CN113574308A - 海上船舶中的燃料箱装置和从液态氢燃料箱装置中释放氢气的方法 - Google Patents

海上船舶中的燃料箱装置和从液态氢燃料箱装置中释放氢气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海上船舶的燃料箱装置，该箱装置(12)包括液态氢燃料箱(20)、被布置成与液态氢燃料箱(20)连通的箱连接空间(30)，箱连接空间(30)设有具有下端和上端以及内部的通风杆(40)，通风杆(40)的内部形成用于从箱连接空间(30)排放气体的通风出口线(62)，紧急释压阀(34)经由安全阀线(36)联接到燃料箱(20)的气体空间(38)，其中设在通风杆(40)中的第一氢气出口线(92)与通风出口线(64)分开，第一氢气出口线(92)从通风杆(40)的下端延伸到通风杆(40)的上端，并且被布置成与紧急释压阀(34)流体连通。

Description

海上船舶中的燃料箱装置和从液态氢燃料箱装置中释放氢气 的方法
技术领域
本发明涉及一种在海上船舶中用于储存液态氢的燃料箱装置和一种从液态氢燃料箱装置中释放氢气的方法。更具体地，本发明涉及这样一种液态氢燃料箱装置：所述箱包括至少两个壳体、位于至少两个壳体之间的隔热体以及布置在该液态氢燃料箱的一端或一侧的箱连接空间。
背景技术
近年来，已经进行了将LH2(液态氢)用作海上、陆上和空中应用的燃料的长期研究，其中LH2被用在内燃机、燃料电池或火箭发动机中。
用于液态氢的燃料箱装置包括与用于液化天然气(LNG)的箱装置相同的基本元件，即燃料箱本身和箱连接空间。箱连接空间通常是由耐低温材料构成的气密外壳，并且包含所有箱连接件、配件、法兰和箱阀。换言之，它容纳了填充或加注燃料箱以及在燃料被用于最终用途(即在液化天然气的情况下是被用于内燃机)之前处理或加工燃料所需的设备。箱连接空间还包括用于使箱连接空间的内部惰化的装置和经由通风杆与外部气氛或露天的连接。箱连接空间(TCS)通常无法接近，除非是要检查氧气气体充足且不存在爆炸性气氛，否则人员不得进入。
然而，由于各种原因，用于储存和处理液态氢的燃料箱和箱连接空间两者都需要特别注意。首先，氢气的储存和处理通常意味着火灾和爆炸的高风险，一方面是由于混合物的广泛范围提供了爆炸性气氛，并且另一方面是氢气典型的低点火能量。其次，氢气的检测相对慢。
为了解决上述两个问题，考虑到安全系统的可靠性和能源消耗，在使用氢气作为燃料的船上获得必要安全性的最现实的解决方案是惰性箱连接空间，在该惰性箱连接空间中还监测了氧气浓度和/或氮气浓度。换言之，众所周知的事实是，如果氢气浓度和氧气浓度都高于某些临界水平，则存在氢气爆炸的风险。因此，如果箱连接空间中的氧气浓度保持在其临界水平以下，或氮气浓度保持得如此之高以致氢气浓度和氧气浓度不能同时超过它们的临界水平，则不存在氢气爆炸的风险。为了使箱连接空间惰化，氮气易于获得，并且可以在任何地方或多或少地加注。
然而，作为需要特别注意的附加特征，氢气的分子大小使得氢气易于从加压管道系统泄漏。由于氢气有泄漏的倾向，液态氢燃料箱本身是一个双层箱，在箱壳之间设有隔热体。术语“隔热体”覆盖此处，从而在壳之间提供具有例如珍珠岩隔热或真空或两者组合的腔。此外，为了能够在箱连接空间中维持安全气氛，有必要不断地从管道系统所在的空间中去除氢气，或者另选地，应使周围气氛保持在高于管道系统的压力水平。
液态氢系统中的另一个问题是必须被去除到外部气氛中的氢气气体的温度。当液态氢气箱的紧急释压阀打开时，这种问题就在眼前。低于50K的温度对处理气体的设备提出了特定要求。
因此，本发明的一个目的是设计一种用于海上船舶的液态氢燃料箱装置，该液态氢燃料箱装置解决了上述问题中的至少一个问题。
本发明的另一个目的是设计一种用于海上船舶的液态氢燃料箱装置，其中，每当箱连接空间关闭时，箱装置的箱连接空间可以被连续净化。
本发明的又一个目的是设计一种用于海上船舶的液态氢燃料箱装置，其中，可以通过测量箱连接空间中的氢气/氧气/氮气水平来控制箱连接空间的净化。
本发明的另一个目的是设计这样一种液态氢燃料箱装置，即该液态氢燃料箱装置的箱连接空间设有用于通风出口的通风杆，该通风杆设有用于考虑氢气气体温度的装置。
本发明的又一目的是设计这样一种液态氢燃料箱装置，即，杆设有通过在杆处(并且特别是在杆的出口或上端处)布置惰性气氛以防止氢气气体点燃的装置。
发明内容
本发明的至少一个目的基本上通过一种在海上船舶中用于储存液态氢的燃料箱装置来满足，该燃料箱装置包括具有气体空间的液态氢燃料箱、被布置成与液态氢燃料箱连通的箱连接空间，该箱连接空间设有：用于向燃料箱填充液态氢的连接件；用于从燃料箱中取出液态氢的连接件；用于蒸发液态氢的蒸发器；用于将所蒸发的氢气作为燃料馈送到氢气消耗动力单元的连接件；通风入口线；具有下端和上端以及内部的通风杆，通风杆的内部形成用于从箱连接空间排放气体的通风出口线；经由安全阀线被联接在燃料箱的气体空间与通风杆之间的紧急释压阀；到用于使箱连接空间惰化的惰性气体源的连接件，其中，被设在通风杆中的第一氢气出口线与通风出口线分开，第一氢气出口线从通风杆的下端延伸至通风杆的上端，并且被布置成与紧急释压阀流体连通。
本发明的至少一个目的基本上还通过一种从前述权利要求中任一项的液态氢燃料箱装置中释放冷的气态氢的方法来满足，当紧急释压阀打开并允许第一条氢气出口线中的氢气泄放时，该方法包括以下步骤：
a)打开至少一个通风出口阀，
b)打开从高容量氮气系统到箱连接空间的流体连通，
c)允许氮气沿着通风出口线流动到通风杆的上端，
d)将氢气从第一氢气出口线排放到围绕第一氢气出口线的上端的氮气气氛中。
本发明的其他特征在所附的从属权利要求中变得显而易见。
本发明的燃料箱装置提供以下优点中的至少一些：
·用氮气连续净化箱连接空间，从而
·避免氢气着火或爆炸的风险，
·将处理氢气气体的设备的机械应力最小化，
·在打开氢气燃料箱的紧急释压阀之后，来自通风杆的氢气排放在氮气气氛中安全进行。
附图说明
下面，将参考所附的示例性示意图更详细地描述本发明，其中：
图1示意性地例示了海上船舶的侧视图，在该海上船舶的甲板上具有本发明的液态氢燃料箱；
图2示意性地例示了根据本发明的第一优选实施方式的液态氢燃料箱的纵向横截面；以及
图3示意性地例示了根据本发明的优选实施方式的通风杆的放大横截面。
具体实施方式
图1以非常简化的方式并且示意性地示出了海上船舶10，该海上船舶10具有设置在其甲板上的根据本发明的第一优选实施方式的液态氢燃料箱装置12。自然地，液态氢燃料箱也可以位于甲板下方。该图还示出了内燃机14(燃料电池或从液态氢燃料箱装置12接收燃料的使用氢气的任何其他能量转换设备，更广泛地说是动力单元)，以及联接到燃料电池/内燃机/动力单元和螺旋桨18两者的驱动装置16。然而，应当注意，推进系统自然可以是任何已知类型。驱动装置在此可以包括机械齿轮或发电机-电驱动组合。
图2更详细但仍以示意性和简化方式例示了液态氢燃料箱装置12的纵向横截面。燃料箱装置由液态氢燃料箱20和箱连接空间30组成。作为示例，燃料箱20由内壳22、外壳24和内壳22与外壳24之间的腔26形成，腔26设有真空或减小的压力和/或填充有例如多层隔热或珍珠岩隔热。在燃料箱20的一端布置有所谓的箱连接空间30。自然地，箱连接空间也可以位于液态氢燃料箱的一侧，并且不一定是作为箱壳的延伸部，而可以是距箱壳一定距离，即作为单独的室处于液态氢燃料箱的一侧或一端或甚至在箱的上方。箱连接空间30通常是单壳结构32，但也可以使用双壳结构。
箱连接空间30通常容纳至少一个紧急释压阀34，在液态氢气箱20中的压力超过预定值的情况下，该紧急释压阀34打开从液态氢燃料箱20的顶部或气体空间38沿通风杆40至外部气氛或露天的沿安全阀线36的通风连接。即使箱中的压力低于预定值，也有可能是释压阀本身发生故障并开始泄漏。箱连接空间30还容纳用于填充或加注燃料箱20的连接件，此处示出为线42，首先将线42从箱连接空间30外引导到箱连接空间内，并在那里经由线44分支到箱20的底部并经由线46分支到燃料箱20中的喷雾器28。仅具有使用喷雾器的顶部填充也是一种另选方案。喷雾器28位于液态氢燃料箱20的气体空间38中。箱连接空间30还容纳用于为动力单元(即内燃机或燃料电池)提供其所需燃料的装置(示作线48)和用于将液体燃料蒸发成气态以经由燃料阀单元(未示出)馈送到内燃机或燃料电池(更广泛地说是动力单元)的蒸发器50。此外，箱连接空间容纳增压单元52，该增压单元52用于蒸发气态蒸发氢气，并将该气态蒸发氢气沿线54馈送至液态氢燃料箱20的气体空间，以便将箱20中的压力维持在其期望范围内。增压单元52可以用引导至蒸发器50的线48中的泵代替。除了上述设备之外，箱连接空间30还包括标准通风设备，该标准通风设备包括空气或通风入口线56和通风出口线64，该空气或通风入口线56具有至少一个风扇或鼓风机58、至少一个防火阀60、至少一个空气供应截止阀62，该通风出口线64具有至少一个通风出口阀66，通风出口线64从箱连接空间30的内部沿通风杆40引导到大气。对于风扇，应当理解，风扇也可以是从气体连接空间抽吸气体的抽气风扇。在这种情况下，风扇和关闭阀与通风出口阀66平行布置。此外，有时仅具有一个防火阀或一个空气供应截止阀就足够了，即，可能根本不需要两个阀。然而，在任何情况下，必须至少有一个防火阀或一个空气供应截止阀，以用于在每当需要时关闭通风入口线56。实际上，通风杆40的开通内部形成通风出口线64。当在杆出口处净化氮气以用于防火时、当在箱连接空间30的惰化期间释放压力时、以及当通风风扇58运行时，通风出口阀66被设计成是打开的。
实际上，根据现有技术的LNG-燃料箱，所有以上讨论的燃料箱的部件和设备是已知的。然而，如前所述，液态氢的使用对燃料箱20、箱连接空间30以及与其有关的通风设备(尤其是通风杆40)提出了进一步的要求。简言之，爆炸的倾向性、必然导致氢气在一定程度上泄漏的小分子大小、以及泄漏的氢气气体的低温需要对燃料箱装置以及与燃料箱装置有关地布置的设备进行重大改进。
以特定方式定位和构造一些已知设备(如通风入口线56和通风出口线64)以考虑气态氢的特性，即，气态氢的轻重量(lightness)和温度。换言之，通风入口线56被向下引到或延伸到箱连接空间30的底部，使得通风气体(在此本发明中优选但非必须地是比氢气气体重的空气或氮气)被引入到箱连接空间的底部，以将箱连接空间底部的氢气部件泄漏的任何氢气气体冲洗到箱连接空间的上部。冲洗的工作原理如下：泄漏氢气是有浮力的，并将会开始在箱连接空间内上升。如果在箱连接空间的顶部处添加通风空气，它将与氢气混合、稀释氢气并使氢气分布在箱连接空间的容积内。在这种情况下，将需要更多时间来排出氢气，而且由于氢气会被稀释，因此检测氢气也更加困难。当在底部添加空气/氮气时，它将有助于氢气气体在箱连接空间内向上流动，并且通过该流动更有效地排出氢气。出于同样的原因，通风出口线64被布置成在最上部(即在箱连接空间30的顶部)具有其入口开口68，使得在实践中，所有氢气都可以从箱连接空间30中排放出或被迫排出。入口开口68也可以被认作是通风杆40的下端。
为确保液态氢燃料箱装置12的安全性而采取的第一种措施是将多重(redundant)氮气系统连接到箱连接空间30。氮气系统70包括在初始惰化处理期间使用的一个高容量系统70’以便替代氧气气氛，以及在正常操作期间使用的一个低容量系统70”以维持超压并允许少量的气氛交换，后者根据预期的泄漏速率确定尺寸。高容量系统包括第一氮气源72，经由阀74或阀76将氮气从第一氮气源72引入箱连接空间30，以将箱连接空间30中的氧气水平降低到安全浓度水平。低容量系统包括第二氮气源78，在正常操作期间，从第二氮气源78经由阀80或阀82以与箱连接空间30中氢气的预期泄漏速率相同或更高的速率(例如，125％)供应和泄放氮气。该预期泄漏速率被定义为箱连接空间30内所有配件和连接件的所有可能的可检测泄漏速率的总和。然而，在实际情况下，实际泄漏速率将小于预期泄漏速率。因此，通过花一些时间找出实际泄漏速率，有可能节省大量氮气。实际泄漏速率是通过关闭氮气供应并监测箱连接空间中的氢气水平如何随时间变化来确定的。然而，出于安全原因，净化系统的最大设计容量应该是上面讨论的那样。从上面和从图2可以明显看出，氮气可以从两个源直接引入箱连接空间30(阀74和阀80)或经由通风入口线56(阀76和阀82)引入箱的底部。自然地，如果需要，可以将氮气从一个源或两个源直接引入箱连接空间30并经由通风入口线56引入箱连接空间30的底部。并且最后，应该理解，第一氮气源和第二氮气源实际上可以是单个氮气储存容器，经由适当的阀将氮气从所述单个氮气储存容器中取出到高容量系统和低容量系统。如果需要多重，另一种选择是提供两个氮气储存容器，经由适当的阀将氮气从所述两个氮气储存容器中取出到高容量系统和低容量系统。
箱连接空间30中的氮气压力和“氢气净化”流动可以通过至少一根氮气供应线上的流动控制阀来确保，或者通过通风线出口处的压力控制(使用自调节阀或压力变送器及由此致动的阀)来确保。
为了检查、修理和维护的目的，箱连接空间具有机械通风系统，该系统具有基于上述预期泄漏速率而将氢气浓度保持在期望水平并在人员必须到箱连接空间30时确保该空间中有充足氧气气氛的容量。当人员为了检查、修理或维护的目的而必须进入箱连接空间30时，开始情况通常是箱连接空间30以足以使氢气水平保持足够低的速率从低容量系统接收氮气。为确保箱连接空间30中有足够的氧气气氛，通过至少一个空气供应风扇58将空气从大气吸入到通风入口线56中，并引入通过至少一个防火阀60和至少一个空气供应截止阀62到箱连接空间30。在箱连接空间30中，通风入口线56向下引导或延伸到箱连接空间30的底部，以确保在箱连接空间30中的向上空气流动。由于氢气很轻，这将确保在箱连接空间30中泄漏的所有氢气将跟随空气流到达箱连接空间30的上部。通风出口线64的入口开口68位于箱连接空间30内的最高点处(即箱连接空间30的顶部)，并且沿通风杆40且经由至少一个关闭阀84和压力/真空阀86引至露天。通常，惰性气体从箱连接空间流动通过关闭阀84和压力/真空阀86到露天。阀66仅在高容量惰化或空气通风时打开。压力/真空阀86的另一个特性是防止空气进入通风杆40和箱连接空间30中。
在人员已经完成他们的维护或修理工作之后，必须降低箱连接空间30中的氧气水平以防止在氢气水平开始增加的情况下发生爆炸的风险，即，箱连接空间30必须被惰化。如果检测到氢气水平由于某种原因升高到安全值以上，则必须在升高氧气浓度以维护箱连接空间之前进行相同种类的惰化。因此，当箱连接空间30需要被惰化时，停止至少一个通风入口风扇58，并且激活高容量氮气系统，即，通过惰化阀74和/或惰化阀76打开第一氮气源72。然后，关闭至少一个通风入口关闭阀62和至少一个通风出口阀66，直到箱连接空间30内的压力达到箱连接空间的设计压力。接着打开阀(62和66)直到箱连接空间30中的压力被释放。然后阀62和阀66再次关闭，直到再次达到箱连接空间30的设计压力。接着再次打开阀62和阀66以释放压力，如此类推。重复该过程，直到在箱连接空间30中达到所期望的氮气浓度。基于箱连接空间30的容积和箱连接空间可以被加载的压力来计算所需循环数。
当在箱连接空间30中达到所期望的氮气浓度时，关闭至少一个防火阀60、至少一个通风入口截止阀62、至少一个通风出口阀66以及惰化阀74和惰化阀76，并且通向至少一个压力/真空阀86的至少一个关闭阀84与低容量氮气系统70”的氮气净化供应阀80和/或82一起打开。关闭阀84可以一直保持打开，除非压力/真空阀86需要被修理或去除。压力/真空阀86具有两个功能，即一方面，当通风出口线64中存在一定真空时，阀86由此允许环境空气进入出口线64中，或者另一方面，当通风出口线64中存在一定的过压时，阀86打开，由此允许出口线中的压力被释放在露天中。单个压力/真空阀86可以被定位在单个单元中的两个阀替代，其中一个阀在压力下打开而另一个在真空下打开。至少一个压力/真空阀86以及氮气净化阀80和氮气净化阀82将匹配在一起以确保在箱连接空间30中维持一定的过压，其中氮气交换流动的尺寸基于上述氢气的预期泄漏速率而定。优选的解决方案是净化阀组件(即净化阀80和/或净化阀82以及至少一个压力/真空阀86)确保恒定供应速率。如果存在控制氮气供应的自动操作，则检测器/发射器110也将是组件的一部分。由此，至少一个压力/真空阀86会确保箱连接空间30中的恒定过压。
由于在处理与燃料箱装置有关的液态氢中涉及的特定要求，该特定要求主要与待处理的氢气量有关，并且其次与氢气在其各个处理阶段中的温度有关，通风杆40需要被设计成考虑到这些特定情况。基本上有两种不同类型的氢气需要被排放到露天。第一种氢气类型是冷或低温(液态)氢气，该冷或低温(液态)氢气可以从以下项接收：例如，经由紧急释压阀34从箱20、从用于填充箱20的线42、44和46、从将液态氢引导至蒸发器50的线88、从将蒸发的氢气自增压单元52引导至燃料箱20的线54、或从液态氢气箱20的壳22与壳24之间的腔26中引导氢气的线90。有时也需要将冷氢气从蒸发器50排放到第一氢气出口线92。所有这些流都可以组合到第一氢气出口线92，尽管一个或更多个流可以经由单独的线进入大气。换言之，在第一种氢气类型中，它是一个“无限”量的氢气的问题，而第二种氢气类型涉及到有限量的氢气，即各种有限的泄漏、泄放、设备净化等。因此，第二种氢气类型实际上是可以在蒸发器50之后从线94或从自动力单元返回到第二氢气出口线98的线96收集的较热的气态氢。从箱连接空间30中的管、配件和设备泄漏到箱连接空间30中并因此不能作为纯氢气来收集的氢气也属于第二种类型的氢气，即体积流较小(即第一种氢气类型的一小部分)的氢气。优选将两种类型的氢气取出到通风杆中的单独排放线的原因是，来自大量氢气的通风口甚至不会意外地流入旨在处理少量氢气的线。如果没有这种安全特征，例如，经由紧急释压阀从箱中泄漏的氢气可能沿相反方向沿着例如为了维护而通向箱连接空间内部的线流动。但是，如果在系统设计中考虑到上述风险和问题，则可以将两种类型的氢气连接到单个排放线。由于少量泄漏的氢气与存在于箱连接空间中的氮气混合，因此来自箱连接空间30的通风或泄漏流具有接近环境的温度，而经由安全阀排放出的氢气温度接近20K。因此，通风杆40包括外管100和两条出口线，即用于冷或低温氢气的第一氢气出口线92和用于温氢气的第二氢气出口线98，这两条出口线在外管100内延伸，即，从通风出口线64分开来。因此，第一氢气出口线92和第二氢气出口线98被通风出口线64围绕并且自然地也被外管100围绕。外管100的内部形成通风出口线64，通风出口线64负责将被泄漏到箱连接空间30中的氢气以及被引入到箱连接空间30中的氮气通风到露天。然而，外管100及其中的两条线92和98是由能够在大约20K的非常低的温度下使用的材料设计的。在使用中，从箱20排放出氢气的第一氢气出口线92的温度接近20K，而第二氢气出口线98和外管100的温度显著变暖。此外，不仅要特别注意第一氢气出口线92，还要特别注意通风杆的整体设计，尤其是在通风杆40穿透甲板和舱壁的位置处。第一氢气出口线92和外管100两者都必须是针对低温而设计，由此第一氢气出口线92可以在甲板与舱壁穿透之间的位置处支承到外管100。以这种方式，防止了来自箱紧急释压阀34的放气对甲板穿透的热冲击。
为了进一步防止这种热冲击，在出口线92离开箱连接空间30之前，在安全阀线36或第一氢气出口线92的外表面上设置温度传感器102。温度传感器的另一个位置也可以在线90与出口线92的连接部的下游的出口线92上，因为线90中的流将是冷的并且可能是显著的。另选地，可以在安全阀线36(如图2所示)上有一个温度传感器并且在线90上有一个温度传感器。然后可以检测冷流的来源。当来自传感器102的温度信息被记录时，温度值是安全阀线中流动的氢气量的良好指示，即温度值越低，流越高。如果经由箱紧急释压阀34有大量氢气释放，则因此该氢气将被检测到，因为温度值会低于预定值，由此，在环境温度下开始通过氮气供应阀74、76、80和/或82向箱连接空间30馈送氮气可以启动。因此，建立了这种沿着通风出口线64的氮气流，这进一步减少了来自第一氢气出口线92的冷冲击，即，通风出口线64中的“暖”氮气流加热了第一氢气出口线92，并且有效地防止了外管100的冷却。当箱连接空间30中的氮气供应开始时，打开用于释放通风流的截止阀66。
关于通风杆40(尤其参见图3)和其中的各种流动路径，应当理解，第一氢气出口线92和第二氢气出口线98两者自始至终都从箱连接空间30内延伸至露天(在通风杆40的顶部的上端102处)。然而，通风出口线64(即实际上通风杆40的外管100)设有封闭板104，封闭板104防止沿着通风出口线64直接到通风杆40的上端102的通风出口流。封闭板104将通风出口线64分成下部64’和上部64”。第一氢气出口线92和第二氢气出口线98两者穿透封闭板104而对线中的流没有任何阻碍。至少一个支管106被设在封闭板104下方到达外管100，使得通风出口流可以从通风出口线64的下部64’沿着至少一个支管106前进。所述至少一个支管106中设有连接件108和通风截止阀66，连接件108和通风截止阀66用于提供返回外管100和返回封闭板104上方的通风出口线64的上部64”的流动路径。所述至少一个支管106还设有关闭阀84和压力/真空阀86。
来自至少一个紧急压力安全释放阀34的第一氢气出口线92必须通向露天以到达符合实际规则并且使当局和阶层满意的位置。该线92还用于从管段中的泄放阀和液态氢管道中别处的其他安全阀排出氢气。来自箱20和用于液态氢的其他管道的释放流是冷且密实的，而来自氢气气体管道的释放将更具浮力。在某些场景下，通过安全阀线36从箱安全阀34释放高流量。这种释放流是冷的。由于在安全阀线36的外表面上或在箱连接空间30内的第一氢气出口线92的外表面上有温度传感器102，因此，(通过温度与箱20中的压力的组合)检测到这种场景。例如，这种场景包括箱20着火或箱20的壳22与壳24之间的环形空间26中的真空损失。由于点燃氢气气体所需的能量低，因此必须预期在这些情况下，在存在氧气的出口处，仅仅由于摩擦，就很容易在通风杆40的出口或上端102处或在第一氢气出口线92的出口或上端102处点燃氢气。
根据本发明的另一优选实施方式，来自箱连接空间30的通风流沿着通风出口线64布置，该通风出口线64在第一氢气出口线92的上端围绕第一氢气出口线92。根据本发明的第一变型，当箱20中的压力超过预定值时，紧急释压阀34打开并允许气态氢排放到第一氢气出口线92中。紧急释压阀34的开口打开了经由氮气供应阀74和76中的至少一者从高容量氮气系统70’到箱连接空间30的流体连通，并且还打开通风出口阀66，从而允许通风出口线64的内容物在第一氢气出口线92的出口周围流出。通过这样做，从第一氢气出口线92的出口周围去除氧气，氢气的排放发生在氮气气氛中，并且可以防止、抑制或扑灭预期的火灾。一个附加特征是在出口线92中的杆处释放的氢气将具有更高的温度，并因此比没有氮气供应的情况下更具浮力。这将影响氢气云的形成方式，并由此降低氢气向下和横向扩散的风险。氢气也将会以氢气/氮气混合物的形式离开杆，并且氧气需要一段时间才能接触到氢气，并且那时氢气和氧气远离船上可能的点火源。
根据本发明的稍微更复杂的变型，当检测到箱压力在安全阀34的设定范围内(即，箱20中的压力超过预定值)并且安全阀线36或第一氢气出口线92中的温度低于预定值时，经由氮气供应阀74和76中的至少一者打开从高容量氮气系统70’到箱连接空间30的流体连通，并且还打开通风出口阀66，从而允许通风出口线64的内容物在第一氢气出口线92的出口周围流出。通过这样做，从第一氢气出口线92的出口周围去除氧气，氢气的排放发生在氮气气氛中，并且可以防止、抑制或扑灭预期的火灾。
除了到目前为止所讨论的内容之外，还可以联接氮气源，以净化用于将气态氢从箱连接空间30取出至动力单元(即内燃机或燃料电池)的出口装置和/或将液态氢带到箱连接空间30内以加注燃料箱20的入口装置。出口装置和入口装置两者均设有围绕实际氢气线的外管，由此可使用氮气冲洗氢气线与外管之间的腔或维持腔中的压力高于线42和线48内的氢气压力。
在上面的描述中，氢气、氧气和氮气的浓度已经多次提到。尽管本发明可以在没有任何检测器系统的情况下进行管理，但是箱连接空间30优选地但不是必须地设有氮气传感器、氧气传感器和氢气传感器中的至少一种。它们示例性地由参考标记110表示。因此，实时监测三个浓度中的一个或更多个使净化或惰化操作的控制更容易和更经济，因为例如氮气的使用可以减少，并且惰化所需的时间也可以减少。
虽然在此通过与目前被认为是本发明最优选实施方式有关的示例的方式描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，但旨在涵盖其特征的各种组合或修改，以及包括在本发明范围内的若干其他应用，如所附权利要求中所限定的。应当理解，箱装置包括为了清楚起见未在图中示出的若干特征，例如，每个箱装置中存在的涉及燃料处理的所有此类设备都已经被省略了，因为本发明与燃料处理无关，但是涉及与使箱连接空间惰化有关的特征。结合以上任何实施方式提及的细节可以结合任何其他实施方式使用，只要这种组合在技术上可行。

Claims (24)

1.一种在海上船舶中用于储存液态氢的燃料箱装置，所述燃料箱装置包括：
a)液态氢燃料箱(20)，所述液态氢燃料箱(20)具有气体空间(38)，
b)箱连接空间(30)，所述箱连接空间(30)被布置成与所述液态氢燃料箱(20)连通，
c)所述箱连接空间(30)设有：
·用于向所述燃料箱(20)填充液态氢的连接件(42，44，46)，
·用于从所述燃料箱(20)中取出液态氢的连接件(88)，
·用于蒸发所述液态氢的蒸发器(50)，
·用于将所蒸发的氢气作为燃料馈送到氢气消耗动力单元的连接件(94，48)，
·通风入口线(56)，
·通风杆(40)，所述通风杆(40)具有下端和上端(102)以及内部，所述通风杆(40)的所述内部形成用于从所述箱连接空间(30)排放气体的通风出口线(64)，
·紧急释压阀(34)，所述紧急释压阀(34)经由安全阀线(36)被联接在所述燃料箱(20)的所述气体空间(38)与所述通风杆(40)之间，
·到用于使所述箱连接空间(30)惰化的惰性气体源(72；78)的连接件(74，76；80，82)，
其特征在于被设在所述通风杆(40)中的第一氢气出口线(92)，所述第一氢气出口线(92)与所述通风出口线(64)分开，所述第一氢气出口线(92)从所述通风杆(40)的所述下端延伸到所述通风杆(40)的所述上端(104)，并且被布置成与所述紧急释压阀(34)流体连通。
2.根据权利要求1所述的燃料箱装置，其特征在于，所述第一氢气出口线(92)被所述通风出口线(64)围绕。
3.根据权利要求1或2所述的燃料箱装置，其特征在于，所述第一氢气出口线(92)被布置成与将液态氢引入所述燃料箱(20)的线(44，46)中的至少一者流体连通，所述线(88)从所述燃料箱(20)中取出液态氢，并且所述线(94)输送气态氢。
4.根据权利要求1、2或3所述的燃料箱装置，其特征在于，所述箱连接空间(30)还设有增压单元(52)，利用将蒸发的氢气引导至所述液态氢燃料箱(20)中的线(54)将所述增压单元(52)连接到所述燃料箱(20)的所述气体空间(38)，所述线(54)被布置成与所述第一氢气出口线(92)流体连通。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于被设在所述通风杆(40)中的第二氢气出口线(98)，所述第二氢气出口线(98)与所述通风出口线(64)和所述第一氢气出口线(92)分开，所述第二氢气出口线(98)从所述通风杆(40)的所述下端延伸至所述通风杆(40)的所述上端(102)，并且被布置成与输送气态氢的至少一个线(94)流体连通。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，所述通风杆(40)设有封闭板(104)，所述封闭板(104)将所述通风杆(40)中的所述通风出口线(64)划分成下部(64’)和上部(64”)。
7.根据权利要求6所述的燃料箱装置，其特征在于，所述通风杆(40)设有支管(106)，所述支管(106)形成从所述通风出口线(64)在所述封闭板(104)下方的所述下部(64’)经由通风截止阀(64)到所述通风出口线(64)的所述上部(64”)的流体连接。
8.根据权利要求6所述的燃料箱装置，其特征在于，所述支管(106)设有关闭阀(84)和压力/真空阀(86)，两个阀(84，86)串联布置并提供从所述支管(106)和所述通风出口线(64)的所述下部(64’)到露天的流体连接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，温度传感器(102)被设在所述第一氢气出口线(92)上或所述安全阀线(36)上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，所述箱连接空间(30)具有顶部和底部，所述通风入口线(56)延伸至所述箱连接空间(30)的所述底部，并且所述通风出口线(64)在所述箱连接空间(30)的顶部处在所述通风杆(40)的下端处具有入口开口(68)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，所述通风入口线(56)连接到所述惰性气体源(74；78)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，所述惰性气体源(72；78)属于氮气系统(70)，所述氮气系统(70)包括高容量氮气系统(70’)和低容量氮气系统(70”)。
13.根据权利要求12所述的燃料箱装置，其特征在于，所述高容量氮气系统(70’)包括被布置成经由阀(74，76)与所述通风入口线(56)和所述箱连接空间(30)流体连通的氮气源(72)。
14.根据权利要求12所述的燃料箱装置，其特征在于，所述低容量氮气系统(70”)包括被布置成经由阀(80，82)与所述通风入口线(56)和所述箱连接空间(30)流体连通的氮气源(78)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，所述燃料箱(20)由两个壳(22，24)以及所述两个壳(22，24)之间的腔形成，所述第一氢气出口线(92)被布置成与从所述燃料箱(20)的所述壳之间的所述腔(26)收集氢气的所述线(90)流体连通。
16.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，所述第一氢气出口线(92)被布置成经由所述紧急释压阀(34)与从所述燃料箱(20)的所述气体空间(38)收集氢气的所述安全阀线(36)流体连通。
17.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，所述动力单元是内燃机、燃料电池和使用氢气的任何其他能量转换设备中的一种。
18.根据权利要求17所述的燃料箱装置，其特征在于，所述第二氢气出口线(98)被布置成与从动力单元返回的线(96)流体连通。
19.根据前述权利要求中任一项所述的燃料箱装置，其特征在于，用于所述液态氢的所述入口线(42)和用于所述气态氢的所述出口线(48)被用于穿过所述箱连接空间(30)的壁(32)的外管围绕，所述线(42，48)与所述外管之间的所述腔被氮气冲洗或被维持在比所述线(42，48)内的氢气压力更高的压力中。
20.一种从根据前述权利要求中任一项所述的液态氢燃料箱装置(12)释放氢气的方法，当所述紧急释压阀打开并允许所述第一氢气出口线(92)中的氢气泄放时，所述方法包括以下步骤：
a)打开所述至少一个通风出口阀(66)，
b)打开从所述高容量氮气系统(70’)到所述箱连接空间(30)的流体连通，
c)允许所述氮气沿所述通风出口线(64)流动到所述通风杆(40)的所述上端(102)，
d)将氢气从所述第一氢气出口线(92)排放到围绕所述第一氢气出口线(92)的所述上端的氮气气氛中。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，同时执行步骤a)、步骤b)和步骤c)。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在步骤a)之前，记录来自所述温度传感器(102)的温度信息，并且在所述温度低于预定值的情况下，执行步骤a)到步骤d)。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，打开经由阀(74，76)中的至少一者到所述通风入口线(56)和所述箱连接空间(30)中的至少一者的流体连通。
24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，从以下项中的至少一者接收所述第一氢气出口线(92)中的氢气泄放：来自所述箱(20)的所述紧急释压阀(34)、用于填充所述箱(20)的线(42，44，46)、将液态氢引导至所述蒸发器(50)的线(88)、将来自所述增压单元(52)的蒸发的氢气引导至所述燃料箱(20)的线(54)、以及从所述液态氢气箱(20)的所述壳(22，24)之间的所述腔(26)引导氢气的线(90)。
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