JP2019069426A

JP2019069426A - 混合流体生成装置

Info

Publication number: JP2019069426A
Application number: JP2017197853A
Authority: JP
Inventors: 信幸鶴; Nobuyuki Tsuru
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-05-09
Also published as: KR20190040900A; CN109647267A

Abstract

【課題】ミキサの過熱に対する対策を施した混合流体生成装置を提供する。【解決手段】混合流体生成装置１は、複数の流体を攪拌してエマルジョン状態の混合流体を生成するミキサ３と、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が所定量以下であることを検知する検知部４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の流体を攪拌する混合流体生成装置に関する。

エンジンの排ガス性能を向上させるために、エマルジョン燃料が注目されている。（特許文献１参照）。

特開２００１−６５４１１号公報

水と燃料を攪拌するミキサは、高速回転を行うため、ミキサに供給される水や燃料等の流体の流量が想定よりも減ってしまうと、ミキサが過熱するおそれがある。ミキサが過熱してシール部が損傷すると、シール部から燃料等が漏れ出してしまう。このため、エマルジョン燃料を生成する際には、ミキサの過熱を防止する必要がある。特許文献１は、エマルジョン化する燃料の量を削減することを念頭に置いたものであり、ミキサの過熱に対する対策は特に行っていない。

本発明は、ミキサの過熱に対する対策を施した混合流体生成装置を提供するものである。

本発明の一態様では、複数の流体を攪拌して混合流体を生成するミキサと、
前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が所定量以下であることを検知する検知部とを備える混合流体生成装置が提供される。前記混合流体は、エマルジョンであってもよい。

前記ミキサに供給される前記複数の流体のうち、最も多く供給される流体の流量を計測する流量計を備え、
前記検知部は、前記流量計にて計測された流量に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が所定量以下であることを検知してもよい。

前記ミキサに供給される前記複数の流体の流路上に配置される弁を備え、
前記検知部は、前記弁の開度に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が前記所定量以下であることを検知してもよい。

前記ミキサを回転駆動するモータの電流を計測する電流センサを備え、
前記検知部は、前記電流センサで計測された電流に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が前記所定量以下であることを検知してもよい。

前記ミキサ周辺の温度を計測する温度センサを備え、
前記検知部は、前記温度センサで計測された温度に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が前記所定量以下であることを検知してもよい。

前記検知部にて前記所定量以下であることが検知されると、前記ミキサの攪拌動作を停止させる制御部を備えてもよい。

それぞれが前記複数の流体を攪拌する複数の前記ミキサを備え、
前記制御部は、前記複数のミキサのうち、少なくとも１台のミキサにて前記複数の流体の供給量が前記所定量以下になったことが検知されると、前記複数のミキサの攪拌動作を停止させてもよい。

それぞれが前記複数の流体を攪拌する複数の前記ミキサを備え、
前記制御部は、前記複数のミキサの攪拌動作を停止させるか否かを、個々のミキサごとに制御してもよい。

前記制御部は、前記複数のミキサのうち、一部のミキサの攪拌動作を停止させる際には、残りのミキサにおける前記複数の流体の混合比率が変化しないように前記複数の流体の流量を制御してもよい。

前記検知部は、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量の合計が前記所定量以下であることを検知してもよい。

前記複数の流体は、水と燃料とを含み、
前記ミキサは、前記複数の流体の攪拌によりエマルジョン燃料を生成してもよい。

本発明によれば、ミキサの過熱に対する対策を施した混合流体生成装置を提供できる。

一実施形態による混合流体生成装置を備えた燃料供給システムのブロック図。図１の第１変形例による混合流体生成装置のブロック図。図１の第２変形例による混合流体生成装置のブロック図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態による混合流体生成装置１を備えた燃料供給システム２のブロック図である。図１の混合流体生成装置１は、燃料と水をミキサ３にて攪拌して混合流体を生成するものである。混合流体は、例えばエマルジョンである。エマルジョンとは、分散質と分散媒体がともに流体であることを指し、流体の具体的な材質は特に問わない。以下では、混合流体がエマルジョン燃料である例を主に説明する。エマルジョン燃料を生成する際に供給される燃料は、例えば、Ａ重油よりも粘性の高いＣ重油が用いられる。なお、後述するように、Ｃ重油の代わりに、Ａ重油を用いてエマルジョン燃料を生成してもよい。

図１の混合流体生成装置１は、ミキサ３と、検知部４と、報知部５とを備えている。また、図１の混合流体生成装置１は、必須の構成部ではないものの、制御部２０を備えていてもよい。図１の混合流体生成装置１は、３台のミキサ３を備えているが、ミキサ３の台数には特に制限はない。複数のミキサ３を設けて、並列的にエマルジョン燃料を生成することで、各ミキサ３の負荷が小さくなり、各ミキサ３を小型化できる。また、後述するように、複数のミキサ３を設けることで、そのうちの一部のミキサ３が何らかの理由で停止しても、他のミキサ３で攪拌動作を継続することも可能となる。

各ミキサ３は、複数の流体を攪拌して例えばエマルジョン状態の混合流体を生成する。各ミキサ３には、燃料が供給される純燃料供給ラインＬ１と、水が供給される注水ラインＬ２とが接続されている。純燃料供給ラインＬ１と注水ラインＬ２には、燃料の供給量を制御する弁６が接続されている。各弁６は、個別に開閉を制御可能である。各ミキサ３の出力ポートは、弁６を介して燃料循環ラインＬ３に接続されている。各ミキサ３は、攪拌して生成したエマルジョン燃料を出力ポートから出力することもできるし、純燃料供給ラインＬ１から供給された燃料を、攪拌せずにそのまま出力ポートから出力することもできる。

燃料循環ラインＬ３には、ポンプ７とエンジン８が接続されている。ポンプ７は、各ミキサ３から出力されたエマルジョン燃料または純燃料をエンジン８に供給する。エンジン８は、エマルジョン燃料または純燃料を燃焼させて不図示のピストンを駆動する。図１には、１台のポンプ７のみを図示しているが、複数台のポンプ７を並列接続してもよい。

燃料循環ラインＬ３には、ポンプ７を純燃料供給ラインＬ１に直結するためのバイパスラインＬ４が接続されており、バイパスラインＬ４には、仕切り弁９が接続されている。仕切り弁９は、通常は閉状態になっているが、必要に応じて開状態として、燃料をミキサー３を介することなくエンジン８に送ることができる。

各ミキサ３には、水と燃料を攪拌するためのモータ１０と、モータ１０を流れる電流（以下、モータ電流）を検知する電流センサ１１とが接続されている。また、燃料循環ラインＬ３には、必要に応じて温度センサ１２が接続されていてもよい。

水と燃料の総量が多いほど、モータ１０の負荷が大きくなるため、モータ電流は増大する。また、モータ１０の摺動部の摺動抵抗が経時変化等により大きくなった場合にも、モータ電流は増大する。一方、水と燃料の総量が少ないほど、モータ電流は減少する。

エマルジョン燃料をエンジン８に供給する場合には、各ミキサ３にて水と燃料の攪拌動作を行う。エンジン８に供給する燃料をエマルジョン燃料から純燃料に切り替える場合は、燃料循環ラインＬ３の水がなくなるまで、各ミキサ３にて攪拌動作を継続し、燃料循環ラインＬ３から水がなくなると、各ミキサ３を停止させる。各ミキサ３の停止状態では、各ミキサ３には水は供給されず、純燃料供給ラインＬ１を介して各ミキサ３に供給された燃料は、各ミキサ３をそのまま通過して出力ポートから出力される。

ミキサ３は、攪拌動作時には、予め定めた回転数で高速回転を行う。高速回転を行うと、ミキサ３の摺動部が発熱する。ミキサ３に供給される水と燃料の総量が十分であれば、供給された水と燃料にてミキサ３の摺動部を冷却することができるが、供給される水と燃料の総量が十分でないと、ミキサ３の摺動部を冷却できなくなり、摺動部の発熱によって、ミキサ３のシール部品が損傷し、ミキサ３から燃料等が漏れるおそれがある。

そこで、本実施形態では、電流センサ１１にて各ミキサ３のモータ電流を計測する。計測されたモータ電流は、検知部４に伝達される。検知部４は、各ミキサ３への複数の流体の供給量が所定量以下であることを検知する。複数の流体の供給量が所定量以下とは、例えば複数の流体の供給量の合計が所定量以下であることを意味する。より具体的には、検知部４は、モータ電流が所定の制限範囲内でない場合には、ミキサ３を停止した方がよいと判断して、報知部５に対して停止指示信号を送る。報知部５は、ミキサ３を停止した方がよい旨を報知する。報知部５が行う報知の態様は任意であり、例えばコントロールパネルなどへの表示でもよいし、アラーム音や音声等により報知を行ってもよい。また、複数箇所で報知を行ってもよい。なお、報知部５は省略してもよい。なお、各ミキサ３のモータはトルク制御されている。

制御部２０は、検知部４からの停止指示信号を受信して、検知部４から指示されたミキサ３の攪拌動作を停止させる。他に攪拌動作を行っているミキサ３が存在する場合には、停止指示のあったミキサ３の攪拌動作を迅速に停止させてもよい。この場合、このミキサ３は、純燃料供給ラインＬ１から供給された燃料をそのまま出力ポートから出力することになる。また、新たに供給される水は停止される。

検知部４が設定する制限範囲の大きさは任意であり、ミキサ３に供給される水と燃料の総量が所定量以下になったことを検知する場合には、モータ電流の制限範囲は、モータ電流の下限値を設定すればよい。原因を問わずにミキサ３の過熱を抑制したい場合には、モータ電流が下限値と上限値の間以外であるかを検知すればよい。

このように、検知部４は、少なくとも、ミキサ３への複数の流体の供給量が所定量以下であることを検知するものであり、モータ電流以外の手段で検知を行ってもよい。検知部４は、ミキサ３に供給される複数の流体のうち燃料の供給量が所定量以下であることを検知して、所定量以下になると、停止指示信号を出力してもよい。すなわち、検知部４は、ミキサ３への燃料の供給量によって、停止指示信号を出力するか否かを判断してもよい。あるいは、検知部４は、ミキサ３への複数の流体の供給量の合計が所定量以下であることを検知して、所定量以下になると、停止指示信号を出力してもよい。

図２は図１の第１変形例による混合流体生成装置１のブロック図である。図２の混合流体生成装置１は、純燃料供給ラインＬ１上の各ミキサ３の手前に流量計１３が接続されている。各流量計１３は、対応するミキサ３に供給される燃料の流量を計測する。より具体的には、各流量計１３は、対応するミキサ３に供給される複数の流体のうち、最も多く供給される流体の流量を計測する。

図２の検知部４は、各ミキサ３に供給される燃料の流量が所定量以下であることを検知し、所定量以下であれば、報知部５に対してミキサ３の停止指示信号を送る。より具体的には、検知部４は、各流量計１３にて計測された流量に基づいて、各ミキサ３への複数の流体の供給量が所定量以下であることを検知する。

純燃料供給ラインＬ１の燃料の流量は、純燃料供給ラインＬ１に接続された各弁６の開度に依存する。よって、流量計１３で燃料の流量を計測する代わりに、各弁６の開度を検知して、各弁６の開度が所定の閾値以下であれば、ミキサ３への燃料の供給量が少なくて過熱の可能性があると判断して、報知部５に対して停止指示信号を送ってもよい。

図３は図１の第２変形例による混合流体生成装置１のブロック図である。ミキサ３は、その内部の摺動部が最も過熱する。よって、第２変形例では、ミキサ３の摺動部またはその周辺の温度を温度センサ１２で計測する。各温度センサ１２で計測した温度は、検知部４に送られる。図３の検知部４は、各温度センサ１２で計測された温度が所定の閾値以上であれば、対応するミキサ３が過熱していると判断して、報知部５に対してミキサ３の停止指示信号を送る。

図１〜図３の混合流体生成装置１において、３台のミキサ３のうち、少なくとも１台のミキサ３を停止させた場合、残りの２台のミキサ３はエマルジョン燃料を生成し続けるようにしてもよいし、あるいはすべてのミキサ３を停止させてもよい。一部のミキサ３だけを停止させて、残りのミキサ３にてエマルジョン燃料を生成し続ける場合、これら残りのミキサ３に供給される水の量が増えないように制御する必要がある。注水ラインＬ２が一つしかないと、１台のミキサ３を停止させたことにより、残り２台のミキサ３に供給される水の量が増えて、水と燃料の混合比率が変化してしまい、所望の品質のエマルジョン燃料を生成できなくなってしまう。このため、各ミキサ３ごとに注水ラインＬ２を分けるなどして、一部のミキサ３のみを停止させても、残りのミキサ３に供給される水の量が変化しないようにするのが望ましい。各ミキサ３に供給される水の流量を個別に制御できない場合は、一部のミキサ３を停止させた場合は、すべてのミキサ３を停止させて、エマルジョン燃料の生成自体を停止させるのが望ましい。この場合、損傷する可能性のあるミキサ３は即時に停止させて、残りのミキサ３は、燃料循環ラインＬ３内の水がなくなるまでは攪拌動作を継続し、燃料循環ラインＬ３内の水がなくなった状態で停止させる。

あるいは、停止させたミキサ３には燃料と水がいずれも供給されないようにする代わりに、残りのミキサ３に供給される燃料と水を増大させ、残りのミキサ３での燃料と水の混合比率が変化しないようにしてもよい。この場合、残りのミキサ３に供給される燃料と水の総量が増えるため、ミキサ３の攪拌力を高めるのが望ましい。これにより、一部のミキサ３が停止しても、残りのミキサ３を用いて、全ミキサ３が攪拌動作しているときとほぼ同じ量のエマルジョン燃料を生成できる。

図１〜図３の混合流体生成装置１は、例えば、船舶用のエンジン８に供給されるエマルジョン燃料を生成するために用いることができる。船舶は、低価格のＣ重油にてエンジン８を駆動することがある。本実施形態は、Ｃ重油をそのままエンジン８に供給する代わりに、Ｃ重油と水を攪拌したエマルジョン燃料をエンジン８に供給して窒化酸化物（ＮＯｘ）排出量を低減させることができる。また、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムと本実施形態におけるエマルジョン燃料生成装置を併用することによって、さらに、ＮＯｘ排出量を削減しつつ、燃費も下げることができる。

また、本実施形態による混合流体生成装置１は、エマルジョン燃料以外の各種のエマルジョン媒体を生成するために利用できる。ここで、エマルジョン媒体とは、２種類以上の液体を攪拌した懸濁液であり、例えば、マヨネーズやドレッシング等の食液剤、接着剤、絵の具、感光剤、シール剤などを生成する際にも、本実施形態による混合流体生成装置１を適用可能である。

このように、本実施形態は、ミキサへの複数の流体の供給量の合計が所定量以下であることが検知されると、所定の報知処理を行うようにしたため、複数の流体の供給量が少ないためにミキサが過熱されるといった不具合を未然に防止できる。したがって、過熱によるミキサの損傷を防止でき、安定した品質のエマルジョンを生成できる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１混合流体生成装置、２燃料供給システム、３ミキサ、４検知部、５報知部、６弁、７ポンプ、８エンジン、９仕切り弁、１０モータ、１１電流センサ、１２温度センサ、１３流量計、２０制御部

Claims

供給された複数の流体を攪拌して混合流体を生成するミキサと、
前記ミキサへの前記複数の流体の少なくともいずれかの供給量が所定量以下であることを検知する検知部とを備える混合流体生成装置。
前記混合流体は、エマルジョンである、請求項１に記載の混合流体生成装置。
前記ミキサに供給される前記複数の流体のうち、最も多く供給される流体の流量を計測する流量計を備え、
前記検知部は、前記流量計にて計測された流量に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が所定量以下であることを検知する、請求項１または２に記載の混合流体生成装置。
前記ミキサに供給される前記複数の流体の流路上に配置される弁を備え、
前記検知部は、前記弁の開度に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が前記所定量以下であることを検知する、請求項１または２に記載の混合流体生成装置。
前記ミキサを回転駆動するモータの電流を計測する電流センサを備え、
前記検知部は、前記電流センサで計測された電流に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が前記所定量以下であることを検知する、請求項１または２に記載の混合流体生成装置。
前記ミキサ周辺の温度を計測する温度センサを備え、
前記検知部は、前記温度センサで計測された温度に基づいて、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量が前記所定量以下であることを検知する、請求項１または２に記載の混合流体生成装置。
前記検知部にて前記所定量以下であることが検知されると、前記ミキサの攪拌動作を停止させる制御部を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の混合流体生成装置。
それぞれが前記複数の流体を攪拌する複数の前記ミキサを備え、
前記制御部は、前記複数のミキサのうち、少なくとも１台のミキサにて前記複数の流体の供給量が前記所定量以下になったことが検知されると、前記複数のミキサの攪拌動作を停止させる、請求項７に記載の混合流体生成装置。
それぞれが前記複数の流体を攪拌する複数の前記ミキサを備え、
前記制御部は、前記複数のミキサの攪拌動作を停止させるか否かを、個々のミキサごとに制御する、請求項７に記載の混合流体生成装置。
前記制御部は、前記複数のミキサのうち、一部のミキサの攪拌動作を停止させる際には、残りのミキサにおける前記複数の流体の混合比率が変化しないように前記複数の流体の流量を制御する、請求項９に記載の混合流体生成装置。
前記検知部は、前記ミキサへの前記複数の流体の供給量の合計が前記所定量以下であることを検知する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の混合流体生成装置。
前記複数の流体は、水と燃料とを含み、
前記ミキサは、前記複数の流体の攪拌によりエマルジョン燃料を生成する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の混合流体生成装置。