KR101179814B1 - 연료 공급 장치 및 그의 연료 공급 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 장치는, 구동력을 발생시키는 엔진과 연료 라인에 의해 연결되며, 엔진으로 디젤(diesel)을 공급하는 디젤 공급부; 엔진과 연료 라인에 의해 연결되며, 엔진으로 바이오 디젤(bio diesel)을 공급하는 바이오 디젤 공급부; 및 엔진과 연결되되 설치 경로 상에 바이오 디젤 공급부가 배치되며, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 바이오 디젤 공급부 내의 바이오 디젤을 가열하는 배기가스 배출부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 구성에 의해서, 일반 디젤로 엔진을 초기 구동시키고, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진 구동 효율을 향상시킬 수 있으면서도 외부의 환경이 가령 저온이더라도 원활하게 엔진을 구동시킬 수 있다.

Description

연료 공급 장치 및 그의 연료 공급 방법{Apparatus to Supply Fuel and Method to Supply Fuel Thereof}
연료 공급 장치 및 그의 연료 공급 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 일반 디젤로 엔진을 초기 구동시키고, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진 구동 효율을 향상시킬 수 있는 연료 공급 장치 및 그의 연료 공급 방법이 개시된다.
근래 들어, 바이오 디젤(bio diesel)은 대체 연료로서 많은 각광을 받고 있다. 바이오 디젤과 일반 연료를 비교하였을 때, 바이오 디젤은 국내 자급이 가능하고, 재생 가능한 식물 자원에서 생산되므로 에너지 자원 고갈 문제가 없고, 또한 폐식용유 등의 폐자원을 유효 활용할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 무엇보다도, 바이오 디젤은 산성비의 주성분인 황산화물이 전혀 배출되지 않고, 함산소 연료이므로 연소가 잘 일어나 엔진으로부터 입자상 물질, 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등의 유해 배출가스가 발생되는 것을 저지할 수 있다. 또한, 바이오 디젤이 연소되는 경우 벤젠 등의 독성 물질이 거의 배출되지 않으며, 생분해도가 높아서 유출되더라도 환경 오염이 적다.
또한, 바이오 디젤은 윤활성이 우수하기 때문에 기존 디젤의 저유황하에 따른 윤활성 저하 대책으로 사용될 수 있다. 또한, 대략 150℃의 인화점을 가진 바이오 디젤은 대략 64℃의 인화점을 갖는 경유에 비해 불이 잘 붙지 않기 때문에, 차량 사고가 나더라도 발화가 발생되는 것을 저지할 수 있다. 그리고, 바이오 디젤의 세탄가는 경유보다 높아서 압축 착화 엔진에 그대로 적용될 수 있으며, 또한 바이오 디젤을 경유에 소량 혼합하여 사용하는 경우 기존 엔진의 개조가 거의 불필요하고 출력이나 연비 변화도 거의 문제되지 않는 장점이 있다.
한편, 바이오 디젤 사용에 의해 배출되는 이산화탄소는 바이오매스(bio mass) 생산 과정에서 식물의 광합성 작용에 의해 회수되므로 실직적인 이산화탄소의 배출량이 대단히 적다.
이와 같이, 바이오 디젤은 다수의 장점을 갖지만, 바이오 디젤은 높은 응고점을 갖고 있어 저온에서 쉽게 굳어 버리며 따라서 외부 조건, 예를 들면 온도 등에 따라 사용이 어렵다는 단점이 있다.
따라서, 일반적으로 일반 디젤과 바이오 디젤을 9.5 대 0.5 비율로 혼합하여 사용하고 있으나, 이 역시 근본적인 해결책이 되지 못하기 때문에 낮은 온도 조건 속에서도 바이오 디젤을 사용할 수 있는 방법 및 장치의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 일반 연료, 예를 들면 디젤로 엔진을 초기 구동시키고, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진 구동 효율을 향상시킬 수 있으면서도 외부의 환경이 가령 저온이더라도 원활하게 엔진을 구동시킬 수 있는 연료 공급 장치 및 그의 연료 공급 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 주연료로서 바이오 디젤을 이용함으로써 유해 배기가스를 배출하는 것을 저지할 수 있어 환경 오염을 방지할 수 있는 연료 공급 장치 및 그의 연료 공급 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 장치는, 구동력을 발생시키는 엔진과 연료 라인에 의해 연결되며, 상기 엔진으로 디젤, 가솔린, 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연료유를 공급하는 연료유 공급부; 상기 엔진과 연료 라인에 의해 연결되며, 상기 엔진으로 바이오 디젤(bio diesel)을 공급하는 바이오 디젤 공급부; 및 상기 엔진과 연결되되 설치 경로 상에 상기 바이오 디젤 공급부가 배치되며, 상기 엔진의 초기 구동 시 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 상기 바이오 디젤 공급부 내의 상기 바이오 디젤을 가열하는 배기가스 배출부;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 일반 연료, 예를 들면 디젤로 엔진을 초기 구동시키고, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진 구동 효율을 향상시킬 수 있으면서도 외부의 환경이 가령 저온이더라도 원활하게 엔진을 구동시킬 수 있다.
여기서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 바이오 디젤 공급부의 적어도 일부분을 감싸도록 마련되며, 상기 배기가스 배출부로부터 제공된 고온의 상기 배기가스와 상기 바이오 디젤 공급부 내의 상기 바이오 디젤 간의 열교환을 발생시키는 열교환부를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부 내에는 상기 배기가스의 열을 보존시키는 열 보존 물질이 마련되며, 따라서 배기가스와 바이오 디젤 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 연료 공급 장치는, 상기 배기가스 배출부의 이동 경로 중 상기 엔진과 상기 바이오 디젤 공급부를 연결하는 이동 경로와 부분적으로 연결되며, 상기 배기가스를 외부로 직접 배출시키는 우회 배출부를 더 포함할 수 있다.
상기 배기가스 배출부와 상기 우회 배출부의 연결 부분에는 상기 배기가스의 이동 방향을 조절하는 배기가스 조절 밸브가 장착될 수 있다.
상기 연료 라인을 따라 이동하는 상기 디젤 또는 상기 바이오 디젤의 유량을 조절하거나 이동을 허용하는 연료 조절 밸브가 장착될 수 있다.
상기 연료 공급 장치는, 상기 바이오 디젤 공급부에 장착되어 상기 바이오 디젤의 온도를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에 의해 감지된 정보를 기초로, 상기 바이오 디젤의 투입 시기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 연료 조절 밸브를 조절함으로써 상기 엔진으로 공급되는 연료를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 장치의 연료 공급 방법은, 상기 연료유 공급부로부터 상기 엔진으로 상기 연료유를 공급하여 상기 엔진을 초기 구동시키는, 초기 구동 단계; 상기 엔진 초기 구동 시 발생되는 고온의 상기 배기가스를 이용하여 상기 바이오 디젤 공급부 내의 상기 바이오 디젤에 열을 공급하는, 열 공급 단계; 및 상기 엔진으로의 상기 디젤 공급을 중단하고 상기 바이오 디젤을 공급하는, 바이오 디젤 공급 단계;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 일반 연료, 예를 들면 디젤로 엔진을 초기 구동시키고, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진 구동 효율을 향상시킬 수 있으면서도 외부의 환경이 가령 저온이더라도 원활하게 엔진을 구동시킬 수 있다.
상기 연료 공급 방법은, 상기 열 공급 단계와 상기 바이오 디젤 공급 단계의 사이에 마련되며, 상기 감지부에 의해서 상기 바이오 디젤의 온도를 감지하는 온도 감지 단계를 더 포함하며, 상기 온도 감지 단계에 의해서 감지되는 상기 바이오 디젤의 온도가 미리 설정된 온도가 되었을 때, 상기 제어부는 상기 엔진으로 상기 바이오 디젤이 공급되도록 제어할 수 있다.
상기 온도 감지 단계에 의해서 감지되는 상기 바이오 디젤의 온도가 미리 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 제어부는 상기 배기가스 조절 밸브를 제어함으로써 상기 배기가스가 상기 우회 배출부를 통해 배출되도록 제어할 수 있다. 이에 따라 바이오 디젤의 온도를 적정하게 유지 시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 연소 공급 방법은, 엔진에 디젤, 가솔린, 가스 중 어느 하나의 제1 연료유를 공급하여 엔진을 초기 구동하는, 제1 연료유 공급 단계; 상기 연료유의 연소 시 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 제2 연료유인 바이오 디젤을 가열하는, 바이오 디젤 가열 단계; 및 상기 제1 연료유 공급을 중단하고 상기 엔진에 상기 바이오 디젤을 공급하는, 바이오 디젤 공급 단계;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 일반 연료, 예를 들면 디젤로 엔진을 초기 구동시키고, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진 구동 효율을 향상시킬 수 있으면서도 외부의 환경이 가령 저온이더라도 원활하게 엔진을 구동시킬 수 있다.
상기 바이오 디젤의 미리 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 제1 연료유 공급을 중단하고 상기 엔진에 상기 바이오 디젤을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 일반 연료, 예를 들면 디젤로 엔진을 초기 구동시키고, 엔진의 초기 구동 시 발생되는 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진 구동 효율을 향상시킬 수 있으면서도 외부의 환경이 가령 저온이더라도 원활하게 엔진을 구동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 주연료로서 바이오 디젤을 이용함으로써 유해 배기가스를 배출하는 것을 저지할 수 있어 환경 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 바이오 디젤 공급부 및 열교환부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치의 연소 공급 방법의 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치를 이용하여 실험한 결과 획득된 실험 데이터이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
이하에서는, 연료유 공급부로부터 공급되는 연료유가 일반적으로 사용되는 디젤인 경우에 대해 설명할 것이고 이에 따라 연료유 공급부를 디젤 공급부로 명칭하여 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 연료유 공급부가 이에 한정되는 것은 아니며, 연료유 공급부로부터 제공되는 연료유는 가솔린 또는 가스 등이 될 수도 있음은 당연하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 바이오 디젤 공급부 및 열교환부를 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치(100)는, 구동력을 발생시키는 엔진(110)과 연료 라인(121)에 의해 연결되며 엔진(110)으로 일반 디젤(diesel)을 공급하는 디젤 공급부(120)와, 엔진(110)과 연료 라인(121)에 의해 연결되며 엔진(110)으로 바이오 디젤(bio diesel)을 공급하는 바이오 디젤 공급부(130)와, 엔진(110)과 연결되어 엔진(110)의 초기 구동 시 디젤의 연소 결과 발생되는 배기가스를 배출하되 이동 경로 상에 바이오 디젤 공급부(130)가 장착되는 배기가스 배출부(140)를 포함한다.
또한, 본 실시예에 따른 연소 공급 장치(100)는, 배기가스 배출부(140)로부터 제공된 고온의 배기가스와 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤 간의 열교환을 발생시키는 열교환부(150)와, 배기가스 배출부(140)를 통해 유출되는 배기가스가 바이오 디젤 공급부(130)를 거치지 않고 바로 외부로 배출되도록 하는 우회 배출부(160)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 가령 외부의 환경이 저온이어서 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤이 응고 상태를 유지하더라도, 엔진(110) 초기 구동 시 디젤의 연소 결과 발생되는 고온의 배기가스, 즉 폐열로 바이오 디젤을 녹인 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 종래에 비해 엔진(110) 구동을 원활하게 수행할 수 있다. 다시 말해, 종래에는 엔진의 초기 구동 시 발생되는 폐열을 외부로 방출하였는데, 본 실시예에서는 이러한 폐열을 재사용하여 바이오 디젤을 가열함으로써 에너지 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 고온의 배기가스 즉 폐열을 이용하여 바이오 디젤을 가열하는 것이기 때문에 별도의 히터 등이 요구되지 않으며 따라서 전체적인 제작 비용을 절감할 수도 있다.
전술한 구성을 설명하기 전에, 공급된 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진(110)에 대해 설명하면, 본 실시예의 엔진(110)은 유입된 연료, 즉 일반 디젤 및 바이오 디젤을 고압으로 압축시키는 고압 펌프(111)와, 고압 펌프(111)에 의해 압축된 연료를 엔진(110)의 내부 연소 공간으로 분사하는 커먼레일(113, common rail)을 구비할 수 있다. 이러한 구성에 의해서 엔진(110)으로부터 소정의 구동력을 발생시켜 예를 들면 차량 등을 구동시킬 수 있다.
고압 펌프(111)는, 연료 라인(121)을 통해 유입되는 일반 디젤 또는 바이오 디젤을 예를 들면 1500bar 정도로 압축시킴으로써, 압축된 연료가 커먼레일(113)에 장착된 인젝터(115)를 통해 엔진(110)의 실린더 내부로 분사될 수 있도록 한다.
한편, 본 실시예의 연료 공급 장치(100)에 구비되는 각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저, 본 실시예의 디젤 공급부(120)는, 엔진(110) 초기 구동을 위해 공급되는 디젤을 저장 및 공급하는 부분으로서 디젤 공급부(120)와 엔진(110) 내에 구비되는 고압 펌프(111)는 연료 라인(121)에 의해 연결된다. 연료 라인(121)에 의해 부연 설명하면, 디젤 공급부(120) 측 연료 라인(121)은 분기되어 분기된 일 부분(121a)은 디젤 공급부(120)에 연결되고 분기된 타 부분(121b)은 후술할 바이오 디젤 공급부(130)에 연결된다. 따라서 디젤 공급부(120) 또는 바이오 디젤 공급부(130)로부터 공급되는 연료는 연료 라인(121)의 분기된 부분(121a, 121b)을 통과한 후 연료 라인(121)의 합쳐진 부분(121c)을 거쳐 엔진(110)으로 공급될 수 있다.
이때, 연료 라인(121)의 분기된 부분(121a, 121b)은 디젤 또는 후술할 바이오 디젤의 이동을 허용할 뿐만 아니라 유량을 조절하는 연료 조절 밸브(123)에 연결되며, 이러한 연결 구조에 의해서 디젤 또는 바이오 디젤은 연료 라인(121)의 각각의 분기된 부분(121a, 121b)을 거친 후 합쳐진 부분(121c)을 지나 엔진(110)으로 공급될 수 있다.
부연 설명하면, 디젤 공급부(120)로부터 엔진(110)으로 공급되는 디젤은 일반적으로 사용되는 디젤로서 엔진(110) 구동 시 초기에 사용된다. 즉, 연료 라인(121)을 통해 엔진(110)의 고압 펌프(111)로 유입된 디젤은 고압 펌프(111)의 구동에 의해 압축된 후, 커먼레일(113)의 인젝터(115)를 통해 엔진(110)의 연소 공간으로 분사되고, 분사된 연료가 연소되어 엔진(110)의 초기 구동이 이루어질 수 있다.
그리고, 본 실시예의 바이오 디젤 공급부(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(110) 구동을 위해 공급되는 바이오 디젤을 저장 및 공급하는 부분으로서 바이오 디젤 공급부(130)와 엔진(110) 내의 고압 펌프(111)는 연료 라인(121)에 의해 연결된다.
바이오 디젤 공급부(130)에 저장되는 바이오 디젤은, 전술한 바와 같이 주요 연료로 사용되기에 여러 장점을 구비하고 있으며, 따라서 본 실시예에서 전술한 일반 디젤은 엔진(110)의 초기 구동 시에만 사용되고 바이오 디젤이 주요 연료로 사용된다.
이러한 바이오 디젤 역시, 일반 디젤과 마찬가지로 고압 펌프(111)로 유입된 후 고압 펌프(111)에 의해 압축되고, 이어서 압축된 바이오 디젤이 엔진(110)의 커먼레일(113)의 인젝터(115)를 통해 엔진(110)의 연소 공간으로 분사됨으로써 엔진(110)의 구동이 이루어질 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이, 이러한 바이오 디젤은 응고점이 높아 외부 온도가 바이오 디젤의 응고점보다 높은 경우 바이오 디젤이 엔진(110)으로 원활하게 공급될 수 있지만, 가령 외부 온도가 바이오 디젤의 응고점보다 낮은 경우 바이오 디젤이 응고 상태를 유지함으로써 바이오 디젤의 공급이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
이에, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예의 연소 공급 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(110) 초기 구동 시 디젤의 연소 결과 발생되는 고온의 배기가스를 배출하되 이동 경로 상에 바이오 디젤 공급부(130)가 장착되는 배기가스 배출부(140)를 더 포함한다.
즉, 엔진(110) 구동 시 연료의 연소 결과 고온의 배기가스가 배출되는데, 이때 배기가스를 외부로 바로 배출하는 것이 아니라 바이오 디젤 공급부(130)에서 바이오 디젤과 열교환이 이루어져, 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤을 응고점 이상의 온도로 가열할 수 있다. 따라서, 외부 조건의 바이오 디젤의 응고점보다 낮아 바이오 디젤이 응고 상태이더라도 고온의 배기가스에 의해 바이오 디젤을 녹임으로써 엔진(110)으로 바이오 디젤을 공급할 수 있다.
한편, 배기가스 배출부(140)를 통해 이동된 고온의 배기가스를 이용하여 바이오 디젤 공급부(130)에 열을 가할 때 열교환 효율을 향상시키기 위하여, 본 실시예의 연료 공급 장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 바이오 디젤 공급부(130)를 감싸는 열교환부(150)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 열교환부(150)는, 배기가스 배출부(140)를 전체적으로 감싸는 구조를 가지며, 그 내부에는 배기가스의 열을 보존하기 위한 열 보존 물질(151)이 내장될 수 있다. 이러한 구성에 따라, 열교환부(150)의 열 보존 물질(151)을 통과한 배기가스는 바이오 디젤 공급부(130)의 바이오 디젤과 열교환 후 배기가스 배출부(140)의 후미를 지나 외부로 배출될 수 있다. 이때, 열 보존 물질(151)은 배기가스로부터 열을 흡수한 후 흡수된 열을 바이오 디젤 공급부(130)로 전달하는 역할을 하며 따라서 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤에 소정의 열이 전달될 수 있도록 한다.
한편, 바이오 디젤 공급부(130)로부터 엔진(110)으로 바이오 디젤을 공급하기 위해서는 바이오 디젤을 사용할 수 있는 미리 설정된 온도, 예를 들면 응고점에 대응하는 온도가 되었는지 확인 한 후, 파악된 정보를 통하여 바이오 디젤의 이동을 제어해야 한다.
이를 위해, 본 실시예의 연료 공급 장치(100)는, 도시하지는 않았지만, 바이오 디젤 공급부(130)에 장착되어 바이오 디젤의 온도를 측정함으로써 바이오 디젤의 온도를 감지하는 감지부(미도시)와, 감지부에 의해 감지된 정보를 기초로 바이오 디젤의 유입 시기를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 감지부는, 바이오 디젤 공급부(130)의 내측에 장착되어 바이오 디젤의 온도를 실시간으로 측정하는 온도 측정 센서일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 종류의 측정 센서가 감지부로 적용될 수 있음은 당연하다.
본 실시예의 제어부는, 감지부로부터 감지된 정보를 토대로, 바이오 디젤의 투입 시기를 조절할 수 있다. 부연 설명하면, 제어부는 가령 감지부에 의해 감지된 바이오 디젤의 온도가 미리 설정된 온도가 되었을 경우, 연료 라인(121)에 장착된 연료 조절 밸브(123)를 조절(오프(off)시킴)함으로써 연료 라인(121)을 통해 유입되는 일반 디젤의 연료 공급을 중단시키고, 실질적으로 동시에 연료 라인(121)을 통해 바이오 디젤 공급부(130)로부터 엔진(110) 내에 구비된 고압 펌프(111)로 바이오 디젤이 투입되도록 함으로써 바이오 디젤에 의한 엔진(110) 구동이 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 바이오 디젤에 어느 정도 온도가 가해지면 더 이상 바이오 디젤을 고온의 배기가스에 의해서 가열할 필요가 없는데, 이를 위해, 본 실시예의 연료 공급 장치(100)는, 배기가스를 바이오 디젤 공급부(130)가 아닌 외부로 바로 배출시키는 우회 배출부(160)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 우회 배출부(160)는, 일단이 엔진(110)과 바이오 디젤 공급부(130)를 연결하는 배기가스 배출부(140)의 이동 경로 상에 연결되고, 타단은 외부에 마련되는 파이프 형상으로 마련됨으로써, 바이오 디젤 공급부(130)를 거치지 않고 배기가스를 외부로 배출시킬 수 있다.
이때, 배기가스의 이동 방향을 조절하기 위해, 배기가스 배출부(140)와 우회 배출부(160)의 연결 부분에는 배기가스 조절 밸브(161)가 장착된다. 이러한 배기가스 조절 밸브(161)는 전술한 제어부에 의해 제어된다. 즉, 제어부는 감지부에 의해 획득된 정보를 통대로 바이오 디젤 공급부(130)의 연료 공급을 제어할 뿐만 아니라, 바이오 디젤이 충분히 가열되어 고온의 배기가스가 열교환부(150)로 유입될 필요가 없는 경우 배기가스 조절 밸브(161)를 조절하여 엔진(110) 구동 결과 발생되는 고온의 배기가스가 우회 배출부(160)를 통해 바로 외부로 배출될 수 있도록 한다.
한편, 이하에서는, 전술한 구성을 갖는 연료 공급 장치(100)의 연료 공급 방법에 대해서 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치의 연소 공급 방법의 순서도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치(100)의 연소 공급 방법은, 디젤 공급부(120)를 통해 엔진(110)에 디젤을 공급하여 엔진(110)을 초기 구동시키는 초기 구동 단계(S100)와, 엔진(110)의 초기 구동 결과 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤에 열을 공급하는 열 공급 단계(S200)와, 전술한 감지부에 의해서 바이오 디젤의 온도를 감지하는 온도 감지 단계(S300)와, 바이오 디젤의 온도 감지 결과 미리 설정된 온도, 예를 들면 바이오 디젤의 응고점에 대응되는 온도가 되었을 경우 엔진(110)으로의 일반 디젤 공급을 중단하고 바이오 디젤을 공급하는 바이오 디젤 공급 단계(S400)를 포함할 수 있다.
각각의 단계에 대해 설명하면, 먼저 초기 구동 단계(S100)는, 전술한 바와 같이, 엔진(110)에 일반 디젤을 공급함으로써 진행된다. 이때 일반 디젤을 고압 펌프(111)에 의해 압축된 후 커먼레일(113)의 인젝터(115)를 통해 엔진(110) 내로 분사하며, 따라서 엔진(110)의 초기 구동이 이루어질 수 있다.
그리고 열 공급 단계(S200)는, 초기 구동 단계(S100)에 의해 발생되는 배기가스로 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤을 가열하는 단계이다. 이때, 열교환부(150)는 배기가스와 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤이 열교환할 수 있도록 하며, 따라서 바이오 디젤 공급부(130) 내의 바이오 디젤을 미리 설정된 온도로 가열할 수 있다.
한편, 온도 감지 단계(S300)는, 바이오 디젤 공급부(130) 내에 장착된 감지부를 이용하여 바이오 디젤의 온도를 실시간으로 감지하는 단계이다. 감지부는 바이오 디젤의 온도에 대한 정보를 제어부로 전달하여 제어부가 바이오 디젤 공급을 위한 구성, 예를 들면 연료 조절 밸브(123)의 개폐, 배기가스 조절 밸브(161)의 개폐 등을 제어하도록 한다.
바이오 디젤 공급 단계(S400)는, 감지부에 의해 감지된 정보를 토대로 제어부가 바이오 디젤 공급을 제어하는 단계이다. 가령, 감지부에 의해 감지된 바이오 디젤의 온도 정보가 미리 설정된 온도보다 높은 경우, 제어부는 일반 디젤이 엔진(110)으로 투입되는 것을 중지시키고, 실질적으로 동시에 가열된 바이오 디젤이 엔진(110)으로 유입될 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 장치(100) 및 방법에 따르면, 일반 디젤로 엔진(110)을 초기 구동시킬 때 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 바이오 디젤을 가열한 후 바이오 디젤을 사용할 수 있어 엔진(110) 구동 효율을 향상시킬 수 있으면서도 외부의 환경이 가령 저온이더라도 원활하게 엔진(110)을 구동시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 엔진(110)의 초기 구동 시 발생되는 폐열을 재사용하여 바이오 디젤을 가열하는 구조를 가짐으로서 에너지 손실을 줄일 수 있는 장점도 있다.
또한, 주요 연료로서 바이오 디젤을 이용함으로써 유해 배기가스를 배출하는 것을 저지할 수 있어 환경오염을 방지할 수 있는 장점도 있다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치(100)를 이용하여 실험한 결과 획득된 데이터로서 이들 도면에 도시된 바와 같이 가열된 바이오 디젤을 사용하여 엔진(110)을 구동하는 경우 유해한 배기가스의 방출량을 현저히 감소시킬 수 있다.
부연 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 바이오 디젤로서 채종유(canola)를 사용하는 경우 일반 디젤을 사용하는 경우보다 PM(particulate matter)의 발생량이 적음을 알 수 있으며, 아울러 고온의 채종유를 사용하는 경우 PM(particulate matter)의 발생량이 보다 감소됨을 알 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 채종유를 사용하는 경우 일반 디젤을 사용하는 경우보다 이산화탄소(CO2)의 배출량이 감소됨을 알 수 있으며, 아울러 고온의 채종유룰 사용하는 경우 이산화탄소의 발생량이 더욱 감소됨을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치(100)를 사용하는 경우 전술한 배기가스를 포함한 배기가스의 배출량을 줄일 수 있으며 따라서 환경오염의 발생 정도를 감소시킬 수 있다. 다만, 전술한 실험 데이터는 바이오 디젤로서 채종유를 적용시킨 데이터이나, 채종유가 아닌 대두유 등을 바이오 디젤로 적용시키더라도 전술한 실험 데이터와 실질적으로 유사한 데이터를 획득할 수 있음은 충분히 유추할 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공급 장치의 연소 공급 방법에 대해서 상술하였으나, 본 발명의 연소 공급 방법의 일 실시의 연소 공급 장치에만 적용되는 것은 아니다. 다시 말해, 일 실시예의 구성을 구비하지 않는 다른 장치에도 본 발명의 연소 공급 방법이 적용될 수 있다.
이에 대해 부연 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 공급 방법은, 엔진에 디젤, 가솔린, 가스 중 어느 하나의 제1 연료유를 공급하여 엔진을 초기 구동하는 제1 연료유 공급 단계와, 연료유의 연소 시 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 제2 연료유인 바이오 디젤을 가열하는 바이오 디젤 가열 단계와, 제1 연료유 공급을 중단하고 엔진에 바이오 디젤을 공급하는 바이오 디젤 공급 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 바이오 디젤 가열 단계에 의해 바이오 디젤이 가열되면, 가열된 바이오 디젤의 온도를 실시간으로 측정하고, 이때 측정된 바이오 디젤의 온도가 미리 설정된 온도, 예를 들면 바이오 디젤의 응고점보다 높은 경우 제1 연료유 공급이 중단되고 엔진에 바이오 디젤을 공급할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 연료 공급 장치 110 : 엔진
120 : 디젤 공급부 130 : 바이오 디젤 공급부
140 : 배기가스 배출부 150 : 열교환부
160 : 우회 배출부

Claims (12)

  1. 구동력을 발생시키는 엔진과 연료 라인에 의해 연결되며, 상기 엔진으로 디젤, 가솔린, 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연료유를 공급하는 연료유 공급부;
    상기 엔진과 연료 라인에 의해 연결되며, 상기 엔진으로 바이오 디젤(bio diesel)을 공급하는 바이오 디젤 공급부; 및
    상기 엔진과 연결되되 설치 경로 상에 상기 바이오 디젤 공급부가 배치되며, 상기 엔진의 초기 구동 시 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 상기 바이오 디젤 공급부 내의 상기 바이오 디젤을 가열하는 배기가스 배출부;
    를 포함하는 연료 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 디젤 공급부의 적어도 일부분을 감싸도록 마련되며, 상기 배기가스 배출부로부터 제공된 고온의 상기 배기가스와 상기 바이오 디젤 공급부 내의 상기 바이오 디젤 간의 열교환을 발생시키는 열교환부를 더 포함하는 연료 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열교환부 내에는 상기 배기가스의 열을 보존시키는 열 보존 물질이 마련되는 연료 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 배출부의 이동 경로 중 상기 엔진과 상기 바이오 디젤 공급부를 연결하는 이동 경로와 부분적으로 연결되며, 상기 배기가스를 외부로 직접 배출시키는 우회 배출부를 더 포함하는 연료 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배기가스 배출부와 상기 우회 배출부의 연결 부분에는 상기 배기가스의 이동 방향을 조절하는 배기가스 조절 밸브가 장착되는 연료 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료 라인에는 상기 디젤 및 상기 바이오 디젤의 유량을 조절하거나 이동을 허용하는 연료 조절 밸브가 장착되는 연료 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바이오 디젤 공급부에 장착되어 상기 바이오 디젤의 온도를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부에 의해 감지된 정보를 기초로, 상기 바이오 디젤의 투입 시기를 제어하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 연료 조절 밸브를 조절함으로써 상기 엔진으로 공급되는 연료를 조절하는 연료 공급 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 연료 공급 장치의 연료 공급 방법에 있어서,
    상기 연료유 공급부로부터 상기 엔진으로 상기 연료유를 공급하여 상기 엔진을 초기 구동시키는, 초기 구동 단계;
    상기 엔진 초기 구동 시 발생되는 고온의 상기 배기가스를 이용하여 상기 바이오 디젤 공급부 내의 상기 바이오 디젤에 열을 공급하는, 열 공급 단계; 및
    상기 엔진으로의 상기 디젤 공급을 중단하고 상기 바이오 디젤을 공급하는, 바이오 디젤 공급 단계;
    를 포함하는 연료 공급 장치의 연료 공급 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열 공급 단계와 상기 바이오 디젤 공급 단계의 사이에 마련되며, 상기 감지부에 의해서 상기 바이오 디젤의 온도를 감지하는 온도 감지 단계를 더 포함하며,
    상기 온도 감지 단계에 의해서 감지되는 상기 바이오 디젤의 온도가 미리 설정된 온도가 되었을 때, 상기 제어부는 상기 엔진으로 상기 바이오 디젤이 공급되도록 하는 연료 공급 장치의 연료 공급 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온도 감지 단계에 의해서 감지되는 상기 바이오 디젤의 온도가 미리 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 제어부는 상기 배기가스 조절 밸브를 제어함으로써 상기 배기가스가 상기 우회 배출부를 통해 배출되도록 하는 연료 공급 장치의 연료 공급 방법.
  11. 엔진에 디젤, 가솔린, 가스 중 어느 하나의 제1 연료유를 공급하여 엔진을 초기 구동하는, 제1 연료유 공급 단계;
    상기 연료유의 연소 시 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 제2 연료유인 바이오 디젤을 가열하는, 바이오 디젤 가열 단계; 및
    상기 제1 연료유 공급을 중단하고 상기 엔진에 상기 바이오 디젤을 공급하는, 바이오 디젤 공급 단계;
    를 포함하는 연료 공급 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 바이오 디젤의 미리 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 제1 연료유 공급을 중단하고 상기 엔진에 상기 바이오 디젤을 공급하는 연료 공급 방법.
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