CN105793639B - 用于在以气体为燃料的海船中进行废冷回收的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于以气体为燃料的海船的燃料储存分配系统包括罐室,所述罐室构成包围罐连接件以及与这些罐连接件相关联的阀的气密空间。制冷或空气调节回路的一部分到达所述罐室内。第一局部热传递回路被构造成从所述制冷或空气调节回路的位于所述罐室内的所述部分接收热,并被布置成将所接收的热传递至在所述燃料储存分配系统中处理的液化气体燃料。
Description
技术领域
本发明总体涉及在以气体为燃料的海船的燃料储存分配系统中并且与之相关联地布置热和物料流的技术。尤其是,本发明涉及利用所述燃料储存分配系统来从海船的HVAC(加热、通气和空气调节)系统吸收热。
背景技术
在美国专利出版物2903860中公开了一种用于以气体为燃料的海船的燃料储存分配系统,其包括:用于储存气体燃料的气体罐,所述气体燃料的大部分呈液化的形式;罐室,所述罐室构成包围连接至该罐室以及从该罐室连接的罐连接件以及与这些罐连接件相关联的阀的气密空间;到达所述罐室内的制冷或空气调节回路的一部分、位于所述罐室中的第一局部热传递回路,该第一局部热传递回路被构造成从制冷或空气调节回路的位于所述罐室内的所述部分接收热。在美国专利出版物2903860中还公开了一种用于从以气体为燃料的海船的加热、通气和空气调节系统向所述海船的气体燃料传递热的方法,所述方法包括:从到达罐室内的制冷或空气调节回路向所述罐室中的第一局部热传递回路传递热;以及使用所述第一局部热传递回路来加热在所述燃料储存分配系统中处理的液化的气体燃料。
天然气或概括地说挥发性足以使烃混合物在室温以气态形式出现的该烃混合物构成了作为内燃发动机的燃料的燃料油的有利替代物。在使用天然气作为燃料的海船中,天然气典型地以液体形式存储在船上,从而产生了通常使用的缩写词LNG(液化天然气)。可以通过维持天然气的温度低于沸点而以液体形式保存天然气,沸点为大约-162摄氏度(-260华氏度)。还可以通过将天然气压缩至足够高的压力来存储天然气以用作燃料,在这种情况下,使用缩写词CNG(压缩天然气)。该说明书主要是指LNG,这是因为在撰写该文本时液化被认为比压缩更经济。
图1示意性示出了LNG燃料船舶上机载的已知系统的架构。LNG燃料装载站101位于甲板上,并且用来将该系统装满LNG。LGN燃料存储系统包括一个或多个热绝缘的用于以液体形式存储LNG的气体罐102,并且布置所谓的罐室103,在罐室103处,将LNG可控地蒸发并将其分配给发动机。蒸发是指从液相到气相的相变,由于该原因,所有随后阶段都应该将用于表示“液化”的L从缩写词中省去,而转而仅仅使用NG(天然气)。
船舶的发动机104或多个发动机位于发动机室105中。每个发动机具有其相应的发动机专用燃料输入子系统106,在气体燃料的情况下,该发动机专用燃料输入子系统106在一些源中被称为GVU(气体阀单元)。图1的罐室103包括两个蒸发器,其中第一蒸发器107为用于保持气体罐102内的足够压力的所谓的PBU(增压)蒸发器。气体罐102内的主供应线路108的入口处的流体静压力是使LNG流入第二蒸发器109的驱动力,该第二蒸发器109是MGE或主气体蒸发器,燃料从该MGE或主气体蒸发器以气体形式向发动机分配。为了确保蒸发气体流到GVU并以足够高压力进一步流动到发动机,PBU系统将气体罐102的内部压力维持在预定值或接近预定值,该预定值典型地在5巴到10巴。
发动机104包括一个或多个冷却回路。图1中示意性所示的是所谓的低温(LT)冷却回路的外部环路110,该外部环路110可以用于例如冷却润滑油。在外部环路110中循环的所谓LT水可以在其经过热交换器111时具有大约50摄氏度的温度,其中该热交换器111将热给予乙二醇和水的混合物,该混合物又将热传递给蒸发器107和109。乙二醇/水混合物回路包括循环泵112和膨胀罐113。该混合物中需要乙二醇以防止该混合物在该混合物与蒸发器107和109的极冷LNG入口部件接触时冻结。
许多类型的海船(特别是乘客游艇)在各种冷却功能中使用相当一定量的能量,例如提供空气调节以及为食品供应制冷。现有技术文件US 8,043,136建议使用气体燃料蒸发系统来吸收海船的HVAC系统的热。图2是图2的所述现有技术文件教导的热流动和控制功能的示意图。现有技术系统的核心是热传递回路201,它根据箭头203吸收HVAC系统202的热。热传递回路201将热给予气体燃料蒸发装置204中的气体燃料,气体燃料蒸发装置204在所述现有技术文件中是使气体燃料流过的热交换器和/或蒸发器。控制实体205监测HVAC系统202的热传递的充足性,并且通过根据箭头207提取海水206的额外热根据需要增强所述充足性。另一控制实体208实施为HVAC系统202的一部分,使得如果不通过将热给予热传递回路201而发生足够的冷却,则电驱动的冷却装置可以用于根据箭头210将热转储到环境209。
对于处理以气体为燃料的海船的船上的热流的整体能量效率,现有技术装置留有改进余地。另外,现有技术装置常常包括相对复杂的结构和若干相对昂贵的装备。例如,US8,043,136的系统需要泵使热传递回路中的流体循环,并且需要另一个泵使HVAC回路中的热传递介质循环,并且总共有至少四个不同的热交换器。海运分类要求通常需要将泵加倍以经由冗余来实现可靠性,将所有的泵相关成本加倍。复杂的结构意味着在船厂的建造时间更长。
发明内容
下面提出了简化概述,以便提供对各种发明实施方式的一些方面的基本理解。发明内容并非本发明的广泛概述。既不旨在识别本发明的关键或重要元件,也不划定本发明的范围。以下概述仅仅以简化的形式提出本发明的一些概念,作为本发明的例证实施方式的更详细描述的前奏。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于海船的燃料储存分配系统,与现有技术系统比较能够削减制造成本和建造复杂性。根据本发明的另一方面,提供了一种能够使用冷气体燃料有效地吸收海船的HVAC系统的热的燃料储存分配系统。根据本发明的另一方面,提供了一种能够柔性地控制海船的HVAC和发动机冷却系统与气体燃料之间的热流的燃料储存分配系统。根据本发明的又一方面,提供了一种以有效而柔性的方式将热从海船的HVAC系统传递至所述海船的气体燃料的方法。
本发明的有利目的通过使用罐室中的局部热传递回路以将热从制冷或空气调节回路的到达罐室内的部分传递至冷气体燃料而实现。
本发明可以通过使制冷或空气调节回路的一部分到达罐室中来消除现有技术系统的若干泵及其他部件。罐室中的局部热传递回路可从制冷或空气调节回路的所述部分提取热并且或直接地或间接地将这样的热进一步给予气体燃料。燃料储存分配系统的显著部分可以建造为输送到船厂的模块作为完成实体,削减了建造时间并简化了建造船舶的工作布置。
在本专利申请中提出的本发明的示例性实施方式并不解释为对本申请的适用性构成限制。动词“包括”在本专利申请中用作不排除另外未陈述特征的存在的开放性限制。除非另有明确规定,否则本申请中陈述的特征能相互自由组合。
被认为是本发明特征的新颖特征在本申请中加以阐述。然而,当结合附图阅读时,根据具体实施方式的以下描述,本发明本身就建造及其操作方法两者而言连同其额外目的和优点将得到最好的理解。
附图说明
图1图示了现有技术LNG燃料分配架构;
图2图示了现有技术方案中的热和物料流;
图3图示了根据本发明的一个实施方式的燃料储存分配系统中的热和物料流;
图4图示了根据本发明的一个实施方式的燃料储存分配系统的各部分的示例性实施方案;
图5图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统的各部分的示例性实施方案;
图6图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统的各部分的示例性实施方案;
图7图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统的各部分的示例性实施方案;
图8图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统的各部分的示例性实施方案;
图9图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统的各部分的示例性实施方案;以及
图10示意性地图示了根据本发明的一个实施方式的燃料储存分配系统的控制架构。
具体实施方式
图3图示了根据本发明的一个实施方式的燃料储存分配系统中的一些物料和热流。框301一般代表HVAC系统,或用在海船的船上以产生并维持低于环境温度的温度的系统。HVAC系统框301可包括的示例是:小屋、休息室、餐厅及其他内部空间的空气调节;冷库及其他储藏室的制冷;货舱或个别货柜的制冷;以及饮用水的冷却。
箭头302示出了热是如何从HVAC系统传递到热传递回路(称为第一局部热传递回路303)的。箭头304示出了第一局部热传递回路303如何布置成将所接收的热传递至在燃料储存分配系统中处理的液化气体燃料。概念上,最后提到的传递发生在气体燃料蒸发装置305内,但是并非所有从第一局部热传递回路303传递热都需要立即引起任何气体燃料的蒸发。
图3的右边示出了海船中的另一热源311如何另外产生热,至少其中的一些根据箭头312传递至第二局部热传递回路313。箭头314示出了第二局部热传递回路313如何布置成将所接收的热传递至气体燃料蒸发装置305内的液化气体燃料。其他热源311可例如是包括冷却回路的发动机。发动机冷却回路的一部分可到达罐室内,它根据箭头312将热给予第二局部热传递回路313。
根据热力学定律,热能的自发流动总是从较热的实体发生到较冷的实体;仅热的流动,而非冷的。然而在实践中,很常见的说法是,在HVAC系统301中不断需要一定量的冷却,并且充足量的冷却可用在冷的液化气体燃料中。经由专门生产并使用能量而以其他方式将从气体燃料“去除”的冷却为“废冷(waste cold)”,并且布置热流的行为使得这样的冷却可以用于吸收将以其他方式转储至环境的热能,可称为废冷回收。概念上,如果不是热力学,则可以认为,从气体燃料进入被消耗的HVAC系统的一些冷流在与箭头302和304图示相反的方向上流动。
从气体燃料蒸发装置305的一个输出是气态(即被蒸发的)燃料,输出到海船的气体燃料发动机。两个其他可能的输出可替代于彼此,图示为在图3的括号中放置。气体燃料蒸发装置305可输出用于加热仍储存在气体罐中的气体燃料的热(根据箭头321)。通过加热气相的被储存气体燃料和/或蒸发液相的被储存气体燃料,这样的加热将旨在维持气体罐内的足够压力。在图3的右上部分示出的其他替代是,出于增压(PBU)的目的,气体燃料蒸发装置305的一些蒸发的气体燃料输出循环回到气体罐中。图3的括号示出的替代不是相互排斥的,但是通常经由维持气体罐压力的最重要的机构来选择其中一个。
图3图示了共同的控制实体322如何可以用于控制所有图示的热流(包括箭头321的图示;示出的控制管线因保存图形清晰度而被截断)。控制实体322通常包括处理器,并且可具有受其支配的若干压力和温度传感器,使得控制实体322可以监测各种位置的压力和温度并且做出在期望的范围内维持测量压力和温度的智能决定。许多控制功能可在实践中以可控阀的形式实施,该可控阀增加以及降低流体热传递介质在对应回路中的流动,以及气体燃料经过气体燃料蒸发装置305的各种部分的流动。
图4图示了根据本发明的一个实施方式的燃料储存分配系统的各部分。左边是用于储存气体燃料的气体罐401,气体燃料的大部分呈液化的形式。与气体罐401关联的是罐室402,其构成包围罐连接件以及与这些罐连接件相关联的阀的气密空间。进出气体罐401的一些管连接件可直接进入罐室402,但还可存在横过它们之间的一些自由空间的管连接件。为了保持一致性,所有进出气体罐401的管连接件都已示意性地图示为双壁的,但是对于直接进入罐室402的连接件,双壁可能是不需要的。将双壁管的外阻挡建造并连接到例如气体罐401的双壁结构的方式对本发明是不重要的。
图4的左下部分图示了制冷或空气调节回路的到达罐室402内的部分。在所述制冷或空气调节回路中流动的流体介质是将热从在广泛的意义上可以说是包括在海船的HVAC系统中的一些冷却部分传递到的任何流体介质。示例性指定盐水用于图4的所述流体介质。
第一局部热传递回路被构造成从制冷或空气调节回路的位于罐室402内的所述部分接收热,并且布置成将所接收的热传递至在燃料储存分配系统中处理的液化气体燃料。特别是,第一局部热传递回路包括第一局部热传递再沸器403和第一局部热传递冷凝器404,在它们之间发生一些可蒸发的流体传递介质的循环。制冷或空气调节回路的一部分构成第一局部热传递再沸器403内的热元件405。燃料储存分配系统包括管406,所述管406被构造成引导气体燃料穿过第一局部热传递冷凝器404内的冷元件407。
对“热”和“冷”的引用仅表示相应元件的用途,并不必然符合观察人员将认为的热或冷。再沸器或蒸发器内的热元件是指在使用期间向传递介质给予热而致使该传递介质蒸发的部件。冷凝器内的冷元件是指在使用期间从该传递介质接收热而致使该传递介质冷凝的部件。
图4的燃料储存分配系统设计成使得还有另一源的热可以用于蒸发和/或加热注定属于海船的气体燃料发动机的气体燃料。发动机冷却回路的一部分到达罐室内,如图4的右下部分所示。第二局部热传递回路被构造成从发动机冷却回路的位于所述罐室402内的所述部分接收热,并被布置成将所接收的热传递至在燃料储存分配系统中处理的液化气体燃料。特别是,第二局部热传递回路包括第二局部热传递再沸器408和第二局部热传递冷凝器409。发动机冷却回路的所述部分构成第二局部热传递再沸器408内的热元件410。燃料储存分配系统包括管411,所述管411被构造成引导气体燃料穿过所述第二局部热传递冷凝器409内的冷元件412。
LNG可经由进料管413流出气体罐401。在图4的实施方式中,进料管分为通向第一局部热传递冷凝器404中的冷元件407的第一分支,并分为通向第二局部热传递冷凝器409中的冷元件412的第二分支。连接管414从第一局部热传递冷凝器404中的冷元件407通向所述第二分支中的T形接头,使得经过第一局部热传递冷凝器404中的冷元件407的气体燃料还流过第二局部热传递冷凝器409中的冷元件412。T形接头还可以位于出口管415中,使得经过第一局部热传递冷凝器404中的冷元件407的气体燃料将不流过第二局部热传递冷凝器409中的冷元件412。作为又一替代,可以提供阀装置来确定经过第一局部热传递冷凝器404中的冷元件407的气体燃料是否还应该流过第二局部热传递冷凝器409中的冷元件412与否。
经由相应致动器418和419操作的可控阀416和417控制分别从进料管413流入第一分支和第二分支的气体燃料量。换句话说,可控阀416和417充当选择阀,用于选择性地引导气体燃料依次地经过第一局部热传递冷凝器404和第二局部热传递冷凝器409中的冷元件407和412,或者仅经过所述冷元件407或412中的一个。
图4的燃料储存分配系统还包括用于积聚并维持气体罐401内的足够内部压力的增压(PBU)回路。PBU回路的一部分构成第一局部热传递冷凝器404和第二局部热传递冷凝器409中的至少一个的冷元件。特别是,在图4的实施方式中,存在以下两者:第一PBU冷元件420位于第一局部热传递冷凝器404中,并且第二PBU冷元件421位于第二局部热传递冷凝器409中。PBU回路是这样的闭合环路,所述闭合环路被构造成引导流体加热介质经过所述PBU冷元件420或421和加热元件422(位于邻近罐室402的气体罐401内)中的至少一个。经由相应致动器427、428、429和430操作的可控阀423、424、425和426控制流过两个PBU冷元件420和421的流体加热介质的相对量。
上面使用的示例性指定盐水突显出以下事实:即在图4的实施方式中,制冷或空气调节回路的到达罐室402内的部分是用于液体热传递介质(即在其循环环路内的任何地方并不意在相变的热传递介质)的循环环路的部分。在不同的时间,可能存在需要传递出海船的HVAC系统的不同热;例如,当乘客游艇在在港口没有或仅有很少的乘客在船上时,空气调节系统的冷却要求可能比大家都在船上时小。
为了平衡不同时间热传递的不同需要,可建议在所述制冷或空气调节回路中包括缓冲储存器。为此目的,图4的燃料储存分配系统包括用于临时储存一定量所述液体热传递介质的热绝缘的缓冲罐431。提供了经由相应致动器434和435操作的可控阀432和433,用于控制所述液体热传递介质进出缓冲罐431的流动。循环泵436确保液体热传递介质在制冷或空气调节回路中的足够循环。海运分类要求可能出于冗余而需要提供两个并行的循环泵。
使用图4的系统将热从以气体为燃料的海船的加热、通气和空气调节(HVAC)系统传递至海船的气体燃料的方法包括:将热从到达罐室402内的制冷或空气调节回路传递至所述罐室中的第一局部热传递回路。特别是,液体热传递介质将热给予第一局部热传递再沸器403内的周围的可蒸发传递介质。第一局部热传递回路用于加热在所述燃料储存分配系统中处理的液化气体燃料。特别是,注定要在发动机中燃烧的气体燃料在第一局部热传递冷凝器404内的冷元件407中直接被加热。另外,气体罐401内的气体燃料通过加热第一局部热传递冷凝器404内的PBU冷元件420中的流体加热介质而被间接加热。当流体加热介质流过加热元件422时,所述流体加热介质又加热气体罐内的气体燃料。
所述方法可进一步包括:将热从到达罐室402内的发动机冷却回路传递至罐室402中的第二局部热传递回路。然后,第二局部热传递回路用于加热在所述燃料储存分配系统中处理的气体燃料。特别是,注定通入发动机的气体燃料的直接加热发生在第二局部热传递冷凝器409内的冷元件412中,并且被储存气体燃料的间接加热以与上述同样的方式经由PBU回路发生。
所述方法可进一步包括:将在所述制冷或空气调节回路中流动的一定量的液体热传递介质临时储存在热绝缘的缓冲罐431中;以及以可控制的方式将液体热传递介质从所述缓冲罐431取回到制冷或空气调节回路中。
图5图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统。具有与图4的实施方式类似的功能的部分带有相同的附图标记。与图4的实施方式比较最重要的区别在于,在图5中,制冷或空气调节回路的到达罐室402内的部分是循环环路的用于可蒸发性制冷剂的部分,而非用于图4的液体热传递介质(盐水)的部分。在图5中,假设,从HVAC系统吸收热的行为包括蒸发一些可蒸发性制冷剂,然后可蒸发性制冷剂以蒸气形式从下面流入图5所示的系统中。汽相制冷剂在第一局部热传递再沸器内的热元件405内冷凝,将热给予在局部热传递回路中循环的传递介质。冷凝的可蒸发性制冷剂返回至HVAC系统。冷凝的制冷剂可向泵提出与盐水不同的要求,由于这个原因,循环泵501在图5中具有不同的附图标记。
虽然基本可以在热绝缘的缓冲罐中临时储存冷凝的可蒸发性制冷剂,但是图5公开了热能缓冲的替代方案。所述系统包括蓄热器502,并包括经由相应致动器505和506操作的可控阀503和504,以控制可蒸发性制冷剂流过蓄热器502。蓄热器502可例如是包含盐水或比热容量相对较高的其他液体的热绝缘的罐,并且所述系统可包括位于所述热绝缘的罐内的热交换器507,冷凝的可蒸发性制冷剂可流过该热交换器。在其经过热交换器的路程上,冷凝的可蒸发性制冷剂或者从盐水提取热,或者将热给予盐水,这取决于它们相互的温度差。通过冷凝的可蒸发性制冷剂或者将冷给予盐水或者从盐水提取冷,相同内容可以描述在废冷回收的共同临时用法中,这取决于它们相互的温度差。
图5的实施方式的操作方法不同于图4的实施方式之处在于,它包括以可控制的方式使在制冷或空气调节回路中流动的可蒸发性制冷剂经过蓄热器循环,以根据需要将热储存在所述蓄热器中或从所述蓄热器取回热。
图6图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统。具有与图4和/或图5的实施方式类似的功能的部分带有相同的附图标记。图6图示的变型决不限于液体热传递介质(图4)或可蒸发性制冷剂(图5)的任何前述替代。最后提到的是图6所示的示例,但制冷或空气调节回路也可以与图4所示的相当类似。
图6意在特别图示的变型涉及PBU回路和主气体蒸发回路的结构和装置。虽然罐室402内仍存在两个局部热传递回路,但是仅其中一个在气体罐的增压方面起作用。PBU回路的一部分构成第二热传递冷凝器602中的PBU冷元件601。PBU回路是这样的闭合环路,所述闭合环路被构造成引导流体加热介质经过第二局部热传递冷凝器602中的所述PBU冷元件601并经过位于邻近罐室402的气体罐401内的加热元件603。经由相应的致动器606和607操作的可控阀604和605控制流体加热介质进出PBU冷元件601的流动速率。
第一局部热传递冷凝器608仅包括一个冷元件609,冷元件609是使注定在海船的发动机中燃烧的气体燃料流过的冷元件。从进料管610仅有一个分支611,分支611通向第一局部热传递冷凝器608内的冷元件609的进口。由此,注定在发动机中燃烧的所有气体燃料都流过第一局部热传递冷凝器608内的冷元件609,并进一步流过连接管612和第二局部热传递冷凝器602中的冷元件613。经由对应致动器615操作的阀614充当进料管610中的普通截止阀。
图7图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统。具有与之前附图的实施方式类似的功能的部分带有相同的附图标记。图7图示的变型决不限于液体热传递介质(图4)或可蒸发性制冷剂(图5)的任何前述替代。首先提到的是图7所示的示例,但制冷或空气调节回路也可以与图5所示的相当类似。图7图示的变型也决不限于涉及PBU回路和主气体蒸发回路的结构的任何前述替代。涉及这些的方法类似于图4和图5的方法,但图6图示的更简单结构也可以使用。
图7意在特别图示的变型涉及实际实施PBU回路中的气体燃料的加热地点和方式。图7的PBU回路是这样的开放环路,所述开放环路被构造成将邻近罐室402的气体罐401的气体燃料引导至第一局部热传递冷凝器或第二局部热传递冷凝器中的至少一个的PBU冷元件,并且返回至气体罐。特别是,在图7的实施方式中,液相的气体燃料从气体罐401流过PBU进料管701及其适当的分支,分别流向第一局部热传递冷凝器704和第二局部热传递冷凝器705中的PBU冷元件702和703,在那里蒸发。气相的气体燃料由此从PBU冷元件702和703返回至气体罐401,流过PBU返回管706。经由相应致动器711、712、713和714操作的可控阀707、708、709和710控制流过两个PBU冷元件702和703并在其路程上蒸发的气体燃料的相对量。
图8图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统。具有与之前附图的实施方式类似的功能的部分带有相同的附图标记。图8图示的变型决不限于液体热传递介质(图4)或可蒸发性制冷剂(图5)的任何前述替代。最后提到的是图8所示的示例,但制冷或空气调节回路也可以与图4所示的相当类似。图8图示的变型也决不限于使用两个局部热传递回路进行增压,或者限于主气体蒸发回路的特定结构。仅一个局部热传递回路可以用于PBU,和/或图6中的更简单的主气体蒸发回路也可以使用。
图8意在特别图示的变型涉及使实际实施闭合环路PBU回路中的热传递介质循环的方式。另外,图8的实施方式指出了使用闭合环路PBU回路如何允许将所有引线放置在气体罐的最上面部分中,使得甚至管道的机械故障将不会轻易引起任何极冷液体气体流出气体罐。
在图8的实施方式中,以蒸气形式从每个局部热传递再沸器801或802流向对应局部热传递冷凝器803或804的一些可蒸发性热传递介质可继续加热气体罐内的气体燃料。从每个局部热传递冷凝器803和804存在连接到PBU向前管805的阀控制的连接件,PBU向前管805通入气体罐401内的加热元件806。PBU返回管807将在PBU回路中流动的流体加热介质引导出加热元件806。
返回的流体加热介质可或者直接流向对应的局部热传递再沸器,如在第一局部热传递再沸器801的情况下,或者可首先流向局部热传递冷凝器中的冷元件进行预热,并且仅在此后流向对应的局部热传递再沸器。后一替代实施在图8的第二局部热传递回路中,其中PBU冷元件808充当预热器。如果当从气体罐内的加热元件返回时在局部热传递再沸器的热元件中流动的介质具有PBU回路中的流体加热介质的这些温度处或以上的冰点,则建议使用这种预热器。止回阀808和809或仅允许单向流动的对应设备可用于保持PBU回路中的流体加热介质防止流入错误的方向。
图9图示了根据本发明的另一实施方式的燃料储存分配系统。具有与之前附图的实施方式类似的功能的部分带有相同的附图标记。图9图示的变型决不限于液体热传递介质(图4)或可蒸发性制冷剂(图5)的任何前述替代。首先提到的是图9所示的示例,但制冷或空气调节回路也可以与图5所示的相当类似。图9图示的变型也决不限于主气体蒸发回路的特定形式,但可以使用例如图6图示的方法。
图9意在特别图示的变型涉及若干分离的PBU回路和/或气体罐内的加热元件。图9的实施方式包括位于气体罐401内的两个加热元件901和902。对应地,存在两个分离的PBU回路,使得流过第一加热元件901的流体加热介质来到第一局部热传递冷凝器404内的PBU冷元件903,进行重新加热。流过第二加热元件902的流体加热介质来到第二局部热传递冷凝器409内的PBU冷元件904,进行重新加热。经由致动器907和908操作的可控阀905和906分别控制流体加热介质在第一PBU回路中的流动,并且经由致动器911和912操作的可控阀909和910分别控制流体加热介质在第二PBU回路中的流动。
图10示意性地图示了用于控制燃料储存分配系统的装置。这样进行控制的中央元件是控制器1001,控制器1001可例如是微处理器。计算机可读指令被储存在非易失性存储器1002中,并且当由控制器1001执行时引起根据本发明的一个实施方式的方法的实施方案。
普遍存在于燃料储存分配系统中的各种位置处的压力可以用若干合适定位的压力传感器1003测量。物理控制压力而采取的典型动作将涉及打开和/或闭合控制气态和液体介质流动的一些阀,为此目的存在若干适当放置的致动器1004。所述系统还可以包括其他致动器1005或可控制设备,例如控制用于控制装置的一些重要部分的温度的泵或加热器。
压力传感器1003、致动器1004以及可能的其他致动器1005可通常指定为物理动作设备。输入和输出单元(I/O单元)1006用作控制器1001与物理动作设备之间的接口。它与控制器1001交换数字形式的信息,接收来自压力传感器1003的电压和/或电流形式的测量信号,并将电压和/或电流形式的命令发送至致动器1004和1005。输入和输出单元1006还在与控制器1001通信使用的数字表示和(通常,但不必要)控制物理动作设备使用的模拟电压和/或电流水平之间进行必要的转换。
总线连接1007将控制器1001与一个或多个用户接口1008链接,用户接口1008可位于例如发动机控制室中和/或位于海船的桥上。用户接口通常包括一个或多个显示器和一些用户输入器件,诸如触敏显示器、键盘、操纵杆、滚轮鼠标,等。用户接口的显示部分用于显示关于燃料储存分配系统的状态和操作的人的用户信息。用户接口的输入器件可被用户用于给出控制气态燃料储存分配系统的操作的命令。
电源装置1009派生并分配控制装置的各种电操作部分的必要操作电压。
如果与可以传递的热比较就装备所需要的空间来评估效率,则蒸发和冷凝是非常有效的传递热的方式。另外使用可蒸发性传递介质可帮助在系统中避免泵,因为传递介质的液相和气相之间的密度差较大,因而重力可以用作以适当的运动将传递介质保持在热传递回路周围的主驱动力。进一步,所涉及的硬件的主要部分可构建在至少包括罐室并可能还包括气体罐的模块内和/或与所述模块紧密关联。作为整体结果,根据本发明的燃料储存分配系统可以更简单地显著节省以气体为燃料的海船的建造过程。
使用HVAC系统作为燃料储存分配系统的额外热源的可能性意味着可以有效地回收废冷,或者换句话说,在HVAC系统中产生并将以其他方式需要转储至环境的废热可以出于有用的目的吸收于燃料储存分配系统中。另外,并行地使用HVAC系统和发动机作为热源能够非常柔性地控制热流,并且利用以下事实:由组合系统提供的冷却功率(或:吸热能力)是发动机功率的函数。
至此描述的实施方式可以做出变型和修改而不脱离本申请的范围。例如,甚至如果出于图形清晰度,至此描述的实施方式仅涉及一个气体罐,则相同的结构原理和功能方案在两个或更多个气体罐分享同一罐室的装置中是容易重复的。热被带到燃料储存分配系统的其他热源并不需要发动机的LT冷却水回路;例如,在推进系统中因燃烧和摩擦而生成的热可以以许多方式直接地或间接地被带到燃料储存分配系统。其他热源还可包括例如海船上的蒸汽生成回路和/或热油回路的部分。各种其他热源还可以组合使用,例如使得发动机冷却回路和蒸汽生成回路两者均包括到达罐室内的部分。
Claims (12)
1.一种用于以气体为燃料的海船的燃料储存分配系统,所述燃料储存分配系统包括:
-用于储存气体燃料的气体罐(401),所述气体燃料的大部分呈液化的形式;
-罐室(402),所述罐室构成包围连接至所述罐室(402)以及从所述罐室(402)连接的罐连接件以及与这些罐连接件相关联的阀的气密空间;
-制冷或空气调节回路的到达所述罐室内的部分;以及
-位于所述罐室(402)中的第一局部热传递回路,所述第一局部热传递回路被构造成从所述制冷或空气调节回路的位于所述罐室内的所述部分接收热,其特征在于,所述燃料储存分配系统还包括:
-位于第一局部热传递回路中的第一局部热传递再沸器(403)和第一局部热传递冷凝器(404),并且其中,制冷或空气调节回路的部分构成位于所述第一局部热传递再沸器(403)内的热元件(405),并且被布置成将所接收的热传递至在所述燃料储存分配系统中的所述第一局部热传递再沸器(403)和所述第一局部热传递冷凝器(404)中处理的液化气体燃料;
-引导气体燃料经过位于所述第一局部热传递冷凝器内的冷元件(407)的第一管(406);
-发动机冷却回路的到达所述罐室(402)内的部分;
-位于所述罐室(402)中的第二局部热传递回路,所述第二局部热传递回路包括第二局部热传递再沸器(408)和第二局部热传递冷凝器(409),其中,发动机冷却回路的部分构成位于所述第二局部热传递再沸器(408)内的热元件(410),并且所述第二局部热传递回路从所述发动机冷却回路的位于所述罐室(402)内的所述部分接收热并且将所接收的热传递至在所述燃料储存分配系统的所述第二局部热传递再沸器(408)和所述第二局部热传递冷凝器(409)中处理的液化气体燃料;
引导气体燃料经过位于所述第二局部热传递冷凝器(409)内的冷元件(412)的第二管(411)。
2.根据权利要求1所述的燃料储存分配系统,所述燃料储存分配系统包括选择阀(416,417),用于选择性地引导气体燃料依次经过所述第一局部热传递冷凝器(404)和第二局部热传递冷凝器(409)这二者中的所述冷元件(407,412),或者仅经过所述冷元件中的一个冷元件。
3.根据权利要求2所述的燃料储存分配系统,所述燃料储存分配系统包括增压回路即PBU回路,所述PBU回路的一部分构成位于所述第一局部热传递冷凝器和所述第二局部热传递冷凝器中的至少一个中的PBU冷元件(420,421)。
4.根据权利要求3所述的燃料储存分配系统,其中,所述PBU回路是闭合环路,所述闭合环路被构造成引导流体加热介质经过:
-所述第一局部热传递冷凝器(404)和所述第二局部热传递冷凝器(409)中的至少一个中的所述PBU冷元件(420,421);以及
-位于气体罐内的加热元件(422)。
5.根据权利要求3所述的燃料储存分配系统,其中,所述PBU回路是开放环路,所述开放环路被构造成将气体燃料从气体罐引导至所述第一局部热传递冷凝器(404)和所述第二局部热传递冷凝器(409)中的至少一个中的所述PBU冷元件(420,421),并且返回至所述气体罐。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料储存分配系统,其中,制冷或空气调节回路的所述部分是循环环路的用于液体热传递介质的部分。
7.根据权利要求6所述的燃料储存分配系统,所述燃料储存分配系统包括:
-热绝缘的缓冲罐(431),该热绝缘的缓冲罐用于临时储存一定量的所述液体热传递介质;以及
-可控阀(432,433),该可控阀用于控制所述液体热传递介质进出所述缓冲罐的流动。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料储存分配系统,其中,制冷或空气调节回路的所述部分是循环环路的用于可蒸发性制冷剂的部分。
9.根据权利要求8所述的燃料储存分配系统,所述燃料储存分配系统包括:
-蓄热器(502);以及
-可控阀(503,504),该可控阀用于控制所述可蒸发性制冷剂经过所述蓄热器(502)的流动。
10.一种用于将热从以气体为燃料的海船的加热、通气和空气调节系统传递至所述海船的气体燃料的方法,所述方法包括:
-将热从到达罐室(402)内的制冷或空气调节回路传递至位于所述罐室中的第一局部热传递回路中的第一局部热传递再沸器(403)和第一局部热传递冷凝器(404)中处理的液化气体燃料,其中,所述制冷或空气调节回路的部分构成位于所述第一局部热传递再沸器(403)内的热元件(405);以及
-通过第一管(406)引导气体燃料经过位于所述第一局部热传递冷凝器内的冷元件(407),使用所述第一局部热传递回路来加热在所述燃料储存分配系统中处理的液化气体燃料,其特征在于,
-将热从到达所述罐室内的发动机冷却回路传递至位于所述罐室(402)中的第二局部热传递回路中的第二局部热传递再沸器(408)和第二局部热传递冷凝器(409)中处理的液化气体燃料,其中,所述发动机冷却回路的部分构成位于所述第二局部热传递再沸器(408)内的热元件(410);以及
-通过第二管(411)引导气体燃料经过位于所述第二局部热传递冷凝器(409)内的冷元件(412),使用所述第二局部热传递回路来加热在所述燃料储存分配系统中处理的气体燃料。
11.根据权利要求10所述的方法,所述方法包括:
-将在所述制冷或空气调节回路中流动的一定量的液体热传递介质临时储存在热绝缘的缓冲罐(431)中;以及
-以可控制的方式将液体热传递介质从所述缓冲罐(431)取回到所述制冷或空气调节回路中。
12.根据权利要求10所述的方法,所述方法包括:
-以可控制的方式使在所述制冷或空气调节回路中流动的可蒸发性制冷剂循环经过蓄热器(502),以根据需要将热储存在所述蓄热器(502)中或从所述蓄热器(502)取回热。
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