CN105723073A - 使用先导燃料的船舶发动机系统以及船舶 - Google Patents

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Abstract

使用先导燃料的船舶发动机系统具备：设置于柴油发动机，用于喷射燃料气体的燃料气体喷射阀；和设置于柴油发动机，用于喷射燃料油的燃料油喷射阀；并且在发动机运行时从燃料油喷射阀喷射先导燃料而产生火种，从而将从燃料气体喷射阀喷射的燃料气体点火；作为先导燃料，使用水乳化燃料、或者由燃料油层和水层形成多层状的多层状燃料。

Description

使用先导燃料的船舶发动机系统以及船舶
技术领域
本发明涉及使用先导燃料的船舶发动机系统以及船舶，用于喷射至发动机的燃料气体的点火的所述先导燃料为水乳化燃料或燃料油与水形成多层状的多层状燃料。
背景技术
作为船舶用二元燃料发动机的一个示例，具有图3所示的二元燃料发动机。该二元燃料发动机1能够在两种工作模式间切换运行，所述两种工作模式分别是以由燃料气体喷射阀2喷射的燃料气体3作为主要燃料进行工作的气体模式、和仅以由燃料油喷射阀4喷射的燃料油作为燃料进行工作的柴油模式。
图3示出在使发动机1以气体模式运行时，从燃料油喷射阀4喷射重油等先导燃料5而准备火种的状态下，喷射燃料气体3以使该燃料气体3燃烧的状态。另外，图3所示的附图标记7表示燃料油喷射装置，而附图标记8表示燃料油箱。
然而，在以气体模式运行气体发动机或图3所示的二元燃料发动机1时，削减作为先导燃料的燃料油的使用费用具有各种优点。
例如在燃料油的价格高涨而高于燃料气体的价格时，尽量减少作为先导燃料消耗的燃料油的量，从而能够削减船舶航行所需的燃料成本。
又，作为先导燃料主要被利用的重油中含有硫成分，因此通过削减先导燃料，以此能够减少排气中含有的硫氧化物的量，能够对大气污染的防治作贡献。
而且，根据海域的不同，船舶排气中含有的硫氧化物的量被严格限制，在使用含有较多硫成分的燃料油作为先导燃料进行航行时，可能存在超过该限定的情况，但是通过削减作为先导燃料的燃料油的消耗量，以此可以通过该限定。
又，作为能够切换运行气体模式和柴油模式这两种工作模式的二元燃料发动机的其他示例，具有日本特开2008-202550号公报中记载的示例。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2008-202550号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
然而，对于先导燃料5的最低喷射量，例如需要发动机1在柴油模式下额定输出时的燃料喷射量的约3～5%左右（液体状态下换算成体积），当处于其以下时，先导燃料5的喷射特性恶化，无法适当地运行发动机1。
因此，在上述现有的各个二元燃料发动机中，即便减少以气体模式运行时作为先导燃料5使用的重油等燃料油的消耗油量，但是一定程度上仍然有限。
本发明是为了解决上述问题而形成，其目的是提供在将燃料气体作为燃料驱动发动机时能够削减作为先导燃料来使用的燃料油的消耗量的、使用先导燃料的船舶发动机系统以及船舶。
解决问题的手段：
根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统具备：设置于柴油发动机，用于喷射燃料气体的燃料气体喷射阀；和设置于所述柴油发动机，用于喷射燃料油的燃料油喷射阀；并且在所述发动机运行时从所述燃料油喷射阀喷射先导燃料而产生火种，从而将从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体点火；作为所述先导燃料，使用水与燃料油的混合物的水乳化燃料、或者由燃料油层和水层形成多层状的多层状燃料。
根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统，在通过从燃料油喷射阀喷射的先导燃料准备火种的状态下，从燃料气体喷射阀喷射燃料气体而使其燃烧，以此可以驱动发动机。
然而，用于能够点火燃料气体的先导燃料的换算成体积（液体状态）的最低喷射量，基于燃料油喷射阀的喷嘴及喷射泵的特性以及燃料油的点火特性等进行设定。该先导燃料的最低喷射量例如是发动机在额定输出时的总消耗热量的约3～5%左右，当处于其以下时，先导燃料的喷射特性恶化而导致不能适当地运行发动机。
因此，作为一个目的，为了削减作为先导燃料来使用的燃料油的消耗油量，而将水乳化燃料或多层状燃料作为先导燃料来使用，而不使用重油等燃料油。借助于此，能够确保喷射的先导燃料的最低喷射量（液体状态的最小体积）并对燃料气体点火，与此同时能够削减水乳化燃料或多层状燃料中所含的燃料油的消耗油量、即作为先导燃料来使用的燃料油的消耗油量。
也可以是在根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统中，所述燃料油喷射阀形成为能够选择性地喷射所述先导燃料和所述燃料油中的一方的结构；所述发动机是能够切换运行气体模式和柴油模式这两种工作模式的二元燃料发动机，所述气体模式以从燃料气体喷射阀喷射的燃料气体作为燃料运行，所述柴油模式以从燃料油喷射阀喷射的燃料油作为燃料运行。
根据该船舶发动机系统，在以气体模式运行发动机时，作为先导燃料，使用水乳化燃料或多层状燃料，以此与考虑燃料油喷射阀的喷射特性时的最低限度所需的先导燃料喷射量相比，能够减少燃料油的喷射量。尤其是，在先导燃料的喷射时，提供并使用柴油模式下喷射燃料油时所使用的燃料油喷射阀，因此需要使用大型的燃料油喷射阀，从而作为先导燃料来喷射时的最低必要喷射量较大。因此，先导燃料的消耗量的减少效果较好。
也可以是在根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统中，从燃料油喷射阀喷射的水乳化燃料或多层状燃料的喷射量设定为如下：从所述燃料油喷射阀喷射的作为先导燃料的水乳化燃料或多层状燃料中所含的燃料油的第一消耗油量，少于作为从所述燃料油喷射阀喷射的先导燃料使用燃料油、且与所述第一消耗油量下的运行相同的输出功率运行所述发动机时的第二消耗油量。
如此一来，能够使作为先导燃料的水乳化燃料或多层状燃料中所含的燃料油的第一消耗油量少于将燃料油作为先导燃料来使用时的第二消耗油量。因此，能够削减作为先导燃料来使用的燃料油的消耗油量。
也可以是在根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统中，在从所述燃料油喷射阀喷射作为先导燃料的水乳化燃料或多层状燃料时，从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的喷射量设定为如下：从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的第一消耗燃料气体量，多于燃料油作为先导燃料从所述燃料油喷射阀喷射且与所述第一消耗燃料气体量下的运行相同的输出功率运行所述发动机时的、从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的第二消耗燃料气体量。
如此一来，在从燃料油喷射阀喷射作为先导燃料的水乳化燃料或多层状燃料时，能够使从燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的第一消耗燃料气体量，多于燃料油作为先导燃料从燃料油喷射阀喷射时从燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的第二消耗燃料气体量。借助于此，发动机在将水乳化燃料或多层状燃料作为先导燃料使用时也能够产生大小与将燃料油作为先导燃料来使用时相同程度的动力。
根据本发明的船舶搭载了作为主推进装置或原动机的根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统。
根据本发明的船舶，可以搭载作为主推进装置或原动机的根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统。
发明效果：
根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统以及搭载该船舶发动机系统的船舶，在将燃料气体作为燃料驱动发动机时，作为先导燃料，使用水乳化燃料或多层状燃料，从而能减少燃料油的消耗量。借助于此，例如将含有硫成分的重油作为先导燃料使用时，能够削减供给至发动机的硫成分，能够削减排气中所含的硫氧化物的排出量。
又，在燃料气体、以及水乳化燃料或多层状燃料的燃烧中，水乳化燃料或多层状燃料中所含的水分被蒸发，从而能够通过其潜热降低燃烧的最高温度。借助于此，能够削减排气中所含的氮氧化物的排出量，对环境保护做贡献。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施形态的使用先导燃料的船舶发动机系统，并且将水乳化燃料作为先导燃料喷射时发动机以气体模式运行中的结构图；
图2是示出根据本发明的第二实施形态的上述船舶发动机系统，并且将多层状燃料作为先导燃料喷射时发动机以气体模式运行中的结构图；
图3是示出现有的船舶用二元燃料发动机，并且将重油等燃料油作为先导燃料喷射时发动机以气体模式运行中的结构图。
具体实施方式
以下，参照图1说明根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统的第一实施形态。该图1所示的船舶发动机系统11能够切换运行气体模式和柴油模式这两种工作模式，所述气体模式以从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13作为燃料进行驱动，所述柴油模式以从燃料油喷射阀14喷射的燃料油作为燃料进行驱动。燃料气体13例如是天然气，燃料油例如是重油。
而且，该燃料油喷射阀14形成为能够选择性地喷射先导燃料和燃料油中的一方的结构。
图1是示出如下状态：船舶发动机系统11所具备的二元燃料柴油发动机15以气体模式运行时，为了将从燃料气体喷射阀12喷射出的燃料气体13点火，而将作为先导燃料的水与燃料油的混合物的水乳化燃料16从燃料油喷射阀14喷射至所述喷射出的燃料气体13。
像这样，为了将喷射至燃料室17的燃料气体13点火，而向该燃烧室17喷射先导燃料（水乳化燃料16），其原因在于燃料气体13（天然气等）的压缩自动点火性较差，而先导燃料（重油等燃料油）的压缩自动点火性较好。
又，在将水乳化燃料16作为先导燃料使用时，对比将重油等燃料油作为先导燃料使用的情况，能够削减作为先导燃料所使用的燃料油的消耗量。
图1所示的二元燃料柴油发动机15在汽缸罩19中设置燃料气体喷射阀12以及燃料油喷射阀14。又，柴油发动机15是二冲程发动机。具体而言，在汽缸罩19上设置排气口20，该排气口20与排气管路21连接。而且，排气口20由排气门22开闭。而且，燃烧室17内的燃烧废气作为排气通过这些排气口20以及排气管路21排到大气中。又，汽缸23上设置有用于使扫气24流入燃烧室17内的扫气口25。然而，柴油发动机15也可以是四冲程发动机。
此外，图1所示的活塞26设置为在汽缸23内设置的汽缸孔27中往复运动，该活塞26通过连接杆28与曲轴29连接。
接着，参照图1说明水乳化燃料16的制造生产线。如图1所示，燃料油喷射阀14与燃料油供给管路30连接。在该燃料油供给管路30上，从靠近燃料油喷射阀14的下游侧起依次设置有燃料喷射装置31、混合器32、燃料油供给泵（未图示）以及燃料油箱33。又，混合器32与水供给管路34连接，在该水供给管路34上，从靠近混合器32的下游侧起依次设置有水供给泵（未图示）以及水箱35。
此外，图1所示的燃料气体喷射阀12与燃料气体供给管路36连接。在该燃料气体供给管路36上设置有未图示的燃料气体箱和加压供给燃料气体的装置等。此外，在液化天然气或压缩天然气搬运船的情况下，也可以使货舱兼作燃料气体箱。
接着，说明图1所示的船舶发动机系统11在气体模式运行以及柴油模式运行中的作用。
首先，在发动机15以气体模式运行时，从燃料油喷射阀14向燃烧室17内喷射先导燃料（水乳化燃料16），并且通过自动点火产生火种，针对该火种，从燃料气体喷射阀12向燃烧室17内喷射燃料气体13。
从该燃料油喷射阀14喷射出的先导燃料（水乳化燃料16），可以按如下方式制造后供给至燃料油喷射阀14。即，可以将贮留于燃料油箱33的重油等燃料油和贮留于水箱35的水通过混合器32进行混合，以此制造水乳化燃料16，该制造的水乳化燃料16通过燃料喷射装置31（包括燃料喷射泵）供给至燃料油喷射阀14。
而且，在以柴油模式运行发动机15时，从燃料油喷射阀14向燃烧室17内喷射重油等燃料油。即，可以通过燃料喷射装置31使贮留于燃料油箱33的重油等燃料油供给至燃料油喷射阀14。此时，形成为不使燃料气体13从燃料气体喷射阀12喷射至燃烧室17内的结构。
接着，说明形成为如上所述结构的使用先导燃料的船舶发动机系统11的作用。根据图1所示的船舶发动机系统11，针对从柴油发动机15的燃料气体喷射阀12喷射出的燃料气体13，从燃料油喷射阀14喷射先导燃料，以此能够将该喷射出的燃料气体13点火，能够驱动发动机15。
然而，用于能够点火燃料气体13的先导燃料的换算成体积（液体状态）的最低喷射量，基于燃料油喷射阀14的喷嘴及喷射泵（燃料喷射装置31）的特性以及燃料油的点火特性等进行设定。该先导燃料的最低喷射量例如是发动机15以柴油模式额定输出时的燃料油消耗量的约3～5%左右（液体状态下换算成体积），当处于其以下时，先导燃料的喷射特性恶化而导致不能形成合适的火种，不能将燃料气体点火，无法适当地运行发动机15。
因此，作为一个目的，为了削减作为先导燃料来使用的燃料油的消耗油量，而将水乳化燃料16作为先导燃料来使用，而不使用重油等燃料油。借助于此，能够确保喷射的先导燃料的最低喷射量（液体状态的最小体积）并对燃料气体13点火，与此同时能够削减水乳化燃料16中所含的燃料油的消耗油量、即作为先导燃料来使用的燃料油的消耗油量。
又，像这样能够削减作为先导燃料来使用的燃料油的消耗油量，因此在将例如含有硫成分的重油作为先导燃料使用时，能够削减供给至发动机15的硫成分，能够削减排气18中所含的硫氧化物的排出量。借助于此，可以对大气污染的防治作出贡献。
此外，削减作为先导燃料的燃料油的消耗量具有以下各种优点。
例如在燃料油的价格高涨而高于燃料气体的价格时，尽量减少作为先导燃料来消耗的燃料油的量，以此能够削减船舶航行时所需的燃料成本。
又，根据海域的不同，船舶排气中含有的硫氧化物的量被严格限制，在将含有较多硫成分的燃料油作为先导油来使用并进行航行时，可能存在超过该限定的情况，但是通过削减作为先导燃料的燃料油的消耗量，可以通过该限定。
又，在燃料气体13以及水乳化燃料16的燃烧中，水乳化燃料16中所含的水分被蒸发，从而能够通过该潜热降低燃烧的最高温度。借助于此，能够削减排气18所含有的氮氧化物的排出量，能够对环境保护作贡献。
而且，如上所述在以气体模式运行发动机15时，将水乳化燃料16作为先导燃料来使用，以此能够削减燃料油的消耗量。
而且，图1所示的船舶发动机系统11在以气体模式运行发动机15时，从燃料油喷射阀14喷射的水乳化燃料16的喷射量设定为从燃料油喷射阀14喷射的作为先导燃料的水乳化燃料16中所含的燃料油的第一消耗油量，少于从燃料油喷射阀14喷射的燃料油作为先导燃料来使用时的第二消耗油量。在这里，这些第一消耗油量以及第二消耗油量是发动机15的每单位输出功率下的消耗油量、或者在相同的发动机输出功率下进行的比较。
如上所述设定从燃料油喷射阀14喷射的水乳化燃料16的喷射量时，可以使作为先导燃料的水乳化燃料16中所含的燃料油的第一消耗油量少于仅将燃料油作为先导燃料来使用的情况下的第二消耗油量。因此，能够削减作为先导燃料来使用的燃料油的消耗油量。
又，图1所示的船舶发动机系统11在以气体模式运行发动机15时，在从燃料油喷射阀14喷射作为先导燃料的水乳化燃料16时，从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13的喷射量设定为如下：从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13的第一消耗燃料气体量，多于在从燃料油喷射阀14喷射作为先导燃料的燃料油的情况下从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13的第二消耗燃料气体量。在这里，这些第一消耗燃料气体量以及第二消耗燃料气体量是发动机15的每单位输出功率下的消耗燃料气体量、或者在相同的发动机输出功率下进行的比较。
像这样设定从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13的喷射量，则在从燃料油喷射阀14喷射作为先导燃料的水乳化燃料16时，能够使从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13的第一消耗燃料气体量，多于在从燃料油喷射阀14喷射作为先导燃料的燃料油的情况下从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13的第二消耗燃料气体量。借助于此，在将水乳化燃料16作为先导燃料使用时，也能够使发动机15产生大小与使用燃料油作为先导燃料时相同程度的输出功率。
接着，参照图2说明根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统的第二实施形态。该图2所示的第二实施形态的船舶发动机系统38与图1所示的船舶发动机系统11的不同之处是以气体模式运行发动机15时，在图1所示的第一实施形态中，从燃料喷射阀14喷射作为先导燃料的水乳化燃料16，相对于此，在图2所示的第二实施形态中，从燃料油喷射阀14喷射作为先导燃料的多层状燃料39。该多层状燃料39如图2所示是燃料油层与水层交替地配置而形成多层状的燃料。
图2是示出如下状态：在船舶发动机系统38所具备的二元燃料柴油发动机15以气体模式运行时，为了将从燃料气体喷射阀12喷射的燃料气体13点火，而将作为先导燃料的多层状燃料39从燃料油喷射阀14喷射至所述喷射出的燃料气体13。
接着，参照图2说明多层状燃料39的制造生产线。如图2所示，燃料油喷射阀14与燃料油供给管路30连接。在该燃料油供给管路30上，从靠近燃料油喷射阀14的下游侧起依次设置有燃料喷射装置40（包括燃料喷射泵）、燃料油供给泵（未图示）以及燃料油箱33。又，燃料喷射装置40与水供给管路41连接，在该水供给管路41上，从靠近燃料喷射装置40的下游侧起依次设置有水供给泵（未图示）以及水箱35。
在以气体模式运行图2所示的发动机15时，燃料气体13从燃料气体喷射阀12喷射至燃烧室17内，并且针对该喷射出的燃料气体13，从燃料油喷射阀14向燃烧室17内喷射先导燃料（多层状燃料39）。
从该燃料油喷射阀14喷射的先导燃料（多层状燃料39）可以按如下所述的方式制造后供给至燃料油喷射阀14。即，以使贮留于燃料油箱33中的重油等燃料油与贮留于水箱35中的水交替地配置而形成多层状的形式供给至燃料喷射装置40，从而能够制造多层状燃料39，使该制造的多层状燃料39通过该燃料喷射装置40供给至燃料油喷射阀14。
另外，与图1所示的第一实施形态相同地，图2所示的燃料气体喷射阀12与燃料气体供给管路36连接。在该燃料气体供给管路36上设置有未图示的燃料气体箱和加压供给燃料气体的装置等。此外，在液化天然气或压缩天然气搬运船的情况下，还可以使货舱兼作燃料气体箱。
根据图2所示的船舶发动机系统38，针对从柴油发动机15的燃料气体喷射阀12喷射出的燃料气体13，在规定的正时从燃料油喷射阀14喷射先导燃料的多层状燃料39，以此能够将该喷射出的燃料气体13点火，能够驱动发动机15。
而且，如图2所示，在以气体模式运行发动机15的情况下，将多层状燃料39作为先导燃料来使用时的作用与上述第一实施形态中将水乳化燃料16作为先导燃料来使用时的作用相同，因此省略其说明。又，除了上述以外，与图1所示的第一实施形态具有相同的结构和发挥相同的作用，因此对于同等部分标以相同符号并且省略其说明。
然而，在上述第一实施形态以及第二实施形态中，举例说明了将本发明的船舶发动机系统应用于能够切换运行气体模式和柴油模式这两个工作模式的二元燃料柴油发动机15中的示例，但是取而代之可以应用于仅以气体模式运行而没有柴油模式的发动机中。
而且，使用上述实施形态的先导燃料的船舶发动机系统可以应用于搭载于船舶的例如主推进装置或原动机。
工业应用性：
如上所述，根据本发明的使用先导燃料的船舶发动机系统以及船舶具有在将燃料气体作为燃料驱动发动机时，能够减少作为先导燃料所使用的燃料油的消耗量的优异效果，适合应用于使用这样的先导燃料的船舶发动机系统以及船舶。
符号说明：
11使用先导燃料的船舶发动机系统；
12燃料气体喷射阀；
13燃料气体；
14燃料油喷射阀；
15二元燃料柴油发动机；
16水乳化燃料（先导燃料）；
17燃烧室；
18排气；
19汽缸罩；
20排气口；
21排气管路；
22排气门；
23汽缸；
24扫气；
25扫气口；
26活塞；
27汽缸孔；
28连接杆；
29曲轴；
30燃料油供给管路；
31燃料喷射装置；
32混合器；
33燃料油箱；
34水供给管路；
35水箱；
36燃料气体供给管路；
38使用先导燃料的船舶发动机系统；
39多层状燃料（先导燃料）；
40燃料喷射装置；
41水供给管路。

Claims (5)

1.一种使用先导燃料的船舶发动机系统，其特征在于，具备：
设置于柴油发动机，用于喷射燃料气体的燃料气体喷射阀；和
设置于所述柴油发动机，用于喷射燃料油的燃料油喷射阀；
并且在运行所述发动机时从所述燃料油喷射阀喷射先导燃料而产生火种，从而将从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体点火；
作为所述先导燃料，使用水与燃料油的混合物的水乳化燃料、或者由燃料油层和水层形成多层状的多层状燃料。
2.根据权利要求1所述的使用先导燃料的船舶发动机系统，其特征在于，
所述燃料油喷射阀形成为能够选择性地喷射所述先导燃料和所述燃料油中的一方的结构；
所述发动机是能够切换运行气体模式和柴油模式这两种工作模式的二元燃料发动机，所述气体模式以从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体作为燃料运行，所述柴油模式以从所述燃料油喷射阀喷射的燃料油作为燃料运行。
3.根据权利要求1或2所述的使用先导燃料的船舶发动机系统，其特征在于，
从所述燃料油喷射阀喷射的水乳化燃料或多层状燃料的喷射量设定如下：
从所述燃料油喷射阀喷射的作为先导燃料的水乳化燃料或多层状燃料中所含的燃料油的第一消耗油量，少于作为从所述燃料油喷射阀喷射的先导燃料使用燃料油、且与所述第一消耗油量下的运行相同的输出功率运行所述发动机时的第二消耗油量。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的使用先导燃料的船舶发动机系统，其特征在于，
在从所述燃料油喷射阀喷射作为先导燃料的水乳化燃料或多层状燃料时，从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的喷射量设定如下：从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的第一消耗燃料气体量，多于燃料油作为先导燃料从所述燃料油喷射阀喷射且与所述第一消耗燃料气体量下的运行相同的输出功率运行所述发动机时的、从所述燃料气体喷射阀喷射的燃料气体的第二消耗燃料气体量。
5.一种船舶，所述船舶搭载了作为主推进装置或原动机的权利要求1至4中任意一项所述的使用先导燃料的船舶发动机系统。
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