(57)【要約】【課題】混合流体の出力量を変更に応じて、自動的に所定の混合比に調整された混合流体を、連続して任意の量だけ出力することができ、混合燃料を作り置きする必要もなく随時供給することが可能な燃料混合装置を提供する。【解決手段】２つの供給経路２１，２２ごとに、燃料の流れを検知する流量センサ２７と、燃料の流れを調整可能な比例制御弁３０とを設け、制御手段１００は、複数の燃料を所定の混合比で混合すべく、各流量センサ２７からの出力に基づき、各供給経路２１，２２ごとの比例制御弁３０の開度を演算し、かつ各供給経路２１，２２ごとの流体の流速に応じて、前記演算した比例制御弁３０の開度を補正し、これに基づき比例制御弁３０を制御して、混合経路２３から連続して出力される混合燃料を所定の混合比に維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流体を別々に供給する複数の供給経路と、該複数の供給経路の下流端がそれぞれ合流した後、混合された混合流体を出力する混合経路と、該混合経路で混合される複数の流体の混合比を制御するための制御手段とを有する燃料混合装置において、
前記複数の供給経路ごとに、流体の流れを検知する流量センサと、流体の流れを調整可能な流量調整手段とをそれぞれ設け、
前記制御手段は、複数の流体を予め定めた所定の混合比で混合すべく前記各流量センサからの出力に基づき、前記各供給経路ごとの前記流量調整手段の調整度合を演算し、かつ前記各供給経路ごとの流体の流速に応じて、前記演算した流量調整手段の調整度合を補正し、これに基づき前記流量調整手段を制御して、前記混合経路から連続して出力される混合流体を前記所定の混合比に維持することを特徴とする燃料混合装置。
【請求項２】
前記混合経路ないし出力先に、混合流体の流れを調整可能な流量調整手段を設け、
前記制御手段は、前記混合経路の流量調整手段により調整された混合流体の出力量に応じて、前記複数の供給経路ごとの流量調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料混合装置。
【請求項３】
前記流量センサは、光学的に出力可能なものであり、光ファイバーを介して前記制御手段に信号を送信することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料混合装置。
【請求項４】
前記流量調整手段は、圧縮空気の圧力により駆動可能な比例制御弁であり、エア供給経路を介して供給された所定の駆動圧力によって、前記調整度合に相当する弁の開度を調整することを特徴とする請求項１，２または３に記載の燃料混合装置。
【請求項５】
前記混合経路に、前記各供給経路の下流端より合流した複数の流体を、その流れを利用して混合する混合手段を設けたことを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の燃料混合装置。
【請求項６】
前記混合経路に、前記混合手段の下流側にて混合流体である液体中に混入した気泡を除去するエア抜き手段を設け、
前記エア抜き手段を、さらに混合流体を混合する手段として兼用したことを特徴とする請求項５に記載の燃料混合装置。
【請求項７】
前記複数の供給経路ごとに、前記流量センサの上流側にて流体である液体中に混入した気泡を除去するエア抜き手段をそれぞれ設け、
前記エア抜き手段を、アキュムレータとして兼用したことを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６に記載の燃料混合装置。
【請求項８】
前記エア抜き手段は、圧縮空気の圧力により駆動可能なものであり、エア供給経路を介して供給された所定の駆動圧力によってエア抜き動作を行うことを特徴とする請求項６または７に記載の燃料混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の流体を別々に供給する複数の供給経路と、該複数の供給経路の下流端がそれぞれ合流した後、混合された混合流体を出力する混合経路と、該混合経路で混合される複数の流体の混合比を制御するための制御手段とを有する燃料混合装置に関する。  
詳しくは、例えば、エタノール／ガソリン、ハイオクガソリン／レギュラーガソリン等を、予め定めた所定の混合比で混合するための装置である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車等に用いられる燃料として、ガソリンのみならず、ガソリンに非石油系の燃料を混合して得られる新たな混合燃料の研究が進められており、２種類以上の燃料を混合充填するための様々な装置が提案されている。このような装置として、具体的には例えば特許文献１には、次の燃料混合充填システムが開示されている。
【０００３】
すなわち、気体状燃料の燃料供給源および液体状燃料の燃料供給源から、それぞれ遮断弁、流量計、流量調整弁、マニホールド等を介して密閉容器に気体状燃料と液体状燃料とを同時に充填する。ここで、予め設定した充填量および各燃料流体のモル比に基づき、流量調整弁を制御し、充填後の密閉容器内の充填量およびモル比が設定値となるように制御していた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述したような従来の燃料混合充填システムは、密閉容器内に所定の混合比となる混合燃料を一定の充填量だけ供給するように構成されており、一種の定流量制御であるため、混合燃料を連続して使用したり、任意の充填量まで自在に変化させて供給することは困難であった。
【０００６】
また、従来の燃料混合充填システムは、その密閉容器内に、ある一定量の混合燃料を作り置きするものであり、密閉容器内の混合燃料が消費されて減少するのにつれて、混合燃料の混合比が変化する可能性が高く、一定の混合比に管理しにくくなるばかりでなく、混合燃料が変質する虞さえあった。
【０００７】
さらに、従来の燃料混合充填システムでは、電気的火花（スパーク）による引火の虞の高い可燃性の燃料を扱うにも関わらず、遮断弁、流量計、流量調整弁等と、全てが電気的に作動する部品から構成されていた。従って、よりいっそう安全性を向上させるべく、尚更充分な防爆対策が求められていた。
【０００８】
本発明は、前述したような従来の技術が有する問題点に着目してなされたものであり、混合流体の出力量の変更に応じて、自動的に所定の混合比に調整された混合流体を、連続して任意の量だけ出力することができ、混合燃料を作り置きする必要もなく随時供給することが可能となり、また、流量経路の電気系統を省くことにより、特に防爆面での安全性をいっそう向上させることができる燃料混合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】
【０００９】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。  
［１］複数の流体を別々に供給する複数の供給経路（２１，２２）と、該複数の供給経路（２１，２２）の下流端がそれぞれ合流した後、混合された混合流体を出力する混合経路（２３）と、該混合経路（２３）で混合される複数の流体の混合比を制御するための制御手段（１００）とを有する燃料混合装置（１０）において、
前記複数の供給経路（２１，２２）ごとに、流体の流れを検知する流量センサ（２７）と、流体の流れを調整可能な流量調整手段（３０）とをそれぞれ設け、
前記制御手段（１００）は、複数の流体を予め定めた所定の混合比で混合すべく前記各流量センサ（２７）からの出力に基づき、前記各供給経路（２１，２２）ごとの前記流量調整手段（３０）の調整度合を演算し、かつ前記各供給経路（２１，２２）ごとの流体の流速に応じて、前記演算した流量調整手段（３０）の調整度合を補正し、これに基づき前記流量調整手段（３０）を制御して、前記混合経路（２３）から連続して出力される混合流体を前記所定の混合比に維持することを特徴とする燃料混合装置（１０）。
【００１０】
［２］前記混合経路（２３）ないし出力先に、混合流体の流れを調整可能な流量調整手段（３０）を設け、
前記制御手段（１００）は、前記混合経路（２３）の流量調整手段（３０）により調整された混合流体の出力量に応じて、前記複数の供給経路（２１，２２）ごとの流量調整手段（３０）を制御することを特徴とする［１］に記載の燃料混合装置（１０）。
【００１１】
［３］前記流量センサ（２７）は、光学的に出力可能なものであり、光ファイバーを介して前記制御手段（１００）に信号を送信することを特徴とする［１］または［２］に記載の燃料混合装置（１０）。
【００１２】
［４］前記流量調整手段（３０）は、圧縮空気の圧力により駆動可能な比例制御弁であり、エア供給経路（５０）を介して供給された所定の駆動圧力によって、前記調整度合に相当する弁の開度を調整することを特徴とする［１］，［２］または［３］に記載の燃料混合装置（１０）。
【００１３】
［５］前記混合経路（２３）に、前記各供給経路（２１，２２）の下流端より合流した複数の流体を、その流れを利用して混合する混合手段（３２）を設けたことを特徴とする［１］，［２］，［３］または［４］に記載の燃料混合装置（１０）。
【００１４】
［６］前記混合経路（２３）に、前記混合手段（３２）の下流側にて混合流体である液体中に混入した気泡を除去するエア抜き手段（２５）を設け、
前記エア抜き手段（２５）を、さらに混合流体を混合する手段として兼用したことを特徴とする［５］に記載の燃料混合装置（１０）。
【００１５】
［７］前記複数の供給経路（２１，２２）ごとに、前記流量センサ（２７）の上流側にて流体である液体中に混入した気泡を除去するエア抜き手段（２５）をそれぞれ設け、
前記エア抜き手段（２５）を、アキュムレータとして兼用したことを特徴とする［１］，［２］，［３］，［４］，［５］または［６］に記載の燃料混合装置（１０）。
【００１６】
［８］前記エア抜き手段（２５）は、圧縮空気の圧力により駆動可能なものであり、エア供給経路（５０）を介して供給された所定の駆動圧力によってエア抜き動作を行うことを特徴とする［６］または［７］に記載の燃料混合装置（１０）。
【００１７】
前記本発明は、次のように作用する。  
前記［１］に記載の燃料混合装置（１０）によれば、複数の流体は、それぞれ別々に供給経路（２１，２２）を通して供給され、各供給経路（２１，２２）の下流端がそれぞれ合流した後に混合されて、混合経路（２３）を通って混合流体として出力される。各供給経路（２１，２２）ごとに、流体の流れを検知する流量センサ（２７）と、流体の流れを調整可能な流量調整手段（３０）とが設けられており、複数の流体が合流する前に、それぞれの流量ないし流速を演算したり、これらを調整することができる。
【００１８】
すなわち、制御手段（１００）により、複数の流体を予め定めた所定の混合比で混合すべく、各流量センサ（２７）からの出力に基づき、各供給経路（２１，２２）ごとの流量調整手段（３０）の調整度合を演算する。さらに、各供給経路（２１，２２）ごとの流体の流速に応じて、前記演算した流量調整手段（３０）の調整度合を補正し、これに基づき前記流量調整手段（３０）を制御する。
【００１９】
これにより、前記混合経路（２３）から連続して出力される混合流体を、予め定めた所定の混合比に維持することができる。従って、仮に混合経路（２３）での混合流体の出力量を変更したとしても、予め設定した制御系を再び設定し直すことなく、混合流体は自動的に所定の混合比に調整されて、この混合流体を連続して任意の量だけ出力することが可能となる。
【００２０】
前記［２］に記載の燃料混合装置（１０）によれば、混合経路（２３）ないし出力先にある流量調整手段（３０）によって混合流体の出力量を調整すると、この出力量の変化が上流側である複数の供給経路（２１，２２）ごとの流体の流れに影響して、各供給経路（２１，２２）ごとの流量センサ（２７）からの出力が変化する。
【００２１】
ここで変化した流量センサ（２７）からの出力に基づき、制御手段（１００）は、各供給経路（２１，２２）ごとの流量調整手段（３０）を制御するので、混合流体の出力量（出力停止も含む。）に合わせるように、各供給経路（２１，２２）ごとの流量調整手段（３０）の制御も追従させることができる。その結果、常に安定して混合流体を所定の混合比に維持することができる。
【００２２】
前記［３］に記載の燃料混合装置（１０）では、流量センサ（２７）が光学的に出力可能なものであり、光ファイバーを介して制御手段（１００）に信号を送信するため、流量センサ（２７）およびその出力に関して電気系統を無くすことができる。従って、電気的火花による引火の虞がなく、容易に防爆構造に対応することができる。また、光ファイバーによれば、長い距離で引き回したり、送信ノイズを排除することも可能となる。
【００２３】
前記［４］に記載の燃料混合装置（１０）によれば、流量調整手段（３０）が圧縮空気の圧力により駆動可能な比例制御弁であり、エア供給経路（５０）を介して供給された所定の駆動圧力によって、前記調整度合に相当する開度を調整するため、流量調整手段（３０）およびエア供給経路（５０）に関して電気系統を無くすことができる。従って、電気的火花による引火の虞がなく、容易に防爆構造に対応することができる。なお、エア供給経路（５０）の上流側に設けるパイロット弁やレギュレータ等は、複数の流体の供給経路（２１，２２）や混合経路（２３）からは離隔した位置に配置させれば良い。
【００２４】
前記［５］に記載の燃料混合装置（１０）によれば、各供給経路（２１，２２）の下流端より合流した複数の流体を混合経路（２３）を通過する途中で、混合手段（３２）によって積極的かつ確実に混合させることができる。しかも、混合手段（３２）は駆動部のないものであり、防爆域にもそのまま設置することができる。
【００２５】
前記［６］に記載の燃料混合装置（１０）によれば、混合経路（２３）から出力する混合流体（液体）中に混入した異物である気体を除去することにより、混合流体の品質を向上させることができる。また、エア抜き手段（２５）は、前記混合手段（３２）によって混合された混合流体をさらに混合する手段としても作用するため、いっそう混合効率を高めることができる。なお、エア抜き手段（２５）を、いわゆるアキュムレータとして作用させることも可能となる。
【００２６】
前記［７］に記載の燃料混合装置（１０）によれば、各供給経路（２１，２２）ごとに、流量センサ（２７）の上流側にてエア抜き手段（２５）により流体（液体）中に混入した気泡を除去する。これにより、流量センサ（２７）における気泡に起因する誤作動ないし誤検知を未然に防止することができる。しかも、エア抜き手段（２５）をアキュムレータとして兼用したことにより、各供給経路（２１，２２）ごとの流体の流通効率を高めることができる。
【００２７】
前記［８］に記載の燃料混合装置（１０）によれば、エア抜き手段（２５）が圧縮空気の圧力により駆動可能なものであり、エア供給経路（５０）を介して供給された所定の駆動圧力によってエア抜き動作を行うため、エア抜き手段（２５）およびエア供給経路（５０）に関して電気系統を無くすことができる。従って、電気的火花による引火の虞がなく、容易に防爆構造に対応することができる。なお、エア供給経路（５０）の上流側に設けるパイロット弁やレギュレータ等は、複数の流体の供給経路（２１，２２）や混合経路（２３）からは離隔した位置に配置させれば良い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る燃料混合装置によれば、複数の流体を予め定めた所定の混合比で混合すべく各流量センサからの出力に基づき、各供給経路ごとの流量調整手段の調整度合を演算し、かつ各供給経路ごとの流体の流速に応じて、前記演算した流量調整手段の調整度合を補正し、これに基づき流量調整手段を制御するから、連続して出力される混合流体を、予め定めた所定の混合比に維持することができる。仮に混合経路での混合流体の出力量を変更したとしても、予め設定した制御系を再び設定し直すことなく、混合流体は自動的に所定の混合比に調整される。
【００２９】
また、流量センサを光学的に出力可能なものとして、光ファイバーを介して制御手段に信号を送信したり、さらに、流量調整手段を圧縮空気の圧力により駆動可能な比例制御弁として、エア供給経路を介して供給された所定の駆動圧力によって、前記調整度合に相当する開度を調整したりすることにより、電気系統を極力省くことが可能となり、特に防爆面での安全性をいっそう向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面に基づき、本発明を代表する一実施の形態を説明する。  
図１は、本実施の形態に係る燃料混合装置１０を示すシステム系統図である。図２は、装置本体１１の正面図であり、図３は、装置本体１１の左側面図である。本実施の形態では、燃料混合装置１０を、複数の流体として２つの液体燃料（燃料Ａ、燃料Ｂ）を混合するための装置として構成した例を説明する。なお、２つの液体燃料は、具体的には例えば、燃料Ａはガソリンが該当し、燃料Ｂはエタノールが該当する。
【００３１】
図１に示すように、燃料混合装置１０は、その装置本体１１の内部に、燃料Ａを供給するための第１供給経路２１と、燃料Ｂを供給するための第２供給経路２２と、これら複数の供給経路２１，２２の下流端がそれぞれ合流した後、混合された混合燃料Ａ＋Ｂ（混合流体）を出力する混合経路２３と、該混合経路２３で混合される複数の燃料Ａ，Ｂの混合比を制御するための制御手段であるコントローラ１００、その他、駆動源としてのエア供給経路５０を有している。
【００３２】
図２に示すように、第１供給経路２１の上流端は、装置本体１１の下部外装に燃料Ａ入口２１０として開口し、同じく第２供給経路２２の上流端は、装置本体１１の下部外装に燃料Ｂ入口２２０として開口している。また、混合経路２３の下流端は、混合燃料出口２３０として開口している。燃料Ａ入口２１０は、図示外の燃料Ａの供給源（配管設備等）に接続され、燃料Ｂ入口２２０も、図示外の燃料Ｂの供給源（タンク等）に接続される。
【００３３】
各供給経路２１，２２ごとに、燃料Ａ，Ｂの流れを検知する流量センサ２７、流れを調整可能な流量調整手段である比例制御弁３０等が、それぞれ設けられている。図１において、第１供給経路２１には、その上流側から順に、エア抜き装置（エア抜き手段）２５、フィルタ２６、流量センサ２７、比例制御弁３０、チェック弁３１が設けられている。また、第２供給経路２２には、その上流側から順に、ダイアフラムポンプ２４、エア抜き装置２５、フィルタ２６、流量センサ２７、比例制御弁３０、チェック弁３１が設けられている。
【００３４】
詳しく言えば、先ず第２供給経路２２にあるダイアフラムポンプ２４は、図外の供給源から送られる燃料Ｂの圧力が低い時に圧送するために使用する駆動源である。具体的には、隔膜を用いて吸気弁・吐出弁を連動させて、流体を供給および抽出するものであり、その構成は一般的であるので詳細は省略する。ダイアフラムポンプ２４は、エア駆動式であるために電気系統は不要となっており、後述するエア供給経路５０の分岐管が接続されている。エア供給経路５０の分岐管は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）４０により制御される３ポート電磁弁３５を介して、ダイアフラムポンプ２４に接続されている。
【００３５】
また、第２供給経路２２には、前記ダイアフラムポンプ２４を回避するようにバイパス経路２２１が設けられており、このバイパス経路２２１の途中に、ボールバルブ２２２が設けられている。前記ダイアフラムポンプ２４を使用しない時には、ボールバルブ２２２を開けて、バイパス経路２２１より燃料Ｂを通すようになっている。前記ダイアフラムポンプ２４と、バイパス経路２２１の終端が第２供給経路２２に接続する箇所との間には、絞り弁２２３も設けられている。
【００３６】
絞り弁２２３は、絞り作用によって流量を規制する、圧力補償機能がない流量制御弁であり、次述するエア抜き装置２５の容積にて、アキュムレータとして機能する。アキュムレータとは、流体の圧力を利用して供給する高圧流体を蓄えておく装置のことであり、いわゆる蓄圧器である。本実施の形態においては、前記ダイアフラムポンプ２４の駆動時におけるポンプ吐出の脈動を下げる働きをする。
【００３７】
各供給経路２１，２２ごとにあるエア抜き装置２５は、図１において装置本体１１の右上部分に模式的に示すように、所定の容積のタンク（チャンバ）２５１と、このタンク２５１の液量を検出するための光ファイバー式液レベル検出器２５２と、透明で液レベル検出器の液が見える樹脂チューブ２５３と、気泡を排出するためのエアオペレート弁２５４とを有し、プログラマブルロジックコントローラ４０により制御されるものである。
【００３８】
すなわち、エア抜き装置２５では、タンク２５１内の液レベルが高い時は、エアオペレート弁２５４を閉じて、第１供給経路２１を流れる燃料Ａがタンク２５１に導入され、燃料Ａ中に混じっていた気泡はタンク２５１内で液面から上に溜るように設定されている。タンク２５１内で気泡が多く混じってくると液レベルが下がり、液レベルが低い時は、エアオペレート弁２５４を瞬間的に開いて、エアを排出するように制御される。
【００３９】
エア抜き装置２５は、圧縮空気の圧力により駆動可能なものであり、エア供給経路５０を介して供給された所定の駆動圧力によってエア抜き動作、すなわちエアオペレート弁２５４の開閉を行うように設定されている。このようなエア抜き装置２５に限らず、エア抜き手段としては、機械的なフロートと弁により構成した他の汎用的な気泡除去装置を用いても良い。なお、エア抜き装置２５におけるエア排出用の樹脂チューブ２５３は、装置本体１１の底部まで延ばされている。
【００４０】
また、各供給経路２１，２２において、前記エア抜き装置２５の下流側にはフィルタ２６が設けられている。フィルタ２６は、具体的には例えば、１０μmの金属メッシュによって、燃料Ａ，Ｂ中に混入した異物を除去するものである。かかるフィルタ２６は、下流にある流量センサ２７に異物が混入して作動不良を起こしたり測定誤差が生じることを防止するために設けている。
【００４１】
流量センサ２７は、流体である燃料Ａ，Ｂの各供給経路２１，２２における流れを検知し、その検知結果を出力するものであれば何でも良い。本実施の形態では、詳しい図示は省略するが、具体的には例えば、本体である測定計量部に、放射状に配列された複数のシリンダとピストンを備え、各ピストンがそれぞれ垂直クランクシャフトに連結されているタイプを採用すると良い。
【００４２】
かかる流量センサ２７の各ピストンは、流体が流入するシリンダを順次切替える３方向バルブとしての機能を有しており、ピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換されて、この回転が流量に比例したパルスを出力するように構成されている。このような流量センサ２７によれば、その流量に比例する回転は磁気結合によって、トランスミッタ２８に連結され、該トランスミッタ２８を介して後述するコントローラ１００に送信される。
【００４３】
各供給経路２１，２２ごとに、前記流量センサ２７の下流側にある比例制御弁３０は、流体である燃料Ａ，Ｂの流れを調整可能な流量調整手段として機能するものであれば何でも良い。本実施の形態で流量調整手段として採用した比例制御弁３０は、一般的には電気信号に比例して流体の流量を比例制御するものであるが、本実施の形態では、圧縮空気の圧力により駆動可能なものであり、後述するエア供給経路５０を介して供給された所定の駆動圧力により、調整度合としての開度を無段階に調整できるように構成されている。
【００４４】
詳しく言えば比例制御弁３０は、パイロット弁２９により電気信号をエア圧力に変換して、そのエア圧力（パイロット圧）によって駆動制御されるものである。このようなパイロット弁２９と比例制御弁３０自体の構成は、それぞれ一般的であるので説明は省略する。比例制御弁３０は、電気系統が不要となっており、またパイロット弁２９に関しては、比例制御弁３０から離隔した位置に配設することが可能である。パイロット弁２９には、エア供給経路５０の分岐管が接続され、パイロット弁２９と比例制御弁３０とは、エア圧力（パイロット圧）を供給可能な経路で接続されることになる。
【００４５】
各供給経路２１，２２の下流側には、それぞれ流体である燃料Ａ，Ｂの逆流を防ぐためのチェック弁３１が設けられている。そして、各供給経路２１，２２のチェック弁３１より下流側の末端は、それぞれ３方継手２０を介して混合経路２３に接続されている。この混合経路２３には、上流側より順に、混合手段３２と、エア抜き装置２５と、エアオペレート弁３３が設けられている。なお、混合経路２３の混合燃料出口２３０は、前述したように装置本体１１の下部外装に開口している。
【００４６】
混合手段３２は、前記各供給経路２１，２２の下流端より合流した燃料Ａ，Ｂを、その流れを利用して混合可能なものであり、駆動部は特に設けられていない固定式の構成となっている。このような混合手段３２は、具体的には、管状本体の内部に流体を分割ないし反転させるための螺旋羽根が設けられており、動力がなくても流れるだけで混合される構造のものが相当し、例えば、いわゆるスタティックミキサ等が知られている。
【００４７】
混合経路２３において、前記混合手段３２の下流側にあるエア抜き装置２５は、前記各供給経路２１，２２に設けたものと同様の構成であるが、特に前記比例制御弁３０によって流れが絞られた後は、圧力が急に低くなるため気泡が発生しやすくなるから尚更必要となる。また、混合経路２３におけるエア抜き装置２５は、前記混合手段３２により混合された混合燃料Ａ＋Ｂをさらに混合する緩衝機能（バッファー）としての役目も果たしている。
【００４８】
混合経路２３の下流端にあるエアオペレート弁３３は、非常停止用のためのものであり、エア供給経路５０を介して供給された所定の駆動圧力によって開閉動作する比例制御弁である。エアオペレート弁３３には、プログラマブルロジックコントローラ４０により制御される３ポート電磁弁３５を介して、エア供給経路５０の分岐管が接続されている。
【００４９】
装置本体１１の内部には、圧縮空気を供給するためのエア供給経路５０も配設されている。このエア供給経路５０の上流端は、装置本体１１の外装に開口しており、外部で圧縮空気を生成するエアコンプレッサ等に接続されている。エア供給経路５０は途中で複数に分岐しており、それぞれ分岐管には、所定の駆動圧力に調整するためのレギュレータ３４が設けられている。
【００５０】
各レギュレータ３４には確認用圧力表示器が備えられている。各分岐管の下流端は、それぞれ前記ダイアフラムポンプ２４を駆動する３ポート電磁弁３５、前記各エア抜き装置２５を駆動するエアオペレート弁２５４、あるいは前記比例制御弁３０を駆動するパイロット弁２９に接続されている。
【００５１】
また、図１に示すように、装置本体１１内の底部には、中央に向かって傾斜する底部プレート１４が配設されている。この底部プレート１４の最下部位には、液リークセンサ１５が設けられている。液リークセンサ１５は、空気と液体の屈折率の違いで液漏れを検知する光センサである。液リークセンサ１５は、他の電子機器と同様に、信号線を介してコントローラ１００に接続されている。なお、後述するが光ファイバーを組み合せることにより、電気系統を無くすことができ、電気的火花による引火の虞がなく、容易に防爆構造に対応することができる。
【００５２】
図２、図１に示すように、装置本体１１の上部正面側には、タッチパネル１６と、非常停止スイッチ１７が配設されている。タッチパネル１６は、装置自体の作動のＯＮ／ＯＦＦ状況の表示など表示内容の切替え操作が可能で、装置自体の作動のＯＮ／ＯＦＦ等を指示するための入力手段である。
【００５３】
非常停止スイッチ１７は、押しボタン式のスイッチであり、押すとロックされ、ボタンを回さないと解除できないように構成されている。非常停止スイッチ１７を押すことにより、エアオペレート弁３３が緊急に閉じられるように設定されている。タッチパネル１６や非常停止スイッチ１７も、信号線を介してコントローラ１００に接続されている。
【００５４】
コントローラ１００は、前記トランスミッタ２８や比例制御弁３０等を含む各種電子機器を集中管理するものであり、インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成されたマイクロコンピュータから成る。図４に示すように、コントローラ１００はハウジングケースに格納されており、図１に示すように、装置本体１１から離れたところで、リモートコントロールできるように設置されている。
【００５５】
コントローラ１００のケース正面には、各燃料Ａ、Ｂごとに瞬時流量表示や積算流量表示を行うフロントパネル１０１や、押ボタン式の各種スイッチ１０２が配設されている。また、コントローラ１００のケース背面は図示省略したが、電源スイッチ、電源入力コネクタの他、各種情報の入出力用のコネクタ類が配設されている。
【００５６】
図６に示すように、コントローラ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムの実行による機能として、複数の流体である燃料Ａ，Ｂを予め定めた所定の混合比で混合すべく、各供給経路２１，２２の流量センサ２７からの出力に基づき、各供給経路２１，２２ごとの比例制御弁３０の開度を演算する「積算偏差演算部」と、各供給経路２１，２２ごとの燃料Ａ，Ｂの流速に応じて、前記演算した比例制御弁３０の開度を補正する「開度補正演算部」と、補正されたデータに基づき前記各比例制御弁３０の開閉を制御する「駆動出力制御部」とを有している。
【００５７】
すなわち、コントローラ１００は、予め定めた燃料Ａ，Ｂの混合比や各流量センサ２７のパルスレートが入力され、これらの初期データと各トランスミッタ２８から出力されたパルスに基づいて、積算偏差演算部により、混合比と燃料Ａ，Ｂの積算値から積算Ｂの積算偏差を算出し、この偏差をＰＩＤ定数に基づきＰＩＤ制御演算するようにプログラムされている。
【００５８】
また、開度補正演算部により、燃料Ａ，Ｂの流速の合計値と、所定の流速補正定数から各比例制御弁３０の開度の補正演算を行い、さらに各比例制御弁３０の逆特性演算を行って各比例制御弁３０の駆動出力を演算する。この演算結果に基づいて、駆動出力制御部により、各比例制御弁３０の開度を制御して、混合経路２３から連続して出力される混合燃料Ａ＋Ｂを所定の混合比に維持する。なお、制御の詳細については後述する。
【００５９】
次に、本実施の形態に係る燃料混合装置１０の動作について説明する。  
図４に示すコントローラ１００において、先ず装置全体の電源ＯＮ操作を行い、運転開始を指示する。また、後述するが、混合燃料Ａ＋Ｂの混合比を設定したり、各流量センサ２７のパルスレート（ｐ／ｍＬ）等の初期データを予め入力しておく。これらの各種操作は、コントローラ１００のケース正面にある各種スイッチ１０２や、図２に示す装置本体１１の上部正面側にあるタッチパネル１６によって行う。なお、各種入力操作は、他のパソコンから転送して行っても良い。
【００６０】
図１において、第１供給経路２１には、外部の燃料配管設備からの燃料Ａを入力する。第１供給経路２１を通過する燃料Ａは、エア抜き装置２５を通ることによりエア（気泡）が除去される。ここでエア抜き装置２５は、圧縮空気の圧力により駆動可能なものであり、エア供給経路５０を介して供給された所定の駆動圧力によってエア抜き動作を行う。
【００６１】
これにより、電気系統を無くすことができ、電気的火花による引火の虞がなく、容易に防爆構造に対応することができる。なお、エア抜き装置２５のエアオペレート弁２５４やプログラマブルロジックコントローラ４０、それにエア供給経路５０に設けるレギュレータ３４は、各供給経路２１，２２からは離隔した位置に配置させれば、安全性をより高めることができる。
【００６２】
続いて、第１供給経路２１内の燃料Ａは、フィルタ２６を通過して異物が除去され、流量センサ２７により体積流量が測定される。流量センサ２７では、前述したように燃料Ａの流量に比例してクランクシャフトが回転し、この回転は磁気結合によってトランスミッタ２８に連結され、該トランスミッタ２８を介してパルス信号がコントローラ１００に送信される。そして、燃料Ａの流量は、後述するコントローラ１００の制御に基づき、比例制御弁３０によって調整される。その後、燃料Ａはチェック弁３１を通過して、３方継手２０を介して混合経路２３に導入される。
【００６３】
一方、第２供給経路２２には、外部の燃料配管設備やタンクからの燃料Ｂを入力する。ここで入力時に圧力が低い時には、ダイアフラムポンプ２４を駆動することにより、圧力を上げることができる。ダイアフラムポンプ２４も、圧縮空気の圧力により駆動可能なものであり、エア供給経路５０を介して供給された所定の駆動圧力によって圧送動作を行う。これにより、電気系統を無くすことができ、電気的火花による引火の虞がなく、容易に防爆構造に対応することができる。
【００６４】
ダイアフラムポンプ２４により圧送された燃料Ｂは、絞り弁２２３を通過してからエア抜き装置２５を通ってエア（気泡）が除去される。ここで絞り弁２２３は、絞り作用によって流量を規制し、エア抜き装置２５の容積にてアキュムレータとして機能する。これにより、ダイアフラムポンプ２４の駆動時におけるポンプ吐出が補助され、第２供給経路２２における燃料Ｂの流通効率を高めることができる。なお、エア抜き装置２５は、第２供給経路２２のものと同様に圧縮空気の圧力により駆動する。
【００６５】
続いて、第２供給経路２２内の燃料Ｂは、フィルタ２６を通過して異物が除去され、流量センサ２７により体積流量が測定される。流量センサ２７では、前述したように燃料Ｂの流量に比例してクランクシャフトが回転し、この回転は磁気結合によってトランスミッタ２８に連結され、該トランスミッタ２８を介してパルス信号がコントローラ１００に送信される。そして、燃料Ｂの流量は、後述するコントローラ１００の制御に基づき、比例制御弁３０によって調整される。その後、燃料Ｂはチェック弁３１を通過して、３方継手２０を介して混合経路２３に導入される。
【００６６】
混合経路２３に導入された燃料Ａ，Ｂは、混合手段３２を流れることにより、そのまま混合される。このように、各供給経路２１，２２の下流端より合流した２つの燃料Ａ，Ｂは、混合経路２３を通過する途中で、混合手段３２によって積極的かつ確実に混合させることができる。しかも、混合手段３２は駆動部（の電気系統）のないものであり、防爆域にもそのまま設置することができる。
【００６７】
混合された混合燃料Ａ＋Ｂは、エア抜き装置２５を通ってエア（気泡）が除去される。ここでエア抜き装置２５は、混合経路２３から出力する混合燃料Ａ＋Ｂ中に発生した異物である気体を除去することにより、混合流体の品質を向上させることができる。エア抜き装置２５は、前記混合手段３２によって混合された混合燃料Ａ＋Ｂをさらに混合する手段としても作用するため、いっそう混合効率を高めることができる。
【００６８】
充分に混合された混合燃料Ａ＋Ｂは、混合経路２３を通って外部へ出力される。なお、燃料混合装置１０の動作中に、液リークセンサ１５により液漏検出が出力されたり、非常停止スイッチ１７が押されたり等、異常が検出された時は、コントローラ１００の指令に基づきエアオペレート弁３３が閉じられて流れを停止させる。
【００６９】
また、エア供給経路５０に供給された圧縮空気は、レギュレータ３４によって所定の駆動圧力に調整されて、それぞれエア駆動式の各機器の駆動部へ供給される。特に、コントローラ１００から出力された駆動制御に関する信号は、パイロット弁２９によって所定のエア圧力（パイロット圧）に変換され、このエア圧力によって比例制御弁３０の開度が駆動制御されることになる。
【００７０】
このようにエア駆動式の各機器２４，２５，３０は、電気系統が必要ないので、電気的火花（スパーク）による引火の虞がなく、防爆構造とする必要がない。そのため、防爆ケース等で覆う必要もなく、部品点数を削減することができ、コンパクトに構成することができる。
【００７１】
図５は、コントローラ１００が実行する制御処理を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、コントローラ１００による混合燃料Ａ＋Ｂの混合比の制御について説明する。最初に初期データとして、各供給経路２１，２２ごとにある流量センサ２７のパルスレート（ｐ／ｍＬ）を設定入力する（図５；ステップ１１０）。パルスレートとは、単位あたりの流量と発生するパルス数の比である。基本的な演算式として、流量はパルス量に比例するから、流量＝（１／パルスレート）×検出パルス数（実際の計算式）となる。また、流速（瞬時流量）は、パルスの周波数（１秒当りのパルス数）に比例する。
【００７２】
次に、燃料Ａと燃料Ｂとの混合比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））（%）を、予め定めて設定入力する（図５；ステップ１２０）。かかる混合比は、ユーザーが任意にその都度設定する値である。一方、前記パルスレートと同様に、燃料混合装置１０の製品出荷時に予め初期設定しておくデータとしては、他にＰ（比例），Ｄ（積分），Ｉ（微分）定数、各比例制御弁３０の定数、流速補正定数等がある。
【００７３】
そして、燃料混合装置１０の運転時には、各供給経路２１，２２ごとにある流量センサ２７（トランスミッタ２８）から出力されたパルスを入力して、各流量センサ２７ごとのパルス数を積算カウントする（図５；ステップ１３０）。図６は、各供給経路２１，２２ごとにある流量センサ２７から出力されたパルスを、コントローラ１００が入力する状態、およびコントローラ１００から各流量センサ２７ごとの比例制御弁３０を駆動するための制御信号を出力する状態を示している。
【００７４】
コントローラ１００の積算偏差演算部（図示せず。）は、図７に示すように、各流量センサ２７ごとの積算カウントパルス（ｐ）と前記パルスレートの校正値（ｐ／ｍＬ）を基に、現時点における燃料Ａ，Ｂごとの積算流量（ｍＬ）をそれぞれ算出する（図５；ステップ１４０）。そして、燃料Ａ，Ｂそれぞれの積算流量（ｍＬ）と燃料Ａと燃料Ｂとの混合比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））（%）から、その理想値に対する偏差を演算する（図５；ステップ１５０）。
【００７５】
続いて積算偏差演算部は、図８に示すように、前記演算した偏差をＰＩＤ定数に基づきＰＩＤ制御演算を行う（図５；ステップ１６０）。ＰＩＤ制御については、一般的に知られている制御方式であり詳しい説明は省略する。次に開度補正演算部（図示せず。）は、燃料Ａ，Ｂの流速の合計値と、予め初期設定してある流速補正定数を基に、各供給経路２１，２２ごとの比例制御弁３０の開度の補正演算を行う（図５；ステップ１７０）。また、開度補正演算部は、補正演算の一環として、各比例制御弁３０の逆特性演算を行うことにより、最終的な各比例制御弁３０の駆動出力を算出する（図５；ステップ１８０）。
【００７６】
図９は、前記開度補正演算部により制御される各比例制御弁３０の開度の変化を示すグラフである。図９において、燃料Ａと燃料Ｂとの混合比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））（%）が予め定めた理想値となるように、各比例制御弁３０の開度が制御され、第１供給経路２１における燃料Ａの流量と、第２供給経路２２における燃料Ｂの流量が、それぞれ適宜調整されることになる。
【００７７】
すなわち、先ず前記補正演算では、各供給経路２１，２２の比例制御弁３０の開度の合計（平均値）を、ある定数に基づいて燃料Ａ，Ｂの流速の合計値に比例させる。これにより、各比例制御弁３０の駆動における追随性が向上し、少流量の場合に生じやすいハンチングも抑えることができる。
【００７８】
しかも、前記逆特性演算を行うことにより、燃料Ａ，Ｂの流量のバランスを取ることができる。要するに、図９に示したように、各比例制御弁３０のうち片方の開度を大きくする時は、もう一方の開度を小さく制御する。入力される圧力や負荷の圧力は不定なので、より出力したい方を、負荷の圧力としたり、もう片方より高い位置に設定しないと液体は流れない原理に基づく制御である。開度補正演算部による演算結果に基づいて、駆動出力制御部（図示せず。）は、各比例制御弁３０の開度を制御することになる。
【００７９】
以上のように、コントローラ１００により、燃料Ａ，Ｂを予め定めた所定の混合比（理想値）で混合すべく各流量センサ２７からの出力に基づき、各供給経路２１，２２ごとの比例制御弁３０の開度を演算する。さらに、各供給経路２１，２２ごとの燃料Ａ，Ｂの流速に応じて、前記演算した比例制御弁３０の開度を補正し、これに基づき前記比例制御弁３０を制御する。これにより、混合経路２３から連続して出力される混合燃料Ａ＋Ｂを、予め定めた所定の混合比に維持することができる。
【００８０】
従って、仮に混合経路２３での混合燃料Ａ＋Ｂの出力量を変更したとしても、予め設定した制御系を再び設定し直すことなく、混合燃料Ａ＋Ｂは自動的に所定の混合比に調整されて、この混合燃料Ａ＋Ｂを連続して任意の量だけ出力することが可能となる。具体的には、混合経路２３にある比例制御弁でもあるエアオペレート弁３３によって、混合燃料Ａ＋Ｂの出力量を調整すると、この出力量の変化が上流側の各供給経路２１，２２ごとの燃料Ａ，Ｂの流れに影響して、各供給経路２１，２２ごとの流量センサ２７からの出力が変化する。
【００８１】
ここで変化した流量センサ２７からの出力に基づき、コントローラ１００は、各供給経路２１，２２ごとの比例制御弁３０を制御するので、混合燃料Ａ＋Ｂの出力量（出力停止も含む。）に合わせるように、各供給経路２１，２２ごとの比例制御弁３０の制御も追従させることができる。その結果、エアオペレート弁３３によって混合燃料Ａ＋Ｂの出力量を変化させても、常に安定して所定の混合比（理想値）に維持することができる。なお、エアオペレート弁３３が比例制御弁でない場合には、混合経路２３の出力先に別途設けた比例制御弁によって、混合燃料Ａ＋Ｂの連続出力を適宜調整できるようにしても良い。
【００８２】
さらにまた、前記流量センサ２７は光学的に出力可能なものであるから、本実施の形態の変形例として、前記トランスミッタ２８の代わりに光ファイバーを介して前記コントローラ１００に信号を送信するように構成しても良い。すなわち、前述した流量センサ２７を構成するクランクシャフトに、既に知られている例えば、特開２００６−３２９６９５号公報に開示されている光エンコーダの検出部を付けるだけで、光ファイバーを介してパルス出力が可能となり、流量センサおよびその出力に関しても、電気系統を無くすことができる。
【００８３】
従って、電気的火花による引火の虞がなく、容易に防爆構造に対応することができる。また、光ファイバーによれば、長い距離で引き回したり、ノイズを排除することも可能となる。このように本実施の形態によれば、前述したように比例制御弁３０はエア圧力によって駆動制御されるから電気系統が不要であり、比例制御弁３０にエア圧力を供給するパイロット弁２９は、前記光ファイバーの出力側と同様に、防爆構造とする必要がない箇所に配設することができ、装置全体として防爆面での安全性をいっそう向上させることができる。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、前記実施の形態では、流体は液体燃料の２種類であるが、同様の装置によれば、３種類以上の液体燃料を混合することに適用することができる。もちろん流体は、液体燃料に限らず気体燃料であっても良く、さらに流体は燃料に限られるものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置の概要を示すシステム系統図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置の装置本体の正面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置の装置本体の左側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置のコントローラにおけるハウジングケースの正面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置が実行する燃料の混合処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置のコントローラにおける各機能を説明するブロック図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置のコントローラにおける各機能を説明するブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置のコントローラにおける各機能を説明するブロック図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る燃料混合装置のコントローラにより制御される各比例制御弁の開度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１０…燃料混合装置
１１…装置本体
１４…底部プレート
１５…液リークセンサ
１６…タッチパネル
１７…非常停止スイッチ
２０…３方継手
２１…第１供給経路
２２…第２供給経路
２３…混合経路
２４…ダイアフラムポンプ
２５…エア抜き装置
２６…フィルタ
２７…流量センサ
２８…トランスミッタ
２９…パイロット弁
３０…比例制御弁
３１…チェック弁
３２…混合手段
３３…エアオペレート弁
３４…レギュレータ
３５…３ポート電磁弁
４０…プログラマブルロジックコントローラ
５０…エア供給経路
１００…コントローラ
１０１…フロントパネル
１０２…押ボタン式スイッチ
２１０…燃料Ａ入口
２２０…燃料Ｂ入口
２２１…バイパス経路
２２２…ボールバルブ
２２３…絞り弁
２３０…混合燃料出口
２５４…エアオペレート弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009202921.tif 000009
【図８】
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【図９】
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