阅读说明：本技术 低温热泵及其在液化气处理中的用途 (Cryogenic heat pump and its use in liquefied gas treatment ) 是由 B.奥恩 于 2019-01-23 设计创作，主要内容包括：一种用于液化气处理装置的低温热泵(10),其在闭合回路中包括：至少一个压缩机(12、48),至少一个膨胀装置(14),在所述至少一个压缩机与所述至少一个膨胀装置之间延伸的用于接收冷的第一回路(16),以及在所述至少一个膨胀装置和所述至少一个压缩机之间延伸的用于传递冷的第二回路(18),所述闭合回路包括低温流体,所述低温流体被配置为在该回路的至少一部分中处于双相状态,用于传递冷的所述第二回路被配置成具有低于-40℃的输出温度。(A cryogenic heat pump (10) for a liquefied gas treatment device comprising in a closed circuit: at least one compressor (12, 48), at least one expansion device (14), a first circuit (16) extending between the at least one compressor and the at least one expansion device for receiving cold, and a second circuit (18) extending between the at least one expansion device and the at least one compressor for transferring cold, the closed circuit comprising a cryogenic fluid configured to be in a biphasic state in at least a portion of the circuit, the second circuit for transferring cold configured to have an output temperature below-40 ℃.)

低温热泵及其在液化气处理中的用途

技术领域

本发明涉及一种用于低温应用(cryogenic application)的热泵及其在液化气处理中的应用，例如在液化天然气运输船中。本发明还涉及液化气处理装置，包括该装置的船以及处理方法。处理例如被理解为是指液化气的冷却和/或再加热。此外，液化气可以是主要包含甲烷的液化天然气，或者甚至是诸如乙烷、丙烷、丁烷、LPG等的另一种液化气。

背景技术

现有技术包括文献US-B1-9 261 295，US B1 6 591 618和US A1 2008/302113。

为了更容易地长距离运输诸如天然气的气体，通常通过将气体冷却到低温(例如在大气压下为-163℃)来液化气体(变成液化天然气LNG)。然后将液化气装载到专业船中。

在液化气运输船中，例如甲烷油轮类型的运输船，提供了用于满足船的操作、特别是船的推进和/或船上设备的电力生产的能量需求的机器。这些机器通常是热力机器，其消耗从船的罐中运输的液化气货物供应的气体。

为了限制液化气从罐中的蒸发，已知的做法是在压力下储存液化气，以便保持在有关液化气的闪蒸平衡曲线上，从而提高其蒸发温度。液化气因此可以在较高的温度下存储，这具有限制气体蒸发的作用。

但是气体的自然蒸发是不可避免的，这种现象被称为NBOG，这是自然蒸发气体的缩写(与强制气体蒸发或FBOG(强制蒸发气体的缩写)相反)。通常使用在船的罐中自然蒸发的气体来供应上述机器。在自然蒸发的气体量不足以满足机器对燃料气体的需求的情况下(第一种情况)，将淹没在罐中的泵致动以在强制蒸发后供应更多的燃料气体。在蒸发的气体量与机器的需求相比过大的情况下(第二种情况)，多余的气体通常在锅炉中燃烧掉，这意味着燃料气体的损失。

在当前的现有技术中，邮箱的改进使得液化气的自然蒸发率(或BOR，即蒸发率的缩写)越来越低，而船上的机器效率越来越高。这意味着，在上述的第一和第二种情况中，自然蒸发产生的气体量与船的设施所需的气体量之间的偏差非常大。

因此，人们对用于冷却容纳在储罐中的液化气和用于管理在该储罐中产生的BOG的解决方案的兴趣越来越大，例如再液化或冷却单元。

本发明特别地提供了对此需求的解决方案。

发明内容

本发明涉及一种用于液化气处理装置的低温(cryogenic)热泵，其在闭合回路中包括：至少一个压缩机，至少一个膨胀阀，在所述至少一个压缩机与所述至少一个膨胀阀之间延伸的第一冷接收回路，以及在所述至少一个膨胀阀和所述至少一个压缩机之间延伸的第二冷传递回路，所述闭合回路包括低温流体，所述低温流体被配置为在该回路的至少一部分中处于双相状态，所述第二冷传递回路被配置成使所述流体在小于或等于-40℃的温度下流通。

在本申请中，“低温”应理解为是指非常低的温度，特别是低于-40℃，甚至低于-90℃，并且优选低于-160℃的温度。因此，低温流体或热泵是能够或在这样的低温下运行的流体或泵。

构成本发明主题的小于或等于-40℃的温度是热泵的低温流体的温度，并且它是在冷传递回路的即时输出处测量或估计的。

热泵是本身众所周知的单元，但不适用于低温应用。传统上，热泵在闭合回路中包括压缩机、膨胀阀以及在压缩机和膨胀阀之间延伸的热交换回路。压缩机压缩冷却剂或低温流体，这会增加其温度，这种重新加热的流体能够将其热量传递到上述回路中的一个中。在该回路的输出处，流体在膨胀阀中膨胀，从而降低了其温度，这种冷却后的流体能够吸收回路中的另一个中的热量，然后再为压缩机供气。

本发明提出通过使用低温流体并通过配置泵的不同组成元件来使用该已知技术，以使得被称为第一回路的一个回路是冷接收回路，因此是再加热回路(在该回路中流通的流体例如具有高于-160℃的温度，例如在-115℃至45℃的范围内)；另一个回路称为第二回路，是冷传递回路，可以试图产生过冷，甚至稍微再加热。在该第二回路中流通的流体例如对于过冷回路的情况处于-169℃至-161℃范围内的温度，并且对于低再加热回路的情况处于-165℃至-160℃范围内的温度。因此，流体在小于或等于-160℃的温度下在该回路中流通。当要在主要由甲烷组成的LNG中冷却的流体时就是这种情况。在待冷却的LNG主要由乙烷组成的情况下，低温流体将在第二回路中以小于或等于-90℃的温度流通。在待冷却的LNG主要由丙烷和丁烷组成的情况下，低温流体将因此在第二回路中以小于或等于-40℃的温度流通。

根据本发明的泵可以包括彼此分开或彼此组合地采用的以下特征中的一个或多个：

-所述第一回路配置成允许所述流体从所述至少一个压缩机流通到所述至少一个膨胀阀，

-所述第二回路被配置为允许所述流体从所述至少一个膨胀阀流通到所述至少一个压缩机，

-一方面的所述第一回路的输出和膨胀阀和另一方面的所述第二回路的输出和压缩机通过至少第三相互换热回路和第四相互换热回路连接，

-所述第四回路的输出通过第十回路连接至所述压缩机，该第十回路被配置为将冷传递至所述第一回路，

-所述回路构成同一个热交换器或两个或三个不同的热交换器的一部分，

-所述低温流体选自氮气、甲烷、氧气、乙烷、乙烯、丁烷、异丁烷、丙烷、异丙烷、氩气或这些气体的混合物，

-所述压缩机能够压缩旨在向所述船的至少一个机器供应气体的气体，所述压缩机还通过阀连接到所述回路和所述至少一个机器，从而当其为热泵操作时能够将其与所述机器隔离，当它为所述至少一个机器操作时能够与所述热泵隔离，

-所述第一冷接收回路被配置为在输入处具有小于或等于-90℃，并且优选地小于或等于-160℃的低温流体温度，和/或在输出处具有大于或等于0℃，并且优选地大于或等于25℃的温度，

-所述第二冷传递回路被配置为具有小于或等于-90℃，并且优选地小于或等于-160℃的输出低温流体温度。

本发明还涉及一种液化气处理装置，包括旨在通过浸入所述液化气的储罐中来泵出液化气的泵系统，以及至少一个如前所述的泵，泵的第一冷接收回路被配置为：加热第五回路，该第五回路用于再加热意图连接到所述罐的自然蒸发气体输出的自然蒸发气体，和/或加热第六回路，该第六回路用于再加热连接到所述泵系统的液化气，并且泵的第二冷传递回路被配置为冷却或加热连接到所述泵系统的第七液化气回路。

在本申请中，液化气处理应理解为例如意指该液化气的冷却和/或再加热。热交换应理解为是指热的接收或传递，或者是冷的接收或传递。

本发明使得可以显着地节省能量，因为通过热泵确保了BOG的再加热和冷却，甚至还有LNG的再加热，该热泵比迄今已知并用于执行这些功能的单元更有效。例如，本发明可以使得在船上机器使用BOG之前不使用海水冷却BOG。

根据本发明的装置可以包括彼此分开或彼此组合地采用的以下特征中的一个或多个：

-所述第七回路的输出旨在连接到所述罐的液化气输入，并且优选地连接到罐的顶部部分中的至少一个液化气喷杆和/或用于将所述液化气注入在该罐的底部处的至少一个注入器件，

-所述第五回路的输出和/或所述第六回路的输出与至少一个压缩机相连，所述至少一个压缩机用于向液化气运输船的至少一个机器供应气体，例如，推动所述船的发动机、发电机和/或锅炉，

-被配置成向至少一个机器供应气体的所述压缩机的输出通过所述第一回路和/或所述第五回路和/或所述第六回路与第八热交换回路相连，

-所述第八回路的输出通过所述第二回路和/或所述第七回路连接到第九热交换回路的输入，

-所述至少一个压缩机通过阀分别连接到第五回路和/或第六回路的输出，并且连接到所述至少一个机器，并且通过阀分别连接到第一回路和第二回路，

-所述至少一个压缩机直接连接至第十一回路的输入，所述第十一回路被配置为与所述第二回路和/或所述第七回路进行热交换，

-所述回路构成同一个热交换器或若干不同的热交换器的一部分，

-该装置包括交换器，该交换器至少包括、甚至仅包括所述第一回路、第五回路和第十回路，

-该装置包括交换器，该交换器至少包括、甚至仅包括所述第三回路和第四回路，

-该装置包括交换器，该交换器至少包括、甚至仅包括所述第二回路和第七回路，

-热泵被配置为使得在所述膨胀阀的输出处，低温流体的温度比进入所述第七回路的液化气的温度低至少3℃。

本发明还涉及一种液化气运输船，包括用于存储气体的至少一个罐和如上所述的装置。

本发明还涉及一种用于冷却和/或再加热如上所述的存储在船中的液化气的方法，该方法包括以下步骤：

a)从罐中取出液化气，使其在所述第七回路中流通，以改变其温度，然后

b)将这种液化气重新注入罐中，在罐的顶部部分和/或底部。

根据本发明的方法可以包括彼此分开或彼此组合地采用的以下特征中的一个或多个：

c)从罐中取出自然蒸发气体，并使其在所述第五回路中流通以提高其温度，以及

d)从罐中取出液化气，使其在所述第六回路中流通，以使其汽化并提高其温度，

和/或

e)用从所述第五回路和/或从所述第六回路流出的气体供应被配置为向所述船的至少一个机器供应气体的所述至少一个压缩机，以及

f)可行地在所述至少一个压缩机的输出处取出一部分气体，并使该气体在所述第八回路中、甚至在所述第九回路中流通，以对其进行冷却，和/或

g)使从所述第八回路排出的气体在所述第九回路中流通以对其进行冷却。

根据第一操作模式，当所述船处于高速(例如对应于大于预定阈值的速度)时，同时执行步骤a)、b)、c)和d)，在步骤b)中将液化气再注入罐的底部。

根据第二种操作模式，当所述船处于巡航速度(例如对应于巡航速度)时，同时执行步骤a)、b)和c)，在步骤b)中将液化气再注入到罐的底部中。

根据第三种操作模式，当所述船处于低速(例如对应于低于预定阈值的速度)时，同时执行步骤a)、b)和c)，在步骤b)中将液化气再注入到罐的顶部部分中。

根据第四操作模式，当所述船处于低速时(例如对应于远低于阈值的速度)，同时执行步骤a)、b)、c)、e)、f)和g)，液化气在所述第七回路中流通以被再加热，并于在步骤b)中重新注入到罐中(优选地罐的底部)之前与从所述第九回路流出的气体混合。

根据第五种操作模式，当所述船处于低速(例如对应于远低于预定阈值的速度)时，同时执行步骤a)、b)、c)和e)，在步骤b)中将液化气再注入到罐的顶部部分中。

该方法还可以包括：

-使用至少一个压缩机压缩气体以便将气体供应到船上至少一个机器的步骤，以及

-使用相同的至少一个压缩机来压缩热泵中的低温流体的步骤。

本发明还涉及一种用于处理储气设备的气体的方法，储气设备尤其是在船上，该方法包括以下步骤：

-从罐中提取处于液态的第一气体的一部分，

-对处于液态的第一气体的所述部分进行第一过冷，以及

-将处于过冷液态的第一气体存储在罐的底部部分中，以便在罐的底部构成处于液态的第一气体的冷储备层。

根据本发明的方法可以包括彼此分开或彼此组合地采用的以下特征中的一个或多个：

-储存在罐的冷储备层中的第一气体用于冷却位于罐的顶部部分的处于蒸气状态的第一气体和处于液态的第一气体，

-将储存在冷储备层中的第一气体喷入罐中和处于蒸气状态的第一气体层中，

-储存在冷储备层中的第一气体从罐的底部提取，并通过热交换器将处于蒸气状态的第一气体重新液化，

-所述底部部分在从罐的底部测得的罐的高度的30％以内延伸，所述底部是罐的最低端，

-在大气压力下，第一过冷气体在-45°至-55℃范围内的温度下存储在冷储备层中，

-罐中剩余的处于液态的第一气体的温度高于-42℃，

-第一气体是液化天然气。

本发明还涉及一种储气设备的气体处理系统，特别是在船上的储气设备，该系统包括：

-其中以液态储存第一气体的罐，

-第一热交换器，其被配置为对通过第一管线从罐中提取的第一气体进行第一过冷，

-第一管线，出现在罐的底部部分中，以便将第一过冷气体存储在罐的底部，以构成处于液态的第一气体的冷储备层。

该系统可以包含彼此独立或彼此结合地采用的以下特征中的一项或多项：

-所述罐包括连接至管线的第一端的输出，所述管线包括联接至安装在所述罐的顶部部分中的喷杆的第二端，

-该系统包括安装在第二管线上的再加热器，在第一热交换器中再加热或汽化的第二气体在该第二管线中流通，

-第一气体是液化天然气。

该方法和系统的特征和/或步骤可以与以上描述的本发明的其他方面(热泵，装置等)的特征和/或步骤结合。

本发明还涉及一种船，特别是液化气运输船，其包括至少一个上述类型的系统。

本发明还涉及一种如上所述的用于在船上操作热泵的方法，该方法包括以下步骤：冷却预先由热泵的压缩机压缩的低温流体，

*一方面，通过接收与来自罐并在所述第五回路中流通的蒸发气体一起的冷，以及

*另一方面，通过接收来自在所述第十回路中流通的低温流体的冷。

附图说明

通过阅读以下以非限制性示例的方式并参考附图给出的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1至图20示出了本发明的几个变型实施例；以及

图21和图22示出了根据在本发明的热泵中流通的低温流体的熵的温度的趋势的图示以及在这里主要是甲烷的液化天然气的饱和曲线的图示。

图23和24示出了根据在本发明的热泵中流通的低温流体的熵的温度的趋势的图示以及在这里主要是乙烷的液化天然气的饱和曲线的图示。

图25和26示出了根据在本发明的热泵中流通的低温流体的熵的温度的变化趋势的图示以及在此主要为丙烷或丁烷的液化天然气的饱和曲线的图示；和

图27至34示出了本发明的其他变型实施例。

具体实施方式

本发明使用低温热泵，即能够在接近LNG的储存温度的低温下传递热能的单元。

热泵采用闭合回路的形式，并且在各个附图中由附图标记10表示。热泵10包括四个基本元件，即至少一个压缩机12，至少一个膨胀阀14，在压缩机和膨胀阀之间延伸的第一冷接收回路16，以及在膨胀阀和压缩机之间的第二冷传递回路18。

低温流体在热泵中流通，该低温流体例如选自氮气，甲烷和氧气，乙烷，乙烯，丁烷，异丁烷，丙烷，异丙烷，氩气或这些气体的混合物。该流体旨在在回路中处于气态或双相状态。流体例如以气态在压缩机12和第一回路16中流通。优选地，它在膨胀阀的输出处和第二回路18中处于双相状态。

意图使流体达到低温，也就是说，在要冷却的LNG主要由甲烷组成的情况下，使流体达到低于-160℃的非常低的温度。图1至20所示的实施例在主要由甲烷组成的LNG的背景下说明了本发明，但是本发明也适用于主要或主要由乙烷、丁烷和/或丙烷组成的LNG。

为了增强热泵10的效率，热泵10可以包括其他热交换回路20、22。因此，第一回路16的输出和膨胀阀14通过第三热交换回路20连接，第二回路18的输出和压缩机12通过第四热交换回路22连接。

两个回路20、22可形成同一个热交换器E1的一部分，并且被配置为相互交换热量，流体通过在第三回路中流通被冷却，而通过在第四回路中流通被再加热。

同样地，如图8所示，第一回路16可以并入包括回路20、22的交换器中。在这种情况下，回路16、20可以被联合并因此被合并。在图9的变型实施例中，第二回路18也被结合在包括回路16、20、22的交换器中。在这种情况下，一方面的回路16、20以及另一方面的回路18、22被联合并合并。在未示出的又一变型中，第二回路18将被并入包括回路20、22的交换器中，并且回路16将保持远程且独立。

例如，在图3的实施例中，低温流体经历一次热交换，以便在被压缩机12中压缩之前在交换器E1的回路22中被再加热。相反，在图9的变型实施例中，低温流体经历具有两次热交换的等效过程，以便在被压缩机12压缩之前在单个交换器的回路18、22中被再加热。

图21至图26示出了在热泵10中使用附加回路20、22的优点。

在这些图21至图26中的每一个中，弯曲曲线(在图21中标记为C1)是LNG的饱和曲线，其主要是图21和22中的甲烷，图23和24中的乙烷以及图25和26中的丙烷和丁烷的混合物。

代表热力学循环的曲线(在图21和22中用C2或C2'表示)示出了低温流体(例如氮气)的温度随熵的变化趋势。在图21中以及在图23和25中，热泵没有回路20、22，在图22中以及在图24和26中，热泵包括这样的回路20、22。发现附加回路20和22使得可以修改滞后曲线。对于给定的熵，对于该LNG饱和曲线上的相同熵，如果低温流体的温度明显低于要冷却的LNG的温度，则冷却效率更高。对于上面列出的不同的液化天然气，发现回路20、22可以在很宽的熵值范围内确保低温流体离开膨胀阀时的最低温与要冷却的LNG的温度之间有明显的温度差。该温度差优选为至少3℃。温度差越大，热泵中的流体的流率就越小。总之，回路20、22提高了热泵的效率。

所使用的一个或多个交换器例如是管和壳、板和其他此类类型的交换器。

压缩机12具有例如在10％至20％范围内的压缩率和在200至2000m³/h范围内的流率。

膨胀阀14例如具有在10％至20％范围内的膨胀率和在200至2000m³/h之间的流率。膨胀阀例如是焦耳-汤姆森阀。

在本发明的特定示例性实施例中：

-压缩机的输出温度介于30至60℃范围内，例如约为45℃，

-第一回路16的输出温度在-130℃至100℃范围内，并且例如约为-115℃，

-膨胀阀14的输出温度在-160℃至-200℃范围内，例如为-170℃左右，以及

-第二回路18的输出温度在-160℃至200℃范围内，并且例如约为-170℃。

在图1的示例性实施例中，热泵10结合在液化天然气(LNG)运输船中，该船包括至少一个LNG储罐24。

通常，LNG罐24包括液态LNG和气态LNG，后者是由于罐中LNG的自然蒸发所致。自然蒸发气体称为BOG或NBOG。

罐24包括BOG输出26，该BOG输出26局部地位于罐的顶部部分中，在该顶部部分中BOG自然地累积。该罐还配备有泵送系统，该泵送系统包括浸没在LNG中的一个或多个泵28、30。图1的罐24装有泵28，图2的罐装有两个泵28、30。该泵或每个泵连接到罐的液化气输出32、34。

在所示示例中，BOG输出26通过第一回路16连接到第五热交换回路36，而LNG输出32通过第二回路18连接到第七热交换回路38。

鉴于以上所述，根据回路18中流体的温度，应当理解，LNG将能够在回路38中过冷或再加热。例如，在LNG在回路38的输入处的温度处于-165至-161℃范围内的情况下，在输出处的LNG的温度将在-170至-160℃范围内。还应理解，处于-140至-120℃范围内、例如约为-120℃的温度的BOG将能够在回路36中再加热至例如一定温度，该温度介于0至45℃范围内，例如约为25℃。

罐中LNG的温度可以在最小值(-165℃)和最大值(-161℃)之间变化。最冷的LNG自然地存储在罐的底部，并由罐底层40表示。所述泵28、30或每个泵28、30可以泵入最冷的层40，或者可以位于罐的底部以能够尽可能地取出最冷的LNG。

在例如要取出处于-165℃的冷LNG的情况下，该LNG可在回路38中流通以冷却回路18中的流体，并因此被回路18的流体再加热。在取出例如处于-161℃的较少的冷LNG的情况下，该LNG可在回路38中流通以再加热回路18中的流体，因此被回路18的流体冷却。

在图1所示的情况下，冷LNG从底层40取出，并通过回路38中的流通稍微再加热。它例如在-160℃左右的温度下重新出现，并且可以重新注入到罐24中。

罐24还包括至少一个LNG输入42，该至少一个LNG输入42连接到第七回路38的输出，并且在此还连接到位于罐内部、在其顶部部分中、高于罐中的LNG的最大液位的喷杆44。众所周知，LNG以液态喷射到罐的BOG中以使其冷却并将其重新冷凝/液化。

图2的变型实施例，相同的元件由相同的附图标记表示。该变型与之前的变型的主要区别在于，未示出BOG输出。上面描述的第二泵连接到LNG输出34，该LNG输出34通过第一回路16连接到第六热交换回路46。

两个泵28、30从最冷的层40中泵出LNG，并且例如位于罐的底部以从所述层40中取出LNG。在这种情况下，发送到回路46的LNG将具有小于或等于-160℃的温度，并且它将使该回路被重新加热到0至45℃范围内的温度，例如大约25℃。

图3的变型表示图1和图2的变型的组合。此处有两个回路36、46，它们彼此以及与第一回路16进行热交换。因此可以理解，分别在回路36、46中流通的BOG和LNG将被再加热，而在回路60中流通的流体将被冷却。

图4表示运输船中的LNG冷凝设备。离开回路36的BOG供应压缩机48，该压缩机48构造成向船的至少一个机器供应气体，机器例如驱动所述船的发动机、发电机和/或锅炉。被压缩且未被机器使用的气体(BOG)可以在重新注入到罐24中之前被冷却和重新液化。至少一个热交换器E0用于在向压缩机48供气之前再加热BOG，并冷却和重新液化离开压缩机的气体，然后再将其重新引入罐24中。

因此，设备包括具有热交换器E0的第五回路36的第八热交换回路50和具有第七回路38的第九热交换回路52。

图4的再冷凝系统包括压缩机48。在第八回路50的输入处，压缩的BOG可以处于20至60℃范围内的温度，例如大约45℃，并且在第九回路52的输入处的BOG可以处于-130℃至-90℃范围内的温度，例如大约-110℃。在第九回路52的输出处，重新液化的BOG可以处于小于或等于-160℃的温度。可以将这种液化气体重新注入罐24的底部。

图5的变型表示图3的变型与图4所示的再冷凝设备的组合。

在所示的示例中，使用了三个热交换器E1、E2、E3，但可能更多或更少。第一热交换器E1是热泵的热交换器。在第二热交换器E2中，第五回路36、第六回路46、第八回路50和第一回路16协作以在供应压缩机48之前再加热BOG并冷却过量的BOG，也就是说，不被船上的机器使用的BOG。在第三热交换器E3中，第二回路18、第七回路38和第九回路52协作以冷却上面获得的BOG，并冷却或再加热从罐中取出的LNG，如下面将看到的。

图6和7的变型包括第四热交换器E4。在图6的情况下，第四热交换器E4包括***LNG输出34和第六回路46之间的第一热交换回路54和***LNG输出32和第七回路38之间的第二热交换回路56。LNG输出34可以通过膨胀阀连接到第一热交换回路54的输入。热交换器E2包括第一回路16、第五回路36和第六回路46，并且热交换器E3包括第二回路18和第七回路38。应当理解，在第一热交换回路54中流通的LNG预先膨胀，因此比在第二热交换回路56中流通的LNG更冷。因此，第一热交换回路54的LNG将在到达交换器E2之前由交换器E4再加热，并且因此回路56的LNG将在到达第三热交换器E3之前被第四热交换器E4冷却。

图7的变型组合了图4和6的变型。在该新变型中，第二热交换器E2包括第五回路36、第六回路46、第八回路50和第一回路16，并且第三热交换器E3包括第二回路18、第七回路38和第九回路52。

上面已经描述了图8和9。在图8的变型中，第一热交换器E1和第二热交换器E2被组合并且形成仅单个部件。在图9的变型中，第一热交换器E1、第二热交换器E2和第三热交换器E3形成仅单个部件。

图10和11的变型实施例表示将热泵10并入船中，并且将该热泵10与船的机器58、60相关地使用，机器例如推进发动机58、发电机60和/或锅炉。

第二热交换器E2具有图1所示的类型。上述第五回路36的输出在此连接到两个压缩机48，这些压缩机供应机器58、60。

图10和11的变型还示出，第七回路38的输出或罐24的输入42可以配备有三通阀62，其一路与第七回路38的输出相连，一路与喷杆44相连，而另一路与罐的底部的注入系统相连。

图12和13的变型与图10和11的变型相似。第二热交换器E2在这里类似于图5，因为它包括第八回路50，第八回路50在输入处接收离开一个或多个压缩机48的气体。图12和13的第三热交换器E3也类似于图5的第三热交换器。

图14类似于图9，并且还示出了本发明实施例的特定情况下的操作温度。

现在描述船和相关的热泵的五种操作模式。

第一操作模式在图15a和15b中表示，并且对应于船的推进速度大于预定阈值(例如16节(knot))的情况。在这种情况下，机器58、60被供给BOG，BOG是NBOG或甚至FBOG，并因此源自罐24的输出26或输出26、32。热泵的低温能量在这里用于对LNG进行过冷。这种模式可以优化用于其机器的操作的船消耗。

BOG自然地在罐24中产生，并离开罐以供应第五回路36以及压缩机48和机器。罐24可配备有压力传感器以测量罐中的BOG压力，并因此检测预定阈值的超量。通常，罐24中的压力在80至150mbarg范围内。在第一种操作模式下，储罐中的压力为中值，且能够约为100mbarg，

如果船速非常快并且对气态LNG的需求大于自然产生的BOG，则有可能强制BOG生成并因此形成FBOG。然后从罐的输出口34提取LNG，然后将其输送到第六回路46。在第五回路36和第六回路46中，BOG和LNG被热泵的第一回路16加热，并且在压缩机48的输入处完全处于气态并且处于接近环境温度的温度。压缩机48根据机器的需要增加气体的压力。并行地，在通过阀62将LNG重新注入罐的底部之前，热泵10的第二回路18用于冷却通过输出32取得并在第七回路38中流通的LNG。

第二操作模式在图16a和16b中表示，并且对应于船的推进速度为上述阈值的量级的情况，例如16节，该速度在此称为船的巡航速度。船上的气态LNG需求基本上等于自然产生的BOG。在这种情况下，为机器供应了BOG，该BOG是NBOG，并因此源自罐的输出26。热泵10的低温能量在这里用于使LNG过冷。在第二操作模式中，罐中的压力为120mbarg的量级。

第三操作模式在图17a和17b中示出，并且对应于船的推进速度略低于阈值的情况，例如处于14至16节范围内。在这种情况下，机器被供应仅为NBOG的BOG。罐24中产生的NBOG足以为船提供动力。这个NBOG甚至超过了船的需求。在此，NBOG的产生是通过将LNG喷入罐24的BOG中以便将BOG重新冷凝成LNG而被限制的。在第三操作模式中，罐中的压力为120mbarg的量级。

对于该最后一部分，热泵10的第二回路18用于冷却通过输出32取得并在第七回路38中流通的LNG，然后再由喷杆44将其注入罐24中。

第四操作模式在图18中示出，并且对应于船的推进速度远低于阈值、例如低于14节的情况。在这种情况下，与机器的需求相比产生了过多的NBOG，并且在一个或多个压缩机48的输出处的一部分压缩气体在第八回路50中流通，然后在第九回路52中流通，以对其进行冷却。在此，使用热泵10的低温能量对气体进行过冷并使其冷凝，然后再将其重新注入到罐24中。在这种情况下，认为处于约-165℃的温度的过冷的LNG被存储在层40中。泵28从罐的底部取出冷的LNG，该LNG在第七回路38中流通并被略微加热，以与离开第九回路52的LNG的温度接近或甚至相同的温度离开该第七回路38。离开这两个输出的LNG混合并通过阀62重新注入罐24的底部中。在第四操作模式中，罐中的压力很大，例如约为140mbarg。

第五种操作模式如图19所示，与先前的操作模式相似。相对于机器的需求产生了过多的NBOG，并且在一个或多个压缩机48的输出处的一部分压缩气体在锅炉64中燃烧。在此，通过将LNG喷入罐的BOG中以便将BOG冷凝为LNGN来限制BOG的产生。在此，使用热泵的低温能量对该气体进行过冷并使其冷凝，然后再将其重新注入到罐24中。在第五操作模式中，罐中的压力很大，例如约为140mbarg。

最后，图20示出了本发明的第六实施例，其中，热泵10使用用于向船的机器58、60供应的压缩机48或其中之一，而不是专用压缩机12。相反，可以认为通过热泵10的压缩机向船上的机器供应气体。在这种情况下，一方面，压缩机48或其中之一的输入被连接到第五回路36的输出和第四回路22的输出，另一方面，压缩机48或其中之一的输出被连接到第一回路16的输入以及船的机器58、60。

实际上，出于安全原因，存在供应船的机器的压缩机48的冗余。当一个压缩机48发生故障时，另一个可以用来向机器供应气体，并保证操作，尤其是船的推进。由于存在至少两个压缩机48，因此，当第一压缩机48起作用并用于向机器供应时，可以隔离第二压缩机48并将其在热泵10的环境中使用。第一隔离阀66设置在第二压缩机48的上游和下游，以将其输入和输出分别连接到第五回路36和船的机器58、30。第二隔离阀68设置在第二压缩机48的上游和下游，以将其输入和输出分别连接到第四回路22和第一回路16。

因此，应当理解，默认情况下，第一压缩机48将起作用，第一隔离阀66将被关闭，第二隔离阀68将被打开，使得第二压缩机48被用于热泵中。如果第一压缩机48发生故障，则第二隔离阀68将被关闭并且第一隔离阀66将被打开。这样就可以向机器供应压缩气体，但是将不再可以使用热泵10。

图27的变型实施例与图1和随后的图的实施例的不同之处在于，第一热交换器E1的第四回路22通过第二热交换器E2的第十回路22'连接到压缩机12的输入。第十回路22'使得可以在向热泵10的压缩机12供应之前再加热低温流体。换句话说，代替在第一热交换器E1中仅进行一次再加热，在供应构成热泵10的压缩机12之前，将低温流体在第二热交换器E2中进行第二次再加热。

第十回路22’使得可以冷却在第一回路16中流通的低温流体，从而低温流体在第二热交换器E2中经历双重冷却。一方面，通过接收与从罐24取出并在第五回路36中流通的蒸发气体一起的冷，另一方面，通过接收来自在第十回路22'中流通的低温流体的冷，冷却低温流体。

此外，如在图10和以下附图中的情况，第二热交换器E2的第五回路36的输出连接到一个或多个压缩机48的输入，一个或多个压缩机48的输出供应船的机器58、60并且可以被转移到第三热交换器E3的第十一回路52'的输入。第十一回路52’的输出连接到阀62。该第十一回路52’使得可以冷却和液化来自罐的气体，然后将其重新注入到罐24中。

该变型尤其使得可以使用低温热泵10来过冷LNG和/或再冷凝BOG。有利的是，与在一些前述实施例中的四个或更多个回路相比，第二热交换器E2仅包括三个回路，这使得该交换器更简单并且因此更便宜。

图28a至28c示出了该变型实施例的操作阶段。在图28a的情况下，船的机器58、60需要大量的气体，因此所取的BOG被完全压缩以供应这些机器。热泵10用于再加热BOG并冷却LNG，LNG被取出并然后再注入罐24的底部中。图28b的操作阶段相似，除了以下事实：取出的已冷却的LNG通过喷杆44被重新注入到罐中。在图28c的情况下，压缩的BOG的一部分在第十一回路52'中流通，以在被注入到罐的罐的底部之前由第三热交换器E3冷却和再冷凝，可能与所取的LNG混合并被过冷。

图29的变型实施例与图9的实施例的不同之处尤其在于，单个热交换器还包括第八回路和/或第九回路50、52，其具有与例如以上参考图13所述的第八回路50和第九回路相同的功能，或具有与图28的变型的第十一回路52’相同的功能，即冷却和冷凝从罐中取出并离开第五回路36和一个或多个压缩机48的BOG。

在该变型中，第一相分离缓冲罐90安装在第一/第三回路16、20的输出与第二/第四回路18、22的输入之间。第一缓冲罐90可以被供应有两相混合物，并且第二/第四回路18、22还优选地被供应有两相混合物，该两相混合物来自在相分离之后，从第一缓冲罐90的底部提取的液体低温流体的至少部分膨胀，并且其已经在设置在第一缓冲罐90的输出与第二/第四回路18、22的输入之间的膨胀阀14中经历了膨胀。

第二相分离缓冲罐92安装在第八/第九回路50、52的输出处，该第二缓冲罐92包括通过用于从罐提取BOG的管道而与第五回路36的输入相连的气体输出，和通过罐24底部的注入器件或喷杆44与将LNG重新注入罐24中的器件相连的液体输出。可以向第二缓冲罐92供应离开第八/第九回路50、52的两相混合物。第二缓冲罐92在第八/第九回路50、52不能使所有气体、特别是BOG中所含的诸如氮之类的轻气体冷凝的情况下特别有用。然后，离开第八/第九回路50、52的气态氮被重新注入第五回路36中，并被压缩，以通过供应船的机器58、60而至少部分地再循环。

该变型还使得可以使用低温热泵10来使LNG过冷和/或补偿BOG。尤其通过所使用的单个热交换器的紧凑性是有利的。

图30a至30c示出了该变型实施例的操作阶段。在图30a的情况下，船的机器58、60需要大量的气体，因此所取的BOG被完全压缩以供应这些机器。热泵10用于再加热BOG并冷却LNG，LNG被取出然后被重新注入罐24的底部。图30b的操作阶段与以下事实类似：所提取的已冷却的LNG通过喷杆44重新注入到罐中。在图30c的情况下，压缩的BOG的一部分在第八/第九回路50、52中流通，在供应第二缓冲罐92之前被冷却和重新冷凝。包含在第二缓冲罐92中的气体被重定向到第五回路36，并且其所包含的液体被注入到罐24的底部。

图31至33示出了在图27和随后附图的变型实施例的背景下不同流体的温度值的示例。

可以将这些温度值与图14的温度值进行比较。如以上所解释的，差异主要是由于第二热交换器E2包括第十回路22'，该第十回路将第一热交换器E1的第四回路22的输出连接到热泵10的压缩机12的输入。发现在压缩机12的输入处的低温流体的温度(-5℃)明显高于图14的温度(-110℃)，这是由于分别由第四回路22和第十回路22'对流体进行的双重加热所致。

在图31的情况下，LNG在重新注入到罐24中之前被过冷至-167℃。几乎没有或没有BOG经由第二热交换器E2被冷却和再冷凝，这是因为产量刚好足以满足船的机器58、60、64的需求。

在图32的情况下，在将LNG注入罐24之前将其过冷至-165℃。同样地，几乎没有或没有BOG经由第二热交换器E2被冷却和再冷凝，这是因产量刚好足以满足船的机器58、60、64的需求。

在图33的情况下，BOG的产量超过了船的机器58、60、64的气体需求。因此，过量的BOG通过分别穿过第二热交换器E2的和第三热交换器E3的第八回路50和第九回路52而被冷却和冷凝，然后被重新注入到罐24中。在这种情况下，所获取的LNG在第三热交换器E3中被再加热，因此将冷却热泵10的第二回路18和来自第八回路50的压缩气体(而不被其冷却)。

在图34的变型实施例中，该设备包括具有两个回路94、96的第五热交换器E5，两个回路94、96包括形成冷却器98的一部分的回路96。冷却器98包括串联的压缩机，该压缩机的输出通过膨胀阀连接到回路96的一端，该回路的另一端连接到压缩机的输入。第五热交换器E5的另一个回路94一方面连接到热泵10的压缩机12的输出，另一方面连接到第二热交换器E2的第一回路16。第一回路16的输出连接至第一热交换器E1的第三回路20，该第三热交换器20的输出除了与第二回路18连接之外，还通过附加的膨胀阀连接至第二热交换器E2的附加回路99a的输入。该附加回路99a的输出连接到第一热交换器E1的第十二回路99b的输入，该第十二回路99b的输出通过第十回路22'的输出连接到低温热泵10的压缩机12的输入。

通常，在以上描述的以及附图中示出的所有变型中，所有或一些交换器可以被简化以减少其回路的数量，并因此减少了其成本，或者相反，所有或一些交换器可以组装在一起并且它们的回路被联合以减少交换器的数量。