(57)【要約】【課題】ＬＮＧ車用燃料貯蔵装置において、大気に放出されるＬＮＧベーパを低減し、ＬＮＧベーパを有効利用できるようにする。【解決手段】燃料タンク１１にＬＮＧベーパ排出通路３３を介して接続される追加タンク１６を備え、タンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓを超えた場合にはＬＮＧベーパ排出通路３３に設けられるコンプレッサ１８を作動させるように構成し、かつ、所定圧力Ｐｓを安全弁１７のリリーフ圧Ｐ２よりも低く設定した。【選択図】図１
2010144878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）を燃料として用いるエンジンを備えたＬＮＧ車に用いられるＬＮＧ車用燃料貯蔵装置であって、
前記ＬＮＧを貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料タンク内で発生するＬＮＧベーパの圧力（以下、「タンク内圧力」という。）がリリーフ圧に達すると開弁し、前記燃料タンク内の前記ＬＮＧベーパを大気に放出する安全弁と、
前記燃料タンクとは別に設けられる追加タンクと、
前記燃料タンクと前記追加タンクを接続するＬＮＧベーパ排出通路と、
前記ＬＮＧベーパ排出通路に設けられ、前記燃料タンクから送られてくる前記ＬＮＧベーパを圧縮して圧縮天然ガス（以下、「ＣＮＧ」という。）とし、該ＣＮＧを前記追加タンクに吐出するコンプレッサと、
前記タンク内圧力を検出する圧力センサと、
前記タンク内圧力が所定圧力を超えた場合に前記コンプレッサを作動させるコンプレッサ制御手段と、
を備え、
前記所定圧力が前記安全弁の前記リリーフ圧よりも低く設定される、
ことを特徴とするＬＮＧ車用燃料貯蔵装置。
【請求項２】
前記コンプレッサの作動により前記タンク内圧力がエンジン要求圧力まで下がった場合、前記コンプレッサ制御手段が前記コンプレッサを停止させ、
前記エンジン要求圧力が、前記燃料タンクから前記エンジンに前記ＬＮＧを送出するのに必要な圧力の下限値に設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ車用燃料貯蔵装置。
【請求項３】
前記追加タンクと前記燃料タンクを接続するタンク側戻し通路と、
前記タンク側戻し通路に設けられ、開弁することで前記追加タンク内の前記ＣＮＧを前記燃料タンクに導入するタンク側戻し弁と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のＬＮＧ車用燃料貯蔵装置。
【請求項４】
前記ＬＮＧを前記エンジンに供給する燃料供給通路の途中と前記追加タンクを接続するエンジン側戻し通路と、
前記エンジン側戻し通路に設けられ、開弁することで前記追加タンク内の前記ＣＮＧを前記燃料供給通路の途中に導入するエンジン側戻し弁と、
を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のＬＮＧ車用燃料貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧ車に用いられる燃料貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃料とするエンジンを備えたＬＮＧ車では、ＬＮＧを極低温状態で燃料タンクに貯蔵する。燃料タンクには断熱構造を有するタンクが用いられるが、ＬＮＧの充填口や送出口を介したタンク外からの入熱を完全に無くすことはできない。このため、タンク内のＬＮＧの温度は時間の経過とともに上昇し、タンク内に発生するＬＮＧベーパによりタンク内の圧力は上昇する。
【０００３】
この点に関し、特許文献１では、タンク内の圧力が上がり過ぎないようにするため、燃料タンクに安全弁を設け、ＬＮＧベーパを大気に放出するようにしている。
【特許文献１】特表２００１−５０８７２７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構成では、大気に放出されたＬＮＧベーパは車両の走行に供することができず、無駄になるという問題がある。また、ＬＮＧベーパを大気に放出するのは環境保全の観点から好ましくない
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたもので、ＬＮＧ車用燃料貯蔵装置において、大気に放出されるＬＮＧベーパの量を低減し、ＬＮＧベーパを有効利用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様によれば、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）を燃料として用いるエンジンを備えたＬＮＧ車に用いられるＬＮＧ車用燃料貯蔵装置であって、前記ＬＮＧを貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンク内で発生するＬＮＧベーパの圧力（以下、「タンク内圧力」という。）がリリーフ圧に達すると開弁し、前記燃料タンク内の前記ＬＮＧベーパを大気に放出する安全弁と、前記燃料タンクとは別に設けられる追加タンクと、前記燃料タンクと前記追加タンクを接続するＬＮＧベーパ排出通路と、前記ＬＮＧベーパ排出通路に設けられ、前記燃料タンクから送られてくる前記ＬＮＧベーパを圧縮して圧縮天然ガス（以下、「ＣＮＧ」という。）とし、該ＣＮＧを前記追加タンクに吐出するコンプレッサと、前記タンク内圧力を検出する圧力センサと、前記タンク内圧力が所定圧力を超えた場合に前記コンプレッサを作動させるコンプレッサ制御手段と、を備え、前記所定圧力が前記安全弁の前記リリーフ圧よりも低く設定されるＬＮＧ車用燃料貯蔵装置が提供される。
【０００６】
第２の態様によれば、第１の態様において、前記コンプレッサの作動により前記タンク内圧力がエンジン要求圧力まで下がった場合、前記コンプレッサ制御手段が前記コンプレッサを停止させ、前記エンジン要求圧力が、前記燃料タンクから前記エンジンに前記ＬＮＧを送出するのに必要な圧力の下限値に設定されることを特徴とするＬＮＧ車用燃料貯蔵装置が提供される。
【０００７】
第３の態様によれば、第１または第２の態様において、前記追加タンクと前記燃料タンクを接続するタンク側戻し通路と、前記タンク側戻し通路に設けられ、開弁することで前記追加タンク内の前記ＣＮＧを前記燃料タンクに導入するタンク側戻し弁と、を備えたことを特徴とするＬＮＧ車用燃料貯蔵装置が提供される。
【０００８】
第４の態様によれば、第１から第３の態様おいて、前記ＬＮＧを前記エンジンに供給する燃料供給通路の途中と前記追加タンクを接続するエンジン側戻し通路と、前記エンジン側戻し通路に設けられ、開弁することで前記追加タンク内の前記ＣＮＧを前記燃料供給通路の途中に導入するエンジン側戻し弁と、を備えたことを特徴とするＬＮＧ車用燃料貯蔵装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
第１の態様によれば、タンク内圧力が安全弁のリリーフ圧に達する前にコンプレッサが作動して燃料タンク内のＬＮＧベーパが追加タンクに排出され、タンク内圧力が下げられるので、安全弁が開いてＬＮＧベーパが大気に放出される頻度が減り、ＬＮＧが無駄に消費されるのを抑えるとともに、環境保全につなげることができる。
【００１０】
第２の態様によれば、コンプレッサの作動によりタンク内圧力が下がりすぎて燃料タンク内のバックプレッシャが不足し、燃料タンクからのＬＮＧの送出が滞るのを防止することができる。
【００１１】
第３の態様によれば、タンク側戻し弁を開くことにより追加タンク内のＣＮＧを燃料タンクに導入し、タンク内圧力を上昇させることができる。例えば、ＬＮＧ充填直後等、タンク内圧力が低い場合にタンク側戻し弁を開くようにすれば、燃料タンクからのＬＮＧの送出が滞るのを防止することができる。
【００１２】
第４の態様によれば、エンジン側戻し弁を開くことにより追加タンク内のＣＮＧを燃料供給通路の途中に導入することができる。追加タンク内のＣＮＧをエンジンで消費し、車両の走行に供することができるので、ＬＮＧの無駄な消費を抑えることができる。また、これにより、追加タンク内のＣＮＧ量を減らすことができ、コンプレッサを利用したタンク内圧力の低減を継続して行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る燃料貯蔵装置を備えたＬＮＧ車の燃料供給システム１００の概略構成図である。
【００１５】
燃料供給システム１００は、燃料タンク１１、気化器１２、バッファタンク１３、減圧弁１４、インジェクタ１５、追加タンク１６、およびコントロールユニット２０を備え、燃料タンク１１に貯蔵される液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」とう。）をエンジンに供給する。
【００１６】
燃料タンク１１は、内タンク１１ａと外タンク１１ｂの間を真空にした断熱二重構造を有するタンクで、ＬＮＧを極低温状態（−１６２℃）で貯蔵する。燃料タンク１１はこのような構造を有しているものの、外部からの入熱を完全に遮断することはできず、貯蔵しているＬＮＧの温度は時間の経過とともに上昇し、燃料タンク１１内の圧力（以下、「タンク内圧力」という。）Ｐ０は、気化したＬＮＧ(以下、「ＬＮＧベーパ」という。）によって上昇する。
【００１７】
燃料タンク１１内の下部にはＬＮＧを気化器１２、バッファタンク１３、減圧弁１４、およびインジェクタ１５を介してエンジンに供給する燃料供給通路３１が接続しており、燃料タンク１１内の上部には端部が大気開放している圧力調整用通路３２が接続している。圧力調整用通路３２の途中には、タンク内圧力Ｐ０が予め設定されたリリーフ圧Ｐ２を超えた場合に開弁する安全弁１７が設けられている。
【００１８】
燃料タンク１１からは、タンク内圧力Ｐ０によりＬＮＧが気化器１２へと送出される。つまり、タンク内圧力Ｐ０が燃料タンク１１からＬＮＧを送出するためのバップレッシャとして機能する。
【００１９】
気化器１２内には、ＬＮＧ用流路１２ａの他に、エンジンの冷却水（あるいは排気）の流路（不図示）が隣接して配置されており、ＬＮＧとエンジンの冷却水（あるいは排気）が非接触状態で熱交換を行うようになっている。これによりＬＮＧは気化して天然ガスとなり、天然ガスは、気化器１２内の内圧の上昇により気化器１２の下流に接続するバッファタンク１３へと送られる。
【００２０】
バッファタンク１３は、エンジンの負荷変動に対応するために、気化器１２から送られてくる天然ガスを一時的に貯留するタンクである。バッファタンク１３に貯留される天然ガスは、減圧弁１４で減圧された後、インジェクタ１５に送られ、インジェクタ１５からエンジンの吸気通路あるいはシリンダに噴射される。
【００２１】
追加タンク１６は燃料タンク１１とは別に設けられる耐圧構造のタンクであり、後述するようにＬＮＧベーパを圧縮して得られる圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を貯蔵することができる。追加タンク１６は、ＬＮＧベーパ排出通路３３、タンク側戻し通路３４を介して燃料タンク１１と接続する。また、エンジン側戻し通路３５を介してバッファタンク１３と接続する。
【００２２】
ＬＮＧベーパ排出通路３３は、圧力調整用通路３２の途中から分岐し、途中には圧力調整用通路３２側から順にコンプレッサ１８、逆止弁１９が設けられる。
【００２３】
コンプレッサ１８は、コントロールユニット２０からのコンプレッサ制御信号を受けて、タンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓに達したときに作動する。コンプレッサ１８は、燃料タンク１１から圧力調整用通路３２、ＬＮＧベーパ排出通路３３を介して送られてくるＬＮＧベーパを圧縮してＣＮＧとし、ＣＮＧを追加タンク１６に吐出する。ＣＮＧは追加タンク１６内に貯蔵される。
【００２４】
ここで、所定圧力Ｐｓを安全弁１７のリリーフ圧Ｐ２よりも低く設定し、これにより、安全弁１７が開弁する前にコンプレッサ１８が作動してタンク内圧力Ｐ０を下げるようにする。
【００２５】
コンプレッサ１８と追加タンク１６の間には、コンプレッサ１８から追加タンク１６へのＬＮＧベーパの流れのみを許容する逆止弁１９が設けられている。逆止弁１９は、追加タンク１６に貯蔵されるＣＮＧが、ＬＮＧベーパ排出通路３３、圧力調整用通路３２を逆流して燃料タンク１１に戻るのを防止する。なお、逆止弁１９はコンプレッサ１８内部に設けられるものであってもよい。
【００２６】
また、タンク側戻し通路３４の途中には燃料タンク側戻し弁３６が設けられる。タンク側戻し弁３６は、ＬＮＧを燃料タンク１１に補充した直後等でタンク内圧力Ｐ０が低く、燃料タンク１１からエンジンにＬＮＧを送出するのに必要なバックプレッシャの下限値（以下、「エンジン要求圧力」という。）Ｐ４が得られない場合に開弁するレギュレータである。タンク側戻し弁３６が開弁することで、追加タンク１６内のＣＮＧが燃料タンク１１に導入され、タンク内圧力Ｐ０がエンジン要求圧力Ｐ４以上に維持される。
【００２７】
また、エンジン側戻し通路３５の途中にはエンジン側戻し弁３７が設けられる。エンジン側戻し弁３７は、追加タンク１６の圧力が所定圧力よりも高くなったとき、例えば、追加タンク１６の圧力が所定圧力に達し、追加タンク１６内のＣＮＧの量が追加タンク１６により貯蔵可能なＣＮＧの量の上限に達したときに開弁するレギュレータである。エンジン側戻し弁３７が開弁することで追加タンク１６内のＣＮＧがバッファタンク１３に導入される。
【００２８】
コントロールユニット２０は、図２に示すように、ＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１に接続されるＲＡＭ・ＲＯＭからなる記憶装置２２と、入出力インターフェース２３とを備える。
【００２９】
入出力インターフェース２３には、圧力センサ４１からタンク内圧力Ｐ０を表す信号が入力される。記憶装置２２には、コンプレッサ１８を制御するための制御プログラム、この制御プログラムで使用するパラメータ（Ｐｓ、Ｐ４）等が格納されている。ＣＰＵ２１は、記憶装置２２に格納されている制御プログラムを読み出して実行し、入出力インターフェース２３に入力されるタンク内圧力Ｐ０を表す信号に基づき、コンプレッサ１８の作動・停止を判断し、これに応じて入出力インターフェース２３からコンプレッサ１８にコンプレッサ制御信号を出力する。
【００３０】
図３は、上記制御プログラムの内容を示したフローチャートである。この制御プログラムはＣＰＵ２１において繰り返し実行される。これを参照しながらコントロールユニット２０の処理内容について説明する。
【００３１】
ステップＳ１１〜Ｓ１３はコンプレッサ１８が停止している状態からコンプレッサ１８を作動させるまでの処理である。
【００３２】
ステップＳ１１ではタンク内圧力Ｐ０を読み込み、ステップＳ１２ではタンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓよりも高いか判断する。タンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓよりも低い場合はステップＳ１１、Ｓ１２を繰り返し、タンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓよりも高い場合はステップＳ１３に進む
ステップＳ１３ではコンプレッサ１８を作動させる。ステップＳ１３でコンプレッサ１８が作動すると、以降、燃料タンク１１内のＬＮＧベーパがコンプレッサ１８に送られて圧縮され、追加タンク１６にＣＮＧとして貯蔵される。これにより、コンプレッサ１８が作動している間は燃料タンク１１内のＬＮＧベーパが減少し、タンク内圧力Ｐ０が低下する。
【００３３】
ステップＳ１４〜Ｓ１６はコンプレッサ１８が作動している状態からコンプレッサ１８を停止させるまでの処理である。
【００３４】
ステップＳ１４ではタンク内圧力Ｐ０を読み込み、ステップＳ１５ではタンク内圧力Ｐ０がエンジン要求圧力Ｐ４よりも低いか判断する。タンク内圧力Ｐ０がエンジン要求圧力Ｐ４よりも高い場合はステップＳ１４、Ｓ１５を繰り返し、タンク内圧力Ｐ０がエンジン要求圧力Ｐ４よりも低くなった場合はステップＳ１６に進む。
【００３５】
ステップＳ１６ではコンプレッサ１８を停止させてタンク内圧力Ｐ０のこれ以上の低下を防止し、ステップＳ１１に戻る。
【００３６】
図４は、上記制御を行うことにより実現されるコンプレッサ１８の動作態様図である。
【００３７】
コンプレッサ１８の停止時にタンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓまで上昇すると（図中状態Ｘ１）、コンプレッサ１８は作動を開始する（状態Ｘ２）。その後、コンプレッサ１８は作動を継続し、タンク内圧力Ｐ０を低下させる。
【００３８】
タンク内圧力Ｐ０がエンジン要求圧力Ｐ４まで低下すると（状態Ｘ３）、コンプレッサ１８は停止する（状態Ｘ４）。その後、コンプレッサ１８はタンク内圧力Ｐ０が再び所定圧力Ｐｓまで上昇するまで停止を継続する。
【００３９】
このように、タンク内圧力Ｐ０に応じてコンプレッサ１８は作動・停止を繰り返し、上記状態Ｘ１〜Ｘ４を遷移することにより、タンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓとエンジン要求圧力Ｐ４の間に制御される。
【００４０】
続いて、上記実施形態の作用効果について説明する。
【００４１】
上記実施形態では、燃料タンク１１にＬＮＧベーパ排出通路３３を介して接続される追加タンク１６と、ＬＮＧベーパ排出通路３３に設けられるコンプレッサ１８を備え、タンク内圧力Ｐ０が所定圧力Ｐｓを超えた場合にコンプレッサ１８を作動させるように構成し、かつ、所定圧力Ｐｓを安全弁１７のリリーフ圧Ｐ２よりも低く設定した。
【００４２】
この構成によれば、タンク内圧力Ｐ０が安全弁１７のリリーフ圧Ｐ２に達する前にコンプレッサ１８が作動して燃料タンク１１内のＬＮＧベーパが追加タンク１６へと排出され、タンク内圧力Ｐ０が下げられるので、安全弁１７が開いてＬＮＧベーパが大気に放出される頻度が減り、ＬＮＧが無駄に消費されるのを抑えるとともに、環境保全につなげることができる。
【００４３】
また、上記実施形態では、タンク内圧力Ｐ０がエンジン要求圧力Ｐ４まで下がった場合にコンプレッサ１８を停止するようにした。これにより、タンク内圧力Ｐ０が下がりすぎて燃料タンク１１内のバックプレッシャが不足し、燃料タンク１１からのＬＮＧの送出が滞るのを防止することができる。
【００４４】
また、上記実施形態では、追加タンク１６と燃料タンク１１を接続するタンク側戻し通路３４と、タンク側戻し通路３４に設けられ、開弁することで追加タンク１６内のＣＮＧを燃料タンク１１に導入するタンク側戻し弁３６とを備えた。ＬＮＧ充填直後等で燃料タンク１１内のＬＮＧベーパの量が少なく、燃料タンク１１からＬＮＧを送出するためのバックプレッシャが十分でない場合であっても、この構成によれば、タンク側戻し弁３６を開いて追加タンク１６内のＣＮＧを燃料タンク１１に導入すればタンク内圧力Ｐ０を上昇させることができ、燃料タンク１１からのＬＮＧの送出が滞るのを防止することができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、燃料供給通路３１の途中（上記実施形態ではバッファタンク１３）と追加タンク１６を接続するエンジン側戻し通路３５と、エンジン側戻し通路３５に設けられ、開弁することで追加タンク１６内のＣＮＧを燃料供給通路３１の途中に導入するエンジン側戻し弁３７とを備えた。この構成によれば、エンジン側戻し弁３７を開けば、追加タンク１６内のＣＮＧが燃料供給通路３１の途中に導入されてエンジンで消費され、車両の走行に供することができるので、ＬＮＧが無駄に消費されるのを抑えることができる。また、これにより、追加タンク１６内のＣＮＧ量を減らすことができるので、上記コンプレッサ１８を利用したタンク内圧力Ｐ０の低減を継続して行うことが可能になる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００４７】
例えば、タンク側戻し弁３６、エンジン側戻し弁３７をレギュレータに代えて電磁弁で構成し、タンク内圧力Ｐ０等に基づきコントロールユニット２０がタンク側戻し弁３６、エンジン側戻し弁３７の開閉を制御するようにしてもよい。この構成によれば、タンク側戻し弁３６、エンジン側戻し弁３７を任意に開閉できるので、制御の自由度が向上する。
【００４８】
また、エンジン側戻し弁３７を、バッファタンク１３内の圧力が低く、バッファタンク１３内の天然ガスの量が十分でない場合に開弁するように構成してもよい。この構成によれば、バッファタンク１３内の天然ガスの量が十分でない場合に追加タンク１６内のＣＮＧをバッファタンク１３に導入することができ、エンジンに供給される天然ガスの量を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料貯蔵装置を備えたＬＮＧ車の燃料供給システムの概略構成図である。
【図２】コントロールユニットの内部構成図である。
【図３】コンプレッサを制御するための制御プログラムの内容を示したフローチャートである。
【図４】コンプレッサの動作態様図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１…燃料タンク
１６…追加タンク
１７…安全弁
１８…コンプレッサ
２０…コントロールユニット
３３…ＬＮＧベーパ排出通路
３４…タンク側戻し通路
３５…エンジン側戻し通路
３６…タンク側戻し弁
３７…エンジン側戻し弁
４１…圧力センサ
１００…燃料供給システム
【図１】
2010144878.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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