船舶柴油机氨燃料供给系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112628030 A(43)申请公布日 2021.04.09

(21)申请号 202011456236.8(22)申请日 2020.12.11

(71)申请人 哈尔滨工程大学

地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南

通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人 王洋　周小虎　刘龙　(51)Int.Cl.

F02M 21/02(2006.01)F02M 21/06(2006.01)F02B 69/04(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)发明名称

船舶柴油机氨燃料供给系统(57)摘要

本发明的目的在于提供船舶柴油机氨燃料供给系统，包括柴油机、储氨罐、油箱，储氨罐通过氨气传输管路依次连接汽化罐、过滤腔、加压罐和氨气高压共轨管道，氨气高压共轨管道通过氨气喷射阀连接柴油机，油箱连接柴油高压共轨管，柴油高压共轨管通过柴油喷油器连接柴油机。本发明可以让发动机使用氨作为燃料燃烧，减少了排放污染等环境问题。氨耦合高活性燃料掺烧，可以有效的改善氨的燃烧特性，增加对外输出的功率。另外，氨的汽化吸热可以应用在轮船的制冷系统中，增加了轮船上能量的利用效率。CN 112628030 ACN 112628030 A

权　利　要　求　书

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1.船舶柴油机氨燃料供给系统，其特征是：包括柴油机、储氨罐、油箱，储氨罐通过氨气传输管路依次连接汽化罐、过滤腔、加压罐和氨气高压共轨管道，氨气高压共轨管道通过氨气喷射阀连接柴油机，油箱连接柴油高压共轨管，柴油高压共轨管通过柴油喷油器连接柴油机。

2.根据权利要求1所述的船舶柴油机氨燃料供给系统，其特征是：氨气传输管路包括由内管路和外管路组成的双层管路，内管路设置在外管路内部，内管路为氨气的传输管路，外管路为屏蔽管，外管路上设置氨气泄漏保护装置，所述氨气泄漏保护装置包括氨气泄漏探针、氨气泄露指示器，氨气泄漏探针的端部位于外管路里，氨气泄漏探针连接氨气泄露指示器。

3.根据权利要求2所述的船舶柴油机氨燃料供给系统，其特征是：每一段氨气传输管路的下游都设置氨气泄漏保护装置，每一段氨气传输管路的两端都设置阀门。

4.根据权利要求3所述的船舶柴油机氨燃料供给系统，其特征是：氨气在氨气传输管路输送过程中，内管路发生破损时，氨气从内管路泄漏到外管路，泄漏的氨气将在流动的空气带动下流向下游，氨气泄漏探针探测到氨气的浓度信号并传送给氨气泄漏指示器，判断泄漏量的大小，如果需要更换管路，这一段氨气传输管路两端的阀门关闭后，更换新的管路。

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说　明　书

船舶柴油机氨燃料供给系统

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技术领域

[0001]本发明涉及的是一种柴油机，具体地说是柴油机燃料的供给装置。

背景技术

[0002]目前，化石燃料的燃烧造成了许多的环境问题。另外，化石资源的储量有限性也决定着需要寻找一种可代替的燃料。在船用发动机中，现阶段主要采用的是石油产品的燃料，不仅排放了大量的温室气体与有害气体，而且贮存燃料方面也具有一定的危险性，比如易燃易爆。近些年来，国际海事组织颁布了更加严格的节能减排的规定，清洁绿色的燃料呼声逐步走到人们的视野中。[0003]许多清洁的燃料，在发动机中进行了充分的理论研究和实验验证，如乙醇、二甲醚、生物柴油和氢气等。目前呼声最高的绿色燃料为氨气和氢气，它们的完全燃烧产物都对环境无害。但是氢气易燃、易爆、储运困难以及生产成本高，较难应用在发动机中。氨气是全世界最大的化工产品，具有极其成熟的生产工艺以及配套的附属设施，能够快速的在全世界范围内建立加氨站。另外，氨具有较为良好的燃烧特性，如：高辛烷值、体积能量密度较大、热值适中等。因此，采用氨作为燃料是确切可行且具有良好前景。[0004]在目前船舶柴油机上主要使用的是重油，燃料的供给系统也是针对于重油的供给。虽说目前新型的船舶采用了双燃料供给系统，但是在发动机缸内燃烧的燃料并不是两种燃料的混合物，只是在不同的航行区域采用不同的燃料。比如在近海港口处能够提供轻油给发动机燃烧，而这样的双燃料供给系统不能作为氨燃料的供给系统。另外，在传统的燃料供给管路中直接通过氨气送往发动机，不仅难以在发动机中燃烧，而且氨的发生泄漏后会导致严重的安全问题。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供采用氨和高活性燃料掺混燃烧的燃烧方式、能够同时提供双燃料的船舶柴油机氨燃料供给系统。[0006]本发明的目的是这样实现的：

[0007]本发明船舶柴油机氨燃料供给系统，其特征是：包括柴油机、储氨罐、油箱，储氨罐通过氨气传输管路依次连接汽化罐、过滤腔、加压罐和氨气高压共轨管道，氨气高压共轨管道通过氨气喷射阀连接柴油机，油箱连接柴油高压共轨管，柴油高压共轨管通过柴油喷油器连接柴油机。

[0008]本发明还可以包括：[0009]1、氨气传输管路包括由内管路和外管路组成的双层管路，内管路设置在外管路内部，内管路为氨气的传输管路，外管路为屏蔽管，外管路上设置氨气泄漏保护装置，所述氨气泄漏保护装置包括氨气泄漏探针、氨气泄露指示器，氨气泄漏探针的端部位于外管路里，氨气泄漏探针连接氨气泄露指示器。[0010]2、每一段氨气传输管路的下游都设置氨气泄漏保护装置，每一段氨气传输管路的

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两端都设置阀门。[0011]3、氨气在氨气传输管路输送过程中，内管路发生破损时，氨气从内管路泄漏到外管路，泄漏的氨气将在流动的空气带动下流向下游，氨气泄漏探针探测到氨气的浓度信号并传送给氨气泄漏指示器，判断泄漏量的大小，如果需要更换管路，这一段氨气传输管路两端的阀门关闭后，更换新的管路。[0012]本发明的优势在于：在船舶柴油机中，使用氨燃料能够在一定程度上减少碳排放和污染物的排放。氨燃料的热值较高，而且容易液化储存，能量密度高，减少了船舶上燃油的贮存空间。另外，氨燃料的自身性质决定着氨不容易发生爆炸，保障了船舶安全。如果氨燃料发生了泄漏，由于氨的强刺激性，在空气中含量达到5.3ppm浓度时，即可被人们所察觉到。最后，氨作为全世界最大的化工产品，具有成熟的配套设施，能够快速的应用到船舶的能源供给当中。

附图说明

[0013]图1为本发明的结构示意图；

[0014]图2为氨气燃料传输管路的结构示意图。

具体实施方式

[0015]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：[0016]结合图1‑2，氨气供给系统给发动机提供干净的氨气。氨气是有毒且有刺激性气味的气体，需要特别防范氨的泄漏问题，本发明中采用了一种特别的氨气传输管路。氨气的传输管路由双层管路组成，内管路为氨气的传输管路，外管路为屏蔽管，平均2‑5分钟换气一次。屏蔽管下游装有氨气泄漏探针和氨气泄漏指示器，用于判断内壁管路是否存在破损。[0017]高活性燃料供给系统为发动机中氨燃料的燃烧提供燃烧条件，可以供给天然气、汽油、柴油、生物柴油等燃料，在本发明中高活性燃料供给系统以柴油为例。[0018]在本发明的供给氨燃料的旁路中：[0019]①储氨罐：电储存外界加注的液氨，储存压力常约17bar，罐上装有常有的压力表、磁阀等附属设备，通过氨气传输管路与气化罐连接。[0020]②气化罐：将来自于储氨罐中的液氨进行气化。气化吸收的能量可以由燃烧的废气余热、制冷循环中吸收的热量或者直接吸收环境的热量提供。它通过氨气传输管路与储氨罐与过滤腔连接。[0021]③过滤腔：对氨气进行提纯，分离氨气中杂质和水。它通过氨气传输管路与气化罐与加压罐连接。

[0022]④加压罐：将纯化的氨气进行增压，输出给高压共轨管(氨气)中，并维持高压共轨管的压力值稳定。它通过氨气传输管路与过滤腔和高压共轨管(氨气)连接。[0023]⑤高压共轨管(氨气)：将加压罐提供的高压液氨分配到各氨气喷射阀中，起蓄压器的作用，压力约为70bar。高压共轨管(氨气)包括共轨腔、高压油管、电控单元、各类传感器和执行器等。它通过氨气传输管路与加压罐连接。可以削减加压罐供应液氨的压力波动和每个喷射阀在喷射过程引起的压力震荡。[0024]⑥氨气喷射阀：具有电子喷射系统，由电磁阀控制喷射定时、喷射油量以及喷射速

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率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。氨气喷射过程中的喷射压力约为600～700bar。[0025]⑦氨气传输管路：由内外双层管路组成，内管路通过氨气，外管路通空气。它用于需要通过氨气的管路。

[0026]⑧氨气泄漏探针：探测氨气传输管路的外管路中氨气的浓度，并将信号传递给氨气泄漏指示器。

[0027]⑨氨气泄漏指示器：接收来自氨气泄漏探针的信号，通过处理信号来判断氨气的浓度，在达到示警浓度后，进行报警处理。[0028]在本发明的供给柴油的旁路中：[0029]①油箱：储存由外界加注的柴油，与现有的柴油机油箱一致。[0030]②高压共轨管(柴油)：由高压油泵、共轨腔及高压油管、电控单元、各类传感器和执行器等组成，用于维持柴油喷射过程中的喷射压力。与现有的柴油机的高压共轨管一致。[0031]③柴油喷射阀：喷射一定压力的柴油。与现有的柴油机喷射阀一致。

[0032]如图1所示为船舶柴油机氨燃料供给系统及控制策略的整体结构布局图，它包括储氨罐1、氨气传输管路2、汽化罐3、过滤腔4、加压罐5、高压共轨管(氨气)6、氨气喷射阀7、油箱8、高压共轨管(柴油)9、柴油喷油器10、柴油机11。图2所示为本发明的氨气燃料传输管路的腔体剖面图，包括外管和内管2、氨气泄漏探针12、氨气泄漏指示器13。[0033]首先，船舶在加氨站加注液氨到储氨罐1。储氨罐1中的液氨经氨气传输管路2到达汽化罐3。汽化罐3对液氨进行汽化，汽化后的氨气经过氨气传输管路2在过滤腔3中过滤。过滤干净的氨气经氨气传输管路在加压罐5中加压。加压罐5将高压液氨供应给高压共轨管(氨气)6中。高压共轨管(氨气)6维持管内压力不发生太大波动，为喷射准备。[0034]接着，当柴油机11需要氨气燃料喷射时，高压共轨管(氨气)6中的氨气经过电子控制系统控制多个氨气喷射阀7喷出氨气。[0035]最后，柴油供给旁路类似。在油箱8中储存的柴油，经过加压后通往高压共轨管(柴油)9，然后在柴油机11需要柴油时，控制柴油喷油器10喷射柴油。[0036]氨气管路出现破损的情况处理：每一段氨气传输管路的下游都带有一个氨气泄漏探针12和氨气泄漏指示器13。在各个段的氨气传输管路带有阀门，控制氨气管路的启闭。在输送氨气的过程中，因为氨的腐蚀性，首先会在内管路中发生破损，然后氨气将从内管路泄漏到外管路。接着，泄漏的氨气将在流动的空气带动下，流向下游。最后被氨气泄漏探针12探测到氨气的浓度信号并传送给氨气泄漏指示器13。氨气泄漏指示器13对信号处理后，判断出泄漏量的大小。如果需要更换管路，将这一段氨气传输管路两端的阀门关闭，然后更换新的管路，从而保证了氨气的使用安全。

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说　明　书　附　图

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图2

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