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高品質のCNG燃料システム部品を調達する

高パフォーマンスの圧縮天然ガス燃料システム部品を調達する

2020年10月6日 | Paul Hargrave、輸送市場マネジャー、スウェージロック社/Charles Hayes、新製品開発主席エンジニア、スウェージロック

世界的 にも 各地域 においてもクリーン・エアー政策が厳しくなっている昨今、有望な代替燃料として利用が拡大しているのが圧縮天然ガス(CNG)です。世界の一部の地域では、強力なインセンティブ・プログラムが導入されていることもあり、CNGの大型装置ならびにこの技術を実現する上で欠かせない給油インフラの開発が急ピッチで進められています。バスや長距離トラックといった車両によるディーゼル燃料の使用量を削減することができれば、世界の排出ガス量を大きく削減できる可能性があり、規制当局やOEMの関心を集めています。

その一方で、車両オーナー自身も持続可能な車両の成長を認めており、中型/大型の代替燃料車のすべてのカテゴリーにおいて、CNG燃料の使用量が増加しています。『The State of Sustainable Fleets, 2019-2020』1 によれば、車両オーナーの83%が、すべての車両タイプにおいて、クリーン車両の採用が増えると予想しています。同報告書によると、初期の頃からのクリーン車両採用者の最大の関心事は、車両の持続可能性、次いでクリーン車両が生み出す潜在的なコスト面でのメリットであることも明らかになっています。

重要なのは、技術が成熟するにつれ、CNG燃料システムはゆるぎない信頼性と安全性を提供することが求められているということです。例えば、世界各地の公共交通機関の利用者は、CNG燃料バスが他の燃料を使用する車両と同レベルの走行時間と信頼性を提供することを期待するのは当然のことでしょう。

このような理由から、CNG部品と燃料システムは高品質であることが必須で、CNG車の新たな需要を取り込もうとするのであれば、OEMは高品質の部品を効率的に調達する必要があります。こういった要因を考慮しつつ、高品質のCNG車の部品を設計、構築、指定する際に考慮すべき点を紹介します:

オペレーション上の課題に取り組む

CNG装置は、継手、逆止弁、アイソレーション用バルブなど、さまざまな流体システム部品を使用して、貯蔵タンクからエンジンにガスを供給しています。同様に、エンド・ユーザーが利用する給油所でも、同タイプの部品を使用して、大型の貯蔵ユニットをディスペンサー・ポイントに接続しています[車充填用の圧力を250 bar(約25 MPa)まで上昇させるコンプレッサー・ステーションを含む)。

これらの部品はすべて、実世界におけるさまざまなオペレーション上の課題に対処することが求められます。課題の例:

高い圧力: CNGを貯蔵する際は4000 psi(約27.5 MPa)を超える圧力で圧縮するため、すべての部品が漏れを生じることなく高い圧力に対応できることが重要です。中でも重要なのが安全性で、CNGが漏れると非常に危険なためです。特に給油所では、日常的にエンド・ユーザーが車両に給油するため、絶対に不具合が生じないようにすることが求められます。よって高品質の部品が必要になるのは言うまでもありません。

熱力学上の課題: 稼働中のCNGアプリケーションにも、熱力学上の課題があります。CNGを高圧の貯蔵タンクからエンジンに供給する際に圧力が下がって膨張し、ジュール・トムソン効果によりガス温度が大きく低下します。というわけで、すべてのシステム部品がこのような温度変化に対応することが求められます。ゴムやエラストマー製のシールはもちろん、金属製のバルブや継手も例外ではありません。低品質の材料を使用していると、温度変動によって膨張や収縮が発生し、漏れなどの不具合につながるおそれがあります。

化学的な適合性: CNGシステムのエラストマー製部品は、信頼性の高いオペレーションを実現する鍵となるため、材料を選定する際は、化学的な適合性を考慮する必要があります。例えば、エチレン・プロピレンは低温では良好なパフォーマンスを発揮しますが、特にCNGに存在する可能性が高い炭化水素とは、化学的な適合性が無いことに注意してください。

絶え間ない振動: CNGアプリケーションの継手や接続部は、車両が走行する際に絶え間なく生じる振動にも耐えることが求められます。よって、耐振性に優れた継手を入手することが重要です。そこで、 メカニカル・グリップ構造の継手 を選定することをお勧めします。この継手は、2個のフェルールを使用してチューブのグリップとシールの形成を行うため、絶え間ない振動にさらされたとしても、漏れや抜けが生じるおそれを低減します。

路上で生じる腐食: CNG自体が金属の腐食問題につながることはほぼありませんが、車両のシステム部品は、環境要因に対処しなければなりません。例えば、冬季に凍結防止剤を散布した道路を走行すると、耐食性が低いシステム部品に不具合が生じるおそれがあります。ニッケルやクロムの含有量が少ない低品質のステンレス鋼の場合、このような腐食の影響が起きやすくなります。

こういったオペレーション上の課題に対処するには、適切な合金から製造した高品質の部品を使用し、信頼性の高いパフォーマンス、耐食性、漏れの排除を実現することが欠かせません。メーカーは、アプリケーションの課題と適用可能な材料科学および製品の考慮事項を十分に理解した上で、適切な部品を探す必要があるでしょう。

スウェージロックが先進的な燃料システムの開発に貢献した事例を見る

高品質の部品を調達する際の注意点

CNG市場の競争が激化する昨今、他に後れを取らないようにするなら、高品質な製品だけでは十分とはいえません。OEMには、適切なサプライヤーから調達する能力が求められるようになってきています。適切なサプライヤーから調達することによるメリット:

信頼性の高い供給による製造効率: CNGのOEMが生産スケジュールを維持するには、ジャスト・イン・タイムの納入が欠かせません。重要な部品の現地在庫を提供でき、生産ニーズを理解してくれるサプライヤーであれば、効率向上にもつながります。

容易かつ大量に生産することが可能: トルクで組み立て可能な高品質の継手であれば、漏れのないCNGシステム接続を迅速に行うことが可能です。サプライヤーによっては、個々の部品だけでなく、 既製のシステム を提供しています。このようなシステムを使用すれば、CNG燃料システムには欠かせないチューブの曲げや接続といった煩雑な作業を削減することができます。例えば、十分にテストを行った既製のバルブ・パネルを調達することで、OEMによる作業時間を短縮することができます。

材料科学に関する経験: 信頼できるサプライヤーは、妥協のないパフォーマンスの鍵となるエラストマーの化学的適合性に加えて、冶金学と合金の配合に関する知識に裏打ちされた高品質の材料部品を提供する能力が求められます。

OEMがCNGを動力源とする装置の可能性を追求し続ける中、設計業者やメーカーにおいては、最高品質の部品に加えて、この種のサービスやサポートを提供できるサプライヤーを探すことをお勧めします。

スウェージロックは、信頼性の高いCNG燃料システムとインフラを実現するべく、皆さまをサポートいたします。詳細につきましては、最寄りのスウェージロック指定販売会社までお問い合わせください。

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1 The State of Sustainable Fleets,” Gladstein, Neandross, & Associates, 2020.

 

ポール・ハーグレイブは、スウェージロックの輸送マーケット・マネジャーです。燃料や産業用流体システム・エンジニアリングの分野で豊富な経験を持ち、スウェージロック社では23年以上にわたって、さまざまなプロジェクトを率いています。

チャック・ヘイズは、スウェージロックの主席エンジニアです。スウェージロックに30年近く勤める中で、長きにわたって新製品の技術や開発の陣頭指揮を執り、さまざまな業界のお客さまをサポートしています。

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