KR101026181B1 - 내연기관의 연료 공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 연료 공급시스템에 관한 것으로서, 내연기관에 연료를 공급하기 위하여 M.D.O 또는 H.F.O 연료가 채워지는 연료공급탱크와, 연료공급탱크로부터 이어져서 H.F.O 연료가 공급되는 H.F.O용 공급라인과, H.F.O용 공급라인과 리턴 파이프를 통해 연결되며 내연기관측으로 H.F.O 연료를 공급하는 한편 내연기관에서 소모되고 남은 H.F.O 연료를 순환시켜서 재공급하는 순환라인과, 연료공급탱크로부터 상기 내연기관을 향하는 순환라인과 연결되어 내연기관에 M.D.O 연료를 공급하게 되는 M.D.O용 공급라인과, 내연기관에서 소모되고 남은 고온이고 점도가 낮은 M.D.O 연료를 연료공급탱크 내에서 기존의 M.D.O 연료와 열교환되어 점도가 높아지도록 순환라인에서 분기되어 연료공급탱크로 이어지는 냉각라인을 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 M.D.O 연료의 점도를 낮추기 위한 종래의 냉각기 제거가 가능하여 비용 절감의 효과가 있고, 냉각라인과 M.D.O용 공급라인의 설치는 종래의 순환라인을 이용함으로써 공간 활용성이 증대될 수 있는 효과를 가진다.

내연기관, 연료, H.F.O, M.D.O, 병용

Description

내연기관의 연료 공급시스템{FUEL OIL SUPPLY SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 연료 공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 디젤엔진의 연료 공급시스템으로서 점도성이 높고 휘발성이 낮은 저가의 H.F.O(Heavy Fuel Oil) 연료와 점도성이 낮고 휘발성이 높은 고가의 M.D.O(Marine Diesel Oil) 연료를 병용하여 사용함에 있어 비용 절감과 공간 활용성을 높일 수 있는 내연기관의 연료 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 내연기관은 선박을 이동시키는 구동력을 제공하는 것으로서, 실린더 내에서 피스톤의 운동에 의하여 흡입/압축, 폭발/배기의 2 행정으로 이루어 지고 있으며 폭발 행정에서 폭발 압력에 의하여 피스톤이 하강하면서, 크랭크 축을 회전시키며, 이때 크랭크 축에 발생하는 회전력을 동력원으로 하여 선박 추진에 적용되고 있다.

이러한 선박의 내연기관에서 사용하는 연료로는 비용 절감을 위해서 점도성이 높고, 휘발성이 낮으며 가연성이 낮은 저급 연료인 H.F.O(Heavy Fuel Oil) 연료 를 주로 사용하고 있다.

그러나 극지방을 운행하는 드릴쉽의 경우 작업 필드에서는 H.F.O 연료의 수급이 불가하고 작업 여건상 M.D.O(Marine Diesel Oil) 연료의 사용만이 요구된다.

따라서 선주사에서의 요구에 따라 드릴쉽과 같은 특수 선박에서는 일반 항해시 비교적 저가의 H.F.O 연료를 사용하고, 드릴 작업의 필드에서는 M.D.O 연료를 사용하기 희망하므로 두 가지 연료를 병용하여 사용할 수 있는 연료 공급 시스템이 구성되고 있다.

도 1의 종래 기술에 따라 도시된 연료공급 시스템을 참고하면, 내연기관(10)과, 내연기관(10)에 연료를 공급하기 위한 연료공급탱크(20) 그리고 연료공급탱크(20)로부터 배출된 연료를 내연기관(10)으로 이송시키기 위한 연료공급라인(30)과, 내연기관(10)으로부터 연소되고 남은 연료를 순환시켜 재유입시키 위한 순환라인(40)으로 구성된다.

내연기관(10)은 특히 선박의 메인엔진이며, 연료공급탱크(20)는 선박의 작업 필드의 조건에 따라 H.F.O 또는 M.D.O 연료를 교대로 채워 넣어 공급할 수 있는 탱크이다.

연료공급탱크(20)로부터 이어지는 연료공급라인(30) 상에는 연료의 원활한 이송을 돕는 공급펌프(32)와, 연료에 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터(34)가 설치된다.

그리고 연료공급라인(30)에 리턴 파이프(41)를 통해 연결되는 순환라인(40)상에는 순환펌프(42)와 H.F.O용 히터(43)와 연료의 점도를 체크하여 히터(43)의 온 도를 조절하는 히터제어부(44)를 포함한다.

한편, M.D.O를 연료로 사용하는 경우, 내연기관(10)으로부터 가열되어 나오는 M.D.O 연료의 점도가 낮아 거의 물과 같으므로 H.F.O용으로 설계된 각종 기기 및 펌프의 마모를 일으킬 수 있기 때문에 이를 방지하고자 순환라인(40) 상에 순환하는 M.D.O 연료의 온도를 낮추어 점도를 높일 수 있는 M.D.O용 냉각기(50)를 더 설치하여 운용하고 있다.

덧붙여, 순환라인(40)상에는 순환하는 연료의 공급 제어를 위하여 밸브(60)들이 배치 설치된다.

연료 공급 작동은, 먼저 H.F.O 연료의 경우 연료공급탱크(20)로부터 H.F.O 연료가 연료공급라인(30)의 공급펌프(32)와 필터(34)를 통해 공급된다. 이때, 공급펌프(32)에서는 최초 내연기관(10)에서 소모되는 량 보다 많게 공급되고, 이후에는 내연기관(10)에서 요구되는 소모량 만큼만 공급이 이루어지게 된다.

이렇게 공급된 H.F.O 연료는 리턴 파이프(41)와 순환라인(40)의 순환펌프(42)에 의해 내연기관(10)에 공급되며, 내연기관(10)에서 소모하고 남은 연료는 순환라인(40)을 따라 다시 리턴 파이프(41)를 통해 연속적으로 순환하여 내연기관(10)에 공급을 하게 된다.

여기서 순환하는 연료는 리턴 파이프(41)에서 보온이 유지되어 순환되며, 이후 히터(43)에 의해 가열되어 내연기관(10)에 공급이 이루어지게 된다.

그리고 M.D.O 연료일 경우에는 H.F.O 연료 공급 작동과 같으나, 내연기관(10)을 통과한 M.D.O 연료는 높아진 온도에 의해 점도가 매우 낮아진 상태로 기 타 각종 기기 및 펌프의 마모를 유발할 수 있으므로 리턴 파이프(41)로의 유입 전에 M.D.O용 냉각기(50)를 통해 점도를 높여서 순환라인(40)으로 유입되게 하였다.

그런데, 종래기술에 따른 M.D.O 연료의 사용시 냉각기(50)의 설치가 요구되기 때문에 설치 비용이 증대되고, 냉각기(50)로 인한 공간 활용성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서는 위와 같은 문제점 해소를 위하여 안출된 것으로서, 고온으로 배출된 M.D.O 연료의 냉각 열교환이 연료공급탱크 내에서 이루어지도록 연료공급탱크로 이어지는 냉각라인과, 연료공급탱크를 순환하여 냉각된 M.D.O 연료가 직접 내연기관측으로 공급될 수 있는 M.D.O용 공급라인을 설치함으로써, M.D.O 연료의 점도를 낮추기 위한 별도의 냉각기 제거가 가능하고, 종래의 순환라인에 냉각라인과 M.D.O용 공급라인의 설치가 이루어짐으로 하여 공간 활용성이 증대될 수 있는 내연기관의 연료 공급시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내연기관의 연료 공급시스템에 있어서, 내연기관에 연료를 공급하기 위하여 M.D.O 또는 H.F.O 연료가 채워지는 연료공급탱크와, 연료공급탱크로부터 이어져서 H.F.O 연료가 공급되는 H.F.O용 공급라인과, H.F.O용 공급라인과 리턴 파이프를 통해 연결되며 내연기관측으로 H.F.O 연료를 공급하는 한편 내연기관에서 소모되고 남은 H.F.O 연료를 순환시켜서 재공급 하는 순환라인과, 연료공급탱크로부터 상기 내연기관을 향하는 순환라인과 연결되어 내연기관에 M.D.O 연료를 공급하게 되는 M.D.O용 공급라인과, 내연기관에서 소모되고 남은 고온이고 점도가 낮은 M.D.O 연료를 연료공급탱크 내에서 기존의 M.D.O 연료와 열교환되어 점도가 높아지도록 순환라인에서 분기되어 연료공급탱크로 이어지는 냉각라인을 포함하는 내연기관의 연료 공급시스템을 제공한다.

그리고 M.D.O용 공급라인상에는 M.D.O 연료에 포함된 이물질 제거를 위한 필터가 포함되며, 더욱이 M.D.O용 공급라인을 통하여 공급되는 M.D.O 연료는 내연기관에서 요구되는 소모량 보다 4배~5배 정도 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서 내연기관의 연료 공급시스템에 따르면, M.D.O 연료의 점도를 낮추기 위한 종래의 냉각기 제거가 가능하여 비용 절감의 효과가 있고, 냉각라인과 M.D.O용 공급라인의 설치는 종래의 순환라인을 이용함으로써 공간 활용성이 증대될 수 있는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 연료 공급시스템의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 내연기관(100)으로 연료를 공급하기 위한 연료 공급시스템은, 내연기관(100)과, M.D.O 또는 H.F.O 연료가 채워지는 연료공급탱크(110)와, 연료공급탱크(110)로부터 공급되는 M.D.O 또는 H.F.O의 연료를 내연기관(100)에 이송시키는 각각의 공급라인(120)(140)과, 내연기관(100)으로부터 소모되고 남은 연료를 순환시키는 순환라인(130)과, 순환라인(130)에 연결되어 M.D.O 연료일 경우 연료공급탱크(110)로 재유입시키는 냉각라인(150)으로 크게 구성된다.

내연기관(100)은 선박을 구동시키기 위한 메인엔진이며, 연료공급탱크(110)는 드릴쉽과 같은 선박일 경우 일반 항해시에는 H.F.O 연료 사용을 위하여 H.F.O 연료가 채워지고, 드릴 작업 필드의 특성상 M.D.O 연료 사용이 요구될 때에는 M.D.O 연료가 채워질 수 있다.

M.D.O 또는 H.F.O의 연료는 동시에 채워지지는 않고 교대로 채워지게 된다.

먼저, H.F.O의 연료 공급 계통을 보면, 연료공급탱크(110)로부터 수평하게 이어지는 H.F.O용 공급라인(120)이 설치되고, 이 H.F.O용 공급라인(120)과 리턴 파이프(131)를 통해 연결되어 내연기관(100)을 통과하여 이어지는 순환라인(130)이 설치된다.

여기서 H.F.O용 공급라인(120)과 순환라인(130)의 사이에는 연료의 온도가 유지되도록 열선 코일이 감겨진 리턴 파이프(131)를 매개로 하여 연결되며, H.F.O 용 공급라인(120) 상에는 연료의 원활한 이송을 돕는 공급펌프(122)와, 연료에 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터(124)가 설치된다.

그리고 순환라인(130)은 내연기관(100)측으로 H.F.O 연료를 공급하는 한편, 내연기관(100)에서 소모되고 남은 H.F.O 연료를 순환시켜서 재공급하기 위한 것으로서, 순환라인(130)상에는 연료의 이송을 돕는 순환펌프(132)와, H.F.O 연료를 가열하기 위한 H.F.O용 히터(134)와, 연료의 점도를 체크하여 히터(134)의 온도를 조절하는 히터제어부(136)를 포함한다.

덧붙여, 순환라인(130)상에는 순환하는 연료의 공급 제어를 위하여 밸브(138)들이 배치 설치된다.

한편, M.D.O의 연료 공급 계통은, 연료공급탱크(110)로부터 내연기관(100)을 향하는 순환라인(130)과 연결이 이루어져 내연기관(100)에 M.D.O 연료를 공급하게 되는 M.D.O용 공급라인(140)이 수직하게 설치된다.

M.D.O용 공급라인(140)은 연료공급탱크(110)로부터 직접 이어지거나 H.F.O용 공급라인(120)으로부터 분기되어 이어질 수 있다. H.F.O용 공급라인(120)으로부터 분기되어 이어지는 경우 3웨이 밸브(146)가 설치되어 H.F.O 또는 M.D.O의 연료에 따라 방향을 전환하여 공급하게 된다.

그리고 M.D.O용 공급라인(140)상에는 M.D.O 연료에 포함된 이물질 제거를 위한 필터(142)가 포함되며, 필터(142)의 후단으로 M.D.O 연료의 공급을 차폐할 수 있는 안전 장치로 밸브(144)가 설치될 수 있다.

그리고 내연기관(100)에서 소모되고 남은 고온이고 점도가 낮은 M.D.O 연료 를 열교환을 통해 내연기관(100)에 재유입시킬 수 있도록 리턴 파이프(131)를 향하는 순환라인(130)에서 3웨이 밸브(152)를 통해 분기되어 연료공급탱크(110)로 이어지는 냉각라인(150)이 설치된다.

냉각라인(150)을 따라 연료공급탱크(110)로 유입된 연료는 기존의 M.D.O 연료와 열교환되어 점도가 높아진 상태에서 다시 M.D.O용 공급라인(140)을 통해 공급되어질 수 있다.

여기서 냉각라인(150)의 3웨이 밸브(152)와 M.D.O용 공급라인(140)의 3웨이 밸브(146)는 미도시된 제어부를 통해 방향을 제어 받을 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 내연기관의 연료 공급시스템의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

다시 도 2를 참고하여 설명하면, 먼저, H.F.O 연료 공급은, 연료공급탱크(110)에 채워진 H.F.O 연료가 H.F.O용 공급라인(120)의 공급펌프(122)와 필터(124)를 거쳐 이송된다. 이때, 공급펌프(122)에서는 최초 내연기관(100)에서 소모되는 량의 4배~5배 정도를 공급하게 되고, 이후에는 내연기관(100)에서 요구되는 소모량 만큼만 공급하게 된다.

이렇게 이송된 H.F.O 연료는 리턴 파이프(131)를 거쳐 H.F.O 연료의 온도가 적정하게 유지된 채로 내연기관(100)을 향하는 순환라인(130)을 따라 내연기관(100)으로 공급되어 진다.

이때, 순환라인(130)상의 순환펌프(132)는 연료의 원활한 이송을 돕게 되며, 히터(134)에서는 내연기관(100)에 요구되는 적정 온도로 가열하여 공급을 하게 된 다. 히터(134)의 온도 조절은 히터제어부(136)를 통해 이루어지게 되며, 즉, 공급되는 H.F.O 연료의 점도가 낮으면 히터(134)의 온도를 높이게 되고, 점도가 높으면 반대로 히터(134)의 온도를 낮추게 된다.

이와 같이 순환라인(130)을 통해 공급된 H.F.O 연료는 내연기관(100)에서 일부 소모하고 남은 연료가 다시 리턴 파이프(131)와 순환라인(130)을 거쳐 순환하여 새로 공급되는 H.F.O 연료와 같이 내연기관(100)에 재공급을 하게 된다.

그리고 공급되는 연료가 M.D.O일 경우에는, 연료공급탱크(110)에 M.D.O 연료가 채워진 상태에서 3웨이 밸브(146)의 절환에 의해 M.D.O용 공급라인(140)으로 이송되고, 이송되는 M.D.O는 M.D.O용 공급라인(146)의 필터(142)를 거쳐 이물질 제거가 이루어지며, 밸브(144)의 제어에 의해 내연기관(100)을 향하는 순환라인(130)으로 이어지게 된다.

이때, 공급되는 M.D.O 연료는 내연기관(100)에서 요구되는 소모량보다 4배~5배 정도를 공급하게 되고, 순환펌프(132)의 도움으로 내연기관(100)에 바로 유입될 수 있다. 여기서 히터(134)의 작동은 중지된 상태이다.

그리고 내연기관(100)에서 소모되고 남은 고온이고 점도가 낮은 M.D.O 연료는 순환라인(130)을 따라 배출되다가 3웨이 밸브(152)를 통해 연결되는 냉각라인(150)을 따라 순환되고, 냉각라인(150)을 따라 흐르는 고온의 M.D.O 연료는 기존의 M.D.O 연료가 채워진 연료공급탱크(110)로 유입되고 혼합되는 열교환에 의하여 자연스럽게 온도가 낮아져서 점도가 낮아지게 된다.

이렇게 열교환으로 점도가 낮아진 M.D.O 연료는 다시 M.D.O용 공급라인(140) 을 통해 내연기관(100)에 공급될 수 있다.

이와 같이 M.D.O 연료는 연료공급탱크(110)를 거쳐 항시 내연기관(100)에서의 소모량의 4배~5배 정도가 연속하여 공급과 순환이 이루어지게 된다.

그러므로 본 발명에서의 연료 공급시스템에 따르면, M.D.O 연료의 점도를 낮추기 위한 종래의 냉각기 제거가 가능하여 비용 절감의 효과가 있고, 냉각라인과 M.D.O용 공급라인의 설치는 종래의 순환라인을 이용함으로써 공간 활용성이 증대될 수 있게 되었다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따라 내연기관의 연료 공급시스템에 대하여 하나의 일 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 내연기관의 연료 공급시스템의 구성도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 연료 공급시스템의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 내연기관 110 : 연료공급탱크

120 : H.F.O용 공급라인 122 : 공급펌프

124, 142 : 필터 130 : 순환라인

131 : 리턴 파이프 132 : 순환펌프

134 : 히터 136 : 히터제어부

138, 144 : 밸브 140 : M.D.O용 공급라인

146, 152 : 3웨이 밸브 150 : 냉각라인

Claims (3)

1. 내연기관의 연료 공급시스템에 있어서,

   상기 내연기관에 연료를 공급하기 위하여 M.D.O 또는 H.F.O 연료가 채워지는 연료공급탱크와,

   상기 연료공급탱크로부터 이어져서 H.F.O 연료가 공급되는 H.F.O용 공급라인과,

   상기 H.F.O용 공급라인과 리턴 파이프를 통해 연결되며 상기 내연기관측으로 H.F.O 연료를 공급하는 한편 상기 내연기관에서 소모되고 남은 H.F.O 연료를 순환시켜서 재공급하는 순환라인과,

   상기 연료공급탱크로부터 상기 내연기관을 향하는 상기 순환라인과 연결되어 상기 내연기관에 M.D.O 연료를 공급하게 되는 M.D.O용 공급라인과,

   상기 내연기관에서 소모되고 남은 고온이고 점도가 낮은 M.D.O 연료를 상기 연료공급탱크 내에서 기존의 M.D.O 연료와 열교환되어 점도가 높아지도록 상기 순환라인에서 분기되어 상기 연료공급탱크로 이어지는 냉각라인

   을 포함하는 내연기관의 연료 공급시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 M.D.O용 공급라인상에는 M.D.O 연료에 포함된 이물질 제거를 위한 필터가 포함되는 내연기관의 연료 공급시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 M.D.O용 공급라인을 통하여 공급되는 M.D.O 연료는 상기 내연기관에서 요구되는 소모량 보다 4배~5배 정도 공급되는 내연기관의 연료 공급시스템.

Images