JP2004308528A - 船舶用燃料油供給量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶用燃料油供給のためのエネルギーの消費量を低減でき、また、配管を簡素化して、機器配置等の設計の自由度を高め、製造コストおよびメンテナンス負担を軽減できるようにする。
【解決手段】燃料油供給ライン１３に三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂを設置し、噴射量測定器３３からの燃料油消費量情報に基づいて適切な周波数を演算し、メインエンジン１２および発電機による実際の燃料油消費量と燃料油供給量とのズレや燃料油の温度、粘度等による変動を、圧力伝送器３４からのポンプ吐出圧情報に基づくＰＩ制御により補正し、三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂを駆動するモータ３５の電源周波数を制御して、ポンプ回転数を０〜１８００ｒｐｍの範囲で連続的に制御する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶用燃料油供給量制御装置に関し、特に、消費エネルギーの低減を実現するとともに、配管の簡素化、機器配置のメンテナンスの軽減を可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、船舶の主機関（メインエンジン）および補助機関（発電機駆動用エンジン）に燃料油を供給する燃料油供給系の燃料油供給ポンプおよび燃料油循環ポンプには、歯車ポンプが使用され、それら歯車ポンプは、エンジン最大負荷時の燃料油消費量に対応した吐出量となる設定で、回転数が一定に保持される。そして、燃料油供給・循環ラインに燃料油供給ポンプおよび燃料油循環ポンプを迂回するバイパスラインを設けて、それらバイパスラインに機械式の圧力調節弁を設置し、ポンプ回転数は一定に保持したまま、バイパスラインを経てポンプ吐出側から吸込側へ循環する燃料油の流量を圧力調節弁で調整することにより、燃料油供給量を調整して燃料油消費量とのバランスをとり、ライン内の圧力を一定に保っている。図４は上記従来の燃料油供給系の主要部の構成を示している。図において、１は燃料タンク、２はメインエンジン、３は燃料油供給ライン、４は燃料油供給ポンプ（歯車ポンプ）、５はポンプ駆動用のモータ、６はバイパスライン、７は圧力調整弁である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように、燃料油供給ポンプおよび燃料油循環ポンプとして歯車ポンプを使用し、ポンプ回転数を一定に保持し、バイパスラインの圧力調節弁によって供給量を制御するようにした上記従来の技術では、ポンプが常に最大燃料消費量以上の吐出量の設定で駆動されるため、エネルギーの消費に無駄が大きいという問題があり、また、バイパスラインが必要で、配管が複雑となって燃料油供給系の機器配置の自由度が制約されて、コンパクト化が妨げられ、また、圧力調節弁およびそれに付帯する配管を設けることで製造コストが高くなり、メンテナンスの負担も大きくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、船舶用燃料油供給のためのエネルギーの消費量を低減でき、また、配管を簡素化して、機器配置等の設計の自由度を高め、製造コストおよびメンテナンス負担を軽減できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、燃料タンク内の燃料油をポンプにより移送しエンジンの燃料噴射装置に供給する船舶用燃料油供給系のエンジンの燃料油供給量制御装置であって、ポンプ回転数の制御により燃料油供給量を制御することを特徴とする船舶用エンジンの燃料油供給量制御装置を提供する。
【０００６】
この燃料油供給量制御装置は、ポンプ吐出量とエンジン燃料消費量が一致するように連続的にポンプ回転数を制御し、あるいは、エンジンからの燃料油消費量情報に基づきポンプ吐出量を変動させるともにポンプ吐出圧を一定に保持するようポンプ回転数を制御することにより、燃料油消費量に見合った吐出量の設定でポンプを駆動して、消費エネルギーの無駄を低減するようにできる。しかも、この燃料油供給量制御装置では、従来の技術では不可欠であったバイパスラインや圧力調節弁が不要で、配管がシンプルとなり、機関室内における機器配置等の設計の自由度が高まって、モジュール化（ユニット化）等によるコンパクトなレイアウトが可能となり、また、圧力調節弁を省略あるいは節減できるため、製造コストおよびメンテナンス負担を軽減できる。
【０００７】
また、このポンプ回転数の制御は、ポンプ駆動電源の周波数を制御することによって行うことができ、シーケンサおよびインバータ等を使用することで、安価にして高度な最適自動制御が可能となる。
【０００８】
また、そのポンプとしては、ネジポンプが好適であり、特に、三軸ネジポンプが最適である。従来の技術で使用されていた歯車ポンプは、約１２００ｒｐｍが最大回転数で、それ以上増速するとキャビテーションが発生し、また、低速回転ではポンプ内の歯車とケーシング間で断続的に燃料油の漏れが発生するため安定した吐出量および吐出圧を得ることが難しい。それに対し、ネジポンプは、約１８００ｒｐｍまで回転数を上げることも可能であり、また、歯車ポンプに比べて主要部の設計自由度が高く、また、ポンプ内での油の流れ方向が歯車ポンプとは異なりポンプ軸方向で、ネジ外周がケーシング内壁に押し付けられる懸念がないため、ネジ部とケーシング間の隙間を極力小さくして、低速回転時にネジ部とケーシングの間で歯車ポンプのように断続的な燃料油の漏れが発生するようなことがない構造とすることが可能で、歯車ポンプに比べて低速回転時でも安定した吐出量および吐出圧を得ることが容易である。そのため、ネジポンプを使用することで、低速から高速までの広い範囲でポンプ回転数を制御することが可能となり、燃料油供給量によるポンプ回転数の最適制御が容易となる。特に三軸ネジポンプは、一軸や二軸と比較してポンプ内での圧力バランスに優れるため、安定した制御を行うのに有利である。ただし、本発明は、一軸あるいは二軸のネジポンプを排除するものではなく、また、歯車ポンプ等の他のポンプを排除するものでもない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１〜図３は本発明の実施の形態の一例を示している。図１は船舶用燃料油供給系の配置図、図２は制御システム図、図３は燃料油供給量制御の処理手順を示すフローチャートである。
この実施の形態の船舶用燃料油供給系の構成は、図１に示すとおりで、燃料タンク１１からメインエンジン１２に向けて燃料油供給ライン１３が設けられ、この燃料油供給ライン１３に、一対の三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂが並列配置されている。
【００１１】
そして、燃料油供給ライン１３の延長上に、メインエンジン１２の燃料噴射装置（図示せず）の燃料入口に接続する入口側ライン１５と燃料リターン通路に接続するリターン側ライン１６とからなる燃料油循環ラインが接続されている。そして、その入口側ライン１５に一対の三軸ネジポンプ１７Ａ、１７Ｂが並列配置され、リターン側ライン１６に圧力調調節弁１８が設置されている。
【００１２】
また、三軸ネジポンプ１７Ａ、１７Ｂの下流側で燃料油循環ラインの入口側ライン１５から分岐し、メインエンジン１２を迂回してリターン側ライン１６に接続するバイパス循環ライン１９が設けられている。そして、このバイパス循環ライン１９から分岐して、複数（図の例では３機）の発電機２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの駆動エンジン（図示せず）に燃料油を供給する並列配管部を備えた発電機用燃料油循環ライン２１が接続されて、その分岐点下流に圧力調節弁２２が設置され、また、各並列配管部の発電機２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ下流に流量調節弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが配置されている。
【００１３】
この実施の形態の船舶用燃料油供給系において、燃料油は燃料タンク１１に収容され、三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂにより燃料油供給ライン１３中を移送される。そして、燃料油は燃料油循環ラインの入口側ライン１５に入り、三軸ネジポンプ１７Ａ、１７Ｂによりメインエンジン１２の燃料噴射装置（図示せず） に供給されるとともに、バイパス循環ライン１９を経て発電機２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの駆動エンジン（図示せず）に供給される。そして、余剰燃料油はリターンし、燃料油供給ライン１３から送られる燃料油と合流して燃料油循環ライン（１５，１６）を循環し、また、発電機用燃料油循環ライン２１を循環する。
【００１４】
この船舶用燃料油供給系において、燃料油供給ライン１３を経て供給される燃料油の供給量は、燃料油供給ライン１３に設置された三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂのポンプ回転数制御によって制御する。その制御は、図２に示すように、制御装置としてインバータ（周波数制御装置）３１とシーケンサ（ シーケンス制御装置）３２を使用し、入力信号として、メインエンジン１２の燃料噴射装置（図示せず）に設けた噴射量測定器３３からの燃料油消費量情報（ 噴射量情報）の信号と、燃料油供給ライン１３の三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂ下流に設けた圧力伝送器３４からの圧力情報（ポンプ吐出圧情報）の信号を使用する。
【００１５】
そして、燃料油消費量の変動に追従するよう三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂの回転数を、例えば０〜１８００ｒｐｍの範囲で自動制御する。すなわち、噴射量測定器３３からの燃料油消費量情報（ 噴射量情報）に基づいて適切な周波数を演算し（テーブル値を読み込み）、メインエンジン１２および発電機２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃによる実際の燃料油消費量と燃料油供給量とのズレや燃料油の温度、粘度等による変動を、圧力伝送器３４からの圧力情報（ポンプ吐出圧情報）に基づくＰＩ（比例および積分）制御により補正し、補正後の周波数を出力として、三軸ネジポンプ１４Ａ、１４Ｂを駆動するモータ３５の電源周波数を制御することにより、ポンプ回転数を連続的に制御する。この制御により、燃料油消費量に応じてポンプ吐出量が変動するとともにポンプ吐出圧が一定に保持され、ポンプ吐出量がエンジン燃料消費量と一致する。
【００１６】
この実施の形態の燃料油供給量制御の処理手順は図３のフローチャートに示すとおりで、まず、ステップＳ１で、噴射量情報（燃料油消費量情報）を入力し、ステップＳ２で、噴射量情報に基づいてポンプ回転数を演算し設定する。
【００１７】
そして、ステップＳ３で、吐出圧情報（ポンプ吐出圧情報）を入力し、ステップＳ４で、吐出圧が一定か否かを判定して、吐出圧が一定でないときは、ステップＳ５で、吐出圧が増加したか否かを判定する。
【００１８】
そして、ステップＳ４で吐出圧が一定と判定したときは、ステップＳ６でポンプ回転数を一定に保持する処理を行い、ステップＳ５で吐出圧が増加したと判定したときは、ステップＳ７でポンプ回転数を減少させる処理を行う。また、ステップＳ５で吐出圧が増加していない、つまり減少したと判定したときは、ステップＳ８でポンプ回転数を増加させる処理を行う。そして、リターンし、上記の処理を連続的に繰り返す。
【００１９】
なお、上記の例では、三軸ネジポンプを使用しているが、三軸ネジポンプに代えて一軸ネジポンプあるいは二軸ネジポンプを使用することも可能であり、歯車ポンプ等の他のポンプを使用することも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、燃料油消費量に見合った吐出量の設定でポンプを駆動して消費エネルギーの無駄を低減するようにでき、しかも、従来の技術では不可欠であったバイパスラインを不要とし、圧力調節弁を省略もしくは節減することができて、配管がシンプルとなり、機関室内における機器配置等の設計の自由度が高まって、モジュール化（ユニット化）等によるコンパクトなレイアウトが可能となり、また、圧力調節弁が不要となることで、製造コストおよびメンテナンス負担を軽減できる。
【００２１】
また、この発明の制御は、ポンプ駆動電源の周波数を制御することによって行うことができ、シーケンサおよびインバータ等を使用した安価にして高度な最適自動制御が可能となる。
【００２２】
また、ネジポンプ、特に三軸ネジポンプを使用することにより、低速から高速までの広い範囲でポンプ回転数を安定して制御することが可能となり、燃料油供給量によるポンプ回転数の最適制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の船舶用燃料油供給系の配置図である。
【図２】図１に示す船舶用燃料油供給系の制御システム構成図である。
【図３】図２に示す制御システムによる制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】従来の船舶用燃料油供給系の主要部構成図である。
【符号の説明】
１１ 燃料タンク
１２ メインエンジン
１３ 燃料油供給ライン
１４Ａ、１４Ｂ 三軸ネジポンプ
１５ 入口側ライン（燃料油循環ライン）
１６ リターン側ライン（燃料油循環ライン）
１７Ａ、１７Ｂ 三軸ネジポンプ
１９ バイパス循環ライン
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 発電機
２１ 発電機用燃料油循環ライン
３１ インバータ
３２ シーケンサ
３３ 噴射量測定器
３４ 圧力伝送器
３５ モータ

Claims (5)

1. 燃料タンク内の燃料油をポンプにより移送しエンジンの燃料噴射装置に供給する船舶用燃料油供給系の燃料油供給量制御装置であって、ポンプ回転数の制御により燃料油供給量を制御することを特徴とする船舶用燃料油供給量制御装置。
2. ポンプ吐出量とエンジン燃料油消費量が一致するように連続的にポンプ回転数を制御することを特徴とする請求項１記載の船舶用燃料油供給量制御装置。
3. エンジンからの燃料油消費量情報に基づきポンプ吐出量を変動させるともにポンプ吐出圧を一定に保持するようポンプ回転数を制御することを特徴とする請求項１記載の船舶用燃料油供給量制御装置。
4. ポンプ駆動電源の周波数を制御することによりポンプ回転数を制御することを特徴とする請求項１記載の船舶用燃料油供給量制御装置。
5. 前記ポンプが三軸ネジポンプである請求項１記載の船舶用燃料油供給量制御装置。

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