(57)【要約】【課題】ＬＮＧ燃料の性状変化を抑制する。【解決手段】ＬＮＧ容器１０から供給されるＬＮＧを気化して気化燃料を生成する気化器１６と、気化器１６から供給される気化燃料とＬＮＧ容器１０から排出されるボイルオフガスとを混合して混合ガスを生成する混合タンク２２と、ボイルオフガスがＬＮＧ容器１０から混合タンク２２へ向かう方向にのみ開弁し、かつ、ＬＮＧ容器１０の内圧と混合タンク２２の内圧との差圧が第１の所定値以上の場合に開弁する逆止弁２４と、混合タンク２２から供給される混合ガスを減圧する減圧弁２８と、を含んでＬＮＧ燃料の供給装置を構成する。そして、ＬＮＧ容器１０のＬＮＧを気化器１６において気化して供給する気化燃料と、ＬＮＧ容器１０から排出するボイルオフガスと、を混合して混合ガスを生成することで、ＬＮＧ燃料の性状変化を抑制する。【選択図】図１
2011089596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ容器と、
該ＬＮＧ容器から供給されるＬＮＧを気化して気化燃料を生成する気化器と、
該気化器から供給される気化燃料と前記ＬＮＧ容器から排出されるボイルオフガスとを混合して混合ガスを生成する混合タンクと、
前記ボイルオフガスが前記ＬＮＧ容器から前記混合タンクへ向かう方向にのみ開弁し、かつ、前記ＬＮＧ容器の内圧と前記混合タンクの内圧との差圧が第１の所定値以上の場合に開弁する第１の逆止弁と、
前記混合タンクから供給される混合ガスを減圧する減圧弁と、
を含んで構成されるＬＮＧ燃料の供給装置。
【請求項２】
ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ容器と、
該ＬＮＧ容器から供給されるＬＮＧを気化して気化燃料を生成する気化器と、
該気化器から供給される気化燃料と前記ＬＮＧ容器から排出されるボイルオフガスとを混合して混合ガスを生成する混合タンクと、
前記ＬＮＧ容器と前記混合タンクとの間で、前記ボイルオフガスを一時貯留するバッファタンクと、
前記ボイルオフガスが前記ＬＮＧ容器から前記バッファタンクへ向かう方向にのみ開弁し、かつ、前記ＬＮＧ容器の内圧と前記バッファタンクの内圧との差圧が第２の所定値以上のとき開弁する第２の逆止弁と、
前記バッファタンクから前記混合タンクへ流れる前記ボイルオフガスの流量を調整する流量調整手段と、
前記混合タンクから供給される前記混合ガスを減圧する減圧弁と、
を含んで構成されるＬＮＧ燃料の供給装置。
【請求項３】
前記流量調整手段は、
前記ボイルオフガスの流量を絞る絞り弁と、
前記ボイルオフガスが前記バッファタンクから前記混合タンクへ向かう方向にのみ開弁し、かつ、前記バッファタンクの内圧と前記混合タンクの内圧との差圧が第３の所定値以上の場合に開弁する第３の逆止弁と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項２記載のＬＮＧ燃料の供給装置。
【請求項４】
前記流量調整手段は、
前記バッファタンクの内圧を検出する第１の圧力検出手段と、
前記混合タンクの内圧を検出する第２の圧力検出手段と、
遠隔制御可能な開閉弁と、
前記第１の圧力検出手段により検出されたバッファタンクの内圧と前記第２の圧力検出手段により検出された混合タンクの内圧とに基づいて、前記開閉弁の開閉を制御する制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項２記載のＬＮＧ燃料の供給装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１の圧力検出手段により検出されたバッファタンクの内圧が、前記第２の圧力検出手段により検出された混合タンクの内圧より大きいときに前記開閉弁を開弁させることを特徴とする請求項４記載のＬＮＧ燃料の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧ燃料（液化天然ガス燃料）の供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ容器内において、その容器断熱の困難性から、外部からの伝熱によりＬＮＧが蒸発してボイルオフガスが発生するため、ＬＮＧ容器の耐圧限界に達する前にボイルオフガスの放散を実施する必要があるが、同時に貴重なエネルギーの損失となる。
【０００３】
このため、特許文献１に記載されるように、ＬＮＧ容器から放散されるボイルオフガスを利用した気化器により、ボイルオフガス発生後のＬＮＧ容器内に存在するＬＮＧを気化する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１３１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＬＮＧが自然気化する場合は沸点が低い成分から順に気化してボイルオフガスとなり、容器内に存在するＬＮＧの性状は刻々変化するため、このＬＮＧを気化器により気化したガスを燃料として熱機関に供給すると、熱量が変化して熱機関の性能に影響を与えるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、熱機関に供給されるＬＮＧ燃料の性状変化を抑制したＬＮＧ燃料の供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明に係るＬＮＧ燃料の供給装置の第１形態は、ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ容器と、ＬＮＧ容器から供給されるＬＮＧを気化して気化燃料を生成する気化器と、気化器から供給される気化燃料とＬＮＧ容器から排出されるボイルオフガスとを混合して混合ガスを生成する混合タンクと、ボイルオフガスがＬＮＧ容器から混合タンクへ向かう方向にのみ開弁し、かつ、ＬＮＧ容器の内圧と混合タンクの内圧との差圧が第１の所定値以上の場合に開弁する第１の逆止弁と、混合タンクから供給される混合ガスを減圧する減圧弁と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るＬＮＧ燃料の供給装置の第２形態は、ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ容器と、ＬＮＧ容器から供給されるＬＮＧを気化して気化燃料を生成する気化器と、気化器から供給される気化燃料とＬＮＧ容器から排出されるボイルオフガスとを混合して混合ガスを生成する混合タンクと、ＬＮＧ容器と混合タンクとの間で、ボイルオフガスを一時貯留するバッファタンクと、ボイルオフガスがＬＮＧ容器からバッファタンクへ向かう方向にのみ開弁し、かつ、ＬＮＧ容器の内圧とバッファタンクの内圧との差圧が第２の所定値以上のとき開弁する第２の逆止弁と、バッファタンクから混合タンクへ流れるボイルオフガスの流量を調整する流量調整手段と、混合タンクから供給される混合ガスを減圧する減圧弁と、を含んで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ボイルオフガスを、気化器において気化したＬＮＧ燃料に混合させることで、ＬＮＧ燃料の性状変化によるエンジン性能への影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るＬＮＧ燃料の供給装置の構造図
【図２】第２の実施形態に係るＬＮＧ燃料の供給装置の構造図
【図３】第３の実施形態に係るＬＮＧ燃料の供給装置の構造図
【図４】第３の実施形態に係る制御プログラムの処理内容を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、ＬＮＧを燃料として用いる車両（以下、「ＬＮＧ燃料車」という）に対して本発明を適用した燃料の供給装置の第１の実施形態を示している。
【００１２】
ＬＮＧ燃料の供給装置には、ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ容器１０が備えられる。ＬＮＧ容器１０は、良好な断熱性を確保して極低温で貯蔵されるＬＮＧの気化を抑制すべく、密閉した内側容器１０ａ及び外側容器１０ｂからなり、これらの間が減圧されたいわゆる「魔法瓶構造」をなしている。
【００１３】
ＬＮＧ容器１０からＬＮＧを払い出すＬＮＧ払出配管１２は、一端がＬＮＧ容器１０の下部に接続され、他端が気化器１６に接続される。気化器１６は、ＬＮＧ容器１０から供給されたＬＮＧを安定的に気化して気化燃料を生成すべく、ラジエータにより略一定温度に冷却されたエンジン冷却水が循環される。ＬＮＧ払出配管１２には、開閉弁１４が配設される。開閉弁１４は、エンジン停止中にＬＮＧ容器１０からＬＮＧが漏出することを防止すべく、例えば、イグニッションスイッチＯＮに連動して開弁する常閉式電磁弁からなる。
【００１４】
また、気化器１６に一端が接続される気化燃料供給配管１８と、ＬＮＧ容器１０の上部に一端が接続されるボイルオフガス排出配管２０と、のいずれにも連通する混合タンク２２が配設される。混合タンク２２は、気化器１６により気化され気化燃料供給配管１８を通して供給される気化燃料と、ＬＮＧ容器１０内で発生した後ボイルオフガス排出配管２０を通して排出されるボイルオフガスと、を混合して混合ガスを生成する。
【００１５】
ボイルオフガス排出配管２０には、ボイルオフガスにより増大したＬＮＧ容器１０の内圧ＰＬを調整すべく、第１の逆止弁としての逆止弁（チェック弁）２４が配設される。逆止弁２４は、逆止弁２４前後の差圧、即ち、ＬＮＧ容器１０の内圧と混合タンク２２の内圧との差圧が第１の所定値Ｐ１以上のとき、ボイルオフガスがＬＮＧ容器１０から混合タンク２２へ向かう方向にのみ開弁する。
【００１６】
混合タンク２２に接続される混合ガス供給配管２６には、減圧弁２８が配設される。減圧弁２８は、混合ガスの供給対象たる熱機関の一例たるエンジンに供給される混合ガスの圧力を調圧すべく、混合タンク２２から供給される混合ガスを、エンジンが要求する所定圧力（以下「要求圧力」という）まで減圧する。
【００１７】
次に、ＬＮＧ燃料の供給装置の作用について説明する。
イグニッションスイッチＯＮに連動して、開閉弁１４が開弁されると、ＬＮＧ容器１０に貯蔵されたＬＮＧは、ＬＮＧ払出配管１２を介して気化器１６へ払い出される。このＬＮＧは、ＬＮＧ容器１０の外部からの伝熱によりボイルオフガスが発生した後に、ＬＮＧ容器１０内に存在するＬＮＧであり、メタンなどの成分比率が元のＬＮＧに比べ低くなる。この容器内のＬＮＧが、気化器１６において、エンジン冷却水を利用して気化されて気化燃料となり、この気化燃料が混合タンク２２へ供給される。
【００１８】
一方、ＬＮＧ容器１０内に発生したボイルオフガスは、ＬＮＧ容器１０の内圧ＰＬと混合タンク２２の内圧Ｐｍとの差圧が第１の所定値Ｐ１以上のときに開弁される逆止弁２４の開弁に伴い、ボイルオフガス排出配管２０を介してＬＮＧ容器１０の上部から排出される。ここで、第１の所定値Ｐ１は、ＬＮＧ容器１０の内圧ＰＬがその耐圧限界を超えないように定められる値であり、例えば、ＬＮＧ容器１０の限界圧力と混合タンク２２の限界圧力との差から求められる。そして、このボイルオフガスは、逆止弁２４の機能により、ＬＮＧ容器１０に向かう方向へ逆流することなく、ＬＮＧ容器１０の内圧ＰＬと混合タンク２２の内圧Ｐｍとの差圧が第１の所定値Ｐ１未満となるまで混合タンク２２へ供給される。
【００１９】
混合タンク２２において、気化器１６で気化されて供給される、元のＬＮＧに比べてメタンなどの成分比率が低い気化燃料と、ＬＮＧ容器１０の上部から排出される、元のＬＮＧに比べてメタンなどの成分比率が高いボイルオフガスと、が混合され、その結果生成される混合ガスは、減圧弁２８を通して要求圧力まで減圧された後エンジンに供給される。
【００２０】
このようなＬＮＧ燃料の供給装置によれば、ボイルオフガスと気化燃料とを混合させることで、ＬＮＧ燃料車のエンジンに供給する燃料の性状を元のＬＮＧの成分比率に近づけて安定させることができるので、供給燃料の性状変化によるエンジン性能への影響を抑制することが可能となる。
【００２１】
図２は、本発明に係るＬＮＧ燃料の供給装置の第２の実施形態を示している。なお、第１の実施形態と同一構成については、同一符号を付すことでその説明を省略又は簡潔にする。
【００２２】
ボイルオフガス排出配管２０には、ＬＮＧ容器１０側より、第２の逆止弁としての逆止弁３０、バッファタンク３２、絞り弁３４、及び、第３の逆止弁としての逆止弁３６が、この順番で配設される。
【００２３】
逆止弁３０は、逆止弁３０前後の差圧、即ち、ＬＮＧ容器１０の内圧とバッファタンク３２の内圧との差圧が第２の所定値Ｐ２以上のとき、ボイルオフガスがＬＮＧ容器１０からバッファタンク３２へ向かう方向にのみ開弁する。バッファタンク３２は、逆止弁３０の開弁によりＬＮＧ容器１０から排出されたボイルオフガスを一時的に貯留する。絞り弁３４は、バッファタンク３２から混合タンク２２へ流れるボイルオフガスの流量を絞る。なお、ボイルオフガスの流量は、絞り弁３４前後の差圧により変化し、例えば、この差圧が大きくなれば流量も増大するが、差圧が任意の値で一定であれば流量も一定となる。逆止弁３６は、混合タンク２２から絞り弁３４及びバッファタンク３２へのボイルオフガスの逆流を防止すべく、逆止弁３６前後の差圧、即ち、バッファタンク３２の内圧と混合タンク２２の内圧との差圧が第３の所定値Ｐ３以上のとき、ボイルオフガスがバッファタンク３２から混合タンク２２に向かう方向にのみ開弁する。なお、流量調整手段は、絞り弁３４及び逆止弁３６を含んで構成される。
【００２４】
次に、ＬＮＧ燃料の供給装置の作用について説明する。
ＬＮＧ容器１０内に発生するボイルオフガスは、ＬＮＧ容器１０の内圧ＰＬとバッファタンク３２の内圧Ｐｂとの差圧が第２の所定値Ｐ２以上のときに開弁する逆止弁３０の開弁に伴い、ＬＮＧ容器１０の上部からボイルオフガス排出配管２０を介して排出される。ここで、第２の所定値Ｐ２は、ＬＮＧ容器１０の内圧ＰＬがその耐圧限界を超えないように定められる値であり、例えば、ＬＮＧ容器１０の限界圧力とバッファタンク３２の限界圧力との差から求められる。ボイルオフガスは、バッファタンク３２に一時貯留され、逆止弁３０の機能により、ＬＮＧ容器１０方向へ逆流することなく、ＬＮＧ容器１０の内圧ＰＬとバッファタンク３２の内圧Ｐｂとの差圧が第２の所定値Ｐ２未満となるまでバッファタンク３２へ供給される。
【００２５】
また、バッファタンク３２に一時貯留されたボイルオフガスは、バッファタンク３２の内圧Ｐｂと混合タンク２２の内圧Ｐｍとの差圧が第３の所定値Ｐ３以上のときに開弁する逆止弁３６の開弁に伴い、混合タンク２２へ向かう方向に流れる。ここで、第３の所定値Ｐ３は、バッファタンク３２の内圧Ｐｂがその耐圧限界を超えないように定められる値であり、例えば、バッファタンク３２の限界圧力と混合タンク２２の限界圧力との差から求められる。そして、ボイルオフガスは、絞り弁３４によってその流量が絞られつつ、逆止弁３６の機能により、バッファタンク３２の方向へ逆流することなく、バッファタンク３２の内圧Ｐｂと混合タンク２２の内圧Ｐｍとの差圧が第３の所定値Ｐ３未満となるまで混合タンク２２へ供給される。その後、ボイルオフガスは、第１の実施形態と同様に、混合タンク２２において気化燃料と混合され、これにより生成される混合ガスは、減圧弁２８を通して要求圧力まで減圧された後エンジンに供給される。
【００２６】
第２の実施形態に係るＬＮＧ燃料の供給装置によれば、長期間エンジンを停止させた状態で車両を放置しても、ＬＮＧ容器１０内に発生したボイルオフガスをバッファタンク３２に一旦貯留してから少量ずつ混合タンク２２に供給して気化燃料と混合させ、その混合ガスをエンジンに供給するので、エンジン始動直後からボイルオフガスの濃度が高い混合ガスをＬＮＧ燃料車のエンジンに供給することがなく、燃料の性状を元のＬＮＧの成分比に近づけて安定させることができ、供給燃料の性状変化によるエンジン性能の変動を抑制することが可能となる。
【００２７】
なお、第２の実施形態において、ボイルオフガス排出配管２０には、絞り弁３４と逆止弁３６に代えて、逆止弁付絞り弁を配設してもよい。これによりＬＮＧ燃料の供給装置の構成を簡素化することができる。または、絞り弁３４に代えて、圧力補償型流量制御弁を配設してもよい。これにより、バッファタンク３２の内圧Ｐｂと混合タンク２２の内圧Ｐｍとの差圧が大きくなった場合であっても、バッファタンク３２から混合タンク２２へ一定流量のボイルオフガスを供給することができる。
【００２８】
図３は、本発明に係るＬＮＧ燃料の供給装置の第３の実施形態を示している。なお、第２の実施形態と同一構成については、同一符号を付すことでその説明を省略又は簡潔にする。
【００２９】
バッファタンク３２と混合タンク２２との間のボイルオフガス排出配管２０には、絞り弁３４及び逆止弁３６に代えて、遠隔制御可能な電磁式開閉弁３８が配設される。ここで、開閉弁３８は、安全性を確保すべく、例えば、常閉式電磁弁を用いることが望ましい。
【００３０】
また、バッファタンク３２及び混合タンク２２には、その内圧を検出する第１の圧力検出手段及び第２の圧力検出手段としての圧力センサ４０及び圧力センサ４２がそれぞれ取付けられる。圧力センサ４０、４２からの圧力信号は、コンピュータを内蔵するコントロールユニット４４に入力される。そして、コントロールユニット４４は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、バッファタンク３２及び混合タンク２２の内圧に基づいて、開閉弁３８の開閉を適宜制御する。なお、コントロールユニット４４は、制御プログラムを実行することで、制御手段を実現する。
【００３１】
図４は、コントロールユニット４４において、イグニッションスイッチＯＮを契機として実行が開始される制御プログラムの処理内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、圧力センサ４０により検出されたバッファタンク３２の内圧Ｐｂと第４の所定値Ｐ４との大小を判定する。ここで、第４の所定値Ｐ４は、バッファタンク３２の内圧Ｐｂがその耐圧限界を超えないように定められる値であると共に、混合タンク２２の内圧Ｐｍとの差圧によりボイルオフガスを圧送可能な値である。そして、バッファタンク３２の内圧Ｐｂが、第４の所定値Ｐ４以上であるときには、ステップ２へと進む一方（Yes）、バッファタンク３２の内圧Ｐｂが、第４の所定値Ｐ４未満であるときには、再度本ステップを実行する（No）。
【００３２】
ステップ２では、圧力センサ４２により検出された混合タンク２２の内圧Ｐｍと第５の所定値Ｐ５との大小を判定する。ここで、第５の所定値Ｐ５は、混合タンク２２の内圧Ｐｍがその耐圧限界を超えないように定められる値であると共に、バッファタンク３２から混合タンク２２へボイルオフガスを圧送すべく、第４の所定値Ｐ４より小さい値である。そして、混合タンク２２の内圧Ｐｍが、第５の所定値Ｐ５未満であるときには、ステップ３へと進む一方（Yes）、混合タンク２２の内圧Ｐｍが、第５の所定値Ｐ５以上であるときには、ステップ１に戻る（No）。
【００３３】
ステップ３では、バッファタンク３２から混合タンク２２へボイルオフガスを供給すべく、開閉弁３８を開弁させる。
ステップ４では、圧力センサ４２により検出された混合タンク２２の内圧Ｐｍと第５の所定値Ｐ５との大小を判定する。混合タンク２２の内圧Ｐｍが、第５の所定値Ｐ５以上であるときには、ステップ６へと進む一方（Yes）、混合タンク２２の内圧Ｐｍが、第５の所定値Ｐ５未満であるときには、ステップ５へと進む（No）。
【００３４】
ステップ５では、圧力センサ４０により検出されたバッファタンク３２の内圧Ｐｂと第４の所定値Ｐ４との大小を判定する。バッファタンク３２の内圧Ｐｂが、第４の所定値Ｐ４未満であるときには、ステップ６へと進む一方（Yes）、バッファタンク３２の内圧Ｐｂが、第４の所定値Ｐ４未満であるときには、ステップ４へ戻る（No）。
【００３５】
ステップ６では、開閉弁３８を開弁させる。
ステップ７では、イグニッションスイッチ（図では「ＩｇＳＷ」と略記する。）がＯＦＦになっているか否かを判定する。イグニッションスイッチがＯＦＦとなっているときには、制御プログラムを終了する一方（Yes）、イグニッションスイッチがＯＮとなっているときには、ステップ１へと戻る（No）。
【００３６】
上記の制御プログラムにおいて、第４の所定値Ｐ４及び第５の所定値Ｐ５として、それぞれ上限閾値及び下限閾値により画定される圧力幅を持たせてもよい。例えば、第４の所定値Ｐ４の上限閾値をＰ４up、下限閾値をＰ４loとし、第５の所定値Ｐ５の上限閾値をＰ５up、下限閾値をＰ５loすると、バッファタンク３２の内圧ＰｂがＰ４up以上かつ混合タンク２２の内圧ＰｍがＰ５lo未満となったとき開閉弁３８を開弁させ、バッファタンク３２の内圧ＰｂがＰ４lo未満または混合タンク２２の内圧ＰｍがＰ５up以上となったとき開閉弁３８を閉弁させてもよい。このようにすれば、開閉弁３８が極短い周期で開閉する「ハンチング」が防止され、異音発生などを抑制することができる。
【００３７】
第３の実施形態に係るＬＮＧ燃料の供給装置によれば、第４の所定値Ｐ４及び第５の所定値Ｐ５を変更することにより、開閉弁３８の開閉タイミングを調整することができるので、第２の実施形態と比較して、バッファタンク３２から混合タンク２２へのボイルオフガスの供給量を容易に変更することが可能となる。
【００３８】
なお、第３の実施形態において、バッファタンク３２の内圧Ｐｂと第４の所定値Ｐ４との大小、及び混合タンク２２の内圧Ｐｍと第５の所定値Ｐ５との大小を判定することによる開閉弁３８の開閉制御に代えて、制御プログラムを簡素化すべく、バッファタンク３２の内圧Ｐｂと混合タンク２２の内圧Ｐｍとの相関関係を直接判定することにより開閉弁３８の開閉を制御することもできる。例えば、内圧Ｐｂが内圧Ｐｍよりも大きい場合には開閉弁３８を開弁し、内圧Ｐｂが内圧Ｐｍよりも小さい場合には開閉弁３８を閉弁するように制御してもよい。
【００３９】
また、上記の各実施形態においては、本発明をＬＮＧを燃料として用いる車両に適用した具体的な場合について説明したが、例えば定置式のガスタービンエンジンなどにおいても適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ＬＮＧ容器
１６  気化器
２２  混合タンク
２４、３０、３６  逆止弁
２８  減圧弁
３２  バッファタンク
３４  絞り弁
３８  開閉弁
４０、４２  圧力センサ
４４  コントロールユニット
【図１】
2011089596.tif 000003
【図２】
2011089596.tif 000004
【図３】
2011089596.tif 000005
【図４】
2011089596.tif 000006