となる大気及び／または前記過給機で圧縮後の吸気を冷却する空気冷却熱交換器と、
を備えていることを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項４】
前記冷熱回収熱交換器で冷却された前記熱媒体を冷熱源として使用する１または複数の冷熱利用機器が前記空気冷却熱交換器の上流側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項５】
前記熱媒体／水熱交換器で冷却された前記水を冷熱源として使用する１または複数の冷熱利用機器が前記空気冷却熱交換器の上流側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項６】
前記熱媒体を流す閉回路または前記閉回路から分岐したバイパス流路に蓄冷装置を備えていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項７】
前記熱媒体を流す閉回路に余剰冷熱を消費する加熱器を備えていることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項８】
前記過給機の出力で駆動される過給機駆動発電機を備えていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【請求項９】
前記過給機から排出される排気ガスを加熱する再熱器と、該再熱器を通過して温度上昇した排ガスで駆動される排気タービンと、該排気タービンで駆動されるタービン駆動発電機とを備えていることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の直噴式ディーゼルエンジン装置。
【国際調査報告】
2013047574.tif 000014
2013047574.tif 000015
2013047574.tif 000016
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