CN108368797A - 船舶 - Google Patents

Abstract

一种船舶，具备：燃气发动机；积存液化天然气的储罐；设置有压缩机的供给管路，所述供给管路将储罐内产生的蒸发气体作为燃料气体引导至燃气发动机；设置有膨胀装置的返送管路，所述返送管路在较压缩机靠下游侧从供给管路分叉并连接至储罐；可改变开度的返送阀，所述返送阀设置于返送管路上较膨胀装置靠上游侧部分；热交换器，所述热交换器使流通于返送管路上返送阀与膨胀装置之间的蒸发气体和热介质之间进行热交换；压力计，所述压力计检测流通于返送管路上返送阀与膨胀装置之间的蒸发气体的压力；以及控制装置，所述控制装置以使压力计测得的蒸发气体的压力变为设定压力的形式控制返送阀。

Description

船舶

技术领域

本发明涉及包括燃气发动机的船舶。

背景技术

以往，已知有包括贮存液化天然气的储罐和供给有储罐内产生的蒸发气体作为燃料气体的推进用的燃气发动机的船舶。蒸发气体经压缩机升压至燃气发动机要求的压力范围并向燃气发动机供给。已知上述船舶中，在蒸发气体的产生量多于燃气发动机的燃料气体消耗量时，会将过剩气体返送至储罐或是由气体燃烧装置等进行焚烧处理。

例如，专利文献1中如图4所示公开了一种将从储罐110导出的蒸发气体由高压气体压缩机120升压并向燃气发动机供给的船舶100。该船舶100具备使被高压气体压缩机120压缩的气体部分液化并向储罐110内的液化天然气返送的返送管路130。返送管路130上从上游侧依次设置有流量控制阀131、热交换器132、膨胀阀133以及气液分离器134。流量控制阀131根据船速调节输送至热交换器132的蒸发气体的流量。由高压气体压缩机120压缩的蒸发气体通过流量控制阀131后被热交换器132冷却且至少部分液化，之后被膨胀阀133膨胀。藉由膨胀变为低压低温的蒸发气体被气液分离器134分离为气体组分与液体组分，并仅将液体组分通过输送泵135返送至储罐110。气体组分从气液分离器134通过设置有压力调节阀136的再循环管路137与从储罐110向高压气体压缩机120引导的蒸发气体汇合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1 : 日本特开2015-158263号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，图4所示船舶100中，再循环管路137的下游端连接从储罐110向高压气体压缩机120引导的管路。因此，在未经返送管路130液化就通过再循环管路137再循环的蒸发气体的量较多而高压气体压缩机120的容量具有上限的情况下，就结果而言会使储罐110内蒸发气体的压力的升高。因此，理想是尽可能地增大流通于返送管路130的蒸发气体的再液化率（再液化量相对蒸发气体的返送量的比例）。

因此，本发明的目的在于提供一种能够改善通过返送管路向储罐返送的蒸发气体的再液化率的船舶。

解决问题的手段：

为了解决所述问题，本申请的发明人等经过仔细研究发现藉由使膨胀阀等膨胀装置的上游侧的蒸发气体的压力最优化能改善通过膨胀装置后的蒸发气体的再液化率。本发明是基于上述观点做出的。

即，本发明的船舶，具备：燃气发动机；积存液化天然气的储罐；设置有压缩机的供给管路，所述供给管路将所述储罐内产生的蒸发气体作为燃料气体引导至所述燃气发动机；设置有膨胀装置的返送管路，所述返送管路在较所述压缩机靠下游侧从所述供给管路分叉并连接至所述储罐；能改变开度的返送阀，所述返送阀设置于所述返送管路上较所述膨胀装置靠上游侧部分；热交换器，所述热交换器使流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体和热介质之间进行热交换；压力计，所述压力计检测流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体的压力；以及控制装置，所述控制装置以使所述压力计测得的蒸发气体的压力变为设定压力的形式控制所述返送阀。

根据上述结构，控制装置以使流通于返送管路上返送阀与膨胀装置之间的蒸发气体的压力变为设定压力的形式控制返送阀，因此能够改善通过膨胀装置后的蒸发气体的再液化率。

也可以是在上述船舶中，所述压力计为第一压力计；所述船舶还具备第二压力计，所述第二压力计检测流通于所述供给管路上较所述压缩机靠下游侧部分的蒸发气体的压力；所述控制装置在所述第二压力计测得的蒸发气体的压力高于阈值时优先进行基于所述设定压力的控制使所述返送阀的开度增大。根据该结构，在第二压力计测得的蒸发气体的压力过度升高的情况下能抑制该压力的升高，在除此以外的情况下能获得改善上述再液化率的效果。

也可以是在上述船舶中，所述热交换器使流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体和流通于所述供给管路上较所述压缩机靠上游侧部分的蒸发气体之间进行热交换。根据该结构，能利用流通于供给管路上较压缩机靠上游侧部分的蒸发气体来冷却流通于返送管路的蒸发气体。

也可以是在上述船舶中，所述燃气发动机为主燃气发动机；所述供给管路为第一供给管路；所述船舶具备发电用的副燃气发动机以及第二供给管路，所述第二供给管路将液化天然气从所述储罐内取出，并将该液化天然气气化而成的气化气体作为燃料气体引导至所述副燃气发动机；所述热交换器使流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体和流通于所述第二供给管路的液化天然气之间进行热交换。根据该结构，能利用流通于第二供给管路的液化天然气来冷却流通于返送管路的蒸发气体。

发明效果：

根据本发明，能够改善通过返送管路向储罐返送的蒸发气体的再液化率。

附图说明

图1是根据第一实施形态的船舶的概略结构图；

图2是流通于第一实施形态中的第一供给管路以及返送管路的蒸发气体的莫里尔图（Mollier diagram；压焓图）；

图3是根据第二实施形态的船舶的概略结构图；

图4是以往的船舶的概略结构图。

具体实施方式

（第一实施形态）

图1示出了根据本发明的第一实施形态的船舶1A。该船舶1A包括积存液化天然气（以下称为LNG）的储罐11、推进用的主燃气发动机12以及发电用（即，船内电源用）的副燃气发动机13。

图示例子中仅设置有一个储罐11，但也可以是设置多个储罐11。例如，在船舶1A是LNG搬运船的情况下，船舶1A上配备有作为货物储罐（cargo tank）的多个储罐11。又，图示例子中设置有主燃气发动机12以及副燃气发动机13各一台，但也可以是设置多个主燃气发动机12，还可以是设置多个副燃气发动机13。

本实施形态中，船舶1A为机械推进式，主燃气发动机12直接旋转驱动螺旋桨（未图示）。但是，也可以是船舶1A为电气推进式，主燃气发动机12通过电动马达来旋转驱动螺旋桨。

主燃气发动机12是燃料气体喷射压为例如20～35MPa左右高压的狄塞尔循环方式的二冲程发动机。但是，主燃气发动机12是燃料气体喷射压为例如1～2MPa左右中压的奥托循环方式的二冲程发动机亦可。或者，在电气推进的情况下，主燃气发动机12是燃料气体喷射压为例如0.5～1MPa左右低压的奥托循环方式的四冲程发动机亦可。又，主燃气发动机12可以是仅燃烧燃料气体的气体专烧发动机，也可以是燃烧燃料气体和燃料油中的一方或双方的二元燃料发动机（也可以是在二元燃料发动机的情况下，燃烧燃料气体时为奥托循环，燃烧燃料油时为迪塞尔循环）。

副燃气发动机13是燃料气体喷射压为例如0.5～1MPa左右低压的奥托循环方式的四冲程发动机，且与发电机（未图示）连接。副燃气发动机13可以是仅燃烧燃料气体的气体专烧发动机，也可以是燃烧燃料气体与燃料油中的一方或双方的二元燃料发动机。

储罐11内因自然热输入而产生的蒸发气体（以下称为BOG）作为主要燃料气体通过第一供给管路14向主燃气发动机12导入。将从储罐11内取出的LNG气化而得的气体（以下称为VG）作为主要燃料气体通过第二供给管路15向副燃气发动机13导入。

第一供给管路14上设置有将从储罐11导入的BOG压缩至高压的压缩机16。本实施形态中，压缩机16是将导入的BOG分级压缩的多级式的高压压缩机。但是，压缩机16在例如主燃气发动机12的燃料气体喷射压为低压的情况下也可以是低压压缩机。

本实施形态中，压缩机16将BOG压缩至超临界状态，换言之压缩至高于图2中的超临界压Pc（饱和液体线L1与饱和蒸气线L2的交点）的压力。例如，从压缩机16吐出的BOG的压力在20～35MPa左右，温度在45～55℃左右。

从第一供给管路14上较压缩机16靠下游侧部分14b分叉出返送管路2。返送管路2从第一供给管路14的分叉点14c伸出，并连接至储罐11。返送管路2的梢端可以位于较储罐11内LNG的液面靠上方，也可以位于较液面靠下方。

返送管路2上从上游侧依次设置有返送阀21、热交换器22以及膨胀装置23。返送阀21是可改变开度的压力控制阀。也可以是代替压力控制阀，返送阀21为流量控制阀。返送阀21对通过返送管路2向储罐11返送的BOG进行减压。被返送阀21减压的BOG流入热交换器22。本实施形态中，BOG藉由返送阀21的开闭通过返送管路2进行返送，但也可以是返送管路2上除返送阀21外还设置有开闭阀。

热交换器22使流通于第一供给管路14上较压缩机16靠上游侧部分14a的BOG、和流通于返送管路2上返送阀21与膨胀装置23之间的BOG之间进行热交换。通过返送管路2的BOG由通过第一供给管路14的BOG进行冷却。返送管路2上从热交换器22流出的BOG的温度、即返送管路2上热交换器22与膨胀装置23之间的部分2c的BOG的温度T1取决于通过返送管路2上热交换器22的BOG的流量和压力、流入第一供给管路14上热交换器22的BOG的流量和温度等多种因素。

膨胀装置23使沿返送管路2从热交换器22流出的BOG膨胀。藉此，返送管路2上较膨胀装置23靠下游侧部分的BOG呈低压低温的气液二相状态。从而，从第一供给管路14流入返送管路的BOG被部分液化并向储罐11返送。膨胀装置23为例如膨胀阀、喷射器（ejector）、膨胀涡轮等。

储罐11内配置有泵31，第二供给管路15上设置有将从储罐11内的泵31取出的LNG强制气化的强制气化器32。强制气化器32以例如锅炉生成的蒸气为热源强制气化LNG并生成VG。另外，理想是第二供给管路15上较强制气化器32靠下游侧部分15b上设置有用于从VG中除去乙烷等重组分的设备（例如，冷却器以及气液分离器）。藉此，能够将甲烷值较高的VG供给至副燃气发动机13。

第二供给管路15上较强制气化器32靠上游侧部分15a上设置有流量控制阀33。流量控制阀33调节由强制气化器32生成的气化气体量。

此外，从第二供给管路15上有第一桥管路41连接至第一供给管路14。第一桥管路41在BOG相对主燃气发动机12的燃料气体消耗量Q1不足时，从第二供给管路15上较强制气化器32靠下游侧部分15b将VG引导至第一供给管路14上较压缩机16靠上游侧部分14a。其结果是， BOG及VG作为燃料气体向主燃气发动机12供给。第一桥管路41上设置有可改变开度的第一调节阀42。

又，从压缩机16的中间有第二桥管路43连接至第二供给管路15上较强制气化器32靠下游侧部分15b。第二桥管路43在BOG相对主燃气发动机12的燃料气体消耗量Q1过剩时，从压缩机16将BOG引导至第二供给管路15。其结果是， VG及BOG（有时仅BOG）作为燃料气体向副燃气发动机13供给。第二桥管路43上设置有可改变开度的第二调节阀44。

又，返送管路2上膨胀装置23与返送阀21之间设置有第一压力计51。第一压力计51检测返送管路2上膨胀装置23与返送阀21之间的BOG的压力p1。图1中，第一压力计51配置于返送管路2上膨胀装置23与热交换器22之间的部分2c，但也可以是不限于此，例如第一压力计51配置于返送管路2上返送阀21与热交换器22之间的部分2b。

又，返送管路2上较返送阀21靠上游侧部分2a上设置有第二压力计52。第二压力计52检测返送管路2上较返送阀21靠上游侧部分2a的BOG的压力p2。此处，返送管路2上较返送阀21靠上游侧部分2a与第一供给管路14上较压缩机16靠下游侧部分14b连通。因此，由第二压力计52测得的BOG的压力p2就是第一供给管路14上较压缩机16靠下游侧部分14b的BOG（即，向主燃气发动机12供给的BOG）的压力。将由第一压力计51及第二压力计52测得的压力值分别送至控制装置5。

上述的返送阀21、流量控制阀33、第一调节阀42以及第二调节阀44由控制装置5控制。

向控制装置5发送来自控制主燃气发动机12的燃料气体喷射正时等的第一燃气发动机控制器（未图示）以及控制副燃气发动机13的燃料气体喷射正时等的第二燃气发动机控制器（未图示）的各种信号。例如，控制装置5从第一燃气发动机控制器发送的信号算出主燃气发动机12的燃料气体消耗量Q1，且从第二燃气发动机控制器发送的信号算出副燃气发动机13的燃料气体消耗量Q2。但是，控制装置5也可以是从第一燃气发动机控制器直接获取燃料气体消耗量Q1，还可以是从第二燃气发动机控制器直接获取燃料气体消耗量Q2。

接着，说明通过返送阀21向储罐11返送BOG时的控制。

例如，控制装置5在满足以下条件（A）～（D）中的至少一项时打开返送阀21；

（A）在未从第二桥管路43向副燃气发动机13供给BOG的情况下，从储罐11内LNG的量以及储罐11内BOG的压力计算得到的BOG的可利用量Qa大于主燃气发动机12的燃料气体消耗量Q1时；

（B）在从第二桥管路43向副燃气发动机13供给BOG的情况下，BOG的可利用量Qa大于主燃气发动机12的燃料气体消耗量Q1与副燃气发动机13的燃料气体消耗量Q2的总和时；

（C）储罐11内BOG的压力大于规定的压力时；

（D）主燃气发动机12的负荷低于规定的比例（例如70％）时。

控制装置5在打开返送阀21的期间内以使由第一压力计51测得的BOG的压力p1变为设定压力Ps的形式控制返送阀21的开度。此处，以使通过膨胀装置23的BOG的再液化率增大的形式，根据返送管路2中通过热交换器22的BOG的流量、第一供给管路14中流入热交换器22的BOG的流量和温度等多种因素来适当设定设定压力Ps。本实施形态中，如图2所示将设定压力Ps设定为大于超临界压Pc的压力。但是，也可以是设定压力Ps为超临界压Pc以下的压力。

例如有时会因主燃气发动机12的负荷急剧减小等原因而使第一供给管路14上较压缩机16靠下游侧部分14b的压力p2过度升高。此时，控制装置5优先进行基于上述的设定压力Ps的控制使返送阀21的开度增大。具体而言，控制装置5在第二压力计52测得的BOG的压力p2高于阈值PTH时增大返送阀21的开度。例如，上述控制可以是控制开始始于返送控制中途、从返送阀21处于中间开度开始；也可以是控制开始始于返送控制开始前、从返送阀21处于全闭状态开始。

接着，参照图1及图2说明流通于第一供给管路14以及返送管路2的BOG的状态变化。另外，图2中为了便于比较，以点划线示出了未经返送阀21减压就通过返送管路2向储罐11返送BOG时的BOG的状态变化。又，图2中以细实线示出了分别与BOG的温度T1～T3（T1＜T2＜T3）对应的等温线LT1～LT3。

首先，低压低温的饱和状态（点A）的BOG通过第一供给管路14从储罐11流入热交换器22，并通过与流通于返送管路2的高压高温的BOG进行热交换而达到过热（super heat）（点A→点B）。之后，BOG被压缩机16压缩至超临界状态（点B→点C）。从第一供给管路14流入返送管路2的BOG经返送阀21减压至设定压力Ps，BOG的温度从温度T3降低至温度T2（点C→点D）。之后，经返送阀21减压的BOG被热交换器22冷却，BOG的温度从温度T2降低至温度T1（点D→点E）。另外，BOG藉由热交换器22的冷却而液化。从热交换器22流出的液体状态的BOG通过被膨胀装置23膨胀变为低压低温的气液二相状态（点E→点F）。从图2亦可知，本实施形态中BOG的再液化率大于未经返送阀21减压就通过返送管路2向储罐11返送BOG时（点C→点E’→点F’）的再液化率。

如以上说明，本实施形态的船舶1A中，控制装置5以使流通于返送管路2上返送阀21与膨胀装置23之间的BOG的压力p1变为设定压力Ps的形式控制返送阀21，因此能够改善通过膨胀装置23后的BOG的再液化率。例如，只要冷热的绝对量相同，那么虽然可冷却至点E的返送气体量自身变少，但是液化率增大从而液化量增加。

又，本实施形态中，控制装置5在第二压力计52测得的BOG的压力p2高于阈值PTH时增大返送阀21的开度，因此在压力p2过度升高的情况下能抑制压力p2的升高，在除此以外的情况下能获得上述的效果。

又，本实施形态中，能利用流通于第一供给管路14上较压缩机16靠上游侧部分14a的BOG来冷却流通于返送管路2的BOG。

（第二实施形态）

接着，参照图3说明根据本发明的第二实施形态的船舶1B。另外，在本实施形态中，对与第一实施形态相同的构成要素标以同一符号并省略重复的说明。

本实施形态中，代替图1所示热交换器22地设置有使流通于返送管路2上返送阀21与膨胀装置23之间的BOG和流通于第二供给管路15的LNG之间进行热交换的热交换器24。本实施形态在未设置有供从储罐11引导至压缩机16的BOG通过的热交换器、将流通于返送管路2上返送阀21与膨胀装置23之间的BOG冷却的热介质为LNG等方面与第一实施形态不同。因此，本实施形态的BOG的状态变化是与图2所示第一实施形态的BOG的状态变化不同的状态变化。因此，本实施形态中，以使通过膨胀装置23的BOG的再液化率增大的形式，根据上述多种因素来适当设定与第一实施形态不同的设定压力Ps。

本实施形态也能获得与第一实施形态相同的效果。又，本实施形态中，能够利用流通于第二供给管路15的LNG来冷却流通于返送管路2的BOG。

（其他实施形态）

上述实施形态在所有方面都是示例性的，并且不应被认为是限制性的。 本发明的范围由权利要求书表示，而并非由上述说明而表示，并且意图包括与权利要求等同的含义和范围内的所有变更。

例如，上述实施形态中，控制装置5在第二压力计52测得的BOG的压力p2高于阈值PTH时增大返送阀21的开度，但不限于此。例如，也可以是控制装置5以将第一压力计51测得的BOG的压力p1维持为设定压力Ps，且在压力p2高于阈值PTH时使第一供给管路14上较压缩机16靠下游侧部分14b的BOG逃逸至气体燃烧装置等（未图示）的形式进行控制。

上述实施形态中，压缩机16将BOG压缩至高于超临界压Pc的压力，但不限于此，例如，也可以是在主燃气发动机12的燃料气体喷射压为中压（例如1～2MPa程度）或低压（例如0.5～1MPa程度）时使从压缩机16向主燃气发动机12供给的压力p2低于超临界压Pc。

又，也可以是返送管路2上设置有第一实施形态的热交换器22与第二实施形态的热交换器24两者。此时，热交换器22及热交换器24可以是分别设置于返送管路2，也可以是呈一体地设置于返送管路2。

又，也可以是第一桥管路41上代替第一调节阀42地设置有即使一次压改变也可输出一定的二次压的减压阀、和逆止阀。根据该结构，在流通于第一供给管路14上较压缩机16靠上游侧部分14a的BOG的压力低于减压阀的二次压时自动地补给VG。

又，主燃气发动机12以及副燃气发动机13中的一方或双方并非必须是往复式发动机，也可以是燃气涡轮发动机。本发明的燃气发动机也可以不是推进用的主燃气发动机，而是例如船内电源用的燃气发动机。

又，本发明亦可适用于不具有第一桥管路41和/或第二桥管路43的船舶。此外，本发明亦可适用于不具有副燃气发动机13以及用以向其供给VG的第二供给管路15的船舶。

符号说明：

1A、1B 船舶；

11 储罐；

12 主燃气发动机（燃气发动机）；

13 副燃气发动机；

14 第一供给管路（供给管路）；

15 第二供给管路；

16 压缩机；

2 返送管路；

21 返送阀；

22、24 热交换器；

5 控制装置；

51 第一压力计（压力计）；

52 第二压力计。

Claims (4)

1.一种船舶，其特征在于，具备：

燃气发动机；

积存液化天然气的储罐；

设置有压缩机的供给管路，所述供给管路将所述储罐内产生的蒸发气体作为燃料气体引导至所述燃气发动机；

设置有膨胀装置的返送管路，所述返送管路在较所述压缩机靠下游侧从所述供给管路分叉并连接至所述储罐；

能改变开度的返送阀，所述返送阀设置于所述返送管路上较所述膨胀装置靠上游侧部分；

热交换器，所述热交换器使流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体和热介质之间进行热交换；

压力计，所述压力计检测流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体的压力；以及

控制装置，所述控制装置以使所述压力计测得的蒸发气体的压力变为设定压力的形式控制所述返送阀。

2.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，

所述压力计为第一压力计；所述船舶还具备第二压力计，所述第二压力计检测流通于所述供给管路上较所述压缩机靠下游侧部分的蒸发气体的压力；

所述控制装置在所述第二压力计测得的蒸发气体的压力高于阈值时优先进行基于所述设定压力的控制使所述返送阀的开度增大。

3.根据权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，

所述热交换器使流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体和流通于所述供给管路上较所述压缩机靠上游侧部分的蒸发气体之间进行热交换。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶，其特征在于，

所述燃气发动机为主燃气发动机；所述供给管路为第一供给管路；

所述船舶具备发电用的副燃气发动机以及第二供给管路，所述第二供给管路将液化天然气从所述储罐内取出，并将该液化天然气气化而成的气化气体作为燃料气体引导至所述副燃气发动机；

所述热交换器使流通于所述返送管路上所述返送阀与所述膨胀装置之间的蒸发气体和流通于所述第二供给管路的液化天然气之间进行热交换。