(57)【要約】【課題】燃料温度を上昇させるように燃料から溶存酸素を除去するとともに、異なった酸素除去の要求条件に適応可能な燃料安定化システムを提供する。【解決手段】燃料安定化システム１０は、燃料ポンプ１４により燃料をエンジン１５に供給する燃料タンク１２を備える。並列に配列された複数の酸素除去器１８，２０，２２，２４，２６を備える燃料安定化アッセンブリ１６により、燃料から溶存酸素が除去される。各燃料酸素除去器により、燃料から溶存酸素の一部３０が除去され、外部に排出される。流入する燃料の温度は、溶存酸素の存在下で不溶性物質の生成を促進しない制限温度範囲内にある。燃料安定化アッセンブリ１６から流出する燃料は、より少ない量の溶存酸素を含んでいるため、より高い温度まで燃料を加熱することが可能となる。伝熱装置３２により、燃料が移動かつ加熱される。向上した燃料の温度特性により、エンジン効率が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料から酸素の第１の部分を除去する第１の燃料酸素除去器と、
前記燃料から酸素の第２の部分を除去する第２の燃料酸素除去器と、
を備え、
前記第１の燃料酸素除去器および前記第２の燃料酸素除去器が共通の燃料流から酸素を除去することを特徴とする燃料安定化システム。
【請求項２】
前記第２の燃料酸素除去器が、複数の燃料酸素除去器を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料安定化システム。
【請求項３】
前記第１の燃料酸素除去器および前記第２の燃料酸素除去器が、直列に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料安定化システム。
【請求項４】
前記第１の燃料酸素除去器および前記第２の燃料酸素除去器が、並列に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料安定化システム。
【請求項５】
前記第１の燃料酸素除去器により前記燃料から除去される前記酸素の第１の部分が、前記第２の燃料酸素除去器により除去される前記酸素の第２の部分より多いことを特徴とする請求項１に記載の燃料安定化システム。
【請求項６】
前記第１の燃料酸素除去器が、前記第２の燃料酸素除去器よりも前記燃料から溶存酸素を除去する優れた性能を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料安定化システム。
【請求項７】
前記燃料に熱を伝える伝熱装置を備え、前記伝熱装置が、前記第１の燃料酸素除去器および前記第２の燃料酸素除去器の少なくとも一方の下流側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料安定化システム。
【請求項８】
前記第１の燃料酸素除去器に流入する前に、前記燃料に熱を伝える第１の伝熱装置を備える請求項１に記載の燃料安定化システム。
【請求項９】
前記第１の燃料酸素除去器から流出した後に、前記燃料に熱を伝える第２の伝熱装置を備える請求項８に記載の燃料安定化システム。
【請求項１０】
前記第２の伝熱装置から流出した後に、前記燃料に熱を伝える第３の伝熱装置を備える請求項９に記載の燃料安定化システム。
【請求項１１】
燃料供給システムの燃料を安定させる方法であって、
（ａ）第１の温度で第１の燃料酸素除去器を通して炭化水素燃料を流し、溶存酸素の第１の部分を除去するステップと、
（ｂ）第２の燃料酸素除去器を通して前記炭化水素燃料を流し、溶存酸素の第２の部分を除去するステップと、
（ｃ）前記炭化水素燃料が前記第１の燃料酸素除去器および前記第２の燃料酸素除去器の少なくとも一方から流出した後、前記第１の温度より高い第２の温度まで前記炭化水素燃料の温度を上昇させるステップと、
を含む燃料安定化方法。
【請求項１２】
前記第１の温度が、前記第１の燃料酸素除去器に流入する前に、前記燃料内の溶存酸素量に応じて望ましくない副生成物が生じる温度より低いことを特徴とする請求項１１に記載の燃料安定化方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）が、前記第１の燃料酸素除去器から流出した後でかつ前記第２の燃料酸素除去器に流入する前に、前記炭化水素燃料を前記第２の温度に加熱することであることを特徴とする請求項１２に記載の燃料安定化方法。
【請求項１４】
前記第２の温度は、前記溶存酸素の第１の部分を含んだ燃料内で不溶性物質の形成が生じる温度より高温であって、前記燃料から前記溶存酸素の第１の部分を除去した後でのみ不溶性物質を生じさせることなく前記第２の温度を得られることを特徴とする請求項１３に記載の燃料安定化方法。
【請求項１５】
前記第１の燃料酸素除去器および前記第２の燃料酸素除去器が、直列で配置されることを特徴とする請求項１１に記載の燃料安定化方法。
【請求項１６】
前記第１の燃料酸素除去器および前記第２の燃料酸素除去器が、並列で配置されることを特徴とする請求項１１に記載の燃料安定化方法。
【請求項１７】
前記第１の燃料酸素除去器により除去される前記溶存酸素の第１の部分が、前記第２の燃料酸素除去器により除去される前記溶存酸素の第２の部分より少ないことを特徴とする請求項１１に記載の燃料安定化方法。
【請求項１８】
前記燃料に熱を伝えるように伝熱装置を通して前記炭化水素燃料を流すステップを含む請求項１１に記載の燃料安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー変換装置の燃料安定化システムに関し、特に、燃料から溶存酸素を除去する複数の燃料酸素除去器を備えた燃料安定化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素燃料は、通常、移動中および保存中に酸素にさらされるため、ある程度の溶存酸素を含んでいる。燃料中の溶存酸素により、コークスと呼ばれる不溶性生成物が生じてしまうため燃料の加熱温度が制限される。コークスの堆積物の形成は、燃料中に含まれる溶存酸素の量に応じて異なる。燃料中の溶存酸素量を減少させることにより、コークスの堆積速度が減少するとともに、最大保存温度が上昇する。
【０００３】
出願人に譲渡された特許文献１および２においては、燃料システム内に配設された選択的にガス透過可能な膜を用いて溶存酸素を除去する装置が開示されている。燃料が透過性膜に沿って通過すると、燃料中の酸素分子はガス透過性膜を通って燃料から拡散する。透過性膜を横切る酸素分圧差により、燃料から酸素が除去される。燃料は影響を受けることなく膜上を通過する。
【特許文献１】米国特許第６，３１５，８１５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７０９，４３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料から除去される溶存酸素が多いほど、コークスの堆積が生じる温度がより高くなるため、その結果として、運転効率を向上させるように燃焼前に燃料を加熱することが可能な実用温度が上昇する。不利なことには、燃料酸素除去器の大きさは、酸素除去の要求条件に比例して増加する。酸素除去が９０％から９９％に増加すると、酸素除去器の大きさを概ね２倍にすることが求められる場合がある。さらに、作動上の要求条件が変わると、要求される酸素除去速度も変わる。単一の燃料酸素除去器では、酸素除去の要求条件の変化に対応するように容易に適応つまり拡大縮小ができない。
【０００５】
したがって、燃料温度を上昇させるように溶存酸素を除去するとともに、異なった酸素除去の要求条件に適応するように拡大縮小可能な燃料安定化システムを開発することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による例示的な燃料安定化システムは、炭化水素燃料から溶存酸素を除去するように協働して作動する複数の燃料酸素除去器を備える。
【０００７】
本発明による例示的な燃料安定化システムは、並列に配置された複数の燃料酸素除去器を備える。炭化水素燃料は、実質的に均等な割合で複数の燃料酸素除去器の各々に亘って流れる。各燃料酸素除去器により、溶存酸素の一部が炭化水素燃料から除去され、この炭化水素燃料は温度特性が実質的に向上した状態で、燃料安定化システムから流出する。
【０００８】
本発明による別の例示的な燃料安定化システムは、直列に配置された複数の燃料酸素除去器を備える。各燃料酸素除去器により、漸進的に付加的な量の溶存酸素が除去される。第１の燃料酸素除去器は、コークスおよび他の不溶性副生成物が生じる温度よりも十分に低い温度で作動する。第１の酸素除去器により燃料からある程度の溶存酸素が除去されるため、第２の燃料酸素除去器はより高い温度で作動する。直列に配列された複数の燃料酸素除去器は、付加的な量の溶存酸素を除去するとともに、漸進的に上昇する温度で作動し、酸素除去効率を向上させる。
【０００９】
単一の酸素除去装置を用いる代わりに、複数の燃料酸素除去装置を用いるモジュール方式により、多くの利点がもたらされる。これらの利点の１つとして、所望のように作動しない特定の酸素除去器を修理し交換することが可能となる。さらに、直列または並列に配置された燃料酸素除去装置を用いることにより、各装置が異なった温度で作動することが可能となり、それにより、特定のシステムの要求条件に適用される種々の有効な冷却性能が炭化水素燃料にもたらされる。いくつかの独立した燃料安定化モジュールに酸素除去機能を分散させることにより、全体的なシステムの信頼性および機能性に対して、１つのユニットの故障が酸素除去機能の完全な損失にはならずに、全システム能力の一部分だけに影響を及ぼすという利点がもたらされる。
【００１０】
したがって、本発明による燃料安定化システムにより、システムに有益な利点をもたらすように燃料からの溶存酸素除去効率が向上かつ最適化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、燃料安定化システム１０が概略的に図示されている。燃料安定化システム１０は、燃料ポンプ１４により燃料をエンジン１５に供給する燃料タンク１２または他の燃料供給源を備える。燃料安定化アッセンブリ１６により、燃料から溶存酸素が除去される。燃料安定化アッセンブリ１６は、複数の酸素除去器１８，２０，２２，２４，２６を備える。例示的な燃料安定化アッセンブリ１６は、並列に配置された５つの酸素除去器１８，２０，２２，２４，２６を備える。
【００１２】
この並列構造により、燃料安定化アッセンブリ１６に亘って概ね均一な圧力低下がもたらされる。酸素除去器１８，２０，２２，２４，２６の各々により、燃料の圧力が均等に、または概ね同様に低下する。ある場合においては、単一の大きな酸素除去器により、ポンプ１４などの他のシステムの装置により補償される望ましくない燃料の圧力低下が生じる場合がある。しかし、並列構造の複数の酸素除去器１８，２０，２２，２４，２６を用いることにより、単一の大きな酸素除去器を用いる場合と比べ、燃料から除去される溶存酸素量を犠牲にすることなく圧力低下に適応する必要性が減少する。
【００１３】
燃料酸素除去器１８，２０，２２，２４，２６の各々により、燃料から溶存酸素の一部が除去され、除去された酸素は符号３０に示したように外部に排出される。流入する燃料の温度は、溶存酸素の存在下で不溶性物質の生成を促進しない望ましい制限範囲内の温度である。燃料安定化アッセンブリ１６から流出する燃料は、より少ない量の溶存酸素を含んでいるため、より高い温度まで加熱され得る。伝熱装置３２により、燃料が移動かつ加熱される。伝熱装置３２は、当業者に周知のあらゆる形態であってもよい。向上した燃料の温度特性により、エンジン効率が向上する。向上した燃料の温度特性は、他のシステムから熱を吸収するようにヒートシンクとして用いられ得る。さらに、燃料の温度上昇により、燃料の気化が速まり燃焼が向上する。
【００１４】
図２を参照すると、本発明による別の例示的な燃料安定化システムが符号４０で示されている。この燃料安定化システム４０は、直列に配置された複数の酸素除去装置４４，４６，４８，５０を備えた燃料安定化アッセンブリ４５を有する。直列の配置により、溶存酸素が燃料から順次的かつ比例的に除去される。溶存酸素の第１の部分４１は、第１の酸素除去器４４において炭化水素燃料から除去される。ついで、第２の部分４３が第２の酸素除去器４６により除去され、第３の部分４７が第３の酸素除去器４８により除去され、第４の部分４９が第４の酸素除去器５０により除去される。炭化水素燃料から付加的な量の溶存酸素を連続的に除去することは、酸素除去装置４４，４６，４８，５０をそれぞれ作動させるとともに、溶存酸素の除去を最適化するように異なった温度で、異なった大きさおよび性能を有する酸素除去器を用いることによりなされる。
【００１５】
第１の酸素除去器４４に流入する炭化水素燃料２８は、望ましくない不溶性物質が形成する場合のある温度より低くなければならない。しかし、その後に続く第２の酸素除去器４６などの酸素除去器は、第１の部分４１の溶存酸素が除去されたため、第１の酸素除去器４４が作動する温度より高い温度で作動することが可能となる。したがって、連続的に配列された燃料酸素除去器は、１つ前の酸素除去器により炭化水素燃料に含有される溶存酸素が除去されて酸素量が減少することによって、漸進的により高い温度で作動することが可能となる。
【００１６】
次いで、燃料安定化アッセンブリ４５から流出する炭化水素燃料は、伝熱装置３２に導かれる。理解されるように、伝熱装置３２は、当業者に周知のあらゆる形態であってもよい。さらに、伝熱装置３２により、炭化水素燃料の向上した冷却性能を用いるように、冷却が必要な他のシステムから熱が伝えられる。加えて、伝熱装置３２により、エンジン１５内に配設された燃焼装置に燃料が達した際に、炭化水素燃料の気化が促進され、それにより炭化水素燃料の燃焼が促進されるように、燃料があるレベルまで加熱される。
【００１７】
次に図３を参照すると、別の例示的な燃料安定化システム６０は、第１の酸素除去器６４および第２の酸素除去器６８を備える。第１の酸素除去器６４は、炭化水素燃料２８から溶存酸素の第１の部分６５を除去するように作動する。第１の酸素除去器６４および第２の酸素除去器６８を備えるモジュール方式により、異なった大きさの酸素除去器が用い
られる。低温作動装置と高温作動装置との間で直列に配置された（カスケードされた）酸素除去器の大きさおよび性能を変えることにより、パッケージングおよび作動上の利点がもたらされる。酸素除去器に流入する燃料温度を上昇させることにより、より高温で酸素の拡散性および溶解性が促進されるため酸素除去器の性能が向上する。
【００１８】
単一の酸素除去器の場合には、入口温度が、例えば、２５０°Ｆ（約１２１°Ｃ）〜３２５°Ｆ（約１６２．７°Ｃ）の範囲に制限されているため、本発明のモジュール方式により、最適な燃料加熱の利点がもたらされる。したがって、燃料安定化システム６０のモジュール構造により、前の酸素除去器において達成される酸素除去レベルのため、その後に続く各酸素除去器の入口温度を上昇させることができる。
【００１９】
図３において、燃料２８はポンプ１４から第１の温度７２で流出する。燃料２８が第１の伝熱装置６２から流出すると、燃料２８は第２の温度７４となる。第２の温度７４は、コーキングにより処理できない量の不溶性物質が生じない制限範囲内の温度でなければならない。この時点において、第２の温度７４は、炭化水素燃料内の向上した酸素レベルに対応する範囲内に維持されなければならない。燃料が第１の酸素除去器６４を通過した後、酸素の第１の部分６５が除去され、温度は、第２の温度７４より高温の第３の温度７６に上昇する。
【００２０】
炭化水素燃料２８の温度は、第２の伝熱装置６６内で第４の温度７８まで上昇する。第４の温度７８は、初めに第１の酸素除去器６４に流入した燃料２８の燃料温度よりも高温である。第２の酸素除去器６８により、酸素の第２の部分６９が除去される。第１の酸素除去器６４により溶存酸素が既に除去され酸素量が減少しているため、第２の酸素除去器６８は第１の酸素除去器６４よりも高温で作動する。第２の酸素除去器６８からの燃料は、第５の温度８０で流出し、さらに最終温度８２まで再上昇する。
【００２１】
炭化水素燃料温度は、第３の伝熱装置７０により第５の温度８０から最終温度８２まで上昇する。直列で配置された２つの酸素除去器６４，６８を示しているが、炭化水素燃料内の溶存酸素が漸進的に減少することによって炭化水素燃料の温度を最適かつ連続的に上昇するように、付加的な燃料酸素除去器および伝熱装置を配設してもよい。
【００２２】
本発明の例示的な燃料安定化システムにより、炭化水素燃料内の溶存酸素量を減少させるように、複数の燃料酸素除去器を直列または並列に配置した種々の構成を用いて炭化水素燃料から酸素が除去される。炭化水素燃料内の溶存酸素を減少させることにより、燃料温度を８００°Ｆ（約４２６．６°Ｃ）〜９００°Ｆ（約４８２°Ｃ）程度まで高温にすることが可能となる。これにより、燃料のヒートシンク能力が向上して、システムおよびエンジンの効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による例示的な燃料安定化システムの概略図。
【図２】本発明による別の例示的な燃料安定化システムの概略図。
【図３】本発明によるさらに別の例示的な燃料安定化システムの概略図。
【符号の説明】
【００２４】
１０，４０，６０…燃料安定化システム
１２…燃料タンク
１４…燃料ポンプ
１５…エンジン
１６，４５…燃料安定化アッセンブリ
１８，２０，２２，２４，２６，４４，４６，４８，５０，６４，６８…酸素除去器
２８…炭化水素燃料
３０，４１，４３，４７，４９，６５，６９…溶存酸素の一部
３２，６２，６６，７０…伝熱装置
７２，７４，７６，７８，８０，８２…温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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