JP4969383B2

JP4969383B2 - 天然ガス供給装置

Info

Publication number: JP4969383B2
Application number: JP2007246990A
Authority: JP
Inventors: 一臣田中; 幸二郎村上
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: JP2009079600A

Description

本発明は、天然ガスを燃料とするエンジンなどに対して、貯蔵容器に貯蔵された液化天然ガスを気化しつつ供給する天然ガス供給装置に関する。

天然ガスを燃料とするエンジンは、排気性状が良好なことから、都市部の物流を行う商用車などに広く利用されている。天然ガスを供給する供給装置として、特開２００３−９０４９６号公報（特許文献１）に記載されるように、貯蔵容器に貯蔵される液化天然ガスを加圧蒸発器で気化しつつ上部空間へと戻し、その圧力で液化天然ガスを貯蔵容器から気化器へと押し出してエンジンなどに供給するものが提案されている。
特開２００３−９０４９６号公報

しかしながら、従来提案技術では、重力を利用して貯蔵容器から加圧蒸発器に液化天然ガスを供給する方式を採用していたため、貯蔵容器における液化天然ガスの液面より加圧蒸発器を鉛直下方に配設しなければならず、レイアウト上の制約があった。このため、貯蔵容器の鉛直下方に加圧蒸発器を配設することが困難な車両においては、液化天然ガスを搭載することができず、燃料搭載性及び走行可能距離などが多少劣っていることに目を瞑り、圧縮天然ガスを搭載しなければならなかった。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、加圧蒸発器と貯蔵容器の上部空間とを連通する連通路内の圧力を低下させ、貯蔵容器に貯蔵される液化天然ガスを加圧蒸発器に吸引することで、貯蔵容器に対する加圧蒸発器の配設位置の制約を緩和した天然ガス供給装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、液化天然ガスを貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器内の下部と上部とを連通する連通路に配設された加圧蒸発器と、前記加圧蒸発器と貯蔵容器上部との間に位置する連通路に配設され、前記貯蔵容器内の下部から上部へと向かう方向にのみ開弁する逆止弁と、前記貯蔵容器に貯蔵された液化天然ガスを気化させて天然ガスを生成する気化器と、前記気化器により生成された天然ガスを一時的に貯蔵すると共に、該天然ガスの供給口が形成された一時貯蔵容器と、前記加圧蒸発器と逆止弁との間に位置する連通路から分岐し前記一時貯蔵容器へと至るバイパス通路に配設された絞り弁と、前記バイパス通路に配設された電子制御可能な開閉弁と、前記貯蔵容器の上部空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力未満となったときに、前記開閉弁を開弁させる制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されているか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記開閉弁を開弁させた後、前記判定手段により加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されていると判定されたときに、前記開閉弁を閉弁させることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記加圧蒸発器における液化天然ガスの水位を検出する水位検出手段をさらに備え、前記判定手段は、前記水位検出手段により検出された水位が所定値以上になったときに、前記加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されていると判定することを特徴とする。

請求項４記載の発明では、前記加圧蒸発器の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記判定手段は、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度未満になったときに、前記加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されていると判定することを特徴とする。

請求項５記載の発明では、前記貯蔵容器は、密閉した内側容器及び外側容器からなり、該内側容器と外側容器との間が減圧されていることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記加圧蒸発器及び気化器には、夫々、エンジン冷却水が循環されることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、貯蔵容器に貯蔵される液化天然ガスの消費に伴ってその液面が低下することで、上部空間内の圧力が所定圧力未満になると、加圧蒸発器と逆止弁との間に位置する連通路から分岐して一時貯蔵容器へと至るバイパス通路に配設された開閉弁が開弁される。開閉弁が開弁されると、加圧蒸発器と逆止弁との間に位置する連通路内に存在する天然ガスは、絞り弁によりその圧力が低下されつつ、バイパス通路を通過して一時貯蔵容器へと流れ出す。このため、加圧蒸発器と逆止弁との間に位置する連通路内の圧力が低下し、貯蔵容器に貯蔵された液化天然ガスが吸引されて加圧蒸発器へと供給される。従って、貯蔵容器に貯蔵された液化天然ガスは、重力を利用しなくとも加圧蒸発器へと吸引されるため、貯蔵容器に対する加圧蒸発器の配設位置の制約を緩和させることができる。よって、レイアウト的に厳しい車両であっても、液化天然ガスを搭載することが可能となり、例えば、走行可能距離を伸ばすことができる。

請求項２記載の発明によれば、バイパス通路に配設された開閉弁を開弁させた後、加圧蒸発器に液化天然ガスが供給され始めると、加圧蒸発器による液化天然ガスの気化が可能となったので、開閉弁が閉弁される。このため、開閉弁の開弁時間が短くなり、一時貯蔵容器内の天然ガスの圧力低下を抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、加圧蒸発器における液化天然ガスの水位が所定値以上になったか否かを介して、加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されているか否かを間接的かつ高精度に判定することができる。

請求項４記載の発明によれば、加圧蒸発器の温度が所定温度未満になったか否かを介して、加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されているか否かを間接的かつ高精度に判定することができる。

請求項５記載の発明によれば、貯蔵容器は、密閉した内側容器及び外側容器からなり、その間が減圧されているため、いわゆる「魔法瓶構造」となり、極低温で貯蔵される液化天然ガスの気化を抑制することができる。
請求項６記載の発明によれば、加圧蒸発器及び気化器にエンジン冷却水が循環されるため、ここに供給された液化天然ガスを効率的に気化させることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化した天然ガス供給装置の一実施形態を示す。
液化天然ガスを貯蔵する貯蔵容器１０には、下部と上部とを連通する連通路１２が接続される。連通路１２には、貯蔵容器１０の下部から上部へと向かう方向に、開閉弁１４，エンジン冷却水が循環される加圧蒸発器１６，この方向にのみ開弁する逆止弁１８及び開閉弁２０が夫々配設される。ここで、開閉弁１４及び２０としては、エンジン停止中に貯蔵容器１０を密閉して液化天然ガスの気化を抑制すべく、エンジン始動に連動して開弁する常閉式電磁弁を利用することができる。

一方、貯蔵容器１０の下部に接続された払出通路２２には、２つの開閉弁２４及び２６，エンジン冷却水が循環される気化器２８並びに一時貯蔵容器３０がこの順番で夫々配設される。ここで、２つの開閉弁２４及び２６としては、エンジン停止中に貯蔵容器１０から液化天然ガスが漏出することを確実に防止すべく二重化されたものであって、エンジン始動に連動して開弁する常閉式電磁弁を利用することができる。また、気化器２８は、エンジン冷却水を利用して、液化天然ガスを気化させて天然ガスを生成する。さらに、一時貯蔵容器３０は、エンジンの過渡運転時における燃料供給を担保すべく、気化器２８により生成された天然ガスを一時的に貯蔵すると共に、その周壁に形成された供給口からエンジンへと天然ガスを供給する。

かかる天然ガス供給装置において、エンジン始動に連動して開閉弁１４，２０，２４及び２６が夫々開弁すると、貯蔵容器１０に貯蔵された液化天然ガスが加圧蒸発器１６に供給される。そして、加圧蒸発器１６において、エンジン冷却水を利用して液化天然ガスが効率的に気化されて天然ガスとなり、これが逆止弁１８を通過して貯蔵容器１０の上部へと供給される。このため、貯蔵容器１０に貯蔵された液化天然ガスは、その上部へと供給された天然ガスの圧力で払出通路２２へと押し出され、気化器２８に供給される。気化器２８において、エンジン冷却水を利用して液化天然ガスが効率的に気化されて天然ガスとなり、これが一時貯蔵容器３０を経てエンジンへと供給される。

本発明の特徴として、加圧蒸発器１６と貯蔵容器１０の上部、具体的には、加圧蒸発器１６と逆止弁１８との間に位置する連通路１２から分岐し一時貯蔵容器３０へと至るバイパス通路３２には、その流路を絞って圧力を低下させる絞り弁３４及び電子制御可能な電磁開閉弁３６が夫々配設される。また、天然ガス供給装置の制御系として、貯蔵容器１０には、その上部空間内の圧力ｐを検出する圧力計３８が取り付けられると共に、加圧蒸発器１６には、液化天然ガスの水位Ｌを検出する水位計４０が取り付けられる。そして、圧力計３８及び水位計４０の出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット４２へと入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムにより電磁開閉弁３６が適宜制御される。なお、絞り弁３４及び電磁開閉弁３６の位置関係は、図示の逆であってもよい。

図２は、コントロールユニット４２において、エンジン始動を契機として繰り返し実行される制御プログラムの処理内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、圧力計３８から貯蔵容器１０の上部空間内の圧力ｐを読み込む。
ステップ２では、圧力ｐが所定圧力未満であるか否かを判定する。ここで、所定圧力は、貯蔵容器１０の上部空間に存在する天然ガスの圧力により液化天然ガスを気化器２８に供給できるか否かを判定するための閾値であって、例えば、エンジンが最大出力で運転されるときに必要とする天然ガス流量を確保可能な値に設定される。そして、圧力ｐが所定圧力未満であればステップ３へと進む一方（Ｙｅｓ）、圧力ｐが所定圧力以上であればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。

ステップ３では、電磁開閉弁３６を開弁させる。
ステップ４では、水位計４０から加圧蒸発器１６における液化天然ガスの水位Ｌを読み込む。
ステップ５では、水位Ｌが所定値以上であるか否かを判定する。ここで、所定値は、水位Ｌを介して加圧蒸発器１６に貯蔵容器１０から液化天然ガスが供給されているか否かを間接的に判定するための閾値であって、例えば、加圧蒸発器１６の性能に応じて適宜設定される。そして、水位Ｌが所定値以上であればステップ６へと進む一方（Ｙｅｓ）、水位Ｌが所定値未満であればステップ４へと戻る（Ｎｏ）。

ステップ６では、電磁開閉弁３６を閉弁させる。
かかる天然ガス供給装置によれば、貯蔵容器１０に貯蔵される液化天然ガスの消費に伴ってその液面が低下し、上部空間内の圧力ｐが所定圧力未満になると、加圧蒸発器１６へ液化天然ガスを供給することが困難になったと判断して、バイパス通路３２に配設された電磁開閉弁３６が開弁される。電磁開閉弁３６が開弁されると、加圧蒸発器１６と逆止弁１８との間に位置する連通路１２内に存在する天然ガスは、絞り弁３４によりその圧力が低下されつつ、バイパス通路３２を通過して一時貯蔵容器３０へと流れ出す。このため、加圧蒸発器１６と逆止弁１８との間に位置する連通路１２内の圧力が低下し、貯蔵容器１０に貯蔵された液化天然ガスが吸引されて加圧蒸発器１６へと供給される。

従って、貯蔵容器１０に貯蔵された液化天然ガスは、重力を利用しなくとも加圧蒸発器１６へと吸引されるため、貯蔵容器１０に対する加圧蒸発器１６の配設位置の制約を緩和させることができる。このため、レイアウト的に厳しい車両であっても、液化天然ガスを搭載することが可能となり、例えば、走行可能距離を伸ばすことができる。
一方、電磁開閉弁３６を開弁させることで、加圧蒸発器１６に液化天然ガスが供給され始めると、加圧蒸発器１６による液化天然ガスの気化が可能となるので、電磁開閉弁３６が閉弁される。このため、電磁開閉弁３６の開弁時間が短くなり、一時貯蔵容器３０内の天然ガスの圧力低下を抑制することができる。このとき、連通路１２に逆止弁１８が配設されているため、貯蔵容器１０の上部空間に存在する天然ガスがバイパス通路３２へと流れることが防止され、貯蔵容器１０の上部空間内の圧力低下を抑制することができる。

なお、貯蔵容器１０としては、良好な断熱性を確保すべく、密閉した内側容器及び外側容器からなり、内側容器と外側容器との間が減圧されていることが望ましい。このようにすれば、貯蔵容器１０は、いわゆる「魔法瓶構造」となり、極低温で貯蔵される液化天然ガスの気化を抑制することができる。また、加圧蒸発器１６に貯蔵容器１０から液化天然ガスが供給されているか否かを判定するために、水位計４０の代わりに加圧蒸発器１６の温度Ｔを検出する温度計を取り付け、その温度Ｔが所定温度未満となったときに、液化天然ガスが供給されていると判定するようにしてもよい。

本発明を具現化した天然ガス供給装置の全体構成図制御プログラムの処理内容を示すフローチャート

符号の説明

１０貯蔵容器
１２連通路
１６加圧蒸発器
１８逆止弁
２８気化器
３０一時貯蔵容器
３２バイパス通路
３４絞り弁
３６電磁開閉弁
３８圧力計
４０水位計
４２コントロールユニット

Claims

液化天然ガスを貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器内の下部と上部とを連通する連通路に配設された加圧蒸発器と、
前記加圧蒸発器と貯蔵容器上部との間に位置する連通路に配設され、前記貯蔵容器内の下部から上部へと向かう方向にのみ開弁する逆止弁と、
前記貯蔵容器に貯蔵された液化天然ガスを気化させて天然ガスを生成する気化器と、
前記気化器により生成された天然ガスを一時的に貯蔵すると共に、該天然ガスの供給口が形成された一時貯蔵容器と、
前記加圧蒸発器と逆止弁との間に位置する連通路から分岐し前記一時貯蔵容器へと至るバイパス通路に配設された絞り弁と、
前記バイパス通路に配設された電子制御可能な開閉弁と、
前記貯蔵容器の上部空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力未満となったときに、前記開閉弁を開弁させる制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする天然ガス供給装置。
前記加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されているか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記開閉弁を開弁させた後、前記判定手段により加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されていると判定されたときに、前記開閉弁を閉弁させることを特徴とする請求項１記載の天然ガス供給装置。
前記加圧蒸発器における液化天然ガスの水位を検出する水位検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記水位検出手段により検出された水位が所定値以上になったときに、前記加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されていると判定することを特徴とする請求項２記載の天然ガス供給装置。
前記加圧蒸発器の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度未満になったときに、前記加圧蒸発器に液化天然ガスが供給されていると判定することを特徴とする請求項２記載の天然ガス供給装置。
前記貯蔵容器は、密閉した内側容器及び外側容器からなり、該内側容器と外側容器との間が減圧されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の天然ガス供給装置。
前記加圧蒸発器及び気化器には、夫々、エンジン冷却水が循環されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の天然ガス供給装置。