JP2008280890A - ガスエンジンのベーパライザ - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン冷却水の熱を利用してガス燃料を気化するベーパライザについて、耐久性を確保しながら気化容量を変更できるようにし、異なる要求気化ガス量に対応可能とする。
【解決手段】エンジン冷却水を導入する温水室及びガス燃料を導入する燃料室を本体ボディに有し、温水室と燃料室とが隔壁で区画され隔壁を介した熱交換によりガス燃料の気化を促進させるガスエンジンのベーパライザにおいて、別部品からなる温水室２３，３３を形成する部分と燃料室５３，４３を形成する部分とが隔壁となる仕切板９１，９２を間に挟んで重ねられた組み合わせを少なくとも１組有し、固定手段としての複数の通しボルト１０Ａにより各部２，５，３，４である部品が重層した状態で連結・固定されて本体ボディを構成し、その温水室と燃料室の組み合わせ数を変更することで熱交換面積を変更可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力容器に充填された液状のガス燃料を所定圧力に減圧・気化させてガスエンジンに送出するためのベーパライザに関し、殊に、エンジン冷却水の熱を利用して熱交換を行うことによりガス燃料の気化を促進させる、ガスエンジンのベーパライザに関する。

ＬＰＧ（液化石油ガス）のようなガス燃料をガスエンジンに供給する場合、図３に示すように圧力容器１００に充填した高圧・液状のガス燃料を、ベーパライザ（レギュレータ）１Ｃの燃料室４０に導入し、燃料室４０に隣接する温水室２０に加熱されたエンジン冷却水を導入して熱交換を行うことにより燃料室４０内のガス燃料を気化させるとともに、調圧機構で所定圧力に減圧調整してインジェクタ７０から吸気管路８０に噴射させることにより、ガスエンジン２００に送るのが一般的である。

このように、ベーパライザ１Ｃは、隔壁３２を介してエンジン冷却水及びガス燃料の２種類の流体を導入することにより互いに熱交換を行って気化させるものである。そのため、本体ボディは熱交換効率を考慮して熱伝導性に優れたアルミ材で作成されたものが殆どである。ところが、冷却水中には酸性物質や腐食を促進する物質が混入していることが多く、長期間の使用によりアルミ材が腐食して燃料室４０側と温水室２０側とを仕切る隔壁３２が減肉して貫通する場合があり、これがベーパライザの耐久性を損なう原因の一つになっている。

この熱源となる冷却水による腐食の問題に対し、例えば特開平１０−１４２２１９号公報に記載されているように、冷却水の一部を自動的にサンプリングして腐食度を測定し、その結果に基いて腐食防止用の薬剤を適宜自動的に注入することにより冷却水の状態を管理する方法が知られている。しかし、この方法は化学プラントのように大規模な施設に適用することを想定したものであり、コンパクト化・低コスト化が求められるガスエンジンの燃料供給システムにおけるベーパライザに適用することは現実的ではない。

そのため、ガスエンジンに使用するベーパライザでは、このような腐食による減肉分を考慮してエンジン冷却水側とガス燃料側とを仕切る隔壁の厚さを、予め充分に厚くして対処しているのが現状である。しかし、このように隔壁を厚肉にすると反面では熱交換効率が低下するという問題が生じる。

また、エンジンが要求する気化ガス量はエンジン排気量等の条件ごとに異なるため、その要求量に見合ったベーパライザの熱交換量が必要であるところ、ベーパライザの本体ボディはアルミ材等の一体成形で作成されているのが通常であるため、熱交換面積の大きさに比例させて気化容量（キャパシティ）を変更させることは不可能であり、エンジン排気量に応じて最適値に合致させることが困難となっている。そのため、異なる気化容量を有するベーパライザを当初より複数種類用意して対応することになり、コスト面で不利となってしまう。
特開平１０−１４２２１９号公報

本発明の課題は、上記のような問題点を解決してエンジン冷却水の熱を利用してガス燃料を気化するベーパライザについて、耐久性を確保しながら気化容量を変更できるようにし、異なる要求気化ガス量に対応可能とすることである。

前記課題を解決するためになされた本発明は、本体ボディ内にエンジン冷却水が導入される温水室及びガス燃料が導入される燃料室を有し、前記温水室と前記燃料室とが隔壁で区画されて該隔壁を介した前記温水室加熱されたエンジン冷却水と燃料室内のガス燃料との熱交換によりガス燃料を加熱して気化を促進させるガスエンジンのベーパライザにおいて、それぞれが別部品からなる前記温水室を形成する部分と前記燃料室を形成する部分とが前記隔壁となる板状部品を間に挟んで重ねられた組み合わせを少なくとも１組を有し、所定の固定手段により前記各部品が重層した状態で連結・固定されて前記本体ボディを構成しており、前記組み合わせの数を変更することにより熱交換面積を変更可能としたことを特徴とする。

このように、温水室を形成する部分と燃料室を形成する部分、及び隔壁をそれぞれ別部品からなるものとしたことで、本体ボディ各部分の製作が容易化されるとともに隔壁における耐食性の付与も容易になり、しかもこの隔壁を挟み込んで温水室になる部品と気化室になる部品とを連結させるだけで温水室と気化室とを区画できるもので、温水室と気化室との組み合わせ数の増減が容易に行えるようになり、熱交換面積の変更が極めて容易なものとなる。

この場合、本体ボディは温水室、燃料室、温水室、調圧室を兼ねた燃料室、の順に重ねた４層構造を有しており、中間の２層を取り外して最下層と最上層とを連結することで２層構造に変更可能とされているものとすれば、３面で熱交換を行うものと１面で熱交換を行うものとの間で熱交換面積の変更が容易なものとなる。

また、前記ベーパライザにおいて温水室を形成する部品と燃料室を形成する部品の総てが、通しボルトによる固定手段で連結・固定されて１つの本体ボディを構成しているものとすれば、組立・分解作業が容易でメンテナンスの手間が簡略化されることに加え、気化容量の変更が極めて容易に行えるものとなる。

さらに前記ベーパライザにおいて、その隔壁は少なくとも温水室側の表面が温水室を形成する部品よりもエンジン冷却水による腐食に対し耐蝕性の高い素材とされた仕切板からなるものとすれば、ベーパライザの隔壁を厚肉化することなく熱交換効率を損なわずにエンジン冷却水に対する耐食性を高めることが容易となり、この隔壁をステンレス鋼板からなるものとすれば、耐蝕性に加えて強度に優れたものとなり、薄肉にしても耐久性を確保しやすいものとなる。

温水室を形成する部分と燃料室を形成する部分を別部品として板状部品を間に挟んで連結・固定したものとし、温水室と燃料室の組み合わせ数を変更することにより熱交換面積を変更可能とした本発明によると、耐久性を確保しながら異なる要求気化ガス量に対応して、気化容量を容易に変更できるものである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明をガス燃料がＬＰＧである場合についての実施の形態の分解斜視図を示すものであり、ベーパライザ１Ａは、全体として略円柱状を呈しており、本体ボディが略ドラム形状の機能別の部品が分解・組立て可能に重ねられて形成され、下から温水部２，燃料部５，温水部３，燃料部４の順の４層構造とされており、特に、温水部３と燃料部５の組み合わせ数が変更可能である。

即ち、ベーパライザ１Ａは、最下段にエンジン冷却水が導入される温水室２３を形成する温水部２、その上層にＬＰＧが導入される燃料室５３を形成する燃料部５、その上層に温水室３３を形成する温水部３、その上層に弁による減圧機構４２を有して調圧室としての機能を備えた燃料室４３を形成する燃料部４が、隔壁となる仕切板９１，９２，９２を各室の間に挟装して重ねられ、さらに最上段に調圧バネを内蔵した略円盤状のカバー体６が重ねられて形成される。

また、前記温水部２，燃料部５，温水部３，燃料部４及び挟装された仕切板９１，９２，９２は、周縁付近における円周上に同一ピッチで貫通する８本の通しボルト１０Ａで上下方向に連結・固定され、仕切板９１，９２，９２の上下面側、及び燃料部４とカバー体６との間には、それぞれシール材としてのＯ―リング７が配設されており、エンジン冷却水およびＬＰＧの外部への漏れを防止している。

さらに、温水部２、燃料部５、温水部３、燃料部４、カバー体６の各本体部分は、従来例と同様に熱伝導性に優れたアルミダイカストで形成されているが、隔壁となる仕切板９１，９２アルミ材よりも耐食性に優れ剛性の高いＳＵＳ材（ステンレス鋼）で形成されており、薄板状の材料をカットするだけで容易に作成できることから従来一般にもちいられる隔壁と比べて極めて薄くなっており、また、互いに別部品とされた温水部２、燃料部５、温水部３、燃料部４の間にサンドイッチ状に挟み込まれて隔壁を構成する。

従って、エンジン冷却水に含有する酸性物質や腐食を促進する物質に対して強い抵抗性を有し耐食性に優れた隔壁を比較的容易な手順で設けて本体ボディを完成させることができるばかりか、その隔壁はアルミ材に比べて強靱な素材からなるため従来例と比べて隔壁を格段に薄くすることができ、熱交換効率に極めて優れるとともに耐久性に優れたベーパライザを実現している。

そして、このように本体ボディを構成する各部分が別部品からなる温水部２、燃料部５、温水部３、燃料部４と、機能別に分割されて重層構造とされ、温水部と燃料部の組み合わせ数を適宜変更することにより、ガス燃料の熱交換面積を容易に変更できるようになっている点が、本実施の形態における機能的な特徴部分となっている。

即ち、ベーパライザ１Ａは、燃料部５による燃料室５３の上下両側に温水室３３，２３が配設されて上下両面が熱交換面とされており、さらに、最上層の調圧室としての燃料室４３も下側に温水室３３が配設されて下面が熱交換面とされているため、合計３面の熱交換面を有していることになる。そのため、極めて広い熱交換面積を実現しており、本体ボディのサイズに対して気化容量の極めて大きなものとなり、大きな要求気化ガス量のガスエンジンにも対応できるようになっている。

一方、この４層式のベーパライザ１Ａを２層式に変更してなるベーパライザ１Ｂの分解斜視図である図２に示すように、図１のベーパライザ１Ａを構成している部品から、燃料部５および温水部３を除き、温水部２と燃料部４との間で、隔壁９２及びその上下面にＯ−リング７，７配した状態で組み立てて温水部２と燃料部４の２層構造にすることも可能であり、ベーパライザとしての機能を発揮させることができる。これにより、気化室と調圧室を兼ねた燃料室４３下面側の１面のみが熱交換面となり、ベーパライザ１Ａよりも気化容量を縮小したことで比較的小さな要求気化ガス量のガスエンジンに適したものとなる。

この場合、ベーパライザ１Ａで用いた通しボルト１０Ａを、これよりも短い通しボルト１０Ｂに交換して、温水部２の図示しない温水出口孔を塞いでいた栓部材を取り外して開口させてからこの部分に温水出口パイプ９を付け替えて設ければよい。このように、カバー体６の下側に４層構造をなすベーパライザ１Ａと、カバー体６の下側に２層構造をなすベーパライザ１Ｂとの間で、通しボルト１０Ａ，８Ｂを固定・固定解除するだけの手間で相互に変更できるようになっており、異なる要求気化ガス量のエンジンに対応するために、多種類のベーパライザを作成する必要性を減少させることができ、コスト面で極めて有利なものとなっている。

次に、図１及び図２を参照しながら本実施の形態の作用について説明すると、エンジン側から送られたエンジン冷却水は温水部２の温水入口パイプ８から流入する。温水部２内の温水室２３は、流路が迷路状とされてエンジン冷却水が長い流程を経るようになっており、熱交換効率の向上が図られている。

そして、エンジン冷却水は温水入口パイプ８の対極側にある温水通路２５を経て、その上層の燃料部５の枠体厚肉部を上下に貫通する温水通路５５を上昇し、さらにその上層の温水部３内に流入して、迷路状の温水室３３を通って温水出口パイプ９から流出し、エンジン側に戻される。

この温水室２３の仕切板９１を挟んだ上方に燃料部５の燃料室５３が形成され、この燃料室５３に圧力容器から送られた高圧のＬＰＧが液体の状態で流入する。この燃料室５３も温水室２３と同様に流路が迷路状となっており、熱交換効率の向上が図られており、内部のＬＰＧはエンジン冷却水の熱が下面となる仕切板９１を介して伝導・加熱されて気化が促進される。また、燃料室５３の上方にも仕切板９２を挟んで温水室３３が配置されており、燃料室５３内のＬＰＧは上下両面を熱交換面として加熱される。

一方、温水室３３の上方には仕切板９２を挟んで燃料室４３が配置され、前述の燃料室５３で加熱されたＬＰＧは温水部３の枠体厚肉部を上下に貫通した燃料通路３４を通って燃料室４３内に流入する。この燃料室４３は気化室及び調圧室としての機能を有しており、既に加熱されているＬＰＧは熱交換面となる下面でさらに加熱されて完全に気化する。この燃料室４３で完全に気化ガスとなったＬＰＧは、弁による調圧室を内蔵する減圧機構４２の作用で３０ｋＰａ程度に減圧され、その後、燃料出口４１を通ってインジェクタに送られ、ガスエンジンに供給される。

上述した実施の形態において、この仕切板９１，９２，９３を介したエンジン冷却水とＬＰＧの熱交換に、本体ボディを形成しているアルミ材よりもエンジン冷却水による腐食に強く剛性の高いＳＵＳ材を隔壁として使用したことにより、従来のアルミ材からなる隔壁よりも極めて薄い隔壁を実現しており、熱伝導に要する時間が大幅に短縮されて極めて高い熱交換効率を示すものとなった。

一方、図２の２層式のベーパライザ１Ｂでは、温水部２の図示しない燃料入口から流入したＬＰＧは、上向きの燃料通路２４を通って燃料部４の燃料室４３に入り、その後、上記同様に下面側を熱交換面とされて加熱・気化され、減圧機構４２で３０ｋＰａ程度に減圧・調整され、燃料出口４１を通ってインジェクタに送られることによりガスエンジンに供給される。このベーパライザ１Ｂは、熱交換面が燃料室４３下面の１面だけであり、３面を有するベーパライザ１Ａと比べて気化容量が小さくなっている。

そして、この２層式のベーパライザ１Ｂと上述した４層式のベーパライザ１Ａとは、温水部３、燃料部５の組み合わせからなる部分を、ボルト１０Ａ，１０ｂの螺入・螺出による連結解除・連結を行なって着脱するだけで変更できるため、ベーパライザ１Ａの１種類を用意するだけで、複数の気化容量を実現できるものであり、コスト的に有利なものとなっている。

尚、上述したベーパライザ１Ａ，１Ｂに共通して、仕切板９２，９３をＳＵＳ材で作成する代わりに、銅材、銅合金、アルミ材、アルミ合金等の比較的熱伝導率の高い金属素材を薄板状に形成することにより作成し、その少なくとも温水室側になる面をアルミ材よりも耐食性を高くするコーティング処理を施すことでも本発明を実施することができ、上記とほぼ同様の効果を奏することができる。

この場合、コーティング方法として、一般的なメッキによるコーティングやテフロンコート等の樹脂コーティングを選択することができる。さらに、上述の実施の形態では温水部と燃料部を交互に配置した重層構造としての２層式のものと４層式のものとの間で変更する場合を説明したが、これを６層式にして熱交換面積をさらに拡大することも可能である。

以上、述べたように、エンジン冷却水の熱を利用してガス燃料を気化するベーパライザについて、本発明により耐久性の確保を容易としながら熱交換面積の変更が可能なものとなり、要求気化ガス量の異なる複数種類のエンジンにも対応できるようになった。

本発明における実施の形態のベーパライザを４層式とした場合の分解斜視図。 図１のベーパライザを２層式のベーパライザに変更した場合の分解斜視図。 従来例のガスエンジンの燃料供給システムを示す配置図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ ベーパライザ、２，３ 温水部，４，５ 燃料部、６ カバー体、７ Ｏ−リング、８ 温水入口パイプ、９ 温水出口パイプ、１０Ａ，１０Ｂ 通しボルト、２３，３３ 温水室、２４，３４ 燃料通路、２５，５５ 温水通路、４２ 減圧機構、４３，５３ 燃料室、９２，９３ 仕切板

Claims (5)

1. 本体ボディ内にエンジン冷却水が導入される温水室及びガス燃料が導入される燃料室を有し、前記温水室と前記燃料室とが隔壁で区画されて該隔壁を介した前記温水室内の加熱されたエンジン冷却水と燃料室内のガス燃料との熱交換によりガス燃料を加熱して気化を促進させるガスエンジンのベーパライザにおいて、それぞれが別部品からなる前記温水室を形成する部分と前記燃料室を形成する部分とが前記隔壁となる板状部品を間に挟んで重ねられた組み合わせを少なくとも１組を有し、所定の固定手段により前記各部品が重層した状態で連結・固定されて前記本体ボディを構成しており、前記組み合わせの数を変更することにより熱交換面積を変更可能としたことを特徴とするガスエンジンのベーパライザ。
2. 前記本体ボディが前記温水室、前記燃料室、前記温水室、調圧室を兼ねた前記燃料室、の順に重ねられた４層構造を有しており、中間の２層である前記燃料室、前記温水室を取り外して最下層と最上層である前記温水室と調圧室を兼ねた前記燃料室とを連結することにより２層構造に変更可能であることを特徴とする請求項１に記載したガスエンジンのベーパライザ。
3. 前記温水室を形成する部品及び前記燃料室を形成する部品の総てを連結・固定して１つの前記本体ボディを構成する前記固定手段が前記部品の総てを貫通する通しボルトであることを特徴とする請求項１または２に記載したガスエンジンのベーパライザ。
4. 前記隔壁が、少なくとも前記温水室側の表面を前記温水室を形成する部品よりもエンジン冷却水による腐食に対し耐蝕性の高い素材からなる仕切板により形成されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載したガスエンジンのベーパライザ。
5. 前記仕切板がステンレス鋼板からなることを特徴とする請求項４に記載したガスエンジンのベーパライザ。
   

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