CN110944907A - 船舶 - Google Patents

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Abstract

船舶具备：存积LPG的燃料罐；将LPG作为燃料的推进用发动机；从燃料罐向发动机供给LPG的燃料供给线路；设置于燃料供给线路的泵；从发动机向燃料罐回收未使用的LPG的燃料回收线路；设置于燃料回收线路的压力调节阀；控制泵及压力调节阀的控制装置；以及检测向发动机供给的LPG的压力的压力计；控制装置中预存有压力调节阀的目标开度与发动机的燃料消耗量的关系；控制装置以压力计检测的压力为设定值的形式控制压力调节阀，并以压力调节阀的开度为与发动机的实际的燃料消耗量对应的目标开度的形式控制泵。

Description

船舶
技术领域
本发明涉及包括将LPG作为燃料的推进用发动机的船舶。
背景技术
以往的船舶中，一般而言，推进用发动机的燃料为重油等燃料油或LNG（LiquefiedNatural Gas；液化天然气）。近年来，也提出将LPG（Liquefied Petroleum Gas；液化石油气）用作推进用发动机的燃料。
例如，专利文献1中公开了将LPG以液体从燃料罐向推进用发动机供给的船舶。将LPG用作燃料的情况下，相比于燃料油，具有无需应对硫氧化物且二氧化碳排出量少的优点，相比于LNG，具有比重大从而能使燃料罐小型化的优点。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1 ：韩国公开专利第2012-0113398号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
在将LPG用作燃料的情况下，可考虑使燃料罐和推进用发动机通过燃料供给线路及燃料回收线路连接，在燃料罐与发动机之间循环LPG同时由发动机仅使用所需量。
然而，如上述般在燃料罐与发动机之间循环LPG的情况下，理想的是将略多于发动机的燃料消耗量的燃料向发动机供给。为了将其实现，可考虑用流量计来检测LPG向发动机的供给流量（通过燃料供给线路向发动机流入的流量）或来自发动机的回收流量（通过燃料回收线路从发动机流出的流量），并以使检测出的流量为与发动机的燃料消耗量相应的规定值的形式控制设置于燃料供给线路的泵。
又，为了使向发动机的燃料供给压力保持在发动机的要求范围内，可考虑用压力计检测向发动机供给的LPG的压力，并以使检测出的压力为设定值的形式控制设置于燃料回收线路的压力调节阀。
但是，如上所述控制泵及压力调节阀的情况下，流量控制和压力控制恐会相干扰。
因此，本发明目的在于提供一种能稳定控制设置于燃料供给线路的泵及设置于燃料回收线路的压力调节阀的船舶。
解决问题的手段：
为了解决前述问题，本发明的发明者们发现，在使泵的吐出流量比发动机的燃料消耗量只多一定比例的情况下，通过设置于燃料回收线路的压力调节阀的储罐返送流量也为其一定比例，所以可预设相对于发动机的燃料消耗量的压力调节阀的目标开度，其用于使泵的吐出流量比发动机的燃料消耗量只多一定比例的。总之，压力调节阀为目标开度意味着泵的吐出流量比发动机的燃料消耗量只多一定比例。本发明是由这样的观点而成。
即，本发明的船舶特征在于，具备：存积LPG的燃料罐；以LPG作为燃料的推进用发动机；从所述燃料罐向所述发动机供给LPG的燃料供给线路；设置于所述燃料供给线路的泵；从所述发动机向所述燃料罐回收未使用的LPG的燃料回收线路；设置于所述燃料回收线路的压力调节阀；控制所述泵及所述压力调节阀的控制装置；以及检测向所述发动机供给的LPG的压力的压力计；所述控制装置中预存有所述压力调节阀的目标开度与所述发动机的燃料消耗量的关系；所述控制装置以使所述压力计检测的压力为设定值的形式控制所述压力调节阀，并以使所述压力调节阀的开度为与所述发动机的实际的燃料消耗量对应的目标开度的形式控制所述泵。
根据上述结构，基于压力计，不仅能调节压力调节阀的开度还能调节泵的转速，从而能稳定地控制泵及压力调节阀。
也可以是，上述的船舶还具备：在所述泵的下游侧从所述燃料供给线路分岔且与所述燃料回收线路或所述燃料罐连接的旁通线路；以及设置于所述旁通线路的流量控制阀；所述控制装置在所述泵的转速为最低转速时，以使所述压力调节阀的开度为与所述发动机的实际的燃料消耗量对应的目标开度的形式控制所述流量控制阀。根据该结构，即便是在泵的转速为最低转速时也能使向发动机的LPG的供给流量比发动机的燃料消耗量只多一定比例。
也可以是，所述燃料罐以LPG的温度随大气温度变化的形式存积LPG。根据该结构，虽然需要以燃料罐为压力容器，但不需要将燃料罐内的LPG维持在低温的单元。
发明效果：
根据本发明，能稳定地控制设置于燃料供给线路的泵及设置于燃料回收线路的压力调节阀。
附图说明
图1是本发明的一实施形态的船舶的概略结构图；
图2是示出发动机的燃料消耗量与第一压力调节阀的目标开度的关系的表格。
具体实施方式
图1示出本发明的一实施形态的船舶1。该船舶1包括以LPG为燃料的推进用发动机11和存积LPG的燃料罐2。LPG的主成分可以为丙烷（丙烷气），也可以为丁烷（丁烷气）。
本实施形态中，燃料罐2由相对较大容积的储存罐（storage tank）21和相对较小容积的供给罐（service tank）22构成。储存罐21及供给罐22均为耐压力高于大气压的压力容器。储存罐21和供给罐22通过中转线路26互相连接。
在储存罐21内，从LPG供给源通过燃料导入线路23导入LPG。LPG供给源可以为装载于船舶1的货罐（cargo tank），也可以为陆地上的LPG供给设备或LPG燃料供给船。
本实施形态中，未在储存罐21中设置将LPG维持在低温的单元（例如绝热材料），储存罐21内的LPG的温度追随大气温度而变化。另一方面，在LPG为丙烷气时从LPG供给源导入的LPG大多为约-42℃。从而，燃料导入线路23上设置有将LPG加热为例如从-5℃至大气温度的范围内的温度的加热器24。不过，作为LPG供给源的陆地上的LPG供给设备或在LPG燃料供给船上装备有加热器，若船舶1接受的LPG的温度为-5℃以上，则无需加热器24。
储存罐21内的气层的成分仅为汽化后的PG的情况下，储存罐21内的气层的压力为LPG的饱和蒸气压力。例如，在储存罐21内的温度为25℃的情况下，储存罐21内的气层的压力（饱和蒸气压力）的计示压力（gauge pressure）约为0.9MPa。以下，压力的表示均为计示压力。另，LPG的饱和蒸气压力在50℃时约为1.7MPa，所以储存罐21形成为例如可承受到1.8MPa的结构。作为参考，LPG的饱和蒸气压力在0℃时约为0.4MPa。
储存罐21的内部设置有泵25。泵25的数量可以为一个也可以为多个。上述的中转线路26的上游端连向泵25。又，中转线路26的下游端在供给罐22内开口。而且，利用泵25，通过中转线路26从储存罐21向供给罐22供给LPG。但泵25也可以在储存罐21之外设置于中转线路26的中途。
与储存罐21同样地，供给罐22中未设置将LPG维持在低温的单元，供给罐22内的LPG的温度追随大气温度而变化。供给罐22内的气层的成分仅为汽化后的PG的情况下，供给罐22内的气层的压力为LPG的饱和蒸气压力。
在如后所述的发动机11与供给罐22之间的LPG循环时，供给罐22内的LPG的温度也可以高于大气温度。例如，在供给罐22内的LPG的温度为60℃的情况下，供给罐22内的气层的压力（饱和蒸气压力）约为2.1MPa。另，供给罐22形成为例如可承受到2.2MPa的结构。
供给罐22通过燃料供给线路31及燃料回收线路41而与推进用发动机11连接。即，通过燃料供给线路31从供给罐22向发动机11供给LPG，通过燃料回收线路41从发动机11向供给罐22回收未使用的LPG。换言之，在供给罐22与发动机11之间，LPG通过燃料供给线路31及燃料回收线路41进行循环。
燃料供给线路31的上游端与供给罐22的下部连接。燃料回收线路41的下游端在供给罐22内开口。
发动机11例如为狄赛尔循环（Diesel cycle）或奥托循环（Otto cycle）的往复式发动机。图示省略，发动机11包括将燃料供给线路31的下游端与燃料回收线路41的上游端连接的主流路和在主流路上相互并列连接的多个燃料喷射阀。
燃料供给线路31上，从上游侧依序设置有泵32、加热器33及切断阀34。加热器33将LPG加热至发动机11的要求温度（例如45℃）。
上述的中转线路26上设置有对从储存罐21向供给罐22供给的LPG进行加热的加热器27。在发动机11的运转中，相当于发动机11的燃料消耗量Qe的量的LPG从储存罐21向供给罐22供给。加热器27在仅用加热器33难以将LPG加热至发动机11的要求温度的情况下使用。另，加热器27也可以省略。
燃料回收线路41上，从上游侧依序设置有第一压力调节阀42（相当于本发明的压力调节阀）、切断阀43、冷却器44及第二压力调节阀45。冷却器44将LPG冷却至规定的温度（例如40℃）。另，冷却器44也可以省略。
本实施形态中，燃料供给线路31和燃料回收线路41通过第一旁通线路51连接。第一旁通线路51在加热器33与切断阀34之间从燃料供给线路31分岔，在切断阀43与冷却器44之间与燃料回收线路41连接。第一旁通线路51上设置有流量控制阀52。
此外，本实施形态中也采用第二旁通线路53。第二旁通线路53在泵32与加热器33之间从燃料供给线路31分岔，与供给罐22连接。第二旁通线路53上设置有流量控制阀54。但第一旁通线路51和第二旁通线路53的任一方都可以省略。
上述的泵32、切断阀34、43、压力调节阀42、45及流量控制阀52、54由控制装置6控制。但图1中为了附图的简化而仅绘出一部分信号线。控制装置6例如为具有ROM（Read-OnlyMemory；只读存储器）、RAM（Random Access Memory；随机存取存储器）等存储器和CPU（Central Processing Unit；中央处理器）的计算机，ROM中存储的程序由CPU执行。控制装置6可以为单一的机械，也可以分割为多个机械（例如发动机控制装置和燃料供给控制装置）。
关于切断阀34、43，控制装置6在发动机11的停止中关闭切断阀34、43，在发动机11的待机运行中及运转中打开切断阀34、43。在发动机11的停止中，切断阀34、43之间的流路（燃料供给线路31的下游侧部分、发动机11的主流路及燃料回收线路41的上游侧部分）由惰性气体清洗（purge）。
控制装置6与第一压力计71（相当于本发明的压力计）及第二压力计72电气连接。第一压力计71用于泵32、流量控制阀52、54及第一压力调节阀42的控制，第二压力计72用于第二压力调节阀45的控制。以下为了便于说明，从基于第二压力调节阀45的控制进行说明。
第二压力计72在第一压力调节阀42与第二压力调节阀45之间设置于燃料回收线路41，对由第一压力调节阀42减压后的LPG的压力进行检测。本实施形态中，第二压力计72位于切断阀43与冷却器44之间，但也可以位于切断阀43的上游侧或冷却器44的下游侧。
LPG的温度因LPG通过发动机11而稍高（例如55℃）。从而，为了防止由第一压力调节阀42减压后的LPG汽化，控制装置6以使第二压力计72检测的压力高于设想的最大温度下的饱和蒸气压力的设定值（例如2.0MPa）的形式控制第二压力调节阀45。
第一压力计71在泵32的下游侧设置于燃料供给线路31，检测向发动机11供给的LPG的压力。本实施形态中，第一压力计71位于切断阀34的下游侧，但也可以位于切断阀34与加热器33之间或加热器33的上游侧。
关于第一压力调节阀42，控制装置6以使第一压力计71检测的压力为发动机11的要求范围内的设定值（例如在发动机11为狄赛尔循环的情况下为5.0～6.0MPa）的形式控制第一压力调节阀42。
关于泵32及流量控制阀52，控制装置6中，第一压力调节阀42的目标开度与发动机11的燃料消耗量Qe的关系预存为如图2所示的表格。第一压力调节阀42的目标开度通常是发动机11的燃料消耗量Qe越大而越大。
例如，控制装置6也可以基于驾船者操作的车钟手柄（telegraph lever）的操作量来决定发动机11的燃料消耗量Qe。或者也可以是，在控制装置6分割为控制发动机11的发动机控制装置和控制泵32及各种阀的燃料供给控制装置的情况下，燃料供给控制装置基于与发动机控制装置算出的燃料喷射量相关的值来决定发动机11的燃料消耗量Qe。
而且，控制装置6以使第一压力调节阀42的开度为与发动机11的实际的燃料消耗量Qe对应的目标开度的形式控制泵32。即，在第一压力调节阀42的实际的开度小于目标开度的情况下，为了使燃料供给压上升从而增大第一压力调节阀42的开度，使泵32的转速增加。相反，在第一压力调节阀42的实际的开度大于目标开度的情况下，为了使燃料供给压下降从而减小第一压力调节阀42的开度，使泵32的转速降低。
例如，在发动机11的负荷上升而发动机11的燃料消耗量Qe增加的情况下，由于第一压力调节阀42的目标开度上升，所以控制装置6为了将第一压力调节阀42的实际的开度上升至目标开度而增加泵32的转速。相反，在发动机11的负荷下降而发动机11的燃料消耗量Qe减少的情况下，由于第一压力调节阀42的目标开度下降，所以控制装置6为了将第一压力调节阀42的实际的开度下降至目标开度而减少泵32的转速。
另，控制装置6只要泵32的转速不为最低转速，则使流量控制阀52维持为全闭。泵32的最低转速可以为固定值，但理想的是例如根据供给罐22内的气层的压力来变更（供给罐22内的气层的压力越高，泵32的最低转速就越低）。
基于第一压力调节阀42的目标开度的控制的结果为泵32的转速成为最低转速时，控制装置6以使第一压力调节阀42的开度为与发动机11的实际的燃料消耗量Qe对应的目标开度的形式控制流量控制阀52、54的任一方。即，在第一压力调节阀42的实际的开度小于目标开度的情况下，为了使燃料供给压上升从而增大第一压力调节阀42的开度，使流量控制阀52、54的任一方的开度降低。相反，在第一压力调节阀42的实际的开度大于目标开度的情况下，为了使燃料供给压下降从而减小第一压力调节阀42的开度，使流量控制阀52、54的任一方的开度增加。
如以上说明，在本实施形态的船舶1中，不仅能基于第一压力计71调节第一压力调节阀42的开度，还能调节泵32的转速，从而能稳定地控制泵32及第一压力调节阀42。
（变形例）
本发明不限于上述实施形态，可在不脱离本发明的主旨的范围内进行种种变形。
例如也可以省略第一旁通线路51及第二旁通线路53双方，在泵32的转速成为最低转速时允许大量LPG通过发动机11。但若设置有第一旁通线路51及第二旁通线路53的至少一方，且在泵32的转速成为最低转速时打开设置于第一旁通线路51或第二旁通线路53的流量控制阀（52或54），则即便是在泵32的转速为最低转速时也能使向发动机11的LPG的供给流量比发动机11的燃料消耗量Qe只多一定比例。
或者也可以是，在设置有第二旁通线路53的情况下，在泵32的转速成为最低转速时临时增加通过发动机11的LPG。通过第二旁通线路53向供给罐22返送的LPG在泵32受热。从而，若如前所述在泵32的转速成为最低转速时临时增加通过发动机11的LPG，则通过第二旁通线路53的向供给罐22的返送量减少，且通过发动机11的LPG在冷却器44冷却，所以能抑制供给罐22内的LPG的温度的上升。具体而言，泵32的转速成为最低转速时，控制装置6增加第一压力调节阀42的目标开度。如此，第一压力调节阀42的目标开度无需始终如图2所示那样随发动机11的燃料消耗量Qe越大而越大。
又，所述实施形态中，燃料罐2由储存罐21和供给罐22构成，但也可以省略储存罐21，燃料罐2仅由供给罐22构成。即，也可以在供给罐22内从LPG供给源直接导入LPG。但若如所述实施形态般构成，则能将燃料罐2分为LPG导入用储存罐21和LPG循环用供给罐22。
又，燃料罐2未必要为压力容器，是耐压力与大气压同程度的储罐亦可。这种情况下，需要有将燃料罐2内的LPG维持在低温的单元。但若如所述实施形态般，燃料罐2以LPG的温度随大气温度变化的形式存积LPG，则虽然需要以燃料罐2为压力容器，但不需要将燃料罐2内的LPG维持在低温的单元。
符号说明：
1 船舶；
11 发动机；
2 燃料罐；
31 燃料供给线路；
32 泵；
41 燃料回收线路；
43、45 压力调节阀；
51 旁通线路；
52 流量控制阀；
6 控制装置；
71～73 压力计

Claims (3)

1.一种船舶，其特征在于，
具备：存积LPG的燃料罐；
以LPG作为燃料的推进用发动机；
从所述燃料罐向所述发动机供给LPG的燃料供给线路；
设置于所述燃料供给线路的泵；
从所述发动机向所述燃料罐回收未使用的LPG的燃料回收线路；
设置于所述燃料回收线路的压力调节阀；
控制所述泵及所述压力调节阀的控制装置；以及
检测向所述发动机供给的LPG的压力的压力计；
所述控制装置中预存有所述压力调节阀的目标开度与所述发动机的燃料消耗量的关系；
所述控制装置以使所述压力计检测的压力为设定值的形式控制所述压力调节阀，并以使所述压力调节阀的开度为与所述发动机的实际的燃料消耗量对应的目标开度的形式控制所述泵。
2.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，
还具备：在所述泵的下游侧从所述燃料供给线路分岔且与所述燃料回收线路或所述燃料罐连接的旁通线路；以及
设置于所述旁通线路的流量控制阀；
所述控制装置在所述泵的转速为最低转速时，以使所述压力调节阀的开度为与所述发动机的实际的燃料消耗量对应的目标开度的形式控制所述流量控制阀。
3.根据权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，
所述燃料罐以LPG的温度随大气温度变化的形式存积LPG。
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