一种船用液化气体燃料罐及船舶的制作方法

1.本发明涉及一种液化气体燃料罐结构设计，特别是涉及一种船用液化气体燃料罐的结构设计。


背景技术：

2.随着2030年碳达峰、2060年碳中和的期限日益临近，船舶设计和运营过程中需要考虑尽量减少二氧化碳的排放，其中采用甲烷、乙烷、氨气、氢气等液化气体燃料是降低碳排放的有效手段。
3.常规液化气体燃料在船上的储存舱往往布置在甲板以上的露天区域，且采用圆柱罐外形。但对于氢气、氨气等能量密度很低的燃料，需要在甲板以上设置非常大的燃料舱，造成整船重心非常高，稳性差。但是若布置在甲板以下，由于甲板以下要尽可能用来装货，留给燃料舱的长度有限，在船长限定的条件下，燃料舱布置空间往往是一个高度和宽度较大，但长度较小的狭扁的船舶布置区域。常规的圆柱罐或双耳液罐布置方案空间利用率低。
4.目前业界已提出三耳并联液罐布置，如专利201510846006.5所述的纵向布置方案，但专利201510846006.5所述的纵向布置方案只适用于大舱容的装货布置方案，液罐直径接近船舶型深，对甲板以下空间占用过大，不适用于燃料罐布置需求。
5.因此，如何设计一种新型的气体燃料罐结构，可以更合理利用狭扁的船舶布置空间，同时提高船舶结构和稳定性安全，是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种船用液化气体燃料罐及船舶，用于解决现有技术中燃料舱布置方案空间利用率低及船舶结构和稳定性安全的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种船用液化气体燃料罐，所述船用液化气体燃料罐至少包括：
8.并联罐体，所述并联罐体包括中间罐体及位于所述中间罐体两侧的侧罐体，相邻罐体间设置有纵向舱壁互不相通，且所述纵向舱壁的延伸方向与船宽方向垂直；
9.气室，所述气室设置在所述中间罐体的顶部，与所述侧罐体的顶部通过气相连通管相连；
10.积液井，所述积液井设置于所述中间罐体的底部，与所述侧罐体的底部通过液相连通管相连，且各个所述侧罐体与所述中间罐体之间对应的所述液相连通管上均设置有阀门。
11.优选地，所述纵向舱壁为水密舱壁。
12.优选地，所述阀门为遥控阀门，由液货控制系统控制其打开或关闭状态。
13.优选地，两侧所述侧罐体的罐体直径相同，且所述侧罐体的直径小于或等于所述中间罐体的直径。
14.优选地，所述中间罐体的高度大于所述侧罐体的高度且所述中间罐体的底部要低于所述侧罐体的底部。
15.优选地，所述船用液化气体燃料罐为半冷半压式船用液化气体燃料罐，封头形状包括球形、碟形、椭圆形中的一种。
16.优选地，所述并联罐体外部设置有隔热绝缘层，且在所述并联罐体外部高度方向上设置有结构加强环。
17.另外，本发明还提供一种船舶，所述船舶沿船宽方向布置有上述任一所述船用液化气体燃料罐。
18.优选地，所述船用液化气体燃料罐在船舶上左右对称布置，所述船用液化气体燃料罐的纵向舱壁距离船舶外侧壳的最短横向距离大于船舶宽度的1/5或者11.5米，二者取小值，所述船用液化气体燃料罐的底部距离船舶外底壳最短距离大于船舶宽度的1/15或者2米，二者取小值。
19.优选地，所述船用液化气体燃料罐安装于鞍座中，所述鞍座沿船宽布置，所述鞍座与所述船用液化气体燃料罐对应设置，所述鞍座下船舱作为压载舱。
20.如上所述，本发明的一种船用液化气体燃料罐及船舶，具有以下有益效果：所述船用液化气体燃料罐至少包括并联罐体、气室与积液井，其中所述并联罐体相邻罐体间设置有水密舱壁互不相通，配合保持关闭的阀门，当船舶舷侧破损导致单个罐体破损进水时，其他罐体内的液化气体燃料不会损失，同时减少船舶舷侧的破损进水量，提高船舶稳定安全性。另外气体燃料在整个航行过程中是不断消耗的，液位高度不断变化，设置水密舱壁，减少不同液位高度时液化气体的自由液面，减小舱室内晃荡载荷，提高船舶结构安全性；通过所述中间罐体底部低于两侧所述侧罐体底部的设置及罐体底部距离船舶外底壳的高度限制，配合保持关闭的阀门，保证船舶底部破损时，最大几率只有所述中间罐体发生破损，两侧所述侧罐体并不发生底部破损，减少液化气体损失同时减少破损进水量，增加船舶稳定安全性；通过所述气相连通管和所述液相连通管的设置，配置一个所述气室和一个所述积液井即可，相应只需配备一套液货泵、一套气体连通管路、控制阀体及液货设备等，减少液货泵数量、减少液货设备和管路数量，节约成本。
21.进一步地，所述船用液化气体燃料罐在船舶沿船宽方向布置且所述船用液化气体燃料罐可突出甲板，最大限度的利用了甲板以下的结构空间，提高空间利用率，提高船舶液化气体燃料的容积，增大船舶航程。
附图说明
22.图1显示为本发明实施例中的船用液化气体燃料罐及其固定装置的结构示意图。
23.图2显示为本发明实施例中的设置船用液化气体燃料罐的船舶的侧面结构示意图。
24.图3显示为图2的俯视图。
25.元件标号说明
26.100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
船用液化气体燃料罐
27.110
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气室
28.120
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气相连通管
29.130
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
水密舱壁
30.140
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
积液井
31.150
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
液相连通管
32.160
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
遥控阀门
33.200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
鞍座
34.210
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
压载舱
35.300
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
货舱
36.400
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
甲板
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
38.如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
39.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
40.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。
41.如图1-图2所示，所述船用液化气体燃料罐100至少包括：
42.并联罐体，所述并联罐体包括中间罐体及位于所述中间罐体两侧的侧罐体，相邻罐体间设置有纵向舱壁互不相通，且所述纵向舱壁的延伸方向与船宽方向垂直；
43.气室110，所述气室110设置在所述中间罐体的顶部，与所述侧罐体的顶部通过气相连通管120相连；
44.积液井140，所述积液井140设置于所述中间罐体的底部，与所述侧罐体的底部通过液相连通管150相连，且各个所述侧罐体与所述中间罐体之间对应的所述液相连通管150上均设置有阀门。
45.具体的，如图1，本实施例中，所述并联罐体包括中间罐体及位于所述中间罐体两侧的侧罐体，从而呈现扁高形态，适合船舶上留给燃料舱长度有限、高度和宽度较大的布置区域。相邻罐体间设置有纵向舱壁互不相通，并且所述纵向舱壁的延伸方向与船宽方向垂直，如此减少液化气体的自由液面。所述并联罐体在所述中间罐体的顶部最高点设置一个所述气室110，与两侧所述侧罐体的顶部通过所述气相连通管120相连，使用一套气体连通
管路、控制阀体及液货设备便可以将所述并联罐体中汽化气体抽出，传输给船舶发动机，从而减少气体连通管路、液货设备等的数量，节约成本；在所述中间罐体的底部最低点设置一个所述积液井140，与两侧所述侧罐体的底部通过所述液相连通管150相连，且所述液相连通管150上均设置有阀门，一套液货泵就可以满足给所述并联罐体进行液化气体的驳入与驳出，利用所述液货泵将液化气体驳入所述并联罐体内能够实现对所述并联罐体充装液化气体，驳出是指当顶部气体无法满足船舶发动机燃烧需求时，使用液货泵将液化气体打出，汽化后一起供船舶发动机燃烧，如此减少液货泵的数量，节约成本。
46.作为示例，所述纵向舱壁为水密舱壁130。
47.具体的，如图1，本实施例中，所述纵向舱壁为水密舱壁130，所述水密舱壁130在一定水压下不渗透水，当船舶舷侧破损导致单个罐体破损进水时，由于所述水密舱壁130的存在配合关闭的阀门，所述并联罐体的其他罐体并不会渗水进水，减少船舶舷侧破损时进水量，提高船舶稳定性安全，也减少液化气体的损失，保证航行的正常进行。由于气体燃料在整个航行过程中是不断消耗的，液位高度不断变化，需要考虑所述并联罐体内不同液位高度时的自由液面，所述水密舱壁130的设置，减少了不同液位高度时液化气体的自由液面，减小舱室内晃荡载荷，提高船舶结构安全性。
48.作为示例，所述阀门为遥控阀门160，由液货控制系统控制其打开或关闭状态。
49.具体的，液货控制系统是目前船舶上普遍使用的管理系统，它能够进行罐体液位、温度等的检测与控制，能够进行液货管系阀门开度和开关的遥控，能够对液货泵进行监控。所述阀门为遥控阀门160，由液货控制系统控制其打开或关闭状态，在航行状态下所述遥控阀门160保持关闭，同时当船舶失去电力时，所述遥控阀门160保持关闭状态，以避免罐体破损时不同罐体间相互影响，减少液化气体的损失，维持船舶的稳定性安全。
50.作为示例，两侧所述侧罐体的罐体直径相同，且所述侧罐体的直径小于或等于所述中间罐体的直径。
51.具体的，两侧所述侧罐体的罐体直径相同，且所述侧罐体的直径小于或等于所述中间罐体的直径，如此所述并联罐体左右对称且重心位于所述中间罐体，增加所述并联罐体的稳定性及抗晃动性，提高船舶的结构安全性。
52.作为示例，所述中间罐体的高度大于所述侧罐体的高度且所述中间罐体的底部要低于所述侧罐体的底部。
53.具体的，如图1，本实施例中，所述中间罐体的高度大于所述侧罐体的高度且所述中间罐体的底部要低于所述侧罐体的底部，一方面增加所述中间罐体中液化气体的容积增加所述中间罐体重量以进一步提高所述船用液化气体燃料罐的稳定性，另一方面，配合关闭的阀门，保证船舶底部破损时，最大几率只有所述中间罐体发生破损，两侧所述侧罐体并不会发生底部破损，减少破损进水量，增加船舶稳定性安全，也减少液化气体的损失，减少对航道的环境污染，保证航行的正常进行。
54.作为示例，所述船用液化气体燃料罐100半冷半压式船用液化气体燃料罐，封头形状包括球形、碟形、椭圆形中的一种。
55.具体的，半冷半压式船用液化气体燃料罐是指液化气体贮存于压力容器内，并将温度控制在低于常温温度而高于沸点的某一温度范围内维持液化状态，半冷半压式船用液化气体燃料罐因其承压能力强、易于制造及具有较高的经济性而被广泛使用。所述船用液
化气体燃料罐100采用半冷半压式液化气体燃料罐，所述船用液化气体燃料罐100的温度和压力按液化气体特性进行调节，通常选取液化气体中最低的沸点作为设计温度，所述船用液化气体燃料100封头形状包括球形、碟形、椭圆形中的一种。
56.作为示例，所述并联罐体外部设置有隔热绝缘层，且在所述并联罐体外部高度方向上设置有结构加强环。
57.具体的，由于所述船用液化气体燃料罐100采用低温带压的半冷半压式设计，其内外温差很大，所述船用液化气体燃料罐100需要在所述并联罐体外部均匀设置隔热绝缘层，以隔绝外界热辐射传入所述船用液化气体燃料罐100内导致温度上升液化气体蒸发，以控制所述并联罐体内的温度及压力。为了增加所述并联罐体的抗压性，保证船舶航行安全，所述并联罐体在高度方向上还设置有结构加强环，可为2个、4个等，具体数量可根据所述并联罐体的高度进行设置，所述结构加强环设置在所述并联罐体的外表面，所述结构加强环水平切面的形状与所述并联罐体相应位置水平切面的形状相同。
58.同时，本发明还提供一种船舶，所述船舶沿船宽方向布置有上述任一所述船用液化气体燃料罐100。
59.具体的，如图2，本实施例中，所述船用液化气体燃料罐100沿船宽方向布置在货舱300间隙甲板400下方，与两侧货舱300用横舱壁隔开，根据航程的液化气体的需要量，所述船用液化气体燃料罐100可以突出甲板400以便获得更多舱容。本实施例中，所述船用液化气体燃料罐100设置在货舱300中间的主甲板下，其实并非局限于此，根据实际货舱300的情况，所述船用液化气体燃料罐100也可布置在货舱300首尾或其他适合的地方，包括箱盖甲板下，如此不影响货运的情况下，充分利用了甲板400以下的结构空间，降低了整船的重心，提高空间利用率，提高船舶气体燃料的容积，增大船舶航程。
60.作为示例，所述船用液化气体燃料罐100在船舶上左右对称布置，所述船用液化气体燃料罐100的纵向舱壁距离船舶外侧壳的最短横向距离大于船舶宽度的1/5或者11.5米，二者取小值，所述船用液化气体燃料罐100的底部距离船舶外底壳最短距离大于船舶宽度的1/15或者2米，二者取小值。
61.具体的，所述船用液化气体燃料罐100在船舶沿船宽方向左右对称布置，如此增加船舶结构的安全性。所述船用液化气体燃料罐100的纵向舱壁距离船舶外侧壳的最短横向距离大于船舶宽度的1/5或者11.5米，二者取小值，如此使所述船用液化气体燃料罐100与船舶外侧壳拥有一定的距离，减小所述船用液化气体燃料罐100破损的几率，即使破损最大几率只有单个罐体破损进水，减少船舶舷侧破损时进水量，提高船舶稳定性安全；所述船用液化气体燃料罐100的底部距离船舶外底壳最短距离大于船舶宽度的1/15或者2米，二者取小值，通过所述船用液化气体燃料罐100底部距离船舶外底壳的高度限制，配合关闭的阀门，减小船舶底部破损时所述船用液化气体燃料罐100破损的几率，即使破损最大几率只有所述中间罐体发生破损，两侧所述侧罐体并不发生底部破损，减少破损进水量，增加船舶稳定性安全。
62.作为示例，所述船用液化气体燃料罐100安装于鞍座200中，所述鞍座200沿船宽布置，所述鞍座200与所述船用液化气体燃料罐100对应设置，所述鞍座200下船舱作为压载舱210。
63.具体的，如图1-2，本实施例中，所述鞍座200是沿船宽方向设置的弧形船体结构，
与所述船用液化气体燃料罐100对应设置，以便牢牢固定住所述船用液化气体燃料罐100，保证所述船用液化气体燃料罐100的稳定安全性。更优地，所述鞍座200与所述船用液化气体燃料罐100接触部位还设有弹性限位结构，以避免与所述船用液化气体燃料罐100刚性接触，提高行船的安全性。另外，所述鞍座200下方的舱室可作为压载舱210，所述压载舱210在所述船用液化气体燃料罐100中气体燃料大幅消耗后可注入压载水，以保证船舶稳定性安全。
64.综上所述，本发明的一种船用液化气体燃料罐及船舶，具有以下有益效果：所述船用液化气体燃料罐至少包括并联罐体、气室与积液井，其中所述并联罐体相邻罐体间设置有水密舱壁互不相通，配合保持关闭的阀门，当船舶舷侧破损导致单个罐体破损进水时，其他罐体内的液化气体燃料不会损失，同时减少船舶舷侧的破损进水量，提高船舶稳定安全性。另外气体燃料在整个航行过程中是不断消耗的，液位高度不断变化，设置水密舱壁，减少不同液位高度时液化气体的自由液面，减小舱室内晃荡载荷，提高船舶结构安全性；通过所述中间罐体底部低于两侧所述侧罐体底部的设置及罐体底部距离船舶外底壳的高度限制，配合保持关闭的阀门，保证船舶底部破损时，最大只有所述中间罐体发生破损，两侧所述侧罐体并不发生底部破损，减少液化气体损失同时减少破损进水量，增加船舶稳定安全性；通过所述气相连通管和所述液相连通管的设置，配置一个所述气室和一个所述积液井即可，相应只需配备一套液货泵、一套气体连通管路、控制阀体及液货设备等，减少液货泵数量、减少液货设备和管路数量，节约成本。
65.进一步地，所述船用液化气体燃料罐在船舶沿船宽方向布置且所述船用液化气体燃料罐可突出甲板，最大限度的利用了甲板以下的结构空间，提高空间利用率，提高船舶液化气体燃料的容量，增大船舶航程。
66.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。