JP2023028827A - 燃料供給装置および燃料供給装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管内で液体燃料を気化させることなく安定的に液体燃料をバーナへ供給する。【解決手段】液体燃料をバーナ２１０へ供給する燃料供給装置１００であって、液体燃料と液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する圧力容器２０と、圧力容器２０からバーナ２１０へ液体燃料を導く第１配管Ｌ１と、圧力容器２０の内部の圧力を調整することにより、圧力容器２０から第１配管Ｌ１を介してバーナ２１０へ供給される液体燃料の流量を調整する流量調整部４０と、を備える燃料供給装置１００を提供する。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料供給装置および燃料供給装置の制御方法に関するものである。

従来、燃焼時に二酸化炭素が発生しない燃料であるアンモニアを石炭等の固体燃料とともに燃焼させ、二酸化炭素の発生量を減少させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される燃焼装置は、バーナに固体燃料および気体のアンモニアを供給し、固体燃料とアンモニアとを混焼させる。

特開２０１９－２０３６３１号公報

しかしながら、気体のアンモニアを燃料として用いる場合は以下の問題がある。アンモニアの一般的な流通形態である液化アンモニア（加圧状態または保冷状態）を気化させて気体のアンモニアを生成する際に、大きなエネルギーが必要となる。また、他の気体燃料（メタン、プロパン、天然ガス等）と比較して、アンモニアの単位体積当たりの発熱量が低い。

また、アンモニアの燃焼により発生する水分により熱損失（排ガス損失）が大きくなる。このため、所望のエネルギーを得るために必要な燃料量が増加し、燃料貯蔵・供給設備が大型化する場合がある。また、既存の燃料貯蔵・供給設備を転用する場合は、燃焼設備としての容量（燃焼量）が小さくなる場合がある。

一方、液化アンモニアを使用することで、気体のアンモニアと比べて燃料貯蔵・供給設備の大型化は回避可能であるが、以下の課題がある。液化アンモニアは、常温における蒸気圧が高く（２０℃で約０．７５ＭｐａＧ）、常温環境下で使用する場合、燃料系統内で気化し、バーナなどの燃焼設備へ安定的に供給できない可能性がある。特に、圧力または流量の制御のために弁（絞り部）を設置する場合、弁で発生する差圧によって、弁より下流側の圧力が液化アンモニアの蒸気圧以下となって気化（フラッシュ）が発生し、安定的な制御ができない可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、配管内で液体燃料を気化させることなく安定的に液体燃料をバーナへ供給することが可能な燃料供給装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る燃料供給装置は、液体燃料をバーナへ供給する燃料供給装置であって、前記液体燃料と前記液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する圧力容器と、前記圧力容器から前記バーナへ前記液体燃料を導く第１配管と、前記圧力容器の内部の圧力を調整することにより、前記圧力容器から前記第１配管を介して前記バーナへ供給される前記液体燃料の流量を調整する流量調整部と、を備える。

本開示の一態様に係る燃料供給装置の制御方法は、液体燃料をバーナへ供給する燃料供給装置の制御方法であって、前記燃料供給装置は、前記液体燃料と前記液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する圧力容器と、前記圧力容器から前記バーナへ前記液体燃料を導く第１配管と、を有し、前記圧力容器の内部の圧力を調整することにより、前記第１配管を介して前記圧力容器から前記バーナへ供給される前記液体燃料の流量を調整する制御工程を備える。

本開示によれば、配管内で液体燃料を気化させることなく安定的に液体燃料をバーナへ供給することが可能な燃料供給装置およびその制御方法を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係るボイラシステムを示す概略構成図である。 アンモニアの蒸気圧曲線を示すグラフである。 本開示の第１実施形態に係る燃料供給装置における目標圧力の時間変化を示すグラフである。 本開示の第１実施形態に係る燃料供給装置における加熱量の時間変化を示すグラフである。 本開示の第１実施形態に係る燃料供給装置における弁開度の時間変化を示すグラフである。 本開示の第１実施形態の変形例に係る燃料供給装置における加熱量の時間変化を示すグラフである。 本開示の第１実施形態の変形例に係る燃料供給装置における弁開度の時間変化を示すグラフである。 本開示の第２実施形態に係るボイラシステムを示す概略構成図である。 本開示の第３実施形態に係るボイラシステムを示す概略構成図である。 本開示の第４実施形態に係るボイラシステムを示す概略構成図である。 本開示の第５実施形態に係るボイラシステムを示す概略構成図である。 本開示の第６実施形態に係るボイラシステムを示す概略構成図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本開示の第１実施形態に係るボイラシステムについて、図面を参照して説明する。本実施形態のボイラシステムは、燃料供給装置１００と、燃料供給装置１００から供給される液体燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラ２００と、を備える。ボイラ２００が発生させた蒸気は、例えば、発電機（図示略）に連結された蒸気タービン（図示略）を回転させる動力として用いられる。

本実施形態の燃料供給装置１００は、液体燃料をボイラ２００が有するバーナ２１０へ供給する装置である。本実施形態で使用する液体燃料は、燃料供給装置１００が設置される環境温度において気化する可能性がある燃料（低沸点燃料）であり、例えば、液化アンモニアである。図２に示すように、アンモニアは、常温（３０℃）の条件では、蒸気圧である約１．０２ＭＰａＧ以下の圧力では気化し、蒸気圧以上に加圧することにより液体となる。燃料供給装置１００は、燃料供給装置１００が設置される環境温度における蒸気圧を超える圧力でアンモニアを加圧した状態を維持し、液化アンモニアをバーナ２１０へ供給する。

燃料供給装置１００がバーナ２１０に供給する液体燃料として、アンモニアとは異なる他の液体燃料を採用してもよい。例えば、アンモニア水溶液、ジメチルエーテル、メタノール、メタノール水溶液、エタノール、エタノール水溶液、ナフサ、または原油など、大気圧における沸点が８０℃以下の他の液体燃料を採用してもよい。

図１に示すように、燃料供給装置１００は、貯留タンク（貯留部）１０と、圧力容器２０と、供給ポンプ３０と、流量調整部４０と、圧力センサ（圧力検出部）５０と、制御部９０と、第１配管Ｌ１と、第２配管Ｌ２と、第３配管Ｌ３と、を備える。第１配管Ｌ１は、圧力容器２０からバーナ２１０へ液体燃料を導く配管である。第２配管Ｌ２は、貯留タンク１０から圧力容器２０へ液体燃料を導く配管である。第３配管Ｌ３は、圧力容器２０の上部に接続されるとともに圧力容器２０に保持される気化した燃料ガスを貯留タンク１０へ導く配管である。

貯留タンク１０は、液体燃料を貯留するタンクである。貯留タンク１０は、液体燃料を、燃料供給装置１００が設置される環境温度における飽和蒸気圧を超える圧力で加圧した状態を維持する。また、貯留タンク１０は、液体燃料を、液化温度（露点）を下回る温度に維持することで液体燃料が気化しないように維持するものであってもよい。

圧力容器２０は、液体燃料と液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する容器である。圧力容器２０の下層側は、液体燃料が保持される液相領域Ａ１となっている。圧力容器２０の上層側は、燃料ガスが保持される気相領域Ａ２となっている。

供給ポンプ３０は、貯留タンク１０から圧力容器２０へ液体燃料を供給する装置である。供給ポンプ３０は、貯留タンク１０から圧力容器２０へ液体燃料を導く第２配管Ｌ２に配置されている。供給ポンプ３０は、例えば、スクリューポンプなどの容積式ポンプである。供給ポンプ３０を駆動する電動機は、制御部９０から伝達される制御信号により回転数が制御される。

流量調整部４０は、圧力容器２０の気相領域Ａ２に保持される燃料ガスの圧力を調整することにより、圧力容器２０から第１配管Ｌ１を介してバーナ２１０へ供給される液体燃料の圧力を調整する装置である。バーナ２１０からは、供給圧力に応じた流量の液体燃料がボイラ２００の内部に投入される。流量調整部４０は、加熱部４１と、圧力調整弁４２と、を有する。

加熱部４１は、圧力容器２０の液相領域Ａ１に保持される液体燃料を加熱することにより液体燃料の一部を気化させ、圧力容器２０の内部の圧力を上昇させる装置である。加熱部４１は、制御部９０から伝達される制御信号に応じた加熱量を発生するようにヒータ４１ａを加熱する。

圧力調整弁４２は、第３配管Ｌ３に配置され、圧力容器２０の気相領域Ａ２に保持される燃料ガスの排出量を調整することにより、圧力容器２０の内部の圧力を調整する弁である。圧力調整弁４２の弁開度は、制御部９０から伝達される制御信号により調整される。圧力調整弁４２を通過した燃料ガスは、第３配管Ｌ３を介して貯留タンク１０の上層側の空間に導かれる。

圧力センサ５０は、第１配管Ｌ１に配置され、バーナ２１０に供給される液体燃料の圧力を検出する装置である。圧力センサ５０が検出する圧力は、制御部９０に伝達される。

制御部９０は、燃料供給装置１００の各部を制御する装置である。制御部９０は、圧力センサ５０が検出する圧力が所定の目標圧力となるように流量調整部４０を制御する。流量調整部４０は、制御部９０から伝達される制御信号に基づいて、圧力センサ５０が検出する圧力が所定の目標圧力となるように、圧力容器２０の内部の圧力を調整することによって、バーナ２１０からボイラ２００内部に投入される液体燃料の流量を調整することができる。

次に、図３から図５を参照して、バーナ２１０からボイラ２００内部へ投入される液体燃料の流量を調整する調整方法について説明する。液体燃料の流量は、制御部９０から伝達される制御信号に基づいて、流量調整部４０により調整される。

図３は、本実施形態に係る燃料供給装置１００における目標圧力の時間変化を示すグラフである。目標圧力Ｐｔは、第１配管Ｌ１を通過する液体燃料のバーナ２１０への供給圧力の目標値である。目標圧力Ｐｔが高いほど第１配管Ｌ１を介して単位時間当たりにバーナ２１０からボイラ２００へ供給される液体燃料の流量が多くなり、目標圧力Ｐｔが低いほど第１配管Ｌ１を介して単位時間当たりにバーナ２１０からボイラ２００へ供給される液体燃料の流量が少なくなる。制御部９０は、目標圧力Ｐｔを制御することにより、バーナ２１０からボイラ２００へ供給される液体燃料の流量を調整する。

図３において、実線は、目標圧力Ｐｔを時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間で第１目標圧力Ｐｔ１から第２目標圧力Ｐｔ２に増加させた状態を示す。図３において、点線は、目標圧力Ｐｔを時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間で第２目標圧力Ｐｔ２から第１目標圧力Ｐｔ１に減少させた状態を示す。制御部９０は、バーナ２１０へ供給する液体燃料の流量を増加させる場合、図３に実線で示す目標圧力Ｐｔを設定する。また、制御部９０は、バーナ２１０へ供給する液体燃料の流量を減少させる場合、図３に点線で示す目標圧力Ｐｔを設定する。

制御部９０は、圧力センサ５０が検出する圧力と目標圧力Ｐｔとが一致するように加熱部４１の加熱量を制御する。図３に実線で示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までは目標圧力Ｐｔが第１目標圧力Ｐｔ１で一定である。そのため、図４に実線で示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの加熱部４１による加熱量は第１加熱量Ｑ１で一定である。制御部９０は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までは、第１加熱量Ｑ１を維持するように加熱部４１を制御する。

一方、図３に実線で示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは目標圧力Ｐｔが第１目標圧力Ｐｔ１から第２目標圧力Ｐｔ２に増加している。そのため、図４に実線で示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの加熱部４１による加熱量は第１加熱量Ｑ１から第２加熱量Ｑ２に増加している。制御部９０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは、第１加熱量Ｑ１から第２加熱量Ｑ２に増加するように加熱部４１を制御する。

図３に点線で示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までは目標圧力Ｐｔが第２目標圧力Ｐｔ２で一定である。そのため、図４に点線で示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの加熱部４１による加熱量は第２加熱量Ｑ２で一定である。制御部９０は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までは、第２加熱量Ｑ２を維持するように加熱部４１を制御する。

一方、図３に点線で示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは目標圧力Ｐｔが第２目標圧力Ｐｔ２から第１目標圧力Ｐｔ１に減少している。そのため、図４に点線で示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの加熱部４１による加熱量は第２加熱量Ｑ２から第１加熱量Ｑ１に減少している。制御部９０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは、第２加熱量Ｑ２から第１加熱量Ｑ１に減少するように加熱部４１を制御する。

以上のように、制御部９０が、圧力センサ５０が検出する圧力と目標圧力Ｐｔとが一致するように加熱部４１の加熱量を制御するが、加熱部４１の応答遅れや加熱部４１の加熱量の変化に対する気相領域Ａ２の圧力の変化の応答遅れなどが発生する。そこで、制御部９０は、圧力センサ５０が検出する圧力と目標圧力Ｐｔとが一致するように圧力調整弁４２の弁開度を調整する。

図５に示すように、圧力調整弁４２の弁開度は、第１開度Ｏ１を中心に、圧力センサ５０が検出する圧力が目標圧力Ｐｔを上回る場合は第１開度Ｏ１よりも開度を増加させ、圧力センサ５０が検出する圧力が目標圧力Ｐｔを下回る場合は第１開度Ｏ１よりも開度を減少させるよう制御される。

図５に実線で示すように、時刻Ｔ１において、弁開度が第１開度Ｏ１よりも大きく減少し、その後に増加している。これは、時刻Ｔ１で増加を開始した加熱部４１の加熱量に対して気相領域Ａ２の燃焼ガスの圧力の上昇が遅れ、圧力センサ５０が検出する圧力を目標圧力Ｐｔに一致させるために弁開度を減少させているからである。

また、図５に点線で示すように、時刻Ｔ１において、弁開度が第１開度Ｏ１よりも大きく増加し、その後に減少している。これは、時刻Ｔ１で減少を開始した加熱部４１の加熱量に対して気相領域Ａ２の燃焼ガスの圧力の低下が遅れ、圧力センサ５０が検出する圧力を目標圧力Ｐｔに一致させるために弁開度を増加させているからである。

次に、本実施形態の変形例に係る燃料供給装置における加熱量の時間変化および弁開度の時間変化について、図６および図７を用いて説明する。なお、本実施形態の変形例に係る燃料供給装置における目標圧力Ｐｔの時間変化は図３と同様である。

図４に実線で示すように、本実施形態では、目標圧力Ｐｔを時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで一定の勾配で増加させる際に、加熱量Ｑを時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで一定の勾配で増加させている。一方、本実施形態の変形例では、図６に実線で示すように、加熱量Ｑを時刻Ｔ１から時刻Ｔ４まで一定の勾配で増加させた後、時刻Ｔ４を経過した後に加熱量Ｑの増加率を一時的に増加させている。また、時刻Ｔ２において第２加熱量Ｑ２よりも多い第３加熱量Ｑ３とし、その後に第２加熱量Ｑ２に減少させている。

図７に実線で示すように、時刻Ｔ４は、弁開度が第２開度Ｏ２となる時刻である。制御部９０は、圧力調整弁４２の弁開度が第２開度Ｏ２となったことに応じて、圧力調整弁４２の弁開度を第２開度Ｏ２から第３開度Ｏ３まで増加させ、その後に第１開度Ｏ１を維持するように制御する。

制御部９０が、圧力調整弁４２の弁開度を第２開度Ｏ２となったことに応じて増加させているのは、圧力調整弁４２の弁開度が過度に小さくならないように第２開度Ｏ２を下限値として設定しているからである。また、制御部９０が、時刻Ｔ４を経過した後に加熱量Ｑの増加率を一時的に増加させているのは、圧力調整弁４２の弁開度の下限値を第２開度Ｏ２に設定したことにより、圧力センサ５０が検出する圧力が目標圧力Ｐｔを下回ってしまうため、その下回った圧力を補正するためである。

また、図４に点線で示すように、本実施形態では、目標圧力Ｐｔを時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで一定の勾配で減少させる際に、加熱量Ｑを時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで一定の勾配で減少させている。一方、本実施形態の変形例では、図６に点線で示すように、加熱量Ｑを時刻Ｔ１から時刻Ｔ４まで一定の勾配で減少させた後、時刻Ｔ４を経過した後に加熱量Ｑの減少率を一時的に増加させている。また、時刻Ｔ２において第１加熱量Ｑ１よりも少ない第４加熱量Ｑ４とし、その後に第１加熱量Ｑ１に減少させている。

図７に点線で示すように、時刻Ｔ４は、弁開度が第４開度Ｏ４となる時刻である。制御部９０は、圧力調整弁４２の弁開度が第４開度Ｏ４となったことに応じて、圧力調整弁４２の弁開度を第４開度Ｏ４から第５開度Ｏ５まで減少させ、その後に第１開度Ｏ１を維持するように制御する。

制御部９０が、圧力調整弁４２の弁開度を第４開度Ｏ４となったことに応じて減少させているのは、圧力調整弁４２の弁開度が過度に大きくならないように第４開度Ｏ４を上限値として設定しているからである。また、制御部９０が、時刻Ｔ４を経過した後に加熱量Ｑの減少率を一時的に増加させているのは、圧力調整弁４２の弁開度の上限値を第４開度Ｏ４に設定したことにより、圧力センサ５０が検出する圧力が目標圧力Ｐｔを上回ってしまうため、その上回った圧力を補正するためである。

以上説明した本実施形態の燃料供給装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態に係る燃料供給装置１００によれば、圧力容器２０に液体燃料と液体燃料が気化した燃料ガスとが保持されており、流量調整部４０が、圧力容器２０の内部の圧力を調整することにより、バーナ２１０からボイラ２００へ供給される液体燃料の流量が調整される。

貯留タンク１０から圧力容器２０へ液体燃料を導く第２配管Ｌ２、及び圧力容器２０からバーナ２１０へ液体燃料を導く第１配管Ｌ１には、液体燃料を減圧する弁が設けられていないため、第２配管Ｌ２及び第１配管Ｌ１内で液体燃料を気化させることなく安定的に液体燃料をバーナ２１０へ供給することができる。

本実施形態の燃料供給装置１００によれば、圧力容器２０に保持される液体燃料を加熱部４１により加熱することで圧力容器２０の内部の圧力を調整（増加）することができる。

本実施形態の燃料供給装置１００によれば、圧力容器２０の上部に接続される第３配管Ｌ３に配置された圧力調整弁４２により圧力容器２０に保持される燃料ガスの排出量を調整することで、圧力容器２０の内部の圧力を調整（減少）することができる。

本実施形態の燃料供給装置１００によれば、流量調整部４０が、第１配管Ｌ１に配置される圧力センサ５０が検出する液体燃料の圧力が所定の目標圧力Ｐｔになるように調整することで、バーナ２１０からボイラ２００へ供給される液体燃料の流量を適切に調整することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る燃料供給装置１００Ａについて説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態の燃料供給装置１００Ａは、流量検出部６０を備える点で第１実施形態の燃料供給装置１００と異なる。流量検出部６０は、第１配管Ｌ１に配置されるとともに第１配管Ｌ１を流通する液体燃料の流量を検出する装置である。流量検出部６０が検出する流量は、制御部９０に伝達される。

本実施形態において、制御部９０は、流量検出部６０が検出する流量が所定の目標流量となるように供給ポンプ３０を制御する。供給ポンプ３０は、例えば、スクリューポンプなどの容積式ポンプである。制御部９０は、供給ポンプを回転駆動する電動機の回転数を制御することにより供給ポンプ３０から吐出される液体燃料の流量を調整する。

本実施形態の燃料供給装置１００Ａによれば、供給ポンプ３０から吐出される液体燃料の流量が、第１配管Ｌ１に配置された流量検出部６０が検出する液体燃料の流量と等しくなるように制御する。これにより、圧力容器２０の内部の圧力を調整するために必要な量の液体燃料が圧力容器２０に保持され、所定の目標流量の液体燃料をバーナ２１０からボイラ２００へ供給することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係る燃料供給装置１００Ｂについて説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の燃料供給装置１００Ｂは、液体燃料検出部７０を備える点で第１実施形態の燃料供給装置１００と異なる。液体燃料検出部７０は、圧力容器２０に保持される液体燃料の量を検出するセンサである。液体燃料検出部７０は、例えば、圧力容器２０に保持される液体燃料の液面の高さを検出することにより、圧力容器２０に保持される液体燃料の量を検出する。液体燃料検出部７０が検出する液体燃料の量は、制御部９０に伝達される。

本実施形態において、制御部９０は、液体燃料検出部７０が検出する液体燃料の量が、所定の目標量（圧力容器２０の内部の圧力を調整するために必要な量）となるように供給ポンプ３０を制御する。供給ポンプ３０は、例えば、スクリューポンプなどの容積式ポンプである。制御部９０は、供給ポンプ３０を回転駆動する電動機の回転数を制御することにより供給ポンプ３０から吐出される液体燃料の量を調整する。

本実施形態の燃料供給装置１００Ｂによれば、液体燃料検出部７０により検出される圧力容器２０に保持される液体燃料の量が、所定の目標量となるように供給ポンプ３０を制御する。これにより、圧力容器２０の内部の圧力を調整するために必要な量の液体燃料が圧力容器２０に保持され、所定の目標流量の液体燃料をバーナ２１０からボイラ２００へ供給することができる。

〔第４実施形態〕
次に、本開示の第４実施形態に係る燃料供給装置１００Ｃについて説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の燃料供給装置１００において、流量調整部４０は、圧力容器２０の上方に保持される燃料ガスの排出量を調整して圧力容器２０の内部の圧力を調整するものであった。それに対して、本実施形態の流量調整部４０Ｃは、貯留タンク（圧力容器）１０に保持される燃料ガスの圧力を調整するものである。

図１０に示すように、本実施形態の流量調整部４０Ｃは、貯留タンク１０の気相領域Ｂ２に保持される燃料ガスの排出量を調整して貯留タンク１０の内部の圧力を調整することにより、第１配管Ｌ１を介してバーナ２１０からボイラ２００へ供給される液体燃料の流量を調整する装置である。流量調整部４０Ｃは、加熱部４１Ｃと、圧力調整弁４２Ｃと、を有する。

加熱部４１Ｃは、貯留タンク１０の液相領域Ｂ１に保持される液体燃料を加熱することにより液体燃料の一部を気化させ、貯留タンク１０の内部の圧力を上昇させる装置である。加熱部４１Ｃは、制御部９０から伝達される制御信号に応じた加熱量を発生するようにヒータ４１Ｃａを加熱する。

圧力調整弁４２Ｃは、第４配管Ｌ４に配置されるとともに貯留タンク１０の気相領域Ｂ２に保持される燃料ガスの排出量を調整する弁である。圧力調整弁４２Ｃの弁開度は、制御部９０から伝達される制御信号により調整される。圧力調整弁４２Ｃを通過した燃料ガスは、第４配管Ｌ４を介して図示しない液体燃料回収設備（例えば、アンモニア回収設備）に導かれる。

制御部９０は、圧力センサ５０が検出する圧力が所定の目標圧力となるように流量調整部４０Ｃを制御する。流量調整部４０Ｃは、制御部９０から伝達される制御信号に基づいて、圧力センサ５０が検出する圧力が所定の目標圧力となるように、貯留タンク１０の気相領域Ｂ２に保持される燃料ガスの圧力を調整する。

本実施形態の燃料供給装置１００Ｃによれば、液体燃料を貯留するための貯留タンク１０を用いてバーナ２１０に供給される液体燃料の流量を調整することができる。すなわち、貯留タンク１０に、液体燃料を貯留する機能と、バーナ２１０に供給される液体燃料の流量を調整する機能の双方を持たせることができる。

〔第５実施形態〕
次に、本開示の第５実施形態に係る燃料供給装置１００Ｄについて説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の燃料供給装置１００Ｄは、圧力容器２０Ｃに加熱部４１を備えていない。また、圧力容器２０Ｃには、気相領域Ａ２の体積を検知するためのセンサ７０Ｃを備えている。気相領域Ａ２の体積は、圧力容器２０Ｃの液相領域Ａ１の液面高さを検知することにより算出するようにしてもよい。

第３配管Ｌ３には流量調整部４０Ｄとして機能する排出弁４２Ｄが配置され、圧力容器２０Ｃの気相領域Ａ２に保持される燃料ガスを貯留タンク１０の気相領域Ｂ２へ排出する。排出弁４２Ｄを通過した燃料ガスは、図示しない液体燃料回収設備に導かれてもよい。排出弁４２Ｄの弁開度は、制御部９０から伝達される制御信号により調整される。制御部９０は、センサ７０Ｃが検知する気相領域Ａ２の体積が所定値より小さくなるように排出弁４２Ｄを制御する。

本実施形態の燃料供給装置１００Ｄによれば、圧力容器２０Ｃに気相領域Ａ２を設け、気相領域Ａ２から排出弁４２Ｄを介して燃料ガスを排出する。これにより液体燃料に燃料ガスが混入した状態で圧力容器２０Ｃに供給されたとしても、圧力容器２０Ｃで燃料ガスを分離してバーナ２１０に燃料ガスが供給されないようにして、バーナ２１０での燃焼が不安定になることを回避することができる。

〔第６実施形態〕
次に、本開示の第６実施形態に係る燃料供給装置１００Ｅについて説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

図１２に示すように、本実施形態の燃料供給装置１００Ｅは、流量調整部４０が単位時間当たりに変化可能な加熱量が異なるヒータ４１ｂおよびヒータ４１ｃを有し、弁容量（弁開度とＣＶ値の関係）が異なる圧力調整弁４２および圧力調整弁４３を有する。

ヒータ４１ｃは、ヒータ４１ｂよりも単位時間当たりに変化可能な加熱量が大きい、即ち、時間応答性の高い、例えば、電気ヒータにより構成されている。ヒータ４１ｂは、ヒータ４１ｃよりも単位時間当たりに変化可能な加熱量が小さい、即ち、時間応答性の低い、例えば、蒸気ヒータにより構成されている。一方で、ヒータ４１ｂの加熱量の絶対値は、ヒータ４１ｃの加熱量の絶対値よりも大きい。

制御部９０は、圧力センサ５０が検出する圧力と目標圧力Ｐｔとの差が小さい場合は、応答性の高いヒータ４１ｃを用いて加熱し、圧力センサ５０が検出する圧力と目標圧力Ｐｔとの差が大きい場合は、ヒータ４１ｂとヒータ４１ｃの双方を用いて加熱するよう制御する。

本実施形態の燃料供給装置１００Ｄによれば、単位時間当たりに変化可能な加熱量が異なる複数のヒータ４１ｂ，４１ｃを用いることより、変化させる加熱量が少ない場合は、単位時間当たりに変化可能な加熱量が大きいヒータ４１ｃを用いて応答性を高めることができる。また、変化させる加熱量が多い場合は、単位時間当たりに変化可能な加熱量は小さいが加熱量の絶対値が大きいヒータ４１ｂを併用することにより、加熱量を好適に制御することができる。

圧力調整弁４３は、圧力調整弁４２よりも弁容量が小さいが、細かな制御が可能（制御精度が高い）である。一方で、圧力調整弁４２は、圧力調整弁４３よりも弁容量が大きいが、制御精度が低い。

制御部９０は、圧力センサ５０が検出する圧力と目標圧力Ｐｔとの差が小さい場合は、制御精度が高い圧力調整弁４３を用いて流量を調整し、圧力センサ５０が検出する圧力と目標圧力Ｐｔとの差が大きい場合は、圧力調整弁４２と圧力調整弁４３の双方を用いて流量を調整するよう制御する。

本実施形態の燃料供給装置１００Ｄによれば、弁容量が異なる複数の圧力調整弁４２，４３を用いることより、変化させる流量が少ない場合は、弁容量が小さい圧力調整弁４３を用いて制御精度を高めることができる。また、変化させる流量が多い場合は、弁容量が大きい圧力調整弁４２を併用することにより、適切に流量を制御することができる。

以上説明した実施形態に記載の燃料供給装置は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る燃料供給装置（１００）は、液体燃料をバーナ（２１０）へ供給する燃料供給装置（１００）であって、前記液体燃料と前記液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する圧力容器（２０）と、前記圧力容器から前記バーナへ前記液体燃料を導く第１配管（Ｌ１）と、前記圧力容器内部の圧力を調整することにより、前記圧力容器から前記第１配管を介して前記バーナへ供給される前記液体燃料の流量を調整する流量調整部（４０）と、を備える。

本開示に係る燃料供給装置によれば、圧力容器に液体燃料と液体燃料が気化した燃料ガスとが保持されており、流量調整部が、圧力容器の内部の圧力を調整することにより、圧力容器からバーナへ供給される液体燃料の流量が調整される。圧力容器からバーナへ液体燃料を導く第１配管には液体燃料を減圧する弁が設けられていないため、第１配管内で液体燃料を気化させることなく安定的に液体燃料をバーナへ供給することができる。

本開示に係る燃料供給装置においては、前記液体燃料を貯留する貯留部（１０）と、前記貯留部から前記圧力容器へ前記液体燃料を導く第２配管（Ｌ２）と、前記第２配管に配置されるとともに前記貯留部から前記圧力容器へ前記液体燃料を供給する供給ポンプ（３０）と、を備える構成であってもよい。
本構成の燃料供給装置によれば、貯留部に貯留された液体燃料を、供給ポンプにより、第２配管を介して貯留部から圧力容器へ供給することができる。

本開示に係る燃料供給装置において、前記流量調整部は、前記液体燃料を加熱することにより前記液体燃料を気化させて前記圧力容器内部の圧力を上昇させる加熱部（４１）を有する構成であってもよい。
本構成の燃料供給装置によれば、圧力容器に保持される液体燃料を加熱部により加熱することで圧力容器の内部の圧力を調整することができる。

上記構成に係る燃料供給装置において、前記流量調整部は、単位時間当たりに変化可能な加熱量が異なる複数の前記加熱部を有する態様であってもよい。
本態様の燃料供給装置によれば、単位時間当たりに変化可能な加熱量が異なる複数の加熱部を用いることより、増加させる加熱量が少ない場合は単位時間当たりに変化可能な加熱量が大きい加熱部を用いて応答性を高めることができる。また、増加させる発熱量が多い場合は単位時間当たりに変化可能な加熱量は小さいが加熱量の絶対値が大きい加熱部を用いて適切に発熱量を増加させることができる。

本開示に係る燃料供給装置において、前記流量調整部は、前記圧力容器の上部に接続されるとともに前記圧力容器に保持される前記燃料ガスを外部へ導く第３配管（Ｌ３）を備え、前記流量調整部は、前記第３配管に配置されるとともに前記圧力容器内部の圧力を調整する圧力調整弁（４２）を有する構成であってもよい。
本構成の燃料供給装置によれば、圧力容器の上部に接続される第３配管に配置された圧力調整弁により圧力容器の内部の圧力を調整することができる。

上記構成に係る燃料供給装置において、前記流量調整部は、弁容量が異なる複数の前記圧力調整弁を有する態様であってもよい。
本態様の燃料供給装置によれば、弁容量が異なる複数の圧力調整弁を用いることより、増加させる流量が少ない場合、弁容量は小さいが制御精度が高い圧力調整弁を用いて制御精度を高めることができる。また、増加させる流量が多い場合は弁容量が大きい圧力調整弁を用いて適切に流量を増加させることができる。

本開示に係る燃料供給装置において、前記第１配管に配置されるとともに前記第１配管を流通する前記液体燃料の圧力を検出する圧力検出部（５０）を備え、前記流量調整部は、前記圧力検出部が検出する圧力が所定の目標圧力となるように前記圧力容器の内部の圧力を調整する構成であってもよい。
本構成の燃料供給装置によれば、流量調整部が、第１配管に配置される圧力検出部が検出する液体燃料の圧力が所定の目標圧力になるように調整することで、バーナからボイラへ供給される液体燃料の流量を適切に調整することができる。

本開示に係る燃料供給装置においては、前記第１配管に配置されるとともに前記第１配管を流通する前記液体燃料の流量を検出する流量検出部（６０）と、前記流量検出部が検出する流量が所定の目標流量となるように前記供給ポンプを制御する制御部（９０）と、を備える構成であってもよい。
本構成の燃料供給装置によれば、第１配管に配置された流量検出部が検出する液体燃料の流量が所定の目標流量となるように供給ポンプを制御することにより、圧力容器の内部の圧力を調整するために必要な量の液体燃料が圧力容器に保持され、所定の目標流量の液体燃料をバーナからボイラへ供給することができる。

本開示に係る燃料供給装置においては、前記圧力容器に保持される前記液体燃料の量を検出する液体燃料検出部（７０）と、前記液体燃料検出部が検出する前記液体燃料の量が所定の目標量となるように前記供給ポンプを制御する制御部（９０）と、を備える構成であってもよい。
本構成の燃料供給装置によれば、液体燃料検出部により検出される圧力容器に保持される液体燃料の量が所定の目標量となるように供給ポンプを制御することにより、圧力容器の内部の圧力を調整するために必要な量の液体燃料が圧力容器に保持され、所定の目標流量の液体燃料をバーナからボイラへ供給することができる。

本開示に係る燃料供給装置においては、前記圧力容器に保持される前記燃料ガスの量を検出する燃料ガス検出部（７０Ｃ）と、前記燃料ガス検出部が検出する前記燃料ガスの量が所定の目標量より小さくなるように前記流量調整部を制御する制御部（９０）と、を備える構成であってもよい。
本構成の燃料供給装置によれば、液体燃料に燃料ガスが混入した状態で圧力容器に供給されたとしても、圧力容器で燃料ガスを分離してバーナに燃料ガスが供給されないようにして、バーナでの燃焼が不安定になることを回避することができる。

本開示に係る燃料供給装置において、前記液体燃料は、大気圧における沸点が８０℃以下の液体燃料とする構成が好ましい。

上記構成に係る燃料供給装置において、前記液体燃料は、アンモニア、アンモニア水溶液、ジメチルエーテル、メタノール、メタノール水溶液、エタノール、エタノール水溶液、ナフサ、または原油とするのが好ましい。

以上説明した実施形態に記載の燃料供給装置の制御方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る燃料供給装置の制御方法は、液体燃料をバーナへ供給する燃料供給装置の制御方法であって、前記燃料供給装置は、前記液体燃料と前記液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する圧力容器と、前記圧力容器から前記バーナへ前記液体燃料を導く第１配管と、を有し、前記圧力容器内部の圧力を調整することにより、前記第１配管を介して前記圧力容器から前記バーナへ供給される前記液体燃料の流量を調整する制御工程を備える。

本開示に係る燃料供給装置の制御方法によれば、圧力容器に液体燃料と液体燃料が気化した燃料ガスとが保持されており、制御工程が、圧力容器の内部の圧力を調整することにより、圧力容器からバーナへ供給される液体燃料の流量が調整される。圧力容器からバーナへ液体燃料を導く第１配管には液体燃料を減圧する弁が設けられていないため、第１配管内で液体燃料を気化させることなく安定的に液体燃料をバーナへ供給することができる。

１０ 貯留タンク（圧力容器）
２０ 圧力容器
３０ 供給ポンプ
４０，４０Ｃ 流量調整部
４１，４１Ｃ 加熱部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１Ｃａ ヒータ
４２，４２Ｃ，４３ 圧力調整弁
４２Ｄ 排出弁
５０ 圧力センサ（圧力検出部）
６０ 流量検出部
７０ 液体燃料検出部
９０ 制御部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 燃料供給装置
２００ ボイラ
２１０ バーナ
Ａ１，Ｂ１ 液相領域
Ａ２，Ｂ２ 気相領域
Ｌ１ 第１配管
Ｌ２ 第２配管
Ｌ３ 第３配管
Ｌ４ 第４配管
Ｐｔ 目標圧力
Ｑ 加熱量

Claims (13)

1. 液体燃料をバーナへ供給する燃料供給装置であって、
   前記液体燃料と前記液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する圧力容器と、
   前記圧力容器から前記バーナへ前記液体燃料を導く第１配管と、
   前記圧力容器の内部の圧力を調整することにより、前記圧力容器から前記第１配管を介して前記バーナへ供給される前記液体燃料の流量を調整する流量調整部と、を備える燃料供給装置。
2. 前記液体燃料を貯留する貯留部と、
   前記貯留部から前記圧力容器へ前記液体燃料を導く第２配管と、
   前記第２配管に配置されるとともに前記貯留部から前記圧力容器へ前記液体燃料を供給する供給ポンプと、を備える請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記流量調整部は、前記液体燃料を加熱することにより前記液体燃料を気化させて前記圧力容器の内部の圧力を上昇させる加熱部を有する請求項１または請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 前記流量調整部は、単位時間当たりに変化可能な加熱量が異なる複数の前記加熱部を有する請求項３に記載の燃料供給装置。
5. 前記圧力容器の上部に接続されるとともに前記圧力容器に保持される前記燃料ガスを外部へ導く第３配管を備え、
   前記流量調整部は、前記第３配管に配置されるとともに前記圧力容器の内部の圧力を調整する圧力調整弁を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
6. 前記流量調整部は、弁容量が異なる複数の前記圧力調整弁を有する請求項５に記載の燃料供給装置。
7. 前記第１配管に配置されるとともに前記第１配管を流通する前記液体燃料の圧力を検出する圧力検出部を備え、
   前記流量調整部は、前記圧力検出部が検出する圧力が所定の目標圧力となるように前記圧力容器の内部の圧力を調整する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
8. 前記第１配管に配置されるとともに前記第１配管を流通する前記液体燃料の流量を検出する流量検出部と、
   前記流量検出部が検出する流量が所定の目標流量となるように前記供給ポンプを制御する制御部と、を備える請求項２に記載の燃料供給装置。
9. 前記圧力容器に保持される前記液体燃料の量を検出する液体燃料検出部と、
   前記液体燃料検出部が検出する前記液体燃料の量が所定の目標量となるように前記供給ポンプを制御する制御部と、を備える請求項２に記載の燃料供給装置。
10. 前記圧力容器に保持される前記燃料ガスの量を検出する燃料ガス検出部と、
    前記燃料ガス検出部が検出する前記燃料ガスの量が所定の目標量より小さくなるように前記流量調整部を制御する制御部と、を備える請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
11. 前記液体燃料は、大気圧における沸点が８０℃以下の液体燃料である請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
12. 前記液体燃料は、アンモニア、アンモニア水溶液、ジメチルエーテル、メタノール、メタノール水溶液、エタノール、エタノール水溶液、ナフサ、または原油である請求項１１に記載の燃料供給装置。
13. 液体燃料をバーナへ供給する燃料供給装置の制御方法であって、
    前記燃料供給装置は、
    前記液体燃料と前記液体燃料が気化した燃料ガスとを保持する圧力容器と、
    前記圧力容器から前記バーナへ前記液体燃料を導く第１配管と、を有し、
    前記圧力容器の内部の圧力を調整することにより、前記第１配管を介して前記圧力容器から前記バーナへ供給される前記液体燃料の流量を調整する制御工程を備える燃料供給装置の制御方法。
    

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