JP5481310B2 - 比重監視制御装置及びそれを備える燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料油に水を添加して水エマルジョン燃料を作るときにおいて、実際に使用される燃料油の比重を計測して、この計測して得られた燃料油の比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整することによって、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるようにする比重監視制御装置、及びそれを備える燃料供給装置に関する。

内燃機関の排気中のＮＯ_X削減技術として、燃料油に水を混ぜて撹拌して得られる水エマルジョン燃料がある。この水エマルジョン燃料は、内燃機関の燃料として使用することによって、排気中のＮＯ_X成分を低減できることは一般に確認されており、舶用ディーゼル機関にも適用が可能である。

ただし、この水エマルジョン燃料の使用による排気中のＮＯ_X削減技術においては、燃料油に添加される水の添加率によって、ＮＯ_X削減効果及び燃焼効率（燃料消費率）が変化することが知られている。また、内燃機関に供給する燃料油（純燃料）と、これに添加される水との合計流量が、例えば燃料供給装置及びこれに付随する装置類の定格供給流量を超えてはならないという制約が課せられている。

ところで、このような水エマルジョン燃料の供給装置の一例として、図には示さないが、自動車用ディーゼル機関へ水エマルジョン燃料を供給するための燃料供給装置が特許文献１に開示されている。この燃料供給装置は、燃料噴射弁からドレインされた戻り水エマルジョン燃料をリターンリザーバに貯留して、しかる後に、燃料噴射弁に戻して再利用するものである。

また、この燃料供給装置は、戻り水エマルジョン燃料がリターンリザーバに貯留されたときに、そのリターンリザーバ内の水エマルジョン燃料の水比率を演算して求め、この演算で求めた水比率に基づき、ミキサへ供給する燃料油の量、及び供給水の量をエマルジョン・コントローラで決定して、運転負荷等に応じて最適な水比率に常時変更制御しようとするものである。

ここで、リターンリザーバ内の水エマルジョン燃料の水比率を演算して求めるためには、少なくとも燃料油の比重が必要であるにも拘わらず、この燃料油の比重の求め方については何ら言及されてはいない。ただし、この燃料供給装置が自動車用ディーゼル機関に使用されるものであることに鑑みると、燃料油は、品質が一定したものが使用されるので、燃料油の比重として規格値を使用していると考えられる。

特開平９−２５０７３６号公報

しかし、上記従来の燃料供給装置では、燃料油の比重として規格値を使用している場合は、燃料油の比重が規格値から大きくずれたときは、不正確な水比率が算出されてしまい、運転負荷等に応じて最適な水比率に変更制御することができない。

そして、このような燃料供給装置を例えば舶用の内燃機関に適用した場合は、この船舶に対して様々な地域で性状の異なる燃料油が搭載されて、これら様々な比重の燃料油を使用する場合や、このような様々な比重の燃料油を混合して使用する場合には、所望の正確な水比率の水エマルジョン燃料を作ることができない。

よって、上記従来の燃料供給装置では、水エマルジョン燃料が使用される内燃機関等を、適切で安定した燃焼効率で運転することができないし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることもできない。

更に、上記従来の燃料供給装置では、所定の水比率の水エマルジョン燃料を作るときに、燃料油の比重が大きい場合は、供給水の流量が大きくなり、この燃料油と供給水の合計流量が、この燃料供給装置の定格供給流量を超えることがある。このようなことが起こると、この燃料供給装置及びこれに付随する装置類を適切な状態で作動させることができなくなり、上記と同様に、水エマルジョン燃料が使用される内燃機関等を、適切で安定した燃焼効率で運転することができないことがあるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることができないこともある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、燃料油に水を添加して水エマルジョン燃料を作るときに、実際に使用される燃料油の比重を計測して監視することができ、この計測して得られた燃料油の比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整することによって、所望の正確な水添加重量率（燃料油の重量に対する水の重量の比率）の水エマルジョン燃料を作ることができるようにする比重監視制御装置、及びそれを備える燃料供給装置を提供することを目的としている。

本発明に係る比重監視制御装置は、燃料油に水を添加して燃料油をエマルジョン化する際に、燃料油の比重を計測する第１比重計測手段を備え、この第１比重計測手段で計測して得られた第１計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することによって、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるようにするものである。

本発明に係る比重監視制御装置によると、燃料油に水を添加して燃料油をエマルジョン化する際に、実際に使用する燃料油の比重を第１比重計測手段で実際に計測してリアルタイムで、常時又は随時、監視することができ、この第１比重計測手段で実際に計測して得られた第１計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することができる。

つまり、例えば燃料油の比重が未知であったり、規格値としてしか認識していない場合や、燃料油に水を添加して水エマルジョン燃料を作っているときに、比重の異なる燃料油を使用する状況となった場合、更に、燃料油の性状の変化によって比重が変化した場合でも、実際に使用する燃料油の比重を第１比重計測手段で計測して、これによって得られた第１計測比重を使用して当該燃料油に添加する水の量を調整しているので、所望の正確な目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることが可能となる。

この発明に係る比重監視制御装置において、燃料油に水を添加して作られた水エマルジョン燃料の比重を計測する第２比重計測手段と、この第２比重計測手段で計測して得られた第２計測比重と前記第１計測比重とを使用して水エマルジョン燃料の計測水添加重量率を演算する水添加率調整部と、前記計測水添加重量率を出力する出力手段とを備えるものとすることができる。

このようにすると、燃料油に水を添加して作られた実際の水エマルジョン燃料の比重を第２比重計測手段で計測してリアルタイムで、常時又は随時、監視することができ、この第２比重計測手段で計測して得られた実際に作られている水エマルジョン燃料の第２計測比重と、実際に使用された燃料油の第１計測比重とを使用して、実際に作られている水エマルジョン燃料の計測水添加重量率を水添加率調整部で演算することができる。そして、この計測水添加重量率を出力手段で出力することができる。

これによって、実際に作られている水エマルジョン燃料の計測水添加重量率が、許容水添加重量率の範囲内に入っているか否かを、常時又は随時、作業者や装置によって監視できるようにすることができる。

この発明に係る比重監視制御装置において、水の比重を第３比重計測手段で計測し、この第３比重計測手段で計測して得られた第３計測比重と前記第１及び第２計測比重とを使用して水エマルジョン燃料の計測水添加重量率を前記水添加率調整部で演算し、前記計測水添加重量率を出力手段で出力するものとすることができる。

このようにすると、燃料油に添加される実際の水の比重を第３比重計測手段で計測してリアルタイムで、常時又は随時、監視することができ、この第３比重計測手段で計測して得られた実際に使用されている水の第３計測比重と、実際に使用された燃料油の第１計測比重と、実際に作られた水エマルジョン燃料の第２計測比重とを使用して、実際に作られている水エマルジョン燃料の計測水添加重量率を水添加率調整部で演算することができる。そして、この計測水添加重量率を出力手段で出力することができる。

これによって、実際に作られている水エマルジョン燃料の計測水添加重量率が、許容水添加重量率の範囲内に入っているか否かを、常時又は随時、作業者や装置によって監視できるようにすることができる。

この発明に係る比重監視制御装置において、前記水添加率調整部は、演算して得られた前記計測水添加重量率に基づいて、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるように、燃料油に添加される水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整するものとすることができる。

このように構成された水添加率調整部によると、実際に作られた水エマルジョン燃料の計測水添加重量率に基づいて、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるように、燃料油に添加される水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することができる。

これによって、実際に作られる水エマルジョン燃料の水添加重量率が、目標水添加重量率に一致するように、又は許容水添加重量率の範囲内に入るようにすることができる。その結果、予期していない水添加重量率の水エマルジョン燃料が作られて、例えば内燃機関やボイラ等に供給されて長時間運転されることを防止することができる。

従って、この水エマルジョン燃料が使用される内燃機関やボイラ等を、適切で安定した燃焼効率で運転することができるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることができる。

この発明に係る比重監視制御装置において、前記比重計測手段は、質量流量計測機能と体積流量計測機能とを備えているものとすることができる。

この比重計測手段によると、燃料油、水エマルジョン燃料、又は水の計測質量流量を、その計測体積流量で除算することによって、これら燃料油、水エマルジョン燃料、又は水の比重を求めることができる。

この発明に係る比重監視制御装置において、前記水添加率調整部は、前記計測比重を温度補正して得られた温度補正済み計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することによって、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるようにするものとすることができる。

このように、燃料油、水エマルジョン燃料、又は水の計測比重を温度補正して得られた温度補正済み計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することによって、温度の影響を受けずに正確に所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるようにすることができる。

この発明に係る比重監視制御装置において、前記水添加率調整部は、所望の水添加重量率の水エマルジョン燃料を作るために使用される燃料油及び水の合計流量が、所定の上限合計流量以上となるときは、水の供給流量を制限して、前記合計流量が所定の上限合計流量未満となるようにするものとすることができる。

このように、燃料油及び水の合計流量が、所定の上限合計流量以上となる場合として、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作る際に、例えば燃料油の比重が大きいときに、水の供給流量が大きくなるために起こる可能性がある。このような場合に、水の供給流量を制限することによって、この水エマルジョン燃料を内燃機関又はボイラに供給するための燃料供給装置及びこれに付随する装置類が、例えば定格供給流量を超える状態で運転されることを防止することができる。これによって、この燃料供給装置類を適切な状態で作動させることができ、水エマルジョン燃料が使用される内燃機関等を、適切で安定した燃焼効率で運転することができるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることもできる。そして、水の供給流量を制限しているが、燃料油の供給流量を制限していないので、内燃機関やボイラを設定された出力で運転することができる。

本発明に係る燃料供給装置は、本発明の比重監視制御装置を備え、この比重監視制御装置を使用して燃料油に添加する水の量、又は燃料油及び水の両方の量が調整されて作られた水エマルジョン燃料を、燃料供給ポンプを使用して内燃機関又はボイラに供給することができるものである。

本発明に係る燃料供給装置によると、本発明の比重監視制御装置を使用して作られた水エマルジョン燃料を、燃料供給ポンプを使用して内燃機関又はボイラに供給することができる。

これによって上記したように、この水エマルジョン燃料が使用される内燃機関やボイラ等を、確実に適切で安定した燃焼効率で運転することができるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることができる。

この発明に係る比重監視制御装置及び燃料供給装置によると、実際に使用する燃料油の比重を第１比重計測手段で計測して、これによって得られた第１計測比重を使用して当該燃料油に添加する水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することができるようにした構成であるので、例えばこの比重監視制御装置を舶用の内燃機関に適用した場合は、この船舶に搭載されている燃料油の性状の変化によって比重が変化した場合や、この船舶に対して様々な地域で性状の異なる燃料油が搭載されて、これら様々な比重の燃料油を使用する場合、更に、このような様々な比重の燃料油を混合して使用する場合でも、所望の正確な目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができる。

これによって、この水エマルジョン燃料が使用される内燃機関やボイラ等を、適切で安定した燃焼効率で運転することができるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることができる。

この発明の第１実施形態に係る比重監視制御装置を備える燃料供給装置を示す回路図である。

以下、本発明に係る比重監視制御装置を備える燃料供給装置（以下、単に「燃料供給装置」と言うこともある。）の一実施形態を、図１を参照して説明する。この比重監視制御装置１１を備える燃料供給装置１２は、図１に示すように、燃料タンク１３に貯留されている燃料油（例えばＣ重油）に対して、水タンク１４に貯留されている水を添加して水エマルジョン燃料を作り、この水エマルジョン燃料をこの燃料供給装置１２に接続されているディーゼル機関１５に供給することができるものである。

そして、この燃料供給装置１２は、実際に作られてディーゼル機関１５に供給される水エマルジョン燃料の水添加重量率Ｓγが、例えば予め設定されている目標水添加重量率Ｔγに一致するように、又は許容水添加重量率Ｋγ１〜Ｋγ２の範囲内に入るようにすることができ、その結果、予期していない水添加重量率の水エマルジョン燃料が作られて、例えばディーゼル機関１５に供給されて長時間運転されることを防止することができるものである。

図１に示すように、燃料供給装置１２は、燃料供給ライン１６、水供給ライン１７、並びに、これら燃料供給ライン１６及び水供給ライン１７が接続する循環ライン１８、更に、制御部１９を備えている。

燃料供給ライン１６には、図１に示すように、燃料タンク１３、第１燃料供給ポンプ２０、第１比重計測部２１、及び第１温度計測部２２が設けられている。

燃料タンク１３は、燃料油を貯留することができるものである。この燃料油は、例えばＣ重油である。

第１燃料供給ポンプ２０は、燃料タンク１３内の燃料油を、循環ライン１８に設けられているミキサ２３に供給することができるものである。そして、この第１燃料供給ポンプ２０は、燃料タンク１３の出口と、ミキサ２３の入口とを接続する燃料供給ライン１６（配管）の途中に設けられている。また、この第１燃料供給ポンプ２０は、図示しない電気式モータで駆動される構成と成っている。

第１比重計測部２１は、第１燃料供給ポンプ２０によって循環ライン１８に供給される燃料油の第１計測比重ｇｏを計測することができるものであって、この計測して得られた第１計測比重ｇｏを制御部１９に出力できるようになっている。そして、この第１比重計測部２１は、質量流量計測機能と体積流量計測機能とを備えており、例えばコリオリ式質量流量計を有している。

この第１比重計測部２１によると、燃料供給ライン１６を通って循環ライン１８に供給される燃料油の質量流量及び体積流量を計測することができ、この計測によって計測質量流量及び計測体積流量を取得することができるものである。そして、この取得した計測質量流量を、その計測体積流量で除算することによって、燃料油の第１計測比重ｇｏを求めてこの第１計測比重ｇｏを制御部１９に出力できるようになっている。

第１温度計測部２２は、第１燃料供給ポンプ２０によって循環ライン１８に供給される燃料油の第１計測温度ｔｏを計測することができるものであって、この計測して得られた第１計測温度ｔｏを制御部１９に出力できるようになっている。

水供給ライン１７には、図１に示すように、水タンク１４、水供給ポンプ２４、第３比重計測部２５、及び第３温度計測部２６が設けられている。

水タンク１４は、水を貯留することができるものであり、この水タンク１４の出口に水供給ポンプ２４が接続されている。

水供給ポンプ２４は、水タンク１４内の水をミキサ２３に供給することができるものであり、水タンク１４の出口と、ミキサ２３の入口とを接続する水供給ライン１７（配管）の途中に設けられている。そして、この水供給ポンプ２４は、図示しない電気式モータで駆動される構成と成っている。

第３比重計測部２５は、水供給ポンプ２４によって循環ライン１８に供給される水の第３計測比重ｇｗを計測することができるものであって、この計測して得られた第３計測比重ｇｗを制御部１９に出力できるようになっている。そして、この第３比重計測部２５は、第１比重計測部２１と同様に、質量流量計測機能と体積流量計測機能とを備えており、例えばコリオリ式質量流量計を有している。

この第３比重計測部２５によると、水供給ライン１７を通って循環ライン１８に供給される水の質量流量及び体積流量を計測することができ、この計測によって計測質量流量及び計測体積流量を取得することができるものである。そして、この取得した計測質量流量を、その計測体積流量で除算することによって、水の第３計測比重ｇｗを求めてこの第３計測比重ｇｗを制御部１９に出力できるようになっている。

第３温度計測部２６は、水供給ポンプ２４によって循環ライン１８に供給される水の第３計測温度ｔｗを計測することができるものであって、この計測して得られた第３計測温度ｔｗを制御部１９に出力できるようになっている。

循環ライン１８には、図１に示すように、ミキサ２３、第２比重計測部２７、第２温度計測部２８、第２燃料循環ポンプ２９、ヒータ３０、ディーゼル機関１５、及びリターンチャンバ３１が設けられている。

なお、図１に示すように、燃料供給ライン１６と循環ライン１８との合流部３２は、リターンチャンバ３１とミキサ２３との間に設けられている。

ミキサ２３は、第１燃料供給ポンプ２０によって供給されてくる燃料油と、水供給ポンプ２４によって供給されてくる水とを混合して撹拌することによって、水エマルジョン燃料を作ることができるものである。このミキサ２３で作られた水エマルジョン燃料は、ミキサ２３の下流に設けられている第２比重計測部２７に供給される。

第２比重計測部２７は、第２燃料循環ポンプ２９による吐出力によって、循環ライン１８を矢印の方向に循環する水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅを計測することができるものであって、この計測して得られた第２計測比重ｇｅを制御部１９に出力できるようになっている。そして、この第２比重計測部２７は、第１比重計測部２１と同様に、質量流量計測機能と体積流量計測機能とを備えており、例えばコリオリ式質量流量計を有している。

この第２比重計測部２７によると、第２燃料循環ポンプ２９による吐出力によって、循環ライン１８を図１に示す矢印の方向に循環する水エマルジョン燃料の質量流量及び体積流量を計測することができ、この計測によって計測質量流量及び計測体積流量を取得することができるものである。そして、この取得した計測質量流量を、その計測体積流量で除算することによって、水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅを求めてこの第２計測比重ｇｅを制御部１９に出力できるようになっている。

第２温度計測部２８は、この循環ライン１８を循環する水エマルジョン燃料の第２計測温度ｔｅを計測することができるものであって、この計測して得られた第２計測温度ｔｅを制御部１９に出力できるようになっている。

第２燃料循環ポンプ２９は、循環ライン１８（配管）内の水エマルジョン燃料又は燃料油（燃料）を所定の圧力に昇圧して、この昇圧した燃料をディーゼル機関１５に供給することができるものであり、この第２燃料循環ポンプ２９は、図示しない電気式モータで駆動される構成と成っている。

ヒータ３０は、第２燃料循環ポンプ２９から吐出されてディーゼル機関１５に供給される水エマルジョン燃料や燃料油を所定の温度に加熱して、この加熱した燃料がディーゼル機関１５に供給されるようにすることができるものである。

このヒータ３０によると、水エマルジョン燃料等の燃料を、所定の温度に加熱することによって燃料の粘度を小さくして、ディーゼル機関１５にとって適切とされる粘度となるようにすることができる。

リターンチャンバ３１は、ディーゼル機関１５で消費されなかった水エマルジョン燃料を、循環ライン１８を通じてミキサ２３に戻すために設けられた部屋である。

このように、図１に示す循環ライン１８は、燃料を所定の矢印方向（反時計方向）に流して循環させることができる環状ラインとなっている。つまり、ディーゼル機関１５で水エマルジョン燃料等の燃料が消費されると、この循環ライン１８を循環する水エマルジョン燃料等の燃料がディーゼル機関１５に供給されるようになっている。そして、ディーゼル機関１５で消費された燃料を補うように、この循環ライン１８に燃料油が第１燃料供給ポンプ２０によって、そして水が水供給ポンプ２４によって、それぞれミキサ２３を介してこの循環ライン１８に供給される。

ディーゼル機関１５（内燃機関）は、陸上で固定して用いられるディーゼル機関、又は輸送機器に用いられるディーゼル機関であり、この実施形態では、舶用のディーゼル機関である。そして、この舶用のディーゼル機関は、発電用又は推進駆動用として使用することができる。

上記のように構成された図１に示す比重監視制御装置１１を備える燃料供給装置１２によると、燃料タンク１３内の燃料油（例えばＣ重油）と、水タンク１４内の水とをミキサ２３で混合及び撹拌して得られた水エマルジョン燃料を、循環ライン１８を介してディーゼル機関１５に供給することができる。

次に、図１に示す制御部１９について説明する。この制御部１９は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）で構成され、予め図示しない記憶部に記憶されたプログラムによって種々の演算処理を行うようになっている。この制御部１９は、水添加率調整部３３を備えている。

そして、本発明の比重監視制御装置１１は、図１に示すこの制御部１９、並びに、この制御部１９と接続する第１燃料供給ポンプ２０、第１比重計測部２１、第１温度計測部２２、第２比重計測部２７、第２温度計測部２８、水供給ポンプ２４、第３比重計測部２５、及び第３温度計測部２６によって構成されている。

水添加率調整部３３は、図１に示す燃料供給装置１２を使用して、燃料油に水を添加して燃料油をエマルジョン化する際に、第１比重計測部２１で計測して得られた燃料油の第１計測比重ｇｏと、第３比重計測部２５で計測して得られた水の第３計測比重ｇｗとを使用して、設定された所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができるように、水供給ポンプ２４の水の吐出流量を制御することができるように構成されている。

上記のように構成された燃料供給装置１２によると、燃料油に水を添加して燃料油をエマルジョン化する際に、実際に使用する燃料油の比重を第１比重計測部２１で実際に計測してリアルタイムで表示部（図示せず）に表示したり、音声出力部（図示せず）で出力することができる。これによって、常時又は随時、実際に使用されている燃料油の第１計測比重ｇｏを作業者や装置によって監視することができる。

そして、この第１比重計測部２１で実際に計測して得られた燃料油の第１計測比重ｇｏを使用して、燃料油に添加する水の量を、水供給ポンプ２４の水の吐出流量を制御することによって調整することができる。

つまり、例えば燃料油の比重が未知であったり、規格値としてしか認識していない場合や、燃料油に水を添加して水エマルジョン燃料を作っているときに、比重の異なる燃料油を使用する状況となった場合、更に、燃料油の性状の変化によって比重が変化した場合でも、実際に使用する燃料油の比重を第１比重計測部２１で計測して、これによって得られた燃料油の第１計測比重ｇｏを使用して当該燃料油に添加する水の量を調整しているので、所望の正確な目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができ、この目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５に供給することができる。

そして、この燃料供給装置１２によると、目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができるようにするために、燃料油に添加する水の量を、水供給ポンプ２４の水の吐出流量を制御することによって調整しているが、燃料油の供給流量を調整していないので、ディーゼル機関１５を設定された出力で運転することができる。

また、この燃料供給装置１２によると、燃料油に添加される実際の水の比重を第３比重計測部２５で計測して、上記と同様に、この計測して得られた第３計測比重ｇｗをリアルタイムで表示部（図示せず）に表示したり、音声出力部（図示せず）で出力することができる。これによって、常時又は随時、実際に使用されている水の第３計測比重ｇｗを作業者や装置によって監視することができる。

そして、この第３比重計測部２５で実際に計測して得られた水の第３計測比重ｇｗを使用して、燃料油に添加する水の量を、水供給ポンプ２４の水の吐出流量を制御することによって調整することができる。よって、所望の正確な目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができ、この目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５に供給することができる。

そして、この燃料供給装置１２を例えば舶用のディーゼル機関１５に適用した場合は、この船舶に対して様々な地域で性状の異なる燃料油が搭載されて、これら様々な比重の燃料油を使用する場合や、このような様々な比重の燃料油を混合して使用する場合でも、所望の正確な目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができる。

これによって、この水エマルジョン燃料が使用されるディーゼル機関１５を、適切で安定した燃焼効率で運転することができるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることができる。

そして、水添加率調整部３３は、図１に示す燃料供給装置１２を使用して、水エマルジョン燃料を作っているときに、第１比重計測部２１で計測して得られた燃料油の第１計測比重ｇｏと、第２比重計測部２７で計測して得られた水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅと、第３比重計測部２５で計測して得られた水の第３計測比重ｇｗとを使用して、水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγを水添加率調整部３３で演算し、この計測水添加重量率Ｓγを出力部で出力するように構成されている。この出力部は、例えば表示部や音声出力部である。

この燃料供給装置１２によると、燃料油に水を添加して作られた実際の水エマルジョン燃料の比重を第２比重計測部２７で計測してリアルタイムで表示部（図示せず）に表示したり、音声出力部（図示せず）で出力することができる。これによって、常時又は随時、実際に作られている水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅを作業者や装置によって監視することができる。

そして、この第２比重計測部２７で計測して得られた実際に作られている水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅと、実際に使用された燃料油の第１計測比重ｇｏと、実際に使用された水の第３計測比重ｇｗとを使用して、実際に作られている水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγを水添加率調整部３３で演算することができる。そして、この計測水添加重量率Ｓγを出力手段（表示部、音声出力部）で出力することができる。

これによって、実際に作られている水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγが、許容水添加重量率Ｋγ１〜Ｋγ２の範囲内に入っているか否かを、常時又は随時、作業者や装置によって監視できるようにすることができる。

また、水添加率調整部３３は、演算して得られた計測水添加重量率Ｓγに基づいて、設定された目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができるように、水供給ポンプ２４の水の吐出流量を制御することができるように構成されている。

なお、この計測水添加重量率Ｓγは、燃料油の第１計測比重ｇｏと、水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅと、水の第３計測比重ｇｗとを使用して、水添加率調整部３３が演算して求めたものである。

このように構成された燃料供給装置１２によると、実際に作られた水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγに基づいて、所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができるように、燃料油に添加される水の量を、水供給ポンプ２４の水の吐出流量を制御して調整することができる。

これによって、実際に作られる水エマルジョン燃料の水添加重量率Ｓγが、目標水添加重量率Ｔγに一致するように、又は許容水添加重量率Ｋγ１〜Ｋγ２の範囲内に入るように、フィードバック制御することができ、設定された目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を正確に作ることができる。

その結果、予期していない水添加重量率γの水エマルジョン燃料が作られて、例えばディーゼル機関１５に供給されて長時間運転されることを防止することができる。従って、この水エマルジョン燃料が使用されるディーゼル機関１５を、適切で安定した燃焼効率で運転することができるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることができる。

更に、水添加率調整部３３は、燃料油の第１計測比重ｇｏと、水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅと、水の第３計測比重ｇｗとを温度補正し、この温度補正によって得られた燃料油の第１温度補正済み計測比重と、水エマルジョン燃料の第２温度補正済み計測比重と、水の第３温度補正済み計測比重とを使用して、目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができるように、水供給ポンプ２４の水の吐出流量を制御して調整できるように構成されている。

この燃料供給装置１２によると、燃料油の第１計測比重ｇｏ、水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅ、及び水の第３計測比重ｇｗを温度補正し、これによって得られた第１〜第３温度補正済み計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整することができる。その結果、温度の影響を受けずに正確に目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができ、この目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５に供給することができる。

次に、水添加率調整部３３が、第１比重計測部２１で計測して得られた燃料油の第１計測比重ｇｏと、第２比重計測部２７で計測して得られた水エマルジョン燃料の第２計測比重ｇｅと、第３比重計測部２５で計測して得られた水の第３計測比重ｇｗとを使用して、水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγを演算する方法の一例を説明する。

ここで、水エマルジョン燃料の水濃度（重量ベース）をｘ（％）とし、水エマルジョン燃料の重量をＱとし、重量Ｑの水エマルジョン燃料に含まれる水の体積をＳ１、燃料油の体積をＳ２、水エマルジョン燃料の体積をＳ３とする。

水の体積Ｓ１＝（ｘ／１００）×Ｑ×（１／ｇｗ） （１）式
燃料油の体積Ｓ２＝〔（１００−ｘ）／１００〕×Ｑ×（１／ｇｏ） （２）式
水エマルジョン燃料の体積Ｓ３＝Ｑ×（１／ｇｅ） （３）式
Ｓ１＋Ｓ２＝Ｓ３ （４）式
（１）式〜（４）式より、水エマルジョン燃料の水濃度（重量ベース）ｘ（％）は、
ｘ（％）＝〔ｇｗ（ｇｏ−ｇｅ）〕／〔ｇｅ（ｇｏ−ｇｗ）〕×１００（％）（５）式
よって、計測水添加重量率Ｓγ（％）は、
Ｓγ（％）＝〔ｘ／（１００−ｘ）〕×１００（％） （６）式
で表せるので、この（６）式に（５）式を代入すると、
Ｓγ（％）＝〔ｇｗ（ｇｏ−ｇｅ）〕／〔ｇｏ（ｇｅ−ｇｗ）〕×１００（％）（７）式
によって計測水添加重量率Ｓγ（％）を求めることができる。

以上のように、（７）式にｇｏ、ｇｅ、ｇｗを代入することによって、計測水添加重量率Ｓγを求めることができる。

次に、この求められた計測水添加重量率Ｓγを、目標水添加重量率Ｔγに近づけるために、水の添加質量流量を制御するための制御手順の具体例を挙げて説明する。

ここで、目標水添加重量率がＴγ、計測水添加重量率がＳγ、燃料油の計測質量流量（Ｋｇ／ｈ）がＳｆ（このＳｆは、第１比重計測部２１で得られる。）、水の計測質量流量（Ｋｇ／ｈ）がＳｗ（このＳｗは、第３比重計測部２５で得られる。）、水の目標質量流量（Ｋｇ／ｈ）がＴｗとする。そして、この水の目標質量流量Ｔｗは、
Ｔｗ＝Ｔγ×Ｓｆ（Ｋｇ／ｈ） （８）式
として求めることができる。このＴγは、設定値であり、Ｓｆは、燃料油の比重及び消費量の変化に対応して変化する値である。よって、Ｔｗは、Ｓｆに対応して変化する値である。

故に、水の計測質量流量Ｓｗが、水の目標質量流量Ｔｗと一致するように、水供給ポンプ２４による水の供給量を制御することによって、計測水添加重量率Ｓγを、目標水添加重量率Ｔγに近づけることができる。その結果、適切な水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５に供給することができる。

ここで、水の計測質量流量Ｓｗとして、Ｓγ×Ｓｆ＝Ｓｗで得られる水の計測質量流量Ｓｗを使用することが好ましい。このＳγは、循環ライン１８の第２比重計測部２７で計測される計測水添加重量率である。

このようにすると、実際に循環ライン１８に流れている水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγを使用して、水の計測質量流量Ｓｗを求めることができ、この求められた水の計測質量流量Ｓｗが、水の目標質量流量Ｔｗと一致するように、水供給ポンプ２４による水の供給量を制御することによって、実際に、目標水添加重量率Ｔγに極めて近い水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５に供給することができる。

勿論、これ以外の方法によって水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγを求めるようにしてもよい。そして、上記以外の方法によって、この求められた計測水添加重量率Ｓγを、目標水添加重量率Ｔγに近づけるために調整すべき水の量を求めるようにしてもよい。

ただし、上記実施形態では、燃料油に添加する水の量を調整することによって、所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作るようにしたが、これに代えて、燃料油及び水の両方の量を調整することによって、目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作るようにしてもよい。

そして、上記実施形態では、水の比重を第３比重計測部２５で計測し、この第３比重計測部２５で計測して得られた水の第３計測比重ｇｗ、並びに、燃料油及び水エマルジョン燃料の第１及び第２計測比重ｇｏ、ｇｅを使用して、目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作るようにしたり、水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγを水添加率調整部３３で演算して求めるようにしたが、これに代えて、既知又は標準値としての水の比重、並びに、燃料油及び水エマルジョン燃料の第１及び第２計測比重ｇｏ、ｇｅを使用して目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作るようにしたり、水エマルジョン燃料の計測水添加重量率Ｓγを水添加率調整部３３で演算して求めるようにしてもよい。

このようにする場合として、例えばこの燃料供給装置１２内で実際に流れる水の温度が所定の温度となるように温度制御が行なわれている場合がある。また、水については、様々な地域で船に搭載されて使用する場合であっても、燃料油と違って、水の比重は、略一定値であり、水の比重の誤差を許容できる場合がある。

また、上記実施形態の第１〜第３比重計測部２１、２７、２５は、体積流量計測機能と質量流量計測機能とを備えるものとして説明したが、これ以外の方法によって、燃料油、水エマルジョン燃料、及び水の比重を計測できる比重計測装置を使用してもよい。

更に、上記実施形態では、第１〜第３温度計測部２２、２８、２６を設けて、第１〜第３計測比重ｇｏ、ｇｅ、ｇｗを温度補正して得られた第１〜第３温度補正済み計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整し、これによって所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作るようにしたが、これに代えて、第１〜第３温度計測部２２、２８、２６を設けずに、温度補正していない第１〜第３計測比重ｇｏ、ｇｅ、ｇｗを使用して燃料油に添加する水の量を調整し、これによって所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作るようにしてもよい。

このように、第１〜第３計測比重ｇｏ、ｇｅ、ｇｗに対して温度補正を行なわない場合として、例えばこの燃料供給装置１２内で実際に流れる燃料油、水エマルジョン燃料、水のそれぞれの温度が、それぞれ所定の温度となるように温度制御が行なわれており、これら実際に流れる燃料油、水エマルジョン燃料、水のそれぞれの温度及び比重が既知の場合である。

そして、上記実施形態では、水添加率調整部３３は、所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作ることができるように、燃料油に添加する水の量を調整したが、これに加えて、水添加率調整部３３は、所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作るために使用される燃料油及び水の合計流量（燃料供給ライン１６の燃料油の供給流量と、水供給ライン１７の水の供給流量との合計流量）が、所定の上限合計流量以上となるときは、水供給ライン１７の水の供給流量を上限供給流量未満となるように制限して、燃料油及び水の合計流量が上限合計流量未満となるようにすることが好ましい。

このように、燃料油及び水の合計流量が、所定の上限合計流量以上となる場合として、所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作る際に、例えば燃料油の比重が大きいときに、水の供給流量が大きくなるために起こる可能性がある。このような場合に、水の供給流量を制限することによって、この水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５等の内燃機関に供給するための燃料供給装置１２及びこれに付随する装置類が、例えば定格供給流量を超える状態で運転されることを防止することができる。

これによって、この燃料供給装置１２及びこれに付随する装置類を適切な状態で作動させることができ、水エマルジョン燃料が使用されるディーゼル機関１５を、適切で安定した燃焼効率で運転することができるし、排気中のＮＯ_X成分を効果的に低減させることもできる。そして、水の供給流量を制限しているが、燃料油の供給流量を制限していないので、ディーゼル機関１５を設定された出力で運転することができる。

また、上記実施形態では、図１に示すように、本発明に係る比重監視制御装置１１、及び燃料供給装置１２を、燃料油に水を添加して所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作り、この水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５に供給する燃料供給装置１２に適用したが、これ以外にも、燃料油に水及び添加剤（例えば界面活性剤）を添加して、所望の目標水添加重量率Ｔγの水エマルジョン燃料を作り、この水エマルジョン燃料をディーゼル機関１５に供給する燃料供給装置に適用することができる。

更に、上記実施形態では、本発明を舶用のディーゼル機関１５に適用した例を示したが、これ以外に、例えば地上で使用する内燃機関やボイラにも適用することができる。

以上のように、本発明に係る比重監視制御装置、及びそれを備える燃料供給装置は、燃料油に水を添加して水エマルジョン燃料を作るときに、実際に使用される燃料油の比重を計測して監視することができ、この計測して得られた燃料油の比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整することによって、正確な目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるようにする優れた効果を有し、このような比重監視制御装置、及びそれを備える燃料供給装置に適用するのに適している。

１１ 比重監視制御装置
１２ 燃料供給装置
１３ 燃料タンク
１４ 水タンク
１５ ディーゼル機関
１６ 燃料供給ライン
１７ 水供給ライン
１８ 循環ライン
１９ 制御部
２０ 第１燃料供給ポンプ
２１ 第１比重計測部
２２ 第１温度計測部
２３ ミキサ
２４ 水供給ポンプ
２５ 第３比重計測部
２６ 第３温度計測部
２７ 第２比重計測部
２８ 第２温度計測部
２９ 第２燃料循環ポンプ
３０ ヒータ
３１ リターンチャンバ
３２ 合流部
３３ 水添加率調整部
ｇｏ 燃料油の第１計測比重
ｇｅ 水エマルジョン燃料の第２計測比重
ｇｗ 水の第３計測比重
ｔｏ 燃料油の第１計測温度
ｔｅ 水エマルジョン燃料の第２計測温度
ｔｗ 水の第３計測温度
Ｓγ 計測水添加重量率
Ｔγ 目標水添加重量率
Ｋγ１〜Ｋγ２ 許容水添加重量率

Claims (8)

1. 燃料油に水を添加して燃料油をエマルジョン化する際に、燃料油の比重を計測する第１比重計測手段を備え、
   この第１比重計測手段で計測して得られた第１計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することによって、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるようにする比重監視制御装置。
2. 燃料油に水を添加して作られた水エマルジョン燃料の比重を計測する第２比重計測手段と、
   この第２比重計測手段で計測して得られた第２計測比重と前記第１計測比重とを使用して水エマルジョン燃料の計測水添加重量率を演算する水添加率調整部と、
   前記計測水添加重量率を出力する出力手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の比重監視制御装置。
3. 水の比重を第３比重計測手段で計測し、この第３比重計測手段で計測して得られた第３計測比重と前記第１及び第２計測比重とを使用して水エマルジョン燃料の計測水添加重量率を前記水添加率調整部で演算し、前記計測水添加重量率を前記出力手段で出力することを特徴とする請求項２記載の比重監視制御装置。
4. 前記水添加率調整部は、演算して得られた前記計測水添加重量率に基づいて、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるように、燃料油に添加される水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することを特徴とする請求項２又は３記載の比重監視制御装置。
5. 前記比重計測手段は、質量流量計測機能と体積流量計測機能とを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の比重監視制御装置。
6. 前記水添加率調整部は、前記計測比重を温度補正して得られた温度補正済み計測比重を使用して燃料油に添加する水の量を調整し、又は燃料油及び水の両方の量を調整することによって、所望の目標水添加重量率の水エマルジョン燃料を作ることができるようにする請求項２乃至５のいずれかに記載の比重監視制御装置。
7. 前記水添加率調整部は、所望の水添加重量率の水エマルジョン燃料を作るために使用される燃料油及び水の合計流量が、所定の上限合計流量以上となるときは、水の供給流量を制限して、前記合計流量が所定の上限合計流量未満となるようにすることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の比重監視制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の比重監視制御装置を備え、この比重監視制御装置を使用して燃料油に添加する水の量、又は燃料油及び水の両方の量が調整されて作られた水エマルジョン燃料を、燃料供給ポンプを使用して内燃機関又はボイラに供給することができる燃料供給装置。

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