JP5416321B1

JP5416321B1 - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP5416321B1
Application number: JP2013530485A
Authority: JP
Inventors: 佳雄石原; 忠宮田
Original assignee: Kaken Co Ltd
Current assignee: Kaken Co Ltd
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: JPWO2014162438A1; WO2014162438A1

Abstract

燃料供給装置は、サービスタンクと、循環経路部と、循環ポンプと、ミキサーと、を備える。サービスタンクは、メインタンクから供給される液体燃料を貯留するとともに、その貯留した液体燃料をバーナーに供給する。循環経路部は、サービスタンクに連通接続されている。循環ポンプは、サービスタンク内の液体燃料を循環経路部を通して循環させる。ミキサーは、循環経路部を循環する液体燃料にブラウンガスを混入する。

Description

本発明は、燃料供給装置に関する。

従来より、例えばボイラー装置のバーナーに供給する液体燃料に、いわゆるブラウンガス（酸水素ガス）を混ぜることが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２６７２６０号公報

ところで、従来技術では、バーナーの先端部において、噴出される液体燃料の周囲から同時にブラウンガスを噴出することにより、液体燃料にブラウンガスを混ぜる構成となっている。そのため、液体燃料にブラウンガスを効率良く混ぜることができず、従って、燃焼効率を向上することができない。

そこで、液体燃料にブラウンガスを効率良く混ぜることができ、燃焼効率を向上することができる燃料供給装置を提供する。

本発明の燃料供給装置は、サービスタンクと、燃料供給経路と、第１分岐経路部および第２分岐経路部と、連結経路部と、循環経路部と、循環ポンプと、ミキサーと、を備える。サービスタンクは、メインタンクから供給される液体燃料を貯留するとともに、その貯留した液体燃料をバーナーに供給する。燃料供給経路は、メインタンクとバーナーとの間に設けられ、メインタンクから供給される液体燃料が流れる。第１分岐経路部は、燃料供給経路とサービスタンクとを連結する。第２分岐経路部は、燃料供給経路とサービスタンクとを連結する。連結経路部は、第１分岐経路部の途中部分と第２分岐経路部の途中部分とを連結する。循環経路部は、第１分岐経路部の一部と、第２分岐経路部の一部と、連結経路部とによって構成され、サービスタンクに連通接続されている。循環ポンプは、サービスタンク内の液体燃料を循環経路部を通して循環させる。ミキサーは、循環経路部を循環する液体燃料にブラウンガスを混入する。

この構成によれば、サービスタンク内の液体燃料にブラウンガスを効率良く混ぜることができる。そして、ブラウンガスが十分に混入した液体燃料をバーナーに供給することができ、燃料効率を向上することができる。

一実施形態に係る燃料供給装置の全体構成図であり、液体燃料補充モードを示す図一実施形態に係る燃料供給装置の全体構成図であり、循環モードを示す図一実施形態に係る燃料供給装置の全体構成図であり、第１圧力調整状態を示す図一実施形態に係る燃料供給装置の全体構成図であり、第２圧力調整状態を示す図一実施形態に係る燃料供給装置の全体構成図であり、第３圧力調整状態を示す図変形実施形態に係る燃料供給装置の全体構成図であり、液体燃料補充モードおよび循環モードを組み合わせた補充／循環モードを示す図変形実施形態に係るものであり、第２サービスタンクおよびその周辺部分を示す図

以下、燃料供給装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、燃料供給装置１０は、燃料供給部１１、ブラウンガス供給部１２、圧力調整部１３、制御部１４を備える。燃料供給部１１は、上流側から順に、メインタンク１５、第１燃料供給経路１６、非密閉型の第１サービスタンク１７、第２燃料供給経路１８、密閉型（ほぼ密閉型）の第２サービスタンク１９を備える。第１燃料供給経路１６には、上流側から順に、第１コック２０、圧送ポンプ２１、第２コック２２が設けられている。メインタンク１５内に貯留されている液体燃料は、第１コック２０および第２コック２２が開いた状態で圧送ポンプ２１が駆動することにより、図１に破線矢印Ａで示すように、第１サービスタンク１７内に圧送される。この圧送ポンプ２１の駆動は制御部１４によって制御される。なお、液体燃料としては、例えば、Ａ重油、Ｃ重油などの各種重油類、バイオオイルなど、種々の液体状の燃料が考えられる。また、第１コック２０、第２コック２２は基本的には常開されている。また、図では、便宜上、第１サービスタンク１７は第２サービスタンク１９よりも小さく示しているが、実際は、第１サービスタンク１７は第２サービスタンク１９よりも大きい。

第１サービスタンク１７は、オーバーフロー管路部２３、フロートスイッチ２４を備える。メインタンク１５から第１サービスタンク１７内に過剰に液体燃料が供給された場合には、図１に破線矢印Ｂで示すように、その過剰な液体燃料がオーバーフロー管路部２３から排出される。この第１サービスタンク１７は、第２サービスタンク１９よりも高い位置に配置されている。なお、メインタンク１５から第１サービスタンク１７内に過剰に液体燃料が供給された場合にはフロートスイッチ２４がオンされ、そのオン信号が、図示しない信号線を介して制御部１４に出力される。

第２燃料供給経路１８には、上流側から順に、第３コック２５、メーター２６、第４コック２７、第５コック２８が設けられている。メーター２６と第４コック２７との間には、第２燃料供給経路１８と第２サービスタンク１９とを連結する第１分岐経路部２９が設けられている。また、第４コック２７と第５コック２８との間には、第２燃料供給経路１８と第２サービスタンク１９とを連結する第２分岐経路部３０が設けられている。メーター２６は、第２燃料供給経路１８を流れる液体燃料の流量を計測する。なお、このメーター２６は、必要に応じて設ければよい。

第１分岐経路部２９には、第２燃料供給経路１８側に第６コック３１ａおよび電動弁３１ｂが設けられ、第２サービスタンク１９側に第７コック３２が設けられている。また、第２分岐経路部３０には、第２サービスタンク１９側に第８コック３３が設けられている。また、第１分岐経路部２９および第２分岐経路部３０は、その途中部分（中間部分）が連結経路部３４を介して相互に連結されている。連結経路部３４には、第１分岐経路部２９側から第２分岐経路部３０側に向かって順に、循環ポンプ３５、ミキサー３６、第９コック３７が設けられている。ここで、第１分岐経路部２９の一部（第７コック３２を備える部分）と、第２分岐経路部３０の一部（第８コック３３を備える部分）と、連結経路部３４とによって、第２サービスタンク１９に連通接続された循環経路部３８が構成されている。なお、電動弁３１ｂ、循環ポンプ３５、ミキサー３６などの駆動は制御部１４によって制御される。また、第３コック２５、第５コック２８、第６コック３１ａ、第７コック３２、第８コック３３は基本的には常開され、第４コック２７は基本的には常閉されている。

ブラウンガス供給部１２は、ブラウンガス発生装置３９、および、当該ブラウンガス発生装置３９とミキサー３６とを連結するガス供給管路部４０を備える。ブラウンガス発生装置３９は、水を電気分解することにより、いわゆるブラウンガスを生成する。そして、ブラウンガス発生装置３９は、生成したブラウンガスを、ガス供給管路部４０を介してミキサー３６に供給する。なお、ブラウンガスは、酸水素ガスとも称され、水を電気分解することにより得られる酸素と水素の混合ガスである。ブラウンガスの組成は、酸素：水素＝１：２である。ブラウンガス発生装置３９の駆動は制御部１４によって制御される。

ガス供給管路部４０には、上流側から順に、第１０コック４０ａおよび圧力調整弁４１が設けられている。なお、第１０コック４０ａは基本的には常開されている。この圧力調整弁４１は、ブラウンガス発生装置３９からミキサー３６に供給されるブラウンガスの圧力、換言すればブラウンガスの供給量を調整するものである。この圧力調整弁４１の駆動は制御部１４によって制御される。

図１に示す第１モード（以下、「液体燃料補充モード」と称する）においては、第３コック２５、第６コック３１ａ、第７コック３２が開かれ、第４コック２７が閉じられている。この状態で、電動弁３１ｂが開かれると、第１サービスタンク１７が第２サービスタンク１９よりも高い位置に配置されているので、第１サービスタンク１７内の液体燃料は、その自重（重力差）により、図１に破線矢印Ｃで示すように、第２燃料供給経路１８の上流側（第４コック２７よりも上流側）および第１分岐経路部２９を通って第２サービスタンク１９内に流れる。これにより、メインタンク１５から供給される液体燃料が、第１サービスタンク１７を経由して第２サービスタンク１９に補充され、当該第２サービスタンク１９内に貯留される。

図２に示す第２モード（以下、「循環モード」と称する）においては、第７コック３２、第８コック３３、第９コック３７、第５コック２８が開かれ、第４コック２７が閉じられ、電動弁３１ｂが閉じられている。この状態で、ボイラー装置４２のバーナー４３が点火されると、これに連動して、液体燃料にブラウンガスを混入するために必要な各構成要素、例えば循環ポンプ３５、ミキサー３６、および、ブラウンガス発生装置３９などの駆動が開始される。これにより、第２サービスタンク１９内の液体燃料が、図２に破線矢印Ｄで示すように、循環経路部３８を通して循環されるようになる。

このとき、ミキサー３６は、図２に破線矢印Ｅで示すようにブラウンガス発生装置３９から供給されるブラウンガスを、循環経路部３８を循環する液体燃料に加圧しながら混入する。これにより、第２サービスタンク１９内の液体燃料および循環経路部３８を循環する液体燃料に、１〜５ミクロンの微粒子状のブラウンガスが徐々に含まれるようになる。また、循環経路部３８を循環する液体燃料の一部、つまりブラウンガスを含む液体燃料は、図２に破線矢印Ｆで示すように、第２分岐経路部３０の一部（第８コック３３を備えていない部分）および第２燃料供給経路１８の一部（第４コック２７よりも下流側であり、第５コック２８を備える部分）を介してボイラー装置４２のバーナー４３に供給される。これにより、第２サービスタンク１９に貯留された液体燃料（ブラウンガスが混入された液体燃料）が、循環経路部３８を介してバーナー４３に供給されるようになる。なお、バーナー４３の駆動、即ち、点火および消化は、制御部１４によって制御される。

この場合、ミキサー３６は、液体燃料の循環開始当初においては多量のブラウンガスを混入し、その後、徐々にブラウンガスの混入量を減らしていく。即ち、ミキサー３６は、循環開始当初においては、その最大能力の１００パーセントの出力でブラウンガスを混入し、その後、ブラウンガスの混入量（混入出力）を、最大能力の５０パーセントの出力、さらに、最大能力の３０パーセントの出力へと徐々に減らしていく。

また、例えば１０分ほどの所定時間ごとにバーナー４３の点火および消化を繰り返すように設定した場合には、このバーナー４３の点火に連動して駆動する循環ポンプ３５、ミキサー３６、および、ブラウンガス発生装置３９なども所定時間ごとに駆動および停止を繰り返す。ここで、液体燃料にブラウンガスが混入した状態を維持できる時間は、１０分ほどの時間である。そのため、このように、バーナー４３の点火、つまり液体燃料の使用に連動して循環ポンプ３５、ミキサー３６、および、ブラウンガス発生装置３９などを駆動することにより、ブラウンガスが混入した液体燃料を、必要時に適切なタイミングでバーナー４３に供給することができる。

圧力調整部１３は、第１圧力調整管路４４、第２圧力調整管路４５、第３圧力調整管路４６、電磁弁４７、安全弁４８を備える。第１圧力調整管路４４は、第２サービスタンク１９と電磁弁４７との間を連結している。第２圧力調整管路４５は、電磁弁４７とガス供給管路部４０（圧力調整弁４１よりも下流側であるミキサー３６側の部分）との間を連結している。この第２圧力調整管路４５には第１１コック４９が設けられている。この第１１コック４９は基本的には常開されている。第３圧力調整管路４６は、電磁弁４７と安全弁４８との間を連結している。電磁弁４７の駆動は制御部１４によって制御される。安全弁４８は基本的には常開されている。圧力調整部１３は、電磁弁４７によって、第１圧力調整管路４４を第２圧力調整管路４５に連通する第１圧力調整状態と、第１圧力調整管路４４を第３圧力調整管路４６に連通する第２圧力調整状態と、第１圧力調整管路４４を第２圧力調整管路４５および第３圧力調整管路４６の何れにも連通しない第３圧力調整状態とに切り替えられる。

図３に示す第１圧力調整状態では、第２サービスタンク１９内のガス（液体燃料から放出されたガス）が、図３に破線矢印Ｇで示すように、第１圧力調整管路４４、第２圧力調整管路４５、ガス供給管路部４０（圧力調整弁４１よりも下流側の部分）を介してミキサー３６に戻される。そして、戻されたガスは、ミキサー３６により、循環経路部３８を循環する液体燃料に再び混入される。即ち、この第１圧力調整状態では、第２サービスタンク１９内のガスを循環することにより、第２サービスタンク１９内の圧力（ガス圧）が調整される。

図４に示す第２圧力調整状態では、密閉状態の第２サービスタンク１９が第１圧力調整管路４４、第３圧力調整管路４６、安全弁４８を介して大気に開放され、これにより、第２サービスタンク１９内のガスが、図４に破線矢印Ｈで示すように、第１圧力調整管路４４、第３圧力調整管路４６、安全弁４８を介して放出される。即ち、この第２圧力調整状態では、密閉型の第２サービスタンク１９を大気に開放することにより、第２サービスタンク１９内の圧力（ガス圧）が調整される。

図５に示す第３圧力調整状態では、第２サービスタンク１９の密閉状態が維持され、第２サービスタンク１９内のガスが、図５に破線矢印Ｊで示すように滞留して外部に流出しない。即ち、この第３圧力調整状態では、第２サービスタンク１９内の圧力（ガス圧）が維持される。

制御部１４は、燃料供給装置１０の各構成要素、例えば圧送ポンプ２１、電動弁３１ｂ、循環ポンプ３５、ミキサー３６、圧力調整弁４１、ブラウンガス発生装置３９、電磁弁４７などの駆動を制御することにより、燃料供給装置１０の動作全般を制御する。なお、制御部１４は、制御盤３９ａを介してブラウンガス発生装置３９を制御する。また、制御部１４は、第２サービスタンク１９に設けられた圧力計５０および負圧計５１に接続されている。制御部１４は、圧力計５０あるいは負圧計５１によって検出される第２サービスタンク１９内の圧力が所定範囲内に収まるように、ブラウンガス発生装置３９、電磁弁４７などの駆動を制御する。

ここで、制御部１４による第２サービスタンク１９内の圧力調整例について説明する。即ち、制御部１４は、この場合、第２サービスタンク１９内の圧力を、例えば０．０１〜０．０２Ｋｇ／ｍ^２の範囲に収まるように制御する。より具体的には、制御部１４は、第２サービスタンク１９内の圧力が０．０１Ｋｇ／ｍ^２よりも低い場合には、圧力調整部１３を第３圧力調整状態に切り替え、ブラウンガス発生装置３９、循環ポンプ３５、ミキサー３６、圧力調整弁４１などの駆動を促進する。これにより、第２サービスタンク１９内の液体燃料に含まれるブラウンガスの含有量が増え、これに伴い、第２サービスタンク１９内のガス圧も上昇する。

また、制御部１４は、第２サービスタンク１９内の圧力が０．０１〜０．０２Ｋｇ／ｍ^２の範囲内に収まっている場合には、圧力調整部１３を第１圧力調整状態に切り替える。これにより、制御部１４は、第２サービスタンク１９内のガスを循環させながら、第２サービスタンク１９内の圧力を所定範囲内で維持する。

また、制御部１４は、第２サービスタンク１９内の圧力が０．０２Ｋｇ／ｍ^２を超えた場合には、圧力調整部１３を第２圧力調整状態に切り替える。これにより、制御部１４は、第２サービスタンク１９を大気に開放して、過剰な圧力を第２サービスタンク１９の外部に放出する。

燃料供給装置１０は、第２サービスタンク１９内の圧力を所定範囲内に収めるよう制御しながら、当該第２サービスタンク１９内の液体燃料、つまりブラウンガスを含有する液体燃料をバーナー４３に供給する。ここで、第２サービスタンク１９には液面センサー５２が設けられており、制御部１４は、液面センサー５２の検出値に基づいて第２サービスタンク１９内の液体燃料の残存量を監視する。そして、第２サービスタンク１９内の液体燃料の残存量が所定の下限量よりも低くなると、制御部１４は、図１に示す液体燃料補充モードに移行して、第２サービスタンク１９に液体燃料を補充する。そして、第２サービスタンク１９内の液体燃料が所定の上限量に達すると、制御部１４は、図２に示す循環モードに移行して、バーナー４３の点火に連動して液体燃料にブラウンガスを混入する。なお、これら上限値および下限値は適宜変更して設定することができる。

以上に説明した本実施形態の燃料供給装置１０によれば、第２サービスタンク１９内に貯留した液体燃料に予めブラウンガスを混入しておくことができ、従って、従来技術に比べ、第２サービスタンク１９内の液体燃料にブラウンガスを効率良く混ぜることができる。そして、ブラウンガスが十分に混入した液体燃料をボイラー装置４２のバーナー４３に安定して供給することができ、液体燃料の燃料効率を格段に向上することができる。また、燃料供給装置１０によれば、ブラウンガスを混入していない一般的な液体燃料を燃焼する場合に比べ、少なくとも１５０℃前後高い高温で燃焼することができる。従って、液体燃料の使用量を節減することができ、ひいては、二酸化炭素などの排ガスの発生を抑えることができる。

また、燃料供給装置１０によれば、さらに、圧力調整部１３と制御部１４とを備える。圧力調整部１３は、少なくとも、第２サービスタンク１９内のガスを循環する第１圧力調整状態と、第２サービスタンク１９を大気に開放する第２圧力調整状態と、に切り替えられる。制御部１４は、第２サービスタンク１９内の圧力が所定範囲内に収まっている場合には、圧力調整部１３を第１圧力調整状態に切り替え、第２サービスタンク１９内の圧力が所定範囲を超えた場合には、圧力調整部１３を第２圧力調整状態に切り替える。これにより、第２サービスタンク１９内のガス圧を適切な圧力で維持することができ、バーナー４３への液体燃料の供給をスムーズに行うことができる。なお、この所定範囲は適宜変更して実施することができる。

また、燃料供給装置１０によれば、循環ポンプ３５は、バーナー４３が点火されると駆動を開始し、バーナー４３が消化されると駆動を停止する。即ち、循環ポンプ３５の駆動、換言すれば、第２サービスタンク１９内の液体燃料へのブラウンガスの混入を、バーナー４３の動作に連動して行うように構成した。これにより、ブラウンガスが混入した液体燃料を、必要時に適切なタイミングでバーナー４３に供給することができる。

なお、液体燃料補充モード（第１モード）を単独で実行する場合には、循環ポンプ３５およびミキサー３６の駆動を停止するとよい。また、循環モード（第２モード）を単独で実行する場合には、第６コック３１ａを閉じ、電動弁３１ｂを閉じるとよい。

本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用することができる。例えば、ミキサー３６は、バーナー４３の近傍に設けてもよい。但し、ミキサー３６をバーナー４３の近傍に設ける場合には、ブラウンガスの漏れなどに十分に注意すべきであり、ブラウンガスの漏れを防止するための構成要素を備える必要がある。

また、電動弁３１ｂの開閉制御は、第２サービスタンク１９内の液体燃料の液面の高さ（液位、液レベル）に応じて、換言すれば、第２サービスタンク１９内の液体燃料の残存量に応じて制御するように構成してもよい。

また、第２サービスタンク１９に対する第１サービスタンク１７の高さは適宜調整して実施することができ、第１サービスタンク１７から第２サービスタンク１９にスムーズに液体燃料が流れるよう、十分な高さを確保するとよい。また、第１サービスタンク１７および第２サービスタンク１９の大きさは適宜変更して実施することができる。

また、第２サービスタンク１９内に液体燃料を補充しながら循環ポンプ３５、ミキサー３６、および、ブラウンガス発生装置３９などを駆動する構成としてもよい。即ち、液体燃料補充モードと循環モードとを組み合わせたモード（以下、「補充／循環モード」と称する）を設けてもよい。この補充／循環モードにおいては、液体燃料は、図６に破線矢印Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３で示すように流れる。即ち、この補充／循環モードにおいては、第２サービスタンク１９内への液体燃料の補充の流れＫ１と、第２サービスタンク１９内の液体燃料の循環の流れＫ２と、ボイラー装置４２への液体燃料の供給の流れＫ３とが同時に発生する。なお、この場合、破線矢印Ｋ１で示す液体燃料の補充の流れは、第２燃料供給経路１８の上流側（第４コック２７よりも上流側）、第１分岐経路部２９の一部（第６コック３１ａおよび電動弁３１ｂを備える部分）、および、循環経路部３８の一部（連結経路部３４、および、第２分岐経路部３０のうち第８コック３３を備える部分）を介して第２サービスタンク１９内に補充される流れとなる。

また、図７に示すように、ボイラー装置４２に液体燃料を供給するための専用の供給管路部１９ａを第２サービスタンク１９に設けてもよい。即ち、上述の第２分岐経路部３０は、液体燃料の循環用経路、液体燃料の供給用経路、場合によっては液体燃料の補充用経路としての機能を兼ね備えているが、図７に示す構成は、液体燃料の供給用経路を供給専用の供給管路部１９ａで構成したものである。なお、この供給管路部１９ａには、基本的には常開される第１２コック１９ｂを設けるとよい。

また、燃料供給装置１０において、第１コック２０、第２コック２２、第３コック２５、第５コック２８、第６コック３１ａ、第７コック３２、第８コック３３、第９コック３７、第１０コック４０ａ、第１１コック４９、安全弁４８、第１２コック１９ｂは、手動によって開閉されるコックであり、基本的には常に開かれている。しかし、これらコックや安全弁の開閉を制御部１４による制御によって適宜自動的に開閉するように構成してもよい。

また、燃料供給装置１０において、第４コック２７は、手動によって開閉されるコックであり、基本的には常に閉じられている。しかし、このコックの開閉を制御部１４による制御によって適宜自動的に開閉するように構成してもよい。

ブラウンガス発生装置３９としては、周知のブラウンガス発生装置を採用することができる。また、循環ポンプ３５としては、周知の循環ポンプを採用することができる。また、ミキサー３６としては、周知のミキサーを採用することができる。また、循環ポンプ３５の機能とミキサー３６の機能を兼ね備えたミキシングポンプ、つまり、ブラウンガスを吸入加圧する機能を備えたポンプを採用してもよい。また、他の構成要素としても、周知のものを適宜採用することができる。

また、燃料供給装置１０は、第６コック３１ａを閉じ、第４コック２７を開くことにより、第１サービスタンク１７内の液体燃料を、第２サービスタンク１９を介することなく、第２燃料供給経路１８を通して直接的にボイラー装置４２のバーナー４３に供給することも可能である。

Claims

メインタンクから供給される液体燃料を貯留するとともに、その貯留した液体燃料をバーナーに供給するサービスタンクと、
前記メインタンクと前記バーナーとの間に設けられ、前記メインタンクから供給される液体燃料が流れる燃料供給経路と、
前記燃料供給経路と前記サービスタンクとを連結する第１分岐経路部および第２分岐経路部と、
前記第１分岐経路部の途中部分と前記第２分岐経路部の途中部分とを連結する連結経路部と、
前記第１分岐経路部の一部と、前記第２分岐経路部の一部と、前記連結経路部とによって構成され、前記サービスタンクに連通接続された循環経路部と、
前記サービスタンク内の液体燃料を前記循環経路部を通して循環させる循環ポンプと、
前記循環経路部を循環する液体燃料にブラウンガスを混入するミキサーと、
を備える燃料供給装置。
前記サービスタンク内のガスを循環する第１圧力調整状態と、前記サービスタンクを大気に開放する第２圧力調整状態と、に切り替えられる圧力調整部と、
前記サービスタンク内の圧力が所定範囲内に収まっている場合には、前記圧力調整部を前記第１圧力調整状態に切り替え、前記サービスタンク内の圧力が所定範囲を超えた場合には、前記圧力調整部を前記第２圧力調整状態に切り替える制御部と、
をさらに備える請求項１に記載の燃料供給装置。
前記循環ポンプは、前記バーナーが点火されると駆動を開始する請求項１または２に記載の燃料供給装置。