专利名称：船舶的气体供给设备及船舶的提供气体方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种船舶的气体供给设备，以及根据权利要求5的前序部分所述的一种船舶上的气体供给设备中提供气体的方法。
由于气体本身高效的燃烧和低的排放，作为能源的气体在船舶上使用是有利的。通常气体是在液化状态下存储，因为液化状态下所要求的存储空间较小。
液化天然气(LNG)油轮的推进系统通常利用船货来提供动力。油轮上气体的存储是利用绝热船货罐来安排的，在绝热船货罐中，形成缺量空间部分和液相部分。船货罐内的压力接近于大气压的水平，且液化气体的温度大约为零下163℃。虽然船货罐的绝热性非常的好，但液化天然气温度的逐渐升高还是会导致所谓的自然蒸发气体的形成。这些蒸发气体必须要除去，以避免船货罐内的压力升高过大，因为船货罐对于压力的变化是非常敏感的。这些蒸发气体可用于油轮的消耗装置例如推进系统中。然而，自然蒸发气体的总量并不足以提供整个环境所需要的全部推进能量，因此轮船必须要有额外的装置来获得额外的气体，即所谓的强制蒸发气体。
例如，在专利公开FR 2722760中显示了一种设备，在该设备中，将液态气体供给强制沸腾汽化器，液态气体在该汽化器中汽化为气体形态，其又与自然蒸发气流相结合。
专利文献EP 1348620A1显示一种气体供给装备，其中的自然蒸发气体通向压缩机，其在通过进给管路将气体进给给消耗设备前提高气体的压力。另外，该装备也包含有强制沸腾汽化器，在该汽化器中，预先被加压到较高压力的液态气体会汽化。在这个设备中，当自然蒸发气体的压力升高后，强制沸腾气体部分组合到自然蒸发气体。然而，有些复杂的系统需要两套平行的从船货罐到气体主要供给管路的气体进给系统。这类设备也需要复杂一些的控制系统。
本发明的目的在于提供一种船舶的气体供给设备，以解决现有技术的上述及其他问题。本发明的另一目的在于，为具有液化气体罐的船舶提供一种简单及可靠的设备和方法，可为供给管路提供均匀的压力，且为船舶的消耗装置提供可靠的气体供给。
本发明的目的是大致通过权利要求1和5所披露的方案实现的，且在其他权利要求中以更详细方式批露。以下将主要结合一个气罐来描述本发明。但是应当清楚，船舶可以有数个气罐，每个气罐具有独立的气体供给设备，或者数个气罐平行连接，共用一个气体供给设备。
一种船舶的气体供给设备，其适于在其气罐中运载液化气体，其中气罐具有缺量空间部分和液相部分。根据本发明，设备提供气体以满足船舶的需求，该设备包括气体供给管路，用以将气罐中形成的气体输送到消耗装置。本发明的基本构思在于，通过提供用于相变现象特别是在缺量空间部分及/或液相部分表面以上的相变现象的有利环境，从而使气体自身在气罐中可控制地汽化。
依据一个优选实施例，该设备设有从气罐的液相部分向缺量空间部分延伸的管道，其设有至少一个泵以将气体引入到缺量空间部分。该管道设有传热单元，以影响所引入的气体的温度。这样该设备就可以依据船舶的需求产生可控制数量的气态气体。有利地，该设备设有第一传感器，其适用于测量气罐的缺量空间部分的压力。该管道设有控制阀，以控制管道中气体的流量，且第一传感器设置为与控制阀控制连通。这样，基于对气罐的缺量空间部分测量的压力，就可以控制通过管道的气体的流速。
该传热单元包含热交换器。该热交换器是设置在管道中，使气体可通过其流动。该管道还设有从热交换器旁边通过的旁通管及三通阀，用以控制在热交换器与旁通管之间的气体流。有利地，该设备设有第二传感器，其适用于测量气罐的缺量空间部分的温度。该第二传感器设置为与该三通阀控制连通，这样，基于该缺量空间部分的主要的温度，可以分配热交换器与旁通管之间的气体流。
根据本发明还提供一种船舶的提供气体方法，其中该船舶设有包含缺量空间部分和液相部分的液化气体罐，及气体消耗装置，气体在气罐中汽化并通过气体供给管路通到该消耗装置。同时利用第一传感器大致地连续地测量气罐中的压力。通过向缺量空间部分可控制地喷射液化气体，来控制气罐中气体汽化的速度，并基于第一传感器的压力测量来控制喷射的液化气体的流速。这样可提供在缺量空间部分及/或液相部分表面上方的相变现象的环境，并基于第一传感器的压力测量来控制相变。
喷射的气体的温度是基于与气罐的缺量空间部分相连接的第二传感器所测量到的温度数值来控制的。
本发明具有以下几个优点。首先，所要求的部件数量最少，这使得其安装简单容易而且节省空间。由于采用了新颖的温度控制方式，压力和气态气体产生的控制也非常精确。通过本发明，由使重质碳氢化合物从液化气体中汽化的程度最小化，也可以为燃气发动机的运转提供更合适的气体。
以下结合示意附图对本发明作进一步说明，其中
图1示出了本发明气体供给设备的一个典型实施例。
图1示意性地描绘了船舶6的横截面，例如液化天然气油轮。该船舶6适合于在其气罐4中运载液化气体。通常，液化天然气油轮上会设有数个气罐，但图中仅显示一个气罐4以便于清楚说明。该气罐4填充为使得其总是具有填充气态形式气体的缺量空间部分4.1和填充液化气体的液相部分4.2。在液化气体的存储过程中，气体会汽化改变其相而转移到缺量空间部分4.1。汽化的气体可被船舶6的消耗装置5所利用。该消耗装置5例如是为船舶提供推动力的燃气发动机。图1只显示了一个消耗装置5，但应当清楚，可以有多个这样的装置。
该船舶6设有气体供给设备1，其包括具有压缩机单元2.1的气体供给管路2。该气体供给管路2是从气罐4的缺量空间部分4.1延伸至消耗装置5。其他气罐(未图示)同样也相应地连接至压缩机单元2.1的进口侧。该气体供给管路2被设置用于将汽化的蒸发气体从气罐4输送到船舶6的消耗装置5。气罐4保持稍微过压状态。气体供给管路2设置压缩机单元2.1来保持气罐4中的压力处于所想要的水平，并将蒸发气体的压力提高到足够的水平以供消耗装置5使用。下限值通常是根据作为消耗装置5的船舶的燃气发动机的需求来决定。气罐4中的期望压力水平是利用压缩机单元2.1来保持的。最好是利用设置在气体供给管路2的压缩机之后的第一压力测量装置10，和设置在气体供给管路2的压缩机之前的第二压力测量装置10’来实现对压缩机单元2.1的控制。该压缩机单元可设有允许容量某些变化的进口叶片控制。如果气体主要供给管路中的压力(装置10所测量的)降低，同时气罐中的压力过低，就需要提供能够产生更大量气体的替换性方案。这将在下文中描述。
气罐4具有设备3，用以从气罐4中的液化气体产生气态气体。如图所示，该设备3包括从气罐4的液相部分4.2延伸至缺量空间部分4.1的管道3.1。图中虽未显示但可以想到，在设置两个分开的气罐之间延伸的管道。该管道包括泵3.2，这个泵3.2最好是定位在气罐4的液相部分。管道3.1的另一端设有喷嘴单元3.4，该喷嘴单元3.4被设置为朝向气罐4的缺量空间部分4.1开放。该管道还设有控制阀3.5，用以控制管道3.1中的流速。实践中该管道包括任何适当的管线，例如整合于该设备中的其他装置的管子系统或通道。
另外，管道3.1中还设有传热单元3.6，通过该传热单元可以控制喷射的气体的温度。该传热单元3.6具有设置在管道中在气体流动方向上位于控制阀3.5之后的热交换器3.7，气体可从中流过并被加热。热交换器3.7是与传热回路3.8相连接，传热回路3.8中设置有如水-乙二醇混合物以流动用于加热气体。传热回路3.8还可连接至第二热交换器2.3以控制气体供给管路2中气体的温度，及第三热交换器5.1用以从消耗装置5回收热量。通过这种方式使消耗装置5中多余的热量得以有效地利用。如示意图中的点画线所示，该传热路也可以包含有其他部分和元件。
管道3.1还可另设有旁通管3.10，水-乙二醇混合物可从该旁通管3.10通过而绕过热交换器3.7。旁通流由三通阀3.9控制，此三通阀3.9定位在管道3.1中在气体流动方向上位于热交换器3.7之后。三通阀将通过热交换器3.7和通过旁通管3.10的流路线进行结合。此联结为通过喷嘴单元3.4喷射的气体提供了气体温度控制功能。
还提供至少二个与气罐相连接的传感器，其提供为用于气体供给设备1的运转。第一传感器3.3提供为用于测量气罐4的缺量空间部分4.1的压力，第二传感器3.11提供为用于测量气罐4的缺量空间部分4.1的温度。
本发明的基本构思是，通过提供用于相变现象特别是在缺量空间部分及/或液相部分表面以上的相变现象的有利环境，从而在气罐4中可控制地汽化气体。其有利地实现如下文中所述。在大致没有提高气罐的液相部分的液化气体温度的情况下，液化气体从液相部分引入到缺量空间部分。在缺量空间部分4.1中的温度要高于液化气体温度，这个事实在本发明中可控制地用于控制气体的汽化。
当自然蒸发气体的数量不足以进给消耗装置5时，就需要另外的蒸发气体。依据本发明，通过可控制地向缺量空间部分4.1喷射液化气体，可获得比自然汽化产生的数量更多的气体。阀3.5的致动器是利用第一传感器3.3获得的压力数值来控制的。如果通过气体供给管路2的气体的消耗量增加，则缺量空间部分的压力将降低，基于第一传感器3.3的测量，控制系统(未图示)将其记录下来。随后控制系统将驱动阀3.5使其开放程度增大，从而使喷射气体的流速提高。自然，泵3.2也进行运转。喷射气体的流模式为使得液滴非常小，或者可能甚至呈雾状。由于缺量空间部分的温度要高于液化气体的温度，一部分喷射的气体将会汽化，从而补偿气体的消耗和缺量空间部分的压力的下降。这就提供了用于在缺量空间部分及/或液相部分表面以上的相变现象的有利环境。根据本发明，通过这种方式，缺量空间部分4.1的压力水平保持在预期的水平，而且产生了来源于液化气体的额外气体。
气体的汽化需要消耗能量，且气体汽化时缺量空间部分的温度因此趋向降低。基于第二传感器3.11的测量，控制系统(未图示)记录下缺量空间部分4.1的温度。现在控制系统将驱动三通阀3.9，使更多气体经过热交换器3.7且使喷射的气体升温。这使得气体的汽化过程的热消耗较少。根据本发明，喷射的气体的温度保持在大约零下130℃。气体保持在大约这个温度有助于以这样的方式使气体分馏，即大概只有氮和甲烷会汽化。液化气体中所包含的较重的碳氢化合物仍将保持在液相并回到气罐4的液相部分4.2中。
对于压载条件，在至少两个气罐(未图示)之间可以有连接，以便将液化气体从一个气罐转移到另一个气罐。也可以使气罐完全填充而压载航行。
对于当消耗装置5处于低负荷时的情形，可安装热氧化器11。目的是当产生于气罐的蒸发气体多于消耗量时，在热氧化器11中燃烧所有过剩的蒸发气体。为便于清楚说明，图1中的控制从属性借由点画线作简略地显示。然而，应当清楚控制系统可以有不同的实施方式，包括利用集中式或分布式的控制设备。
本发明不限于上述所展现的实施例，本发明的几个变更方案在后附的权利要求书范围内可想到。
权利要求
1.一种船舶(6)的气体供给设备(1)，该船舶适合于在其气罐(4)中运载液化气体，该气罐具有缺量空间部分(4.1)和液相部分(4.2)，所述设备提供气体以满足船舶的需求，所述设备包括气体供给管路(2)，用以将气罐中产生的气体输送到消耗装置(5)；管道(3.1)，其从气罐(4)的液相部分(4.2)延伸至缺量空间部分(4.1)，其设有至少一个泵(3.2)用以将气体引入至缺量空间部分，其特征在于，所述管道设有传热单元(3.6)，用以影响所引入的气体的温度。
2.如权利要求1所述的船舶(6)的气体供给设备(1)，其特征在于，所述装置设有第一传感器(3.3)，其适合于测量气罐(4)的缺量空间部分(4.1)的压力，且所述管道设有控制阀(3.5)，所述第一传感器(3.3)设置为与所述控制阀(3.5)控制连通。
3.如权利要求1所述的船舶(6)的气体供给设备(1)，其特征在于，所述传热单元(3.6)包括有设置于所述管道的热交换器(3.7)，且所述管道设有从热交换器(3.7)旁侧通过的旁通管(3.10)，及三通阀(3.9)，用以控制在热交换器(3.7)与旁通管(3.10)之间的气体流。
4.如权利要求3所述的船舶(6)的气体供给设备(1)，其特征在于，所述设备设有第二传感器(3.11)，其适合于测量气罐(4)的缺量空间部分(4.1)的温度，所述第二传感器(3.11)设置为与所述三通阀(3.9)控制连通。
5.一种船舶(6)中提供气体的方法，所述船舶具有包含缺量空间部分(4.1)和液相部分(4.2)的液化气体罐(4)及气体消耗装置(5)，在设备中，气体在气罐(4)中汽化并通过气体供给管路(2)通到所述消耗装置(5)，且利用第一传感器(3.3)大致连续地测量气罐(4)中的压力，其特征在于，通过向缺量空间部分可控制地喷射液化气体，来控制气罐(4)中气体汽化的速度，并基于第一传感器(3.3)的压力测量来控制喷射的液化气体的流速。
6.如权利要求5所述的船舶(6)中提供气体的方法，其特征在于，所述气体的汽化速率是通过控制喷射的气体的温度来控制的。
7.如权利要求6所述的船舶(6)中提供气体的方法，其特征在于，所述喷射的气体(3.4)的温度是基于提供为与气罐(4)的缺量空间部分(4.1)相连接的第二传感器(3.11)所测量到的温度数值来控制的。
全文摘要
一种船舶(6)的气体供给设备(1)，其适于在其气罐(4)中运载液化气体，该气罐具有缺量空间部分(4.1)和液相部分(4.2)，该设备提供气体以满足船舶的需求，该设备包括气体供给管路(2)，用以将气罐中产生的气体输送到消耗装置(5)；管道(3.1)，从气罐(4)的液相部分(4.2)延伸至缺量空间部分(4.1)，其设有至少一个泵(3.2)用以将气体引入至缺量空间部分。该管道设有传热单元(3.6)，用以影响所引入的气体的温度。本发明还涉及一种为设有液化气体罐的船舶(6)提供气体的方法。
文档编号F17C1/00GK1934002SQ200580008450
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月17日
发明者J·卡库尔 申请人:瓦特西拉芬兰有限公司