(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重油と水とのいずれか一方の流量を調整してエマルジョン燃料の混合比率を制御する制御手段を備えたディーゼル機関のエマルジョン燃料の制御装置において、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度計測手段と、前記ＮＯｘ濃度と前記エマルジョン燃料中の水の混入比率の上限値との関係を設定する設定手段を有して、前記エマルジョン燃料中の水の混入比率の計測値と前記設定手段に設定された前記混入比率の上限設定値とを比較するとともに、前記ＮＯｘ濃度計測手段からのＮＯｘ濃度の計測値と予め設定された目標ＮＯｘ濃度とを比較し、前記水の混入比率の計測値が前記混入比率の上限設定値以下で且つＮＯｘ濃度の計測値が前記目標ＮＯｘ濃度よりも高いときには水供給ポンプの流量を増加せしめ、前記水の混入比率の計測値が前記混入比率の上限設定値以下で且つＮＯｘ濃度の計測値が前記目標ＮＯｘ濃度よりも低いときには水供給ポンプの流量を減少せしめる制御装置とをそなえたことを特徴とするエマルジョン燃料の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼル機関に適用されるエマルジョン燃料の混合比率を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
舶用ディーゼル機関は広大な海洋で使用されるため、排気ガス中の大気汚染物質についてあまり問題視されなかった。しかし、海上輸送量の増大に伴い海上交通が錯綜し、沿岸に近く且つ交通量の多い領域では、舶用ディーゼル機関は大気汚染源として無視できない存在として認識されるようになり、国際海事機構（ＩＭＯ）・海洋環境保護委員会（ＭＥＰＣ）においてＮＯｘ、ＳＯｘの排出規制が論議され実施に移されようとしている。
【０００３】
実施可能ないし就航船での実施例のあるＮＯｘの低減手法として、給気中への水噴霧、シリンダ内への水噴霧、多口燃料噴霧、エマルジョン燃料の使用などがあるが、図６は重油と水の両者のうち水の流量を調整してエマルジョン燃料の混合比率を制御する従来のエマルジョン燃料の制御装置の一例の基本的な構成の説明図である。
【０００４】
図６において、１はエマルジョン燃料生成装置で、重油流量計６、エマルジョン燃料流量計７、自動制御装置８、水供給ポンプ９、混合装置１０とこれらの間を連通する実線で示した管路及び点線で示した制御用回路から形成され、前記重油流量計６は重油タンク２に連通し、水供給ポンプ９は水タンク３に連通している。４は前記生成装置１からエマルジョン燃料の供給をうけるディーゼル機関である。
【０００５】
以下、前記構成による作用について図７に示したフローチャートを参照して説明する。
従来の装置ではエマルジョン燃料の生成に際して、まずエンジンのオペレータがエンジンの作動状況に対応させてあらかじめ重油Ｆと水Ｗの混合比率を設定する。
重油流量計６及びエマルジョン燃料流量計７から計測した重油Ｆとエマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の流量信号が出力され自動制御装置８に入力する。
【０００６】
自動制御装置８では入力した重油Ｆとエマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の流量信号に基づき重油Ｆと水Ｗの実測混合比率を算出し、あらかじめ設定した混合比率と比較する。
この比較の結果、水Ｗの混入比率が設定値より小さい場合は、水Ｗの混入比率を上げるため、水供給ポンプ９への供給電流を増加させる指示信号を出力する。水供給ポンプ９の回転数が上昇し、水Ｗの混入比率が上がる。
【０００７】
逆に、水Ｗの混入比率が設定値より大きい場合は、水Ｗの混入比率を下げるため、水供給ポンプ９への供給電流を減少させる指示信号を出力する。もし、水Ｗの混入比率が設定値と同レベルのときは現状を維持することになる。
【０００８】
エマルジョン燃料による従来例としては、１０％程度の水を混入したエマルジョン燃料を使用した就航船が長時間運航された実例がある。水の混入比率を燃料の３０％程度にすると、水の蒸発及び熱解離によって火炎温度が低下してＮＯｘはおよそ３０％程度減少する。同時に水が入っただけ噴射燃料のモーメンタムが増大し噴霧の分散が改善されるため、ばいじんを低減させる効果もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のエマルジョン燃料の制御装置には次のような問題点がある。
即ち、従来の装置では重油と水の混合比率はエンジンのオペレータがエンジンの作動状況に対応させてあらかじめ設定しておく必要があった。
【００１０】
そのため、オペレータ個人の熟練度の差によって混合比率にばらつきを生じ、必要量以上の水の供給による燃料消費の悪化や、水供給量の不足による排気ガス中のＮＯｘ濃度の上昇等の不具合を生じるおそれがある。また、ＮＯｘ濃度は運転条件によって変化するので、環境規制値等の目標値を常時満足するようにエマルジョン燃料の混合比率を設定することは極めてむずかしい。
【００１１】
本発明の目的は、前記問題点を解決し、排気ガス中のＮＯｘ濃度を計測し、その計測値に基づいてエマルジョン燃料の混合比率を自動的且つ的確に調整することにより、エンジンオペレータの判断によることなくＮＯｘの排出濃度を望ましいレベルまで低減し得るエマルジョン燃料の制御装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のエマルジョン燃料の制御装置は、重油と水とのいずれか一方の流量を調整してエマルジョン燃料の混合比率を制御する制御手段を備えたディーゼル機関のエマルジョン燃料の制御装置において、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度計測手段と、前記ＮＯｘ濃度と前記エマルジョン燃料中の水の混入比率の上限値との関係を設定する設定手段を有して、前記エマルジョン燃料中の水の混入比率の計測値と前記設定手段に設定された前記混入比率の上限設定値とを比較するとともに、前記ＮＯｘ濃度計測手段からのＮＯｘ濃度の計測値と予め設定された目標ＮＯｘ濃度とを比較し、前記水の混入比率の計測値が前記混入比率の上限設定値以下で且つＮＯｘ濃度の計測値が前記目標ＮＯｘ濃度よりも高いときには水供給ポンプの流量を増加せしめ、前記水の混入比率の計測値が前記混入比率の上限設定値以下で且つＮＯｘ濃度の計測値が前記目標ＮＯｘ濃度よりも低いときには水供給ポンプの流量を減少せしめる制御装置とをそなえたことを特徴としている。
【００１３】
具体的には、重油流量計、エマルジョン燃料流量計、自動制御装置、水供給ポンプ、混合装置、これらの間を連通する管路及び制御回路などからなるエマルジョン燃料生成装置と、重油タンク及び水タンクと、排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出し実測データを前記エマルジョン燃料生成装置中の自動制御装置に出力する排気ガス計測装置などによって構成される。
【００１４】
【作用】
次に前記のような構成による本発明の手段の作用について説明する。
あらかじめ、目標とする排気ガス中のＮＯｘ濃度と、エマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）中の水Ｗの混入比率の上限値を設定しておく。
エマルジョン燃料生成装置においては、重油流量計及びエマルジョン燃料流量計から出力される流量信号と、排気ガス計測装置から出力される排気ガス中のＮＯｘ濃度の実測データの信号とが自動制御装置に入力される。
【００１５】
該自動制御装置ではエマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の重油Ｆと水Ｗの混合比率が演算され、あらかじめ設定した水Ｗの混入比率の上限値と比較される。この比較の結果、実測データに基づく水Ｗの混入比率が設定上限値より大きいと判定された場合には、水Ｗの混入比率を下げるため水供給ポンプへの供給電流を減少させる指示信号が出力される。
【００１６】
また、実測データに基づく水Ｗの混入比率が設定してあった水Ｗの混入比率の上限値より小さいか等しいと判定された場合には、実測データに基づく排気ガス中のＮＯｘ濃度とあらかじめ設定した目標ＮＯｘ濃度を比較する。
このＮＯｘ濃度の比較の結果、実測ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い場合は、実測されるＮＯｘ濃度を下げるべく水Ｗの混入比率を上げるため水供給ポンプへの供給電流を増加させる指示信号が出力される。
【００１７】
逆に、実測ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い場合は、水Ｗの混入比率を下げるため水供給ポンプへの供給電流を減少させる指示信号を出力する。もし、実測ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度に等しい場合には現状を維持することになる。
【００１８】
前記のような作用により、エンジンオペレータの経験に基づく判断によることなく、エマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の重油Ｆと水Ｗの混合比率をエンジンの作動状況に応じて自動的且つ的確に調整し、混合装置で十分にエマルジョン化してからエンジンにエマルジョン燃料が供給される。これにより、排気ガス中のＮＯｘ濃度を望ましいレベルまで低減し得るエマルジョン燃料の制御装置として機能する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係るエマルジョン燃料の制御装置の構成説明図で、図２はこの構成による作用を説明するフローチャートである。以下、図１、２を参照してその構成と作用について説明する。
【００２０】
図１において、１はエマルジョン燃料生成装置で、重油流量計６、エマルジョン燃料流量計７、自動制御装置８、水供給ポンプ９、混合装置１０とこれらの間を連通する実線で示した管路及び点線で示した制御用回路から形成され、前記重油流量計６は重油タンク２に連通し、水供給ポンプ９は水タンク３に連通している。４は前記生成装置１からエマルジョン燃料の供給をうけるディーゼル機関である。５は排気ガス計測装置で、前記ディーゼル機関４の排気管路から排気ガスを抽出して分析し、ＮＯｘの濃度についての信号を前記自動制御装置８に出力する。
【００２１】
次に図２のフローチャートを参照して前記構成による作用について説明する。あらかじめ、目標とする排気ガス中のＮＯｘ濃度と、エマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）中の水Ｗの混入比率の上限値を設定しておく。この設定の一例を図３に示した。
エマルジョン燃料生成装置１においては、重油流量計６から出力される重油Ｆの流量信号と、エマルジョン燃料流量計７から出力されるエマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の流量信号と、排気ガス計測装置５から出力される排気ガス中のＮＯｘ濃度の実測データの信号とが自動制御装置８に入力される。
【００２２】
該自動制御装置８ではエマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の重油Ｆと水Ｗの混合比率が演算され、あらかじめ設定した水Ｗの混入比率の上限値と比較される。
この比較の結果、実測データに基づく水Ｗの混入比率があらかじめ設定してあった水Ｗの混入比率の上限値より大きい判定された場合には、水Ｗの混入比率を下げるため水供給ポンプ９への供給電流を減少させる指示信号が出力され、水供給ポンプ９の回転数が低下し、水Ｗの混入比率が下がる。
【００２３】
また、実測データに基づく水Ｗの混入比率が設定してあった水Ｗの混入比率の上限値より小さいか等しいと判定された場合には、実測データに基づく排気ガス中のＮＯｘ濃度とあらかじめ設定した目標ＮＯｘ濃度を比較する。
【００２４】
このＮＯｘ濃度の比較の結果、実測ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より高い場合は、水Ｗの混入比率を上げるため水供給ポンプ９への供給電流を増加させる指示信号が出力され，水供給ポンプ９の回転数が上昇し、水Ｗの混入比率が上がる。反対に、実測ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度より低い場合は、水Ｗの混入比率を下げるため水供給ポンプ９への供給電流を減少させる指示信号を入力する。もし、実測ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度に等しい場合には現状を維持することになる。
【００２５】
前記したようにエマルジョン燃料生成装置１では、重油流量計６とエマルジョン燃料流量計７から出力される流量信号と、排気ガス計測装置５から出力されるＮＯｘ濃度の実測データの信号とが自動制御装置８に入力され、該自動制御装置８での演算、比較、判定の処理結果に基づいて水供給ポンプ９を制御することにより、エマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の重油Ｆと水Ｗの混合比率が設定値に合致するように自動的且つ的確に調整される。
【００２６】
その後、混合装置１０で十分にエマルジョン化してからディーゼル機関４にエマルジョン燃料が供給される。
これにより、エンジンオペレータの経験に基づく判断によることなく、排気ガス中のＮＯｘ濃度を望ましいレベルまで低減し得るエマルジョン燃料の制御装置として機能する。
【００２７】
混合装置１０を介して十分にエマルジョン化した燃料の供給をうけディーゼル機関４が作動している際の機関回転数と排気ガス中のＮＯｘ濃度の関係の一例を図４に示した。図中の曲線Ｃはあらかじめ目標として設定したＮＯｘ濃度のガイドラインで、ガイドラインを境として領域Ｒでは実測濃度が目標濃度を上回っており、領域Ｌでは実測濃度が目標濃度以下になっている。
【００２８】
機関の作動中、排気ガス計測装置５によって排気ガス中のＮＯｘ濃度を実測し、そのデータを重油Ｆ、エマルジョン燃料（Ｆ＋Ｗ）の流量信号と共に自動制御装置８に入力し、実測ＮＯｘ濃度が領域Ｒにあるときは領域Ｌに移るように水供給ポンプ９を制御して重油Ｆと水Ｗの混合比率を変化させ、排出ＮＯｘを低減させる。
【００２９】
図５にエマルジョン燃料を使用する舶用ディーゼル機関の定格回転数と単位出力当りのＮＯｘ排出量（ｇ／ｋｗ・ｈ）の重み付け平均値の関係の一例を示した。図中の曲線Ｃは国際海事機構（ＩＭＯ）の環境規制案によるガイドラインである。ＮＯｘの単位出力当り排出量の重み付け平均値が領域Ａに入るように、実測した排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づく自動制御装置８での演算、比較、判定によって水供給ポンプ９を制御し、重油Ｆと水Ｗの混合比率を変化させ、常時規制値以内での運航となるように制御する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のエマルジョン燃料の制御装置によれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度の実測データに基づき、エマルジョン燃料の重油と水の混合比率があらかじめ設定した目標値に合致するように自動的且つ的確に調整される。
これにより、エンジンオペレータの経験に基づく判断によることなく、排気ガス中のＮＯｘ濃度を規制値を満足する望ましいレベルまで低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエマルジョン燃料の制御装置の構成説明図。
【図２】図１に示したエマルジョン燃料の制御装置の作用を説明するフローチャート。
【図３】図２に示したフローチャートの第１ステップで参照するＮＯｘ濃度の目標値とエマルジョン燃料の重油と水の混合比率の関係の説明図。
【図４】機関回転数と排出ＮＯｘ濃度の関係の説明図。
【図５】機関の定格回転数とＮＯｘの単位出力当り排出量の重み付け平均値の関係の説明図。
【図６】従来のエマルジョン燃料の制御装置の構成説明図。
【図７】図６に示した従来のエマルジョン燃料の制御装置の作用を説明するフローチャート。
【符号の説明】
１    エマルジョン燃料生成装置
２    重油タンク
３    水タンク
４    ディーゼル機関
５    排気ガス計測装置
６    重油流量計
７    エマルジョン燃料流量計
８    自動制御装置
９    水供給ポンプ
１０  混合装置
【図１】
0003801263.tif 000002
【図２】
0003801263.tif 000003
【図３】
0003801263.tif 000004
【図４】
0003801263.tif 000005
【図５】
0003801263.tif 000006
【図６】
0003801263.tif 000007
【図７】
0003801263.tif 000008