CN104094041A - 气体供给装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体供给装置(11),其在存积LNG(12)的罐(21)上设置有用于将气化气体向气体消耗设备(13)供给的供给路径(31),并设置有使从内部隔热室(25)导出的气化气体向罐(21)回流的回流路径(41),利用设于回流路径(41)的加压调节装置(42)对罐(21)内的压力进行调节,经由供给路径(31)进行气体供给,其中,在罐(21)内设置有用于存积LNG(12)的液化气存积部(24)和被真空绝热层(22a)而与液化气存积部(24)隔开的内部隔热室(25)。并且,在液化气存积部(24)内形成有用于将LNG向内部隔热室(25)导出的导出路径(26),回流路径(41)的上游侧部分形成于罐(21)内。在内部隔热室(25)内设置有为了使LNG(12)气化而将气体作为传热介质的换热部(27),将液相部分收纳在罐(21)内。

Description

气体供给装置
技术领域
本发明涉及用于将例如液化天然气(LNG)等这样的液化气向动力装置等适当的供给目标供给的装置。更详细而言,涉及气体供给装置,该气体供给装置针对用于存积液化气的罐,使该罐内的部分液化气气化而返回到罐内上部的气相空间,使罐内加压到所需的压力而进行气体的供给。
背景技术
在以例如LNG作为燃料的船舶(下面称为“LNG燃料船”)等中,以预定的温度·压力贮藏的罐(低温绝热罐)内填充有液化气,气化了的液化气用于发动机用燃料等。此时,对罐内进行加压,以使所供给的气化了的液化气的压力成为发动机等供给目标所需的压力(例如下述专利文献1、2、3)。
即,在低温绝热罐上设置有将气化了的液化气向供给目标供给的供给路径,并设置有利用换热器使要导出到罐外的液化气的一部分气化而向罐回流的回流路径。
但是,在低温绝热罐外存在用于输送液化气的配管,因此,当因某种原因液化气从配管泄漏时,船体被暴露于极低温的液化气,船体的一部分有可能产生因极低温导致的脆性断裂。
同样的装置也被下述专利文献4公开。该装置以下述方式构成,设置有将气化了的气体从罐向供给目标供给的第1气体供给管线,并且,设置有第2气体供给管线,该第2气体供给管线用于利用泵将罐内的液化气的一部分向与所述罐不同的气体存积槽移送,使在气体存积槽中加压·蒸发了的气体与所述第1气体供给管线汇合。
在气体存积槽上设置有用于对液相部分的温度进行调节而对罐内的压力进行控制的温度/压力控制单元。也就是说,罐内的压力基于相对于罐另外设置在罐外的气体存积槽的液相部分的温度间接地进行控制。
由于在该装置中也将液化气向罐外移送,因此,除了具有与前述同样的难点之外,在对所述泵进行突发性的修理时,会产生更多的难点。
也就是说,在定期检修、大修的情况下,用氮气等非活性气体对残留在罐内的液化气进行充分地净化,而且泵自身的温度也上升,因此不会产生问题,但在突发性的修理的情况下,有时需要在液化气残留在泵内的情况下直接进行修理作业。在该情况下,有可能因残留在泵内的液化气而使操作人员被冻伤,或者有可能因在作业中漏到泵外的液化气而导致作业环境的恶化。
另外,在专利文献4的装置中,如前所述那样气体存积槽的上部空间的压力通过内部的液化气的温度调节间接地控制。但是,即使想要控制液化气的温度,液化气所带有的热能也不会马上变化,因此适应性差。并且,由于该结构使在气体存积槽中气化了的气体与第1气体供给管线汇合,因此,与将气化了的气体直接导入罐的上部空间来控制压力的专利文献1的方法相比,控制响应性差。
在下述引用文献5中公开有未在罐外配置有用于输送液化气的配管的装置。该装置是用于车辆用的液体氢的装置,由具有间隙的双层壁围成的蒸气管设置在罐内。该蒸气管沿着上下延伸,上端部突出到罐内的上部的气相空间中。
在所述蒸气管内的下端部设置有用于对液化气进行加热的加热器,通过加热器进行的加热,液化气的一部分被加热而蒸气在蒸气管内上升,向上部的气相空间输送。由于蒸气的移送,罐内的气相空间被加压,气化了的气体从气相空间向罐外供给。
但是,由于设置有所述加热器,因此,与专利文献4的使用泵的情况同样地,存在需要定期的检修养护等问题。
另外,由于构成所述蒸气管的双层壁的上下两端开口,因此,在该间隙中供流动有在蒸气管内上升的液化气。因此在蒸气管的内外无法获得绝热效果,而使被保持为低温的罐内的液化气的温度因蒸气管的热能而上升。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特公昭43-17874号公报
专利文献2:日本特公昭47-50983号公报
专利文献3:日本实开昭48-76509号公报
专利文献4:日本专利第4597140号公报
专利文献5:日本特开2000-130692号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
因此,本发明的主要课题在于,安全性较高且维护容易,能够迅速地进行压力调节。
解决技术问题的技术方案
为此的第一技术方案是一种气体供给装置,该气体供给装置具有用于存积液化气的罐,在该罐上设置有将利用换热器气化了的液化气向供给目标供给的供给路径,并设置有使从所述罐导出的液化气气化而使气化后的液化气向所述罐回流的回流路径,利用设于该回流路径的加压调节装置对所述罐内的压力进行调节,经由所述供给路径进行气体的供给,其中,在所述罐内形成有用于存积所述液化气的液化气存积部和以能够绝热的状态与该液化气存积部隔开的内部隔热室,在这些液化气存积部和内部隔热室之间,形成有将所述液化气从所述液化气存积部向所述内部隔热室导出的导出路径,并且,在所述内部隔热室设置有对所导入的液化气进行加热而使所导入的液化气气化的换热部,所述换热部的传热介质使用气体。
作为所述液化气,除了液化天然气之外,还能够为液态氧、液态氢、液态氮等。
存积到罐内的液化气存积部的液化气利用设置在供给路径上的换热器气化并向供给目标供给。另一方面,液化气存积部的液化气的一部分通过导出路径进入内部隔热室而被换热部气化,通过回流路径而被导入到液化气存积部。在通过该回流路径导入气体的时,利用加压调节装置进行基于导入到液化气存积部气体的压力调节,根据该调节后的压力从所述供给路径供给气体。
在罐内的内部隔热室中,液化气被换热部加热,但液化气存积部和内部隔热室之间被绝热,因此,通过该绝热能够防止内部隔热室内的热能被传递出去而使液化气存积部内的液化气的温度上升的情况。
另外,由于内部隔热室和液化气存积部都设置在罐内,并且仅利用内部隔热室内的换热部进行液化气的加热,因此,除了向供给目标输送液化气的配管之外,不需要使液化气通向罐外,液化气等的液相部分仅在罐内移动,因此,能够避免液化气漏出到罐外。
另外的第二技术方案是搭载有所述气体供给装置的移动体。移动体除了是例如船舶、车辆、飞机之外,还能够是巨大人工浮体等那样的浮体构造物、搭载于架台的移动式的氧供给装置等。
还有另外的第三技术方案是LNG燃料船,其搭载有所述气体供给装置,并将作为所述液化气的液化天然气存积于所述液化气存积部。
发明的效果
根据本发明,将用于压力调节的内部隔热室收纳在罐内,并且,在作为用于气化的加热装置的换热部中使用由气体构成的传热介质,因此,除了向供给目标输送液化气的配管之外,无需将用于流通液相的液化气等的外部配管伸出到罐外。其结果,能够防止液化气等意外从配管泄漏,能够避免由极低温的液化气等导致的船体等的损伤,是安全的。
另外,由于利用了以气体作为传热介质的换热,从而无需泵等装置。因此,无需泵等的检修·更换那样的大规模的维护,使用容易。
并且,由加压调节装置进行的液化气存积部的压力调节利用在内部隔热室内的换热部气化了的液化气的压力直接地进行。因此,能够适应性良好且迅速地进行压力调节。
附图说明
图1是气体供给装置的概略系统图。
图2是另一例的气体供给装置的罐的剖视图。
图3是另一例的气体供给装置的罐的局部放大剖视图。
图4是另一例的气体供给装置的概略系统图。
具体实施方式
下面使用附图对用于实施本发明的一种方式进行说明。
图1是特别适于搭载于LNG燃料船(未图示)的气体供给装置11的概略系统图。在该气体供给装置11中,存积作为液化气的液化天然气12(下面称为“LNG12”)。
用于存积LNG12的罐21通过低温绝热罐构成,该低温绝热罐能够耐极低温,且具有用于遮断与外部之间的热传导的真空绝热层22。在该罐上连接有将气化了的LNG(下面称为“气化气体”)向作为供给目标的发动机等气体消耗设备13供给的供给路径31,使气化气体向罐21内的上部的气相空间23回流而进行加压调节的回流路径41。
所述供给路径31和回流路径41相互独立。所述供给路径31从罐21延伸而与所述气体消耗设备13相连,因所述气相空间23的压力而被挤出的LNG12通过供给路径31,并将利用设置在途中的换热器32气化了的LNG作为气化气体向所述气体消耗设备13供给。相对于此,所述回流路径41具有罐内的部分41a和罐外的部分41b,均仅供气化气体流通。
为了具有这样的回流路径41,所述罐21包括液化气存积部24和内部隔热室25,该液化气存积部24用于存积LNG12并与所述供给路径31连接,该内部隔热室25以被液化气存积部24包围的方式设置并用于使LNG12气化。在内部隔热室25与围绕该内部隔热室25而存积LNG12的液化气存积部24之间由真空绝热层22a绝热。
此外,在图1中,示出了在罐21内的液化气存积部24中设置有两个内部隔热室25的例子。这样设置是为了在检修养护、发生故障时也能够将气化气体向气体消耗设备13供给。所设置的内部隔热室25的数量也能够根据需要增加到3个以上。
对所述罐21进行说明,在由夹着真空绝热层22的外壁21a和内壁21b构成的所述罐21的内壁21b的内侧形成有液化气存积部24,在该液化气存积部24的大致中央部设置有由内壁21b围成的空间,在该空间内并列配置有两个内部隔热室25。另外,该内部隔热室25的底部通过导出路径26与液化气存积部24连接,该导出路径26用于将存积在液化气存积部24的LNG12的一部分向内部隔热室25导出。
所述内部隔热室25成为这样的结构:处于通过支承件(未图示)悬吊而不与所述内壁21b接触的状态,并且,通过与内部隔热室25和内壁21b相连的防振构造体(未图示)固定,而不会对内部隔热室25和液化气存积部24与导出路径26之间的连接部施加多余的应力。
由于形成为通过液化气存积部24的所述内壁21b包围内部隔热室25整体的结构,因此即使LNG12意外地从内部隔热室25泄漏,内壁21b也能够将泄漏的LNG12挡住,从而能够避免船体直接暴露于极低温而确保更高安全性。
不为如图1那样的液化气存积部24完全将内部隔热室25包围的结构,也能够为如图2所示的结构,将液化气存积部24的大致中央部以上下贯通的方式设置有空间,在该空间中内部隔热室25的底面部与液化气存积部24的底面部假想地接触在同一平面上。
内部隔热室25的底部25a沿着水平方向形成得比上部25b大。在内部设置有对导入到内部隔热室25的LNG12进行加热而使LNG12气化的换热部27。
该换热部27的传热介质使用沸点为LNG12的沸点以下且在LNG12的贮藏温度以下也不冷凝和固化的气体。作为该气体,使用例如氮气为佳。即,在所述罐21之外设置有使该传热介质循环的传热介质循环路径28,在该传热介质循环路径28上设置有用于对传热介质的温度进行控制的传热介质温度调节装置29。
传热介质温度调节装置29包括使传热介质循环的鼓风机29a,设置在该鼓风机29a的上游侧的换热器29b,设置在所述鼓风机29a和所述换热器29b之间并对通过的传热介质的温度进行计量的温度计29c,和基于该温度计29c的计量结果对进入所述换热器29b的加热介质的量进行调节的调节阀29d。
另外,在这些各部件29a、29b、29c、29d的下游侧设置有旁路28a。在该旁路28a上设置有用于对所通过的传热介质的量进行调节的调节阀29e,该调节阀29e基于设置在所述换热器29b的上游侧的温度计29f的计量结果进行驱动。所述旁路28a是用于防止在气体供给装置11启动时极低温的传热介质直接流入所述鼓风机29a的结构。
作为所述换热器29b的加热介质,能够使用水蒸气、温水、外部空气等适当的加热介质。
作为所述内部隔热室25的一部分的上部25b是供利用所述换热部27气化了的气化气体上升的部分,在所述上部25b的上部形成有用于将气化气体送出的送出口25c。
所述回流路径41a从所述上部25b经由送出口25c延伸到罐21之外,然后与所述液化气存积部24内的上部的气相空间23连接。在比罐21靠下游侧的罐外的部分41b设置有用于对液化气存积部24内的压力进行调节的加压调节装置42。
加压调节装置42具有对罐21内的上部的气相空间23的压力进行计量的压力计42e,基于该压力计42e的计量结果进行驱动的压力调节阀42d。出于将气化气体加温成适当的温度的目的,在回流路径41上具有换热器42a,对在该换热器42a的下游侧通过的气体的温度进行计量的温度计42b,基于该温度计42b的计量结果对进入所述换热器42a的加热介质的量进行调节的调节阀42c。
该加压调节装置42的换热器42a的加热介质也采用例如水蒸气、温水、外部空气等适当的加热介质。
在图1中,由虚线围着的所述传热介质温度调节装置29和加压调节装置42为与1个内部隔热室25连接的控制部14,能够根据内部隔热室25的数量设置有多个。
在这样构成的气体供给装置11中,利用所述传热介质温度调节装置29和加压调节装置42使气相空间23内上升到气体消耗设备13所要求的预定的压力时,贮藏在液化气存积部24的LNG12利用设置于供给路径31的换热器32气化,形成气化气体而向气体消耗设备13供给。在此时的压力不满足气体消耗设备13所要求的压力时,收到来自压力计42e的信号而增大所述压力调节阀42d的开度,从内部隔热室25经由回流路径41导入气相空间23的气化气体的量增多。由此,能够调节向气体消耗设备供给的气体压力。
即,将氮气作为加热LNG12的传热介质并使氮气在传热介质循环路径28中循环,借助换热部27对内部隔热室25内的LNG12进行加热。
在气体供给装置11启动时,为了减少传热介质循环路径28的鼓风机29a受到由于极低温的传热介质流入所造成的损伤,用温度计29f对传热介质的温度进行计量,在比预先设定的温度低的情况下,旁路28a的调节阀29e打开。如果随着加热而使传热介质的温度上升,则旁路28a的调节阀29e关闭,利用换热器29b加热后的传热介质经由换热部27进行循环,进行LNG12的加热。
通过与加热后的传热介质之间的换热,内部隔热室25内的LNG12气化,内部隔热室25的上部25b内被气化气体充满。气化气体从送出口25c送出而在回流路径41的罐外的部分41b中流动。
此时,加压调节装置42的压力调节阀42d基于压力计42e的计量结果自动地进行压力的调节。内部隔热室25内的LNG12通过换热部27进行气化,成为气化气体,该气化气体在罐21的压力控制中被消耗,但液化气存积部24的LNG12经由导出路径26而自动地向内部隔热室25内补充。气体消耗设备13中的气体消耗量增加时,内部隔热室25的上部25a的压力降低,内部隔热室25内的LNG12的液面就上升。其结果,LNG12与换热部27接触的传热面积增加,气化的气体量也自动地增加。相反,气体消耗设备13中的气体消耗量减少时,上部25a的压力上升,LNG12的液面就下降,从而传热面积减少,气化的气体量就减少。这样在内部隔热室25内气化的气体的量根据在罐21的压力控制中消耗的气体的量自动地随动。
这样将气化气体导入液化气存积部24的气相空间23时,气相空间23的压力迅速地变化,能够以所需的压力将气化气体向气体消耗设备13供给。
如上所述,本发明的气体供给装置以直接将气化气体导入液化气存积部24的气相空间23的方式进行控制,因此,具有优异的响应性能。
而且,在作为回流路径41的一部分的罐21内具有使LNG12气化的结构,LNG12不会以液相状态在罐21之外流动,因此,即使在外部配管意外地因某种理由受到了损伤的情况下,也能够防止极低温的液体直接与船体接触。因此,能够避免船体等因LNG12的低温而遭受脆性断裂这样的情况。
另外,利用由气体构成的传热介质进行内部隔热室25的换热,因此,利用该部分也能够使极低温的液体不流到罐外。因此,由于在为了控制气相空间23内的压力所使用的罐外的外部配管中流动的流体全部为气相,因而利用该部分能够获得避免由低温导致所造成脆性断裂的效果,能够确保安全性。
特别是在用于搭载气体供给装置11的部分为移动体的情况下,能够使搭载的部分的构造简化,从而谋求轻量化、低成本化等,并且,也能够获得移动体的安全。
还有,利用内部隔热室25内的换热部27进行LNG12的加热,因此,也具有如下优点:不需要在罐21内设置泵、电加热器这样的设备,容易进行检修等维护。
下面对其他的例子进行说明。在该说明中,对于与之前的结构相同或者同等的部位,标注相同的附图标记而省略其详细的说明。
图3是表示由绝热壁构成空间22b形成内部隔热室25的绝热构造的例子。绝热壁构成空间22b的上部被处于绝热壁构成空间22b的LNG12因被传递有使内部隔热室25内的LNG气化的热量而气化而成的气体,也就是说气化气体充满。绝热壁构成壁22c通过设置在内部隔热室25的周围的间隙,即所述绝热壁构成空间22b形成。内部隔热室25和液化气存积部24由形成于绝热壁构成壁22c的下端部的连通口26a连通,液化气存积部24的LNG12经由所述连通口26a进入绝热壁构成空间22b和内部隔热室25。
在具有这样的绝热壁构成空间22b的气体供给装置11中,利用换热部27对LNG12进行加热时,内部隔热室25的上部被气化气体充满的同时,绝热壁构成空间22b内的LNG12也被加热而气化,绝热壁构成空间22b内也被气化气体充满。因此,绝热壁构成空间22b作为绝热隔壁发挥作用。
所述内部隔热室25也能够如图3所示那样为1个,也能够在气相空间23的容量较大且压力调整所需的气化气体量在1个所述内部隔热室25时并不充分的情况下为2个以上,也能够根据紧急时用的备份等的要求为2个以上。
图4是使用在供给路径31中流动的气化气体作为内部隔热室25的换热部27的传热介质的气体供给装置11的例子。即,传热介质供给路径51连接在供给路径31的换热器32的下游侧和传热介质循环路径28之间。在传热介质供给路径51上设置有调节阀52。
在这样构成的气体供给装置11中,在最初将LNG12填充到罐21时,将调节阀52打开而使从经由换热器32将气化气体向气体消耗设备13供给的供给路径31的气化气体的一部分导向传热介质循环路径28,气化气体充满传热介质循环路径28而关闭调节阀52。填充到传热介质循环路径28的气化气体的温度能够与所述同样地利用传热介质温度调节装置29进行控制。通过将传热介质循环路径28的压力维持得比罐21的气相空间23的压力低,从而防止传热介质循环路径28内的气化气体液化。
在本发明的构成和所述一种具体实施方式的构成之间的对应中,
本发明的液化气与所述液化天然气(LNG)12相对应,
以下同样地,供给目标与气体消耗设备13相对应,
导出路径也与导出路径26、连通口26a相对应
本发明并不只限定于所述的构成,能够采用其他构成。
附图标记说明
11…气体供给装置
12…液化天然气(LNG)
13…气体消耗设备
14…控制部
21…罐
22a…真空绝热层
22b…绝热壁构成空间
24…液化气存积部
25…内部隔热室
26…导出路径
26a…连通口
27…换热部
28…传热介质循环路径
29…传热介质温度调节装置
31…供给路径
32…换热器
41…回流路径
42…加压调节装置
51…传热介质供给路径

Claims (11)

1.一种气体供给装置,该气体供给装置具有用于存积液化气的罐,在该罐上设置有将利用换热器气化了的液化气向供给目标供给的供给路径,并设置有使从所述罐导出的液化气气化而使气化后的液化气向所述罐回流的回流路径,利用设于该回流路径的加压调节装置对所述罐内的压力进行调节,经由所述供给路径进行气体的供给,其中,
在所述罐内形成有用于存积所述液化气的液化气存积部和以能够绝热的状态与该液化气存积部隔开的内部隔热室,
在这些液化气存积部和内部隔热室之间,形成有将所述液化气从所述液化气存积部向所述内部隔热室导出的导出路径,并且,
在所述内部隔热室内设置有对所导入的液化气进行加热而使所导入的液化气气化的换热部,
所述换热部的传热介质使用气体。
2.根据权利要求1所述的气体供给装置,其中,
在所述液化气存积部和所述内部隔热室的下部之间形成有所述导出路径,
在所述内部隔热室的上部形成有用于将气化气体送出的送出口。
3.根据权利要求1或2所述的气体供给装置,其中,
在所述回流路径上的比所述罐更靠近下游侧的部位设置有所述加压调节手段,
该加压调节装置用于基于所述液化气存积部内的压力对回流的气体的流量进行控制。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的气体供给装置,其中,
所述内部隔热室以被液化气存积部包围的状态设置。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的气体供给装置,其中,
所述内部隔热室设置有多个。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的气体供给装置,其中,
在所述液化气存积部和所述内部隔热室之间形成有真空绝热层。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的气体供给装置,其中,
在所述液化气存积部和所述内部隔热室之间,形成有被所述内部隔热室的液化气气化而成的气化气体充满的绝热壁构成空间。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的气体供给装置,其中,
作为所述换热部的传热介质,使用在所述供给路径中流动的气化后的气体。
9.一种移动体,其中,
该移动体搭载有权利要求1~8中任一项所述的气体供给装置。
10.根据权利要求1~8中任一项所述的气体供给装置,其中,
所述液化气为液化天然气,并且,所述罐搭载于船体。
11.一种LNG燃料船,其中,
该LNG燃料船用于搭载权利要求1~8中任一项所述的气体供给装置,作为所述液化气的液化天然气存积于所述液化气存积部。
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