一个或多个实施例涉及一种用于液化天然气运载器的燃料供应设备。
背景技术：
在安装于液化天然气(lng)运载器中的液货舱(储存液化天然气)中，由于外部热源而产生的自然蒸发气(nbog)增加了液货舱的内部压力，并且为了将内部压力维持在特定水平，需要消除nbog。为了将nbog用作用于运载器的操作的发动机的燃料，需要以发动机所需的压力加压nbog，并使用轻型压缩机(ldc)作为加压器。
随着液货舱的设计技术的发展，nbog的产生逐渐减少，并且由于nbog的量与发动机所需的燃料气体量相比较少，所以通过使用强制汽化器产生强制汽化蒸发气(fbog)来补偿nbog的不足。为了产生fbog，通过使用泵将lng从液货舱供应到强制汽化器。
在满载(laden)航行(完全装满lng的运载器从产区运行到目的地)中，nbog处于相对低的温度(-90摄氏度或更低)，并且在压载(ballast)航行(在目的地卸载lng并在使用lng运载器的操作所需的最小量的lng进行加载时对lng运载器进行操作)中，nbog处于相对高的温度(-40摄氏度或更高)。
因此，ldc被设计为同样在高温(例如，压载航行中的-40摄氏度)产生发动机所需的供应压力。针对高温条件设计的ldc在低温(例如，满载航行中的-90摄氏度)操作时具有较低效率，并且压缩机消耗更多功率。
例如，图2是示出针对高温条件设计的压缩机的性能特性的曲线图。当处于相对高的温度(t1＝零下40度)的蒸发气被供应时，压缩机在区域a中以高效率操作，然而，如果相对低的温度(t2＝零下90度)的蒸发气被供应，则运载器在区域b中以低效率运行，增加压缩机的操作所需的功耗。
如果nbog不仅在满载航行期间而且在压载航行期间可保持在低温(-90摄氏度)，则压缩机可针对较低的温度条件来设计，因此压缩机可在没有效率降低的操作点操作，从而使动力功率的消耗最小化。
kr10-2007-0042420公开通过使用lng作为冷却剂来冷却nbog的技术。详细地讲，通过使用包括在液货舱中的泵将lng供应到冷却器，并且在热交换期间汽化lng的部分，使得汽化的lng(下面称为“汽化气”)和未汽化的lng二者一起被返回到液货舱，并且通过喷头被喷入液货舱，从而冷却液货舱中的nbog。
虽然本技术设计为冷却nbog，但是由于在液货舱中产生的nbog被用作发动机燃料，所以根据本技术将额外的蒸发气供应到液货舱，因此传送到压缩机的蒸发气的流量增加，与保持液货舱的恒定内部压力的初始目的相反，因此，不仅需要先前存在的nbog而且需要通过使用压缩机对额外的汽化气进行压缩，结果，压缩机的功耗增加。
技术实现要素：
一个或多个实施例包括能够冷却流入压缩机的自然蒸发气(nbog)并降低压缩机的功耗的液化天然气(lng)运载器的燃料供应设备。
另外的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分将通过本描述而清楚，或者可通过本实施例的实践而获知。
根据一个或多个实施例，一种液化天然气运载器的燃料供应设备包括：气体储蓄器，被配置为存储液化天然气和自然蒸发气；强制汽化器，连接到气体储蓄器，并且被配置为使从安装在气体储蓄器中的泵传输的液化天然气汽化并将汽化的液化天然气传送到发动机；第一冷却器，连接到气体储蓄器，并且被配置为实施汽化的液化天然气与从气体储蓄器流出的自然蒸发气之间的热交换，以冷却自然蒸发气；第一回流路径，连接第一冷却器和强制汽化器，并且被配置为将在第一冷却器中与自然蒸发气经历热交换的液化天然气从第一冷却器传输到强制汽化器；压缩机，被配置为对从第一冷却器传送的自然蒸发气进行压缩并将压缩的自然蒸发器传送到发动机。
所述燃料供应设备还可包括：第一阀，安装在气体储蓄器与强制汽化器之间，并且被配置为调节从气体储蓄器向强制汽化器传输的液化天然气的流量；第二阀，安装在气体储蓄器与第一冷却器之间，并且被配置为调节从气体储蓄器向第一冷却器传输的液化天然气的流量。
所述燃料供应设备还可包括：温度传感器，被配置为感测从气体储蓄器流到第一冷却器的自然蒸发气的温度。
所述燃料供应设备还可包括：输入单元，被配置为预先设置从气体储蓄器流到第一冷却器的自然蒸发气的参考温度。
如果从气体储蓄器流到第一冷却器的自然蒸发气的温度低于参考温度，则第二阀可被关闭。
如果从气体储蓄器流到第一冷却器的自然蒸发气的温度高于参考温度，则第二阀可被打开。
如果从气体储蓄器流到第一冷却器的自然蒸发气的温度高于参考温度，则可通过调节第一阀和第二阀打开的程度来控制从气体储蓄器传输到第一冷却器和强制汽化器的液化天然气的流量。
所述燃料供应设备还可包括：除雾器，安装在强制汽化器与发动机之间，并且被配置为消除被汽化并从强制汽化器传输到发动机的液化天然气中的雾。
所述燃料供应设备还可包括：第二回流路径，连接除雾器和气体蒸发器，并且被配置为将雾从除雾器返回到气体蒸发器。
所述燃料供应设备还可包括：气体焚烧器，安装在压缩机和强制汽化器的下游，以焚烧从压缩机传送到发动机的压缩的自然蒸发气和被汽化并从强制汽化器传送到发动机的液化天然气的混合气体的部分，其中，混合气体的部分超过发动机所需的流量。
所述燃料供应设备还可包括：第三阀，安装在发动机的上游，并且被配置为调节流到发动机的混合气体的流量；第四阀，安装在气体焚烧器的上游，并且被配置为调节流入气体焚烧器的混合气体的流量。
所述燃料供应设备还可包括：气体排放器，连接到气体储蓄器，并且被配置为将自然蒸发气从气体储蓄器排出。
所述燃料供应设备还可包括：第五阀，安装在气体储蓄器与气体排放器之间，并且被配置为调节流入气体排放器的自然蒸发气的流量。
所述燃料供应设备还可包括：第二冷却器，安装在压缩机与发动机之间，并且被配置为冷却在经过压缩机之后具有较高温度的自然蒸发气。
压缩机可以以多级对已经通过第一冷却器的自然蒸发气进行压缩。
可包括多个压缩机，可使用所述多个压缩机对已经通过第一冷却器的自然蒸发气进行压缩。
除了上述细节之外，从以下附图、权利要求和具体实施方式，其他方面、特征和优点将是清楚的。
附图说明
通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚和更容易理解，其中：
图1是根据本公开的实施例的液化天然气(lng)运载器的燃料供应设备的示意概念图；
图2是示出针对高温条件设计的压缩机的性能特性的曲线图；
图3是示出针对低温条件设计的压缩机的性能特性的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的元件。在这方面，本实施例可具有不同形式并且不应被解释为限于在此阐述的描述。因此，以下仅通过参考附图来描述实施例以解释本描述的各个方面。
由于本发明可具有各种修改和几个实施例，所以示例性实施例在附图中示出并且将被详细描述。将参照下面与附图一起详细描述的实施例来指定实现本发明的优点、特征和方法。然而，实施例可具有不同形式并且不应被解释为限于在此阐述的示例实施例。
将理解，虽然术语“第一”、“第二”等在此可用于描述各种组件，但是这些组件不应受这些术语限制。这些组件仅用于将一个组件与另一个组件区分开来。除非在上下文中另有定义，否则单数表达包括复数表达。在下面的实施例中，还将理解，在此使用的术语“包括”和/或“具有”指定存在叙述的特征或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征或组件。
此外，在附图中，为了便于描述，元件的尺寸可能被夸大或缩小。换句话说，由于为了便于解释，附图中的组件的尺寸和厚度被任意地示出，所以下面的实施例不限于此。
下面将参考附图更详细地描述本公开的实施例。不管附图标号如何，相同或对应的组件被绘制相同的参考标号，并且省略重复的解释。
图1是根据本公开的实施例的液化天然气(lng)运载器的燃料供应设备100的操作示例的示意概念图。
参考图1，lng运载器的燃料供应设备100包括气体储蓄器101、强制汽化器103、第一冷却器104、第一回流路径105和压缩机106。
气体储蓄器101可存储lng以及在气体储蓄器101中从lng自然汽化的自然蒸发气(nbog)。理想地，气体储蓄器101被设计为存储lng，但是存储在气体储蓄器101中的lng的部分可通过从外部热源传送的热量自然地汽化并以nbog状态存储。
强制汽化器103连接到气体储蓄器101(详细地讲，气体储蓄器101的下游)，以便接收从安装在气体储蓄器101中的泵101p传输的lng。气体储蓄器101的下游不指示气体储蓄器101与强制汽化器103的相对位置，而是关于lng的流动，指示lng从气体储蓄器101流到强制汽化器103。
详细地讲，强制汽化器103强制地使从气体储蓄器101接收到的lng汽化并将处于汽化状态的lng(以下称为，强制汽化蒸发气(fbog))传送到发动机102。这是在发动机102所需的燃料量中针对在气体储蓄器101中自然产生的nbog的不足的准备而提供的配置，并且，除了在气体储蓄器101中产生的nbog之外，还可通过使用强制汽化器103将fbog额外地供应给发动机102，从而满足发动机102的负载需求。
第一冷却器104可连接到气体储蓄器101并从气体储蓄器101接收lng和nbog。流入第一冷却器104的lng和nbog以不同的流动路径流动，并且这里的lng用作用于冷却nbog的冷却剂。也就是说，已经流入第一冷却器104的lng汽化，并且nbog可由汽化潜热冷却。
第一回流路径105连接强制汽化器103和第一冷却器104，并且在与第一冷却器104中的nbog进行热交换之后，部分处于液态并且部分处于气态的lng从第一冷却器104经由第一回流路径105返回到强制汽化器103。这里，“返回”指示：当从气体储蓄器101流到强制汽化器103的lng的部分被分支时，流入第一冷却器104的lng可被再次传送到强制汽化器103，并且与不通过第一冷却器104而直接从气体储蓄器101流入强制汽化器103的lng会合。
详细地讲，用作用于冷却nbog的冷却剂的lng通过第一冷却器104变成部分液态和部分气态，并且如果在第一冷却器104中产生的lng再次传送到气体储蓄器101或压缩机106，则lng需要通过使用压缩机106被额外压缩，因此，施加到压缩机106的负载增加。另一方面，根据本公开的实施例，第一冷却器104中产生并处于液体和气体的混合状态的lng不被传送到气体储蓄器101或者压缩机106，而是被传送到强制汽化器103，因此没有额外的负载施加到压缩机106。
压缩机106可对从第一冷却器104传送的nbog进行压缩并且将nbog传送到发动机102。这里，压缩机106可通过使用可作为多级压缩机或多个压缩机的压缩机106来对已经通过第一冷却器104的nbog进行压缩。“多级”指示压缩机106可被配置为具有多个级，以提升nbog的压力。此外，还可通过使用“多个”压缩机106来提升nbog的压力。例如，可包括两个压缩机106，并且每个压缩机可被配置为具有两级或三级。
根据上面的配置，从气体储蓄器101通过经过第一冷却器104流到压缩机106以处于压缩状态的nbog以及从气体储蓄器101流出并经过强制汽化器103以处于汽化状态的fbog可流到发动机102。
如上所述，通常，存储在气体储蓄器101中的nbog可通过由于外部因素被汽化的lng来产生。如果nbog持续积聚在气体储蓄器101中，则气体储蓄器101的内表面可被加压，从而导致气体储蓄器101的损坏，或在严重的情况下爆炸。为了防止这样的风险，在气体储蓄器101中产生的nbog可用作用于驱动发动机102的燃料。
nbog通常由施加到气体储蓄器101的外部热量产生。随着气体储蓄器101的隔热技术的最新进展，在气体储蓄器101中自然产生的nbog的量正在减少。同样地，由于在气体储蓄器101中产生的nbog的量正变得比驱动发动机102所需的nbog的量少，所以已出现将额外的气态燃料供应给发动机102的需要。为此，强制汽化器103强制地使处于液化状态的lng汽化，从而满足驱动发动机102的所需的nbog的需求量。
第一阀107可安装在气体储蓄器101与强制汽化器103之间，以调节从气体储蓄器101传输到强制汽化器103的lng的流量。此外，第二阀108可安装在气体储蓄器101与第一冷却器104之间，以调节从气体储蓄器101传输到第一冷却器104的lng的流量。
根据第一阀107和第二阀108的配置，可控制从气体储蓄器101传输到第一冷却器104的lng的流量。这里，可基于从气体储蓄器101流入第一冷却器104的nbog的温度来确定流到第一冷却器104的lng的流量。
详细地讲，根据本公开的实施例，还可包括感测从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的温度的温度传感器109。此外，根据本公开的实施例，还可包括预设从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的参考温度的输入单元110。
根据上述配置的第一阀107和第二阀108的操作原理如下。首先，操作者可在输入单元110中设置从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的参考温度。nbog的参考温度可通过操作者根据气体储蓄器101或压缩机106的条件来选择，并且可在任何时间通过操作者的输入来改变。
在输入单元110中设置从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的参考温度之后，可基于通过使用温度传感器109感测到的nbog的温度来打开或关闭第一阀107和第二阀108。
例如，如果使用温度传感器109感测到从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的温度低于存储在输入单元110中的参考温度，则为了阻止从气体储蓄器101流到第一冷却器104的lng的流动，第二阀108可被关闭。这是因为，由于从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的温度足够低，所以不需要第一冷却器104通过使用lng作为冷却剂来冷却nbog。
也就是说，由于不需要通过允许用于冷却从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的冷却剂的lng流入第一冷却器104来实施与nbog的热交换，所以第二阀108可被关闭，从而防止lng流入第一冷却器104。
如果使用温度传感器109感测到从气体储蓄器101流到第一冷却器104的nbog的温度高于存储在输入单元110中的参考温度，则第二阀108被打开以允许lng从气体储蓄器101流到第一冷却器104的lng的流动。流入第一冷却器104的lng可用作冷却通过第一冷却器104的nbog的冷却剂。
也就是说，通过打开第二阀108以允许lng流入第一冷却器104，来通过实施从气体储蓄器101流入第一冷却器104的nbog与从气体储蓄器101通过经过第一阀107流入第一冷却器104的lng之间的热交换来冷却nbog。
详细地讲，如果从气体储蓄器101流入第一冷却器104的nbog的温度高于参考温度，则不仅第二阀108可被打开，而且第一阀107也可被打开。也就是说，通过调节打开第一阀107和第二阀108的程度，可控制从气体储蓄器101传输到第一冷却器104和强制汽化器103的lng的流量。
如上所述，通过控制第一阀107和第二阀108的打开和关闭，可调节流入第一冷却器104的lng的流量，因此，经由第一冷却器104传送到压缩机106的nbog可连续保持在比参考温度低的温度。
因此，如果低的参考温度(例如，满载航行中的-90度)被设置，则经由第一冷却器104从气体储蓄器101传送到压缩机106的nbog的温度可被保持在比-90度低的温度，因此，可在相对低的温度条件下设计压缩机106。
例如，图3是示出在低温条件下设计的压缩机的性能特性的曲线图。参考图3，当处于低温(t3＝零下90度)的汽化气被供应时，压缩机106也可在高效率的区域c中操作，因此，由于可在高效率区域中执行操作，所以压缩机106的功耗可被降低。
此外，根据本公开的实施例，强制汽化器103与发动机102之间还可包括消除从强制汽化器103传输到发动机102的fbog中的雾的除雾器111。这里，雾指示在强制汽化器103中未被汽化的液化天然气。如果处于液化状态的雾流入发动机102，则可发生发动机102的故障或失灵。因此，通过在发动机102与强制汽化器103之间安装除雾器111，可防止雾流入发动机102。
此外，根据本公开的实施例，还可包括连接除雾器111和气体储蓄器101以将存储在除雾器111中的雾从除雾器111返回到气体储蓄器101的第二回流路径112。也就是说，通过除雾器111过滤从强制汽化器103传输到发动机102的fbog中的处于液化状态的雾，并且存储在除雾器111中的雾可通过第二回流路径112再次返回到气体储蓄器101。
此外，根据本公开的实施例，还可包括气体焚烧器113，其中，气体焚烧器113可安装在压缩机106和强制汽化器103的下游，以焚烧包含从压缩机106传送到发动机102的压缩的nbog和从强制汽化器103传送到发动机102的fbog的超过发动机102所需的流量的混合气体的过多的量。
气体焚烧器113用于调节流入发动机102的混合气体的适当流量，详细地讲，可通过控制打开或关闭安装在发动机102的上游的第三阀114和安装在气体焚烧器113的上游的第四阀115的程度来调节流到发动机102的混合气体的流量。此外，如果混合气体不适合作为发动机102的燃料(例如，如果混合气体的压力小于发动机102的所需的压力)，则气体焚烧器113可执行燃烧混合气体的功能并将其排放到大气。
此外，根据本公开的实施例，还可包括连接到气体储蓄器101并将存储在气体储蓄器101中的nbog排放到气体储蓄器101外的气体排放器116。此外，调节流入气体排放器116的nbog的流量使得通过气体排放器116调节排出到外部的nbog的流量的第五阀117可安装在气体储蓄器101与气体排放器116之间。
如上所述的气体焚烧器113、第三阀114、第四阀115、气体排放器116和第五阀117是用于排放根据本发明的实施例的lng运载器的燃料供应设备100中过量产生和供应的nbog和fbog的元件。
详细地讲，气体排放器116和第五阀117是为了保持气体储蓄器101的适当的内部压力而包括的元件。例如，如果随着气体储蓄器101的内部压力由于nbog的积聚而增加从而存在气体储蓄器101的损坏风险，则第五阀117被打开以将存储在气体储蓄器101中的nbog的部分引向气体排放器116并将其排出到外部。
与此同时，气体焚烧器113、第三阀114和第四阀115设置为在用于调节气体储蓄器101的内部压力的元件处出现紧急情况(即，气体排放器116和第五阀117未能操作)下，将nbog排放到外部。
此外，根据本公开的实施例，还可包括安装在压缩机106与发动机102之间并冷却在经过压缩机106之后具有较高温度的nbog的第二冷却器118。也就是说，第二冷却器118是用于满足由发动机102所需的混合气体的温度条件的元件，可在通过压缩机106之后冷却被压缩并具有较高温度的nbog，并且将nbog传送到发动机102。
根据上述的本公开的实施例的lng运载器的燃料供应设备，lng在nbog与lng之间进行热量交换之后被汽化，汽化的lng返回到强制汽化器，因此，由压缩机额外压缩的汽化气的量较少，从而降低压缩机的功耗。
此外，如果nbog的温度等于或低于预定参考温度，则第一冷却器的操作可通过关闭第二阀来停止。
此外，如果nbog的温度等于或高于预定参考温度，则第二阀可被打开以冷却nbog。
此外，如果nbog的温度等于或高于预定参考温度，则可调节打开第一阀和第二阀的程度，从而控制从气体储蓄器传输到第一冷却器和强制汽化器中的lng的流量。
然而，本公开的范围不限于上述效果。
应理解，在此描述的实施例应该仅被认为是描述性意义，而不是为了限制的目的。每个实施例中的特征或方面的描述通常应被认为适用于其他实施例中的其他类似特征或方面。
尽管已经参照附图描述了一个或多个实施例，但是本领域普通技术人员将会理解，在不脱离由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。