ES3038907T3 - Cryogenic heat pump and use thereof in the treatment of liquefied gas - Google Patents

Abstract

Bomba de calor criogénica (10) para un dispositivo de tratamiento de gas licuado, que comprende, en circuito cerrado, al menos un compresor (12), al menos un dispositivo de expansión (14), un primer circuito receptor de frío (16) que se extiende entre dicho al menos un compresor y dicho al menos un dispositivo de expansión, y un segundo circuito transmisor de frío (18) que se extiende entre dicho al menos un dispositivo de expansión y dicho al menos un compresor, comprendiendo dicho circuito cerrado un fluido criogénico configurado para estar en un estado bifásico en al menos parte de este circuito, estando dicho segundo circuito transmisor de frío configurado para tener una temperatura de salida inferior a -40°C. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Bomba de calor criogénica y su utilización para el tratamiento de gas licuado

Campo técnico

La invención se refiere a una bomba de calor para una aplicación criogénica y a su aplicación para un tratamiento de gas licuado, por ejemplo, en un buque de transporte de gas natural licuado. Asimismo, se refiere a un dispositivo de tratamiento de gas licuado, a un buque que incluye tal dispositivo, así como a procedimientos de tratamiento. Se entiende por tratamiento, por ejemplo, el enfriamiento y/o el recalentamiento de gas licuado. Por otro lado, el gas licuado puede ser un gas natural licuado, que incluye mayoritariamente metano, o bien otro gas licuado tal como etano, propano, butano, GLP, etc.

Estado de la técnica

La técnica anterior comprende los documentos US-B1 -9261 295, US-B1 -6591 618 y US-A1 -2008/302113.

Con objeto de transportar gas más fácilmente, tal como gas natural, a grandes distancias, generalmente el gas se licua (para convertirse en gas natural licuado -GNL-) enfriándolo a temperaturas criogénicas, por ejemplo, -163 0C a presión atmosférica. El gas licuado es cargado a continuación en buques especializados.

En un buque de transporte de gas licuado, por ejemplo del tipo metanero, están previstas máquinas para cubrir los requerimientos energéticos del funcionamiento del buque, en particular, para la propulsión del buque y/o la producción de electricidad para los equipos de a bordo. En general, estas máquinas son máquinas térmicas que consumen gas que se alimenta a partir del cargamento de gas licuado transportado en los tanques del buque.

Con objeto de limitar la evaporación del gas licuado de los tanques, se conoce almacenarlo a presión, en orden a desplazarse por la curva de equilibrio líquido-vapor del gas licuado de que se trate, aumentando así su temperatura de vaporización. Así, el gas licuado puede almacenarse a mayores temperaturas, con el consiguiente efecto de limitar la evaporación del gas.

No obstante, la evaporación natural del gas es inevitable, fenómeno este que se denomina NBOG, que es el acrónimo del inglésNatural Boil-Off Gas(por oposición a la evaporación forzada de gas o FBOG, acrónimo del inglésForced Boil-Off Gas).El gas que se evapora naturalmente en el depósito de un buque es utilizado en general para alimentar las citadas máquinas. En el caso (primer caso) en que la cantidad de gas evaporado naturalmente es insuficiente para la demanda de gas combustible de las máquinas, se acciona una bomba inmersa en el tanque para proporcionar más gas combustible, previa evaporación forzada. En el caso (segundo caso) en que la cantidad de gas evaporado es demasiado grande con respecto a la demanda de las máquinas, el gas excedentario se quema en general en una caldera, lo cual representa una pérdida de gas combustible.

En la técnica actual, el perfeccionamiento de los depósitos es tal que las tasas de evaporación natural (BOR -acrónimo deBoil-Off Rate-)de los gases licuados son cada vez menores, mientras que las máquinas de un buque son cada vez más eficientes. Esto tiene como consecuencia, en cada uno de los casos citados primero y segundo, que la diferencia es muy acusada entre la cantidad de gas producida naturalmente por evaporación y la demandada por la instalación de un buque.

Por consiguiente, existe un creciente interés por soluciones de enfriamiento del gas licuado contenido en un tanque de almacenamiento y de gestión del BOG generado en este tanque, como, por ejemplo, unidades de relicuación o de refrigeración.

La presente invención aporta en particular una solución a esta necesidad.

Explicación de la invención

Un modo de realización de la invención se refiere a una bomba de calor criogénica para un dispositivo de tratamiento de gas licuado, que incluye, en circuito cerrado, al menos un compresor, al menos un elemento de expansión, un primer circuito de recepción de frío, que se extiende entre dicho al menos un compresor y dicho al menos un elemento de expansión, y un segundo circuito de transmisión de frío, que se extiende entre dicho al menos un elemento de expansión y dicho al menos un compresor, incluyendo dicho circuito cerrado un fluido criogénico configurado para hallarse en un estado bifásico en al menos una parte de este circuito, estando dicho segundo circuito de transmisión de frío configurado para hacer circular dicho fluido a una temperatura igual o inferior a -40 °C.

En la presente solicitud, se entiende por «criogénico» una temperatura muy baja y particularmente inferior a -40 0C, e incluso inferior a -90 0C, y preferentemente inferior a -160 0C. Así, un fluido o una bomba de calor criogénicos son un fluido o una bomba aptos para estar a o para funcionar a tal baja temperatura.

La temperatura que es igual o inferior a -40 0C que es objeto de la invención es aquella del fluido criogénico de la bomba de calor y se mide o estima en la salida inmediata del circuito de transmisión de frío.

Una bomba de calor es una unidad en sí bien conocida, pero no para una aplicación criogénica. Una bomba de calor comprende convencionalmente, en circuito cerrado, un compresor, un elemento de expansión y circuitos de intercambio de calor que se extienden entre el compresor y el elemento de expansión. El compresor comprime un fluido refrigerante o criogénico, lo cual aumenta su temperatura, pudiendo este fluido recalentado transmitir su calor en uno de los citados circuitos. A la salida de este circuito, el fluido se expande en el elemento de expansión, lo cual disminuye su temperatura, pudiendo este fluido enfriado absorber calor del otro de los circuitos y luego realimenta el compresor.

La invención propone utilizar esta tecnología conocida utilizando un fluido criogénico y configurando los diferentes elementos constitutivos de la bomba al objeto de que uno de los circuitos, denominado primer circuito, sea un circuito de recepción de frío, y por tanto de recalentamiento (teniendo el fluido circulante por este circuito, por ejemplo, una temperatura superior a -160 0C, y comprendida, por ejemplo, entre -115 0C y 45 0C), y el otro de los circuitos, denominado segundo circuito, sea un circuito de transmisión de frío y del que puede buscarse que realice un subenfriamiento e incluso un ligero recalentamiento. El fluido circulante por este segundo circuito está, por ejemplo, a una temperatura comprendida entre -169 0C y -161 0C para el caso de un circuito de subenfriamiento, y a una temperatura comprendida entre -165 0C y -160 0C para el caso de un circuito de pequeño recalentamiento. Así, el fluido circula por este circuito a una temperatura igual o inferior a -160 0C. Tal es el caso cuando el fluido que ha de enfriarse es GNL, compuesto principalmente por metano. En el caso en que el GNL que haya de enfriarse estuviera compuesto principalmente por etano, el fluido criogénico circularía por el segundo circuito a una temperatura igual o inferior a -90 0C. Así, en el caso en que el GNL que haya de enfriarse estuviera compuesto principalmente por propano y por butano, el fluido criogénico circularía por el segundo circuito a una temperatura igual o inferior a -40 0C.

La bomba puede comprender una o varias de las siguientes características, tomadas aisladamente unas de otras o en combinación unas con otras:

- dicho primer circuito está configurado para permitir la circulación de dicho fluido desde dicho al menos un compresor hasta dicho al menos un elemento de expansión,

- dicho segundo circuito está configurado para permitir la circulación de dicho fluido desde dicho al menos un elemento de expansión hasta dicho al menos un compresor,

- la salida de dicho primer circuito y el elemento de expansión, por una parte, y la salida de dicho segundo circuito y el compresor, por otra, están unidos por al menos unos circuitos tercero y cuarto de intercambios mutuos de calor,

- la salida de dicho cuarto circuito está unida por un décimo circuito a dicho compresor, estando este décimo circuito configurado para transmitir frío a dicho primer circuito,

- dichos circuitos forman parte de un mismo intercambiador de calor, o de dos o tres intercambiadores de calor diferenciados,

- dicho fluido criogénico se selecciona de entre el nitrógeno, el metano, el oxígeno, el etano, el etileno, el butano, el isobutano, el propano, el isopropano, el argón o una mezcla de estos gases,

- dicho compresor es apto para comprimir gas destinado a alimentar gas a al menos una máquina de dicho buque, estando además dicho compresor unido por válvulas a los circuitos y a dicha al menos una máquina al objeto de poder aislarlo de la máquina, cuando está funcionando para la bomba de calor, y de aislarlo de la bomba de calor, cuando está funcionando para dicha al menos una máquina,

- dicho primer circuito de recepción de frío está configurado para tener en su entrada una temperatura del fluido criogénico igual o inferior a -90 0C, y preferentemente igual o inferior a -160 0C, y/o en su salida, una temperatura igual o superior a 0 0C, y preferentemente igual o superior a 25 0C,

- dicho segundo circuito de transmisión de frío está configurado para tener en su salida una temperatura del fluido criogénico igual o inferior a -90 0C, y preferentemente igual o inferior a -160 0C.

La presente invención se refiere a un dispositivo de tratamiento de gas licuado tal y como está definido en la reivindicación 1.

En la presente solicitud, se entiende por un tratamiento de gas licuado, por ejemplo, el enfriamiento y/o el recalentamiento de este gas licuado. Se entiende por intercambio de calor, la recepción o la transmisión de calor, o bien la recepción o la transmisión de frío.

La invención permite obtener ahorros significativos de energía, ya que el recalentamiento del BOG y el enfriamiento, e incluso también el recalentamiento del GNL recaen en una bomba de calor que es más eficiente que las unidades que a día de hoy se conocen y utilizan para realizar estas funciones. La invención puede, por ejemplo, permitir no utilizar agua de mar para enfriar el BOG antes de su utilización por máquinas del buque.

El dispositivo según la invención puede comprender una o varias de las siguientes características, tomadas aisladamente unas de otras o en combinación unas con otras:

- una salida de dicho séptimo circuito está destinada a unirse a una entrada de gas licuado de dicho tanque y, preferentemente, a al menos una barra pulverizadora de gas licuado superiormente al tanque y/o a al menos un medio de inyección de dicho gas licuado en el fondo de ese tanque,

- una salida de dicho quinto circuito y/o una salida de dicho sexto circuito están unidas a al menos un compresor destinado a alimentar gas a al menos una máquina de un buque de transporte de gas licuado, tal como, por ejemplo, un motor de propulsión de dicho buque, un generador eléctrico y/o una caldera,

- una salida de dicho compresor configurado para alimentar gas a al menos una máquina está unida a un octavo circuito de intercambio de calor con dicho primer circuito y/o dicho quinto circuito y/o dicho sexto circuito, - una salida de dicho octavo circuito está unida a una entrada de un noveno circuito de intercambio de calor con dicho segundo circuito y/o dicho séptimo circuito,

- dicho al menos un compresor está unido mediante válvulas respectivamente a la salida del quinto circuito y/o del sexto circuito, y a dicha al menos una máquina, así como mediante válvulas respectivamente a los circuitos primero y segundo,

- dicho al menos un compresor está unido directamente a la entrada de un undécimo circuito configurado para intercambiar calor con dicho segundo circuito y/o dicho séptimo circuito,

- dichos circuitos forman parte de un mismo intercambiador de calor, o de varios intercambiadores de calor diferenciados,

- el dispositivo comprende un intercambiador que incluye al menos, e incluso únicamente, dichos circuitos primero, quinto y décimo,

- el dispositivo comprende un intercambiador que incluye al menos, e incluso únicamente, dichos circuitos tercero y cuarto,

- el dispositivo comprende un intercambiador que incluye al menos, e incluso únicamente, dichos circuitos segundo y séptimo,

- la bomba de calor está configurada al objeto de que, a la salida de dicho elemento de expansión, el fluido criogénico tenga una temperatura inferior en al menos 30C a la temperatura del gas licuado que entra a dicho séptimo circuito.

Asimismo, la presente invención se refiere a un buque de transporte de gas licuado, que incluye al menos un tanque de almacenamiento de este gas y un dispositivo tal y como se ha descrito anteriormente.

Asimismo, la presente invención se refiere a un procedimiento de enfriamiento y/o de recalentamiento de gas licuado almacenado en un buque tal y como está definido en la reivindicación 19 y descrito anteriormente, que comprende las etapas consistentes en:

a) tomar gas licuado del tanque y hacerlo circular por dicho séptimo circuito con el fin de modificar su temperatura, y luego

b) reinyectar este gas licuado en el tanque, superiormente y/o en el fondo del tanque.

El procedimiento según la invención puede comprender una o varias de las siguientes características o etapas, tomadas aisladamente unas de otras o en combinación unas con otras:

c) tomar gas de evaporación natural del tanque y hacerlo circular por dicho quinto circuito con el fin de aumentar su temperatura, y

d) tomar gas licuado del tanque y hacerlo circular por dicho sexto circuito con el fin de vaporizarlo y de aumentar su temperatura,

y/o

e) alimentar dicho al menos un compresor configurado para alimentar gas a al menos una máquina de dicho buque con gas saliente de dicho quinto circuito y/o de dicho sexto circuito, y

f) tomar eventualmente una parte del gas a la salida de dicho al menos un compresor y hacer circular este gas por dicho octavo circuito, e incluso por dicho noveno circuito, con el fin de enfriarlo,

y/o

g) hacer circular el gas saliente de dicho octavo circuito por dicho noveno circuito con el fin de enfriarlo.

Según un primer modo de funcionamiento, las etapas a), b), c) y d) se realizan simultáneamente cuando dicho buque está a régimen alto, correspondiente, por ejemplo, a una velocidad superior a un umbral predeterminado, reinyectándose gas licuado en el fondo del tanque en la etapa b).

Según un segundo modo de funcionamiento, las etapas a), b) y c) se realizan simultáneamente cuando dicho buque está a un régimen de crucero, correspondiente, por ejemplo, a una velocidad de crucero, reinyectándose gas licuado en el fondo del tanque en la etapa b).

Según un tercer modo de funcionamiento, las etapas a), b) y c) se realizan simultáneamente cuando dicho buque está a un bajo régimen, correspondiente, por ejemplo, a una velocidad inferior a un umbral predeterminado, reinyectándose gas licuado superiormente al tanque en la etapa b).

Según un cuarto modo de funcionamiento, las etapas a), b), c), e), f) y g) se realizan simultáneamente cuando dicho buque está a un régimen bajo, correspondiente, por ejemplo, a una velocidad muy inferior a un umbral predeterminado, circulando gas licuado por dicho séptimo circuito con vistas a su recalentamiento y su mezcla con gas saliente de dicho noveno circuito, antes de su reinyección en el tanque en la etapa b), preferentemente en el fondo del tanque. Según un quinto modo de funcionamiento, las etapas a), b), c) y e) se realizan simultáneamente cuando dicho buque está a un régimen bajo, correspondiente, por ejemplo, a una velocidad muy inferior a un umbral predeterminado, reinyectándose gas licuado superiormente al tanque en la etapa b).

El procedimiento puede comprender, además:

- una etapa de utilización de al menos un compresor para comprimir gas con vistas a la alimentación de gas a al menos una máquina del buque, y

- una etapa de utilización del mismo al menos un compresor para comprimir fluido criogénico en la bomba de calor. Asimismo, la presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de gas de una instalación de almacenamiento de gas, en particular a bordo de un buque, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas: - extracción de una porción de un primer gas en estado líquido de un tanque,

- un primer subenfriamiento de la porción del primer gas en estado líquido, y

- almacenamiento del primer gas en estado líquido subenfriado en la parte inferior del tanque en orden a constituir una capa de reserva de frío del primer gas en estado líquido en el fondo del tanque.

El procedimiento según la invención puede comprender una o varias de las siguientes características o etapas, tomadas aisladamente unas de otras o en combinación unas con otras:

- el primer gas almacenado en la capa de reserva de frío del tanque es utilizado para enfriar el primer gas en estado de vapor situado en la parte superior del tanque y el primer gas en estado líquido,

- el primer gas almacenado en la capa de reserva de frío es pulverizado en el tanque y en la capa del primer gas en estado de vapor,

- el primer gas almacenado en la capa de reserva de frío es extraído del fondo del tanque y relicua el primer gas en estado de vapor a través de un intercambiador de calor,

- dicha parte inferior abarca menos del 30 % de la altura del tanque medida desde su fondo, siendo dicho fondo el extremo más inferior del tanque,

- el primer gas subenfriado se almacena en la capa de reserva de frío a una temperatura comprendida entre -45° y -55 0C a presión atmosférica,

- el primer gas en estado líquido restante en el tanque está a una temperatura superior a -42 0C,

- el primer gas es un gas natural licuado.

La presente invención se refiere todavía a un sistema de tratamiento de gas de una instalación de almacenamiento de gas, en particular a bordo de un buque, comprendiendo el sistema:

- un tanque en el que se almacena un primer gas en estado líquido,

- un primer intercambiador de calor configurado para realizar un primer subenfriamiento del primer gas extraído del tanque por una primera canalización,

- desembocando la primera canalización en la parte inferior del tanque en orden a almacenar el primer gas subenfriado en el fondo del tanque para constituir una capa de reserva de frío del primer gas en estado líquido. El sistema puede comprender una o varias de las siguientes características, tomadas aisladamente unas de otras o en combinación unas con otras:

- el tanque comprende una salida conectada a un primer extremo de una tubería, comprendiendo la tubería un segundo extremo acoplado a una barra pulverizadora instalada en la parte superior del tanque,

- el sistema comprende un recalentador instalado en la segunda canalización por la que circula el segundo gas recalentado o vaporizado en el primer intercambiador de calor,

- el primer gas es un gas natural licuado.

Asimismo, la invención se refiere a un buque, en particular de transporte de gas licuado, que incluye al menos un sistema del tipo indicado.

Breve descripción de las figuras

La invención se comprenderá más fácilmente y se pondrán más claramente de manifiesto otros detalles, características y ventajas de la presente invención con la lectura de la descripción que sigue, dada a título de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

- las figuras 1 a 20 muestran varias variantes de realización de la invención, y

- las figuras 21 y 22 muestran diagramas de evolución de la temperatura en función de la entropía de un fluido criogénico que circula por una bomba de calor según la invención, así como la curva de saturación de un gas natural licuado que, en el caso presente, es principalmente metano,

- las figuras 23 y 24 muestran diagramas de evolución de la temperatura en función de la entropía de un fluido criogénico que circula por una bomba de calor según la invención, así como la curva de saturación de un gas natural licuado que, en el caso presente, es principalmente etano,

- las figuras 25 y 26 muestran diagramas de evolución de la temperatura en función de la entropía de un fluido criogénico que circula por una bomba de calor según la invención, así como la curva de saturación de un gas natural licuado que, en el caso presente, es principalmente propano y butano, y

- las figuras 27 a 34 muestran otras variantes de realización de la invención.

Descripción detallada

La invención utiliza una bomba de calor criogénica, es decir, una unidad apta para transferir energía térmica a temperaturas criogénicas cercanas a la temperatura de almacenaje de un GNL.

La bomba de calor se materializa en un circuito cerrado y está designada por la referencia 10 en los diferentes dibujos. La bomba de calor 10 comprende cuatro elementos esenciales, a saber, al menos un compresor 12, al menos un elemento de expansión 14, un primer circuito 16 de recepción de frío, que se extiende entre el compresor y el elemento de expansión, y un segundo circuito 18 de transmisión de frío que se extiende entre el elemento de expansión y el compresor.

Por la bomba de calor circula un fluido criogénico, seleccionado, por ejemplo, de entre nitrógeno, metano y oxígeno, etano, etileno, butano, isobutano, propano, isopropano, argón o una mezcla de estos gases. Este fluido está destinado a hallarse en el circuito en estado gaseoso o en estado bifásico. El fluido circula, por ejemplo, en estado gaseoso por el compresor 12 y por el primer circuito 16. Preferentemente, se encuentra en estado bifásico a la salida del elemento de expansión y en el segundo circuito 18.

El fluido está destinado a ser llevado a una temperatura criogénica, es decir, hasta una temperatura muy baja inferior a -160 0C en el caso en que el GNL que vaya a enfriarse se compone principalmente de metano. Los ejemplos ilustrados por las figuras 1 a 20 ilustran la invención en el ámbito de un GNL compuesto principalmente por metano, pero la invención es también de aplicación al GNL compuesto principal o mayoritariamente por etano, butano y/o propano.

Con objeto de reforzar las prestaciones de la bomba de calor 10, esta puede comprender otros circuitos 20, 22 de intercambio de calor. De este modo, la salida del primer circuito 16 y el elemento de expansión 14 están unidos por un tercer circuito 20 de intercambio de calor, y la salida del segundo circuito 18 y el compresor 12 están unidos por un cuarto circuito 22 de intercambio de calor.

Los dos circuitos 20, 22 pueden formar parte de un mismo intercambiador de calor E1 y están configurados para intercambiarse mutuamente calorías, enfriándose el fluido mediante circulación por el tercer circuito y recalentándose mediante circulación por el cuarto circuito.

De igual manera, como se representa en la figura 8, el primer circuito 16 puede estar integrado en el intercambiador que incluye los circuitos 20, 22. En este caso, los circuitos 16, 20 pueden ser de uso compartido y, por tanto, coincidentes. En la variante de realización de la figura 9, el segundo circuito 18 también está integrado en el intercambiador que incluye los circuitos 16, 20, 22. En este caso, los circuitos 16, 20, por una parte, y los circuitos 18, 22, por otra, son de uso compartido y coincidentes. Aún en otra variante no representada, el segundo circuito 18 estaría integrado en el intercambiador que incluye los circuitos 20, 22, y el circuito 16 permanecería a distancia e independiente.

En el modo de realización de la figura 3, por ejemplo, el fluido criogénico experimenta un solo intercambio de calor con vistas a su recalentamiento, en el circuito 22 del intercambiador E1, antes de ser comprimido en el compresor 12. Por el contrario, en la variante de realización de la figura 9, el fluido criogénico experimenta el equivalente a dos intercambios de calor con vistas a su recalentamiento, en los circuitos 18, 22 del único intercambiador, antes de ser comprimido por el compresor 12.

Las figuras 21 a 26 muestran la ventaja de la utilización de los circuitos 20, 22 adicionales en la bomba de calor 10.

En cada una de estas figuras 21 a 26, la curva curvada (referencia C1 en la figura 21) es la curva de saturación de un GNL, que es principalmente metano en las figuras 21 y 22, etano en las figuras 23 y 24 y una mezcla de propano y de butano en las figuras 25 y 26.

La curva que representa un ciclo termodinámico (referencia C2 o C2' en las figuras 21 y 22) muestra la evolución de la temperatura de un fluido criogénico, tal como nitrógeno, en función de la entropía. En la figura 21, así como en las figuras 23 y 25, la bomba de calor está desprovista de los circuitos 20, 22 y, en la figura 22, así como en las figuras 24 y 26, la bomba de calor comprende tales circuitos 20, 22. Se comprueba que los circuitos adicionales 20 y 22 permiten modificar la curva de histéresis. A una entropía dada, el enfriamiento es más eficaz si la temperatura del fluido criogénico es netamente inferior a la temperatura del GNL que ha de enfriarse, para una misma entropía en la curva de saturación de ese GNL. Para los diferentes GNL antes relacionados, se comprueba que los circuitos 20, 22 permiten, para un amplio margen de valores de entropía, garantizar una diferencia de temperaturas significativa entre la temperatura más fría del fluido criogénico, cuando sale del elemento de expansión, y la temperatura del GNL que ha de enfriarse. Esta diferencia de temperaturas es preferentemente de al menos 3 0C. A mayor diferencia de temperaturas, más puede minimizarse el caudal del fluido en la bomba de calor. En conclusión, los circuitos 20, 22 aumentan las prestaciones de la bomba de calor.

El o los intercambiadores utilizados son, por ejemplo, del tipo de tubos y envolventes, de placas, etc.

El compresor 12 tiene, por ejemplo, una relación de compresión entre el 10 y el 20 % y un caudal comprendido entre 200 y 2000 m3/h.

El elemento de expansión 14 tiene, por ejemplo, una relación de expansión entre el 10 y el 20 % y un caudal comprendido entre 200 y 2000 m3/h. El elemento de expansión es, por ejemplo, una válvula Joule-Thomson.

En un ejemplo particular de realización de la invención:

- la temperatura a la salida del compresor está comprendida entre 30 y 600C y es, por ejemplo, del orden de 45 °C,

- la temperatura a la salida del primer circuito 16 está comprendida entre -130 0C y -100 0C y es, por ejemplo, del orden de -115 0C,

- la temperatura a la salida del elemento de expansión 14 está comprendida entre -160 0C y -200 0C y es, por ejemplo, del orden de -170 0C, y

- la temperatura a la salida del segundo circuito 18 está comprendida entre -160 0C y -200 0C y es, por ejemplo, del orden de -170 0C.

En el ejemplo de realización de la figura 1, la bomba de calor 10 está integrada en un buque de transporte de gas natural licuado (GNL) que comprende al menos un tanque 24 de almacenamiento de GNL.

Típicamente, un tanque 24 de GNL comprende GNL en fase líquida y GNL en fase gaseosa, resultante este último de la evaporación natural del GNL dentro del tanque. El gas de evaporación natural se denomina BOG o NBOG.

El tanque 24 comprende una salida de BOG 26 que, lógicamente, se halla situada en una parte alta del tanque donde se acumula naturalmente el BOG. El tanque además está equipado con un sistema de bombeo que incluye una o varias bombas 28, 30 que están inmersas en el GNL. El tanque 24 de la figura 1 está equipado con una bomba 28 y el de la figura 2 está equipado con dos bombas 28, 30. La o cada bomba está unida a una salida de gas licuado 32, 34 del tanque.

En el ejemplo representado, la salida de BOG 26 está unida a un quinto circuito 36 de intercambio de calor con el primer circuito 16, y la salida de GNL 32 está unida a un séptimo circuito 38 de intercambio de calor con el segundo circuito 18.

Habida cuenta de lo que antecede, según la temperatura del fluido en el circuito 18, se comprende que el GNL podrá ser subenfriado o recalentado en el circuito 38. Por ejemplo, el GNL, en el caso de que tuviera a la entrada del circuito 38 una temperatura comprendida entre -165 y -161 0C, tendría a su salida una temperatura comprendida entre -170 y -160 0C. Se comprende, además, que el BOG, que tiene una temperatura comprendida entre -140 y -120 0C y, por ejemplo, del orden de -120 0C, podrá ser recalentado en el circuito 36, por ejemplo, hasta una temperatura comprendida entre 0 y 45 0C, y por ejemplo, del orden de 25 0C.

La temperatura del GNL en el tanque puede variar entre un valor mínimo (-165 0C) y un valor máximo (-161 0C). El GNL más frío se almacena naturalmente en el fondo del tanque y está representado por la capa 40 en el fondo del tanque. La o cada bomba 28, 30 puede bombear en la capa 40 más fría, o puede situarse en el fondo del tanque para poder, en la medida de lo posible, tomar GNL lo más frío posible.

En el caso de que se tomara, por ejemplo, GNL frío a -165 °C, este GNL podría circular por el circuito 38 para enfriar el fluido dentro del circuito 18 y, por tanto, ser recalentado por el fluido del circuito 18. En el caso de que se tomara GNL menos frío, por ejemplo a -161 0C, este GNL podría circular por el circuito 38 para recalentar el fluido dentro del circuito 18 y, por tanto, ser enfriado por el fluido del circuito 18.

En el caso representado en la figura 1, se toma GNL frío de la capa inferior 40 y se recalienta ligeramente mediante circulación por el circuito 38. Sale, por ejemplo, a una temperatura del orden de -160 0C y puede ser reinyectado en el tanque 24.

El tanque 24 comprende también al menos una entrada de GNL 42 que está unida a la salida del séptimo circuito 38 y que, en el caso presente, también está unida a una barra pulverizadora 44 situada en el interior del tanque, en su parte alta, por encima del nivel máximo de GNL dentro del tanque. De manera conocida, en el BOG del tanque se pulveriza GNL en estado líquido con objeto de enfriarlo y de recondensarlo/relicuarlo.

En la variante de realización de la figura 2, los elementos idénticos se referencian con los mismos números. Esta variante se distingue esencialmente de la variante anterior en que no está representada la salida de BOG. La segunda bomba apuntada en lo anterior está unida a una salida de GNL 34 que está unida a un sexto circuito 46 de intercambio de calor con el primer circuito 16.

Las dos bombas 28, 30 bombean el GNL en la capa 40 más fría y se hallan situadas, por ejemplo, en el fondo del tanque para tomar GNL de dicha capa 40. En este caso, el GNL enviado al circuito 46 tendrá una temperatura igual o inferior a -160 0C y saldrá recalentado de este circuito con una temperatura comprendida entre 0 y 45 0C y, por ejemplo, del orden de 25 0C.

La variante de la figura 3 representa una combinación de las variantes de las figuras 1 y 2. Volvemos a tener los dos circuitos 36, 46, que intercambian calor entre sí, así como con el primer circuito 16. Así, se comprende que el BOG y el GNL respectivamente circulantes por los circuitos 36, 46 serán recalentados, mientras que el fluido circulante por el circuito 16 será enfriado.

La figura 4 representa una instalación de recondensación de GNL en un buque de transporte. El BOG saliente del circuito 36 alimenta un compresor 48 configurado para alimentar gas a al menos una máquina del buque, tal como, por ejemplo, un motor de propulsión de dicho buque, un generador eléctrico y/o una caldera. El gas (BOG) comprimido y que no es utilizado por las máquinas puede enfriarse y relicuarse antes de ser reinyectado en el tanque 24. Se utiliza al menos un intercambiador de calor E0 para recalentar el BOG antes de la alimentación del compresor 48 y para enfriar y relicuar el gas saliente del compresor antes de su reintroducción en el tanque 24.

Así, la instalación comprende un octavo circuito 50 de intercambio de calor con el quinto circuito 36 del intercambiador de calor E0, y un noveno circuito 52 de intercambio de calor con el séptimo circuito 38.

El sistema de recondensación de la figura 4 comprende un compresor 48. El BOG comprimido puede hallarse a la entrada del octavo circuito 50 a una temperatura comprendida entre 20 y 60 0C, y por ejemplo, del orden de 45 0C, y el BOG a la entrada del noveno circuito 52 puede hallarse a una temperatura comprendida entre -130 y -90 0C, y por ejemplo, del orden de -110 0C. A la salida del noveno circuito 52, el BOG, relicuado, puede hallarse a una temperatura igual o inferior a - 160 0C. Este gas licuado se puede reinyectar en el fondo del tanque 24.

La variante de la figura 5 representa la combinación de la variante de la figura 3 con la instalación de recondensación tal y como se representa en la figura 4.

En el ejemplo representado, se utilizan tres intercambiadores de calor E1, E2, E3, pero podría haberlos en mayor o menor número. Un primer intercambiador de calor E1 es el de la bomba de calor. En un segundo intercambiador de calor E2, el quinto circuito 36, el sexto circuito 46, el octavo circuito 50 y el primer circuito 16 cooperan al objeto de recalentar el BOG antes de la alimentación del compresor 48 y enfriar el BOG excedente, es decir, no utilizado por una máquina del buque. En un tercer intercambiador de calor E3, el segundo circuito 18, el séptimo circuito 38 y el noveno circuito 52 cooperan al objeto de enfriar el BOG obtenido antes señalado, así como de enfriar o recalentar el GNL tomado del tanque, como se verá en lo que sigue.

Las variantes de las figuras 6 y 7 comprenden un cuarto intercambiador de calor E4. En el caso de la figura 6, el cuarto intercambiador de calor E4 comprende un primer circuito de intercambio de calor 54, intercalado entre la salida de GNL 34 y el sexto circuito 46, y un segundo circuito de intercambio de calor 56, intercalado entre la salida de GNL 32 y el séptimo circuito 38. La salida de GNL 34 puede estar unida a la entrada del primer circuito de intercambio de calor 54 mediante un elemento de expansión. El intercambiador E2 comprende el primer circuito 16, el quinto circuito 36 y el sexto circuito 46, y el intercambiador de calor E3 comprende el segundo circuito 18 y el séptimo circuito 38. Se comprende que el g Nl que circula por el primer circuito de intercambio de calor 54 es expandido previamente, por lo que está más frío que el GNL que circula por el segundo circuito de intercambio de calor 56. Por lo tanto, el GNL del primer circuito de intercambio de calor 54 será recalentado por el intercambiador E4 antes de llegar al intercambiador E2, por lo que el GNL del circuito 56 será enfriado por el cuarto intercambiador de calor E4 antes de llegar al tercer intercambiador de calor E3.

La variante de la figura 7 combina las variantes de las figuras 4 y 6. En esta nueva variante, el segundo intercambiador de calor E2 comprende el quinto circuito 36, el sexto circuito 46, el octavo circuito 50 y el primer circuito 16, y el tercer intercambiador de calor E3 comprende el segundo circuito 18, el séptimo circuito 38 y el noveno circuito 52.

Las figuras 8 y 9 se han reseñado en lo anterior. El primer intercambiador de calor E1 y el segundo intercambiador de calor E2 están combinados y ya solo forman un único componente en la variante de la figura 8. En la variante de la figura 9, el primer intercambiador de calor E1, el segundo intercambiador de calor E2 y el tercer intercambiador de calor E3 ya solo forman un único componente.

Las variantes de realización de las figuras 10 y 11 representan la integración de una bomba de calor 10 en un buque y la utilización de esta bomba de calor 10 en relación con unas máquinas 58, 60 del buque tales como, por ejemplo, un motor de propulsión 58, un generador eléctrico 60 y/o una caldera.

El segundo intercambiador de calor E2 es del tipo del representado en la figura 1. La salida del citado quinto circuito 36, en el caso presente, está unida a dos compresores 48 de alimentación de las máquinas 58, 60.

Las variantes de las figuras 10 y 11 permiten ver asimismo que la salida del séptimo circuito 38 o la entrada 42 del tanque 24 pueden estar equipadas con una válvula de tres vías 62 que tiene un paso unido a la salida del séptimo circuito 38, tiene un paso unido a la barra pulverizadora 44 y tiene el otro paso unido a un sistema de inyección en el fondo del tanque.

Las variantes de las figuras 12 y 13 son similares a las de las figuras 10 y 11. El segundo intercambiador de calor E2 es similar, en el caso presente, al de la figura 5 por cuanto que comprende el octavo circuito 50 que recibe en su entrada gas saliente del o los compresores 48. El tercer intercambiador de calor E3 de las figuras 12 y 13 es también similar al de la figura 5.

La figura 14 es similar a la figura 9 y muestra, además, temperaturas de funcionamiento en un caso particular de realización de la invención.

Pasamos a describir ahora cinco modos de funcionamiento del buque y de la bomba de calor asociada.

El primer modo de funcionamiento está representado en las figuras 15a y 15b y corresponde al caso en que la velocidad de propulsión del buque es superior a un valor umbral predeterminado, que es, por ejemplo, de 16 nudos. En este caso, las máquinas 58, 60 se alimentan con BOG que es NBOG, e incluso FBOG y, por tanto, proviene de la salida 26 o de las salidas 26, 32 del tanque 24. La energía criogénica de la bomba de calor se utiliza, en el caso presente, para subenfriar el GNL. Este modo permite optimizar el consumo del buque a efectos del funcionamiento de sus máquinas.

En el tanque 24 se produce BOG naturalmente, que sale del tanque para alimentar el quinto circuito 36, así como los compresores 48 y las máquinas. El tanque 24 puede estar equipado con un sensor de presión para medir la presión de BOG en el tanque y así detectar un rebasamiento de un umbral predeterminado. De manera general, la presión en el tanque 24 está comprendida entre 80 y 150 mbarg. Durante el primer modo de funcionamiento, la presión en el tanque es media y puede ser del orden de 100 mbarg.

Si la velocidad del buque es muy acusada y los requerimientos de GNL gaseoso son superiores al BOG producido naturalmente, es posible forzar la generación de BOG y, así, formar FBOG. Se toma entonces GNL de la salida 34 del tanque y se conduce hasta el sexto circuito 46. En el quinto circuito 36 y en el sexto circuito 46, el BOG y el GNL son calentados por el primer circuito 16 de la bomba de calor y vuelven a hallarse por completo en estado gaseoso y a una temperatura cercana a la temperatura ambiente a la entrada de los compresores 48. Los compresores 48 aumentan la presión del gas para los requerimientos de las máquinas. En paralelo, el segundo circuito 18 de la bomba de calor 10 es utilizado para enfriar GNL tomado por la salida 32 y circulante por el séptimo circuito 38, antes de su reinyección en el fondo del tanque por intermedio de la válvula 62.

El segundo modo de funcionamiento está representado en las figuras 16a y 16b y corresponde al caso en que la velocidad de propulsión del buque es del orden del citado valor umbral, que es, por ejemplo, de 16 nudos, denominándose esta velocidad, en el presente documento, velocidad de crucero del buque. Los requerimientos de GNL gaseoso del buque son sensiblemente iguales al BOG producido naturalmente. En este caso, las máquinas se alimentan con BOG que es NBOG y que, por tanto, proviene de la salida 26 del tanque. La energía criogénica de la bomba de calor 10 se utiliza, en el caso presente, para subenfriar el GNL. Durante el segundo modo de funcionamiento, la presión en el tanque es del orden de 120 mbarg.

El tercer modo de funcionamiento está representado en las figuras 17a y 17b y corresponde al caso en que la velocidad de propulsión del buque es ligeramente inferior al valor umbral y, por ejemplo, de entre 14 y 16 nudos. En este caso, las máquinas se alimentan con BOG que es NBOG solo. El NBOG producido en el tanque 24 es suficiente para alimentar el buque. Este NBOG es incluso superior a los requerimientos del buque. La generación de NBOG se limita en el caso presente pulverizando GNL en el BOG del tanque 24, al objeto de recondensar BOG en GNL. Durante el tercer modo de funcionamiento, la presión en el tanque es del orden de 120 mbarg.

Para esta última parte, el segundo circuito 18 de la bomba de calor 10 es utilizado para enfriar GNL tomado por la salida 32 y circulante por el séptimo circuito 38, antes de su reinyección mediante la barra pulverizadora 44 en el tanque 24.

El cuarto modo de funcionamiento está representado en la figura 18 y corresponde al caso en que la velocidad de propulsión del buque es muy inferior al valor umbral y, por ejemplo, inferior a 14 nudos. En este caso, hay demasiada producción de NBOG con respecto a los requerimientos de las máquinas y una parte del gas comprimido a la salida del o los compresores 48 circula por el octavo circuito 50 y luego por el noveno circuito 52 con vistas a su enfriamiento. La energía criogénica de la bomba de calor 10 es utilizada, en el caso presente, para subenfriar este gas y recondensarlo antes de su reinyección en el tanque 24. Se asume en este caso que GNL subenfriado a una temperatura aproximada de -165 0C se almacena en la capa 40. La bomba 28 toma GNL frío en el fondo del tanque, el GNL circula por el séptimo circuito 38 y se caldea ligeramente para salir de este séptimo circuito 38 a una temperatura cercana, e incluso idéntica, a la del GNL saliente del noveno circuito 52. El GNL saliente de estas dos salidas es mezclado y reinyectado por medio de la válvula 62 en el fondo del tanque 24. Durante el cuarto modo de funcionamiento, la presión en el tanque es significativa y, por ejemplo, del orden de 140 mbarg.

El quinto modo de funcionamiento está representado en la figura 19 y es similar al anterior modo de funcionamiento. Hay demasiada producción de NBOG con respecto a los requerimientos de las máquinas y una parte del gas comprimido a la salida del o los compresores 48 se quema en una caldera 64. La generación de NBOG se limita, en el caso presente, pulverizando GNL en el BOG del tanque, al objeto de recondensar BOG en GNL. La energía criogénica de la bomba de calor es utilizada, en el caso presente, para subenfriar este gas y recondensarlo antes de su reinyección en el tanque 24. Durante el quinto modo de funcionamiento, la presión en el tanque es significativa y, por ejemplo, del orden de 140 mbarg.

Finalmente, la figura 20 ilustra un sexto modo de realización de la invención en el que la bomba de calor 10 utiliza el o uno de los compresores 48 utilizados para la alimentación de las máquinas 58, 60 del buque, en vez de un compresor 12 dedicado. A la inversa, se puede considerar que las máquinas del buque son alimentadas con gas por el compresor de la bomba de calor 10. En este caso, la entrada del o de uno de los compresores 48 está unida, por una parte, a la salida del quinto circuito 36 y a la salida del cuarto circuito 22, y la salida del o de uno los compresores 48 está unida, por una parte, a la entrada del primer circuito 16 y a las máquinas del buque 58, 60.

En la práctica, hay una redundancia de los compresores 48 que alimentan las máquinas del buque, por motivos de seguridad. Cuando falla uno de los compresores 48, se puede utilizar el otro para alimentar gas a las máquinas y garantizar el funcionamiento y, sobre todo, la propulsión del buque. Debido a la presencia de al menos dos compresores 48, por tanto, cuando el primer compresor 48 está operativo y utilizado para alimentar las máquinas, es posible aislar el segundo compresor 48 y utilizarlo en el ámbito de la bomba de calor 10. Aguas arriba y aguas abajo del segundo compresor 48, se prevén unas primeras válvulas de aislamiento 66 para unir respectivamente su entrada y su salida al quinto circuito 36 y a las máquinas del buque 58, 30. Aguas arriba y aguas abajo del segundo compresor 48, se prevén unas segundas válvulas de aislamiento 68 para unir respectivamente su entrada y su salida al cuarto circuito 22 y al primer circuito 16.

Así, se comprende que, por defecto, cuando el primer compresor 48 esté operativo, las primeras válvulas de aislamiento 66 se cerrarán y las segundas válvulas de aislamiento 68 se abrirán, al objeto de que el segundo compresor 48 sea utilizado en la bomba de calor. En caso de fallar el primer compresor 48, las segundas válvulas de aislamiento 68 se cerrarían y las primeras válvulas de aislamiento 66 se abrirían. Entonces sería posible alimentar las máquinas con gas comprimido, pero ya no sería posible entonces utilizar la bomba de calor 10.

La variante de realización de la figura 27 difiere esencialmente de los modos de realización de las figuras 1 y siguientes en que el cuarto circuito 22 del primer intercambiador de calor E1 está unido a la entrada del compresor 12 por un décimo circuito 22' del segundo intercambiador de calor E2. El décimo circuito 22' permite recalentar el fluido criogénico antes de la alimentación del compresor 12 de la bomba de calor 10. En otras palabras, en lugar de ser recalentado una sola vez en el primer intercambiador de calor E1, el fluido criogénico es recalentado una segunda vez en el segundo intercambiador de calor E2, antes de alimentar el compresor 12 constitutivo de la bomba de calor 10.

El décimo circuito 22' permite enfriar el fluido criogénico circulante por el primer circuito 16, que experimenta así un doble enfriamiento en el segundo intercambiador de calor E2. El fluido criogénico es enfriado, por una parte, mediante recepción de frío con gas de evaporación tomado del tanque 24 y circulante por el quinto circuito 36 y, por otra, mediante recepción de frío del fluido criogénico circulante por el décimo circuito 22'.

Por otro lado, como es el caso en las figuras 10 y siguientes, la salida del quinto circuito 36 del segundo intercambiador de calor E2 está unida a la entrada de uno o varios compresores 48 cuyas salidas alimentan máquinas del buque 58, 60 y pueden derivarse hacia la entrada de un undécimo circuito 52' del tercer intercambiador de calor E3. La salida de este undécimo circuito 52' está unida a la válvula 62. Este undécimo circuito 52' permite enfriar y licuar el gas procedente del tanque, antes de su reinyección en el tanque 24.

Esta variante permite, en particular, utilizar la bomba de calor criogénica 10 para subenfriar GNL y/o recondensar BOG. Es ventajosa ya que el segundo intercambiador de calor E2 solo comprende tres circuitos, frente a cuatro o más en ciertos modos de realización que anteceden, lo cual hace más simple y, por tanto, menos costoso este intercambiador.

Las figuras 28a a 28c muestran fases de funcionamiento de esta variante de realización. En el caso de la figura 28a, las máquinas del buque 58, 60 demandan una considerable cantidad de gas, por lo que el BOG tomado se comprime por completo para alimentar estas máquinas. La bomba de calor 10 es utilizada para recalentar el BOG y para enfriar GNL que se toma con posterior reinyección en el fondo del tanque 24. La fase de funcionamiento de la figura 28b es similar, con la salvedad de que el GNL tomado que es enfriado se reinyecta en el tanque mediante la barra pulverizadora 44. En el caso de la figura 28c, una parte del BOG comprimido circula por el undécimo circuito 52' para ser enfriado y recondensado por el tercer intercambiador de calor E3 antes de ser reinyectado en el fondo del tanque, eventualmente mezclado con el GNL tomado y también subenfriado.

La variante de realización de la figura 29 difiere en particular del modo de realización de la figura 9 por el hecho de que el único intercambiador de calor lleva además integrado un octavo y/o noveno circuito 50, 52, que tienen la misma función que el octavo circuito 50 y que el noveno circuito 52 descritos en lo anterior en relación con la figura 13, por ejemplo, o que el undécimo circuito 52' de la variante de la figura 28, a saber, enfriar y recondensar el BOG tomado del tanque y saliente del quinto circuito 36 y del o los compresores 48.

En esta variante, está instalado un primer recipiente de compensación 90 de separación de fases entre la salida del primer/tercer circuito 16, 20 y la entrada del segundo/cuarto circuito 18, 22. El primer recipiente de compensación 90 puede alimentarse con una mezcla bifásica y el segundo/cuarto circuito 18, 22 preferentemente también está alimentado con una mezcla bifásica que es resultado de la expansión al menos parcial del fluido criogénico líquido tomado del fondo del primer recipiente de compensación 90, previa separación de fases, y que ha experimentado una expansión en el elemento de expansión 14 dispuesto entre la salida del primer recipiente de compensación 90 y la entrada del segundo/cuarto circuito 18, 22.

Un segundo recipiente de compensación 92 de separación de fases está instalado en la salida del octavo/noveno circuito 50, 52, incluyendo este segundo recipiente de compensación 92 una salida de gas unida a la entrada del quinto circuito 36, con la conducción de toma de BOG del tanque, y una salida de líquido unida a los medios de reinyección de GNL en el tanque 24, por mediación de la barra pulverizadora 44 o de medios de inyección en el fondo del tanque 24. El segundo recipiente de compensación 92 puede alimentarse con una mezcla bifásica saliente del octavo/noveno circuito 50, 52. El segundo recipiente de compensación 92 es particularmente útil en el caso en que el octavo/noveno circuito 50, 52 no permite recondensar todo el gas, y en particular los gases ligeros como el nitrógeno contenido en el BOG. Este nitrógeno gaseoso saliente del octavo/noveno circuito 50, 52 se reinyecta entonces en el quinto circuito 36 y vuelve a comprimirse para ser reciclado al menos en parte mediante alimentación de las máquinas del buque 58, 60.

Esta variante permite, asimismo, utilizar la bomba de calor criogénica 10 para subenfriar GNL y/o recondensar BOG. Es ventajosa en particular por la compacidad del único intercambiador de calor utilizado.

Las figuras 30a a 30c muestran fases de funcionamiento de esta variante de realización. En el caso de la figura 30a, las máquinas del buque 58, 60 demandan una considerable cantidad de gas, por lo que el BOG tomado se comprime por completo para alimentar estas máquinas. La bomba de calor 10 es utilizada para recalentar el BOG y para enfriar GNL que se toma con posterior reinyección en el fondo del tanque 24. La fase de funcionamiento de la figura 30b es similar, con la salvedad de que el GNL tomado que es enfriado se reinyecta en el tanque mediante la barra pulverizadora 44. En el caso de la figura 30c, una parte del BOG comprimido circula por el octavo/noveno circuito 50, 52 para ser enfriado y recondensado antes de alimentar el segundo recipiente de compensación 92. El gas contenido en este segundo recipiente de compensación 92 se redirige hacia el quinto circuito 36 y el líquido que contiene se inyecta en el fondo del tanque 24.

Las figuras 31 a 33 dan ejemplos de valores de temperatura de los diferentes fluidos en el ámbito de las variantes de realización de las figuras 27 y siguientes.

Estos valores de temperatura pueden compararse con los de la figura 14. Como se ha apuntado en lo anterior, la diferencia reside en particular en el hecho de que el segundo intercambiador de calor E2 comprende el décimo circuito 22' de unión de la salida del cuarto circuito 22 del primer intercambiador de calor E1 con la entrada del compresor 12 de la bomba de calor 10. Se comprueba que la temperatura del fluido criogénico en la entrada del compresor 12 ( 5 0C) es netamente superior a aquella (-110 0C) de la figura 14, debido al doble calentamiento del fluido mediante el cuarto circuito 22 y mediante el décimo circuito 22', respectivamente.

En el caso de la figura 31, el GNL es subenfriado a -167 0C antes de su inyección en el tanque 24. Poco o ningún BOG es enfriado y recondensado por intermedio del segundo intercambiador de calor E2, ya que la producción es tan solo suficiente para dar respuesta a los requerimientos de las máquinas del buque 58, 60, 64.

En el caso de la figura 32, el GNL es subenfriado a -165 0C antes de su inyección en el tanque 24. De igual manera, poco o ningún BOG es enfriado y recondensado por intermedio del segundo intercambiador de calor E2, ya que la producción es tan solo suficiente para dar respuesta a los requerimientos de las máquinas del buque 58, 60, 64.

En el caso de la figura 33, la producción de BOG sobrepasa la demanda de gas de las máquinas del buque 58, 60, 64. Por lo tanto, el BOG en exceso es enfriado y recondensado mediante paso por el octavo circuito 50 y por el noveno circuito 52 respectivamente del segundo intercambiador de calor E2 y del tercer intercambiador de calor E3, y luego se reinyecta en el tanque 24. En este caso, el GNL tomado se recalienta en el tercer intercambiador de calor E3, por lo que va a enfriar (y no tanto ser enfriado por) el segundo circuito 18 de la bomba de calor 10 y el gas comprimido que proviene del octavo circuito 50.

En la variante de realización de la figura 34, el dispositivo comprende un quinto intercambiador de calor E5 de dos circuitos 94, 96, entre ellos un circuito 96 que forma parte de un enfriador 98. El enfriador 98 comprende, en serie, un compresor cuya salida está unida mediante una válvula de expansión a un extremo del circuito 96 cuyo otro extremo está unido a la entrada del compresor. El otro circuito 94 del quinto intercambiador de calor E5 está unido, por una parte, a la salida del compresor 12 de la bomba de calor 10 y, por otra, al primer circuito 16 del segundo intercambiador de calor E2. La salida del primer circuito 16 está unida al tercer circuito 20 del primer intercambiador de calor E1 cuya salida, además de estar unida al segundo circuito 18, está unida, mediante una válvula de expansión adicional, a la entrada de un circuito adicional 99a del segundo intercambiador de calor E2. La salida de este circuito adicional 99a está unida a la entrada de un duodécimo circuito 99b del primer intercambiador de calor E1 cuya salida está unida, con la salida del décimo circuito 22', a la entrada del compresor 12 de la bomba de calor criogénica 10.

De manera general, en todas las variantes descritas en lo que antecede e ilustradas en los dibujos, la totalidad o parte de los intercambiadores pueden simplificarse para reducir su número de circuitos y, por tanto, su coste o, por el contrario, pueden reunirse y aprovecharse en común sus circuitos para reducir el número de intercambiadores.

Claims (24)

1. REIVINDICACIONES

   i . Dispositivo de tratamiento de gas licuado que incluye un sistema de bomba (28, 30) destinado a estar inmerso en el tanque de almacenamiento de dicho gas licuado, un quinto circuito (36) de recalentamiento de gas de evaporación natural destinado a unirse a una salida de gas de evaporación natural de dicho tanque y/o un sexto circuito (46) de recalentamiento de gas licuado unido a dicho sistema de bomba (28, 30) y un séptimo circuito (38) de gas licuado unido a dicho sistema de bomba (28, 30), y al menos una bomba de calor criogénica (10) que incluye, en circuito cerrado, al menos un compresor (12, 48), al menos un elemento de expansión (14), un primer circuito (16) de recepción de frío que se extiende entre dicho al menos un compresor (12, 48) y dicho al menos un elemento de expansión (14), y un segundo circuito (18) de transmisión de frío que se extiende entre dicho al menos un elemento de expansión (14) y dicho al menos un compresor (12, 48), incluyendo dicho circuito cerrado un fluido criogénico configurado para hallarse en un estado bifásico en al menos una parte de este circuito, estando dicho segundo circuito (18) de transmisión de frío configurado para tener en su salida una temperatura igual o inferior a -40 0C, y en el que el primer circuito (16) de recepción de frío está configurado para calentar el quinto circuito (36) de recalentamiento de gas de evaporación natural y/o el sexto circuito (46) de recalentamiento de gas licuado, y cuyo segundo circuito (18) de transmisión de frío está configurado para enfriar o recalentar el séptimo circuito (38) de gas licuado.
2. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende además un tercer circuito (20) y un cuarto circuito (22), en el que la salida de dicho primer circuito (16) y el elemento de expansión (14), por una parte, y la salida de dicho segundo circuito (18) y el compresor (12, 48), por otra, están unidos por al menos los circuitos tercero y cuarto (20, 22) de intercambio mutuo de calor.
3. 3. Dispositivo según la reivindicación 2, que comprende además un décimo circuito (22'), en el que la salida de dicho cuarto circuito (22) está unida por el décimo circuito (22') a dicho compresor (12, 48), estando este décimo circuito (22') configurado para transmitir frío a dicho primer circuito (16).
4. 4. Dispositivo según la reivindicación 2 o 3, en el que el primer circuito (16), el segundo circuito (18), el tercer circuito (20), el cuarto circuito (22) y el décimo circuito (22') están configurados para formar parte de un mismo intercambiador de calor, o de dos o tres intercambiadores de calor diferenciados.
5. 5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho fluido criogénico se selecciona de entre el nitrógeno, el metano, el oxígeno, el etano, el etileno, el butano, el isobutano, el propano, el isopropano, el argón o una mezcla de estos gases.
6. 6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho compresor (48) es apto para comprimir gas destinado a alimentar gas a al menos una máquina (58, 60) de dicho buque, estando además dicho compresor (48) unido por válvulas de aislamiento (66, 68) al primer circuito (16) y al segundo circuito (18) y a dicha al menos una máquina (58, 60) de dicho buque, al objeto de poder aislarlo de la máquina (58, 60) de dicho buque, cuando está funcionando para la bomba de calor (10), y de aislarlo de la bomba de calor (10), cuando está funcionando para dicha al menos una máquina (58, 60) de dicho buque.
7. 7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que una salida de dicho séptimo circuito (38) está destinada a unirse a una entrada (42) de gas licuado de dicho tanque (24) y, preferentemente, a al menos una barra (44) pulverizadora de gas licuado superiormente al tanque (24) y/o a al menos un medio de inyección de dicho gas licuado en el fondo de ese tanque (24).
8. 8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que una salida de dicho quinto circuito (36) y/o una salida de dicho sexto circuito (46) están unidas a al menos un compresor (48) destinado a alimentar gas a al menos una máquina (58, 60, 64) de un buque de transporte de gas licuado, tal como, por ejemplo, un motor de propulsión (58) de dicho buque, un generador eléctrico (60) y/o una caldera (64).
9. 9. Dispositivo según la reivindicación 8, que comprende además un octavo circuito (50), en el que una salida de dicho compresor (48), configurado para alimentar gas a al menos una máquina (58, 60, 64) del buque, está unida al octavo circuito (50) de intercambio de calor con dicho primer circuito (16) y/o dicho quinto circuito (36) y/o dicho sexto circuito (46).
10. 10. Dispositivo según la reivindicación anterior, que comprende además un noveno circuito (20), en el que una salida de dicho octavo circuito (50) está unida a una entrada del noveno circuito (52) de intercambio de calor con dicho segundo circuito (18) y/o dicho séptimo circuito (38).
11. 11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende además válvulas (66), en el que dicho al menos un compresor (48) está unido por las válvulas (66) respectivamente a la salida del quinto circuito (36) y/o del sexto circuito (46) y a dicha al menos una máquina, así como por las válvulas (68), respectivamente a los circuitos primero y segundo (16, 18).
12. 12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 11, en el que dicho al menos un compresor (48) está unido directamente a la entrada de un undécimo circuito (52') configurado para intercambiar calor con dicho segundo circuito (18) y/o dicho séptimo circuito (38).
13. 13. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un undécimo circuito (52'), en el que el primer circuito (16), el segundo circuito (18), el tercer circuito (20), el cuarto circuito (22), el quinto circuito (36), el sexto circuito (46), el séptimo circuito (38), el octavo circuito (50), el noveno circuito (52) y el undécimo circuito (52') están configurados para formar parte de un mismo intercambiador de calor, o de varios intercambiadores de calor diferenciados.
14. 14. Dispositivo según la reivindicación 13, siendo la bomba de calor (10) tal y como está definida en la reivindicación 2 al menos, en la que comprende un primer intercambiador de calor (E1) que incluye al menos, e incluso únicamente, dichos circuitos tercero y cuarto (20, 22).
15. 15. Dispositivo según la reivindicación 13 o 14, siendo la bomba de calor (10) tal y como está definida en la reivindicación 3 al menos, en la que comprende un segundo intercambiador de calor (E2) que incluye al menos, e incluso únicamente, dichos circuitos primero, quinto y décimo (16, 36 y 22').
16. 16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 15, en la que comprende un tercer intercambiador de calor (E3) que incluye al menos, e incluso únicamente, dichos circuitos segundo y séptimo (18, 38).
17. 17. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la bomba de calor (10) está configurada al objeto de que, a la salida de dicho elemento de expansión (14), el fluido criogénico tenga una temperatura inferior en al menos 3 0C a la temperatura del gas licuado que entra a dicho séptimo circuito (38).
18. 18. Buque de transporte de gas licuado, que incluye al menos un tanque (24) de almacenamiento de este gas y un dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores.
19. 19. Procedimiento de enfriamiento y/o de recalentamiento de gas licuado almacenado en un buque según la reivindicación 18, que comprende las etapas consistentes en:

    a) tomar gas licuado del tanque (24) y hacerlo circular por dicho séptimo circuito (38) con el fin de modificar su temperatura, y luego

    b) reinyectar este gas licuado en el tanque, superiormente y/o en el fondo del tanque (24).
20. 20. Procedimiento según la reivindicación 19, que comprende las etapas consistentes en:

    c) tomar gas de evaporación natural del tanque (24) y hacerlo circular por dicho quinto circuito (36) con el fin de aumentar su temperatura, y/o

    d) tomar gas licuado del tanque (24) y hacerlo circular por dicho sexto circuito (46) con el fin de vaporizarlo y de aumentar su temperatura.
21. 21. Procedimiento según la reivindicación 20, siendo el dispositivo tal y como está definido en la reivindicación 8 o 9, que comprende las etapas consistentes en:

    e) alimentar dicho al menos un compresor (48) configurado para alimentar gas a al menos una máquina (58, 60, 64) de dicho buque con gas saliente de dicho quinto circuito (36) y/o de dicho sexto circuito (46), y

    f) tomar eventualmente una parte del gas a la salida de dicho al menos un compresor y hacer circular este gas por dicho octavo circuito (50), e incluso por dicho noveno circuito (52), con el fin de enfriarlo.
22. 22. Procedimiento según el conjunto de las reivindicaciones 19 y 20, en el que las etapas a), b) y c) se realizan simultáneamente cuando dicho buque está a un régimen de crucero, correspondiente, por ejemplo, a una velocidad de crucero, reinyectándose gas licuado en el fondo del tanque en la etapa b).
23. 23. Procedimiento según el conjunto de las reivindicaciones 19 a 21, en el que las etapas a), b), c), e), f) y g) se realizan simultáneamente cuando dicho buque está a un régimen bajo, correspondiente, por ejemplo, a una velocidad muy inferior a un umbral predeterminado, circulando gas licuado por dicho séptimo circuito (38) con vistas a su recalentamiento y su mezcla con gas saliente de dicho noveno circuito (52), antes de su reinyección en el tanque en la etapa b), preferentemente en el fondo del tanque.
24. 24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 23, que comprende además:

    - una etapa de utilización de al menos un compresor (48) para comprimir gas con vistas a la alimentación de gas a al menos una máquina (58, 60, 64) del buque, y

    - una etapa de utilización del mismo al menos un compresor (48) para comprimir fluido criogénico en la bomba de calor (10).