JPH0221431B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は２種の燃料油を希望混合比に自動混合
制御する方法、更に詳しくは、混合前に油温に実
質的な温度差のある一方が粗悪油（例えばＣ重
油）、他方が良質な燃料油（例えばＡ重油）を所
望の温度勾配及び比率で混合し、又は良質な燃料
油で始動後徐々に粗悪油に切替えて行き連続的に
デイーゼル機関、ガスタービン、ボイラー等の燃
料として供給するための燃料油の混合方法に関す
る。 （従来の技術） 船舶デイーゼル機関、ボイラー等の此種燃料油
の混合方法は、第１図ａ〜ｃに図示せるものがあ
り、このうちａは燃料油Ａ，Ｂの供給管路１，２
の途中にストレイナ３，３を介して定量ポンプ
４，５を配したもの（符号１０はチエツクバル
ブ）、ｂは同管路１，２に流量発信器６，７を設
け、発信器６，７からのパルスを調節計８に入力
してそこよりのアウトプツトによつて一方の管路
１に配した流量調節弁９を制御して２油Ａ，Ｂを
所定の混合比に制御するもの（なお、符号３はス
トレイナ、１０はチエツクバルブを示す）、ｃは
可変速モータ１１，１１を含む可変速ポンプ１
２，１２によつて混合するものである。デイーゼ
ル機関、ガスタービン等の燃料噴射系統は極めて
精密な構造を有しており、燃料油温度の急激な変
動は一般にサーマルシヨツクと呼ばれる焼付事故
を招くことはよく知られている。従つて、混合の
際の混合速度に関しては、急激な温度上昇を避け
るべく経験と勘によつて、上記混合方法によつて
制御していた。燃料油の切替は混合比率の極端な
例であつて、燃料油Ａを100％、燃料油Ｂを０％
使用している状況から通常の混合過程を経て燃料
油Ａを０％、燃料油Ｂを100％の使用状況に混合
状況を変化させる場合である。 （発明が解決しようとする問題点） 従来技術ａ〜ｃに於て、定量ポンプ４，５、流
量発信器６，７、流量調整弁９及び可変速ポンプ
１１，１１はいずれもコスト高である上に保守・
点検が面倒である欠点を備えている。 従来２種の燃料油Ａ，Ｂを自動混合する場合に
流量（容積流）が不可避の制御フアクタとして採
り上げることは第１図ａ，ｂ，ｃにもみられるよ
うに慣用されてきた所であるが、流量測定機器、
制御機器を用いる時、一定の検出制度を補償する
ために流量範囲が限定されることも良く知られて
いる所であり、次にこれら機器は接油部に回転
体，可動部もしくはオリイフイスを備えており、
それ故に油の密度，粘度，管内流速等により誤差
が必然発生し、殊に低流域に於てはその誤差が大
きくなる。そのため長期の連続使用によつて生ま
れる誤差範囲は無視できないものになり、更にこ
れら機器は大きな圧力損失を余儀なくされ之等の
メンテナンスから云つても著しく不利でありま
す。従つて、流量と云うフアクタを含まない混合
制御が望まれていた。 又、燃料費の削減による使用燃料の低質化傾向
及び高精度化した燃料の噴射条件上の制約から、
低質燃料油の供給温度は上昇の一方で120℃〜140
℃に加熱されると共に、他方良質燃料油は粘度も
低く揮発分が多いため常温25℃〜40℃で保存され
機関に供給されることになつており、機関の運転
管理上の問題から起動時は良質な燃料油を使用し
て起動し、暖期後適時低質燃料油に切替え連続運
転に入り、機関停止前には再び良質燃料油に切替
えている。これら切替操作は、上述の如く２つの
燃料油の温度差が大きいため急速に行なうとサー
マルシヨツクを起しやすく経験と勘を必要として
おり、機関の自動運転上の障害になつていた。 （問題点を解決するための手段） 本発明ではこうした２油Ａ，Ｂが一般に混合前
の供給時の油温に差があるのに着目し、両者の温
度差を利用して所望の温度勾配でもつて所望の混
合比となるよう自動混合制御するものであり、更
に詳しくは、混合前に油温に実質的な温度差のあ
る２つの燃料油を所望の温度勾配をもつて所望の
混合比となるよう自動混合制御する方法であつ
て、両者燃料油Ａ，Ｂの夫々の実測温度をTA，
TB、両燃料油Ａ，Ｂの制御目標値である希望混
合比（百分率）を夫々MA，MB、この混合比
MA：MB下に於ける混合油の理論上の油温を
TMとし、次の式 MA／MB＝TB−TM／TM−TA …… より展開される TM＝MA・TA＋MB・TB／MA＋MB （但し、MA＋MB＝100） …… を満足するTMと、 混合開始から前記希望混合比となる迄の時間を
Δt、希望温度勾配をａとし、次の式 ａ＝TM−TA／Δt若しくはａ＝TM−TB／Δt …… より展開される Δt＝TM−TA／ａ若しくはΔt＝TM−TB／ａ …… を満足するΔtとを、前記実測温度TA，TB、希
望混合比MA，MB及び希望温度勾配をａをレイ
シヨコントローラの演算部に入力することによつ
て夫々演算し、このTM及び混合時間Δtを該レイ
シヨコントローラの調節部へ基準入力信号として
入力すると共に該調節部へ混合油の実測温度
TM′を補償入力信号として併せて入力し、当該
調節部よりの出力信号を操作部へ入力して混合弁
の弁開速度及び設定弁開度を制御するようにした
燃料油の混合方法である。粗悪油Ｂ（例えばＣ重
油）は粘度が50℃に於て180〜350センチストーク
スと高いため、通常貯蔵タンクでは70〜85℃に加
熱されており、更に機関への供給のために120℃
〜140℃に加熱されている。一方、良質油Ａ（例え
ばＡ重油）は粘度が低く揮発分が幾分残存してい
ることもあつて安全確保のために貯蔵タンクに於
ては常温20〜45℃に保たれ且つ機関に供給される
のが一般である。従つて、機関に供給される際、
両者の間には75〜120℃の温度差がある。この温
度差と混合比（割合）との関係を第２図に従つて
説明する。同図に於てＸ軸にはＡ油とＢ油の混合
比（百分率）を、Ｙ軸には燃料油温度を夫々とつ
てある。Ａ油としては良質油を、Ｂ油としては粗
悪油を例に採る。混合前のＡ油の油温をTA，Ｂ
油のそれをTB，両油を所望の混合比MA，MB
とした時の混合油の油温をTM，TAを含む水平
線と垂線Y′の交点をtA，TMを含む水平線と垂
線Y′との交点をtM，TMを含む垂線と、上記TA
を含む水平線との交点tAMと夫々すると、
ΔTB・TA・tA，ΔTB・TM・tM及びΔTM・
TA・tAMは夫々互いに相似の直角三角形とな
る。 従つて、ΔTB・TA・tAとΔTB・TM・tMに
於て、 TB−TA／MB＋MA＝TB−TM／MA ∴MA＝（MB＋MA）（TB−TM）／TB−TA ΔTB・TA・tAとΔTM・TA・tAMに於て、 TB−TA／MB＋MA＝TM−TA／MB ∴MB＝（MB＋MA）（TM−TA）／TB−TA 両油Ａ，Ｂの混合比 MA／MB＝（MB＋MA）（TB−TM）／TB―TA／（MB＋MA）（
TM−TA）／TB−TA ＝TB−TA／TM−TA …… が得られる。 こゝより上記制御目標値である温度勾配ａ、混
合比MA，MBの自動制御を行なうにあたり、両
燃料油Ａ，Ｂの温度TA，TBを検出し、レイシ
ヨコントローラ内の演算部に於て、上式を満足
するTMを演算させ 且つ ａ＝TM−TA／Δt若しくはａ＝TM−TB／Δt …… を満足するΔtを演算させ、その演算結果をレイ
シヨコントローラ内部の調節部への基準入力と
し、制御量の混合比は混合油の実測温度TM′を
検出し、これを上記調節部にフイードバツクさせ
混合比の自動制御を達成することが出来る。第２
図に於てＡ油の油温が、TA1に変つた時は新し
い混合油の油温TM1となるが、この場合は式
中のTMをTM1に代替すればよい。上記演算に
於て、制御用標準値であるTMは式より展開し
た下記式に従つて実際温度値として求められ
る。 TM＝MA・TA＋MB・TB／MA＋MB （但し、MA＋MB＝100） …… 又、同じく制御用標準値であるΔtは式より
展開した下記式に従つて具体的時間として求め
られる。 上記理論に従つた本発明実施のための具体的構
成を第３図について述べる。第３図に於て、Ａ重
油は20〜45℃の常温で貯蔵されているサービスタ
ンク（不図示）よりポンプPAによつて、又Ｃ重
油は70〜85℃の高温で貯蔵されているサービスタ
ンク（不図示）よりヘツドでエアーセパレータ
ASに供給され、ポンプPBによつて昇圧されてヒ
ータＨで更に120〜140℃に加熱されて夫々三方混
合弁V3に供給される。V1，V2，V4は逆止弁、
VSは切換弁、S1，S2，S3は夫々Ａ油，Ｂ油，混
合油Ａ，Ｂの温度センサー、C1，C2，C3は夫々
Ａ油，Ｂ油，混合油の温度変換器、RCはレイシ
ヨコントローラ（温度勾配設定器R1＋演算部R2
＋調節部R3）、Poは操作部（の制御機器）として
の電・空ポジシヨナ、V3は操作部の三方混合弁、
MXはミキシングチヤンバ、Puは供給ポンプ、
Ｄはデイーゼル機関を示す。なお、センサS1，
S2，S3の検知温度信号のうちTA，TBはレイシ
ヨコントローラRCの演算部R2に、TM′は同調節
部R3に夫々入力されている。 （作用） 上記構成によつて、センサS1，S2で検知され
たＡ油，Ｂ油の実測温度TA，TBはレイシヨコ
ントローラRCの演算部Ｒ２に於て、 TM＝MA・TA＋MB・TB／MA＋MB の演算を行い、且つ温度勾配設定器R1に設定さ
れた設定値ａは同じく演算部R2に於て、 Δt＝TM−TA／ａ若しくはΔt＝TM−TB／ａ の演算を行い、その演算結果を調節部R3への基
準入力値とする。調節部R3の出力信号は電・空
ポジシヨナPoに入力され、操作部の三方混合弁
V3の弁開度速度と設定弁開度を調節する。この
結果Ａ油，Ｂ油の混合比MA，MBと該混合比に
到達する迄の温度勾配ａとを制御する。この場
合、混合油Ａ，Ｂの実際の油温TM′は温度セン
サS3によつて検知されてレイシヨコントローラ
RCの調節部R3にフイードバツクされている。該
調節部に於て、基準入力TMを補償し最終制御目
標値であるMA，MBの制御を達成する。 （実施例 ） 第３図の装置に於て、Ａ油はＡ重油で常温（エ
ンジンルーム内）のTA＝40℃，Ｂ油がＣ重油で
ヒータＨによつてTB＝120℃に加熱された状態
で、デイーゼル機関ＤをＡ油で起動し暖機運転
後、Ｂ油に切替え連続運転に入る場合について説
明する。前述したように２つの油の切替えは混合
方法の一態様に過ぎず、MA＝100，MB＝０の
Ａ重油からMA＝０，MB＝100のＢ重油運転に
変更する場合であり、40℃のＡ重油運転から120
℃のＢ重油運転に切替えるものである。２つの燃
料油の温度差は80℃在り、これを瞬間的に切替え
る事は極めて危険である。一般に１分間に６℃以
上の温度上昇は燃料噴射系のサーマルシヨツクを
防ぐ上で避けた方がよいとされている。いま温度
上昇率を毎分５℃以内におさえるために温度勾配
設定器R1にａ＝５（℃／分）を設定しておくと
式によつて計算される切替時間Δtが演算部R2か
ら調節部R3へTM＝TBと共に設定入力される。
即ち、Δt＝120−40／５＝16（分）の時間内に徐々に 第４図に示すようにリニアにＡ重油からＣ重油へ
切替えが行なわれることになる。切替え開始当初
は、ミキシングチヤンバMX内はＡ重油の状態で
あるが、デイーゼル機関Ｄに消費されて行き、残
りの戻り油は切換弁VSからミキシングチヤンバ
MXに戻り、そこで三方混合弁V3からの混合油
の補給を受けて機関Ｄに混合燃料を供給して行
く。三方混合弁V3からの混合油は、前記時間Δt
内に切替えが完了しＣ重油100％になる。この時
点で切換弁V5はミキシングチヤンバMXからエ
アーセパレータASに開通し、残余の戻り油をエ
アーセパレータASに戻しＣ重油による連続運転
状態に切替えが完了する。 機関停止前、Ｃ重油からＡ重油に切替える操作
においても同様に、MA＝100，MB＝０，ａ＝
５をレイシヨンコントローラRCに設定する。切
替スタート時に於いてはエアーセパレータASに
開通していた切換弁V5をミキシングチヤンバ
MXに開通するように切換え、戻り油はミキシン
グチヤンバMXに戻す。三方混合弁V3によつて
温度勾配ａをもつたままＣ重油からＡ重油へ徐々
に混合割合が変化し、一定時間Δt内にＡ重油へ
切替えが行なわれる。 （実施例 ） 第３図の装置に於て、Ａ油をＡ重油でTA＝40
℃、Ｂ油がＣ重油でTB＝80℃、MA＝40（％）、
MB＝60（％）、ａ＝５（℃／分）と設定すると、
レイシヨコントローラRCの演算部R2に於て式
と式 TM＝MA・TA＋MB・TB／MA＋MB ＝（40×40）＋（60×80）／100＝64（℃） Δt＝TM−TA／ａ＝64−40／５＝4.8（分） が演算され、TM64℃を基準信号として調節部
R3に入力する。調節部R3の出力信号に応じて操
作部の三方混合弁V3の弁開度及び弁開速度が調
節され、両油は4.8分の間にＡ油40（％）、Ｂ油60
（％）の割合で混合される。そして実際の混合油
温TM′がレイシヨコントローラRCの調節部にフ
イードバツクされ、64℃に制御を効かすことによ
りMA／MB＝40／60の連続混合が達成される。 即ち、時間の経過に従い、混合油の温度は切替
時間Δt＝4.8分の間に次のように変化すると共に
それに対応するように混合比率も変化する。この
一連の経過を表示すると下記の通りになる。

【表】 （実施例 ） 次に混合比MA：MB＝40：60の混合油、混合
油温度TM＝64℃で運転中Ａ油に切替え操作を行
い機関停止をしようとする場合について説明す
る。 式の第２番目の式 ａ＝TM−TB／Δt……において、TMはΔt時間経 過後のTMの値即ち、40℃、TBは切替直前の混
合油の温度64℃と見なすことができるので、機関
起動時の切替時間Δt＝4.8分をそれぞれ上式に代
入すると、 ａ＝40−64／4.8＝−５ 即ち、機関停止の際の切替動作さは−５℃／分
の温度勾配をもつて温度降下をすると共にそれに
追従して、混合比も直線的に変化をし4.8分後に
はMA＝100、MB＝０に到達することになる。
この一連の経過を表にすれば下記の通りになる。

【表】 （発明の効果） 本発明は叙述した所から理解されるように、Ａ
油，Ｂ油の両者間に存在する温度差を利用して、
両油Ａ，Ｂの混合比を所定の温度勾配でもつて自
動混合制御するものであつて、たとえ温度差の大
きい２つの燃料油の混合、切替えにおいても完全
に制御し、サーマルシヨツクを防止し得、更に燃
料油の混合、切替えの自動化を可能にし運転管理
者にかかる負担を軽減するのみならず機関全体を
含めたプラントとしての安全性と信頼性を著しく
高めるものである。流量発信器、流量調整弁、可
変速ポンプを不要とし、温度勾配設定器を含むレ
イシヨコントローラ、ポジイシヨナと普通の弁類
を用いればよいので、発明実施の装置コストを低
減し、且つ保守・点検も簡略化され得ると云う優
れた利益が得られる。 従つて、本発明は粗悪油と良質油との混合はも
とより、この他温度差のある２つの液体燃料の混
合についても広く適用され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは従来の燃料油の混合方法の
説明図、第２図は本発明の原理となる燃料油温度
―混合比の特性図、第３図は本発明の実施する装
置図、第４図は温度勾配線図を夫々示す。 符号の説明、Ａ，Ｂ…燃料油、TA，TB…実
測温度、MA，MB…希望混合比、TM…基準入
力、ａ…温度勾配、Δt…混合時間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 混合前に油温に実質的な温度差のある２つの
   燃料油を所望の温度勾配をもつて所望の混合比と
   なるよう自動混合制御する方法であつて、両者燃
   料油Ａ，Ｂの夫々の実測温度TA，TB、両燃料
   油Ａ，Ｂの制御目標値である希望混合比（百分
   率）を夫々MA，MB、この混合比MA：MB下
   に於ける混合油の理論上の油温をTMとし、次の
   式 MA／MB＝TB−TM／TM−TA …… より展開される TM＝MA・TA＋MB・TB／MA＋MB （但し、MA＋MB＝100） …… を満足するTMと、 混合開始から前記希望混合比となる迄の時間を
   Δt、希望温度勾配をａとし、次の式 ａ＝TM−TA／Δt若しくはａ＝TM−TB／Δt …… より展開される ΔtTM−TA／ａ若しくはΔt＝TM−TB／ａ…… を満足するΔtとを、前記実測温度TA，TB、希
   望混合比MA，MB及び希望温度勾配をａをレイ
   シヨコントローラの演算部に入力することによつ
   て夫々演算し、このTM及び混合時間Δtを該レイ
   シヨコントローラの調節部へ基準入力信号として
   入力すると共に該調節部へ混合油の実測温度
   TM′を補償入力信号として併せて入力し、当該
   調節部よりの出力信号を操作部へ入力して混合弁
   の弁開速度及び設定弁開度を制御するようにした
   燃料油の混合方法。 ２ 操作部が電・空ポジシヨナである特許請求の
   範囲第１項記載の混合方法。 ３ 燃料油ＡがＡ重油，燃料油ＢがＣ重油であ
   り、TA20〜45℃，TB120〜140℃である特許請
   求の範囲第１項もしくは第２項記載の混合方法。 ４ 混合時の温度勾配ａが、５℃／分以下である
   特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項記
   載の混合方法。