JP2019519740A - 非冷却式加圧液化天然ガスタンクに送られたエネルギの量をリアルタイムに計算する方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
の使用に切り換える関係者が増えている。
きる。第1に、LNGの温度は、残存熱入力により、非冷却式加圧タンクでの貯蔵期間全体にわたって上昇する。この場合に、この温度上昇により、(体積が最大で20%を超える範囲で増大することがある)流体の熱膨張が生じ、ひいては、流体のエネルギ密度が落ちる。
視を必要とするシステムにおいて問題であり得る。通常、LNGで動く貨物自動車において
、600LのLNGを収容する同じ貯蔵器の場合に、同一組成のLNGに対して、LNGが重くかつ冷
たいかどうか、またはLNGが軽くかつ温かいかどうかに応じて、約15-20%のLNGの体積エ
ネルギ密度の違いが認められることがある。これは、実際上、比較例に示すように、始動時に同じ量のLNGが導入された場合に、走行キロメートル数に関して100キロメートル程度の差をもたらす。
ータにリアルタイムで知らせる問題解決策はない。オペレータにとって入手可能な情報は、ガス組成物の圧力、(最良の場合の)LNGの温度、およびタンクの充填高さのみである
。
とLNGの転送質量との既知の最新組成を使用して、国際規格ISO 6976.1995に準拠したエネルギ計算が行われる。この計算は、金融取引のための基準として使用される。このように、LNGが実質的にメタン、エタン、プロパン、イソブタン、n−ブタン、イソ−ペンタン、n-ペンタン、および窒素からなることを前提として、式(1)による、LNGの燃焼温度におけるこの計算から、LNGの総熱量GCVmassが求められ、
− GCVmassは、LNGの熱量を表し、
− Tc GCVが計算される燃焼温度、
− xj 混合物の成分jのモル分率、
− Mj 成分jのモル質量、
− M 標準規格NF EN ISO 976から得られるLNGのモル質量、
− GCVmass_j ISO 6976.1995の図表から得られる成分jの総熱量、
である。
がかかることがある。実際上、クロマトグラフの導入が必要である。
− 供給管理:現在のところ、特定のタンク(特に、貨物自動車のタンク)に対するLNGの供給管理は、貯蔵器に残った液体の体積のみに基づいている。しかし、タンクに接続
されたユニットによって要求されたエネルギに基づく管理の方が一貫性がある。それが、例えば、引き続き走行できるキロメートル数を評価するために必要とされるデータだからである。
− 燃料不足および燃料切れの回避:LNGのエネルギ密度に応じて、ユニットの体積消
費量が急激に多くなることがあり、その理由は、この場合に、同じエネルギ量を得るために、より多量のLNGが必要とされるからである。オペレータが予定しないこの変動は、燃
料の予期しない不足、ひいては燃料切れを引き起こすことがある。
− オペレータのトレーニング:LNG燃料市場は、比較的規模が小さい。市場関係者は
、ほとんどが、LNGを取り扱うのに適したトレーニングを受け、よい練習をした専門家で
ある。しかし、市場が急速に成長した場合に、トレーニング不足の関係者が、LNGの消費
に対処し、かつ/またはLNGの消費を管理する必要がある。タンク内に含まれるエネルギ
量が分かることで、これらのオペレータが容易に理解できる大きさ(例えば、残りのキロメートル数)を簡単に計算することが可能になる。
れる熱力学的パラメータ(タンク内のLNGの密度、LNGの層の温度および高さ)だけを使用して、タンクに収容されたLNGの組成を知ることなく、LNGのエネルギ含量をリアルタイムに、より良好に計画することを可能にする問題解決策を用意した。
前記方法は、所与の瞬間tにおいて、以下のステップ:
A.以下の測定によって、LNG層の特性パラメータを取得するステップと、
− 高さセンサを使用する、タンク内のLNG層の高さhの測定、
− 温度センサを使用する温度Tの測定、
− 密度センサを使用する密度ρの測定、
B.タンク内に収容されたLNGの全質量mtを求めるステップと、
を含むアルゴリズムからなり、
前記方法は、前記アルゴリズムが、各瞬間tに対して、以下のステップ:
C.以下の式に従い、液体の温度および密度をパラメータとして用いる関数fを使用して、LNGの質量総熱量GCVmassを計算するステップと、
情報を用いて、本発明による方法のアルゴリズムは、任意のタンク内に含まれる残存化学エネルギの実際の量を即座に計算することを可能にする。
る。実際上、通常では、LNGの質量GCVは、一般に、LNGが単にメタン、エタン、プロパン
、イソブタン、n-ブタン、イソ−ペンタン、n-ペンタン、および窒素で構成されるという近似を行うことで、LNGの組成に従って計算される。
最大で約3%であり、これは、対象とする組成の温度と同じ温度での、重LNG(メタン以外の炭化水素を10%を超えて含有)のGCVmassと軽LNG(純粋なメタンを99%を超えて含有)との間に認められる差である。
は、例えば、約1秒とすることも、または適用可能な場合に、使用されるセンサ技術に応
じて、潜在的遅延を考慮して最適に設定することもできる。
に従った計算により行うことができる。
− hは、タンク内のLNGの層の高さ
− ρはLNGの密度
− gは、タンクの形状に関係する関数であり、体積に対して一定の値を付与する
を取ることができる。
− Aは所与の温度に対して一定値
− Bは、組成とは無関係の定数
前記システムは、
− 前記タンクに設けられた高さセンサ、温度センサ、および密度センサに接続されることを意図され、本発明による方法のアルゴリズムを実行することができる計算機と、
− 接続された計算機を用いて本発明による方法のアルゴリズムが実行された場合に、このアルゴリズムによって得られた残存化学エネルギの量をオペレータに知らせるために、前記計算機と相互作用するMMIインターフェイスと、
を含むことを特徴とする。
ために、使用者が、残存エネルギの量に関する情報の任意の可聴信号または機械信号によって、見る、または通知を受けることを可能にするマン−マシンインターフェイスを意味する。
コンピュータキーボード、LED表示灯、タッチスクリーンおよびタブレット、拡声器など
を挙げることができる。
・計算機は、前記高さセンサ、温度センサ、および密度センサに接続された車載計算機とすることができ、計算機は、特に、本発明による方法のアルゴリズムを実行するように設計され、
・MMIインターフェイスも車載式とするか、あるいは(例えば、車両が制御センタに接
続されている場合にオフセットとすることができる。
性(autonomy)の持続時間をオペレータ(ここでは運転者)に知らせるために、特に、前記車載計算機と相互作用する車載ダッシュボードタイプとすることができる。
可能にするように組み立てられた車載コンピュータを意味する。
受けていない場合でさえ、タンク内内に含まれる残存化学エネルギ量の値をオペレータにとって容易に利用可能にする。本発明によるシステムはまた、車載コンピュータなどのサードパーティシステムにこの値を供給するのを可能にする。
ランスまたは応力ゲージをさらに含むことができる。
ングを受けていないオペレータが容易に使用することができる。実際上、このシステムは、タンク内の残存エネルギの値を表示するか、またはコンピュータに残存エネルギの値を送ることを可能にし、次いで、コンピュータは、タンクにもう一度補充することが必要になる前に、残りのキロメートル数を残存エネルギから推定することができる。
の一連の測定の結果を示している。これらの測定点は、−160℃でのこの特定の場合にお
いて、式f(ρ)=0.0283ρ−0.7791で表される回帰直線によって、十分に関係付ける
ことができる(相関係数R2=0.957)。したがって、この式fは、LNGが−160℃の温度に
あるときに、LNGのGCVmassを求めるための相関関数として使用することができる。
後、またはオペレータ7からの命令が届いた後、タンク内に存在する密度センサ4、温度センサ3、および高さセンサ2は、タンク内の液体の温度と、この液体の密度と、さらには高さとの値を読み込む。次いで、この情報は、オペレータ7が、マン−マシンインターフェ
イス(MMI)6を介して、タンク1の形状、およびタンク1の特徴的な寸法、この特定の場合
には半径を前もって入力している計算機5に送られる。これは、計算機5が、タンク内に収容されたLNGの全質量mtを求めるために使用される関数g(h)を定めることを可能にする。
ク内内に含まれる残存エネルギEの値を得るのが可能になる。次いで、残存エネルギEの値は、MMI6を介してオペレータに供給することも、または残りのキロメートル数などの容易に理解できる情報を得るために再処理することもできる。
この実施例は、非冷却式の貯蔵器に貯蔵されたLNGの体積エネルギ密度の変動を示して
いる。
場合と、同じ組成であるが軽く温かいLNG(ケースb):14barで平衡)の場合とにおける
残存化学エネルギEが求められる。
前提として、LNGは、表1で下記に示す以下の組成を有する。
○燃焼温度Tc=0℃
○圧力:1.01325bar
− 質量GCV(Tc)=14.99kWh/kg、標準規格ISO 6976:1995の式に準拠して計算
− LNGの温度T=−147.07℃
− 密度=443.7153kg/m3
E=0.6×密度×GCVmass=3990kWh
LNGは、下記に表2で示す組成と同じ組成を有する。
○燃焼温度Tc=0℃
○圧力:1.01325bar
− 質量GCV(Tc)=15.37kWh/kg、標準規格ISO 6976:1995の式に準拠して計算
− LNGの温度T=−112.5℃
− 密度=355.65kg/m3
E=0.6×密度×GCVmass=3279kWh
える差が認められる。言い換えると、600リットルの同じ初期体積のLNGに対するエネルギのこの差は、貯蔵器に導入されるLNGが、冷たく重い場合に(ケースa)、ケースb)で走
行するキロメートル数と比較して、さらに100キロメートル走行できるようにする。
図5〜7は、それぞれ、円筒形であり、水平であるLNGのタンクを移送する車両のダッシ
ュボードのスクリーン取込み図であり、本発明の方法に従った残存化学エネルギEの計算
に使用される入力データと、さらにはこの計算の結果とを示している。
である。
− 形状:タンクを担持する車両内に水平に配置されたシリンダ、
− 寸法:
○長さ:1.2m、
○直径:0.7m、
− 温度T:−152.2℃、
− 密度ρ:420.2kg/m3、
− 高さh:0.501m、
Claims (8)
- 形状および寸法によって画定され、液化天然ガス(LNG)の層を収容する加圧タンク(1)内に含まれる残存化学エネルギEをリアルタイムに計算する方法であって、前記LNG層は、所与の瞬間tにおいて、前記タンク内でのLNG層の温度T、LNG層の密度ρ、およびLNG層
の高さhによって定義され、
前記方法は、所与の瞬間tにおいて、以下のステップ:
A.以下の測定によって、前記LNG層の特性パラメータを取得するステップと、
− 高さセンサ(2)を使用する前記タンク内の前記LNG層の前記高さhの測定、
− 温度センサ(3)を使用する前記温度Tの測定、
− 密度センサ(4)を使用する前記密度ρの測定、
B.前記タンク(1)内に収容された前記LNGの全質量mtを求めるステップと、
を含むアルゴリズムからなる、方法において、
前記アルゴリズムは、各瞬間tに対して、以下のステップ:
C.以下の式に従い、前記液体の前記温度および前記密度をパラメータとして用いる関
数fを使用して、前記LNGの質量総熱量GCVmassを計算するステップと、
- ・前記アルゴリズムは、前記タンク(1)を使用するオペレータ(7)から要求されたときに繰り返して行われるか、
・または、前記アルゴリズムは、所与の時間間隔Δtが経過した直後に自動的に行われ
るか、
のいずれかである、請求項1に記載の方法。 - 前記タンク(1)に収容されたLNGの前記全質量mtの導出は、バランスまたは応力ゲージを使用する直接測定によって行われる、請求項1または2に記載の方法。
- 前記タンク(1)に収容されたLNGの前記全質量mtの導出は、以下の式に従った計算によって行われる、請求項1または2に記載の方法。
− hは、前記タンク内の前記LNG層の前記高さ
− ρは、前記LNGの前記密度
− gは、前記タンクの前記形状に関係する関数 - 前記質量総熱量GCVmassを前記パラメータTおよびρに関係付ける関数fは、以下の形を
取る、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
− Aは、所与の温度に対して一定値
− Bは、組成とは無関係の定数 - 形状および寸法によって画定され、液化天然ガス(LNG)の層を収容する加圧タンク(1
)内に含まれる残存化学エネルギEを請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法に従って、
リアルタイムに計算するためのシステムであって、前記LNG層は、所与の瞬間tにおいて、前記タンク内でのLNG層の温度T、LNG層の密度ρ、およびLNG層の高さhによって定義され
、
前記システムは、
− 前記タンク(1)に設けられた高さセンサ(2)、温度センサ(3)、および密度セ
ンサ(4)に接続されることを意図され、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法の前記
アルゴリズムを実行することができる計算機(5)と、
− 請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法の前記アルゴリズムによって得られた残存化学エネルギの量をオペレータに知らせるために、前記計算機(5)と相互作用するMMIインターフェイス(6)と、
を含むことを特徴とする、システム。 - 車載システムであり、
・前記計算機(5)は、前記高さセンサ(2)、温度センサ(3)、および密度センサ(4)に接続された車載計算機であり、前記計算機(5)は、特に、本発明に記載の方法の前
記アルゴリズムを実行するように設計され、
・前記MMIインターフェイス(6)は、車載ダッシュボードタイプの車載インターフェイス、またはオフセットインターフェイスである、
請求項6に記載のシステム。 - 液化天然ガスの層を収容し、高さセンサ(2)、温度センサ(3)、および密度センサ(4)を設けられた加圧タンク(1)を含む車両であって、請求項6または7に記載のシステムをさらに含むことを特徴とする車両。
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