JP2010144845A

JP2010144845A - 液化天然ガス車両の燃料系システム

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Publication number: JP2010144845A
Application number: JP2008323141A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Murakami; 幸二郎村上; Kazuyoshi Toyoshima; 一喜豊嶋
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: JP5396076B2

Abstract

【課題】液化天然ガスを貯蔵する燃料容器と、この燃料容器から送り出される液化天然ガスを気化させてエンジンへ供給する燃料供給系と、燃料容器へ液化天然ガスを補給する燃料補給系と、を備える液化天然ガス車両のエンジン燃料系システムにおいて、極低温のＬＮＧを極めて効率よく短時間に補給できるようにする。
【解決手段】燃料補給系１２の配管２８として二重管２８ａを用いて液化天然ガスの補給ライン２９およびボイルオフガスの回収ライン３０を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、液化天然ガス車両の燃料系システムに関する。

液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃料とするエンジンを搭載する車両（液化天然ガス車両）は、低公害型かつ圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とするエンジンを搭載する車両と較べると燃料とするガスを液体の状態で貯蔵するため、同容量の燃料容器の場合、遙かに長距離走行が可能という利点を持つ車両として注目される（特許文献１）。

このような、液化天然ガス車両の燃料系システムは、液化天然ガスを貯蔵する燃料容器と、この燃料容器から送り出される液化天然ガスを気化させてエンジンへ供給する燃料供給系と、燃料容器へ液化天然ガスを補給する燃料補給系と、を備えて構成される。
特開２００６−２６４５６８号

燃料容器への燃料（ＬＮＧ）の補給については、燃料の補給設備（例えば、ＬＮＧスタンド）において、燃料補給系の配管（端末のジョイント）に補給設備の配管（端末のジョイント）を接続し、補給設備側のタンクからＬＮＧを車両側の燃料容器へ充填することが想定される。ＬＮＧはその沸点が極低温の液体であるために気化しやすく、補給時において、ＬＮＧを車両側の燃料容器へ注入すると、車両側の配管などが外気などの熱で温度が高くなっているため、可燃性のボイルオフガス（ＢＯＧ）が発生し、配管などが冷却されるまで燃料容器へＬＮＧが流れ込まない。また、ＬＮＧが流れて燃料容器に入っても、燃料容器の温度も高くなっているので、そこで大量のＢＯＧが発生し、燃料容器にＬＮＧが入りにくい状況を作ってしまう。そのため、ＬＮＧの補給に長時間を要する、という不具合が考えられる。

この発明は、このような不具合を改善するための有効な手段の提供を目的とする。

第１の発明は、液化天然ガスを貯蔵する燃料容器と、この燃料容器から送り出される液化天然ガスを気化させてエンジンへ供給する燃料供給系と、燃料容器へ液化天然ガスを補給する燃料補給系と、を備える液化天然ガス車両の燃料系システムにおいて、燃料補給系統の配管として二重管を用いて液化天然ガスの補給ラインおよびボイルオフガスの回収ラインを形成したことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記二重管の内管の内側を液化天然ガスの補給ライン、内管と外管との間をボイルオフガスの回収ライン、としたことを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記燃料補給系の配管は、液化天然ガスの補給ラインの一部を構成する単管部と、同じくボイルオフガスの回収ラインの一部を構成する単管部と、を備える一方、液化天然ガスの補給およびボイルオフガスの回収を制御する手段として、各単管部に介装される電磁弁と、燃料容器の圧力を所定の範囲に保つように各電磁弁を開閉する手段と、を備えたことを特徴とする。

第１の発明においては、二重管により、液化天然ガスの充填（補給）とボイルオフガスの回収とが同時に行えるため、液化天然ガスの補給を効率よく処理することができる。

第２の発明においては、液化天然ガスが内管を流れ、その回りを流れるボイルオフガスによって内管が冷却されるため、燃料補給系の配管などの熱で液化天然ガスが気化するのを効果的に防止することができる。

第３の発明においては、各電磁弁の制御により、液化天然ガスの充填とボイルオフガスの回収とが同時に行える条件（圧力）を整えて維持することができる。

図１は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃料とするエンジンを搭載する車両（液化天然ガス車両）のエンジン燃料系システムを説明する概要図であり、図２は、ＬＮＧ（液化天然ガス）の補給処理を説明する流れ図であり、図３は、同じく補給処理を説明する概略図である。

図１において、車両のエンジン燃料系システムは、ＬＮＧを貯蔵する燃料容器１０（タンク）と、燃料容器１０から送り出されるＬＮＧを気化させてエンジン（ＥＮＧ）へ供給する燃料供給系１１と、燃料容器１０へＬＮＧを補給する燃料補給系１２と、を備える。燃料容器１０は、２機が車体にバランスよく搭載される。

１３は燃料供給系１１のライン（配管）であり、気化器１４、バッファタンク１５、ＬＮＧレギュレータ１６、低圧遮断弁１７、などが介装される。気化器１４は、エンジン冷却水を熱源に極低温のＬＮＧを気化させるものであり、気化したＬＮＧは、バッファタンク１５に貯蔵され、ＬＮＧレギュレータ１６へ供給される。ＬＮＧレギュレータ１６は、エンジン冷却水を熱源にＬＮＧの気化を促進しつつエンジンＥＮＧへの燃料ガスを所定圧力に減圧する。

エンジン運転中は、ＬＮＧのエンジンＥＮＧへの供給に伴って燃料容器１０内の液面（ＬＮＧの液相面）が低下して燃料容器１０内の圧力が低下するので、燃料容器１０内の圧力およびバッファタンク１５内の圧力を所定レベルに維持するため、加圧蒸発機１８を含む加圧ライン１９が備えられる。加圧蒸発機１８は、燃料容器１０に上流側ライン１９ａを介して接続され、燃料容器１０からのＬＮＧ（液体）をエンジン冷却水を熱源に気化させるものであり、気化したＬＮＧは燃料容器１０内の圧力が所定レベル以下になると、下流側ライン１９ｂの電磁弁２０および導圧管２１（後述の圧力計に燃料容器１０内の圧力を導く管路を形成するものであり、燃料容器１０の安全弁２３が配置される）を介して燃料容器１０へ供給される。２５は燃料容器１０内の圧力を検出する圧力計（センサ）であり、２６はバッファタンク１５内の圧力を検出する圧力計（センサ）であり、電磁弁２０はこれらの検出信号に基づいて制御される。

２８は燃料補給系のラインであり、極低温のＬＮＧを燃料容器へ補給するＬＮＧ補給ライン２９と、燃料容器内のＢＯＧ（ボイルオフガス）などを回収するＢＯＧ回収ライン３０と、から構成される。３２はＬＮＧ補給ライン２９を開閉する電磁弁であり、３３はＬＮＧ補給ライン３２を流れる極低温のＬＮＧの逆流を防止する逆止弁であり、３４はＢＯＧ回収ライン３０を開閉する電磁弁である。

各ライン２９，３０は、二重管２８ａを用いて構成される。二重管２８ａの内管の内側は、ＬＮＧ補給ライン２９、同じく外側がＢＯＧ回収ライン３０、に設定される。各ライン２９，３０全体を、二重管２８ａによって形成するのが望まれるが、ＬＮＧ補給ライン２９の一部を構成する単管部２９ａと、ＢＯＧ回収ライン３０の一部を構成する単管部３０ａと、が配置される。つまり、各ライン２９，３０は、二重管２８ａを用いて形成される合体部（図１の濃い塗り部分）と、各単管部２９ａ，３０ａからなる分岐部、とから構成される。ＬＮＧ補給ライン２９の単管部２９ａにストップ弁３６、燃料容器１０側の単管部２９ａに電磁弁３２，逆止弁３３，ストップ弁３５が介装され、ＢＯＧ回収ライン３０の単管部３０ａにストップ弁３７，電磁弁３４、燃料容器１０側の単管部３０ａにストップ弁３８が介装される。

各ライン２９，３０の端末にＬＮＧ充填口とＢＯＧ回収口を持つジョイント３９が備えられ、ＬＮＧの補給時は、外部の補給設備（例えば、ＬＮＧスタンド）側のジョイント（ジョイントのＬＮＧ充填口およびＢＯＧ回収口と対応するＬＮＧ注入口およびＢＯＧ回収口を備える）と連結（接続）される。外部の補給設備（図示せず）は、大型のＬＮＧ貯蔵タンクが備えられ、ジョイント３９を介して車両側のライン２８からのＢＯＧを回収しつつ、大型のＬＮＧ貯蔵タンクから極低温のＬＮＧを車両側のライン２８へ注入する。

燃料容器１０内の圧力は、エンジン運転中においては、既述のようにＬＮＧのエンジンへの供給分に伴う圧力の低下を加圧蒸発機１８から供給される気化したＬＮＧの圧力によって補うようになるが、エンジン停止中においては、燃料容器１０内の液面の低下がなく、ＢＯＧが発生するため、燃料容器１０内の圧力が経時的に上昇する。燃料容器１０内の過剰な圧力は、安全弁２３から放散管４０を介して放出され、バッファタンク１５内の過剰な圧力は、安全弁４１から放散管４０を介して放出され、ＬＮＧ補給ライン２９の過剰な圧力は、安全弁４３から放散管４０を介して放出される。

ＬＮＧの補給を行う直前においては、燃料容器１０内は、ＬＮＧの液面が低く、ＢＯＧの発生による圧力上昇により、相当の高圧状態にあり、燃料容器１０内の温度も、極低温のＬＮＧの残量が少なく、外気の熱も受けるので、相対的（補給ＬＮＧの温度と較べる）には、高温状態にある。

燃料容器１０へ極低温のＬＮＧを補給する処理について、図２，図３に基づいて説明する。図３において、１０が燃料容器であり、Ｖ１がＬＮＧ補給ライン２９の電磁弁３２であり、Ｖ２がＢＯＧ回収ライン３０の電磁弁３４であり、各電磁弁Ｖ１、Ｖ２は、図示省略の制御装置（エンジン電子制御装置）により、図２のように制御される。なお、燃料容器１０は、内部の液面（ＬＮＧの液相面）レベルを検出する液面センサ（図示省略）が備えられる。

エンジンＥＮＧの停止状態において、燃料補給系のジョイント３９が外部の補給設備側のジョイントと連結され、補給の準備が完了すると、エンジンキースイッチのオン（エンジンＥＮＧは停止状態に維持する）により、補給処理が開始される。

ステップ１およびステップ２においては、燃料容器１０内の圧力Ｐ（圧力計センサ２５の検出信号）が外部の補給設備のＬＮＧ送り出しの能力（圧力Ｐ１）以上のときは、ＢＯＧ回収スイッチのオンにより電磁弁Ｖ１（図１の３４）を開弁する。これにより、燃料容器１０内のＢＯＧがライン３０を通して回収され、燃料容器１０内の圧力が低下する。また、二重管２８ａ（図１の濃い塗り部）をＢＯＧが流れるので、その内管（ＬＮＧ補給ライン２９）が冷却される。

ステップ３においては、燃料容器１０内の圧力ＰがＰ３に達すと、電磁弁Ｖ２を閉弁する。ついで、ステップ４においては、燃料供給（燃料補給）スイッチのオンにより、電磁弁Ｖ２（図１の３２）を開弁する。これにより、燃料容器１０内の圧力Ｐが外部の補給設備のＬＮＧ送り出しの能力（圧力Ｐ１）を下回るため、ＬＮＧ補給ラインへのＬＮＧの注入が開始される。二重管２８ａの内管（ＬＮＧ補給ライン２９）がＢＯＧによって冷やされているので、ＢＯＧの発生が少なくなり、極低温のＬＮＧが燃料容器１０へ流れることになる。

ＬＮＧが燃料容器１０内に入ると、燃料容器１０が冷やされるまでは、ＢＯＧが多量に発生する可能性がある。ステップ５およびステップ６においては、燃料容器１０の圧力をＰ１以下の所定範囲（Ｐ３〜Ｐ２）に維持するように電磁弁Ｖ１を開閉する。すなわち、燃料容器１０内の圧力がＰ２に上昇したら、電磁弁Ｖ１を開弁する一方、燃料容器１０内の圧力がＰ３に低下したら、電磁弁Ｖ１を閉弁する。これにより、ＢＯＧを回収しつつ、極低温のＬＮＧを補給し続けられるのである。その後、ステップ７８においては、燃料容器１０内の液面が所定レベルに達したら、補給処理の完了が判定され、電磁弁Ｖ１．Ｖ２を閉弁する。

図４は、ＬＮＧ補給ライン２９の全体およびＢＯＧ回収ライン３０の全体がそれぞれ単管を用いて構成される場合について、燃料容器１０への極低温のＬＮＧを補給する処理を説明するものであり、ステップ１１およびステップ１２においては、燃料容器１０内の圧力Ｐが外部の補給設備のＬＮＧ送り出しの能力（圧力Ｐ１）以上のときは、ＢＯＧ回収スイッチのオンにより電磁弁Ｖ１（図３、参照）を開弁する。これにより、燃料容器１０内のＢＯＧがライン３０（単管）を通して回収され、燃料容器１０内の圧力が低下する。

ステップ１３においては、燃料容器１０内の圧力ＰがＰ２に達すと、電磁弁Ｖ１を閉弁する。ついで、ステップ１４およびステップ１５においては、燃料供給（燃料補給）スイッチのオンにより、電磁弁Ｖ２（図３、参照）を開弁する。これにより、ＬＮＧ補給ライン３０へのＬＮＧの注入が開始されるが、単管の熱でＢＯＧが発生し、燃料が流れ込まない可能性が考えられる。そのため、単管（ＬＮＧ補給ライン３０）の燃料の流れが監視され、ステップ１６において、燃料の流れが停止かどうかを判定する。ステップ１６の判定がyesのときは、ステップ１７において、ＬＮＧ燃料供給の停止スイッチのオン後、ステップ１１へリターンする。ステップ１１〜ステップ１７の繰り返しにより、単管が冷やされ、燃料容器１０へ極低温のＬＮＧが流入するようになるが、ＬＮＧが燃料容器１０内に入ると、燃料容器１０が冷やされるまでは、ＢＯＧが多量に発生する可能性があるため、さらにステップ１１〜ステップ１７が繰り返される。このような繰り返しにより、ステップ１６の判定がnoになると、ステップ１８およびステップ１９においては、燃料容器１０内の液面（ＬＮＧの液相面）が所定レベルに達したら、補給処理の完了が判定され、電磁弁Ｖ２を閉弁するのである。

この実施形態においては、燃料補給系のライン２８を二重管２８ａを用いて構成すると共に電磁弁３２（Ｖ２）、３４（Ｖ１）を図２のように制御することにより、図４の場合に較べて極低温のＬＮＧを極めて効率よく短時間に補給することができる。

図１において、ストップ弁３５〜３８，５１〜５３は、必要時に閉弁され、通常は開弁状態に保持される。ストップ弁５４および５６は、通常は閉弁状態に維持され、燃料供給ライン１１のＢＯＧおよび加圧ライン１９のＢＯＧを放散管へ逃がすときにのみ開弁する。エンジンＥＮＧにおいては、吸気系のスロットルバルブの上流または下流に燃料ガスを供給するノズルが配置され、低圧遮断弁１７から燃料ガスのノズルへの供給量をエンジンの運転状態に応じて制御する装置が配置される。５８は燃料フィルタであり、低圧安全弁５９が備えられる。燃料供給系の電磁弁６０は、エンジンキーのオンに開弁され、エンジンキースイッチがオフするまで開弁状態に保持される。気化器１４および加圧蒸発機１８へのエンジン冷却水は、エンジンＥＮＧで駆動されるポンプから供給される。図１の網掛け部分は、適宜手段により保冷される部分を表示する。

エンジンの燃料系システムを説明する構成図である。液化天然ガスの補給処理を説明する流れ図である。図は、同じく補給処理を説明する概略図である。別の補給処理を説明する流れ図である。

符号の説明

１０燃料容器
１１燃料供給系
１２燃料補給系
１４気化器
１５バッファタンク
１６ＬＮＧレギュレータ
１８加圧蒸発機
２８燃料補給系のライン
２８ａ二重管
２９ＬＮＧ補給ライン
２９ａ単管部
３０ＢＯＧ回収ライン
３０ａ単管部
３２，３４，６０電磁弁

Claims

液化天然ガスを貯蔵する燃料容器と、この燃料容器から送り出される液化天然ガスを気化させてエンジンへ供給する燃料供給系と、燃料容器へ液化天然ガスを補給する燃料補給系と、を備える液化天然ガス車両のエンジン燃料系システムにおいて、燃料補給系統の配管として二重管を用いて液化天然ガスの補給ラインおよびボイルオフガスの回収ラインを形成したことを特徴とする液化天然ガス車両のエンジン燃料系システム。
前記二重管の内管の内側を液化天然ガスの補給ライン、内管と外管との間をボイルオフガスの回収ライン、としたことを特徴とする請求項１に係る液化天然ガス車両のエンジン燃料系システム。
前記燃料補給系の配管は、液化天然ガスの補給ラインの一部を構成する単管部と、同じくボイルオフガスの回収ラインの一部を構成する単管部と、を備える一方、液化天然ガスの補給およびボイルオフガスの回収を制御する手段として、各単管部に介装される電磁弁と、燃料容器の圧力を所定の範囲に保つように各電磁弁を開閉する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に係る液化天然ガス車両のエンジン燃料系システム。