一种大型氨动力集装箱船的燃料舱及冷能利用系统

本发明属于船舶，具体涉及一种大型氨动力集装箱船的燃料舱及冷能利用系统。

背景技术：

1、随着全球脱碳进程的加速，航运业正加快对绿色燃料的探索。氨作为一种零碳燃料，在燃烧时不会排放co2，因此，氨成为绿色船舶最理想的一种燃料。集装箱船作为远洋运输的主力船型之一，其低碳和零碳排放对于航运业减排具有重要意义，近年来，越来越多的集装箱船提出将氨作为未来集装箱船的主要燃料，燃用氨燃料的集装箱船称之为氨动力集装箱船。

2、船舶燃油的热值为43mj/kg，密度为980kg/m3，相比之下，氨的热值较低，仅为18.6mj/kg，密度仅为617kg/m3，而且考虑到氨燃料在船舶上通常需要低温储存，其储存温度为-33.6℃，所以氨燃料舱还需要设有保温层，因此，在同等热值条件下氨燃料舱的体积约为燃油舱的4倍左右。此外，集装箱船的航速很快，推进功率非常大，因此，集装箱船需要携带氨燃料的质量很大，目前集装箱船最多可以携带1万多吨燃油，若采用氨燃料替代燃油，由于氨燃料舱的体积非常庞大，需占据较多的船体或甲板空间，大大影响了集装箱船的载箱量。此外，由于氨燃料具有低温、易燃、易爆等特性，它不能像传统燃油一般可储存在船舶的双层底或者狭小边舱等一些较为狭窄的“犄角旮旯”的空间，换言之，由于燃油的稳定性非常好，且不易燃易爆，因此传统燃油可以放置在双层底或者狭小边舱等狭窄的“犄角旮旯”的空间，而氨燃料基于其易燃易爆且低温的物化性质，必须在船舶上相对较大且安全的空间内设置燃料舱来集中储存氨燃料。目前集装箱船的燃料舱可供选择的位置主要是上层建筑下方，但是，由于集装箱船所需的氨燃料舱体积很大，集装箱船上层建筑下方的空间所能容纳的燃料质量无法满足船舶航行需求，因此，在不影响载箱量的前提下，如何针对氨燃料这种清洁能源在集装箱船上寻求一个合理储存空间是一个需要解决的难题。

3、为了使甲板上的集装箱固定的更加牢固，避免集装箱在风浪中倾斜、坠落，集装箱船上bay与bay之间，即船长方向相邻两个集装箱之间设有绑扎桥，由于绑扎桥沿船长方向具有一定的宽度，且船舶型深很深，因此绑扎桥下方相邻两货舱之间存在大量可利用空间，以某艘21000teu集装箱船为例，绑扎桥的宽度为1.95m，船舶型深为33.50m，型宽为58.60m，经计算，在船体中部位置，绑扎桥下方相邻两货舱之间的空间(即甲板下的隔离空间)的体积最大可达3800m3。此外，集装箱船通常采用双层壳，由于双层壳的内壳与外壳之间存在一定距离，且船舶型深很深，因此双层壳之间也存在大量可利用空间，同样以某艘21000teu集装箱船为例，其双层壳内壳与外壳之间的距离为2.5m，沿船长方向单个货舱的长度约20m，船舶型深为33.50m，因此单个货舱长度所对应的双层壳之间形成的空舱体积约1675m3。

4、因此，上述甲板下的隔离空间以及双层壳之间形成的空舱都存在大量的可利用空间，若将这部分空间作为船舶的氨燃料舱，对于解决集装箱船上的氨燃料储存空间大的问题具有重要意义。

5、此外，集装箱船所载运的集装箱一般分为两种，一种是普通集装箱，另一种是冷藏集装箱。冷藏集装箱的箱内温度需要控制在一个较低的温度范围，因此，冷藏集装箱内设有制冷机组，通过消耗外界电能为箱内货物制冷，使箱内保持较低的温度，以满足冷藏货物或冷冻货物的储存需求。对于20000teu集装箱船，可以装载2000多个冷藏集装箱，单个冷藏集装箱的功率约为5kw，因此冷藏集装箱的总用冷负荷更是达到10000kw，给船舶电网带来沉重的负荷。氨燃料的温度为-33.6℃，由于集装箱船氨燃料的携带量很大，因此蕴含着大量的冷能，如果将氨燃料的冷能用于冷藏集装箱的制冷，将能大大降低冷藏集装箱制冷设备对船舶电网的电力消耗。

6、基于此，如果将甲板下的隔离空间以及双层壳之间形成的空舱作为船舶的氨燃料舱，氨燃料舱形成一个包围空间，将放置冷藏集装箱的货舱(即冷舱)包围起来，并且利用氨燃料的冷能对冷舱进行制冷，不仅解决了集装箱船上的氨燃料的储存空间大问题，而且合理利用氨燃料的冷能，大大降低冷藏集装箱的功耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述问题，提出一种大型氨动力集装箱船的燃料舱及冷能利用系统。

2、一种大型氨动力集装箱船的燃料舱及冷能利用系统，该系统包括：货舱纵向舱壁、a冷舱、b冷舱、c冷舱、燃料舱、舱口盖、保温层、燃料舱凹槽、风机、滑轨、移动隔热装置。

3、所述货舱纵向舱壁分别在船舶的左舷和右舷双层壳的内侧各设有一道，与船长方向平行。

4、所述a冷舱、b冷舱和c冷舱为船舶上用于放置冷藏集装箱的货舱，a冷舱、b冷舱和c冷舱靠近船体的中部位置，a冷舱、b冷舱和c冷舱的舱底板的下方设有保温层；所述舱口盖为用于开启或关闭冷舱开口的盖板，舱口盖下方设有保温层。

5、所述燃料舱由沿船长方向a冷舱、b冷舱和c冷舱两侧的双层壳与货舱纵向舱壁之间的空舱室、船尾至船首方向a冷舱后侧的隔离空间以及c冷舱前侧的隔离空间围成，形成一个“回”字型，该燃料舱将a冷舱、b冷舱和c冷舱包围，所述燃料舱最外层的四周舱壁表面设有保温层，所述燃料舱与a冷舱、b冷舱、c冷舱相接触的舱壁表面靠近冷舱的一侧设有保温层，所述双层壳与货舱纵向舱壁之间的空舱室的舱顶板和下斜板的外表面设有保温层，所述a冷舱后侧的隔离空间以及c冷舱前侧的隔离空间的舱顶板和舱底板的外表面均设有保温层。

6、所述a冷舱与燃料舱之间的横舱壁上位于a冷舱的一侧设有燃料舱凹槽，燃料舱凹槽中的底面为矩形平面，燃料舱凹槽延伸至燃料舱一侧，在燃料舱一侧形成一个凸台，所述燃料舱凹槽的底边与冷舱舱底板之间的距离为冷舱高度的4/5；所述风机固定在燃料舱凹槽中的底面上；所述滑轨沿船宽方向布置，固定在a冷舱、c冷舱与燃料舱之间的横舱壁上，滑轨位于燃料舱凹槽凹面的一侧，且与燃料舱凹槽的底边平齐；所述移动隔热装置由隔热板、驱动装置组成，其中，隔热板由保温材料制成，具有隔热作用，驱动装置可以根据接收到的冷藏集装箱内的温度信号，驱动隔热板沿着滑轨的轨道移动，进而控制移动隔热装置与燃料舱凹槽的开度大小，即移动隔热装置与燃料舱凹槽开口面积的大小。

7、本发明利用氨燃料的冷能与a冷舱、b冷舱和c冷舱中的空气换热，进而将冷量充分释放到整个冷舱中，使冷舱中的冷藏集装箱内保持较低的温度范围，以满足冷冻货物的储存需求。

8、进一步的，本发明通过控制移动隔热装置与燃料舱凹槽的开度大小，从而实现冷舱内的温度调节。

9、本发明的有益效果：

10、1.本发明通过合理的设计使氨燃料舱将冷舱包围起来，利用氨燃料的冷能对冷舱内的冷藏集装箱进行制冷，科学利用了氨燃料的低品位冷能，解决了燃料冷能难以开发利用甚至浪费的问题，节省了冷藏集装箱制冷设备对船舶电网的电力消耗，具有良好的经济性。

11、2.本发明充分利用集装箱船冷舱之间的隔离空间和双层壳之间的空舱作为船舶的氨燃料舱，在不影响集装箱船载箱量的前提下，能够实现氨燃料在集装箱船上的合理储存，大大提高了集装箱船的空间利用率，解决了氨燃料在集装箱船上的储存空间大的难题。

12、3.本发明设计的系统相对科学简单，在船舶上容易于实现，而且采用更加清洁的氨作为集装箱船的船用燃料，应用前景广阔。