KR101205875B1 - 자동 연료유 전환장치 - Google Patents

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Abstract

자동 연료유 전환장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 연료유 전환장치는 디젤유와 중유 중 어느 하나의 연료유에서 다른 연료유로 공급을 전환할 수 있는 전환 제어밸브; 상기 전환 제어밸브의 출구에 연결되어 디젤유 또는 중유가 유입, 혼합될 수 있는 혼합포트; 상기 혼합포트의 출구에 연결되어 배출되는 연료유를 엔진으로 공급하는 공급펌프; 엔진 출구에 연결되어 엔진에서 소모되고 남은 잔여 디젤유를 냉각시켜 엔진으로 재공급하는 쿨러; 및 엔진 출구에 연결되어 잔여 디젤유는 상기 쿨러로 보내고, 잔여 중유는 바이패스 시켜 엔진으로 재공급할 수 있는 쿨러 바이패스 제어밸브;를 포함한다.

Description

자동 연료유 전환장치 {automatic fuel oil change-over device}
본 발명은 이종 연료유간 전환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박에서 사용되는 이종의 연료유를 조건에 따라 자동적으로 전환시켜 엔진에서 필요로 하는 최적 상태의 연료유를 공급할 수 있게 하는 자동 연료유 전환장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박에서는 디젤유(MDO: Marine Diesel Oil, MGO: Marine Gas Oil)와 중유(HFO, Heavy Fuel Oil)를 함께 사용한다.
예를 들어, 시동 시에는 디젤유를 사용하고 운항 시에는 중유를 사용하거나, 또는 중유를 사용하여 운항하다가 국제 환경규제에 따라 ECA(Emission Control Area)나 EU Port와 같이 특정 지역을 지날 때 반드시 저황(Low sulphur) 디젤유로 전환하여 사용해야 한다.
최근 환경문제 때문에 운항 시 저황 디젤유를 사용해야 하는 해역이 늘어나면서 저황 디젤유와 중유의 연료유 전환이 매우 빈번해 지고 있는 실정이다.
도 1은 종래 선박의 연료유 전환장치를 나타내는 계통도이다.
디젤유 공급탱크(1) 혹은 중유 공급탱크(2) 중 어느 하나에서 공급된 연료유는 공급펌프(5)에 의해 엔진으로 공급되고, 순환펌프(11)를 통해 순환되면서 히터(12)에 의해 적정 온도로 가열되어 엔진에 공급된다.
엔진에서 사용되고 남은 잔여 연료유가 저점도 (Low viscosity) 디젤유일 경우에는 디젤유의 온도 상승을 방지하기 위하여 쿨러 개폐밸브(9)에 의해 쿨러(8)를 통과하면서 낮은 온도로 냉각된 후 엔진에 재공급 되고, 중유일 경우는 쿨러(8)로 보내지 않고 바이패스 밸브(7)에 의해 바로 엔진으로 재공급한다.
재공급된 연료유(디젤유 혹은 중유)는 상기 쿨러(8)와 공급펌프(5) 사이에 구비되는 리턴 파이프(6)를 통과하면서 공급탱크에서 공급되는 새로운 연료유가 보충되어 엔진에 필요한 적정 유량으로 맞춰진 후 순환펌프(11)를 통해 엔진으로 보내어 진다. 여기서, 미설명 부호 13은 점도계, 14는 필터, 15는 유량계이다.
종래 디젤유 공급탱크(1)나 중유 공급탱크(1)에는 각각 디젤유 밸브(3)와 중유 밸브(4)가 구비되어 있는데, 연료유 전환시 작업자가 일일이 수동으로 각 밸브(3,4)의 개도를 조절하여 개폐해야 했다.
즉, 갑작스런 연료유 전환에 의한 엔진에 가해지는 열충격(Thermal shock)을 방지하기 위해 연료유 전환 시 엔진에서 필요로 하는 연료 조건에 따라 온도 및 점도의 변화를 수동으로 정밀하게 조절해야 했다. 예를 들어, 연료유 전환 시 엔진으로 유입되는 연료유의 온도 변화를 분당 4℃로 제한하고 있으며 연료의 점도도 최소 2.0cSt(centiStrokes) 아래로 내려가지 않도록 요구하기 때문에 이러한 요구조건에 적합하도록 직접 조절해야 했다.
이러한 작업은 매우 숙련된 작업자에 의해 이루어져야 하고, 연료유 전환이 완료될 때까지 장시간 대기해야 하는 불편함이 있었다.
뿐만 아니라 쿨러의 경우에도 디젤유와 중유를 일일이 선택해서 쿨러 개폐밸브 또는 바이패스 밸브를 직접 조작해 주어야 하는 문제가 있었던 것이다.
본 발명의 실시 예들은 3방향 제어밸브 및 연료유 혼합포트를 사용하여 연료유 온도 및 점도의 급격한 변화를 방지하면서 안전하게 자동으로 연료유 전환을 수행할 수 있는 자동 연료유 전환장치를 제공하고자 한다.
또한, 엔진으로부터 잔여 연료유 중에서 중유는 바이패스 시키고 디젤유만 쿨러로 보낼 수 있는 자동 연료유 전환장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 디젤유와 중유 중 어느 하나의 연료유에서 다른 연료유로 공급을 전환할 수 있는 전환 제어밸브; 상기 전환 제어밸브의 출구에 연결되어 디젤유 또는 중유가 유입, 혼합될 수 있는 혼합포트; 상기 혼합포트의 출구에 연결되어 배출되는 연료유를 엔진으로 공급하는 공급펌프; 엔진을 통과한 잔여 연료유 중 디젤유를 냉각시켜 엔진으로 재공급하는 쿨러; 및 엔진에 연결되어 잔여 디젤유는 쿨러로 보내고, 잔여 중유는 바이패스 시켜 엔진으로 재공급할 수 있는 쿨러 바이패스 제어밸브;를 포함하여 이루어지는 자동 연료유 전환장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 전환 제어밸브와 쿨러 바이패스 제어밸브는 3방향 제어밸브(3-way control valve)일 수 있다.
또한, 상기 혼합포트는 유입된 연료유가 와류를 형성하면서 잘 혼합되도록 하부에 역원추 형상의 볼텍스부가 형성될 수 있다.
그리고 엔진의 입구 측에는 디젤유 냉각기와 냉각기 바이패스 밸브가 설치되어, 상기 냉각기 바이패스 밸브는 엔진에서 요구하는 기준 점도보다 낮은 점도의 디젤유 또는 엔진을 통과하여 온도가 상승된 디젤유는 상기 디젤유 냉각기로 보내고, 엔진에서 요구하는 기준 점도보다 높은 점도의 디젤유는 엔진으로 바로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 연료 전환 시 온도 및 점도가 안정적인 혼합 연료유를 공급할 수 있도록 전환 제어밸브와 혼합포트를 구비하여 연료 전환 시 두 연료가 잘 혼합되도록 하고 있다.
그리고 숙련된 작업자가 대기하면서 밸브를 수동으로 조절할 필요가 없이 전환 제어밸브, 쿨러 바이패스 밸브를 원격 제어함으로써 선원들의 편의를 도모할 수 있는 것이다.
도 1은 종래 선박의 연료유 전환장치를 나타내는 계통도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 연료유 전환장치를 나타내는 계통도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 계통도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 연료유 전환장치를 나타내는 계통도이다.
도시된 바를 참조하면 본 발명의 일 실시 예는 크게 전환 제어밸브(10), 혼합포트(20), 공급펌프(30), 쿨러(40), 쿨러 바이패스 제어밸브(50)를 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 상기 전환 제어밸브(10)는 디젤유를 공급하는 디젤유 공급탱크(100) 및 중유를 공급하는 중유 공급탱크(110)에 연결되어 디젤유와 중유 중 어느 하나의 연료유만 엔진에 공급되도록 연료유 공급을 전환할 수 있는 밸브이며, 연료유 전환시에는 디젤유와 중유가 함께 공급될 수 있게 하는 밸브이다.
여기서, 상기 전환 제어밸브(10)는 3방향 제어밸브(3-way control valve)일 수 있다.
3방향 제어밸브는 3방향의 유로를 개폐할 수 있는 밸브로서, 입출구가 3방향으로 형성되며, 밸브체의 이동에 따라 각 입출구를 통한 유체의 흐름 방향을 전환할 수 있다. 따라서 하나의 입구로 들어온 유체를 다른 두 개의 출구를 통해 선택적으로 배출하거나 두 개의 입구를 통해 선택적으로 유체를 유입시켜 하나의 출구로 배출하는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 디젤유 공급탱크(100)와 중유 공급탱크(110)에 연결된 두 개의 입구를 통해 디젤유와 중유를 공급받고 후술하는 혼합포트(20)와 연결된 하나의 출구를 통해 선택적으로 혹은 함께 배출하는 구조를 가질 수 있다.
3방향 제어밸브는 모터를 이용한 전동식, 고압의 공기를 이용한 공기압식, 유체압력을 이용한 유압식 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 고압 공기를 이용한 공기압식으로 구현되어 원격으로 구동기를 제어하여 밸브의 개폐 및 연료의 전환속도를 제어하는 방식을 사용할 수 있다.
본 발명에서 디젤유와 중유를 상호 전환할 때 급격한 전환은 온도와 점도의 급격한 변화를 가져오므로 엔진에 열충격(Thermal shock)을 가할 수 있다. 따라서 어느 한 연료유에서 다른 연료유로 전환할 때 적절한 속도 혹은 단계별로 전환이 이루어질 수 있도록 연료유간 혼합 속도를 적절하게 제어할 필요가 있다.
다음으로 상기 혼합포트(20)는 상기 전환 제어밸브(10)의 출구에 연결되고, 용기 형상을 가져 내부에 디젤유 또는 중유가 유입되거나 디젤유와 중유가 혼합될 수 있다.
종래에는 수동으로 연료유를 전환하는 과정에서 디젤유와 중유가 서로 잘 혼합되지 않아서 불안정한 온도와 점도를 가진 상태로 엔진으로 공급되는 경우가 있었지만, 본 발명의 경우 상기 혼합포트(20)가 구비됨으로써 연료유 전환과정에서 디젤유와 중유가 잘 혼합되어 안정적인 공급이 이루어질 수 있다.
따라서 상기 혼합포트(20)의 하부에는 역원추 형상의 볼텍스부(22)를 포함할 수 있다.
상기 볼텍스부(22)는 유입된 연료유가 잘 혼합되도록 와류(Vortex)를 형성시킬 수 있는 구조인데, 상술한 바와 같이 역원추 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되지는 않고 다른 형상과 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
다음으로 상기 공급펌프(30)는 상기 혼합포트(20)의 출구에 연결되고, 이송라인을 통해 배출되는 연료유를 엔진으로 공급한다.
상기 공급펌프(30)는 필요에 따라 복수개가 구비될 수 있다.
다음으로 상기 쿨러(40)는 엔진의 출구에 연결되어 엔진에서 사용되고 남은 잔여 연료유 중 디젤유를 냉각시켜 다시 엔진으로 공급할 수 있다.
상기 공급펌프(30)에 의해 공급된 연료유는 리턴 파이프(120), 순환펌프(140), 히터(150) 및 점도계(160)를 거쳐 엔진으로 공급되는데, 이때 엔진에서 사용되고 남은 연료유 중에서 중유는 온도가 상승하더라도 엔진에서 요구하는 점도 범위를 만족하기 때문에 그 상태로 엔진으로 다시 재공급할 수 있지만, 디젤유의 경우 온도가 높으면 점도가 낮아지기 때문에 냉각시켜 주어야 한다.
따라서 상기 쿨러(40)를 통해 디젤유의 온도를 낮추어 주는 과정이 필요하다.
다음으로 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)는 엔진에 디젤유가 공급되는 상태에서는 디젤유를 상기 쿨러(40)로 보내는 반면, 중유가 공급되는 경우는 바이패스 시켜 리턴 파이프(120) 및 순환펌프(140)를 통해 엔진으로 재공급 하도록 제어한다.
여기서, 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)는 엔진과 상기 쿨러(40) 사이에 연결되어 엔진에서 사용되고 남은 연료유 중에서 잔여 디젤유는 쿨러로 보내고, 잔여 중유는 바이패스 시켜 리턴 파이프(120) 및 순환펌프(140)를 통해 엔진으로 보낼 수 있는 3방향 제어밸브일 수 있다.
상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)는 내부 프로그램에 의해 상기 전환 제어밸브(10)가 작동함으로써 연료유가 전환되면 셋팅된 절차에 따라 제어된다.
예를 들어, 작업자가 디젤유에서 중유로 전환시키면 상기 전환 제어밸브(10)가 작동하기 시작하는데, 셋팅된 시간 동안 전환이 실시된다. 그리고 전환이 일어나는 동안은 혼합유가 공급되는데, 전환이 시작될 때 바로 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)가 작동하는 것은 아니고 혼합유가 엔진을 거쳐 쿨러 바이패스 제어밸브(50)에 도달할 때까지 걸리는 예상시간이 프로그램 되어 있기 때문에 그 시간이 지나면 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)가 작동하여 혼합유를 바이패스 시키고 엔진으로 보낸다. 다시 말해, 혼합유는 쿨링하지 않는다.
반대로, 중유에서 디젤유로 전환시킬 경우 혼합유는 쿨링할 필요가 없으므로 전환이 일어나고 있는 시간 동안에는 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)가 작동하지 않고 전환이 완료된 시간부터 프로그램된 일정시간이 지나면 작동하여 디젤유를 상기 쿨러로 보낸다.
한편, 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)도 공기압식일 수 있으며 원격으로 제어될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예를 설명하고자 한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 계통도이다. 상술한 일 실시 예와 동일한 것에 대한 상세한 설명은 생략하고 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
엔진의 입구 측에 디젤유 냉각기(80)와 냉각기 바이패스 제어밸브(70)가 설치될 수 있다.
좀더 상세하게는, 상기 냉각기 바이패스 제어밸브(70)는 점도계(160)와 히터(150) 사이에 구비될 수 있는데, 상기 냉각기 바이패스 제어밸브(70)는 엔진에 공급되는 디젤유의 점도가 매우 낮을 경우, 예를 들면 저황 디젤유를 사용하는 경우 엔진에서 요구하는 점도를 가지도록 상기 디젤유 냉각기(80)로 보내어 냉각시킨다.
또는 엔진을 통과하여 온도가 상승된 디젤유의 경우도 점도가 낮으므로 필요시 상기 디젤유 냉각기(80)로 보내어 냉각시켜 점도를 높여 준다. 이때, 히터는 작동하지 않게 된다. 상기 히터는 연료유의 점도가 높을 경우 스팀이 공급되어 점도를 낮추어 준다. 즉, 점도계로부터 점도값을 센싱하여 기준 점도 보다 높을 경우 상기 히터에 스팀이 공급되도록 제어될 수 있다.
여기서, 기준 점도라 함은 엔진에서 요구되는 최소 점도를 의미한다.
한편, 엔진에서 요구하는 기준 점도보다 높은 점도의 디젤유는 엔진으로 바로 공급하도록 제어된다.
그리고 상술한 바와 마찬가지로, 연료유의 전환이 일어나는 동안 공급되는 혼합유 및 중유는 냉각할 필요가 없어 상기 냉각기 바이패스 제어밸브(70)가 상기 디젤유 냉각기(80)로 보내지 않고 바로 엔진으로 공급하도록 제어된다.
한편, 상기 냉각기 바이패스 제어밸브(70)도 3방향 제어밸브일 수 있고, 공기압식일 수 있으며, 원격으로 제어될 수 있다.
이하에서 본 발명의 작동과정을 설명한다.
먼저, 중유가 공급되는 과정은 상기 전환 제어밸브(10)가 중유 공급탱크(110) 측으로 개방되어 중유가 상기 혼합포트(20)에 유입되고 상기 공급펌프(30)의 작동에 의해 엔진 측으로 공급된다.
이때, 중유는 상기 히터(150) 내에서 스팀에 의해 일정 온도 이상으로 가열되어 엔진으로 공급된다. 히터(150)는 점도계(160)에서 측정된 점도 값을 신호로 입력 받아 스팀에 의해 작동될 수 있다.
엔진에 공급된 중유는 일부 사용되고 잔여 중유는 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)로 보내어 진다.
상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)는 잔여 중유를 상기 쿨러(40)로 보내지 않고 바이패스 시켜 리턴 파이프(120)로 보낸다. 그리고 상기 리턴 파이프(120)를 통과하면서 상기 공급펌프(30)에서 공급되는 중유가 보충되어 엔진 측으로 재공급된다.
이때 순환펌프(140)에 의해 이러한 순환이 이루어질 수 있다.
만일 디젤유로 전환하고자 할 때 상기 전환 제어밸브(10)는 중유 공급탱크(110) 측이 서서히 닫히고 동시에 디젤유 공급탱크(100) 측이 서서히 열리도록 제어된다. 이러한 개폐속도는 중유와 디젤유의 점도에 따라 미리 프로그램으로 설정된 상태일 수 있다.
이렇게 연료유가 전환되는 과정에서는 디젤유와 중유가 함께 상기 혼합포트에 유입되고 내부에서 혼합된다. 이때 상기 볼텍스부(22)에서 와류를 형성하면서 잘 혼합되어 급격한 온도 및 점도의 변화를 완화할 수 있다.
혼합된 연료유는 동일한 경로를 거쳐 엔진으로 보내어지며, 엔진에서 사용되고 남은 잔여 혼합유는 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)에서 계속 바이패스 시켜 상기 리턴 파이프(120)를 통해 엔진에 재공급된다.
그러나 전환 과정이 끝나고 디젤유만 유입될 시간(프로그램에 셋팅된 상태)이 되면 엔진을 통과하여 온도가 상승된 디젤유는 상기 쿨러(40)로 보내어져 냉각된 후 순환펌프(140)에 의해 엔진으로 재공급될 수 있다.
다음으로 디젤유에서 중유로 전환할 때는 작업자의 신호에 의해 전환이 일어나되, 최초 혼합유가 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)에 도달할 시간(프로그램으로 셋팅된 상태)이 지나면 상기 쿨러 바이패스 제어밸브(50)가 작동하여 혼합유를 쿨러(40)로 보내지 않고 바이패스 시켜 바로 엔진으로 공급하게 된다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기의 특허청구범위에서 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 전환 제어밸브 20 : 혼합포트
22 : 볼텍스부 30 : 공급펌프
40 : 쿨러 50 : 쿨러 바이패스 제어밸브
70 : 냉각기 바이패스 제어밸브 80 : 디젤유 냉각기
100 : 디젤유 공급탱크 110 : 중유 공급탱크
120 : 리턴 파이프 140 : 순환펌프
150 : 히터 160 : 점도계
170 : 필터 180 : 유량계

Claims (4)

  1. 디젤유와 중유 중 어느 하나의 연료유에서 다른 연료유로 공급을 전환할 수 있는 전환 제어밸브;
    상기 전환 제어밸브의 출구에 연결되어 디젤유 또는 중유가 유입, 혼합될 수 있는 혼합포트;
    상기 혼합포트의 출구에 연결되어 배출되는 연료유를 엔진으로 공급하는 공급펌프;
    엔진 출구에 연결되어 엔진에서 소모되고 남은 잔여 디젤유를 냉각시켜 엔진으로 재공급하는 쿨러; 및
    엔진 출구에 연결되어 잔여 디젤유는 상기 쿨러로 보내고, 잔여 중유는 바이패스 시켜 엔진으로 재공급할 수 있는 쿨러 바이패스 제어밸브;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 연료유 전환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전환 제어밸브와 쿨러 바이패스 제어밸브는 3방향 제어밸브(3-way control valve)인 것을 특징으로 하는 자동 연료유 전환장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합포트는 유입된 연료유가 와류를 형성하면서 잘 혼합되도록 하부에 역원추 형상의 볼텍스부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동 연료유 전환장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    엔진의 입구 측에는 디젤유 냉각기와 냉각기 바이패스 밸브가 설치되어,
    상기 냉각기 바이패스 밸브는 엔진에서 요구하는 기준 점도보다 낮은 점도의 디젤유 또는 엔진을 통과하여 온도가 상승된 디젤유는 상기 디젤유 냉각기로 보내고, 엔진에서 요구하는 기준 점도보다 높은 점도의 디젤유는 엔진으로 바로 공급하는 것을 특징으로 하는 자동 연료유 전환장치.
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