JP4497417B2 - 液化ガス燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化ガス燃料供給装置および残量検知方法に関し、特に、カセット式ガスボンベをガス器具に装填したままの状態で、このガスボンベ内のガス残量が所定値まで低下したことを検出するのに好適な液化ガス燃料供給装置および残量検知方法に関する。

ブタンガス等の液化石油ガスは、ガス器具に着脱自在な構造としたカセット式ガスボンベに充填して使用されることが多い。カセット式ガスボンベは、携帯用ガスコンロや小型作業機駆動用ガスエンジン等の携帯用燃料源として使用されているが、１本あたりの燃料容量が少ないので、使用中にボンベ内のガスが消耗してしまって、調理や作業を途中で中断することを余儀なくされることがある。したがって、ガスボンベが全く空になってしまう前に予めガス残量が少なくなっていることを認識したいという要望が多い。

このような要望に対して、カセットボンベ内のガス残量を判断する方法が種々提案されている。例えば、実公平３−５６７３４号公報では、ガス圧調整器の供給ガス圧に基づいてガスの残量表示をするガスコンロが提案されている。また、特開平５−２０３１４３号公報では、ガスボンベの重量変化に基づいてガスの残量を判断するガス器具が提案されている。また、さらに特開平８−４９８５５号公報では、ガスボンベの共振周波数に基づいてガス残量を判断するボンベのガス残量検知方法が提案されている。
実公平３−５６７３４号公報 特開平５−２０３１４３号公報 特開平８−４９８５５号公報

特許文献１に記載のガスコンロでは、圧力変化による圧力検知用のダイアフラムの変位量はわずかである。また、特許文献２に記載のガス器具では、ガス消費に伴う重量変化は微量である。したがって、いずれの器具においても、高い検出精度を得るためには構造が複雑化する。さらに、特許文献３に記載の方法では発信機や受信機を必要とするので、簡易的にガス残量を検出する方法としてはコスト面等から採用できないことが多い。

本発明の目的は、上記課題を解消して、比較的簡易で高精度にガス残量を検出できる液化ガス燃料供給装置および残量検知方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、カセット式のガスボンベから液相状態で液化ガス燃料を取り出して使用する際の該ガスボンベ内の液化ガス燃料の残量検知方法において、ガスボンベの壁面温度を測定し、測定された外壁面温度の急激な変化が生じたことを検出して前記ガスボンベ内の残燃料の液面が燃料取り出し口位置レベルまで低下していることを示す信号を出力する点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記ガスボンベ外壁面の温度の変化を、環境温度を基準として判断する点に第２の特徴がある。

さらに、本発明は、第１および第２の特徴を有する方法を使用するための第１の温度センサや環境温度補償用センサとしての第２の温度センサをガスボンベ外壁に設け、その検出温度の低下の程度によって残燃料がわずかであることを示す検出信号を出力する手段を含む液化ガス燃料供給装置に第３の特徴がある。

液相状態でガスボンベから取り出される液化ガス燃料が消費されていくと、液化ガス燃料の液面は低下し、液面が燃料取り出し口に至ると、液相のままでの給送に加えて気相での燃料供給が始まり、それに伴って奪われる気化熱によりボンベ内温度が急激に低下する。特に、ガスボンベの燃料取り出し口周辺では直ちに温度低下が始まり、徐々に温度低下は他に伝播していく。

第１の特徴によれば、ボンベ内での液化ガスの液面が燃料取り出し口まで低下したときの急激な温度低下を検出して燃料の残量が少なくなったことを示す検出信号を出力するようにしている。したがって、燃料の残量低減を視覚的や聴覚的に認識できるような表示や警告を発してカセット式のガスボンベの交換が必要なことを知らせることができる。

第２の特徴によれば、環境温度、例えば前記燃料取り出し口とは離れた位置でのボンベ外面の温度を基準として燃料の気化による温度変化が生じているかどうかの判断をできる。

第３の特徴では、液化ガス燃料供給装置において、温度センサをガスボンベの外壁に設けて第１や第２の特徴を有する検知方法を実現することができる。温度センサをガスボンベの外壁に設置するので、カセット式ボンベ自体には加工を加えることなく一般市販されている規格品をそのまま使用できる。ガスの取り出し口はガスボンベの底部にあるので、残量がほぼ空の状態になったときに検出信号を出力することができる。第２の温度センサを用いるので、外気温などの環境温度の影響を少なくして精度の高い判断がなされる。特に第２のセンサを第１のセンサから離して配置することにより、カセット式ボンベ内での液化ガス燃料の気化による急激な温度変化を的確なタイミングで検出することができる。

以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス残量検出方法を使用した燃料供給装置の燃料供給系統図である。ガスエンジンＥのクランク軸１には、エンジン始動用のリコイルスタータ２と発電機３とが連結される。ガスエンジンＥの吸気通路５にはミキサ６が装着される。

ミキサ６には燃料ノズル７が設けられ、この燃料ノズル７に連なる気化燃料通路８の上流側には圧力調整装置９が接続される。圧力調整装置９は調圧室１０と気化室１１とが設けられ、この気化室１１に、液化燃料通路１２を介して液化ガス燃料（例えば、液化ブタンガス）を充填したカセット式ガスボンベ１３が接続される。圧力調整装置９は、気化室１１で気化された高圧の気化燃料を調圧室１０で大気圧にまで調整する。

液化燃料通路１２は２系統に分岐して、一方には第１遮断弁１４が、他方には第２遮断弁１５が介装される。第１遮断弁１４は、ガスエンジンＥの負圧によってダイアフラム１６が偏倚し、それによって弁体１７が弁座管１８から離れ、常開している導入管１９および弁座管１８を通じて液化ガス燃料が気化室１１に流入されるように構成される。

ガスエンジンＥのクランク室４から延びる圧力通路２０は、一方向弁２１を経由して第１遮断弁１４の負圧導入管２２に接続される。第２遮断弁１５は電磁式であり、発電機３の発生電力によって開弁する。

この燃料供給装置は、ガスエンジンＥの始動時には、リコイルスタータ２を操作してクランキングさせる。このクランキングによってクランク室４に脈動圧力が発生する。この脈動圧力のうち、負圧のみが一方向弁２１を経由して第１遮断弁１４に伝達される。この負圧によってダイアフラム１６が偏倚し、ガスボンベ１３の高圧液化ガス燃料は、液化燃料通路１２および第１遮断弁１４を経由して気化室１１に流入する。

気化室１１で気化された燃料は調圧室１０で大気圧に調整された後、気化燃料通路８を経由して燃料ノズル７からミキサ６内に供給される。ミキサ６内で空気と混合された燃料はガスエンジンＥに供給され、ガスエンジンＥが始動される。

ガスエンジンＥが通常の運転状態になって、発電機３が発電を開始すると、その出力の一部が電磁式の第２遮断弁１５に給電されて開弁する。液化燃料通路１２は、第１及び第２遮断弁１４，１５の開弁によって開度が拡がり、ガスエンジンＥの高負荷運転状態においてもミキサ６に十分な量の気化燃料を供給することができる。

図２は、ガス残量検出方法を使用するために用いられる装置の構成を示す図である。この装置では、液化燃料の液面、特に燃料をカセット式ガスボンベ１３から液化燃料通路１２に燃料を導出する取り出し口近傍の温度または温度変化に基づいてガスボンベ１３内の残燃料が空に近くなったことを検出する。

ブタンガス等の液化ガス燃料を充填したカセット式ガスボンベ１３は、円筒形の胴部２３と、この胴部２３の一端に設けられた耐圧性の部分球状底部２４と、胴部２３の他端に密封状態で接続された蓋２５とを備える。蓋２５には、燃料を外部に取り出すための導出管２６が設けられている。導出管２６は、直角に折れ曲がった形状を有しており、開放端つまり燃料の取り出し口２６ａが胴部２３に直交するように配置されている。

カセット式ガスボンベ１３は、可搬式ガスコンロで使用されることでよく知られる一般的なものを使用できる。したがって、一般的な横置き使用のときに取り出し口２６ａが上向きになって気相状態の燃料を取り出すのに好都合なように導出管２６が設定されている。

しかし、本実施形態では、ガスエンジン用に、液相状態でガスボンベ１３から燃料を取り出すことができるようにしている。すなわち、一般的な使用方法とは異なり、蓋２５を下向きに配置した縦置きでカセット式ガスボンベ１３は使用される。したがって、カセット式ガスボンベ１３内では、蓋２５側が燃料の液相部分Ｌに面しており、底部２４側が燃料の気相部分Ｇに対向している。燃料が満タン状態では液相Ｌと気相Ｇとの界面つまり液面ＬＳは底部２４近くにある。

導出管２６は、ガスボンベ１３内の燃料の残量がわずかになってくるまで取り出し口２６ａが液面ＬＳの下方にあるように配置されていればよく、したがって、その形状は屈曲したものに限らず直管であって側面に取り出し口２６ａに相当する孔が開口しているものであってもよい。導出管２６はカセット式ガスボンベ１３を液化燃料通路１２に連結されたときにガスボンベ１３の内方に押し込まれて開弁するように構成された図示しない弁機構を含むことができる。

縦置きしたカセット式ガスボンベ１３の取り出し口２６ａと同じレベル（高さ位置）で胴部２３の外面に密着して配置した温度センサ２７が設けられる。温度センサ２７の温度は温度監視部２８で監視され、温度監視部２８は温度センサ２７で検出された温度がしきい値温度以下になったっときに、燃料空信号を出力する。燃料空信号は、検出温度に限らず、検出温度の変化の度合が予定度合より大きいときに出力するのでもよい。燃料空信号は表示部２９に入力されて表示部２９は残燃料が少なくなったことを示す表示をする。表示は、表示灯やＬＣＤ表示によるものでもよいし、電子音やブザー等の警告音によるものであってもよい。

さらに、第２の温度センサ３０をカセット式ガスボンベ１３の底部２４または底部２４に隣接した胴部２３の外周面に密着して設けることができる。第２の温度センサ３０は環境温度による影響を少なくする補償用温度センサである。使用環境温度によって、また燃料の継続使用による気化熱の消耗等によってカセット式ガスボンベ１３の温度が一定していない。そこで、補償用温度センサ３０で検出した温度を基準とした取り出し口２６ａ近傍の温度の偏差に基づいて環境温度に左右されない精度の高い温度測定を行うことができる。

燃料の消費に伴い液面ＬＳが徐々に低下するが、液相のままで取り出されているうちはボンベ１３の温度はほとんど低下しない。しかし、燃料が減ってきて、液面ＬＳが取り出し口２６ａにかかってくると取り出し口２６ａから気化された燃料が部分的に導出管２６に取り込まれるようになる。すなわち、通常の液相燃料供給状態ではなく、強制的な気相燃料供給状態となる。気相燃料は密度が低いので、ガスエンジンＥで必要とする燃料をカセット式ガスボンベ１３から供給するためには、ガスボンベ１３内で燃料の気化が急になる。その結果、取り出し口２６ａ付近では大量の熱が奪われ、液面ＬＳが取り出し口２６ａにかかる以前と比べて温度センサ２７で検出される温度は急激に変化する。この温度変化もしくは低下した温度をそれぞれしきい値と比較して、燃料空信号を出力するかどうかの判断がなされる。

例えば、比較部３１で温度センサ２７と補償用温度センサ３０とで検出された温度差を検出し、その温度差が予定値より大きくなったときに燃料空信号を表示部２９に入力する。温度監視部２８や比較部３１はマイクロコンピュータの機能として実現できる。このように補償用温度センサ３０を使用すれば、外気温度や使用環境温度の変化の影響を受けにくくすることができる。

図３は、カセット式ガスボンベの各位置での温度測定結果の一例を示す図である。横軸が時間経過であり、縦軸はボンベ温度である。温度はボンベの底部近傍（上位置）、蓋近傍（下位置）、底部と蓋との中間部（中間位置）でそれぞれ測定した。同図に示すように、燃料の消費開始から４００秒までは、気相Ｇに対向している上位置では液相Ｌに対向している中間位置や下位置より温度が高いもののいずれもほぼ安定している。経過時間が４００秒を越えた時から各位置で温度が下がり始めている。しかし、上位置や中間位置での温度低下に比べて下位置の温度低下は急である。このように、急激に温度が低下し始めた時期は、取り出し口２６ａの近くが液相Ｌから気相Ｇにさしかかったときであり、燃料の残量が低下した時である。したがって、下位置での温度変化が急になった時、あるいは下位置と上位置との温度差が大きく開き始めた時に、前記燃料空信号を出力するように設定すれば、燃料の残量が少なくなったことを表示または警告できる。

なお、上述の説明から理解できるように、気相での給送が開始された後、大きい温度低下は次第にガスボンベ全体に伝播する。したがって、第１の温度センサ２７の設置位置は取り出し口２６ａと同じレベルにしなくても空検知は可能である。しかし、温度低下の起点である取り出し口２６ａと同レベルもしくはその近傍に第１の温度センサ２７を配置するのが、ガスボンベが空に近付いているのを最速のタイミングで検出するのには最適である。

上述の例では、カセット式ガスボンベ１３の蓋側を下に位置させたボンベ縦置きの例に関して説明したが、本発明はこれに限らず、導出管２６を底部２４の近くまで延長した長尺のものにしてあれば、ボンベの姿勢は蓋２５を上にしたものとしてあってもよい。

図４は、蓋を上にしたボンベ縦置きの例を示す図である。図４によれば、導出管２６は蓋２５から底部２４に向けて延長されている。この場合、導出管２６は底部２４の近くで胴部２３に向けて折れ曲がり、取り出し口２６ａは胴部２３の内面に直面している。この例でも、温度センサ２７は取り出し口２６ａと同じレベルに位置しており、第２の温度センサ３０は蓋２５に近くに配置される。

図５は、カセット式ガスボンベを横置きに設定した例を示す図である。図５では、カセット式ガスボンベ１３Ａは胴部２３Ａの一端に燃料溜まり３２を形成し、この燃料溜まり３２の上部と同レベルに取り出し口２６ａが位置するように導出管２６を配置し、取り出し口２６ａと同レベルに温度センサ２７を取り付けた。

このように、本実施形態によれば、カセット式ガスボンベ内の燃料の液面がボンベ内の燃料取り出し口の位置まで下がったのを検出して表示や警告を行うことができる。

なお、本発明はこの実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形可能である。例えば、ガスエンジンに対するガス燃料供給に限らず、燃料ボンベから液化ガス燃料を液相で取り出して使用する装置や機器に対するガス燃料供給装置に広く適用することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の系統図である。 液化ガス燃料の残量検知方法の第１例に係るシステム構成図である。 カセット式ボンベの温度分布を示す図である。 蓋を上にしたボンベ縦置きの例を示す図である。 ボンベを横置きに設定した例を示す図である。

符号の説明

Ｅ…ガスエンジン、 ２…リコイルスタータ、 ３…発電機、 ６…ミキサ、 ７…燃料ノズル、 １０…調圧室、 １１…気化室、 １２…液化燃料通路、 １３…カセット式ガスボンベ、 ２６ａ…燃料取り出し口、 ２７…第１温度センサ、 ２８…温度監視部、 ２９…表示部、 ３０…第２の温度センサ、 ３１…比較部

Claims (1)

1. 液化ガス燃料を充填したカセット式のガスボンベから液相のまま液化ガス燃料を取り出し、液化燃料通路を介してガス使用機器まで給送する液化ガス燃料供給装置において、
   前記ガスボンベが、その設置姿勢における底部で該ガスボンベ内に開口する燃料取り出し口を有しており、
   前記燃料取り出し口とほぼ同じ高さ位置で前記ガスボンベの外部表面に密着して配置され、前記ガスボンベの容器温度を検出する第１の温度センサと、
   前記ガスボンベの両端のうち前記燃料取り出し口から遠い方の端部に近接して配置され、環境温度を検出する第２の温度センサと、
   前記第１の温度センサによる検出温度の低下の程度が予定の程度より大きい場合に、前記液化ガス燃料の残量が前記ガスボンベ内から液相供給できないレベルまで低下したことを示す検出信号を出力する制御手段とを具備し、
   前記制御手段が、前記第２の温度センサによる検出温度を基準に前記第１の温度センサによる検出温度の変化を監視して、温度低下の程度が予定程度より大きいか否かを判断するように構成されていることを特徴とする液化ガス燃料供給装置。

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