JP2011245905A - 脈動緩衝装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低下した燃料の脈動軽減機能を復旧させる。
【解決手段】脈動緩衝装置１０は、内燃機関の密閉型燃料循環システムにおいて燃料の脈動を軽減させるものであり、エアＡを蓄溜しつつ燃料Ｆを一時的に貯留するチャンバ１１と、チャンバ１１に接続されチャンバ１１に燃料を供給する燃料供給ラインＬ１と、チャンバ１１に接続されチャンバ１１から内燃機関に燃料を流通させる燃料フィードラインＬ２と、チャンバ１１に接続され内燃機関からチャンバ１１に燃料を流通させる燃料リターンラインＬ３と、を備え、チャンバ１１には、該チャンバ１１内にエアを供給するエア供給ラインＬ４が接続されている。よって、チャンバ１１内のエアＡの容量が減少して燃料の脈動軽減機能が低下した場合、エア供給ラインＬ４によってチャンバ１１内にエアを適宜供給することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の密閉型燃料循環システムにおいて燃料の脈動を軽減させる脈動緩衝装置に関する。

従来の脈動緩衝装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このような脈動緩衝装置では、エアを蓄溜しつつ燃料を一時的に貯留するバッファチャンバ（バッファタンク）が密閉型燃料循環システムに設けられており、このバッファチャンバにおいてエアをショックアブソーバとして作用させて燃料の脈動を吸収することで、当該脈動を軽減することが図られている。

特開２００２−１７８９８９号公報

ここで、上述したような脈動緩衝装置では、例えばバッファチャンバに蓄溜されたエアが燃料に溶け込む等の理由によって当該エアの容量が減少してしまう場合があり、エアで燃料の脈動を吸収する機能が低下し、ひいては燃料の脈動軽減機能が低下してしまうおそれがある。そのため、近年の脈動緩衝装置としては、低下した燃料の脈動軽減機能を復旧できるものが求められている。

そこで、本発明は、低下した燃料の脈動軽減機能を復旧させることができる脈動緩衝装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る脈動緩衝装置は、内燃機関の密閉型燃料循環システムにおいて燃料の脈動を軽減させる脈動緩衝装置であって、エアを蓄溜しつつ燃料を一時的に貯留するバッファチャンバと、バッファチャンバに接続され、バッファチャンバに燃料を供給する燃料供給ラインと、バッファチャンバに接続され、バッファチャンバから内燃機関に燃料を流通させる燃料フィードラインと、バッファチャンバに接続され、内燃機関からバッファチャンバに燃料を流通させる燃料リターンラインと、を備え、バッファチャンバには、該バッファチャンバ内にエアを供給するエア供給ラインが接続されていることを特徴とする。

この本発明の脈動緩衝装置では、バッファチャンバ内のエアの容量が減少して燃料の脈動軽減機能が低下した場合、エア供給ラインによってバッファチャンバ内にエアが適宜供給され、ショックアブソーバとしての作用を充分に発揮できるまでエアが補充される。その結果、脈動緩衝装置では、燃料の脈動軽減機能の低下が改善されることとなる。従って、本発明によれば、低下した燃料の脈動軽減機能を復旧させることができる。

また、バッファチャンバに蓄溜されたエアの容量に関する情報、及び密閉型燃料循環システムの燃料圧力に関する情報の少なくとも一方を検出する検出手段を備えたことが好ましい。この場合、検出手段によって脈動緩衝装置における燃料の脈動軽減機能の低下を監視することができる。

また、検出手段で検出された情報に基づいて、エア供給ラインによるエアの供給を制御する制御手段をさらに備えたことが好ましい。この場合、低下した燃料の脈動軽減機能を自動復旧させることができる。

本発明によれば、低下した燃料の脈動軽減機能を復旧させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る脈動緩衝装置を含む燃料循環システムを示す概略ブロック図である。 図１の燃料循環システムにおける脈動緩衝装置を示す概略側断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る脈動緩衝装置を含む燃料循環システムを示す概略ブロック図である。図１に示すように、燃料循環システム１は、内燃機関２である主機関２ａ及び発電機関２ｂに対して軽油等の燃料を供給するシステムであって、例えば船舶の機関室に配設されている。この燃料循環システム１は、１次側の燃料循環システムとしての大気開放型燃料循環システム（OPEN CYCLE SYSTEM）３と、２次側の燃料循環システムとしての密閉型燃料循環システム（CLOSE CYCLE SYSTEM）４と、を含んで構成されている。

主機関２ａは、主として船舶の推進力を発生させる推進力源である。発電機関２ｂは、主として船舶内で電力を発生させる電力源である。これら主機関２ａ及び発電機関２ｂとしては、ディーゼルエンジンが用いられており、ここでは、例えば主機関２ａとして６気筒のディーゼルエンジンが用いられている。

大気開放型燃料循環システム３は、密閉型燃料循環システム４に接続され該密閉型燃料循環システム４へと燃料を供給するものである。この大気開放型燃料循環システム３では、流通させる燃料が大気開放となっている。大気開放型燃料循環システム３は、燃料タンク３ａ、燃料供給ラインＬ１、及びポンプ３ｂを備えている。燃料タンク３ａは、燃料を貯蓄するものであり、例えば船舶の船殻構造の一部を利用して構成される。燃料供給ラインＬ１は、燃料タンク３ａ内の燃料を密閉型燃料循環システム４側へ流通させるものであり、燃料タンク３ａに接続されている。ポンプ３ｂは、燃料供給ラインＬ１に設けられ、燃料圧力が例えば０．４ＭＰａとなるように燃料を下流側へ圧送する。

密閉型燃料循環システム４は、燃料を循環させて該燃料を内燃機関２へ供給するものである。この密閉型燃料循環システム４では、循環させる燃料が密閉され一定圧力以上に常に加圧されている。密閉型燃料循環システム４は、燃料を主機関２ａへ供給する第１密閉型燃料循環システム４ｘと、燃料を発電機関２ｂへ供給する第２密閉型燃料循環システム４ｙと、を並列に具備している。

第１密閉型燃料循環システム４ｘは、脈動緩衝装置１０、ポンプ５、ヒータ６及びクーラ７を備えている。脈動緩衝装置１０は、燃料の脈動を軽減させるものであり、密閉型とされている。脈動緩衝装置１０は、バッファチャンバ１１と、燃料フィードラインＬ２と、燃料リターンラインＬ３と、を有している。バッファチャンバ１１は、エアを蓄溜しつつ燃料を一時的に貯留する。このバッファチャンバ１１には、分岐された燃料供給ラインＬ１が接続されている。

燃料フィードラインＬ２は、バッファチャンバ１１から主機関２ａに燃料を流通させるものであり、バッファチャンバ１１及び主機関２ａに接続されている。燃料リターンラインＬ３は、主機関２ａで使用されなかった燃料を回収し該主機関２ａからバッファチャンバ１１に燃料を流通させるものであり、バッファチャンバ１１及び主機関２ａに接続されている。

ポンプ５、ヒータ６及びクーラ７は、燃料フィードラインＬ２に装備されている。ポンプ５、ヒータ６及びクーラ７の配設順は、図１に示すものに限定されず、適宜入れ換えてもよい。ポンプ５は、燃料供給ラインＬ１に設けられ、燃料圧力が例えば０．７ＭＰａとなるよう燃料をさらに圧送する。ヒータ６は、燃料を加熱する加熱手段であり、燃料を規定の粘度に維持させる。クーラ７は、燃料を冷却する冷却手段であり、例えば厚さ０．５ｍｍの薄板を複数枚積層してなる薄型プレート構造を呈しており、燃料を規定の粘度に維持させる。

第２密閉型燃料循環システム４ｙは、上記第１密閉型燃料循環システム４ｘと同様な構成を備えている。すなわち、脈動緩衝装置１０、ポンプ５、ヒータ６及びクーラ７を備えている。

このような燃料循環システム１では、大気開放型燃料循環システム３において、燃料タンク３ａ内の燃料がポンプ３ｂで圧送され、燃料供給ラインＬ１を通じて第１及び第２密閉型燃料循環システム４ｘ，４ｙにおけるバッファチャンバ１１のそれぞれへ供給される。また、第１及び第２密閉型燃料循環システム４ｘ，４ｙのそれぞれにおいて、燃料が密閉された状態で一定圧力以上に加圧されつつ循環され、燃料が内燃機関へ供給される（詳しくは後述）。

次に、本実施形態の上記脈動緩衝装置１０について、より詳細に説明する。図２（ａ）は脈動緩衝装置の通常状態を示す概略側断面図であり、図２（ｂ）は脈動緩衝装置の機能低下時を示す概略側断面図である。

図２（ａ）に示すように、脈動緩衝装置１０は、上述したように、燃料供給ラインＬ１、燃料フィードラインＬ２及び燃料リターンラインＬ３が接続されたバッファチャンバ１１を備えている。このバッファチャンバ１１は、密閉されたタンク状容器であり、その内部に所定容量のエア（空気）Ａを蓄溜しつつ燃料Ｆを一時的に貯留する。換言すると、バッファチャンバ１１内には、エアＡからなるエア層と燃料Ｆからなる燃料層とが形成されている。

ここで、本実施形態の脈動緩衝装置１０にあっては、エア供給ラインＬ４、レベル計（検出手段）１２、制御装置（制御手段）１３、エア抜き弁１４、及び安全弁１５を備えている。エア供給ラインＬ４は、バッファチャンバ１１のいわゆる空気供給ポートであって、バッファチャンバ１１内にエアを外部から供給し、蓄溜するエアＡを補充する。このエア供給ラインＬ４は、バッファチャンバ１１の上部に接続されている。また、エア供給ラインＬ４は、電磁弁等の弁１６を有しており、エアの流通を手動及び自動で開閉することが可能となっている。

レベル計１２は、バッファチャンバ１１に蓄溜されたエアＡの容量に関する情報として、燃料Ｆの液面レベルを検出し確認する。このレベル計１２は、密閉型のものであり、筒部１２ａ及び検出部１２ｂを含んでいる。筒部１２ａは、鉛直方向を軸方向とする円筒状を呈しており、その上端部がバッファチャンバ１１内のエアＡ側に連通すると共に、その下端部がバッファチャンバ１１内の燃料Ｆ側に連通している。これにより、筒部１２ａ内の燃料Ｆの液面レベル（液面の高さ）が、バッファチャンバ１１内と等しい液面レベルとなっている。

また、筒部１２ａ内には、磁力（磁性）を有するフロート１２ｃが浮設されている。検出部１２ｂは、フロート１２ｃが有する磁力によって該フロート１２ｃの鉛直方向位置を検出することで、燃料Ｆの液面レベルを検出し表示する。

制御装置１３は、レベル計１２及び弁１６に接続されており、燃料Ｆの液面レベルに基づいて弁１６の開閉を制御しエア供給ラインＬ４のエアの流通を制御する。ここでの制御装置１３は、通常時には弁１６を閉とすると共に、燃料Ｆの液面レベルが所定レベル以上となったとき、弁１６を開としエア供給ラインＬ４によってエアをバッファチャンバ１１内へ供給させる。

エア抜き弁１４は、バッファチャンバ１１内のエアＡの容量が基準値よりも増加したとき、当該増加したエアＡを外部へ逃がすものである。このエア抜き弁１４では、燃料Ｆに浮設された弁体１４ａを有しており、通常時に閉とされると共にエアＡ増加時に開とされるよう構成されている。安全弁１５は、バッファチャンバ１１内の燃料Ｆの圧力が基準値よりも大きくなったとき、当該燃料Ｆを大気開放し、燃料タンク３ａ（図１参照）へ戻すものである。

以上のような脈動緩衝装置１０では、燃料Ｆが密閉された状態で一定圧力以上に加圧されている。そして、図１，２（ａ）に示すように、通常時において、バッファチャンバ１１内の燃料Ｆがポンプ５で圧送され、燃料フィードラインＬ２を通じて内燃機関２へ供給されると共に、内燃機関２で未使用分の燃料が燃料リターンラインＬ３を通じてバッファチャンバ１１内へ戻される。そして、使用された分の燃料が、大気開放型燃料循環システム３からバッファチャンバ１１内へと燃料供給ラインＬ１を介して逐次供給される。

このとき、内燃機関２の燃料噴射ポンプの稼働に起因して燃料に脈動が発生した場合、バッファチャンバ１１内では、エアＡの圧縮性によって該エアＡがショックアブソーバとして作用するため、かかる燃料の脈動が吸収され、当該脈動が軽減ひいては消失される。

ところで、図１，２（ａ）に示すように、例えばバッファチャンバ１１において蓄溜されたエアＡが燃料に溶け込んで吸収され、エアＡの容量が減少すると、脈動緩衝装置１０では、エアＡにより燃料の脈動を軽減する機能（脈動軽減機能）が低下してしまう場合がある。かかる脈動軽減機能の低下が進行すると、密閉型燃料循環システム４にて循環する燃料が異常脈動し、燃料フィードラインＬ２及び燃料リターンラインＬ３におけるヒータ６及びクーラ７等の機器に悪影響が及び、密閉型燃料循環システム４に異常が発生することが懸念される。

この点、本実施形態では、上述したように、バッファチャンバ１１にエア供給ラインＬ４が設けられているため、エアＡの容量が減少したとしても、弁１６を開としてエア供給ラインＬ４によりバッファチャンバ１１内にエアを適宜供給することで、ショックアブソーバとしての作用を充分に発揮できるまでエアＡを補充することができる。その結果、脈動緩衝装置１０では、燃料の脈動軽減機能の低下が改善されることとなる。従って、低下した燃料の脈動軽減機能を正常状態へと迅速に復旧させることが可能となる。

また、本実施形態では、上述したようにバッファチャンバ１１にレベル計１２が設けられていることから、このレベル計１２によってバッファチャンバ１１のエアＡの容量を確認し、脈動緩衝装置１０における燃料の脈動軽減機能の低下を監視することができる。よって、バッファチャンバ１１内のエアＡの不足によって密閉型燃料循環システム４に発生した異常を認識し、若しくは、発生する異常を予測することができる。そして、エア供給ラインＬ４でバッファチャンバ１１内にエアを必要充分なだけ供給し補充することが可能となる。

また、特に本実施形態では、制御装置１３によって次の制御が実施可能となっている。すなわち、燃料Ｆの液面レベルが所定レベル（例えば、密閉型燃料循環システム４に異常が発生する、又は異常発生が予測される液面レベル）以上となったとき、レベル計１２から制御装置１３に高レベル信号が出力され、これに応じて、制御装置１３によって弁１６が自動的に開とされ、エア供給ラインＬ４によってエアがバッファチャンバ１１内へ供給される。そしてその後、燃料Ｆの液面レベルが所定レベル未満となったとき、レベル計１２から制御装置１３に低レベル信号が出力され、これに応じて、制御装置１３によって弁１６が自動的に閉とされる。従って、本実施形態では、脈動緩衝装置１０において低下した燃料の脈動軽減機能を自動復旧させることが可能となる。

以上、上記のように本実施形態によれば、就航後の密閉型燃料循環システム４の正常／異常を監視でき、異常が確認又は予測された際には、正常なシステム状態へと自動又は手動で迅速に復旧させることが可能となる。

なお、上述したように、レベル計１２にあっては、密閉型であることから、密閉型燃料循環システム４に好適に適応したものといえる。また、例えば覗き窓等の視認部によってエアＡの容量を確認しようとしても、バッファチャンバ１１に燃料Ｆが貯留されることから、燃料Ｆで視認部が真っ黒になって確認不能となるため実用的でない。この点、本実施形態では、かかる問題が生じ得ず、よって、脈動緩衝装置１０は、燃料Ｆが貯留されることに好適に適応したものともいえる。

ちなみに、上述したように、クーラ７は、薄板を複数枚積層して構成されていることから、燃料が異常に脈動した場合に疲労破壊し易い。よって、本実施形態の上記作用効果、すなわち、脈動緩衝装置１０における燃料の脈動軽減機能の低下を復旧する作用効果は、クーラ７を有する密閉型燃料循環システム４にとって特に顕著となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る脈動緩衝装置は、実施形態に係る上記脈動緩衝装置１０に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上記実施形態は、検出手段としてレベル計１２を備えているが、これに代えてレベルスイッチ（リミットスイッチ）等を備えていてもよく、検出手段としては、バッファチャンバに蓄溜されたエアの容量に関する情報を検出するものであれば、種々の手段を用いてもよい。また、例えば発生する音等で異常を判断できる場合、検出手段を備えない場合もある。

また、レベル計１２に代えて若しくは加えて、燃料フィードラインＬ２に圧力計を備えていてもよい。つまり、検出手段として、密閉型燃料循環システム４の燃料圧力に関する情報を検出するものを備えていてもよい。この場合、密閉型燃料循環システム４の燃料圧力に基づいて、弁１６の開閉を制御しエア供給ラインＬ４のエアの流通を制御することができる。

また、上記実施形態では、充分な安全性の確保のためにエア抜き弁１４及び安全弁１５がバッファチャンバ１１に設けられているが、場合によっては、これらの少なくとも一方は無くてもよい。また、上記実施形態は、制御手段として制御装置１３を備えているが、本発明は、制御手段を備えない場合もある。この場合、例えばオペレータによって弁１６を開閉することで、エア供給ラインＬ４のエアの流通を制御することができる。

また、上記実施形態では、第１及び第２密閉型燃料循環システム４ｘ，４ｙのそれぞれに脈動緩衝装置１０が配設されているが、これらの何れか一方に脈動緩衝装置１０が配設され、何れか他方に従来の脈動緩衝装置が配設される場合もある。この場合、第１及び第２密閉型燃料循環システム４ｘ，４ｙが燃料供給ラインＬ１を介して互いに接続されていることから、従来の脈動緩衝装置で燃料の脈動軽減機能が低下しても、脈動緩衝装置１０によって燃料の脈動を充分に軽減することができる。なお、この場合においては、第１密閉型燃料循環システム４ｘの脈動レベルが第２密閉型燃料循環システム４ｙの脈動レベルよりも大きいことから、一般的には第１密閉型燃料循環システム４ｘに脈動緩衝装置１０を配設することが好ましい。

２…内燃機関、２ａ…主機関（内燃機関）、２ｂ…発電機関（内燃機関）、４…密閉型燃料循環システム、４ｘ…第１密閉型燃料循環システム（密閉型燃料循環システム）、４ｙ…第２密閉型燃料循環システム（密閉型燃料循環システム）、１０…脈動緩衝装置、１１…バッファチャンバ、１２…レベル計（検出手段）、１３…制御装置（制御手段）、Ａ…エア、Ｆ…燃料、Ｌ１…燃料供給ライン、Ｌ２…燃料フィードライン、Ｌ３…燃料リターンライン、Ｌ４…エア供給ライン。

Claims (3)

1. 内燃機関の密閉型燃料循環システムにおいて燃料の脈動を軽減させる脈動緩衝装置であって、
   エアを蓄溜しつつ前記燃料を一時的に貯留するバッファチャンバと、
   前記バッファチャンバに接続され、前記バッファチャンバに前記燃料を供給する燃料供給ラインと、
   前記バッファチャンバに接続され、前記バッファチャンバから前記内燃機関に前記燃料を流通させる燃料フィードラインと、
   前記バッファチャンバに接続され、前記内燃機関から前記バッファチャンバに前記燃料を流通させる燃料リターンラインと、を備え、
   前記バッファチャンバには、該バッファチャンバ内に前記エアを供給するエア供給ラインが接続されていることを特徴とする脈動緩衝装置。
2. 前記バッファチャンバに蓄溜された前記エアの容量に関する情報、及び前記密閉型燃料循環システムの燃料圧力に関する情報の少なくとも一方を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の脈動緩衝装置。
3. 前記検出手段で検出された前記情報に基づいて、前記エア供給ラインによる前記エアの供給を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の脈動緩衝装置。