CN107848608A - 船舶 - Google Patents

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李準埰
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Abstract

公开一种船舶，所述船舶包括存储液化气体的存储槽。所述船舶包括：蒸发气体热交换器，设置在所述存储槽的下游并用于以从所述存储槽排放的蒸发气体作为制冷剂对被压缩的蒸发气体(在下文中被称为“第一流体”)进行热交换，由此冷却所述第一流体；压缩机，设置在所述蒸发气体热交换器的下游并用于对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的一部分进行压缩；额外压缩机，与所述压缩机平行地设置在所述蒸发气体热交换器的下游，并用于对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的另一部分进行压缩；增压压缩机，设置在所述蒸发气体热交换器的上游且用于对被供应到所述蒸发气体热交换器的所述第一流体进行压缩；制冷剂热交换器，用于对经所述蒸发气体热交换器冷却的所述第一流体进行另外冷却；制冷剂减压装置，用于使已被发送到所述制冷剂热交换器且被所述制冷剂热交换器冷却的第二流体(被发送到所述制冷剂热交换器的流体在下文中被称为“第二流体”)膨胀，并接着将所述第二流体发送回所述制冷剂热交换器；以及第一减压装置，用于使经所述蒸发气体热交换器及所述制冷剂热交换器冷却的所述第一流体膨胀，其中所述制冷剂热交换器以经过所述制冷剂减压装置的所述蒸发气体作为所述制冷剂对所述第一流体及所述第二流体二者进行热交换及冷却，其中所述第一流体是经所述压缩机压缩的所述蒸发气体或者是经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体的汇合流，且所述第二流体是经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体或者是经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体的汇合流。

Description

船舶
技术领域
本发明涉及一种船舶，且更具体来说涉及一种包括用于将在存储槽中产生的蒸发气体中的在用作发动机的燃料之后剩余的蒸发气体重新液化的系统的船舶。
背景技术
近年来，全球范围内对例如液化天然气(liquefied natural gas，LNG)等液化气体的消耗已急剧增加。由于通过在低温下将气体液化而获得的液化气体的体积比气体的体积小得多，因此液化气体具有能够提高存储及运输效率的优点。另外，包括液化天然气的液化气体可在液化过程期间移除或减少空气污染物，且因此也可被视作环境友好型燃料且在燃烧期间排出较少的空气污染物。
液化天然气是通过将甲烷系天然气冷却到约-162℃从而液化而获得的无色透明液体，且具有比天然气的体积小约1/600的体积。因此，为非常高效地运输天然气，所述天然气需要在被液化后进行运输。
然而，由于在正常压力下天然气的液化温度是为-162℃的低温温度(cryogenictemperature)，因此液化天然气对于温度变化敏感且易于蒸发。因此，存储液化天然气的存储槽会经历热绝缘过程(heat insulating process)。然而，由于外部的热量被持续地发送到存储槽，因此在液化天然气的运输期间会随着液化天然气在存储槽中自然地持续汽化而产生蒸发气体(boil-offgas，BOG)。对于例如乙烷等其他低温液化气体来说同样如此。
蒸发气体是一种损耗(loss)且是运输效率方面的重要问题。另外，如果蒸发气体积累在存储槽中，则所述槽的内部压力可能过度升高，且如果所述槽的内部压力变得更严重，则所述槽极有可能受到损坏。因此，已研究出各种用于处理在存储槽中产生的蒸发气体的方法。近年来，为处理蒸发气体，已使用一种将蒸发气体重新液化并将经重新液化的所述蒸发气体返回到存储槽的方法、一种使用蒸发气体作为如船舶的发动机等燃料消耗场所的能源的方法、或类似方法。
作为将蒸发气体重新液化的方法，存在一种通过使用单独的制冷剂的制冷循环对蒸发气体与制冷剂进行热交换来将所述蒸发气体重新液化的方法、一种在不使用单独的制冷剂的条件下以蒸发气体自身作为制冷剂将所述蒸发气体重新液化的方法、或类似方法。具体来说，采取后一种方法的系统被称为局部重新液化系统(partial re-liquefactionSystem，PRS)。
一般来说，一方面，作为用于船舶的发动机中的可使用天然气来作为燃料的发动机，存在例如双燃料柴电(Dual Fuel Diesel Electric，DFDE)发动机及M型电控气体喷射(M-type，Electrically Controlled，Gas Injection，ME-GI)发动机等气体燃料发动机。
DFDE发动机采用由四个冲程组成且以近似6.5巴(bar)的相对低的压力向燃烧气体入口中喷射天然气并随着活塞抬升而对所述天然气进行压缩的奥托循环(Otto cycle)。
ME-GI发动机采用由两个冲程组成的狄赛尔循环(diesel cycle)且采取将接近300巴(bar)的高压天然气直接喷射到位于活塞的上止点(top dead point)周围的燃烧室中的狄赛尔循环。近年来，对具有更好的燃料效率及助推效率的ME-GI发动机的关注增加。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种包括能够提供比现有局部重新液化系统更好的蒸发气体重新液化性能的系统的船舶。
技术解决方案
根据本发明的示例性实施例，提供一种船舶，所述船舶包括存储液化气体的存储槽，所述船舶包括：蒸发气体热交换器，设置在所述存储槽的下游并用于以从所述存储槽排放的蒸发气体作为制冷剂对被压缩的蒸发气体(在下文中被称为“第一流体”)进行热交换，由此冷却所述第一流体；压缩机，安装在所述蒸发气体热交换器的下游并用于对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的一部分进行压缩；额外压缩机，与所述压缩机平行地设置在所述蒸发气体热交换器的下游，并用于对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的另一部分进行压缩；增压压缩机，安装在所述蒸发气体热交换器的上游以对被供应到所述蒸发气体热交换器的所述第一流体进行压缩；制冷剂热交换器，对经所述蒸发气体热交换器冷却的所述第一流体进行另外冷却；制冷剂减压装置，使被发送到所述制冷剂热交换器且被所述制冷剂热交换器冷却的第二流体(在下文中被发送到所述制冷剂热交换器的流体被称为‘第二流体’)膨胀，并接着将经膨胀的所述第二流体发送回所述制冷剂热交换器；以及第一减压装置，使经所述蒸发气体热交换器及所述制冷剂热交换器冷却的所述第一流体膨胀，其中所述制冷剂热交换器可以经过所述制冷剂减压装置的所述蒸发气体作为所述制冷剂对所述第一流体及所述第二流体二者进行热交换及冷却，所述第一流体可为经所述压缩机压缩的所述蒸发气体及经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体的汇合流中的任一者，且所述第二流体是经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体及经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体的汇合流中的任一者。
所述船舶还可包括：气体-液体分离器，将经过所述蒸发气体热交换器、所述制冷剂热交换器、及所述第一减压装置的经局部重新液化的所述液化气体与保持气相的所述蒸发气体进行分离，其中经所述气体-液体分离器分离的所述液化气体可被发送到所述存储槽，且经所述气体-液体分离器分离的所述蒸发气体可被发送到所述蒸发气体热交换器。
所述增压压缩机可具有为所述压缩机的输气量的1/2的输气量。
所述第一流体可在燃料消耗场所的上游被分支成两个流，且所述第一流体的一部分可依序经过所述增压压缩机、所述蒸发气体热交换器、所述制冷剂热交换器、及所述第一减压装置并局部地或完全地重新液化，且所述第一流体的另一部分可被发送到所述燃料消耗场所。
经所述额外压缩机压缩、经过所述制冷剂热交换器及所述制冷剂减压装置并接着用作所述制冷剂热交换器的所述制冷剂的所述第二流体可被发送回所述额外压缩机，以形成闭环形式的制冷剂循环，在所述闭环形式的所述制冷剂循环中连接有所述额外压缩机、所述制冷剂热交换器、所述制冷剂减压装置、及所述制冷剂热交换器。
经所述额外压缩机压缩、经过所述制冷剂热交换器及所述制冷剂减压装置并接着用作所述制冷剂热交换器的所述制冷剂的所述第二流体可被从所述存储槽排放且接着与经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体会合。
所述船舶还可包括安装在使所述第一流体与所述第二流体彼此连通的管线上的阀门，且所述阀门可开启/被关闭以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体会合或分离。
所述增压压缩机可将所述蒸发气体压缩到等于或低于临界点的压力。
所述增压压缩机可将所述蒸发气体压缩到超过临界点的压力。
所述增压压缩机可将所述蒸发气体压缩到300巴(bar)。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种用于船舶的蒸发气体处理系统，所述船舶包括存储液化气体的存储槽，所述蒸发气体处理系统包括：第一供应管线，从所述存储槽排放且经压缩机局部压缩的蒸发气体沿所述第一供应管线被发送到燃料消耗场所；第二供应管线，从所述第一供应管线分支，在所述第二供应管线上设置有额外压缩机，所述额外压缩机对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的另一部分进行压缩；返回管线，从所述第一供应管线分支，经压缩的所述蒸发气体通过经过位于所述返回管线上的增压压缩机、蒸发气体热交换器、制冷剂热交换器及第一减压装置而被重新液化；以及再循环管线，在所述再循环管线上设置有所述制冷剂热交换器及制冷剂减压装置，通过经过所述制冷剂热交换器及所述制冷剂减压装置而被冷却的所述蒸发气体被发送回所述制冷剂热交换器以用作制冷剂并与从所述存储槽排放的所述蒸发气体会合，其中所述蒸发气体热交换器以从所述存储槽排放的所述蒸发气体作为所述制冷剂对沿所述返回管线供应的所述蒸发气体进行热交换及冷却，且所述制冷剂热交换器以经过所述制冷剂减压装置的所述蒸发气体作为所述制冷剂对沿所述再循环管线供应的所述蒸发气体及沿所述返回管线供应的所述蒸发气体二者进行热交换及冷却。
所述用于船舶的蒸发气体处理系统还可包括：第一阀门，在所述压缩机的上游安装在所述第一供应管线上；第二阀门，在所述压缩机的下游安装在所述第一供应管线上；第三阀门，在所述额外压缩机的上游安装在所述第二供应管线上；第四阀门，在所述额外压缩机的下游安装在所述第二供应管线上；第六阀门，在所述第一供应管线与所述第二供应管线之间设置在所述再循环管线上，从所述第一供应管线分支的所述蒸发气体沿所述再循环管线被发送到所述制冷剂热交换器；第九阀门，安装在所述再循环管线上，以将所述蒸发气体从所述制冷剂热交换器发送到所述第一供应管线；第一附加管线，连接位于所述第九阀门和所述制冷剂热交换器之间的所述再循环管线与位于所述第三阀门和所述额外压缩机之间的所述第二供应管线；以及第十阀门，安装在所述第一附加管线上。
所述系统可在所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、及所述第十阀门开启且所述第六阀门及所述第九阀门被关闭的同时进行操作，且如果所述蒸发气体被供应到所述额外压缩机，则所述第三阀门可被关闭以形成闭环形式的制冷剂循环，在所述闭环形式的所述制冷剂循环中，所述蒸发气体循环经过所述额外压缩机、所述第四阀门、所述制冷剂热交换器、所述制冷剂减压装置、所述制冷剂热交换器及所述第十阀门。
如果所述压缩机故障，则所述第一阀门、所述第二阀门、及所述第十阀门可被关闭且所述第三阀门及所述第六阀门可开启以将从所述存储槽排放且接着经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体经由所述第三阀门、所述额外压缩机、所述第四阀门、及所述第六阀门供应到所述燃料消耗场所。
所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第六阀门、及所述第九阀门可开启且所述第十阀门可被关闭，以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体可会合及被操作。
如果所述压缩机故障，则所述第一阀门及所述第二阀门可被关闭，以使从所述存储槽排放且接着经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体可经由所述第三阀门、所述额外压缩机、所述第四阀门及所述第六阀门供应到所述燃料消耗场所。
所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、及所述第九阀门可开启且所述第六阀门及所述第十阀门可被关闭，以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体可分离及被操作。
如果所述压缩机故障，则所述第一阀门及所述第二阀门可被关闭且所述第六阀门可开启，以将从所述存储槽排放且接着经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体可经由所述第三阀门、所述额外压缩机、所述第四阀门、及所述第六阀门供应到所述燃料消耗场所。
根据本发明的示例性实施例，提供一种方法，所述方法包括：将从液化气体存储槽排放的蒸发气体分支成两个流以使压缩机及额外压缩机对所分支的所述两个流的所述蒸发气体进行压缩；将经所述压缩机压缩的所述蒸发气体及经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体中的至少一个蒸发气体发送到燃料消耗场所或将所述至少一个蒸发气体重新液化以将所述至少一个蒸发气体返回到所述存储槽或使所述至少一个蒸发气体再循环；对所述返回蒸发气体进行压缩，使所述返回蒸发气体与从所述存储槽排放的所述蒸发气体交换热量以进行冷却并接着使所述返回蒸发气体与所述再循环蒸发气体交换热量以进行另外冷却；以及对所述再循环蒸发气体进行压缩、冷却及膨胀，并接着使经压缩、冷却及膨胀的所述再循环蒸发气体与所述返回蒸发气体交换热量。
所述压缩机的下游管线与所述额外压缩机的下游管线可彼此连接以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体会合。
有益效果
与现有的局部重新液化系统(PRS)相比，由于蒸发气体在经受通过制冷剂热交换器进行的另一冷却过程之后被减压，因此本发明可提高重新液化效率(re-liquefactionefficiency)及重新液化量(re-liquefaction amount)。具体来说，可在不采取使用单独的制冷剂的制冷循环的条件下将剩余蒸发气体的大部分或全部重新液化，且因此提高经济效率。
此外，根据本发明，可响应于蒸发气体的排放量、相依于船舶的运行速度的发动机负荷(engine load)等来灵活地控制制冷剂流速及冷热(cold heat)的供应。
根据本发明的实施例，可帮助确保船舶上的空间及通过使用已提供的额外压缩机提高重新液化效率及重新液化量来节省另外安装所述压缩机的成本。具体来说，制冷剂热交换器可不仅使用经额外压缩机压缩的蒸发气体而且使用经所述压缩机压缩的蒸发气体来作为制冷剂以提高用作制冷剂热交换器中的制冷剂的蒸发气体的流速，由此进一步提高重新液化效率及重新液化量。
根据本发明，另外包括的增压压缩机使得可提高经受重新液化过程的蒸发气体的压力，由此进一步提高重新液化效率及重新液化量。
附图说明
图1是示意性地示出现有的局部重新液化系统的配置图。
图2是示意性地示出根据本发明第一实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
图3是示意性地示出根据本发明第二实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
图4是示意性地示出根据本发明第三实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
图5是示意性地示出根据本发明第四实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
图6是示意性地示出与温度及压力相关的甲烷的相变曲线图。
图7是示出与不同压力下的热流(heat flow)相关的甲烷的温度值曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来阐述本发明示例性实施例的配置及效果。本发明可以各种方式应用到例如配备有使用天然气作为燃料的发动机的船舶及包括液化气体存储槽的船舶等船舶。另外，以下实施例可改变成各种形式，且因此本发明的技术范围并不限于以下实施例。
以下将阐述的本发明的蒸发气体系统可除所有配备有能够存储低温流体货物或液化气体的存储槽的船舶及海上结构(offshore structure)类型(即，例如液化天然气承运船、液化乙烷气体承运船、及液化天然气再气化船(LNG Regasification Vessel，LNGRV)等船舶)以外还应用于例如液化天然气浮式生产储油卸油装置(LNG FloatingProduction Storage and Offloading，LNG FPSO)及液化天然气浮式存储再气化单元(LNGFloating Storage and Regasification Unit，LNG FSRU)等海上结构。然而，为解释方便起见，以下实施例将以作为典型低温流体货物的液化天然气为例进行阐述。
此外，本发明的每一管线上的流体可依据系统的运行条件而处于液相(liquidphase)、气体-液体混合状态(gas-liquid mixed phase)、气相(gas phase)、及超临界流体状态(supercritical fluid state)中的任一者。
图1是示意性地示出现有的局部重新液化系统的配置图。
参照图1，在传统的局部重新液化系统中，从存储流体货物的存储槽产生并排放的蒸发气体沿管道发送且被蒸发气体压缩机(10)压缩。
存储槽(T)设置有能够在低温温度下存储例如液化天然气等液化气体的密封及热绝缘屏障。然而。所述密封及热绝缘屏障可能无法完全阻断从外部传输来的热量。因此，液化气体在存储槽中持续挥发，使得所述存储槽的内部压力可能增大。因此，为防止槽的压力因蒸发气体而过度增大且为将所述槽的内部压力保持在适宜的水平，存储槽中的蒸发气体被排放并接着被供应到蒸发气体压缩机(10)。
当从存储槽排放并经蒸发气体压缩机(10)压缩的蒸发气体被称为第一流股(stream)时，经压缩的蒸发气体的第一流股被划分成第二流股及第三流股，且所述第二流股可被形成为进行液化并接着返回到存储槽(T)，且所述第三流股可被形成为被供应到例如船舶中的助推发动机及发电发电机(power generation engine)等气体燃料消耗场所。在此种情形中，在蒸发气体压缩机(10)中可将蒸发气体压缩到燃料消耗场所的供应压力，且第二流股可视需要而经由蒸发气体压缩机的所有部分或一部分进行分支。所有被压缩成第三流股的蒸发气体也可根据燃料消耗场所所需的燃料量来供应，且所有经压缩的蒸发气体可通过供应全部量的蒸发气体作为第二流股而返回到存储槽。气体燃料消耗场所的实例可除高压气体喷射发动机(例如，由曼恩柴油与透平公司(MAN DIESEL&TURBOSECorporation，MDT Co.)开发的ME-GI发动机等)及低温气体喷射发动机(例如，由瓦锡兰公司(Wartsila Co.)开发的X代双燃料(generation X-dualfuel，X-DF)发动机(X-DF发动机))以外还包括双燃料发电机(DF generator)、燃气轮机(gas turbine)、DFDE等。
此时，提供热交换器(20)以将经压缩的蒸发气体的第二流股液化。从存储槽产生的蒸发气体用作经压缩的蒸发气体的冷热供应源(cold heat supply source)。在经过热交换器(20)、被蒸发气体压缩机压缩的同时温度升高的经压缩的蒸发气体(即，第二流股)被冷却，且从存储槽产生且引入到热交换器(20)中的蒸发气体被加热并接着被供应到蒸发气体压缩机(10)。
由于经预先压缩的蒸发气体的流速被压缩成大于第二流股的流速，因此经压缩的蒸发气体的第二流股可通过在被压缩之前从所述蒸发气体接收冷热而至少局部地液化。如上所述，热交换器使低温蒸发气体在从存储槽排放之后立即与经蒸发气体压缩机压缩的高压蒸发气体交换热量以将所述高压蒸发气体液化。
经过热交换器(20)的第二流股的蒸发气体在通过经过例如膨胀阀门(expansionvalve)或膨胀器(expander)等膨胀工具(30)进行减压的同时进行进一步冷却且接着被供应到气体-液体分离器(gas-liquid separator)(40)。气体-液体分离器(40)将经液化的蒸发气体分离成气体成分与液体成分。所述液体成分(即，液化天然气)返回到存储槽，且所述气体成分(即，所述蒸发气体)从存储槽排放以与被供应到热交换器(20)及蒸发气体压缩机(10)的蒸发气体的流会合或者接着被供应回热交换器(20)以用作对经蒸发气体压缩机(10)压缩的高压蒸发气体进行热交换的冷热供应源。当然，蒸发气体可被发送到气体燃烧单元(gas combustion unit，GCU)等以进行燃烧或者可被发送到气体消耗场所(包括气体发动机)以被消耗。还可提供用于在经气体-液体分离器分离的气体与蒸发气体的流会合之前对所述气体进行另外减压的另一膨胀工具(50)。
图2是示意性地示出根据本发明第一实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
参照图2，本实施例的系统包括制冷剂循环器(300a)，制冷剂循环器(300a)被供应以从存储在存储槽中的低温流体货物产生的蒸发气体并将所述蒸发气体作为制冷剂进行循环。
为此，所述系统包括制冷剂供应管线(CSLa)，制冷剂供应管线(CSLa)将蒸发气体从存储槽供应到制冷剂循环器(300a)。制冷剂供应管线设置有阀门(400a)以当供应有足量蒸发气体(其可循环经过制冷剂循环器)时阻断制冷剂供应管线(CSLa)，以使制冷剂循环器(300a)作为闭环进行操作。
与上述基础实施例相似，即便在第一经修改实施例中，也会提供用于对从存储槽(T)中的低温流体货物产生的蒸发气体进行压缩的压缩机(100a)。从存储槽产生的蒸发气体沿蒸发气体供应管线(BLa)引入到压缩机(100a)中。
本实施例的存储槽(T)可为其中流体货物的负荷不直接施加到热绝缘层的独立型槽(independent type tank)、或其中货物的负荷直接施加到热绝缘层的膜型槽(membranetype tank)。独立型槽可用作被设计成承受2巴(barg)或大于2巴(barg)的压力的压力容器。
同时，在本实施例中，仅示出用于将蒸发气体重新液化的管线。然而，经压缩机压缩的蒸发气体可作为燃料被供应到包括船舶或海上结构的助推发动机及发电发动机的燃料消耗场所。当船舶锚泊时，存在少量的气体燃料消耗或不存在气体燃料消耗，全部量的蒸发气体也可被供应到重新液化管线(RLa)。
经压缩的蒸发气体沿蒸发气体重新液化管线(RLa)被供应到蒸发气体热交换器(200a)。蒸发气体热交换器(200a)设置在蒸发气体重新液化管线(RLa)及蒸发气体供应管线(BLa)之上以在引入到压缩机(100a)中的蒸发气体与经所述压缩机的至少一部分压缩的蒸发气体之间交换热量。在所述压缩期间温度升高的蒸发气体通过与从存储槽产生的低温蒸发气体进行热交换来进行冷却且将被引入到压缩机(100a)中。
蒸发气体热交换器(200a)的下游设置有制冷剂热交换器(500a)。经压缩且接着通过蒸发气体热交换器进行热交换的蒸发气体通过与循环经过制冷剂循环器(300a)的蒸发气体进行热交换来进行另外冷却。
制冷剂循环器(300a)包括：制冷剂压缩机(310a)，对从存储槽供应的蒸发气体进行压缩；冷却器(320a)，对经所述制冷剂压缩机压缩的蒸发气体进行冷却；以及制冷剂减压装置(330a)，对经所述冷却器冷却的蒸发气体进行减压及另外冷却。制冷剂减压装置(330a)可为绝热地对蒸发气体进行膨胀及冷却的膨胀阀门或膨胀器。
经制冷剂减压装置(330a)冷却的蒸发气体被作为制冷剂而沿制冷剂循环管线(CCLa)被供应到制冷剂热交换器(500a)。制冷剂热交换器(500a)通过与经由蒸发气体热交换器(200a)供应的蒸发气体进行热交换来冷却所述蒸发气体。经过制冷剂热交换器(500a)的制冷剂循环管线(CCLa)的蒸发气体循环经过制冷剂压缩机(310a)并循环经过所述制冷剂循环管线、同时经受上述压缩过程及冷却过程。
同时，经制冷剂热交换器(500a)冷却的蒸发气体重新液化管线(RLa)的蒸发气体通过第一减压装置(600a)进行减压。第一减压装置(600a)可为例如焦耳-汤姆孙阀门(Joule-Thomson vavle)等膨胀阀门、或者膨胀器。
经减压的蒸发气体通过被供应到位于第一减压装置(600a)的下游的气体-液体分离器(700a)而被分离成气体与液体，且经气体-液体分离器(700a)分离的液体(即，液化天然气)被供应到存储槽(T)并被再次存储。
经气体-液体分离器(700a)分离的气体(即，蒸发气体)通过第二减压装置(800a)进行另外减压，且与将从存储槽(T)引入到蒸发气体热交换器(200a)的蒸发气体的流会合或者被供应到蒸发气体热交换器(200a)以用作与经压缩机(100a)压缩的高压蒸发气体进行热交换的冷热供应源。当然，蒸发气体可被发送到气体燃烧单元(GCU)等以进行燃烧或者可被发送到燃料消耗场所(包括气体发动机)以被消耗。
图3是示意性地示出根据本发明第二实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
参照图3，根据本实施例，在制冷剂循环器(300b)中，将从冷却器(320b)引入到制冷剂减压装置(330b)的蒸发气体通过与通过制冷剂减压装置(330b)进行减压的蒸发气体交换热量而被冷却且接着被供应到制冷剂减压装置(330b)。
由于蒸发气体是在通过制冷剂减压装置(330b)进行减压的同时进行冷却，因此位于所述制冷剂减压装置的下游的蒸发气体具有比位于所述制冷剂减压装置的上游的蒸发气体的温度低的温度。就此来说，根据本实施例，位于制冷剂减压装置的上游的蒸发气体通过与位于所述制冷剂减压装置的下游的蒸发气体交换热量来进行冷却且接着被引入到所述减压装置中。为此，如图3中所示，位于制冷剂减压装置(330b)的上游的蒸发气体可被供应到制冷剂热交换器(500b)(图3所示部分A)。视需要，可另外提供可在位于制冷剂减压装置的上游的蒸发气体与位于所述制冷剂减压装置的下游的蒸发气体之间交换热量的单独的热交换装置。
如上所述，本实施例的系统可对从存储槽流体货物产生的蒸发气体进行重新液化及存储，由此提高所述流体货物的运输速率。具体来说，即便当船舶内气体消耗场所上的燃料消耗是小的时，所述气体仍可通过气体燃烧单元(GCU)等来进行燃烧以防止存储槽的压力增大从而减少或消除被浪费的货物的量，由此防止能量浪费。
另外，蒸发气体作为制冷剂进行循环以用作重新液化的冷热源，由此在不配置单独的制冷剂循环的条件下有效地将所述蒸发气体重新液化，且无需供应单独的制冷剂来帮助确保船舶内空间及提高经济效率。另外，如果在制冷剂循环中制冷剂不充足，则所述制冷剂可从存储槽被平滑地补给且制冷剂循环可有效地进行操作。
如上所述，蒸发气体可通过在多个步骤中使用所述蒸发气体自身的冷热而重新液化，使得可简化用于处理船舶内蒸发气体的系统配置且可节省安装及操作用于复杂蒸发气体处理的设备所需的成本。
图4是示意性地示出根据本发明第三实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
参照图4，本实施例的船舶包括：蒸发气体热交换器(110)，安装在存储槽(T)的下游；压缩机(120)及第一额外压缩机(122)，安装在蒸发气体热交换器(110)的下游以对从存储槽(T)排放的蒸发气体进行压缩；冷却器(130)，使经压缩机(120)压缩的蒸发气体的温度降低；第一额外冷却器(132)，使经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体的温度降低；第一阀门(191)，安装在压缩机(120)的上游；第二阀门(192)，安装在冷却器(130)的下游；第三阀门(193)，安装在第一额外压缩机(122)的上游；第四阀门(194)，安装在第一额外冷却器(132)的下游；制冷剂热交换器(140)，对经蒸发气体热交换器(110)冷却的蒸发气体进行另外冷却；制冷剂减压装置(160)，使经过制冷剂热交换器(140)的蒸发气体膨胀并接着将经膨胀的蒸发气体发送回制冷剂热交换器(140)；以及第一减压装置(150)，使经制冷剂热交换器(140)另外冷却的蒸发气体膨胀。
从存储槽(T)自然地产生且接着被排放的蒸发气体沿第一供应管线(L1)被供应到燃料消耗场所(180)。本实施例的船舶还可包括第十一阀门(203)，第十一阀门(203)安装在燃料消耗场所(180)的上游以控制被发送到燃料消耗场所(180)的蒸发气体的流速及所述蒸发气体的开启/关闭。
蒸发气体热交换器(110)安装在第一供应管线(L1)上且在蒸发气体从存储槽(T)被排放之后立即从所述蒸发气体回收冷热。蒸发气体热交换器(110)被供应以从存储槽(T)排放的蒸发气体且使用沿返回管线(L3)被供应到蒸发气体热交换器(110)的所述蒸发气体作为制冷剂。在返回管线(L3)上可安装有第五阀门(195)，第五阀门(195)控制蒸发气体的流速及所述蒸发气体的开启/关闭。
压缩机(120)及第一额外压缩机(122)对经过蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体进行压缩。压缩机(120)安装在第一供应管线(L1)上且第一额外压缩机(122)安装在第二供应管线(L2)上。第二供应管线(L2)在压缩机(120)的上游从第一供应管线(L1)分支且在压缩机(120)的下游连接到第一供应管线(L1)。另外，压缩机(120)与第一额外压缩机(122)被平行地安装，且可具有相同的性能。
一般来说，所述船舶另外设置有为其中压缩机(120)及冷却器(130)故障的情形做准备的第一额外压缩机(122)及第一额外冷却器(132)。通常，平时在压缩机(120)或冷却器(130)不故障时不使用第一额外压缩机(122)及第一额外冷却器(132)。
也就是说，通常，平时在压缩机(120)或冷却器(130)不故障时，位于第一额外压缩机(122)的上游的第三阀门(193)及位于第一额外冷却器(132)的下游的第四阀门(194)被关闭，以使蒸发气体经由压缩机(120)及冷却器(130)供应到燃料消耗场所(180)，且当压缩机(120)或冷却器(130)故障时，位于第一额外压缩机(122)的上游的第三阀门(193)及位于第一额外冷却器(132)的下游的第四阀门(194)开启且位于压缩机(120)的上游的第一阀门(191)及位于冷却器(130)的下游的第二阀门(192)被关闭，以使所述蒸发气体经由第一额外压缩机(122)及第一额外冷却器(132)供应到燃料消耗场所(180)。
本发明将通过使用即便安装在船舶上也不被使用的第一额外压缩机(122)及第一额外冷却器(132)来提高蒸发气体的重新液化效率及重新液化量，且将经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体的一部分发送到燃料消耗场所(180)并且使用所述蒸发气体的另一部分作为对制冷剂热交换器(140)中的蒸发气体进行另外冷却的制冷剂。
图6是示意性地示出与温度及压力相关的甲烷的相变曲线图。参照图6，甲烷在近似-80℃或高于-80℃的温度及近似55巴(bar)或高于55巴(bar)的压力下变为超临界流体状态。也就是说，在甲烷的情形中，临界点是近似-80℃及55巴(bar)。超临界流体状态是不同于液相或气相的第三状态。
另一方面，如果在等于或高于所述临界点的压力下超临界流体状态具有比所述临界点低的温度，则所述超临界流体状态也可为与一般的液相不同的其中密度为高的状态。此处，具有等于或高于所述临界点的压力及等于或低于所述临界点的温度的蒸发气体的状态被称为“高压液相(high-pressure liquid phase)”。
经压缩机(120)或第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体可依据有多少蒸发气体被压缩而处于气态状态或处于超临界流体状态。
当经由返回管线(L3)发送到蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体处于气相时，在所述蒸发气体经过蒸发气体热交换器(110)的同时所述蒸发气体的温度降低，且因此所述蒸发气体可为液体与气体的混合状态。在超临界流体状态的情形中，在蒸发气体经过蒸发气体热交换器(110)的同时所述蒸发气体的温度降低且因此所述蒸发气体可为“高压液相”。
在蒸发气体经过制冷剂热交换器(140)的同时经蒸发气体热交换器(110)冷却的蒸发气体的温度进一步降低。当经过蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体处于液体与气体的混合状态时，在所述蒸发气体经过制冷剂热交换器(140)的同时所述蒸发气体的温度进一步降低且因此所述蒸发气体变为其中液体的比率较高的混合状态或变为液相且在“高压液相”的情形中，在所述蒸发气体经过制冷剂热交换器(140)的同时所述蒸发气体的温度进一步降低。
此外，即便当经过制冷剂热交换器(140)的蒸发气体处于“高压液相”时，在所述蒸发气体经过第一减压装置(150)的同时所述蒸发气体的压力降低，且因此在液相或液体与气体的混合状态中所述蒸发气体的压力变低。
可理解，即便蒸发气体的压力通过第一减压装置(150)而降低到相同水平(图6中的P)，所述蒸发气体仍会变为混合状态，在所述混合状态中液体的比率在其中所述蒸发气体在较高温度中进行减压(图6中的X→X’)的情形中比在其中所述蒸发气体在较低温度中进行减压(图6中的Y→Y’)的情形中高。此外，可理解，如果温度可被进一步降低，则蒸发气体可在理论上100％地液化(图6中的Z→Z’)。因此，如果蒸发气体在经过第一减压装置(150)之前通过制冷剂热交换器(140)再一次被冷却，则重新液化效率及重新液化量可提高。
重新参照图4，与其中用于对蒸发气体进行另外冷却的制冷剂循环器(300a)及(300b)被配置成闭环的第一实施例及第二实施例相比，本实施例与所述第一实施例及第二实施例的不同之处在于制冷剂循环被配置成开环。
在第一实施例及第二实施例中，制冷剂循环器(300a)及(300b)被配置成闭环，且因此经制冷剂压缩机(310a)及(310b)压缩的蒸发气体仅用作制冷剂热交换器(500a)及(500b)中的制冷剂但可能不被发送到燃料消耗场所或者可能不经受重新液化过程。
另一方面，在本实施例中，制冷剂循环被配置成开环，且因此经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体与经压缩机(120)压缩的蒸发气体会合，且接着所述蒸发气体的一部分被发送到燃料消耗场所(180)，所述蒸发气体的另一部分沿再循环管线(L5)用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂，且所述蒸发气体的其余部分沿返回管线(L3)经受重新液化过程。
再循环管线(L5)是在压缩机(120)的下游从第一供应管线(L1)分支且在压缩机(120)的上游连接到第一供应管线(L1)的管线。在再循环管线(L5)上可安装有第六阀门(196)，第六阀门(196)控制蒸发气体的流速及所述蒸发气体的开启/关闭，从第一供应管线(L1)分支的所述蒸发气体沿再循环管线(L5)被发送到制冷剂热交换器(140)。
与其中制冷剂循环被配置成闭环的第一实施例及第二实施例相比，其中所述制冷剂循环被配置成开环的本实施例与所述第一实施例及第二实施例的极大不同在于压缩机(120)的下游管线与第一额外压缩机(122)的下游管线进行连接。也就是说，在本实施例中，位于第一额外压缩机(122)的下游的第二供应管线(L2)连接到位于压缩机(120)的下游的第一供应管线(L1)，且因此经第一额外压缩机(122)压缩蒸发气体与经压缩机(120)压缩的蒸发气体会合且接着被发送到制冷剂热交换器(140)、燃料消耗场所(180)、或蒸发气体热交换器(110)。本实施例包括其中压缩机(120)的下游管线与第一额外压缩机(122)的下游管线进行连接的所有其他修改形式。
因此，根据本实施例，基于燃料消耗场所(180)的需求量的增大(例如船舶的运行速度的提高)，经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体及经压缩机(120)压缩的蒸发气体可被发送到燃料消耗场所(180)。
然而，一般来说，由于压缩机(120)及第一额外压缩机(122)被设计成具有为燃料消耗场所(180)中所需量的近似1.2倍的输气量(capacity)，因此其中超过压缩机(120)的输气量的经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体被发送到燃料消耗场所(180)的情形很少出现。确切来说，由于从存储槽(T)排放的蒸发气体完全不在燃料消耗场所(180)中被消耗且因而将重新液化的蒸发气体增加，因此其中需要大量的制冷剂来将大量的蒸发气体重新液化的情形更加频繁。
根据本实施例，由于不仅经压缩机(120)压缩的蒸发气体可用作在制冷剂热交换器(140)中进行热交换的制冷剂而且经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体也可用作在制冷剂热交换器(140)中进行热交换的制冷剂，因此在经过蒸发气体热交换器(110)之后沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体可使用更多的制冷剂而被冷却到更低的温度，且总的重新液化效率及重新液化量可提高。理论上，100％的重新液化是可能的。
一般来说，在确定设置在船舶中的压缩机(120)及(122)的输气量时，会虑及将蒸发气体供应到燃料消耗场所(180)所需的输气量及将因未在燃料消耗场所(180)中被完全消耗而剩余的蒸发气体重新液化所需的输气量二者。根据本实施例，由于重新液化量可通过使用额外压缩机(122)来增加，因此重新液化所需的输气量可减小，且因此可提供小输气量压缩机(120)及(122)。减小压缩机的输气量可节省装备安装成本及操作成本二者。
在本实施例中，平时在压缩机(120)或冷却器(130)不故障时，不仅第一阀门(191)及第二阀门(192)开启而且第三阀门(193)及第四阀门(194)也开启，以使压缩机(120)、冷却器(130)、第一额外压缩机(122)、及第一额外冷却器(132)全部进行操作，且当压缩机(120)或冷却器(130)故障时，放弃提高重新液化效率及重新液化量且第一阀门(191)及第二阀门(192)被关闭，以使所述系统仅通过经过第一额外压缩机(122)及第一额外冷却器(132)的蒸发气体来进行操作。
为解释方便起见，阐述压缩机(120)及冷却器(130)扮演主要角色且第一额外压缩机(122)及第一额外冷却器(132)扮演辅助角色。然而，压缩机(120)与第一额外压缩机(122)及冷却器(130)与第一额外冷却器(132)扮演相同的角色。在一个船舶中安装有至少两个扮演相同角色的压缩机及冷却器，且因此当所述两个压缩机中的任一者故障时，可使用另一未破损的压缩机，此可满足冗余概念(redundancy concept)。接下来，应用以上说明。
因此，如在其中压缩机(120)或冷却器(130)故障的情形中一样，即便在其中第一额外压缩机(122)或第一额外冷却器(132)故障的情形中，也会放弃增大重新液化效率及重新液化量，且第三阀门(193)及第四阀门(194)被关闭以使所述系统仅通过经过压缩机(120)及冷却器(130)的蒸发气体来进行操作。
另一方面，当船舶以足以使从存储槽(T)排放的蒸发气体的大部分或全部可用作燃料消耗场所(180)的燃料的高速运行时，存在少量蒸发气体或不存在蒸发气体。因此，当船舶以高速运行时，压缩机(120)及第一额外压缩机(122)中的仅一者可进行操作。
压缩机(120)及第一额外压缩机(122)可将蒸发气体压缩到燃料消耗场所(180)所需的压力。燃料消耗场所(180)可为通过以蒸发气体作为燃料来进行操作的发动机、发电机等。举例来说，如果燃料消耗场所(180)为用于船舶的助推发动机，则压缩机(120)及第一额外压缩机(122)可将蒸发气体压缩到近似10巴(bar)到100巴(bar)的压力。
另外，当燃料消耗场所(180)为ME-GI发动机时压缩机(120)及第一额外压缩机(122)也可将蒸发气体压缩到近似150巴(bar)到400巴(bar)的压力，且当燃料消耗场所(180)为DFDE时，所述蒸发气体可被压缩到近似6.5巴(bar)的压力，且当燃料消耗场所(180)为X-DF发动机时，所述蒸发气体可被压缩到近似16巴(bar)的压力。
燃料消耗场所(180)还可包括各种种类的发动机。举例来说，当燃料消耗场所(180)包括X-DF发动机及DFDE时，压缩机(120)及第一额外压缩机(122)可将蒸发气体压缩到X-DF发动机所需的压力，且减压装置安装在DFDE的上游以将在所述X-DF发动机所需的压力下被压缩的蒸发气体的一部分降低到所述DFDE所需的压力且接着将经压缩的所述蒸发气体供应到所述DFDE。
另外，为提高蒸发气体热交换器(110)及制冷剂热交换器(140)中的重新液化效率及重新液化量，压缩机(120)或第一额外压缩机(122)对蒸发气体进行压缩以使所述蒸发气体的压力超过燃料消耗场所(180)所需的压力，且减压装置安装在燃料消耗场所(180)的上游以将被压缩成超过燃料消耗场所(180)所需压力的蒸发气体的压力降低到燃料消耗场所(180)所需的压力且接着将经压缩的所述蒸发气体供应到燃料消耗场所(180)。
同时，压缩机(120)及第一额外压缩机(122)可分别为多级压缩机(multi-stagecompressor)。图4示出一个压缩机(120)或(122)将蒸发气体压缩到燃料消耗场所(180)所需的压力，但当压缩机(120)及第一额外压缩机(122)为多级压缩机时，多个压缩气缸可多次将蒸发气体压缩到燃料消耗场所(180)所需的压力。
当压缩机(120)及第一额外压缩机(122)为多级压缩机时，所述多个压缩气缸可串联地设置在压缩机(120)及第一额外压缩机(122)中且所述多个冷却器可分别设置在所述多个压缩气缸的下游。
本实施例的冷却器(130)安装在压缩机(120)的下游以对经压缩机(120)压缩且具有提高的压力及温度的蒸发气体进行冷却。本实施例的第一额外冷却器(132)安装在第一额外压缩机(122)的下游以对经第一额外压缩机(122)压缩且具有提高的压力及温度的蒸发气体进行冷却。冷却器(130)及第一额外冷却器(132)可通过与从外部引入的海水、淡水、或空气交换热量来对蒸发气体进行冷却。
本实施例的制冷剂热交换器(140)对经蒸发气体热交换器(110)冷却且接着沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体进行另外冷却。本实施例的制冷剂减压装置(160)使经过制冷剂热交换器(140)的蒸发气体膨胀且接着将经膨胀的蒸发气体发送回制冷剂热交换器(140)。
也就是说，制冷剂热交换器(140)使经过蒸发气体热交换器(110)且接着沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体膨胀，通过制冷剂来执行热交换以对经制冷剂减压装置(160)膨胀的蒸发气体进行另外冷却。
本实施例的制冷剂减压装置(160)可为用于降低流体的压力的各种工具，且即将经过制冷剂减压装置(160)之前的流体的状态及刚刚经过制冷剂减压装置(160)之后的流体的状态可依据所述系统的操作条件来改变。然而，当制冷剂减压装置(160)为膨胀器时，为防止制冷剂减压装置(160)的实体损坏，会优选地将即将经过制冷剂减压装置(160)之前的流体及刚刚经过制冷剂减压装置(160)之后的流体维持为气相。接下来，应用以上说明。
通过以经过制冷剂减压装置(160)之后的蒸发气体用作用于在制冷剂热交换器(140)中进行热交换的制冷剂，在经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体会合之后，所会合的蒸发气体的一部分沿再循环管线(L5)被供应到制冷剂热交换器(140)且通过以制冷剂在制冷剂热交换器(140)中与经过制冷剂减压装置(160)的蒸发气体交换热量而被冷却并且接着被供应到制冷剂减压装置(160)。
另外，从第一供应管线(L1)沿第一供应管线(L1)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体首先用于制冷剂热交换器(140)中且通过制冷剂减压装置(160)进行另外冷却并且接着被发送回制冷剂热交换器(140)，以使所述蒸发气体用作制冷剂。
也就是说，沿再循环管线(L5)被供应到制冷剂热交换器(140)的经压缩机(120)压缩的蒸发气体的流在与经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体及经过蒸发气体热交换器(110)且接着沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体会合之后以经过制冷剂减压装置(160)的蒸发气体作为制冷剂来彼此交换热量以进行冷却。
本实施例的第一减压装置(150)安装在返回管线(L3)上以使经蒸发气体热交换器(110)及制冷剂热交换器(140)冷却的蒸发气体膨胀。经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体会合且接着所述蒸发气体的一部分被分支成经过蒸发气体热交换器(110)、制冷剂热交换器(140)、及第一减压装置(150)，以使蒸发气体局部地或完全地重新液化。
第一减压装置(150)包括所有可对蒸发气体进行膨胀及冷却的工具，且可为例如焦耳-汤姆孙阀门等膨胀阀门、或膨胀器。
本实施例的船舶可包括气体-液体分离器(170)，气体-液体分离器(170)在第一减压装置(150)的下游安装在返回管线(L3)上且将从第一减压装置(150)排放的气体-液体混合物分离成气体与液体。
当本实施例的船舶不包括气体-液体分离器(170)时，经过第一减压装置(150)的液体或处于气体-液体混合状态的蒸发气体被立即发送到存储槽(T)。
当本实施例的船舶包括气体-液体分离器(170)时，经过第一减压装置(150)的蒸发气体被发送到气体-液体分离器(170)以分离气相与液相。经气体-液体分离器(170)分离的液体沿返回管线(L3)返回到存储槽(T)且经气体-液体分离器(170)分离的气体沿在蒸发气体热交换器(110)的上游从气体-液体分离器(170)延伸到第一供应管线(L1)的气体排放管线被供应到蒸发气体热交换器(110)。
当本实施例的船舶包括气体-液体分离器(170)时，所述船舶还可包括：第七阀门(197)，控制经气体-液体分离器(170)分离且被发送到存储槽(T)的液体的流速；第八阀门(198)，控制经气体-液体分离器(170)分离且被发送到蒸发气体热交换器(110)的气体的流速。
本实施例的第一阀门到第八阀门及第十一阀门(191、192、193、194、195、196、197、198、203)可通过使人直接确定所述系统的操作条件来人工地控制且可被自动地控制成依据预设值来开启或关闭。
定义蒸发气体的主流是为了易于阐述根据本发明实施例的用于将蒸发气体重新液化的装置的操作。其中从存储槽(T)产生的蒸发气体及从气体-液体分离器(170)排放的气体被供应到蒸发气体热交换器(110)的流被定义为第一流(100)，从蒸发气体热交换器(110)被供应到压缩机(120)及第一额外压缩机(122)且接着从压缩机(120)或第一额外压缩机(122)排放且被供应到燃料消耗场所(180)的流被定义为第二流(102)，在压缩机(120)及第一额外压缩机(122)的下游从第二流(102)分支且被供应到制冷剂热交换器(140)的流被定义为第三流(104)，在压缩机(120)及第一额外压缩机(122)的下游从第二流(102)分支且被供应到蒸发气体热交换器(110)的流被定义为第四流(106)，且从蒸发气体热交换器(110)被供应到制冷剂热交换器(140)的流被定义为第五流(108)。第一流(100)在经过蒸发气体热交换器(110)的同时变为第二流且第四流(106)在经过蒸发气体热交换器(110)的同时变为第五流(108)。
在下文中，将参照图4来阐述根据本发明实施例的用于将蒸发气体重新液化的设备的操作。本实施例特别适合于其中存储在存储槽中的液化气体是液化天然气且燃料消耗场所是X-DF的情形，但并不限于此。对于第四实施例来说同样如此。
从存储处于液相的液化气体的存储槽(T)产生的气态蒸发气体被供应到蒸发气体热交换器(110)。此时，从存储槽(T)产生的气态蒸发气体与从所述系统的操作起经过预定时间之后从气体-液体分离器(170)排放的气态蒸发气体交汇以形成第一流(100)。最终，被供应到蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体变为第一流(100)。
蒸发气体热交换器(110)用于回收第一流(100)的冷热以对其他蒸发气体进行冷却。也就是说，蒸发气体热交换器(110)回收第一流(100)的冷热且将所回收的冷热递送到第二流(102)中被供应回蒸发气体热交换器(110)的流(即，第四流(106))。
因此，在蒸发气体热交换器(110)中，在第一流(100)与第四流(106)之间会产生热交换，使得第一流(100)被加热且第四流(106)被冷却。被加热的第一流(100)变为第二流(102)且被冷却的第四流(106)变为第五流(108)。
从蒸发气体热交换器(110)排放的第二流(102)被供应到压缩机(120)或第一额外压缩机(122)且被压缩机(120)或第一额外压缩机(122)压缩。
其中经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经第一额外压缩机(122)压缩的蒸发气体会合的第二流(102)的一部分是第三流(104)且作为制冷剂而被供应到制冷剂热交换器(140)，且第二流(102)的另一部分是第四流(106)且被供应到蒸发气体热交换器(110)以进行冷却，且第二流(102)的其余部分被供应到燃料消耗场所(180)。
被供应到制冷剂热交换器(140)的第三流(104)从制冷剂热交换器(140)被排放且在制冷剂减压装置(160)中膨胀并且接着被供应回制冷剂热交换器(140)。此时，首先被供应到制冷剂热交换器(140)的第三流(104)在制冷剂热交换器(140)中膨胀且接着与被供应回制冷剂热交换器(140)的第三流(104)交换热量以进行冷却。经过制冷剂减压装置(160)及制冷剂热交换器(140)的第三流(104)与从蒸发气体热交换器(110)排放的第二流(102)会合且被供应到压缩机(120)或第一额外压缩机(122)。
通过在蒸发气体热交换器(110)中与第一流(100)进行热交换而被冷却的第四流(106)变为第五流(108)且被供应到制冷剂热交换器(140)。被供应到制冷剂热交换器(140)的第五流(108)与经过制冷剂减压装置(160)的第三流(104)交换热量且被冷却，并且接着经过第一减压装置(150)且被膨胀。经过第一减压装置(150)的第五流(108)变为其中气体与液体混合的气体-液体混合物状态(gas-liquid mixture state)。
处于气体-液体混合物状态的第五流(108)被立即发送到存储槽(T)或在经过气体-液体分离器(170)的同时被分离成气体与液体。经气体-液体分离器(170)分离的液体被供应到存储槽(T)且经气体-液体分离器(170)分离的气体被供应回蒸发气体热交换器(110)，由此重复进行上述一系列过程。
图5是示意性地示出根据本发明的第四实施例的用于船舶的蒸发气体处理系统的配置图。
图5中所示第四实施例的船舶与图4中所示第三实施例的船舶的不同之处在于所述船舶还包括为提高蒸发气体热交换器(110)中的重新液化效率及重新液化量的安装在返回管线上的增压压缩机(124)及安装在增压压缩机(124)的下游的增强冷却器(134)且还包括第九阀门(201)、第十阀门(202)、及第一附加管线(L6)且可将所述系统配置成通过修改使蒸发气体流动的一些管线而如在第一实施例及第二实施例中一样将制冷剂循环作为闭环来进行操作且如在第三实施例中一样将所述制冷剂循环作为开环来进行操作。将省略对与前述第三实施例的船舶相同的构件的详细说明。
参照图5，与第三实施例相似，本实施例的船舶包括蒸发气体热交换器(110)、第一阀门(191)、压缩机(120)、冷却器(130)、第二阀门(192)、第三阀门(193)、额外压缩机(122)、额外冷却器(132)、第四阀门(194)、制冷剂热交换器(140)、制冷剂减压装置(160)、及第一减压装置(150)。
与第三实施例相似，存储槽(T)存储例如液化天然气及液化乙烷气体等液化气体，且在存储槽(T)的内部压力超过特定压力或更高时将蒸发气体排放到外部。从存储槽(T)排放的蒸发气体被发送到蒸发气体热交换器(110)。
与第三实施例相似，本实施例的蒸发气体热交换器(110)使用从存储槽(T)排放的蒸发气体作为制冷剂且对沿返回管线(L3)被供应到蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体进行冷却。也就是说，蒸发气体热交换器(110)回收从存储槽(T)排放的蒸发气体的冷热且将所回收的冷热供应到沿返回管线(L3)被发送到蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体。在返回管线(L3)上可安装有第五阀门(195)，第五阀门(195)控制蒸发气体的流速及所述蒸发气体的开启/关闭。
与第三实施例相似，本实施例的压缩机(120)安装在第一供应管线(L1)上以对从存储槽(T)排放的蒸发气体进行压缩，且与第三实施例相似，本实施例的额外压缩机(122)与压缩机(120)平行地安装在第二供应管线(L2)上以对从存储槽(T)排放的蒸发气体进行压缩。压缩机(120)及额外压缩机(122)可为具有相同性能的压缩机，且分别可为多级压缩机。
与第三实施例相似，本实施例的压缩机(120)及额外压缩机(122)可将蒸发气体压缩到燃料消耗场所(180)所需的压力。另外，当燃料消耗场所(180)包括各种种类的发动机时，在蒸发气体根据需要较高压力的发动机(在下文中被称为‘高压发动机’)的所需压力而进行压缩之后，所述蒸发气体的一部分被供应到所述高压发动机且所述蒸发气体的另一部分被供应到需要较低压力的发动机(在下文中被称为‘低压发动机’)。蒸发气体可通过安装在上游的减压装置进行减压且被供应到低压发动机。另外，为提高蒸发气体热交换器(110)及制冷剂热交换器(140)中的重新液化效率及重新液化量，压缩机(120)或额外压缩机(122)将蒸发气体压缩到等于或高于燃料消耗场所(180)所需的压力的压力，且减压装置安装在燃料消耗场所(180)上以将在高压下被压缩的蒸发气体的压力降低到燃料消耗场所(180)所需的压力且接着将经减压的蒸发气体供应到燃料消耗场所(180)。
与第三实施例相似，本实施例的船舶还可包括第十一阀门(203)，第十一阀门(203)安装在燃料消耗场所(180)的上游以控制被发送到燃料消耗场所(180)的蒸发气体的流速及所述蒸发气体的开启/关闭。
与第三实施例相似，本实施例的船舶使用经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体作为对制冷剂热交换器(140)中的蒸发气体进行另外冷却的制冷剂，由此提高重新液化效率及重新液化量。
与第三实施例相似，本实施例的冷却器(130)安装在压缩机(120)的下游以对经过压缩机(120)且具有提高的压力及温度的蒸发气体进行冷却。与第三实施例相似，本实施例的额外冷却器(132)安装在额外压缩机(122)的下游以对经过额外压缩机(122)且具有提高的压力及温度的蒸发气体进行冷却。
与第三实施例相似，本实施例的制冷剂热交换器(140)对沿返回管线(L3)被供应到蒸发气体热交换器(110)且经蒸发气体热交换器(110)冷却的蒸发气体进行另外冷却。
与第三实施例相似，根据本实施例，从存储槽(T)排放的蒸发气体不仅在蒸发气体热交换器(110)中而且在制冷剂热交换器(140)中进行进一步冷却，且可以其中温度较低的状态被供应到第一减压装置(150)，由此提高重新液化效率及重新液化量。
与第三实施例相似，本实施例的制冷剂减压装置(160)使经过制冷剂热交换器(140)的蒸发气体膨胀，且接着将经膨胀的蒸发气体发送回制冷剂热交换器(140)。
与第三实施例相似，本实施例的第一减压装置(150)安装在返回管线(L3)上以使经蒸发气体热交换器(110)及制冷剂热交换器(140)冷却的蒸发气体膨胀。本实施例的第一减压装置(150)包括所有可对蒸发气体进行膨胀及冷却的工具，且可为例如焦耳-汤姆孙阀门等膨胀阀门、或膨胀器。
与第三实施例相似，本实施例的船舶可包括气体-液体分离器(170)，气体-液体分离器(170)在第一减压装置(150)的下游安装在返回管线(L3)上且将从第一减压装置(150)排放的气体-液体混合物分离成气体与液体。
与第三实施例相似，当本实施例的船舶不包括气体-液体分离器(170)时，经过第一减压装置(150)的液体或处于气体-液体混合状态的蒸发气体被直接发送到存储槽(T)，且当本实施例的船舶包括气体-液体分离器(170)时，经过第一减压装置(150)的蒸发气体被发送到气体-液体分离器(170)以被分离成气相与液相。经气体-液体分离器(170)分离的液体沿返回管线(L3)返回到存储槽(T)，且经气体-液体分离器(170)分离的气体沿在蒸发气体热交换器(110)的上游从气体-液体分离器(170)延伸到第一供应管线(L1)的气体排放管线被供应到蒸发气体热交换器(110)。
与第三实施例相似，当本实施例的船舶包括气体-液体分离器(170)时，所述船舶还可包括：第七阀门(197)，控制经气体-液体分离器(170)分离且被发送到存储槽(T)的液体的流速；第八阀门(198)，控制经气体-液体分离器(170)分离且被发送到蒸发气体热交换器(110)的气体的流速。
然而，与第三实施例不同，本实施例的船舶与第三实施例的不同之处在于所述船舶还包括安装在返回管线(L3)上的增压压缩机(124)及在增压压缩机(124)的下游安装在返回管线(L3)上的增强冷却器(134)。
本实施例的增压压缩机(124)安装在返回管线(L3)上，由此提高沿返回管线(L3)被供应到蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体的压力，沿第一供应管线(L1)被供应到燃料消耗场所(180)的蒸发气体的一部分在返回管线(L3)上分支以被发送到蒸发气体热交换器(110)。增压压缩机(124)可将蒸发气体压缩到等于或低于临界点(在甲烷的情形中，近似55巴(bar))的压力或超过所述临界点的压力，且如果所述蒸发气体被压缩到等于或高于所述临界点的压力，则本实施例的增压压缩机(124)可将所述蒸发气体压缩到近似300巴(bar)。
本实施例的增强冷却器(134)在增压压缩机(124)的下游安装在返回管线(L3)上以降低经过增压压缩机(124)且不仅具有提高的压力而且具有提高的温度的蒸发气体的温度。
本实施例的船舶还包括增压压缩机(124)以提高经受重新液化过程的蒸发气体的压力，由此提高重新液化效率及重新液化量。
图7是示出与不同压力下的热流相关的甲烷的温度值曲线图。参照图7，可理解，经受重新液化过程的蒸发气体的压力越高，则自热交换效率(self-heat exchangeefficiency)变得越高。自热交换的‘自’意指以低温蒸发气体自身作为冷却流体与高温蒸发气体进行热交换。
图7的(a)示出当不包括增压压缩机(124)及增强冷却器(134)时制冷剂热交换器(140)中的每一流体的状态，且图7的(b)示出当包括增压压缩机(124)及增强冷却器(134)时制冷剂热交换器(140)中的每一流体的状态。
位于图7的(a)及(b)中的最上侧处的曲线图I示出图5中点I处的沿再循环管线(L5)被供应到制冷剂热交换器(140)的流体，位于最下侧处的曲线图L示出图5中点K的在经过制冷剂热交换器(140)及制冷剂减压装置(160)之后沿再循环管线(L5)供应回制冷剂热交换器(140)以用作制冷剂的流体，且与中间部分的曲线图K重叠的曲线图J示出图5中点F处的在经过蒸发气体热交换器(110)之后沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的流体。
由于用作制冷剂的流体在热交换过程期间被剥夺冷热且所述流体的温度逐渐提高，因此曲线图L随时间而从左向右前进，且由于通过与制冷剂进行热交换而被冷却的流体在热交换过程期间被供应以来自所述制冷剂的冷热且所述流体的温度逐渐降低，因此曲线图I及曲线图J随时间而从右向左前进。
处于图7的(a)及(b)的中间部分处的曲线图K由曲线图I与曲线图J的组合示出。也就是说，用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂的流体是由曲线图L绘出，且通过与制冷剂热交换器(140)中的制冷剂进行热交换而被冷却的流体是由曲线图K绘出。
热交换器被设计成使得被供应到所述热交换器的流体(即，图5中的点I、K、及F)的温度及热流可为固定的，用作制冷剂的流体的温度可不高于将进行冷却的流体的温度，且对数平均温差(logarithmic mean temperature difference，LMTD)可尽可能小。
对数平均温差(LMTD)是由(d2-d1)/ln(d2/d1)表示的值，其中，当在热交换方式为其中高温流体与低温流体以彼此相反的方向进行喷射且从彼此相对的侧排放的逆流的情形中时，在所述低温流体经过所述热交换器之前的温度为tc1，在所述低温流体经过所述热交换器之后的温度为tc2，在所述高温流体经过所述热交换器之前的温度为th1，在所述高温流体经过所述热交换器之后的温度为th2，且d1＝th2-tc1且d2＝th1-tc2。对数平均温差越小，则热交换器的效率越高。
在曲线图上，对数平均温差(LMTD)是由用作制冷剂的低温流体(图7的(a)及(b)中的曲线图L)与通过和所述制冷剂进行热交换而被冷却的高温流体(图7的(a)及(b)中的曲线图K)之间的间隔表示。此处，可理解，图7的(b)中所示曲线图L与曲线图K之间的间隔比图7的(a)中所示曲线图L与曲线图K之间的间隔窄。
所述差异的出现是因为曲线图J的初始值在图7的(b)中比在图7的(a)中高，所述初始值为由圆圈表示的点，即图5中点F的经过蒸发气体热交换器(110)且接着沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的流体的压力。
也就是说，作为模拟结果，在图7的(a)所示不包括增压压缩机(124)的情形中，位于图5中的点F处的流体可为近似-111℃及20巴(bar)，且在图7的(b)所示包括增压压缩机(124)的情形中，位于图5中的点F处的流体可为近似-90℃及50巴(bar)。如果热交换器被设计成使得LMTD在初始条件下最小，则在图7的(b)所示其中经受重新液化过程的蒸发气体的压力为高的情形中，热交换器的效率较高，使得整个所述系统的重新液化量及重新液化效率提高。
在图7的(a)所示情形中，当用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂的蒸发气体的流速为近似6401千克/时(kg/h)时，被传递到通过与来自用作制冷剂的流体(曲线图L)的制冷剂进行热交换而被冷却的流体(曲线图K)的热流总共为近似585.4千瓦(kW)且重新液化蒸发气体的流速为近似3441kg/h。
在图7的(b)所示情形中，当用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂的蒸发气体的流速为近似5368kg/h时，被传递到通过与来自用作制冷剂的流体(曲线图L)的制冷剂进行热交换而被冷却的流体(曲线图K)的热流总共为545.2kW且重新液化蒸发气体的流速为近似4325kg/h。
也就是说，可理解，如果经受重新液化过程的蒸发气体(包括增压压缩机(124))的压力提高，则即便使用较少量的制冷剂也可使较大量的蒸发气体重新液化。
如所述，由于本实施例的船舶包括增压压缩机(124)，因此可提高重新液化量及重新液化效率，且由于其中可通过提高重新液化量及重新液化效率来彻底地处理蒸发气体而不操作额外压缩机(122)的情形，因此所述额外压缩机的使用频率可降低。
尽管可使用额外压缩机(122)来提高重新液化效率，然而操作额外压缩机(122)的时间越长，则用于为压缩机(120)的故障做准备的冗余概念越弱。本实施例的船舶可降低包括增压压缩机(124)的额外压缩机(122)的使用频率，且因此冗余概念可得到充分确保。
另外，由于增压压缩机(124)一般足以具有为压缩机(120)或额外压缩机(122)的近似一半的输气量，因此操作成本在其中所述系统通过仅操作增压压缩机(124)及压缩机(120)而不操作额外压缩机(122)来进行操作的情形中可比在其中所述系统仅通过压缩机(120)及额外压缩机(122)而不安装增压压缩机(124)来进行操作的情形中得到更多的节省。
重新参照图5，与第三实施例不同，本实施例的船舶具有：第一附加管线(L6)，连接在再循环管线(L5)与第二供应管线(L2)之间；第九阀门(201)，安装在再循环管线(L5)上；以及第十阀门(202)，安装在第一附加管线(L6)上。
本实施例的第一阀门到第八阀门及第十一阀门(191、192、193、194、195、196、197、198、201、202、203)可通过使人直接确定所述系统的操作条件来人工地控制且可被自动地控制成依据预设值来开启或关闭。
本实施例的第一附加管线(L6)的一侧连接到其中蒸发气体通过制冷剂减压装置(160)进行膨胀且接着经由制冷剂热交换器(140)发送到第一供应管线(L1)的再循环管线(L5)且第一附加管线(L6)的另一侧在第三阀门(193)与额外压缩机(122)之间连接到第二供应管线(L2)。
本实施例的第九阀门(201)在再循环管线(L5)上安装在其中在压缩机(120)及额外压缩机(122)的上游再循环管线(L5)和第一供应管线(L1)交汇的点与其中再循环管线(L5)和第一附加管线(L6)交汇的点之间。
另外，本实施例的船舶与第三实施例的不同之处在于位于额外压缩机(122)的下游的第二供应管线(L2)连接到再循环管线(L5)而非第一供应管线(L1)。
本实施例的船舶为，制冷剂循环可不仅作为开环来进行操作而且作为闭环来进行操作以根据所述船舶的运行条件来更灵活地使用重新液化系统。在下文中，将阐述将制冷剂循环作为闭环来进行操作的方法及通过阀门控制将制冷剂循环作为开环来进行操作的方法。
为将本实施例的船舶的制冷剂循环作为闭环来进行操作，所述系统会在第一阀门(191)、第二阀门(192)、第三阀门(193)、第四阀门(194)、及第十阀门(202)开启且第六阀门(196)及第九阀门(201)被关闭的同时进行操作。
如果从存储槽(T)排放且接着经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体被供应到再循环管线(L5)，则第三阀门(193)被关闭以形成闭环形式的制冷剂循环，在所述闭环形式的所述制冷剂循环中蒸发气体循环经过额外压缩机(122)、额外冷却器(132)、第四阀门(194)、制冷剂热交换器(140)、制冷剂减压装置(160)、制冷剂热交换器(140)、及第十阀门(202)。
当制冷剂循环被配置成闭环时，可使用氮气作为循环经过所述闭环的制冷剂。在此种情形中，本实施例的存储槽还可包括使氮气引入到闭环形式的制冷剂循环中的管道。
当制冷剂循环被作为闭环来进行操作时，仅使用循环经过所述闭环的蒸发气体作为制冷剂热交换器(140)中的制冷剂。经过压缩机(120)的蒸发气体不被引入到制冷剂循环中而是被供应到燃料消耗场所(180)或沿返回管线(L3)经受重新液化过程。因此，无论重新液化量或燃料消耗场所(180)所需的蒸发气体的量如何，预定流速的蒸发气体会作为制冷剂在制冷剂热交换器(140)中进行循环。
以下将阐述在其中本实施例的船舶的制冷剂循环被作为闭环来进行操作的情形中的蒸发气体的流动。
从存储槽(T)排放的蒸发气体经过蒸发气体热交换器(110)且接着经压缩机(120)压缩，且所述蒸发气体的一部分经冷却器(130)冷却且接着被发送到燃料消耗场所(180)，且所述蒸发气体的其余部分沿返回管线(L3)经受重新液化过程。
沿返回管线(L3)经受重新液化过程的蒸发气体经增压压缩机(124)压缩且通过凭借蒸发气体热交换器(110)与经增压压缩机(124)压缩、经增强冷却器(134)冷却、且接着从存储槽(T)排放的蒸发气体交换热量来进行冷却。经蒸发气体热交换器(110)冷却的蒸发气体通过制冷剂热交换器(140)中的热量交换来进行另外冷却且接着通过第一减压装置(150)进行膨胀，以使所述蒸发气体局部地或完全地重新液化。
当本实施例的船舶不包括气体-液体分离器(170)时，经局部或完全重新液化的蒸发气体被直接发送到存储槽(T)。当本实施例的船舶包括气体-液体分离器(170)时，经局部或完全重新液化的蒸发气体被发送到气体-液体分离器(170)。经气体-液体分离器(170)分离的气体与从存储槽(T)排放的蒸发气体会合且被发送到蒸发气体热交换器(110)。经气体-液体分离器(170)分离的液体被供应到存储槽(T)。
同时，循环经过制冷剂循环的蒸发气体经额外压缩机(122)压缩、经额外冷却器(132)冷却、且接着沿再循环管线(L5)被发送到制冷剂热交换器(140)。经过额外压缩机(122)及额外冷却器(132)且接着被发送到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体首先在制冷剂热交换器(140)中进行热交换以进行冷却且其次接着被发送到制冷剂减压装置(160)以进行膨胀及冷却。经过制冷剂减压装置(160)的蒸发气体被发送回制冷剂热交换器(140)以用作对经过蒸发气体热交换器(110)且接着沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体及经额外压缩机(122)压缩且接着沿再循环管线(L5)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体进行冷却的制冷剂。经过制冷剂减压装置(160)且接着用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂的蒸发气体被发送回额外压缩机(122)，由此重复进行上述一系列过程。
当在本实施例的船舶的制冷剂循环被作为闭环来进行操作的同时压缩机(120)或冷却器(130)故障时，第一阀门(191)、第二阀门(192)、及第十阀门(202)被关闭且第三阀门(193)及第六阀门(196)开启，以使从存储槽(T)排放且接着经过蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体经由第三阀门(193)、额外压缩机(122)、额外冷却器(132)、第四阀门(194)、及第六阀门(196)供应到燃料消耗场所(180)。当有必要使用经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体作为制冷剂热交换器(140)的制冷剂时，第九阀门(201)可开启以操作所述系统。
为将本实施例的船舶的制冷剂循环作为开环来操作，第一阀门(191)、第二阀门(192)、第三阀门(193)、第四阀门(194)、及第九阀门(201)开启，且第十阀门(202)被关闭。
当制冷剂循环被作为闭环来进行操作时，循环经过所述制冷剂循环的蒸发气体与被发送到燃料消耗场所(180)或沿返回管线(L3)经受重新液化过程的蒸发气体分离。另一方面，当制冷剂循环被作为开环来进行操作时，经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体会合以用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂、被发送到燃料消耗场所(180)、或沿返回管线(L3)经受重新液化过程。
因此，如果制冷剂循环被作为开环来进行操作，则可虑及重新液化量及燃料消耗场所(180)所需的蒸发气体的量来灵活地控制将被发送到制冷剂热交换器(140)的制冷剂的流速。具体来说，当燃料消耗场所(180)所需的蒸发气体的量为小的时，提高被发送到制冷剂热交换器(140)的制冷剂的流速可提高重新液化效率及重新液化量。
也就是说，当制冷剂循环被作为闭环来进行操作时，不可能为制冷剂热交换器(140)供应等于或多于额外压缩机(122)的输气量的蒸发气体。然而，当制冷剂循环被作为开环来进行操作时，具有超过额外压缩机(122)的输气量的流速的蒸发气体可被供应到制冷剂热交换器(140)。
以下将阐述在其中本实施例的船舶的制冷剂循环被作为开环来进行操作的情形中的蒸发气体的流动。
从存储槽(T)排放的蒸发气体在经过蒸发气体热交换器(110)之后分支成两个流且所述蒸发气体的一部分被发送到第一供应管线(L1)且所述蒸发气体的其余部分被供应到第二供应管线(L2)。
被发送到第一供应管线(L1)的蒸发气体经过第一阀门(191)、压缩机(120)、冷却器(130)、及第二阀门(192)且接着所述蒸发气体的一部分经过第六阀门(196)且被发送到制冷剂热交换器(140)，且所述蒸发气体的另一部分被再次分支成两个流。被分支成所述两个流的蒸发气体的一个流被发送到燃料消耗场所(180)且所述蒸发气体的另一个流沿返回管线(L3)被发送到增压压缩机(124)。
被发送到第二供应管线(L2)的蒸发气体经过第三阀门(193)、额外压缩机(122)、额外冷却器(132)、及第四阀门(194)且接着所述蒸发气体的一部分被发送到制冷剂热交换器(140)，且所述蒸发气体的另一部分被发送到第一供应管线(L1)且接着被分支成两个流。被分支成所述两个流的蒸发气体的一个流被发送到燃料消耗场所(180)且所述蒸发气体的另一个流沿返回管线(L3)被发送到增压压缩机(124)。
为解释方便起见，单独地阐述经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体。然而，经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体中的每一者并不单独地流动而是进行会合以被供应到制冷剂热交换器(140)、燃料消耗场所(180)、或增压压缩机(124)。也就是说，经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体进行混合，其转而在使所述蒸发气体发送到制冷剂热交换器(140)的再循环管线(L5)、使所述蒸发气体发送到燃料消耗场所(180)的第一供应管线(L1)、及使所述蒸发气体发送到增压压缩机(124)的返回管线中流动。
沿再循环管线(L5)被发送到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体首先在制冷剂热交换器(140)中进行热交换以进行冷却，且其次通过制冷剂减压装置(160)进行膨胀以进行冷却且被供应回制冷剂热交换器(140)。经过制冷剂减压装置(160)且接着被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体用作对经过蒸发气体热交换器(110)且接着沿返回管线(L3)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体及沿再循环管线(L5)被供应到制冷剂热交换器(140)的经压缩机(120)压缩的蒸发气体与经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体的汇合流二者进行冷却的制冷剂。
也就是说，用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂的蒸发气体沿再循环管线(L5)被供应到制冷剂热交换器(140)，且接着首先通过制冷剂热交换器(140)进行冷却且其次通过制冷剂减压装置(160)进行冷却。另外，从压缩机(120)或额外压缩机(122)沿再循环管线(L5)被发送到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体首先以经过制冷剂减压装置(160)的蒸发气体作为制冷剂来进行冷却。
用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂的蒸发气体在经过制冷剂减压装置(160)之后经由第九阀门(201)发送到第一供应管线(L1)以从存储槽(T)排放且接着与经过蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体会合，由此重复进行上述一系列过程。
沿返回管线(L3)被发送到增压压缩机(124)的蒸发气体经增压压缩机(124)压缩、经增强冷却器(134)冷却、且接着被发送到蒸发气体热交换器(110)。被发送到蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体首先经蒸发气体热交换器(110)冷却、其次经制冷剂热交换器(140)冷却、且接着通过第一减压装置(150)进行膨胀，以使所述蒸发气体局部地或完全地重新液化。
当本实施例的船舶不包括气体-液体分离器(170)时，经局部或完全重新液化的蒸发气体被直接发送到存储槽(T)。当本实施例的船舶包括气体-液体分离器(170)时，经局部或完全重新液化的蒸发气体被发送到气体-液体分离器(170)。经气体-液体分离器(170)分离的气体与从存储槽(T)排放的蒸发气体会合且被发送到蒸发气体热交换器(110)。经气体-液体分离器(170)分离的液体被供应到存储槽(T)。
当在本实施例的船舶的制冷剂循环被作为开环来进行操作的同时压缩机(120)或冷却器(130)故障时，第一阀门(191)、第二阀门(192)、及第九阀门(201)被关闭，以使从存储槽(T)排放且接着经过蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体经由第三阀门(193)、额外压缩机(122)、额外冷却器(132)、第四阀门(194)、及第六阀门(196)供应到燃料消耗场所(180)。当有必要使用经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体作为制冷剂热交换器(140)的制冷剂时，第九阀门(201)可开启以操作所述系统。
当本实施例的船舶的制冷剂循环被作为开环来进行操作时，存储在存储槽(T)中的液化气体是液化天然气，燃料消耗场所(180)是X-DF发动机，且所述制冷剂循环包括气体-液体分离器(170)，将阐述位于每一点处的流体的温度及压力作为实例。
位于其中从存储槽(T)排放的蒸发气体与经气体-液体分离器(170)分离的蒸发气体会合且被供应到蒸发气体热交换器(110)的点A处的蒸发气体可为近似-123℃及1.060巴(bara)，且在为近似-123℃及1.060巴(bara)的所述蒸发气体与蒸发气体热交换器(110)中的为43℃及301.1巴(bara)的蒸发气体交换热量之后位于点B处的蒸发气体可为近似40℃及0.96巴(bara)。
另外，可假定为近似40℃及0.96巴(bara)的蒸发气体经过制冷剂减压装置(160)且接着与经过制冷剂热交换器(140)的为近似37℃及0.96巴(bara)的蒸发气体会合，则位于点C处的蒸发气体可为近似38℃及0.96巴(bara)。
为近似38℃及0.96巴(bara)的所述蒸发气体被分支成两个流，且一个流经压缩机(120)压缩且接着经冷却器(130)冷却，另一个流经额外压缩机(122)压缩且接着经额外冷却器(132)冷却。作为经过压缩机(120)及冷却器(130)的流与经过额外压缩机(122)及额外冷却器(132)的流的汇合流，位于点D处的蒸发气体与位于点I处的蒸发气体可为近似43℃及17巴(bara)。
在为近似43℃及17巴(bara)的蒸发气体经增压压缩机(124)压缩且经增强冷却器(134)冷却之后，位于点E处的蒸发气体可为近似43℃及301.1巴(bara)，且在为近似43℃及301.1巴(bara)的蒸发气体与为近似-123℃及1.060巴(bara)的蒸发气体在蒸发气体热交换器(110)中交换热量之后，位于点F处的蒸发气体可为近似-82℃及301巴(bara)。
另外，在为近似-82℃及301巴(bara)的蒸发气体经制冷剂热交换器冷却之后位于点G处的蒸发气体可为近似-153℃及300.5巴(bara)，且在为近似-153℃及300.5巴(bara)的蒸发气体通过第一减压装置(150)进行膨胀之后位于点H处的蒸发气体可为-155.6℃及2.1巴(bara)。
另一方面，首先在为近似43℃及17巴(bara)的蒸发气体经制冷剂热交换器(140)冷却之后位于点I处的蒸发气体可为近似-82℃及16.5巴(bara)，其次在为近似-82℃及16.5巴(bara)的蒸发气体经制冷剂减压装置(160)冷却之后位于点J处的蒸发气体可为近似-155℃及1.56巴(bara)，且在为近似-155℃及1.56巴(bara)的蒸发气体被用于制冷剂热交换器(140)中之后位于点K处的蒸发气体可为近似37℃及0.96巴(bara)。
本实施例的船舶可在将制冷剂循环作为开环来进行操作的同时独立地运行，以使经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体仅用作制冷剂热交换器(140)的制冷剂，经压缩机(120)压缩的蒸发气体被发送到燃料消耗场所(180)或沿返回管线(L3)经受重新液化过程而不用作制冷剂热交换器(140)的制冷剂。在下文中，其中额外压缩机(122)及压缩机(120)被独立地操作的开环形式的制冷剂循环被称为‘独立开环’。
为将本实施例的船舶的制冷剂循环作为独立开环进行操作，第一阀门(191)、第二阀门(192)、第三阀门(193)、第四阀门(194)、及第九阀门(201)开启，且第六阀门(196)及第十阀门(202)被关闭。当制冷剂循环被作为独立开环来进行操作时，所述系统可比在所述开环被操作时更易于进行操作。
以下将阐述在其中本实施例的船舶的制冷剂循环被作为独立开环来进行操作的情形中的蒸发气体的流动。
从存储槽(T)排放的蒸发气体在经过蒸发气体热交换器(110)之后被分支成两个流且所述蒸发气体的一部分被发送到第一供应管线(L1)且所述蒸发气体的其余部分被供应到第二供应管线(L2)。被发送到第一供应管线(L1)的蒸发气体经过第一阀门(191)、压缩机(120)、冷却器(130)、及第二阀门(192)且接着所述蒸发气体的一部分被发送到燃料消耗场所(180)且所述蒸发气体的另一部分沿返回管线(L3)被发送到增压压缩机(124)。被发送到第二供应管线(L2)的蒸发气体经过第三阀门(193)、额外压缩机(122)、额外冷却器(132)、及第四阀门(194)且接着沿再循环管线(L5)被发送到制冷剂热交换器(140)。
经额外压缩机(122)压缩且接着沿再循环管线(L5)被发送到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体用作对首先在制冷剂热交换器(140)中进行热交换以进行冷却、其次通过制冷剂减压装置(160)进行膨胀以进行冷却、且接着被供应回制冷剂热交换器(140)以经过蒸发气体热交换器(110)且接着经由返回管线(L3)供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体及经额外压缩机(122)压缩且接着沿再循环管线(L5)被供应到制冷剂热交换器(140)的蒸发气体进行冷却的制冷剂。
用作制冷剂热交换器(140)中的制冷剂的蒸发气体在经过制冷剂减压装置(160)之后经由第九阀门(201)发送到第一供应管线(L1)以从存储槽(T)排放且接着与经过蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体会合，由此重复进行上述一系列过程。
经压缩机(120)压缩且接着沿返回管线(L3)被发送到增压压缩机(124)的蒸发气体经增压压缩机(124)压缩、经增强冷却器(134)冷却且接着被发送到蒸发气体热交换器(110)。被发送到蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体首先经蒸发气体热交换器(110)冷却、其次经制冷剂热交换器(140)冷却、且接着通过第一减压装置(150)进行膨胀，以使所述蒸发气体局部地或完全地重新液化。
当本实施例的船舶不包括气体-液体分离器(170)时，经局部或完全重新液化的蒸发气体被直接发送到存储槽(T)。当本实施例的船舶包括气体-液体分离器(170)时，经局部或完全重新液化的蒸发气体被发送到气体-液体分离器(170)。经气体-液体分离器(170)分离的气体与从存储槽(T)排放的蒸发气体会合且被发送到蒸发气体热交换器(110)。经气体-液体分离器(170)分离的液体被供应到存储槽(T)。
当在本实施例的船舶的制冷剂循环被作为独立开环来进行操作的同时压缩机(120)或冷却器(130)故障时，第一阀门(191)、第二阀门(192)、及第九阀门(201)被关闭且第六阀门(196)开启，以使从存储槽(T)排放且接着经过蒸发气体热交换器(110)的蒸发气体经由第三阀门(193)、额外压缩机(122)、额外冷却器(132)、第四阀门(194)、及第六阀门(196)供应到燃料消耗场所(180)。当有必要使用经额外压缩机(122)压缩的蒸发气体作为制冷剂热交换器(140)的制冷剂时，第九阀门(201)可开启以操作所述系统。
本发明并不限于以上示例性实施例且因此对于本发明所属技术中的普通技术人员来说显而易见，在不背离本发明的技术主题的条件下，可以各种方式修改或改变本发明的示例性实施例。

Claims (20)

1.一种船舶，所述船舶包括存储液化气体的存储槽，所述船舶包括：
蒸发气体热交换器，安装在所述存储槽的下游并以从所述存储槽排放的蒸发气体作为制冷剂对被压缩的蒸发气体(在下文中被称为“第一流体”)进行热交换以冷却所述第一流体；
压缩机，安装在所述蒸发气体热交换器的下游并对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的一部分进行压缩；
额外压缩机，与所述压缩机平行地安装在所述蒸发气体热交换器的下游，并对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的另一部分进行压缩；
增压压缩机，安装在所述蒸发气体热交换器的上游且对被供应到所述蒸发气体热交换器的所述第一流体进行压缩；
制冷剂热交换器，对经所述蒸发气体热交换器冷却的所述第一流体进行另外冷却；
制冷剂减压装置，使被发送到所述制冷剂热交换器且被所述制冷剂热交换器冷却的第二流体(被发送到所述制冷剂热交换器的流体在下文中被称为“第二流体”)膨胀，并接着将所述第二流体发送回所述制冷剂热交换器；以及
第一减压装置，使经所述蒸发气体热交换器及所述制冷剂热交换器冷却的所述第一流体膨胀，
其中所述制冷剂热交换器以经过所述制冷剂减压装置的所述蒸发气体作为制冷剂对所述第一流体及所述第二流体二者进行热交换及冷却，
所述第一流体是经所述压缩机压缩的所述蒸发气体或者是经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体的汇合流，且
所述第二流体是经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体或者是经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体的汇合流。
2.根据权利要求1所述的船舶，还包括：
气体-液体分离器，将经过所述蒸发气体热交换器、所述制冷剂热交换器、及所述第一减压装置的经局部重新液化的所述液化气体与保持气相的所述蒸发气体进行分离，
其中经所述气体-液体分离器分离的所述液化气体被发送到所述存储槽，且经所述气体-液体分离器分离的所述蒸发气体被发送到所述蒸发气体热交换器。
3.根据权利要求1所述的船舶，其中所述增压压缩机具有为所述压缩机的输气量的1/2的输气量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶，其中所述第一流体在燃料消耗场所的上游被分支成两个流，且所述第一流体的一部分依序经过所述增压压缩机、所述蒸发气体热交换器、所述制冷剂热交换器、及所述第一减压装置并局部地或完全地重新液化，且所述第一流体的另一部分被发送到所述燃料消耗场所。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶，其中经所述额外压缩机压缩、经过所述制冷剂热交换器及所述制冷剂减压装置并接着用作所述制冷剂热交换器的所述制冷剂的所述第二流体被发送回所述额外压缩机，以形成闭环形式的制冷剂循环，在所述闭环形式的所述制冷剂循环中连接有所述额外压缩机、所述制冷剂热交换器、所述制冷剂减压装置、及所述制冷剂热交换器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶，其中经所述额外压缩机压缩、经过所述制冷剂热交换器及所述制冷剂减压装置并接着用作所述制冷剂热交换器的所述制冷剂的所述第二流体被从所述存储槽排放且接着与经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体会合。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶，其中所述船舶还包括安装在使所述第一流体与所述第二流体彼此连通的管线上的阀门，且
所述阀门开启或被关闭以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体会合或分离。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶，其中所述增压压缩机将所述蒸发气体压缩到等于或低于临界点的压力。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶，其中所述增压压缩机将所述蒸发气体压缩到超过临界点的压力。
10.根据权利要求9所述的船舶，其中所述增压压缩机将所述蒸发气体压缩到300巴。
11.一种用于船舶的蒸发气体处理系统，所述船舶包括存储液化气体的存储槽，所述蒸发气体处理系统包括：
第一供应管线，从所述存储槽排放且一部分经压缩机压缩的蒸发气体沿所述第一供应管线被发送到燃料消耗场所；
第二供应管线，从所述第一供应管线分支，在所述第二供应管线上设置有额外压缩机，所述额外压缩机对从所述存储槽排放的所述蒸发气体的另一部分进行压缩；
返回管线，从所述第一供应管线分支，经压缩的所述蒸发气体通过经过位于所述返回管线上的增压压缩机、蒸发气体热交换器、制冷剂热交换器及第一减压装置而被重新液化；以及
再循环管线，在所述再循环管线上设置有所述制冷剂热交换器及制冷剂减压装置，通过经过所述制冷剂热交换器及所述制冷剂减压装置而被冷却的所述蒸发气体被发送回所述制冷剂热交换器以用作制冷剂并与从所述存储槽排放的所述蒸发气体会合，
其中所述蒸发气体热交换器以从所述存储槽排放的所述蒸发气体作为所述制冷剂对沿所述返回管线供应的所述蒸发气体进行热交换及冷却，且所述制冷剂热交换器以经过所述制冷剂减压装置的所述蒸发气体作为所述制冷剂对沿所述再循环管线供应的所述蒸发气体及沿所述返回管线供应的所述蒸发气体二者进行热交换及冷却。
12.根据权利要求11所述的蒸发气体处理系统，还包括：
第一阀门，在所述第一供应管线上安装在所述压缩机的上游；
第二阀门，在所述第一供应管线上安装在所述压缩机的下游；
第三阀门，在所述第二供应管线上安装在所述额外压缩机的上游；
第四阀门，在所述第二供应管线上安装在所述额外压缩机的下游；
第六阀门，在所述再循环管线上安装在所述第一供应管线与所述第二供应管线之间，从所述第一供应管线分支的所述蒸发气体沿所述再循环管线被发送到所述制冷剂热交换器；
第九阀门，安装在所述再循环管线上，以将所述蒸发气体从所述制冷剂热交换器发送到所述第一供应管线；
第一附加管线，连接位于所述第九阀门和所述制冷剂热交换器之间的所述再循环管线与位于所述第三阀门和所述额外压缩机之间的所述第二供应管线；以及
第十阀门，安装在所述第一附加管线上。
13.根据权利要求12所述的蒸发气体处理系统，其中所述系统是在所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、及所述第十阀门开启且所述第六阀门及所述第九阀门被关闭的同时进行操作，且如果所述蒸发气体被供应到所述额外压缩机，则所述第三阀门被关闭以形成闭环形式的制冷剂循环，在所述闭环形式的所述制冷剂循环中，所述蒸发气体循环经过所述额外压缩机、所述第四阀门、所述制冷剂热交换器、所述制冷剂减压装置、所述制冷剂热交换器及所述第十阀门。
14.根据权利要求13所述的蒸发气体处理系统，其中如果所述压缩机故障，则所述第一阀门、所述第二阀门、及所述第十阀门被关闭且所述第三阀门及所述第六阀门开启以将从所述存储槽排放且接着经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体经由所述第三阀门、所述额外压缩机、所述第四阀门、及所述第六阀门供应到所述燃料消耗场所。
15.根据权利要求12所述的蒸发气体处理系统，其中所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第六阀门、及所述第九阀门开启且所述第十阀门被关闭，以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体会合及被操作。
16.根据权利要求15所述的蒸发气体处理系统，其中如果所述压缩机故障，则所述第一阀门及所述第二阀门被关闭，以使从所述存储槽排放且接着经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体经由所述第三阀门、所述额外压缩机、所述第四阀门及所述第六阀门供应到所述燃料消耗场所。
17.根据权利要求12所述的蒸发气体处理系统，其中所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、及所述第九阀门开启且所述第六阀门及所述第十阀门被关闭，以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体分离及被操作。
18.根据权利要求17所述的蒸发气体处理系统，其中如果所述压缩机故障，则所述第一阀门及所述第二阀门被关闭且所述第六阀门开启，以将从所述存储槽排放且接着经过所述蒸发气体热交换器的所述蒸发气体经由所述第三阀门、所述额外压缩机、所述第四阀门、及所述第六阀门供应到所述燃料消耗场所。
19.一种方法，包括：
将从液化气体存储槽排放的蒸发气体分支成两个流以使压缩机或额外压缩机对所分支的所述两个流的所述蒸发气体进行压缩；
将经所述压缩机压缩的所述蒸发气体及经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体中的至少一个蒸发气体发送到燃料消耗场所或将所述至少一个蒸发气体重新液化以将所述至少一个蒸发气体返回到所述存储槽或使所述至少一个蒸发气体再循环；
对所述返回蒸发气体进行压缩，使所述返回蒸发气体与从所述存储槽排放的所述蒸发气体交换热量以进行冷却并接着使所述返回蒸发气体与所述再循环蒸发气体交换热量以进行另外冷却；以及
对所述再循环蒸发气体进行压缩、冷却及膨胀，并接着使经压缩、冷却及膨胀的所述再循环蒸发气体与所述返回蒸发气体交换热量。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述压缩机的下游管线与所述额外压缩机的下游管线彼此连接以使经所述压缩机压缩的所述蒸发气体与经所述额外压缩机压缩的所述蒸发气体会合。
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