特開 2023-23553 圧縮機ユニット及び圧縮機ユニットの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023023553

(43)【公開日】2023-02-16

(54)【発明の名称】圧縮機ユニット及び圧縮機ユニットの制御方法

(51)【国際特許分類】

   B63B 25/16 20060101AFI20230209BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20230209BHJP

   B63H 21/38 20060101ALI20230209BHJP

【ＦＩ】

B63B25/16 D

F17C13/00 302A

B63H21/38 C

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021129165

(22)【出願日】2021-08-05

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】手塚 智志

(72)【発明者】

【氏名】瀬山 勝広

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB04

3E172BA06

3E172BD02

3E172DA90

3E172HA08

3E172JA08

3E172JA10

(57)【要約】

【課題】貯槽から圧縮機ユニットに低温のガスが流入した場合に、貯槽側流路における圧力の上昇を抑制する。
【解決手段】圧縮機ユニット１００は、貯槽１０１からの対象ガスを順次昇圧する往復動式の圧縮ステージ２０１～２０６と、少なくとも最初の圧縮ステージ２０１をバイパスするバイパス流路３０１と、バイパス流路３０１に設けられたバイパス弁３１１と、貯槽接続流路１１１に設けられた上流圧力センサ４０１及び温度センサ４０３と、バイパス流路３０１の入口側端部３２２が接続される流路に設けられた下流圧力センサ４０２と、下流圧力センサ４０２の検出圧力Ｐ２を設定圧力ＰＳ１に近づくようにバイパス弁３１１の開度を制御する開度調整部４４１と、温度センサ４０３の検出温度Ｔ１が低下すると設定圧力ＰＳ１を高くする設定圧変更部４３１と、を備えた圧縮機ユニット。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽からボイルオフガスである対象ガスを回収して少なくとも一部を需要先に供給する圧縮機ユニットであって、
対象ガスを順次昇圧する往復動式の複数の圧縮ステージと、
各圧縮ステージのピストンを駆動するクランク機構と、
少なくとも最初の圧縮ステージをバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路上に設けられたバイパス弁と、
前記ＬＮＧ貯槽と前記最初の圧縮ステージとを接続する貯槽接続流路に設けられた上流圧力センサと、
前記貯槽接続流路に設けられた温度センサと、
前記貯槽接続流路よりも下流側の流路であって前記バイパス流路の入口側端部が接続される流路に設けられた下流圧力センサと、
前記下流圧力センサの検出圧力が所定の設定圧力となるように前記バイパス弁の開度を制御する開度調整部と、
前記温度センサの検出温度が低下すると前記設定圧力を高くする設定圧変更部と、
を備える圧縮機ユニット。

【請求項2】

前記設定圧変更部は、前記温度センサの検出温度が所定温度以下となった場合には、前記設定圧力を前記所定温度に対応する設定圧力のまま維持する、請求項１に記載の圧縮機ユニット。

【請求項3】

前記設定圧変更部は、前記上流圧力センサの検出圧力の上昇に従って前記設定圧力を高くする、請求項２に記載の圧縮機ユニット。

【請求項4】

前記バイパス流路の前記入口側端部が接続される前記流路に設けられ、作動圧力が一定値に設定された安全弁をさらに備え、
前記設定圧変更部は、前記設定圧力について前記安全弁の作動圧力よりも所定値だけ低い上限圧力を設定する、請求項３に記載の圧縮機ユニット。

【請求項5】

前記温度センサは、前記貯槽接続流路において前記バイパス流路の出口側端部と前記最初の圧縮ステージとの間に設けられる、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧縮機ユニット。

【請求項6】

船舶内に設置されて前記船舶のＬＮＧ貯槽からボイルオフガスである対象ガスを回収して少なくとも一部を需要先に供給する圧縮機ユニットの制御方法であって、
前記圧縮機ユニットは、対象ガスを順次昇圧する往復動式の複数の圧縮ステージと、少なくとも最初の圧縮ステージをバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、前記ＬＮＧ貯槽と前記最初の圧縮ステージとを接続する貯槽接続流路と、を備え、
前記貯槽接続流路を流れる対象ガスの圧力を上流圧力センサによって検出し、
前記貯槽接続流路を流れる対象ガスの温度を温度センサによって検出し、
前記貯槽接続流路よりも下流側の流路であって前記バイパス流路の入口側端部が接続された流路を流れる対象ガスの圧力を下流圧力センサによって検出し、
前記下流圧力センサの検出圧力が所定の設定圧力になるように前記バイパス弁の開度を調整し、
前記温度センサの検出温度が低下すると前記設定圧力を高くする、圧縮機ユニットの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機ユニット及び圧縮機ユニットの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＮＧ運搬船に設置されて、貯槽内のＬＮＧ（Ｌｉｑｕｉｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ：液化天然ガス）から発生したボイルオフガスを昇圧して、エンジン等の需要先に供給する圧縮機ユニットが知られている。特許文献１には、複数の圧縮機と、吸込側流路と吐出側流路とを繋ぐバイパス流路と、バイパス流路に設けられた調整弁と、調整弁を開度制御する制御部と、吐出側流路に設けられた圧力計と、を備えた圧縮機ユニットが開示されている。特許文献１の圧縮機ユニットでは、吐出側流路の圧力と目標圧力との圧力差に応じて設定された指令値によって、バイパス流路の調整弁の開度が制御される。また、特許文献２及び特許文献３にも、圧縮ステージをバイパスするように設けられたバイパス流路と、バイパス流路に設けられたバイパス弁と、バイパス弁の開度を調節する制御装置とを備えた圧縮機ユニットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１２９１１２号公報

【特許文献2】特許第６２９４２４３号公報

【特許文献3】特開２０１８－１０３９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１ないし３の圧縮機ユニットでは、第１圧縮ステージを跨ぐバイパス流路が設けられている。このような圧縮機ユニットでは、第１圧縮ステージの吐出側の圧力が設定圧力となるように、当該バイパス流路上のバイパス弁の開度を制御することがある。当該設定圧力は、第１圧縮ステージの圧縮比とそれ以外の圧縮ステージの圧縮比との間のバランスを考慮して設定される。

【0005】

一方、上記設定圧力は、圧縮機ユニットが定常運転時に通常想定されるボイルオフガスの吸入温度（例えば、４０℃）を考慮して設定される。しかしながら、ボイルオフガスの温度は変動することがあり、上記温度よりも低い温度のボイルオフガスを第１圧縮ステージが吸入することもある。

【0006】

一般に、ボイルオフガスの温度が低下すると、ガス密度が高くなることから第１圧縮ステージの処理量が増大する。この場合、設定圧力が上述した通常想定されるボイルオフガスの吸入温度に基づいて設定されていると、バイパス流路を介して戻されるガスの流量が増加し易くなり、貯槽側の流路において圧力が上昇する虞がある。

【0007】

そこで本発明は、貯槽から圧縮機ユニットに低温のガスが流入した場合に、貯槽側の流路における圧力の上昇を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示における圧縮機ユニットは船舶内に設置されており、前記船舶のＬＮＧ貯槽からボイルオフガスである対象ガスを回収して少なくとも一部を需要先に供給する圧縮機ユニットである。この圧縮機ユニットは、対象ガスを順次昇圧する往復動式の複数の圧縮ステージと、各圧縮ステージのピストンを駆動するクランク機構と、少なくとも最初の圧縮ステージをバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路上に設けられたバイパス弁と、前記ＬＮＧ貯槽と前記最初の圧縮ステージとを接続する貯槽接続流路に設けられた上流圧力センサと、前記貯槽接続流路に設けられた温度センサと、前記貯槽接続流路よりも下流側の流路であって前記バイパス流路の入口側端部が接続される流路に設けられた下流圧力センサと、前記下流圧力センサの検出圧力が所定の設定圧力となるように前記バイパス弁の開度を制御する開度調整部と、前記温度センサの検出温度が低下すると前記設定圧力を高くする設定圧変更部と、を備える。

【0009】

このように構成された圧縮機ユニットでは、ＬＮＧ貯槽から圧縮機ユニットに流入する対象ガスの温度が低下した場合には、設定圧変更部によって、設定圧力が、より高い圧力に変更される。そして、より高い圧力に変更された設定圧力を下流圧力センサの検出圧力の目標圧力として、開度調整部によってバイパス弁の開度調整が行われる。このため、対象ガスは、バイパス流路を通じて吐出側流路から貯槽接続流路に戻され難くなるため、貯槽接続流路に戻る対象ガスの流量の増加を抑制できる。この結果、流入する対象ガスの温度が低くなった場合に、貯槽接続流路の圧力が高くなることを抑制できる。

【0010】

前記設定圧変更部は、前記温度センサの検出温度が所定温度以下となった場合には、前記設定圧力を前記所定温度に対応する設定圧力のまま維持してもよい。

【0011】

この態様では、設定圧変更部における設定圧力を変更するための温度に、下限となる所定温度が設定されている。このため、設定圧力は所定温度に対応した圧力よりも高くならないので、設定圧力が上がり過ぎることを抑制できる。これにより、圧縮機ユニットの動力の増加を抑制することができる。

【0012】

前記設定圧変更部は、前記上流圧力センサの検出圧力の上昇に従って前記設定圧力を高くしてもよい。

【0013】

この態様では、ボイルオフガスの発生量の増加等によって、貯槽接続流路の圧力が上昇した場合に、設定圧力がより高い圧力に変更される。これにより、バイパス流路を通じて吐出側流路から貯槽接続流路に戻される対象ガスの流量を抑制できる。したがって、貯槽接続流路の圧力上昇の抑制に寄与する。

【0014】

前記バイパス流路の前記入口側端部が接続される前記流路に設けられ、作動圧力が一定値に設定された安全弁をさらに備え、前記設定圧変更部は、前記設定圧力について前記安全弁の作動圧力よりも所定値だけ低い上限圧力を設定してもよい。

【0015】

この態様では、設定圧変更部が設定圧力に上限圧力を設定して、第２圧力センサの目標圧力となる設定圧力が、安全弁の作動圧力に近づきすぎないようにする。これにより、圧縮ステージからの吐出量が変動する場合でも、安全弁が設けられた流路の圧力が瞬間的に作動圧力に達してしまうことが防止できる。すなわち、意図しない安全弁の作動を防止することができる。

【0016】

前記温度センサは、前記貯槽接続流路において前記バイパス流路の出口側端部と前記最初の圧縮ステージとの間に設けられてもよい。

【0017】

この態様では、最初の圧縮ステージの吸込口により近い位置に設けられた温度センサにより、最初の圧縮ステージに流入する対象ガスの温度を正確に検出できる。

【0018】

本発明に係る圧縮機ユニットの制御方法は、船舶内に設置されて前記船舶のＬＮＧ貯槽からボイルオフガスである対象ガスを回収して少なくとも一部を需要先に供給する圧縮機ユニットの制御方法である。前記圧縮機ユニットは、対象ガスを順次昇圧する往復動式の複数の圧縮ステージと、少なくとも最初の圧縮ステージをバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、前記ＬＮＧ貯槽と前記最初の圧縮ステージとを接続する貯槽接続流路と、を備える。前記圧縮機ユニットの制御方法は、前記貯槽接続流路を流れる対象ガスの圧力を上流圧力センサによって検出し、前記貯槽接続流路を流れる対象ガスの温度を温度センサによって検出し、前記貯槽接続流路よりも下流側の流路であって前記バイパス流路の入口側端部が接続された流路を流れる対象ガスの圧力を下流圧力センサによって検出し、前記下流圧力センサの検出圧力が所定の設定圧力になるように前記バイパス弁の開度を調整し、前記温度センサの検出温度が低下すると前記設定圧力を高くする。

【発明の効果】

【0019】

本開示における圧縮機ユニットによれば、貯槽から圧縮機ユニットに、ガス密度の高い低温のガスが流入した場合に、貯槽側の流路における圧力の増加を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態に係る圧縮機ユニットの概略の構成図である。

【図2】第１実施形態に係る圧縮機ユニットにおける上流圧力センサの検出圧力と設定圧力の関係を概略的に示す関係図である。

【図3】第１実施形態に係るコントローラの制御方法を概略的に示すフローチャートである。

【図4】第２実施形態に係る圧縮機ユニットの一部を示す構成図である。

【図5】第２実施形態に係る圧縮機ユニットにおける上流圧力センサの検出圧力と設定圧力の関係を概略的に示す関係図である。

【図6】第３実施形態に係る圧縮機ユニットの概略の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る圧縮機ユニット１００の概略の構成図である。図１を参照して、圧縮機ユニット１００について説明する。

【0022】

圧縮機ユニット１００は、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ：液化天然ガス）が貯留された貯槽１０１を有している船舶（図示せず）に設置されている。圧縮機ユニット１００は、貯槽１０１内で生じたボイルオフガスである対象ガスを回収して、例えば約３００ｂａｒＧまで昇圧し、昇圧された対象ガスを所定の需要先６００へ供給するように構成されている。以下の説明において、対象ガスの流れ方向を基準に「上流」及び「下流」の用語が用いられる。

【0023】

圧縮機ユニット１００は、貯槽１０１から需要先６００に向けて対象ガスが流れるガス流路１１０と、対象ガスを順次昇圧する複数の圧縮ステージ（第１圧縮ステージ２０１～第６圧縮ステージ２０６）と、各圧縮ステージ２０１～２０６を駆動するための駆動部（図示省略）と、を備えている。ガス流路１１０には、２つの第１圧縮ステージ２０１が設けられており、２つの第１圧縮ステージ２０１よりも下流側に、第２～第６圧縮ステージ２０２～２０６が順次設けられている。

【0024】

駆動部は、駆動源（モータやエンジンなど）と、駆動源の動力を第１圧縮ステージ２０１～第６圧縮ステージ２０６に伝えるクランク機構とを備えている。クランク機構は、第１圧縮ステージ２０１～第６圧縮ステージ２０６のピストンロッドにそれぞれ接続された複数のクロスヘッドを有している。クランク機構は、クランクシャフトの回転をクロスヘッドの往復動に変えることにより、ピストンロッド及びピストンロッドの先端に接続されたピストンを往復動させるように構成されている。第１圧縮ステージ２０１～第６圧縮ステージ２０６はそれぞれ、往復動式である。

【0025】

第１圧縮ステージ２０１～第６圧縮ステージ２０６はそれぞれ、シリンダ部と、シリンダ部内に収容されたピストンと、ピストンに取り付けられたピストンリングと、ピストンから延設されクランク機構に接続されたピストンロッドとを備えている（図示省略）。シリンダ部には、ロッドパッキンが設けられている。第１圧縮ステージ２０１～第５圧縮ステージ２０５は、ピストンリング及びロッドパッキンに潤滑油が供給されない無給油式の圧縮ステージであり、第６圧縮ステージ２０６は、ピストンリング及びロッドパッキンに潤滑油が供給される給油式の圧縮ステージである。

【0026】

ガス流路１１０は、貯槽１０１から対象ガスが流入する貯槽接続流路１１１と、複数の圧縮ステージ２０１～２０６間の複数のステージ接続流路１１２～１１６と、需要先６００に対象ガスを供給する需要先供給流路１１７と、を含んでいる。

【0027】

貯槽接続流路１１１は、貯槽１０１の上部に接続されるとともに、二股に分かれて２つの第１圧縮ステージ２０１に接続されている。すなわち、２つの第１圧縮ステージ２０１は、互いに並列となるように構成されている。

【0028】

ステージ接続流路１１２は、２つの第１圧縮ステージ２０１から第２圧縮ステージ２０２へ対象ガスを流すように構成されている。すなわち、ステージ接続流路１１２は、２つの第１圧縮ステージ２０１から延設されるとともに１つの流路に合流して第２圧縮ステージ２０２に接続されている。

【0029】

ステージ接続流路１１３は、第２圧縮ステージ２０２と第３圧縮ステージ２０３とを接続している。ステージ接続流路１１４は、第３圧縮ステージ２０３と第４圧縮ステージ２０４とを接続している。ステージ接続流路１１５は、第４圧縮ステージ２０４と第５圧縮ステージ２０５とを接続している。ステージ接続流路１１６は、第５圧縮ステージ２０５と第６圧縮ステージ２０６とを接続している。

【0030】

ステージ接続流路１１６には、第５圧縮ステージ２０５から第６圧縮ステージ２０６への対象ガスの流通を開閉するための開閉弁３５２と、第６圧縮ステージ２０６から第５圧縮ステージ２０５への対象ガスの逆流を防止するための中間逆止弁３５３と、が設けられている。中間逆止弁３５３は、開閉弁３５２と第６圧縮ステージ２０６との間に配置されている。

【0031】

需要先供給流路１１７は、第６圧縮ステージ２０６と需要先６００とを接続している。需要先供給流路１１７には、需要先６００から第６圧縮ステージ２０６への対象ガスの逆流を防止する逆止弁３５４と、余剰分の対象ガスを燃焼設備５００に導出するための排出流路１１８が接続されている。排出流路１１８には、燃焼設備５００への対象ガスの流通を開閉するための排出弁３５５が設けられている。

【0032】

複数のステージ接続流路１１２～１１６及び需要先供給流路１１７には、複数のクーラ２１２～２１６が設けられている。複数のクーラ２１２～２１６はそれぞれ、対象ガスを、対象ガスよりも低温の冷却水と熱交換するように構成されている。

【0033】

クーラ２１２は、第２圧縮ステージ２０２から吐出された対象ガスを冷却するように、ステージ接続流路１１３に設けられている。クーラ２１３は、第３圧縮ステージ２０３から吐出された対象ガスを冷却するように、ステージ接続流路１１４に設けられている。クーラ２１４は、第４圧縮ステージ２０４から吐出された対象ガスを冷却するように、ステージ接続流路１１５に設けられている。クーラ２１５は、第５圧縮ステージ２０５から吐出された対象ガスを冷却するように、ステージ接続流路１１６における開閉弁３５２の上流側に設けられている。クーラ２１６は、第６圧縮ステージ２０６から吐出された対象ガスを冷却するように、需要先供給流路１１７における逆止弁３５４の上流側に設けられている。

【0034】

圧縮機ユニット１００はさらに、下流側から上流側に対象ガスを戻すためのバイパス流路３０１～３０４と、対象ガスを再液化して貯槽１０１に戻すための再液化ライン１１９と、を備えている。

【0035】

バイパス流路３０１は、ステージ接続流路１１３に接続された入口側端部３２２から貯槽接続流路１１１に接続された出口側端部３２１に延びて形成されている。入口側端部３２２は、貯槽接続流路１１１におけるクーラ２１２よりも下流側に配置されている。すなわち、バイパス流路３０１は、第１圧縮ステージ２０１及び第２圧縮ステージ２０２をバイパスするようにして、ステージ接続流路１１３と貯槽接続流路１１１とを接続している。

【0036】

同様に、バイパス流路３０２は、ステージ接続流路１１４に接続された入口側端部からステージ接続流路１１３に接続された出口側端部に延びて形成されており、第３圧縮ステージ２０３をバイパスしている。バイパス流路３０３は、ステージ接続流路１１６に接続された入口側端部からステージ接続流路１１４に接続された出口側端部に延びて形成されており、第４圧縮ステージ２０４及び第５圧縮ステージ２０５をバイパスしている。バイパス流路３０４は、需要先供給流路１１７に接続された入口側端部からステージ接続流路１１６に接続された出口側端部に延びて形成されており、第６圧縮ステージ２０６をバイパスしている。

【0037】

バイパス流路３０１～３０４にはそれぞれ、バイパス弁３１１～３１４が設けられている。バイパス弁３１１～３１４は、バイパス流路３０１～３０４の入口側端部における対象ガスの検出圧力が、所定の目標圧力である設定圧力となるように後述のコントローラ４２０から信号を受けて開度が調整されるように構成されている。

【0038】

再液化ライン１１９は、ステージ接続流路１１６における中間逆止弁３５３の上流側に接続された入口側端部から、図略の液化設備（例えば、熱交換器など）に向けて延びて形成されている。

【0039】

圧縮機ユニット１００は、上流圧力センサ４０１及び温度センサ４０３と、下流圧力センサ４０２として機能する第２圧力センサ４１２と、第３～第６圧力センサ４１３～４１６と、コントローラ４２０と、を備えている。

【0040】

上流圧力センサ４０１及び温度センサ４０３は、第１圧縮ステージ２０１の吸込側流路の対象ガスの圧力及び温度を検出するために、貯槽接続流路１１１においてバイパス流路３０１の出口側端部３２１と第１圧縮ステージ２０１との間に配置されている。

【0041】

第２圧力センサ４１２（下流圧力センサ４０２）は、第２圧縮ステージ２０２の吐出側流路のガス圧力、すなわちバイパス流路３０１の入口側端部３２２のガス圧力を検出するために、ステージ接続流路１１３上におけるクーラ２１２の下流側に設けられている。

【0042】

第３圧力センサ４１３は、ステージ接続流路１１４におけるクーラ２１３の下流側に設けられている。第４圧力センサ４１４は、ステージ接続流路１１６におけるクーラ２１５と開閉弁３５２の間に配置されている。第５圧力センサ４１５は、ステージ接続流路１１６における中間逆止弁３５３と第６圧縮ステージ２０６の間に配置されている。第６圧力センサ４１６は、需要先供給流路１１７におけるクーラ２１６と逆止弁３５４の間に配置されている。

【0043】

上流圧力センサ４０１から出力された検出圧力Ｐ１を示す信号と、温度センサ４０３から出力された検出温度Ｔ１を示す信号と、第２圧力センサ４１２（下流圧力センサ４０２）から出力された検出圧力Ｐ２を示す信号とは、コントローラ４２０に伝達される。

【0044】

コントローラ４２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＣＰＵ等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。コントローラのＲＯＭ等には、コントローラ４２０を設定圧変更部４３１及び開度調整部４４１として機能させる制御プログラムと、所定の関係式と、が記憶されている。

【0045】

ここで、当該関係式は、検出圧力Ｐ１（すなわち、第１圧縮ステージ２０１の吸込側の圧力）および検出温度Ｔ１（すなわち、第１圧縮ステージ２０１の吸込側の温度）と、第２圧縮ステージ２０２の吐出側のステージ接続流路１１３における設定圧力ＰＳ１との関係を表すものである。設定圧変更部４３１は、当該関係式を参照して検出圧力Ｐ１および検出温度Ｔ１から設定圧力ＰＳ１を導出し、当該設定圧力ＰＳ１となるようにバイパス弁３１１の開度設定値を変更するよう構成されている。

【0046】

図２は設定圧力ＰＳ１と検出圧力Ｐ１および検出温度Ｔ１との関係を示す図である。図２では、横軸に検出圧力Ｐ１を示し、縦軸に設定圧力ＰＳ１を示している。図２において網掛けされた平行四辺形で示す領域Ａにおいて、検出圧力Ｐ１および検出温度Ｔ１に基づき設定圧力ＰＳ１が設定される。

【0047】

図２における領域Ａの下側の辺ＣＥ１１は、検出温度Ｔ１が一定の温度Ｔ１１であったとした場合における検出圧力Ｐ１に対する設定圧力ＰＳ１の変化を示す。温度Ｔ１１は想定される対象ガスの温度の上限温度に対応し、本実施形態では４０℃である。なお、万一温度Ｔ１１を超える温度の対象ガスが一時的に流入した場合には、温度Ｔ１１であったとした場合における検出圧力Ｐ１と設定圧力ＰＳ１との関係（辺ＣＥ１１で示される関係）に基づいて設定圧力ＰＳ１が計算される。

【0048】

図２における領域Ａの上側の辺ＣＥ１３は、検出温度Ｔ１が一定の温度Ｔ１３であったとした場合における検出圧力Ｐ１に対する設定圧力ＰＳ１の変化を示す。温度Ｔ１３は、温度Ｔ１１より低い温度であり、本実施形態では２０℃である。実際には、温度Ｔ１３よりも低温のガスが流入することがある。対象ガスの温度が温度Ｔ１３以下である場合は、温度Ｔ１３であったとした場合における検出圧力Ｐ１と設定圧力ＰＳ１との関係（辺ＣＥ１３で示される関係）に基づいて設定圧力ＰＳ１が計算される。

【0049】

辺ＣＥ１１、ＣＥ１３の間に位置しており、これらと傾きが同じである直線部分ＣＥ１２は検出温度Ｔ１が一定の温度Ｔ１２であったとした場合に、検出圧力Ｐ１に対する設定圧力ＰＳ１の変化を示す。温度Ｔ１２は、温度Ｔ１１と温度Ｔ１３との間の温度である。このように、領域Ａ内では、辺ＣＥ１１，ＣＥ１３と傾きが同じ直線部分は、検出温度Ｔ１が一定の温度であったとした場合に検出圧力Ｐ１に対する設定圧力ＰＳ１の変化を示している。

【0050】

設定圧変更部４３１では、検出温度Ｔ１が一定であった場合、上流圧力センサ４０１の検出圧力Ｐ１の増大に対して設定圧力ＰＳ１が直線的に大きくなるように設定が変更される。この検出圧力Ｐ１と設定圧力ＰＳ１との間の関係は、図２において、辺ＣＥ１１、ＣＥ１３のような直線で表される。つまり、圧縮機ユニット１００は、第１圧縮ステージ２０１の吸込側の対象ガスの圧力が上昇した場合に、この圧力の上昇幅に応じて第２圧縮ステージ２０２の吐出側の対象ガスの目標圧力を高くするように構成されている。

【0051】

図２における領域Ａでは、温度センサ４０３の検出温度Ｔ１が低くなるに従って、検出圧力Ｐ１と設定圧力ＰＳ１との間の関係を表す直線が、縦軸方向の上向きに平行移動するように表される。すなわち、設定圧変更部４３１は、検出温度Ｔ１が低くなるに従って設定圧力ＰＳ１を高くするように構成されている。つまり、圧縮機ユニット１００では、第１圧縮ステージ２０１の吸込側の対象ガスの温度が低下した場合に、この温度の下降幅に応じて第２圧縮ステージ２０２の吐出側の対象ガスの目標圧力を高くするように構成されている。

【0052】

ここで、図２を参照して設定圧力ＰＳ１が変更される具体例を説明する。例えば、第１圧縮ステージ２０１の吸込側における対象ガスの検出温度Ｔ１が、吸込側における対象ガスの検出圧力Ｐ１がＰ１１の状態（状態Ｂ）であったとすると、設定圧力ＰＳ１として圧力Ｐ２１が設定される。

【0053】

検出温度Ｔ１がＴ１１で且つ検出圧力Ｐ１がＰ１２の状態（状態Ｃ）であったとすると、設定圧力ＰＳ１として圧力Ｐ２２が設定される。検出温度Ｔ１がＴ１２で且つ検出圧力Ｐ１がＰ１１の状態（状態Ｄ）であったとすると、設定圧力としてＰＳ１として圧力Ｐ２３が設定される。検出温度Ｔ１がＴ１２かつ検出圧力Ｐ１がＰ１２の状態（状態Ｅ）であったとすると、設定圧力としてＰＳ１として圧力Ｐ２４が設定される。

【0054】

開度調整部４４１は、設定圧変更部４３１により設定された設定圧力ＰＳ１と、第２圧力センサ４１２（下流圧力センサ４０２）の検出圧力Ｐ２とを比較して、第２圧力センサ４１２の検出圧力Ｐ２が設定圧力ＰＳ１となるように、バイパス弁３１１の開度を制御するように構成されている。

【0055】

例えば、開度調整部４４１は、第２圧力センサ４１２の検出圧力Ｐ２が設定圧力ＰＳ１よりも高い場合には、バイパス流路３０１のガスの流量を増やすために、バイパス弁３１１の開度を大きくする。また、第２圧力センサ４１２の検出圧力Ｐ２が設定圧力ＰＳ１よりも低い場合には、バイパス流路３０１のガスの流量を減らすために、バイパス弁３１１の開度を小さくする。

【0056】

（動作説明と制御方法）
ここで、圧縮機ユニット１００駆動時の動作について説明する。圧縮機ユニット１００の駆動時には、開閉弁３５２は開かれている一方で、排出弁３５５は閉じられており、貯槽１０１と需要先６００とはガス流路１１０を介して連通している。この状態で各圧縮ステージ２０１～２０６が駆動される。

【0057】

貯槽１０１から貯槽接続流路１１１に供給された対象ガスは、第１圧縮ステージ２０１～第６圧縮ステージ２０６における圧縮工程と、クーラ２１２～２１６における冷却工程とを経て、需要先供給流路１１７に導出される。また、ステージ接続流路１１６を流れる対象ガスの一部は、再液化ライン１１９から図略の再液化設備に戻される。需要先供給流路１１７の対象ガスは需要先６００に導出されるとともに、対象ガスに余剰分が生じると排出弁３５５が開放され、余剰分の対象ガスが排出流路１１８から燃焼設備５００へと導出される。

【0058】

圧縮機ユニット１００は、ステージ接続流路１１３～１１６及び需要先供給流路１１７を流れる対象ガスの一部をバイパス流路３０１～３０４によって下流側の流路から上流側の流路に戻すことが可能なように構成されている。これにより、需要先６００の対象ガスの需要量の変化に柔軟に対応することができる。

【0059】

第１圧縮ステージ２０１及び第２圧縮ステージ２０２では、コントローラ４２０により開度調整可能なバイパス弁３１１が設けられたバイパス流路３０１を介して、ステージ接続流路１１３の対象ガスの一部を貯槽接続流路１１１に戻すことが可能とされている。第３圧縮ステージ２０３では、バイパス弁３１２が設けれたバイパス流路３０２を介して、ステージ接続流路１１４の対象ガスの一部をステージ接続流路１１３に戻すことが可能とされている。第４圧縮ステージ２０４及び第５圧縮ステージ２０５では、バイパス弁３１３が設けれたバイパス流路３０３を介して、ステージ接続流路１１６の対象ガスの一部をステージ接続流路１１４に戻すことが可能とされている。第６圧縮ステージ２０６では、バイパス弁３１４が設けられたバイパス流路３０４を介して、需要先供給流路１１７の対象ガスの一部をステージ接続流路１１６に戻すことが可能とされている。

【0060】

ここで、第１圧縮ステージ２０１及び第２圧縮ステージ２０２を跨ぐバイパス流路３０１のバイパス弁３１１に注目し、コントローラ４２０がバイパス弁３１１の開度を調整する場合の制御方法について説明する。

【0061】

図３には、コントローラ４２０がバイパス弁３１１の開度を調整するときの制御方法のフローチャートが示されている。

【0062】

まず、圧縮機ユニット１００は運転開始の指令を受けて運転を開始し、貯槽接続流路１１１の対象ガスは第１圧縮ステージ２０１に吸込まれるとともに、第２圧縮ステージ２０２からステージ接続流路１１３に圧縮された対象ガスが吐出される。このとき、コントローラ４２０は、上流圧力センサ４０１および温度センサ４０３から、検出圧力Ｐ１及び検出温度Ｔ１の信号を受け付ける（ステップＳ１００）。なお、コントローラ４２０は第２圧力センサ４１２から検出圧力Ｐ２の信号も受けている。

【0063】

コントローラ４２０は、検出圧力Ｐ１及び検出温度Ｔ１をパラメータとして設定圧力ＰＳ１を導出する関係式、並びに、上流圧力センサ４０１及び温度センサ４０３から取得された値に基づいて設定圧力ＰＳ１を導出する（ステップＳ２００）。この関係式は、図２における領域Ａ内に収まるように設定される。開度調整部４４１は、受け付けた検出圧力Ｐ２が、関係式から導出された設定圧力ＰＳ１に近づくように、バイパス弁３１１の開度を調整する（ステップＳ３００）。

【0064】

以上説明したように、圧縮機ユニット１００では、検出温度Ｔ１が温度Ｔ１１（上限温度）よりも低くなった場合に、設定圧力ＰＳ１は、より高い値に変更されてバイパス弁３１１の開度調整が行われる。このため、ステージ接続流路１１３の対象ガスはバイパス流路３０１から貯槽接続流路１１１に戻され難くなる。したがって、低温の対象ガスを吸入することにより第１圧縮ステージ２０１及び第２圧縮ステージ２０２における対象ガスの処理量が大きくなった場合でも、貯槽接続流路１１１に戻される対象ガスの流量の増加は抑制される。その結果、貯槽接続流路１１１の圧力が過度に高くなることを抑制できる。

【0065】

さらに、この圧縮機ユニット１００では、設定圧変更部４３１が設定圧力ＰＳ１を変更するときに、温度センサ４０３の検出温度Ｔ１が予め設定した下限の温度Ｔ１３以下だった場合には、設定圧力ＰＳ１は温度Ｔ１３に応じた値に維持される。これにより、設定圧力ＰＳ１の過剰な上昇が抑制され、第１圧縮ステージ２０１及び第２圧縮ステージ２０２の吐出圧力の増大による各圧縮ステージ２０１～２０６間の圧力バランスの悪化が抑制される。その結果、圧縮機ユニットの動力の増加も抑制できる。

【0066】

さらに、この圧縮機ユニット１００では、ボイルオフガスの発生量の増加（検出温度Ｔ１の変化に関わらない。）に伴い貯槽接続流路１１１の圧力が上昇した場合でも、設定圧変更部４３１が、検出圧力Ｐ１に比例して設定圧力ＰＳ１をより高い値に変更する。このため、貯槽接続流路１１１に戻される対象ガスの流量の増加が抑制される。その結果、貯槽接続流路１１１の圧力が過度に高くなることを抑制できる。

【0067】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る圧縮機ユニット１００について、図４及び図５を参照しながら説明する。ここでは、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0068】

第２実施形態では、圧縮機ユニット１００には、ステージ接続流路１１３に安全弁３５１が設けられており、設定圧変更部４３１によって変更される設定圧力ＰＳ１に上限圧力が設けられている点において、第１実施形態とは異なっている。圧縮機ユニット１００の他の構成は第１実施形態と同様である。

【0069】

図４に示すように、安全弁３５１は、バイパス流路３０１の入口側端部３２２が接続されたステージ接続流路１１３において、第２圧縮ステージ２０２とクーラ２１２との間に配置されている。安全弁３５１は、ステージ接続流路１１３内の圧力が異常に上昇し、安全弁３５１に設定された所定の作動圧力Ｐ３０に達した場合に開弁して、ステージ接続流路１１３のガスを所定の場所に逃がす安全装置である。

【0070】

図５に示すように、コントローラ４２０には、設定圧力ＰＳ１が安全弁３５１の作動圧力Ｐ３０に近づきすぎないようにするため、設定圧力ＰＳ１には作動圧力Ｐ３０よりも所定の値だけ低い上限圧力Ｐ２６が記憶されている。これにより、図２の領域Ａは上限圧力Ｐ２６を超えないように補正される。

【0071】

例えば、検出温度Ｔ１が温度Ｔ１３のときに、検出圧力Ｐ１が圧力Ｐ１５の状態（状態Ｌ）から、圧力Ｐ１５よりも高い圧力Ｐ１６の状態（状態Ｍ）に変化し、さらに、圧力Ｐ１６よりも高い圧力Ｐ１７の状態（状態Ｎ）に変化したとする。状態Ｌから状態Ｍに変化するとき、圧力Ｐ１５から圧力Ｐ１６への検出圧力Ｐ１の変化に応じて、設定圧変更部４３１は設定圧力ＰＳ１を、圧力Ｐ２５から、圧力Ｐ２５より高い圧力に変更する。このときの上限圧力は、安全弁３５１の作動圧力Ｐ３０よりも所定の値だけ低い上限圧力Ｐ２６である。そして、状態Ｍから状態Ｎに変化したとしても、設定圧力ＰＳ１が上限圧力Ｐ２６に達しているため、設定圧変更部４３１は、設定圧力ＰＳ１を上限圧力Ｐ２６に維持する。

【0072】

これにより、需要先からの対象ガスの要求量の変動に伴って第２圧縮ステージ２０２における対象ガスの処理量が増大する場合でも、安全弁３５１が設けられたステージ接続流路１１３の圧力が瞬間的に安全弁３５１の作動圧力Ｐ３０に達してしまうことを抑制できる。すなわち、意図しない安全弁３５１の作動を防止することができる。

【0073】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第１実施形態の説明を第２実施形態に援用することができる。

【0074】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る圧縮機ユニット１００について、図６を参照しながら説明する。ここでは、第１実施形態及び第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0075】

第３実施形態に係る圧縮機ユニット１００は、無給油式の第１～第５圧縮ステージ２０１～２０５によって構成されている。需要先供給流路１１７において、第５圧縮ステージ２０５の下流で且つ逆止弁３５４の上流側の部位には、再液化ライン１１９の上流側端部が接続されている。ステージ接続流路１１４には、余剰分の対象ガスを燃焼設備５００に導出するための排出流路１１８が接続されている。第４圧力センサ４１４はステージ接続流路１１４における第４圧縮ステージ２０４の吸込側に配置されており、第５圧力センサ４１５は需要先供給流路１１７におけるクーラ２１６の下流側に配置されている。この場合、第６圧縮ステージ２０６、バイパス流路３０４、バイパス弁３１４、第６圧力センサ４１６、中間逆止弁３５３及び開閉弁３５２は省略される。その他の構成は第１実施形態とほぼ同様である。

【0076】

第３実施形態に係る圧縮機ユニット１００においても、第１実施形態と同様に、検出温度Ｔ１が温度Ｔ１１（上限温度）よりも低くなった場合に、設定圧力ＰＳ１は、より高い値に変更されてバイパス弁３１１の開度調整が行われる。このため、ステージ接続流路１１３の対象ガスはバイパス流路３０１から貯槽接続流路１１１に戻され難くなる。低温の対象ガスを吸入することにより第１圧縮ステージ２０１及び第２圧縮ステージ２０２における対象ガスの処理量が大きくなった場合でも、貯槽接続流路１１１に戻される対象ガスの流量の増加が抑制される。

【0077】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第１実施形態の説明を第３実施形態に援用することができる。

【0078】

また、第１～第３実施形態において、検出温度Ｔ１が一定である場合に、設定圧力ＰＳ１は検出圧力Ｐ１の増加に対して必ずしも一定の増加割合（図２において直線で表される変化）で変化する必要はない。例えば、設定圧力ＰＳ１は、検出圧力Ｐ１の増加に対してステップ状に増加するように変化してもよい。または、曲線的に変化してもよいし、不連続に増加するように変化してもよい。

【0079】

また、第１～第３実施形態において、バイパス流路３０１は、第１圧縮ステージ２０１及び第２圧縮ステージ２０２をバイパスするように設けられているが、これに限らない。バイパス流路３０１は、第１圧縮ステージ２０１から、第３圧縮ステージ２０３または第３圧縮ステージ２０３よりも下流側の圧縮ステージまでをバイパスするように構成されていてもよい。

【0080】

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0081】

１００・・・・・・・・・・圧縮機ユニット
１０１・・・・・・・・・・貯槽
１１１・・・・・・・・・・貯槽接続流路
１１２～１１６・・・・・・ステージ接続流路
１１７・・・・・・・・・・需要先供給流路
２０１～２０６・・・・・・第１～第６圧縮ステージ
３０１～３０４・・・・・・バイパス流路
３１１～３１４・・・・・・バイパス弁
３５１・・・・・・・・・・安全弁
４０１・・・・・・・・・・上流圧力センサ
４０２・・・・・・・・・・下流圧力センサ
４０３・・・・・・・・・・温度センサ
４３１・・・・・・・・・・設定圧変更部
４４１・・・・・・・・・・開度調整部
６００・・・・・・・・・・需要先
Ｐ１、Ｐ２・・・・・・・・検出圧力
Ｔ１・・・・・・・・・・・検出温度
ＰＳ１・・・・・・・・・・設定圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2022-01-13

【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】請求項１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽からボイルオフガスである対象ガスを回収して少なくとも一部を需要先に供給する圧縮機ユニットであって、
対象ガスを順次昇圧する往復動式の複数の圧縮ステージと、
各圧縮ステージのピストンを駆動するクランク機構と、
少なくとも最初の圧縮ステージをバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路上に設けられたバイパス弁と、
前記ＬＮＧ貯槽と前記最初の圧縮ステージとを接続する貯槽接続流路に設けられた上流圧力センサと、
前記貯槽接続流路に設けられた温度センサと、
前記貯槽接続流路よりも下流側の流路であって前記バイパス流路の入口側端部が接続される流路に設けられた下流圧力センサと、
前記下流圧力センサの検出圧力が所定の設定圧力よりも高い場合に前記バイパス流路のガス流量を増やす一方で、前記下流圧力センサの検出圧力が前記設定圧力よりも低い場合に前記バイパス流路のガス流量を減らすように前記バイパス弁の開度を制御する開度調整部と、
前記温度センサの検出温度が低下すると前記設定圧力を高くする設定圧変更部と、
を備える圧縮機ユニット。

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項6】

船舶内に設置されて前記船舶のＬＮＧ貯槽からボイルオフガスである対象ガスを回収して少なくとも一部を需要先に供給する圧縮機ユニットの制御方法であって、
前記圧縮機ユニットは、対象ガスを順次昇圧する往復動式の複数の圧縮ステージと、少なくとも最初の圧縮ステージをバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、前記ＬＮＧ貯槽と前記最初の圧縮ステージとを接続する貯槽接続流路と、を備え、
前記貯槽接続流路を流れる対象ガスの圧力を上流圧力センサによって検出し、
前記貯槽接続流路を流れる対象ガスの温度を温度センサによって検出し、
前記貯槽接続流路よりも下流側の流路であって前記バイパス流路の入口側端部が接続された流路を流れる対象ガスの圧力を下流圧力センサによって検出し、
前記下流圧力センサの検出圧力が所定の設定圧力よりも高い場合に前記バイパス流路のガス流量を増やす一方で、前記下流圧力センサの検出圧力が前記所定の設定圧力よりも低い場合に前記バイパス流路のガス流量を減らすように前記バイパス弁の開度を調整し、
前記温度センサの検出温度が低下すると前記設定圧力を高くする、圧縮機ユニットの制御方法。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0052】

ここで、図２を参照して設定圧力ＰＳ１が変更される具体例を説明する。例えば、第１圧縮ステージ２０１の吸込側における対象ガスの検出温度Ｔ１がＴ１１であり、吸込側における対象ガスの検出圧力Ｐ１がＰ１１の状態（状態Ｂ）であったとすると、設定圧力ＰＳ１として圧力Ｐ２１が設定される。