JP5259509B2 - Ｄｍｅ燃料供給方法及びｄｍｅ燃料供給システム - Google Patents

Description

エンジンの燃料タンクにＤＭＥを供給する方法及びシステムに関する。

ＤＭＥを燃料とするＤＭＥエンジンが公知である。ＤＭＥエンジンを利用する技術の一例が、特許文献１に開示されている。従来、ＤＭＥは、ＤＭＥステーションからＤＭＥエンジンの燃料タンクに、手動により補給されている。

特開２００７−２６３０６４号公報

ＤＭＥエンジンは、例えば、コージェネレーションシステムにおいて用いられる。ＤＭＥコージェネレーションシステムを継続的に運転するためには、燃料タンク内のＤＭＥの減量を補うように、ＤＭＥを補給する必要がある。このため、手動ではなく自動により、ＤＭＥを燃料タンクに供給できる供給システムが必要である。具体的には、供給システムとして、燃料タンクに燃料供給ラインを介してＤＭＥを直接供給するシステムが考えられる。ＤＭＥコージェネレーションシステムは、燃料タンク内の燃料が適切に補給されている限り、２４時間継続して稼働させることができる。

図４は、タンク内圧力及びタンク内液面レベルの時間変化の一例を示す図である。タンク内圧力は、ＤＭＥエンジンの燃料タンク内の圧力を指している。タンク内液面レベルは、燃料タンク内の液面の高さ、すなわちタンク内の燃料の残量を指している。タンク内液面レベルの低下はＤＭＥエンジンにおけるＤＭＥの消費によって発生する。タンク内液面レベルの上昇は、燃料タンクに手動でＤＭＥを補給することによって発生する。タンク内圧力は、燃料タンク内のＤＭＥが気化することによって発生する。ＤＭＥが消費されるとタンク内の空き容量が増えるので、ＤＭＥ蒸気が膨張し、タンク内圧力が低下する。逆に、ＤＭＥが補給されるとタンク内の空き容量が減るので、ＤＭＥ蒸気が圧縮され、タンク内圧力が上昇する。このため、図４において、タンク内圧力の変化が、タンク内液面レベルの変化に連動している。ただし、時間経過に伴ってＤＭＥの蒸発量が増大するので、タンク内圧力の平均値は、徐々に上昇している。

上述した供給システムを利用して、燃料タンクに燃料供給ラインを介してＤＭＥを直接供給する場合、燃料供給ラインの圧力（供給圧力）がタンク内圧力よりも大きいことが必要である。供給圧力がタンク内圧力に等しくなると、ＤＭＥが流れなくなり、ＤＭＥの供給ができなくなる。このため、タンク内圧力の上昇に応じて、タンク内圧力を低下させる必要がある。ここで、燃料タンクの蓋を開放するなど、燃料タンクを大気中に連通させることによって、タンク内圧力を低下させることができる。しかし、燃料タンクを常時開放していると、ＤＭＥが大気中に大量に放出されてしまう。また、燃料タンクを手動で開放する場合、作業者は燃料タンク内の燃料の減量を２４時間体制で監視する必要があり、作業効率の悪化が考えられる。

そこで、本発明は、ＤＭＥエンジンの燃料タンクにＤＭＥ燃料を自動的に供給でき、且つ、燃料タンク内の圧力上昇によってＤＭＥの供給が阻害されることのない、供給方法及び供給システムを提供する。

第１発明は、エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量のＤＭＥを供給する、ＤＭＥ燃料供給方法であって、前記燃料供給ラインを開放した後、前記燃料供給ラインの圧力から前記燃料タンク内の圧力を減じることによって得られる圧力差を監視し、前記圧力差が所定の設定値よりも小さいとき、前記燃料タンクのパージバルブを開放し、前記圧力差が前記設定値以上であるとき、前記パージバルブを閉鎖する。

第１発明は、好ましくは、構成（ａ）を採用できる。

（ａ）前記供給目標量が、前記燃料タンクの最大量から前記燃料タンク内のＤＭＥの残量を減じて得られるものであり、前記燃料供給ラインの開放に先立って、前記残量を検出することによって前記供給目標量を算出する。

第２発明は、エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量のＤＭＥを供給する、ＤＭＥ燃料供給システムであって、前記燃料供給ラインを開閉する燃料電磁弁と、前記燃料タンクを開閉するパージバルブと、前記燃料タンク内の圧力を検出するタンク内圧力センサと、前記燃料供給ラインの圧力を検出する供給圧力センサと、前記タンク内圧力センサ及び前記供給圧力センサによる検出情報に基づいて、前記電磁弁及び前記パージバルブを開閉する、制御装置と、を備えており、前記制御装置が、前記燃料供給ラインを開放した後、前記燃料供給ラインの圧力から前記燃料タンク内の圧力を減じることによって得られる圧力差を監視し、前記圧力差が所定の設定値よりも小さいとき、前記燃料タンクのパージバルブを開放し、前記圧力差が前記設定値以上であるとき、前記燃料タンクのパージバルブを閉鎖する。

本発明は、エンジンの燃料タンクにＤＭＥ燃料を自動的に供給でき、且つ、燃料タンク内の圧力上昇によってＤＭＥの供給が阻害されることがない。

ＤＭＥエンジンシステム及びＤＭＥ供給システムを示す概略図である。 ＤＭＥ燃料供給制御のフローチャートである。 タンク内圧力、供給圧力、及びタンク内液面レベルの時間変化の一例を示す図である。 タンク内圧力及びタンク内液面レベルの時間変化の一例を示す図である（従来技術）。

図１は、ＤＭＥエンジンシステム１及びＤＭＥ供給システム１００を示す概略図である。ＤＭＥ供給システム１００は、ＤＭＥ供給源１０１からエンジン２の燃料タンク３に、ＤＭＥ及び潤滑向上剤を供給するシステムである。燃料タンク３には、潤滑向上剤を含むＤＭＥが蓄えられる。ＤＭＥエンジンシステム１は、エンジン２に、潤滑向上剤を含むＤＭＥにより、エンジン２を駆動する装置である。ＤＭＥ供給源１０１は、ＤＭＥのパイプラインシステム、又はＤＭＥのタンクである。

以下、特に必要がない限り、潤滑向上剤を含むＤＭＥと潤滑向上剤を含まないＤＭＥとを区別せず、どちらのＤＭＥも単に「ＤＭＥ」と称する。

図１において、ＤＭＥエンジンシステム１は、エンジン２と、燃料タンク３と、高圧ポンプ４と、エンジン制御装置５と、を備えている。ＤＭＥエンジンシステム１は、燃料用のラインとして、第１燃料ライン１１と、第２燃料ライン１２と、第３燃料ライン１３と、第４燃料ライン１４と、を備えている。ＤＭＥエンジンシステム１は、ＤＭＥ蒸気をパージするためのラインとして、第１パージライン２１と、第２パージライン２２と、第３パージライン２３と、を備えている。ＤＭＥエンジンシステム１は、弁として、圧力調整弁３０と、第２遮断弁３２と、第３遮断弁３３と、逆止弁３４と、を備えている。

第１燃料ライン１１は、燃料タンク３と高圧ポンプ４とを接続している。第２燃料ライン１２は、高圧ポンプ４とエンジン２とを接続している。第３燃料ライン１３及び第４燃料ライン１４は、圧力調整弁３０を介して、エンジン２と燃料タンク３とを接続している。圧力調整弁３０は、第３燃料ライン１３と第４燃料ライン１４との間に設けられている。逆止弁３４は、燃料タンク３と第４燃料ライン１４との間に設けられている。

第２遮断弁３２は、第２燃料ライン１２と第２パージライン２２との間に設けられている。第２遮断弁３２が開放されると、第２燃料ライン１２内のＤＭＥ蒸気が、第２パージライン２２を介して大気中に解放される。第３遮断弁３３は、第３燃料ライン１３と第３パージライン２３との間に設けられている。第３遮断弁３３が開放されると、第３燃料ライン１３内のＤＭＥ蒸気が、第３パージライン２３を介して大気中に解放される。

エンジン制御装置５は、ＤＭＥエンジンシステム１の各部を制御する。エンジン制御装置５は、エンジン２を作動させるときに、高圧ポンプ４を作動させる。ＤＭＥは、高圧ポンプ４の作動により、ライン１１〜１４を経由して、燃料タンク３及びエンジン２を循環する。

図１において、ＤＭＥ供給システム１００は、向上剤タンク１０２と、向上剤ポンプ１０３と、供給制御装置１０５と、を備えている。ＤＭＥ供給システム１００は、供給ラインとして、燃料供給ライン１１１と、第１向上剤供給ライン１２１と、第２向上剤供給ライン１２２と、を備えている。ＤＭＥ供給システム１００は、弁として、入口遮断弁ＳＶ−１と、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３と、向上剤電磁弁ＣＶ−４と、パージ電磁弁ＲＶ−２と、を備えている。ＤＭＥ供給システム１００は、センサとして、流量センサ１５１と、供給圧力センサＰＳ−１と、温度センサ１５２と、タンク内圧力センサＰＳ−２と、容量レベルセンサ５１と、を備えている。

燃料供給ライン１１１は、ＤＭＥ供給源１０１と燃料タンク３とを接続している。ＤＭＥは、ＤＭＥ供給源１０１から燃料タンク３に向けて供給される。燃料供給ライン１１１上には、ＤＭＥの流れ方向に沿って、入口遮断弁ＳＶ−１、流量センサ１５１、合流部１３１、供給圧力センサＰＳ−１、温度センサ１５２、及びＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３が、配置されている。

第１向上剤供給ライン１２１は、向上剤タンク１０２と、向上剤ポンプ１０３とを接続している。第２向上剤供給ライン１２２は、向上剤ポンプ１０３と燃料供給ライン１１１とを接続している。合流部１３１は、第２向上剤供給ライン１２２と燃料供給ライン１１１との接続部である。潤滑向上剤は、向上剤タンク１０２から向上剤ポンプ１０３を経由して、燃料供給ライン１１１上の合流部１３１に供給される。第２向上剤供給ライン１２２上には、向上剤電磁弁ＣＶ−４が配置されている。

向上剤ポンプ１０３は、本実施形態では、定量ポンプである。

入口遮断弁ＳＶ−１は、合流部１３１の上流側において、燃料供給ライン１１１を開閉できる。ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３は、合流部１３１の下流側において、燃料供給ライン１１１を開閉できる。向上剤電磁弁ＣＶ−４は、第２向上剤供給ライン１２２を開閉できる。

供給圧力センサＰＳ−１は、合流部１３１の下流側において、燃料供給ライン１１１内の圧力を検出できる。

流量センサ１５１は、燃料供給ライン１１１内の流量を検出できる。このため、流量センサ１５１は、当然ながら、燃料供給ライン１１１内に流れが発生しているか流れが停止しているかも、検出できる。

温度センサ１５２は、合流部１３１の下流側において、燃料供給ライン１１１内の温度を検出できる。温度センサ１５２は、本実施形態では、熱電対である。

パージ電磁弁ＲＶ−２は、第１パージライン２１上に設けられている。パージ電磁弁ＲＶ−２が開放されると、燃料タンク３内のＤＭＥ蒸気が、第１パージライン２１を介して大気中に解放される。

タンク内圧力センサＰＳ−２は、第１燃料ライン１１の圧力を検出する。ここで、第１燃料ライン１１の圧力は、燃料タンク３内の圧力に等しい。

容量レベルセンサ５１は、燃料タンク３内に蓄えられているＤＭＥの量を検出する。

供給制御装置１０５は、ＤＭＥ供給システム１００の各部を制御する。具体的には、供給制御装置１０５は、パージ電磁弁ＲＶ−２、入口遮断弁ＳＶ−１、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３、及び向上剤電磁弁ＣＶ−４の開閉を制御する。供給制御装置１０５は、向上剤ポンプ１０３の駆動を制御する。供給制御装置１０５は、供給圧力センサＰＳ−１、タンク内圧力センサＰＳ−２、容量レベルセンサ５１、及び温度センサ１５２による検出情報を、把握できる。

ＤＭＥ供給システム１００において、潤滑向上剤を含まないＤＭＥが、ＤＭＥ供給源１０１から燃料供給ライン１１１に供給される。燃料供給ライン１１１上の合流部１３１において、ＤＭＥに、潤滑向上剤が投入される。つまり、合流部１３１において、ＤＭＥと潤滑向上剤とが混合される。この結果、潤滑向上剤を含むＤＭＥが、燃料タンク３に供給される。

図２は、ＤＭＥ燃料供給制御のフローチャートである。供給制御装置１０５は、ＤＭＥ燃料供給制御を実行できる。ＤＭＥ燃料供給制御は、シーケンス制御である。ＤＭＥ燃料供給制御において、後述の各ステップの処理が、順次実行される。

ＤＭＥ燃料供給制御の開始時点において、入口遮断弁ＳＶ−１は開放されており、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３及び向上剤電磁弁ＣＶ−４は閉じられている。入口遮断弁ＳＶ−１は、メンテナンス時などを除いて通常は開放されている。

ＤＭＥ供給システム１００は、システムを起動するための起動スイッチを備えている。ステップＳ１において、供給制御装置１０５は、起動スイッチが押されたことを検出すると、ＤＭＥ燃料供給制御を開始する。

ステップＳ２において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ供給目標量を計算する。ＤＭＥ供給目標量は、今回のＤＭＥ供給作業において、ＤＭＥ供給システム１００が燃料タンク３にＤＭＥを供給する量を意味する。本実施形態では、燃料タンク３内の空き容量が、ＤＭＥの供給目標量に設定されている。

ＤＭＥ供給目標量＝タンク最大量−タンク残量・・・（１）

タンク最大量は、燃料タンク３の最大容量であり、特定されている。タンク残量は、燃料タンク３内に残っているＤＭＥの量である。供給制御装置１０５は、容量レベルセンサ５１による検出情報に基づいて、タンク残量を特定できる。このため、供給制御装置１０５は、式（１）に基づいて、ＤＭＥ供給目標量を算出できる。

ステップＳ３において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３を開放する。この結果、ＤＭＥが燃料タンク３内へと流れ込んでいく。

上述したように、ＤＭＥ供給システム１００は、ＤＭＥだけでなく潤滑向上剤を燃料供給ライン１１１に供給できる。供給制御装置１０５は、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３を開放した後、向上剤電磁弁ＣＶ−４を開放すると共に、向上剤ポンプ１０３を駆動する。この結果、燃料供給ライン１１１内で、ＤＭＥと潤滑向上剤とが混合される。

ステップＳ４〜Ｓ８までのループ処理において、供給制御装置１０５は、燃料供給ライン１１１と燃料タンク３内との圧力差を監視し、圧力差に基づいてパージ電磁弁ＲＶ−２の開閉を制御する。ここで、圧力差は、燃料供給ライン１１１の圧力（供給圧力）からタンク内圧力を減じることによって得られる値である。

供給圧力は、例えば、１．５ＭＰａである。タンク内圧力が上昇した結果、タンク内圧力が供給圧力に等しくなると、ＤＭＥの供給が阻害される。そこで、圧力差の適否を判定するための指標として、所定の設定値が設けられている。設定値は、０ＭＰａ以上の値であり、例えば、０．２ＭＰａである。圧力差が設定値を越えている限り、ＤＭＥの供給に問題はない。

ステップＳ４において、供給制御装置１０５は、圧力差が所定の設定値よりも小さいか否かを判定する。圧力差が設定値以上であるとき、処理がステップＳ８に進む。圧力差が設定値より小さいとき、処理がステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、供給制御装置１０５は、パージ電磁弁ＲＶ−２を開放する。この結果、燃料タンク３内のＤＭＥ蒸気が、第１パージライン２１を介して大気中に解放される。

ステップＳ６において、供給制御装置１０５は、パージ電磁弁ＲＶ−２の開放状態を所定の開放時間の間、継続する。本実施形態では、開放時間は、１５秒である。開放時間が経過したときにタンク内圧力が大気圧にできるだけ近づくように、開放時間の大きさが設定されている。このため、開放時間は、燃料タンク３の容量や、第１パージライン２１の内径などによって、変化する。

ステップＳ７において、供給制御装置１０５は、供給目標量の混合ＤＭＥが燃料タンク３内に充填されたか否かを判定する。供給制御装置１０５は、容量レベルセンサ５１の検出情報に基づいて、供給目標量が充填されたことを、把握できる。供給目標量が充填されている場合、ステップＳ４〜Ｓ８までのループ処理が終了して、処理がステップＳ９に進む。供給目標量が充填されていない場合、処理がステップＳ４に戻り、ステップＳ４〜Ｓ８までのループ処理が再度実行される。

ステップＳ９において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３を閉じる。この結果、ＤＭＥの供給が停止される。

ここで、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３が閉鎖される前に、向上剤電磁弁ＣＶ−４が閉鎖されると共に向上剤ポンプ１０３の駆動が停止されている。つまり、ＤＭＥの供給が終了する前に、潤滑向上剤の供給が終了している。

ステップＳ１０において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ燃料供給制御を終了させる。

図３を用いて、ＤＭＥ燃料供給制御が実行された状況の一例を説明する。図３は、タンク内圧力、供給圧力、及びタンク内液面レベルの時間変化の一例を示す図である。タンク内液面レベルは、燃料タンク３内の液面の高さ、すなわちタンク内の燃料の残量を指している。図３において、タンク内液面レベルは、最大容量に対する残量の割合（％）によって示されている。タンク内液面レベルの低下は、ＤＭＥエンジン２におけるＤＭＥの消費によって発生する。タンク内液面レベルの急上昇は、ＤＭＥ供給システム１００が燃料タンク３にＤＭＥを補給することによって発生する。

図３において、供給圧力は、ＤＭＥ供給源１０１内のフィードポンプの影響によって脈動しているが、供給圧力の平均値はほぼ一定に保たれている。タンク内圧力及びタンク内液面レベルの脈動も、供給圧力の脈動によって発生している。したがって、タンク内圧力及びタンク内液面レベルの変化において、脈動は重要ではなく、全体的な変化が重要である。

ＤＭＥが消費されるとタンク内の空き容量が増えるので、タンク内圧力が低下する。このため、図３において、タンク内液面レベルの低下に連動して、タンク内圧力が低下している。一方、ＤＭＥが補給されるとタンク内の空き容量が減るので、タンク内圧力が上昇する。このため、図３において、タンク内液面レベルの上昇に連動して、タンク内圧力が上昇している。本実施形態では、ＤＭＥ供給システム１００によるＤＭＥの供給が実行されるたびに、圧力差が設定値に到達し、燃料タンク３のパージ（パージ電磁弁ＲＶ−２の開放）が実行される。タンク内圧力は概ね周期的な変化をしているが、タンク内圧力の最大高さ及び最小高さも各周期において概ね一定である。このため、図３では、タンク内圧力の平均値はほぼ一定であり、従来技術における図４のように、タンク内圧力が上昇することが防止されている。

本実施形態におけるＤＭＥ燃料供給方法及びＤＭＥ供給システム１００は、ＤＭＥエンジン２の燃料タンク３にＤＭＥ燃料を自動的に供給でき、且つ、燃料タンク３内の圧力上昇によってＤＭＥの供給が阻害されることがない。

本実施形態では、ＤＭＥ供給システム１００は、ＤＭＥの供給に係わるシステムだけでなく、潤滑向上剤の供給に係わるシステムも備えている。ＤＭＥ燃料供給制御を実行するためのＤＭＥ供給システムは、ＤＭＥの供給に係わるシステムを備えていればよく、潤滑向上剤の供給に係わるシステムを備えていなくても良い。

１ ＤＭＥエンジンシステム
２ エンジン
３ 燃料タンク
２１ 第１パージライン
５１ 容量レベルセンサ
１００ ＤＭＥ供給システム
１０５ 供給制御装置
１１１ 燃料供給ライン
ＰＳ−１ 供給圧力センサ
ＰＳ−２ タンク内圧力センサ
ＲＶ−２ パージ電磁弁
ＣＶ−３ ＤＭＥ電磁弁

Claims (3)

1. エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量のＤＭＥを供給する、ＤＭＥ燃料供給方法であって、
   前記燃料供給ラインを開放した後、前記燃料供給ラインの圧力から前記燃料タンク内の圧力を減じることによって得られる圧力差を監視し、
   前記圧力差が所定の設定値よりも小さいとき、前記燃料タンクのパージバルブを開放し、前記圧力差が前記設定値以上であるとき、前記パージバルブを閉鎖する、
   ＤＭＥ燃料供給方法。
2. 前記供給目標量が、前記燃料タンクの最大量から前記燃料タンク内のＤＭＥの残量を減じて得られるものであり、
   前記燃料供給ラインの開放に先立って、前記残量を検出することによって前記供給目標量を算出する、
   請求項１に記載のＤＭＥ燃料供給方法。
3. エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量のＤＭＥを供給する、ＤＭＥ燃料供給システムであって、
   前記燃料供給ラインを開閉する燃料電磁弁と、
   前記燃料タンクを開閉するパージバルブと、
   前記燃料タンク内の圧力を検出するタンク内圧力センサと、
   前記燃料供給ラインの圧力を検出する供給圧力センサと、
   前記タンク内圧力センサ及び前記供給圧力センサによる検出情報に基づいて、前記電磁弁及び前記パージバルブを開閉する、制御装置と、
   を備えており、
   前記制御装置が、前記燃料供給ラインを開放した後、前記燃料供給ラインの圧力から前記燃料タンク内の圧力を減じることによって得られる圧力差を監視し、前記圧力差が所定の設定値よりも小さいとき、前記燃料タンクのパージバルブを開放し、前記圧力差が前記設定値以上であるとき、前記燃料タンクのパージバルブを閉鎖する、
   ＤＭＥ燃料供給システム。

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