KR101659966B1 - 유량,양정 조절형 소방 또는 산업용 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치 - Google Patents

유량,양정 조절형 소방 또는 산업용 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력전기를 사용하지 못하는 장소 또는 비상용의 용도일 경우 모터의 사용이 제한되므로 엔진과 연결된 펌프 즉, "엔진펌프"를 사용할 수밖에 없는 실정이며, 크루즈컨트롤시스템(Cruise Control System)을 개발 및 적용하여 산업용 엔진펌프(소방용 엔진펌프 포함)에서 사용펌프(2-2)의 모터 표준사양에 맞추어 엔진(2-1)을 선정하고, 엔진(2-1)의 회전수에 변화를 주고 동력변화에 대응하게 하여 표준사양 뿐만 아니라 회전수를 임의로 설정하고, 임의로 설정한 회전수를 유지하도록 제어하며, 엔진(2-1)의 회전수를 증가 또는 감소시킴으로써 다변화되는 유량 및 양정을 구사할 수 있도록 함을 특징으로 하며, 1대의 엔진펌프로 다수의 엔진펌프 성능으로 사용이 가능하도록 하는데 있고, 상기 발명을 제어하는 엔진컨트롤장치(1-1)는 전원이 없는 장소에서 엔진펌프를 가동하는 경우 엔진(2-1)에 제너레이터(1-4)를 장착하여 엔진펌프 가동 중에는 자가발전을 하여 배터리에 충전이 가능하며, 보관 및 대기상태에서는 내장된 충전기를 통해 220V의 전원을 연결하여 충전 및 배터리의 방전을 방지하며, 시동성이 가장 좋은 회전수(엔진의 특성에 따라 다르며 조절가능)에서 시동이 되게 하여 비상시 또는 장시간의 대기상태에서 엔진의 시동성을 향상시키고, 엔진정지 시 다음의 시동에 대비하여 시동이 잘되는 회전수에서 엔진(2-1)이 정지하도록 구성되어 있으며, 엔진(2-1)의 형식에 따라 차이는 있으나 액셀러레이터(도면표시 없음, 엔진의 제조회사 및 형식에 따라 형식 및 요동각도가 모두 다름)를 조절하는 액추에이터(1-2)를 역방향으로 구동시켜 엔진(2-1)을 정지(선택가능)하고 시동이 잘 되는 회전수로 복귀하는 기능을 가지며, 특히 소방엔진펌프인 경우 정기적으로 시험가동 시에 가동시험 후 자동으로 전환을 하지 않았을 경우 스스로 일정시간 후 자동으로 전환하여 대기하는 안전 모드 기능이 내장되어 있는 유량,양정 조절형 산업용 엔진펌프(소방용 엔진펌프 포함) 및 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치이다.

Description

유량,양정 조절형 소방 또는 산업용 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치 {Flow, the engine control unit that controls the adjustable head or industrial fire engine pumps}
본 발명은 일반적인 엔진컨트롤장치에 내장된 스위치로 엔진의 회전수를 기억을 시키며, 엔진의 동력변화에 따라 엔진rpm센서를 통해 엔진의 회전수를 표시할 뿐만 아니라 그 회전수를 감시하고, 회전수의 변동이 생기게 되면 기억된 회전수를 맞추기 위해 액셀러레이터에 연결된 액추에이터를 구동하여 펌프 및 엔진의 회전수가 변화하는 것을 억제하도록 제어하여 하나의 펌프로 여러 성능을 발휘할 수 있고, 엔진의 성능이 회전수에 따라 동력이 달라지는 것을 이용하고 제어하는 유량,양정 조절형 산업용 엔진펌프(소방용 엔진펌프 포함) 및 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치에 관한 것이다
본 발명은 엔진가동 시 엔진의 특성에 따라 시동성이 가장 좋은 회전수(스위치의 위치조절이 가능)에서 시동이 되게 하며, 엔진정지 시 다음 시동에 대비하여 시동이 잘되는 회전수에서 엔진이 정지하도록 구성이 되며, 엔진의 형식에 따라 다르나 액셀러레이터에 엔진정지 기능이 있는 경우는 액셀러레이터를 조절하는 액추에이터를 역방향으로 구동시켜 엔진을 정지(선택가능)하고 시동이 잘 되는 회전수로 액셀러레이터를 복귀시키는 기능을 가지며, 특히, 액추에이터는 정, 역회전이 가능하여 액추에이터에 내장된 스위치(소형서보모터에서는 위치기억)로 사용되는 엔진의 특성(액셀러레이터의 요동각도, 형상)에 맞추어 스위치의 위치조절이 가능하도록 한 것이다
또한, 본 발명은 수동동작을 시킨 후 인위적인 실수도 보상하는 수동모드에서 자동모드로 복귀되는 기능을 엔진컨트롤장치에 부여하여 중대한 사고를 방지할 수 있게 안전모드기능을 내장하고 있으며, 전원이 없는 장소에서는 엔진 자체의 제너레이터를 이용하고 자가 발전하여 배터리에 충전을 하고, 장시간의 보관 시에는 배터리의 방전에 대비하여 220V 전원을 연결하여 내장된 충전기를 이용하여 배터리에 충전을 다중으로 가능하게 하도록 하였다.
현재 사용되고 있는 엔진펌프에서 소방용 엔진펌프를 포함한 산업용 엔진펌프에서 동력원으로 사용되는 엔진의 회전수는 주문사양(소비자의 설계시방 사양, 이하 주문사양으로 표기)을 기준으로 선정하고 있으며, 개략 1800rpm 근처에서 설정이 되고 있다. 이는 4극 모터의 회전수를 기준으로 펌프를 설계하고, 모터에서 사용되는 펌프를 엔진에 그대로 적용하고 있다.
펌프의 특성은 회전수를 늘리면 유량과 양정을 증가하는 특징을 가지고 있으며, 도 10 경유엔진 성능곡선도 및 도 11 휘발유엔진 성능곡선도에서 표현이 되어 있듯이 엔진의 회전수가 증가하면 동력도 함께 증가하는 특성을 가지고 있다.
이러한 특성을 이용하여 펌프가 1800 rpm일 때 의 유량, 양정(양정 : 압력 kg/cm2 을 m 로 표시한 단위로 폄프에서 사용하는 단위)을 선정하여 회전수를 높여주면 상위, 차상위의 펌프능력을 발휘하게 된다
상기 내용을 확인하기 위해 실험을 실시하여 도 7과, 도 8과 같이 확인하였다.
현재 실시되고 있는 모든 배관설계 및 내압시험은 실사용 압력의 150%에서 실시하고 있고, KS, ASME 규격에서 규정되어있다.
특히 소방법에서는 체절(최대)압력은 사용압력의 140% 이내이고, 사용유량의 150%에서 사용압력의 65% 이상으로 규정하고 있다.
본 발명은 상기 규격 및 규정을 만족하고 상기 엔진의 특성에 따라 엔진효율이 좋은 구간에서 운전을 하고, 1종류의 작은 펌프 와 그에 맞는 작은 엔진으로 엔진의 액셀러레이터를 조정하여 회전수의 변화를 주어 상위, 차상 위의 펌프성능에 맞는 회전수를 엔진컨트롤장치에 기억시키고, 펌프의 유량 및 양정의 변화에 따라 동력의 변화가 발생하는데 동력원으로 사용되는 엔진이 동력의 변화에 따라 엔진의 회전수가 변화되는 것을 액셀러레이터에 연결된 액추에이터를 이용하여 액셀러레이터를 정밀하게 제어하여 엔진 및 펌프의 회전이 변화하는 것을 방지하여 도 9와 같이 유량의 변화에 따른 압력의 변화를 억제하였으며, 1대의 펌프로 여러 사양을 표출하여 원가절감을 기할 수 있게 하였다.
또한 지금까지는 산업용 엔진펌프에서 엔진의 시동 및 엔진컨트롤장치 구동에 필요한 배터리의 전원을 220V 전원을 연결하지 않고는 충전할 방법이 없어 배터리가 방전이 되면 배터리를 교체하여 사용하고 있었으나, 본 발명은 전원이 없는 장소에서 엔진펌프를 사용할 경우 엔진에 제너레이터를 장착하여 펌프동작 시 자가발전을 통한 배터리의 충전을 가능하게 하였고 보관 시 또는 소방펌프의 경우 대기상태에서는 전원을 연결하여 다중으로 충전을 가능하게 하고 배터리가 방전되는 것을 방지하였다.
특히 소방엔진펌프인 경우 정기적으로 시험가동을 하여야 하며, 현행 엔진컨트롤러는 절환스위치, 토글스위치 등을 사용하여 인위적으로 자동으로 전환하여야하는 불편한 점이 있어 안전에 중대한 사고가 발생하는 것을 미연에 방지할 수가 없었으나, 본 발명에서는 가동시험 후 인위적으로 자동으로 전환을 하지 않았을 경우에 대비하여 스스로 일정시간 후 자동으로 전환하여 대기하는 안전 모드 기능이 내장되어 있다.
선행기술 20-2007-0004199호 "소방용 엔진펌프의 제어장치"는 회전하는 엔진의 회전수를 확인하며 케이스 앞면에서 수동으로 엔진의 회전수를 조절하는 장치이며,
선행기술로는 20-2013-0005670호 "소방용 엔진펌프"가 있으며, 엔진의 회전수 조절은 상기 선행기술과 동일하며, 엔진회전수를 1800~2000RPM 에서 조절하여 운전을 하게 하였고, 회전감지수단을 이용하여 엔진의 회전수를 회전감지수단의 신호를 피드백하여 속도조절레버를 제어(단순히 엔진의 회전수 변화에 따른 속도조절레버의 제어)하게 되어있으며, 엔진시동과 동시에 고속으로 회전하는 것을 방지하고 아이들 회전수로 시동 후 설정한 회전수로 운전을 하게하며, 정지 후에 속도조절레버를 초기위치로 이동하게 하게 하는 단순한 기능의 장치이다.
또 다른 선행기술의 등록특허공보 제10-1194787호 "소방용 엔진펌프 시스템 및 이의 제어방법" 은, 소방용 엔진펌프 시스템에 관한 것으로서, 압력탱크스위치에 의해 가동신호를 인가하는 압력탱크부와; 엔진에 의해 구동되며, 소화전과 배관을 통해 연결되어 소방수를 공급하는 펌프를 갖는 엔진펌프와; 상기 엔진펌프를 조작하며, 상기 엔진펌프의 구동상태를 표시하는 조작부와; 상기 배관 내부에 구비되어 배관내부압력을 감지하는 배관압력감지부와; 상기 압력탱크스위치의 가동신호에 의해 상기 엔진펌프가 가동된 이후, 상기 배관압력감지부에서 감지된 현재 배관내부압력이 기준압력으로 일정하게 유지되도록 상기 엔진펌프의 회전속도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한 구성으로서, 상기 기술은 배관 내부압력이 기준 압력으로 유지되도록 하며,
일반적으로 엔진펌프의 구성은 동력원으로 엔진을 사용하고, 펌프는 일반적으로 사용하는 1750 rpm으로 구동되는 펌프와 엔진의 시동 및 정지를 제어하는 엔진컨트롤장치가 포함되어 있는 기술로서,
배관내부압력 기준압력 이하의 경우 고속회전으로 가동되고, 기준압력 이상의 경우 저속회전으로 가동되며, 초기디폴트 설정된 범위내의 속도로 유지되도록 하는 컨트롤장치인바 즉, 배관내부압력이 기준이되어 단순하게 초기에 설정한 디폴트 회전수로 고속 또는 저속으로 회전할 수 있도록 플런저밸브를 자동으로 많이 열고(고속회전) 적게 열어주는 (저속회전) 기능으로 판단되며, 크루즈컨트롤 기능이라고 하기에는 무리가 있다
본 발명의 기술구성 중 일부는 상기 선행기술에서와 유사한 기능이 있으나 전혀 다른 구조를 가지고 있어 현저하게 상이한 차이가 있으며, 상기 선행기술은 오직 소방용에만 국한되어 있고, 산업용에서는 전혀 효용성이 없으며, 한정된 엔진형식에만 적용되고, 속도조절수단은 실제 엔진에 부착할 공간이 작아 적용하기가 매우 힘들고 까다로운 상황이며, 엔진을 정지 후에 속도조절레버를 초기위치로 이동하게 하게 하면 즉, 고속으로 회전할 때 엔진을 정지하면 많은 양의 연료가 투입이 되어 시동이 매우 떨어지게 된다.
특히 소방용 엔진펌프에서는 정기적으로 엔진펌프를 시험가동 하여 이상 유무를 확인하게 소방법에 의무화 되어있다. 그러나 매일 반복하는 일이 아니어서 시험가동 후 간혹 자동으로 전환하지 않는 경우 매우 중대한 사고를 미리 방지할 수 없다.
현재 제작하는 산업용 엔진펌프는 자가발전기능은 있으나 장시간 보관할 경우 전원 충전기능이 없어 빈번하게 배터리를 교체하는 문제가 발생하고 있다.
또한 엔진폄프의 과다경쟁으로 더 이상의 원가절감을 할 수 없는 상태이며, 시장에서는 성능과 품질은 제외하고 가격으로만 제품을 선정하므로 펌프의 성능과 품질이 좋지 않는 상태로 출고가 이루어지고 있어 획기적으로 원가절감이 요구되고 있는 실정이다.
제조회사마다 펌프의 표준사양이 약간씩 다르며, 각각의 펌프 고유의 표준사양이 있으며, 표준사양이 아닌 임의의 중간사양을 소비자가 요구할 경우 기존에는 펌프를 분해하여 임펠러의 외경을 설계에서 계산된 치수로 절단을 한 후에 다시 조립하여 품질관리부에서 일일이 확인하는 작업이 필요하여 제조사는 제조사대로 소비자는 소비자대로 납기 및 비용에 대한 불만이 많이 발생하고 있다.
현재 사용되고 있는 동력전기를 사용하지 못하는 장소(모터로 가동하는 펌프를 사용하지 못하는 장소) 또는 소방용 엔진펌프를 포함한 비상용의 엔진펌프에서 동력원으로 사용되는 엔진의 회전수는 모터의 회전수 기준으로 선정하고 있으며, 개략 1800 rpm 근처에서 설정이 되고 있으나, 주문사양에 맞추어 액셀러레이터를 고정시켜놓아 연료의 증감을 조절할 수 없으며, 도 7의 표1과 같이 펌프의 유량 및 양정에 따라 동력의 변화에 따라 모터뿐만 아니라 엔진의 회전수 변화가 삼하여 이에 따른 많은 문제점들이 발생되는 실정이며, 엔진의 회전수를 높여 상위 및 차 상위 펌프의 성능을 확인한 결과 역시 도 8 의 표2와 같이 유량 및 양정의 변화가 심하였다.
또한 현재 실시되고 있는 모든 배관설계 및 내압시험은 KS, ASME 규격에서 규정되어있는 대로 실사용 압력의 150%에서 실시하고 있고, 특히 소방법에서는 체절(최대)압력은 사용압력의 140% 이내이고, 사용유량의 150%에서 사용압력의 65% 이상으로 규정하고 있으며, 장시간 사용으로 배관의 부식 등으로 필요 이상의 압력이 배관에 가해지게 되어 배관파손으로 이어지는 문제점이 있는 것이다
본 발명은 유량 및 양정 조절이 가능한 산업용 엔진펌프(소방용 엔진펌프 포함)와 유량의 변화에 따라 동력의 변화에 따른 회전수의 변화를 최대한 억제하여(크루즈컨트롤시스템) 아주적은 양정의 변화를 구현하는 것이다.
일반적으로 사용되는 펌프도 사용은 가능하나 일반적인 산업용(소방용 포함)펌프는 1800rpm으로 설계되어 고속회전에는 위험을 초래할 수 있으며, 고속회전에서도 견딜 수 있는 펌프개발과 함께 엔진의 회전수에 따라 작은 펌프는 상위 또는 차상위의 펌프성능을 발휘하게 하며, 엔진의 회전수 증가에 따른 동력의 증가로 작은 엔진으로 큰 펌프의 효과와 큰 동력을 이용함으로서 원가절감 및 설치면적의 축소를 가져올 수 있고 수요자의 비용을 절감시킬 수 있다.
일반적인 소방엔진컨트롤장치에 포함되어있는 3상 3선식 또는 3상 4선식 전원입력과 보조펌프모터 전원출력부 등 기본적으로 화재 수신반에서 신호를 받아 동작하는 것은 물론이고, 제너레이터의 장착으로 엔진펌프 가동 중에 배터리의 충전이 가능할 뿐만 아니라 소방엔진펌프에서와 같이 220V전원을 투입하여 충전을 할 수 있게 겸비되어있으며,
액셀러레이터를 직접 구동시킴으로서 엔진형식에 따라 제작된 액추에이터 고정브래킷 및 액셀러레이터 커넥터로 모든 엔진에 적용할 수 있으며, 엔진형식에 따라 액셀러레이터에 엔진정지 기능이 있는 경우 액추에이터를 역으로 구동하여 엔진을 정지하도록 고안이 되어있고,
본 발명은 엔진컨트롤장치 앞면에는 택트 스위치(Tact Switch : 초소형 누름버튼 스위치)를 사용하여 소방용 엔진펌프에서 가장 중시여기는 안전에 관한 사항으로 사람의 실수도 스스로 보정하는 기능을 엔진컨트롤장치가 내장되어있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 액추에이터와 rpm센서, 회전수 임의설정 및 임의 설정된 회전수를 유지하기 위한 엔진컨트롤장치를 사용하면 모터로 가동되는 펌프와 같은 효과를 낼 수가 있고, 또한 엔진의 회전수를 증가, 또는 감소시킴으로써 다변화되는 유량 및 양정을 구사할 수가 있다.
모터는 동력의 크기와 관계없이 극수에 따라 회전수가 결정이 되어 있으며, 4극 모터는 1800 rpm, 2극 모터는 3600 rpm이 결정이 되어있고, 효율 및 부하의 정도에 따라 약간의 차이가 발생한다. 반면에 엔진은 자유로이 회전수를 조절을 할 수가 있으며, 엔진의 형식에 따라 차이는 있으나 일반적으로 경유엔진의 경우 2000~2500 rpm(도 10 참고), 휘발유엔진의 경우 2500~3000 rpm(도 11 참고) 에서 가장 좋은 효율을 나타내고 있고, 회전수를 높이면 동력 또한 같이 상승하는 특징을 가지고 있다.
상기 내용에 따라 엔진의 회전수를 늘리거나 줄여서 1종의 펌프로 여러 종류의 펌프의 성능을 발휘할 수 있도록 하였으며, 특히 소방용 펌프에서 많이 사용되는 펌프의 종류 중 주로 다단벌루트펌프 및 다단터빈펌프가 있으며, 단수가 적은 펌프에 회전수를 높이면 차상위의 펌프 성능을 구현할 수 있게 된다.
예를 들면 다단벌 루트펌프 중에 호칭80에 단수가 3단의 펌프(MV80-3S)를 표준회전수 (1750 rpm)로 회전을 시키면 표준성능 유량 0.6 m3/min, 양정 54 m 의 성능을 나타내며, 1975 rpm으로 회전시키면 호칭80 단수4단(MV80-4S)의 성능(유량 0.6m3/min, 양정 72 m)을 발휘하고, 2310 rpm으로 회전시키면 호칭80 단수5단(MV80-5S)의 성능(유량 0.6m3/min, 양정 90 m), 2420 rpm으로 회전시키면 호칭80 단수6단(MV80-6S)의 성능(유량 0.6m3/min, 양정 108 m), 1990 rpm으로 회전시키면 호칭100 단수2단(MV100-2S)의 성능(유량 1.0 m3/min, 압력 45 m), 2290 rpm으로 회전시키면 호칭100 단수3단(MV100-3S)의 성능(유량 1.0 m3/min, 양정 67 m)을 발휘하게 된다.
즉, 엔진펌프 EMV80-3S 1대의 엔진펌프로 6종류의 펌프의 사양을 구현할 수 있으며, 각각의 펌프 고유의 표준사양이 있으며(제조회사마다 고유의 표준사양이 약간씩 다름) 표준사양이 아닌 임의의 중간사양을 소비자가 요구할 경우 기존에는 펌프를 분해하여 임펠러의 외경을 설계에서 계산된 치수로 절단을 한 후에 다시 조립하여 확인하는 작업이 필요하지 않으며, 본 발명의 엔진펌프에서는 엔진의 회전수로 조정이 가능하며 제조사에서는 표준의 펌프로 출고하고 엔진의 회전수 설정으로 사양을 맞출 수 가있어 납기 및 원가에 대한 부담이 없으며, 또한 소비자 측면에서는 선택의 폭을 넓힐 수 있으므로 매우 경제적이고 신속하며, 작은 엔진과 작은 펌프를 사용하므로 원가절감을 도모할 수 있고, 설치장소도 적은 면적을 사용하므로 건축비 절감 및 적은 비용의 유지보수가 도 9의 표3와 같이 가능하게 함을 발명의 목적으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의한 액추에이터, 엔진rpm센서, 엔진회전수 임의설정 및 엔진회전수 임의설정에 따른 엔진회전수를 위한 엔진컨트롤장치를 이용하면 전술한 바와 같이 동력의 변화에 따른 엔진의 회전수 변화를 방지하고, 엔진효율이 좋은 회전구간에서 운전을 하게하며, 1대의 작은 엔진펌프로 상위 또는 차 상위 엔진펌프의 사양을 구사할 수 있어 획기적인 원가절감이 가능하며, 소비자의 측면에서는 관리 및 유지에 사용되는 운영비 절감에 기할 수 있다.
현재 실시되고 있는 모든 배관설계 및 내압시험은 KS, ASME 규격에서 규정되어있는 대로 실사용 압력의 150%에서 실시하고 있고, 특히 소방법에서는 체절(최대)압력은 사용압력의 140% 이내이고, 사용유량의 150%에서 사용압력의 65% 이상으로 규정하고 있으며, 장시간 사용으로 배관의 부식 등으로 필요 이상의 압력이 배관에 가해지게 되어 배관 파손을 방지할 수 있다.
전원이 없는 장소에서 엔진펌프를 가동하는 경우 산업용 엔진펌프에서의 필수 장치인 엔진용 제너레이터를 장착하여 엔진펌프 가동 중에 자가발전이 가능하여 배터리 충전이 가능하며, 보관 및 대기상태에서는 엔진컨트롤장치에 내장된 충전기를 통해 220V 전원을 연결하여 충전 및 배터리의 방전을 방지하며, 엔진 정지시 다음의 시동에 대비하여 시동이 잘되는 회전수에서 엔진이 정지하도록 액추에이터가 구성이 되어있어 시동성이 가장 좋은 회전수(엔진의 특성에 따라 다르며 조절가능)에서 시동이 되게 하여 비상시 엔진의 시동성을 향상시키며, 또한 엔진의 형식에 따라 차이는 있으나, 액셀러레이터를 조절하는 액추에이터를 역방향으로 구동시켜 엔진을 정지(선택가능)하고 시동이 잘되는 회전수로 복귀하는 기능을 가진다.
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특히 소방엔진펌프인 경우 정기적으로 시험가동을 하여야 하며(소방법 의무사항), 현행 엔진컨트롤러는 절환스위치, 토글스위치 등을 사용하여 인위적으로 자동으로 전환하여야하는 불편한 점이 있고 중요한 사고를 미연에 방지할 수 없으나, 본 발명에서는 가동시험 후 인위적으로 자동으로 전환을 하지 않았을 경우 스스로 일정시간 후 자동으로 전환하여 대기하는 안전모드기능이 내장되어있어 예기치 않은 불의의 사고를 미연에 방지할 수 있는 특징을 갖는다.
도 1은 본 발명에 의한 엔진펌프 시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 의한 엔진펌프의 구성 및 정면도
도 3은 본 발명에 의한 액셀러레이터에 엔진정지 기능이 없는 경우의 액추에이터 부분상세도(편의상 근접스위치로 표현)
도 4는 본 발명에 의한 액셀러레이터에 엔진정지 기능이 있는 경우의 액추에이터 부분상세도(편의상 근접스위치로 표현)
도 5는 기존의 펌프관련 기본배관도 P＆ID(Piping ＆ Instrumentation Diagram)
도 6은 본 발명이 적용된 펌프관련 기본배관도
도 7은 종래의 MV80-3S의 모터, 경유엔진, 휘발유엔진 구동시의 유량, 양정, 회전수의 실험결과 비교표
도 8은 본 발명 장치를 적용하지 않은 상태에서 휘발유엔진으로 EMV80-3S로 엔진회전수를 변화시켜 상위펌프의 유량 및 압력시험 결과표
도 9는 본 발명 장치를 적용하여 휘발유엔진으로 EMV80-3S의 상위펌프 사양에 맞추어 회전수를 조정한 후, 회전수를 고정시켜 상위펌프의 유량, 양정을 실험한 결과표
도 10은 엔진제조사에서 제공받은 경유엔진의 성능곡선도
도 11은 엔진제조사에서 제공받은 휘발유엔진의 성능곡선도
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
1-1 : 엔진컨트롤장치 1-2 : 액추에이터 1-3 : 엔진rpm센서
1-4 : 제너레이터 1-5 : 연료펌프 또는 연료공급밸브
1-6 : 엔진예열플러그 1-7 : 엔진기동모터 1-8 : 엔진온도냉각수센서
1-9 : 엔진오일압력센서,
2-1 : 엔진 2-2 : 펌프 2-3 : 베드 2-4 : 커플링
2-5 : 라디에이터
1-21 : 소형DC모터(소형서보모터) 1-22 : 감속기
1-23 : 액셀러레이터 커넥터 1-24 : 스위치감지 판
1-25 : 액추에이터 고정브래킷 1-26 : 엔진 시동위치 스위치
1-27 : 액셀러레이터 최대위치 스위치 1-28 : 엔진 정지위치 스위치
1-29 : 스위치 브래킷
4-1 : 일반 엔진 4-2 : 일반펌프 4-3 : 토출밸브
4-4 : 체크밸브(역류방지) 4-5 : 유량계 4-6 : 압력계
4-7 : 압력탱크 4-8 : 압력스위치 4-9 : 안전밸브
4-10 :흡입밸브 4-11 : 스트레이너 4-12 : 급수용 플로트밸브
4-13 : 물 저장탱크
이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다
도 1은 본 발명에 의한 엔진펌프 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 엔진펌프의 구성 및 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 액셀러레이터에 엔진정지 기능이 없는 경우의 액추에이터 부분상세도이며, 편의상 근접 스위치로 표현하였고, 택트 스위치(Tact Switch), 리밋 스위치(Limit Switch), 광센서(Photo Sensor) 등도 적용이 가능하며, 도 4는 본 발명의 액셀러레이터에 엔진정지 기능이 있는 경우의 액추에이터 부분상세도이다.
도 5는 기존의 펌프관련 기본배관도 P＆ID(Piping ＆ Instrumentation Diagram)이며, 도 6은 본 발명이 적용된 펌프관련 기본배관도이고.
도 7은 종래의 MV80-3S의 모터, 경유엔진, 휘발유엔진 구동시의 유량, 양정, 회전수의 실험결과 비교표이다,
도 8은 본 발명 장치를 적용하지 않은 상태에서 휘발유엔진으로 EMV80-3S로 엔진회전수를 변화시켜 상위펌프의 유량 및 양정시험 결과표이며, 도 9는 본 발명 장치를 적용하여 휘발유엔진으로 EMV80-3S의 상위펌프 사양에 맞추어 회전수를 조정한 후, 회전수를 고정시켜 상위펌프의 유량, 양정을 실험한 결과표이다
도 10은 엔진제조사에서 제공받은 경유엔진의 성능곡선도이고 도11은 엔진제조사에서 제공받은 휘발유엔진의 성능곡선도이다
펌프의 특성은 회전수를 늘리면 유량과 양정을 증가하는 특징을 가지고 있는데. 이러한 특성을 살려 작은 펌프(2-2)를 이용하여 회전수를 늘려주면 작은 펌프(2-2)는 상위 또는 차상위의 펌프성능을 표출하게 된다.
또한 도 10 경유엔진 성능곡선도 및 도 11 휘발유엔진 성능 곡선도 에서 표현이 되어 있듯이 엔진의 회전수가 증가하면 동력도 함께 증가하는 특징을 가지고 있으며,
상기의 이러한 특성을 이용하여 소형의 폄프(2-2)와 소형의 엔진(2-1)으로 연결된 소형엔진펌프로 보다 높은 사양의 대 유량, 높은 양정의 성능을 표출하게 된다.
일반적으로 사용되는 펌프도 사용은 가능하나 보통의 펌프는 1800RPM으로 설계되어 고속회전에는 위험을 초래할 수 있어, 고속회전에서도 견딜 수 있는 설계된 펌프(2-2)를 사용하여 소형펌프(2-2)와 그에 상응하는 소형엔진(2-1)으로 상위 및 차 상위 성능을 구현하고, 엔진(2-1)의 특성을 고려하여 경유엔진의 경우 1800~2500 rpm에서, 휘발유엔진의 경우 2000~3000 rpm에서 가동이 되게 함으로서 효율이 좋은 구간에서 엔진이 운전되게 하고 펌프(2-2)의 효율을 증대시킬 수 있다.
소방용 엔진펌프를 포함한 산업용 엔진펌프로서 도 1에서와 같이 소방용 엔진컨트롤장치(1-1)에 포함되어있는 3상 전원입력과 보조 펌프모터 출력부, 전원출력부 등 일반적인 기능을 포함하며, 화재 수신반으로 부터 신호를 받아 동작하는 것은 물론이고, 제너레이터(1-4)의 장착으로 엔진펌프 가동 중에 배터리의 충전이 가능할 뿐만 아니라 소방엔진펌프에서와 같이 220V 전원을 투입하여 충전을 할 수 있게 구성되며,
본 발명은 액셀러레이터(미 도시됨, 각 엔진제조회사마다 엔진의 형식마다 형상 및 요동각도가 다름)를 액셀러레이터 커넥터(1-23)가 부착된 액추에이터(1-2)가 직접 구동시킴으로서 엔진(2-1)형식에 따라 제작된 액추에이터 고정브래킷(1-25)과 액셀러레이터 커넥터(1-23)로 어느 엔진펌프에도 간단히 장착이 가능하며, 엔진(2-1)형식에 따라 액추에이터(1-2)를 역으로 구동하여 엔진(2-1)을 정지하도록 구성되었다.
엔진컨트롤장치(1-1)에 화재수신반으로 부터 엔진펌프 가동신호 또는 수동으로 상기 엔진컨트롤장치(1-1) 앞면의 스위치를 이용하여 엔진(2-1)가동신호가 입력되면, 평상시에 충전이 된 축전지의 전기를 엔진(2-1)에 부착된 연료펌프 또는 연료공급밸브(1-5)(엔진형식에 따라 연료펌프 또는 연료공급밸브가 없는 엔진도 있음)에 전원을 투입하고, 엔진예열플러그(1-6)에 전원을 일정시간 투입(경유엔진에만 한정됨)한 후, 엔진기동모터(1-7)에 전원을 가하여 엔진(2-1)이 시동이 되게 된다.
엔진(2-1)이 시동되면 엔진컨트롤장치(1-1)는 액추에이터(1-2)의 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)에 전압 및 전류를 가하여 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)가 정회전을 하게 되어 감속기(1-22) 내부에 연결되어있는 기어를 회전시켜 감속기(1-22) 출력축에 연결된 액셀러레이터 커넥터(1-23)[엔진의 액셀러레이터(미도시됨) 형상에 따라 다른 형상임]를 회전·시키게 되며, 액셀러레이터 커넥터(1-23)에 연결된 액셀러레이터(미 도시됨)가 동작을 하게 된다.
액셀러레이터가 동작을 하게 되면 엔진(2-1)은 가속이 되고 감속기(1-22)의 액셀러레이터 커넥터(1-23) 반대쪽에 장착된 스위치감지 판(1-24)은 도 3의 예시도와 같이 "A"위치에서 "B"측으로 이동되며, 엔진(2-1)의 회전수는 증가하게 된다.
엔진rpm센서(1-3)는 엔진(2-1)의 회전수를 감지하여 엔진컨트롤장치(1-1)로 엔진회전수를 전달하게 되고, 엔진의 회전수를 엔진컨트롤장치(1-1) 앞면의 표시창에 표시하고 엔진컨트롤장치(1-1)는 이미 설정된 회전수와 비교하며 액추에이터(1-2)의 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)에 전류 및 전압을 가하며, 설정된 회전수에 가까이 도달을 하게 되면 액추에이터(1-2)의 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)에 전류 및 전압을 서서히 줄이면서 설정 값에 정밀하게 도달할 수 있게 한다.
"B"측의 액셀러레이터 최대위치 스위치(1-27)는 액셀러레이터(미 도시됨)의 최대위치를 감지하게 되어있으며, 액셀러레이터 최대위치 스위치(1-27)가 감지되면 더 이상의 전압 및 전류의 공급을 멈춘다.
도 6 의 토출밸브(4-3)를 열게 되면 더 많은 유량이 펌프(2-2)에서 토출이 되며, 양정은 낮아지게 되고 펌프(2-2)는 더 많은 동력을 필요하게 된다. 그 결과 엔진(2-1)의 회전수는 감소하게 되고 엔진rpm센서(1-3)에 의해 감지된 엔진(2-1)의 회전수는 엔진컨트롤장치(1-1)에 보내지게 되고, 엔진컨트롤장치(1-1)는 액추에이터(1-2)의 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21) 전압 및 전류를 가하여 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)가 정회전을 하며, 감속기(1-22)에 연결된 액셀러레이터 커넥터(1-23)가 정회전하고, 액셀러레이터 커넥터(1-23)에 연결된 액셀러레이터를 정회전 시켜 엔진(2-1)의 회전수를 보상하게 한다.
도 6 의 4-3 체크밸브를 잠그면 펌프(2-2)에서 토출되는 유량은 감소를 하고 압력은 높아지게 된다. 펌프(2-2)의 동력은 감소하게 되고, 부하가 감소함에 따라 엔진(2-1)의 회전수는 증가하게 되어 엔진컨트롤장치(1-1)는 액추에이터(1-2)의 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)에 역전압 및 역전류를 공급하여 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)가 역회전을 하여 액셀러레이터(미 도시됨)를 "A"측 방향으로 이동시켜 엔진(2-1)의 회전수를 낮추게 한다.
엔진컨트롤장치(1-1)는 액추에이터(1-2)를 구동 시킬 때 설정된 회전수에 가까이 도달을 하게 되면 가까운 정도의 양에 따라 액추에이터(1-2)의 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)에 전류 및 전압을 서서히 줄이면서 설정 값에 정밀하게 도달할 수 있게 하는 P제어(Proportional Control) 또는 PID제어(Integral and Derivative Control)가 특징이다.
엔진컨트롤장치(1-1)는 엔진(2-1)을 정지 시킬 때에는 엔진(2-1)의 형식에 따라 선택을 할 수 있는 선택스위치가 내장되어 있으며, 적용된 엔진(2-1)이 액셀러레이터에 정지기능이 없는 경우 도 3에서 긴급사항 또는 장시간의 대기상태에서 시동을 할 때 시동이 잘 되는 위치로 액추에이터(1-2)를 역방향으로 구동하여 스위치감지 판(1-24)이 "A" 위치[엔진 시동위치 스위치(1-26) ON]로 이동하여 엔진(2-1) 실린더 내부에 연료(휘발유 또는 경유)가 적절하게[연료가 과잉상태일 경우 : 노킹현상이 발생하여 시동성이 좋지 않음, 엔진구동 최저회전수(IDLING RPM)일 경우 : 장시간 보관 시 시동이 잘되지 않음] 남게 한 후 연료폄프 또는 연료공급펌프(1-5)에 공급되는 전원을 차폐하여 엔진(2-1)을 정지하게 하고, 이때 서 긴급사항 또는 장시간의 대기상태에서 시동을 할 때 시동이 잘 되는 위치인 엔진회전수가 통상의 차량 아이들링(Idling) rpm에 해당되는 700~1200rpm에서 정지하게 하는 기능이 내장됨이 바람직하다. 참고적으로 통상 자동차를 포함한 엔진을 시동할 때 보통 700~1200rpm의 엔진회전수로 구동되도록 시동을 걸고 있는데, 자동차에서 아이들링(Idling) rpm(보통 자동차에서 하절기에는 700~850rpm, 동절기에는 1000~1200rpm)이 이에 속하며, 자기 최소 회전수(스스로 회전할 수 있는 회전수를 말함)는 육상용 엔진마다 조금씩 차이는 있으나, 500~700rpm 정도입니다.
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또한 적용된 엔진(2-1)이 액셀러레이터에 정지기능이 있는 경우에는 엔진컨트롤장치(1-1) 내부의 선택스위치로 설정하고, 도 4에서 액셀러레이터(미 도시됨)에 연결 부착된 액추에이터(1-2)를 역방향으로 구동하게 하여 스위치감지판(1-24)을 "A"를 통과하여 "C"방향으로 이동시키면, 엔진시동위치 스위치(1-26)가 ON이후 OFF되고, 엔진정지위치 스위치(1-28)가 ON이 될 때까지 구동시키며, 엔진(2-1)이 정지하면 엔진rpm센서(1-3)로 엔진(2-1)이 완전히 정지한 것을 확인한 후에 엔진컨트롤장치(1-1)는 액추에이터(1-2)의 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21)를 정회전하게 하여 스위치감지 판(1-24)을 "A"를 통과하여 "B"쪽으로 이동시켜, 엔진정지위치 스위치(1-28)가 OFF 되고, 엔진시동위치 스위치(1-26)가 ON 되었다가 OFF 되고 일정시간 더 구동하다가 다시 역회전하여 엔진시동위치 스위치(1-26)가 ON 되면 정지하도록 하여 긴급사항 또는 장시간의 대기상태에서 시동이 잘 되는 위치에서 정지한다. 이는 액셀러레이터(미 도시됨)가 항상 정확한 위치에서 엔진이 시동될 수 있게 함이다.
산업용 엔진펌프에서 필히 운전 중 충전이 가능하여야 한다. 소방용 엔진펌프에서는 전원을 연결하여 항시 충전이 가능하나, 동력전기를 사용하지 못하는 장소 또는 비상용의 용도일 경우 배터리가 방전이 되어 사용할 수가 없다.
따라서 엔진(2-1)에 제너레이터(1-4)를 장착하여 엔진(2-1)이 가동이되게 되면 발전하여 배터리에 충전을 하고, 장시간의 보관 시에는 배터리의 방전에 대비하여 220V 전원을 연결하여 배터리에 충전이 가능하게 하였다.
안전모드기능은 특히 소방엔진펌프에서 가장 중요한 기능으로 현행의 엔진컨트롤러에는 앞면에 사용되는 스위치들이 절환스위치, 토글스위치 등의 물리적 기능의 스위치를 사용하여 인위적으로 동작을 시키게 되어있다. 이는 사람의 실수로 안전에 커다란 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 엔진컨트롤장치(1-1)의 앞면에 조작스위치들을 택트스위치(Tact Switch : 초소형 누름버튼 스위치)를 사용하여 엔진컨트롤장치(1-1)의 내부의 프롬(PROM : Programmable Read Only Memory) 또는 이프롬(EPROM : Erasable Programmable Read Only Memory)에 타이머기능을 부여하고, 자동전환 프로그램을 입력하여 일정시간동안 수동조작이 없는 경우 스스로 자동으로 전환하게 함으로서 인위적인 실수와 중대한 사고를 방지할 수 있게 안전모드기능이 설치되어있고, 엔진컨트롤장치(1-1)의 앞면에 위치한 스위치들을 이용하여 히든스위치(Hidden Switch)를 설정하고, 히든스위치를 눌러 중요한 설정을 할 수 있게 한다.
히든 스위치(Hidden Switch)는 엔진(2-1)의 형식, 엔진의 제조회사별 설정, 펌프(2-2)의 종류 등 공장에서 각각의 특성별로 입력을 할 경우에 사용되는 스위치로 일반사용자는 중요설정에 접근할 수 없도록 내부 프로그램에서 스위치와 시간을 설정하고, 설정한 스위치 2~3개의 버튼을 몇 초 이상 누르면 설정모드로 전환할 수 있게 한 특별한 스위치 기능이다

Claims (4)

  1. 통상의 엔진펌프에 있어서,
    엔진펌프에서 4극 모터 체결 가능한 펌프성능을 가지며, 고속회전이 가능한 펌프(2-2)와 엔진회전수를 감지하는 엔진rpm센서(1-3)를 가지고 있으며, 액추에이터(1-2)를 적용한 엔진(2-1)과 엔진컨트롤장치(1-1) 앞면의 표시창에 엔진회전수를 표시하고, 엔진회전수를 임의설정 가능하고 다변화하는 유량 및 양정을 구사할 수 있도록 하며,
    상기 엑추에이터는 감속기(1-22), 소형DC모터 또는 소형서보모터(1-21), 스위치(1-26,27,28), 액셀러레이터를 조정하는 스위치 브래킷(1-29)에, 엔진의 액셀러레이터에 직접 부착 가능한 액셀러레이터 커넥터(1-23) 및 액추에이터 조립된 완성품을 엔진에 부착 가능한 액추에이터 고정브래킷(1-25)을 포함하면서, 액추에이터의 소형DC모터 또는 소형서보모터에 전류 및 전압을 P제어 또는 PID제어를 하고,
    상기 엔진컨트롤장치(1-1)는 액추에이터(1-2)의 스위치감지 판(1-24)이 엔진시동위치 스위치(1-26)를 지나 엔진정지위치 스위치(1-28)가 ON이 될 때까지 DC 모터 또는 소형서보모터(1-21)를 역회전시키며, 긴급사항 또는 장시간의 대기상태에서 시동이 잘되는 위치인 엔진 시동시 아이들링(Idling) rpm인 엔진회전수 700~1200rpm에서 정지하게 하는 기능이 내장되고,
    엔진이 액셀레이터에 정지기능이 있는 경우 엔진컨트롤장치 내부의 선택 스위치로 설정하며, 스위치 감지 판(1-24)이 엔진시동위치 스위치(1-26)를 지나 엔진정지위치 스위치(1-28)가 ON 이 될 때까지 구동시키며, 엔진(2-1)이 정지하면 스위치감지 판(1-24)이 엔진시동위치 스위치(1-26)를 지나 엔진정지위치 스위치(1-28)로 이동 OFF 되고, 엔진시동위치 스위치가 ON 되었다가 OFF 된 후 일정시간 더 구동하다가 다시 역회전하여 엔진시동위치 스위치가 ON 되면 정지토록 하여, 긴급사항 또는 장시간의 대기상태에서 시동이 잘되는 시동시 아이들링(Idling) rpm인 엔진회전수 700~1200rpm의 위치에서 정지하게 하는 기능이 내장된 것을 특징으로 하는 유량,양정 조절형 소방 또는 산업용 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진컨트롤장치(1-1) 앞면에 조작스위치를 택트 스위치로 사용하며, 엔진컨트롤장치 내부에 PROM 또는 EPROM에 타이머 기능과 일정시간동안 수동조작이 없는 경우 스스로 자동으로 전환케 하여 인위적인 실수와 사고를 방지할 수 있게 안전모드기능이 있고,
    상기 엔진컨트롤장치 앞면에 입력스위치들을 이용하여 히든스위치(입력스위치들 중 2개를 동시에 2초 이상 누름)를 설정하고, 상기 히든스위치를 눌러 중요한 설정(펌프의 특성 및 엔진의 종류에 따른 특성에 따라 공장에서 출고시에 설정하며, 일반 사용자의 접근을 방지하고자 함)을 할 수 있게 한 유량,양정 조절형 소방 또는 산업용 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 적용된 엔진에 제너레이터(1-4)를 장착하여 엔진이 가동이되게 되면 자가 발전하여 배터리에 충전을 하고, 엔진펌프를 가동하지 않는 기간에는 배터리의 방전에 대비 220V 전원을 연결하여 내장된 충전기를 이용하여 배터리에 충전을 다중으로 가능한 유량,양정 조절형 소방 또는 산업용 엔진펌프를 제어하는 엔진 컨트롤장치.
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