JP2019502858A - 混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする方法 - Google Patents

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Abstract

混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする方法が提供される。方法は、混合燃料を流す工程を含み、混合燃料は少なくとも第１の燃料タイプと第２の燃料タイプからなる。混合燃料の流れ期間は、燃料が第１の燃料タイプから第２の燃料タイプに切り換わる点から決定される。方法は、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とを決定する工程と、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とから決定される総流量を決定する工程を備える。
【選択図】図３

Description

以下に記載した実施形態は、混合燃料の流れに関し、特に混合燃料の流れ期間の特性を明らかにすることに関する。
海洋産業では、船舶のエンジンに異なるグレードの燃料を使用している。エンジンは、様々な燃料噴射制御技術を使用して異なるグレードの燃料を燃焼させることができるが、特定の条件によって、使用可能な燃料のグレードが制限される可能性がある。例えば、規則により、船の位置に基づいてエンジンによって使用され得る燃料のグレードが制限され得る。１つの特定の例では、ＥＣＡゾーン規制により、船舶が海岸線の範囲内にあるときにマリンガスオイル(MGO)を使用する必要がある場合がある。しかし、MGOは、重油(HFO)グレードなどの他の燃料グレードより高価である。
従って、船舶がＥＣＡゾーン規制の条件を受けない場合には、HFO及び他の安価なグレードを使用することができる。例えば、船舶が海岸線からの距離よりも大きい場合、HFOを使用することができる。船舶が海岸線に近づくにつれ、燃料制御システムはHFOからMGOに切り替わり、ＥＣＡゾーン規制を満たすことができる。燃料の切り替えの間、HFO及びMGOの両方が混合燃料の流れとしてシステムを流れる。HFOとMGOの両方が燃料制御システムを流れる時間は、混合燃料の流れ期間と呼ぶ。
混合燃料の流れ期間は判らないだろう。即ち、混合燃料の流れの濃度、総流量などは判らないだろう。その結果、HFO及びMGOの燃料グレードの例では、燃料制御システムは早期に燃料の切り替えを実行する。ＥＣＡゾーン規則の適用を受けていない船舶であっても、時期尚早の燃料転換のために、より高価なMGOグレード燃料が使用される可能性がある。MGOグレード燃料のこの不要な使用により、混合燃料の流れ期間の特性が明らかになっている場合には避けることができる費用が掛かる。
混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする方法が提供される。実施形態によれば、方法は、少なくとも第１の燃料タイプと第２の燃料タイプからなる混合燃料を流す工程と、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とを決定する工程を備える。方法はまた、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とから決定される総流量を決定する工程を備える。
混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする燃料制御システムが提供される。実施形態によれば、燃料制御システムは、第１の燃料タイプを有する第１の燃料源と、第２の燃料タイプを有する第２の燃料源と、第１の燃料源及び第２の燃料源に流体が行き来可能に連結された流量計とを備える。流量計は、第１の燃料タイプの密度及び第２の燃料タイプの密度を測定するように構成される。燃料制御システムはまた、流量計に通信可能に結合されたコントローラを含む。コントローラは、総流量を決定するように構成され、総流量は、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とから決定される。
態様
一態様に従って、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする方法は、少なくとも第１の燃料タイプと第２の燃料タイプからなる混合燃料を流す工程と、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とを決定する工程と、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とから決定される総流量を決定する工程を備える。
好ましくは、方法は更に、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間を決定する工程を備える。
好ましくは、方法は更に、混合燃料の流れ期間中の第１の燃料タイプの濃度及び第２の燃料タイプの濃度を決定する工程を備える。
好ましくは、方法は更に、混合燃料流れ中の総流量を、第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプの少なくとも１つの単一燃料流れの総流量と加算する工程を備える。
好ましくは、総流量は第１の燃料タイプ、第２の燃料タイプ、及び混合燃料流れの少なくとも１つの総流量からなる。
好ましくは、混合燃料の流れ期間は、温度変化、密度変化及び混合燃料の流れと関連する信号の少なくとも１つから決定される。
好ましくは、混合燃料の流れ期間は、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間からなる。
好ましくは、総流量は総質量流量からなる。
一態様に従って、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする燃料制御システム(300)は、第１の燃料タイプを有する第１の燃料源(312)と、第２の燃料タイプを有する第２の燃料源(314)と、第１の燃料源(312)及び第２の燃料源(314)に流体が行き来可能に連結された流量計(5)とを備える。流量計(5)は、第１の燃料タイプの密度及び第２の燃料タイプの密度を測定するように構成される。燃料制御システムはまた、流量計に通信可能に結合されたコントローラ(360)を含み、コントローラ(360)は、総流量を決定するように構成され、総流量は、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とから決定される。
好ましくは、燃料制御システム(300)は更に第１の燃料源(312)に流体が行き来可能に連結された第１のバルブ(322)と、第２の燃料源(314)に流体が行き来可能に連結された第２のバルブ(324)とを備え、第１のバルブ(322)と第２のバルブ(324)はコントローラ(360)と流体が行き来可能に連結されている。
好ましくは、燃料制御システム(300)は更に、流量計(5)及びエンジン(20)に流体が行き来可能に接続された再循環器(350)をさらに備え、再循環器(350)は、エンジンによって供給される未消費燃料をエンジン(20)に戻して再循環させるように構成されている。
好ましくは、コントローラ(360)は更に、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間を決定するように構成されている。
好ましくは、コントローラ(360)は更に、第１の燃料タイプの濃度と、第２の燃料タイプの濃度とを決定するように構成されている。
好ましくは、コントローラ(360)は更に、第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプのうちの少なくとも1つの単一燃料流れの総流量を総流量に加算するように構成される。
好ましくは、総流量は、第１の燃料タイプ、第２の燃料タイプ、及び混合燃料流れの少なくとも１つの総流量からなる。
好ましくは、混合燃料の流れ期間は、温度変化、密度変化、及び混合燃料の流れに関連する信号の少なくとも1つから決定される。
好ましくは、混合燃料の流れ期間は、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間からなる。
好ましくは、総流量は総質量流量からなる。
全ての図面上で、同じ符号は同じ要素を表す。図面は必ずしも縮尺通りでないことは理解されるべきである。
図１は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする燃料制御システム100を示す。 図２は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする他の燃料制御システム200を示す。 図３は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする他の燃料制御システム300を示す。 図４は、混合燃料の流れ期間中の燃料温度を示すグラフ400である。 図５は、混合燃料の流れの特性を明らかにする表500である。 図６は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする方法600を示す。
図１-図６及び以下の記載には、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする実施形態の最良のモードを作成及び利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するために、従来の態様が単純化または省略されている。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例もまた本発明の技術範囲内に含まれる。また当業者にとって明らかなように、以下に記載の構成要素をさまざまな方法で組み合わせて混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする複数の変形例を形成することもできる。従って、本発明は、以下に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものである。
混合燃料の流れ期間は、混合燃料の第１及び第２の燃料タイプの密度を決定することにより、特性が明らかにされる。第１及び第２の燃料タイプの百分率又は体積のような濃度は、第１及び第２の燃料タイプの密度から決定することができる。混合燃料の流れの他の特性又は特徴、例えば温度、流量などを決定することもできる。第１及び第２の燃料タイプの供給を制御するバルブへの指令など、混合燃料の流れに関連するこれらの特性の変化または信号の変化を使用して、混合燃料の流れ期間を測定することができる。例えば、混合燃料の流れの温度及び密度の変化は、混合燃料の流れ期間の開始及び/又は終了時間を示すことができる。
第１及び第２の燃料タイプの密度を用いて、混合燃料の流れの総流量を決定することができる。例えば、燃料制御システムを介して、第１の燃料タイプの総流量を知ることによって、燃料制御システムは、最適な燃料切り替えを実行することができる。例えば、船舶が燃料切替えを必要とする領域に近づくと、混合燃料の流れ期間の特性に基づいて燃料切替えの時間を決定することができる。即ち、船舶がその領域に進入する時間までに第１の燃料タイプが十分に消費されるように、燃料の切替えが行われてもよい。従って、より高価な燃料のグレードは、必要とされるまで使用されず、それによって燃料コストが低減される。
燃料制御システム
図１は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする燃料制御システム100を示す。図１に示すように、燃料制御システム100はエンジン20に流体が行き来可能に連結される流量計5を備える。また、エンジン20によって供給される未消費の燃料を運ぶ燃料ラインから構成される再循環器150が示されている。再循環器150は、未消費の燃料をエンジン20に戻して再循環させる。流量計5は、再循環器150を介してエンジン20に流体が行き来可能に連結される。
図１に示すように、流量計5はコリオリ流量計のような振動式流量計であるが、他の実施形態では如何なる適切な流量計も用いられる。流量計5は、流量計5を流れる燃料の特性及び特徴を測定及び/又は決定するように構成することができる。例えば、流量計5は流量計5を通る燃料の密度を測定することが出来る。従って、流量計5は、第１及び第２の燃料タイプが流量計5を流れるとき、第１及び第２の燃料タイプの密度を測定することができる。流量計5はまた、質量流量または体積流量のような燃料の流量を決定してもよい。流量計5はまた、燃料の温度を測定するように構成されてもよい。
流量計5は、単一の一体化されたユニットとして示されているが、流量計5は燃料制御システム100全体に分散された別個の構成要素から構成されてもよい。例えば、流量計5内のメータ電子機器は、例えばエンジン20に通信可能に結合された別個のコントローラの一部であってもよい。更に又はこれに代えて、流量計5は、燃料の密度を測定する第１の要素、流量を測定する第２の要素などの特定の機能を実行する別個の構成要素から構成されてもよい。流量計5は、燃料制御システム100内の異なる位置に配置されてもよい。例えば、流量計5は、エンジン20の近くに配置されてもよく、再循環器150の一部であってもよい。
図１に示すように、流量計5は、燃料源から燃料を受け取り(図1の矢印で示す)、燃料を再循環器150に供給する。流量計5によって供給された燃料は、エンジン20によって供給された未消費の燃料と混合されて再混合燃料になる。理解されるように、流量計5は、エンジン20による消費速度に近似した速度で燃料を再循環器150に供給する。また、理解されるように、図１はシリアル構成を示す。即ち、燃料をエンジン20に供給するために流量計5が１つだけ使用される。更に、エンジン20による消費率は、流量計5から求められる。以下の記載が示すように、他の構成が用いられ得る。
図２は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする別の燃料制御システム200を示す。図２に示すように、燃料制御システム200は、エンジン20に流体が行き来可能に結合された入口流量計5iを備える。戻り流量計5rがまたエンジン20に流体が行き来可能に結合される。再循環器250も示され、該再循環器はエンジン20によって供給された未消費の燃料を再循環する燃料ラインからなる。再循環器250は、再循環された燃料をエンジン20に戻すように搬送して消費させる。入口流量計5iは、エンジン20に流体が行き来可能に結合され、戻り流量計5rは、再循環器250を介して入口流量計5iに流体が行き来可能に結合される。入口流量計及び戻り流量計5i、5rは、図１を参照して説明した流量計5と同じであってもよい。
入口流量計5iは、燃料源から燃料を受け取り(図２の矢印で示す)、燃料をエンジン20に供給する。入口流量計5iによって供給された燃料は、エンジン20によって供給された未消費の燃料と混合されて再混合燃料になる。理解されるように、入口流量計5iは、エンジン20による消費速度に近似した速度でエンジン20に再混合燃料を供給する。エンジン20による消費速度は、入口流量計5i及び戻り流量計5rによって測定された流量の差と同様であってもよい。理解されるように、図２は、入口流量計5i、エンジン20及び戻り流量計5rの並列構成を示している。
上記した燃料制御システム100、200は、単一の燃料流れまたは混合燃料の流れを有することができる。特に、矢印によって示される燃料源は、単一の燃料タイプまたは燃料タイプの混合物から構成されてもよい。例えば、単一の燃料タイプは、HFO及びMGOのうちの1つであり、燃料タイプの混合物は、HFO及びMGOの両方を含む。従って、混合燃料の流れは、HFO及びMGOを含むことができる。混合燃料の流れは、混合燃料の流れ期間中に発生することがあり、これは、以下でより詳細に説明される燃料切り替えであり得る。
図３は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする別の燃料制御システム300を示す。図３に示すように、燃料制御システム300は、バルブ320に流体が行き来可能に結合された燃料源310を含む。バルブ320は、バルブ320を介して供給された燃料を受け取り混合するように構成された第１ミキサ330に流体が行き来可能に結合されている。第１ミキサ330は、図１に示す流量計5に流体が行き来可能に結合され、第１及び/又は第２の燃料源312、314から燃料を供給するように構成されている。流量計5は、供給された燃料の特性を受信し測定するように構成されている。流量計5は、第２ミキサ340に流体が行き来可能に結合される。第２ミキサ340はまた、エンジン20及び再循環器350に流体が行き来可能に結合される。第２ミキサ340及び再循環器350は、エンジン20に流体が行き来可能に結合される。第２ミキサ340は、流量計5によって供給された供給燃料と、再循環器350からの再循環燃料とを受け取り、再混合燃料にして、再混合燃料をエンジン20に供給する。流量計5、エンジン20、燃料源310、バルブ320、及び再循環器350は、コントローラ360に通信可能に接続されている。
燃料源310は、第１の燃料源312及び第２の燃料源314から構成される。第１の燃料源312は、第１の条件のセットに適した第１の燃料タイプを有するタンク(例えば、デイタンク)であってもよい。例えば、第１の燃料タイプは、より制限の少ない規制を有する領域での使用に適切であり得る。一例では、第１の燃料タイプはHFOであってもよいが、第１の燃料源312によって任意の適切な燃料タイプが提供されてもよい。第２の燃料源314は、第２の条件のセットに適した第2の燃料タイプのタンクであってもよい。例えば、第２の燃料タイプは、より限定的な規制を有する領域での使用に適切であり得る。一例では、第２の燃料タイプはMGOであってもよいが、第２の燃料源314によって任意の適切な燃料タイプが提供されてもよい。
示されるように、バルブ320は、夫々第１及び第２の燃料源312、314に流体的に結合された第１のバルブ322及び第２のバルブ324を備える。第１及び第２のバルブ322、324は、コントローラ360によって制御される燃料切換えバルブであってもよい。第１及び第２のバルブ322,324は、同じまたは異なるサイズであってもよく、サブコントローラ、位置センサなどのセンサ等を含んでもよい。第１及び第２のバルブ322、324は、第１及び第２の燃料源312、314に近接して配置され、第１ミキサ330から離れて配置される。しかし、代替の実施形態において、第１及び第２のバルブ322、324は、第１及び第２の燃料源312、314から離れて配置されてもよい。
第１及び第２の燃料源312、314に近接して配置されることにより、第１及び第２の燃料源312、314と第１及び第２のバルブ322、324との間に供給される燃料の量は可成りの量ではない。代替の実施形態では、第１及び第２のバルブ322、324が第１及び第２の燃料源312、314から離れて配置され、第１ミキサ330に近接して配置される場合、第１及び第２のバルブ322、324間の燃料の量は可成りの量である。同様に、この代替の実施形態では、バルブ320とエンジン20の間の燃料の量は可成りの量ではない。
第１及び第２ミキサ330、340は、第１及び第２の燃料タイプを均質な混合燃料に保持して混合するように構成されたタンクであってもよい。即ち、混合された燃料は、受け入れられた第１及び第２の燃料タイプから一様に構成される。理解されるように、第１及び第２の燃料タイプの濃度は、均質ではあるが、経時的に変化し得る。第１及び第２ミキサ330、340は、燃料を均質化するための様々な機構に依存する。例えば、第１及び第２ミキサ330、340は、燃料を均質化するために、例えば環境振動、攪拌器などを使用することができる。
しかしながら、任意の適切な構成が、代替の実施形態において用いられてもよい。
再循環器350は、エンジン20によって消費されるべく、エンジン20によって再循環された燃料を調整するように構成されてもよい。再循環器350は、圧力コントローラ、温度コントローラなどで構成することができるが、任意の適切な構成を採用することができる。エンジン20によって再循環される燃料を調整することは、再循環燃料がエンジン20でのる使用に適しているように、圧力、温度などを制御するコントローラ360を含むことができる。しかし、代替の実施形態では、燃料の再調整は、コントローラ360によって制御されない構成要素を利用することを含む。
コントローラ360は、メモリ及びＩ/Ｏポートに通信可能に結合されたプロセッサを含む回路基板であってもよいが、任意の適切なコントローラが代替の実施形態で採用されてもよい。コントローラ360は、図３に示す燃料制御システム300を通る燃料の流れを制御するために、本明細書に記載の方法のような方法を実行するソフトウェアを含むことができる。ソフトウェアは、メモリに格納され、コントローラ360内のプロセッサによって実行されてもよい。コントローラ360は、単一の回路基板として説明されているが、代替の実施形態では、他のコントローラは、サブボード、モジュールなどの２つ以上の基板から構成されてもよい。
示すように、コントローラ360は、Ｉ/Ｏポートを使用して、流量計5、エンジン20、バルブ320、及び再循環器350と通信するように構成されてもよい。Ｉ/Ｏポートは、例えば、シリアル、パラレル、パケットベースなどの任意の適切な通信手段を使用して通信するように構成することができる。コントローラ360は、例えば、流量計5からの流量測定値、エンジン20からの燃料消費データ、バルブ320からのバルブ位置情報、及び再循環器350からの燃料再循環データをＩ/Ｏポートを介して受信することが出来る。コントローラ360はまた、バルブ開閉指令などの指令をバルブ320に送り、燃料調整指令を再循環器350に送ることもできる。
コントローラ360内のプロセッサは、受信した流量データを使用して、流量計5を通って流れる混合燃料の流量を計算することができる。コントローラ360内のプロセッサは、流量計5によって供給される混合燃料の流量を用いて混合燃料の消費率を決定するようにも構成され得る。コントローラ360内のプロセッサはまた、Ｉ/Ｏポートを介してバルブ320を開閉する指令を送信することもできる。これらの指令は、同時に、または別々の時間に送信されてもよい。コントローラ360はまた、指令が第１及び/又は第２のバルブ322、324に送られる時間を決定するためにプロセッサによって使用されるタイマを含むことができる。
図３には示されていないが、燃料制御システム300は、温度センサまたは圧力センサ、流量制御バルブ、圧力調整器などの追加の要素で構成されてもよい。或いは、他の実施形態では、図３に示す全ての要素を使用することはできない。例えば、他の実施形態では、第１及び第２ミキサ330、340、再循環器350などを使用しない。更に又は或いは、図３に示す要素は、他の構成を有する。例えば、第１及び第２ミキサ330、340は、コントローラ360によって制御されるセンサ及び/又はアクチュエータを含むことができ、第１及び第２ミキサ330、340によって受け取られた燃料を混合する。
理解されるように、図３に示す実施形態では、流量計5によって受け取られる燃料は、第１の燃料源312、第２の燃料源314、またはその両方からのものであってもよい。第１のバルブ322が開いており、第２のバルブ324が閉じている場合、流量計5によって受け取られた燃料は、実質的に第１の燃料タイプから構成されている。第１のバルブ322が閉じており、第２のバルブ324が開いている場合、流量計5によって受け取られた燃料は、実質的に第２の燃料タイプから構成されている。第１及び第２のバルブ322、324の両方が開いている場合、流量計5によって受け取られる燃料は、第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプからなる混合燃料である。
バルブ320は、同時又は別個の時間で開かれても、及び/又は閉じられてもよい。例えば、バルブ320は、第１のバルブ322が開いており、第２のバルブ324が閉じている状態であってもよい。この状態は、例えば、エンジン20がより制約の少ない規制地域にある船舶で使用されているときに、、第１の燃料タイプの使用を可能にする。船舶がより制限的な規制（例えば、ＥＣＡゾーン規制）を有する地域に移動すると、第１のバルブ322が閉じられ、第２のバルブ324が開く。従って、第１及び第２のバルブ322、324の開閉は実質的に同時に起こり得る。
理解されるように、燃料制御システム300内の第１の燃料タイプは、第１のバルブ322が閉じられるとすぐにエンジン20によって直ちに消費されない。例えば、第１の燃料タイプは、燃料源310とエンジン20との間に一定期間維持されてもよい。更に、第２のバルブ324が開かれているときには、直ちにエンジン20に第２の燃料タイプが供給されることはない。第２の燃料タイプは、第２のバルブ324が開かれた後に、第２のバルブ324からエンジン20に流れる必要がある。その結果、第１の燃料タイプと第２の燃料タイプの両方がバルブ320とエンジン20との間にあってもよい。従って、実施形態にて、図４に関して以下の記載で示すように、第１の燃料タイプは、第２の燃料タイプと混合され、その結果、第１の燃料タイプの濃度は経時的に減少し、第２の燃料タイプの濃度は経時的に増加する。
混合燃料の流れ
図４は、混合燃料の流れ期間中の燃料流れの温度を示すグラフ400を示す。図４に示すように、グラフ400は時間軸410と温度軸420を含む。燃料温度プロット430がまた示される。燃料温度プロット430は第１の燃料温度プロット432と第２の燃料温度プロット434からなる。燃料温度プロット430は、混合燃料の流れ期間440を横切る。混合燃料の流れ期間440は、混合燃料の流れ開始時間440aと混合燃料の流れ終了時間440bとを含む。
混合燃料の流れ期間440は、燃料流れの切り替え時間から構成されてもよい。特に図３に示す燃料制御システム300に関して、混合燃料の流れ期間440は、第１及び第２のバルブ322,324が夫々閉じられ開かれる時間と、第１の燃料タイプがエンジン20によって実質的に消費される時間との間で構成されてもよい。示すように、混合燃料の流れ期間440は、ゼロではない。即ち、第１の燃料タイプはエンジン20によって直ぐには消費されない。更に、第２の燃料タイプはエンジン20には直ぐには供給されない。
その結果、図４に示す混合燃料の流れ期間440中は、第１の燃料タイプの濃度は、第１の燃料温度プロット432における勾配と同様の勾配で下方に傾く。逆に、第２の燃料タイプの濃度は、第２の燃料温度プロット434の下向きの勾配に類似した割合の勾配で上向きに傾く。しかし、他の実施形態では他の濃度が用いられ得る。例えば、第１のバルブ322が開かれ、第２のバルブ324が閉じられる実施形態では、第１の燃料タイプの濃度は増加し、第２の燃料タイプの濃度は減少する。
混合燃料中の第１及び第２の燃料タイプの濃度は、以下の式(１)及び(２)を用いて決定することができる。
Figure 2019502858
 ここで、
Ｘは混合燃料中の第１の燃料タイプの濃度であり、
Ｙは混合燃料中の第２の燃料タイプの濃度であり、
ρ１は第１の燃料タイプの密度であり、
ρ２は第２の燃料タイプの密度であり、
ρｔｏｔａｌは混合燃料の密度である。
理解されるように、第１及び第２の燃料タイプの密度ρ１、ρ２は、第１及び第２の相対濃度Ｘ、Ｙについて上記の式(１)及び(２)を解くために、既知である必要がある。
第１及び第２の燃料タイプの密度ρ１、ρ２は、あらゆる適切な方法で決定され得る。例えば、第１及び第２の燃料タイプの密度ρ１、ρ２は、例えば、流量計5内のメータ電子機器、コントローラ360内のメモリ等に記憶することができる。実施形態にて、第１の燃料タイプの密度ρ１は、混合燃料の流れ期間の前に決定されてもよい。即ち、流量計5は、第１の燃料タイプが混合燃料の流れ期間の前に流れる間に、第１の燃料タイプの密度ρ１を測定することができる。従って、この実施形態にて、第２の燃料タイプの密度ρ２は、混合燃料の流れ期間後に測定してもよい。その結果、第２の燃料タイプの密度ρ２は、混合燃料の流れ期間の後まで知ることができない。
混合流体の密度ρｔｏｔａｌは、図４に示す流量計5を用いて決定され得る。例えば、混合燃料が流量計5を流れている間に、混合燃料の密度ρｔｏｔａｌを流量計5で測定してもよい。理解されるように、コントローラ360は、例えば、燃料流れ開始時間440a及び燃料流れ終了時間440bに関連する時間データを記憶することによって、混合燃料の流れ開始時間440a及び混合燃料の流れ終了時間440bを決定することができる。従って、混合燃料の密度ρｔｏｔａｌが測定され、混合燃料の流れ期間440と関連付けられる。
パーセント濃度である第１及び第２の燃料タイプの濃度Ｘ、Ｙは、混合燃料の流れ期間440のようなある期間にわたって解かれてもよい(例えば、連続的に、離散的に等)。例えば、上記式(１)及び(２)は、第１及び第２の燃料タイプの密度ρ１、ρ２を用いて連続的に解くことができる。第１のバルブ322が開いており、第２のバルブ324が閉じている例では、第１の燃料タイプの密度ρ１は、第１の燃料タイプのみが流量計5を流れるときに決定されてもよい。第２のバルブ324は、混合燃料の流れ開始時間440aまで開放されないので、第２の燃料タイプの密度ρ２は混合燃料の流れ終了時間440b以後には決定されない。
第１及び第２の燃料タイプの濃度Ｘ、Ｙが一定時間にわたって解かれると、第１及び第２の燃料タイプの流れを合計することができる。例えば、上記の式(１)が混合燃料の流れ期間440のような時間にわたって積分されて、エンジン20によって消費された各燃料タイプの合計(例えば、質量)を決定することができる。合計は、混合燃料の流れの前後の燃料流を含んでもよい。第１及び第２の燃料タイプの全質量流量は、例えば、以下の第３及び第４の式を使用して決定することもできる。
Figure 2019502858
 ここで、
ｍｔｏｔａｌは、混合燃料の流れ期間中に消費される混合燃料の総質量であり、
ＭＦｕｅｌＴｙｐｅ１は、混合燃料の流れ期間中に消費される第１の燃料タイプの総質量であり、
ＭＦｕｅｌＴｙｐｅ２は、混合燃料の流れ期間中に消費される第２の燃料タイプの総質量であり、
Ｘ(ｔ)は時間に亘った第１の燃料タイプの濃度であり、
Ｙ(ｔ)は時間に亘った第２の燃料タイプの濃度である。
理解されるように、上述の説明では、燃料が第1の燃料タイプから第２の燃料タイプに切り替えられる場合に混合燃料の流れ期間440が決定されるが、混合燃料の流れ期間440は、燃料が第２の燃料タイプから第１の燃料タイプに切り替えられるときにも決定され得る。従って、この代替の実施形態では、混合燃料の流れ期間440は、グラフ400の右側の開始時間からグラフ400の左側の終了時間までから決定することができる。理解されるように、混合燃料の流れ期間の期間を決定する為に種々の方法が用いられ得る。
期間の決定
混合燃料の流れ期間の期間を決定する為に用いられ得る種々の方法は、燃料流れ内の密度又は温度変化を用いることを含み、コントローラ360は、バルブ320を開閉するために指令が何時送信されるかを決定するなど、混合燃料の流れに関連する信号を使用し、これは以下にてより詳細に記載する。しかし、他の方法が代替の実施形態にて用いられ得る。
温度変化
燃料流れの温度変化を利用する方法は、燃料流れの温度が変化したときの混合燃料の流れの開始時間440a及び混合燃料の流れの終了時間440bを決定することができる。燃料流れの温度変化を利用する方法は、単一の燃料流れの間に第１及び第２の燃料タイプのうちの１つの温度を測定することを含む。「単一の燃料流れ」の語は、燃料制御システム300内の燃料が第１及び第２の燃料タイプのうちの１つで実質的に満たされ、第１及び第２のバルブ322、324のうちの対応するものが開いている状態を指すが、あらゆる適切な定義が用いられ得る。例えば、単一の燃料流れの別の定義は、第１及び第２の燃料タイプのうちの１つが流量計5を通って流れるときを指す。これら及び他の実施形態において、単一の燃料流れの間に、温度は実質的に一定を維持する。
第１及び第２のバルブ322、324が開閉する時(例えば、同時に)、燃料制御システム300を通って流れる混合燃料の流れである燃料の温度は、変化する。例えば、図３に示すのと近似した方法で、燃料の温度は、１つの燃料タイプの温度から他の燃料タイプの温度に変化する傾向がある。混合燃料の流れの開始時間440aは、燃料流れの温度が温度閾値を超えたときに検出される。例えば、単一燃料流れが第１の燃料タイプから構成される場合、コントローラ360は、第１の燃料タイプの温度を追跡し、統計的方法を用いて、例えば信頼区間を使用して温度閾値を確立することができる。
密度変化
燃料流れの密度変化を利用する方法は、燃料流れの密度が変化したときの混合燃料の流れの開始時間440a及び混合燃料の流れの終了時間440bを決定することができる。第１の燃料タイプの密度が第２の燃料タイプの密度と異なる可能性があるため、燃料流れの密度が変化し得る。温度変化を用いる方法と同様に、燃料流れ中の密度変化を用いることは、単一の燃料流れの間に第１及び第２の燃料タイプのうちの１つの密度を測定することを含む。単一の燃料流れの間に、密度は実質的に一定を維持する。
第１及び第２のバルブ322、324が開閉する時(例えば、同時に)、燃料制御システム300を通って流れる供給燃料の密度は、変化する。例えば、図４に示すのと近似した方法で、燃料の密度は、第１及び第２の燃料タイプの一方の密度から他方の密度へと変化する傾向にある。混合燃料の流れの開始時間440aは、燃料流れの密度が密度閾値を超えたときに検出される。例えば、単一燃料流れが第１の燃料タイプから構成される場合、コントローラ360は、第１の燃料タイプの密度を追跡し、統計的方法を用いて、例えば信頼区間を使用して密度閾値を確立することができる。
図３に関連して前記で述べたように、コントローラ360は、バルブ320を開閉するために指令が何時送信されるかを決定する。従って、バルブ320を開閉する指令のような、混合燃料の流れに関連する信号を用いる方法は、混合燃料の流れの開始時間440a及び混合燃料の流れの終了時間440bを決定する。第１及び第２のバルブ322、324が開いているかまたは閉じているかを示すために、例えば、コントローラ360に提供されるバルブ位置信号のような、混合燃料の流れに関連する他の信号を使用することができる。
前記の方法において、単一の燃料流又は混合燃料流としての第１及び第２の燃料タイプは、燃料制御システム300全体にわたって存在してもよい。単一の燃料流れ又は混合燃料の流れが燃料制御システム300の特定の場所に見出されるかどうかは、第１及び第２のバルブ322、324の開閉のタイミングに依存し得て、これは図５を参照して以下に記載する。
燃料タイプの場所
図５は、混合燃料の流れの特性を明らかにする表500を示す。表500は、混合燃料の流れ開始時間前("TIME<0")、混合燃料の流れの開始時間("TIME=START"として示される)、及び混合燃料の流れの終了時間("TIME=FINAL"として示される)を列挙した時間行510を含む。混合燃料の流れの開始時間及び終了時間は、図４を参照して説明した混合燃料の流れの開始時間及び終了時間440a、440bであってもよい。表500はまた、燃料源、再循環器、及びエンジンとして示される燃料システム位置列520を含む。表500には第１及び第２の燃料タイプTYPE1、TYPE2があり、第１又は第２の燃料タイプTYPE1、TYPE2が、燃料システム位置列520に示された位置にあるかどうかを示す。
表500は、混合燃料の流れ開始時間前TIME<0にて、図３を参照して説明した燃料制御システム300のような燃料制御システムにおける燃料が、単一の燃料の流れであることを示す。図５に示すように、単一の燃料の流れは、第１の燃料タイプTYPE1からなる。第１の燃料タイプとしてHFO燃料を使用する実施形態に関して、燃料源310はHFO燃料を供給している。従って、第１のバルブ322は開いており、第２のバルブ324は閉じている。更に、再循環器350はHFO燃料で充填されている。同様に、エンジン20はHFO燃料を消費する。従って、燃料制御システム300全体は、第１の燃料源312からの第１の燃料タイプで充填される。
混合燃料の流れの開始時間であるTIME=STARTにて、燃料源310は第２の燃料タイプTYPE2を供給する。従って、第１のバルブ322が閉じ、第２のバルブ324が開いている。再循環器350及びエンジン20は、第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプの両方で充填される。第２の燃料タイプがMGO燃料である実施形態では、再循環器350は、HFO及びMGO燃料で充填される。同様に、エンジン20はHFO及びMGO燃料を消費する。従って、燃料制御システム300の一部は、MGO燃料からなる単一の燃料流れで充填されてもよく、燃料制御システム300の別の部分は、HFO及びMGO燃料から構成される混合燃料の流れで満たされてもよい。
混合燃料の流れの終了時間であるTIME=FINALでは、燃料源310は第２の燃料タイプTYPE2を供給する。従って、第１のバルブ322が閉じ、第２のバルブ324が開いている。再循環器350及びエンジン20は、第２の燃料タイプで充填される。第２の燃料タイプがMGO燃料である実施形態では、再循環器350はMGO燃料で満たされる。同様に、エンジン20はMGO燃料を消費している。従って、燃料制御システム300全体は、第２の燃料源314から第２の燃料タイプで充填される。
上記は第１及び第２の燃料タイプTYPE1、TYPE2のパーセント濃度に言及するが、他の濃度が用いられ得る。例えば、第１及び第２の燃料タイプTYPE1、TYPE2の体積濃度が決定される。第１の燃料タイプTYPE1の体積濃度は、以下の式(５)を用いて決定することができる。
Figure 2019502858
上記の式(５)を微分して、第１の燃料タイプの濃度の変化率を求めることができる。例えば、以下の式(６)を用いて第１の燃料タイプの濃度の変化率を求めることができる。
Figure 2019502858
 上記式(６)は微分方程式であって、時間の関数としての第１の燃料タイプTYPE1の濃度を決定するために時間に関して積分され得る。理解されるように、上記式(６)の積分は以下の式(７)に帰結する。
Figure 2019502858
式(７)は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにすることを経験的に精緻化するための近似として使用することができる。例えば、式(７)を使用して、既知の値及びパラメータ、例えば混合比などに基づいて、混合燃料の流れの総流量に関する理論解を精緻化することができる。図６に関連して以下の記載が示すように、これら及び他の方法が用いられる。
方法
図６は、混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする方法600を示す。図６に示すように、ステップ610にて、方法は混合燃料を流すことにより開始する。ステップ620にて、方法は第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプの密度を決定する。第１及び第２の燃料タイプは夫々、上述した第１の燃料源312及び第２の燃料源314によって供給されるHFO燃料及びMGO燃料である。ステップ630において、方法600は、混合燃料の流れ期間中の総流量を決定する。総流量は、第１の燃料タイプの密度及び第２の燃料タイプの密度から決定される。
ステップ610にて、方法600は、第１及び第２の燃料源から混合燃料を図３に示す流量計5に供給させる。混合燃料は、バルブ320を開閉することによって供給される。例えば、燃料制御システム300が第１の燃料タイプからなる単一の燃料流を有する場合、第１のバルブ322は閉じられ、第２のバルブ324は開かれて、燃料源310が第１の燃料タイプから第２の燃料タイプに切り替えられる。しかし、第１の燃料タイプは未だ図３に示す燃料制御システム300内に存在する。従って、流量計5を流れる燃料は、混合燃料の流れ期間中の混合燃料の流れである。
ステップ620にて、方法600は流量計5を使用して第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプの密度を測定する。流量計5は、任意の適切な手段を用いて密度を測定することができる。測定された密度は、コントローラ360に提供される。コントローラ360は、密度を使用して、第１及び第２の燃料タイプの濃度を決定する。例えば、コントローラ360は、前述の式(１)及び(２)を用いる方法を実行する。しかし、密度は、任意の適切な流体特性または特徴を決定するために使用され得る。
ステップ630にて、方法600は、前述した混合燃料の流れ期間440のような混合燃料の流れ期間中の総流量を決定する。混合燃料の流れ期間は、燃料流れの密度または温度の変化などのような流体特性を使用して決定される。混合燃料の流れ期間はまた、コントローラ360によって送信及び/又は受信されるバルブ開信号及び閉信号などの信号から決定される。混合燃料の流れ期間中に決定される総流量は、例えば、上記式(３)及び(４)を使用して第１及び第２の燃料流れの濃度を用いて決定される総質量流量であってもよい。
上記で説明したように、燃料制御システム300及び方法600は、混合燃料の流れ期間440の特性を明らかにすることができる。燃料制御システム300は、混合燃料流れ内の第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプの密度を決定するように構成される。第１及び第２の燃料タイプの密度を用いて、混合燃料流れの総流量が決定される。燃料制御システム300を介して、例えば第１の燃料タイプの総流量を知ることによって、燃料制御システム300は、最適な燃料切り替えを実行することができる。例えば、燃料交換を必要とする領域に船舶が接近した場合には、混合燃料の流れの特性に基づいて燃料の切替え時間を決定することができる。即ち、船舶がその領域に進入するまでに第１の燃料タイプが十分に消費されるように、燃料の切替えが行われる。従って、より高価なグレードの燃料は必要とされるまで使用されず、それによって燃料費を削減することができる。
上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。実際、当業者は上述の実施形態のうちの一部の構成部材をさまざまに組み合わせて又は除去してさらなる実施形態を作成してもよいし、また、このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内及び教示範囲内に含まれることを理解するだろう。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術及び教示の範囲に含まれるさらなる実施形態を作成するために、上述の実施形態を全体的に又は部分的に組み合わせてもよい。
以上のように、特定の実施形態が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな均等な変更が可能である。本明細書に記載の教示を上述の及びそれに対応する図面に記載の実施形態のみでなく、混合流体の流れ期間の特性を明らかにする他のシステム及び方法にも適用することができる。したがって、本発明の技術範囲は添付の特許請求の範囲によって決まる。

Claims (18)

  1. 混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする方法であって、
    少なくとも第１の燃料タイプと第２の燃料タイプからなる混合燃料を流す工程と、
    第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とを決定する工程と、
    第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とから決定される総流量を決定する工程を備える、方法。
  2. 更に、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間を決定する工程を備える、請求項１に記載の方法。
  3. 更に、混合燃料の流れ期間中の第１の燃料タイプの濃度及び第２の燃料タイプの濃度を決定する工程を備える、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 更に、混合燃料流れ中の総流量を、第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプの少なくとも１つの単一燃料流れの総流量と加算する工程を備える、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
  5. 総流量は第１の燃料タイプ、第２の燃料タイプ、及び混合燃料流れの少なくとも１つの総流量からなる、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
  6. 混合燃料の流れ期間は、温度変化、密度変化及び混合燃料の流れと関連する信号の少なくとも１つから決定される、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
  7. 混合燃料の流れ期間は、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間からなる、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
  8. 総流量は、総質量流量からなる、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
  9. 混合燃料の流れ期間の特性を明らかにする燃料制御システム(300)であって、
    第１の燃料タイプを有する第１の燃料源(312)と、
    第２の燃料タイプを有する第２の燃料源(314)と、
    第１の燃料源(312)及び第２の燃料源(314)に流体が行き来可能に連結され、第１の燃料タイプの密度及び第２の燃料タイプの密度を測定するように構成された流量計(5)と、
    流量計(5)に通信可能に結合されたコントローラ(360)を備え、
    コントローラ(360)は、総流量を決定するように構成され、総流量は、第１の燃料タイプの密度と第２の燃料タイプの密度とから決定される、燃料制御システム(300)。
  10. 更に第１の燃料源(312)に流体が行き来可能に連結された第１のバルブ(322)と、第２の燃料源(314)に流体が行き来可能に連結された第２のバルブ(324)とを備え、第１のバルブ(322)と第２のバルブ(324)はコントローラ(360)と流体が行き来可能に連結されている、請求項９に記載の燃料制御システム(300)。
  11. 更に、流量計(5)及びエンジン(20)に流体が行き来可能に接続された再循環器(350)を備え、再循環器(350)は、エンジンによって供給される未消費燃料をエンジン(20)に戻して再循環させるように構成されている、請求項９又は１０に記載の燃料制御システム(300)。
  12. コントローラ(360)は更に、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間を決定するように構成されている、請求項９乃至１１の何れかに記載の燃料制御システム(300)。
  13. コントローラ(360)は更に、第１の燃料タイプの濃度と、第２の燃料タイプの濃度とを決定するように構成されている、請求項９乃至１２の何れかに記載の燃料制御システム(300)。
  14. コントローラ(360)は更に、第１の燃料タイプ及び第２の燃料タイプのうちの少なくとも1つの単一燃料流れの総流量を総流量に加算するように構成される、請求項９乃至１３の何れかに記載の燃料制御システム(300)。
  15. 総流量は、第１の燃料タイプ、第２の燃料タイプ、及び混合燃料流れの少なくとも１つの総流量からなる、請求項９乃至１４の何れかに記載の燃料制御システム(300)。
  16. 混合燃料の流れ期間は、温度変化、密度変化、及び混合燃料の流れに関連する信号の少なくとも1つから決定される、請求項９乃至１５の何れかに記載の燃料制御システム(300)。
  17. 混合燃料の流れ期間は、混合燃料の流れの開始時間及び混合燃料の流れの終了時間からなる、請求項９乃至１６の何れかに記載の燃料制御システム(300)。
  18. 総流量は、総質量流量からなる、請求項９乃至１７の何れかに記載の燃料制御システム(300)。
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