(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ポンプと、
前記遠心ポンプと直列に接続され、前記遠心ポンプの下流側に設けられると共に、前記遠心ポンプよりも吐出流量の少ない始動ポンプと、
前記遠心ポンプ及び前記始動ポンプの下流側に設けられると共に、前記遠心ポンプまたは前記始動ポンプから吐出された流体を計量し、所定の流量ごとに下流へと放出する計量弁と、
前記遠心ポンプ及び前記始動ポンプの下流側に設けられると共に、前記計量弁の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に基づいて駆動する差圧弁と、
前記遠心ポンプの下流側かつ前記差圧弁の上流側に設けられると共に前記差圧弁よりも開弁速度が遅く設定された流量制御弁と
を備える流体供給システム。
【請求項２】
前記流量制御弁は、前記遠心ポンプの吐出口と前記始動ポンプの吸入口との間に設けられる請求項１記載の流体供給システム。
【請求項３】
前記流量制御弁は、前記始動ポンプの上流側と下流側とを接続するバイパス流路に設けられる請求項１記載の流体供給システム。
【請求項４】
前記流量制御弁の開弁速度が前記差圧弁の開弁速度の１／５から１／１０である請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体供給システム。
【請求項５】
前記流量制御弁は、前記遠心ポンプの駆動後に開弁されるように構成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体供給システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体供給システムに関する。
本願は、２０１８年８月３１日に日本国に出願された特願２０１８−１６３５５８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、主遠心ポンプと始動ポンプとを備え、ガスタービンエンジンに燃料を供給する燃料供給装置（燃料供給システム）が開示されている。この主遠心ポンプは、燃料を昇圧して供給することが可能であるが、低回転において小流量の燃料を供給することが難しい。したがって、特許文献１に記載されているように、燃料の供給量が少量となるガスタービンエンジンの始動時には、始動ポンプを用いて燃料を昇圧する。そして、始動ポンプと主遠心ポンプとを切り替えて駆動させることで、適切な圧力、流量の燃料をガスタービンエンジンへと供給する。
特許文献２〜４にも燃料供給装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２０１１−２４７２５９号公報
【特許文献２】国際特許出願公開第ＷＯ２０１５／０４６１７７号
【特許文献３】日本国特開２０１６−１８４４８９号公報
【特許文献４】日本国特開２００１−９０５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遠心ポンプと始動ポンプとが直列に接続された燃料供給システムにおいては、始動ポンプから遠心ポンプへと切り替えると、遠心ポンプから吐出された燃料が、始動ポンプから吐出された燃料が流れる流路と同一の流路へと流れ込む。始動ポンプの後段には、燃料の流量を計量する計量弁が設けられており、該計量弁と始動ポンプとの間の流路において、遠心ポンプから吐出された燃料が流入することで、該流路中の圧力が急激に変化する。計量弁の上流側において圧力が急激に変化すると、計量弁の上流側と下流側との間に差圧が生じ、計量流量に脈動が発生する可能性がある。【０００５】
本開示は、上述する事情に鑑みてなされ、遠心ポンプと始動ポンプとが直列に接続された燃料供給システムにおいて、始動ポンプと遠心ポンプとの切替時における計量弁の上流側の急激な圧力変化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第一の態様に係る流体供給システムは、遠心ポンプと、前記遠心ポンプと直列に接続され、前記遠心ポンプの下流側に設けられると共に、前記遠心ポンプよりも吐出流量の少ない始動ポンプと、前記遠心ポンプ及び前記始動ポンプの下流側に設けられると共に、前記遠心ポンプまたは前記始動ポンプから吐出された流体を計量し、所定の流量ごとに下流へと放出する計量弁と、前記遠心ポンプ及び前記始動ポンプの下流側に設けられると共に、前記計量弁の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に基づいて駆動する差圧弁と、前記遠心ポンプの下流側かつ前記差圧弁の上流側に設けられると共に前記差圧弁よりも開弁速度が遅く設定された流量制御弁とを備える。【０００７】
本開示の第２の態様に係る流体供給システムは、上記第１の態様に係る流体供給システムにおいて、前記流量制御弁は、前記遠心ポンプの吐出口と前記始動ポンプの吸入口との間に設けられている。【０００８】
本開示の第３の態様に係る流体供給システムは、上記第１の態様に係る流体供給システムにおいて、前記流量制御弁は、前記始動ポンプの上流側と下流側とを接続するバイパス流路に設けられている。【０００９】
本開示の第４の態様に係る流体供給システムは、上記第１〜３のいずれかの態様に係る流体供給システムにおいて、前記流量制御弁の開弁速度が前記差圧弁の開弁速度の１／５から１／１０である。【００１０】
本開示の第５の態様に係る流体供給システムは、上記第１〜４のいずれかの態様に係る流体供給システムにおいて、前記流量制御弁は、前記遠心ポンプの駆動後に開弁されるように構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、遠心ポンプと始動ポンプとが直列に接続された流体供給システムにおいて、流量制御弁の開弁速度を差圧弁の開弁速度よりも遅く設定している。これにより、始動ポンプから遠心ポンプへと切り替える際に、遠心ポンプから供給される燃料は、徐々に始動ポンプへと流れ込む。したがって、計量弁の上流側において、燃料の流量変化が緩やかとなることで、燃料の急激な圧力変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係る燃料供給システムの模式図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る燃料供給システムにおける各装置のタイムチャートである。
【図３】本開示の一実施形態の変形例に係る燃料供給システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本開示に係る流体供給システムの一実施形態として、燃料供給システム１について説明する。本開示では、燃料供給システム１は、流体供給システム１であると見なして良い。
【００１４】
燃料供給システム１は、ジェットエンジンに対して燃料（流体）を計量して供給するシステムであり、遠心ポンプ２と、ブーストポンプ３と、定容積型ポンプ４（始動ポンプ）と、流量制御弁５と、バイパス弁６と、計量弁７と、差圧検知部８とを備えている。
【００１５】
遠心ポンプ２は、本実施形態に係る燃料供給システム１において最も上流に配置されたポンプである。遠心ポンプ２は、入口及び出口が形成された不図示のケーシングと、ケーシングに収容された不図示の羽根車とを備え、該羽根車を回転させることにより、ケーシング内に流入した燃料を加圧して送り出す装置である。また、遠心ポンプ２には、ケーシングの入口において、入口遮断弁２ａが設けられ、入口遮断弁２ａを介して外部の燃料貯留部（不図示）と接続されている。入口遮断弁２ａは、ケーシングの入口を遮断するように設けられ、開弁されることによりケーシングへと燃料を供給させる。また、遠心ポンプ２は、ケーシングの出口（吐出口）において入口流路Ｒ１と接続されている。また、入口流路Ｒ１には、流量制御弁５の前段において、逆止弁（不図示）が設けられている。
【００１６】
ブーストポンプ３は、遠心ポンプ２と同様に不図示の羽根車及びケーシングを備え、該羽根車を回転させることにより、ケーシング内に流入した燃料を加圧して送り出す装置である。このようなブーストポンプ３は、ケーシングの入口が遠心ポンプ２と別個に外部の燃料貯留部（不図示）と接続されており、燃料貯留部から供給された燃料を予備的に加圧する。また、ブーストポンプ３は、吐出口が入口流路Ｒ１へと案内する流路に接続されている。また、該流路には、逆止弁（不図示）が設けられている。
【００１７】
定容積型ポンプ４は、流入口が入口流路Ｒ１と接続され、遠心ポンプ２及びブーストポンプ３の下流側に設けられたギヤポンプである。定容積型ポンプ４は、不図示のケーシングと、ケーシングに収容されると共に互いに歯合した不図示の複数のギヤとを備えている。定容積型ポンプ４には、ブーストポンプ３から吐出された燃料が供給される。このような定容積型ポンプ４は、遠心ポンプ２と比較して吐出流量及び吐出圧が小さく、低流量の燃料供給時、すなわちエンジン始動時において駆動するポンプである。なお、定容積型ポンプ４は、遠心ポンプ２駆動時において、内部を燃料が通過するものの、仕事を行わず、流路の一部として機能する。
【００１８】
流量制御弁５は、遠心ポンプ２の出口とブーストポンプ３の出口との間に設けられた弁装置である。すなわち、流量制御弁５は、遠心ポンプ２から吐出される燃料を定容積型ポンプ４側へと案内する入口流路Ｒ１上に配置されている。また、流量制御弁５は、例えば油圧により制御され、後述する差圧弁８ａの開弁開始から全開となるまでの速度を示す開弁速度の１／５程度の開弁速度で開閉弁される。
【００１９】
バイパス弁６は、定容積型ポンプ４の入口側（すなわち入口流路Ｒ１）と出口側（すなわち計量流路Ｒ２）とを接続するバイパス流路Ｒ３に設けられた弁装置である。バイパス弁６は、計量弁７の下流側（すなわち燃料供給システム１の出口側）の圧力と定容積型ポンプ４の出口側の圧力との差圧により駆動する差圧感知式とされ、計量弁７の下流側の圧力よりも定容積型ポンプ４の出口側の圧力が高まった場合に開弁されるリリーフ弁として機能する。
【００２０】
計量弁７は、定容積型ポンプ４の出口から計量弁７へと案内する計量流路Ｒ２中に設けられ、いずれも不図示の弁駆動部と、弁体と、弁変位計とを備える装置である。弁駆動部は、弁体を油圧等により駆動させる装置である。弁体は、計量流路Ｒ２を閉塞すると共に、弁駆動部により移動されることで所定期間だけ計量流路Ｒ２を開放し、一定量の燃料のみを外部へと供給する。弁変位計は、弁体の移動量（開度）を計測するセンサであり、計測データを弁駆動部へとフィードバックしている。このような計量弁７は、下流側において出口流路Ｒ４と接続され、計量流路Ｒ２を流れる燃料を計量し、所定の流量ごとに出口流路Ｒ４へと放出する。
【００２１】
差圧検知部８は、第１差圧検知流路Ｒ５と、第２差圧検知流路Ｒ６と、第３差圧検知流路Ｒ７と、差圧弁８ａと、圧力制御弁８ｂとを備えている。第１差圧検知流路Ｒ５は、計量流路Ｒ２と接続され、計量弁７の上流側における燃料（計量流路Ｒ２における、バイパス流路Ｒ３との接続箇所と計量弁７との間の燃料）が流入する流路である。第２差圧検知流路Ｒ６は、計量弁７の下流側と接続され、計量弁７通過後の燃料（出口流路Ｒ４における、計量弁７と圧力制御弁８ｂとの間の燃料）が流入する流路である。第３差圧検知流路Ｒ７は、計量弁７の上流側と計量弁７の下流側との双方と差圧弁８ａを介して接続され、後述する差圧弁８ａの弁体８ａ１の位置により、計量弁７の上流側における燃料または計量弁７の下流側における燃料のいずれかが流入する流路である。
【００２２】
差圧弁８ａは、弁体８ａ１と、バネ８ａ２とを備えた弁装置である。弁体８ａ１は、第１差圧検知流路Ｒ５と第２差圧検知流路Ｒ６との間に設けられ、第１差圧検知流路Ｒ５を流れる燃料と、第２差圧検知流路Ｒ６を流れる燃料とにより駆動される。バネ８ａ２は、弁体８ａ１を閉弁方向に付勢している。
差圧弁８ａは、第１差圧検知流路Ｒ５の圧力と、第２差圧検知流路Ｒ６の圧力とが釣り合っている場合、閉弁状態とされる。このような差圧弁８ａは、第１差圧検知流路Ｒ５内の燃料と第２差圧検知流路Ｒ６内の燃料との差圧に基づいて弁体８ａ１が移動されることで、第３差圧検知流路Ｒ７に流入する燃料を切り替える切替弁である。なお、差圧弁８ａは、計量弁７の上流側における燃料の圧力（計量前圧力）が計量弁７通過後の燃料の圧力（計量後圧力）よりも高い場合に、第３差圧検知流路Ｒ７を計量弁７の上流側と接続させる。また、差圧弁８ａは、計量後圧力が計量前圧力よりも高い場合に、第３差圧検知流路Ｒ７を計量弁７の下流側と接続させる。すなわち、差圧弁８ａは、計量前圧力と計量後圧力の差圧に基づいて駆動され、計量弁７の上流側の燃料と計量弁７の下流側の燃料とのいずれか一方を下流に放出する。
【００２３】
圧力制御弁８ｂは、出口流路Ｒ４の出口を閉塞するように設けられ、弁体８ｂ１と、バネ８ｂ２とを備える差圧弁である。弁体８ｂ１は、出口流路Ｒ４と第３差圧検知流路Ｒ７との間に設けられている。バネ８ｂ２は、弁体８ｂ１を閉弁方向（出口流路Ｒ４側）へと付勢している。このような圧力制御弁８ｂは、第３差圧検知流路Ｒ７を流れる燃料の圧力と、出口流路Ｒ４を流れる燃料の圧力（計量後圧力）との差圧に基づいて駆動し、計量後圧力が第３差圧検知流路Ｒ７を流れる燃料の圧力よりも高い場合のみ開弁される。圧力制御弁８ｂが開弁されている間に、計量弁７の下流側の燃料が不図示のジェットエンジンに流入する。
【００２４】
このような本実施形態に係る燃料供給システム１の動作について説明する。
まず、エンジン始動時については、ブーストポンプ３側より燃料が供給され、定容積型ポンプ４により加圧された燃料が、計量流路Ｒ２へと流入する。なお、このとき、遠心ポンプ２に設けられた入口遮断弁２ａは閉弁されており、遠心ポンプ２へと燃料が流入することはない。計量流路Ｒ２に流入した燃料は、計量弁７により計量され、一定量ごとに出口流路Ｒ４へと流れる。また、出口流路Ｒ４に流入した燃料の一部は、第１差圧検知流路Ｒ５へと流入する。
【００２５】
また、大容量の燃料が必要となる通常運転時には、遠心ポンプ２の入口遮断弁２ａが開弁され、遠心ポンプ２に燃料が流入する。そして、遠心ポンプ２により加圧された後に入口流路Ｒ１に流入した燃料は、流量制御弁５が開弁されることにより、定容積型ポンプ４内へと進入する。また、遠心ポンプ２により加圧された燃料の一部は、バイパス流路Ｒ３へと流入する。バイパス弁６は計量前圧力が計量後圧力よりも高い場合に開弁される。このため、バイパス弁６が開弁されることにより、バイパス流路Ｒ３を流れる燃料は計量流路Ｒ２へと合流する。
【００２６】
そして、計量弁７へと案内された燃料は、計量弁７によって所定の流量ごとに出口側へと流れる。また、計量流路Ｒ２内における計量前の燃料の一部は、第１差圧検知流路Ｒ５に流入し、同様に第２差圧検知流路Ｒ６に流入した燃料（すなわち、計量後の燃料）との差圧に基づいて、差圧弁８ａを駆動させる。なお、差圧弁８ａは、計量前圧力が計量後圧力よりも高い場合には、第３差圧検知流路Ｒ７に計量前の燃料を流すように移動する。そして、第３差圧検知流路Ｒ７の圧力よりも計量後圧力が高まると、圧力制御弁８ｂが開弁され、燃料が不図示のエンジンへと供給される。
【００２７】
また、燃料供給システム１における流量制御弁５の動作について、図２のタイムチャートを参照して説明する。
図２に示すように、遠心ポンプ２が駆動された後に、流量制御弁５及び差圧弁８ａの開弁が同時に開始される。
流量制御弁５の開弁が開始されると、入口流路Ｒ１には、遠心ポンプ２を通過した燃料が徐々に流入を開始する。そして、差圧弁８ａは、流量制御弁５が全開状態となるよりも早い段階で全開状態となる。このとき、遠心ポンプ２より入口流路Ｒ１へと流入する燃料の流量が計量弁７による燃料の計量流量に対して少なく、かつ、差圧弁８ａが第３差圧検知流路Ｒ７を計量弁７の上流側と接続させた状態となる。本実施形態に係る燃料供給システム１は、計量弁７による燃料の計量流量よりも遠心ポンプ２から供給される燃料の供給流量が増加すると、計量前圧力が増加する。差圧弁８ａが全開かつ流量制御弁５が開弁途中の場合には、上記供給流量が計量弁７による燃料の計量流量に対して少なく抑えられるため、計量前圧力の急激な上昇が抑えられる。そして、流量制御弁５が全開となると、入口流路Ｒ１へと流入する供給流量が増加しても、入口流路Ｒ１へと流入する供給流量が計量流量と釣り合うため、計量前圧力が一定となる。したがって、遠心ポンプ２から供給される燃料の供給流量の変化を緩やかとすることにより、計量前圧力の圧力変化は緩やかとなる。
従って、本実施形態によれば、定容積型ポンプ４から遠心ポンプ２に運転を切り替える過程において、計量前圧力の急激な上昇を防止することができる。
ここで、差圧弁８ａの開閉と、圧力制御弁８ｂの開閉により、圧力制御弁８ｂからエンジンに供給される燃料の圧力は、燃料の供給流量の変化に依らず略一定に保たれる。
【００２８】
本実施形態によれば、流量制御弁５を差圧弁８ａよりも緩やかな開弁速度で開弁させることにより、遠心ポンプ２から供給される燃料の供給流量を制御することができる。そのため、遠心ポンプ２始動後に、計量前圧力の急激な上昇を防止することで計量前圧力の変化を緩やかにし、計量前圧力と計量後圧力との間に差圧が発生することを防止することができる。これにより、計量弁７における計量流量に脈動が発生することを防止することができる。そのため、計量弁７における正確な計量を実施することが可能である。
【００２９】
また、本実施形態によれば、流量制御弁５は、遠心ポンプ２の吐出口と定容積型ポンプ４の吸入口との間に設けられている。これにより、遠心ポンプ２から供給される燃料の全量について流量を制御することが可能であり、計量前圧力を確実に制御することができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、流量制御弁５は、差圧弁８ａの開弁速度の１／５程度の速度で開弁される。即ち、図２において、差圧弁８ａが閉から開へと変化する開弁時間をａとし、流量制御弁５が閉から開へと変化する開弁時間をｂとすれば、ｂは、略５ａに等しい。これにより、流量制御弁５は、差圧弁８ａに対して十分に開弁速度が遅くなり、計量前圧力の変化を十分に緩やかとすることができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、流量制御弁５は、遠心ポンプ２が駆動された後に開弁が開始される。これにより、流量制御弁５は、遠心ポンプ２から流量制御弁５までの流路が燃料により満たされた状態で開弁され、入口流路Ｒ１に気泡が混入することを防止できる。
【００３２】
以上、図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３３】
上記実施形態においては、流量制御弁５を遠心ポンプ２の吐出口と定容積型ポンプ４の吸入口との間に設けたが、本開示はこれに限定されない。
図３は、本開示の一実施形態の変形例に係る燃料供給システム１０の模式図である。図３に示すように、流量制御弁５は、バイパス流路Ｒ３に設けてもよい。この場合についても、バイパス流路Ｒ３における燃料の流量変化を緩やかとすることにより、計量前圧力の急激な変化を防止することが可能である。
【００３４】
また、流量制御弁５の開弁速度は、差圧弁８ａの開弁速度の１／５程度から１／１０程度の範囲とすることが好ましい。即ち、図２において、差圧弁８ａが閉から開へと変化する開弁時間をａとし、流量制御弁５が閉から開へと変化する開弁時間をｂとすれば、ｂは、略５ａから略１０ａの範囲にあることが好ましい。流量制御弁５の開弁速度を１／１０以上に遅くすると、燃料供給システム１における定容積型ポンプ４から遠心ポンプ２への切り替えにかかる時間が長くなるため、系全体の応答性を損なう可能性がある。ただし、燃料供給システム１において、ポンプ切替時に素早い応答が必要とされない場合には、開弁速度を１／１０よりも遅くすることも可能である。
【００３５】
また、本開示に係る流体供給システムの一実施形態として、上記実施形態においては、ジェットエンジンにおいて、液体または非圧縮性流体の燃料を供給する燃料供給システムとしたが、本開示はこれに限定されない。遠心ポンプ２及び定容積型ポンプ４を備え、各ポンプを切り替えて駆動させる流体供給システムであれば、流体の種類や用途は限定されない。
【００３６】
また、流量制御弁５の駆動方法は特に限定されず、電動式、油圧式等様々な方法により駆動させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本開示の流体供給システムによれば、計量弁の上流側において、始動ポンプと遠心ポンプとの切替時における燃料の流量変化が緩やかとなることで、燃料の急激な圧力変化を抑制させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  燃料供給システム（流体供給システム）
２  遠心ポンプ
２ａ  入口遮断弁
３  ブーストポンプ
４  定容積型ポンプ（始動ポンプ）
５  流量制御弁
６  バイパス弁
７  計量弁
８  差圧検知部
８ａ  差圧弁
８ｂ  圧力制御弁
Ｒ１  入口流路
Ｒ２  計量流路
Ｒ３  バイパス流路
Ｒ４  出口流路
Ｒ５  第１差圧検知流路
Ｒ６  第２差圧検知流路
Ｒ７  第３差圧検知流路
【図１】
0006892017.tif 000002
【図２】
0006892017.tif 000003
【図３】
0006892017.tif 000004