CN104955727B - 天然气体燃料供给装置、船舶、向发动机供给天然气体燃料的方法 - Google Patents

天然气体燃料供给装置、船舶、向发动机供给天然气体燃料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天然气体燃料蒸发器、天然气体燃料供给装置、向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法，其目的在于控制LNG等液化气体的燃料气化设备的成本。预先供给加热器(22)中所加热的LNG液体而使储存罐(21)内的LNG液体成为饱和状态，打开节流阀(33)使储存罐(21)内部减压，由此使储存罐(21)内的LNG液体的甲烷含量蒸发而成为LNG气体，并从储存罐(21)送出。并且，优选经由分支管(50)将储存罐(21)内的LNG液体的一部分供给到减温器(43)，由此防止在储存罐(21)内积蓄有重组分。

Description

天然气体燃料供给装置、船舶、向发动机供给天然气体燃料的 方法
技术领域
本发明涉及一种对成为发动机的燃料的天然气体燃料进行气化的天然气体燃料蒸发器，天然气体燃料供给装置，向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法。
背景技术
使液化天然气体(LNG)、液化石油气体(LPG)等作为燃料而在锅炉或引擎等发动机中燃烧的设备中，将储蓄在储气罐内的LNG、LPG等天然气体燃料进行气化，并在压缩机中将其进行压缩而送入发动机。
将储蓄在储气罐内的天然气体燃料进行气化而使用时，有使用通过从外部对储气罐进行热输入而在储气罐内使天然气体燃料气化的蒸发气体的方法，但是此方法无法供给发动机侧所要求的气体量。因此，如图2所示，进行有通过抽出储气罐内的天然气体燃料(LNG)的液相并在蒸发器(气化器)2中进行加热而使其蒸发(例如参考专利文献1。)。
这种蒸发器2中，有管壳式蒸发器。在管壳式蒸发器2中，天然气体燃料以液体状态直接送入内管2a内，在外壳2b的内周面与内管2a的外周面之间送入有蒸气(Steam)。并且，通过与隔着内管2a的蒸气的热交换来加热天然气体燃料而使其气化。并且，加热后的天然气体燃料的气体与从储气罐送出的蒸发气体(BOG)混合并送入气体压缩机3。被送入的气体在压缩机3中进行加压后，通过加热器(Heater)4被加热，并作为燃料气体(Fuel gas)送入发动机。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4295293号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，在蒸发器2中，内管2a内部通过加热液体状态的天然气体燃料而进行气化，因此成为气液二相状态的流动。并且，内管2a外部通过蒸气与天然气体燃料的热交换而被冷却，同样地成为气液二相状态。
在气液二相状态的流动中，即使是同一物质(天然气体燃料或蒸气)，在气体与液体状态下，传热系数，比重，比热也不同，因此蒸发器2的设计与单相的蒸发器相比变得复杂。其结果，导致设备成本上升。
并且，在这种天然气体燃料中，例如在LNG中，除了作为主成分的甲烷以外，混杂有乙烷、丙烷、丁烷等重组分。其中，相对于甲烷单体在大气压下的沸点为-161℃，例如丙烷单体的沸点为-42℃。
在储气罐内的LNG中，若以丙烷的沸点以下的温度仅蒸发甲烷而用作发动机的燃料，则随着时间的经过，重组分被积蓄，导致储气罐内的重组分浓度上升。
因此，在蒸发器2中，例如将天然气体燃料加热(过热)至-40℃，除了甲烷以外，对乙烷、丙烷进行气化，并作为燃料去除。
然而，为了连乙烷或丙烷也进行气化而以丙烷的沸点以上的温度进行加热，由此与以丙烷的沸点以下的温度进行加热时相比，从蒸发器2送出的气体显然为高温。气体温度越高，在压缩机3中的压缩效率越低。因此，在压缩机3中对加热至丙烷的沸点以上的气体进行加压时，需要使压缩机3更大型化。于是，存在导致设备成本上升的问题。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够控制设备成本的天然气体燃料蒸发器，天然气体燃料供给装置，向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的天然气体燃料蒸发器，天然气体燃料供给装置，向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法采用以下方法。
本发明的天然气体燃料蒸发器具备：储存罐，以饱和液体状态保持从外部供给的天然气体燃料；加热器，对从所述储存罐抽出的所述天然气体燃料进行加热；喷嘴，向所述储存罐内吐出在所述加热器中被加热的所述天然气体燃料；燃料供给管路，连接于所述储存罐而与外部的燃料供给对象连通，并从所述储存罐送出气体状态的所述天然气体燃料；及流量调整阀，设在所述燃料供给管路上。
根据该天然气体燃料蒸发器，在加热器中加热从储存罐抽出的天然气体(液体)而从喷嘴向储存罐内吐出，由此储存罐内的天然气体(液体)保持为饱和液体状态。在该状态下，若打开流量调整阀，则储存罐内部被减压，由此储存罐内的天然气体(液体)蒸发而进行气化，并从燃料供给管路送出。在这种结构中，由于在加热器中，将天然气体(液体)仅加热至使其成为饱和液体状态，因此不是气液二相状态，而是可以保持液体状态的单相，用于加热天然气体(液体)的热介质侧也能够保持液体状态、或气体状态的单相状态。因此，能够使热交换器变得简单，其设计也比较容易。
本发明能够作为天然气体燃料供给装置，所述天然气体燃料供给装置具备：如上所述的天然气体燃料蒸发器；燃料箱、储存供给到所述储存罐的所述天然气体燃料；及压缩机，压缩通过所述燃料供给管路从所述储存罐送出的气体状态的所述天然气体燃料。
在这种天然气体燃料供给装置中，还能够具备气体温度调整部，所述气体温度调整部通过在经过所述压缩机的所述天然气体燃料中，混合从所述储存罐抽出的液体状态的所述天然气体燃料，从而进行所述天然气体燃料的温度调整。
根据这种结构，使用以液体状态从储存罐抽出的天然气体，由此能够消耗储存罐内的天然气体燃料的重组分，且能够防止重组分积蓄在储存罐内。
因此，在加热器中，无需为了该重组分的消耗而使天然气体燃料过热至重组分的沸点以上，能够降低从燃料供给管路送出的气体温度。由此，无需使压缩机等大型化，能够控制设备成本。
并且，本发明的天然气体燃料供给装置还能够具备：压力传感器，检测所述储存罐内的压力；及气体流量调整部，根据所述压力传感器的检测数据，调整供给到所述加热器的所述天然气体燃料的流量，以使所述储存罐内部成为所述天然气体(液体)的饱和压力。
由此，自动调整向加热器的天然气体燃料的流量，从而能够使储存罐内的天然气体(液体)维持在饱和压力。
作为气体流量调整部，例如，设置绕过加热器而返回到储存罐的分支管，并在该分支管设置流量调整阀，通过调整其开度，能够调整供给到加热器的天然气体(液体)的流量。
本发明的天然气体燃料供给装置还能够具备：液位传感器，检测所述储存罐内的所述天然气体(液体)的液位；及燃料液位调整部，根据所述液位传感器的检测数据，调整从所述燃料箱向所述储存罐供给所述天然气体(液体)的量，以使所述储存罐内的所述天然气体(液体)的所述液位维持恒定。
由此，能够将储存罐内的天然气体(液体)的液位维持恒定。
本发明能够作为船舶，所述船舶具备：如上所述的天然气体燃料蒸发器；及发动机，通过所述燃料供给管路，作为燃料供给有所述压缩机中被压缩的所述天然气体燃料(气体)。
本发明能够作为船舶，所述船舶具备：如上所述的天然气体燃料供给装置；及发动机，通过所述燃料供给管路，作为燃料供给有所述压缩机中被压缩的天然气体(气体)。
而且，除了船舶以外，能够在具备涡轮或引擎的设备如发电设备、车辆等中应用本发明。
本发明能够作为向发动机供给天然气体燃料的方法，所述方法具备：从以饱和液体状态保持从外部供给的天然气体(液体)的储存罐抽出所述天然气体燃料，并加热所述天然气体(液体)而向所述储存罐内吐出的工序；打开设在连接于所述储存罐而与外部的燃料供给对象连通的燃料供给管路上的流量调整阀，通过使所述储存罐内部减压，从而使所述储存罐内的液体状态的所述天然气体(液体)蒸发的工序；通过所述燃料供给管路，将所蒸发的天然气体(气体)送至压缩机，在所述压缩机中压缩所述天然气体(气体)的工序；及将被压缩的所述天然气体(气体)供给到发动机的工序。
发明效果
根据本发明，能够使热交换器变得简单，其设计也比较容易，从而能够控制设备成本。
并且，将以液体状态从储存罐抽出的天然气体(液体)用于经过压缩机的天然气体(液体)的温度调整，由此能够消耗储存罐内的天然气体(液体)的重组分，且能够防止重组分积蓄在储存罐内。因此，无需使压缩机等大型化，在这个点上也能够控制设备成本。
附图说明
图1是表示本发明的天然气体燃料蒸发器、天然气体燃料供给装置、向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法的结构的图。
图2是表示以往天然气体燃料蒸发器、天然气体燃料供给装置的结构的图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明所涉及的天然气体燃料蒸发器、天然气体燃料供给装置、向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法的一实施方式进行说明。
如图1所示，燃料气体供给系统(天然气体燃料供给装置)10为了驱动例如船舶中的涡轮(发动机，燃料供给对象)而搭载在船舶上，将从外部供给的液体状态的LNG(天然气体燃料(液体))进行气化，并供给到供给目的地的涡轮或引擎。
该燃料气体供给系统10具备：燃料箱11，储存LNG；及蒸发装置(天然气体燃料蒸发器)20，使从燃料箱11供给的LNG液蒸发。
燃料箱11可以是作为燃料用而储存LNG的燃料箱，也可以是在LNG搬运船中，储存载物LNG的货油舱。该燃料箱11中，例如在-160℃下储存LNG。
蒸发装置20具备：储存罐21，以液体状态保持LNG；及加热器22，抽出并加热储存罐21内的LNG。
储存罐21优选设为与纵向相比在横向上较长的卧式储存罐。这是为了广泛确保储存罐21内的LNG液的蒸发区域。
在储存罐21连接有从燃料箱11供给LNG的供给管路23。该供给管路23具备有流量调整阀(燃料液位调整部)24。该流量调整阀24根据检测储存罐21内的LNG液的液位的液位传感器25中的检测信号，通过蒸发装置20的控制器(未图示)来调整开度，由此能够控制从燃料箱11供给LNG液的量。
并且，在储存罐21设有使储存罐21内的LNG液循环的循环管路26。在该循环管路26设有抽出储存罐21内的LNG液而使其沿循环管路26流动的泵27、及加热器22。
加热器22通过与从外部供给的热介质进行热交换，对循环管路26内的LNG液进行加热。
在循环管路26设有在储存罐21内喷射(喷出)经过加热器22的LNG液的喷雾嘴(喷嘴)31。通过泵27抽出储存罐21内的LNG液，经过循环管路26从喷雾嘴31返回到储存罐21内的上部。由此，搅拌储存罐21内的LNG液。
在循环管路26设有在加热器22的上游侧进行分支，并绕过加热器22而返回到储存罐21的旁通管路28。该旁通管路28设有流量调整阀(流量调整部)29。该流量调整阀29根据检测储存罐21的内压的压力传感器30的检测信号，通过蒸发装置20的控制器(未图示)来调整开度，以使储存罐21内的内压保持LNG的饱和压力。由此，控制旁通管路28的流量，即能够控制送入加热器22的LNG液的流量。
在储存罐21的上部连接有气体送出管(燃料供给管路)32。在该气体送出管32设有节流阀(流量调整阀)33，通过蒸发装置20的控制器(未图示)来调整其开度。
该蒸发装置20根据液位传感器25的检测信号，从燃料箱11通过供给管路23把LNG液吸到储存罐21，由此储存罐21内的LNG液的液位维持在规定液位。
并且，通过泵27，储存罐21内的LNG液的一部分吸出于循环管路26。
吸出于循环管路26的LNG液由加热器22进行加热。被加热的LNG液从喷雾嘴31向储存罐21内喷出。
如此，通过供给加热器22中所加热的LNG液，使储存罐21内的LNG液成为饱和状态。此时，根据压力传感器30的检测信号，通过调整送入加热器22的LNG液的流量，使储存罐21内的LNG液维持饱和压力。
若在此状态下打开节流阀33，则储存罐21内的压力下降。于是，LNG液的甲烷含量蒸发，成为LNG气体(燃料气体(气体))，以抵消其减压量。此时，由于储存罐21为卧式，因此LNG液的液面较广，且能够提高蒸发效率。
所蒸发的LNG气体从气体送出管32送出。从气体送出管32送出LNG气体的量通过节流阀33的开度进行调整。
气体送出管32连接于混合腔室36。
该混合腔室36还连接有供给从燃料箱11的顶部11a直接吸上来的LNG的气相(气体)的直接供给管37。
在混合腔室36上经由燃料气体供给管38连接有压缩LNG气体(甲烷气体)的压缩机40。从储存罐21经由气体送出管32送入的LNG气体与从燃料箱11经由直接供给管37送入的LNG气体在混合腔室36进行混合，从而经由燃料气体供给管38送入该压缩机40。
在压缩机40中，压缩被送入的LNG气体，并作为高温高压的LNG气体而吐出。
在压缩机40的吐出侧经由燃料气体吐出管41连接有气体加热器42。该气体加热器42例如为管壳式，通过与从外部送入的蒸气进行热交换，从而LNG气体进一步被加热。
在燃料气体吐出管41设有气体加热器42及气体加热器42的下游侧的减温器(气体温度调整部)43。
在该减温器43连接有在加热器22的上游侧从循环管路26分支的分支管50，经由该分支管50，向减温器43供给储存罐21内的LNG液的一部分，并在减温器43内进行喷雾。在减温器43内，通过向从压缩机40经由气体加热器42送入的高温高压的LNG气体，喷洒从储存罐21经由分支管50送入的低温的LNG液，从而进行LNG气体的温度调整。
在此，在分支管50设有流量调整阀51。在从减温器43的出口侧向发动机(未图示)送出LNG气体的燃料气体送出管44设有检测LNG气体温度的温度传感器52，在燃料气体供给系统10的控制器(未图示)中，根据温度传感器52的检测值，调整流量调整阀51的开度，以使减温器43的出口侧中的LNG气体温度进入规定的范围内。
在减温器43中进行温度调整的LNG气体经由燃料气体送出管44供给至涡轮或引擎等发动机(未图示)。以被送入的LNG气体作为燃料而驱动发动机。
根据如上所述的结构，预先供给加热器22中所加热的LNG液而使储存罐21内的LNG液成为饱和状态，打开节流阀33使储存罐21内部减压，由此能够使储存罐21内的LNG液(的甲烷含量)蒸发而成为LNG气体，并从储存罐21送出。
在这种结构中，由于在加热器22中以液体状态加热LNG，且热源侧的热水或蒸气也未成为气液二相状态，因此能够由液-液的单相的热交换器构成加热器22。由此，能够使加热器22的设计变得容易，且实现低成本化。
并且，通过经由分支管50将储存罐21内的LNG液的一部分供给到减温器43，能够防止在储存罐21内积蓄有重组分。
并且，根据能够如此控制重组分的积蓄的结构，能够从储存罐21向压缩机40送入重组分的沸点以下的低温的LNG气体。其结果，能够控制导致压缩机40中的压缩效率下降的现象，且无需大型化而能够使用小型压缩机40。由此还能够实现成本的大幅下降。
此外，通过加热器22，储存罐21内的LNG液的温度比燃料箱11内的LNG液例如高10℃左右。因此，从燃料箱11向储存罐21内送入的LNG液以储存罐21内的高温的LNG液作为热介质，从而使甲烷变得容易蒸发。其结果，加热器22也成为具有更低的加热能力的加热器，在这一点上也能够实现低成本化。
另外，在上述实施方式中所示的燃料气体供给系统10为了驱动船舶中的涡轮(发动机)而搭载在船舶，但除此之外，也能够为了驱动发电设备的涡轮(发动机)或车辆等中的引擎(发动机)等而使用。
并且，供给的燃料气体设为LNG气体，但例如在LPG气体等中也能够应用同样的结构。
而且，在如上所述的结构中，也可以从燃料箱11对储存罐21积极地供给重组分。由加热器22所加热的储存罐21内的重组分能够作为使甲烷含量蒸发时的热介质而发挥功能。
符号说明
10-燃料气体供给系统(天然气体燃料供给装置)，11-燃料箱，11a-顶部，20-蒸发装置(天然气体燃料蒸发器)，21-储存罐，22-加热器，23-供给管路，24-流量调整阀(燃料液位调整部)，25-液位传感器，26-循环管路，27-泵，28-旁通管路，29-流量调整阀(流量调整部)，30-压力传感器，31-喷雾嘴(喷嘴)，32-气体送出管(燃料供给管路)，33-节流阀(流量调整阀)，36-混合腔室，37-直接供给管，38-燃料气体供给管，40-压缩机，41-燃料气体吐出管，42-气体加热器，43-减温器(气体温度调整部)，44-燃料气体送出管，50-分支管，51-流量调整阀，52-温度传感器。

Claims (8)

1.一种天然气体燃料供给装置，其具备：
储存罐，以饱和液体状态保持从外部供给的天然气体燃料；
加热器，对从所述储存罐抽出的所述天然气体燃料进行加热；
喷嘴，向所述储存罐内吐出在所述加热器中被加热的所述天然气体燃料；
燃料供给管路，连接于所述储存罐而与外部的燃料供给对象连通，并从所述储存罐送出气体状态的所述天然气体燃料；
流量调整阀，设在所述燃料供给管路上；
压缩机，压缩通过所述燃料供给管路从所述储存罐送出的气体状态的所述天然气体燃料；及
气体温度调整部，通过在经过所述压缩机的所述天然气体燃料中，喷洒从所述储存罐抽出的液体状态的所述天然气体燃料，从而进行所述天然气体燃料的温度调整。
2.根据权利要求1所述的天然气体燃料供给装置，其具备：
压力传感器，检测所述储存罐内的压力；及
流量调整部，根据所述压力传感器的检测数据，调整供给到所述加热器的所述天然气体燃料的流量，以使所述储存罐内部成为所述天然气体燃料的饱和压力。
3.根据权利要求1或2所述的天然气体燃料供给装置，其还具备：
燃料箱，储存供给到所述储存罐的所述天然气体燃料。
4.根据权利要求1所述的天然气体燃料供给装置，其具备：
液位传感器，检测所述储存罐内的所述天然气体燃料的液位；及
燃料液位调整部，根据所述液位传感器的检测数据，调整从所述燃料箱向所述储存罐供给所述天然气体燃料的量，以使所述储存罐内的所述天然气体燃料的所述液位维持恒定。
5.一种船舶，其具备：
权利要求1所述的天然气体燃料供给装置；及
发动机，通过所述燃料供给管路，作为燃料供给有从所述储存罐送出的所述天然气体燃料。
6.一种向发动机供给天然气体燃料的方法，所述方法具备：
从以饱和液体状态保持从外部供给的天然气体燃料的储存罐抽出所述天然气体燃料，并加热所述天然气体燃料而向所述储存罐内吐出的工序；
打开设在连接于所述储存罐而与外部的燃料供给对象连通的燃料供给管路上的流量调整阀，通过使所述储存罐内部减压，从而使所述储存罐内的液体状态的所述天然气体燃料蒸发的工序；
通过所述燃料供给管路，将所蒸发的所述天然气体燃料送至压缩机，在所述压缩机中压缩所述天然气体燃料的工序；
在压缩后的所述天然气体燃料中，喷洒从所述储存罐抽出的液体状态的所述天然气体燃料，而进行所述天然气体燃料的温度调整的工序；及
将进行温度调整后的所述天然气体燃料供给到发动机的工序。
7.根据权利要求6所述的向发动机供给天然气体燃料的方法，所述方法具备：
检测所述储存罐内的压力的工序；及
根据所检测出的所述压力，调整从所述储存罐抽出而被加热的所述天然气体燃料的流量，以使所述储存罐内部成为所述天然气体燃料的饱和压力的工序。
8.根据权利要求6所述的向发动机供给天然气体燃料的方法，所述方法具备：
检测所述储存罐内的所述天然气体燃料的液位的工序；及
根据所检测出的所述液位，调整从燃料箱向所述储存罐供给所述天然气体燃料的量，以使所述储存罐内的所述天然气体燃料的所述液位维持恒定的工序，所述燃料箱储存供给到所述储存罐的所述天然气体燃料。
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