JP5501682B2 - Ｄｍｅ燃料供給システム及びｄｍｅ燃料の冷却方法 - Google Patents

Description

燃料タンクからＤＭＥエンジンにＤＭＥ燃料を供給するための燃料回路内を流れるＤＭＥ燃料を冷却するための技術に関する。

ＤＭＥエンジンにＤＭＥ（ジメチルエーテル）燃料を供給する燃料回路が知られている。この燃料回路は、例えば、燃料タンクからＤＭＥエンジンに燃料を供給する供給ラインと、ＤＭＥエンジンから燃料タンクに燃料を戻すリターンラインと、を備えている。リターンラインを通過する燃料は、エンジンによって加熱される。このため、燃料回路内の燃料の温度は、上昇する傾向にある。

従来の燃料回路では、燃料回路内を流れる燃料の温度が上昇するのを防止するため、フィードポンプは、エンジンへの注入ポンプに直接接続されている。また、燃料の温度を下げるために、供給ライン及びリターンラインのそれぞれに、チラー（冷媒を冷やす装置）が設けられている。特許文献１にも、燃料回路内のＤＭＥ燃料を冷却させるための技術が開示されている。

特開２００３−５６４１０号公報

ＤＭＥは沸点が低く、蒸発しやすい。このため、燃料の温度が高くなると、燃料回路内で燃料が蒸発する。液体である燃料に気体が混じると、エンジンに供給される燃料の圧力が不安定になる。また、燃料の蒸発によってキャビテーションが発生すると、フィードポンプの回転数が低下する。この結果、エンジンに燃料を適切に供給することができなくなる。

燃料を冷却するために、上述したように、燃料回路内には合計２つのチラーが設けられている。熱交換器を介して燃料を冷却する場合、冷媒の温度までしか燃料を冷却することはできない。このため、チラーの出力を最大限利用するには、熱交換器を通過する燃料の量を多くする必要がある。しかし、熱交換器を通過する燃料の量が比較的少ない場合、燃料回路内の燃料を十分に冷却するために、冷媒の温度をより一層低下させる必要がある。つまり、チラーによる冷却効率が低いために、チラーの出力を向上させる必要がある。このため、供給ライン及びリターンラインを通過する燃料を冷却しているだけでは、チラーの出力を大きくしない限り、燃料回路内の燃料を効率的に冷却することができなかった。

そこで、本発明は、チラーの出力を増大させることなく、燃料回路内の燃料を効率的に冷却できる、ＤＭＥ燃料供給システム及びＤＭＥ燃料の冷却方法を提供する。

本発明に係るＤＭＥ燃料供給システムは、燃料タンクからＤＭＥエンジンにＤＭＥ燃料を供給する供給ラインと、前記ＤＭＥ燃料を前記供給ラインに沿って送り出すフィードポンプと、前記ＤＭＥエンジンから前記燃料タンクに前記ＤＭＥ燃料を戻すリターンラインと、前記供給ライン上に配置される、第１熱交換器と、前記リターンライン上に配置される、第２熱交換器と、前記供給ラインの前記第１熱交換器の下流側と、前記リターンラインの前記第２熱交換器の上流側とを連通接続する、バイパスラインと、前記供給ラインから前記バイパスラインが分岐する分岐部の下流側において、前記供給ライン上に配置されており、開度の調整が可能な第１電磁弁と、前記リターンラインに前記バイパスラインが合流する合流部の上流側において、前記リターンライン上に配置されており、開度の調整が可能な第２電磁弁と、前記バイパスライン上に配置されている第１圧力調整弁と、前記合流部の上流側において、前記リターンライン上に配置されている第２圧力調整弁と、を備えている。

前記ＤＭＥ燃料供給システムにおいて、同一のチラーが、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器の双方に、冷却用の冷媒を供給する。

本発明によれば、チラーの出力を増大させることなく、燃料回路内の燃料を効率的に冷却できる。

燃料供給システムを示す概略図である。

図１は、燃料供給システム及びＤＭＥ供給源１００を示す概略図である。燃料供給システムは、エンジン２にＤＭＥ燃料を供給するシステムである。ＤＭＥ供給源１００は、燃料供給システムの燃料タンク３に、ＤＭＥ燃料を供給する。

燃料供給システムは、燃料を供給するための燃料回路１を備えている。燃料回路１は、エンジン２と、燃料タンク３と、高圧ポンプ４と、を備えている。燃料回路１は、燃料タンク３からエンジン２に燃料を供給する供給ライン１０と、エンジン２から燃料タンク３に燃料を戻すリターンライン２０と、供給ライン１０とリターンライン２０とを連通接続するバイパスライン３０と、を備えている。供給ラインは、第１サブ供給ライン１１と、第２サブ供給ライン１２と、第３サブ供給ライン１３と、第４サブ供給ライン１４と、からなっている。リターンラインは、第１サブリターンライン２１と、第２サブリターンライン２２と、第３サブリターンライン２３と、第４サブリターンライン２４と、からなっている。バイパスライン３０は、第１サブバイパスライン３１と、第２サブバイパスライン３２と、からなっている。

高圧ポンプ（フィードポンプ）４は、第１サブ供給ライン１１と第２サブ供給ライン１２との間に配置されている。エンジン２は、第４サブ供給ライン１４と第１サブリターンライン２１との間に配置されている。燃料タンク３は、第４サブリターンライン２４と第１サブ供給ライン１１との間に配置されている。

分岐部１ａは、供給ライン１０とバイパスライン３０との接続部である。第２サブ供給ライン１２は、分岐部１ａにおいて、第３サブ供給ライン１３と第１サブバイパスライン３１とに分岐している。合流部１ｂは、リターンライン２０とバイパスライン３０との接続部である。第２サブバイパスライン３２及び第３サブリターンライン２３は、合流部１ｂにおいて、第４サブリターンライン２４に合流している。

燃料回路１は、２つの電磁弁ＣＶ−１、ＣＶ−２を備えている。第１電磁弁ＣＶ−１は、第３サブ供給ライン１３と第４サブ供給ライン１４との間に配置されている。第２電磁弁ＣＶ−２は、第１サブリターンライン２１と第２サブリターンライン２２との間に配置されている。

燃料回路１は、２つの圧力調整弁４１、４２を備えている。第１圧力調整弁４１は、第１サブバイパスライン２１と第２サブバイパスライン３２との間に配置されている。第２圧力調整弁４２は、第２サブリターンライン２２と第３サブリターンライン２３との間に配置されている。２つの圧力調整弁４１、４２は、エンジン２に供給される燃料の圧力を、一定に保つために設けられている。高圧ポンプ４から２つの圧力調整弁４１、４２の上流側までの圧力は、高圧に保たれている。２つの圧力調整弁４１、４２の下流側から高圧ポンプ４までは、低圧である。本実施形態では、高圧は１．６ＭＰａであり、低圧は０．６ＭＰａである。

燃料回路１は、燃料タンク３と第４サブリターンライン２４との間に、逆止弁４３を備えている。逆止弁４３は、燃料タンク３から第４サブリターンライン２４に燃料が流れることを防止する。

燃料供給システムは、燃料回路１内の各部に、燃料の圧力を検出する５つの圧力センサＰＳ−２、ＰＳ−３、ＰＳ−４、ＰＳ−５、及びＰＳ−６を備えている。第２圧力センサＰＳ−２は、第１サブ供給ライン１１内の燃料の圧力を検出する。ここで、第１サブ供給ライン１１内の燃料の圧力は、燃料タンク３内の燃料の圧力に等しい。第３圧力センサＰＳ−３は、第２上流供給ライン１２内の燃料の圧力を検出する。第４圧力センサＰＳ−４は、第４サブ供給ライン１４内の燃料の圧力を検出する。第５圧力センサＰＳ−５は、第２サブリターンライン２２内の燃料の圧力を検出する。第６圧力センサＰＳ−６は、第４サブリターンライン２４内の燃料の圧力を検出する。

燃料供給システムは、燃料回路１内の燃料を冷却するための冷却手段を備えている。冷却手段は、チラー５（低温冷媒を循環させる装置）である。チラー５は、供給ライン１０及びリターンライン２０に、熱交換器５１、５２を備えている。第１熱交換器５１は、第２サブ供給ライン１２内に配置されている。第２熱交換器５２は、第４サブリターンライン２４内に配置されている。チラー５は、２つの熱交換器５１、５２を介して、供給ライン１０及びリターンライン２０内の燃料を冷却する。

燃料供給システムは、燃料回路１内の各部に、燃料の温度を検出する７つの温度センサ６１〜６７を備えている。第１温度センサ６１は、第１サブ供給ライン１１内の燃料の温度を検出する。第２温度センサ６２及び第３温度センサ６３は、第２サブ供給ライン１２において、第１熱交換器５１の上流側及び下流側の燃料の温度を検出する。第４温度センサ６４は、供給ライン１０の終端部、つまりエンジン２の入口における燃料の温度を検出する。第５温度センサ６５は、リターンライン２０の始端部、つまりエンジン２の出口における燃料の温度を検出する。第６温度センサ６６及び第７温度センサ６７は、第４サブリターンライン２４において、第２熱交換器５２の上流側及び下流側の燃料の温度を検出する。

燃料供給システムは、制御装置６を備えている。制御装置６は、エンジン２、高圧ポンプ４、及びチラー５の駆動を制御できる。制御装置６は、２つの電磁弁ＣＶ−１、ＣＶ−２の開度を維持又は変更できる。制御装置６は、５つの圧力センサＰＳ−２〜ＰＳ−６及び７つの温度センサ６１〜６７による検出情報を確認できる。

次に、燃料供給システムの作動を説明する。燃料供給システムの作動により、燃料回路１内の燃料が、４つの工程を経て、燃料タンク３及びエンジン２を経由するように循環する。４つの工程は、第１冷却工程、分配工程、合流工程、及び第２冷却工程である。

制御装置６は、エンジン２の起動に先だって、高圧ポンプ４及びチラー５の駆動を開始する。高圧ポンプ４の駆動により、燃料タンク３内の燃料が、供給ライン１０に沿って流される。燃料は、第２サブ供給ライン１２を通過するときに、第１熱交換器５１により、冷却される。これが、第１冷却工程である。

第２サブ供給ライン１２を通過した燃料は、分岐部１ａにおいて、第３サブ供給ライン１３に供給される第１燃料と、第１サブバイパスライン３１に供給される第２燃料と、に分配される。これが、分配工程である。分岐前の燃料、第１燃料、及び第２燃料における流量の比は、例えば、２０：１０：１０である。

第１燃料は、第３サブ供給ライン１３及び第４サブ供給ライン１４を経由して、エンジン２に供給される。第１燃料は、エンジン２内において、エンジン２の熱によって加熱される。このため、第１燃料の温度が上昇する。第１燃料は、エンジン２を通過すると、第１サブリターンライン２１及び第２サブリターンライン２２を経由して、合流部１ｂに到達する。第１燃料の一部は、エンジン２において消費される。このため、エンジン２の通過前及び通過後における流量の比は、例えば、１０：９である。

第２燃料は、第１サブバイパスライン３１及び第２サブバイパスライン３２を経由して、合流部１ｂに到達する。

第１燃料及び第２燃料は、合流部１ｂにおいて、合流する。これが、合流工程である。エンジン２通過後の第１燃料、第２燃料、及び合流後の燃料における流量の比は、例えば、９：１０：１９である。

合流した燃料は、第４サブリターンライン２４を通過するときに、第２熱交換器５２により、冷却される。これが、第２冷却工程である。

以上のようにして、燃料は、供給ライン１０及びリターンライン２０において、冷却される。ここで、燃料回路１には、バイパスライン３０が設けられている。このため、エンジン２を通過する第１燃料だけでなく、エンジン２を通過しない第２燃料が、チラー５によって冷却されている。特に、第１燃料の流量よりも第２燃料の流量を大きくすることによって、燃料の冷却効率を上昇させることができる。

第１燃料の流量及び第２燃料の流量は、第１電磁弁ＣＶ−１及び第２電磁弁ＣＶ−２の開度を変更することによって、変更できる。第１電磁弁ＣＶ−１及び第２電磁弁ＣＶ−２は、エンジン２の入口側及び出口側とに配置されている。このため、第１電磁弁ＣＶ−１及び第２電磁弁ＣＶ−２の開度が小さくなるにつれて、第１燃料の流量に対する第２燃料の流量の比が、大きくなる。制御装置６は、第１電磁弁ＣＶ−１及び第２電磁弁ＣＶ−２を制御することによって、第１燃料の流量に対する第２燃料の流量の比Ｒ２１を維持又は変更できる。

Ｒ２１＝Ｖ２／Ｖ１。Ｖ１：第１燃料の流量、Ｖ２：第２燃料の流量。

比Ｒ２１が大きくなるにつれて、冷却のみを受ける第２燃料の割合が大きくなる。つまり、エンジン２によって加熱される燃料（第１燃料）の流量を増大させることなく、熱交換器５１、５２を通過する燃料（第１燃料＋第２燃料）の流量が増大している。このため、燃料の冷却のために冷媒の温度を過剰に低下させる必要がなく、チラー５の出力を最大限に効率的に利用することができる。

燃料の温度を効率的に低下させることができるので、キャビテーションの発生も防止できる。

本実施形態では、同一のチラー５により、２つの熱交換器５１、５２を冷却している。この構成に代えて、熱交換器毎にチラーが設けられても良い。

１ 燃料回路
１ａ 分岐部
１ｂ 合流部
２ エンジン
３ 燃料タンク
４ 高圧ポンプ（フィードポンプ）
５ チラー
６ 制御装置
１０ 供給ライン
１１ 第１サブ供給ライン
１２ 第２サブ供給ライン
１３ 第３サブ供給ライン
１４ 第４サブ供給ライン
２０ リターンライン
２１ 第１サブリターンライン
２２ 第２サブリターンライン
２３ 第３サブリターンライン
２４ 第４サブリターンライン
３０ バイパスライン
３１ 第１サブバイパスライン
３２ 第２サブバイパスライン
４１ 第１圧力調整弁
４２ 第２圧力調整弁
４３ 逆止弁
５１ 第１熱交換器
５２ 第２熱交換器
ＣＶ−１ 第１電磁弁
ＣＶ−２ 第２電磁弁

Claims (2)

1. 燃料タンクからＤＭＥエンジンにＤＭＥ燃料を供給する供給ラインと、
   前記ＤＭＥ燃料を前記供給ラインに沿って送り出すフィードポンプと、
   前記ＤＭＥエンジンから前記燃料タンクに前記ＤＭＥ燃料を戻すリターンラインと、
   前記供給ライン上に配置される、第１熱交換器と、
   前記リターンライン上に配置される、第２熱交換器と、
   前記供給ラインの前記第１熱交換器の下流側と、前記リターンラインの前記第２熱交換器の上流側とを連通接続する、バイパスラインと、
   前記供給ラインから前記バイパスラインが分岐する分岐部の下流側において、前記供給ライン上に配置されており、開度の調整が可能な第１電磁弁と、
   前記リターンラインに前記バイパスラインが合流する合流部の上流側において、前記リターンライン上に配置されており、開度の調整が可能な第２電磁弁と、
   前記バイパスライン上に配置されている第１圧力調整弁と、
   前記合流部の上流側において、前記リターンライン上に配置されている第２圧力調整弁と、
   を備えている、
   ＤＭＥ燃料供給システム。
2. 同一のチラーが、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器の双方に、冷却用の冷媒を供給する、
   請求項１に記載のＤＭＥ燃料供給システム。

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