燃料存储机构及针对燃料存储机构的燃料检测方法

技术领域

本发明涉及船舶领域，特别涉及一种燃料存储机构及针对燃料存储机构的燃料检测方法。

背景技术

液化天然气(LNG)作为一种经济、绿色、安全的新型能源已成为业内公认的未来船舶绿色能源的首选。

以LNG为能源的船舶称为LNG动力船舶，在LNG动力船舶中，LNG通常储存在燃料罐内，并且，LNG动力船舶所运输的货物通常为上述存储LNG的燃料罐，因此，如何经济节能的基础上对存储LNG的燃料罐进行监测，从而保证燃料罐及船舶的安全，是目前船舶领域亟需解决的重要问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料存储机构及针对燃料存储机构的燃料检测方法，旨在经济节能的基础上对存储LNG的燃料罐进行监测，保证燃料罐及船舶的安全，从而进一步提高LNG动力船舶的实用性。

根据本申请实施例的一方面，公开了一种燃料存储机构，所述燃料存储机构可拆卸地连接于船舶，所述燃料存储机构包括燃料检测装置和燃料存储器，所述燃料检测装置安装于所述燃料存储器并检测所述燃料存储器的状态参数，所述燃料检测装置包括：

燃料检测模块，与所述燃料存储器连接，检测所述燃料存储器的状态参数，所述燃料存储器的状态参数为反映所述燃料存储器内燃料所处的状态的参数；

定位模块，获取所述燃料存储器的实时位置，根据所述实时位置确定所述燃料检测模块对所述燃料存储器的状态参数进行检测的检测次数；

检测模块，与所述燃料检测模块连接，检测所述燃料检测装置的电源连接状态，并根据所述电源连接状态确定所述燃料检测模块对所述燃料存储器的状态参数进行检测的检测模式；

通讯模块，与所述燃料检测模块连接，用于将所述燃料检测模块检测到的所述燃料存储器的状态参数进行预处理后上传至云端服务器，以及从所述云端服务器接收指令以调节所述燃料检测模块。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，所述船舶设有安保控制系统，所述燃料检测装置与所述安保控制系统连接，所述燃料检测装置还包括信号传输模块，分别与所述燃料检测模块、所述定位模块以及所述安保控制系统连接，将所述状态参数和所述实时位置传输至所述安保控制系统，以供所述安保控制系统根据所述状态参数估算所述燃料存储器对应的剩余燃料航行里程，并根据所述剩余燃料航行里程和所述实时位置确定目标加注站，所述目标加注站用于存储多个燃料存储机构。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，所述燃料检测装置还包括状态检测模块，与所述信号传输模块连接，所述状态检测模块用于检测所述燃料存储器周围的可燃气体浓度和所述燃料存储器对应的管路连接状态，并将检测得到的所述可燃气体浓度和管路连接状态通过所述信号传输模块传输至所述安保控制系统。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，所述燃料检测装置设有AD采样电路或数字量信息传输接口中的至少一项，所述燃料检测模块通过AD采样电路或数字量信息传输接口的其中一种或多种方式连接所述燃料存储器以检测所述燃料存储器的状态参数。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，所述燃料检测装置还包括信号转换模块，所述信号转换模块与所述燃料检测模块，用于将所述AD采样电路的状态参数由模拟量信号转换为数字量信息。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，所述燃料检测装置还包括储能模块，所述储能模块分别与所述燃料检测模块、所述定位模块以及所述通讯模块连接并对应提供电能。

本申请实施例还提供一种针对燃料存储机构的燃料检测方法，所述燃料存储机构可拆卸地连接于船舶，所述燃料存储机构包括燃料检测装置和燃料存储器，所述燃料检测方法应用于安装于所述燃料存储器的燃料检测装置，所述船舶设有安保控制系统，所述燃料检测装置与所述安保控制系统连接，所述燃料检测方法包括：

检测所述燃料检测装置的电源连接状态，所述电源连接状态包括已连接电源和未连接电源；

根据所述电源连接状态确定所述燃料检测装置对应的检测模式，并根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测，所述燃料存储器的状态参数为反映所述燃料存储器内燃料所处的状态的参数，所述检测模式包括实时检测和定时检测；

将所述燃料存储器的状态参数传输至云端服务器和/或所述安保控制系统。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，所述状态参数包括液位参数和容积参数，当所述电源连接状态为已连接电源，所述检测模式为实时检测，在根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测之后，所述燃料检测方法还包括：

根据所述液位参数和所述容积参数确定所述燃料存储机构对应的剩余燃料航行里程；

将所述剩余燃料航行里程与预设航行里程进行比对；

若所述剩余燃料航行里程等于或小于所述预设航行里程，则根据所述燃料存储机构的实时位置将距离最近的加注站确定为目标加注站，并在所述目标加注站更换所述燃料存储机构。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，所述燃料存储器的状态参数还包括管路连接状态，在根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测之后，所述燃料检测方法还包括：

将所述状态参数与预设标准值进行比对；

若经过所述比对确定所述状态参数处于非正常范围，则执行对应的报警操作。

在本申请的一些实施例中，基于以上技术方案，当所述电源连接状态为未连接电源，所述检测模式为定时检测，根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测，包括：

检测所述燃料存储器的实时位置，并根据所述实时位置确定所述定时检测对应的检测次数；

根据所述检测次数对所述燃料存储器的状态参数进行所述定时检测。

由上述技术方案可知，本申请的优点和积极效果在于：

本申请的燃料存储机构包括用于存储燃料的燃料存储器以及安装于该燃料存储器的燃料检测装置，燃料存储机构通常放置于加注站，可以为LNG动力船舶提供动力，也可以作为货物由LNG动力船舶进行运输，当上述燃料存储机构未装在LNG动力船舶上时，此时该燃料存储机构未连接电源，则燃料检测装置对燃料存储器进行定时检测，并且会根据燃料存储机构所述位置的确定检测次数，从而达到节能效果；而当上述燃料存储结构在LNG动力船舶上连接安装时，燃料存储结构会接通LNG动力船舶的电源，此时燃料检测装置对燃料存储器进行实时检测，以确保燃料存储机构与LNG动力船舶的安全；如此，本申请提供的燃料存储机构及针对燃料存储机构的燃料检测方法，能够通过转换检测模式以及更改检测次数的方式，在经济节能的基础上对存储LNG的燃料罐进行监测，保证燃料罐及船舶的安全，从而进一步提高LNG动力船舶的实用性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请一个实施例中的燃料存储机构的结构示意图。

图1的附图标记说明如下：燃料检测装置1，燃料检测模块11，定位模块12，检测模块13，通讯模块14，信号传输模块15，状态检测模块16，信号转换模块17，储能模块18。

图2示出了本申请一个实施例中的燃料检测装置与安保控制系统的连接示意图。

图3示出了本申请一个实施例中的燃料检测装置采集燃料存储器的状态参数的连接示意图。

图4示出了本申请一个实施例中的针对燃料存储机构的燃料检测方法的步骤流程图。

图5示出了本申请一个实施例中的确定剩余燃料航行里程的步骤流程图。

图6示出了本申请一个实施例中的根据状态参数执行报警操作的步骤流程图。

图7示出了本申请一个实施例中的根据燃料存储器的实时位置确定检测次数的步骤流程图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明提供一种燃料存储机构，适用于以LNG、液化石油气(LPG)、氢燃料或其他燃料为动力的船舶。

该船舶包括船体和可拆卸连接于船体上的燃料存储机构。

其中，燃料存储机构包括燃料检测装置和燃料存储器，燃料存储器用于承载燃料，而为船体提供航行的动力，燃料检测装置用于检测燃料存储器的燃料的状态参数。燃料存储机构与船体的可拆卸连接使该船体能够通过更换燃料存储机构而实现加载的目的。其中，燃料为LNG、LPG或氢气。

该船舶在需要加载燃料时，航行至加注站，并在加注站内更换燃料存储机构。即将船体上的燃料存储机构拆卸下来，将加注站内充满燃料或满足船体要求燃料量的燃料存储机构安装至船体上。

其中，加注站内具有承载有燃料的燃料存储机构，以供替换。加注站可为加气站，也可以为具有燃料存储机构的任意码头。码头处的燃料存储机构可以通过槽车就地充装，也可以将燃料存储机构运输至加气站进行充装。

其中，由船体上更换下的燃料存储机构可以在加气站内进行充装、加载，也可以在码头充装、加载，进而以供下一船体通过更换燃料存储机构实现加载。

以下将对上述燃料存储机构进行详细说明。

如图1所示，燃料存储机构包括燃料检测装置1和燃料存储器，燃料存储器用于承载燃料，燃料检测装置1用于检测燃料存储器的燃料的状态参数。在本实施例中，燃料检测装置1为远程控制箱，包括燃料检测模块11、定位模块12、检测模块13和通讯模块14，燃料存储器为储罐。

在本实施例中，燃料检测模块11包括分别用于检测储罐的压力、温度和液位等参数的传感器，从而达到检测储罐内燃料所处状态的目的。

定位模块12为BD/GPS模组，33个追踪信道；99个捕获信道；水平定位精度<2.5mCEP；速度精度<0.1m/s；加速度精度<0.1m/S

检测模块13，用于根据充电信号判断远程控制箱是否连接电源，当远程控制箱连接电源时，此时通常为燃料存储机构已在LNG动力船舶上安装，并且接通了船舶上的电源以获取电能，则检测模块13控制燃料检测模块11进入实时检测模式；当远程控制箱未连接电源时，此时通常为燃料存储机构位于堆场、码头或者正处于车辆运输途中，无法从外部获得电能，则检测模块13控制燃料检测模块11进入定时检测模式，以降低远程控制箱自身的能耗。

通讯模块14，可采用4G通讯模组，LTE Cat1无线通信，全网通等；满足最大下行速率10Mbs/上行速率5Mbps。当远程控制箱工作时，将储罐的位置信息、液位、温度、压力、燃气泄漏值、储罐使用状态等信息，经过信息筛选、去除异常值以及加密等预处理后，通过4G移动无线网络发送至云服务器，以实现信息实时共享和备份；同时，响应云端服务器下发的指令，如调节检测模式，反馈检测储罐得到的信息等。

在本实施例中，当燃料存储机构未安装在船舶上，即位于堆场、码头或者正处于车辆运输途中，由于燃料检测装置1未连接电源而无法从外部获取电能，同时堆场、码头或者正处于车辆运输途中对应的危险系数相对较低，因此无需对燃料存储器进行实时检测，而是在预设时间点实现预设次数的检测即可，如一天检测4次，检测时间点分别为8点、14点、20点及次日2点；其中，由于堆场、码头或者正处于车辆运输途中对应的危险系数也会存在差异，因此可以进一步区分检测时间点和检测次数。如燃料存储机构位于堆场时的危险系数低于车辆运输途中的危险系数，则前者对应一天检测4次，检测时间点分别为8点、14点、20点及次日2点，后者对应一天检测6次，检测时间点分别为4点、8点、12点、16点、20点及次日0点；并且将检测得到的信息及时通过通讯模块14上传云端服务器，而在检测时间点以外的时间段燃料检测装置1处于休眠状态，以达到节能目的。

当燃料存储机构安装在船舶上时，燃料检测装置1会与船舶的供电系统连接以获取电能，同时由于燃料存储机构在船舶行驶于海上时对应的危险系数较高，因此需要对燃料存储器进行实时检测并上传相关信息，以保证燃料存储机构及船舶的安全。

进一步地，如图1所示，所述船舶设有安保控制系统，所述燃料检测装置1与所述安保控制系统连接，所述燃料检测装置1还包括信号传输模块15，分别与所述燃料检测模块11、所述定位模块12以及所述安保控制系统连接，将所述状态参数和所述实时位置传输至所述安保控制系统，以供所述安保控制系统根据所述状态参数估算所述燃料存储器对应的剩余燃料航行里程，并根据所述剩余燃料航行里程和所述实时位置确定目标加注站，所述目标加注站用于存储多个燃料存储机构。

具体地，如图2所示，在本实施例中，燃料检测装置1为远程控制箱，安保控制系统为安保系统控制柜，远程控制箱与安保系统控制柜通过CAN总线连接。其中，燃料检测装置1的信号传输模块15包括CAN2.0A接口，满足最大速率1Mbit/S，与船舶的安保控制系统CAN总线接口连接，以传输相关数据。在实际应用过程中，燃料存储器中的燃料为船舶提供动力，船舶设有安保控制系统以监测船舶上各部分装置/器件的实时状态，因此当燃料检测装置1检测燃料存储器得到相关的状态参数后，将该状态参数传输至上述安保控制系统，以供安保控制系统进行安全评估或者执行对应的安全措施。其中，状态参数包括燃料存储器中燃料的液位以及燃料存储器的容积，安保控制系统能够根据上述液位和容积确定燃料存储器中的燃料剩余量，然后通过监测船舶的发动机的运行状态确定发动机燃料消耗率，通常为发动机燃气率，根据上述燃料剩余量和发动机燃气率确定上述燃料存储器中燃料能够支持船舶行驶的剩余航行里程，当该剩余航行里程未达到预设航行里程，即安全范围时，安保控制系统根据由定位模块12生成的燃料存储器的实时位置，搜寻周围距离最近的加注站，并前往该加注站更换燃料存储机构，以确保船舶具备充足的燃料行驶至目的地。

进一步地，如图1所示，所述燃料检测装置1还包括状态检测模块16，与所述信号传输模块15连接，所述状态检测模块16用于检测所述燃料存储器周围的可燃气体浓度和所述燃料存储器对应的管路连接状态，并将检测得到的所述可燃气体浓度和管路连接状态通过所述信号传输模块15传输至所述安保控制系统。

具体地，由于燃料存储机构存储的燃料为液化天然气，并且燃料存储机构与船舶会经常存在安装与拆卸的操作，为了防止燃料存储机构存储的液化天然气泄漏，上述状态检测模块16包括分别用于检测燃料存储器周围可燃气体浓度和检测与燃料存储器连接的管路连接状态的传感器，从而在燃料存储机构安装于船舶上时，避免燃料存储器本身，或者由于管路阀门未及时关闭发生天然气泄漏。

进一步地，如图1所示，所述燃料检测装置1设有AD采样电路或数字量信息传输接口中的至少一项，所述燃料检测模块11通过AD采样电路或数字量信息传输接口的其中一种或多种方式连接所述燃料存储器以检测所述燃料存储器的状态参数。

具体地，由于各个厂家生产燃料存储器，即储罐，所执行的生产规格/标准不同，导致设置连接传感器的传输方式为AD采样电路或数字量信息传输接口，其中AD采样电路为传输模拟量信号，而数字量信息传输接口，通常为RS485接口，则直接用于传输数字量信息，因此本申请燃料检测装置1优选为同时设置上述两种传输方式，以适配不同厂家生产的储罐，从而提高本申请燃料检测装置1的实用性。

进一步地，如图1所示，所述燃料检测装置1还包括信号转换模块17，所述信号转换模块17与所述燃料检测模块11，用于将所述AD采样电路的状态参数由模拟量信号转换为数字量信息。

具体地，上述信号转换模块17为12位AD转换器，当燃料检测装置1通过AD采样电路与储罐的压力、温度、液位、可燃气体传感器的4～20mA信号接口连接，从而采集燃料存储器的状态参数，如液位、压力及温度时，此时直接采集的是模拟量信号，需要通过12位AD转换器将该模拟信号转换成数字量信息。

进一步地，如图1所示，所述燃料检测装置1还包括储能模块18，所述储能模块18分别与所述燃料检测模块11、所述定位模块12以及所述通讯模块14连接并对应提供电能。

具体地，上述储能模块18包括备用电源或者太阳能电板等，以使燃料存储机构未安装于船舶、无法从外部获取电能时，通过备用电源或者太阳能保证燃料检测模块11、定位模块12和通讯模块14能够正常运行，避免发生燃料存储机构失联的情况。

图3示出了本方案一个优选实施例，燃料检测装置1采用低能耗MCU，该低能耗MCU基于电源DC9-36V获取电能；通过BD/GPS双模定位生成实时位置；通过4G通讯模组将信息上传云端服务器；通过8路AD采用接口采集燃料存储器的压力、温度以及液位等状态参数的模拟量信号；通过4路数字输入接口入管路连接位置状态传感器，检测管路连接是否到位；通过RS485通讯接口采集燃料存储器的状态参数的数字量信息；通过CAN2.0接口向安保控制系统传输数据。

本实施例中的燃料检测装置1，包括用于存储燃料的燃料存储器以及安装于该燃料存储器的燃料检测装置1，燃料存储机构通常放置于加注站，可以为LNG动力船舶提供动力，也可以作为货物由LNG动力船舶进行运输，当上述燃料存储机构未装在LNG动力船舶上时，此时该燃料存储机构未连接电源，则燃料检测装置1对燃料存储器进行定时检测，并且会根据燃料存储机构所述位置的确定检测次数，从而达到节能效果；而当上述燃料存储结构在LNG动力船舶上连接安装时，燃料存储结构会接通LNG动力船舶的电源，此时燃料检测装置1对燃料存储器进行实时检测，以确保燃料存储机构与LNG动力船舶的安全。如此，通过燃料检测装置1转换检测模式以及更改检测次数的方式，在经济节能的基础上对存储LNG的燃料罐进行监测，保证燃料罐及船舶的安全，从而进一步提高LNG动力船舶的实用性。

如图4所示，本发明还提供一种针对燃料存储机构的燃料检测方法，具体包括以下步骤：

步骤S100，检测所述燃料检测装置1的电源连接状态，所述电源连接状态包括已连接电源和未连接电源；

步骤S200，根据所述电源连接状态确定所述燃料检测装置1对应的检测模式，并根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测，所述燃料存储器的状态参数为反映所述燃料存储器内燃料所处的状态的参数，所述检测模式包括实时检测和定时检测；

步骤S300，将所述燃料存储器的状态参数传输至云端服务器和/或所述安保控制系统。

具体地，当燃料存储机构已在LNG动力船舶上安装，此时燃料检测装置1连接电源时，并且接通了船舶上的电源以获取电能，则检测模块13控制燃料检测模块11进入实时检测模式，对燃料存储器检测得到的状态参数上传至云端服务器进行共享和备份，同时传输至船舶的安保控制系统进行安全评估；当燃料存储机构位于堆场、码头或者正处于车辆运输途中，此时燃料检测装置1未连接电源，则检测模块13控制燃料检测模块11进入定时检测模式，对燃料存储器检测得到的状态参数上传至云端服务器进行共享和备份，并且在检测时间点以外的事件段燃料检测装置1进入休眠状态，以降低自身的能耗。

进一步地，如图5所示，所述状态参数包括液位参数和容积参数，当所述电源连接状态为已连接电源，所述检测模式为实时检测，在步骤S200中根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测之后，所述燃料检测方法还包括：

步骤S201，根据所述液位参数和所述容积参数确定所述燃料存储机构对应的剩余燃料航行里程；

步骤S202，将所述剩余燃料航行里程与预设航行里程进行比对；

步骤S203，若所述剩余燃料航行里程等于或小于所述预设航行里程，则根据所述燃料存储机构的实时位置将距离最近的加注站确定为目标加注站，并在所述目标加注站更换所述燃料存储机构。

具体地，安保控制系统根据由燃料检测装置1发送的燃料存储器的液位和容积确定燃料存储器中的燃料剩余量，然后通过监测船舶的发动机的运行状态确定发动机燃料消耗率，通常为发动机燃气率，根据上述燃料剩余量和发动机燃气率确定上述燃料存储器中燃料能够支持船舶行驶的剩余航行里程，当该剩余航行里程未达到预设航行里程，即安全范围时，安保控制系统根据由定位模块12生成的燃料存储器的实时位置，搜寻周围距离最近的加注站，并前往该加注站更换燃料存储机构，以确保船舶具备充足的燃料行驶至目的地。

进一步地，如图6所示，所述燃料存储器的状态参数还包括管路连接状态，在步骤S200中根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测之后，所述燃料检测方法还包括：

步骤S204，将所述状态参数与预设标准值进行比对；

步骤S205，若经过所述比对确定所述状态参数处于非正常范围，则执行对应的报警操作。

具体地，上述状态参数包括燃料存储器的液位、温度、压力、管路连接状态、可燃气体浓度等等，由于燃料存储器存储的燃料为天然气，属于易燃易爆物质，因此燃料检测装置1在对燃料存储器进行检测后，会将检测得到的各状态参数与分别对应的预设标准值进行比对，如燃料存储器内温度是否过高、压力是否过高、管路连接是否到位、管路的阀门是否处于对应的开启/关闭状态、可燃气体浓度是否过高从而意味着天然气泄漏等，当上述状态参数处于非正常范围，此时燃料检测装置1会执行对应的报警操作，如发出警报，发送警告信息至船舶的安保控制系统等。

进一步地，如图7所示，当所述电源连接状态为未连接电源，所述检测模式为定时检测，上述步骤S200中根据所述检测模式对所述燃料存储器的状态参数进行检测，包括：

步骤S206，检测所述燃料存储器的实时位置，并根据所述实时位置确定所述定时检测对应的检测次数；

步骤S207，根据所述检测次数对所述燃料存储器的状态参数进行所述定时检测。

当燃料存储机构未安装在船舶上，即位于堆场、码头或者正处于车辆运输途中，由于燃料检测装置1未连接电源而无法从外部获取电能，同时堆场、码头或者正处于车辆运输途中对应的危险系数相对较低，因此无需对燃料存储器进行实时检测，而是在预设时间点实现预设次数的检测即可，如一天检测4次，检测时间点分别为8点、14点、20点及次日2点；其中，由于堆场、码头或者正处于车辆运输途中对应的危险系数也会存在差异，因此可以进一步区分检测时间点和检测次数。

具体地，燃料检测装置1根据定位模块12生成的实时位置，如位于堆场，而燃料存储机构位于堆场时的危险系数低于车辆运输途中的危险系数，则对应一天检测4次，检测时间点分别为8点、14点、20点及次日2点；当实时位置为位于车辆运输途中，如某些公路等，则对应一天检测6次，检测时间点分别为4点、8点、12点、16点、20点及次日0点；并且将检测得到的信息及时通过通讯模块14上传云端服务器，而在检测时间点以外的时间段燃料检测装置1处于休眠状态，以达到节能目的。

本实施例中的针对燃料存储机构的燃料检测方法，能够根据燃料存储机构是否安装于船舶上，对应执行不同的检测模式，并且在接通电源情况下进一步计算剩余燃料支持船舶的航行里程，并确定是否需要、以及如何前往最近的加注站补充燃料，还可在未接通电源情况下进一步根据场景不同区分检测次数，以提高节能效果。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。