KR101395396B1 - 비중 감시 제어 장치 및 이를 구비한 연료 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

연료유에 물을 첨가하여 물 에멀전 연료를 만들 때에, 실제로 사용되는 연료유의 비중을 계측하여 감시할 수 있고, 이 계측하여 얻어진 연료유의 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정함으로써 정확한 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 비중 감시 제어 장치를 제공함. 연료유에 물을 첨가하여 연료유를 에멀전화 할 때에, 연료유의 비중을 제1 비중 계측부(21)로 계측하고, 이 제1 비중 계측부(21)로 계측하여 얻어진 제1 계측 비중(go)을 사용하여 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정함으로써 원하는 정확한 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 구성.

Description

비중 감시 제어 장치 및 이를 구비한 연료 공급 장치 {SPECIFIC GRAVITY MONITORING CONTROL DEVICE AND FUEL SUPPLY APPARATUS PROVIDED WITH SAME}
본 발명은, 연료유(fuel oil)에 물을 첨가하여 물 에멀전 연료(water emulsion fuel)를 만들 때에 있어서, 실제로 사용되는 연료유의 비중을 계측하고, 이 계측하여 얻어진 연료유의 비중을 이용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정함으로써 원하는 목표 물 첨가량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 비중 감시 제어 장치 및 이를 구비한 연료 공급 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 배기 중의 NOx 삭감 기술로서, 연료유에 물을 혼합하고 교반하여 얻어지는 물 에멀전 연료가 있다. 이 물 에멀전 연료는, 내연 기관의 연료로서 사용함으로써 배기 중의 NOx 성분을 감소할 수 있다는 것은 일반적으로 확인되어 있어 선박용 디젤(diesel) 기관에도 적용이 가능하다.
단, 이 물 에멀전 연료의 사용에 의한 배기 중의 NOx 삭감 기술에 있어서는, 연료유에 첨가되는 물의 첨가율에 따라 NOx 삭감 효과 및 연소 효율(연료 소비율)이 변화하는 것이 알려져 있다. 또, 내연 기관에 공급하는 연료유(순연료)와, 이것에 첨가되는 물의 합계 유량이, 예를 들면 연료 공급 장치 및 이에 부수되는 장치류의 정격 공급 유량을 초과해서는 안 된다는 제약이 부과되어 있다.
그런데, 이와 같은 물 에멀전 연료의 공급 장치의 일예로서, 도면에는 나타나 있지 않지만, 자동차용 디젤 기관에 물 에멀전 연료를 공급하기 위한 연료 공급 장치가 특허문헌1에 개시되어 있다. 이 연료 공급 장치는, 연료 분사 밸브(valve)에서 드레인(drain)된 귀환 물 에멀전 연료를 리턴 리저버(return reservoir)에 저장하고, 이후 연료 분사 밸브에 되돌려 재이용하는 것이다.
또, 이 연료 공급 장치는, 귀환 물 에멀전 연료가 리턴 리저버에 저장되었을 때에, 그 리턴 리저버 내의 물 에멀전 연료의 물 비율을 연산하여 구하고, 이 연산에서 구한 물 비율에 기초하여 믹서(mixer)에 공급하는 연료유의 양, 및 공급 물의 양을 에멀전 콘트롤러(controller)로 결정하고, 운전 부하 등에 따라 최적의 물 비율로 상시 변경 제어하려고 하는 것이다.
여기서, 리턴 리저버 내의 물 에멀전 연료의 물 비율을 연산하여 구하기 위해서는, 적어도 연료유의 비중이 필요함에도 불구하고, 이 연료유의 비중을 구하는 방법에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다. 단, 이 연료 공급 장치가 자동차용 디젤 기관에 사용되는 것임을 감안하면, 연료유는, 물질이 일정한 것이 사용되기 때문에 연료유의 비중으로서 규격 값을 사용하고 있다고 생각된다.
일본 특개평 9-250736호 공보
그러나 상기 종래의 연료 공급 장치에서는, 연료유의 비중으로서 규격 값을 사용하고 있는 경우는, 연료유의 비중이 규격 값에서 크게 벗어났을 때, 부정확한 물 비율이 산출되어 운전 부하 등에 따라 최적의 물 비율로 변경 제어할 수 없다.
그리고 이와 같은 연료 공급 장치를 예를 들면 선박용 내연 기관에 적용하였을 경우는, 이 선박에 대하여 다양한 지역에서 성상(性狀)이 다른 연료유가 탑재되고, 이들 다양한 비중의 연료유를 사용하는 경우나, 이와 같은 다양한 비중의 연료유를 혼합하여 사용하는 경우에는, 원하는 정확한 물 비율의 물 에멀전 연료를 만들 수가 없다.
따라서 상기 종래의 연료 공급 장치에서는, 물 에멀전 연료가 사용되는 내연 기관 등을, 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수가 없고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수도 없다.
더욱이, 상기 종래의 연료 공급 장치에서는, 소정의 물 비율의 물 에멀전 연료를 만들 때에, 연료유의 비중이 큰 경우는, 공급 물의 유량이 커져 이 연료유와 공급 물의 합계 유량이, 이 연료 공급 장치의 소정 공급 유량을 초과하는 일이 있다. 이와 같은 일이 발생하면, 이 연료 공급 장치 및 이에 부수되는 장치류를 적절한 상태로 작동시킬 수가 없어 상기와 같이 물 에멀전 연료가 사용되는 내연 기관 등을 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수 없게 되고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수 없다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 연료유에 물을 첨가하여 물 에멀전 연료를 만들 때에, 실제로 사용되는 연료유의 비중을 계측하여 감시할 수 있고, 이 계측하여 얻어진 연료유의 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정함으로써 원하는 정확한 물 첨가 중량율(연료유 중량에 대한 물 중량의 비율)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 비중 감시 제어 장치 및 이를 구비한 연료 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 비중 감시 제어 장치는, 연료유에 물을 첨가하여 연료유를 에멀전화할 때에, 연료유의 비중을 계측하는 제1 비중 계측 수단을 구비하고, 이 제1 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 제1 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하거나 연료유 및 물 양측의 양을 조정함으로써 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 비중 감시 제어 장치에 따르면, 연료유에 물을 첨가하여 연료유를 에멀전화 할 때에, 실제로 사용하는 연료유의 비중을 제1 비중 계측 수단으로 실제로 계측하여 실시간(real time)으로, 상시 또는 수시 감시할 수 있고, 이 제1 비중 계측 수단으로 실제로 계측하여 얻어진 제1 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하거나 연료유 및 물 양측의 양을 조정할 수 있다.
요컨대, 예를 들면 연료유의 비중을 알지 못하거나 규격 값으로밖에 인식하지 못하고 있는 경우나, 연료유에 물을 첨가하여 물 에멀전 연료를 만들고 있을 때에, 비중이 다른 연료유를 사용하는 상황이 되었을 경우, 나아가 연료유의 성상 변화로 인하여 비중이 변화하였을 경우에도, 실제로 사용하는 연료유의 비중을 제1 비중 계측 수단으로 계측하고, 이에 따라 얻어진 제1 계측 비중을 사용하여 해당 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하고 있기 때문에 원하는 정확한 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만드는 것이 가능해진다.
이 발명에 따른 비중 감시 제어 장치에 있어서, 연료유에 물을 첨가하여 만들어진 물 에멀전 연료의 비중을 계측하는 제2 비중 계측 수단과, 이 제2 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 제2 계측 비중과 상기 제1 계측 비중을 사용하여 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율을 연산하는 물 첨가율 조정부와, 상기 계측 물 첨가 중량율을 출력하는 출력 수단을 구비할 수 있다.
이와 같이 하면, 연료유에 물을 첨가하여 만들어진 실제의 물 에멀전 연료의 비중을 제2 비중 계측 수단으로 계측하여 실시간으로 상시 또는 수시 감시할 수 있고, 이 제2 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중과, 실제로 사용된 연료유의 제1 계측 비중을 사용하여 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율을 물 첨가율 조정부로 연산할 수가 있다. 그리고 이 계측 물 첨가 중량율을 출력 수단으로 출력할 수 있다.
이에 따라, 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율이, 허용 물 첨가 중량율의 범위 내에 들어 있는지 아닌지를, 상시 또는 수시로 작업자나 장치에 의해 감시할 수 있도록 할 수가 있다.
이 발명에 따른 비중 감시 제어 장치에 있어서, 물의 비중을 제3 비중 계측 수단으로 계측하고, 이 제3 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 제3 계측 비중과 상기 제1 계측 비중 및 제2 계측 비중을 사용하여 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율을 상기 물 첨가율 조정부로 연산하고, 상기 계측 물 첨가 중량율을 출력 수단으로 출력할 수 있다.
이와 같이 하면, 연료유에 첨가되는 실제의 물의 비중을 제3 비중 계측 수단으로 계측하여 실시간으로 상시 또는 수시로 감시할 수 있고, 이 제3 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 실제로 사용되고 있는 물의 제3 계측 비중과, 실제로 사용된 연료유의 제1 계측 비중과, 실제로 만들어진 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중을 사용하여 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율을 물 첨가율 조정부로 연산할 수 있다. 그리고 이 계측 물 첨가 중량율을 출력 수단으로 출력할 수 있다.
이에 따라, 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율이, 허용 물 첨가 중량율의 범위 내에 들어 있는지 아닌지를, 상시 또는 수시로 작업자나 장치에 의해 감시할 수 있다.
이 발명에 따른 비중 감시 제어 장치에 있어서, 상기 물 첨가율 조정부는, 연산하여 얻어진 상기 계측 물 첨가 중량율에 기초하여 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 연료유에 첨가되는 물의 양을 조정하거나 연료유 및 물 양측의 양을 조정하는 것으로 할 수 있다.
이와 같이 구성된 물 첨가율 조정부에 따르면, 실제로 만들어진 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율에 기초하여, 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 연료유에 첨가되는 물의 양을 조정하거나 연료유 및 물 양측의 양을 조정할 수 있다.
이에 따라, 실제로 만들어지는 물 에멀전 연료의 물 첨가 중량율이, 목표 물 첨가 중량율에 일치하거나 허용 물 첨가 중량율의 범위 내에 들어가도록 할 수 있다. 그 결과, 예기치 않은 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료가 만들어져서 예를 들면 내연 기관이나 보일러(boiler) 등에 공급되어 장시간 운전되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 이 물 에멀전 연료가 사용되는 내연 기관이나 보일러 등을, 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수 있고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이 발명에 따른 비중 감시 제어 장치에 있어서, 상기 비중 계측 수단은, 질량 유량 계측 기능과 체적 유량 계측 기능을 구비하고 있는 것으로 할 수 있다.
이 비중 계측 수단에 따르면, 연료유, 물 에멀전 연료, 또는 물의 계측 질량 유량을 그 계측 체적 유량으로 나눔으로써 이들 연료유, 물 에멀전 연료, 또는 물의 비중을 구할 수 있다.
이 발명에 따른 비중 감시 제어 장치에 있어서, 상기 물 첨가율 조정부는, 상기 계측 비중을 온도 보정하여 얻어진 온도 보정 완료 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하거나 연료유 및 물 양측의 양을 조정함으로써 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있다.
이와 같이, 연료유, 물 에멀전 연료, 또는 물의 계측 비중을 온도 보정하여 얻어진 온도 보정 완료 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하거나 연료유 및 물 양측의 양을 조정함으로써 온도의 영향을 받지 않고 정확하게 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있다.
이 발명에 따른 비중 감시 제어 장치에 있어서, 상기 물 첨가율 조정부는, 원하는 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들기 위하여 사용되는 연료유 및 물의 합계 유량이, 소정의 상한 합계 유량 이상으로 될 때는, 물의 공급 유량을 제한하여 상기 합계 유량이 소정의 상한 합계 유량 미만으로 되도록 할 수 있다.
이와 같이, 연료유 및 물의 합계 유량이, 소정의 상한 합계 유량 이상으로 될 경우로서, 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 때에, 예를 들면 연료유의 비중이 클 때에, 물의 공급 유량이 커질 가능성이 있다. 이와 같은 경우에, 물의 공급 유량을 제한함으로써 이 물 에멀전 연료를 내연 기관 또는 보일러에 공급하기 위한 연료 공급 장치 및 이에 부수되는 장치류가, 예를 들면 정격 공급 유량을 초과하는 상태로 운전되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 이 연료 공급 장치류를 적절한 상태로 작동시킬 수 있어서 물 에멀전 연료가 사용되는 내연 기관 등을, 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수 있고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수가 있다. 그리고 물의 공급 유량을 제한하고 있지만, 연료유의 공급 유량을 제한하고 있지 않기 때문에 내연 기관이나 보일러를 설정된 출력으로 운전할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 공급 장치는, 본 발명의 비중 감시 제어 장치를 구비하고, 이 비중 감시 제어 장치를 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양, 또는 연료유 및 물 양측의 양이 조정되어 만들어진 물 에멀전 연료를, 연료 공급 펌프(pump)를 사용하여 내연 기관 또는 보일러에 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 공급 장치에 따르면, 본 발명의 비중 감시 제어 장치를 사용하여 만들어진 물 에멀전 연료를, 연료 공급 펌프를 사용하여 내연 기관 또는 보일러에 공급할 수 있다.
이에 따라 상기한 바와 같이, 이 물 에멀전 연료가 사용되는 내연 기관이나 보일러 등을, 확실하게 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수 있고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이 발명에 따른 비중 감시 제어 장치 및 연료 공급 장치에 따르면, 실제로 사용하는 연료유의 비중을 제1 비중 계측 수단으로 계측하고, 이에 의해 얻어진 제1 계측 비중을 사용하여 해당 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하거나 연료유 및 물 양측의 양을 조정할 수 있도록 한 구성이기 때문에, 예를 들면 이 비중 감시 제어 장치를 선박용 내연 기관에 적용하였을 경우는, 이 선박에 탑재되어 있는 연료유의 성상 변화로 인하여 비중이 변화하였을 경우나, 이 선박에 대하여 다양한 지역에서 성상이 다른 연료유가 탑재되고, 이들 다양한 비중의 연료유를 사용하는 경우, 나아가 이와 같은 다양한 비중의 연료유를 혼합하여 사용하는 경우에도 원하는 정확한 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있다.
이에 따라, 이 물 에멀전 연료가 사용되는 내연 기관이나 보일러 등을, 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수가 있고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은, 이 발명의 제1 실시예에 따른 비중 감시 제어 장치를 구비한 연료 공급 장치를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명에 따른 비중 감시 제어 장치를 구비한 연료 공급 장치(이하, 간단히 「연료 공급 장치」라고도 언급한다.)의 일 실시예를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 이 비중 감시 제어 장치(11)를 구비한 연료 공급 장치(12)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연료 탱크(tank)(13)에 저장되어 있는 연료유(예를 들면, 시(C) 중유)에 대하여 물 탱크(14)에 저장되어 있는 물을 첨가하여 물 에멀전 연료를 만들고, 이 물 에멀전 연료를 이 연료 공급 장치(12)에 연결되어 있는 디젤 기관(15)에 공급할 수 있다.
그리고 이 연료 공급 장치(12)는, 실제로 만들어져 디젤 기관(15)에 공급되는 물 에멀전 연료의 물 첨가 중량율(Sγ)이, 예를 들면 미리 설정되어 있는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)에 일치하거나, 허용 물 첨가 중량율(Kγ1~Kγ2)의 범위 내에 들어가도록 할 수 있고, 그 결과 예기치 않은 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료가 만들어져서 예를 들면 디젤 기관(15)에 공급되어 장시간 운전되는 것을 방지할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 연료 공급 장치(12)는, 연료 공급 라인(16), 물 공급 라인(17), 및 이들 연료 공급 라인(16) 및 물 공급 라인(17)이 연결되는 순환 라인(18), 또한 제어부(19)를 구비하고 있다.
연료 공급 라인(16)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연료 탱크(13), 제1 연료 공급 펌프(20), 제1 비중 계측부(21), 및 제1 온도 계측부(22)가 설치되어 있다.
연료 탱크(13)는, 연료유를 저장할 수 있는 것이다. 이 연료유는, 예를 들어 시(C) 중유이다.
제1 연료 공급 펌프(20)는, 연료 탱크(13) 내의 연료유를, 순환 라인(18)에 설치되어 있는 믹서(mixer)(23)에 공급할 수 있다. 그리고 이 제1 연료 공급 펌프(20)는, 연료 탱크(13)의 출구와, 믹서(23)의 입구를 연결하는 연료 공급 라인(16)(배관)의 도중에 설치되어 있다. 또, 이 제1 연료 공급 펌프(20)는, 도시하지 않은 전기식 모터(motor)로 구동되는 구성으로 이루어져 있다.
제1 비중 계측부(21)는, 제1 연료 공급 펌프(20)에 의해 순환 라인(18)에 공급되는 연료유의 제1 계측 비중(go)을 계측할 수 있는 것이며, 이 계측하여 얻어진 제1 계측 비중(go)을 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다. 그리고 이 제1 비중 계측부(21)는, 질량 유량 계측 기능과 체적 유량 계측 기능을 구비하고 있고, 예를 들면 코리올리(Coriolis)식 질량 유량계를 갖고 있다.
이 제1 비중 계측부(21)에 따르면, 연료 공급 라인(16)을 통하여 순환 라인(18)에 공급되는 연료유의 질량 유량 및 체적 유량을 계측할 수 있고, 이 계측에 의해 계측 질량 유량 및 계측 체적 유량을 취득할 수 있는 것이다. 그리고 이 취득한 계측 질량 유량을, 그 계측 체적 질량으로 나눔으로써 연료유의 제1 계측 비중(go)을 구하고 이 제1 계측 비중(go)을 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다.
제1 온도 계측부(22)는, 제1 연료 공급 펌프(20)에 의해 순환 라인(18)에 공급되는 연료유의 제1 계측 온도(to)를 계측할 수 있는 것이며, 이 계측하여 얻어진 제1 계측 온도(to)를 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다.
물 공급 라인(17)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이 물 탱크(14), 물 공급 펌프(24), 제3 비중 계측부(25), 및 제3 온도 계측부(26)가 설치되어 있다.
물 탱크(14)는, 물을 저장할 수 있는 것으로, 이 물 탱크(14)의 출구에 물 공급 펌프(24)가 연결되어 있다.
물 공급 펌프(24)는, 물 탱크(14) 내의 물을 믹서(23)에 공급할 수 있는 것으로, 물 탱크(14)의 출구와 믹서(23)의 입구를 연결하는 물 공급 라인(17)(배관)의 도중에 설치되어 있다. 그리고 이 물 공급 펌프(24)는, 도시하지 않은 전기식 모터로 구동되는 구성으로 이루어져 있다.
제3 비중 계측부(25)는, 물 공급 펌프(24)에 의해 순환 라인(18)에 공급되는 물의 제3 계측 비중(gw)을 계측할 수 있는 것으로, 이 계측하여 얻어진 제3 계측 비중(gw)을 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다. 그리고 이 제3 비중 계측부(25)는, 제1 비중 계측부(21)와 마찬가지로, 질량 유량 계측 기능과 체적 유량 계측 기능을 구비하고 있고, 예를 들면 코리올리식 질량 유량계를 갖고 있다.
이 제3 비중 계측부(25)에 따르면, 물 공급 라인(17)을 통하여 순환 라인(18)에 공급되는 물의 질량 유량 및 체적 유량을 계측할 수 있고, 이 계측에 의해 계측 질량 유량 및 계측 체적 유량을 취득할 수 있는 것이다. 그리고 이 취득한 계측 질량 유량을, 그 계측 체적 유량으로 나눔으로써 물의 제3 계측 비중(gw)을 구하고 이 제3 계측 비중(gw)을 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다.
제3 온도 계측부(26)는, 물 공급 펌프(24)에 의해 순환 라인(18)에 공급되는 물의 제3 계측 온도(tw)를 계측할 수 있는 것이며, 이 계측하여 얻어진 제3 계측 온도(tw)를 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다.
순환 라인(18)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이 믹서(23), 제2 비중 계측부(27), 제2 온도 계측부(28), 제2 연료 순환 펌프(29), 히터(heater)(30), 디젤 기관(15), 및 리턴 챔버(return chamber)(31)가 설치되어 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연료 공급 라인(16)과 순환 라인(18)의 합류부(32)는, 리턴 챔버(31)와 믹서(23) 사이에 설치되어 있다.
믹서(23)는, 제1 연료 공급 펌프(20)에 의해 공급되어 오는 연료유와, 물 공급 펌프(24)에 의해 공급되어 오는 물을 혼합하여 교반함으로써 물 에멀전 연료를 만들 수 있다. 이 믹서(23)로 만들어진 물 에멀전 연료는, 믹서(23)의 하류에 설치되어 있는 제2 비중 계측부(27)에 공급된다.
제2 비중 계측부(27)는, 제2 연료 순환 펌프(29)에 의한 토출력에 의해 순환 라인(18)을 화살표의 방향으로 순환하는 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)을 계측할 수 있는 것이며, 이 계측하여 얻어진 제2 계측 비중(ge)을 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다. 그리고 이 제2 비중 계측부(27)는, 제1 비중 계측부(21)와 마찬가지로, 질량 유량 계측 기능과 체적 유량 계측 기능을 구비하고 있고, 예를 들면 코리올리식 질량 유량계를 갖고 있다.
이 제2 비중 계측부(27)에 따르면, 제2 연료 순환 펌프(29)에 의한 토출력에 의해 순환 라인(18)을 도 1에 나타내는 화살표의 방향으로 순환하는 물 에멀전 연료의 질량 유량 및 체적 유량을 계측할 수 있고, 이 계측에 의해 계측 질량 유량 및 계측 제적 유량을 취득할 수 있는 것이다. 그리고 이 취득한 계측 질량 유량을, 그 계측 체적 유량으로 나눔으로써 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)을 구하고 이 제2 계측 비중(ge)을 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다.
제2 온도 계측부(28)는, 이 순환 라인(18)을 순환하는 물 에멀전 연료의 제2 계측 온도(te)를 계측할 수 있는 것이며, 이 계측하여 얻어진 제2 계측 온도(te)를 제어부(19)에 출력할 수 있도록 이루어져 있다.
제2 연료 순환 펌프(29)는, 순환 라인(18)(배관) 내의 물 에멀전 연료 또는 연료유(연료)를 소정의 압력으로 승압하고, 이 승압한 연료를 디젤 기관(15)에 공급할 수 있는 것으로, 이 제2 연료 순환 펌프(29)는, 도시하지 않은 전기식 모터로 구동되는 구성으로 이루어져 있다.
히터(30)는, 제2 연료 순환 펌프(29)로부터 토출되어 디젤 기관(15)에 공급되는 물 에멀전 연료나 연료유를 소정의 온도로 가열하고, 이 가열한 연료가 디젤 기관(15)에 공급되도록 할 수 있다.
이 히터(30)에 따르면, 물 에멀전 연료 등의 연료를, 소정의 온도로 가열함으로써 연료의 점도를 작게 하여 디젤 기관(15)에 적절한 점도가 되도록 할 수 있다.
리턴 챔버(31)는, 디젤 기관(15)에서 소비되지 않은 물 에멀전 연료를, 순환 라인(18)을 통하여 믹서(23)에 되돌리기 위하여 설치된 방이다.
이와 같이, 도 1에 나타내는 순환 라인(18)은, 연료를 소정의 화살표 방향(반시계 방향)으로 흐르게 하여 순환시킬 수 있는 고리형 라인으로 이루어져 있다. 즉, 디젤 기관(15)에서 물 에멀전 연료 등의 연료가 소비되면, 이 순환 라인(18)을 순환하는 물 에멀전 연료 등의 연료가 디젤 기관(15)에 공급되도록 이루어져 있다. 그리고 디젤 기관(15)에서 소비된 연료를 보충하도록, 이 순환 라인(18)에 연료유가 제1 연료 공급 펌프(20)에 의해, 그리고 물이 물 공급 펌프(24)에 의해 각각 믹서(23)를 통하여 이 순환 라인(18)에 공급된다.
디젤 기관(15)(내연 기관)은, 육상에서 고정하여 사용되는 디젤 기관, 또는 수송 기구에 사용되는 디젤 기관으로, 이 실시예에서는 선박용 디젤 기관이다. 그리고 이 선박용 디젤 기관은, 발전용 또는 추진 구동용으로서 사용할 수 있다.
상기와 같이 구성된 도 1에 나타내는 비중 감시 제어 장치(11)를 구비한 연료 공급 장치(12)에 따르면, 연료 탱크(13) 내의 연료유(예를 들면 시(C) 중유)와, 물 탱크(14) 내의 물을 믹서(23)로 혼합 및 교반하여 얻어진 물 에멀전 연료를, 순환 라인(18)을 통하여 디젤 기관(15)에 공급할 할 수 있다.
다음으로, 도 1에 나타내는 제어부(19)에 대하여 설명한다. 이 제어부(19)는, 중앙 연산 처리 장치(CPU)로 구성되고, 도시하지 않은 기억부에 미리 기억된 프로그램(program)에 의해 다양한 연산 처리를 행하도록 이루어져 있다. 이 제어부(19)는, 물 첨가율 조정부(33)를 구비하고 있다.
그리고 본 발명의 비중 감시 제어 장치(11)는, 도 1에 나타내는 이 제어부(19), 및 이 제어부(19)와 연결되는 제1 연료 공급 펌프(20), 제1 비중 계측부(21), 제1 온도 계측부(22), 제2 비중 계측부(27), 제2 온도 계측부(28), 물 공급 펌프(24), 제3 비중 계측부(25), 및 제3 온도 계측부(26)로 구성되어 있다.
물 첨가율 조정부(33)는, 도 1에 나타내는 연료 공급 장치(12)를 사용하여, 연료유에 물을 첨가하여 연료유를 에멀전화 할 때에, 제1 비중 계측부(21)에서 계측하여 얻어진 연료유의 제1 계측 비중(go)과, 제3 비중 계측부(25)로 계측하여 얻어진 물의 제3 계측 비중(gw)을 사용하여, 설정된 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 물 공급 펌프(24)의 물 토출량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 연료 공급 장치(12)에 따르면, 연료유에 물을 첨가하여 연료유를 에멀전화 할 때에, 실제로 사용하는 연료유의 비중을 제1 비중 계측부(21)로 실제로 계측하여 실시간으로 표시부(미도시)에 표시하거나, 음성 출력부(미도시)로 출력할 수 있다. 이에 따라, 상시 또는 수시로, 실제로 사용되고 있는 연료유의 제1 계측 비중(go)을 작업자나 장치에 의해 감시할 수 있다.
그리고 이 제1 비중 계측부(21)로 실제로 계측하여 얻어진 연료유의 제1 계측 비중(go)을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을, 물 공급 펌프(24)의 물 토출 유량을 제어함으로써 조정할 수 있다.
요컨대, 예를 들면 연료유의 비중을 알지 못하거나, 규격 값으로서밖에 인식하지 못하는 경우나, 연료유에 물을 첨가하여 물 에멀전 연료를 만들고 있을 때에, 비중이 다른 연료유를 사용하는 상황이 되었을 경우에, 나아가 연료유의 성상 변화로 인하여 비중이 변화하였을 경우에도, 실제로 사용하는 연료유의 비중을 제1 비중 계측부(21)로 계측하고, 이에 따라 얻어진 연료유의 제1 계측 비중(go)을 사용하여 해당 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하고 있기 때문에, 원하는 정확한 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있고, 이 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15)에 공급할 수 있다.
그리고 이 연료 공급 장치(12)에 따르면, 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하기 위하여, 연료유에 첨가하는 물의 양을, 물 공급 펌프(24)의 물 토출 유량을 제어함으로써 조정하고 있지만, 연료유의 공급 유량을 조정하고 있지 않기 때문에, 디젤 기관(15)을 설정된 출력으로 운전할 수 있다.
또, 이 연료 공급 장치(12)에 따르면, 연료유에 첨가되는 실제의 물의 비중을 제3 비중 계측부(25)로 계측하고, 상기와 마찬가지로, 이 계측하여 얻어진 제3 계측 비중(gw)을 실시간으로 표시부(미도시)에 표시하거나, 음성 출력부(미도시)에서 출력할 수 있다. 이에 따라, 상시 또는 수시로, 실제로 사용되고 있는 물의 제3 계측 비중(gw)을 작업자나 장치에 의해 감시할 수 있다.
그리고 이 제3 비중 계측부(25)로 실제로 계측하여 얻어진 물의 제3 계측 비중(gw)을 사용하여, 연료유에 첨가하는 물의 양을, 물 공급 펌프(24)의 물 토출 유량을 제어함으로써 조정할 수가 있다. 따라서 원하는 정확한 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있고, 이 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15)에 공급할 수 있다.
그리고 이 연료 공급 장치(12)를 예를 들면 선박용 디젤 기관(15)에 적용하였을 경우, 이 선박에 대하여 다양한 지역에서 성상이 다른 연료유가 탑재되고, 이들 다양한 비중의 연료유를 사용할 경우나, 이와 같은 다양한 비중의 연료유를 혼합하여 사용할 경우에도, 원하는 정확한 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있다.
이에 따라, 이 물 에멀전 연료가 사용되는 디젤 기관(15)을, 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수 있고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
그리고 물 첨가율 조정부(33)는, 도 1에 나타내는 연료 공급 장치(12)를 사용하여, 물 에멀전 연료를 만들고 있을 때에, 제1 비중 계측부(21)로 계측하여 얻어진 연료유의 제1 계측 비중(go)과, 제2 비중 계측부(27)로 계측하여 얻어진 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)과, 제3 비중 계측부(25)로 계측하여 얻어진 물의 제3 계측 비중(gw)을 사용하여, 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 물 첨가율 조정부(33)로 연산하고, 이 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 출력부로 출력하도록 구성되어 있다. 이 출력부는, 예를 들면 표시부나 음성 출력부이다.
이 연료 공급 장치(12)에 따르면, 연료유에 물을 첨가하여 만들어진 실제의 물 에멀전 연료의 비중을 제2 비중 계측부(27)로 계측하여 실시간으로 표시부(미도시)에 표시하거나, 음성 출력부(미도시)로 출력할 수 있다. 이에 따라, 상시 또는 수시로, 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)을 작업자나 장치에 의해 감시할 수 있다.
그리고 이 제2 비중 계측부(27)로 계측하여 얻어진 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)과, 실제로 사용된 연료유의 제1 계측 비중(go)과, 실제로 사용된 물의 제3 계측 비중(gw)을 사용하여, 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 물 첨가율 조정부(33)로 연산할 수가 있다. 그리고 이 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 출력 수단(표시부, 음성 출력부)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 실제로 만들어져 있는 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)이, 허용 물 첨가 중량율(Kγ1~Kγ2)의 범위에 들어 있는지 아닌지를, 상시 또는 수시로, 작업자나 장치에 의해 감시할 수 있도록 할 수 있다.
또, 물 첨가율 조정부(33)는, 연산하여 얻어진 계측 물 첨가 중량율(Sγ)에 기초하여, 설정된 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 물 공급 펌프(24)의 물 토출 유량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 이 계측 물 첨가 중량율(Sγ)은, 연료유의 제1 계측 비중(go)과, 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)과, 물의 제3 계측 비중(gw)을 사용하여 물 첨가율 조정부(33)가 연산하여 구한 것이다.
이와 같이 구성된 연료 공급 장치(12)에 따르면, 실제로 만들어진 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)에 기초하여, 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 연료유에 첨가되는 물의 양을, 물 공급 펌프(24)의 물 토출 유량을 제어하여 조정할 수 있다.
이에 따라, 실제로 만들어진 물 에멀전 연료의 물 첨가 중량율(Sγ)이 목표 물 첨가 중량율(Tγ)에 일치하거나 허용 물 첨가 중량율(Kγ1~Kγ2)의 범위 내에 들어가도록 피드백(feedback) 제어할 수 있고, 설정된 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 정확하게 만들 수 있다.
그 결과, 예기치 않은 물 첨가 중량율(Sγ)의 물 에멀전 연료가 만들어져서 예를 들면 디젤 기관(15)에 공급되어 장시간 운전되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 이 물 에멀전 연료가 사용되는 디젤 기관(15)을, 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수 있고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
더욱이, 물 첨가율 조정부(33)는, 연료유의 제1 계측 비중(go)과, 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)과, 물의 제3 계측 비중(gw)을 온도 보정하고, 이 온도 보정에 의해 얻어진 연료유의 제1 온도 보정 완료 계측 비중과, 물 에멀전 연료의 제2 온도 보정 완료 계측 비중과, 물의 제3 온도 보정 완료 계측 비중을 사용하여, 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 물 공급 펌프(24)의 물 토출 유량을 제어하여 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
이 연료 공급 장치(12)에 따르면, 연료유의 제1 계측 비중(go), 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge), 및 물의 제3 계측 비중(gw)을 온도 보정하고, 이에 의해 얻어진 제1 온도 보정 완료 계측 비중 내지 제3 온도 보정 완료 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정할 수 있다. 그 결과, 온도의 영향을 받지 않고 정확하게 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있고, 이 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15)에 공급할 수 있다.
다음으로, 물 첨가율 조정부(33)가, 제1 비중 계측부(21)로 계측하여 얻어진 연료유의 제1 계측 비중(go)과, 제2 비중 계측부(27)로 계측하여 얻어진 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중(ge)과, 제3 비중 계측부(25)로 계측하여 얻어진 제3 계측 비중(gw)을 사용하여, 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 연산하는 방법의 일 예를 설명한다.
여기서, 물 에멀전 연료의 물 농도(중량 베이스(base))를 x(％)로 하고, 물 에멀전 연료의 중량을 Q로 하고, 중량(Q)의 물 에멀전 연료에 함유되는 물의 체적을 S1, 연료유의 체적을 S2, 물 에멀전 연료의 체적을 S3로 한다.
[수학식 1]
물의 체적(S1) ＝ (x/100) × Q × (1/gw)
[수학식 2]
연료유의 체적(S2) ＝ [(100－x)/100] × Q × (1/go)
[수학식 3]
물 에멀전 연료의 체적(S3) ＝ Q × (1/ge)
[수학식 4]
S1 ＋ S2 ＝ S3
수학식1 ~ 수학식4로부터, 물 에멀전 연료의 물 농도(중량 베이스)(x(%))는 수학식5와 같이 나타낼 수가 있다.
[수학식 5]
x(％) ＝ [gw(go－ge)]/[ge(go－gw)] × 100(％)
따라서 계측 물 첨가 중량율(Sγ)(％)는 수학식6과 같이 나타낼 수가 있다.
[수학식 6]
Sγ(％) ＝ [x/(100－x)] × 100(％)
그러므로 이 수학식6에 수학식5를 대입하면, 수학식7에 의해 계측 물 첨가 중량율(Sγ)(％)를 구할 수가 있다.
[수학식 7]
Sγ(％) ＝ [gw(go－ge)]/[go(ge－gw)] × 100(％)
이상과 같이 수학식7에 go, ge, gw를 대입함으로써 계측 물 첨가 중량율(Sγ)를 구할 수가 있다.
다음으로, 이 구해진 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을, 목표 물 첨가 중량율(Tγ)에 접근시키기 위하여, 물의 첨가 질량 유량을 제어하기 위한 제어 순서의 구체 예를 들어 설명한다.
여기서, 목표 물 첨가 중량율(Tγ), 계측 물 첨가 중량율(Sγ), 연료유의 계측 질량 유량(kg/h)이 Sf(이 Sf는, 제1 비중 계측부(21)에서 얻어진다), 물의 계측 질량 유량(kg/h)이 Sw(이 Sw는, 제3 비중 계측부(25)에서 얻어진다.), 물의 목표 질량 유량(kg/h)이 Tw로 한다. 그리고 이 물의 목표 질량 유량(Tw)은, 수학식8로 구할 수 있다.
[수학식 8]
Tw ＝ Tγ × Sf (kg/h)
이 Tγ는 설정 값이고, Sf는 연료유의 비중 및 소비량의 변화에 대응하여 변화하는 값이다. 따라서 Tw는, Sf에 대응하여 변화하는 값이다.
그러므로 물의 계측 질량 유량(Sw)이, 물의 목표 질량 유량(Tw)과 일치하도록, 물 공급 펌프(24)에 의한 물의 공급량을 제어함으로써 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 목표 물 첨가 중량율(Tγ)에 근접시킬 수 있다. 그 결과, 적절한 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15)에 공급할 수 있다.
여기서, 물의 계측 질량 유량(Sw)으로서, Sγ × Sf ＝ Sw로 얻어지는 물의 계측 질량 유량(Sw)을 사용하는 것이 바람직하다. 이 Sγ 는, 순환 라인(18)의 제2 비중 계측부(27)로 계측되는 계측 물 첨가 중량율이다.
이와 같이 하면, 실제로 순환 라인(18)에 흐르고 있는 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 사용하여, 물의 계측 질량 유량(Sw)을 구할 수가 있고, 이 구해진 물의 계측 질량 유량(Sw)이, 물의 목표 질량 유량(Tw)과 일치하도록, 물 공급 펌프(24)에 의한 물의 공급량을 제어함으로써 실제로 목표 물 첨가 중량율(Tγ)에 매우 가까운 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15)에 공급할 수 있다.
물론, 이것 이외의 방법에 의해 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 구할 수도 있다. 그리고 상기 이외의 방법에 의해, 구해진 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을, 목표 물 첨가 중량율(Tγ)에 근접시키기 위하여 조정해야 할 물의 양을 구하도록 하여도 좋다.
단, 상기 실시예에서는, 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정함으로써 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들도록 하였지만, 이 대신에, 연료유 및 물 양측의 양을 조정함으로써 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들도록 하여도 좋다.
그리고 상기 실시예에서는, 물의 비중을 제3 비중 계측부(25)로 계측하고, 이 제3 비중 계측부(25)로 계측하여 얻어진 물의 제3 계측 비중(gw), 더불어 연료유 및 물 에멀전 연료의 제1, 제2 계측 비중(go, ge)을 사용하여, 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들도록 하거나, 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 물 첨가율 조정부(33)로 연산하여 구하도록 하였지만, 이 대신에, 기지(旣知) 또는 표준 값으로서의 물 비중, 및 연료유 및 물 에멀전 연료의 제1,제2 계측 비중(go, ge)을 사용하여 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들도록 하거나, 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율(Sγ)을 물 첨가율 조정부(33)로 연산하여 구하도록 하여도 좋다.
이와 같이 하는 경우로서, 예를 들면, 이 연료 공급 장치(12) 내에서 실제로 흐르는 물의 온도가 소정의 온도가 되도록 온도 제어가 행해지고 있는 경우가 있다. 또, 물에 대해서는, 다양한 지역에서 선박에 탑재되어 사용하는 경우라도 연료유와 달리, 물의 비중은, 대략 일정 값이고, 물 비중의 오차를 허용할 수 있는 경우가 있다.
또, 상기 실시예의 제1~제3 비중 계측부(21,27,25)는, 체적 유량 계측 기능과 질량 유량 계측 기능을 구비한 것으로서 설명하였지만, 이것 이외의 방법에 의해 연료유, 물 에멀전 연료, 및 물의 비중을 계측할 수 있는 비중 계측 장치를 사용하여도 좋다.
더욱이, 상기 실시예에서는, 제1 온도 계측부 ~제3 온도 계측부(22,28,26)를 설치하고, 제1~제3 계측 비중(go,ge,gw)을 온도 보정하여 얻어진 제1~제3 온도 보정 완료 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하고, 이에 따라 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들도록 하였지만, 이 대신에, 제1~제3 온도 계측부(22,28,26)를 설치하지 않고, 온도 보정을 하지 않은 제1~제3 계측 비중(go,ge,gw)을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하고, 이에 따라 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들도록 하여도 좋다.
이와 같이, 제1~제3 계측 비중(go,ge,gw)에 대하여 온도 보정을 행하지 않는 경우로서, 예를 들면 이 연료 공급 장치(12) 내에 실제로 흐르는 연료유, 물 에멀전 연료, 물 각각의 온도가, 각각 소정의 온도가 되도록 온도 제어가 이루어져 있고, 이들 실제로 흐르는 연료유, 물 에멀전 연료, 물 각각의 온도 및 비중이 기지(旣知)의 경우이다.
그리고 상기 실시예에서는, 물 첨가율 조정부(33)는, 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하였지만, 이에 더하여 물 첨가율 조정부(33)는, 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들기 위하여 사용되는 연료유 및 물의 합계 유량(연료 공급 라인(16)의 연료유 공급 유량과, 물 공급 라인(17)의 물 공급 유량의 합계 유량)이 소정의 상한 합계 유량 이상으로 될 때는, 물 공급 라인(17)의 물 공급 유량을 상한 공급 유량 미만으로 되도록 제한하여 연료유 및 물의 합계 유량이 상한 합계 유량 미만으로 되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 연료유 및 물의 합계 유량이, 소정의 상한 합계 유량 이상으로 되는 경우로서, 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들 때에, 예를 들면 연료유의 비중이 클 때에, 물 공급 유량이 커질 가능성이 있다. 이와 같은 경우에, 물 공급 유량을 제한함으로써 이 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15) 등의 내연 기관에 공급하기 위한 연료 공급 장치(12) 및 이에 부수되는 장치류가, 예를 들면 정격 공급 유량을 초과하는 상태로 운전되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 이 연료 공급 장치(12) 및 이에 부수되는 장치류를 적절한 상태로 작동시킬 수 있어 물 에멀전 연료가 사용되는 디젤 기관(15)을 적절하고 안정된 연소 효율로 운전할 수 있고, 배기 중의 NOx 성분을 효과적으로 감소시킬 수가 있다. 그리고 물의 공급 유량을 제한하고 있지만, 연료유의 공급 유량을 제한하고 있지 않기 때문에 디젤 기관(15)을 설정된 출력으로 운전할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 비중 감시 제어 장치(11) 및 연료 공급 장치(12)를, 연료유에 물을 첨가하여 소망하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들고, 이 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15)에 공급하는 연료 공급 장치(12)에 적용하였지만, 이것 이외에도 연료유에 물 및 첨가제(예를 들면 계면활성제)를 첨가하여 원하는 목표 물 첨가 중량율(Tγ)의 물 에멀전 연료를 만들고, 이 물 에멀전 연료를 디젤 기관(15)에 공급하는 연료 공급 장치에 적용할 수 있다.
나아가, 상기 실시예에서는, 본 발명을 선박용 디젤 기관(15)에 적용한 예를 나타내었지만, 이것 이외에, 예를 들면 지상에서 사용하는 내연 기관이나 보일러에도 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 비중 감시 제어 장치, 및 이를 구비한 연료 공급 장치는, 연료유에 물을 첨가하여 물 에멀전 연료를 만들 때에, 실제로 사용되는 연료유의 비중을 계측하여 감시할 수 있고, 이 계측하여 얻어진 연료유의 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정함으로써 정확한 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 우수한 효과를 가지며, 이와 같은 비중 감시 제어 장치, 및 이를 구비한 연료 공급 장치에 적용하는데 적합하다.
11: 비중 감시 제어 장치
12: 연료 공급 장치
13: 연료 탱크
14: 물 탱크
15: 디젤 기관
16: 연료 공급 라인
17: 물 공급 라인
18: 순환 라인
19: 제어부
20: 제1 연료 공급 펌프
21: 제1 비중 계측부
22: 제1 온도 계측부
23: 믹서
24: 물 공급 펌프
25: 제3 비중 계측부
26: 제3 온도 계측부
27: 제2 비중 계측부
28: 제2 온도 계측부
29: 제2 연료 순환 펌프
30: 히터
31: 리턴 챔버
32: 합류부
33: 물 첨가율 조정부
go: 연료유의 제1 계측 비중
ge: 물 에멀전 연료의 제2 계측 비중
gw: 물의 제3 계측 비중
to: 연료유의 제1 계측 온도
te: 물 에멀전 연료의 제2 계측 온도
tw: 물의 제3 계측 온도
Sγ: 계측 물 첨가 중량율
Tγ: 목표 물 첨가 중량율
Kγ1~Kγ2: 허용 물 첨가 중량율

Claims (8)

  1. 연료유에 물을 첨가하여 연료유를 에멀전화 할 때에, 연료유의 비중을 계측하는 제1 비중 계측 수단을 구비하고,
    이 제1 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 제1 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하거나, 연료유 및 물 양측의 양을 조정함으로써 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 비중 감시 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 연료유에 물을 첨가하여 만들어진 물 에멀전 연료의 비중을 계측하는 제2 비중 계측 수단과,
    이 제2 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 제2 계측 비중과 상기 제1 계측 비중을 사용하여 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율을 연산하는 물 첨가율 조정부와,
    상기 계측 물 첨가 중량율을 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비중 감시 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 물의 비중을 제3 비중 계측 수단으로 계측하고, 이 제3 비중 계측 수단으로 계측하여 얻어진 제3 계측 비중과 상기 제1 계측 비중 및 제2 계측 비중을 사용하여 물 에멀전 연료의 계측 물 첨가 중량율을 상기 물 첨가율 조정부로 연산하고, 상기 계측 물 첨가 중량율을 상기 출력 수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 비중 감시 제어 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 물 첨가율 조정부는, 연산하여 얻어진 상기 계측 물 첨가 중량율에 기초하여, 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록, 연료유에 첨가되는 물의 양을 조정하거나, 연료유 및 물 양측의 양을 조정하는 것을 특징으로 하는 비중 감시 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비중 계측 수단은, 질량 유량 계측 기능과 체적 유량 계측 기능을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 비중 감시 제어 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 물 첨가율 조정부는, 상기 계측 비중을 온도 보정하여 얻어진 온도 보정 완료 계측 비중을 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양을 조정하거나, 연료유 및 물 양측의 양을 조정함으로써 원하는 목표 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 비중 감시 제어 장치.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 물 첨가율 조정부는, 원하는 물 첨가 중량율의 물 에멀전 연료를 만들기 위하여 사용되는 연료유 및 물의 합계 유량이, 소정의 상한 합계 유량 이상으로 될 때는, 물의 공급 유량을 제한하여 상기 합계 유량이 소정의 상한 합계 유량 미만으로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 비중 감시 제어 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 비중 감시 제어 장치를 구비하고, 이 비중 감시 제어 장치를 사용하여 연료유에 첨가하는 물의 양, 또는 연료유 및 물 양측의 양이 조정되어 만들어진 물 에멀전 연료를, 연료 공급 펌프를 사용하여 내연 기관 또는 보일러에 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
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