KR101533238B1 - 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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류광열
최상용
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이상일
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주식회사씨엠지테크윈
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Abstract

본 발명은 선박엔진에 사용되는 연료의 연소개선을 위해 첨가되는 첨가제의 주입량이 실제 사용되는 연료량과 비례하여 실시간으로 가변 주입될 수 있도록 하고, 첨가제의 부족 상황시 그에 대한 대처가 자동 제어에 의해 이루어질 수 있도록 한 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 선박엔진의 운전을 위한 연료가 저장되며, 연료공급라인을 통해 상기 선박엔진으로 연료를 공급하는 연료저장탱크; 상기 연료저장탱크 내의 연료를 상기 연료공급라인으로 펌핑하는 연료펌프; 연료에 첨가하기 위한 첨가제가 저장되며, 첨가제공급라인을 통해 상기 연료공급라인으로 첨가제를 공급하는 첨가제저장탱크; 상기 첨가제공급라인을 전자 제어에 의해 개폐하는 유량조절밸브; 첨가제저장탱크 내의 첨가제를 첨가제공급라인으로 펌핑하는 도징펌프; 상기 연료공급라인을 통해 선박엔진 내로 공급되는 연료의 공급량을 탐지하는 연료공급량 측정부; 그리고, 상기 연료공급량 측정부를 통해 확인된 연료 공급량에 비례하는 비율의 첨가제가 상기 연료공급라인으로 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템이 제공된다.

Description

선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 이의 제어방법{fuel additive auto injection control system for shipping engine and controlling method thereof}
본 발명은 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박엔진에 사용되는 연료의 연소개선을 위해 첨가되는 첨가제의 주입량이 실제 사용되는 연료량과 비례하여 실시간으로 가변 주입될 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박엔진에 사용되는 연료의 연소개선을 위해 상기 선박엔진에 사용되는 연료에는 첨가제를 첨가하고 있다.
이러한 첨가제의 첨가 방법은 연료저장탱크 내로 연료를 공급받아 저장하기 전에 상기 연료저장탱크 내에 저장할 연료량을 고려한 량의 첨가제를 우선적으로 투입하고, 이후 상기 연료저장탱크에 연료를 저장함으로써 상기 연료와 상기 첨가제가 서로 희석될 수 있도록 하는 방법이 일반적이다.
그러나, 이와 같은 일반적인 첨가제의 첨가 방법은 선박의 운행을 위한 연료의 소모량을 감안할 때 연료저장탱크의 용량이 매우 크며, 이로 인해 첨가제의 주입량 역시 막대하게 크기 때문에 수작업에 의한 첨가제의 주입이 어려웠다.
뿐만 아니라, 상기 첨가제와 상기 연료가 균일하게 섞이지 못할 경우 선박엔진으로 공급되는 연료 내의 첨가제 희석 비율도 적정 비율로 유지되지 못하기 때문에 연소개선의 효과가 상기 첨가제의 공급량에 비례하여 향상되지 못한다는 단점이 있었다.
이에 최근에는 등록특허 제10-1282823호에 개시된 바와 같이 별도의 연료주입저장부 내에서 연료와 첨가제가 서로 희석될 수 있도록 함으로써 연료와 첨가제 간의 희석 비율이 일정하게 유지될 수 있도록 하였다.
하지만, 전술된 종래 기술은 첨가제의 주입이 상기 연료주입저장부 내에 저장된 연료 및 첨가제의 혼합물이 일정 수준이상 소모되었을 경우 설정된 시간동안 공급하는 비규칙적인 제어로 이루어지기 때문에 항상 균일한 비율로 희석된 상태를 유지되지 못하여 연소개선 성능의 향상이 우수하지 못하였다.
뿐만 아니라, 첨가제를 공급하는 기준이 상기 침강탱크 내에 저장된 연료의 양이 아니라 상기 침강탱크로부터 주입탱크를 거쳐 엔진으로 공급되는 연료의 양을 기준하여 결정되기 때문에 실제 상기 침강탱크 내에서 연료와 첨가제가 균일하게 혼합되지 못하였을 경우 상기 첨가제의 공급 과다 혹은, 첨가제의 공급 부족 현상이 발생될 우려를 가지고 있다. 즉, 전술된 종래 기술은 연료주입저장부에서 연료와 첨가제의 희석이 이루어지도록 한 후 이 희석된 혼합물을 공급하도록 하였다는 차이만 있을 뿐 실질적인 첨가제의 공급이 정밀하게 이루어질 수는 없었던 것이다.
또한, 전술된 종래 기술은 첨가제를 별도의 첨가제저장탱크 내에 저장한 상태에서 비규칙적으로 공급하도록 구성됨에 따라 관리자의 주의 부족으로 첨가제의 부족 상황이 발생될 우려가 있으며, 이러한 첨가제의 부족 상황이 발생되었음에도 불구하고 첨가제의 공급을 위한 각종 기기들은 정해진 제어에 의해 지속적으로 동작하기 때문에 상기 첨가제 공급을 위한 각종 기기들의 고장이 발생될 우려가 컸다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선박엔진에 사용되는 연료의 연소개선을 위해 첨가되는 첨가제의 주입량이 실제 사용되는 연료량과 비례하여 실시간으로 가변 주입될 수 있도록 하고, 첨가제의 부족 상황시 그에 대한 대처가 자동 제어에 의해 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 이의 제어방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템에 따르면 선박엔진의 운전을 위한 연료가 저장되며, 연료공급라인을 통해 상기 선박엔진으로 연료를 공급하는 연료저장탱크; 상기 연료저장탱크 내의 연료를 상기 연료공급라인으로 펌핑하는 연료펌프; 연료에 첨가하기 위한 첨가제가 저장되며, 첨가제공급라인을 통해 상기 연료공급라인으로 첨가제를 공급하는 첨가제저장탱크; 첨가제 공급량의 조절을 위해 상기 첨가제공급라인에 구비되는 유량조절밸브; 첨가제저장탱크 내의 첨가제를 첨가제공급라인으로 펌핑하는 도징펌프; 상기 연료공급라인을 통해 선박엔진 내로 공급되는 연료의 공급량을 탐지하는 연료공급량 측정부; 그리고, 상기 연료공급량 측정부를 통해 확인된 연료 공급량에 비례하는 비율의 첨가제가 상기 연료공급라인으로 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 첨가제저장탱크 내의 첨가제 저장량을 측정하는 첨가제 저장량 측정센서와, 상기 도징펌프로부터 첨가제공급라인으로 펌핑되는 첨가제의 펌핑량을 측정하는 첨가제 펌핑량 측정센서가 더 포함되어 구성되며, 상기 컨트롤러는 상기 첨가제 저장량 측정센서 및 첨가제 펌핑량 측정센서에 의해 측정된 첨가제 저장량과 첨가제 펌핑량에 따라 상기 도징펌프 및 상기 유량조절밸브의 동작 제어를 추가로 수행하도록 설정됨을 특징으로 한다.
또한, 선박의 배기가스가 배출되는 배출관로에는 배기가스(NOx)의 배출량을 측정하는 배기가스 측정부가 더 구비되고, 상기 컨트롤러는 상기 배기가스 측정부를 통해 측정된 배기가스 배출량을 근거로 선박엔진의 출력값을 계산한 후 이 출력값에 따라 연료공급라인으로 공급되는 첨가제의 공급량이 달리 설정되도록 프로그래밍되어 이루어짐을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 제어방법에 따르면 연료공급량 측정부로부터 연료공급라인을 통해 연료저장탱크에서 선박엔진으로 공급되는 연료의 공급량에 대한 측정 데이터값을 취득하는 제1단계; 첨가제 저장량 측정센서로부터 첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제의 저장량에 대한 측정 데이터값을 취득하는 제2단계; 상기 제1단계 및 제2단계를 통해 취득된 데이터값들을 토대로 첨가제 주입량을 연산하고, 상기 연산된 값에 해당되는 주입량만큼 상기 연료공급라인 내로 상기 첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제가 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어하는 제3단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제3단계의 제어 수행시 상기 제2단계에서 취득된 첨가제의 저장량이 미리 설정한 저장량에 비해 부족할 경우 에러 코드를 송출함과 동시에 상기 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 중단하여 더 이상 첨가제의 공급이 이루어지지 않도록 제어함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3단계의 제어 수행시 상기 제2단계에서 취득된 첨가제의 저장량이 미리 설정한 저장량에 비해 부족할 경우 상기 연료에 혼합되는 첨가제의 혼합량에 대한 비율이 더욱 줄어들도록 재설정 한 후 재설정된 비율을 토대로 상기 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어함을 특징으로 한다.
또한, 배기가스 배출량을 확인하는 과정과, 상기 확인된 배기가스 배출량을 토대로 엔진출력값을 확인하는 과정과, 상기 확인된 엔진출력값을 토대로 첨가제 주입량을 보상하는 과정이 더 포함되어 진행됨을 특징으로 한다.
또한, 현재 선박의 운행 속도와, 적지까지의 잔여 거리를 근거로 한 예상 연료 소모량을 연산하는 과정과, 첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제의 잔여 저장량을 확인하는 과정과, 상기 확인된 첨가제의 잔여 저장량과 상기 연산된 예상 연료 소모량을 토대로 첨가제 투입 비율을 재설정하는 과정과, 상기 재설정된 투입 비율로 첨가제가 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어하는 과정이 더 포함되어 진행됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 그 제어방법은 선박엔진에 사용되는 연료를 임시 저장한 상태로 해당 연료에 첨가제를 희석하여 사용하는 것이 아니라, 연료가 상기 선박엔진으로 공급되는 도중에 해당 연료의 공급량에 따른 설정 비율만큼 해당 연료에 첨가제를 실시간으로 정밀 분사하면서 가변 주입함에 따라 연료와 첨가제의 혼합 비율이 항상 일정하게 유지될 수 있게 된 효과를 가진다.
특히, 본 발명에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 그 제어방법은 첨가제저장탱크 내에 잔존하는 첨가제 저장량에 따라 추가 보충을 위한 경고 및 도징펌프와 유량조절밸브의 선택적 동작 제어가 이루어지도록 함으로써 상기 도징펌프에 대한 고장을 미연에 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 그 제어방법은 선박엔진의 출력값을 추가로 고려하여 항상 최적의 연소개선 효과를 얻을 수 있게 되었을 뿐 아니라, 실시간으로 소모되는 첨가제의 소모량과 첨가제저장탱크 내에 잔존하는 첨가제 저장량을 토대로 상기 첨가제가 완전히 소모되는 시기에 따라 첨가제와 연료와의 혼합 비율이 재조정될 수 있도록 하는 등의 능동 제어가 이루어질 수 있게 된 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템을 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 블럭도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 다른 예를 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 블럭도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 또 다른 예를 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 블럭도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 제어방법을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 순서도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템을 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 블럭도
이하, 본 발명의 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 이의 제어방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템을 나태내고 있다.
이 도면에 따르면 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템은 크게 연료저장탱크(100)와, 연료펌프(200)와, 첨가제저장탱크(300)와, 유량조절밸브(400)와, 도징펌프(500)와, 연료공급량 측정부(610)와, 컨트롤러(700)를 포함하여 구성됨을 제시하며, 특히 상기 첨가제저장탱크(300) 내에 저장된 첨가제는 상기 연료저장탱크(100)로부터 선박엔진(1)으로 연료가 공급되는 연료공급라인(110) 내에 직접 분사되면서 해당 연료공급라인(110)을 따라 유동되는 연료와 희석될 수 있도록 하여 첨가제의 정밀 주입이 가능하도록 하고, 고장 진단 및 안전 사고 방지를 위한 구조 및 제어를 추가하여 사후 관리 및 오작동을 방지할 수 있도록 함을 특징으로 제시한다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 연료저장탱크(100)는 선박엔진(1)의 운전을 위한 연료가 저장되는 장소이다. 이때, 상기 연료라 함은 선박 운행의 주 연료가 되는 벙커C유 및/혹은, 경유가 될 수 있다.
이와 같은 연료저장탱크(100)는 통상 선박의 저부 양측에 구비된다.
또한, 상기한 연료저장탱크(100)와 선박엔진(1)은 연료공급라인(110)을 통해 연료를 전달받도록 연결된다.
다음으로, 상기 연료펌프(200)는 상기 연료저장탱크(100) 내의 연료를 상기 연료공급라인(110)으로 펌핑하는 기기이다.
이와 같은 연료펌프(200)는 상기 연료저장탱크(100)의 연료 유출측 혹은, 상기 연료공급라인(110)에 구비되며, 하나 혹은, 둘 이상의 복수로 구비되면서 컨트롤러(700)에 의한 선택적 동작 제어가 이루어지도록 구성된다.
다음으로, 상기 첨가제저장탱크(300)는 연료에 첨가하기 위한 첨가제가 저장되는 장소이며, 상기 연료저장탱크(100)와는 별개의 저장 공간을 갖도록 제공된다.
상기 첨가제는 상기 선박엔진(1)에 사용되는 연료에 첨가되면서 공해 물질의 배출을 낮추고, 연소개선이 이루어지도록 하여 연비를 증가시킴과 더불어 방스케일 및 방부식 기능을 제공하는 화학 물질이다.
여기서, 상기 첨가제저장탱크(300)는 첨가제공급라인(310)을 통해 상기 연료공급라인(110)으로 첨가제를 공급하도록 구성된다.
특히, 상기 첨가제공급라인(310)의 첨가제 유출측인 상기 연료공급라인(110)과의 연결부위에는 분사노즐(311)을 구비함으로써 상기 첨가제가 상기 연료공급라인(110)을 따라 유동되는 연료에 더욱 원활히 희석될 수 있도록 한다.
또한, 상기한 첨가제공급라인(310)은 복수의 관로로 구성되면서 상기 연료공급라인(110)의 연료 유동 방향을 따라 각각 연결되도록 구성함이 바람직하다. 이는 상기 연료공급라인(110)을 따라 유동되는 연료에 상기 첨가제가 더욱 균일하게 혼합될 수 있도록 하기 위함이다.
물론, 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이 상기 첨가제공급라인(310)은 단일의 관로로만 이루어지도록 구성할 수도 있다.
다음으로, 상기 유량조절밸브(400)는 상기 첨가제공급라인(310)의 관로를 따라 유동되는 첨가제의 공급 유량을 선택적으로 제어하기 위한 밸브이다.
즉, 도징펌프(500)의 동작에 의해 펌핑되는 첨가제의 펌핑량은 상기 도징펌프(500)의 동작 초기 및 펌핑 안정기와 같이 동작 시기에 따라 서로 달라짐을 고려할 때 상기 유량조절밸브(400)의 추가 제공을 통해 연료공급라인(110)으로 공급되는 첨가제의 공급량이 각 상황에 따라 정밀하게 제어될 수 있도록 한 것이다.
상기한 유량조절밸브(400)는 전자 제어에 의해 동작되는 밸브로 구성되며, 상기 첨가제공급라인(310)의 첨가제 유출측에 구비된다. 물론, 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이 상기 첨가제공급라인(310)이 복수로 구성된다면 상기 유량조절밸브(400)는 상기 각 첨가제공급라인(310)에 각각 구비되면서 해당 첨가제공급라인(310)을 개별적으로 개폐하도록 구성함이 바람직하다.
다음으로, 상기 도징펌프(500)는 첨가제저장탱크(300) 내의 첨가제를 첨가제공급라인(310)으로 펌핑하는 펌프이다.
상기한 도징펌프(500)는 상기 첨가제공급라인(310)과 상기 첨가제저장탱크(300) 사이에 구비된다.
다음으로, 상기 연료공급량 측정부(610)는 상기 연료공급라인(110)을 통해 선박엔진(1) 내로 공급되는 연료의 공급량을 탐지하는 기기이다.
이러한 연료공급량 측정부(610)는 상기 연료공급라인(110)의 관로 상에 구비된다. 이때, 상기 연료공급량 측정부(610)는 플로우미터(flow meter)로 구성하여 상기 연료공급라인(110)을 따라 유동되는 연료의 공급량이 정확히 측정되도록 한다.
물론, 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연료공급량 측정부(610)는 두 개로 구성할 수도 있다. 이의 경우 어느 한 연료공급량 측정부(610)는 연료공급라인(110)의 각 부위 중 연료펌프(200)의 연료 유출측에 구비하고, 다른 한 연료공급량 측정부는 첨가제공급라인(310)이 연결된 부위와 상기 선박엔진(1)의 연료 유입측 사이에 구비함이 바람직하다.
즉, 상기 연료공급량 측정부(610)를 두 개로 구성함으로써 연료공급라인(110)을 통해 공급되는 순수한 연료의 양과, 해당 연료에 첨가제가 혼합된 상태의 혼합유에 대한 양을 구분하여 측정할 수 있도록 하며, 이를 통해 도징펌프(500)에 의해 펌핑되어 유량조절밸브(400)를 통과하여 제공되는 첨가제의 공급량이 정확히 이루어지고 있는지를 실시간으로 재확인할 수 있게 됨과 더불어 첨가제의 공급량에 대한 오차의 발생시 컨트롤러(700)에 의해 상기 오차에 대한 정밀한 보상이 가능하도록 할 수도 있는 것이다.
다음으로, 상기 컨트롤러(700)는 도징펌프(500) 및 유량조절밸브(400)의 동작을 제어하는 제어기로써, 상기 도징펌프(500)에 구비된다.
상기한 컨트롤러(700)는 상기 연료공급량 측정부(610)를 통해 확인된 연료 공급량에 비례하는 비율의 첨가제량을 연산하는 연산 프로그램을 가지며, 이러한 연산 프로그램을 통해 연산된 정보 데이터를 토대로 상기 도징펌프(500) 및 유량조절밸브(400)의 동작을 제어하도록 프로그래밍된다.
물론, 도시되지는 않았지만, 상기 컨트롤러(700)는 원격지에 위치된 관리자로 각종 정보의 제공 및 해당 관리자에 의한 원격 제어가 이루어질 수 있도록 예컨대, 블루투스와 같은 무선 데이터 송수신이 가능하게 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 첨가제저장탱크(300) 내의 첨가제 저장량을 측정하는 첨가제저장량 측정부(620) 및 도징펌프(500)로부터 첨가제공급라인(310)으로 펌핑되는 첨가제의 펌핑량을 측정하는 첨가제펌핑량 측정부(630)가 더 포함되어 구성된다.
즉, 첨가제저장탱크(300) 내의 첨가제 저장량을 측정함으로써 상기 첨가제저장탱크(300) 내의 첨가제 부족 현상을 미연에 확인하고, 상기 첨가제공급라인(310)으로 펌핑되는 첨가제 펌핑량을 측정함으로써 유량조절밸브(400)의 개폐 시간 혹은, 개폐 정도에 대한 더욱 정밀한 제어가 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이때, 상기 첨가제저장량 측정부(620)는 무게 센서나 압력 센서 등으로 구성하여 상기 첨가제저장탱크(300) 내의 첨가제 저장량이 측정되도록 하고, 상기 첨가제펌핑량 측정부(630)는 플로우미터로 구성하여 상기 첨가제공급라인(310)으로 펌핑되는 첨가제 펌핑량이 측정되도록 한다.
또한, 전술된 바와 같은 첨가제저장량 측정부(620)와 첨가제펌핑량 측정부(630)가 추가로 제공될 경우 컨트롤러(700)는 상기한 첨가제저장량 측정부(620)에 의해 측정된 정보와 첨가제펌핑량 측정부(630)에 의해 측정된 정보 및 연료공급량 측정부(610)에 의해 측정된 정보를 조합하여 도징펌프(500) 및 유량조절밸브(400)의 동작 제어를 수행하도록 프로그래밍된다.
이와 함께, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템에는 선박엔진(1)의 출력을 측정하는 엔진출력 측정부(640)가 더 포함되어 구성된다.
이때, 상기 엔진출력 측정부(640)는 선박의 배기가스가 배출되는 배출관로(140)에 구비되면서 상기 배출관로(140)를 통해 배출되는 배기가스(NOx)의 배출량을 측정하도록 구성되며, 이의 경우 컨트롤러(700)는 상기 엔진출력 측정부(640)를 통해 측정된 선박엔진(1)의 출력값에 따라 첨가제와 연료의 희석 비율이 달리 설정되도록 프로그래밍된다.
즉, 선박엔진(1)의 출력이 커질수록 연료 소비량이 더욱 많아지고, 이로 인한 첨가제의 공급량 역시 더욱 많아져야 함을 고려할 때 상기 엔진출력 측정부(640)를 통해 측정된 선박엔진(1)의 출력값도 첨가제 주입량에 대한 연산을 위한 인자(因子)로 추가 적용되도록 함으로써 항상 최적의 연소개선 효과를 얻을 수 있게 한 것이다.
하기에서는, 전술된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템을 이용한 제어방법에 대하여 첨부된 도 4의 순서도를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 선반엔진(1)의 구동 유무에 상관없이 연료공급량 측정부(610)에 의한 연료공급라인(310)을 따라 유동되는 연료 공급량에 대한 측정(S100)과, 첨가제저장량 측정부(620)에 의한 첨가제저장탱크(300) 내의 첨가제 저장량에 대한 측정(S200)과, 첨가제펌핑량 측정부(630)에 의한 첨가제공급라인(310)을 따라 유동되는 첨가제 공급량에 대한 측정과, 컨크롤러(700)에 의한 상기 각 측정값을 기초한 도징펌프(500) 및 유량조절밸브(400)의 동작 제어는 지속적으로 이루어진다.
예컨대, 선박엔진(1)의 구동이 이루어지지 않는 경우에는 연료의 공급이 이루어지지 않기 때문에 연료공급량 측정부(610)에 의한 연료 공급량의 측정값이 0이 되며, 이로 인해 도징펌프(500)의 동작은 이루어지지 않도록 제어(S110)됨과 더불어 유량조절밸브(400)는 첨가제공급라인(310)의 관로를 폐쇄한 상태로 유지되도록 제어된다.
반면, 선박엔진(1)의 구동이 이루어질 경우에는 각 연료펌프(200)로의 전원 공급이 이루어지면서 연료저장탱크(100) 내에 저장된 연료가 펌핑되어 연료공급라인(110)을 통해 선박엔진(1)으로 연료가 공급된다.
이와 같이, 상기한 연료공급라인(110)을 따라 연료의 공급이 이루어질 경우 연료공급량 측정부(610)는 상기 공급되는 연료량을 측정(S100)하게 되며, 이렇게 측정된 연료 공급량에 대한 측정값은 컨트롤러(700)로 제공된다.
그리고, 상기 컨트롤러(700)는 미리 설정되어 있는 연료량과 첨가제량의 혼합 비율을 기준으로 연산 프로그램에서 상기 연료 공급량의 측정값에 대한 첨가제 공급량을 연산(S300)하고, 이렇게 연산된 첨가제 공급양만큼 첨가제저장탱크(300) 내에 저장된 첨가제가 연료공급라인(110)으로 공급되도록 도징펌프(600)의 동작 제어 및 유량조절밸브(400)의 동작 제어를 수행(S400)한다.
따라서, 상기 연료공급라인(110)을 따라 선박엔진으로 공급되는 연료에는 항상 동일한 비율의 첨가제가 혼합될 수 있게 되며, 이로 인해 선박엔진(1)의 연소성능 향상은 항상 일정하게 유지될 수 있다.
특히, 상기한 과정이 진행되는 도중에는 첨가제펌핑량 측정부(630)를 통해 첨가제공급라인(310)으로 펌핑되는 첨가제 펌핑량이 지속적으로 측정됨과 더불어 이를 토대로 한 도징펌프(500)의 펌핑 동작 및 유량조절밸브(400)의 미세 조절 동작에 대한 컨트롤러(700)의 가변 제어가 실시간적으로 이루어지기 때문에 더욱 정밀한 첨가제 공급에 대한 제어가 이루어질 수 있게 된다.
한편, 전술된 바와 같은 첨가제 공급을 위한 동작 제어가 이루어지는 도중 컨트롤러(700)는 첨가제저장량 측정부(620)로부터 첨가제저장탱크(300) 내에 저장된 첨가제의 저장량에 대한 측정 데이터값을 취득(S200)한다.
그리고, 이렇게 취득한 측정 데이터값을 토대로 상기 컨트롤러(700)는 도징펌프(500)의 동작 제어 및 유량조절밸브(400)의 동작 제어를 수행하게 된다.
즉, 상기 취득된 첨가제의 저장량이 미리 설정한 제1저장량에 비해 부족함으로 판단될 경우 상기 컨트롤러(700)는 첨가제 추가 보충을 위한 에러 코드를 우선적으로 송출(S210)한다. 이의 경우는 도징펌프(500) 및 유량조절밸브(400)의 동작이 중단되지 않고 계속적으로 이루어짐과 더불어 상기 첨가제의 저장량에 대한 측정이 계속적으로 수행되며, 이렇게 계속적으로 첨가제의 저장량을 측정하는 도중 상기 측정된 첨가제의 저장량이 미리 설정한 제2저장량에 비해 부족함으로 판단될 경우에는 상기 도징펌프(500) 및 유량조절밸브(400)의 동작을 동시에 중단(S220)하여 더 이상 첨가제의 공급이 이루어지지 않도록 제어한다.
이때, 상기 미리 설정한 제1저장량이라 함은 첨가제저장탱크(300) 내에 첨가제가 아직 남아있지만 일정 시간(예컨대, 1시간)이 지나면 모두 소진될 우려가 있을 정도의 저장량이고, 상기 미리 설정한 제2저장량이라 함은 첨가제저장탱크(300) 내에 첨가제가 소진된 상태의 저장량이 될 수 있다.
이와 같은 첨가제의 잔여 저장량에 따른 순차적 제어는 관리자가 첨가제저장탱크(300) 내에 첨가제를 보충할 충분한 시간적 여유를 제공할 수 있도록 하면서도 첨가제의 완전 소모시에는 도징펌프(500)가 동작되지 않도록 함으로써 상기 도징펌프(500)의 고장을 미연에 방지할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 전술된 선박엔진의 운전에 의한 각 부분의 동작 제어가 이루어지는 도중 컨트롤러(700)는 엔진출력 측정부(640)로부터 수신되는 배기가스(NOx)의 배출량에 대한 측정값을 토대로 선박엔진(1)의 출력값을 확인(S510)하며, 이렇게 확인된 출력값에 비례한 보상값 만큼 첨가제 주입량(혹은, 연료와의 혼합 비율)을 보상(S520)한다.
따라서, 상기 컨트롤러(700)는 상기와 같이 보상된 첨가제 주입량을 토대로 한 유량조절밸브(400)의 추가적인 미세 조절을 수행함으로써 정밀한 첨가제 주입이 이루어질 수 있도록 하게 된다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템은 선박엔진(1)에 사용되는 연료를 임시 저장한 상태로 해당 연료에 첨가제를 희석하여 사용하는 것이 아니라, 연료가 상기 선박엔진(1)으로 공급되는 도중에 해당 연료의 공급량에 따른 설정 비율만큼 해당 연료에 첨가제를 실시간으로 정밀 분사하면서 가변 주입하도록 이루어짐에 따라 연료와 첨가제의 혼합 비율이 항상 일정하게 유지될 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템은 첨가제저장탱크(300) 내에 잔존하는 첨가제 저장량에 따라 추가 보충을 위한 경고 및 도징펌프(500)와 유량조절밸브(400)의 선택적 동작 제어가 이루어지기 때문에 상기 도징펌프(500)에 대한 고장을 미연에 방지할 수 있게 된다.
한편, 첨부된 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템을 나타내고 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에서는 현재의 선박 위치와 해당 선박의 목적지까지의 거리 및 운행 속도를 고려하여 잔여 연료첨가제의 투입 비율이 결정될 수 있도록 함을 제시한다.
즉, 첨가제저장탱크(300) 내에 저장된 첨가제의 저장량이 해당 선박의 최종 목적지에 도달될 때까지 소요되는 첨가제량에 비해 부족할 경우가 발생될 수 있음을 고려할 때, 이와 같은 첨가제량의 부족 상황이 발생될 경우에는 연소개선의 효율을 낮추더라도 공해 물질 배출의 절감을 위해 첨가제의 희석 비율을 더욱 줄여서 해당 선박이 목적지에 도달할 때까지는 첨가제의 사용이 계속해서 이루어질 수 있도록 함이 더욱 바람직한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템은 컨트롤러(700)가 해당 선박에 구비되는 선박위치 자동식별장치(AIS;Automatic Identification System)(150)로부터 해당 선박의 위치 정보를 수신받도록 구성함과 더불어 해당 선박에 구비되는 선속계(EM LOG; ElectroMagnetic speed LOG system)(160)로부터 해당 선박의 속도와 엔진 출력에 대한 정보를 수신받도록 구성하며, 이와 더불어 상기 컨트롤러(700)에는 상기 AIS(150) 및 EM LOG(160)로부터 수신받은 정보 및 여타 각 측정부(610,620,630,640)에서 측정된 정보를 토대로 잔여 연료첨가제와 목적지까지의 거리와, 현재 속도 및 연료 소모량을 고려한 연료첨가제의 투입 비율에 대한 조절 프로그램을 추가로 가진다.
즉, 첨가제저장탱크(300) 내에 저장된 첨가제의 저장량이 해당 선박의 최종 목적지에 도달될 때까지 소요되는 첨가제량에 비해 부족할 경우 상기 연료에 혼합되는 첨가제의 혼합량에 대한 비율이 더욱 줄어들도록 재설정 한 후 이렇게 재설정된 비율을 토대로 상기 도징펌프(500) 및 유량조절밸브(400)의 동작이 제어될 수 있도록 함으로써, 연료 효율성 및 배기가스의 절감효과를 극대화할 수 있도록 한 것이다.
이렇듯, 본 발명의 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템 및 그 제어방법은 다양한 변형이 가능한 유용한 발명이라 할 수 있다.
1. 선박엔진 100. 연료저장탱크
110. 연료공급라인 140. 배기가스 배출관로
150. 선박위치 자동식별장치 160. 선속계
200. 연료펌프 300. 첨가제저장탱크
310. 첨가제공급라인 311. 분사노즐
400. 유량조절밸브 500. 도징펌프
610. 연료공급량 측정부 620. 첨가제저장량 측정부
630. 첨가제펌핑량 측정부 640. 엔진출력 측정부
700. 컨트롤러

Claims (8)

  1. 선박엔진의 운전을 위한 연료가 저장되며, 연료공급라인을 통해 상기 선박엔진으로 연료를 공급하는 연료저장탱크;
    상기 연료저장탱크 내의 연료를 상기 연료공급라인으로 펌핑하는 연료펌프;
    연료에 첨가하기 위한 첨가제가 저장되며, 첨가제공급라인을 통해 상기 연료공급라인으로 첨가제를 공급하는 첨가제저장탱크;
    첨가제 공급량의 조절을 위해 상기 첨가제공급라인에 구비되는 유량조절밸브;
    첨가제저장탱크 내의 첨가제를 첨가제공급라인으로 펌핑하는 도징펌프;
    상기 연료공급라인을 통해 선박엔진 내로 공급되는 연료의 공급량을 탐지하는 연료공급량 측정부;
    선박의 배기가스가 배출되는 배출관로에 구비되면서 배기가스(NOx)의 배출량을 측정하는 배기가스 측정부;
    상기 연료공급량 측정부를 통해 확인된 연료 공급량에 비례하는 비율의 첨가제가 상기 연료공급라인으로 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어함과 더불어 상기 배기가스 측정부를 통해 측정된 배기가스 배출량을 근거로 선박엔진의 출력값을 계산한 후 이 출력값에 따라 연료공급라인으로 공급되는 첨가제의 공급량이 달리 설정되도록 프로그래밍되어 이루어진 컨트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제저장탱크 내의 첨가제 저장량을 측정하는 첨가제 저장량 측정센서와, 상기 도징펌프로부터 첨가제공급라인으로 펌핑되는 첨가제의 펌핑량을 측정하는 첨가제 펌핑량 측정센서가 더 포함되어 구성되며,
    상기 컨트롤러는 상기 첨가제 저장량 측정센서 및 첨가제 펌핑량 측정센서에 의해 측정된 첨가제 저장량과 첨가제 펌핑량에 따라 상기 도징펌프 및 상기 유량조절밸브의 동작 제어를 추가로 수행하도록 설정됨을 특징으로 하는 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템.
  3. 삭제
  4. 연료공급량 측정부로부터 연료공급라인을 통해 연료저장탱크에서 선박엔진으로 공급되는 연료의 공급량에 대한 측정 데이터값을 취득하는 제1단계;
    첨가제 저장량 측정센서로부터 첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제의 저장량에 대한 측정 데이터값을 취득하는 제2단계;
    상기 제1단계 및 제2단계를 통해 취득된 데이터값들을 토대로 첨가제 주입량을 연산하고, 상기 연산된 값에 해당되는 주입량만큼 상기 연료공급라인 내로 상기 첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제가 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어하는 제3단계;를 포함하여 진행되며,
    상기 제3단계의 제어 수행시 상기 제2단계에서 취득된 첨가제의 저장량이 미리 설정한 저장량에 비해 부족할 경우 상기 연료에 혼합되는 첨가제의 혼합량에 대한 비율이 더욱 줄어들도록 재설정 한 후 재설정된 비율을 토대로 상기 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어함을 특징으로 하는 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3단계의 제어 수행시 상기 제2단계에서 취득된 첨가제의 저장량이 미리 설정한 저장량에 비해 부족할 경우 에러 코드를 송출함과 동시에 상기 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 중단하여 더 이상 첨가제의 공급이 이루어지지 않도록 제어함을 특징으로 하는 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 제어방법.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    배기가스 배출량을 확인하는 과정과,
    상기 확인된 배기가스 배출량을 토대로 엔진출력값을 확인하는 과정과,
    상기 확인된 엔진출력값을 토대로 첨가제 주입량을 보상하는 과정이 더 포함되어 진행됨을 특징으로 하는 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 제어방법.
  8. 연료공급량 측정부로부터 연료공급라인을 통해 연료저장탱크에서 선박엔진으로 공급되는 연료의 공급량에 대한 측정 데이터값을 취득하는 제1단계;
    첨가제 저장량 측정센서로부터 첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제의 저장량에 대한 측정 데이터값을 취득하는 제2단계;
    상기 제1단계 및 제2단계를 통해 취득된 데이터값들을 토대로 첨가제 주입량을 연산하고, 상기 연산된 값에 해당되는 주입량만큼 상기 연료공급라인 내로 상기 첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제가 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어하는 제3단계;를 포함하여 진행되며,
    현재 선박의 운행 속도와, 적지까지의 잔여 거리를 근거로 한 예상 연료 소모량을 연산하는 과정과,
    첨가제저장탱크 내에 저장된 첨가제의 잔여 저장량을 확인하는 과정과,
    상기 확인된 첨가제의 잔여 저장량과 상기 연산된 예상 연료 소모량을 토대로 첨가제 투입 비율을 재설정하는 과정과,
    상기 재설정된 투입 비율로 첨가제가 공급되도록 도징펌프 및 유량조절밸브의 동작을 제어하는 과정이 더 포함되어 진행됨을 특징으로 하는 선박엔진용 연료첨가제 가변 주입 제어시스템의 제어방법.
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