(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスの貯蔵とピストンエンジンに使用されるガス燃料を供給するための燃料供給システムであって、前記燃料供給システムは、互いに接続される第１タンク装置及び第２タンク装置を有する少なくとも二つの低温燃料タンク装置を有し、前記燃料供給システムは少なくとも一つのピストンエンジンと第１端部で接続されるガス燃料供給ラインを有し、前記燃料供給システムにおける前記第１タンク装置には、入口が前記第１タンク装置の底部に接続され、出口が前記第１タンク装置の頂部と接続可能なる第１熱交換ユニットを有する圧力蓄積システムが設けられ、
前記第１タンク装置と前記第２タンク装置は共に圧力容器であり、
前記第１タンク装置は、前記第１タンク装置の頂部における出口から延びるガスラインによって前記ガス燃料供給ラインに選択的に接続可能とされている燃料供給システムであって、
液化ガスが前記第１タンク装置の底部へ又は前記第１タンク装置の上部に配置されたスプレー装置を通して前記第１タンク装置の残余スペース内へ選択的に導入されるように、前記第２タンク装置は前記第２タンク装置の底部の出口から前記第１タンク装置へ接続され、
前記第１及び第２タンク装置は、前記第１タンク装置の頂部の出口から及び前記第２タンク装置の頂部の出口から燃料供給ラインに延びるガスラインを通して互いに接続されていることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２】
前記第２タンク装置は前記第２タンク装置の頂部の出口から前記燃料供給ラインへ選択的に接続可能であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項３】
前記第１タンク装置と前記第２タンク装置は、少なくともピストンエンジンに必要とされるガス供給圧力を留保するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項４】
前記ピストンエンジンに必要とされるガス供給圧力は液化ガスの自然及び/又は強制蒸発によってのみ蓄積されるようにされることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項５】
前記燃料供給ラインは前記第１タンク装置の頂部に接続可能であり、第２熱交換ユニットが前記ピストンエンジンへの供給の前にガスを加熱するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項６】
第１端部で少なくとも一つのピストンエンジンに接続される前記ガス供給ラインは、第２端部で前記第１タンク装置の頂部、第２タンク装置の頂部及び前記第１熱交換ユニットと接続可能であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項７】
燃料供給システムを運転する方法であって、燃料が、互いに接続される第１タンク装置及び第２タンク装置を有する少なくとも二つの低温燃料タンク装置に貯蔵され、燃料がガス状でガス燃料供給ラインを通して少なくとも一つのピストンエンジンに供給され、
前記第１タンク装置の圧力が、入口が前記第１タンク装置の底部に接続され、出口が前記第１タンク装置の頂部に接続される第１熱交換ユニットを有する圧力蓄積システムによって維持され、
前記第１タンク装置と前記第２タンク装置は共に圧力容器であり、
前記第１タンク装置は、前記第１タンク装置の頂部における出口から延びるガスラインによって前記ガス燃料供給ラインに選択的に接続可能とされ、
液化ガスが前記第１タンク装置の底部へ又は前記第１タンク装置の上部に配置されたスプレー装置を通して前記第１タンク装置の残余スペース内へ選択的に導入されるように、前記第２タンク装置は前記第２タンク装置の底部の出口から前記第１タンク装置へ接続され、
前記第１及び第２タンク装置は、前記第１タンク装置の頂部の出口から及び前記第２タンク装置の頂部の出口から燃料供給ラインに延びるガスラインを通して互いに接続されている燃料供給システムを運転する方法であって、
前記燃料供給システムは、前記ピストンエンジンに要求されるガス供給圧力が前記第２タンク装置内で維持されるように運転され、ガス流量率の要求が前記第２タンク装置の供給ガス流量率を超えて増加したとき、前記第１タンク装置の前記圧力蓄積システムが、前記第１タンク装置内で要求されるガス流量率に適合するガス流量率が発生するように作動し、前記ピストンエンジンに要求されるガス供給圧力は、前記液化ガスの自然及び/又は強制蒸発によってのみ蓄積されることを特徴とする燃料供給システムを運転する方法。
【請求項８】
前記ガスは前記ピストンへの供給に先立って加熱されることを特徴とする請求項７に記載の燃料供給システムを運転する方法。
【請求項９】
少なくとも前記第１タンク装置内で発生するガス流量率に見合う量だけ液化ガスが前記第２タンク装置から前記第１タンク装置へ移送されることを特徴とする請求項７に記載の燃料供給システムを運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化ガスを貯蔵し、ピストンエンジンに使用するためにガス燃料を供給するための燃料供給システムに係り、燃料供給システムは、互いに接続された第１タンク装置と第２タンク装置を備える少なくとも二つの低温燃料タンク装置を有し、また、燃料供給システムは少なくとも一つのピストンエンジンにその端部が接続されたガス燃料供給ラインを有し、前記システムにおける前記第１タンク装置には、
入口が前記第１タンク装置の底部に接続され、出口が前記第１タンク装置の頂部に接続可能な第１熱交換ユニットを有する圧力蓄積システムが設けられている。
【０００２】
本発明は、また、燃料供給システムの運転方法に関し、燃料が、互いに接続された第１タンク装置と第２タンク装置を備える少なくとも二つの低温燃料タンク装置に貯蔵され、燃料はガス状態でガス燃料供給ラインを通り少なくとも一つのピストンエンジンに供給され、前記第１タンク装置内の圧力は、入口が前記第１タンク装置の底部に接続され、出口が前記第１タンク装置の頂部に接続される第１熱交換ユニットを有する圧力蓄積システムにより維持される。
【背景技術】
【０００３】
ガスは船又は他の海上大型船舶の主原動力及び補助エンジンのための燃料としてますます魅力的なものとなってきている。これに限定するものではないが、特に、天然ガス（NG）はその入手の容易性により実現可能性がある。天然ガスは、自然環境においては主たるメタン及び少量のエタン、プロパン、ブタン及び窒素から成る。石炭に比べ高い水素濃度を有し、燃焼すると、とりわけ排ガスが少なく、燃焼プロセスが非常にクリーンであり、基本的に環境汚染が生じない。特に、いわゆるロパックス  ベッセル（ropax  vessel）と呼ばれる乗客が乗る観光船やフェリーにおいては、排気ガス中の煤塵や目に見える煙をなくすことが、エンジンの燃料としてNGを使用することにより容易となる非常に重要な態様であり、これは、貨物の運搬船にもあてはまることである。通常は、天然ガスは液化天然ガス（ＬＮＧ）として-162℃の温度で貯蔵される。
【０００４】
EP0069717  B1は、船舶に搭載するデュアルガス/オイル燃焼ディーゼルエンジンの燃料として低温液体から得る圧搾ボイル-オフガスを使用する方法を開示している。この方法においては、圧搾ボイルオフガスが、燃焼圧力、毎分の回転数及び出力に従って制御される高圧噴射によってエンジンの燃焼チャンバー内に導入される。このシステムは、吸引側が低温液体を収容する貯蔵タンクに接続される圧縮機と、圧縮機から圧搾ガスを受け取る貯蔵タンクとエンジンの間のバッファー貯蔵タンクを備える。したがって、EP0069717  B1による解決方法は、貯蔵タンク内のガス相のガスのみをエンジンの燃料として使用できるようにするものである。
【０００５】
WO  2008000898  は船舶のガス駆動ピストンエンジンのための燃料システムを開示しおり、ここでは、ガスが船舶の少なくとも一つの燃料貯蔵タンクに液化ガスとして貯蔵され、燃料システムは、更に、燃料貯蔵タンクに接続された別体の燃料供給タンクを備えている。この燃料供給タンクは、断熱高圧容器であり、ガスが液相で高圧の状態で貯蔵される。ガスは、また、燃料貯蔵タンク内でも液相となっており、液化ガスによって生ずる流体静圧のみにより支配されている。
【０００６】
この文献は、また、燃料供給タンクとガス駆動ピストンエンジンを接続する燃料供給ラインに設けられる熱交換器を開示しており、これにより、ピストンエンジンへの供給に先立ち液化ガスが蒸発される。燃料貯蔵タンク内の圧力が液化ガスによる流体静圧のみであるため、ガスを燃料供給タンクへ高圧で移送することにより貯蔵タンク内で過度の圧力が生じることを抑制するための専用の圧搾機が必要となる。
貯蔵タンクと供給タンクの接続により、WO  2008000898は、特に、エンジン用の燃料としてガスを使用する柔軟性において欠点を有している。
【０００７】
WO  2008000898に示される燃料システムは、そのような不利な点を有しているが、近時、そのような燃料システムの更なる改良に対する要請が出てきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ガス駆動ピストンエンジン用の燃料としてより柔軟性のあるガスの使用を提供する、液化ガスの貯蔵とピストンエンジンに使用されるガス燃料を供給するための燃料供給システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、実質的にクレーム１及び８に記載されるようにして達成される。他のクレームは本発明の異なる実施例の更なる詳細を提供している。
【００１０】
本発明の好ましい実施例によると、液化ガスの貯蔵とピストンエンジンに使用されるガス燃料の供給のための燃料供給システムは、互いに接続される第１タンク装置及び第２タンク装置を有する少なくとも二つの低温燃料タンク装置を有し、前記燃料供給システムは、少なくとも一つのピストンエンジンと第１端部で接続されるガス燃料供給ラインを有し、前記システムにおいて、前記第１タンク装置には、その入口が前記第１タンク装置の底部に接続され、出口が前記第１タンク装置の頂部と接続可能なる第１熱交換ユニットを有する圧力蓄積システムが設けられる。このシステムにおいては、前記第１タンク装置と前記第２タンク装置は共に圧力容器であり、前記第１タンク装置は、前記第１タンク装置の頂部の出口から前記燃料供給ラインへ延びるガスラインによって前記燃料供給ラインへ選択的に接続可能とされている。
【００１１】
二つのタンクは、また、一又は複数の低温ポンと関連するバイパスを通して、前記第２タンクの底部から前記第１タンクの底部への液体ＮＧラインによって接続される。
【００１２】
この関連において、圧力容器は、設計圧力がタンク装置の液体ＮＧの流体静圧より大きいタンク装置を意味する。
【００１３】
第２タンク装置は、また、第２タンク装置の頂部から燃料供給ラインへ選択的に接続可能とされている。これは、第２タンク装置から燃料供給ラインへガスを直接に供給することを可能としている。
【００１４】
第１タンク装置と第２タンク装置は共に圧力容器であり、第１タンク装置と第２タンク装置は少なくともピストンエンジンの必要とされるガス供給圧力を留保するようにされている。両タンク装置の方法は、エンジン又はガスバーナーボイラーのような他のガスユーザーに対し実質的に直接にガス燃料を供給することを可能とする。
【００１５】
本発明の実施例によれば、ピストンエンジンの要求されるガス供給圧力は、液化ガスの自然及び/又は強制的蒸発手段だけで蓄積されるようにされている。
【００１６】
本発明の実施例によれば、燃料供給ラインは第１タンク装置の頂部と接続可能であり、また、第２の熱交換ユニットがガスをピストンエンジンに供給するに先立ち、加熱するように適合されている。
【００１７】
本発明の実施例によれば、燃料供給ラインは第１タンク装置の底部と接続可能であり、第２の熱交換ユニットがガスをピストンエンジンに供給するに先立ち、蒸発させて加熱するように適合される。
【００１８】
有利なことに、少なくとも一つのピストンエンジンに第１の端部で接続されるガス燃料供給ラインは、その第２の端部で第１タンク装置の頂部と、また、第２タンク装置の頂部と、また、第１熱交換ユニットの出口と接続可能である。
【００１９】
好ましくは、第２タンク装置は、第２タンク装置の底部の出口から第１タンク装置へ接続可能とされる。
【００２０】
本発明の実施例によれば、燃料供給システムを作動する方法においては、燃料は、互いに接続される第１タンク装置及び第２タンク装置を有する少なくとも二つの低温燃料タンク装置に貯蔵され、前記方法においては、燃料はガスの状態で少なくとも一つのピストンエンジンにガス燃料供給ラインを通して供給され、第１タンク装置内の圧力は、第１タンク装置の底部に入口が接続され、第２タンク装置の頂部に出口が接続される第１熱交換ユニットを備える圧力蓄積システムによって維持される。本発明の実施例による燃料供給システムは、ピストンエンジンの所望のガス供給圧力が第２タンク装置内において維持されるように運転され、また、ガス流量率の要求が第２タンク装置の供給ガス流量率を超えて増加する場合、第１タンク装置の圧力蓄積システムが、前記ガス流量率の要求に適合するために必要なガス流量率が前記第１タンク装置内で発生するように運転される。更に、ガス流量率の要求が第２タンク装置の供給ガス流量率を超えて増加する場合、一又は複数の移送ポンプが第１タンク装置へ液体ＮＧを移送するために使用される。
【００２１】
ガスは好ましくはピストンエンジンに供給する前に加熱される。
【００２２】
液化ガスは第２タンク装置から第１タンク装置へ、少なくとも第１タンク装置で生成されたガス流量率に適合する量だけ移送される。
【００２３】
ピストンエンジンに要求されるガス供給圧力は、液化ガスの自然及び/又は強制蒸発によってのみ蓄積される。
【００２４】
本発明による燃料供給システム及び燃料供給方法は、特に、乗客移送船及び貨物運搬船のような動力船のピストンエンジンに関連して有利に適合できる。
【００２５】
以下に添付図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による燃料供給システムの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は本発明による燃料供給システム１０の実施例を示す。この燃料供給システムは、ガスを液化ガスとして貯蔵し、気相のガスを少なくとも一つのピストンエンジン１２に供給するために適合される。燃料供給システム１０には、第１タンク装置１４．１及び第２タンク装置１４．２の少なくとも二つの低温燃料タンク装置１４．１、１４．２が設けられている。図１に示されるように、互いに接続される複数の第２タンク装置１４．２’を設けることができる。図１においては、例えば客船のような船の船体１が概略的に示されている。安全のため、第１及び第２タンク装置のいずれか一方又は双方は二重の壁構造（図示せず）とされる。
【００２８】
第１タンク装置及び第２タンク装置のガスは極低温状態の−１６２℃の温度で貯蔵されている。典型的にはガスは、一部は液化ガスとして、また、一部は気相のガスとしてタンクを満たしている。タンク装置はタンク装置内のLNGの温度が過度に高くならないように断熱手段（図示せず）を有している。
【００２９】
第１及び第２タンク装置１４．１、１４．２は互いに接続されており、少なくとも液化ガスが第２タンク装置１４．２から第１タンク装置１４．１へ移送されるようにしている。したがって、このシステムは、第２タンク装置底部に設けられる出口１８．１に接続される液化ガス供給ライン１８を備えている。液化ガスは液化ガス供給ライン１８に取り込まれ、更に、第１タンク装置１４．１に供給される。液化ガスは、少なくとも第１タンク装置１４．１内で発生したガス流量に見合う量だけ第２タンク装置から第１タンク装置へ移送される。これにより、液化ガスを第２タンク装置１４．２から第１タンク装置１４．１に移送することにより、第１タンク装置１４．１内の液面は所定の範囲内で維持される。
【００３０】
液化ガス供給ライン１８は、第１タンク装置１４．１に接続され、液化ガスが第１タンク装置１４．１の底部へ、又は第１タンク装置１４．１の上部内に設けられたスプレー装置３８を通して第１タンク装置の残存空間内へ、選択的に移送されるようにしている。これは、残存空間内へ散布する液化ガスの量を制御することにより第１タンク装置１４．１内の圧力を制御する手段を与える。残存空間内への液化ガスの散布はガスを冷却し、タンク内の圧力を減少させる。
【００３１】
液化ガス供給ライン１８には一又は複数の低温ポンプ１８．２が設けられ、これにより、第１タンク装置１４．１内の維持圧力に対して第２タンク装置１４．２からの液化ガスの搬送をもたらすような液化ガスの圧力上昇が達成される。ポンプ１８．２は好ましくは第２タンク装置１４．２の外側に設けるのが好ましいが、もし、頂部の接続が可能であれば、タンク内部に浸漬したポンプを用いることができる。また、バイパスライン１８．３がポンプ１８．２にバイパスして設けてられており、第２タンク装置内の液化ガスの支配圧力を、第２タンク装置１４．２から第１タンク装置１４．１への液化ガスの搬送をもたらすようために使用するように、このシステムを作動させることができるようにしている。
【００３２】
この特徴は、状況によって、主たる手段として、或いはバックアップ手段として使用することができる。
【００３３】
第２タンク装置１４．２内の圧力は、第２タンク装置１４．２内の圧力が第１タンク装置１４．１より好ましくは０．５バールだけ高いように制御される。
【００３４】
本発明の実施例によれば、第２タンク装置１４．２内の圧力は、第１運転モードにおいては、その圧力は、第１熱交換ユニット３２を利用し、そして、ガスライン２０の第１熱交換ユニット３２と第２タンク装置１４．２の間にあるバルブ２６を開状態にセットすることにより、より多くのＬＮＧガスを生成することにより増加するように制御することができる。これにより第２タンク装置内のガススペースと第１熱交換ユニット３２とを接続し、第２タンク装置内の圧力を増加させる。第２の運転モードにおいては、第２タンク装置１４．２内の圧力はより低く調整される。これは、液化LNGをポンプ１８．２により第２タンク装置１４．２内に設けられたスプレー装置３８内に循環させて液化ガスを残存空間内に散布させることにより達成され、これにより第２タンク装置１４．２内のガスを冷却して圧力が減少する。
【００３５】
第１タンク装置１４．１と第２タンク装置１４．２は、第１タンク装置１４．１の頂部の出口２２から、また、第２タンク装置１４．２の頂部の出口２４から燃料供給ライン１６へ延びるガスライン２０で互いに、接続されている。
【００３６】
本発明によれば、第１タンク装置及び第２タンク装置はピストンエンジンの必要なガス供給圧力を留保しておく。液化天然ガスはガス状態より約６００倍の１の少ないスペースを占有し、特に船舶用のピストンエンジン用に実用的な燃料となる。好ましくは第１及び第２タンク装置は、気相ガスが供給ライン２０のコンプレッサを使用しないときでもエンジン１２に直接に供給できるように少なくとも０．５MPaの圧力を留保しておくようにして設けられる。
【００３７】
燃料供給システムは、少なくとも一つのピストンエンジン１２又はガスバーナーボイラー１２’のような他のガス消費ユニットに第１の端部が接続された気相ガスのための燃料供給ライン１６を有している。
少なくとも一つのガス消費ユニットは、あらゆる状況において過剰なガスを排出することができるように設ける必要がある。
【００３８】
燃料供給ライン１６は、また、ガスライン２０によって、第１タンク装置１４．１及び第２タンク装置１４．２に選択的に接続可能とされている。制御バルブ２８が設けられたブランチガスライン２０’がまた存在している。燃料供給ライン１６が選択的に接続可能であるという機能を与えるため、ガスライン２０には、また、ブランチガスライン２０’の上流に制御バルブ２６が設けられている。ガスライン２０には燃料供給ライン１６にも接続している第２熱交換ユニット３０が設けられている。
【００３９】
燃料供給システムは、第１タンク装置１４．１に接続している圧力蓄積システム３４を有している。この圧力蓄積システムは第１熱交換ユニット３２を有し、その入口は第１タンク装置１４．１の底部に接続され、その出口は第１タンク装置１４．１の頂部及び/又は第２熱交換ユニット３０の上流のガスライン２０に接続可能とされている。この圧力蓄積システムは第１タンク装置の底部から第１タンク装置の頂部へ延び、また、第１熱交換ユニット３２が設けられる循環システムを形成する。
【００４０】
圧力蓄積システムは第１タンク装置内の圧力を所定の範囲内に調整するために使用される。
【００４１】
第２熱交換ユニット３０と第１熱交換ユニット３２は、液化ガスを蒸発するため及び/又は気相ガスを加熱するために、第２熱交換ユニット３０及び第１熱交換ユニット３２に熱と供給する熱伝達システム３６に接続されている。
【００４２】
充填システム４０を経て適正に充填された後の本システムの運転の間、第２タンク装置内においてガスの沸騰が発生する。ガスライン２０のバルブ２６が開にされ、第２タンクシステム内の圧力がエンジンのために十分に高ければ、気相ガスが、第２熱交換ユニット３０内で加熱した後、燃料供給ライン１６に流れ込む。エンジン１２のガスの要求がガスライン２０を経て供給される量より高い場合、バルブ２８が開き、第１タンク装置１４．１から追加のガスが燃料供給ライン１６に導入される。必要な量の気相ガスが圧力蓄積システム３４によって第１タンク装置１４．１内の液化ガスから生成される。
【００４３】
燃料供給システムは、第１のガス流量率が、圧力蓄積システム作動することにより第１燃料タンク装置１４．１内で生成され、他方において、第２のガス流量率が第２タンク装置内で自然蒸発又は強制蒸発により生成されるようにして、本発明の実施例に従い安定した状態で運転される。圧力蓄積システム３４は、エンジンのガス流量率の実際の要求が第２タンク装置の第２の流量率を超えて増加した場合、第１タンク装置１４．１内の圧力蓄積システムが、ガス流量率の要求に適合するに必要なガス流量率を増加するように運転される。
【００４４】
更に、このシステムは第１タンク装置１４．１の底部を第２熱交換ユニット３０の上流の位置に接続する液化ガスチャンネル２１を含み、このことは、例えば、圧力蓄積システムの能力が要求を満たすために十分でない場合、第２熱交換ユニット３０内でガスの強制沸騰が発生するようにシステムを運転することを可能にしている。
【００４５】
燃料供給システムの運転モードの選択に従い、ガス燃料供給ライン１６のガスコンプレッサを一つも使用することなく、即ち、正常運転状態においてはガスコンプレッサを必要としないで、気相ガスはピストンエンジンに供給することができる。
【００４６】
もし、第２タンク装置の設計圧力がエンジン１２及びガスユーザー１２’に必要な圧力より低い場合、ＬＮＧの圧力は、ポンプ８．２により第１タンク装置１４．１内へ搬送されるとき必要レベルに増加することができる。
【００４７】
本システムには、また、システム内で過度の圧力が発生することを防止するための圧力開放システム４２が設けられる。
【００４８】
これまで本発明の最も有益な実施例のみが記載されていることが留意されるべきである。したがって、本発明は上述の実施例に限定されるものでなく。添付クレームの範囲内において種々の方法で適用することができることは明らかである。種々の実施例に関連して記載された態様は本発明の範囲内において他の実施例に関連して使用することができ、そして/又は異なる装置の組み合わせが記載された態様が、所望により、また、技術的に可能な限り可能である。
【図１】
0005752804.tif 000002