JP6250831B2 - ガス燃料駆動海上船舶における廃棄冷温を回収するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、全体として、ガス燃料駆動の海洋船舶における燃料の貯蔵及び分配システムに関連する熱及び材料フローの配置技術に関する。特に、本発明は、船舶のHVAC(加熱、換気及び空調)システムからの熱を吸収する燃料貯蔵及び分配システムに関する。

米国特許第2903860号には、大部分が液体であるガス燃料を貯蔵するためのガスタンク；気密空間を構成するタンクルームであり、前記タンクルームへ及びタンクルームからのタンク接続部とそれらに関連するバルブを囲むタンクルーム；前記タンクルーム内に達する冷蔵設備或いは空調設備回路の一部、前記タンクルーム内の前記冷蔵設備或いは空調設備回路の一部から熱を受け取るように構成された前記タンクルーム内の第１ローカル熱伝達回路、を有しているガス燃料駆動船舶の燃料貯蔵及び分配システムが記載されている。この米国特許第2903860号には、また、タンクルーム内に達する冷蔵設備或いは空調設備回路からの熱を前記タンクルーム内の第１ローカル熱伝達回路に伝達し、前記第１ローカル熱伝達回路を前記燃料貯蔵及び分配システムで扱われる液化ガス燃料を加熱するのに使用するステップを有する、ガス駆動海洋船舶の加熱、換気及び空調回路からの熱を前記船舶のガス燃料に伝達する方法が記載されている。
天然ガス、即ち、室温でガス状となって現れる混合物を形成するのに十分に揮発性である炭化水素の混合体は、内燃エンジンの燃料としての燃料オイルの有利な代替物となるものである。

燃料として天然ガスを使用する海洋船舶においては、天然ガスは典型的には船上では通常、頭文字LNG(液化天然ガス)が使用される液体の状態で貯蔵される。天然ガスは、略摂氏-162°（華氏-260°）である沸点より低い温度に保つことにより液体の状態を保つことができる。天然ガスは、また、それを十分に高圧に圧縮状態に保ち、燃料としての使用のために貯蔵することができ、その場合、CNG(Compressed Natural Gas)の頭文字が使用される。現時点においては、圧縮より液化の方がより経済的と考えられているため、ここでの記述は、主としてLNGに言及する。

図１は、LNG燃料の船舶に搭載される既知のシステムの設計概念を示す図である。LNG 給油ステーション１０１がデッキ上に位置し、システムにLNGを充填するために使用される。LNG燃料貯蔵システムは、１又は複数のLNGを液体の状態で貯蔵するための断熱ガスタンク１０２を有し、また、LNGが制御可能に蒸発され、エンジンに分配される、いわゆる、タンクルーム１０３が設けられている。蒸発は、液体からガス相への相転換を意味し、この理由で、次の段階では、頭文字から液体のLは切り離して、その替わりにNG（天然ガス）のみを使用すする。

エンジン１０４、即ち、船舶のエンジンは、エンジンルーム１０５内に配置されている。各エンジンは、対応するエンジン特有の燃料注入サブシステム１０６を持ち、ここでは、ガス燃料の場合はGVU(Gas Valve Unit)として参照されるガス源が存在する。 図１のタンクルーム１０３は２つの蒸発器を有し、第１の蒸発器１０７はいわゆるPBU（蓄圧）蒸発器でガスタンク１０２の内部で十分な圧力を維持するために使用される。ガスタンク１０２の内部の主供給ライン１０８の入口における静水圧は、LNGを第２蒸発器１０９内に流入させる駆動力となるものであり、その第２蒸発器は、そこから燃料がガスの形態でエンジンに向けて分配されるMGE、即ち、主ガス蒸発器となるものである。蒸発したガスが、GVUへ、更にエンジンへ流れることを確実にするため、PBUシステムはガスタンク１０２の内部圧力を、典型的には５〜１０バールの間の所定の圧力、或いはそれの近傍の圧力に維持する。

エンジン１０４は、１又は複数の冷却回路を備える。図１に概略的に示されるように、いわゆる低温（LT）冷却回路の外部ループ１１０が存在し、これは、例えば、潤滑オイルの冷却に使用される。外部ループ１１０内を循環するいわゆる低温（LT）水は、熱交換器１１１を通るときは５０°Ｃ程度の温度で、熱交換器１１１においては、熱をグリコールと水の混合体に伝達し、この混合体は、次に、蒸発器１０７及び１０９に熱を伝達する。グリコール/水混合体の回路は、循環ポンプ１１２及び膨張タンク１１３を有する。グリコールは混合体においては、蒸発器１０７及び１０９の入口部の極めて低温のLNGに接触するような場合に、混合体が凍結することを防ぐために必要とされるものである。

多くの種類の海洋船舶、特に客船は、例えば、空調や食品を冷凍するための種々の冷却機能において相当の量のエネルギーを使用する。米国特許8,043,136号は、船舶のHVACシステムからの熱を吸収するためのガス燃料蒸発システムを使用することを示唆している。図２は、上記先行文献の図２に示唆される熱流と機能を示す概略図である。先行技術のシステムの中心は、熱伝達回路２０１であり、この回路は矢印２０３に従うHVACシステム２０２からの熱を吸収する。熱伝達回路２０１はガス燃料蒸発装置２０４内のガス燃料に熱を与え、この先行技術におけるガス燃料蒸発装置は、ガス燃料が流れる熱交換器/或いは蒸発器である。制御要素２０５は、HVACシステム２０２からの熱伝達が十分であるかどうかをモニターし、必要であれば、矢印２０７に従い海水から熱を追加的に抽出することにより補う。

他の制御要素２０８はHVACシステム２０２の一部として適用され、熱伝達回路２０１に熱を与えることにより十分な冷却が行われない場合は、電動駆動の冷却装置が矢印２１０に従い環境２０９に熱を放出するように使用することができる。

先行技術はガス燃料駆動海洋船舶上の熱フローの取扱いにおける全体のエネルギー効率を改良する余地は残されている。更に、それらは、しばしば複雑な構造と比較的高価な装置を含んでいる。例えば、米国特許第8,043,136号のシステムは、熱伝達回路内を流体が循環させるためのポンプと、HVAC回路内の熱伝達媒体を循環させる他のポンプを必要とし、全体として、少なくとも４基の異なる熱交換器を必要とする。海運等級規則は、代表的には、冗長性を通して信頼性を達成するためにポンプを重複して設けることを要求しており、これはポンプに関連するコストが倍になる。複雑な構造は、造船においての長い建造期間を意味する。

以下に、本発明のいくつかの実施態様を基本的に理解するために、本発明の概要を説明する。

この概要は本発明の全体を詳細に述べるものではない。また、本発明のキーとなる、また、必須の要素を特定するものでもなく、また本発明の範囲を画定するものでもない。以下の概要は、本発明の実施例の詳細な説明に対しての導入部として簡略化した形態で単に本発明の概念を述べるものである。

本発明の１つの態様によると、海洋船舶のための燃料貯蔵及び分配システムが提供されており、このシステムは、先行技術に比較して、製造コストと構造上の複雑差さ避けることを可能にするものである。

本発明の他の態様によると、船舶のHVACシステムからの熱を吸収して低温ガス燃料を効率的に使用することを可能にする燃料貯蔵及び分配システムが提供される。

本発明の更なる態様によると、船舶のHVACシステムとエンジン冷却システム及びガス燃料との間での熱流を柔軟に制御することを可能にする燃料貯蔵及び分配システムが提供される。

本発明の更なる態様によると、船舶のHVACシステムから船舶のガス燃料への熱を効率的に且つ柔軟な方法で伝達する方法が提供される。

本発明の有利な目的は、タンクルーム内の低温ガス燃料に達する冷蔵設備或いは空調回路の一部から熱を伝達するために、タンクルーム内のローカル熱伝達回路を使用することにより、達成される。

本発明の燃料貯蔵及び分配システムは、このようなシステムに向けられた独立請求項の特徴部分に記載された特徴により特徴付けられる。

ガス燃料を動力源とする海洋船舶のHVACシステムから当該船舶のガス燃料に熱を伝達するための方法は、このような方法に向けられた独立請求項の特徴部分に記載された特徴により特徴付けられる。

本発明の有利な実施例は従属請求項に記載されている。

本発明は、冷凍設備或いは空調設備の回路をタンクルーム内に到達させることにより、従来のシステムの多くのポンプや他の構成要素を除去することを可能にしている。

タンクルーム内のローカル熱伝達回路は、冷凍設備や空調装置の回路の一部から熱を抽出し、その熱を更に直接的に或いは間接的にガス燃料に与えることを可能にする。

燃料貯蔵及び分配システムの重要な部分は、完成された構造物として造船所に渡されるモジュールとして製造することができ、このことは、建設費を削減し、船舶の建造における製造設備を簡略にすることができる。

本願に示された本発明の例示的実施例は、添付の特許請求の範囲の適用を制限するものとして解釈されてはならない。

本願においては、動詞の「有する」は、記載されていない特徴の存在を排除しない開かれた限定として使用されるものである。従属請求項に記載された特徴は、特に明確に述べられていない限り、互いに自由に組み合わせることができるものである。

本発明の特徴として考えられる新規な特徴は、特に添付の請求項に記載されている。しかしながら、以下の図面を参照した特定の実施例の記載を読むとき、本発明自体は、装置及び運転方法の両方について、それらの目的及び利点と共に最良に理解できるであろう。

従来のLNG燃料分配構成を示す。 従来の熱及び材料のフローを示す。 本発明の１実施例による燃料の貯蔵及び分配のシステムにおける熱及び材料のフローを示す。 本発明の１実施例による燃料の貯蔵及び分配システムの一部の適用例を示す。 本発明の他の実施例による燃料の貯蔵及び分配システムの一部の適用例を示す。 本発明の他の実施例による燃料の貯蔵及び分配システムの一部の適用例を示す。 本発明の他の実施例による燃料の貯蔵及び分配システムの一部の適用例を示す。 本発明の他の実施例による燃料の貯蔵及び分配システムの一部の適用例を示す。 本発明の他の実施例による燃料の貯蔵及び分配システムの一部の適用例を示す。 本発明の１実施例による燃料の貯蔵及び分配システムの制御構成を概略的に示す。

図３は本発明の１実施例による燃料の貯蔵及び分配システムにおけるある材料と熱のフローを示す。ブロック３０１は全体としてHVAC(暖房・換気・空調)システムを示し、これ（これら）は船舶に搭載され、周囲温度より低い温度を生成し、維持するために使用される。HVACシステムのブロック３０１が有する構成の例として、キャビン、ラウンジ、レストラン、及び他の内部スペースの空調；冷蔵貯蔵或いは他の貯蔵室の冷却；船倉或いは個々の貨物の冷却、及び形態用水の冷却、などである。

矢印３０２は、HVACシステムから、第１ローカル熱伝達回路３０３と呼称される熱伝達回路へどのように熱が伝達されるかを示している。矢印３０４は、第１ローカル熱伝達回路３０３が、受け取った熱を燃料貯蔵及び分配システム内で取り扱われる液化ガス燃料に伝達するためにどのように配置されているかを示している。第１ローカル熱伝達回路３０３からの熱の全ての熱伝達が直ちにいくらかのガス燃料の蒸発を直ちに引き起こす必要はないが、理論的には、最後に述べた熱伝達は、ガス燃料蒸発装置３０５内で起きる。

図３の右側は、船舶内の他の熱源３１１が熱を生成し、少なくともその一部が矢印３１２により第２ローカル熱伝達回路３１３に伝達される様子を示している。矢印３１４は、受け取った熱をガス燃料蒸発装置３０５内の液化ガス燃料に伝達するように、第２ローカル熱伝達回路３１３がどのように設けられているかを示している。他の熱源３１１は、例えば、冷却回路を有するエンジンである。エンジン冷却回路の一部はタンクルーム内に達っすることができ、そこで、矢印３１２に従い、第２ローカル熱伝達回路３１３に熱を供給する。

熱力学の法則により、熱エネルギーの自発的な流れは常に高温側の構造物から低温側の構造物に生じ；熱のみが流れ、冷たさ(cold)は移動しない。

しかしながら、実際には、ある一定の冷温（コールド）が常にHVACシステム３０１内において必要とされ、十分にゆとりのある冷温が、低温の液化ガス燃料において利用可能である。別な言い方をすると、冷温（コールド）は、工夫された生成手段によりガス燃料から“除去”され、エネルギーの使用は、“廃棄冷温(コールド)”となるであろうし、また、熱の流れを、そうでなければ環境に廃棄されてしまうであろう冷温が、熱エネルギーを吸収するのに使用できるように配置する行為は、廃棄冷温（コールド）の回収と呼ばれるであろう。

熱力学的でない場合、概念的には、いくらかの冷温（コールド）がガス燃料からそれが消費されるHVACシステムへ流れ、冷温（コールド）の流れは矢印３０２及び３０４に示されるものと反対の流れ方向となると考えることができる。

ガス燃料蒸発装置３０５からの１つのアウトプットは船舶のガス燃料駆動のエンジンへのガス状の（即ち、蒸発した）燃料である。他の可能な２つのアウトプットは、図３の括弧内に配置するように、互いに置換可能である。ガス燃料蒸発装置３０５は、矢印３２１に従い、ガスタンク内になお貯蔵されているガス燃料を加熱するために使用される熱を出力することができる。このような加熱は、ガス相で貯蔵されているガス燃料を加熱することにより及び/又は液相として貯蔵されているガス燃料を蒸発させることにより、ガスタンク内の圧力を十分に維持することを目的とするものである。

図３の右上に示されれいる他の代替として、ガス燃料蒸発装置３０５から得られた蒸発ガス燃料の一部が、圧力蓄積（ビルドアップ）の目的のためにガスタンクに戻される。

図３の括弧内に示される代替のものは、それらの1つは、ガスタンクの圧力を維持するために最も重要な機構として採用されるものであるが、互いに排他的になるものではない。図３は、共通の制御要素３２２が全ての熱の流れ（矢印３２１の流れを含む；示された制御ラインは図面上明確にするために切断されている。）がどのように制御するために使用されているかを示す。制御要素３２２は、典型的には、プロセッサを有し、また、その配列には多数の圧力及び温度センサを持ち、種々の位置における圧力と温度を監視し、測定された温度や圧力が、所望の範囲内にあるかどうかについて理にかなった決定ができるようにしている。実際には、多くの制御機能が、対応する回路内の熱伝達媒体の流体の流れ、及びガス燃料蒸発装置３０５の種々の部分を流れるガス燃料の流れを増加或いは減少させる制御可能なバルブの形態で適用されている。

図４は、本発明による燃料の貯蔵及び分配システムの部分を示している。左側には、大部分が液体状となっているガス燃料を貯蔵するためのガスタンク４０１が存在している。ガスタンク４０１に接続してタンクルーム４０２が存在し、このタンクルームは関連するタンク接続部及びバルブを囲む気密スペースを形成している。ガスタンク４０１へ及び/又はガスタンク４０１からのパイプ接続部がタンクルーム４０２内に入り込んでいるが、いくつかのパイプ接続部はそれらの間の自由空間内を横切っている。整合性を与えるため、ガスタンク４０１へ及び/又はガスタンク４０１からの全てのパイプ接続部は二重壁のパイプとして示されているが、タンクルーム４０２内に直接に入り込んでいるものについては、二重壁でないパイプも必要とされている。二重壁パイプの外側壁が設けられ、また、及び例えば、ガスタンク４０１の二重壁構造に接続される方法は本発明においては重要でない。

図４の下部は、タンクルーム４０２内に達する冷蔵設備或いは空調設備の回路の一部を示している。前記冷蔵設備或いは空調設備を流れる流体媒体は、広義の意味での、船舶のHVACシステム内に組み込まれる何らかの冷却される部分から熱が伝達されるあらゆる流体媒体となる。図４における前記流体媒体として、例示的にブライン（塩水）が使用されている。

第１ローカル熱伝達回路は、タンクルーム４０２内の冷蔵設備或いは空調回路設備の前記部分から熱を受け取るように構成され、受け取った熱を燃料貯蔵及び分配システム内で取り扱われる液化ガス燃料に熱を伝達するように設けられる。特に、第１ローカル熱伝達回路は、第１ローカル熱伝達再-沸騰器（re-boiler）４０３及び第１ローカル熱伝達凝縮器４０４を有し、それらの間でいくらかの蒸発可能の流体伝達媒体の循環が行われる。冷蔵装置或いは空調装置回路の部分は、第１ローカル熱伝達再-沸騰器４０３の内部においてホット要素（hot element）４０５を構成している。燃料貯蔵及び分配システムは、ガス燃料を、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のコールド要素（cold element）４０７を通してガス燃料を導くように構成されたパイプ４０６を有している。

「ホット（hot）」及び「コールド(cold)」の用語は、それぞれの要素の目的を示すものであり、必ずしも、観察する人間が熱い或いは冷たいと考えることを必要とするものでない。再-沸騰器、即ち蒸発器内のホット要素は、使用中に、熱を伝達媒体に供給し、蒸発を起こすように意図された部分である。凝縮器内のコールド要素は、使用中に、熱伝達媒体から熱を受取、凝縮を起こすように意図された部分である。

図４の燃料貯蔵及び分配システムは、他の熱源からの熱が、船舶おガス燃料駆動エンジンに向かうこととなっているガス燃料を蒸発及び/又は加熱するのに使用できるように設計されている。

エンジン冷却回路の部分は、図４の右下部分に示すように、タンクルーム内に達している。第２ローカル熱伝達回路は、タンクルーム４０２内のエンジン冷却回路の部分から熱を受け取るように構成され、受け取った熱を燃料貯蔵及び分配システム内で扱われる液化ガス燃料に伝達するように設けられている。

特に、第２ローカル熱伝達回路は、第２ローカル熱伝達再-沸騰器４０８と第２ローカル熱伝達凝縮器４０９を有している。エンジン冷却回路の上記部分は、第２ローカル熱伝達再-沸騰器４０８内のホット要素を形成している。

燃料貯蔵及び分配システムは、第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内のコールド要素４１２を通してガス燃料を導くように構成されたパイプ４１１を有している。

LNGはガスタンク４０１から供給パイプ４１３を通して流出するようにされている。図４の実施例では、供給パイプは、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のコールド要素４０７に接続する第１分岐管に分岐し、また、第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内のコールド要素４１２に接続する第２分岐管に分岐している。接続パイプ４１４が第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のコールド要素４０７から前記第２分岐管のT接続具に接続され、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のコールド要素４０７を通して来たガス燃料も、また、第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内のコールド要素４１２を通して流れるようにされている。Ｔ接続具が出口パイプ４１５にも設けることができ、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のコールド要素４０７を通して来たガス燃料が第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内のコールド要素４１２を通して流れないようにすることができる。更に、他の変形として、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のコールド要素４０７を通して来たガス燃料が第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内ｍのコールド要素４１２を流れるかどうかを決定するために、バルブ装置を設けることができる。

対応する作動装置４１８，４１９を通して作動する制御可能なバルブ４１６．４１７は、供給パイプ４１３から第１及び第２の分岐管にそれぞれ流れるガス燃料の量を制御する。換言すると、制御可能なバルブ４１６及び４１７は、ガス燃料を、第１及び第２ローカル熱伝達凝縮器４０４及び４０９内のコールド要素４０７及び４１２を連続して通すか、或いは、コールド要素４０７又は４１２の一方のみを通すかを選択するための選択バルブとして機能するものである。

図４の燃料貯蔵及び分配システムは、また、ガスタンク４０１内の内部圧力を十分に上昇させ、維持するための圧力蓄積（PBU）回路を有している。PBU回路の一部は、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４或いは第２ローカル熱伝達凝縮器４０９の少なくとも１つにおけるコールド要素を構成する。特に、図４の実施例においては、両方が存在する：第１PBUコールド要素４２０が第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内に位置し、第２PBUコールド要素４２１が、第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内に位置している。PBU回路は流体加熱媒体を前記PBUコールド要素４２０或いは４２１及びタンクルーム４０２に隣接したガスタンク４０１の内部に位置する加熱要素４２２の少なくとも1つを通して流すように構成された閉ループ回路である。それぞれ対応する作動装置４２７，４２８，４２９及び４３０にを通して作動される制御可能なバルブ４２３，４２４，４２５及び４２６は、前記２つのPBUコールド要素４２０及び４２１を通して流れる流体加熱媒体の相対的な量を制御する。

前述の例示的なブラインの表示は、図４の実施例においては、タンクルーム４０２内に達する冷蔵設備或いは空調設備回路の一部は、液体熱伝達媒体のための、即ち、循環ループ内のいずれにおいても相が変化することを意図されない熱伝達媒体のための循環回路の一部となるものであることを強調するものである。異なる時点においては、船舶のHVACシステムから伝達される必要のある異なる熱量が存在する。；例えば、客船が入港し、船客が船にいないか殆どいないとき、空調システムの冷房の要求は全ての船客が乗船しているときに比較して少ないであろう。

異なる時点における熱伝達に対する異なる要求のバランスをとるため、冷蔵設備や空調設備回路においてバッファー貯蔵部をもうけることが望ましい。この目的のため、図４の燃料貯蔵及び分配システムは、液体熱伝達媒体の一定量を一時的に貯蔵するための断熱されたバッファータンク４３１を有している。対応する作動装置４３４及び４３５を通じて作動される制御可能なバルブ４３２及び４３３が設けられ、バッファータンク４３１内に、及び、バッファータンク４３１からの熱伝達媒体の流れを制御するようにしている。循環ポンプ４３６が、冷蔵設備或いは空調設備回路内の液体熱伝達媒体の十分な循環を確保する。海運種別規則が、冗長性を持たせるために２つの並行な循環ポンプを設けることを要求することがある。

図４のシステムを使用するガス燃料駆動の船舶における加熱、換気及び空調（HVAC）システムからの熱を伝達する方法は、タンクルーム４０２内に達する冷蔵設備或いは空調設備回路からの熱を、前記タンクルーム内の第１ローカル熱伝達回路に伝達するステップを有する。特に、液体熱伝達媒体は、第１ローカル熱伝達再-沸騰器４０３の内部の周囲の蒸発可能な伝達媒体に熱を与える。第１ローカル熱伝達回路が、燃料貯蔵及び分配システムにおいて扱われる液化ガス燃料を加熱するめに使用される。特に、エンジン内で燃焼されることとなっているガス燃料は、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のコールド要素４０７内で直接に加熱される。更に、ガスタンク４０１内のガス燃料は、第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のPBUコールド要素４２０内の流体加熱媒体を加熱することにより間接的に加熱される。前記流体加熱媒体は、次に、加熱要素４２２を流れるとき、ガスタンク内のガス燃料を加熱する。

上記の方法は、更に、タンクルーム４０２内に達しているエンジン冷却回路からの熱を、タンクルーム４０２内の第２ローカル熱伝達回路に伝達するステップを含むことができる。第２ローカル熱伝達回路は、次に、燃料貯蔵及び分配システム内で扱われるガス燃料を加熱するために使用される。特に、エンジンで使用されることとなるガス燃料の直接の加熱は、第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内のコールド要素４１２内で行われ、貯蔵ガス燃料の間接的加熱は、上述したように、同様にPBU回路を通して行われる。

本方法は、更に、冷蔵設備或いは空調設備回路を流れる液体加熱媒体の一定量を断熱されたバッファタンク４３１内に一時的に貯蔵し、前記バッファタンク４３１から制御可能に取り出して冷蔵設備或いは空調設備回路に戻すステップを有する。

図５は、本発明の他の実施例による燃料貯蔵及び分配システムを示す。

図４の実施例におけるものと同様な機能を持つものについては同じ参照符号が用いられている。図４の実施例に比較して最も重要な異なる部分は、図５においては、タンクルーム４０２内に達する冷蔵設備或いは空調設備回路の部分が、蒸発可能な冷媒のための循環ループの一部となっており、図４のように液体熱伝達媒体（ブライン）のためのものではない点である。図５においては、HVACシステムから熱を吸収する作動は、蒸発可能な冷媒の一部を蒸発させるステップを有し、冷媒は蒸気の状態で下部から図５のシステム内に流れることを前提にしている。蒸気の状態の冷媒は、第１ローカル熱伝達再-沸騰器内んもホット要素４０５内で凝縮し、前記ローカル熱伝達回路内を循環する伝達媒体に熱を供給する。凝縮した蒸発可能な冷媒はHVACシステム内に戻る。凝縮した冷媒はブラインとは異なるポンプへの要求を持つ可能性があり、この理由のために、循環ポンプ５０１は図５においては異なる参照番号を付している。

断熱されたバッファタンク内に凝縮した蒸発可能な冷媒を一時的に貯蔵することは基本的に可能であるけれども、図５は熱エネルギーを一時的に蓄えるための代替的な解決方法を示している。このシステムは、蓄熱器５０２，及び蓄熱器５０２を通して蒸発可能な冷媒の流れを制御するための、それおぞれの作動装置５０５，５０６により作動される制御バルブ５０３，５０４を有している。蓄熱器５０２は、例えば、ブライン或いは大きい熱容量を持つ他の液体を収容する断熱されたタンクとすることができ、また、このシステムは、その断熱タンク内の凝縮した蒸発可能の冷媒が流れる熱交換器５０７を有することができる。熱交換器を通る間、それぞれの温度差により、凝縮した蒸発可能な冷媒はブラインから熱を抽出するか、或いはそれに熱を供給する。廃棄冷温の回収を、通常の専門用語で、凝縮した蒸発可能な冷媒は、互いの温度差により、コールド（冷温）をブラインに与える、或いはブラインからコールドを抽出すると述べることによって同じことを言うことができる。

図５の実施例の運転方法は、それが冷蔵設備或いは空調設備回路内を流れる蒸発可能な冷媒の循環を、熱を蓄積するため、或いは必要に応じて熱を取り出すための熱蓄積器を通じて、制御するステップを有する点において、図４の実施例と異なる。

図６は、本発明の他の実施例による燃料貯蔵及び分配システムを示す。

図４及び/又は図５の実施例と同様な機能については、同じ参照符号を使用している。図６に示された変更部分は、既に述べた液体熱伝達媒体（図４）或いは蒸発可能な冷媒（図５）の代替物のいずれにも限定されるものではない。最期に述べたものは例示として図６に示されるが、冷蔵設備或いは空調設備回路は、図４に示されたものときわめて類似している。

図６が特に示そうとしている変更部分は、PBU回路の構造・配置と主蒸発回路である。タンクルーム４０２内には依然として２つのローカル熱伝達回路が存在しているが、それらの内の１つのみが、ガスタンクの圧力蓄積の機能を有している。PBU回路の一部は、第２熱伝達凝縮器６０２におけるPBUコールド要素６０１を構成している。PBU回路は、第２ローカル熱伝達凝縮器６０２内のPBUコールド要素及びタンクルーム４０２内に隣接するガスタンク４０１内に位置する加熱要素６０３を通して熱媒体を加熱するようにされた閉ループである。作動装置６０６及び６０７を通して作動される制御バルブ６０４，６０５は、PBUコールド要素へ及びPBUコールド要素６０１から流体加熱媒体が流れる流量を制御する。第１ローカル熱伝達凝縮器６０８は、船舶のエンジンの燃焼に使用されるガス燃料を流すコールド要素である１つのみのコールド要素６０９を有している。供給パイプ６１０からは１つだけの分岐管６１１が存在し、これは、第１ローカル熱伝達凝縮器６０８内のコールド要素６０９の入口に接続されている。したがって、エンジン内で燃焼される全てのガス燃料は、第１ローカル熱伝達凝縮器６０８内のコールド要素６０９を通して流れ、更に、連結パイプ６１２及び第２ローカル熱伝達凝縮器６０２内のコールド要素６１３を通して流れる。作動装置６１５により作動されるバルブ６１４は、供給パイプ６１０の通常の遮断バルブとして機能する。

図７は、本発明の他の実施例による燃料貯蔵及び分配システムを示す。
前述の実施例と同様の機能を持つものについては同じ参照符号を用いる。図７における変更部分は、前述の液体熱伝達媒体（図４）或いは蒸発可能の冷媒（図５）の代替物のいずれにも限定されるものではない。最初に述べるものは図７に例示として示されるが、冷蔵設備及び空調設備は図５に示されるものと極めて類似している。

図７に示される変更部分は、また、前述したPBU回路及び主ガス蒸発回路に関する代替物のいずれにも限定されるものではない。これらに関するアプローチは図４及びず５に類似するものであるが、図６に示された簡単な構造はも同様に使用される。

図７が特に示そうとする変更部分は、PBU回路内のガス燃料の加熱が、実際にどこで、またどのように実施されるかということに関連している。図７のPBU回路は、ガス燃料をタンクルーム４０２に隣接するガスタンク４０１から第１及び第２ローカル熱伝達凝縮器の少なくとも１のPBUコールド要素に導き、そしてガスタンクに戻すようにされたオープンループである。特に、図７の実施例においては、液相のガス燃料はガスタンク４０１からPBU供給パイプ７０１及び第１及び第２ローカル熱伝達凝縮器７０４、７０５のそれぞれのPBUコールド要素へ、対応する分岐管を通して流れ、そこで蒸発する。したがって、ガス相のガス燃料は、PBUコールド要素７０２及び７０３からPBU戻り管７０６を通してガスタンク４０１に戻る。それぞれの作動装置７１１，７１２，７１３及び７１４によって作動される制御弁７０７，７０８，７０９及び７１０は２つのPBUコールド要素７０２，７０３を通して流れ、その過程で蒸発するガス燃料の相対的比率を制御する。

図８は、本発明の他の実施例による燃料貯蔵及び分配システムを示す。既に述べた実施例における同様な機能の部分については、同じ参照符号を使用している。図８に示された変更部分は、既に述べた液体熱伝達媒体（図４）或いは蒸発可能な冷媒（図５）の代替物のいずれにも限定されるものでない。図８に述べたものは図８に例示として示され、冷蔵設備或いは空調設備回路は、図４に示されたものときわめて類似している。

図８に示された変更部分は、また、圧力蓄積のための両方のローカル熱伝達回路を使用するもの、或いは主ガス蒸発回路の特定の構造に限定されるものではない。１つの熱伝達回路のみがPBUとして使用でき、及び/又は図６のようなより単純な主ガス蒸発回路も全く同様に利用できる。

図８が特に示そうとする変更部分は、閉ループPBU内の熱伝達媒体の循環が実際にどのよう行われるかに関連している。更に、図８の実施例は、どのようにして、閉ループのPBU回路の使用がガスタンクの最上部に全てを通過物を留めることを可能にして、パイプラインの機械的故障が生じた場合でも、極めて低温の液体ガスがガスタンクから簡単に排出されることがないようにしているかを示すものである。

図８の実施例においては、蒸気の状態で各ローカル熱伝達再-沸騰器８０１又は８０２から対応するローカル熱伝達凝縮器８０３又は８０４に流れる蒸発可能な熱伝達媒体のいくらかの部分が、ガスタンク内のガス燃料を加熱し続ける。

各ローカル熱伝達凝縮器８０３及び８０４からは、ガスタンク４０１内の加熱要素８０６に連なるPBU送出パイプ８０５への制御バルブ接続が存在している。PBU戻りパイプ８０７が、PBU回路内を流れる流体加熱媒体を加熱要素８０６から流出させる。

流体加熱媒体の戻りは、、第１ローカル熱伝達再-沸騰器８０１の場合にように、直接に対応するローカル熱伝達再-沸騰器に流れるか、或いは、予加熱のために、最初にローカル熱伝達凝縮器内のコールド要素に流れ、その後においてのみ、対応するローカル熱伝達再-沸騰器に流れる。最後の代替案は、図８の第２ローカル熱伝達回路において実施され、そこでは、PBUコールド要素８０８は予加熱器として働く。もし、ローカル熱伝達再-沸騰器のホット要素内を流れる媒体が、PBU回路内の流体加熱媒体がガスタンク内の加熱要素から戻るときの温度或いはそれ以上の氷結点を持つ場合は、この種の予加熱器を持つことが望ましい。PBU回路内の流体加熱媒体が誤った方向に流れないようにするために、逆止弁８０８及び８０９或いは一方のみを流す装置を使用することができる。

図９は本発明の他の実施例による燃料貯蔵及び分配システムを示す。既に述べた実施例における同様な機能の部分については、同じ参照符号を使用している。図９に示される変更部分は、既に述べた液体熱伝達媒体或いは蒸発可能の冷媒（図５）の代替物のいかなるもものにも限定されるものではない。最初に述べるものは図９に例示として示されるが、冷蔵設備或いは空調設備回路は図５に示されたものと類似させることができる。図９に示される変更部分は、また、特別の主ガス蒸発回路の形態に限定されるものでなく、例えば、図６に示されたアプローチも使用できる。

図９が特に示そうとする変更分部は、ガスタンク内のPBU回路及び/又は加熱要素の数に関連している。図９の実施例は、ガスタンク４０１内の２つの加熱要素９０１、９０２を有している。対応して２つの独立したPBU回路があり、第１加熱要素９０１を通して流れる流体加熱媒体が第１ローカル熱伝達凝縮器４０４内のPBUコールド要素９０３内に再加熱のために入るようにしている。第２加熱要素９０２内を流れる流体加熱媒体は第２ローカル熱伝達凝縮器４０９内のPBUコールド要素９０４に再加熱のために入る。作動装置９０７、９０８により作動される制御バルブ９０５、９０６は、第１PBU回路内の流体加熱媒体の流れを制御し、作動装置９１１、９１２により作動される制御バルブ９０９、９１０は第２PBU回路内の流体加熱媒体の流れを制御する。

図１０は、燃料貯蔵及び分配システムを制御するための装置の模式図である。このような制御における中心的要素は、制御装置１００１であり、例えば、マイクロプロセッサである。コンピュータ読み取り可能な命令は、不揮発メモリ１００２であり、制御装置１００１により実行されるとき、本発明の実施例による方法を実行する。

燃料貯蔵及び分配システム内の種々の位置において支配している圧力は適切に設置された圧力センサ１００３によって測定される。圧力を物理的に制御するための代表的な行為は、ガス状又は液状の媒体の流れを制御するバルブを開及び/又は閉にすることを含み、この目的のために多くの作動装置１０４が適切に配置されている。本システムは、また、他の作動装置１００５或いは制御可能な装置を含み、例えば、装置のある重要な部分の温度の制御に使用するためのポンプ或いはヒータがある。

圧力センサ１００３、作動装置１０４，及び他の可能な作動装置１００５は、物理的作動装置として共通に設計することができる。入力及び出力ユニット（I/Oユニット）は、制御装置１００１と物理的作動装置との間のインターフェースの役割を果たす。それは、制御装置１００１によりデジタル形態で情報を交換し、圧力センサ１００３からの電圧及び/又は電流の形態で測定信号を受信し、そして、作動装置１００４及び１００５に電圧及び/又は電流の形態で命令を伝達する。入出力ユニット１００６は、制御装置１００１との伝達に使用するデジタル信号と、物理的作動装置を制御するのに使用するアナログ電圧及び/又は電流レベルとの間で必要な変換を行う。

バス接続１００７は、例えば、エンジン制御室及び/又は海洋船舶のブリッジ上にある制御装置１００１と１又は複数のユーザインターフェース１００８とを接続する。ユーザインターフェースは、１又は複数のディスプレイ及びタッチセンサーディスプレイ、キーボード、ジョイスティック、ローラマウス等のようなユーザインターフェースを有する。ユーザインターフェースの一部であるディスプレイは、燃料貯蔵及び分配システムの状態及び運転についての情報を人間ユーザに対して表示する。ユーザインターフェースの入力手段は、ガス燃料の貯蔵及び分配システムの作動を制御する命令をユーザが与えるのに利用できる。

電源装置１００９は制御装置の種々の電気的作動部分に対して必要な作動電圧を引き出し、分配する。

もし、伝達することができる熱量に比較して装置により必要となるスペースの観点から効率が評価っされるときは、蒸発及び凝縮は、熱を伝達するためには非常に有効な方法である。また、熱伝達媒体の液体とガス相との間の密度の差が大きく、その結果、伝達媒体を熱伝達回路を回る適切な動きに保持するための主たる駆動力として重力が利用できるため、蒸発可能な熱伝達媒体を使用することは、システム内でポンプの使用を避けることができる。更に、関連するハードウエアの主たる部分は、少なくともタンクルームと多分ガスタンクを有するモジュール内及び/又はそれに近接して組み込まれるようにすることができる。本発明による燃料貯蔵及び分配システムの全体の結果は、ガス燃料駆動の船舶の建造プロセスにおいて節約とより簡略化を与えることができる。

燃料貯蔵及び分配システムのための追加的熱源としてHVACシステムを使用する可能性は、廃棄コールド（冷温）が効率的にリサイクルすることができる、即ち、換言すると、環境に廃棄される必要のあるHVACシステム内で生成した熱廃棄を燃料貯蔵及び分配システムにおいて有益な目的のために吸収することができることを意味する。更に、熱源としての並列したHVACシステム及びエンジンの使用は、熱の流れを非常に柔軟に制御することを可能し、また、連結されたシステムにより提供される冷却能力（或いは：熱吸収容量）がエンジン出力の関数となるという事実の利点を得る。

以上述べた実施例にたいして、添付の特許請求の範囲により確定される範囲を離れない範囲において、種々の変形や改変が可能である。

例えば、これまで述べてきた実施例は、図面上の明確さを保つためにたった１つのガスタンクを有するものであるが、２又はそれ以上のガスタンク同じタンクルームを共有するように配置して同じ構造上の基本的な機能的解決手段を再現することができる。
熱が燃料貯蔵及び分配システムに持ち込まれる他の熱源は、エンジンのLT冷却水回路である必要はなく；例えば、推進システムにおける燃焼及び摩擦により発生する熱を、種々の方法で直接的、或いは間接的に燃料貯蔵及び分配システムに持ち込むことができる。他の熱源は、例えば、海上船舶に搭載された蒸気発生回路及び/又は熱オイル回路の部分を有することができる。例えば、エンジン冷却回路及び蒸気発生回路が共にタンクルーム内に到達するようにして、他の種々の熱源を組み合わせて使用することができる。

Claims (10)

1. ガス燃料駆動海上船舶の燃料貯蔵及び分配システムであって、
   大部分が液化されているガス燃料を貯蔵するためのガスタンク（４０１）と、
   タンクルーム（４０２）であって、前記タンクルームの内外を接続するタンクの接続部と関連するバルブを囲む気密スペースを形成するタンクルーム（４０２）と、
   前記タンクルーム内に到達する冷蔵設備又は空調設備回路の一部と、
   前記タンクルーム（４０２）内の前記冷蔵設備又は空調設備回路の一部から熱を受け取るように構成された第１ローカル熱伝達回路を有し、
   前記燃料貯蔵及び分配システムは、更に、第１ローカル熱伝達再-沸騰器（４０３）と第１ローカル熱伝達凝縮器（４０４）を有する第１ローカル熱伝達回路を有し、前記冷蔵設備又は空調設備回路の一部は前記第１ローカル熱伝達再-沸騰器内のホット要素（４０５）を構成し、受け取った熱を、前記燃料貯蔵及び分配システムにおける前記第１ローカル熱伝達再-沸騰器（４０３）及び前記第１ローカル熱伝達凝縮器（４０４）で扱われる液化ガス燃料に伝達するように配置され、
   前記燃料貯蔵及び分配システムは、更に、
   前記第１ローカル熱伝達凝縮器内のコールド要素（４０７）を通して液化ガス燃料を案内するためのパイプ（４０６）と、
   前記タンクルーム（４０２）内に達するエンジン冷却回路の一部と、
   第２ローカル熱伝達再-沸騰器（４０８）と第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）を有する、前記タンクルーム（４０２）内の第２ローカル熱伝達回路と、を有し、
   前記エンジン冷却回路の一部は、前記第２ローカル熱伝達再-沸騰器（４０８）内のホット要素（４１０）を構成し、前記第２ローカル熱伝達回路は、前記タンクルーム（４０３）内の前記エンジン冷却回路の一部から熱を受け取り、受け取った熱を、前記燃料貯蔵及び分配システムの第２ローカル熱伝達再-沸騰器（４０８）及び前記第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）内で扱われる前記ガスタンク（４０１）から送られる液化ガス燃料に伝達するものであり、
   前記燃料貯蔵及び分配システムは、更に、前記ガスタンク（４０１）から送られる液化ガス燃料を、前記第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）内におけるコールド要素（４１２）を通すパイプ（４１１）と、
   前記液化ガス燃料を、前記第１ローカル熱伝達凝縮器（４０４）及び前記第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）内のコールド要素（４０７，４１２）を連続して通すか、或いは、それらのコールド要素の１つのみを通すかを選択してガス燃料を案内する選択バルブ（４１６，４１７）と、
   一部が、前記第１ローカル熱伝達凝縮器（４０４）又は前記第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）の少なくとも１つのPBUコールド要素（４２０，４２１）を構成する前記ガスタンク（４０１）内の圧力を蓄積し維持する圧力蓄積装置（PBU）回路を更に有する、
   ことを特徴とする燃料貯蔵及び分配システム。
2. 前記圧力蓄積装置（PBU）回路は、流体加熱媒体を、前記第１ローカル熱伝達凝縮器（４０４）又は前記第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）の少なくとも１つの前記PBUコールド要素（４２０，４２１）と、前記ガスタンク内の加熱要素（４２２）を通して案内するように構成された閉ループである、請求項１に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
3. 前記圧力蓄積装置（PBU）回路は、ガス燃料を、ガスタンクから、前記第１ローカル熱伝達凝縮器（４０４）又は前記第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）の少なくとも１のPBUコールド要素（４２０，４２１）に案内し、次に前記ガスタンクに戻すように案内するように構成されたオープンループである、請求項２に記載された燃料貯蔵及び分配システム。
4. 前記冷蔵設備及び空調設備回路の一部は、液体熱伝達媒体のための循環ループの一部である、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料貯蔵及び分配システム。
5. 前記液体熱伝達媒体の一定量を一時的に貯蔵するための断熱されたバッファタンク（４３１）と、
   前記バッファタンクへ、及び前記バッファタンクから、前記液体熱伝達媒体の流れを制御するための制御バルブを有する、請求項４に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
6. 前記冷蔵設備又は空調設備回路は、蒸発可能な冷媒のための循環ループの一部である、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料貯蔵及び分配システム。
7. 蓄熱器（５０２）と、
   前記蓄熱器を通して前記蒸発可能な冷媒の流れを制御するための制御バルブ（５０３，５０４）を有する、請求項６に記載の燃料貯蔵及び分配システム。
8. 液化ガス燃料を貯蔵するガスタンクと前記液化ガス燃料を分配する燃料貯蔵及び分配システムを有するガス燃料駆動の船舶の加熱、換気、及び空調システムから熱を前記液化ガス燃料に伝達する方法であって、
   タンクルーム（４０２）内に到達する冷蔵設備又は空調設備からの熱を前記タンクルーム内の第１ローカル熱伝達凝縮器（４０４）を有する第１ローカル熱伝達回路に伝達するステップと、
   前記第１ローカル熱伝達回路を、前記燃料貯蔵及び分配システム内で扱われる前記液化ガス燃料を加熱するために使用するステップを有し、
   前記タンクルーム内に到達するエンジン冷却回路からの熱を、前記タンクルーム内の第２ローカル熱伝達凝縮器（４０９）を有する第２ローカル熱伝達回路に伝達するステップと、
   前記第２ローカル熱伝達回路を、前記燃料貯蔵及び分配システム内で扱われる前記液化ガス燃料を加熱するために使用するステップと、
   前記液化ガス燃料を、前記第１ローカル熱伝達凝縮器及び前記第２ローカル熱伝達凝縮器内のコールド要素（４０７，４１２）を連続して通すか、或いは、それらのコールド要素の１つのみを通すかを選択してガス燃料を案内する選択バルブ（４１６，４１７）を使用するステップと、
   一部が、前記第１ローカル熱伝達凝縮器又は前記第２ローカル熱伝達凝縮器の少なくとも１つのPBUコールド要素（４２０，４２１）を構成する圧力蓄積装置（PBU）回路を使用して前記ガスタンク（４０１）内の圧力を蓄積し維持するステップを有する、
   ことを特徴とする方法。
9. 断熱されたバッファタンク（４３１）内の前記冷蔵設備又は空調設備回路を流れる液体熱伝達媒体の一定量を一時的に貯蔵するステップと、
   前記バッファタンクからの液体熱伝達媒体を制御して回収し、前記冷蔵設備又は空調設備回路に戻すステップ、を有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記冷蔵設備又は空調設備回路を流れる蒸発可能な冷媒を、熱を貯蔵するための又は熱を必要に応じて回収するための蓄熱器（５０２）を通して制御可能に循環させるステップを有する、請求項８に記載の方法。

Images