ボイルオフガス再液化装置
【課題】熱負荷を小さくして小型で高効率な冷凍サイクル部とし、かつ、機器の配置を工夫し、たとえ既存のＬＮＧ船でも設置し得るボイルオフガス再液化装置を提供する。
【解決手段】ＢＯＧ供給配管３５、燃料用圧縮機３３およびＢＯＧ搬送配管３９を有する液化処理部５と、冷媒圧縮機９からの冷媒をエキスパンダ１３によって一層低温とし、ＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧを冷却する凝縮部１７を有する冷凍サイクル部３と、を有するボイルオフガス再液化装置１であって、液化処理部５には、凝縮部１７の上流側に、ＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧとＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧとの間で熱交換を行うＢＯＧプレクーラ５７が備えられ、冷凍サイクル部３には、凝縮部１７の下流側に、エキスパンダ１３によって駆動されるブースタコンプレッサ１９と、ブースタコンプレッサ１９からの冷媒を冷却する第二アフタクーラ２９とを備える。
【解決手段】ＢＯＧ供給配管３５、燃料用圧縮機３３およびＢＯＧ搬送配管３９を有する液化処理部５と、冷媒圧縮機９からの冷媒をエキスパンダ１３によって一層低温とし、ＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧを冷却する凝縮部１７を有する冷凍サイクル部３と、を有するボイルオフガス再液化装置１であって、液化処理部５には、凝縮部１７の上流側に、ＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧとＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧとの間で熱交換を行うＢＯＧプレクーラ５７が備えられ、冷凍サイクル部３には、凝縮部１７の下流側に、エキスパンダ１３によって駆動されるブースタコンプレッサ１９と、ブースタコンプレッサ１９からの冷媒を冷却する第二アフタクーラ２９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイルオフガス再液化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧ船では、低温の液化天然ガスをカーゴタンクに大気圧で貯蔵し、運搬している。この液化天然ガス（ＬＮＧ）はカーゴタンク内への入熱によって蒸発され、ボイルオフガスとしてカーゴタンク内の上部に溜る。この蒸発ガスで膨張した容積によりカーゴタンク内の圧力が増加するので、その蒸発ガスを連続的に抜き出して処理する必要がある。
このボイルガスを有効に使うため、ほとんどＬＮＧ船では、ボイルオフガスをボイラ、ガス焚き内燃機関等の燃料とすることによって推進力や船内電力の足しに利用している。
【０００３】
ところで、発生するボイルオフガスの量に対して燃料として求められる量が少ない場合、余剰のボイルオフガスは船外に排出する、すなわち、無駄に捨てることになる。特に、積荷状態で停泊あるいは低速航行を長期にわたって行う場合には、損失が大きくなる。
この損失を抑制するものとして余剰のボイルオフガスを再液化してカーゴタンクに戻すボイルオフガス再液化装置を備える天然ガス運搬船（ＬＮＧ船）が就航している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
ボイルオフガス再液化装置では、ボイルオフガスは、冷凍サイクルに沿って状態を変えて循環される冷媒の冷熱によって冷却され、凝縮することによって再液化する。
ＬＮＧ船に設置されるボイルオフガス再液化装置では、船上の狭い空間に収まるようにするためコンパクトな構造であることが求められる。
また、ボイルオフガス再液化装置は液化効率を向上させる工夫が種々行われているが、、特許文献１に示されるように、冷凍サイクル部へ供給されるボイルオフガスを二個の圧縮機によって２回にわたり圧縮し、冷凍サイクル部を循環する冷媒との熱交換効率を向上させながらも、装置全体での省スペース化との両立に余念がない。
【０００５】
ボイルオフガス再液化装置のボイルオフガスの冷却に関係する主要機器は、一般に船体中央部の貨物機器室に配置する。一方、冷凍サイクル部を構成する冷媒圧縮機は常温機器であり、ボイルオフガスと直接は接触せず、かつ、大きな動力を要するので、大動力駆動機類を設置しやすい機関室内に配置されるのが好ましい。また、圧縮された冷媒を冷却する中間冷却器は大型で、かつ、大量の冷却清水を要するので、この点でも冷却清水を製造している機関室に配置することが好ましい。
特許文献１に示されるものでは、冷凍サイクル部は冷媒圧縮機およびこれに付随する中間冷却器は機関室に配置され、残りの冷却する部分のみを貨物機器室に配置している。これにより、たとえば、既存のボイルオフガス等の天然ガスをボイラの燃料として用いるＬＮＧ船に、ボイルオフガス再液化装置を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができるし、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５１５２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、ボイルオフガスは圧縮された後、ボイルオフガス再液化装置の液化部（凝縮部）へ供給されるまでに凝縮温度の近くまで冷却される。特許文献１に示されるものでは、この冷却に冷凍サイクル部における冷媒の冷熱が用いられているので、その分冷媒の冷熱を確保する必要がある。これにより、冷熱の増加分だけ冷凍サイクル部の液化効率が低下し、かつ、冷凍サイクル部を構成する各機器が大型化する。
【０００８】
また、冷媒圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮するブースタコンプレッサが備えられているが、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が冷却清水を用いた中間冷却器で冷却された後、コールドボックスのエキスパンダに供給されるようにされているので、この中間冷却器はコールドボックスの近くに配置せざるを得ない。大型の中間冷却器をコールドボックスの近くに設置するので、比較的狭い空間である貨物機器室への配置が難しい。特に、就航している既存のＬＮＧ船では貨物機器室が限られた空間しか備えられていないので、これにボイルオフガス再液化装置を設置するように改造することは無理がある。
さらに、特許文献１に示されるものでは、プレクーラおよび凝縮器が３以上の多重熱交換プロセスとされているので、これらの設計が難しく、設計の信頼性が不足する恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、圧縮ガス予冷の熱負荷を小さくして小型で高効率な冷凍サイクル部とし、かつ、機器の配置を工夫し、たとえ既存のＬＮＧ船でも設置し得るボイルオフガス再液化装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一態様は、ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインに搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、前記ガス供給部には、前記凝縮部の上流側に、前記圧縮ガス搬送ラインを通る前記ボイルオフガスと前記ガス供給ラインを通る前記ボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられているボイルオフガス再液化装置である。
【００１１】
冷凍サイクル部の冷媒は冷媒圧縮部で圧縮され、中間冷却器である第一のインタークーラによって冷却された後、エキスパンダに供給される。
この冷媒は、エキスパンダによって膨張減圧されることによって、ボイルオフガスの液化に必要な低温状態とされる。エキスパンダは、この冷媒が膨張する時の力を回転力として取り出し、たとえば、直結された軸を介してブースタコンプレッサを回転させる。この冷媒は凝縮部を経由してブースタコンプレッサに戻される。
一方、ガス供給部では、ガス供給ラインを経由して供給されたタンク内で発生したボイルオフガスがガス圧縮部で圧縮され、圧縮ガス搬送ラインを経由して凝縮部を通るように搬送される。
【００１２】
このとき、凝縮部の上流側に、圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスとガス供給ラインを通るボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられているので、ガス圧縮部で圧縮されて高温状態とされた圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス供給ラインを通る温度の低いボイルオフガスによって冷却（予冷）されて凝縮部に導入される。
圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス圧縮部で圧縮される前のボイルオフガスによって冷却され、言い換えると、ボイルオフガス自身の冷熱で予冷される。なお、圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスの冷熱としては、ガス供給ラインを通るボイルオフガスに限定されるものではなく、それ以外のものを付加するようにしてもよい。
凝縮部に導入された、たとえば、凝縮温度近傍まで冷却されたボイルオフガスは、凝縮部を通る低温の冷媒によって冷却され、凝縮される。
【００１３】
このように、ガス圧縮部で圧縮され、高温状態とされた圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス圧縮部で圧縮される前のボイルオフガスによって冷却され、言い換えると、ボイルオフガス自身の冷熱で予冷されるので、少なくともその熱量の分だけ冷凍サイクル部の負担を減少させることができる。
これにより、冷凍サイクル部を構成する各機器を小さくできるので、ボイルオフガス再液化装置を小型化することができる。
【００１４】
上記各態様では、前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていてもよい。
【００１５】
このようにすると、冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮部によって圧縮されてエキスパンダへ供給されるようにされているので、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒を冷却する第二のインタークーラは、冷媒圧縮部とブースタコンプレッサとの間に介装されることになる。
したがって、第二のインタークーラは冷媒圧縮部に近くに配置することができるので、冷媒圧縮部が、たとえば、機関室に設置される場合、第二のインタークーラも機関室に設置することができる。このように、大型の第二のインタークーラを比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部の第一のインタークーラおよび第二のインタークーラがともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明の第二態様は、ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられているボイルオフガス再液化装置である。
【００１７】
冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮され、中間冷却器である第二のインタークーラによって冷却される。この冷媒は冷媒圧縮部で圧縮され、中間冷却器である第一のインタークーラによって冷却された後、エキスパンダに供給される。
この冷媒は、エキスパンダによって減圧され、膨張させられることによって一層低温状態とされる。エキスパンダは、この冷媒が膨張する時の力を回転力として取り出し、たとえば、直結された軸を介してブースタコンプレッサを回転させる。
一層低温状態とされた冷媒は凝縮部を経由してブースタコンプレッサに戻される。
一方、ガス供給部では、ガス供給ラインを経由して供給されたタンク内で発生したボイルオフガスがガス圧縮部で圧縮され、圧縮ガス搬送ラインを経由して凝縮部を通るように搬送される。
【００１８】
このように、冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮部によって圧縮されてエキスパンダへ供給されるようにされているので、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒を冷却する第二のインタークーラは、冷媒圧縮部とブースタコンプレッサとの間に介装されることになる。
したがって、第二のインタークーラは冷媒圧縮部に近くに配置することができるので、冷媒圧縮部が、たとえば、機関室に設置される場合、第二のインタークーラも機関室に設置することができる。このように、大型の第二のインタークーラを比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部の第一のインタークーラおよび第二のインタークーラがともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
【００１９】
上記各態様では、前記ガス供給ラインの前記熱交換器の上流側には、液化天然ガスを噴霧して前記ボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられていることが望ましい。
【００２０】
たとえば、ボイルオフガス再液化装置の運転開始時で配管が冷却されていない場合、あるいはバラスト航行中で、タンク内のボイルオフガスが比較的高温の状態である場合等では、ガス供給ラインを通過するボイルオフガスの温度が比較的高くなり、熱交換部での冷熱が不足する恐れがある。
このような場合、本態様では、ガス供給ラインの熱交換器の上流側に、液化天然ガスを噴霧してボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられているので、緩熱器によって熱交換器へ供給するボイルオフガスを冷却することができる。
【００２１】
上記各態様では、前記ガス圧縮部は、２段階に分割されている構成としてもよい。
【００２２】
このようにすると、ボイルオフガスは、２回にわたり圧縮されるので、冷凍サイクル部との熱交換を効率的に行うことができる。これにより、再液化プラントの小型化をはかることができる。
【００２３】
上記構成では、前記ガス圧縮部の１段目の圧縮は、ボイラへ燃料として供給する燃料用圧縮機によって行われるようにしてもよい。
【００２４】
このようにすると、たとえば、既存のボイルオフガス等の天然ガスをボイラの燃料として用いるＬＮＧ船に、ボイルオフガス再液化装置を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができる。また、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
燃料用圧縮機は、比較的大容量であるが、これに供給されるボイルオフガスは熱交換器によって暖められ、容積が増加しているので、容量オーバーとならずに用いることができる。したがって、就航している既存のＬＮＧ船で、既存の燃料用圧縮機を有効に活用することができるので、改造工事の範囲を小さくでき、安価に改造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ガス圧縮部で圧縮され、高温状態とされた圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス圧縮部で圧縮される前のボイルオフガスによって冷却されるので、冷凍サイクル部を構成する各機器を小さくでき、ボイルオフガス再液化装置を小型化することができる。
また、冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮部によって圧縮されてエキスパンダへ供給されるようにされているので、第二のインタークーラを冷媒圧縮部の近くに配置することができ、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかるボイルオフガス再液化装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の一実施形態にかかるＬＮＧ船のボイルオフガス再液化装置１について、図１を用いて説明する。
図１は、ＬＮＧ船のボイルオフガス再液化装置１の全体概略構成を示すブロック図である。
ＬＮＧ船は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧということもある。）を貯蔵する複数のカーゴタンク（図示省略）を備えている。カーゴタンクには、たとえば、略球形をしているモス式のタンク等種々の形式がある。
ボイルオフガス再液化装置１には、冷凍サイクル部３と、液化処理部（ガス供給部）５と、が備えられている。
【００２８】
冷凍サイクル部３は、冷媒配管７を通って循環される冷媒（冷媒としては、たとえば、窒素が用いられている。他に、たとえば、水素やヘリウムが対象となる。）の冷熱を液化処理部５に供給するものである。
冷凍サイクル部３には、冷媒圧縮機（冷媒圧縮部）９と、冷媒プレクーラ１１と、エキスパンダ１３と、過冷却器１５と、凝縮器（凝縮部）１７と、ブースタコンプレッサ１９と、が主たる要素として設けられている。
冷媒配管７は、冷媒圧縮機９、冷媒プレクーラ１１、エキスパンダ１３、過冷却器１５、凝縮器１７、冷媒プレクーラ１１およびブースタコンプレッサ１９の順に接続し、閉じた系を構成している。
【００２９】
冷媒圧縮機９は、スチームタービン２１によって駆動される２段の遠心式圧縮機である。なお、駆動用スチーム設備の無い船舶（ディーゼル推進船等）では圧縮機スピード制御機能を有したモータ駆動としてもよい。また、冷媒圧縮機９はこの形式に限らず、冷媒配管７内の差圧を発生させるものであれば、スクリュー圧縮機等、適宜な形式のものを用いることができる。
【００３０】
冷媒圧縮機９は、低温・低圧のガス状冷媒を吸引して圧縮し、高温・高圧のガス状冷媒とするものである。
冷媒圧縮機９はインタークーラ２３を有している。冷媒圧縮機９の出口には第一アフタクーラ（第一のインタークーラ）２５が設けられている。
冷媒量を調整するために、冷媒バッファタンク２７を有する配管が、冷媒圧縮機９の前後に接続されている。
【００３１】
冷媒プレクーラ１１は、第一アフタクーラ２５から導入される冷媒を凝縮器１７から導入される冷媒によって冷却するものである。冷媒プレクーラ１１は、冷媒と冷媒との間でのみ熱交換されるものであるので、３以上の多重熱交換プロセスのものと比較して、構造が簡単で、設計が容易である。これにより、設計の信頼性を向上させることができる。
エキスパンダ１３は、冷媒プレクーラ１１を通って温度が低下させられた冷媒を減圧により膨張させて低温・低圧のガス状冷媒とするものである。この冷媒が膨張する時の力を回転力として、エキスパンダ１３と同軸で接続されたブースタコンプレッサ１９は回転駆動させられる。
【００３２】
エキスパンダ１３からの低温・低圧のガス状冷媒は、過冷却器１５、凝縮器１７および冷媒プレクーラ１１と順次送られ熱交換される。
ブースタコンプレッサ１９は、冷媒プレクーラ１１から導入される冷媒を圧縮して、冷媒を高温・高圧とし、冷媒圧縮機９へ供給するものである。ブースタコンプレッサ１９の下流側で冷媒圧縮機の上流側には第二アフタクーラ（第二のインタークーラ）２９が備えられている。
【００３３】
冷媒配管７におけるエキスパンダ１３の上流側と、凝縮器１７の下流側との間に、弁の開閉により断接されるバイパス配管３１が備えられている。
冷凍サイクル３の起動時に、バイパス配管３１は開放される。これにより冷媒はエキスパンダ１３を通過しないので、それらによる抵抗がなくなり冷媒圧縮機９の起動を可能とできる。
【００３４】
液化処理部５には、燃料用圧縮機３３へ図示しないカーゴタンクで発生したボイルオフガス（以下、ＢＯＧという）を供給するＢＯＧ供給配管（ガス供給ライン）３５と、燃料用圧縮機３３によって圧縮されたＢＯＧをセパレータ３７へ搬送するＢＯＧ搬送配管（圧縮ガス搬送ライン）３９と、セパレータ３７からカーゴタンクへ再液化されたＬＮＧを送る再液化ガス配管４１とが備えられている。
【００３５】
ＢＯＧ供給配管３５には、搬送されるＢＯＧを冷却するミストセパレータ（緩熱器）４３が備えられている。ミストセパレータ４３は、セパレータ３７の下部に貯留された再液化されたＬＮＧが選択的に供給されるように構成されている。セパレータ３７からミストセパレータ４３へＬＮＧが供給されると、このＬＮＧによってＢＯＧが冷却される。
【００３６】
燃料用圧縮機３３は、ボイラへ燃料を供給するものとして設置する、改造の場合は、設置されているものである。燃料用圧縮機３３は、同一構造の２台が並列的に配設され、一方は万一故障した場合の予備とされている。燃料用圧縮機３３はモータで駆動されるように構成されている。
また、この２台の燃料用圧縮機３３に並列的に燃料用圧縮機３３が設置されていないフリーフローライン４５が備えられている。フリーフローライン４５には、開閉する開閉弁４７が備えられている。
【００３７】
燃料用圧縮機３３およびフリーフローライン４５の出口には、天然ガスを図示しないボイラへ燃料として供給する燃料配管４７が接続されている。燃料配管４９には、燃料用圧縮機３３で圧縮された天然ガスを加熱するガスヒータ５１が備えられている。
燃料用圧縮機３３およびフリーフローライン４５には、別途カーゴタンクに貯蔵されたＬＮＧをガス化して供給するようにしてもよい。
【００３８】
ＢＯＧ搬送配管３９は、燃料用圧縮機３３からのＢＯＧを凝縮部１７を通ってセパレータ３７へ搬送するものである。このとき、凝縮器１７は、ＢＯＧを、冷媒配管７を通る冷媒によって冷却し凝縮させる。凝縮器１７は、冷媒とＢＯＧとの間でのみ熱交換されるものであるので、３以上の多重熱交換プロセスのものと比較して、構造が簡単で、設計が容易である。これにより、設計の信頼性を向上させることができる。
ＢＯＧ搬送配管３９には、ＢＯＧを圧縮するＢＯＧブースタ５３と、ＢＯＧブースタ５３で圧縮され、高温となったＢＯＧを、たとえば、清水で冷却するＢＯＧアフタクーラ５５とが備えられている。
ＢＯＧブースタ５３は、たとえば、１６０ｋＰａａのＢＯＧを４５０ｋＰａａに昇圧するものであり、それが可能であれば、たとえば、直冷式スクリュー圧縮機等、適宜形式のものが用いられる。
【００３９】
ＢＯＧ搬送配管３９におけるＢＯＧアフタクーラ５５と凝縮器１７との間、すなわち、凝縮部１７の上流側に、ＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧとＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧとの間で熱交換を行うＢＯＧプレクーラ（熱交換部）５７が備えられている。ＢＯＧプレクーラ５７は、冷媒とＢＯＧとの間でのみ熱交換されるものであるので、３以上の多重熱交換プロセスのものと比較して、構造が簡単で、設計が容易である。これにより、設計の信頼性を向上させることができる。
なお、ＢＯＧプレクーラ５７によってＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧが十分冷却される場合には、ＢＯＧアフタクーラ５５の設置は省略されてもよい。
ＢＯＧ供給配管３５には、ＢＯＧプレクーラ５７をバイパスする弁の開閉により断接されるバイパス配管５９が備えられている。
【００４０】
ＢＯＧ搬送配管３９で搬送されるＢＯＧは凝縮器１７において冷媒配管７を通る冷媒によって冷却され凝縮させられる。
この凝縮されたＢＯＧは、セパレータ３７に導入され液分とガス分とに分離される。
再液化ガス配管４１は、セパレータ３７の下部から過冷却器１５を通りカーゴタンクに接続されている。
再液化ガス配管４１には、過冷却器１５よりも下流側に再液化ガス流量調整弁６１が設けられている。
【００４１】
ＢＯＧ供給配管３５におけるミストセパレータ４３よりも上流側位置およびセパレータ３７の頂部から燃料配管４９へ接続される流量調整弁を備えたガス供給分岐配管６３が設けられている。
ガス供給分岐配管６３は、冷媒プレクーラ１１を通って冷媒圧縮機９からエキスパンダ１３へ供給される冷媒を冷却するように構成されている。
【００４２】
エキスパンダ１３、冷媒プレクーラ１１、凝縮器１７、過冷却器１５、エキスパンダ１３およびＢＯＧプレクーラ５７は防熱構造をしたコールドボックス６５内にコンパクトに収納されている。
ブースタコンプレッサ１９はエキスパンダ１３で回転駆動されるので、コールドボックス６５より張り出すように取り付けられている。
【００４３】
冷媒圧縮機９、冷媒バッファタンク２７、スチームタービン２１、インタークーラ２３、第一アフタクーラ２５、第二アフタクーラ２９および燃料用圧縮機３３は、ボイラが設置されている機関室に配置され、コールドボックス６５およびセパレータ３７はカーゴ機器室に設置されている。
【００４４】
以上の構成を有する本実施形態にかかるボイルオフガス再液化装置１の動作について説明する。
冷凍サイクル部３では、冷媒圧縮機９がスチームタービン２１により駆動され、冷媒配管７から導入される低温・低圧のガス状冷媒を２段階に圧縮して、高温・高圧のガス状冷媒とする。このとき、冷媒は、１段目の圧縮と２段目の圧縮との間で、インタークーラ２３によって冷却される。
この高温・高圧のガス状冷媒は、第一アフタクーラ２５で冷却されて冷媒プレクーラ１１に導入される。
【００４５】
冷媒プレクーラ１１では、導入されたガス状冷媒が凝縮器１７から戻る低温・低圧のガス状冷媒により冷却される。
この冷媒が、エキスパンダ１３に導入され、減圧によって膨張されて一層低温・低圧のガス状冷媒とされる。
この低温・低圧のガス状冷媒は、過冷却器１５および凝縮器１７を通過し、その冷熱を周囲に与えて冷却する。
その後、冷媒は冷媒プレクーラ１１を通ってエキスパンダ１３に導入される冷媒によって暖められ、ブースタコンプレッサ１９に導入される。
【００４６】
冷媒は、ブースタコンプレッサ１９で、圧縮されて高温・高圧のガス状冷媒とされる。この高温・高圧のガス状冷媒は、第二アフタクーラ２９によって冷却され、冷媒圧縮機９に送られる。
冷媒圧縮機９に導入された冷媒は、冷媒圧縮機９によってさらに高温・高圧とされ送り出される。
冷凍サイクル部３では、このサイクルを連続的に行うことで、冷媒配管７が通過する過冷却器１５、凝縮器１７および冷媒プリクーラ１１において冷熱を提供する。
【００４７】
カーゴタンクで発生したＢＯＧは、ＢＯＧ供給配管３５によってミストセパレータ４３およびＢＯＧプレクーラ５７を通って燃料用圧縮機３３によって供給される。
ミストセパレータ４３は、通常運転中には、ＬＮＧが供給されていないので、ＢＯＧを冷却することはない。
たとえば、ボイルオフガス再液化装置１の運転開始時で配管が冷却されていない場合、あるいは、バラスト航行中で、カーゴタンク内のＢＯＧが比較的高温の状態である場合等でＢＯＧ供給配管３５を通過するＢＯＧの温度が比較的高くなると、たとえば、セパレータ３７から再液化されたＬＮＧがミストセパレータ４３に供給され、ＢＯＧプレクーラ５７へ供給されるＢＯＧの温度を必要な温度、たとえば、−１２０℃まで低下させる。
【００４８】
燃料用圧縮機３３に導入されたＢＯＧは、燃料用圧縮機３３によって、たとえば、１６０ｋＰａａまで圧縮される。このとき、ＢＯＧの温度は、たとえば、略５５℃となっている。
その後、ＢＯＧは、ＢＯＧブースタ５３によって、たとえば、４５０ｋＰａａに昇圧される。このとき、ＢＯＧの温度は、たとえば、略１００℃となっている。
このＢＯＧはＢＯＧアフタクーラ５５によって略４０℃まで冷却され、ＢＯＧプレクーラ５７に導入される。
ＢＯＧプレクーラ５７では、ＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧによって、たとえば、略−１１０℃、すなわち、略飽和液状態まで冷却される。一方、ＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧは、たとえば、略−１２０℃から略３０℃まで昇温される。
【００４９】
この冷却されたＢＯＧは、凝縮器１７を通る際、冷凍サイクル部３の冷媒配管７を流れる低温・低圧のガス状冷媒により冷却されて、凝縮する。凝縮したＢＯＧは、セパレータ３７に送られる。
セパレータ３７では、凝縮したＢＯＧが気液分離され、再液化されたＬＮＧである液体分は下部に、ガス分は上部に貯留される。
下部のＬＮＧは、再液化ガス配管４１を通って、過冷却器１５で過冷却されカーゴタンクに戻される。
【００５０】
このように、ＢＯＧは、燃料用圧縮機３３およびＢＯＧブースタ５３によって２回にわたり圧縮されて高圧とされるので、冷凍サイクル部３との熱交換を効率的に行うことができる。これにより、冷凍サイクル部３の小型化をはかることができる。
また、燃料用圧縮機３３およびＢＯＧブースタ５３で圧縮され、高温状態とされたＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧは、ＢＯＧプレクーラ５７においてＢＯＧ供給配管３５を通る燃料用圧縮機３３で圧縮される前のＢＯＧによって冷却され、言い換えると、ＢＯＧ自信の冷熱で予冷されるので、少なくともその熱量の分だけ冷凍サイクル部３の負担を減少させることができる。
これにより、冷凍サイクル部３を構成する各機器を小さくできるので、ボイルオフガス再液化装置１を小型化することができる。
【００５１】
また、冷凍サイクル部３では、ブースタコンプレッサ１９で圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮機９によって圧縮されてエキスパンダ１３へ供給されるようにされているので、ブースタコンプレッサ１９で圧縮された冷媒を冷却する第二アフタクーラ２９は、冷媒圧縮機９とブースタコンプレッサ１９との間に介装されることになる。
したがって、第二アフタクーラ２９は冷媒圧縮機９に近くに配置することができるので、冷媒圧縮機９が、たとえば、機関室に設置される場合、第二アフタクーラ２９も機関室に設置することができる。
【００５２】
このように、大型の第二アフタクーラ２９を比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置１を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部３のインタークーラ２３、第一アフタクーラ２５および第二アフタクーラ２９がともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
このように、ボイルオフガス再液化装置１は小型で高効率なものにできるし、その設置空間を少なくできる。このため、たとえば、既存のＢＯＧ等の天然ガスをボイラの燃料として用いるＬＮＧ船に、ボイルオフガス再液化装置１を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができる。また、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
【００５３】
この場合、燃料用圧縮機３３は、比較的大容量であるが、これに供給されるＢＯＧはＢＯＧプレクーラ５７によって暖められ、容積が増加しているので、容量オーバーとならずに用いることができる。したがって、就航している既存のＬＮＧ船で、既存の燃料用圧縮機３３を有効に活用することができるので、改造工事の範囲を小さくでき、安価に改造することができる。
【００５４】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明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】
【００５５】
１ ボイルオフガス再液化装置
３ 冷凍サイクル部
５ 液化処理部
９ 冷媒圧縮機
１３ エキスパンダ
１７ 凝縮器
１９ ブースタコンプレッサ
２５ 第一アフタクーラ
２９ 第二アフタクーラ
３３ 燃料用圧縮機
３５ ＢＯＧ供給配管
３９ ＢＯＧ搬送配管
４３ ミストセパレータ
５３ ＢＯＧブースタ
５７ ＢＯＧプレクーラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイルオフガス再液化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧ船では、低温の液化天然ガスをカーゴタンクに大気圧で貯蔵し、運搬している。この液化天然ガス（ＬＮＧ）はカーゴタンク内への入熱によって蒸発され、ボイルオフガスとしてカーゴタンク内の上部に溜る。この蒸発ガスで膨張した容積によりカーゴタンク内の圧力が増加するので、その蒸発ガスを連続的に抜き出して処理する必要がある。
このボイルガスを有効に使うため、ほとんどＬＮＧ船では、ボイルオフガスをボイラ、ガス焚き内燃機関等の燃料とすることによって推進力や船内電力の足しに利用している。
【０００３】
ところで、発生するボイルオフガスの量に対して燃料として求められる量が少ない場合、余剰のボイルオフガスは船外に排出する、すなわち、無駄に捨てることになる。特に、積荷状態で停泊あるいは低速航行を長期にわたって行う場合には、損失が大きくなる。
この損失を抑制するものとして余剰のボイルオフガスを再液化してカーゴタンクに戻すボイルオフガス再液化装置を備える天然ガス運搬船（ＬＮＧ船）が就航している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
ボイルオフガス再液化装置では、ボイルオフガスは、冷凍サイクルに沿って状態を変えて循環される冷媒の冷熱によって冷却され、凝縮することによって再液化する。
ＬＮＧ船に設置されるボイルオフガス再液化装置では、船上の狭い空間に収まるようにするためコンパクトな構造であることが求められる。
また、ボイルオフガス再液化装置は液化効率を向上させる工夫が種々行われているが、、特許文献１に示されるように、冷凍サイクル部へ供給されるボイルオフガスを二個の圧縮機によって２回にわたり圧縮し、冷凍サイクル部を循環する冷媒との熱交換効率を向上させながらも、装置全体での省スペース化との両立に余念がない。
【０００５】
ボイルオフガス再液化装置のボイルオフガスの冷却に関係する主要機器は、一般に船体中央部の貨物機器室に配置する。一方、冷凍サイクル部を構成する冷媒圧縮機は常温機器であり、ボイルオフガスと直接は接触せず、かつ、大きな動力を要するので、大動力駆動機類を設置しやすい機関室内に配置されるのが好ましい。また、圧縮された冷媒を冷却する中間冷却器は大型で、かつ、大量の冷却清水を要するので、この点でも冷却清水を製造している機関室に配置することが好ましい。
特許文献１に示されるものでは、冷凍サイクル部は冷媒圧縮機およびこれに付随する中間冷却器は機関室に配置され、残りの冷却する部分のみを貨物機器室に配置している。これにより、たとえば、既存のボイルオフガス等の天然ガスをボイラの燃料として用いるＬＮＧ船に、ボイルオフガス再液化装置を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができるし、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５１５２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、ボイルオフガスは圧縮された後、ボイルオフガス再液化装置の液化部（凝縮部）へ供給されるまでに凝縮温度の近くまで冷却される。特許文献１に示されるものでは、この冷却に冷凍サイクル部における冷媒の冷熱が用いられているので、その分冷媒の冷熱を確保する必要がある。これにより、冷熱の増加分だけ冷凍サイクル部の液化効率が低下し、かつ、冷凍サイクル部を構成する各機器が大型化する。
【０００８】
また、冷媒圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮するブースタコンプレッサが備えられているが、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が冷却清水を用いた中間冷却器で冷却された後、コールドボックスのエキスパンダに供給されるようにされているので、この中間冷却器はコールドボックスの近くに配置せざるを得ない。大型の中間冷却器をコールドボックスの近くに設置するので、比較的狭い空間である貨物機器室への配置が難しい。特に、就航している既存のＬＮＧ船では貨物機器室が限られた空間しか備えられていないので、これにボイルオフガス再液化装置を設置するように改造することは無理がある。
さらに、特許文献１に示されるものでは、プレクーラおよび凝縮器が３以上の多重熱交換プロセスとされているので、これらの設計が難しく、設計の信頼性が不足する恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、圧縮ガス予冷の熱負荷を小さくして小型で高効率な冷凍サイクル部とし、かつ、機器の配置を工夫し、たとえ既存のＬＮＧ船でも設置し得るボイルオフガス再液化装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一態様は、ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインに搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、前記ガス供給部には、前記凝縮部の上流側に、前記圧縮ガス搬送ラインを通る前記ボイルオフガスと前記ガス供給ラインを通る前記ボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられているボイルオフガス再液化装置である。
【００１１】
冷凍サイクル部の冷媒は冷媒圧縮部で圧縮され、中間冷却器である第一のインタークーラによって冷却された後、エキスパンダに供給される。
この冷媒は、エキスパンダによって膨張減圧されることによって、ボイルオフガスの液化に必要な低温状態とされる。エキスパンダは、この冷媒が膨張する時の力を回転力として取り出し、たとえば、直結された軸を介してブースタコンプレッサを回転させる。この冷媒は凝縮部を経由してブースタコンプレッサに戻される。
一方、ガス供給部では、ガス供給ラインを経由して供給されたタンク内で発生したボイルオフガスがガス圧縮部で圧縮され、圧縮ガス搬送ラインを経由して凝縮部を通るように搬送される。
【００１２】
このとき、凝縮部の上流側に、圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスとガス供給ラインを通るボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられているので、ガス圧縮部で圧縮されて高温状態とされた圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス供給ラインを通る温度の低いボイルオフガスによって冷却（予冷）されて凝縮部に導入される。
圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス圧縮部で圧縮される前のボイルオフガスによって冷却され、言い換えると、ボイルオフガス自身の冷熱で予冷される。なお、圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスの冷熱としては、ガス供給ラインを通るボイルオフガスに限定されるものではなく、それ以外のものを付加するようにしてもよい。
凝縮部に導入された、たとえば、凝縮温度近傍まで冷却されたボイルオフガスは、凝縮部を通る低温の冷媒によって冷却され、凝縮される。
【００１３】
このように、ガス圧縮部で圧縮され、高温状態とされた圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス圧縮部で圧縮される前のボイルオフガスによって冷却され、言い換えると、ボイルオフガス自身の冷熱で予冷されるので、少なくともその熱量の分だけ冷凍サイクル部の負担を減少させることができる。
これにより、冷凍サイクル部を構成する各機器を小さくできるので、ボイルオフガス再液化装置を小型化することができる。
【００１４】
上記各態様では、前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていてもよい。
【００１５】
このようにすると、冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮部によって圧縮されてエキスパンダへ供給されるようにされているので、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒を冷却する第二のインタークーラは、冷媒圧縮部とブースタコンプレッサとの間に介装されることになる。
したがって、第二のインタークーラは冷媒圧縮部に近くに配置することができるので、冷媒圧縮部が、たとえば、機関室に設置される場合、第二のインタークーラも機関室に設置することができる。このように、大型の第二のインタークーラを比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部の第一のインタークーラおよび第二のインタークーラがともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明の第二態様は、ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられているボイルオフガス再液化装置である。
【００１７】
冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮され、中間冷却器である第二のインタークーラによって冷却される。この冷媒は冷媒圧縮部で圧縮され、中間冷却器である第一のインタークーラによって冷却された後、エキスパンダに供給される。
この冷媒は、エキスパンダによって減圧され、膨張させられることによって一層低温状態とされる。エキスパンダは、この冷媒が膨張する時の力を回転力として取り出し、たとえば、直結された軸を介してブースタコンプレッサを回転させる。
一層低温状態とされた冷媒は凝縮部を経由してブースタコンプレッサに戻される。
一方、ガス供給部では、ガス供給ラインを経由して供給されたタンク内で発生したボイルオフガスがガス圧縮部で圧縮され、圧縮ガス搬送ラインを経由して凝縮部を通るように搬送される。
【００１８】
このように、冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮部によって圧縮されてエキスパンダへ供給されるようにされているので、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒を冷却する第二のインタークーラは、冷媒圧縮部とブースタコンプレッサとの間に介装されることになる。
したがって、第二のインタークーラは冷媒圧縮部に近くに配置することができるので、冷媒圧縮部が、たとえば、機関室に設置される場合、第二のインタークーラも機関室に設置することができる。このように、大型の第二のインタークーラを比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部の第一のインタークーラおよび第二のインタークーラがともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
【００１９】
上記各態様では、前記ガス供給ラインの前記熱交換器の上流側には、液化天然ガスを噴霧して前記ボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられていることが望ましい。
【００２０】
たとえば、ボイルオフガス再液化装置の運転開始時で配管が冷却されていない場合、あるいはバラスト航行中で、タンク内のボイルオフガスが比較的高温の状態である場合等では、ガス供給ラインを通過するボイルオフガスの温度が比較的高くなり、熱交換部での冷熱が不足する恐れがある。
このような場合、本態様では、ガス供給ラインの熱交換器の上流側に、液化天然ガスを噴霧してボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられているので、緩熱器によって熱交換器へ供給するボイルオフガスを冷却することができる。
【００２１】
上記各態様では、前記ガス圧縮部は、２段階に分割されている構成としてもよい。
【００２２】
このようにすると、ボイルオフガスは、２回にわたり圧縮されるので、冷凍サイクル部との熱交換を効率的に行うことができる。これにより、再液化プラントの小型化をはかることができる。
【００２３】
上記構成では、前記ガス圧縮部の１段目の圧縮は、ボイラへ燃料として供給する燃料用圧縮機によって行われるようにしてもよい。
【００２４】
このようにすると、たとえば、既存のボイルオフガス等の天然ガスをボイラの燃料として用いるＬＮＧ船に、ボイルオフガス再液化装置を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができる。また、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
燃料用圧縮機は、比較的大容量であるが、これに供給されるボイルオフガスは熱交換器によって暖められ、容積が増加しているので、容量オーバーとならずに用いることができる。したがって、就航している既存のＬＮＧ船で、既存の燃料用圧縮機を有効に活用することができるので、改造工事の範囲を小さくでき、安価に改造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ガス圧縮部で圧縮され、高温状態とされた圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス圧縮部で圧縮される前のボイルオフガスによって冷却されるので、冷凍サイクル部を構成する各機器を小さくでき、ボイルオフガス再液化装置を小型化することができる。
また、冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮部によって圧縮されてエキスパンダへ供給されるようにされているので、第二のインタークーラを冷媒圧縮部の近くに配置することができ、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかるボイルオフガス再液化装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の一実施形態にかかるＬＮＧ船のボイルオフガス再液化装置１について、図１を用いて説明する。
図１は、ＬＮＧ船のボイルオフガス再液化装置１の全体概略構成を示すブロック図である。
ＬＮＧ船は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧということもある。）を貯蔵する複数のカーゴタンク（図示省略）を備えている。カーゴタンクには、たとえば、略球形をしているモス式のタンク等種々の形式がある。
ボイルオフガス再液化装置１には、冷凍サイクル部３と、液化処理部（ガス供給部）５と、が備えられている。
【００２８】
冷凍サイクル部３は、冷媒配管７を通って循環される冷媒（冷媒としては、たとえば、窒素が用いられている。他に、たとえば、水素やヘリウムが対象となる。）の冷熱を液化処理部５に供給するものである。
冷凍サイクル部３には、冷媒圧縮機（冷媒圧縮部）９と、冷媒プレクーラ１１と、エキスパンダ１３と、過冷却器１５と、凝縮器（凝縮部）１７と、ブースタコンプレッサ１９と、が主たる要素として設けられている。
冷媒配管７は、冷媒圧縮機９、冷媒プレクーラ１１、エキスパンダ１３、過冷却器１５、凝縮器１７、冷媒プレクーラ１１およびブースタコンプレッサ１９の順に接続し、閉じた系を構成している。
【００２９】
冷媒圧縮機９は、スチームタービン２１によって駆動される２段の遠心式圧縮機である。なお、駆動用スチーム設備の無い船舶（ディーゼル推進船等）では圧縮機スピード制御機能を有したモータ駆動としてもよい。また、冷媒圧縮機９はこの形式に限らず、冷媒配管７内の差圧を発生させるものであれば、スクリュー圧縮機等、適宜な形式のものを用いることができる。
【００３０】
冷媒圧縮機９は、低温・低圧のガス状冷媒を吸引して圧縮し、高温・高圧のガス状冷媒とするものである。
冷媒圧縮機９はインタークーラ２３を有している。冷媒圧縮機９の出口には第一アフタクーラ（第一のインタークーラ）２５が設けられている。
冷媒量を調整するために、冷媒バッファタンク２７を有する配管が、冷媒圧縮機９の前後に接続されている。
【００３１】
冷媒プレクーラ１１は、第一アフタクーラ２５から導入される冷媒を凝縮器１７から導入される冷媒によって冷却するものである。冷媒プレクーラ１１は、冷媒と冷媒との間でのみ熱交換されるものであるので、３以上の多重熱交換プロセスのものと比較して、構造が簡単で、設計が容易である。これにより、設計の信頼性を向上させることができる。
エキスパンダ１３は、冷媒プレクーラ１１を通って温度が低下させられた冷媒を減圧により膨張させて低温・低圧のガス状冷媒とするものである。この冷媒が膨張する時の力を回転力として、エキスパンダ１３と同軸で接続されたブースタコンプレッサ１９は回転駆動させられる。
【００３２】
エキスパンダ１３からの低温・低圧のガス状冷媒は、過冷却器１５、凝縮器１７および冷媒プレクーラ１１と順次送られ熱交換される。
ブースタコンプレッサ１９は、冷媒プレクーラ１１から導入される冷媒を圧縮して、冷媒を高温・高圧とし、冷媒圧縮機９へ供給するものである。ブースタコンプレッサ１９の下流側で冷媒圧縮機の上流側には第二アフタクーラ（第二のインタークーラ）２９が備えられている。
【００３３】
冷媒配管７におけるエキスパンダ１３の上流側と、凝縮器１７の下流側との間に、弁の開閉により断接されるバイパス配管３１が備えられている。
冷凍サイクル３の起動時に、バイパス配管３１は開放される。これにより冷媒はエキスパンダ１３を通過しないので、それらによる抵抗がなくなり冷媒圧縮機９の起動を可能とできる。
【００３４】
液化処理部５には、燃料用圧縮機３３へ図示しないカーゴタンクで発生したボイルオフガス（以下、ＢＯＧという）を供給するＢＯＧ供給配管（ガス供給ライン）３５と、燃料用圧縮機３３によって圧縮されたＢＯＧをセパレータ３７へ搬送するＢＯＧ搬送配管（圧縮ガス搬送ライン）３９と、セパレータ３７からカーゴタンクへ再液化されたＬＮＧを送る再液化ガス配管４１とが備えられている。
【００３５】
ＢＯＧ供給配管３５には、搬送されるＢＯＧを冷却するミストセパレータ（緩熱器）４３が備えられている。ミストセパレータ４３は、セパレータ３７の下部に貯留された再液化されたＬＮＧが選択的に供給されるように構成されている。セパレータ３７からミストセパレータ４３へＬＮＧが供給されると、このＬＮＧによってＢＯＧが冷却される。
【００３６】
燃料用圧縮機３３は、ボイラへ燃料を供給するものとして設置する、改造の場合は、設置されているものである。燃料用圧縮機３３は、同一構造の２台が並列的に配設され、一方は万一故障した場合の予備とされている。燃料用圧縮機３３はモータで駆動されるように構成されている。
また、この２台の燃料用圧縮機３３に並列的に燃料用圧縮機３３が設置されていないフリーフローライン４５が備えられている。フリーフローライン４５には、開閉する開閉弁４７が備えられている。
【００３７】
燃料用圧縮機３３およびフリーフローライン４５の出口には、天然ガスを図示しないボイラへ燃料として供給する燃料配管４７が接続されている。燃料配管４９には、燃料用圧縮機３３で圧縮された天然ガスを加熱するガスヒータ５１が備えられている。
燃料用圧縮機３３およびフリーフローライン４５には、別途カーゴタンクに貯蔵されたＬＮＧをガス化して供給するようにしてもよい。
【００３８】
ＢＯＧ搬送配管３９は、燃料用圧縮機３３からのＢＯＧを凝縮部１７を通ってセパレータ３７へ搬送するものである。このとき、凝縮器１７は、ＢＯＧを、冷媒配管７を通る冷媒によって冷却し凝縮させる。凝縮器１７は、冷媒とＢＯＧとの間でのみ熱交換されるものであるので、３以上の多重熱交換プロセスのものと比較して、構造が簡単で、設計が容易である。これにより、設計の信頼性を向上させることができる。
ＢＯＧ搬送配管３９には、ＢＯＧを圧縮するＢＯＧブースタ５３と、ＢＯＧブースタ５３で圧縮され、高温となったＢＯＧを、たとえば、清水で冷却するＢＯＧアフタクーラ５５とが備えられている。
ＢＯＧブースタ５３は、たとえば、１６０ｋＰａａのＢＯＧを４５０ｋＰａａに昇圧するものであり、それが可能であれば、たとえば、直冷式スクリュー圧縮機等、適宜形式のものが用いられる。
【００３９】
ＢＯＧ搬送配管３９におけるＢＯＧアフタクーラ５５と凝縮器１７との間、すなわち、凝縮部１７の上流側に、ＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧとＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧとの間で熱交換を行うＢＯＧプレクーラ（熱交換部）５７が備えられている。ＢＯＧプレクーラ５７は、冷媒とＢＯＧとの間でのみ熱交換されるものであるので、３以上の多重熱交換プロセスのものと比較して、構造が簡単で、設計が容易である。これにより、設計の信頼性を向上させることができる。
なお、ＢＯＧプレクーラ５７によってＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧが十分冷却される場合には、ＢＯＧアフタクーラ５５の設置は省略されてもよい。
ＢＯＧ供給配管３５には、ＢＯＧプレクーラ５７をバイパスする弁の開閉により断接されるバイパス配管５９が備えられている。
【００４０】
ＢＯＧ搬送配管３９で搬送されるＢＯＧは凝縮器１７において冷媒配管７を通る冷媒によって冷却され凝縮させられる。
この凝縮されたＢＯＧは、セパレータ３７に導入され液分とガス分とに分離される。
再液化ガス配管４１は、セパレータ３７の下部から過冷却器１５を通りカーゴタンクに接続されている。
再液化ガス配管４１には、過冷却器１５よりも下流側に再液化ガス流量調整弁６１が設けられている。
【００４１】
ＢＯＧ供給配管３５におけるミストセパレータ４３よりも上流側位置およびセパレータ３７の頂部から燃料配管４９へ接続される流量調整弁を備えたガス供給分岐配管６３が設けられている。
ガス供給分岐配管６３は、冷媒プレクーラ１１を通って冷媒圧縮機９からエキスパンダ１３へ供給される冷媒を冷却するように構成されている。
【００４２】
エキスパンダ１３、冷媒プレクーラ１１、凝縮器１７、過冷却器１５、エキスパンダ１３およびＢＯＧプレクーラ５７は防熱構造をしたコールドボックス６５内にコンパクトに収納されている。
ブースタコンプレッサ１９はエキスパンダ１３で回転駆動されるので、コールドボックス６５より張り出すように取り付けられている。
【００４３】
冷媒圧縮機９、冷媒バッファタンク２７、スチームタービン２１、インタークーラ２３、第一アフタクーラ２５、第二アフタクーラ２９および燃料用圧縮機３３は、ボイラが設置されている機関室に配置され、コールドボックス６５およびセパレータ３７はカーゴ機器室に設置されている。
【００４４】
以上の構成を有する本実施形態にかかるボイルオフガス再液化装置１の動作について説明する。
冷凍サイクル部３では、冷媒圧縮機９がスチームタービン２１により駆動され、冷媒配管７から導入される低温・低圧のガス状冷媒を２段階に圧縮して、高温・高圧のガス状冷媒とする。このとき、冷媒は、１段目の圧縮と２段目の圧縮との間で、インタークーラ２３によって冷却される。
この高温・高圧のガス状冷媒は、第一アフタクーラ２５で冷却されて冷媒プレクーラ１１に導入される。
【００４５】
冷媒プレクーラ１１では、導入されたガス状冷媒が凝縮器１７から戻る低温・低圧のガス状冷媒により冷却される。
この冷媒が、エキスパンダ１３に導入され、減圧によって膨張されて一層低温・低圧のガス状冷媒とされる。
この低温・低圧のガス状冷媒は、過冷却器１５および凝縮器１７を通過し、その冷熱を周囲に与えて冷却する。
その後、冷媒は冷媒プレクーラ１１を通ってエキスパンダ１３に導入される冷媒によって暖められ、ブースタコンプレッサ１９に導入される。
【００４６】
冷媒は、ブースタコンプレッサ１９で、圧縮されて高温・高圧のガス状冷媒とされる。この高温・高圧のガス状冷媒は、第二アフタクーラ２９によって冷却され、冷媒圧縮機９に送られる。
冷媒圧縮機９に導入された冷媒は、冷媒圧縮機９によってさらに高温・高圧とされ送り出される。
冷凍サイクル部３では、このサイクルを連続的に行うことで、冷媒配管７が通過する過冷却器１５、凝縮器１７および冷媒プリクーラ１１において冷熱を提供する。
【００４７】
カーゴタンクで発生したＢＯＧは、ＢＯＧ供給配管３５によってミストセパレータ４３およびＢＯＧプレクーラ５７を通って燃料用圧縮機３３によって供給される。
ミストセパレータ４３は、通常運転中には、ＬＮＧが供給されていないので、ＢＯＧを冷却することはない。
たとえば、ボイルオフガス再液化装置１の運転開始時で配管が冷却されていない場合、あるいは、バラスト航行中で、カーゴタンク内のＢＯＧが比較的高温の状態である場合等でＢＯＧ供給配管３５を通過するＢＯＧの温度が比較的高くなると、たとえば、セパレータ３７から再液化されたＬＮＧがミストセパレータ４３に供給され、ＢＯＧプレクーラ５７へ供給されるＢＯＧの温度を必要な温度、たとえば、−１２０℃まで低下させる。
【００４８】
燃料用圧縮機３３に導入されたＢＯＧは、燃料用圧縮機３３によって、たとえば、１６０ｋＰａａまで圧縮される。このとき、ＢＯＧの温度は、たとえば、略５５℃となっている。
その後、ＢＯＧは、ＢＯＧブースタ５３によって、たとえば、４５０ｋＰａａに昇圧される。このとき、ＢＯＧの温度は、たとえば、略１００℃となっている。
このＢＯＧはＢＯＧアフタクーラ５５によって略４０℃まで冷却され、ＢＯＧプレクーラ５７に導入される。
ＢＯＧプレクーラ５７では、ＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧによって、たとえば、略−１１０℃、すなわち、略飽和液状態まで冷却される。一方、ＢＯＧ供給配管３５を通るＢＯＧは、たとえば、略−１２０℃から略３０℃まで昇温される。
【００４９】
この冷却されたＢＯＧは、凝縮器１７を通る際、冷凍サイクル部３の冷媒配管７を流れる低温・低圧のガス状冷媒により冷却されて、凝縮する。凝縮したＢＯＧは、セパレータ３７に送られる。
セパレータ３７では、凝縮したＢＯＧが気液分離され、再液化されたＬＮＧである液体分は下部に、ガス分は上部に貯留される。
下部のＬＮＧは、再液化ガス配管４１を通って、過冷却器１５で過冷却されカーゴタンクに戻される。
【００５０】
このように、ＢＯＧは、燃料用圧縮機３３およびＢＯＧブースタ５３によって２回にわたり圧縮されて高圧とされるので、冷凍サイクル部３との熱交換を効率的に行うことができる。これにより、冷凍サイクル部３の小型化をはかることができる。
また、燃料用圧縮機３３およびＢＯＧブースタ５３で圧縮され、高温状態とされたＢＯＧ搬送配管３９を通るＢＯＧは、ＢＯＧプレクーラ５７においてＢＯＧ供給配管３５を通る燃料用圧縮機３３で圧縮される前のＢＯＧによって冷却され、言い換えると、ＢＯＧ自信の冷熱で予冷されるので、少なくともその熱量の分だけ冷凍サイクル部３の負担を減少させることができる。
これにより、冷凍サイクル部３を構成する各機器を小さくできるので、ボイルオフガス再液化装置１を小型化することができる。
【００５１】
また、冷凍サイクル部３では、ブースタコンプレッサ１９で圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮機９によって圧縮されてエキスパンダ１３へ供給されるようにされているので、ブースタコンプレッサ１９で圧縮された冷媒を冷却する第二アフタクーラ２９は、冷媒圧縮機９とブースタコンプレッサ１９との間に介装されることになる。
したがって、第二アフタクーラ２９は冷媒圧縮機９に近くに配置することができるので、冷媒圧縮機９が、たとえば、機関室に設置される場合、第二アフタクーラ２９も機関室に設置することができる。
【００５２】
このように、大型の第二アフタクーラ２９を比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のＬＮＧ船であってもボイルオフガス再液化装置１を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部３のインタークーラ２３、第一アフタクーラ２５および第二アフタクーラ２９がともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
このように、ボイルオフガス再液化装置１は小型で高効率なものにできるし、その設置空間を少なくできる。このため、たとえば、既存のＢＯＧ等の天然ガスをボイラの燃料として用いるＬＮＧ船に、ボイルオフガス再液化装置１を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができる。また、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
【００５３】
この場合、燃料用圧縮機３３は、比較的大容量であるが、これに供給されるＢＯＧはＢＯＧプレクーラ５７によって暖められ、容積が増加しているので、容量オーバーとならずに用いることができる。したがって、就航している既存のＬＮＧ船で、既存の燃料用圧縮機３３を有効に活用することができるので、改造工事の範囲を小さくでき、安価に改造することができる。
【００５４】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明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】
【００５５】
１ ボイルオフガス再液化装置
３ 冷凍サイクル部
５ 液化処理部
９ 冷媒圧縮機
１３ エキスパンダ
１７ 凝縮器
１９ ブースタコンプレッサ
２５ 第一アフタクーラ
２９ 第二アフタクーラ
３３ 燃料用圧縮機
３５ ＢＯＧ供給配管
３９ ＢＯＧ搬送配管
４３ ミストセパレータ
５３ ＢＯＧブースタ
５７ ＢＯＧプレクーラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、
冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、
前記ガス供給部には、前記凝縮部の上流側に、前記圧縮ガス搬送ラインを通る前記ボイルオフガスと前記ガス供給ラインを通る前記ボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられていることを特徴とするボイルオフガス再液化装置。
【請求項２】
前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていることを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス再液化装置。
【請求項３】
ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、
冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、
前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていることを特徴とするボイルオフガス再液化装置。
【請求項４】
前記ガス供給ラインの前記熱交換器の上流側には、液化天然ガスを噴霧して前記ボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のボイルオフガス再液化装置。
【請求項５】
前記ガス圧縮部は、２段階に分割されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のボイルオフガス再液化装置。
【請求項６】
前記ガス圧縮機の１段目の圧縮は、ボイラへ燃料として供給する燃料用圧縮機によって行われることを特徴とする請求項５に記載のボイルオフガス再液化装置。
【請求項１】
ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、
冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、
前記ガス供給部には、前記凝縮部の上流側に、前記圧縮ガス搬送ラインを通る前記ボイルオフガスと前記ガス供給ラインを通る前記ボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられていることを特徴とするボイルオフガス再液化装置。
【請求項２】
前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていることを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス再液化装置。
【請求項３】
ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、
冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、
前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていることを特徴とするボイルオフガス再液化装置。
【請求項４】
前記ガス供給ラインの前記熱交換器の上流側には、液化天然ガスを噴霧して前記ボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のボイルオフガス再液化装置。
【請求項５】
前記ガス圧縮部は、２段階に分割されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のボイルオフガス再液化装置。
【請求項６】
前記ガス圧縮機の１段目の圧縮は、ボイラへ燃料として供給する燃料用圧縮機によって行われることを特徴とする請求項５に記載のボイルオフガス再液化装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−７６５５９（Ｐ２０１２−７６５５９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２４９５（Ｐ２０１０−２２２４９５）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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