用于压缩天然气器皿的天然气动力发电的制造方法

用于压缩天然气器皿的天然气动力发电的制造方法
【专利摘要】一种包括用于运输以及配送压缩天然气(CNG)的多个压力器皿(17)的船，所述CNG是在超过200巴的储存压力下进行运输的，所述船包括以CNG为动力的发电机(19)，所述发电机经连接以从所述多个压力器皿中的一或多者提取其燃料需求。
【专利说明】用于压缩天然气器皿的天然气动力发电机

【技术领域】
[0001] 本发明涉及天然气动力发电机以及携载此类发电机的船和船只。

【背景技术】
[0002] 来自船只和船（来自船只和船的发动机）的排放长期以来一直是法规的目标，但 尽管如此还是少有有效的法规来控制/消除那些排放。
[0003] 法规曾早在2001年提出并且已长期被海洋经济产业反对。尽管如此，我们仍然相 信法规将在不久的将来生效，其将显著减少来自船以及船舶，并且具体来说来自船尾驱动 和船内以及船舶的烃或硝基氧化物排放。
[0004] 此外，还将最有可能需要减少一氧化碳排放。
[0005] 可能将要求50%与70%之间的减排。
[0006] 由于海洋经济产业抵制这些改变，因此目前此类法规还未生效或未强制执行。尽 管如此，很可能此类法规即将实施，并且目前并没有可靠的方法可用于实现对船的这些减 排。出于此原因，出现了码头边处的船自身"岸电"到码头边的趋势，即将船连接到岸上的 电源。然而，此类岸电并不是理想的解决方案。因此，所希望的是，提供用于船或船只的替 代的装置以满足其在码头边处的电需求以及此外其在靠近码头边时可能的电需求。


【发明内容】

[0007] 根据本发明，提供了包括用于运输以及配送压缩天然气（CNG)的多个压力器皿的 船，CNG是在超过200巴的储存压力下进行运输的，所述船包括以CNG为动力的发电机，该 发电机经连接以从多个压力器皿中的一或多者提取其燃料需求。
[0008] 优选地，用以给发电机提供动力的CNG是残余CNG，所述残余CNG是从基本上已经 卸载了其运输量的压力器皿中提取的，因此残余CNG是在卸载之后保留在其中的CNG，残余 CNG处于低于100巴的压力下。
[0009] 优选地，CNG是经由连接到压力器皿的下端上的管道系统提取的。
[0010] 卸载程序可能已经刚好在接通发电机之前，即在最近的对接程序之后实施。在此 布置中，发电机随后仅在码头边处或者在返航过程中使用。可替代地，低压CNG可能已经保 持在来自先前航程的压力器皿中的指定一者中，由此残余CNG供应被指定用于在最近航程 过程中或在对接程序中运行发电机的目的。
[0011] 通过使用CNG作为发电机的燃料，而不是使用来自船的主发动机或来自消耗掉船 燃料供应的传统柴油发电机的传统动力输出装置，可以提供更有效且更清洁的燃料燃烧， 以CNG为动力的发电机比柴油发电机或柴油发动机具有更少有毒的或不合需要的排放。
[0012] 由于CNG的残余压力仍比较大，因此不需要燃料泵将CNG供应到发电机上，CNG将 自动馈给。
[0013] 由于CNG基本上是在室温下而不是在LNG所需的低温温度下储存在船上，因此不 需要（或仅需要最小量的）冷却或加热机构在发电机内使用燃料之前对燃料进行调节。
[0014] 环境空气可以被提供为用于发电机内的燃烧过程的氧气源。空气在进入到发电机 中时可以使用压缩机或涡轮/增压器进行加压。
[0015] 压缩机可以另外具有空气加热机构以用于在空气进入燃烧室之前增加空气的温 度。这可以简单地通过压缩机/涡轮/增压器的压缩来实现。可替代地，其可以经由单独 的加热器，例如热交换器来实现。
[0016] CNG以及压缩空气可以馈给到发电机内的燃烧室，所述燃烧室的排气通过涡轮机 /交流发电机驱动以提供电力输出。
[0017] 可以提供过滤器以用于在通过压缩机/涡轮/增压器压缩空气之前过滤空气。
[0018] 可以在压缩机之后提供用于空气的预加热器以用于在空气进入燃烧室之前加热 空气。
[0019] 可以通过利用退出涡轮机的气体（一次排气）的热量的热交换器馈给预加热器。 退出热交换器的二次排气随后将在更低温度下退出发电机。
[0020] 通过使用发电机而不是船的发动机产生电力，码头边处的船会产生更低排放。
[0021] 优选地，船包括用于驱动螺旋桨并有可能用于在海上提供电需求的传统的以柴油 为动力的发动机以及用于在码头边处或附近提供电需求的单独的以天然气为动力的发电 机两者。
[0022] 优选地，船的压力器皿在船上以阵列布置。
[0023] 优选地，压力器皿由复合材料形成，并且包括类型3或类型4压力器皿。
[0024] 优选地，CNG是船的主要货物，其它货物均不具有比CNG更大的储存体积需求。
[0025] 优选地，压力器皿为至少15m长且直径为至少2m。
[0026] 本发明还提供了在如上文所界定的船上提供电力的方法，其包括通过在发电机的 燃烧室内燃烧在船上储存的CNG来为船的发电机提供动力。
[0027] 优选地，退出燃烧室的经燃烧的气体驱动涡轮机/交流发电机以用于由此产生电 输出。
[0028] 优选地，涡轮机/交流发电机连接到用于在空气进入发电机时压缩空气的压缩机 上。

【专利附图】

【附图说明】
[0029] 现将参考附图进一步详细描述本发明的这些以及其它特征，其中：
[0030] 图1和图2是示出根据第一实施例的本发明的操作的流程图；
[0031] 图3和图4是本发明的第二实施例的流程图；以及
[0032] 图5到图7是上面（例如，在泵室中或者在电动甲板中）布置有本发明的船上的 压力器皿布置的示意图。

【具体实施方式】
[0033] 首先参照图1，示出了用于操作本发明的CNG发电机的布置。存在空气入口 1，其 向燃烧室3馈给空气。此外，还示出了用于容纳CNG的容纳系统5以向燃烧室3馈给CNG， 所述CNG通常是来自该容纳系统的在比标准运输压力低的压力（即，低于100巴的压力而 不是超过200巴的压力）下的残余气体。
[0034] 烧掉的气体，即经燃烧的气体7随后退出燃烧室以驱动燃气轮机9。随后膨胀气体 在排气口 11处退出系统。
[0035] 接下来参考图2,空气入口包括将清洁的空气引入到压缩机15上的空气过滤器 13。进入空气入口的环境空气通常将处于大气温度以及压力下，例如处于15°C以及1巴下。 所述环境空气进入到压缩机中，压缩机压缩气体并且将其加热到更高的温度。随后空气传 到燃烧室3。同时，来自容纳系统的CNG通过阀门布置从压力器皿17的底部馈给并且也进 入燃烧室3中。随后空气以及CNG燃烧，这允许燃烧室在高温以及高压下排出输出气体，输 出气体膨胀进入涡轮机中，产生功并且驱动压缩机15以及交流发电机19以用于产生电输 出。然后来自涡轮机的排气11是来自船的输出，并且由于燃料是CNG，因此所述输出将相 对清洁，其肯定比来自柴油发动机/柴油发电机的同等排气具有更少的不合需要的排放气 体。
[0036] 接下来参考图3和图4,类似的布置具备空气入口 1、燃烧室3、空气过滤器13、压 缩机15、涡轮机9、交流发电机19以及具有多个压力器皿17的容纳系统5。然而，排气11 并非从涡轮机直接退出到大气中，而是通过将排气馈给到用于对退出压缩机15的压缩空 气进行加热的热交换器21中来使用所述排气。因此，与CNG混合的空气处于比第一实施例 的温度更高的温度下，由此在燃烧室3中可以出现更清洁（更少一氧化碳）并且更有效的 燃烧。
[0037] 尽管用于发电机的上述布置在本质上通常相当简单，但是这是在船上（CNG运输 船）提供所述发电机来用于为在码头边处的船提供电需求，这使得本发明具有新颖性以及 创造性两者。由于船已经具有来自其发动机的发电能力，并且由于岸电可以在需要时更清 洁地提供电力，因此使用货物或甚至使用卸载之后的残余货物的想法并不是用于满足排放 法规控制要求的显而易见的解决方案。
[0038] 这通过以下事实来进一步示范：将待由船运输的货物用作用于此类动力产生的燃 料源是反直觉的。这是因为CNG在比常规上可通过发电机管理的压力更高的压力下储存， 由此在较低的压力下的残余CNG的使用提供了富有新颖性以及创造性的解决方案。
[0039] 还应考虑到，船可以包括用于将CNG从其源头运输到其配送或处理中心的多个 CNG压力器皿，S卩，肯定超过三个此类器皿，并且如图5到图7中所示，可能会多得多（此处 示出了 258个压力器皿），所有的器皿具有相当大的体积，例如，压力器皿通常将为至少15m 长并且具有至少2m的直径，并且它们潜在地可以长达30m或甚至长达60m (例如，如图所示 水平地布置而不是垂直地布置）并且潜在地具有6m或更大的直径。因此，将将这些压力器 皿视为用于发电机的合适燃料箱并非是显而易见的。
[0040] 示出的船具有超过150, 000平方米的CNG容纳体积，由此能够在超过200巴的压 力下容纳超过150, 000平方米的CNG。
[0041] 由于发电机将优选地以从"被清空的"压力器皿（即，其中大部分的可快速提取的 CNG已经被移除，因此刚好留下例如在20巴的压力下的残余CNG的压力器皿）提取的CNG 为动力，并且由于存在如此多的压力器皿，因此在航程（以及卸载）之后将压力器皿中的一 或多者分配成用于发电机的现用燃料箱成为一种选择。因而在此实例中，图示的256个压 力器皿中的一者可以闲置或者恰好用于供应CNG(卸载先前储存其中的CNG之后的残余气 体）的目的。
[0042] 由于卸载时间选择以及卸载能力的经济原因，卸载之后在压力器皿中保留有残余 CNG。（例如）用在船或火车或货车上的压力器皿运输的CNG不一定会完全卸载，即降到环 境压力。这是因为进行此项工作所需的时间或者运行泵以进行此项工作的成本（并且其后 重新压缩CNG到网络配送压力）使得此方法无论是在时间上还是在财务成本上都不经济。 因而，在卸载之后，CNG仍然可能以相当大的可用的量并且在超过环境压力的压力下保持在 压力器皿中，由此其可以自身朝向燃烧室推进。压力将远低于100巴，例如在10巴与30巴 之间的压力下。但是，压力将仍然足以将CNG作为燃料供应到燃烧室。
[0043] 用于运输压缩流体的压力器皿目前构成四种监管机构批准的类别或类型，所有这 些压力器皿都是圆柱形的，具有一个或两个圆顶端：
[0044] 类型I全部由金属构成，通常是铝或者钢。此类型的器皿很便宜但是相对于其它 类别的器皿非常重。整个器皿具有足够的强度来承受由所容纳的压缩流体施加在器皿上的 既定压力，并且因此不需要任何方式的强度增强外包裹物，包括本发明的干丝状外包裹物。 类型I压力器皿当前包括用于由海路运输压缩流体的大部分容器，它们在海上运输中的使 用招致非常紧张的经济约束。
[0045] 类型II由较薄的金属圆柱形中心部分以及标准厚度的金属圆顶端构成，使得仅 圆柱形部分需要被加固，当前使用复合外包裹物加固。复合包裹物通常由用聚合物基质浸 渍的玻璃丝或碳丝构成。所述复合物通常"环向包裹"在器皿的中部周围。在器皿的一端 或两端的圆顶具有足够的强度以承受在正常使用时在器皿中产生的压力，并且未由复合物 包裹。在类型II压力器皿中，所容纳的压缩流体的内部压力产生的应力的约50%由金属衬 里承载并且约50%由复合物承载。类型II器皿比类型I器皿更轻但是更昂贵。
[0046] 类型III由包括整个结构，S卩，圆柱形中心部分以及圆顶端的薄金属衬里构成。因 此，衬里当前使用在整个器皿周围的丝状复合包裹物加固。类型III器皿的应力几乎全部 转移到复合包裹物的丝状材料上；衬里只需要承受一小部分的应力。类型III器皿比类型 I或类型II器皿轻得多但是基本上更昂贵。
[0047] 类型IV由包括圆柱形中心部分以及圆顶端二者的聚合的、实质上气密的衬里构 成，其全部当前完全包裹着丝状复合物。复合包裹物提供了器皿的整体强度。类型IV器皿 是到目前为止四种批准的压力器皿类别中最轻的但是也是最昂贵的。
[0048] 如上所述，类型II、类型III和类型IV压力器皿当前需要覆于器皿衬里上的复合 外包裹物，以给它们提供必要的强度以承受由容纳在器皿中的压缩流体施加的既定压力。 然而，已知复合包裹物的聚合物基质极少或根本不增强外包裹物的强度。因此，本发明还可 以与新颖的缠绕布置一起使用，所述缠绕布置使用置于压力器皿衬里上的处于干燥状态并 且在压力器皿的使用寿命中实质上保持在干燥状态（即，在整个过程中未由于树脂浸渍粘 合）的干丝状材料。
[0049] "实质上"在干燥状态下是考虑到丝状材料在使用中、特别是用于压缩流体的海上 运输时可能会受环境湿度等影响变得潮湿。也就是说，既定置于器皿上的干丝状材料在器 皿投入使用时是干燥的并且将保持干燥。因此，在此背景下的实质上干燥并不排除其中丝 /纤维被水润湿的情况。
[0050] 用于本发明的压力器皿通常是类型3或类型4,或者是利用完全的复合包裹物以 及要么非结构性金属衬里要么是非金属衬里或者纯粹用于制造过程的衬里（即，可拆卸衬 里）的另一形式的压力器皿。
[0051] 本发明仅通过实例在上文中进行了描述。在随附的权利要求书的范围内可以对本 发明做出详细修改。
【权利要求】
1. 一种船，所述船包括用于运输以及配送压缩天然气（CNG)的多个压力器皿，所述CNG 是在超过200巴的储存压力下进行运输的，所述船包括以CNG为动力的发电机，所述发电机 经连接以从所述多个压力器皿中的一或多者提取其燃料需求。
2. 根据权利要求1所述的船，其特征在于，用以给所述发电机提供动力的所述CNG是残 余CNG，所述残余CNG是从基本上已经卸载了其运输量的压力器皿中提取的，因此所述残余 CNG是在所述卸载之后保留在其中的CNG，所述残余CNG处于低于100巴的压力下。
3. 根据权利要求2所述的船，所述CNG是经由连接到所述压力器皿的下端上的管道系 统提取的。
4. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，在所述压力器皿与所述 发电机之间不提供燃料泵。
5. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，所述压力器皿处 于-20°与+45°之间的温度下。
6. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，环境空气被提供为用于 所述发电机内的燃烧过程的氧气源，空气在进入到所述发电机中时使用压缩机或涡轮/增 压器进行加压。
7. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，环境空气被提供为用于 所述发电机内的燃烧过程的氧气源，所述发电机进一步具有空气加热机构以用于在空气进 入所述发电机的燃烧室之前增加所述空气的温度。
8. 根据权利要求7所述的船，其特征在于，所述空气加热机构是热交换器。
9. 根据权利要求8所述的船，其特征在于，热量交换以来自所述发电机的排气的热量 为动力而运转。
10. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其进一步包括用于驱动螺旋桨并且 用于在海上提供电力需求的单独的以柴油为动力的发动机。
11. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，所述压力器皿在所述船 上以阵列布置。
12. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，所述压力器皿是类型3 或类型4压力器皿。
13. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，CNG是所述船的主要货 物，其它货物均不具有比所述船上的所述CNG更大的储存体积需求。
14. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的船，其特征在于，所述压力器皿为至少 15m长且直径为至少2m。
15. -种在根据前述权利要求中任一权利要求所述的船上提供电力的方法，包括通过 在发电机的燃烧室内燃烧在所述船上储存的CNG来为所述船的所述发电机提供动力。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，退出所述燃烧室的经燃烧的气体驱动 润轮机/交流发电机以用于产生电输出。
17. 根据权利要求15或权利要求16所述的方法，其特征在于，所述涡轮机/交流发电 机连接到用于在空气进入所述发电机时压缩空气的压缩机上。
【文档编号】B63J99/00GK104093629SQ201180076333
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2011年12月5日 优先权日:2011年12月5日
【发明者】F·内蒂斯, L·莫塔, G·尼索, R·罗西 申请人:蓝波股份有限公司