CN110325436A - 船舶用柴油发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明的船舶用柴油发动机具备：柴油发动机主体(12)；燃料供给系统(36)，该燃料供给系统仅将低硫馏出油作为燃料而向柴油发动机主体(12)供给；以及增压器(31)，该增压器具备涡轮(33)和压缩机(32)，该涡轮由来自柴油发动机主体(12)的废气驱动而进行热回收，该压缩机通过与涡轮(33)同轴旋转而向柴油发动机主体(12)供给作为燃烧用气体的空气。
Description
技术领域
本发明涉及在船舶上作为主发动机而搭载的船舶用柴油发动机。
背景技术
作为主发动机而使用的船舶用柴油发动机为了提高燃料效率、减少废气中的CO2而安装有增压器。该增压器通过利用从柴油发动机排出的废气来驱动涡轮和压缩机，从而向柴油发动机压缩供给进气而提高输出。而且，废气的能量进一步由节能器回收。
以往，在船舶用柴油发动机、特别是单流式二冲程船舶用大型柴油发动机中，使用了未脱硫的廉价的燃料油，即硫含量较多的燃料油。更具体而言，在外洋航行中使用廉价的C重油，在近海和港内使用环境负荷较少的良质的A重油。但是，根据国际海事机关(IMO)所采用的关于船舶燃料油的硫含量限制的国际条约议定书的规则，决定在2020年之后强化一般海域的船舶燃料油的硫分限制。
作为这样的船舶用柴油发动机，例如记载于下述专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-331670号公报
发明要解决的课题
关于船舶用柴油发动机中使用的燃料油，由于硫含量较多，因此若燃烧则产生二氧化硫，在氧中氧化而成为三氧化硫，若该三氧化硫溶于燃料中的水分则产生硫酸。由于硫含量较多的燃料油的燃烧所产生的废气包含较多的硫氧化物，因此若废气温度低于冷凝点，则在节能器的低温导热面产生结露，水与硫酸析出而产生由硫酸引起的腐蚀(低温腐蚀)。以往，为了防止节能器的低温腐蚀的产生，而将增压器(涡轮)出口、节能器入口以及节能器出口处的废气温度维持在一定温度以上。因此，在增压器中，船舶用柴油发动机的燃料效率提高存在制约。
另外，若作为在船舶用柴油发动机中使用的燃料油，使用廉价的C重油和良质的A重油，则存在船体需要两个燃料供给系统这样的课题。此外，C重油在常温(非加热状态)下粘度较高，因此需要使用蒸气等进行加热(升温)，从而调整成能够使用的适当粘度。
发明内容
本发明是为了解决上述的课题而完成的，目的在于，提供一种船舶用柴油发动机，该船舶用柴油发动机能抑制低温腐蚀的产生，另一方面，能实现燃料效率的提高，并且实现装置的小型化和设备的低成本化。
用于解决课题的技术手段
用于实现上述的目的的本发明的船舶用柴油发动机的特征在于，具备：柴油发动机主体；燃料供给系统，该燃料供给系统仅将低硫馏出油作为燃料向所述柴油发动机主体供给；以及增压器，该增压器具备涡轮和压缩机，该涡轮由来自所述柴油发动机主体的废气驱动而进行热回收，该压缩机通过与所述涡轮同轴旋转而向所述柴油发动机主体供给燃烧用气体，所述涡轮进行热回收直到涡轮出口处的来自所述柴油发动机主体的废气的温度成为180℃以下为止。
因此，通过燃料供给系统而将低硫馏出油作为燃料向柴油发动机主体供给，因此在柴油发动机主体中低硫馏出油燃烧而产生的废气中的硫成分的含量被抑制得低。因此，即使废气的温度降低，也能抑制配管等的低温腐蚀的产生，因此增压器能够通过涡轮被废气驱动而将该废气所具有的热能回收得更多。而且，在增压器中，涡轮由废气驱动而进行热回收，能够高效地热回收直到该废气的温度成为180℃以下。其结果为，能够抑制低温腐蚀的产生，另一方面，能够实现柴油发动机主体的燃料效率的提高，另外，不需要多个燃料供给系统和燃料的加热装置等而能够实现装置的小型化和设备的低成本化。
在本发明的船舶用柴油发动机中，其特征在于，所述燃料供给系统向所述柴油发动机主体供给常温(非加热状态)的低硫馏出油。
因此，通过燃料供给系统向柴油发动机主体供给常温(非加热状态)的低硫馏出油，从而不需要燃料的加热装置而能够实现装置的小型化和设备的低成本化。
在本发明的船舶用柴油发动机中，其特征在于，该船舶用柴油发动机设置有烟囱，该烟囱将驱动所述涡轮后的废气向大气放出而不进行热回收。
因此，通过不对驱动涡轮后的废气进行热回收而将废气从烟囱向大气放出，从而不需要热交换器等设备而能够实现装置的简单化。
在本发明的船舶用柴油发动机中，其特征在于，该船舶用柴油发动机设置有节能器和热回收装置，该节能器用于对驱动所述涡轮后的废气进行热回收而生成蒸气，该热回收装置由锅炉或者气水分离锅筒等构成，所述热回收装置所生成的蒸气仅向从润滑油系统的杂质除去装置、温水生成设备、货舱或者居住区的供暖设备等需要蒸气的蒸气运转装置中选择的一个或者多个供给。
因此，通过热回收装置对废气进行热回收而生成蒸气，并仅向需要该蒸气的蒸气运转装置中的至少一个供给，由此减少蒸气的供给部位而能够实现热回收装置的小型化。
发明效果
根据本发明的船舶用柴油发动机，作为柴油发动机主体的燃料仅使用低硫馏出油，由此能够抑制低温腐蚀的产生，另一方面，能够实现柴油发动机主体的燃料效率的提高，另外，不需要多个燃料供给系统、燃料的加热装置等而能够实现装置的小型化和设备的低成本化。
附图说明
图1是表示第一实施方式的船舶用柴油发动机的概略图。
图2是表示第二实施方式的船舶用柴油发动机的概略图。
具体实施方式
以下参照附图，详细地对本发明的船舶用柴油发动机的优选的实施方式进行说明。另外，本发明不限于本实施方式，另外在存在多个实施方式的情况下，还包含将各实施方式组合而构成的方式。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的船舶用柴油发动机的概略图。
在第一实施方式中，如图1所示，在船舶用柴油发动机11中，例如作为船舶推进用的主发动机而使用二冲程一循环的单流扫气方式的十字头式内燃机。
在该船舶用柴油发动机11中，柴油发动机主体12具备气缸套13、活塞14、扫气总管15、排气歧管16、排气阀17、以及喷射器(燃料喷射阀)18。
气缸套13配置在缸套(图示省略)内，在上部固定气缸盖21而划分空间部，活塞14在该空间部内被设置为沿着上下方向往复运动自如，从而形成燃烧室22。气缸盖21设置有排气阀17，排气阀17能够通过气门装置23而进行开闭。而且，燃烧室22经由排气管24而连结着排气歧管16，该排气阀17对燃烧室22和排气管24进行开闭。
气缸盖21设置有喷射器18，喷射器18能够向燃烧室22喷射燃料。该喷射器18通过燃料供给管25而经由燃料喷射泵26、过滤器27、燃料加压泵28而连结着燃料箱29。
另外，气缸套13经由在下部设置的多个扫气口30连结着扫气总管15。扫气总管15能够经由进气管(图示省略)而供给空气。活塞14在下端部连结着活塞棒14a的上端部。虽然未图示，但曲轴旋转自如地支承于柴油发动机主体12的下部，经由曲柄而转动自如地连结着连接棒的下端部。柴油发动机主体12的十字头被支承为沿着上下方向移动自如，十字头将活塞棒14a的下端部和连接棒的上端部转动自如地连结。
因此，若活塞14移动到下止点(图1的实线位置)，则扫气口30打开，由此，扫气总管15的空气被从扫气口30导入燃烧室22，若活塞14上升，则扫气口30与燃烧室22的导通被活塞14切断。此时，排气阀17通过气门装置23而上升，将燃烧室22与排气管24的连通关闭，燃烧室22内的空气由于活塞14的上升而被压缩。而且，若活塞14移动到上止点(图1的双点划线位置)，则燃烧室22的压力成为规定的压缩压力，喷射器18向燃烧室22喷射燃料。于是，在燃烧室22内，燃料与空气混合而燃烧，活塞14因燃烧能而下降。此时，当气门装置23使排气阀17下降，由此使燃烧室22与排气管24连通时，燃烧所产生的废气从燃烧室22通过排气管24而被推出到排气歧管16，另一方面，从扫气口30将空气导入燃烧室22。
在船舶用柴油发动机11中，增压器31与柴油发动机主体12连结。增压器31构成为，压缩机(压缩机)32与涡轮33经由旋转轴34而在同轴上连结。因此，压缩机32与涡轮33能够通过旋转轴34而一体旋转。压缩机32连结着从外部吸气的进气管L1，并且连结着到达扫气总管15的空气导管L2，在该空气导管L2设置有空气冷却器37。涡轮33连结着来自排气歧管16的排气管L3，并且连结着向外部排气的排气管L4。
而且，增压器31的排气管L4与烟囱35连结。该烟囱35将通过驱动涡轮33而被热回收从而降低温度的废气排出到外部。即，增压器31将驱动涡轮33后的废气通过排气管L4从烟囱35放出到大气而不进行热回收。
第一实施方式的船舶用柴油发动机11具备：柴油发动机主体12；由压缩机32和涡轮33构成的增压器31；以及由喷射器18、燃料供给管25、燃料喷射泵26、过滤器27、燃料加压泵28和燃料箱29构成的燃料供给系统36。而且，燃料供给系统36仅将低硫馏出油作为燃料而向柴油发动机主体12供给。
该低硫馏出油例如是指被定义为按照ISO8217所规定的DMX级、DMA级、DMZ级、DMB级的馏出油。即，优选低硫馏出油含有的硫成分为0.5％以下，最佳为0.1％以下。而且，该低硫馏出油与C重油相比粘度极低，按照ISO8217DMA级，40℃时为min.2.0cSt(40℃时为max.6.0cSt)。因此，燃料供给系统36不需要加热燃料的加热装置，向柴油发动机主体12供给常温(非加热状态)的低硫馏出油。
另外，增压器31通过涡轮33被从柴油发动机主体12排出的废气驱动来回收该废气的热能。在本实施方式中，优选增压器31回收尽可能多的能量，对废气进行热回收直到增压器31(涡轮33)的出口温度成为180℃以下。在该情况下，通过使压缩机32、涡轮33高效率化、或者应用了多段式的增压器，能够增加废气的热回收量。
在燃料供给系统36中，在燃料箱29中作为燃料存积有低硫馏出油，若燃料加压泵28进行驱动，则燃料箱29的低硫馏出油被加压到规定的压力而向燃料供给管25供给，燃料喷射泵26进行驱动，由此规定的压力的低硫馏出油被送至喷射器18，在该喷射器18的阀开放时仅将低硫馏出油向柴油发动机主体12的燃烧室22喷射。
而且，从柴油发动机主体12的排气歧管16排出的废气对增压器31的涡轮33进行驱动。若涡轮33驱动旋转，则经由旋转轴34而一体地连结的压缩机32驱动旋转，对进气进行压缩而向扫气总管15供给。从增压器31(涡轮33)排出的废气的热能被回收而温度降低到180℃以下，从烟囱35放出到外部。此时，废气由于是低硫馏出油燃烧后而得到的，因此含有的硫成分几乎消失，抑制l排气管L4低温腐蚀的情况。
这样，在第一实施方式的船舶用柴油发动机中，具备：柴油发动机主体12；燃料供给系统36，该燃料供给系统仅将低硫馏出油作为燃料而向柴油发动机主体12供给；增压器31，该增压器具备涡轮33和压缩机32，该涡轮由来自柴油发动机主体12的废气驱动而进行热回收，该压缩机通过与涡轮33同轴旋转而向柴油发动机主体12供给作为燃烧用气体的空气。
因此，通过燃料供给系统36将低硫馏出油作为燃料向柴油发动机主体12供给，因此在柴油发动机主体12中低硫馏出油燃烧而产生的废气中的硫成分的含量被抑制得低。因此，即使废气的温度降低，也能抑制配管等的低温腐蚀的产生，因此增压器31能够通过涡轮33被废气驱动而将该废气所具有的热能回收得更多。其结果为，能够抑制低温腐蚀的产生，另一方面，能够实现柴油发动机主体12的燃料效率的提高，另外，不需要多个燃料供给系统、燃料的加热装置、硫分回收用的洗涤器等而能够实现装置的小型化和设备的低成本化。
在第一实施方式的船舶用柴油发动机中，涡轮33对来自柴油发动机主体12的废气进行热回收直到温度成为180℃以下。因此，增压器31能够从废气高效地热回收。
在第一实施方式的船舶用柴油发动机中，燃料供给系统36向柴油发动机主体12供给常温(非加热状态)的低硫馏出油。因此，不需要燃料的加热装置而能够实现装置的小型化和设备的低成本化。
在第一实施方式的船舶用柴油发动机中，设置有烟囱35，该烟囱不对驱动涡轮33后的废气进行热回收而是向大气放出。因此，不需要热交换器的设备而能够实现装置的简单化。
[第二实施方式]
图2是表示第二实施方式的船舶用柴油发动机的概略图。
在第二实施方式中，如图2所示，船舶用柴油发动机11具备：柴油发动机主体12；由压缩机32和涡轮33构成的增压器31；由喷射器18、燃料供给管25、燃料喷射泵26、过滤器27、燃料加压泵28和燃料箱29构成的燃料供给系统36；以及热回收装置41。
热回收装置41例如由节能器、锅炉、气水分离锅筒等构成，设置于将增压器31和烟囱35连结的排气管L4。热回收装置41连接有供水管L11和蒸气管L12，通过从供水管L11供给的供水与来自排气管L4的废气进行热交换而加热供水从而生成蒸气，由此进行热回收，该蒸气被从蒸气管L12排出。该蒸气管L12的下游侧被分支成四个，一个支管L13与润滑油系统的杂质除去装置(净化器)42连结，一个支管L14与温水生成设备43连结，一个支管L15与货舱44连结，一个支管L16与居住区的供暖设备45连结。
即，由于从增压器31排出的废气的温度为180℃以下，因此热回收装置41能够生成少量的蒸气，将该生成的蒸气向杂质除去装置42、温水生成设备43、货舱44和居住区的供暖设备45供给。
另外，燃料供给系统36仅将低硫馏出油作为燃料而向柴油发动机主体12供给。
因此，若涡轮33由废气驱动，则增压器31的压缩机32进行驱动旋转而将进气压缩并向扫气总管15供给。从增压器31(涡轮33)排出的废气的热能被回收而温度降低到180℃以下，被送至热回收装置41。热回收装置41通过废气来加热从供水管L11供给的供水而生成蒸气，通过蒸气管L12而向杂质除去装置42、温水生成设备43、货舱44、居住区的供暖设备45等需要蒸气的蒸气运转装置供给。
另一方面，从热回收装置41排出的废气被从烟囱35放出到外部。此时，废气由于是低硫馏出油燃烧而得到的，因此含有的硫成分几乎消失，抑制了排气管L4低温腐蚀的情况。
这样，在第二实施方式的船舶用柴油发动机中，具备：柴油发动机主体12；燃料供给系统36，该燃料供给系统仅将低硫馏出油作为燃料而向柴油发动机主体12供给；增压器31，该增压器具备涡轮33和压缩机32，该涡轮由来自柴油发动机主体12的废气驱动而进行热回收，该压缩机通过与涡轮33同轴旋转而向柴油发动机主体12供给作为燃烧用气体的空气；以及热回收装置41。
因此，即使废气的温度降低，也能抑制配管等的低温腐蚀的产生，因此增压器31能够通过涡轮33被废气驱动而将该废气所具有的热能回收得更多。其结果为，能够抑制低温腐蚀的产生，另一方面，能够实现柴油发动机主体12的燃料效率的提高，另外，不需要多个燃料供给系统、燃料的加热装置、硫分回收用的洗涤器等而能够实现装置的小型化和设备的低成本化。
在第二实施方式的船舶用柴油发动机中，将热回收装置41所生成的蒸气仅向从润滑油系统的杂质除去装置42、温水生成设备43、货舱44和居住区的供暖设备45等需要蒸气的蒸气运转装置中选择的一个或者多个装置供给。因此，通过减少蒸气的供给部位，能够实现构成热回收装置的节能器的小型化。
符号说明
11 船舶用柴油发动机
12 柴油发动机主体
13 气缸套
14 活塞
15 扫气总管
16 排气歧管
17 排气阀
18 喷射器(燃料喷射阀)
22 燃烧室
31 增压器
32 压缩机(压缩机)
33 涡轮
35 烟囱
36 燃料供给系统
37 空气冷却器
41 热回收装置
42 杂质除去装置(蒸气运转装置)
43 温水生成设备(蒸气运转装置)
44 货舱(蒸气运转装置)
45 居住区的供暖设备(蒸气运转装置)
L1 进气管
L2 空气导管
L3、L4 排气管
L11 供水管
L12 蒸气管
Claims (4)
1.一种船舶用柴油发动机，其特征在于，具备：
柴油发动机主体；
燃料供给系统，该燃料供给系统仅将低硫馏出油作为燃料向所述柴油发动机主体供给；以及
涡轮和压缩机，该涡轮由来自所述柴油发动机主体的废气驱动而进行热回收，该压缩机通过与所述涡轮同轴旋转而向所述柴油发动机主体供给燃烧用气体，
所述涡轮进行热回收直到涡轮出口处的来自所述柴油发动机主体的废气的温度成为180℃以下为止。
2.根据权利要求1所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述燃料供给系统向所述柴油发动机主体供给常温的低硫馏出油。
3.根据权利要求1或2所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
该船舶用柴油发动机设置有烟囱，该烟囱将驱动所述涡轮后的废气向大气放出而不进行热回收。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
该船舶用柴油发动机设置有节能器和热回收装置，该节能器用于对驱动所述涡轮后的废气进行热回收而生成蒸气，该热回收装置由锅炉或者气水分离锅筒等构成，所述热回收装置所生成的蒸气仅向从润滑油系统的杂质除去装置、温水生成设备、货舱或者居住区的供暖设备等需要蒸气的蒸气运转装置中选择的一个或者多个进行供给。
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