ボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンク
【課題】ボイルオフガスの処理に要する設備コスト及び運転コストを低減し、ボイルオフガスの焼却又は廃却を抑制することができる、ボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンクを提供する。
【解決手段】液化ガス２１を貯蔵する液化ガスタンク２内で発生したボイルオフガス２２を再液化して液化ガスタンク２内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、ボイルオフガス２２を液化ガスタンク２から外部に排出するボイルオフガス排出ライン３と、ボイルオフガス排出ライン３の少なくとも一部を液化ガスタンク２内の液化ガス２１内に浸漬させたボイルオフガス再液化ライン４と、を有し、ボイルオフガス再液化ライン４は、ボイルオフガス２２の再液化に必要な圧力を保持する圧力保持手段４２を有するとともに、ボイルオフガス２２の再液化に必要な熱量を吸収可能な長さＬを有している。
【解決手段】液化ガス２１を貯蔵する液化ガスタンク２内で発生したボイルオフガス２２を再液化して液化ガスタンク２内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、ボイルオフガス２２を液化ガスタンク２から外部に排出するボイルオフガス排出ライン３と、ボイルオフガス排出ライン３の少なくとも一部を液化ガスタンク２内の液化ガス２１内に浸漬させたボイルオフガス再液化ライン４と、を有し、ボイルオフガス再液化ライン４は、ボイルオフガス２２の再液化に必要な圧力を保持する圧力保持手段４２を有するとともに、ボイルオフガス２２の再液化に必要な熱量を吸収可能な長さＬを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンクに関し、特に、ボイルオフガスを再液化して液化ガスタンク内に返戻するためのボイルオフガス処理装置及び該ボイルオフガス処理装置を備えた液化ガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガスは、輸送タンカー、輸入基地、備蓄基地、船舶の液化ガス燃料タンク等の施設及び設備において、液化ガスタンク内に封入されて貯蔵される。液化ガスタンクは、断熱対策が施されていたとしても、少なからず、タンク外部からタンク内部への侵入熱を生じ、かかる侵入熱により液化ガスは蒸発する。
【０００３】
この蒸発したガス（以下、「ボイルオフガス」という。）を液化ガスタンクの外部に取り出さない場合、液化ガスタンク内のガス蒸気圧は上昇し、液化ガスタンク内の液化ガスは、液化ガス表面温度の飽和蒸気圧となって気液平衡状態になる。また、温められた液化ガスは、温度上昇に伴う対流によって、液化ガスタンクの液表面部分に集まり、液化ガスの全体温度よりも高温の液層（上部高温層）を形成する。そして、この上部高温層とガス蒸気相との間で気液平衡状態が保たれる。
【０００４】
すなわち、液化ガスタンクへの侵入熱は、液化ガスの対流によって上部高温層に運ばれ、上部高温層の温度を上昇させることとなる。したがって、上部高温層の温度は、比較的短時間で上昇し、上部高温層の温度と平衡するガス蒸気相の圧力も上昇することとなる。上部高温層は、液化ガスの大部分を占める下部低温層よりも層が薄い（量が少ない）ことから、比較的短い時間で液化ガスタンクの所定圧力（上限値）まで上昇することとなる。
【０００５】
そこで、従来、例えば、常圧で液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクにあっては、液化ガスタンクの内圧を所定圧力以下に抑制するために、ボイルオフガスをコンプレッサ等により外部のガス処理装置に移送して処理していた。ガス処理装置には、例えば、ボイルオフガスを窒素ガス等の低温媒体により冷却し液化して液化ガスタンクに返戻する再液化装置、ボイラやガス焚きエンジン等で燃焼しエネルギー源として使用するガス使用装置、ガスを燃焼廃棄するガス焼却廃棄装置、ガスフレアやガスベント装置等の大気への廃棄装置等、がある。
【０００６】
特許文献１に記載されたボイルオフガスの処理方法は、低温液化ガスタンク内で発生したＢＯＧ（ボイルオフガス）を取り出すＢＯＧ取出管の途中よりＢＯＧ戻し管を分岐させ、該ＢＯＧ戻し管を低温液化ガスタンク内に入れて先端部をタンク底部近くに開口させ、且つ上記ＢＯＧ戻し管の先端部である下端出口部に、ＢＯＧを小径の気泡として噴出させるようにするための網を取り付け、上記ＢＯＧ取出管に取り出されたＢＯＧをＢＯＧ戻し管内から網を通し小径の気泡として低温液化ガス中に噴出させるようにしたものである。かかる処理方法は、ボイルオフガスを再液化するものである。
【０００７】
特許文献２に記載されたボイルオフガスの処理方法は、液化ガス運搬船の液化ガスタンクにて発生するＢＯＧ（ボイルオフガス）を、改質して燃料電池へ燃料として供給し、該燃料電池により発電させるようにしたものである。かかる処理方法は、ボイルオフガスをエネルギー源として使用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−４６２９５号公報
【特許文献２】特開２００４−５１０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ボイルオフガスを再液化する場合は設備コスト及び運転コストが多大である、ボイルオフガスをエネルギー源として使用する場合は設備コストが多大である、ボイルオフガスを焼却又は廃却する場合は無駄が多い、という問題があった。
【００１０】
また、特許文献１に記載された再液化装置では、ボイルオフガスを気泡のまま液化ガスタンク内に噴出させており、ボイルオフガスの気泡は、気泡のまま液化ガス内を上昇し、液表面に到達し、ガス蒸気相に戻ってしまうという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２に記載された処理方法では、燃料電池、改質器等を備えた燃料電池設備が必要であり、設備コストが多大となる。また、このように、ボイルオフガスをエネルギー源として使用する場合には、ボイルオフガスの発生量がエネルギー消費量を上回ることもあり、かかる場合には、結局、ボイルオフガスを焼却又は廃却しなければならないという問題もあった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、ボイルオフガスの処理に要する設備コスト及び運転コストを低減し、ボイルオフガスの焼却又は廃却を抑制することができる、ボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンク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】
【００１３】
本発明によれば、液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク内で発生したボイルオフガスを再液化して前記液化ガスタンク内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、前記ボイルオフガスを前記液化ガスタンクから外部に排出するボイルオフガス排出ラインと、前記ボイルオフガス排出ラインの少なくとも一部を前記液化ガスタンク内の前記液化ガス内に浸漬させたボイルオフガス再液化ラインと、を有し、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの再液化に必要な圧力を保持するとともに、前記ボイルオフガスの再液化に必要な熱量を放出可能な長さを有する、ことを特徴とするボイルオフガス処理装置が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、液化ガスを貯蔵する断熱容器を有する液化ガスタンクであって、前記液化ガスタンク内で発生したボイルオフガスを再液化して前記液化ガスタンク内に返戻するボイルオフガス処理装置を有し、前記ボイルオフガスを前記液化ガスタンクから外部に排出するボイルオフガス排出ラインと、前記ボイルオフガス排出ラインの少なくとも一部を前記液化ガスタンク内の前記液化ガス内に浸漬させたボイルオフガス再液化ラインと、を有し、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの再液化に必要な圧力を保持するとともに、前記ボイルオフガスの再液化に必要な熱量を放出可能な長さを有する、ことを特徴とする液化ガスタンクが提供される。
【００１５】
上述したボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンクにおいて、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として前記液化ガス内に放出する圧力保持手段を有していてもよい。
【００１６】
前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの全部を再液化して前記液化ガス内に放出してもよいし、前記ボイルオフガスの一部を再液化して前記液化ガス内に放出してもよい。
【００１７】
また、前記ボイルオフガス再液化ラインを前記液化ガスタンクの外部に誘導する外部誘導ラインと、該外部誘導ラインの先端に配置され前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として放出する圧力保持手段と、該圧力保持手段から放出される液体を前記液化ガスタンク内の液化ガスに返戻する返戻ラインと、を有していてもよい。
【００１８】
さらに、前記圧力保持手段と前記返戻ラインとの間に、前記圧力保持手段から放出される液体を一時的に受け容れる受液タンクを有していてもよい。
【００１９】
また、前記ボイルオフガス排出ラインは、前記ボイルオフガスを排出又は昇圧するコンプレッサを有していてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
上述した本発明に係るボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンクによれば、ボイルオフガス再液化ラインを所定の圧力を保持するとともに所定の長さに形成することにより、ボイルオフガス再液化ライン内のボイルオフガスと液化ガスタンク内に貯蔵された液化ガスとを熱交換させて、ボイルオフガスをボイルオフガス再液化ライン内で再液化させることができ、ボイルオフガスを再液化してから液化ガスタンクに放出することができる。したがって、特別な再液化装置を必要とせず、ボイルオフガスの処理に要する設備コスト及び運転コストを低減することができる。
【００２１】
また、液化ガスタンク内が所定圧力に達しないようにボイルオフガスをガス蒸気相から排出することができ、排出したボイルオフガスを再液化して液化ガスタンクに返戻することができる。したがって、ボイルオフガスの焼却又は廃却を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）はベーパートラップの概略構成図、を示している。
【図２】ボイルオフガス処理装置の作用を示す圧力−エンタルピー線図である。
【図３】図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、を示している。
【図４】図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第四変形例、（ｂ）は第五変形例、（ｃ）は第六変形例、を示している。
【図５】本発明の第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）は変形例、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）はベーパートラップの概略構成図、を示している。図２は、ボイルオフガス処理装置の作用を示す圧力−エンタルピー線図である。
【００２４】
本発明の第一実施形態にボイルオフガス処理装置１は、図１（ａ）に示したように、液化ガス２１を貯蔵する液化ガスタンク２内で発生したボイルオフガス２２を再液化して液化ガスタンク２内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、ボイルオフガス２２を液化ガスタンク２から外部に排出するボイルオフガス排出ライン３と、ボイルオフガス排出ライン３の少なくとも一部を液化ガスタンク２内の液化ガス２１内に浸漬させたボイルオフガス再液化ライン４と、を有し、ボイルオフガス再液化ライン４は、ボイルオフガス２２の再液化に必要な圧力を保持する圧力保持手段４２を有するとともに、ボイルオフガス２２の再液化に必要な熱量を放出可能な長さＬを有している。
【００２５】
図１（ａ）に示した液化ガスタンク２は、液化ガス２１を貯蔵する断熱容器２ａと、断熱容器２ａの上部に配置されたタンクドーム２ｂと、を有する。なお、液化ガスタンク２の構成は、図示したものに限定されず、輸送タンカー、輸入基地、備蓄基地、船舶の液化ガス燃料タンク等、配置場所や使用目的等に応じて、適宜変更し得るものである。
【００２６】
断熱容器２ａは、例えば、低温靭性に優れた素材により構成される内層と、外部からの侵入熱を抑制する断熱層（又は保冷層）と、断熱層を保持する外層と、を有する。また、断熱容器２ａの形状は、図示したような角型の形状であってもよいし、球型の形状であってもよいし、円筒型の形状であってもよい。タンクドーム２ｂは、断熱容器２ａの屋根部に配置され、液化ガスの搬出入を行う配管等の挿通口やメンテナンス等のための交通路を構成する。
【００２７】
ボイルオフガス排出ライン３は、液化ガスタンク２内の上層部に挿通されたボイルオフガス排出管３１と、ボイルオフガス２２を排出又は昇圧するコンプレッサ３２と、ボイルオフガス２２の流路を変更する流路切替弁３３と、を有する。なお、図では、ボイルオフガス排出管３１の一部のみを図示し、ボイルオフガス排出ライン３を構成する配管の図を簡略化している。
【００２８】
ボイルオフガス排出管３１は、液化ガスタンク２のタンクドーム２ｂから液化ガスタンク２内に挿通及び開口され、液化ガスタンク２の上層部に溜まったボイルオフガス２２を吸入できる位置に配置されている。
【００２９】
コンプレッサ３２は、液化ガスタンク２内に溜まったボイルオフガス２２を吸引し、ボイルオフガス排出ライン３によりタンク外に排出する。コンプレッサ３２は、液化ガスタンク２内の圧力が所定の閾値に到達すると自動的に作動させるようにしてもよいし、手動で任意のタイミングに作動させるようにしてもよい。
【００３０】
ボイルオフガス排出ライン３は、例えば、ボイルオフガス再液化ライン４及びボイルオフガス消費ライン５に分岐される。ボイルオフガス排出ライン３の分岐点には、流路切替弁３３が配置されている。流路切替弁３３は、必ずしも三方弁である必要はなく、ボイルオフガス再液化ライン４及びボイルオフガス消費ライン５のそれぞれに配置した止め弁で代用するようにしてもよい。ボイルオフガス消費ライン５は、ボイルオフガス２２をエネルギー源として使用する場合等に使用される。
【００３１】
ボイルオフガス消費ライン５は、第一消費ライン５１及び第二消費ライン５２に分岐される。ボイルオフガス消費ライン５の分岐点には、流路切替弁５３が配置されている。流路切替弁５３は、必ずしも三方弁である必要はなく、第一消費ライン５１及び第二消費ライン５２のそれぞれに配置した止め弁で代用するようにしてもよい。第一消費ライン５１は、例えば、エンジン５４に接続され、第二消費ライン５２は、例えば、ボイラ５５に接続されており、ボイルオフガス２２を燃料として使用する。なお、ボイルオフガス２２の発生量がエネルギー消費量を上回る場合には、ボイルオフガス２２はボイルオフガス再液化ライン４に移送され、再液化される。
【００３２】
なお、ボイルオフガス消費ライン５の構成は、図示したものに限定されるものではなく、ガス使用装置（エンジン５４、ボイラ５５等）が単数の場合には第一消費ライン５１及び第二消費ライン５２に分岐させる必要はないし、ガス使用装置（エンジン５４、ボイラ５５等）が三台以上の場合には台数に合わせてボイルオフガス消費ライン５を分岐させるようにしてもよいし、単数又は複数の同種又は異種のガス使用装置（エンジン、ボイラ等）を適宜組み合わせた構成であってもよいし、必要に応じて、ガス焼却廃棄装置や大気への廃棄装置を有していてもよい。
【００３３】
ボイルオフガス再液化ライン４は、液化ガスタンク２の液化ガス２１内に挿通されたボイルオフガス返戻管４１と、ボイルオフガス２２を凝縮して捕集しボイルオフガス２２を液体として液化ガス２１内に放出する圧力保持手段４２と、を有する。なお、図では、ボイルオフガス返戻管４１の一部のみを図示し、ボイルオフガス再液化ライン４を構成する配管の図を簡略化している。
【００３４】
ボイルオフガス返戻管４１は、ボイルオフガス排出ライン３から分岐され、液化ガスタンク２のタンクドーム２ｂから液化ガスタンク２内に挿通され、液化ガス２１内に浸漬されている。ボイルオフガス返戻管４１は、略垂直に液化ガス２１に浸漬した垂直部４１ａと略水平方向に屈曲した水平部４１ｂとを有する。垂直部４１ａは、深さＭだけ液化ガス２１に浸漬し、水平部４１ｂは、長さＮを有する。深さＭは、熱交換率を長く保持するために、液化ガス２１の液面から離れた液化ガスタンク２の底部寄りに垂直部４１ａの下端が配置されるように設定される。また、液化ガス２１内に浸漬されたボイルオフガス返戻管４１の長さＬ（すなわち、垂直部４１ａの深さＭ及び水平部４１ｂの長さＮの合計）は、ボイルオフガス２２の再液化に必要な熱量を放出可能な長さに設定される。
【００３５】
なお、ボイルオフガス返戻管４１は、タンクドーム２ｂ以外の部分（例えば、液化ガスタンク２の側壁部や底面部）から液化ガスタンク２内に導くようにしてもよい。また、タンクドーム２ｂを有しない液化ガスタンク２の場合には、ボイルオフガス返戻管４１は、液化ガスタンク２の屋根部、側壁部、底面部等から液化ガスタンク２内に導くようにすればよい。
【００３６】
ここで、ボイルオフガス処理装置１の作用について、図２を参照しつつ説明する。図２に示した圧力−エンタルピー線図において、横軸はエンタルピー（ｋＪ／ｋｇ）、縦軸は圧力（ｋＰａ）を示している。また、図中、中央部の曲線は気液平衡線１００、左上から気液平衡線１００を横切って右下に至る曲線は等温線１０１、右上に向かう曲線は等エントロピー線１０２、を示している。なお、等温線１０１及び等エントロピー線１０２については、説明に必要な部分のみを図示している。また、気液平衡線１００の内側は気液混合相、気液平衡線１００の左側は液相、気液平衡線１００の右側は気相、を意味する。
【００３７】
ところで、液化ガスタンク２は、断熱対策が施されていたとしても、少なからず、タンク外部からタンク内部への侵入熱を生じ、かかる侵入熱により液化ガス２１は蒸発し、ボイルオフガス２２を生じる。ボイルオフガス２２が発生すると、液化ガスタンク２内のガス蒸気圧は上昇し、液化ガスタンク２内の液化ガス２１は、液化ガス表面温度の飽和蒸気圧となって気液平衡状態になる。また、侵入熱により温められた液化ガス２１は、温度上昇に伴う対流によって、液化ガスタンク２の液表面部分に集まり、図１（ａ）に示したように、液化ガス２１の全体温度よりも高温の液層（上部高温層２１ａ）を形成する。また、上部高温層２１ａの下には、上部高温層２１ａよりも大量かつ低温の液層（下部低温層２１ｂ）が形成される。
【００３８】
いま、液化ガスタンク２内において、液化ガス２１とボイルオフガス２２とが気液平衡状態を保った状態Ａにあるものとする。液化ガスタンク２への侵入熱は、上部高温層２１ａに略集約されることから、上部高温層２１ａの液体（液化ガス２１）は、侵入熱によりΔｈ１の熱量を吸収し、気液平衡状態を保つために、状態Ｂへと移行してガス化し、ボイルオフガス２２となる。
【００３９】
ボイルオフガス処理装置１を作動させると、ボイルオフガス２２はコンプレッサ３２によって昇圧されることから、ボイルオフガス２２の状態は、例えば、状態Ｃへと移行する。なお、ここでは、等エントロピー線１０２に略沿うように変化した場合を図示しているが、配管からの熱移動等もあるため完全断熱圧縮にはならず、必ずしも等エントロピー線１０２に沿って移行するわけではない。状態Ｃへの移行による圧力上昇に伴って、ボイルオフガス２２はΔｈ２の熱量を吸収する。また、状態Ｃを通る等温線１０１ｃは、状態Ａの近傍を通る等温線１０１ａよりも高い温度を示している。例えば、液化ガス２１が液化メタンガスの場合、等温線１０１ａは約−１６０℃を示し、等温線１０１ｃは約−１２０℃を示している。なお、状態Ｃにおける温度は、天然ガスの性状、ボイルオフガス２２の圧力や性状等によって正確に計算することができる。
【００４０】
そして、状態Ｃのボイルオフガス２２をボイルオフガス再液化ライン４のボイルオフガス返戻管４１によって、液化ガスタンク２の液化ガス２１内に導入する場合を考える。ボイルオフガス２２は、ボイルオフガス返戻管４１の垂直部４１ａを通過して深さＭまで移送され、水平部４１ｂを経由して状態Ｄ又は同一直線上の過冷却状態に至り、液化ガスタンク２の液化ガス２１内に放出される。このとき、深さＭまで移送されたボイルオフガス２２は、下部低温層２１ｂの低温の液化ガス２１と熱交換され、Δｈ３の熱量を放出して凝縮し液化する。なお、下部低温層２１ｂの液化ガス２１は、より高い圧力で平衡状態にある上部高温層２１ａの液化ガス２１の状態に至っておらず、状態Ａの温度よりも低い温度である等温線１０１ａ上の温度を有している。
【００４１】
ボイルオフガス返戻管４１の圧力は、ボイルオフガス２２と下部低温層２１ｂとの間で、ボイルオフガス２２の液化に必要な熱量Δｈ３を放出可能な温度差を与える圧力Ｐｄが得られるように設定される。すなわち、状態Ｃから気液平衡線１００上の状態Ｄに至るボイルオフガス２２と下部低温層２１ｂとの間で熱交換が行われ、必要な時間当たりの熱量交換ができるようにボイルオフガス返戻管４１の圧力Ｐｄを設定することができ、かかる圧力Ｐｄが得られるように、ボイルオフガス返戻管４１の終端部に圧力保持手段４２が配置される。また、ボイルオフガス返戻管４１の長さＬは、圧力Ｐｄに応じた時間当たりの交換熱量によって液化するボイルオフガス２２が全て状態Ｄに移行するのに必要な熱量Δｈ３を放出し、ボイルオフガス再液化ライン４が、ボイルオフガス２２の全部を再液化して液化ガス２１内に放出する場合には、完全に液化するのに必要な長さに設定される。
【００４２】
なお、常圧で液化ガス２１を貯蔵する液化ガスタンク２では、圧力Ｐａは約１気圧（約１０１ｋＰａ）であり、圧力Ｐｄは、例えば、２〜４気圧（約２０２〜約４０４ｋＰａ）もあれば十分である。
【００４３】
その後、再液化されたボイルオフガス２２は、液化ガス２１内に放出され、下部低温層２１ｂの液化ガス２１に混入することによって、Δｈ４に相当する熱量を放出し、下部低温層２１ｂの液化ガス２１と均一化する。なお、状態Ｄ又は過冷却状態において液化ガス２１内に放出された再液化されたボイルオフガス２２は、断熱膨張により気化する場合もあり得るが、上部高温層２１ａに到達するまでの間にΔｈ４の熱量を放出し最終的に液化される。
【００４４】
上述したボイルオフガス２２の再液化の過程において、液化ガスタンク２内の液化ガス２１は、Δｈ３及びΔｈ４の熱量を吸収することから、若干の温度上昇を生じる。しかしながら、下部低温層２１ｂの液化ガス２１は大量に存在していること、液化ガス２１の全体の温度上昇には長時間を要すること等から、ボイルオフガス２２の再液化に伴う温度上昇は液化ガス２１に分散され、実質的に霧消される。
【００４５】
なお、図２において、状態Ｃから状態Ｄに至る途中の気液混合相のまま液化ガス２１内にボイルオフガス２２を放出するようにしてもよい。これは、ボイルオフガス再液化ライン４が、ボイルオフガス２２の一部を再液化して液化ガス２１内に放出する場合を意味している。例えば、ボイルオフガス再液化ライン４におけるボイルオフガス２２の移送圧力が低い場合、ボイルオフガス２２の完全な再液化を必要としない場合等に有効である。
【００４６】
上述したボイルオフガス２２の再液化処理は、侵入熱によって昇圧された液化ガスタンク２に対して、ボイルオフガス２２を下部低温層２１ｂに再液化して返戻することにより、上部高温層２１ａに蓄熱された侵入熱を下部低温層２１ｂに分散蓄熱していることとなる。すなわち、ボイルオフガス処理装置１は、あたかも蓄圧装置のごとき作用を有する。したがって、液化ガスタンク２にボイルオフガス処理装置１を配置することにより、液化ガスタンク２が常圧タンクの場合であっても、上限の所定圧力に達するまでの時間を長く確保することができる。
【００４７】
また、上述したボイルオフガス処理装置１によれば、ボイルオフガス再液化ライン４を配置するだけでよく、特別な再液化装置を必要とせず、ボイルオフガス２２の処理に要する設備コスト及び運転コストを低減することができる。また、液化ガスタンク２内が所定圧力に達しないようにボイルオフガス２２をガス蒸気相から排出することができ、排出したボイルオフガス２２を再液化して液化ガスタンク２に返戻することができ、ボイルオフガス２２の焼却又は廃却を抑制することができる。
【００４８】
ところで、圧力保持手段４２には、例えば、図１（ａ）に示したような、ベーパートラップが使用される。ここで、図１（ｂ）は、フロート式のベーパートラップ（圧力保持手段４２）を示している。ベーパートラップは、例えば、本体部４２ａと、本体部４２ａ内で垂直方向に浮沈可能なフロート式開閉弁４２ｂと、液化された液体を吐出する液吐出オリフィス４２ｃと、吐出された液体を外部に放出する排出口４２ｄと、を有する。
【００４９】
ボイルオフガス返戻管４１から移送されるボイルオフガス２２及び再液化されたボイルオフガス２２は、本体部４２ａ内で一時的に貯留され、本体部４２ａに一定量の液体が溜まると、フロート式開閉弁４２ｂが上昇し、液吐出オリフィス４２ｃが開放され、排出口４２ｄに液体が吐出される。本体部４２ａ内の液体が減少すると、フロート式開閉弁４２ｂが降下し、液吐出オリフィス４２ｃが閉鎖される。
【００５０】
かかるベーパートラップ（圧力保持手段４２）をボイルオフガス再液化ライン４に配置することにより、ボイルオフガス返戻管４１内を容易に圧力Ｐｄに維持することができるとともに、ボイルオフガス２２を完全に液化した状態で液化ガスタンク２内に放出することができる。なお、圧力保持手段４２は、図示したものに限定されず、ボイルオフガス返戻管４１内を圧力Ｐｄに維持できるものであれば、他の構造のベーパートラップ、オリフィスのように前後の圧力差を利用した簡易な装置、圧力調整弁等で代用することもできる。
【００５１】
続いて、第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置１の変形例について説明する。ここで、図３は、図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、を示している。また、図４は、図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第四変形例、（ｂ）は第五変形例、（ｃ）は第六変形例、を示している。なお、第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。また、各図において、ボイルオフガス排出管３１及びボイルオフガス返戻管４１の図は省略してある。
【００５２】
図３（ａ）に示した第一変形例は、第一実施形態における圧力保持手段４２を省略したものである。液化ガスタンク２内の液化ガス２１が十分な高さを有し、重力による液化ガス２１の静圧でボイルオフガス２２を凝縮することができる場合又はボイルオフガス再液化ライン４がボイルオフガス２２の液化に十分な長さＬを有する場合には、ベーパートラップ等の圧力保持手段４２を省略することができる。
【００５３】
図３（ｂ）に示した第二変形例は、第一変形例のボイルオフガス再液化ライン４を、液化ガスタンク２の液化ガス２１内で直線状に構成したものである。液化ガスタンク２が十分な高さを有する場合には、深さＭ＝長さＬとなるように、ボイルオフガス再液化ライン４を構成することができる。
【００５４】
図３（Ｃ）に示した第三変形例は、第一実施形態におけるコンプレッサ３２を省略したものである。液化ガスタンク２内のガス蒸気圧のみで、ボイルオフガス２２を液化ガスタンク２の液化ガス２１内に返戻することができる場合には、ボイルオフガス２２を排出又は昇圧するコンプレッサ３２を省略することができる。
【００５５】
図４（ａ）に示した第四変形例は、ボイルオフガス再液化ライン４の液化ガス２１に浸漬された部分を蛇行させたものである。ボイルオフガス再液化ライン４（具体的には、ボイルオフガス返戻管４１）をかかる形状に構成することにより、ボイルオフガス２２を再液化するための熱交換率を向上させることができる。
【００５６】
図４（ｂ）に示した第五変形例は、ボイルオフガス再液化ライン４の液化ガス２１に浸漬された部分をコイル状に形成したものである。ボイルオフガス再液化ライン４（具体的には、ボイルオフガス返戻管４１）をかかる形状に構成することにより、ボイルオフガス２２を再液化するための熱交換率を向上させることができる。
【００５７】
図４（ｃ）に示した第六変形例は、ボイルオフガス再液化ライン４の水平部（具体的には、ボイルオフガス返戻管４１の水平部４１ｂ）を蛇行させたものである。かかる構成によってもボイルオフガス２２を再液化するための熱交換率を向上させることができる。なお、図示しないが、第二変形例と同様に、ボイルオフガス再液化ライン４の水平部をコイル状に形成してもよい。
【００５８】
上述した第四変形例〜第六変形例において、ベーパートラップ等の圧力保持手段４２を配置するようにしてもよいし、コンプレッサ３２を省略するようにしてもよい。また、上述した第一変形例〜第六変形例において、ボイルオフガス消費ライン５を図示していないが、第一実施形態と同様のボイルオフガス消費ライン５を配置してもよいし、不要であれば省略するようにしてもよい。
【００５９】
次に、本発明の第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置１について説明する。ここで、図５は、本発明の第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）は変形例、を示している。なお、第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。また、各図において、ボイルオフガス排出管３１及びボイルオフガス返戻管４１の図は省略してある。
【００６０】
図５（ａ）に示した第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置１は、ボイルオフガス再液化ライン４を液化ガスタンク２の外部に誘導する外部誘導ライン６と、外部誘導ライン６の先端に配置されボイルオフガス２２を凝縮して捕集しボイルオフガス２２を液体として放出する圧力保持手段７と、圧力保持手段７から放出される液体を液化ガスタンク２内の液化ガス２１に返戻する返戻ライン８と、を有する。かかる第二実施形態によれば、圧力保持手段７を約−１６０℃（液化ガス２１がＬＮＧの場合）の低温域に配置する必要がなく、略常温常圧域に配置することができるため、市販されている又はより簡略化したベーパートラップ、オリフィス、圧力調整弁等を圧力保持手段７として使用することができる。勿論、圧力保持手段７は、図１（ｂ）に示したベーパートラップと同じ構成のものを使用するようにしてもよい。また、第二実施形態によれば、液化ガスタンク２に液化ガス２１を貯蔵した状態で、圧力保持手段７のメンテナンスを行うこともできる。
【００６１】
図５（ｂ）に示した第二実施形態の変形例は、圧力保持手段７と返戻ライン８との間に、圧力保持手段７から放出される液体を一時的に受け容れる受液タンク９を有するものである。また、受液タンク９には、液化ガスタンク２の内部と受液タンク９の内部とを連通する連通ライン９１が接続されている。かかる連通ライン９１を形成することにより、受液タンク９と液化ガスタンク２内のガス蒸気圧を同じ圧力にすることによって、受液タンク９内の液体を液化ガスタンク２の液化ガス２１内に容易に返戻することができる。返戻ライン８や連通ライン９１には、必要に応じて圧力調整弁等を配置するようにしてもよい。
【００６２】
上述した本発明に係る実施形態の説明において、「上部高温層２１ａ」及び「下部低温層２１ｂ」の用語は、ボイルオフガス２２を外部に取り出さない場合又はボイルオフガス２２を外部に取り出したとしても液化ガスタンク２内のガス蒸気圧が液化ガスタンク２の深部における圧力よりも高い場合を想定したものである。上述した実施形態に係るボイルオフガス処理装置１を作動させることにより、液化ガスタンク２内のガス蒸気圧が液化ガスタンク２の深部における液化ガス２１の飽和蒸気圧と同等以下の圧力になった場合には、上部高温層２１ａと下部低温層２１ｂとを区別できなくなる場合（例えば、図２における状態Ａの温度が等温線１０１ａ以下となる場合）もあり得るが、本発明はこのような状態を除外する趣旨ではない。すなわち、「上部高温層２１ａ」及び「下部低温層２１ｂ」の用語は、ボイルオフガス２２を外部に取り出さないと仮定した場合に形成される上部高温層及び下部低温層であって、その後の液化ガス２１の温度変化に左右されない層を意味する。なお、上部高温層は上部集熱層や上部蓄熱層と読み替えてもよいし、下部低温層は下部液化ガス層と読み替えるようにしてもよい。
【００６３】
本発明は上述した実施形態に限定されず、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガスに関する、輸送タンカー、輸入基地、備蓄基地、船舶の液化ガス燃料タンク等の施設及び設備に適宜適用することができる、常圧タンク以外の液化ガスタンクにも適用することができる、上述した実施形態及び変形例は適宜組み合わせて使用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６４】
１ ボイルオフガス処理装置
２ 液化ガスタンク
３ ボイルオフガス排出ライン
４ ボイルオフガス再液化ライン
５ ボイルオフガス消費ライン
６ 外部誘導ライン
７，４２ 圧力保持手段
８ 返戻ライン
９ 受液タンク
２１ 液化ガス
２２ ボイルオフガス
３２ コンプレッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンクに関し、特に、ボイルオフガスを再液化して液化ガスタンク内に返戻するためのボイルオフガス処理装置及び該ボイルオフガス処理装置を備えた液化ガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガスは、輸送タンカー、輸入基地、備蓄基地、船舶の液化ガス燃料タンク等の施設及び設備において、液化ガスタンク内に封入されて貯蔵される。液化ガスタンクは、断熱対策が施されていたとしても、少なからず、タンク外部からタンク内部への侵入熱を生じ、かかる侵入熱により液化ガスは蒸発する。
【０００３】
この蒸発したガス（以下、「ボイルオフガス」という。）を液化ガスタンクの外部に取り出さない場合、液化ガスタンク内のガス蒸気圧は上昇し、液化ガスタンク内の液化ガスは、液化ガス表面温度の飽和蒸気圧となって気液平衡状態になる。また、温められた液化ガスは、温度上昇に伴う対流によって、液化ガスタンクの液表面部分に集まり、液化ガスの全体温度よりも高温の液層（上部高温層）を形成する。そして、この上部高温層とガス蒸気相との間で気液平衡状態が保たれる。
【０００４】
すなわち、液化ガスタンクへの侵入熱は、液化ガスの対流によって上部高温層に運ばれ、上部高温層の温度を上昇させることとなる。したがって、上部高温層の温度は、比較的短時間で上昇し、上部高温層の温度と平衡するガス蒸気相の圧力も上昇することとなる。上部高温層は、液化ガスの大部分を占める下部低温層よりも層が薄い（量が少ない）ことから、比較的短い時間で液化ガスタンクの所定圧力（上限値）まで上昇することとなる。
【０００５】
そこで、従来、例えば、常圧で液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクにあっては、液化ガスタンクの内圧を所定圧力以下に抑制するために、ボイルオフガスをコンプレッサ等により外部のガス処理装置に移送して処理していた。ガス処理装置には、例えば、ボイルオフガスを窒素ガス等の低温媒体により冷却し液化して液化ガスタンクに返戻する再液化装置、ボイラやガス焚きエンジン等で燃焼しエネルギー源として使用するガス使用装置、ガスを燃焼廃棄するガス焼却廃棄装置、ガスフレアやガスベント装置等の大気への廃棄装置等、がある。
【０００６】
特許文献１に記載されたボイルオフガスの処理方法は、低温液化ガスタンク内で発生したＢＯＧ（ボイルオフガス）を取り出すＢＯＧ取出管の途中よりＢＯＧ戻し管を分岐させ、該ＢＯＧ戻し管を低温液化ガスタンク内に入れて先端部をタンク底部近くに開口させ、且つ上記ＢＯＧ戻し管の先端部である下端出口部に、ＢＯＧを小径の気泡として噴出させるようにするための網を取り付け、上記ＢＯＧ取出管に取り出されたＢＯＧをＢＯＧ戻し管内から網を通し小径の気泡として低温液化ガス中に噴出させるようにしたものである。かかる処理方法は、ボイルオフガスを再液化するものである。
【０００７】
特許文献２に記載されたボイルオフガスの処理方法は、液化ガス運搬船の液化ガスタンクにて発生するＢＯＧ（ボイルオフガス）を、改質して燃料電池へ燃料として供給し、該燃料電池により発電させるようにしたものである。かかる処理方法は、ボイルオフガスをエネルギー源として使用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−４６２９５号公報
【特許文献２】特開２００４−５１０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ボイルオフガスを再液化する場合は設備コスト及び運転コストが多大である、ボイルオフガスをエネルギー源として使用する場合は設備コストが多大である、ボイルオフガスを焼却又は廃却する場合は無駄が多い、という問題があった。
【００１０】
また、特許文献１に記載された再液化装置では、ボイルオフガスを気泡のまま液化ガスタンク内に噴出させており、ボイルオフガスの気泡は、気泡のまま液化ガス内を上昇し、液表面に到達し、ガス蒸気相に戻ってしまうという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２に記載された処理方法では、燃料電池、改質器等を備えた燃料電池設備が必要であり、設備コストが多大となる。また、このように、ボイルオフガスをエネルギー源として使用する場合には、ボイルオフガスの発生量がエネルギー消費量を上回ることもあり、かかる場合には、結局、ボイルオフガスを焼却又は廃却しなければならないという問題もあった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、ボイルオフガスの処理に要する設備コスト及び運転コストを低減し、ボイルオフガスの焼却又は廃却を抑制することができる、ボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンク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】
【００１３】
本発明によれば、液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク内で発生したボイルオフガスを再液化して前記液化ガスタンク内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、前記ボイルオフガスを前記液化ガスタンクから外部に排出するボイルオフガス排出ラインと、前記ボイルオフガス排出ラインの少なくとも一部を前記液化ガスタンク内の前記液化ガス内に浸漬させたボイルオフガス再液化ラインと、を有し、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの再液化に必要な圧力を保持するとともに、前記ボイルオフガスの再液化に必要な熱量を放出可能な長さを有する、ことを特徴とするボイルオフガス処理装置が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、液化ガスを貯蔵する断熱容器を有する液化ガスタンクであって、前記液化ガスタンク内で発生したボイルオフガスを再液化して前記液化ガスタンク内に返戻するボイルオフガス処理装置を有し、前記ボイルオフガスを前記液化ガスタンクから外部に排出するボイルオフガス排出ラインと、前記ボイルオフガス排出ラインの少なくとも一部を前記液化ガスタンク内の前記液化ガス内に浸漬させたボイルオフガス再液化ラインと、を有し、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの再液化に必要な圧力を保持するとともに、前記ボイルオフガスの再液化に必要な熱量を放出可能な長さを有する、ことを特徴とする液化ガスタンクが提供される。
【００１５】
上述したボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンクにおいて、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として前記液化ガス内に放出する圧力保持手段を有していてもよい。
【００１６】
前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの全部を再液化して前記液化ガス内に放出してもよいし、前記ボイルオフガスの一部を再液化して前記液化ガス内に放出してもよい。
【００１７】
また、前記ボイルオフガス再液化ラインを前記液化ガスタンクの外部に誘導する外部誘導ラインと、該外部誘導ラインの先端に配置され前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として放出する圧力保持手段と、該圧力保持手段から放出される液体を前記液化ガスタンク内の液化ガスに返戻する返戻ラインと、を有していてもよい。
【００１８】
さらに、前記圧力保持手段と前記返戻ラインとの間に、前記圧力保持手段から放出される液体を一時的に受け容れる受液タンクを有していてもよい。
【００１９】
また、前記ボイルオフガス排出ラインは、前記ボイルオフガスを排出又は昇圧するコンプレッサを有していてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
上述した本発明に係るボイルオフガス処理装置及び液化ガスタンクによれば、ボイルオフガス再液化ラインを所定の圧力を保持するとともに所定の長さに形成することにより、ボイルオフガス再液化ライン内のボイルオフガスと液化ガスタンク内に貯蔵された液化ガスとを熱交換させて、ボイルオフガスをボイルオフガス再液化ライン内で再液化させることができ、ボイルオフガスを再液化してから液化ガスタンクに放出することができる。したがって、特別な再液化装置を必要とせず、ボイルオフガスの処理に要する設備コスト及び運転コストを低減することができる。
【００２１】
また、液化ガスタンク内が所定圧力に達しないようにボイルオフガスをガス蒸気相から排出することができ、排出したボイルオフガスを再液化して液化ガスタンクに返戻することができる。したがって、ボイルオフガスの焼却又は廃却を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）はベーパートラップの概略構成図、を示している。
【図２】ボイルオフガス処理装置の作用を示す圧力−エンタルピー線図である。
【図３】図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、を示している。
【図４】図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第四変形例、（ｂ）は第五変形例、（ｃ）は第六変形例、を示している。
【図５】本発明の第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）は変形例、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）はベーパートラップの概略構成図、を示している。図２は、ボイルオフガス処理装置の作用を示す圧力−エンタルピー線図である。
【００２４】
本発明の第一実施形態にボイルオフガス処理装置１は、図１（ａ）に示したように、液化ガス２１を貯蔵する液化ガスタンク２内で発生したボイルオフガス２２を再液化して液化ガスタンク２内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、ボイルオフガス２２を液化ガスタンク２から外部に排出するボイルオフガス排出ライン３と、ボイルオフガス排出ライン３の少なくとも一部を液化ガスタンク２内の液化ガス２１内に浸漬させたボイルオフガス再液化ライン４と、を有し、ボイルオフガス再液化ライン４は、ボイルオフガス２２の再液化に必要な圧力を保持する圧力保持手段４２を有するとともに、ボイルオフガス２２の再液化に必要な熱量を放出可能な長さＬを有している。
【００２５】
図１（ａ）に示した液化ガスタンク２は、液化ガス２１を貯蔵する断熱容器２ａと、断熱容器２ａの上部に配置されたタンクドーム２ｂと、を有する。なお、液化ガスタンク２の構成は、図示したものに限定されず、輸送タンカー、輸入基地、備蓄基地、船舶の液化ガス燃料タンク等、配置場所や使用目的等に応じて、適宜変更し得るものである。
【００２６】
断熱容器２ａは、例えば、低温靭性に優れた素材により構成される内層と、外部からの侵入熱を抑制する断熱層（又は保冷層）と、断熱層を保持する外層と、を有する。また、断熱容器２ａの形状は、図示したような角型の形状であってもよいし、球型の形状であってもよいし、円筒型の形状であってもよい。タンクドーム２ｂは、断熱容器２ａの屋根部に配置され、液化ガスの搬出入を行う配管等の挿通口やメンテナンス等のための交通路を構成する。
【００２７】
ボイルオフガス排出ライン３は、液化ガスタンク２内の上層部に挿通されたボイルオフガス排出管３１と、ボイルオフガス２２を排出又は昇圧するコンプレッサ３２と、ボイルオフガス２２の流路を変更する流路切替弁３３と、を有する。なお、図では、ボイルオフガス排出管３１の一部のみを図示し、ボイルオフガス排出ライン３を構成する配管の図を簡略化している。
【００２８】
ボイルオフガス排出管３１は、液化ガスタンク２のタンクドーム２ｂから液化ガスタンク２内に挿通及び開口され、液化ガスタンク２の上層部に溜まったボイルオフガス２２を吸入できる位置に配置されている。
【００２９】
コンプレッサ３２は、液化ガスタンク２内に溜まったボイルオフガス２２を吸引し、ボイルオフガス排出ライン３によりタンク外に排出する。コンプレッサ３２は、液化ガスタンク２内の圧力が所定の閾値に到達すると自動的に作動させるようにしてもよいし、手動で任意のタイミングに作動させるようにしてもよい。
【００３０】
ボイルオフガス排出ライン３は、例えば、ボイルオフガス再液化ライン４及びボイルオフガス消費ライン５に分岐される。ボイルオフガス排出ライン３の分岐点には、流路切替弁３３が配置されている。流路切替弁３３は、必ずしも三方弁である必要はなく、ボイルオフガス再液化ライン４及びボイルオフガス消費ライン５のそれぞれに配置した止め弁で代用するようにしてもよい。ボイルオフガス消費ライン５は、ボイルオフガス２２をエネルギー源として使用する場合等に使用される。
【００３１】
ボイルオフガス消費ライン５は、第一消費ライン５１及び第二消費ライン５２に分岐される。ボイルオフガス消費ライン５の分岐点には、流路切替弁５３が配置されている。流路切替弁５３は、必ずしも三方弁である必要はなく、第一消費ライン５１及び第二消費ライン５２のそれぞれに配置した止め弁で代用するようにしてもよい。第一消費ライン５１は、例えば、エンジン５４に接続され、第二消費ライン５２は、例えば、ボイラ５５に接続されており、ボイルオフガス２２を燃料として使用する。なお、ボイルオフガス２２の発生量がエネルギー消費量を上回る場合には、ボイルオフガス２２はボイルオフガス再液化ライン４に移送され、再液化される。
【００３２】
なお、ボイルオフガス消費ライン５の構成は、図示したものに限定されるものではなく、ガス使用装置（エンジン５４、ボイラ５５等）が単数の場合には第一消費ライン５１及び第二消費ライン５２に分岐させる必要はないし、ガス使用装置（エンジン５４、ボイラ５５等）が三台以上の場合には台数に合わせてボイルオフガス消費ライン５を分岐させるようにしてもよいし、単数又は複数の同種又は異種のガス使用装置（エンジン、ボイラ等）を適宜組み合わせた構成であってもよいし、必要に応じて、ガス焼却廃棄装置や大気への廃棄装置を有していてもよい。
【００３３】
ボイルオフガス再液化ライン４は、液化ガスタンク２の液化ガス２１内に挿通されたボイルオフガス返戻管４１と、ボイルオフガス２２を凝縮して捕集しボイルオフガス２２を液体として液化ガス２１内に放出する圧力保持手段４２と、を有する。なお、図では、ボイルオフガス返戻管４１の一部のみを図示し、ボイルオフガス再液化ライン４を構成する配管の図を簡略化している。
【００３４】
ボイルオフガス返戻管４１は、ボイルオフガス排出ライン３から分岐され、液化ガスタンク２のタンクドーム２ｂから液化ガスタンク２内に挿通され、液化ガス２１内に浸漬されている。ボイルオフガス返戻管４１は、略垂直に液化ガス２１に浸漬した垂直部４１ａと略水平方向に屈曲した水平部４１ｂとを有する。垂直部４１ａは、深さＭだけ液化ガス２１に浸漬し、水平部４１ｂは、長さＮを有する。深さＭは、熱交換率を長く保持するために、液化ガス２１の液面から離れた液化ガスタンク２の底部寄りに垂直部４１ａの下端が配置されるように設定される。また、液化ガス２１内に浸漬されたボイルオフガス返戻管４１の長さＬ（すなわち、垂直部４１ａの深さＭ及び水平部４１ｂの長さＮの合計）は、ボイルオフガス２２の再液化に必要な熱量を放出可能な長さに設定される。
【００３５】
なお、ボイルオフガス返戻管４１は、タンクドーム２ｂ以外の部分（例えば、液化ガスタンク２の側壁部や底面部）から液化ガスタンク２内に導くようにしてもよい。また、タンクドーム２ｂを有しない液化ガスタンク２の場合には、ボイルオフガス返戻管４１は、液化ガスタンク２の屋根部、側壁部、底面部等から液化ガスタンク２内に導くようにすればよい。
【００３６】
ここで、ボイルオフガス処理装置１の作用について、図２を参照しつつ説明する。図２に示した圧力−エンタルピー線図において、横軸はエンタルピー（ｋＪ／ｋｇ）、縦軸は圧力（ｋＰａ）を示している。また、図中、中央部の曲線は気液平衡線１００、左上から気液平衡線１００を横切って右下に至る曲線は等温線１０１、右上に向かう曲線は等エントロピー線１０２、を示している。なお、等温線１０１及び等エントロピー線１０２については、説明に必要な部分のみを図示している。また、気液平衡線１００の内側は気液混合相、気液平衡線１００の左側は液相、気液平衡線１００の右側は気相、を意味する。
【００３７】
ところで、液化ガスタンク２は、断熱対策が施されていたとしても、少なからず、タンク外部からタンク内部への侵入熱を生じ、かかる侵入熱により液化ガス２１は蒸発し、ボイルオフガス２２を生じる。ボイルオフガス２２が発生すると、液化ガスタンク２内のガス蒸気圧は上昇し、液化ガスタンク２内の液化ガス２１は、液化ガス表面温度の飽和蒸気圧となって気液平衡状態になる。また、侵入熱により温められた液化ガス２１は、温度上昇に伴う対流によって、液化ガスタンク２の液表面部分に集まり、図１（ａ）に示したように、液化ガス２１の全体温度よりも高温の液層（上部高温層２１ａ）を形成する。また、上部高温層２１ａの下には、上部高温層２１ａよりも大量かつ低温の液層（下部低温層２１ｂ）が形成される。
【００３８】
いま、液化ガスタンク２内において、液化ガス２１とボイルオフガス２２とが気液平衡状態を保った状態Ａにあるものとする。液化ガスタンク２への侵入熱は、上部高温層２１ａに略集約されることから、上部高温層２１ａの液体（液化ガス２１）は、侵入熱によりΔｈ１の熱量を吸収し、気液平衡状態を保つために、状態Ｂへと移行してガス化し、ボイルオフガス２２となる。
【００３９】
ボイルオフガス処理装置１を作動させると、ボイルオフガス２２はコンプレッサ３２によって昇圧されることから、ボイルオフガス２２の状態は、例えば、状態Ｃへと移行する。なお、ここでは、等エントロピー線１０２に略沿うように変化した場合を図示しているが、配管からの熱移動等もあるため完全断熱圧縮にはならず、必ずしも等エントロピー線１０２に沿って移行するわけではない。状態Ｃへの移行による圧力上昇に伴って、ボイルオフガス２２はΔｈ２の熱量を吸収する。また、状態Ｃを通る等温線１０１ｃは、状態Ａの近傍を通る等温線１０１ａよりも高い温度を示している。例えば、液化ガス２１が液化メタンガスの場合、等温線１０１ａは約−１６０℃を示し、等温線１０１ｃは約−１２０℃を示している。なお、状態Ｃにおける温度は、天然ガスの性状、ボイルオフガス２２の圧力や性状等によって正確に計算することができる。
【００４０】
そして、状態Ｃのボイルオフガス２２をボイルオフガス再液化ライン４のボイルオフガス返戻管４１によって、液化ガスタンク２の液化ガス２１内に導入する場合を考える。ボイルオフガス２２は、ボイルオフガス返戻管４１の垂直部４１ａを通過して深さＭまで移送され、水平部４１ｂを経由して状態Ｄ又は同一直線上の過冷却状態に至り、液化ガスタンク２の液化ガス２１内に放出される。このとき、深さＭまで移送されたボイルオフガス２２は、下部低温層２１ｂの低温の液化ガス２１と熱交換され、Δｈ３の熱量を放出して凝縮し液化する。なお、下部低温層２１ｂの液化ガス２１は、より高い圧力で平衡状態にある上部高温層２１ａの液化ガス２１の状態に至っておらず、状態Ａの温度よりも低い温度である等温線１０１ａ上の温度を有している。
【００４１】
ボイルオフガス返戻管４１の圧力は、ボイルオフガス２２と下部低温層２１ｂとの間で、ボイルオフガス２２の液化に必要な熱量Δｈ３を放出可能な温度差を与える圧力Ｐｄが得られるように設定される。すなわち、状態Ｃから気液平衡線１００上の状態Ｄに至るボイルオフガス２２と下部低温層２１ｂとの間で熱交換が行われ、必要な時間当たりの熱量交換ができるようにボイルオフガス返戻管４１の圧力Ｐｄを設定することができ、かかる圧力Ｐｄが得られるように、ボイルオフガス返戻管４１の終端部に圧力保持手段４２が配置される。また、ボイルオフガス返戻管４１の長さＬは、圧力Ｐｄに応じた時間当たりの交換熱量によって液化するボイルオフガス２２が全て状態Ｄに移行するのに必要な熱量Δｈ３を放出し、ボイルオフガス再液化ライン４が、ボイルオフガス２２の全部を再液化して液化ガス２１内に放出する場合には、完全に液化するのに必要な長さに設定される。
【００４２】
なお、常圧で液化ガス２１を貯蔵する液化ガスタンク２では、圧力Ｐａは約１気圧（約１０１ｋＰａ）であり、圧力Ｐｄは、例えば、２〜４気圧（約２０２〜約４０４ｋＰａ）もあれば十分である。
【００４３】
その後、再液化されたボイルオフガス２２は、液化ガス２１内に放出され、下部低温層２１ｂの液化ガス２１に混入することによって、Δｈ４に相当する熱量を放出し、下部低温層２１ｂの液化ガス２１と均一化する。なお、状態Ｄ又は過冷却状態において液化ガス２１内に放出された再液化されたボイルオフガス２２は、断熱膨張により気化する場合もあり得るが、上部高温層２１ａに到達するまでの間にΔｈ４の熱量を放出し最終的に液化される。
【００４４】
上述したボイルオフガス２２の再液化の過程において、液化ガスタンク２内の液化ガス２１は、Δｈ３及びΔｈ４の熱量を吸収することから、若干の温度上昇を生じる。しかしながら、下部低温層２１ｂの液化ガス２１は大量に存在していること、液化ガス２１の全体の温度上昇には長時間を要すること等から、ボイルオフガス２２の再液化に伴う温度上昇は液化ガス２１に分散され、実質的に霧消される。
【００４５】
なお、図２において、状態Ｃから状態Ｄに至る途中の気液混合相のまま液化ガス２１内にボイルオフガス２２を放出するようにしてもよい。これは、ボイルオフガス再液化ライン４が、ボイルオフガス２２の一部を再液化して液化ガス２１内に放出する場合を意味している。例えば、ボイルオフガス再液化ライン４におけるボイルオフガス２２の移送圧力が低い場合、ボイルオフガス２２の完全な再液化を必要としない場合等に有効である。
【００４６】
上述したボイルオフガス２２の再液化処理は、侵入熱によって昇圧された液化ガスタンク２に対して、ボイルオフガス２２を下部低温層２１ｂに再液化して返戻することにより、上部高温層２１ａに蓄熱された侵入熱を下部低温層２１ｂに分散蓄熱していることとなる。すなわち、ボイルオフガス処理装置１は、あたかも蓄圧装置のごとき作用を有する。したがって、液化ガスタンク２にボイルオフガス処理装置１を配置することにより、液化ガスタンク２が常圧タンクの場合であっても、上限の所定圧力に達するまでの時間を長く確保することができる。
【００４７】
また、上述したボイルオフガス処理装置１によれば、ボイルオフガス再液化ライン４を配置するだけでよく、特別な再液化装置を必要とせず、ボイルオフガス２２の処理に要する設備コスト及び運転コストを低減することができる。また、液化ガスタンク２内が所定圧力に達しないようにボイルオフガス２２をガス蒸気相から排出することができ、排出したボイルオフガス２２を再液化して液化ガスタンク２に返戻することができ、ボイルオフガス２２の焼却又は廃却を抑制することができる。
【００４８】
ところで、圧力保持手段４２には、例えば、図１（ａ）に示したような、ベーパートラップが使用される。ここで、図１（ｂ）は、フロート式のベーパートラップ（圧力保持手段４２）を示している。ベーパートラップは、例えば、本体部４２ａと、本体部４２ａ内で垂直方向に浮沈可能なフロート式開閉弁４２ｂと、液化された液体を吐出する液吐出オリフィス４２ｃと、吐出された液体を外部に放出する排出口４２ｄと、を有する。
【００４９】
ボイルオフガス返戻管４１から移送されるボイルオフガス２２及び再液化されたボイルオフガス２２は、本体部４２ａ内で一時的に貯留され、本体部４２ａに一定量の液体が溜まると、フロート式開閉弁４２ｂが上昇し、液吐出オリフィス４２ｃが開放され、排出口４２ｄに液体が吐出される。本体部４２ａ内の液体が減少すると、フロート式開閉弁４２ｂが降下し、液吐出オリフィス４２ｃが閉鎖される。
【００５０】
かかるベーパートラップ（圧力保持手段４２）をボイルオフガス再液化ライン４に配置することにより、ボイルオフガス返戻管４１内を容易に圧力Ｐｄに維持することができるとともに、ボイルオフガス２２を完全に液化した状態で液化ガスタンク２内に放出することができる。なお、圧力保持手段４２は、図示したものに限定されず、ボイルオフガス返戻管４１内を圧力Ｐｄに維持できるものであれば、他の構造のベーパートラップ、オリフィスのように前後の圧力差を利用した簡易な装置、圧力調整弁等で代用することもできる。
【００５１】
続いて、第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置１の変形例について説明する。ここで、図３は、図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、を示している。また、図４は、図１に示したボイルオフガス処理装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第四変形例、（ｂ）は第五変形例、（ｃ）は第六変形例、を示している。なお、第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。また、各図において、ボイルオフガス排出管３１及びボイルオフガス返戻管４１の図は省略してある。
【００５２】
図３（ａ）に示した第一変形例は、第一実施形態における圧力保持手段４２を省略したものである。液化ガスタンク２内の液化ガス２１が十分な高さを有し、重力による液化ガス２１の静圧でボイルオフガス２２を凝縮することができる場合又はボイルオフガス再液化ライン４がボイルオフガス２２の液化に十分な長さＬを有する場合には、ベーパートラップ等の圧力保持手段４２を省略することができる。
【００５３】
図３（ｂ）に示した第二変形例は、第一変形例のボイルオフガス再液化ライン４を、液化ガスタンク２の液化ガス２１内で直線状に構成したものである。液化ガスタンク２が十分な高さを有する場合には、深さＭ＝長さＬとなるように、ボイルオフガス再液化ライン４を構成することができる。
【００５４】
図３（Ｃ）に示した第三変形例は、第一実施形態におけるコンプレッサ３２を省略したものである。液化ガスタンク２内のガス蒸気圧のみで、ボイルオフガス２２を液化ガスタンク２の液化ガス２１内に返戻することができる場合には、ボイルオフガス２２を排出又は昇圧するコンプレッサ３２を省略することができる。
【００５５】
図４（ａ）に示した第四変形例は、ボイルオフガス再液化ライン４の液化ガス２１に浸漬された部分を蛇行させたものである。ボイルオフガス再液化ライン４（具体的には、ボイルオフガス返戻管４１）をかかる形状に構成することにより、ボイルオフガス２２を再液化するための熱交換率を向上させることができる。
【００５６】
図４（ｂ）に示した第五変形例は、ボイルオフガス再液化ライン４の液化ガス２１に浸漬された部分をコイル状に形成したものである。ボイルオフガス再液化ライン４（具体的には、ボイルオフガス返戻管４１）をかかる形状に構成することにより、ボイルオフガス２２を再液化するための熱交換率を向上させることができる。
【００５７】
図４（ｃ）に示した第六変形例は、ボイルオフガス再液化ライン４の水平部（具体的には、ボイルオフガス返戻管４１の水平部４１ｂ）を蛇行させたものである。かかる構成によってもボイルオフガス２２を再液化するための熱交換率を向上させることができる。なお、図示しないが、第二変形例と同様に、ボイルオフガス再液化ライン４の水平部をコイル状に形成してもよい。
【００５８】
上述した第四変形例〜第六変形例において、ベーパートラップ等の圧力保持手段４２を配置するようにしてもよいし、コンプレッサ３２を省略するようにしてもよい。また、上述した第一変形例〜第六変形例において、ボイルオフガス消費ライン５を図示していないが、第一実施形態と同様のボイルオフガス消費ライン５を配置してもよいし、不要であれば省略するようにしてもよい。
【００５９】
次に、本発明の第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置１について説明する。ここで、図５は、本発明の第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置を示す図であり、（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）は変形例、を示している。なお、第一実施形態に係るボイルオフガス処理装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。また、各図において、ボイルオフガス排出管３１及びボイルオフガス返戻管４１の図は省略してある。
【００６０】
図５（ａ）に示した第二実施形態に係るボイルオフガス処理装置１は、ボイルオフガス再液化ライン４を液化ガスタンク２の外部に誘導する外部誘導ライン６と、外部誘導ライン６の先端に配置されボイルオフガス２２を凝縮して捕集しボイルオフガス２２を液体として放出する圧力保持手段７と、圧力保持手段７から放出される液体を液化ガスタンク２内の液化ガス２１に返戻する返戻ライン８と、を有する。かかる第二実施形態によれば、圧力保持手段７を約−１６０℃（液化ガス２１がＬＮＧの場合）の低温域に配置する必要がなく、略常温常圧域に配置することができるため、市販されている又はより簡略化したベーパートラップ、オリフィス、圧力調整弁等を圧力保持手段７として使用することができる。勿論、圧力保持手段７は、図１（ｂ）に示したベーパートラップと同じ構成のものを使用するようにしてもよい。また、第二実施形態によれば、液化ガスタンク２に液化ガス２１を貯蔵した状態で、圧力保持手段７のメンテナンスを行うこともできる。
【００６１】
図５（ｂ）に示した第二実施形態の変形例は、圧力保持手段７と返戻ライン８との間に、圧力保持手段７から放出される液体を一時的に受け容れる受液タンク９を有するものである。また、受液タンク９には、液化ガスタンク２の内部と受液タンク９の内部とを連通する連通ライン９１が接続されている。かかる連通ライン９１を形成することにより、受液タンク９と液化ガスタンク２内のガス蒸気圧を同じ圧力にすることによって、受液タンク９内の液体を液化ガスタンク２の液化ガス２１内に容易に返戻することができる。返戻ライン８や連通ライン９１には、必要に応じて圧力調整弁等を配置するようにしてもよい。
【００６２】
上述した本発明に係る実施形態の説明において、「上部高温層２１ａ」及び「下部低温層２１ｂ」の用語は、ボイルオフガス２２を外部に取り出さない場合又はボイルオフガス２２を外部に取り出したとしても液化ガスタンク２内のガス蒸気圧が液化ガスタンク２の深部における圧力よりも高い場合を想定したものである。上述した実施形態に係るボイルオフガス処理装置１を作動させることにより、液化ガスタンク２内のガス蒸気圧が液化ガスタンク２の深部における液化ガス２１の飽和蒸気圧と同等以下の圧力になった場合には、上部高温層２１ａと下部低温層２１ｂとを区別できなくなる場合（例えば、図２における状態Ａの温度が等温線１０１ａ以下となる場合）もあり得るが、本発明はこのような状態を除外する趣旨ではない。すなわち、「上部高温層２１ａ」及び「下部低温層２１ｂ」の用語は、ボイルオフガス２２を外部に取り出さないと仮定した場合に形成される上部高温層及び下部低温層であって、その後の液化ガス２１の温度変化に左右されない層を意味する。なお、上部高温層は上部集熱層や上部蓄熱層と読み替えてもよいし、下部低温層は下部液化ガス層と読み替えるようにしてもよい。
【００６３】
本発明は上述した実施形態に限定されず、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガスに関する、輸送タンカー、輸入基地、備蓄基地、船舶の液化ガス燃料タンク等の施設及び設備に適宜適用することができる、常圧タンク以外の液化ガスタンクにも適用することができる、上述した実施形態及び変形例は適宜組み合わせて使用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６４】
１ ボイルオフガス処理装置
２ 液化ガスタンク
３ ボイルオフガス排出ライン
４ ボイルオフガス再液化ライン
５ ボイルオフガス消費ライン
６ 外部誘導ライン
７，４２ 圧力保持手段
８ 返戻ライン
９ 受液タンク
２１ 液化ガス
２２ ボイルオフガス
３２ コンプレッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク内で発生したボイルオフガスを再液化して前記液化ガスタンク内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、
前記ボイルオフガスを前記液化ガスタンクから外部に排出するボイルオフガス排出ラインと、
前記ボイルオフガス排出ラインの少なくとも一部を前記液化ガスタンク内の前記液化ガス内に浸漬させたボイルオフガス再液化ラインと、
を有し、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの再液化に必要な圧力を保持するとともに、前記ボイルオフガスの再液化に必要な熱量を放出可能な長さを有する、ことを特徴とするボイルオフガス処理装置。
【請求項２】
前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として前記液化ガス内に放出する圧力保持手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項３】
前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの全部又は一部を再液化して前記液化ガス内に放出する、ことを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項４】
前記ボイルオフガス再液化ラインを前記液化ガスタンクの外部に誘導する外部誘導ラインと、該外部誘導ラインの先端に配置され前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として放出する圧力保持手段と、該圧力保持手段から放出される液体を前記液化ガスタンク内の液化ガスに返戻する返戻ラインと、を有することを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項５】
前記圧力保持手段と前記返戻ラインとの間に、前記圧力保持手段から放出される液体を一時的に受け容れる受液タンクを有する、ことを特徴とする請求項４に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項６】
前記ボイルオフガス排出ラインは、前記ボイルオフガスを排出又は昇圧するコンプレッサを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項７】
液化ガスを貯蔵する断熱容器を有する液化ガスタンクであって、
請求項１〜請求項６のいずれかに記載のボイルオフガス処理装置を備えた、ことを特徴とする液化ガスタンク。
【請求項１】
液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク内で発生したボイルオフガスを再液化して前記液化ガスタンク内に返戻するボイルオフガス処理装置であって、
前記ボイルオフガスを前記液化ガスタンクから外部に排出するボイルオフガス排出ラインと、
前記ボイルオフガス排出ラインの少なくとも一部を前記液化ガスタンク内の前記液化ガス内に浸漬させたボイルオフガス再液化ラインと、
を有し、前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの再液化に必要な圧力を保持するとともに、前記ボイルオフガスの再液化に必要な熱量を放出可能な長さを有する、ことを特徴とするボイルオフガス処理装置。
【請求項２】
前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として前記液化ガス内に放出する圧力保持手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項３】
前記ボイルオフガス再液化ラインは、前記ボイルオフガスの全部又は一部を再液化して前記液化ガス内に放出する、ことを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項４】
前記ボイルオフガス再液化ラインを前記液化ガスタンクの外部に誘導する外部誘導ラインと、該外部誘導ラインの先端に配置され前記ボイルオフガスを凝縮して捕集し前記ボイルオフガスを液体として放出する圧力保持手段と、該圧力保持手段から放出される液体を前記液化ガスタンク内の液化ガスに返戻する返戻ラインと、を有することを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項５】
前記圧力保持手段と前記返戻ラインとの間に、前記圧力保持手段から放出される液体を一時的に受け容れる受液タンクを有する、ことを特徴とする請求項４に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項６】
前記ボイルオフガス排出ラインは、前記ボイルオフガスを排出又は昇圧するコンプレッサを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のボイルオフガス処理装置。
【請求項７】
液化ガスを貯蔵する断熱容器を有する液化ガスタンクであって、
請求項１〜請求項６のいずれかに記載のボイルオフガス処理装置を備えた、ことを特徴とする液化ガスタンク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３３５３４（Ｐ２０１２−２３３５３４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２８８４（Ｐ２０１１−１０２８８４）
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（５０２４２２３５１）株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド (159)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（５０２４２２３５１）株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド (159)
【Ｆターム（参考）】
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