CN111033024A - 船舶 - Google Patents

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野崎拓海
高木俊宏
武田宏之
印藤尚子
萩原和也
宍粟雄辉
安部崇嗣
成岛直树
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Kawasaki Jukogyo KK
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Abstract

船舶具有：燃料供给线，其从燃料罐向发动机供给LPG；截止阀，其设置于燃料供给线；燃料回收线，其从发动机向燃料罐回收LPG；旁路线，其在截止阀的上游侧从燃料供给线分支，与燃料回收线或燃料罐相连；流量控制阀，其设置于旁路线；压力计，其在截止阀的上游侧检测LPG的供给压力；流量计，其对LPG的供给流量或回收流量进行检测；以及控制装置。在截止阀关闭时，控制装置对泵转速和/或流量控制阀进行控制，使得压力计所检测的LPG的供给压力保持为发动机的运转所需的要求压力。在截止阀打开时，控制装置对泵的转速和流量控制阀进行控制，使得流量计所检测的流量为与发动机的燃料消耗量对应的规定值。

Description

船舶
技术领域
本发明涉及船舶，该船舶包含以LPG为燃料的推进用发动机。
背景技术
在以往的船舶中，通常，推进用发动机的燃料是重油或轻油等燃料油、LNG(Liquefied Natural Gas：液化天然气)。近年来，还提出了使用LPG(Liquefied PetroleumGas：液化石油气)来作为推进用发动机的燃料的方案。
例如，专利文献1所公开的船舶具有储存轻油的轻油储存罐和保存LPG的甲板箱，能够选择性地将轻油或LPG作为燃料向推进用发动机进行供给。甲板箱经由燃料输送配管而与发动机连接，在燃料输送配管上设置有泵和截止阀。
在轻油的使用期间，泵停止，截止阀关闭。在将燃料从轻油切换为LPG时，泵进行动作且截止阀打开，由此开始向发动机供给LPG。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：韩国公开特许第2012-0113398号公报
发明内容
发明要解决的课题
为了在发动机内喷射燃料，需要将对发动机的燃料供给压力确保在一定值以上。如上所述，在开始供给LPG的阶段使泵进行动作的情况下，燃料输送配管中的LPG的压力不满足发动机所要求的压力，有可能无法使发动机顺畅地运转。另外，该LPG的供给开始时的问题不仅在专利文献1所公开的双燃料发动机中产生，在仅以LPG作为燃料的发动机中也有可能同样地产生。
因此，本发明的目的在于，提供在开始供给LPG时能够使推进用发动机顺畅地运转的船舶。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的船舶具有：燃料罐，其贮存液化石油气；推进用发动机，其将液化石油气作为燃料；燃料供给线，其从所述燃料罐向所述发动机供给液化石油气；泵，其设置于所述燃料供给线；截止阀，其在所述泵的下游侧设置于所述燃料供给线；燃料回收线，其从所述发动机向所述燃料罐回收未使用的液化石油气；旁路线，其在所述泵与所述截止阀之间从所述燃料供给线分支，与所述燃料回收线或所述燃料罐相连；流量控制阀，其设置于所述旁路线；压力计，其在所述泵的下游侧且所述截止阀的上游侧设置于所述燃料供给线，对从所述泵供给的液化石油气的压力进行检测；流量计，其对通过所述燃料线向所述发动机流入的液化石油气的供给流量或通过所述燃料回收线从所述发动机流出的液化石油气的回收流量进行检测；以及控制装置，其对所述泵的转速和所述流量控制阀进行控制，在关闭所述截止阀而停止向所述发动机供给液化石油气时，所述控制装置对所述泵的转速和/或所述流量控制阀进行控制，使得所述压力计所检测的液化石油气的压力保持为所述发动机的运转所需的要求压力，在打开所述截止阀而向所述发动机供给液化石油气时，所述控制装置对所述泵的转速和所述流量控制阀进行控制，使得所述流量计所检测的流量为与所述发动机的燃料消耗量对应的规定值。
根据所述结构，设置旁路线并对泵转速和流量控制阀进行控制，以便根据燃料消耗量来调整LPG的流量，因此能够抑制向发动机供给过量的LPG，在具有燃料回收线的船舶中，能够抑制燃料罐内的LPG的温度的过度上升。
另外，在LPG的供给中用于流量控制的泵和流量控制阀在关闭截止阀的LPG的供给停止时用于燃料供给线中的LPG的压力调整。这样，在压力控制中同时使用泵转速和流量控制阀，将LPG的供给压力保持为发动机的运转所需的要求压力，因此在开始供给LPG时能够使发动机顺畅地运转。
也可以为，该船舶具有压力调整阀，该压力调整阀在所述旁路线的合流点的上游侧设置于所述燃料回收线，在打开所述截止阀而向所述发动机供给液化石油气时，所述控制装置对所述压力调整阀进行操作而对供给到所述发动机的液化石油气的压力进行控制。
发明效果
根据本发明，能够提供在开始供给LPG时能够使推进用发动机顺畅地运转的船舶。
附图说明
图1是实施方式的船舶的概略结构图。
图2是变形例的船舶的概略结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。在所有附图中，对相同或对应的要素标注相同的标号而省略重复的详细说明。
图1所示的船舶1是LPG燃料推进船。船舶1包含贮存LPG的燃料罐2和以LPG为燃料的推进用发动机11。LPG的主要成分可以是丙烷(丙烷气体)，也可以是丁烷(丁烷气体)。
在本实施方式中，燃料罐2由较大容积的储存罐21和较小容积的服务罐22构成。储存罐21和服务罐22都是耐压力比大气压高的压力容器。储存罐21与服务罐22通过中继线26相互连接。
将LPG从LPG供给源通过燃料导入线23导入储存罐21内。LPG供给源可以是搭载于船舶1的货油舱，也可以是陆上的LPG供给设备或者LPG燃料供给船。
在本实施方式中，在储存罐21中没有设置将LPG维持在低温的机构(例如，绝热材料)，储存罐21内的LPG的温度追随大气温度而发生变化。从LPG供给源导入的LPG在主要成分为丙烷气体的情况下大多为约-42℃。因此，在燃料导入线23中设置有加热器24，该加热器24将LPG例如加热至-5℃到大气温度的范围内的温度。但是，如果在作为LPG供给源的陆上的LPG供给设备或LPG燃料供给船上装备有加热器，使转交给船舶1的LPG的温度为-5℃以上，则不需要加热器24。
在储存罐21内的气层的成分仅为气化的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)在表压下约为0.9MPa。以下，压力的表示全部为表压。另外，LPG的饱和蒸气压力在50℃下约为1.7MPa，因此储存罐21例如构成为能够耐受至1.8MPa。作为参考，LPG的饱和蒸气压力在0℃下约为0.4MPa。
在储存罐21的内部设置有泵25。泵25的数量可以是1个，也可以是多个。中继线26的上游端与泵25相连。中继线26的下游端在服务罐22内开口。利用泵25并通过中继线26从储存罐21向服务罐22供给LPG。但是，泵25也可以在储存罐21的外部设置于中继线26的中途。
与储存罐21相同，在服务罐22中没有设置将LPG维持在低温的机构，服务罐22内的LPG的温度追随大气温度而发生变化。在服务罐22内的气层的成分仅为气化的PG的情况下，服务罐22内的气层的压力为LPG的饱和蒸气压力。
在后述那样的发动机11与服务罐22之间的LPG循环时，服务罐22内的LPG的温度也可以比大气温度高。例如，在服务罐22内的LPG的温度为60℃的情况下，服务罐22内的气层的压力(饱和蒸气压力)约为2.1MPa。另外，服务罐22例如构成为能够耐受至2.2MPa。
服务罐22通过燃料供给线31和燃料回收线41而与推进用发动机11连接。通过燃料供给线31从服务罐22向发动机11供给LPG，通过燃料回收线41从发动机11向服务罐22回收未使用的LPG。换言之，LPG在服务罐22与发动机11之间通过燃料供给线31和燃料回收线41进行循环。
燃料供给线31的上游端与服务罐22的下部相连。燃料回收线41的下游端在服务罐22内开口。
发动机11例如是狄塞尔循环或者奥托循环的往复式发动机。虽然省略了图示，但发动机11包含：主流路，其将燃料供给线31的下游端与燃料回收线41的上游端连接；以及多个燃料喷射阀，它们与主流路相互并联连接。
在燃料供给线31上从上游侧依次设置有泵32、加热器33以及截止阀34。
在中继线26上设置有加热器27，该加热器27对从储存罐21向服务罐22供给的LPG进行加热。加热器33将LPG加热至发动机11的要求温度(例如，45℃)。在向发动机11供给LPG时，从储存罐21向服务罐22供给与发动机11的燃料消耗量Qe相当的量的LPG。加热器27在仅靠加热器33难以加热至发动机11的要求温度的情况下使用。另外，也可以省略加热器27。
在燃料回收线41上从上游侧依次设置有第1压力调整阀42、截止阀43、冷却器44以及第2压力调整阀45。冷却器44将LPG冷却至规定的温度(例如，40℃)。另外，也可以省略冷却器44。
燃料供给线31与燃料回收线41通过第1旁路线51连接。第1旁路线51在泵32与截止阀34之间、更详细而言在加热器33与截止阀34之间从燃料供给线31分支，在截止阀43和冷却器44之间与燃料回收线41相连。在第1旁路线51中设置有流量控制阀52。
而且，在本实施方式中，还采用了第2旁路线53。第2旁路线53在泵32与加热器33之间从燃料供给线31分支，并与服务罐22相连。在第2旁路线53中设置有流量控制阀54。但是，也可以省略第1旁路线51和第2旁路线53中的任意一方。
泵32、截止阀34、43、压力调整阀42、45以及流量控制阀52、54由控制装置6控制。但是，在图1中，为了附图的简化而仅描绘了一部分的信号线。控制装置6例如是具有ROM或RAM等存储器和CPU的计算机，存储在ROM中的程序由CPU执行。控制装置6可以是单一的设备，也可以分割为多个设备(例如，发动机控制装置和燃料供给控制装置)。
控制装置6与第1供给压力计72、第2供给压力计73、回收压力计74以及流量计81电连接。流量计81被用于泵32和流量控制阀52的控制，特别是被用于在向发动机11供给LPG时的LPG流量控制。第1供给压力计72被用于泵32和流量控制阀52的控制，特别是被用于在停止向发动机11供给LPG时的LPG压力控制。第2供给压力计73被用于第1压力调整阀42的控制，回收压力计74被用于第2压力调整阀45的控制。
流量计81在第1旁路线51的分支点的下游侧设置于燃料供给线31，对通过燃料供给线31流入发动机11的LPG的供给流量Qi进行检测。
第1供给压力计72在泵32的下游侧(更详细而言，在加热器33的下游侧)设置于燃料供给线31。第1供给压力计72对从泵32供给的LPG的压力进行检测。第2供给压力计73在截止阀34的下游侧设置于燃料供给线31，对通过截止阀34向发动机11供给的LPG的压力进行检测。
回收压力计74在截止阀43与第2压力调整阀45之间设置于燃料回收线41。回收压力计74对由第1压力调整阀42减压后的LPG的压力进行检测。在本实施方式中，回收压力计74位于冷却器44的上游侧，但也可以位于冷却器44的下游侧。
这里，发动机11可以是仅以LPG为燃料的发动机，也可以是以LPG和重油或轻油这样的燃料油为燃料的双燃料发动机。在仅将LPG作为燃料的发动机的情况下，开始向发动机11供给LPG的时刻相当于开始发动机11的运转的时刻。停止向发动机11供给LPG的期间相当于停止发动机11的期间。在双燃料发动机的情况下，开始向发动机11供给LPG的时刻包含开始发动机11的运转的时刻和发动机11在运转中但将向发动机11供给的燃料从燃料油切换为LPG的时刻。停止向发动机11供给LPG的期间包含停止发动机11的期间和发动机11使用燃料油作为燃料来进行运转的期间。
关于截止阀34、43，在停止向发动机11供给LPG的期间，控制装置6关闭截止阀34、43。在向发动机11供给LPG的期间，控制装置6打开截止阀34、43。在发动机11的停止期间，截止阀34、43之间的流路(燃料供给线31的下游侧部分、发动机11的主流路以及燃料回收线41的上游侧部分)被惰性气体净化。
在向发动机11供给LPG时，执行LPG的压力控制、流量控制以及温度管理。
关于LPG的发动机供给时的LPG的流量控制，控制装置6对泵32的转速进行控制，使得流量计81所检测的供给流量Qi为与发动机11的燃料消耗量Qe对应的规定值V。在本实施方式中，规定值V是对发动机11的燃料消耗量Qe乘以系数C后的值(V＝Qe×C)。例如，系数C通常是1.1～1.50。系数C可以是在该数值范围内设定的固定值，也可以在该数值范围内可变地设定。
例如，控制装置6可以根据由操船者操作的伸缩杆的操作量来确定发动机11的燃料消耗量Qe。或者，在控制装置6被分割为对发动机11进行控制的发动机控制装置和对泵32和各种阀进行控制的燃料供给控制装置的情况下，燃料供给控制装置根据与由发动机控制装置计算出的燃料消耗量相关的值来确定发动机11的燃料消耗量Qe。
作为根据流量计81所检测出的供给流量Qi来控制泵32的转速的结果，在泵32的转速为最低转速时，控制装置6对流量控制阀52、54中的任意一个进行控制，使得流量计81所检测的供给流量Qi为上述规定值V。具体而言，发动机11的燃料消耗量Qe越小，控制装置6越增大流量控制阀52、54中的任意一个的开度，减少向发动机11供给的LPG的流量。
对泵32的转速和流量控制阀52进行控制，以便根据燃料消耗量来调整LPG的流量，因此能够抑制向发动机11供给过量的LPG。LPG的温度由于LPG在通过发动机11时从发动机11受热而上升。通过设置旁路线51、53，能够抑制在具有燃料回收线41的船舶1中燃料罐2(服务罐22)内的LPG的温度的过度上升。
由于LPG的温度因LPG通过发动机11而稍微升高(例如，55℃)。因此，为了防止由第1压力调整阀42减压后的LPG发生气化，控制装置6对第2压力调整阀45进行控制，使得回收压力计74所检测的压力为比设想的最大温度下的饱和蒸气压力高的设定值(例如，2.0MPa)。
关于LPG的发动机供给时的LPG的压力控制，控制装置6对第1压力调整阀42进行控制，使得第2供给压力计73所检测的压力为发动机11的要求压力(例如，5.0～6.0MPa)。该要求压力是为了适当地喷射燃料进而使发动机11顺畅地运转而需要的压力。
即使在停止向发动机11供给LPG时，也执行LPG的压力控制。但是，在LPG供给停止期间，并不始终执行该压力控制。在双燃料发动机中，例如在轻油的使用期间执行该压力控制。此时，为了准备开始向发动机11供给LPG，也可以在LPG用的发动机主流路中填充LPG。在仅将LPG作为燃料的发动机中，例如在待机期间中执行该压力控制。另外，在仅将LPG作为燃料的发动机中，也可以在该待机期间中利用惰性气体进行净化。
关于关闭截止阀34、43而停止LPG的供给的期间中的LPG的压力控制，控制装置6使泵32进行动作，并且打开流量控制阀52和/或流量控制阀54。由此，储存罐21内的LPG经由燃料供给线31、第1旁路线51以及燃料回收线41而返回到储存罐21，不经由发动机11。并且/或者，储存罐21内的LPG经由燃料供给线31和第2旁路线53而返回到储存罐21，不经由发动机11。控制装置6对泵32的转速和流量控制阀52、54进行控制，使得第1供给压力计72所检测的LPG的供给压力保持为要求压力(例如，5.0～6.0MPa)。另外，第1供给压力计72在泵32的下游侧且截止阀34的上游侧设置于燃料供给线31，由于第1旁路线51的分支点也同样地配置在截止阀34的上游侧，因此能够检测回流的LPG的压力。
作为一例，将泵32的转速维持在最低转速，流量控制阀52在检测出的压力超过要求压力时增大开度，在检测出的压力低于要求压力时减小开度。
在执行这样的压力控制的状况下，当将截止阀34、43从闭阀状态切换为开阀状态时，从切换开始起，在截止阀34的上游侧，LPG的供给压力达到要求压力。因此，之后仅需要截止阀34的下游侧(特别是截止阀34、43之间)的升压，便能够在打开截止阀34、43之后迅速地使对发动机11的供给压力稳定。如果压力稳定，则能够切换为使用了LPG的运转，因此能够顺畅且迅速地开始使用了LPG的运转。
泵32的转速和流量控制阀52、54的开度在不供给LPG时用于压力控制，在供给LPG时用于流量控制。控制装置6对第1压力调整阀42进行操作而对供给到发动机11的压力进行控制，因此能够将流量控制阀52、54和泵32的转速用于流量控制，并且还能够同时实现供给压力的控制。
(变形例)
本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。
例如，如图2所示，流量计81也可以在截止阀43的上游侧设置于燃料回收线41，对通过燃料回收线41从发动机11流出的LPG的回收流量Qo进行检测。即，控制装置6也可以对泵32和流量控制阀52进行控制，使得流量计81所检测的回收流量Qo为与发动机11的燃料消耗量Qe对应的规定值V’。在该情况下，规定值V’例如是对发动机11的燃料消耗量Qe乘以通常为0.1～0.50的系数C之后的值。
另外，规定值V、V’不需要必须恒定，在泵32的转速为最低转速时，控制装置6也可以增加规定值V、V’。例如，在图1所示的结构中，也可以将规定值V增加至1.1×Qe到11.0×Qe的范围内的流量。或者，在图2所示的结构中，也可以将规定值V’增加至0.1×Qe到10.0×Qe的范围内的流量。
在泵32的转速为最低转速时，规定值V、V’恒定，并且，在设置于第2旁路线53的流量控制阀54打开的情况下，从泵32的排出流量Q减去规定值V、V’后的剩余部分通过第2旁路线53而返回到服务罐22。由于该剩余部分在泵32中受热，因此服务罐22内的LPG的温度上升。与此相对，如果在泵32的转速为最低转速时使规定值V、V’增加，则能够减少通过第2旁路线53而返回到服务罐22的LPG。另一方面，由于规定值V、V’的增加，通过发动机11的LPG也增加，但该增加的量被设置于燃料回收线41的冷却器44冷却。因此，能够抑制服务罐22内的LPG的温度的上升。
另外，如图2所示，也可以省略第2供给压力计73。在该情况下，使用第1供给压力计72的检测压力来控制第1压力调整阀42。
另外，在上述实施方式中，在LPG的供给停止时的压力控制中，将泵32的转速控制为最低转速的恒定值，但泵32的转速也可以被控制为其他恒定值，还可以根据温度或燃料罐2内的气层的压力来可变地设定。
另外，在上述实施方式中，燃料罐2由储存罐21和服务罐22构成，但也可以省略储存罐21而仅由服务罐22构成燃料罐2。即，也可以从LPG供给源直接向服务罐22内导入LPG。但是，如果是上述实施方式那样的结构，则能够将燃料罐2分为LPG导入用的储存罐21和LPG循环用的服务罐22。
标号说明
1：船舶；2：燃料罐；6：控制装置；11：推进用发动机；31：燃料供给线；32：泵；34：截止阀；41：燃料回收线；42：第1压力调整阀；43：截止阀；51：第1旁路线；52：流量控制阀；53：第2旁路线；54：流量控制阀；72：第1供给压力计；81：流量计；Qe：燃料消耗量；Qi：流入流量；Qo：流出流量。

Claims (2)

1.一种船舶，其具有：
燃料罐，其贮存液化石油气；
推进用发动机，其将液化石油气作为燃料；
燃料供给线，其从所述燃料罐向所述发动机供给液化石油气；
泵，其设置于所述燃料供给线；
截止阀，其在所述泵的下游侧设置于所述燃料供给线；
燃料回收线，其从所述发动机向所述燃料罐回收未使用的液化石油气；
旁路线，其在所述泵与所述截止阀之间从所述燃料供给线分支，与所述燃料回收线或所述燃料罐相连；
流量控制阀，其设置于所述旁路线；
压力计，其在所述泵的下游侧且所述截止阀的上游侧设置于所述燃料供给线，对从所述泵供给的液化石油气的压力进行检测；
流量计，其对通过所述燃料线向所述发动机流入的液化石油气的供给流量或通过所述燃料回收线从所述发动机流出的液化石油气的回收流量进行检测；以及
控制装置，其对所述泵的转速和所述流量控制阀进行控制，
在关闭所述截止阀而停止向所述发动机供给液化石油气时，所述控制装置对所述泵的转速和/或所述流量控制阀进行控制，使得所述压力计所检测的液化石油气的压力保持为所述发动机的运转所需的要求压力，
在打开所述截止阀而向所述发动机供给液化石油气时，所述控制装置对所述泵的转速和所述流量控制阀进行控制，使得所述流量计所检测的流量为与所述发动机的燃料消耗量对应的规定值。
2.根据权利要求1所述的船舶，其中，
该船舶具有压力调整阀，该压力调整阀在所述旁路线的合流点的上游侧设置于所述燃料回收线，
在打开所述截止阀而向所述发动机供给液化石油气时，所述控制装置对所述压力调整阀进行操作而对供给到所述发动机的液化石油气的压力进行控制。
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