JP6519194B2 - Ｌｎｇ車のボイルオフガス放出防止制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＮＧを燃料とするＬＮＧ車に係り、特に、ＬＮＧタンクで発生するボイルオフガスを大気に放出するのを防止できるＬＮＧ車のボイルオフガス放出防止制御方法に関するものである。

ＬＮＧ（液化天然ガス）を燃料とする大型車については、シェールガス供給拡大に伴う燃料の低価格化により今後のニーズが高まるとともに、海外におけるＬＮＧ車の普及が進んでいる。

ＬＮＧ車は、ＬＮＧを燃料として用いるため、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いるＣＮＧ車に対して、エネルギー密度が単位体積当たり約３倍と高く、燃料の一充填当たりの航続距離が長く、長距離大型トラックなどに適している。

ＬＮＧ車のＬＮＧ燃料タンクは断熱二重構造で形成されているものの、入熱によりタンク内圧が上昇することは避けられない。ＬＮＧ車の運転中は、燃料蒸発ガス（ボイルオフガス）の気化潜熱でＬＮＧ燃料タンクが冷却されるためにタンク内圧力の上昇は防止できるものの、ＬＮＧ車を数日間も運転停車したままにするとボイルオフガスの取り扱いが課題となっている。

特開２０１１−０８９５９６号公報 特開２０１４−１４９０５９号公報 特開平０６−００２６２９号公報

すなわち、長期間放置時には、ＬＮＧ燃料タンク内部の圧力が上昇し、タンクの破裂防止のため、安全弁よりボイルオフガスが大気へ放出するようにしている。しかし、ボイルオフガスは、メタンが主成分であり、温室効果ガスであるため、車外に放出しないことが望ましい。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、長期間放置してもボイルオフガスの放出を防止できるＬＮＧ車のボイルオフガス放出防止制御方法を提供することにある。

ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ燃料タンクと、前記ＬＮＧ燃料タンク内のＬＮＧを気化させてエンジンに供給する燃料供給回路と、前記ＬＮＧ燃料タンク内の圧力が限界圧になったときにボイルオフガスを大気に放出する安全弁と、ボイルオフガスを蓄ガスとして回収するボイルオフガス回収容器と、を備えるＬＮＧ車の運転停止前に、前記ボイルオフガス回収容器内の蓄ガスを前記燃料供給回路に供給して前記ボイルオフガス回収容器を落圧し、前記ＬＮＧ車の運転停止中に、前記ＬＮＧ燃料タンク内の圧力が上昇したときにボイルオフガスを前記ボイルオフガス回収容器に回収するＬＮＧ車のボイルオフガス放出制御方法であって、前記燃料供給回路に消費ガス切替弁が接続され、前記ボイルオフガス回収容器の出口側に蓄ガス消費切替弁が接続され、前記ボイルオフガス回収容器内の圧力が前記燃料供給回路側の圧力より高いときに前記消費ガス切替弁を閉とすると共に前記蓄ガス消費切替弁を開とするＬＮＧ車のボイルオフガス放出制御方法を提供する。

前記ＬＮＧ車のアイドル中に、前記ボイルオフガス回収容器内の蓄ガスを前記燃料供給回路に供給して前記ボイルオフガス回収容器内を落圧すると良い。

前記ＬＮＧ車の停車中に、前記ボイルオフガス回収容器内の蓄ガスを前記燃料供給回路に供給して前記ボイルオフガス回収容器内を落圧すると良い。

前記ボイルオフガス回収容器には、メタン吸着材が充填されると良い。

本発明は、ＬＮＧ車の運転中にボイスオフガス回収容器の蓄ガスをエンジン側に供給して落圧しておくことで、ＬＮＧ車を長期間停止する際に、ＬＮＧ燃料タンク内で発生するボイルオフガスをボイスオフガス回収容器に回収させることができ、ＬＮＧ燃料タンクの圧力上昇を極力抑えてボイルオフガスの大気放出を防止できるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施の形態を示す図である。 本発明の他の実施の形態を示す図である。 本発明において、ＬＮＧ車のエンジン稼働後、長期間停止したときのＬＮＧ燃料タンクの圧力経時変化を示すものである。 比較例として、ＬＮＧ車のエンジン稼働後、長期間停止したときのＬＮＧ燃料タンクの圧力経時変化を示すものである。 比較例としてのＬＮＧ車のＬＮＧ燃料供給系を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、ＬＮＧ車のＬＮＧ燃料供給系に本発明のボイルオフガス放出防止構造を組み込み、これを制御するための実施の形態を示したもので、図において、ＬＮＧ１１を貯蔵するＬＮＧ燃料タンク１０は、内槽と外槽からなる断熱二重構造で形成される。このＬＮＧ燃料タンク１０は、例えば、耐圧３ＭＰａのタンクで、車両に１基又は２基搭載される。

ＬＮＧ燃料タンク１０には、ＬＮＧ１１を充填する充填ライン１２が接続されると共にＬＮＧ燃料タンク１０内が限界圧に達したときにタンク内のボイルオフガスを放出するボイルオフガス放出回路１３が接続される。

ボイルオフガス放出回路１３は、ＬＮＧ燃料タンク１０の気相部１０ｇに臨んで接続されるボイルオフガス放出ライン１４が接続され、そのボイルオフガス放出ライン１４に安全弁１５が接続されて構成される。この安全弁１５は、ＬＮＧ燃料タンク１０内の気相部１０ｇの圧力が、限界圧（例えば１．４〜１．６ＭＰａの間で設定）に達したときに開いてボイルオフガスを大気に放出する。

ＬＮＧ燃料タンク１０には、エンジンにＬＮＧ燃料タンク１０内のＬＮＧ１１を気化させてエンジンに供給する燃料供給回路１６が接続される。

この燃料供給回路１６は、ＬＮＧ燃料タンク１０の液相部１０ｌに臨んで接続される燃料供給ライン１７に、ＬＮＧを気化してＮＧとする熱交換器１８、脈動を防止する緩衝容器１９、消費ガス切替弁２０、エンジンへ供給するＮＧの圧力を、例えば０．４ＭＰａに調整するレギュレータ２１が接続されて構成される。

２基のＬＮＧ燃料タンク１０を搭載する場合、各ＬＮＧ燃料タンク１０の燃料供給ライン１７を共用し、充填ライン１２を共用する等を行い、燃料タンク内圧力と２つの容器間のＬＮＧ液面の平均化を図るように構成するのがよい。

熱交換器１８の上流側の燃料供給ライン１７とボイルオフガス放出ライン１４を結んでＬＮＧ戻す或いはボイルオフガスを供給するライン２２が接続されると共にそのライン２２に、ＬＮＧ燃料タンク１０内の圧力を保圧する保圧弁２３が接続される。

本発明においては、ボイルオフガス放出ライン１４に、回収ライン２４を介してボイルオフガス回収容器２５を接続してなり、ボイルオフガス回収容器２５で、ＬＮＧ車の運転停車時に、ＬＮＧ燃料タンク１０内のボイルオフガスを蓄ガスとして回収するようにしたものである。

このボイルオフガス回収容器２５は、ライン２２の接続位置と安全弁１５間のボイルオフガス放出ライン１４に回収ライン２４を介して接続され、その回収ライン２４に、圧力制御弁２６が接続される。圧力制御弁２６は、例えば出入口ポートの差圧が設定圧（例えば０．３ＭＰａ）以上のときに開き、差圧がゼロ近くになったときに閉じるようになっている。

またボイルオフガス回収容器２５の出口側は、排出ライン３０を介して、蓄ガス消費切替弁３３とレギュレータ２１間の燃料供給ライン１７に接続される。排出ライン３０には、圧力計３２、蓄ガス消費切替弁３３、逆止弁３４が順次接続される。

ボイルオフガス回収容器２５で、ＬＮＧ燃料タンク１０内で発生するボイルオフガスを回収するためには、ボイルオフガス回収容器２５内を落圧する必要がある。

このため、ＬＮＧ車を運転中に、ボイルオフガス回収容器２５内に回収された蓄ガスを燃料供給回路１６を介してエンジンに供給することで落圧する。

この際、圧力計３２の検出圧力が、ＥＣＵ３５に入力され、ＥＣＵ３５がボイルオフガス回収容器２５内の圧力を基に、消費ガス切替弁２０と蓄ガス消費切替弁３３を開閉制御する。

このようにエンジン運転中に、ボイルオフガス回収容器２５内の蓄ガスを蓄ガス消費切替弁３３、逆止弁３４を介してエンジン側に供給することで、ボイルオフガス回収容器２５内の圧力は減少するので、車両を停止する際に、ＬＮＧ燃料タンク１０内の圧力が上昇したときにボイルオフガスを回収することが可能となる。

特に低温始動時等のＬＮＧの気化促進が期待できない環境下で、ボイルオフガス回収容器２５内の蓄ガスを安定したＣＮＧ（気化されたＬＮＧ）をエンジンに供給することも可能となる。

このボイルオフガス回収容器２５内の蓄ガスを供給する場合、運転可能な圧力（予め設定された蓄ガス圧力）まで気体で安定している蓄ガスのみをエンジンに供給する。水温が設定された温度へ到達し、かつ蓄ガス圧力が予め設定された圧力まで到達するとＬＮＧの燃料供給回路１６に切り替える。また、場合によっては蓄ガスで燃料供給している間は、エンジン回転数制限や吸入空気量制限など運転制限をかけるようにしてもよい。

図２は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

図２の実施の形態においては、基本構成は図１と同じであるが、ボイルオフガス回収容器２５Ａ内にメタンを吸蔵するための吸着剤３１を充填して構成したものである。

次に、本実施の形態におけるボイルオフガス放出防止を説明する。

先ず図５は、従来のＬＮＧ車のＬＮＧ燃料供給系を示し、図１、図２で説明した本発明のＬＮＧ車のボイルオフガス放出防止構造で、部材符号が同じものは同じ番号で示してある。

従来においては、図４に示すようにエンジン稼働中は、ＬＮＧ燃料タンク１０内の圧力は、低く保たれ（例えば０．４ＭＰａ以下）、エンジン停止後は、ＬＮＧ燃料タンク１０内のＬＮＧ１１は、大気からの入熱を受けて徐々にその温度が上昇して蒸発してボイルオフガスとなり、そのボイルオフガスで気相部１０ｇの圧力が上昇する。この気相部１０ｇの圧力が安全弁１５の限界圧（１．４ＭＰａ）に達すると安全弁１５が開いてボイルオフガスを大気に放出され、その放出で、気相部１０ｇの圧力が下がるため、安全弁１５が閉じ、その後の入熱で、気相部１０ｇの圧力が上昇して安全弁１５が開いてボイルオフガスを大気に放出され、これを繰り返すことになる。

本発明においては、ＬＮＧ車が運転停止する前に、ボイルオフガス回収容器２５内に貯留されている蓄ガスを、ＬＮＧ車の運転中にＬＮＧ燃料タンク１０内の気相部１０ｇの圧力と同じか、それより低い圧力に保持されるように制御しておく。この制御は運転始動時や運転中或いは停止中で、エンジンがアイドル回転のときに行うのがよい。

ＬＮＧ車の停止後は、図３に示すように、ＬＮＧ燃料タンク１０内のＬＮＧ１１が、大気からの入熱を受けて徐々にその温度が上昇し、気相部１０ｇの圧力が上昇するが、圧力制御弁２６の出入口の圧力差Δｐ（気相部１０ｇの圧力とボイルオフガス回収容器２５の圧力差）が、例えば０．３ＭＰａ以上となると圧力制御弁２６が開き、気相部１０ｇのボイルオフガスは、ボイルオフガス放出ライン１４、圧力制御弁２６、回収ライン２４を介してボイルオフガス回収容器２５に回収される。

これにより、ＬＮＧ燃料タンク１０内の気相部１０ｇの圧力が下がり、従来のような圧力上昇を防止できる。

次に、この下がった圧力から、再度気相部１０ｇの圧力が上昇し、気相部１０ｇとボイルオフガス回収容器２５の圧力差がΔｐとなったとき、再度圧力制御弁２６が開いて、気相部１０ｇのボイルオフガスをボイルオフガス回収容器２５内に回収する。

このようにして、気相部１０ｇで発生したボイルオフガスを、圧力制御弁２６を介してボイルオフガス回収容器２５内に回収し、これを蓄ガスとすることで、安全弁１５が動作する限界圧（例えば１．４ＭＰａ）に達してボイルオフガスの大気放出する時間を、拡大することができる。

また、図２のようにボイルオフガス回収容器２５Ａに吸着剤３１を充填した場合には、内容積は１／８程度とすることができる。

本発明では、ＬＮＧ燃料タンク１０から放出されるボイルオフガスをボイルオフガス回収容器２５に回収する際に、ボイルオフガス回収容器２５内に回収し、蓄積された蓄ガスをＬＮＧ車の運転中にエンジン側に供給して、ボイルオフガス回収容器２５内の圧力をＬＮＧ燃料タンク１０内の運転中の圧力（例えば０．４ＭＰａに落圧しておく。この落圧運転は、ＬＮＧ車がアイドル回転のときなど、ＥＣＵ３５が圧力計３２で検出した圧力に基づいて適宜消費ガス切替弁２０と蓄ガス消費切替弁３３を開閉制御する。

このようにして、ボイルオフガス回収容器２５内を落圧し、ＬＮＧ車が長期間停車する際には、ＬＮＧ燃料タンク１０から放出されるボイルオフガスをボイルオフガス回収容器２５に回収し、併せてその際に放出されるＬＮＧ気化潜熱によりＬＮＧ燃料タンク１０を冷やすことで、ボイルオフガスの大気放出に至るまでの時間を延長させることができる。

１０ ＬＮＧ燃料タンク
１５ 安全弁
１６ 燃料供給回路
２５ ボイルオフガス回収容器

Claims (4)

1. ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ燃料タンクと、前記ＬＮＧ燃料タンク内のＬＮＧを気化させてエンジンに供給する燃料供給回路と、前記ＬＮＧ燃料タンク内の圧力が限界圧になったときにボイルオフガスを大気に放出する安全弁と、ボイルオフガスを蓄ガスとして回収するボイルオフガス回収容器と、を備えるＬＮＧ車の運転停止前に、前記ボイルオフガス回収容器内の蓄ガスを前記燃料供給回路に供給して前記ボイルオフガス回収容器を落圧し、前記ＬＮＧ車の運転停止中に、前記ＬＮＧ燃料タンク内の圧力が上昇したときにボイルオフガスを前記ボイルオフガス回収容器に回収するＬＮＧ車のボイルオフガス放出制御方法であって、前記燃料供給回路に消費ガス切替弁が接続され、前記ボイルオフガス回収容器の出口側に蓄ガス消費切替弁が接続され、前記ボイルオフガス回収容器内の圧力が前記燃料供給回路側の圧力より高いときに前記消費ガス切替弁を閉とすると共に前記蓄ガス消費切替弁を開とすることを特徴とするＬＮＧ車のボイルオフガス放出制御方法。
2. 前記ＬＮＧ車のアイドル中に、前記ボイルオフガス回収容器内の蓄ガスを前記燃料供給回路に供給して前記ボイルオフガス回収容器内を落圧する請求項１記載のＬＮＧ車のボイルオフガス放出制御方法。
3. 前記ＬＮＧ車の停車中に、前記ボイルオフガス回収容器内の蓄ガスを前記燃料供給回路に供給して前記ボイルオフガス回収容器内を落圧する請求項１記載のＬＮＧ車のボイルオフガス放出制御方法。
4. 前記ボイルオフガス回収容器には、メタン吸着材が充填される請求項１〜３いずれかに記載のＬＮＧ車のボイルオフガス放出制御方法。

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