CN113175379B - 内燃机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机系统，其包括：产生废气的内燃机；以及用于接收废气的废气接收器；涡轮增压器；低闪点燃料供应管线，其用于将低闪点燃料从低闪点燃料供应装置供应至所述内燃机，该低闪点燃料供应管线包括：第一管道，其构造成以预定的燃料压力将低闪点燃料引导至所述内燃机；第二管道，该第二管道环绕该第一管道，从而在所述第一管道与第二管道之间限定出空间，以用于防止低闪点燃料从所述低闪点燃料供应管线泄漏，以便确保机舱的安全性，其中，所述空间包括液体，所述液体的液体压力高于低闪点燃料压力。本发明还涉及一种船只。

Description

内燃机系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机系统，该内燃机系统包括：产生废气的内燃机；和用于接收废气的废气接收器；涡轮增压器；低闪点燃料供应管线，其用于将燃料从燃料供应装置供应至内燃机。本发明还涉及一种船只。
背景技术
在设计船例如集装箱船和油轮时，主要重点是船上的安全性和防止环境破坏。
为了保护环境，可能要求船只使用其他类型的燃料如生物气或天然气运行。这样的需求带来了挑战，这是因为此类气体是低闪点燃料并且会更易燃，从而在船上的机舱内引发更高的风险。因此，法规要求用于向发动机供应气体的供应管线为双壁的，以降低泄漏风险，并因此减少这种泄漏气体的引燃。然而，这是一种非常复杂的管道系统，并且在泄漏量很大之前，很难对检测到的泄漏进行定位。
发明内容
本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的内燃机系统，该内燃机系统提供一种更安全的系统，其中，低闪点燃料供应管线中的泄漏将不会导致燃料从供应管线泄漏，并且能在泄漏点对于机舱环境而言达到临界尺寸之前检测到该泄漏点。
从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种内燃机系统来实现，该内燃机系统包括：
-产生废气的内燃机；以及
-用于接收废气的废气接收器；
-涡轮增压器；
-低闪点燃料供应管线，其用于将低闪点燃料从低闪点燃料供应装置供应至所述内燃机，该低闪点燃料供应管线包括：
-第一管道，其构造成以预定的燃料压力将低闪点燃料引导至所述内燃机；
-第二管道，该第二管道环绕该第一管道，从而在所述第一管道与所述第二管道之间限定出空间，以用于防止低闪点燃料从所述低闪点燃料供应管线泄漏，以便确保机舱的安全性，
其中，所述空间包括液体，所述液体的液体压力高于所述燃料压力。
从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种内燃机系统来实现，该内燃机系统包括。
-产生废气的内燃机；以及
-用于接收所述废气的废气接收器；
-涡轮增压器；
-低闪点燃料供应管线，其用于将低闪点燃料从低闪点燃料供应装置供应至所述内燃机，该低闪点燃料供应管线包括：
-第一管道，其构造成以预定的燃料压力将所述低闪点燃料引导至所述内燃机；
-第二管道，该第二管道环绕该第一管道，从而在所述第一管道与所述第二管道之间限定出空间，该第二管道形成针对机舱的第二屏障，
其中，所述空间包括液体，所述液体的液体压力高于低闪点燃料压力。
低闪点燃料是指在1个标准大气压下闪点低于60℃的燃料。
此外，所述液体可具有在25℃下低于9·10-10Pa-1的压缩系数。
此外，所述液体可具有超过1.1GPa的体积模量。
此外，所述液体可以是非腐蚀性的、无毒的、和/或不易燃的。
此外，所述液体可以是水、离子液体、聚硅氧烷液体、或其组合。
此外，所述第一管道和/或所述第二管道可具有圆形横截面、矩形横截面或三角形横截面。
此外，所述液体可具有比低闪点燃料更高的热容量。
此外，所述液体可具有比诸如惰性气体的气体更高的热容量。
另外，所述低闪点燃料压力可在300bar以上。
本发明还可包括泵如可变排量泵。
此外，所述可变排量泵可以是具有可调斜盘的轴向柱塞泵。
另外，所述泵可在所述空间中提供预定的液体流速。
此外，所述泵的容量可小于100立方厘米/分钟。
此外，所述泵可与泵控制单元可操作地连接，所述泵控制单元用于控制所述空间中的液体压力。
本发明还可包括止回阀，所述止回阀流体连接至所述泵的出口，用于使液体进入所述空间但阻止所述液体返回。
另外，所述泵控制单元可包括缸和流体连接至所述泵的出口的可调节阀，所述缸连接至所述泵，以调节所述泵的输出压力。
此外，所述内燃机系统还可包括节流阀，该节流阀用于将一部分的液体从所述空间泄漏至储液罐。
此外，所述泵可以可操作地连接至泵控制单元，以用于调节所述泵的输出压力。
此外，所述泵可以可操作地连接至泵控制单元，以用于控制液体压力Pl，以便在所述空间中维持基本恒定的压力。
另外，所述泵可使液体在所述空间中循环，以调节所述低闪点燃料的温度。
此外，所述内燃机系统还可包括系统控制单元，该系统控制单元用于在检测到泄漏时操作系统阀以关闭来自低闪点燃料供应管线的低闪点燃料的供应，该系统控制单元包括传感器，该传感器用于测量所述空间中的液体的压力和/或温度，以检测所述低闪点燃料供应管线中的泄漏。
另外，所述系统控制单元可配置成在关闭所述系统阀时打开第二燃料供应管线，用于向所述内燃机供应另一低闪点燃料、常规燃料、船用柴油、或“重质燃料”。
此外，所述系统控制单元可包括用于测量所述第一管道中的低闪点燃料的压力和/或温度的传感器。
此外，所述液体可包含示踪物，所述示踪物用于检测所述第一管道中的泄漏点的位置。
另外，所述示踪物可以是着色剂或化学物质。
此外，所述液体可包含乳化油。
此外，所述泵可由马达驱动。
另外，所述马达可以是异步电动机。
另外，所述泵可以是斜盘式泵。
此外，所述泵的容量可被选择为使得每单位时间通过的流体量低于10·10-6立方厘米/分钟。
另外，所述低闪点燃料可包括乙烷气体、乙烯气体、甲烷气体、甲醇、天然气、生物气、氨、乙醇或类似物。
本发明还涉及一种船，包括：
-上甲板；
-内燃机系统；以及
-包括所述内燃机的机舱，
其中，第二管道至少布置在所述机舱内，以防止低闪点燃料在机舱内泄漏。
此外，低闪点燃料供应装置可布置在船的上甲板的上方，或者以其他方式与机舱分开。
另外，所述第二管道可仅布置在上甲板的下方。
此外，所述第二管道可仅布置在所述机舱中。
此外，NOX还原单元可包括一个或多个催化反应器。
另外，NOX还原单元可以是高压SCR系统。
此外，所述内燃机系统可包括容积为至少200升的一个或多个催化反应器壳体。
此外，所述内燃机系统还可包括热交换器，例如锅炉。
此外，所述内燃机还可由具有至少0.05％的硫含量的燃料提供动力。
所述内燃机可以是大型的二冲程内燃机。
此外，所述内燃机可以是十字头型的大型涡轮增压二冲程内燃机。
此外，所述内燃机系统的内燃机可以是二冲程内燃机或四冲程内燃机。
附图说明
下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：
图1示出了具有根据本发明的内燃机系统的船的侧视图；以及
图2示出了另一内燃机系统的燃料供应管线、泵以及泵控制结构的示意图。
所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。
具体实施方式
图1示出了布置在船100上的机舱102中的内燃机系统1。内燃机系统1包括产生废气的内燃机2、用于接收废气的废气接收器3、和涡轮增压器4。内燃机系统1还包括低闪点燃料供应装置6，用于将低闪点燃料25供应至内燃机2，从而内燃机2依靠环保型燃料运行。低闪点燃料供应装置6可布置在上甲板101上或在甲板下面的箱或容器(未示出)中。内燃机系统1还包括低闪点燃料供应管线5，用于供应来自低闪点燃料供应装置6的低闪点燃料25。低闪点燃料供应管线5包括第一管道7，该第一管道构造成以预定的燃料压力Pg将低闪点燃料25引导至内燃机2。至少沿第一管道7的布置在机舱102中的部分，低闪点燃料供应管线5包括第二管道8，该第二管道环绕第一管道7，从而在第一管道7与第二管道8之间限定出空间9，以防止低闪点燃料从低闪点燃料供应管线5泄漏，从而确保机舱的安全性。空间9包括液体10，该液体的液体压力Pl高于第一管道7中的低闪点燃料25的燃料压力Pg。
通过在空间9中提供液体10而不是惰性气体或类似气体，空间9中充满了基本上不可压缩的流体，从而使得即使远离泄漏点也能通过简单地测量空间9中的压力来容易地检测到非常少的泄漏。如果空间9中的液体压力Pl减小到与第一管道7中的燃料压力Pg相同的压力，则在第一管道7中检测到泄漏；并且，如果空间9内的液体压力Pl降低到比第一管道7内的燃料压力Pg低的压力，则在第二管道8内检测出泄漏。
由于液体10是基本上不可压缩的，所以液体10将经泄漏点流入第一管道7中并置换第一管道中的低闪点燃料25，并且因此，第一管道7中的低闪点燃料25将不会像有时会在已知系统中发生的那样地经由泄漏点流出而进入空间9中。此外，由于已经由泄漏点进入的那部分的液体10将仍然存在，所以对泄漏点的位置的检测将容易的多，并且因此，与如在已知系统中那样地在空间9中提供惰性气体的情况相比，对泄漏点的位置的检测将进行的容易的多。
此外，由于是空间9中的液体10进入了第一管道7而不是反过来，所以液体10无需像已知系统中的气体那样以每小时30次的显著流速进行交换。因此，与空间9中的流体是气体如惰性气体或空气而不是液体的情况相比，对空间9中的压力进行加压和控制要容易得多。压力和对压力的控制还比交换气体时需要更少的能量，因为液体10不需要循环，并且与空间9用气体换气相比，可以使用容量明显更小的泵。
此外，当液体10经由泄漏点进入时不会与第一管道7中的低闪点燃料25混合，并且，通过该泄漏点的流速不会增加到如空间9中填充气体的情况下那么多，因为，在空间中填充气体的情况下，空间气体将会以高速率不断流入第一管道7中的低闪点燃料25中，或者反过来，从而导致泄漏口中的温度局部降低。温度的这种降低增加了泄漏点进一步破裂的风险，并且如果泄漏点经历进一步破裂，则泄漏点将会以非常快的速度变得明显更大。当在空间9中使用液体时，温度不会下降得那么快，并且因此泄漏点更有可能保持在其尺寸下，并且该泄漏点可被检测到以便进行修复，从而延长了供应系统的寿命。此外，当在空间9中使用液体10时，更容易在机舱102与第一管道7中的、具有300bar以上的燃料压力的低闪点燃料之间获得紧密/不透流体的屏障。
因此，通过在空间9中使用液体10而不使用气体，可在泄漏点达到临界尺寸之前检测到该泄漏点。在空间9中填充液体10而不是循环气体的情况下，由于第一管道7与第二管道8之间的压力差可设置得非常小，因此降低了低闪点燃料供应管线5中的动力载荷。
液体10是基本上不可压缩的，这意味着它在25℃下的压缩系数小于9·10-10Pa-1，并且液体例如可以是水，水在25℃下的压缩系数为约4.55·10-10Pa-1。此外，液体10可以是非腐蚀性的、无毒的、和/或不易燃的。液体10可以是水、离子液体、聚硅氧烷液体、或其组合，并且可在液体10中添加用于对泵进行润滑的某种润滑剂。因此，液体10可以是水，其便宜且容易获得，并且当涉及到无毒也不易燃的重要因素时，水也是一种非常中性的液体。液体10可包含乳化油，以减少水的腐蚀作用。
此外，液体10具有比诸如惰性气体的气体更高的热容量。据此，在从低闪点燃料供给装置6向内燃机2的输送中，能够使第一管道7中的低闪点燃料25的温度更恒定。通常，在低闪点燃料供应装置6中或附近对低闪点燃料25进行调温，并且因此，空间9中的液体10起到隔离器的作用，以便比在空间9中填充气体的情况明显更好地保持预设的温度。
在一些实施例中，燃料供应管线5在甲板上方仅具有第一管道7，并且在甲板的下方开始增加第二管道8以围绕第一管道7。
如图2所示，内燃机系统1还包括泵11如可变排量泵。可变排量泵可以是具有可调斜盘的轴向柱塞泵。当泵根据其设定值保持一定的压力(略高于低闪点燃料压力)时，小流量会被旁通并经由孔口返回到泵的吸入侧。该流量将对应于仅从零行程稍微倾斜的斜盘。从低闪点燃料管道(第一管道)与第二管道之间的空间的任何泄漏都必会导致斜盘角度的增加，以保持压力。因此，可通过监控实际的斜盘角度来检测与旁通流量相同大小的泄漏。具有大约10cm3/min的低容量的泵也将具有低的旁通流量，并且因此意味着能够检测到少量泄漏。低的泵容量需要一些时间来建立压力，但这时间并不是关键。与带有换气外管的系统(例如换气量为每小时30次)相比，本发明的可变排量泵的功率要求和所需的安装空间明显更小。
此外，现有技术的高容量泵以高流量泵送，并且与低容量泵相比，其难以记录小泄漏。
如能在图2中看到的，泵11由马达如异步电动机驱动并且与泵控制单元12可操作地连接，以控制液体压力(Pl)，以便在空间9中维持基本恒定的压力。内燃机系统1还包括止回阀16，该止回阀流体连接至泵11的出口17，用于使液体10进入空间9，但阻止液体10返回。泵控制单元12包括流体连接至泵11的出口17的可调节阀18，并且泵控制单元12包括缸21，其中，缸21连接至泵11，以调节泵11的输出压力。因此，泵控制单元12可操作地连接至泵11，以通过例如调节可变调节泵的斜盘的倾斜度来调整泵11的输出压力。泵11使液体10在空间9中循环，以便例如在低闪点燃料25在低闪点燃料供应管线5的第一部分中被冷却并且然后需要在进入内燃机2之前被加热的情况下，调节低闪点燃料25的温度。内燃机系统1还包括节流阀19，用于将一部分的液体10从空间9泄漏至储液罐20，以便在空间9中保持少的循环量，从而略微启动泵11。
在图1中，内燃机系统1还包括系统控制单元14，用于在检测到泄漏时操作系统阀15以关闭来自低闪点燃料供应管线5的低闪点燃料25的供应。系统控制单元14包括传感器26，用于测量空间9中的液体10的压力和/或温度，以检测低闪点燃料供应管线5中的泄漏。系统控制单元14包括气体传感器23(在图2中示出)，用于测量第一管道7中的低闪点燃料25的压力和/或温度。
液体10可包含用于检测第一管道7中的泄漏点的位置的示踪物。该示踪物可以是着色剂或另一种可追踪的化学物质，从而当液体10流入第一管道7时标记泄漏点。
低闪点燃料25可包括甲烷气体、合成甲烷气体、乙烷气体、甲醇、天然气、液化石油气、气态石油气、生物气、氨气、氨液、乙醇、汽油等。
内燃机系统1还可包括NOX还原单元27，其包括一个或多个催化反应器和容积为至少200升的一个或多个催化反应器壳体。NOX还原单元27还可包括还原剂供应单元，该还原剂供应单元包括计量供给单元，该计量供给单元用于向位于NOX还原单元27中的或进入NOX还原单元27之前的废气计量供给一定量的还原剂例如氨。
此外，内燃机系统1还可包括热交换器，例如锅炉。内燃机2还可通过经由第二燃料供应管线22提供的、具有至少0.05％的硫含量的燃料提供动力。并且，内燃机2可以是十字头型的大型涡轮增压二冲程内燃机。
尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (11)

1.一种内燃机系统(1)，包括：
-产生废气的内燃机(2)；以及
-用于接收所述废气的废气接收器(3)；
-涡轮增压器(4)；
-低闪点燃料供应管线(5)，其用于将低闪点燃料从低闪点燃料供应装置(6)供应至所述内燃机(2)，该低闪点燃料供应管线包括：
-第一管道(7)，其构造成将预定的燃料压力(Pg)下的低闪点燃料引导至所述内燃机(2)；
-第二管道(8)，该第二管道环绕该第一管道，从而在所述第一管道(7)与所述第二管道(8)之间限定出空间(9)，以用于防止所述低闪点燃料从所述低闪点燃料供应管线(5)泄漏，以便确保机舱的安全性，
其特征在于，所述空间(9)包括液体(10)，所述液体的液体压力(Pl)高于所述燃料压力(Pg)，
该内燃机系统还包括系统控制单元(14)，该系统控制单元包括用于测量所述空间(9)中的液体(10)的压力和温度的传感器(26)和用于检测所述第一管道(7)中的低闪点燃料(25)的压力和温度的气体传感器(23)，以检测所述低闪点燃料供应管线(5)中的泄漏；
如果所述空间中的该液体压力减小到与该第一管道中的所述燃料压力相同的压力，则在该第一管道中检测到泄漏；如果所述空间内的该液体压力降低到比该第一管道内的所述燃料压力低的压力，则在该第二管道内检测出泄漏。
2.根据权利要求1所述的内燃机系统(1)，其中，所述液体(10)在25℃下的压缩系数小于9·10-10Pa-1。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(1)，其中，所述液体(10)是水、离子液体、聚硅氧烷液体、或其组合。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(1)，其中，所述液体(10)具有比所述低闪点燃料的热容量更高的热容量。
5.根据权利要求1所述的内燃机系统(1)，还包括泵(11)。
6.根据权利要求5所述的内燃机系统(1)，其中，所述泵(11)的容量小于100立方厘米/分钟。
7.根据权利要求5或6所述的内燃机系统(1)，其中，所述泵(11)与泵控制单元(12)可操作地连接，该泵控制单元(12)用于控制所述空间(9)中的液体压力(Pl)。
8.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(1)，所述系统控制单元用于在检测到泄漏时操作系统阀(15)，以关闭来自所述低闪点燃料供应管线(5)的低闪点燃料的供应。
9.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(1)，其中，所述液体(10)包括用于检测所述第一管道(7)中的泄漏点的位置的示踪物。
10.根据权利要求5所述的内燃机系统(1)，其中，所述泵(11)为可变排量泵。
11.一种船(100)，包括：
-上甲板(101)；
-根据前述权利要求中任一项所述的内燃机系统(1)；以及
-包括所述内燃机(2)的机舱(102)，
其中，第二管道(8)至少布置在所述机舱(102)中，以用于防止低闪点燃料在所述机舱(102)中泄漏。
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