(57)【要約】  ガスを液化するためのシステム（１００）は、液体ピストンガス多段圧縮機（２）を備える。このシステム（１００）は、ボイルオフガスを再利用するために液化ガス運搬装置に搭載して配置されてもよい。このようなシステムは、容易に適合または制御されて、液化容量の変動に関する幅広い要件範囲に対応することができる。さらに、液体ピストンガス多段圧縮機の少なくとも一部は、ガス液化システムと外部のガス被供給装置の間で共有され得る。このような外部のガス被供給装置は、具体的には、ガスを燃料とする、またはハイブリッド燃料の、船舶の推進エンジンでもよい。【選択図】図１
2019505749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを液化するためのシステム（１００）であって、
ガス源（１０１）へと連結するためのガス取入れ口（１）と、
少なくとも１つのガス圧縮機と、
前記少なくとも１つのガス圧縮機によって生成される圧縮ガスが供給されるように連結され、前記圧縮ガスから液化ガスと膨張ガスの両方を生成するように構成される、ガス膨張装置（３）と、
前記ガス膨張装置（３）のガス出口（３３）から、前記ガス取入れ口（１）と前記少なくとも１つの圧縮機との間に位置するダクト連結点（１０）へと、前記膨張ガスを動かすために連結される戻りダクト（９７）とを備えるシステムにおいて、
前記少なくとも１つのガス圧縮機が、前記ガス取入れ口（１）と最終ガス出口（２９）との間で順序立てられた系統内で直列に連結される少なくとも２つの圧縮機段（２１〜２３；２１〜２５）を有する液体ピストンガス多段圧縮機（２）を備え、それぞれの圧縮機段が、駆動液体が供給される少なくとも１つのシリンダを備え、前記シリンダの中に収容される駆動液体の量を交互に増加および減少させるように構成される液体高圧供給装置も備えて、前記圧縮機段でガスを装填、圧縮、および吐出し、前記系統内の第１の前記圧縮機段（２１）以外の、高段圧縮機段と称されるそれぞれの圧縮機段（２２〜２３；２２〜２５）が、前記系統内で前記高段圧縮機段のすぐ前に位置する先行する圧縮機段によって出力されるガスを処理するように、前記先行する圧縮機段を前記高段圧縮機段に連結する中間ガスダクト（２８）を介して連結され、その結果、前記ガス取入れ口（１）から流れるガスは、前記圧縮機段のうちの１つによって処理されるたびに圧力が上昇し、前記最終ガス出口（２９）で出力されるガスは、前記系統のすべての前記圧縮機段によって連続的に処理されており、
前記ガス膨張装置（３）が、前記液体ピストンガス多段圧縮機（２）の前記最終ガス出口（２９）から、または前記系統内で連続している２つの圧縮機段（２１〜２３；２１〜２５）の間の１つの中間ガスダクト（２８）に位置する中間ガス出口から、圧縮ガスを受けるために連結されることを特徴とする、システム。
【請求項２】
液化ガス運搬装置、特に液化ガス運搬船に搭載されるように構成され、前記ガス取入れ口（１）が、前記運搬装置に搭載して配置されるタンクに収容される液化ガスから発生するボイルオフガスを受けるようにもっぱら連結され、前記タンクが、前記ガス源（１０１）の少なくとも一部を形成し、前記ガス膨張装置（３）の液体出口（３４）が、前記ガス膨張装置によって生成される前記液化ガスを吐出するために、前記タンクのうちの少なくとも１つに連結される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
メタン、エタン、プロパン、ブタン、および天然ガスおよび石油ガスを含めたこれらの混合物を含むガス、特に重量で８０％を上回るメタンからなるガスを処理するように構成される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記液体ピストンガス多段圧縮機（２）の前記圧縮機段（２１〜２３；２１〜２５）のうちの少なくともいくつかによって処理される圧縮ガスを、エンジン（１０２；１０２’）の燃料ガス取入れ口へと送達するようにさらに構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記エンジン（１０２；１０２’）が、前記運搬装置の推進エンジンである、請求項４および請求項２または３に記載のシステム。
【請求項６】
前記運搬装置推進エンジン（１０２’）の前記燃料ガス取入れ口に、前記液体ピストンガス多段圧縮機（２）の前記最終ガス出口（２９）から発生する圧縮ガスが供給され、１０ＭＰａ（１００ｂａｒａ）〜４５ＭＰａ（４５０ｂａｒａ）の範囲であるガス圧力が前記運搬装置推進エンジンの前記燃料ガス取入れ口に存在するように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ガス取入れ口（１）と前記液体ピストンガス多段ガス圧縮機（２）の前記第１の圧縮機段（２１）との間のガス経路に配置される事前圧縮機（８０）をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記運搬装置推進エンジン（１０２）の前記燃料ガス取入れ口に、前記液体ピストンガス多段ガス圧縮機（２）の前記系統内で連続している２つの圧縮機段（２１〜２３；２１〜２５）の間の１つの中間ガスダクト（２８）に位置する中間ガス出口から発生する圧縮ガスが供給され、０．６±０．１５ＭＰａ（６±１．５ｂａｒａ）または１．６±０．４ＭＰａ（１６±４ｂａｒａ）の範囲であるガス圧力が前記運搬装置推進エンジンの前記燃料ガス取入れ口に存在し、前記ガス膨張装置（３）に、前記液体ピストンガス多段圧縮機の前記最終ガス出口（２９）から発生する圧縮ガスが供給されるように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記液体ピストンガス多段ガス圧縮機（２）の前記系統が、２つから６つの値を含めて、２つから６つの間の圧縮機段（２１〜２３；２１〜２５）を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記液体ピストンガス多段ガス圧縮機（２）の前記系統内で連続している２つの圧縮機段（２１〜２３；２１〜２５）の間、および前記系統の前記最終の圧縮機段（２３；２５）と前記ガス膨張装置（３）との間の前記中間ガスダクト（２８）に配置されて、前記中間ガスダクトの中で流れる前記ガス、および前記ガス膨張装置へと流れる前記ガスを冷却する中間冷却器装置をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ガス膨張装置（３）が、膨張弁（３１）と、前記膨張ガスを吐出するための前記ガス出口（３３）、ならびに前記ガス膨張装置によって生成される前記液化ガスを吐出するための液体出口（３４）が提供されるフラッシュドラム（３２）とを備え、前記ガス圧縮機によって生成される前記圧縮ガスが、前記膨張弁を通って前記フラッシュドラムに入れられる、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ガス膨張装置（３）と前記液体ピストンガス多段圧縮機（２）の前記最終ガス出口（２９）または前記ガス膨張装置に圧縮ガスが供給される前記中間ガス出口（２８）との間に配置されるターボ圧縮機（４）をさらに備え、前記ターボ圧縮機は、前記圧縮ガスが前記ガス膨張装置に送達される前に、前記液体ピストンガス多段圧縮機による圧縮に加えて、前記ガス膨張装置（３）に送達される前記圧縮ガスを圧縮するように構成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ガス膨張装置（３）に送達される前記圧縮ガスから前記ガス膨張装置によって生成される前記膨張ガスへと熱を伝達するように構成される熱交換器（５）をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記運搬装置に搭載される少なくとも１つの液化ガスタンクを備え、請求項１から１３のいずれか一項に記載の、ガスを液化するためのシステム（１００）も備え、前記システムの前記ガス取入れ口（１）が、前記少なくとも１つの液化ガスタンクから発生するボイルオフガスを受けるために連結され、前記ガス膨張装置（３）の液体出口（３４）が、前記ガス膨張装置によって生成される前記液化ガスを吐出するために前記少なくとも１つの液化ガスタンクに連結される、液化ガス運搬装置。
【請求項１５】
ガスを燃料とする運搬装置推進エンジン、またはハイブリッド燃料運搬装置推進エンジン（１０２；１０２’）をさらに備え、前記液体ピストンガス多段圧縮機（２）の圧縮機段（２１〜２３；２１〜２５）の前記系統に、前記圧縮機段のうちの少なくとも１つによって処理されるガスを出力するための少なくとも１つのガス出口が提供され、前記ガス出口が、前記エンジンのガス燃料取入れ口に連結される、請求項１４に記載の液化ガス運搬装置運搬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを液化するためのシステムに関する。本発明は、このようなシステムを備えた液化ガス運搬装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス液化システムは、長い間にわたって知られている。このようなシステムは、
−  ガス源へと連結するためのガス取入れ口と、
−  少なくとも１つのガス圧縮機と、
−  少なくとも１つのガス圧縮機によって生成される圧縮ガスが供給されるように連結され、圧縮ガスから液化ガスと膨張ガスの両方を生成するように構成される、ガス膨張装置と、
−  ガス膨張装置のガス出口から、ガス取入れ口と少なくとも１つの圧縮機との間に位置するダクト連結点へと、膨張ガスを動かすために連結される戻りダクトとを備える。
【０００３】
したがって、このようなシステムには、ガスのための環状経路が提供され、その結果、ガス膨張装置を１度だけ通った後で液体に変換されていないガスの一部、すなわちガス膨張装置によって吐出される膨張ガスは、再利用される。したがって、システムの連続運転により、液化ガスの連続生産がもたらされ、埋め合わせとしてガス取入れ口で新たなガスが入ることになる。
【０００４】
しかし、このようなガス液化システムにこれまで使用されているガス圧縮機は、いわゆる往復動圧縮機の技術に属する。この技術は、カムシャフト（またはクランク）を介して、回転するモータによって駆動される固体ピストンをベースとしている。しかし、このような固体ピストンガス圧縮機には、具体的には、高価で、システムの運転時間のロスをもたらすオーバーホールの必要を生じさせる欠点がある。
【０００５】
一般に、ガス液化システムは、液化ガス運搬船に搭載される液化ガスタンクから発生するボイルオフガスの再利用を含めて、多くの技術分野で非常に多くの用途をもつ。
これに加えて、液体ピストンガス多段圧縮機がよく知られている。こうした液体ピストンガス多段圧縮機は、ガス取入れ口と最終ガス出口の間で、順序立てられた系統内で直列に連結される少なくとも２つの圧縮機段を有する。それぞれの圧縮機段は、駆動液体が供給される少なくとも１つのシリンダを備え、シリンダの中に収容される駆動液体の量を交互に増加および減少させるように構成される液体高圧供給装置も備えて、その圧縮機段でガスを装填、圧縮、および吐出する。したがって、系統内の第１の圧縮機段以外の、高段圧縮機段と称されるそれぞれの圧縮機段は、系統内で上記高段圧縮機段のすぐ前に位置する先行する圧縮機段によって出力されるガスを処理するように、先行する圧縮機段を高段圧縮機段に連結する中間ガスダクトを介して連結される。このように、ガス取入れ口から流れるガスは、圧縮機段のうちの１つによって処理されるたびに圧力が上昇し、最終ガス出口で出力されるガスは、系統のすべての圧縮機段によって連続的に処理されている。このような液体ピストンガス多段圧縮機の利点は、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第４９巻、第１２号、１９５７年１２月、１９４９〜５４ページから転載の、Ｄｏｎａｌｄ  Ｈ．Ｎｅｗｈａｌｌ著、Ｈａｒｗｏｏｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．、Ｗａｌｐｏｌｅ、Ｍａｓｓ、「Ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｐｕｍｐｓ」と題する著作において説明されている。具体的には、往復動ポンプの欠点の一部が、改善または抑制される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この状況から始まって、本発明の一目的は、往復動ポンプをベースとするガス液化システムの欠点を有しない、改良型のガス液化システムを提供することにある。
本発明の別の目的は、外部のガス被供給装置への圧縮ガスの供給とガスの液化という両方の機能を簡単に組み合わせて、少なくとも１つの外部のガス被供給装置に圧縮ガスを供給することもできる、このようなガス液化システムを提供することにある。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、規模の拡大または縮小が可能であって、実質的にシステム設計を修正することなしに、幅広い要件範囲に分散する液化容量および／または圧縮ガス供給量に容易に対応する、ガス液化システムの設計を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、運転が容易かつ運転の信頼性が高い、このようなシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記その他の目的のうちの少なくとも１つに対応するために、本発明の第１の態様は、上述のものであるが、少なくとも１つの圧縮機が液体ピストンガス多段圧縮機を備える、ガスを液化するためのシステムを提案する。ガス膨張装置は、次いで、液体ピストンガス多段圧縮機の最終ガス出口から、または圧縮機段の系統内で連続している２つの圧縮機段の間の１つの中間ガスダクトに位置する中間ガス出口から、圧縮ガスを受けるために連結される。
【００１０】
本発明のシステムは、液体ピストンをベースとするガス圧縮機を実施するので、系統内の圧縮機段の数を変更することにより、液化容量に関する幅広い要件範囲に対応し、場合によっては外部のガス被供給装置に送達される圧縮ガスの量に関する幅広い要件範囲にも対応することが可能になる。具体的には、液体ピストンガス多段圧縮機の系統は、２つから６つの値を含めて、２つから６つの間の圧縮機段を備えてもよい。また、圧縮機段は、複数の圧縮機段、またはすべての圧縮機段の液体高圧供給システムに並列に連結される、１つの同じ高圧駆動液体源を共有してもよい。このようにして、圧縮機段数の修正は、大幅な再設計作業なしで実施され得る。
【００１１】
液体ピストンをベースとするガス圧縮機を実施することにより、圧縮機段のガス容量を容易に調整することによって液化容量の変動に関する幅広い要件範囲に対応し、場合によっては外部のガス被供給装置に送達される圧縮ガスの量にも対応することも可能になる。
【００１２】
本発明によるガス液化システムに使用される液体ピストンガス多段圧縮機に圧縮機段を追加するのが容易なことにより、外部のガス被供給装置の圧力要件を問わず、ガス膨張装置に加えて、外部のガス被供給装置に圧縮ガスを供給することが可能になる。
【００１３】
往復動ポンプの欠点は、液体ピストンガス圧縮機を実施することによって避けられる。
また、液体ピストンガス多段圧縮機は、手頃なコストで広く入手可能なセンサおよび制御装置を使用して、単純で信頼性が高いやり方で制御され得る。
【００１４】
液化ガス運搬装置、特に液化ガス運搬船に搭載される、本発明のいくつかの実装形態では、ガス取入れ口は、運搬装置に搭載して配置される１つまたは複数のタンクに収容される液化ガスから発生するボイルオフガスを受けるようにもっぱら連結されてもよい。したがって、このタンクは、ガス源の少なくとも一部を形成する。同時に、ガス膨張装置の液体出口は、生成された液化ガスを吐出するために、液化ガスタンクのうちの少なくとも１つに連結されてもよい。
【００１５】
概して、本発明のガス液化システムは、液体ピストンガス多段圧縮機の圧縮機段のうちの少なくともいくつかによって処理された圧縮ガスを外部のガス被供給装置に送達するようにさらに構成されてもよい。たとえば、圧縮機段のうちのいくつかによって圧縮されたガスは、エンジンの燃料ガス取入れ口に送達されてもよい。このようなガス送達が、液化ガス運搬装置上で実施されるとき、エンジンは、運搬装置の推進エンジンでもよく、発電機セット（ｇｅｎｓｅｔ）エンジンと称される発電機でもよい。このような推進エンジンまたは発電機セットエンジンは、ガスを燃料としてもよく、ハイブリッド燃料エンジンタイプのものでもよい。
【００１６】
外部のガス被供給装置に圧縮ガスを供給する、液体ピストンガス多段圧縮機のガス出口は、圧縮機段の系統に沿った中間ガス出口のうちの任意の１つかまたは最終ガス出口のうち、ガス膨張装置に圧縮ガスを供給するガス出口と同じガス出口でもよく、異なるガス出口でもよい。運搬装置推進エンジンの燃料ガス取入れ口には、液体ピストンガス多段圧縮機の最終ガス出口から発生する圧縮ガスが供給されてもよく、その結果、運搬装置推進エンジンの燃料ガス取入れ口に存在しているガス圧力は、１０ＭＰａ（１００ｂａｒａ）〜４５ＭＰａ（４５０ｂａｒａ）の範囲（ｂａｒで表される絶対圧の場合はｂａｒａ）、特に３０ＭＰａ（３００ｂａｒａ）〜４０ＭＰａ（４００ｂａｒａ）の間の範囲である。このような場合、事前圧縮機が、液体ピストンガス多段圧縮機のガス取入れ口と第１の圧縮機段の間のガス経路に配置されてもよい。別法として、運搬装置推進エンジンの燃料ガス取入れ口には、液体ピストンガス多段ガス圧縮機の系統内で連続している２つの圧縮機段の間の１つの中間ガスダクトに位置する中間ガス出口から発生する圧縮ガスが供給されてもよい。この後者の場合、運搬装置推進エンジンの燃料ガス取入れ口でのガス圧力は、０．６±０．１５ＭＰａ（６±１．５ｂａｒａ）または１．６±０．４ＭＰａ（１６±４ｂａｒａ）の範囲である場合がある。ガス膨張装置には、次いで、液体ピストンガス多段圧縮機の最終ガス出口から発生する圧縮ガスが供給されてもよい。
【００１７】
本発明の第２の態様は、運搬装置に搭載される少なくとも１つの液化ガスタンクを備え、第１の発明の態様によるガスを液化するためのシステムも備える液化ガス運搬装置を提案する。システムのガス取入れ口は、少なくとも１つの液化ガスタンクから生じるボイルオフガスを受けるために連結され、ガス膨張装置の液体出口も、こちらは生成される液化ガスを吐出するために、この少なくとも１つの液化ガスタンクに連結される。このような液化ガス運搬装置は、液化ガス運搬船でもよく、液化ガス運搬トラックでもよく、液化ガス鉄道運搬装置などでもよい。
【００１８】
場合によっては、液化ガス運搬装置は、ガスを燃料とする運搬装置推進エンジン、またはハイブリッド燃料運搬装置推進エンジンをさらに備えてもよい。このような場合、液体ピストンガス多段圧縮機の圧縮機段の系統には、圧縮機段のうちの少なくとも１つによって処理されるガスを出力するための少なくとも１つのガス出口が設けられてもよく、このガス出口は、エンジンのガス燃料取入れ口に連結される。
【００１９】
概して、本発明による液化システムによって処理されるガスは、具体的にはガスの貯蔵または使用向けの、任意のガスでもよい。具体的には、このガスは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、および天然ガスおよび石油ガスを含めたこれらの混合物でもよい。また、このガスは、メタノール、エタノール、またはジメチルエーテルでもよい。これらのすべてのガスは、エンジン、たとえば運搬装置推進エンジンの燃料として使用されてもよい。液化ガス運搬装置は、液化天然ガス運搬装置でもよい。また、場合によっては組み合わせて、液化ガス運搬装置は、推進のためにガスを燃料としてもよい。
【００２０】
しかし、本発明による液化システムによって処理されるガスは、具体的には燃料電池装置に適した水素流を供給することを見込んで貯蔵される、水素でもよい。
本発明の上記その他の特徴は、ここで添付の図を参照して説明されることになり、これらの図は、本発明の、好ましいが非限定的な実施形態に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の考えられる一実装形態を示す図である。
【図２】本発明の考えられる一実装形態を示す図である。
【図３】本発明の考えられる一実装形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
これらの図のうちの別の図に示される同じ参照番号は、同一の機能をもつ要素である、同一の要素を指す。
本発明は、ここで複数の実施形態例に関して詳細に説明されるが、特許請求の範囲に記載の範囲に対するいかなる限定も誘発することはない。具体的には、天然ガス処理および液化天然ガス運搬船への応用が説明されることになるが、他のガスおよび他の用途も、同一の実装形態の特徴、またはガスに適合される、かつ／もしくは用途に適合される実装形態の特徴と共に、特許請求の範囲に含まれる。
【００２３】
各図において、以下の参照番号は、ここで列挙される意味をもつ。
１００  ガス液化システム
１０１  ガス源
１０２、１０２’  ガスを燃料とする、またはハイブリッド燃料の船舶推進エンジン
１  ガス液化システムのガス取入れ口
１０  ダクト連結点
２  液体ピストンガス多段圧縮機
２１〜２３または２１〜２５  液体ピストンガス多段圧縮機の３つまたは５つの圧縮機段（３および５という数は、もっぱら例示を目的としたものである）
２７  高圧駆動液体源
２８  液体ピストンガス多段圧縮機の中間ガスダクト
２９  液体ピストンガス多段圧縮機の最終ガス出口
３  ガス膨張装置
３１  膨張弁
３２  フラッシュドラム
３３  フラッシュドラムのガス出口
３４  フラッシュドラムの液体出口
４  ターボ圧縮機
４１  遠心式ブースタ
４２  半径流ガスエキスパンダ
４３  駆動シャフト
４４  ガス冷却器
５  熱交換器
６０  ガス冷却器
８０  事前圧縮機
９７  戻りガスダクト
９８  液化ガスポンプ
９９  戻り液体ダック
ガス源１０１は、ボイルオフガスを発生させる液化天然ガスを収容する１つのタンクまたは複数のタンクを備えてもよい（図にはタンクが１つだけ示されている）。このようなガスタンクは、たとえば液化天然ガス運搬船に搭載して配置され得る。このような場合、本発明によるシステムによって処理されるガスは、ボイルオフガスでもよいが、天然ガスの気化された液体でもよく、ボイルオフガスと天然ガスの気化された液体の組合せでもよい。本発明のシステムによって処理されるこのガスは、重量で８０％を上回るメタンからなっていてもよい。
【００２４】
ガス取入れ口１０は、液化天然ガスから発生するボイルオフガス、または天然ガスの気化された液体を受けるために連結され得る。
ガス液化システム１００は、液体ピストンガス多段圧縮機２と、ガス膨張装置３と、戻りガスダクト９７とを備え、任意選択で、以下の追加的な構成要素、すなわちターボ圧縮機４、マルチストリーム熱交換器５、ガス冷却器６０、事前圧縮機８０、液化ガス用ポンプ９８、ならびに戻りガスダクト９７および戻り液体ダック９９に配置される制御弁のうちの少なくとも１つを備える。
【００２５】
液体ピストンガス多段圧縮機２は、系統内で直列に連結される複数の圧縮機段２１〜２３、または圧縮機段２１〜２５を備え、その結果、ガス取入れ口１０から発生するガスを処理する圧縮機段２１を除き、各圧縮機段は、系統内のすぐ前の圧縮機段によって出力されるガスを処理する。示されている例では、圧縮機段２１は、系統内の第１の段であり、図１の圧縮機段２３、または図２および図３の圧縮機段２５は、系統内の最終の段である。圧縮機段のそれぞれは、可変量の駆動液体を入れるために連結されるそれぞれの封止シリンダを備え、シリンダに収容される駆動液体の量を変える液体高圧供給装置も備える。このような液体ピストン圧縮機段の構造はよく知られているので、ここではその構造について繰り返す必要はない。各シリンダの中で駆動液体の液位が繰り返し増加および減少するように変動することにより、当該の圧縮機段のシリンダから出て行く圧縮ガスの流れが生み出されることのみが示される。この圧縮ガス流は、具体的にはシリンダの中の駆動液体の液位変動の大きさに依存し、シリンダの中の駆動液体のこの液位変動の頻度にも依存する。本明細書の枠組みでは、「圧縮機段のうちの１つの容量」というフレーズは、時間単位当たりにその圧縮機段によって出力される圧縮ガスの平均量、たとえば平均重量を示す。この容量は、具体的にはシリンダの中の駆動液体の液位変動の大きさおよび頻度に由来してもたらされる。各圧縮機段の液体高圧供給装置は、高圧駆動液体源とそれぞれの調節手段とを備える。高圧駆動液体源は、参照番号２７によれば、有利には圧縮機段同士の間で共有することができる。圧縮機段ごとの個別の出力ガス圧力と取入れガス圧力の比は、２から１５の間でもよい。調節手段により、対応する圧縮機段の容量の、簡単でリアルタイムな調整が可能になる。
【００２６】
液体ピストンをベースとするこのような圧縮機において有利なことには、各シリンダの中の駆動液体と圧縮するガスとの間に直接的な接触が存在せず、駆動液体の蒸気、またはこの駆動液体によって生じる蒸気で圧縮ガスが汚染されるのが避けられる。具体的には、文書ＵＳ２０１２／０１３４８５１は、駆動液体と圧縮されるガスとの間にダミー固体ピストンを配置することを提案する。圧縮機段の運転サイクル中、ダミーピストンは、シリンダの中の駆動液体の上部にとどまり、駆動液体の液位の交互になる変動によって上下に動く。別々のシリンダの中のダミーピストンは、固体ベースの相互連結を伴わずに互いに独立している。固定量の追加的な液体がさらに提供されて、ダミーピストンとシリンダの内側表面との間の周辺封止を生み出す。この量の追加的な液体は、駆動液体の瞬間的な液位にかかわらず、ダミーピストンと共に動くことにより、ダミーピストンの周辺表面とシリンダの内側表面との間に有され続ける。この追加的な液体は、汚染する蒸気を生み出さないように選択され、その結果、圧縮されるガスは、それに溶けることはなく、それとのいかなる化学反応も引き起こさない。この目的のために、イオン性タイプの液体、またはガス封止および潤滑の機能を生み出すことができる任意の他の液体が実施されてきた。中間冷却器装置が、液体ピストンガス多段ガス圧縮機２の系統内で連続している２つの圧縮機段の間の中間ガスダクト２８、および系統の最終の圧縮機段とガス膨張装置３の間に配置されてもよい。このように、それぞれの中間ガスダクト２８の中で流れるガス、およびガス膨張装置３へと流れるガスが冷却され得る。したがって、液体ピストンガス多段圧縮機２は、従来の往復動圧縮機と比較して、発熱して失われるエネルギを最小限にする、ほぼ等温過程を実施する。図が見えやすいように、図では、最終の圧縮機段２３または２５のガス出口のこのようなガス冷却器装置のみが、参照番号６０で示される。
【００２７】
圧縮機段２１〜２３、または圧縮機段２１〜２５のうちの１つは、ガス膨張装置３へと圧縮ガスを出力する。
ガス膨張装置３は、膨張弁３１とフラッシュドラム３２とを備えてもよい。この後者には、膨張ガスを吐出するためのガス出口３３が設けられ、ガス膨張装置３によって生成される液化ガスを吐出するための液体出口３４も設けられる。液体ピストンガス多段圧縮機２から発生し、場合によっては遠心ブースタ４１によってさらに圧縮される圧縮ガスは、膨張弁３１を介してフラッシュドラム３２に入れられる。膨張ガスは、戻りガスダクト９７を通ってダクト連結点１０へと動かされて再利用される。同時に、液化ガスは、ガス源１０１が、液化ガスの少なくとも１つのタンクからなる場合、戻り液体ダック９９を通って、このガス源１０１へと戻るように動かされ得る。液体出口３４での液化ガスの圧力に応じて、戻り液体ダック９９には、液化ガスポンプ９８が提供されてもされなくてもよく、場合によっては、一時的にこうしたポンプを避けるための迂回経路も提供され得る。このように、液化ガスは、約０．３５ＭＰａ（３．５ｂａｒａ）の圧力、および−１４０℃から−１５０℃の間の温度で、ガス源１０１の液体タンクへと戻るように送達され得る。
【００２８】
図１によれば、ターボ圧縮機４は、ガス膨張装置３と上記ガス膨張装置３に圧縮ガスが供給される液体ピストンガス多段圧縮機２の最終ガス出口２９との間に配置されてもよい。ターボ圧縮機４は、この圧縮ガスがガス膨張装置３に送達される前に、液体ピストンガス多段圧縮機２による圧縮に加えて、ガス膨張装置３に送達されるガスを圧縮するように構成される。知られているやり方では、ターボ圧縮機４は、遠心式ブースタ４１と、半径流ガスエキスパンダ４２と、駆動シャフト４３と、ガス冷却器４４とを備えることができる。ブースタ４１は、液体ピストンガス多段圧縮機２から発生する圧縮ガスをさらに圧縮し、その結果得られる圧縮ガスの一部は、シャフト４３を介してブースタ４１を回転駆動するためにエキスパンダ４２へと投入され得る。次いで、エキスパンダ４２からの膨張ガスは、再利用するために、専用のガスダクトを通じて連結点１０へと戻るように動かされ得る。ガス冷却器４４は、結果として得られる圧縮ガスを冷却する第１の段として、ブースタ４１の出力部に配置されてもよい。
【００２９】
熱交換器５は、ガス膨張装置３に送達される圧縮ガスを冷却する第２の段を作り出す。熱交換器５は、ガス膨張装置３に送達される圧縮ガスに由来する熱を、このガス膨張装置３によって生み出される膨張ガスに伝達するように構成されてもよい。好ましくは、熱交換器３は、ガス膨張装置３によって生成される膨張ガスに、エキスパンダ４２によって出力される膨張ガスに由来する熱を追加的に伝達するように、マルチストリームタイプのものでもよい。別法として、熱交換器５は、当技術分野で知られている複数のタイプのものでもよい。
【００３０】
本発明全体において、ガス液化システム１００の液体ピストンガス多段圧縮機２の圧縮機段のうちの少なくともいくつかは、外部のガス被供給装置に圧縮ガスを供給するためにも使用され得る。このようなガス被供給装置は、いかなるものでもよく、たとえばガスバーナでも、発電機でも、ガスを燃料とするエンジン（すなわちガスのみが燃料として供給されるエンジン）でも、ハイブリッド燃料エンジンでもよい。ハイブリッド燃料エンジンの場合には、船舶推進エンジンの燃料ガス供給のみが、本明細書に関係する。具体的には、エンジンは、ボイルオフガスを再液化するためのシステム１００を備えた液化ガス運搬船の推進エンジンでもよい。
【００３１】
図１に示される第１の実装形態例では、ガスを燃料とするエンジン１０２には、ターボ圧縮機４、熱交換器５、およびガス膨張装置３から構成される組立体と並列に、液体ピストンガス多段圧縮機２の最終ガス出口２９からガスが供給される。このような構造は、エンジン１０２の燃料ガス取入れ口でのガス圧力要件が、１．６±０．４ＭＰａ（１６±４ｂａｒａ）の範囲であるとき、適切である。このような実施形態においては、圧縮ガスは、ガス冷却器４４により、約４０℃〜４５℃の温度まで冷却されることが好ましい。
【００３２】
同様の構成は、エンジンの燃料ガス取入れ口において０．６±０．１５ＭＰａ（６±１．５ｂａｒａ）の範囲の圧力要件を有するこのエンジンにガスを供給するために実施されてもよい。
【００３３】
図２に示される第２の実装形態例は、やはりエンジン１０２に１．６±０．４ＭＰａ（１６±４ｂａｒａ）の圧力範囲内の圧縮ガスを供給するのに適しているが、ターボ圧縮機４、熱交換器５、およびガス膨張装置３から構成される組立体に送達されるガスについての投入圧力は、たとえば約４ＭＰａ（４０ｂａｒａ）へと上昇する。これにより、ガス膨張装置３においてより高い液化収率を得ることが可能になる。この目的のために、図１に対して、圧縮機段２４および圧縮機段２５が、液体ピストンガス多段圧縮機２に追加される。エンジン１０２には、やはり圧縮機段２３のガス出口からガスが供給されるが、ここでは、このガス出口は、圧縮機段２３と圧縮機段２４の間の中間ガスダクト２８に位置する、圧縮機段の系統の中間ガス出口である。半径流ガスエキスパンダ４２の入口での圧力は、効率的な膨張には十分なものであるので、ブースタ４１は、ガス膨張装置３に供給されるガスに対してはもはや使用されず、半径流ガスエキスパンダ４２から出されるガスを、このガスが熱交換器５で温められた後で追加的に圧縮し、次いで、液体ピストンガス多段圧縮機２の圧縮機段の系統のある中間ガスダクト２８で、このガスを再注入するために使用される。このようなシステムでは、ブースタ４１は、オイルポンプやギア駆動発電機のような任意のエキスパンダ制動装置で差し替えられてもよい。示されている例では、圧縮機段２２と圧縮機段２３の間の中間ガスダクト２８で、再注入が実施される。このような実装形態においては、フラッシュドラム３２での圧力は、戻り液体ダック９９の制御弁だけを通して液化ガスの流れをハンドリングするのに十分に高いので、フラッシュドラム３２の液体出口３４からガス源１０１へと液化ガスを案内するのに液体ポンプが必要とされない場合がある。
【００３４】
図３に示される第３の実装形態例は、エンジン１０２’に１０ＭＰａ（１００ｂａｒａ）〜４５ＭＰａ（４５０ｂａｒａ）の圧力範囲内の圧縮ガスを供給するのに適している。液体ピストンガス多段圧縮機２は、やはり５つの圧縮機段を有し得るが、エンジン１０２’には、圧縮機段２５の後で、最終ガス出口２９から圧縮ガスが供給される。ガス冷却器６０は、最終ガス出口２９とエンジン１０２’の燃料ガス取入れ口との間の経路に配置され得る。エンジン１０２’の燃料ガス取入れ口で１０ＭＰａ（１００ｂａｒａ）から４５ＭＰａ（４５０ｂａｒａ）の間の圧力要件に到達するために、事前圧縮機８０が、ガス取入れ口１と液体ピストンガス多段ガス圧縮機２の第１の圧縮機段２１との間のガス経路に配置されてもよい。事前圧縮機８０は、常圧値から０．５ＭＰａ（５ｂａｒａ）から１ＭＰａ（１０ｂａｒａ）の間へと、ガス圧力を増加させることができる。事前圧縮機８０は、具体的には、多段遠心式のものでも、スクリュー式のものでも、容積式のものでもよい。次いで、ガス膨張装置３には、圧縮機段２３と圧縮機段２４の間に位置する中間ガスダクト２８から発生する圧縮ガスが供給され得る。ターボ圧縮機４および熱交換器５は、図１の第１の実装形態例に類似したやり方で、液体ピストンガス多段ガス圧縮機２によってガス膨張装置３へと供給されるガスに対して実施され得るが、液化されるガスに作用するガス冷却器６０は有しない。半径流ガスエキスパンダ４２から発生する膨張ガスは、圧縮機段２２と圧縮機段２３の間に位置する中間ガスダクト２８で、ピストンガス多段ガス圧縮機２に再注入されてもよい。１０ＭＰａ（１００ｂａｒａ）から４５ＭＰａ（４５０ｂａｒａ）の間の燃料ガス取入れ口での圧力を必要とするこのようなエンジンにおいては、実際の燃料ガス取入れ口での圧力は、エンジン負荷に応じて変動する場合がある。しかし、液体ピストンをベースとする圧縮機を使用することにより、ガスの再利用なしで、燃料ガス取入れ口での圧力を容易に制御することが可能になる。これにより、かなりの電力量が節約され得る。
【００３５】
したがって、本発明の主な利点の１つは、液体ピストン技術により、ガス圧縮機をガス液化システムと共有しながら、燃料ガス取入れ口でのガス圧力に関する要件が非常に様々であるエンジンに燃料ガスを供給することが可能になることに起因する。圧縮機段の数のみが、適合されることになる。その結果、造船所は、船舶推進エンジンのタイプを問わず、組み合わせられたガス液化システムと燃料ガス供給システムに関する、現実的かつ標準化された設計を有することができる。
【００３６】
本発明は、図を参照して上に提供される説明に関して、いくつかの実装形態の詳細を適合しながら再現され得ることが理解されなければならない。具体的には、本発明は、液体ピストンガス多段圧縮機の中にいかなる圧縮機段の数も実施することができ、圧縮ガスをガス膨張装置に供給する圧縮機段の系統に沿って、ガス出口のいかなる位置も実施することができる。また、ガス圧力に関して挙げられている数値は、もっぱら説明を目的として示されている。
【００３７】
また、本発明のシステムは、ガス消費量は限定されているが、ガス被供給装置の消費量に対して最初にガス（たとえばボイルオフガス）が過剰に存在する場合があるガス被供給装置に、圧縮ガスを供給するために使用されてもよい。本発明のガス液化システムにより、ガス損失を伴わず、最低限の追加的な構成要素および最低限のエネルギ消費量で、過剰なボイルオフガスを再利用することが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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