特開 2024-145047 舶用燃料ガス供給システムおよび液化ガス燃料船

(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】P2024145047

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】舶用燃料ガス供給システムおよび液化ガス燃料船

(51)【国際特許分類】

   F02M 21/02 20060101AFI20241004BHJP

   F17C 9/00 20060101ALI20241004BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20241004BHJP

   B63H 21/38 20060101ALI20241004BHJP

   B63B 25/16 20060101ALI20241004BHJP

   B63B 11/04 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

F02M21/02 G

F17C9/00 A

F17C13/00 302A

B63H21/38 B

B63B25/16 D

B63B11/04 B

F02M21/02 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057277

(22)【出願日】2023-03-31

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「グリーンイノベーション基金事業／次世代船舶の開発／水素燃料船の開発」委託研究の研究成果に係る産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仲尾 進士

(72)【発明者】

【氏名】水谷 好生

(72)【発明者】

【氏名】三好 崇公

(72)【発明者】

【氏名】大橋 俊介

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB01

3E172AB04

3E172AB05

3E172BA06

3E172BB12

3E172BB17

3E172BD01

3E172BD02

3E172DA04

3E172DA90

3E172EB03

3E172EB20

3E172GA17

3E172GA21

3E172GA22

3E172GA23

3E172GA28

(57)【要約】

【課題】タンクの容積を大きく確保しつつ、システム全体の占有面積を小さくすることができる舶用燃料ガス供給システムを提供する。
【解決手段】一実施形態に係る舶用燃料ガス供給システム１は、液化ガスが気化した気化ガスを燃料としてガス消費機１０へ供給するものであり、前記液化ガスを貯留するタンク２と、タンク２から導出された前記液化ガスを気化させる燃料ガスヒータ４と、燃料ガスヒータ４とガス消費機１０との間に介在するバッファ容器５を含む。バッファ容器５は、タンク２の下方に配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液化ガスが気化した気化ガスを燃料としてガス消費機へ供給する舶用燃料ガス供給システムであって、
前記液化ガスを貯留するタンクと、
前記タンクから導出された前記液化ガスを気化させる燃料ガスヒータと、
前記燃料ガスヒータと前記ガス消費機との間に介在する、前記タンクの下方に配置されたバッファ容器と、
を備える、舶用燃料ガス供給システム。

【請求項2】

前記バッファ容器はパイプ状である、請求項１に記載の舶用燃料ガス供給システム。

【請求項3】

前記タンクは横向き円筒状であり、
前記バッファ容器は、前記タンクの軸方向に延びる少なくとも１つの直線部を含む、請求項２に記載の舶用燃料ガス供給システム。

【請求項4】

前記少なくとも１つの直線部は、前記タンクの軸方向から見たときに、前記タンクの中心から斜め下方に位置する、請求項３に記載の舶用燃料ガス供給システム。

【請求項5】

前記タンクに対して当該タンクの軸方向の一方に配置されたタンク接続室をさらに備え、
前記燃料ガスヒータおよび前記少なくとも１つの直線部の一端は前記タンク接続室内に配置されている、請求項３または４に記載の舶用燃料ガス供給システム。

【請求項6】

前記液化ガスは液化水素である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の舶用燃料ガス供給システム。

【請求項7】

請求項１乃至４の何れか一項に記載の舶用燃料ガス供給システムが搭載された液化ガス燃料船。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、舶用燃料ガス供給システム、および前記舶用燃料ガス供給システムが搭載された液化ガス燃料船に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、液化ガスが気化した気化ガスを燃料としてガス消費機へ供給する舶用燃料ガス供給システムが知られている。例えば、特許文献１には、図３に示すような舶用燃料ガス供給システム１００が開示されている。ガス消費機は例えばエンジンである。

【0003】

具体的に、舶用燃料ガス供給システム１００は、液化ガスを貯留するタンク１１０と、液化ガス導出路１２０によりタンク１１０と接続された燃料ガスヒータ１３０と、燃料ガス供給路１４０により燃料ガスヒータ１３０と接続されたバッファ容器（Buffer Vessel）１５０を含む。

【0004】

燃料ガスヒータ１３０は、タンク１１０から液化ガス導出路１２０を通じて導出された液化ガスを気化する。なお、特許文献１では燃料ガスヒータ１３０が「蒸発器」と呼ばれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－７８４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したバッファ容器１５０は、ガス消費機へ供給される燃料ガスの圧力変動を抑制する役割を果たす。このため、バッファ容器１５０の容積はある程度大きく確保される。特許文献１の舶用燃料ガス供給システム１００では、液化ガス導出路１２０がタンク１１０の側方で逆Ｕ字状に立ち上がる隆起配管部１２１を有し、この隆起配管部１２１の側方に燃料ガスヒータ１３０が配置され、さらに燃料ガスヒータ１３０の側方にバッファ容器１５０が配置されている。

【0007】

しかしながら、このような構成では、システム全体の占有面積が大きくなる。このため、タンクの容積を大きく確保しつつ、システム全体の占有面積を小さくすることが望まれる。

【0008】

そこで、本開示は、タンクの容積を大きく確保しつつ、システム全体の占有面積を小さくすることができる舶用燃料ガス供給システムを提供することを目的とする。また、本開示は、前記舶用燃料ガス供給システムが搭載された液化ガス燃料船を提供することも目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示は、液化ガスが気化した気化ガスを燃料としてガス消費機へ供給する舶用燃料ガス供給システムであって、前記液化ガスを貯留するタンクと、前記タンクから導出された前記液化ガスを気化させる燃料ガスヒータと、前記燃料ガスヒータと前記ガス消費機との間に介在する、前記タンクの下方に配置されたバッファ容器と、を備える、舶用燃料ガス供給システムを提供する。

【0010】

また、本開示は、上記の舶用燃料ガス供給システムが搭載された液化ガス燃料船を提供する。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、タンクの容積を大きく確保しつつ、システム全体の占有面積を小さくすることができる舶用燃料ガス供給システムが提供されるとともに、前記舶用燃料ガス供給システムが搭載された液化ガス燃料船が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１Ａは一実施形態に係る舶用燃料ガス供給システムの平面図、図１Ｂは前記舶用燃料ガス供給システムの側面図である。

【図2】図１ＢのII－II線に沿った断面図である。

【図3】従来の舶用燃料ガス供給システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１Ａおよび１Ｂに、一実施形態に係る舶用燃料ガス供給システム１を示す。この舶用燃料ガス供給システム１は、船舶に搭載され、液化ガスが気化した気化ガスを燃料としてガス消費機１０へ供給する。例えば、船舶が液化ガス燃料船である場合、ガス消費機１０は推進プロペラを直接的に駆動するか（機械推進）、発電機およびモータを介して駆動する（電気推進）。

【0014】

例えば、ガス消費機１０は、オットーサイクルの２ストロークまたは４ストロークのレシプロエンジンである。レシプロエンジンはディーゼルサイクルまたはサバテサイクルであってもよい。この場合、後述する燃料ガスヒータ４の下流側に圧縮機が設けられる。あるいは、ガス消費機１０はガスタービンエンジンであってもよいし、燃料電池や蒸気ボイラなどであってもよい。

【0015】

本実施形態では、液化ガスが液化水素である。ただし、液化ガスはＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）やＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）などであってもよい。

【0016】

具体的に、舶用燃料ガス供給システム１は、液化ガスを貯留するタンク２と、タンク２を支持するサポート６を含む。本実施形態では、タンク２が横向き円筒状である。このため、サポート６は、タンク２の幅方向の両側面に接合された一対のサイドフレーム６１，６２と、サイドフレーム６１，６２の下部同士を連結する下部フレーム６３を含む。

【0017】

例えば、タンク２は、内槽と外槽との間が真空の真空二重殻であってもよいし、断熱材で覆われた一重殻であってもよい。

【0018】

より詳しくは、タンク２は、円形の断面形状で横方向に延びる管状部２１と、管状部２１の双方の開口を閉塞する一対の閉塞部２２，２３を含む。上述したサイドフレーム６１，６２は管状部２１の全長に亘って管状部２１に接合されている。

【0019】

さらに、舶用燃料ガス供給システム１は、タンク２の下方に配置されたバッファ容器５と、タンク２に対して当該タンク２の軸方向の一方、すなわち閉塞部２２側に配置されたタンク接続室７を含む。タンク接続室７内には、加圧ヒータ３および燃料ガスヒータ４が配置されている。

【0020】

加圧ヒータ３は、送液路３１によりタンク２の液相部（本実施形態では、閉塞部２２の下部）と接続されるとともに、送気路３２によりタンク２の気相部（本実施形態では、閉塞部２２の上部）と接続されている。燃料ガスヒータ４は、液化ガス導出路４１によりタンク２の閉塞部２２の下部（本実施形態では、閉塞部２２の下部）と接続されるとともに、第１燃料ガス供給路４３によりバッファ容器５と接続されている。

【0021】

加圧ヒータ３へは、液化ガスの自重によって液化ガスが供給される。本実施形態では、加圧ヒータ３がタンク接続室７の床近くに配置されており、タンク２がタンク接続室７の床から持ち上げられた位置に配置されている。そして、タンク２が持ち上げられることによって空いたスペースがバッファ容器５の設置スペースとして利用されている。ただし、タンク２は必ずしもタンク接続室７の床から持ち上げられた位置に配置される必要はない。

【0022】

加圧ヒータ３は、送液路３１を通じてタンク２から導出された液化ガスを気化する。例えば、加圧ヒータ３は液化ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。例えば、熱媒体はグリコールを含む不凍液である。ただし、液化ガスの種類によっては熱媒体は清水や海水であってもよい。なお、加圧ヒータ３、送液路３１および送気路３２は、タンク２内を加圧することにより当該タンク２から液化ガスを導出する加圧機を構成する。送液路３１と送気路３２の少なくとも一方には遮断弁が設けられ、タンク２内の加圧が不要なときは前記遮断弁が閉じられる。あるいは、遮断弁が閉じられる代わりに、送液路３１と送気路３２の少なくとも一方に設けられる流量制御弁が閉じられてもよい。

【0023】

燃料ガスヒータ４は、液化ガス導出路４１を通じてタンク２から導出された液化ガスを気化するとともに、気化ガスである燃料ガスをガス消費機１０の要求温度まで加熱する。例えば、燃料ガスヒータ４は液化ガスおよび燃料ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。例えば、熱媒体はグリコールを含む不凍液である。ただし、液化ガスの種類によっては熱媒体は清水や海水であってもよい。液化ガス導出路４１と第１燃料ガス供給路４３の少なくとも一方には遮断弁が設けられ、液化ガスの導出が不要なときは前記遮断弁が閉じられる。あるいは、遮断弁が閉じられる代わりに、液化ガス導出路４１と第１燃料ガス供給路４３の少なくとも一方に設けられる流量制御弁が閉じられてもよい。

【0024】

液化ガス導出路４１には、タンク２の気相部（本実施形態では、閉塞部２２の上部）から延びるＢＯＧ（Boil Off Gas）導出路４２がつながっている。つまり、ＢＯＧ導出路４２を通じてタンク２から導出されたＢＯＧが、液化ガス導出路４１へ流入する。ＢＯＧ導出路４２には遮断弁が設けられ、ＢＯＧの導出が不要なときは前記遮断弁が閉じられる。なお、ＢＯＧ導出路４２を通じたＢＯＧの導出はタンク２内の圧力を下げるべきときに行われ、このとき液化ガス導出路４１を通じた液化ガスの導出は行われない。ＢＯＧ導出路４２を通じたＢＯＧの導出が行われるとき、ＢＯＧの流量は、上述した液化ガス導出路４１と第１燃料ガス供給路４３の少なくとも一方に設けられる流量制御弁で制御される。

【0025】

バッファ容器５は、第２燃料ガス供給路８によりガス消費機１０と接続される。つまり、バッファ容器５は、燃料ガスヒータ４とガス消費機１０との間に介在する。第２燃料ガス供給路８には遮断弁が設けられ、燃料ガスの供給が不要なときは前記遮断弁が閉じられる。

【0026】

なお、送液路３１と送気路３２の少なくとも一方に設けられる遮断弁、液化ガス導出路４１と第１燃料ガス供給路４３の少なくとも一方に設けられる遮断弁、およびＢＯＧ導出路４２に設けられる遮断弁は、タンク接続室７内に配置される。第２燃料ガス供給路８に設けられる遮断弁はタンク接続室７外に配置されてもよいし、タンク接続室７内に配置されてもよい。

【0027】

本実施形態では、バッファ容器５の全体が一定の直径のパイプ状である。また、本実施形態では、バッファ容器５が、平面視でタンク接続室７に向かって開口するＵ字状である。

【0028】

具体的に、バッファ容器５は、タンク２の軸方向に延びる第１直線部５１および第２直線部５３と、第１直線部５１と第２直線部５３とを接続する折り返し部５２を含む。第１直線部５１の折り返し部５２と反対側の一端５１ａおよび第２直線部５３の折り返し部５２と反対側の一端５３ａは閉塞板で閉塞されている。折り返し部５２は、第１直線部５１の他端５１ｂから１８０度折れ曲がって第２直線部５３の他端５３ｂにつながる。

【0029】

本実施形態では、第１直線部５１の一端５１ａと第２直線部５３の一端５３ａがタンク接続室７内に配置されている。そして、タンク接続室７内で、第１直線部５１の一端５１ａに第１燃料ガス供給路４３が接続されるとともに、第２直線部５３の一端５３ａに第２燃料ガス供給路８が接続されている。

【0030】

第１直線部５１および第２直線部５３は、図２に示すように、タンク２の軸方向から見たときに、タンク２の中心２０から斜め下方に位置する。このため、タンク２の斜め下方の比較的に大きなスペースに第１直線部５１および第２直線部５３を配置することができる。しかも、第１直線部５１および第２直線部５３の直径を大きくしてバッファ容器５の容積を大きく確保することができるため、システムの容積効率が向上する。また、本実施形態では、第１直線部５１と第２直線部との間に、人がタンク２の下方へアクセスするためのスペースが確保される。

【0031】

第１直線部５１の中心は、タンク２の中心２０回りに鉛直線から３０度以上６０度以下の範囲に存することが望ましい。同様に、第２直線部５３の中心は、タンク２の中心２０回りに鉛直線から３０度以上６０度以下の範囲に存することが望ましい。

【0032】

タンク接続室７は、底壁７１および天井壁７６を含むとともに、タンク２の軸方向で互いに対向する正面壁７２および中間壁７５、ならびにタンク２の軸方向と直交する水平方向で互いに対向する側壁７３，７４を含む。上述したサポート６のサイドフレーム６１，６２は中間壁７５に接続されている。

【0033】

中間壁７５には、タンク２と同軸上に円形の開口が設けられている。タンク接続室７は、中間壁７５からタンク２の閉塞部２２まで延びる、タンク２の管状部２１と同じ直径の管状部７７も含む。つまり、タンク接続室７内の空間は、底壁７１、天井壁７６、正面壁７２、側壁７３，７４、管状部７７およびタンク２の閉塞部２２で取り囲まれている。

【0034】

以上説明したように、本実施形態の舶用燃料ガス供給システム１では、バッファ容器５がタンク２の下方に配置されるので、タンク２の容積を大きく確保しつつ、システム全体の占有面積を小さくすることができる。これにより、舶用燃料ガス供給システム１を、例えば船内の狭隘なスペースに収めることができる。エネルギー密度（単位体積あたりの発熱量）が小さい液化水素ではＬＮＧに比べてタンク２の容積が大きくなる傾向があるため、本開示は本実施形態のように液化ガスが液化水素の場合に特に有用である。

【0035】

しかも、本実施形態ではバッファ容器５の全体が一定の直径のパイプ状であるので、バッファ容器５を容易に製造することができる。さらに、バッファ容器５は複数のパイプを突き合わせ溶接して製造可能であり、この場合にはガス漏れ箇所が無く、高い安全性を得ることができる。

【0036】

また、本実施形態ではバッファ容器５がＵ字状であるので、第１直線部５１の一端５１ａおよび第２直線部５３の一端５３ａを固定点、折り返し部５２をスライドフリーとすることにより、バッファ容器５の熱収縮による応力発生を回避することができる。

【0037】

＜変形例＞
本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0038】

例えば、タンク接続室７は必ずしも必要ではなく、加圧ヒータ３および燃料ガスヒータ４がオープンスペースに配置されてもよい。

【0039】

また、バッファ容器５は、必ずしも全長に亘って一定の直径である必要はない。例えば、第１直線部５１の他端５１ｂおよび第２直線部５３の他端５３ｂにレデューサを設けるとともに折り返し部５２を小径にすることで、第１直線部５１および第２直線部５３の直径をさらに大きくしてもよい。

【0040】

あるいは、バッファ容器５は、必ずしもＵ字状である必要はない。例えば、バッファ容器５は、折り返し部５２の代わりに、第１直線部５１と第２直線部５３の間でタンク２の軸方向に所定間隔で並ぶ、第１直線部５１および第２直線部５３よりも小径の複数の連通管を含んでもよい。

【0041】

また、バッファ容器５は、タンク２の軸方向に延びる直線部を１つだけ含んでもよい。この場合も、前記実施形態と同様に、直線部はタンク２の軸方向から見たときにタンク２の中心２０から斜め下方に位置することが望ましい。

【0042】

さらには、バッファ容器５は、必ずしもパイプ状である必要はなく、タンク２の下方に広がる薄いタンク状であってもよい。

【0043】

＜まとめ＞
第１の態様として、本開示は、液化ガスが気化した気化ガスを燃料としてガス消費機へ供給する舶用燃料ガス供給システムであって、前記液化ガスを貯留するタンクと、前記タンクから導出された前記液化ガスを気化させる燃料ガスヒータと、前記燃料ガスヒータと前記ガス消費機との間に介在する、前記タンクの下方に配置されたバッファ容器と、を備える、舶用燃料ガス供給システムを提供する。

【0044】

上記の構成によれば、バッファ容器がタンクの下方に配置されるので、タンクの容積を大きく確保しつつ、システム全体の占有面積を小さくすることができる。

【0045】

第２の態様として、第１の態様において、前記バッファ容器はパイプ状であってもよい。この構成によれば、例えばバッファ容器の全体が一定の直径のパイプ状であればバッファ容器を容易に製造することができる。

【0046】

第３の態様として、第２の態様において、例えば、前記タンクは横向き円筒状であり、
前記バッファ容器は、前記タンクの軸方向に延びる少なくとも１つの直線部を含んでもよい。

【0047】

第４の態様として、第３の態様において、前記少なくとも１つの直線部は、前記タンクの軸方向から見たときに、前記タンクの中心から斜め下方に位置してもよい。この構成によれば、タンクの斜め下方の比較的に大きなスペースにバッファ容器の直線部を配置することができる。しかも、直線部の直径を大きくしてバッファ容器の容積を大きく確保することができるため、システムの容積効率が向上する。

【0048】

第５の態様として、第３または第４において、例えば、上記の舶用燃料ガス供給システムは、前記タンクに対して当該タンクの軸方向の一方に配置されたタンク接続室をさらに備え、前記燃料ガスヒータおよび前記少なくとも１つの直線部の一端は前記タンク接続室内に配置されてもよい。

【0049】

第６の態様として、第１乃至第５の態様の何れかにおいて、前記液化ガスは液化水素であってもよい。液化水素ではＬＮＧに比べてタンクの容積が大きくなる傾向があるため、本開示は液化ガスが液化水素の場合に特に有用である。

【0050】

第７の態様として、本開示は、第１乃至第６の態様の舶用燃料ガス供給システムが搭載された液化ガス燃料船を提供する。

【符号の説明】

【0051】

１ 舶用燃料ガス供給システム
１０ エンジン
２ タンク
２０ 中心
４ 燃料ガスヒータ
５ バッファ容器
５１，５３ 直線部
５１ａ，５３ａ 一端
７ タンク接続室

【図1】

【図2】

【図3】