專利名稱：使用熱電能單元和以液態(tài)形式存儲(chǔ)的天然氣的能量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供應(yīng)能量到包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)的熱電能單元的一般領(lǐng)域，更具體地涉及一種冷卻船上旋轉(zhuǎn)電機(jī)或產(chǎn)生電能系統(tǒng)的能量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知電推進(jìn)船、特別是甲烷油輪(methane tanker)使用以液態(tài)形式存儲(chǔ)的天然氣作為燃料。
在這種類型的船中，天然氣在大約一160℃的溫度在大氣壓下以液態(tài)形式傳輸。雖然存儲(chǔ)貨物的罐是熱絕緣的，但是由于透過絕緣體的熱量，部分貨物會(huì)以每天0.1％到0.3％的量持續(xù)蒸發(fā)。
然而在船行進(jìn)中，有利地使用相應(yīng)的天然氣蒸汽作為燃料為其提供部分推進(jìn)力，直到最近這種甲烷油輪采用水蒸氣推進(jìn)。供應(yīng)水蒸氣的鍋爐裝備有使用天然氣的燃燒器和使用重質(zhì)燃料的燃燒器。根據(jù)船所需的能量，以及貨物蒸發(fā)的天然氣蒸汽的量，除了天然氣蒸汽供應(yīng)的動(dòng)力之外，還可使用重質(zhì)燃料燃燒器供應(yīng)的動(dòng)力調(diào)節(jié)水蒸氣的產(chǎn)生量。
這種組合推進(jìn)系統(tǒng)還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即無論何時(shí)船所需的能量小于鍋爐供應(yīng)的動(dòng)力，多余的蒸汽可直接排放到冷凝器中，而不是船的推進(jìn)系統(tǒng)中(在等待階段或當(dāng)蒸發(fā)速度變慢時(shí)會(huì)發(fā)生)。
然而這種推進(jìn)系統(tǒng)存在許多缺點(diǎn)，具體如下比柴油推進(jìn)系統(tǒng)、燃?xì)鉁u輪、甚至重質(zhì)燃料柴油機(jī)的效率低；發(fā)動(dòng)機(jī)室較大，這對(duì)于預(yù)定尺寸船體來說減少了用于貨物的空間；以及推進(jìn)技術(shù)相對(duì)不常用，導(dǎo)致維修和隊(duì)員訓(xùn)練變得困難。
因此與使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)鉁u輪的技術(shù)相比，當(dāng)船的能量需求不能使蒸汽被吸收時(shí)，這種類型的推進(jìn)系統(tǒng)與用于蒸發(fā)或再液化貨物蒸發(fā)的天然氣蒸汽的裝置相連。發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪可使用天然氣或其他燃料油作為燃料來驅(qū)動(dòng)電能發(fā)電機(jī)，以依次為一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)馬達(dá)供應(yīng)能量。
當(dāng)可使用的天然氣蒸汽不足以提供船所需的熱能時(shí)，不使用燃料油供應(yīng)的附加能量，而使用直接從罐中泵出的處于液態(tài)、然后蒸發(fā)的液化天然氣。
天然氣蒸汽和液化天然氣以低溫(大約分別為-130℃和-160℃)和低壓狀態(tài)從罐中輸出，以至于不能直接被船的推進(jìn)系統(tǒng)使用。因此在使用之前需要提高它們的溫度使其接近室溫，并壓縮它們到幾巴的壓力。
圖5示意地表示了現(xiàn)有技術(shù)中甲烷油輪的電推進(jìn)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)包括第一管路119，其用于輸送罐103釋放的天然氣蒸汽101b。天然氣蒸汽101b被直接輸送到一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)117，然后輸送到加熱的熱交換器115a，這樣使蒸汽的溫度和壓力滿足船推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)107的要求。
為了提供滿足船需求的附加能量，該系統(tǒng)包括用于輸送液化天然氣101a的第二管路121，該第二管路包括浸在一個(gè)或多個(gè)液化天然氣罐101a中的一個(gè)或多個(gè)泵123和另一個(gè)加熱的熱交換器115b，用于提高液化氣105a的溫度和壓力以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)107的需求。
熱交換器115a和115b通過熱源201(水蒸氣或電能)獲得熱量，從而加熱天然氣蒸汽101b和液化天然氣101a。
該船的推進(jìn)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)電馬達(dá)109b，其通過動(dòng)力電子儀器(power electronics)109c供電并直接驅(qū)動(dòng)或通過連接器、或減速齒輪箱145間接驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器147。
另外，馬達(dá)109b、交流發(fā)電機(jī)109a、和動(dòng)力電子儀器109c都通過冷卻系統(tǒng)203b、203a和203c利用空氣或水冷卻。
然而，這種電推進(jìn)系統(tǒng)的能量效率不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的就是提高包括熱電能單元并使用液體形式存儲(chǔ)的天然氣的能量系統(tǒng)的效率。
另一個(gè)目的就是減小系統(tǒng)的整體尺寸，同時(shí)提高可靠性和安全性。
其他目的是便于維修和減少成本。
這些目的通過一種使用以液體形式存儲(chǔ)在至少一個(gè)存儲(chǔ)液化天然氣罐中的天然氣作為燃料的能量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括進(jìn)給裝置，進(jìn)給裝置具有用于加熱液化天然氣和/或天然氣蒸汽的加熱裝置，并使用包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)的熱電能單元，該系統(tǒng)還包括與冷卻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的冷卻裝置相連的第一熱交換器系統(tǒng)，和與加熱裝置相連的第二熱交換器系統(tǒng)，第一熱交換器系統(tǒng)與第二熱交換器系統(tǒng)相連，以使熱從冷卻裝置傳遞到加熱裝置。
因此，通過適于罐釋放的天然氣蒸汽和從所述罐輸出的液化天然氣的部分散熱片(heat sink)來降低電推進(jìn)馬達(dá)以及其它電子部件的工作溫度，可以顯著地提高效率，減小成本和體積。
另外，本發(fā)明通過使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)部件的熱損失來再氣化或加熱天然氣，可以顯著地提高系統(tǒng)的能量預(yù)算。
有利地，第一和第二熱交換器系統(tǒng)的每一個(gè)都包括多個(gè)熱交換器。
第一熱交換器系統(tǒng)和第二熱交換器系統(tǒng)之間的連接由至少一個(gè)包含兩相制冷劑的熱傳遞管路構(gòu)成。
優(yōu)選地，第一熱交換器系統(tǒng)是蒸發(fā)器系統(tǒng)，第二熱交換器系統(tǒng)是冷凝器系統(tǒng)，這樣制冷劑在第一熱交換器系統(tǒng)中為氣態(tài)，在第二熱交換器系統(tǒng)中為液態(tài)，從而使制冷劑僅在重力的作用下在所述至少一個(gè)熱傳遞管路中流動(dòng)。
制冷劑包括從氬、氮或可被液化天然氣蒸汽冷凝的其他任何液體中選出的液體，該液體可以是純凈物或是混合物。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，所述至少一個(gè)熱傳遞管路包括至少一個(gè)流速調(diào)節(jié)元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述至少一個(gè)熱傳遞管路包括至少一個(gè)與輔助熱源相連的附加熱交換器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述進(jìn)給裝置包括用于輸送所述至少一個(gè)液化天然氣罐輸出的天然氣蒸汽的第一管路，所述第一管路包括至少一個(gè)壓縮機(jī)和至少一個(gè)第一加熱的熱交換器，該第一加熱的熱交換器與第二熱交換器系統(tǒng)相連。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該進(jìn)給裝置還包括用于輸送液化天然氣的第二管路，該第二管路包括至少一個(gè)浸在所述至少一個(gè)液化天然氣罐中的泵和至少一個(gè)第二加熱的熱交換器，該第二加熱的熱交換器與第二熱交換器系統(tǒng)相連。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述冷卻裝置包括空氣調(diào)節(jié)單元。
本發(fā)明還適用于包括具有上述特性能量系統(tǒng)的船，其中天然氣作為熱電能單元的燃料以推進(jìn)船。
有利地，進(jìn)給裝置安裝在船甲板的貨物區(qū)域，并相對(duì)于船的上部結(jié)構(gòu)保持預(yù)定安全距離，熱電能單元安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室。
特別的，船是運(yùn)輸液化天然氣并用其作為燃料的甲烷油輪。
本發(fā)明還提供一種電能產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有上述特性的能量系統(tǒng)，其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括用于產(chǎn)生電能的交流發(fā)電機(jī)。
特別的，本發(fā)明可應(yīng)用于再氣化液化天然氣的終端設(shè)備，其中在再氣化液化天然氣的過程中可使用的散熱片用于冷卻電能發(fā)電機(jī)，或?yàn)榻K端設(shè)備提供電能的交流發(fā)電機(jī)。


通過下面非限制性的說明以及參考附圖可以看出本發(fā)明方法和裝置的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是利用以液態(tài)形式存儲(chǔ)的天然氣的能量系統(tǒng)的示意圖，其包括根據(jù)本發(fā)明的與冷卻裝置相連的第一熱交換器和與加熱裝置相連的第二熱交換器；
圖2表示圖1的變形實(shí)例，其中第一熱交換器系統(tǒng)布置在比第二熱交換器低的高度；圖3是為氣體管道供應(yīng)氣體的再氣化終端設(shè)備的示意圖，其包括本發(fā)明的能量系統(tǒng)；圖4是包括圖2所示熱交換器系統(tǒng)的電推動(dòng)甲烷油輪船的示意圖；以及圖5是現(xiàn)有船上能量系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是使用以液態(tài)形式存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)罐3中(圖中只示出了一個(gè))的天然氣1a、1b的能量系統(tǒng)以及熱電能單元5的示意圖，熱電能單元包括發(fā)動(dòng)機(jī)7和旋轉(zhuǎn)電機(jī)9。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)9可包括由動(dòng)力電子儀器9c供應(yīng)動(dòng)力的交流發(fā)電機(jī)9a和電馬達(dá)9b。
這些旋轉(zhuǎn)電機(jī)9都通過冷卻裝置11冷卻，冷卻裝置11按傳統(tǒng)方式包括裝備有熱交換器11a和11b的管路。因此冷卻裝置11可確保交流發(fā)電機(jī)9a、電馬達(dá)9b和動(dòng)力電子儀器9c正常工作。
另外，該能量系統(tǒng)包括輸送和處理液化天然氣1a和/或天然氣蒸汽1b的進(jìn)給裝置13，以供應(yīng)到熱電能單元5的發(fā)動(dòng)機(jī)7中(參見圖1)，或供應(yīng)到氣體管道中(參見圖3)。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，進(jìn)給裝置13具有加熱裝置15，加熱裝置15具有用于加熱液化天然氣1a和/或天然氣蒸汽1b到接近室溫的一個(gè)或多個(gè)熱交換器15a、15b，以及壓縮天然氣蒸汽1b的一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)17。
因此，進(jìn)給裝置13包括第一管路19，其用于輸送存儲(chǔ)液化天然氣1a的罐3所釋放的天然氣蒸汽1b。該第一管路19包括至少一個(gè)壓縮機(jī)17和第一加熱的熱交換器15a。
此外，為了提供滿足熱電能單元5需求的附加能量，進(jìn)給裝置13可包括輸送液化天然氣1a的第二管路21。該第二管路21包括至少一個(gè)泵23和第二加熱的熱交換器15b，該泵23浸在存儲(chǔ)液化天然氣1a的罐3中。
另外，根據(jù)本發(fā)明，該能量系統(tǒng)包括第一熱交換器25和第二熱交換器系統(tǒng)27，第一熱交換器25與用于冷卻旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的裝置11相連，第二熱交換器系統(tǒng)27與加熱供應(yīng)到熱電能單元5的液化天然氣1a和/或天然氣蒸汽1b的裝置15相連。
第一熱交換器系統(tǒng)25可包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器25a。類似地，第二熱交換器27可包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器27a?？梢钥闯鰹榱撕?jiǎn)化，圖中只示出了第一和第二熱交換器系統(tǒng)25、27的一個(gè)熱交換器25a、27a。
第一熱交換器系統(tǒng)25與第二熱交換器系統(tǒng)27相連，以允許熱量(在圖中用箭頭表示)可從冷卻裝置11傳遞到加熱裝置15。因此，使用適于罐3釋放的天然氣蒸汽1b和從所述罐3中輸出的液化天然氣1a的部分散熱片來降低旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的工作溫度，或更有效地冷卻所述電機(jī)。
第一熱交換器系統(tǒng)25和第二熱交換器系統(tǒng)27之間的連接通過管29a、29b實(shí)現(xiàn)，管29a、29b構(gòu)成至少一個(gè)輸送冷卻流體的熱傳遞管路29。
熱傳遞管路29形成一個(gè)使熱傳遞到冷的天然氣蒸汽1b和液化天然氣1a的回路，其中天然氣蒸汽1b通過第一管路19供應(yīng)到第一加熱的熱交換器15a中，液化天然氣1a從罐3通過第二管路21經(jīng)過第二加熱的熱交換器15b。
這個(gè)熱傳遞回路或管路29包含冷卻流體，其成分可根據(jù)所需的熱性能優(yōu)化，特別是根據(jù)第一和第二熱交換器系統(tǒng)25和27的工作溫度優(yōu)化。
圖2是與圖1不同的能量系統(tǒng)的示意圖，其主要不同是第一熱交換器系統(tǒng)25所處高度低于第二熱交換器系統(tǒng)27所處的高度。由于第一系統(tǒng)25比第二系統(tǒng)27的溫度高，流過第一熱交換器系統(tǒng)25的冷卻流體和流過第二熱交換器27的液體的密度不同，所以這里為冷卻流體設(shè)置了重力泵。
有利地，冷卻流體是兩相流體，例如氬、氮、或可被液化天然氣蒸汽(例如碳?xì)浠衔?冷凝的其他任何制冷劑，其為純凈物或混合物。冷卻流體在第一和第二熱交換器25、27中的一個(gè)或另一個(gè)中的相變使熱傳遞管路29的性能得到改進(jìn)，并減少了構(gòu)成該管路的元件的尺寸和成本。
特別地，第一熱交換器系統(tǒng)25可以是蒸發(fā)器系統(tǒng)，第二熱交換器系統(tǒng)27可以是制冷劑的冷凝器系統(tǒng)。因此，制冷劑在第一熱交換器系統(tǒng)25中為氣態(tài)，在第二熱交換器系統(tǒng)27中為液態(tài)，可以只在重力的作用下進(jìn)一步改善其繞著熱傳遞管路29的流動(dòng)。
可以看出熱傳遞管路29可選擇地包括用于制冷劑的一個(gè)或多個(gè)流速調(diào)節(jié)元件31(在圖中用虛線只示出了一個(gè))，以使第一熱交換器系統(tǒng)25的熱交換能量滿足旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的需求。
另外，熱傳遞管路29可選擇地包括至少一個(gè)與輔助熱源35(圖中用虛線示出)相連的附加熱交換器33(圖中用虛線示出)，該熱源例如由水管路(water circuit)、電加熱器、或水蒸氣源構(gòu)成。
在熱傳遞管路29中包括附加的熱交換器33用于蒸發(fā)和加熱流經(jīng)第一和第二加熱的熱交換器15a和15b的天然氣蒸汽1b和液化天然氣，即使當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器系統(tǒng)25從用于冷卻旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的冷卻裝置11中收集的熱不足以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的時(shí)。
此外，冷卻裝置11可包括空氣調(diào)節(jié)單元37。為了改進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)9溫度調(diào)節(jié)的靈活性，那些電機(jī)不需要直接使用通過第一熱交換器系統(tǒng)25起作用的散熱片，而是通過空氣調(diào)節(jié)單元37。
因此，這種能量系統(tǒng)可應(yīng)用于產(chǎn)生電能的系統(tǒng)，特別是使用液化天然氣1a或天然氣蒸汽1b提供能量的海上(off-shore)燃?xì)饨K端設(shè)備。在這種條件下，旋轉(zhuǎn)電機(jī)9主要由產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)9a構(gòu)成。
圖3示意地表示了包括本發(fā)明能量系統(tǒng)的再氣化終端設(shè)備，其使用以液態(tài)形式存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)罐3中的天然氣1a，罐3用于為氣體管路30供應(yīng)天然氣?？梢钥闯?，在該圖中與圖1和圖2中相同的元件使用相同的標(biāo)記。
根據(jù)供應(yīng)管路30高壓氣體的需求，存儲(chǔ)在罐3中的液化氣1a通過浸在這個(gè)罐3中的泵23被傳輸?shù)礁邏罕?4，泵24將液化氣1a傳輸?shù)郊訜嵫b置15(在這種情況下相當(dāng)于再氣化裝置)，以確保氣體在近似室溫的溫度被傳輸?shù)焦苈?0之前再氣化。
根據(jù)本發(fā)明以相同的方式，第一熱交換器系統(tǒng)25與第二熱交換器系統(tǒng)27相連，以使熱能夠從冷卻裝置11傳遞到加熱裝置15。
因此，用于再氣化存儲(chǔ)在罐3中液態(tài)天然氣1a的加熱裝置15提供的散熱片用于通過第一和第二熱交換器25和27冷卻旋轉(zhuǎn)電機(jī)9。
需要指出的是，終端設(shè)備的熱電能單元5的發(fā)動(dòng)機(jī)7可選擇地通過管路獲得存儲(chǔ)在罐3中的液化天然氣1a和/或天然氣蒸汽1b，為了簡(jiǎn)化在圖中未示出該管路。
該能量系統(tǒng)還可應(yīng)用于使用以液態(tài)形式存儲(chǔ)的天然氣作為燃料的船。特別的，該系統(tǒng)可應(yīng)用于運(yùn)輸液化天然氣的甲烷油輪。
圖4是使用以液態(tài)形式存儲(chǔ)的天然氣作為燃料的電推動(dòng)甲烷油輪的示意圖。
該甲烷油輪包括圖2所示的能量系統(tǒng)，且為了簡(jiǎn)化只有少量元件在圖中示出。然而這種能量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要考慮在甲烷油輪船上安裝的限制性。
為了安全起見，構(gòu)成能量系統(tǒng)的各個(gè)裝備位于船上兩個(gè)不同位置。
氣體進(jìn)給設(shè)備13安裝在船的貨物區(qū)域41。相反，推進(jìn)船的熱電能單元5安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室區(qū)域43。
因此，在貨物區(qū)域41設(shè)置許多用于控制貨物并在船推進(jìn)系統(tǒng)中使用該貨物作為燃料的輔助設(shè)備，特別是用于控制罐3中壓力的輔助設(shè)備，用于加熱由第一管路19輸出的天然氣蒸汽1b的輔助設(shè)備，用于在加熱裝置15中加熱并在壓縮機(jī)17中壓縮蒸汽的輔助設(shè)備，以及用于通過加熱裝置15蒸發(fā)和加熱由第二管路21輸出的液化天然氣1a以作為附加燃料的輔助設(shè)備。
此外，發(fā)動(dòng)機(jī)室區(qū)域43包括發(fā)動(dòng)機(jī)7、交流發(fā)電機(jī)9a、動(dòng)力電子儀器9c、和直接驅(qū)動(dòng)或通過連接器、或減速齒輪箱45驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器47的電推動(dòng)馬達(dá)9a。
為了安全，要求貨物區(qū)域41(是危險(xiǎn)的)位于船的甲板上，并與船的上部結(jié)構(gòu)49保持預(yù)定的安全距離，還要求發(fā)動(dòng)機(jī)室43中設(shè)備的危險(xiǎn)部件數(shù)量最少，這是因?yàn)椴糠职l(fā)動(dòng)機(jī)室位于水線的下方很難通風(fēng)。
因此在甲烷油輪中，貨物區(qū)域41和位于發(fā)動(dòng)機(jī)室43內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)9之間的熱傳遞管路29需要穿過較大的水平距離和高度距離。例如，貨物區(qū)域41和位于船上部結(jié)構(gòu)49下方的發(fā)動(dòng)機(jī)室43之間的水平距離大約為100米(m)，貨物區(qū)域41和發(fā)動(dòng)機(jī)室43之間的高度距離大約為30m。
結(jié)果，熱傳遞管路29的管29a和29b的熱損失變大。這樣可以在熱傳遞管路29中調(diào)節(jié)安裝泵49(在圖中用虛線示出)，以減少管路中的熱損失。
然而，利用冷管29a和熱管29b之間的流體密度差，貨物區(qū)域41和發(fā)動(dòng)機(jī)室43之間的高度距離可用于使制冷劑僅僅在重力的作用下循環(huán)流動(dòng)，這在制冷劑使第二熱交換器系統(tǒng)27作為冷凝器、第一熱交換器系統(tǒng)25作為蒸發(fā)器時(shí)特別有效。冷管29a充滿液體，而熱管29b充滿氣體。
例如，如果選擇制冷劑為壓力大約為2MPa的氬，可以理解氬在那個(gè)壓力下的液化溫度為-140℃。
在第二熱交換器系統(tǒng)27中，氬通過與流經(jīng)加熱的熱交換器15a的溫度大約為-30℃的冷天然氣蒸汽1b接觸被冷卻，然后通過與流經(jīng)第二加熱的熱交換器15b的溫度為-160℃的液化天然氣1a接觸而被液化。
在這種條件下，在冷管29a底部的液柱的液靜壓大約為0.3MPa。例如，當(dāng)在第一熱交換器系統(tǒng)25出口處的氬的溫度大約為0℃以及熱管29b充滿氣體時(shí)，相應(yīng)的液靜壓大約為0.03MPa。熱傳遞管路29兩個(gè)分支之間的壓力差可用于抑止熱管路29中的熱損失，而不需要使用泵49，從而增加了可靠性，減少了能量系統(tǒng)的成本。
氬的流量大約為3千克每秒(kg/s)可使熱以大約600千瓦(KW)的速率在發(fā)動(dòng)機(jī)室43和貨物區(qū)域41之間傳遞，當(dāng)管29a和29b各自直徑為20厘米(cm)和5cm時(shí)，可通過熱管29b和冷管29a之間的液靜壓差抑止熱損失。
因此，即使這些管(特別是冷管29b)需要套上厚度為幾厘米的絕緣泡沫，將其安裝在船上貨物區(qū)域41和發(fā)動(dòng)機(jī)室43之間也不會(huì)產(chǎn)生任何附加問題。
在熱傳遞管路29在正常工作時(shí)的平均壓力大約為2MPa時(shí)，當(dāng)船沒有氣體以及整個(gè)管路29的溫度接近室溫時(shí)，管路29的尺寸必須適應(yīng)較高壓力(大約5MPa)。
另一個(gè)解決方案是在熱傳遞管路29(例如在貨物區(qū)域41)中設(shè)置緩沖罐51(在圖中用虛線示出)，從而限制這種類型的壓力增加。為了減小其尺寸，緩沖罐51可選擇地被設(shè)置外套并保持溫度小于室溫，或通過供應(yīng)液化天然氣1a的熱交換器和蒸發(fā)器53保持低溫，從而使氬以液態(tài)形式存儲(chǔ)。
冷卻流體的選擇不限于氬，也可使用其他流體，或流體的混合物，以提高熱傳遞管路29的熱傳遞能力，或減少其工作壓力。
除了應(yīng)用于甲烷油輪，本發(fā)明通?？蓱?yīng)用于任何使用以液態(tài)形式存儲(chǔ)的天然氣作為燃料的船。特別的，可以看出在這種條件下，即液化天然氣的燃料罐與甲烷油輪的罐相比非常小，限制了泄漏到液化天然氣中的熱，大部分所需的燃料都處于液態(tài)形式。為了以相同的動(dòng)力推進(jìn)，大量使用可用的散熱片，通常為兩到三倍多，從而使旋轉(zhuǎn)電機(jī)可在更低的溫度下工作。在這種條件下，不需要使用在罐中作為散熱片的蒸發(fā)器，從而可選擇省略用于輸送氣體的第一管路。
因此，本發(fā)明的能量系統(tǒng)在應(yīng)用于產(chǎn)生電能的系統(tǒng)或船上時(shí)，在加熱天然氣蒸汽1b和/或液體天然氣1a與冷卻旋轉(zhuǎn)電機(jī)9之間的使用熱量方面提供最優(yōu)方案。
天然氣蒸汽1b和/或液化天然氣1a提供的散熱片與一冷卻介質(zhì)相應(yīng)，該冷卻介質(zhì)比傳統(tǒng)的用于具有分別關(guān)閉或打開冷卻管路的發(fā)動(dòng)機(jī)的水或空氣更冷。
因此，通過朝低溫移動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的工作點(diǎn)(operating point)，通過焦耳效應(yīng)可產(chǎn)生較少的損失。結(jié)果增加了這種發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)7的能量損耗減少，并減少污染顆粒的釋放量。
還可以繼續(xù)使用工作溫度按傳統(tǒng)等級(jí)(BV、DNV、ABS、等)限定的旋轉(zhuǎn)電機(jī)9，但是冷卻效率更高。在這種條件下，旋轉(zhuǎn)電機(jī)9每單位重量的動(dòng)力增加，從而結(jié)構(gòu)更緊湊。
權(quán)利要求
1.一種使用以液體形式存儲(chǔ)在至少一個(gè)存儲(chǔ)液化天然氣罐(3)中的天然氣作為燃料的能量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括進(jìn)給裝置(13)，所述進(jìn)給裝置具有用于加熱液化天然氣(1a)和/或天然氣蒸汽(1b)的加熱裝置(15)，并使用包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)的熱電能單元(5)，其特征在于該系統(tǒng)包括與用于冷卻旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)的冷卻裝置(11)相連的第一熱交換器系統(tǒng)(25)，以及與所述加熱裝置(15)相連的第二熱交換器系統(tǒng)(27)，第一熱交換器系統(tǒng)(25)與第二熱交換器(27)相連，以使熱從所述冷卻裝置(11)傳遞到所述加熱裝置(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二熱交換器系統(tǒng)(25，27)的每一個(gè)都包括多個(gè)熱交換器(25a，27a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征在于所述第一熱交換器系統(tǒng)(25)和所述第二熱交換器系統(tǒng)(27)之間的連接由至少一個(gè)包含兩相制冷劑的熱傳遞管路(29)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于所述第一熱交換器系統(tǒng)(25)是蒸發(fā)器系統(tǒng)，所述第二熱交換器系統(tǒng)(27)是冷凝器系統(tǒng)，使制冷劑在所述第一熱交換器系統(tǒng)(25)中為氣態(tài)，在所述第二熱交換器系統(tǒng)(27)中為液態(tài)，從而使制冷劑僅在重力的作用下在所述至少一個(gè)熱傳遞管路(29)中循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的系統(tǒng)，其特征在于制冷劑包括從氬、氮或可被液化天然氣蒸汽冷凝的其他任何液體中選出的流體，該流體可以是純凈物或是混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)熱傳遞管路(29)包括至少一個(gè)流速調(diào)節(jié)元件(31)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)熱傳遞管路(29)包括至少一個(gè)附加熱交換器(33)，所述附加熱交換器(33)與一輔助熱源(35)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)給裝置(13)包括第一管路(19)，所述第一管路(19)用于輸送由所述至少一個(gè)液化天然氣(1a)的罐(3)輸出的天然氣蒸汽(1b)，所述第一管路(19)包括至少一個(gè)壓縮機(jī)(17)和至少一個(gè)與所述第二熱交換器系統(tǒng)(27)相連的第一加熱的熱交換器(15a)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于該進(jìn)給裝置(13)還包括用于輸送液化天然氣的第二管路(21)，該第二管路包括至少一個(gè)浸在所述至少一個(gè)液化天然氣(1a)的罐(3)中的泵(23)以及至少一個(gè)與所述第二熱交換器系統(tǒng)(27)相連的第二加熱的熱交換器(15b)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于所述冷卻裝置(11)包括空氣調(diào)節(jié)單元(37)。
11.一種船，包括根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一所述的能量系統(tǒng)，其特征在于天然氣(1a，1b)作為熱電能單元(5)的燃料以推進(jìn)船。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的船，其特征在于所述進(jìn)給裝置(13)被安裝在船甲板的貨物區(qū)域(41)，并相對(duì)于船的上部結(jié)構(gòu)(49)保持預(yù)定安全距離，并且所述熱電能單元(5)被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室(43)內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的船，其特征在于所述船是運(yùn)輸液化天然氣(1a)并用其作為燃料的甲烷油輪。
14.一種電能產(chǎn)生系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一所述的能量系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)包括用于產(chǎn)生電能的交流發(fā)電機(jī)(9a)。
15.一種再氣化液化天然氣以供應(yīng)氣體到氣體管路(30)的終端設(shè)備，其特征在于該終端設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求14的電能產(chǎn)生系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用以液體形式存儲(chǔ)在至少一個(gè)存儲(chǔ)液化天然氣罐(3)中的天然氣作為燃料的能量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括進(jìn)給裝置(13)，所述進(jìn)給裝置具有用于加熱液化天然氣(1a)和/或天然氣蒸汽(1b)的加熱裝置(15)，并使用包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)的熱電能單元(5)，該系統(tǒng)還包括與用于冷卻旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)的冷卻裝置(11)相連的第一熱交換器系統(tǒng)(25)，以及與所述加熱裝置(15)相連的第二熱交換器系統(tǒng)(27)，第一熱交換器系統(tǒng)(25)與第二熱交換器(27)相連，以使熱從所述冷卻裝置(11)傳遞到所述加熱裝置(15)。
文檔編號(hào)F17C13/00GK1766403SQ20051011618
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者達(dá)米安·費(fèi)熱, 利昂內(nèi)爾·朱利昂, 阿卜杜拉·米爾扎安·德庫爾迪 申請(qǐng)人:斯奈克瑪公司, 阿爾斯通動(dòng)力轉(zhuǎn)換有限公司