[发明专利]气体发动机驱动系统以及船舶

说明书

技术领域

本发明涉及具备以天然气为燃料的气体发动机的气体发动机驱动系统以及使用该气体发动机驱动系统的船舶。

背景技术

在船舶中，从大气污染防止的观点考虑，除了国际海事组织（international maritime organization；IMO）第三次规定的限制以外、SOx或者将来CO₂的排出量也将受到限制。在这样的状况下，开发出代替以现有的重油为燃料的柴油发动机的、以天然气为燃料的气体发动机。

例如，在专利文献1中公开了向燃烧室内压缩的空气中喷射天然气以及先导油的二冲程气体发动机。在二冲程气体发动机中，概略地在活塞从上死点下降至下死点的稍微之前的期间执行膨胀行程以及排气行程，在活塞从下死点的稍微之前下降以及上升至上死点的期间执行扫气行程以及压缩行程。在专利文献1公开的气体发动机中，在压缩行程的末尾向燃烧室内喷射天然气。然而，在该气体发动机中，需要将天然气加压至比压缩空气高的压力（例如15～30MPa左右）。

为了解决该问题点，专利文献2公开了使天然气向燃烧室的喷射在扫气行程的后半行程和/或压缩行程的前半行程进行的二冲程气体发动机。另外，向该气体发动机供给的天然气是使以液体状态贮藏在储罐中的天然气由泵加压后由汽化器汽化而成。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开2008-202550号公报；

专利文献2：日本特开2012-36780号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，在专利文献2公开的气体发动机中，喷射至燃料室内的天然气与空气一起被压缩，因此发生与现有的四冲程气体发动机相同的问题。在四冲程气体发动机中，在向燃烧室导入的进气中预先混合需求输出所需的量的燃料气体。在该情况下，因空燃比（空气量QA相对于燃料量QF的比值：QA/QF）和制动平均有效压力（ brake mean effective pressure；BMEP）之间的关系而产生爆震或失火。

又，在将天然气以液体状态贮藏在储罐内时，在储罐内天然气汽化而产生蒸发气（BOG），因此如何处理该蒸发气成为了问题。

因此，本发明的目的是提供能够防止爆震以及失火且能够有效利用蒸发气的气体发动机驱动系统、以及使用该气体发动机驱动系统的船舶。

解决问题的手段：

为了解决上述问题，本发明提供气体发动机驱动系统，具备：在一个侧面具有设置有空气导入口和排气口的汽缸、以及由在所述汽缸内往复运动的活塞形成的燃烧室的二冲程气体发动机；在所述活塞从下死点上升时向所述燃烧室内以低压喷射一次燃烧所需的量的天然气的一部分的第一燃料喷射机构；在所述活塞位于上死点之前至之后的过渡期间内向所述燃烧室内以高压喷射一次燃烧所需的量的天然气的剩余量的第二燃料喷射机构；以液体状态贮藏天然气的储罐；将在所述储罐内汽化的天然气导入至所述第一燃料喷射机构的第一供给通路；将从所述储罐抽出的液体状态的天然气进行汽化的汽化器；和从所述汽化器向所述第二燃料喷射机构导入汽化的天然气的第二供给通路。

又，本发明提供气体发动机驱动系统，具备：在另一个侧面具有设置有空气导入口和排气口的汽缸、以及由在所述汽缸内往复运动的活塞形成的燃烧室的二冲程气体发动机；在向所述燃烧室导入之前的扫气中以低压喷射一次燃烧所需的量的天然气的一部分的第一燃料喷射机构；在所述活塞位于上死点之前至之后的过渡期间内向所述燃烧室内以高压喷射一次燃烧所需的量的天然气的剩余量的第二燃料喷射机构；以液体状态贮藏天然气的储罐；将在所述储罐内汽化的天然气导入至所述第一燃料喷射机构的第一供给通路；将从所述储罐抽出的液体状态的天然气进行汽化的汽化器；和从所述汽化器向所述第二燃料喷射机构导入汽化的天然气的第二供给通路。

上述任意一个气体发动机驱动系统都是以两个阶段喷射天然气。即，一次燃烧所需的量的天然气并不是全部与空气一起被压缩，因此可以防止爆震。又，即便在从第一燃料喷射机构喷射天然气后混合气位于失火区域，也由于从第二燃料喷射机构喷射扩散燃烧用的天然气，因此不会发生失火的问题。因此，在压缩行程中可以进行从爆震区域具备足够的余裕的控制。又，与将全部的天然气例如在压缩行程的末尾进行喷射的情况相比，减少以高压喷射的天然气的量，因此可以减少使液体状态的天然气升压所需的设备或动力等。此外，在储罐内汽化的天然气从第一燃料喷射机构喷射，因此可以将蒸发气作为燃料有效利用。