KR100717494B1 - 유류 출하 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 유류를 출하하기 위한 유류 출하 시스템으로서, 유류를 공급하기 위한 배관(60); 상기 배관(60)에 설치되고 유류가 지나가는 면적이 조절될 수 있는 조작 밸브(40); 상기 유류가 지나가는 면적을 조절하기 위하여 상기 조작 밸브(40)에 연결된 솔레노이드 밸브(20); 상기 배관(60)으로 지나가는 유류의 유량을 측정하기 위한 유량계(30); 및 상기 유량계(30)의 유량을 측정하여, 상기 유량계(30)를 통해 측정된 유량에 따라 상기 조작 밸브(40)를 제어하여 상기 배관(60)으로 유류가 지나가는 면적을 조절함으로써 상기 배관(60)을 지나가는 유류의 양을 조절할 수 있는 출하 제어기(10);가 포함되는 것을 특징으로 하는 유류 출하 시스템이 제공된다.

상기와 같은 본 발명을 활용하면 저유소에서 정해진 설정량의 유류를 유조차량에 적재하는 육상자동출하시스템에서 설정량에 대한 정량 출하가 가능해지는 효과가 있다.

유류 출하, 밸브, 저유소

Description

유류 출하 시스템{Oil shipping system}

도 1 은 종래의 다단계 출하 제어 방법을 적용한 이론적인 유속/출하량 관계도이다.

도 2는 도 1에 따른 다단계 출하 제어 방법을 적용하여 실제 출하를 실시하였을 때의 유속/출하량 관계도 이다.

도 3 은 종래의 2단계 출하 제어 방법을 적용한 이론적인 유속/출하량 관계도이다.

도 4는 도 3에 따른 2단계 출하 제어 방법을 적용하여 실제 출하를 실시하였을 때의 유속/출하량 관계도 이다.

도 5는 본 발명에 따른 유류 출하 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 6는 본 발명에 따른 유류 출하 시스템의 출하 방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 7는 본 발명에 적용된 밸브 개방 정도/유량/출하량 관계도이다.

도 8은 본 발명에 적용된 유량과 밸브 개방 시간과의 관계도이다.

본 발명은 유류 출하 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저유소(Oil receiver)에서 유류를 유조차량에 출하할 때 정해진 설정량을 정확하고 신속하게 유조차량으로 출하할 수 있는 유류 출하 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 저유소에서 유조차량에 유류를 적재하는 유류 출하 시스템에 사용되는 유류 출하 제어 방법에서는, 유조차량에 유류를 적재하기 위한 제어 변수로서 출하시점에서의 유체 부피 유속[LPM ; Liter Per Minute]을 사용한다.

이와 같이, 출하시점에서의 유체 부피 유속을 제어 변수로 사용하는 유류 출하 제어 방법은 크게 다단계 유류 출하 제어 방법과 2단계 유류 출하 제어 방법으로 분류된다.

상기 다단계 유류 출하 제어 방법과 2단계 유류 출하 제어 방법 중, 다단계 유류 출하 제어 방법은, 유류를 출하하기 시작한 후 최대 유속으로 유류를 출하하다가, 출하 잔량이 설정값에 도달했을 때 단계적으로 유속을 감소시켜 나감으로써 유류의 출하량을 조절하는 방법이다.

도 1에는 이와 같은 다단계 유류 출하 제어 방법에서의 유속/출하량 그래프가 도시되어 있다.

도 1을 참조하여 보다 상세히 다단계 유류 출하 제어 방법을 설명하면, 다단 계 유류 출하 제어 방법에서는 먼저 유조차량에 유류를 출하하기 시작한 후, 출하 유량을 점점 증가시켜 일정량이 출하되는 낮은 유속으로 출하를 진행한다.

그 후 출하량이 미리 설정된 값에 도달하게 되면 최대 유속으로 출하를 실시한다. 이 때 초기의 낮은 유속으로 출하하는 단계에서의 유속값은 다양하게 설정이 가능하고, 장비의 성능과 배관구조에 따라서 출하가 시작되는 즉시 최대 유속으로 출하를 실시하기도 한다.

상기와 같이 최대 유속으로 출하를 계속하던 중 출하 잔량이 설정된 값에 도달하였을 때 1단계 유속 감소 트립을 실시하여 유속을 감소시킨다.

이와 같은 유속 감소 트립을 최종 트립 설정값에 도달할 때까지 반복하여 실시한다. 이와 같이 순차적인 유속 감소 트립이 수행됨으로써 유속이 감소되고 출하 유량이 최종 설정치에 도달하면, 조작 밸브를 닫아 출하를 종료시킨다.

2단계 유류 출하 제어 방법은 다단계 유류 출하 제어와 유사한 과정으로 진행되나, 출하량을 줄여가는 단계가 2단계로 진행되는 점에서 상기 다단계 유류 출하 제어 방법과 구별된다.

도 3는 2단계 유류 출하 제어 방법에서의 유속/출하량 관계도이다.

보다 상세히, 도 3을 참조하면, 2단계 유류 출하 제어 방법의 출하 시작 단계는 다단계 출하시와 동일하게 진행되며, 소정의 시간이 경과한 후에는 최대 유속으로 출하를 진행한다.

그 후, 출하량이 설정량에 도달하면, 1단계 유속 감소 트립에서 유속을 큰 폭으로 감소시켜 낮은 유속을 일정시간 유지시킨 후 출하 잔량이 2단계 유속 감소 트립 설정값에 도달하게 되면 조작밸브를 완전히 닫아서 출하 종료를 수행한다.

그러나, 상기와 같은 다단계 유류 출하 제어 방법 및 2단계 유류 출하 제어방법은 이론적인 출하 과정을 실제로 적용하는 과정에서 편차를 발생시킨다. 도 2 및 도 4는 기존의 다단계 유류 출하 제어 방식과 2단계 유류 출하 제어 방식을 적용하여 실제 출하를 실시하였을 경우 유속/출하량의 관계도이다.

도 2 및 도 4를 참조하여 실제로 적용되는 경우에서의 편차에 대하여 설명하면, 유속을 제어 변수로 사용하는 상기 다단계 및 2단계 제어 방식은, 산업 현장에서 가장 많이 사용하는 비례-적분-미분제어 (PID Control)를 사용하여 유량을 조절하기 때문에, 현재 관을 통과하는 유류의 유속을 입력 받아 조작밸브의 개폐 정도를 조절하는 과정에서 잔류편차(Offset Hunting)가 발생하게 된다.

예를 들어, 유속을 2000 LPM 에서 1500 LPM으로 변환시키기 위하여 조작밸브에 작동 명령을 내렸을 때 한번에 유속이 감소되는 것이 아니라 목표값 근처에서 유동이 발생하고, 목표 유속에 도달하기 위하여 반복적으로 조작밸브 개방 정도를 변경된 후 원하는 유속에 도달된다.

이에 따라 목표 출하량(도 1 및 도 3 참조)과 실제 출하량(도 2 및 도 4 참조)이 잔류 편차에 의해 달라지게 된다.

이와 같은 잔류 편차는 정확한 출하량의 조절을 어렵게 한다. 또한 출하 종료 단계에서의 잔류 편차는 원하는 순간에 정확하게 밸브를 닫는 것을 어렵게 하였다.

이에 따라, 기존의 유체속도 기반 제어 방식을 사용하여 유류의 출하를 수행 할 경우, 출하량에 있어서 최대 5리터 내외의 오차가 발생하게 되고, 이 때문에 저유소의 운영손실이 발생한다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 다단계 및 2단계 제어 방식에서는, 비례-적분-미분제어 (PID Control)를 수행하는 과정에서 조작밸브 개폐를 위한 전기, 압축공기 등의 소모가 과다해지고, 조작밸브, 압축공기 입구 측 솔레노이드밸브, 압축 공기 출구 측 솔레노이드밸브의 작동 회수가 많아져서 장비 수명이 단축된다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 잔류 편차의 문제점을 해소하기 위하여, 잔류편차를 최소화하면서 비례-적분-미분제어 방법을 수행할 수 있는 센서가 부착되어 있는 제어 장비를 사용되기도 하지만, 이와 같은 장비는 고가이기 때문에 저유소의 설치 및 운영비용 증가시킨다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유류를 유조차량에 적재함에 있어 정해진 설정량을 정량으로 유조차량에 적재할 수 있는 유류출하시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 유류를 유조차량에 적재함에 있어 종래의 유류 출하 방식에서 발생하던 잔류 편차의 발생을 최소화함으로써 정량 출하를 가능하게 하는 유류출하 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 유류를 유조차량에 적재함에 있어, 종래의 유류 출하 방식에서 발생하던 잔류 편차의 발생을 최소화함으로써 조작밸브 개폐를 위한 전기, 압축공기 등의 소모를 줄이고, 조작밸브, 압축공기 입구 측 솔레노이드밸브, 압축 공기 출구 측 솔레노이드밸브의 작동 회수를 줄임으로써 장비의 수명을 연장시킬 수 있는 유류 출하 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유류 출하 방법은 유조 차량에 목표량의 유류를 적재하기 위한 유류 출하 방법으로서, 유류 출하를 제어하는 출하 제어기가 포함된 유류 출하 시스템에 유조 차량을 연결하는 출하 대기 단계; 작동자가 상기 출하 제어기에 출하 조건을 입력하는 출하 정보 입력 단계; 및 상기 입력된 출하 조건에 따라 상기 유류가 출하되는 배관의 개방정도를 달리하여 반복적으로 유류를 출하하는 유류 출하 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 유류 출하 조건은 유류 출하 최종 목표량, 적어도 1회 이상의 유류 출하 단계, 상기 유류 출하 단계당 배관 개방 정도 및 유류 출하 설정량 등이다.

상기 배관의 개방 정도가 달라짐에 따라 출하되는 유류의 출하 유량이 유류 출하 최종 목표량에 다다를수록 작아지는 것이 바람직하다.

상기 유류가 출하되는 배관의 개방 정도가 달라질 때마다 상기 배관을 폐쇄한 후 다시 배관을 개방하는 것이 바람직하다.

상기 유류 출하 단계는 3단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 3단계 중 1단계에서는 최대 면적으로 배관이 개방되며, 상기 유류 출하 최종 목표량의 70%이상을 유류 출하 설정량으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 3단계 중 2단계에서는 상기 배관의 최대 면적의 30% 이하로 배관이 개 방되며, 상기 유류 출하 목표량의 90%이상을 유류 출하 설정량으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 3단계 중 3단계에서는 상기 배관의 최대 면적의 5% 이하로 배관이 개방되며, 상기 유류 출하 목표량의 100%를 유류 출하 설정량으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 유류 출하 단계에서 출하되는 유류의 유속이 일정한 것이 바람직하다.

상기 반복적인 유류 출하 단계는; 배관을 완전히 개방하고, 미리 설정된 제 1 유류 출하 설정량까지 유류를 출하시키는 제 1 단계; 배관을 상기 1 단계 보다 작게 개방하고, 미리 설정된 제 2 유류 출하 설정량까지 유류를 출하시키는 제 2 단계; 베관을 상기 제 2단계 보다 작게 개방하고, 미리 설정된 최종 목표량과 인접한 제 3 유류 출하 설정량까지 출하시킴으로써 출하를 완료하는 제 3단계;로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 다른 측면으로서, 본 발명에 따른 유류 출하량 조절 방법은, 유조 차량에 유류를 적재하기 위한 유류의 출하량을 조절하기 위한 방법으로서, 유류가 출하되는 배관의 개방정도를 달리함으로써 유류 출하량이 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 배관의 개방 정도가 달라짐에 따라 출하되는 유류의 출하량이 유류 출하 최종 목표량에 다다를수록 작아지는 것이 바람직하다.

상기 유류가 출하되는 배관의 개방 정도가 달라질 때마다 상기 배관을 폐쇄한 후 다시 배관을 개방하여 유류를 출하하는 것이 바람직하다.

상기 배관을 통과하는 유류의 속도가 일정한 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 또 다른 측면으로서, 본 발명에 따른 유류를 출하하기 위한 유류 출하 시스템은, 유류를 공급하기 위한 배관; 상기 배관에 설치되고 유류가 지나가는 면적이 조절될 수 있는 조작 밸브; 상기 배관으로 지나가는 유류의 유량을 측정하기 위한 유량계; 및 상기 유량계의 유량을 측정하여, 상기 유량계를 통해 측정된 유량에 따라 조작 밸브를 제어하여 상기 배관으로 유류가 지나가는 면적을 조절함으로써 상기 배관을 지나가는 유류의 양을 조절할 수 있는 유량 제어기;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 유류가 지나가는 면적을 조절하기 위하여 상기 조작 밸브에 연결된 솔레노이드 밸브가 포함되는 것이 바람직하다.

상기 솔레노이드 밸브에 공기가 유입됨으로써 상기 조작 밸브의 유류가 지나가는 면적이 넓어지고, 상기 솔레노이드 밸브로부터 공기가 배출됨으로써 상기 조작 밸브의 유류가 지나가는 면적이 좁아지는 것이 바람직하다.

상기 배관을 통해 지나가는 유류의 속도가 일정한 것이 바람직하다.

상기 유량 제어기는, 1차로 유류가 지나는 배관의 면적을 최대로 개방하여 1차 설정량까지 유류를 공급한 후, 상기 1차 설정량까지 유류가 공급되면 유류 공급을 차단하고, 2차로 유류가 지나는 배관의 면적을 상기 최대 면적보다 작은 중간 면적으로 개방하여 2차 설정량까지 유류를 공급한 후, 상기 2차 설정량까지 유류가 공급되면 유류 공급을 차단하고, 3차로 유류가 지나는 배관의 면적을 상기 중간 면적 보다 작은 최소면적으로 개방하여 목표 설정량까지 유류를 공급한 후 목표 설정 량까지 유류가 공급되면 유류 공급을 마치도록 하는 것이 바람직하다.

상기 중간면적은 상기 배관 면적의 30%이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 최소면적은 상기 배관의 최대 면적의 5%이하인 것이 바람직하다.

상기와 같은 유류 출하 시스템, 유류 출하량 제어 방법 및 유류 출하 시스템을 사용함으로써, 저유소에서 정해진 설정량의 유류를 유조차량에 적재하는 육상자동출하시스템에서 설정량에 대한 정량 출하가 가능해진다.

또한, 상기와 같은 유류 출하 방법, 유류 출하량 제어 방법 및 유류 출하 시스템을 사용함으로써, 유류의 출하에 소요되는 출하 시간이 단축되고, 출하에 사용되는 전기 및 압축공기 등의 소모량이 감소하여 운영경비가 절감되며, 밸브 등의 동작 회수가 줄어들게 되어 장비의 사용 기간이 길어지는 장점이 있다.

이하 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 유류 출하 시스템의 제어부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 저유소 육상자동출하시스템의 출하 제어부는, 출하제어기(10), 유량계(30), 조작 밸브(40) 및 솔레노이드 밸브(20) 등으로 구성된다.

상기 출하 제어기(10)는 출하되는 유류의 출하 설정량을 입력 받고, 출하시작 및 종료 명령을 수행하며 출하 제어 로직에 따라 출하를 제어한다.

상기 유량계(30)는 상기 출하 제어기(10)의 제어에 의해 유조 차량으로 출하되는 유류의 흐름에 따라 출하되는 유류의 출하량을 표시하고 출하량을 전기적인 신호로 만들어 출하제어기(10)로 전송한다.

상기 조작 밸브(40)는, 상기 출하 제어기(10)의 제어에 따라 유류가 출하되는 배관(60)의 단면적을 변화시키기 위하여 배관(60)에 설치되며, 밸브의 개폐를 통하여 유체의 유량을 조절한다.

상기 솔레노이드 밸브(20)는 출하 제어기(10)로부터 작동 신호를 수신하여 조작밸브(40)의 개방을 제어한다.

한편, 상기 유류 출하 시스템의 출하 제어기(10)에는 출하량 및 출하상태를 표시하는 디스플레이부(70) 및 상기 디스플레이부와 함께 사용자가 출하량을 미리 설정하고 입력할 수 있는 장치와 같은 입력 장치(80)가 연결된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 유류 출하 시스템에서 유류의 출하량은 출하되는 유류의 유속을 일정하게 유지한 상태에서 출하되는 배관의 면적을 변화시킴으로써 유량을 변화시키고, 이를 통해 출하되는 출하량을 조절한다.

상기와 같은 유류 출하량 조절 방법을 사용하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유류 출하 방법에서는 3단계로 나누어 유류 출하량을 조절함으로써 정확한 유류 출하가 가능하도록 한다.

보다 상세히, 본 발명에 따른 유류 출하 방법에서는, 1차 출하시에 출하되는 배관의 출하 단면적을 최대로 하여 동일한 유속으로 목표 출하량의 70~80%의 유류를 출하한다.

그 후, 1차 출하량이 채워지면, 출하되는 배관의 출하 단면적을 최대 단면적의 30%만 개방하고 목표 출하량의 90~98%까지 2차 출하한다.

상기와 같이 2차 출하가 종료되면 다시 출하되는 배관의 출하 단면적을 최대 단면적의 5%만 개방하고 3차 출하를 수행한다.

3차 출하시에는 목표 출하량의 90%이상이 채워진 상태에서 소량의 출하만이 이루어지도록 한다. 이와 같이 최종 단계에서 소량의 출하만이 이루어지도록 함으로써 목표 출하량에 대하여 최소한의 오차를 갖는 출하가 가능하다.

이 때, 출하 단계 별로 출하 회수가 종료될 때마다 배관을 폐쇄하여 출하를 일단 멈추고, 그 후 재차 배관을 개방하여 다음회수의 출하를 시작하는 것이 바람직하다. 이는, 출하가 일단 멈춘 상태에서 밸브를 개방하도록 함으로써 보다 정확하게 밸브를 조정하기 위함이다.

상기와 같은 제어부의 구성을 갖는 본 발명에 따른 육상 자동 출하 시스템의 일 실시예에 따른 유류 출하 방법을 도면을 참조하여 보다 상세히 살펴본다.

도 6은 본 발명에 따른 유류 출하 방법에 따라 유조차량에 유류를 출하하는 과정을 나타낸 순서도이다. 도 7은 이와 같은 유류 출하 시스템을 통해 유류가 출하되는 과정에서 밸브 개방 정도와 출하량, 및 유량과 출하량의 관계를 도시한 그래프이다. 또한 도 8은 유량과 출하 시간과의 관계를 도시한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 유조차량에 유류를 출하하기 위하여는 먼저 유류가 공급되는 배관을 유조차량의 유조탱크 주입구에 연결한 후, 출하제어기가 유조 차량의 접지 연결 상태, 유조 차량의 대기 상태 등 출하에 필요한 조건들을 확인한 다음 시작 대기 상태로 대기하게 된다.(S601단계)

그 후 사용자는 자동출하시스템의 입력장치를 통하여 출하에 필요한 초기 설 정값을 입력한다. (S602단계)

이 때, 초기 설정값은 출하하고자 하는 최종출하목표량(L), 출하반복회수(M) 및 출하 차수당 목표 설정량(L_n) 등이다.

본 실시예에서는 초기 설정값을 다음과 같이

ⅰ) 최종 목표 출하량 L=4000ℓ,

ⅱ) 출하 반복 회수 M= 3회,

ⅲ) 회수당 설정량

n=1일 때, L₁= 3200ℓ,

n=2일 때, L₂= 3920ℓ, 및

n=3일 때, L₃= 3998ℓ

로 설정하였다.

이와 같은 초기 설정값은 최종 출하목표량(L)을 제외하고는 미리 정해져 있도록 하는 것도 가능하며, 상기 초기 설정값들은 출하되는 출하량 및 조건에 따라 다양하게 변형가능하다.

상기와 같이 사용자가 초기 설정값을 입력한 후 사용자가 출하 시작 명령을 입력 장치를 통해 입력한다. 이 때, 최초 출하 차수는 n=1로 설정된다. (S603단계)

그러면, 출하제어기는 압축공기 출구 측 솔레노이드밸브를 닫고 압축공기 입구 측 솔레노이드밸브를 개방하여 조작밸브로 압축공기가 유입되도록 한다. 이에 따라 조작밸브는 유입된 압축공기의 압력을 이용하여 배관의 밸브가 개방된다. 본 실시예에서 솔레노이드 밸브에로의 1회차 공기 주입시간은 약 5.0 ~ 6.0 초 이다.(도 8의 T₁참조) 이에 따라 밸브는 약 100% 정도 개방된다. (S604 단계)

배관의 밸브가 개방됨에 따라 유류의 출하가 시작된다. (S605 단계)

이와 같이 출하가 시작됨과 동시에 유체의 출하량이 유량계에 의해 측정된다. 상기 측정된 유체의 출하량 측정값은 출하가 종료될 때까지 계속하여 출하제어기로 전송되어 출하 제어 연산에 사용된다. (S606 단계)

상기 출하제어기에서 출하된 출하량을 계산하여, 1회차 유량 공급시 조작밸브가 완전히 개방된 후 출하량이 설정된 양(L₁=3200ℓ)에 도달하였는지를 판단한다.(S607단계)

출하량이 1차 출하 설정량에 도달하면, 압축공기 입구 측 솔레노이드밸브를 닫은 상태에서 압축공기 출구측 밸브를 개방하여 조작밸브 내부의 압축공기를 제거하고 조작밸브를 완전히 닫는다.(S608단계)

유량계로부터 전송되는 신호를 확인하여 유체의 흐름이 멈춘 것을 확인하면 이에 따라 1회차 유류 출하가 완료된다.

유류 출하회수(n=1)가 최종 반복 회수(M=3)에 도달하지 못하고 목표 출하량(L)에 도달하지 못하였으므로, 다시 밸브를 개방하여 2회차 유류 출하 단계를 진행한다.

2회차 출하에서의 출하방법은 1회차 출하시와 동일하다. 다만, 초기값 설정시 2회차 출하시 밸브 개방 정도를 약 30% 정도로 설정하였으므로, 이와 같은 정도 로 밸브가 개방되도록, 솔레노이드 밸브에로의 공기 주입시간이 조절된다.

본 실시예에서 솔레노이드 밸브에로의 2회차 공기 주입시간은 약 1.8 ~ 2.0초 이다.(도 8의 T₂참조) 이에 따라 밸브는 약 30% 정도 개방된다.

1회차 출하에서와 마찬가지로 조작밸브로 압축공기 입구 측 솔레노이드밸브와 출구 측 솔레노이드밸브를 닫고 있으면 조작밸브의 개방 단면적은 일정하게 유지되고, 출하 부피유속도 일정하게 유지된다.

유량계에서 유류의 출하량을 계속하여 측정하고, 2회차 출하에서 조작밸브의 개방 정도가 유지된 상태에서 출하량이 설정값(3920ℓ)에 도달하게 되면 조작밸브를 닫아서 2단계 출하를 멈춘다.

유류 출하회수(n=2)가 최종 반복 회수(M=3)에 도달하지 못하고 목표 출하량에 도달하지 못하였으므로, 다시 밸브를 개방하여 3회차 유류 출하 단계를 진행한다.

3회차 출하에서도 조작밸브를 개방하는 방법은 동일하다. 3회차 출하시에는 밸브 개방 정도를 약 5% 정도로 설정하였으므로 이와 같은 정도로 밸브가 개방되도록, 솔레노이드 밸브에로의 공기 주입시간을 조절한다.

3회차 출하에서의 조작밸브에 3회차 압축공기 주입 시간은 약 0.8 ~ 1.1초 이며 밸브는 약 5 % 정도 개방되고 출하 유량(LPM)은 100 LPM 미만이 된다.

3회차 출하에서 밸브 개방 면적이 커질 경우 유체의 부피유속이 너무 빨라져서 출하 종료 시점에서 출하량을 정확하게 맞추는 것이 힘들어지고, 밸브 개방 면 적이 작을 경우 유체의 유속이 느려지게 되어 출하제어기가 유체의 흐름이 정지된 것으로 판단하여 설정된 출하량에 도달하기 이전에 출하를 종료시켜 버릴 수 있다.

따라서, 출하시스템이 설치된 배관의 구조와 장비 종류, 주변 환경의 영향 등을 고려하여 최적의 밸브 개방 면적을 찾아야 한다. 본 실시예에서는 3회차 출하시 밸브 개방 정도를 최대면적의 5%로 설정하였으며, 이와 같이 설정된 경우 압축공기 주입 시간은 약 0.8 ~ 1.1초(T₃)이다.

설정된 출하량을 1~2 리터 남겨놓은 순간에 압축공기 출구 측 솔레노이드밸브를 개방하여 조작밸브를 닫도록 한다.

이에 따라, 초기 설정값에서의 반복회수(M=3)와 실시된 반복회수(N=3)가 동일하게 되면 반복을 종료하고(S609단계), 3회차 설정량(3998ℓ)이 출하되었음을 확인함으로써 출하가 종료된다. (S610단계)

이와 같이 출하가 종료됨으로써, 최종 단계에서 조작밸브가 닫히는 동안에 약 1~2리터의 소량의 유체만이 출하되므로, 최종 목표 출하량에 대하여 오차범위 1리터 이내로 정량 출하된 상태에서 출하가 종료될 수 있다.

한편, 본 출하제어 시스템에서는 10분의 1초 단위로 설정된 조작밸브에 대한 압축공기 주입 시간이 주요 제어 변수로 사용한다.

이와 같은 압축 공기의 주입시간은 배관에 설치된 밸브의 개방 정도와 비례한다. 따라서, 10분의 일초 단위로 설정된 조작 밸브에의 압축 공기 주입 시간을 제어함으로써 배관에 설치된 밸브의 개방 정도를 제어할 수 있다.

이 때, 상기 출하시스템에서 출하량은 배관의 구조, 공기 압력, 장비 특성 등에 따라 달라지게 된다. 본 실시예에서는 4인치의 지름을 갖는 배관을 사용하고, 공기 압력이 0.4 MPa인 경우로 설정하였다. 이와 같이 설정된 경우 배관은 약 5.0 ~ 6.0초의 시간후 조작밸브가 완전히 개방된다.(도 8의 T₁)

이 때, 출하되고 있는 유체의 부피유속은 배관의 단면적과 유체 속도의 곱으로 정의되며, 유체의 속도는 일반적으로 출하 펌프에 의해 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 유체의 유량은 출하 배관의 단면적에 비례하게 된다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 밸브가 최대로 개방된 경우 유량도 최대가 되며, 이와 같은 유량은 출하 회수에 따라 밸브의 개방 정도가 줄어듦에 따라 함께 줄어들게 된다.

한편, 밸브가 개방되는 시간의 경우, 밸브가 최대로 개방되는 시간(T₁)보다 밸브가 30%정도로 개방되는 시간(T₂)이 작게 형성되며, 밸브가 30%정도로 개방되는 시간(T₂)보다 밸브가 5%정도로 개방되는 시간(T₃)은 매우 줄어들게 된다.

따라서, 밸브가 닫히는 동안 밸브 사이를 지나는 유류의 양도 차수가 지남에 따라 점점 줄어들게 된다. 이와 같이 밸브 조정 시간이 줄어듦으로써 보다 정확한 유류의 공급이 가능하게 된다.

본 실시예에서는 반복하는 출하 회수를 3회로 구분하였다. 이와 같이 출하 회수를 여러 차례로 구별하여 출하하는 이유는 조작밸브를 닫기 시작한 후 밸브가 완전히 닫혀서 출하가 정지될 때까지 상당량의 유체가 밸브를 통과하기 때문이다.

보다 상세히, 조작밸브가 완전히 개방된 상태에서 밸브가 완전히 닫힐 때 까지는 약 5 ~ 6초의 시간이 걸리게 되는데, 밸브가 완전히 개방된 상태의 최대 유량이 2,500 LPM 정도라면 밸브가 닫히는 동안에 100리터 이상의 유체가 밸브를 통과하게 된다.

따라서 출하시 최종 목표량에 가까운 상태에서 정량 출하를 위해서는 출하량이 작은 상태에서 출하가 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위해서 조작밸브는 조금만 개방되어야 하고 유체의 유량은 100 LPM 미만이 되는 것이 바람직하다.

그러나 이와 같이 유량이 작아지게 되는 경우 출하 속도가 느려져서 출하 시간이 오래 걸리게 되므로 출하 효율이 떨어지게 된다. 예를 들어, 조작밸브의 개방 시간을 제어 변수로 사용하면서 출하 회수를 2회로 한 경우를 가정하면, 출하 시간 단축을 위해 1회차 출하에서 조작밸브를 닫는 시점을 너무 뒤로 할 경우 출하량이 설정량을 초과할 위험이 있다. 또한 정량 출하를 위해 조작밸브를 닫는 시점을 너무 앞으로 할 경우에는 출하 시간이 길어져서 출하 효율이 떨어지게 된다.

그러므로 1회차 출하는 최대 부피 유속으로 실시하다가 출하 잔량이 충분히 남아 있는 상태에서 조작밸브를 닫고, 2회차 출하에서는 중간 정도의 부피유속으로 출하를 수행하며, 3회차 출하는 목표 설정량에 1 내지 2리터 정도를 남겨둔 상태에서 정량 출하를 할 수 있도록 느린 부피 유량으로 출하를 하는 것이 가장 효과적인 출하 제어 방법이라고 할 수 있다.

이상과 같은 방법을 통하여 출하함로써 목표 출하량의 70% 이상을 최대 출하하므로 목표하는 출하량까지의 출하 시간을 단축시킬 수 있다.

이에 따라 본 실시예에서는 3회차로 출하 반복 회수를 설정하고 출하를 실시하도록 하였다. 이 때, 1회차 종료, 2회차 종료 및 3회차 출하 종료의 시점은 수정 가능하며, 출하 시스템의 상황에 따라 최적의 설정값을 찾는 것이 바람직하다.

그러나, 이와 같은 출하 반복 회수 및 출하 종료 시점에 대한 선택은 출하량 및 출하 조건, 설치되는 배관의 두께 및 상태에 따라 다양하게 변형가능할 것이다.

한편, 본 발명에 따른 출하방법을 사용하면, 출하되는 유류의 부피 유속이 배관에 설치된 밸브의 개방시와 폐쇄시에만 변하게 되므로 종래의 밸브 조절시 발생하던 오프셋 편차가 발생되지 않으며, 밸브 등의 동작 회수가 줄어들게 된다.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 하나의 실시예를 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 등록청구범위 내에서 적절하게 변형가능할 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

상기와 같은 본 발명을 활용하면 저유소에서 정해진 설정량의 유류를 유조차량에 적재하는 육상자동출하시스템에서 설정량에 대한 정량 출하가 가능해지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 출하 방법을 사용함으로써 유류를 출하하는 시간이 단축되고, 출하에 사용되는 전기 및 압축공기 등의 소모량이 감소하여 운영경비가 절감되며, 밸브 등의 동작 회수가 줄어들게 되어 장비의 사용 기간이 길어지는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (21)

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15. 유류를 출하하기 위한 유류 출하 시스템으로서,

    유류를 공급하기 위한 배관(60);

    상기 배관(60)에 설치되고 유류가 지나가는 면적이 조절될 수 있는 조작 밸브(40);

    상기 유류가 지나가는 면적을 조절하기 위하여 상기 조작 밸브(40)에 연결된 솔레노이드 밸브(20);

    상기 배관(60)으로 지나가는 유류의 유량을 측정하기 위한 유량계(30); 및

    상기 유량계(30)의 유량을 측정하여, 상기 유량계(30)를 통해 측정된 유량에 따라 상기 조작 밸브(40)를 제어하여 상기 배관(60)으로 유류가 지나가는 면적을 조절함으로써 상기 배관(60)을 지나가는 유류의 양을 조절할 수 있는 출하 제어기(10);가 포함되는 것을 특징으로 하는 유류 출하 시스템.
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17. 제 15항에 있어서,

    상기 솔레노이드 밸브(20)에 공기가 유입됨으로써 상기 조작 밸브(40)의 유류가 지나가는 면적이 넓어지고, 상기 솔레노이드 밸브(20)로부터 공기가 배출됨으로써 상기 조작 밸브(40)의 유류가 지나가는 면적이 좁아지는, 유류 출하 시스템.
18. 제 15항에 있어서,

    상기 유류 출하 시스템은 상기 배관(60)을 통해 지나가는 유류의 속도가 일정한 상태에서, 상기 조작 밸브(60)의 유류가 지나가는 면적을 변화시킴으로써만 상기 배관(60)을 지나가는 유류의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는, 유류 출하 시스템.
19. 제 15항에 있어서,

    상기 출하 제어기(10)는,

    1차로 유류가 지나는 조작밸브(40)의 면적을 최대로 개방하여 1차 설정량까지 유량을 공급한 후, 상기 1차 설정량까지 유량이 공급되면 조작밸브(40)를 닫아 유류 공급을 차단하고,

    2차로 유류가 지나는 조작 밸브(40)의 면적을 상기 최대 면적보다 작은 중간 면적으로 개방하여 2차 설정량까지 유류를 공급한 후, 상기 2차 설정량까지 유량이 공급되면 조작밸브(40)를 닫아 유류 공급을 차단하고,

    3차로 유류가 지나는 조작밸브(40)의 면적을 상기 중간 면적 보다 작은 최소면적으로 개방하여 목표 설정량까지 유류를 공급한 후 목표 설정량까지 유량이 공급되면 상기 조작 밸브(40)를 닫아 유류 공급을 마치도록 3단계로 작동하는 것을 특징으로 하는, 유류 출하 시스템.
20. 제 15항에 있어서,

    상기 중간면적은 상기 배관(60)의 최대 면적의 30%이하인, 유류 출하 시스템.
21. 제 15항에 있어서,

    상기 최소면적은 상기 배관(60)의 최대 면적의 5%이하인, 유류 출하 시스템.

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