JP2018040331A

JP2018040331A - 燃料供給システム

Info

Publication number: JP2018040331A
Application number: JP2016176283A
Authority: JP
Inventors: 信吾毛利; Shingo Mori
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2018-03-15
Also published as: WO2018047747A1

Abstract

【課題】容積効率が高く、かつＳＯｘ排出量を低減可能な燃料供給システムを提供する。【解決手段】燃料供給システム１０は、燃料油である第１燃料を貯留する第１燃料タンク１４と、液化ガスである第２燃料を貯留する第２燃料タンク２２を備える。主機関１２に第１燃料および／または第２燃料の燃焼により運転可能な２元燃料焚きディーゼルエンジンを採用する。燃料供給制御部３０に、第１燃料の硫黄分Ｓ１と発熱量Ａ、第２燃料の硫黄分Ｓ２と発熱量Ｂ、更に目標硫黄分Ｓを設定し、主機関１２の出力要求値Ｚを入力する。これらの値から、目標硫黄分Ｓおよび出力要求値Ｚに適合した第１、第２燃料の主機関１２への供給量Ｘ、Ｙを算出し、燃料油噴射バルブ２０およびガス燃料噴射バルブ２８の燃料噴射時間を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数種類の燃料を供給可能な燃料供給システムに関する。

近年では、船舶に関しても国際海事機関によりＳＯｘ排出規制が海域毎に段階的に進められている。ＳＯｘの排出量は燃料油の硫黄分濃度に比例するためＳＯｘ排出規制は、燃料油の硫黄分濃度（質量パーセント（％））により規制され、例えば、２０１５年１月１日から排出規制海域（ＥＣＡ）に指定された海域での燃料油の硫黄分濃度の規制値は０．１％であり、同排出規制海域外の一般海域での規制値は３．５％である。このような海域毎のＳＯｘ排出規制に合わせて、主機関の燃料を重油と天然ガスとの間で切り換え可能とした２元燃料焚きエンジンの利用も進められている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１０２０４９号公報

一方、２０２０年または２０２５年以降には、一般海域の燃料油の硫黄分濃度の規制値も０．５％にまで強化されるため、将来においては硫黄分を含まない燃料、あるいは硫黄分濃度が規定値以下の燃料を主機関や発電機関などの燃料とする必要があり、硫黄分を含まないＬＮＧ、液化エタン、ＬＰＧなどの液化ガス燃料や、メタノール、エタノールなどの代替燃料、または低硫黄燃料を使用しなければならない。低硫黄燃料は価格が高く供給量も不足する可能性があるため、硫黄分を含まないＬＮＧ、液化エタン、ＬＰＧなどの液化ガス燃料や、メタノール、エタノールなどの代替燃料の利用が検討されているが、以下のような問題がある。液化ガス燃料タンクは、低温を維持するための防熱材や防熱のためのスペースが必要であり、そのため容積効率が低い。また液化ガス燃料は液密度が小さいため、タンクのサイズが大きくなり、積荷スペースを圧迫する。代替燃料は重量当たりの発熱量が低く、液密度も低いため、液化ガス燃料と同様に容積効率が低く、積荷スペースを圧迫する。

本発明は、容積効率が高く、かつＳＯｘ排出量を低減可能な燃料供給システムを提供することを目的としている。

本発明の燃料供給システムは、第１燃料を貯留する第１燃料タンクと、第２燃料を貯留する第２燃料タンクと、第１燃料および／または第２燃料の燃焼により運転可能なエンジンと、エンジンの出力要求値を取得するエンジン出力要求値取得手段と、エンジンの運転における燃料の硫黄分の比率を設定する硫黄分設定手段とを備え、この比率と出力要求値とに基づき、第１燃料および第２燃料のエンジンへのそれぞれの供給量を決定することを特徴としている。

第１燃料は例えば燃料油であり、第２燃料は例えば液化ガスである。また、第２燃料は例えば代替燃料である。

本発明の船舶は、上記燃料供給システムを備えたことを特徴としている。

本発明の燃料供給方法は、エンジンを運転するための第１燃料および／または第２燃料をエンジンに供給する燃料供給方法であって、エンジンの出力要求値を取得する出力要求値取得ステップと、エンジンの運転における燃料の硫黄分の比率を設定する硫黄分設定ステップと、この比率と出力要求値とに基づき、第１燃料および第２燃料のエンジンへのそれぞれの供給量を決定する供給量決定ステップとを備えることを特徴としている。

本発明によれば、容積効率が高く、かつＳＯｘ排出量を低減可能な燃料供給システムを提供できる。

本発明の一実施形態である燃料供給システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である燃料供給システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態の燃料供給システム１０は、例えば主機関１２に２元燃料焚きディーゼルエンジンを採用する船舶に装備される。主機関１２の燃料には、第１燃料として燃料油（例えば、軽油、Ａ〜Ｃ重油など）、第２燃料として液化ガス（ＬＮＧ、液化エタン、ＬＰＧなど）が用いられる。

燃料油は、第１燃料タンク１４に蓄えられ、第１燃料タンク１４内の燃料油は、燃料油ポンプ１６により燃料油ヒータ１８へと送出され、燃料油ヒータ１８において温められた後、燃料油噴射バルブ２０から主機関１２の各気筒内に所定のタイミングで噴射される。一方、液化ガス燃料は、第２燃料タンク２２に蓄えられ、第２燃料タンク２２内の液化ガスは、燃料ガス供給システム２４において加圧・気化され、ガスバルブトレイン２６を介して、ガス燃料噴射バルブ２８から主機関１２の各気筒内へと所定のタイミングで噴射される。

燃料油噴射バルブ２０およびガス燃料噴射バルブ２８の燃料噴射時間は、燃料供給制御部３０により制御され、これにより主機関１２への燃料油（第１燃料）および液化ガス燃料（第２燃料）の供給量Ｘ、Ｙ［ｋｇ／ｈ］がそれぞれ制御される。すなわち、燃料供給制御部３０は、主機関要求値Ｚ［ｋＪ／ｈ］と、燃料油（第１燃料）の硫黄分Ｓ１［％］、発熱量Ａ［ｋＪ／ｋｇ］と、液化ガス燃料（第２燃料）の硫黄分Ｓ２［％］、発熱量Ｂ［ｋＪ／ｋｇ］と、目標硫黄分Ｓ［％］とに基づき、燃料供給量Ｘ、Ｙをそれぞれ算出し、同値に基づいて燃料油噴射バルブ２０およびガス燃料噴射バルブ２８の燃料噴射時間を制御する。

ここで、燃料油（第１燃料）の硫黄分Ｓ１［％］、発熱量Ａ［ｋＪ／ｋｇ］と液化ガス燃料（第２燃料）の硫黄分Ｓ２［％］、発熱量Ｂ［ｋＪ／ｋｇ］は、各燃料購入時に入手される値であり、目標硫黄分Ｓ［％］は、海域毎の規制値等により設定される値である。これらの値は、例えば主機関運転前に燃料供給制御部３０に設定される。また、主機関要求値Ｚ［ｋＪ／ｈ］は、主機関制御における主機関１２の出力から決定される値であり、例えば主機関１２の制御部から入力される。

主機関１２の出力は、燃料油（第１燃料）により供給される単位時間当たりの熱量：Ａ［ｋＪ／ｋｇ］・Ｘ［ｋｇ／ｈ］と、液化ガス（第２燃料）により供給される単位時間当たりの熱量：Ｂ［ｋＪ／ｋｇ］・Ｙ［ｋｇ／ｈ］の和になる。したがって、両燃料の供給により主機関要求値Ｚ［ｋＪ／ｈ］を満たすには、燃料油の供給量Ｘおよび液化ガスの供給量Ｙは、次の（１）式を満たす必要がある。
Ｚ＝Ａ・Ｘ＋Ｂ・Ｙ（１）

また、主機関要求値Ｚ［ｋＪ／ｈ］に対応する出力において、規制値である目標硫黄分Ｓ［％］を満たすには、燃料油の供給量Ｘおよび液化ガスの供給量Ｙが、次の（２）式を満たす必要がある。
Ｓ・Ｚ≧Ｓ１・Ａ・Ｘ＋Ｓ２・Ｂ・Ｙ（２）

したがって、（１）、（２）式をＸ、Ｙについて解くと、
Ｘ≦Ｚ・（Ｓ−Ｓ２）／（Ａ・（Ｓ１−Ｓ２））
Ｙ≧−Ｚ・（Ｓ−Ｓ１）／（Ｂ・（Ｓ１−Ｓ２））
となる（ただしＳ２＜Ｓ＜Ｓ１とする）。

本実施形態では、例えば等号が成り立つときの供給量、Ｘ＝Ｚ・（Ｓ−Ｓ２）／（Ａ・（Ｓ１−Ｓ２））、Ｙ＝−Ｚ・（Ｓ−Ｓ１）／（Ｂ・（Ｓ１−Ｓ２））を採用するが、上記範囲の供給量Ｘ、Ｙを採用し、硫黄分濃度を規制値よりも低く設定することも可能である。

以上のように、本実施形態の燃料供給システムによれば、一般的に容積効率が相対的に高く硫黄分が高い第１燃料の供給量と、容積効率が相対的に低く硫黄分が低い第２燃料の供給量を制御して、主機関要求値に答えながらも燃料の硫黄分を目標硫黄分に抑えられる。これにより、ＳＯｘ排出規制に適合させながら容積効率が低い第２燃料の積載容積を減らすことができる。

なお、本実施形態では第２燃料として液化ガスを例に説明したが、これに代えてメタノールやエタノール等の代替燃料を第２燃料として用いてもよい。また、本実施形態では２種類の燃料を利用したが、３種以上の燃料を同時に、または３種以上の燃料の中の一部の複数種類を同時選択的に使用する構成とすることもできる。また、本実施形態では、船舶の主機関を例に説明を行なったが、主機関以外のエンジンやボイラ、あるいは船舶以外に用いられる燃焼機関に本発明を用いることもできる。

また、本発明では、燃料油噴射バルブやガス燃料噴射バルブなどの燃料噴射装置の動作を燃料供給制御部で自動制御したが、各燃料噴射装置の制御パラメータを表示器等の出力装置に出力し、同出力を参照した作業員が各燃料噴射装置の制御パラメータを設定する構成や、計算にて得られた燃料割合に応じてエンジンの制御装置に燃料油もしくは液化ガス燃料の燃料割合を入力する構成とすることもできる。

１０燃料供給システム
１２主機関
１４第１燃料タンク
２０燃料油噴射バルブ
２２第２燃料タンク
２６ガスバルブトレイン
２８ガス燃料噴射バルブ
３０燃料供給制御部

Claims

第１燃料を貯留する第１燃料タンクと、
第２燃料を貯留する第２燃料タンクと、
前記第１燃料および／または前記第２燃料の燃焼により運転可能なエンジンと、
前記エンジンの出力要求値を取得するエンジン出力要求値取得手段と、
前記エンジンの運転における燃料の硫黄分の比率を設定する硫黄分設定手段とを備え、
前記比率と前記出力要求値とに基づき、前記第１燃料および第２燃料の前記エンジンへのそれぞれの供給量を決定する
ことを特徴とする燃料供給システム。
前記第１燃料および第２燃料の前記エンジンへのそれぞれの供給量を自動制御する燃料供給制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
前記第１燃料が燃料油であり、前記第２燃料が液化ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給システム。
前記第２燃料が代替燃料であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給システム。
請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料供給システムを備えたことを特徴とする船舶。
エンジンを運転するための第１燃料および／または第２燃料を前記エンジンに供給する燃料供給方法であって、
前記エンジンの出力要求値を取得する出力要求値取得ステップと、
前記エンジンの運転における燃料の硫黄分の比率を設定する硫黄分設定ステップと、
前記比率と前記出力要求値とに基づき、前記第１燃料および第２燃料の前記エンジンへのそれぞれの供給量を決定する供給量決定ステップと
を備えることを特徴とする燃料供給方法。