專利名稱：船舶的氣體供給設備及船舶的提供氣體方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前序部分所述的一種船舶的氣體供給設備，以及根據權利要求5的前序部分所述的一種船舶上的氣體供給設備中提供氣體的方法。
由于氣體本身高效的燃燒和低的排放，作為能源的氣體在船舶上使用是有利的。通常氣體是在液化狀態下存儲，因為液化狀態下所要求的存儲空間較小。
液化天然氣(LNG)油輪的推進系統通常利用船貨來提供動力。油輪上氣體的存儲是利用絕熱船貨罐來安排的，在絕熱船貨罐中，形成缺量空間部分和液相部分。船貨罐內的壓力接近于大氣壓的水平，且液化氣體的溫度大約為零下163℃。雖然船貨罐的絕熱性非常的好，但液化天然氣溫度的逐漸升高還是會導致所謂的自然蒸發氣體的形成。這些蒸發氣體必須要除去，以避免船貨罐內的壓力升高過大，因為船貨罐對于壓力的變化是非常敏感的。這些蒸發氣體可用于油輪的消耗裝置例如推進系統中。然而，自然蒸發氣體的總量并不足以提供整個環境所需要的全部推進能量，因此輪船必須要有額外的裝置來獲得額外的氣體，即所謂的強制蒸發氣體。
例如，在專利公開FR 2722760中顯示了一種設備，在該設備中，將液態氣體供給強制沸騰汽化器，液態氣體在該汽化器中汽化為氣體形態，其又與自然蒸發氣流相結合。
專利文獻EP 1348620A1顯示一種氣體供給裝備，其中的自然蒸發氣體通向壓縮機，其在通過進給管路將氣體進給給消耗設備前提高氣體的壓力。另外，該裝備也包含有強制沸騰汽化器，在該汽化器中，預先被加壓到較高壓力的液態氣體會汽化。在這個設備中，當自然蒸發氣體的壓力升高后，強制沸騰氣體部分組合到自然蒸發氣體。然而，有些復雜的系統需要兩套平行的從船貨罐到氣體主要供給管路的氣體進給系統。這類設備也需要復雜一些的控制系統。
本發明的目的在于提供一種船舶的氣體供給設備，以解決現有技術的上述及其他問題。本發明的另一目的在于，為具有液化氣體罐的船舶提供一種簡單及可靠的設備和方法，可為供給管路提供均勻的壓力，且為船舶的消耗裝置提供可靠的氣體供給。
本發明的目的是大致通過權利要求1和5所披露的方案實現的，且在其他權利要求中以更詳細方式批露。以下將主要結合一個氣罐來描述本發明。但是應當清楚，船舶可以有數個氣罐，每個氣罐具有獨立的氣體供給設備，或者數個氣罐平行連接，共用一個氣體供給設備。
一種船舶的氣體供給設備，其適于在其氣罐中運載液化氣體，其中氣罐具有缺量空間部分和液相部分。根據本發明，設備提供氣體以滿足船舶的需求，該設備包括氣體供給管路，用以將氣罐中形成的氣體輸送到消耗裝置。本發明的基本構思在于，通過提供用于相變現象特別是在缺量空間部分及/或液相部分表面以上的相變現象的有利環境，從而使氣體自身在氣罐中可控制地汽化。
依據一個優選實施例，該設備設有從氣罐的液相部分向缺量空間部分延伸的管道，其設有至少一個泵以將氣體引入到缺量空間部分。該管道設有傳熱單元，以影響所引入的氣體的溫度。這樣該設備就可以依據船舶的需求產生可控制數量的氣態氣體。有利地，該設備設有第一傳感器，其適用于測量氣罐的缺量空間部分的壓力。該管道設有控制閥，以控制管道中氣體的流量，且第一傳感器設置為與控制閥控制連通。這樣，基于對氣罐的缺量空間部分測量的壓力，就可以控制通過管道的氣體的流速。
該傳熱單元包含熱交換器。該熱交換器是設置在管道中，使氣體可通過其流動。該管道還設有從熱交換器旁邊通過的旁通管及三通閥，用以控制在熱交換器與旁通管之間的氣體流。有利地，該設備設有第二傳感器，其適用于測量氣罐的缺量空間部分的溫度。該第二傳感器設置為與該三通閥控制連通，這樣，基于該缺量空間部分的主要的溫度，可以分配熱交換器與旁通管之間的氣體流。
根據本發明還提供一種船舶的提供氣體方法，其中該船舶設有包含缺量空間部分和液相部分的液化氣體罐，及氣體消耗裝置，氣體在氣罐中汽化并通過氣體供給管路通到該消耗裝置。同時利用第一傳感器大致地連續地測量氣罐中的壓力。通過向缺量空間部分可控制地噴射液化氣體，來控制氣罐中氣體汽化的速度，并基于第一傳感器的壓力測量來控制噴射的液化氣體的流速。這樣可提供在缺量空間部分及/或液相部分表面上方的相變現象的環境，并基于第一傳感器的壓力測量來控制相變。
噴射的氣體的溫度是基于與氣罐的缺量空間部分相連接的第二傳感器所測量到的溫度數值來控制的。
本發明具有以下幾個優點。首先，所要求的部件數量最少，這使得其安裝簡單容易而且節省空間。由于采用了新穎的溫度控制方式，壓力和氣態氣體產生的控制也非常精確。通過本發明，由使重質碳氫化合物從液化氣體中汽化的程度最小化，也可以為燃氣發動機的運轉提供更合適的氣體。
以下結合示意附圖對本發明作進一步說明，其中
圖1示出了本發明氣體供給設備的一個典型實施例。
圖1示意性地描繪了船舶6的橫截面，例如液化天然氣油輪。該船舶6適合于在其氣罐4中運載液化氣體。通常，液化天然氣油輪上會設有數個氣罐，但圖中僅顯示一個氣罐4以便于清楚說明。該氣罐4填充為使得其總是具有填充氣態形式氣體的缺量空間部分4.1和填充液化氣體的液相部分4.2。在液化氣體的存儲過程中，氣體會汽化改變其相而轉移到缺量空間部分4.1。汽化的氣體可被船舶6的消耗裝置5所利用。該消耗裝置5例如是為船舶提供推動力的燃氣發動機。圖1只顯示了一個消耗裝置5，但應當清楚，可以有多個這樣的裝置。
該船舶6設有氣體供給設備1，其包括具有壓縮機單元2.1的氣體供給管路2。該氣體供給管路2是從氣罐4的缺量空間部分4.1延伸至消耗裝置5。其他氣罐(未圖示)同樣也相應地連接至壓縮機單元2.1的進口側。該氣體供給管路2被設置用于將汽化的蒸發氣體從氣罐4輸送到船舶6的消耗裝置5。氣罐4保持稍微過壓狀態。氣體供給管路2設置壓縮機單元2.1來保持氣罐4中的壓力處于所想要的水平，并將蒸發氣體的壓力提高到足夠的水平以供消耗裝置5使用。下限值通常是根據作為消耗裝置5的船舶的燃氣發動機的需求來決定。氣罐4中的期望壓力水平是利用壓縮機單元2.1來保持的。最好是利用設置在氣體供給管路2的壓縮機之后的第一壓力測量裝置10，和設置在氣體供給管路2的壓縮機之前的第二壓力測量裝置10’來實現對壓縮機單元2.1的控制。該壓縮機單元可設有允許容量某些變化的進口葉片控制。如果氣體主要供給管路中的壓力(裝置10所測量的)降低，同時氣罐中的壓力過低，就需要提供能夠產生更大量氣體的替換性方案。這將在下文中描述。
氣罐4具有設備3，用以從氣罐4中的液化氣體產生氣態氣體。如圖所示，該設備3包括從氣罐4的液相部分4.2延伸至缺量空間部分4.1的管道3.1。圖中雖未顯示但可以想到，在設置兩個分開的氣罐之間延伸的管道。該管道包括泵3.2，這個泵3.2最好是定位在氣罐4的液相部分。管道3.1的另一端設有噴嘴單元3.4，該噴嘴單元3.4被設置為朝向氣罐4的缺量空間部分4.1開放。該管道還設有控制閥3.5，用以控制管道3.1中的流速。實踐中該管道包括任何適當的管線，例如整合于該設備中的其他裝置的管子系統或通道。
另外，管道3.1中還設有傳熱單元3.6，通過該傳熱單元可以控制噴射的氣體的溫度。該傳熱單元3.6具有設置在管道中在氣體流動方向上位于控制閥3.5之后的熱交換器3.7，氣體可從中流過并被加熱。熱交換器3.7是與傳熱回路3.8相連接，傳熱回路3.8中設置有如水-乙二醇混合物以流動用于加熱氣體。傳熱回路3.8還可連接至第二熱交換器2.3以控制氣體供給管路2中氣體的溫度，及第三熱交換器5.1用以從消耗裝置5回收熱量。通過這種方式使消耗裝置5中多余的熱量得以有效地利用。如示意圖中的點畫線所示，該傳熱路也可以包含有其他部分和元件。
管道3.1還可另設有旁通管3.10，水-乙二醇混合物可從該旁通管3.10通過而繞過熱交換器3.7。旁通流由三通閥3.9控制，此三通閥3.9定位在管道3.1中在氣體流動方向上位于熱交換器3.7之后。三通閥將通過熱交換器3.7和通過旁通管3.10的流路線進行結合。此聯結為通過噴嘴單元3.4噴射的氣體提供了氣體溫度控制功能。
還提供至少二個與氣罐相連接的傳感器，其提供為用于氣體供給設備1的運轉。第一傳感器3.3提供為用于測量氣罐4的缺量空間部分4.1的壓力，第二傳感器3.11提供為用于測量氣罐4的缺量空間部分4.1的溫度。
本發明的基本構思是，通過提供用于相變現象特別是在缺量空間部分及/或液相部分表面以上的相變現象的有利環境，從而在氣罐4中可控制地汽化氣體。其有利地實現如下文中所述。在大致沒有提高氣罐的液相部分的液化氣體溫度的情況下，液化氣體從液相部分引入到缺量空間部分。在缺量空間部分4.1中的溫度要高于液化氣體溫度，這個事實在本發明中可控制地用于控制氣體的汽化。
當自然蒸發氣體的數量不足以進給消耗裝置5時，就需要另外的蒸發氣體。依據本發明，通過可控制地向缺量空間部分4.1噴射液化氣體，可獲得比自然汽化產生的數量更多的氣體。閥3.5的致動器是利用第一傳感器3.3獲得的壓力數值來控制的。如果通過氣體供給管路2的氣體的消耗量增加，則缺量空間部分的壓力將降低，基于第一傳感器3.3的測量，控制系統(未圖示)將其記錄下來。隨后控制系統將驅動閥3.5使其開放程度增大，從而使噴射氣體的流速提高。自然，泵3.2也進行運轉。噴射氣體的流模式為使得液滴非常小，或者可能甚至呈霧狀。由于缺量空間部分的溫度要高于液化氣體的溫度，一部分噴射的氣體將會汽化，從而補償氣體的消耗和缺量空間部分的壓力的下降。這就提供了用于在缺量空間部分及/或液相部分表面以上的相變現象的有利環境。根據本發明，通過這種方式，缺量空間部分4.1的壓力水平保持在預期的水平，而且產生了來源于液化氣體的額外氣體。
氣體的汽化需要消耗能量，且氣體汽化時缺量空間部分的溫度因此趨向降低。基于第二傳感器3.11的測量，控制系統(未圖示)記錄下缺量空間部分4.1的溫度。現在控制系統將驅動三通閥3.9，使更多氣體經過熱交換器3.7且使噴射的氣體升溫。這使得氣體的汽化過程的熱消耗較少。根據本發明，噴射的氣體的溫度保持在大約零下130℃。氣體保持在大約這個溫度有助于以這樣的方式使氣體分餾，即大概只有氮和甲烷會汽化。液化氣體中所包含的較重的碳氫化合物仍將保持在液相并回到氣罐4的液相部分4.2中。
對于壓載條件，在至少兩個氣罐(未圖示)之間可以有連接，以便將液化氣體從一個氣罐轉移到另一個氣罐。也可以使氣罐完全填充而壓載航行。
對于當消耗裝置5處于低負荷時的情形，可安裝熱氧化器11。目的是當產生于氣罐的蒸發氣體多于消耗量時，在熱氧化器11中燃燒所有過剩的蒸發氣體。為便于清楚說明，圖1中的控制從屬性借由點畫線作簡略地顯示。然而，應當清楚控制系統可以有不同的實施方式，包括利用集中式或分布式的控制設備。
本發明不限于上述所展現的實施例，本發明的幾個變更方案在后附的權利要求書范圍內可想到。
權利要求
1.一種船舶(6)的氣體供給設備(1)，該船舶適合于在其氣罐(4)中運載液化氣體，該氣罐具有缺量空間部分(4.1)和液相部分(4.2)，所述設備提供氣體以滿足船舶的需求，所述設備包括氣體供給管路(2)，用以將氣罐中產生的氣體輸送到消耗裝置(5)；管道(3.1)，其從氣罐(4)的液相部分(4.2)延伸至缺量空間部分(4.1)，其設有至少一個泵(3.2)用以將氣體引入至缺量空間部分，其特征在于，所述管道設有傳熱單元(3.6)，用以影響所引入的氣體的溫度。
2.如權利要求1所述的船舶(6)的氣體供給設備(1)，其特征在于，所述裝置設有第一傳感器(3.3)，其適合于測量氣罐(4)的缺量空間部分(4.1)的壓力，且所述管道設有控制閥(3.5)，所述第一傳感器(3.3)設置為與所述控制閥(3.5)控制連通。
3.如權利要求1所述的船舶(6)的氣體供給設備(1)，其特征在于，所述傳熱單元(3.6)包括有設置于所述管道的熱交換器(3.7)，且所述管道設有從熱交換器(3.7)旁側通過的旁通管(3.10)，及三通閥(3.9)，用以控制在熱交換器(3.7)與旁通管(3.10)之間的氣體流。
4.如權利要求3所述的船舶(6)的氣體供給設備(1)，其特征在于，所述設備設有第二傳感器(3.11)，其適合于測量氣罐(4)的缺量空間部分(4.1)的溫度，所述第二傳感器(3.11)設置為與所述三通閥(3.9)控制連通。
5.一種船舶(6)中提供氣體的方法，所述船舶具有包含缺量空間部分(4.1)和液相部分(4.2)的液化氣體罐(4)及氣體消耗裝置(5)，在設備中，氣體在氣罐(4)中汽化并通過氣體供給管路(2)通到所述消耗裝置(5)，且利用第一傳感器(3.3)大致連續地測量氣罐(4)中的壓力，其特征在于，通過向缺量空間部分可控制地噴射液化氣體，來控制氣罐(4)中氣體汽化的速度，并基于第一傳感器(3.3)的壓力測量來控制噴射的液化氣體的流速。
6.如權利要求5所述的船舶(6)中提供氣體的方法，其特征在于，所述氣體的汽化速率是通過控制噴射的氣體的溫度來控制的。
7.如權利要求6所述的船舶(6)中提供氣體的方法，其特征在于，所述噴射的氣體(3.4)的溫度是基于提供為與氣罐(4)的缺量空間部分(4.1)相連接的第二傳感器(3.11)所測量到的溫度數值來控制的。
全文摘要
一種船舶(6)的氣體供給設備(1)，其適于在其氣罐(4)中運載液化氣體，該氣罐具有缺量空間部分(4.1)和液相部分(4.2)，該設備提供氣體以滿足船舶的需求，該設備包括氣體供給管路(2)，用以將氣罐中產生的氣體輸送到消耗裝置(5)；管道(3.1)，從氣罐(4)的液相部分(4.2)延伸至缺量空間部分(4.1)，其設有至少一個泵(3.2)用以將氣體引入至缺量空間部分。該管道設有傳熱單元(3.6)，用以影響所引入的氣體的溫度。本發明還涉及一種為設有液化氣體罐的船舶(6)提供氣體的方法。
文檔編號F17C1/00GK1934002SQ200580008450
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月10日 優先權日2004年3月17日
發明者J·卡庫爾 申請人:瓦特西拉芬蘭有限公司