JP5519999B2

JP5519999B2 - 石油系燃料・バイオ燃料混合供給装置

Info

Publication number: JP5519999B2
Application number: JP2009245019A
Authority: JP
Inventors: 司林田
Original assignee: 有限会社モータウン
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP2011089498A

Description

本願発明は、自動車、船舶等の運輸機のエンジンに、石油系燃料にバイオ燃料を混合して供給するための運輸機搭載式の石油系燃料・バイオ燃料混合供給装置に関する。

従来、地球の温室効果ガスを削減するため、自動車のエンジン燃料についても改善が要望されており、その改善策の一つとして、従来使用されているガソリン、軽油等の石油系燃料に、バイオエタノール、バイオディーゼル等のバイオ燃料を混合したバイオ燃料混合燃料の使用が提唱されている。

しかし、一般に、バイオ燃料は、酸化し易く、吸湿性が高く、凍結し易い性質があるため、酸化により燃料として劣性となり、又寒冷時に、吸湿性と相まって、厳しく凍結してバイオ燃料タンク、バイオ燃料供給ラインはもとよりエンジンにまで支障を及ぼす欠点を有するものである。

そこで、従来、自動車のエンジンに、軽油とバイオ燃料を混合して供給する自動車搭載型混合供給装置として、軽油及びバイオ燃料をそれぞれ別のタンクに貯留し、これらタンクから軽油及びバイオ燃料を電動ポンプにより一定量づつ送って混合する混合タンクを備え、さらに寒冷時に備え、上記バイオ燃料タンク、混合タンク、その他の付属機器を通るバイオ燃料の凍結を防止するため、ヒータ、熱媒体供給管等からなる加温装置を装備することが提案されている。

しかし、上記のような提案装置では、装置全体が大掛かりで高重量となるばかりでなく、高価なものとなり、自動車に搭載する装置としては、その点の改善が切望されるところである。

本願発明は、運輸機に搭載する装置として、従来の提案装置と比較して小型、軽量となり、しかも安価に提供できる運輸機搭載型の石油系燃料・バイオ燃料混合供給装置を提供することを課題とする。

上記課題解決の手段として、本願発明は、
エンジン９つき運輸機に、石油系燃料入りメインタンク１７、バイオ燃料入りバイオ燃料タンク２５、及び上記石油系燃料とバイオ燃料が定量的に供給され、それらを混合する混合タンク１５を搭載し、上記エンジン９から、燃料をエンジン９に供給すべく、フィードポンプ２にて吸引圧を付与された燃料吸入管４と、余剰燃料を外部へ送出すべく、フィードポンプ２にて吐出圧を付与された戻り燃料吐出管１１とをそれぞれ延出し、上記燃料吸入管４に、上記混合タンク１５の混合燃料を吸引圧によりエンジン９に供給するための混合燃料供給管１３と、上記メインタンク１７の石油系燃料を吸引圧によりエンジン９に供給するための石油系燃料供給管１４とを、三方電磁弁Ａを介して切換自在に接続し、上記吐出管１１に接続された元管２０から電磁弁Ｂを介して分岐された加温用戻し管２２の先端を、計量器３０内に貫通された計量器加温管４１の一端に接続し、該加温管４１の他端に接続された加温用戻し管４２の先端を、フィルター３１内に貫通されたフィルター加温管４３の一端に接続し、該加温管４３の他端に接続された加温用戻し管４４の先端を、バイオ燃料タンク２５内に貫通されたバイオ燃料タンク加温管４５の一端に接続し、該加温管４５の他端に接続された加温用戻し管４６の先端を上記混合タンク１５内に貫通された混合タンク加温管４７の一端に接続し、該加温管４７の他端に接続された加温用戻し管４８の先端を戻り燃料元管２１に接続し、戻り燃料元管２１は、上記混合タンク１５又はメインタンク１７に選択的に上記戻り燃料を吐出圧により直接戻す戻り戻し管２３と戻し管２４とに三方電磁弁Ｃを介して切換自在に接続した運輸機搭載式石油系燃料・バイオ燃料混合供給装置を提案する。

本願発明の運輸機搭載式石油系燃料・バイオ燃料混合供給装置によれば、混合タンクから混合燃料を、メインタンクから石油系燃料をそれぞれエンジンに供給する手段、及び戻り燃料を混合タンク又はメインタンクに戻す手段に、エンジンのフィードポンプの吸引圧及び吐出圧を利用する吸引管及び吐出管を使用するから、従来装置が電動ポンプ等を使用するものと比較して、装置の小型化、軽量化、さらにはコスト低減を実現することができる。又寒冷時に凍結し易いバイオ燃料に対し、加温管を介して、エンジンからの戻り燃料の余熱を作用させる簡単な加温手段によって十分その凍結を防止することができ、しかも上記加温管への戻り燃料の流通にも、上記フィードポンプの吐出圧を利用するから、小型、軽量化、低コスト化をさらに実現できるのである。

本発明による石油系燃料とバイオ燃料の混合供給装置の回路図である。ディーゼルエンジン系の略線図である。混合タンクの拡大縦断面図である。石油系燃料とバイオ燃料の混合比管理方式の説明図である。

本発明において使用されるバイオ燃料には、大別してバイオディーゼルとバイオエタノールがあり、前者には、ナタネ、ダイズ、パームヤシ等の原料からつくられるもの、後者には、サトウキビ、テンサイ等の糖質原料、トウモロコシ、キャッサバ等のデンプン質原料から作られるものがある。

混合供給装置
以下ディーゼルエンジンつきトラックに搭載する軽油・バイオディーゼル混合供給装置に実施した例について説明する。
初めに、図２に示すディーゼルエンジン系（１）において、フィードポンプ（２）の燃料吸入口（３）に一端を接続された管を、吸引圧を有する燃料吸入管（４）としてエンジン系（１）の一側から外部に延出し、又フィードポンプ（２）の吐出口（５）と噴射ポンプ（６）の燃料入口（７）とに接続された燃料送出管（８）を通じて燃料を噴射ポンプ（６）に送出し、該噴射ポンプ（６）の駆動によりディーゼルエンジン本体（９）の各気筒に燃料を噴射し、余剰の燃料は、噴射ポンプ（６）のリリーフ弁（１０）に一端を接続された管を、吐出圧を有する戻り燃料吐出管（１１）としてエンジン系（１）の他側から外部に延出してある。本発明においては、上記燃料吸入管（４）の吸引圧が燃料のエンジンへの供給に、上記戻り燃料吐出管（１１）の吐出圧が燃料の混合タンク又はメインタンクへの補給にそれぞれ利用される。

図１において、上記燃料吸入管（４）に元管（１２）の一端を接続し、該元管（１２）の他端から三方電磁弁（Ａ）を介して混合燃料供給管（１３）及び軽油供給管（１４）を分岐し、一方の混合燃料供給管（１３）は、混合タンク（１５）内の軽油とバイオ燃料との混合燃料（１６）中に、他方の軽油供給管（１４）は、メインタンク（１７）内の軽油（１８）中にそれぞれ延長している。（１９）は上記元管（１２）に接続したストレーナである。

上記戻り燃料吐出管（１１）に元管（２０）の一端を接続し、該元管（２０）の他端から三方電磁弁（Ｂ）を介して戻り燃料元管（２１）及び加温用戻し管（２２）を分岐し、そのうち戻り燃料元管（２１）の先端から三方電磁弁（Ｃ）を介して混合タンク戻し管（２３）及びメインタンク戻し管（２４）を分岐し、混合タンク戻し管（２３）の先端は混合タンク（１５）内に、メインタンク戻し管（２４）の先端はメインタンク（１７）内に延長する。
上記混合タンク戻し管（２３）の先端はタンク底部近くまで延長し、その戻り燃料の吐出圧によりタンク内の撹拌混合を行なう。

バイオ燃料（２６）を入れたバイオ燃料タンク（２５）は上記混合タンク（１５）より高い位置に設置し、該バイオ燃料タンク（２５）の底部に一端を接続された元管（２７）の他端から三方電磁弁（Ｄ）を介して計量管（２８）及びバイオ燃料供給管（２９）を分岐し、一方の計量管（２８）の先端に計量器（３０）を接続し、他方のバイオ燃料供給管（２９）の先端を上記混合タンク（１５）内にのぞませてある。（３１）は、元管（２７）に接続されたフィルターである。上記計量器（３０）の容量は、一例として２５０ｃｃである。

上記三方向電磁弁（Ａ）は、通電時に管（１２）、（１４）を開通させ、非通電時にスプリングにより管（１２）、（１３）の開通に戻るもの、三方向電磁弁（Ｂ）は、通電時に管（２０）、（２２）を開通させ、非通電時に管（２０）、（２１）の開通に戻るもの、三方向電磁弁（Ｃ）は、通電時に管（２１）、（２４）を開通させ、非通電時に管（２１）、（２３）の開通に戻るもの、三方向電磁弁（Ｄ）は、通電時に管（２８）、（２９）を開通させ、非通電時に管（２７）、（２８）の開通に戻るものである。

混合量管理装置
上記軽油（１８）及びバイオ燃料（２６）を一定割合（一例としてバイオ燃料濃度５％）で混合タンク（１５）に供給する混合量管理装置について説明する。まず、混合タンク（１５）について述べる。図３において、混合タンク（１５）内中央部に、上端を閉成し、下端を開放した円筒状防波筒（３２）を、筒下端をタンク内底面近くまで垂下した状態で、タンク上板に吊支し、この防波筒（３２）内に、上部フロートスイッチ（３３）及びその下位に２個の下部フロートスイッチ（３４）、（３４ａ）をそれぞれ上下摺動自在に支持するステム（３５）を垂下した状態で、上端板（３６）に吊支してある。

上記ステム（３５）は、上部フロートスイッチ（３３）を支持する１本の軸と、その下位に２個の下部フロートスイッチ（３４）、（３４ａ）を支持する２本の軸を２又状に延出したもので、そのうち上部フロートスイッチ（３３）は、ステムに突設された上部ストッパー（３７）とステム２又部との間で小距離上下摺動可能であって、上部ストッパー（３７）に接したときスイッチＯＮとなり、又下部フロートスイッチ（３４）、（３４ａ）は、ステム２又部と下部ストッパー（３８）、（３８ａ）との間で上下摺動可能であって、下部ストッパー（３８）、（３８ａ）に接したとき同時的にスイッチＯＮとなる。

上記のようなフロートスイッチ（３３）、（３４）、（３４ａ）を利用した軽油及びバイオ燃料混合量管理装置の要部を図４に示す。上記下部フロートスイッチ（３４）、（３４ａ）は、自己保持回路（３９）、（３９ａ）をそれぞれ有する自己保持型スイッチとし、その一方の下部フロートスイッチ（３４）を図示のように上記三方電磁弁（Ａ）に接続すると共に、その自己保持回路（３９）に上記上部フロートスイッチ（３３）を接続する。

他方の下部フロートスイッチ（３４ａ）は上記三方電磁弁（Ｄ）に接続すると共に、上記電磁弁（３４ａ）の通電時間を、一例として１分〜２分に制御するタイマー（４０）を接続する。

今、混合タンク（１５）内に、軽油にバイオ燃料を５％の割合で混合した混合燃料約１８リットルを予め入れておく。エンジンを始動すると、吸入管（４）からの吸引圧により混合タンク（１５）内の混合燃料が、供給管（１３）、電磁弁（Ａ）、元管（１２）を経て吸入管（４）からエンジンに吸引供給される。それと共にエンジンでの余剰混合燃料が吐出管（１１）からの吐出圧により元管（２０）、電磁弁（Ｂ）、戻り燃料元管（２１）、電磁弁（Ｃ）、戻し管（２３）を経て混合タンク（１５）に戻されるが、混合タンク（１５）内の油面は徐々に降下していく。

一例として、エンジンで約５リットルの混合燃料が消費されたとき、混合タンク（１５）内の下部フロートスイッチ（３４）、（３４ａ）が下部ストッパー（３８）、（３８ａ）に接してＯＮとなるものとすると、そのうちフロートスイッチ（３４）は、そのＯＮ信号を電磁弁（Ａ）に送って該電磁弁（Ａ）を管（１２）、（１４）の開通に切換え、それにより混合タンク（１５）からエンジンへの混合燃料供給を停止し、それに代えてメインタンク（１７）から軽油を供給管（１４）、電磁弁（Ａ）、元管（１２）を経てエンジンへ吸引供給する。電磁弁（Ａ）は自己保持回路（３９）により管（１２）、（１４）開通を維持する。

それと共に、エンジンでの余剰軽油が吐出管（１１）から元管（２０）、電磁弁（Ｂ）、戻し元管（２１）、電磁弁（Ｃ）、戻し管（２３）を経て混合タンク（１５）に戻される。

他方、上記下部フロートスイッチ（３４ａ）のＯＮにより、そのＯＮ信号を電磁弁（Ｄ）に送って該電磁弁（Ｄ）を管（２８）、（２９）の開通に切換え、それにより計量器（３０）内のバイオ燃料（２５０ｃｃ）を計量管（２８）、電磁弁（Ｄ）、供給管（２９）を経て落差により混合タンク（１５）内に投入する。その間、自己保持回路（３９ａ）により管（２８）、（２９）の開通を保持する。

それと同時に、上記下部フロートスイッチ（３４ａ）のＯＮ信号によりタイマー（４０）が設定時間（１〜２分）のカウントを開始し、上記計量器（３０）内のバイオ燃料が全量供給管（２９）側に流出した後、カウントを終了し、その信号により自己保持回路（３９ａ）を解除して電磁弁（Ｄ）を元の管（２７）、（２８）開通に戻し、タンク（２５）から落差による計量器（３０）へのバイオ燃料流入を再開する。

上記混合タンク（１５）に投入された２５０ｃｃのバイオ燃料に対し、エンジンから混合タンク（１５）へ戻し供給される軽油が混合されつつ増量していき、混合燃料が約５リットル増量したとき、上記上部フロートスイッチ（３３）が上部ストッパー（３７）に接してＯＮとなり、そのＯＮ信号を上記下部フロートスイッチ（３４）の自己保持回路（３９）に送って自己保持を解除し、電磁弁（Ａ）を管（１２）、（１３）の開通に戻し、それによりメインタンク（１７）からエンジンへの軽油吸引供給を遮断し、それに代え混合タンク（１５）から管（１３）、（１２）を経てエンジンへの軽油とバイオ燃料（約５％）との混合燃料の吸引供給に切換える。

凍結防止装置
寒冷時にバイオ燃料及び混合燃料の凍結を防止する装置について次に説明する。図１において、上記吐出管（１１）に接続された元管（２０）から上記電磁弁（Ｂ）を介して分岐された加温用戻し管（２２）の先端を、上記計量器（３０）内に貫通された計量器加温管（４１）の一端に接続し、該加温管（４１）の他端に接続された加温用戻し管（４２）の先端を、フィルター（３１）内に貫通されたフィルター加温管（４３）の一端に接続し、該加温管（４３）の他端に接続された加温用戻し管（４４）の先端を、バイオ燃料タンク（２５）内に貫通されたバイオ燃料タンク加温管（４５）の一端に接続し、該加温管（４５）の他端に接続された加温用戻し管（４６）の先端を上記混合タンク（１５）内に貫通された混合タンク加温管（４７）の一端に接続し、該加温管（４７）の他端に接続された加温用戻し管（４８）の先端を上記戻り燃料元管（２１）に接続し、該元管（２１）から電磁弁（Ｃ）、混合タンク戻り管（２３）を経て混合タンク（１５）内に戻される。

上記混合タンク（１５）の外側に外気温センサーを設置し、外気温が混合燃料の凍結可能温度以下に低下したとき、それを感知して上記電磁弁（Ｂ）に信号を送って管（２０）、（２２）の開通に切換え、それにより吐出管（１１）から吐出される余熱を有する余剰燃料を元管（２０）、電磁弁（Ｂ）、戻し管（２２）、（４２）、（４４）、（４６）を経て加温管（４１）、（４３）、（４５）、（４７）に流通される間に余熱により各計量器（３０）、フィルター（３１）、タンク（２５）、（１５）内のバイオ燃料及び混合燃料を加温して凍結を防止する。

極寒時の長期停車対策
次に、極寒の地域において、エンジンを停止したまま長時間寒気中に置く場合の安全対策について説明する。長時間寒気中に放置すると、元管（１２）、吸入管（４）、エンジン系内の管等のパイプラインに残存する混合燃料は凍結してしまうので、エンジン停止前にこれを除く必要がある。

そこで、運転席に電磁弁（Ａ）切換用自己保持型モニタースイッチ及びタイマーを設置し、又、混合タンク（１５）の混合燃料中に、電磁弁（Ｃ）切換用の混合燃料温度センサーを挿入しておき、エンジンを停止する前に、上記モニタースイッチをＯＮにし、その信号により電磁弁（Ａ）を管（１２）、（１４）の開通に切換え、その状態を自己保持させると共に、上記タイマーに設定時間約１分〜２分のカウントを開始させ、その間に上記パイプラインに残存する混合燃料をエンジンで消費させる。設定時間約１分〜２分を経過したとき、その信号によりエンジンのイグニッション電気回路を遮断し、エンジンを停止させる。これで、次のエンジン始動は、軽油駆動の態勢となる。

寒気中で長時間経過後は、バイオ燃料タンク（２５）、フィルター（３１）、計量器（３０）内のバイオ燃料、及び混合タンク（１５）内の混合燃料は凍結しており、それに応じて混合タンク（１５）内の上記燃料温度センサーが電磁弁（Ｃ）を管（２１）、（２４）の開通に切換え、又混合タンク（１５）外側の上記外気温センサーも電磁弁（Ｂ）を管（２０）、（２２）の開通に切換えており、その状態でエンジンを始動すると、メインタンク（１７）の軽油が管（１４）、電磁弁（Ａ）、管（１２）を経てエンジンに吸引供給されると共に、吐出管（１１）から吐出される余熱を有する余剰軽油が管（２０）、電磁弁（Ｂ）、管（２２）、加温管（４１）、管（４２）、加温管（４３）、管（４４）、加温管（４５）、管（４６）、加温管（４７）に流通して凍結したバイオ燃料及び混合燃料の加温を開始する。混合タンク（１５）を加温した余剰軽油は管（４８）、（２１）、電磁弁（Ｃ）、管（２４）を経てメインタンク（１７）に戻される。

混合タンク（１５）内の混合燃料が凍結のおそれのない温度に上昇したら、上記モニタースイッチを解除して電磁弁（Ａ）を管（１２）、（１３）の開通に戻し、又上記燃料温度センサーの信号により電磁弁（Ｃ）を管（２１）、（２３）の開通に戻し、さらに混合タンク（１５）外側の外気温が混合燃料の凍結のおそれのない温度に上昇したら、上記外気温センサーがそれを感知して電磁弁（Ｂ）を管（２０）、（２１）の開通に戻し、それにより混合燃料の供給態勢に戻す。

そこで、エンジンを始動すると、混合タンク（１５）の混合燃料が管（１３）、電磁弁（Ａ）、管（１２）を経てエンジンに吸引供給され、又吐出管（１１）から吐出される余剰混合燃料は管（２０）、電磁弁（Ｂ）、管（２１）、電磁弁（Ｃ）、管（２３）を経て混合タンク（１５）に戻される。

混合燃料の温度上昇防止装置
夏期等の気温の高い時季に必要となる混合燃料冷却装置について説明する。図１に示す例は、フィンつき冷却管（４９）を戻り燃料元管（２１）の途中に接続し、吐出管（１１）から吐出される余熱を有する余剰燃料を電磁弁（Ｂ）で分岐される元管（２１）を経てフィンつき冷却管（４９）に通して冷却を行い、冷却した燃料は電磁弁（Ｃ）、管（２３）を経て混合タンク（１５）内に戻される。

冷却管の他の例として、上記冷却管に冷却空気又は冷却水を作用させる空冷装置又は水冷装置つきの冷却管も使用される。その場合、冷却管に常時空冷装置又は水冷装置から冷却空気又は冷却水を作用させるもの、及び冷却管に必要時に空冷装置又は水冷装置から冷却空気又は冷却水を作用させるものがある。

図３において、（５０）は混合燃料油面に浮かべた落し蓋で、波立ち防止及び酸化防止に役立つ。

１ディーゼルエンジン系
４燃料吸入管
１１燃料吐出管
１３混合燃料供給管
１４軽油供給管
１５混合タンク
１７メインタンク
２３混合タンク戻し管
２４メインタンク戻し管
４１計量器加温管
４３フィルター加温管
４５バイオ燃料タンク加温管
４７混合タンク加温管

Claims

エンジン９つき運輸機に、石油系燃料入りメインタンク１７、バイオ燃料入りバイオ燃料タンク２５、及び上記石油系燃料とバイオ燃料が定量的に供給され、それらを混合する混合タンク１５を搭載し、上記エンジン９から、燃料をエンジン９に供給すべく、フィードポンプ２にて吸引圧を付与された燃料吸入管４と、余剰燃料を外部へ送出すべく、フィードポンプ２にて吐出圧を付与された戻り燃料吐出管１１とをそれぞれ延出し、上記燃料吸入管４に、上記混合タンク１５の混合燃料を吸引圧によりエンジン９に供給するための混合燃料供給管１３と、上記メインタンク１７の石油系燃料を吸引圧によりエンジン９に供給するための石油系燃料供給管１４とを、三方電磁弁Ａを介して切換自在に接続し、上記吐出管１１に接続された元管２０から電磁弁Ｂを介して分岐された加温用戻し管２２の先端を、計量器３０内に貫通された計量器加温管４１の一端に接続し、該加温管４１の他端に接続された加温用戻し管４２の先端を、フィルター３１内に貫通されたフィルター加温管４３の一端に接続し、該加温管４３の他端に接続された加温用戻し管４４の先端を、バイオ燃料タンク２５内に貫通されたバイオ燃料タンク加温管４５の一端に接続し、該加温管４５の他端に接続された加温用戻し管４６の先端を上記混合タンク１５内に貫通された混合タンク加温管４７の一端に接続し、該加温管４７の他端に接続された加温用戻し管４８の先端を戻り燃料元管２１に接続し、戻り燃料元管２１は、上記混合タンク１５又はメインタンク１７に選択的に上記戻り燃料を吐出圧により直接戻す戻り戻し管２３と戻し管２４とに三方電磁弁Ｃを介して切換自在に接続した運輸機搭載式石油系燃料・バイオ燃料混合供給装置。