KR101805508B1 - 선박용 연료유 전환 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 연료유 전환 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

어느 하나의 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 다른 종류의 연료유를 상기 엔진의 연료로 전환하는 선박용 연료유 전환 시스템이 개시된다.
상기 선박용 연료유 전환 시스템은, 연료유를 공급하는 공급부; 상기 공급부로부터 연료유를 공급받아 순환시키는 순환부; 및 상기 공급부와 상기 순환부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 공급부는, 각각 서로 다른 종류의 연료유를 저장하는 다수개의 탱크; 상기 다수개의 탱크로부터 각각 배출된 후 혼합되어 상기 순환부로 공급되는 연료유의 유량을 측정하는 제1 유량계; 및 상기 다수개의 탱크 중 어느 하나의 탱크로부터 배출되는 연료유의 유량을 측정하는 제2 유량계;를 포함하고, 상기 엔진은 상기 순환부로부터 연료유를 공급받고, 상기 엔진에서 사용되고 남은 연료유는 상기 순환부를 재순환하며, 상기 제어부는 상기 다수개의 탱크로부터 배출되는 연료유의 유량을 각각 제어하여, 상기 엔진으로 보내지는 연료유의 혼합 비율을 조절한다.

Description

선박용 연료유 전환 시스템 및 방법{Fuel Oil Change Over System and Method for Vessel}
본 발명은, 어느 하나의 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 다른 종류의 연료유를 엔진의 연료로 전환하는, 선박용 연료유 전환 시스템 및 방법에 관한 것이다.
선박에 탑재된 엔진의 연료로 사용할 수 있는 연료유에는, HFO(Heavy Fuel Oil), MGO(Marine Gas Oil), MDO(Marine Diesel Oil) 등이 있다.
HFO는 원유에서 휘발유, 등유, 경우 등을 뽑아낸 후 얻어지는 흑갈색의 점성유로, 액체 형태로 얻어지는 석유 제품 중 가장 밀도가 높다. HFO는 인화점이 약 40도 정도이며, 등유, 경유, 특히 휘발유에 비해 증발시키기 어려우며, 점도가 180 내지 700 cSt에 이르기 때문에, 100 내지 140 도 정도로 가열하여야 엔진에서 요구하는 10 내지 25 cSt의 점도를 맞출 수 있다. 또한, HFO에는 물, 이물질, 고형물 등이 섞여 있기 때문에, 청정기에 의해 청정 과정을 거친 HFO를 선박의 엔진에 공급한다.
MGO와 MDO는, HFO보다 품질이 높은 해상 연료유로, 잔사유 포함 여부 및 황 함유량에 따라 구별된다. MGO와 MDO는 점성이 낮아 엔진의 요구 점도를 맞추기 위해 별도의 가열 장치가 필요하지 않고, 발열량이 높으며, 잔사유가 포함되어 있지 않다. MGO와 MDO는, 황산화물(SOx)를 발생시키는 황 함유량이 HFO에 비해 월등히 낮기 때문에, 선박이 황산화물 배출규제지역을 운항하거나 황산화물 배출규제지역 내의 항구를 출입하는 경우, 반드시 MGO 또는 MDO를 사용해야 하는 경우가 있다. 하지만 MGO와 MDO는, HFO에 비해 고가이고, 점도가 엔진에서 요구하는 최저치보다 낮은 경우도 있어, 점도 상승을 위한 별도의 냉각 장치를 구비해야 하는 경우도 있다.
HFO, MGO, MDO 등의 연료유는, 화학적 특성 및 물리적 특성이 서로 다르고, 가격이 서로 다르므로, 선박의 운항 상황에 따라 적합한 연료유로 변경하여 엔진에 공급해 줄 필요가 있다.
서로 다른 온도의 연료유를 혼합 과정을 통해 전환하는 경우, 엔진과 각종 장비에 손상을 가하지 않도록, 혼합된 연료유의 온도 변화가 시간당 일정한 값 이하가 되도록 하면서도, 점도를 엔진이 요구하는 연류유의 점도를 만족하도록, 엔진에 공급되는 혼합된 연료유의 점도를 일정한 범위 내로 유지시켜야 한다. 만약, 비율 조절이 잘못되어 혼합된 연료유에 급격한 온도 변화가 일어날 경우, 엔진과 각종 장비들에 급격한 열팽창 또는 열수축이 일어날 수 있고, 누설, 윤활 기능 상실, 마모 등의 손상이 일어날 수 있다.
또한, 오랜 시간에 걸쳐 서서히 연료를 전환하면, 혼합된 연료유의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있으나, 전환하는 시간이 길어질수록 가격이 비싼 MGO 또는 MDO의 사용량이 많아져, 경제적인 손실이 생긴다.
본 발명은, 선박의 운항 속도에 영향을 미치지 않고, 각종 장치들 및 엔진의 성능과 수명에 영향을 미치지 않으면서도, 연료에 소모되는 비용을 최소화할 수 있는, 선박용 연료유 전환 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 어느 하나의 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 다른 종류의 연료유를 상기 엔진의 연료로 전환하는 선박용 연료유 전환 시스템에 있어서, 연료유를 공급하는 공급부; 상기 공급부로부터 연료유를 공급받아 순환시키는 순환부; 및 상기 공급부와 상기 순환부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 공급부는, 각각 서로 다른 종류의 연료유를 저장하는 다수개의 탱크; 상기 다수개의 탱크로부터 각각 배출된 후 혼합되어 상기 순환부로 공급되는 연료유의 유량을 측정하는 제1 유량계; 및 상기 다수개의 탱크 중 어느 하나의 탱크로부터 배출되는 연료유의 유량을 측정하는 제2 유량계;를 포함하고, 상기 엔진은 상기 순환부로부터 연료유를 공급받고, 상기 엔진에서 사용되고 남은 연료유는 상기 순환부를 재순환하며, 상기 제어부는 상기 다수개의 탱크로부터 배출되는 연료유의 유량을 각각 제어하여, 상기 엔진으로 보내지는 연료유의 혼합 비율을 조절하는, 선박용 연료유 전환 시스템이 제공된다.
상기 선박용 연료유 전환 시스템은, 상기 제1 유량계 및 상기 제2 유량계는 측정한 유량값을 상기 제어부로 전송할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 제1 유량계가 측정한 유량값과 상기 제2 유량계가 측정한 유량값을 인자로 사용하여, 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 혼합 비율을 계산할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 엔진에서 소모된 연료유만큼을 상기 순환부로 공급할 수 있고, 상기 순환부에는 평균적으로 일정한 유량이 순환할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 다수개의 탱크로부터 연료유가 배출되는 다수개의 배출라인; 및 상기 다수개의 배출라인 상에 각각 설치되는 다수개의 조절밸브;를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 다수개의 조절밸브의 개도를 각각 조절하여 연료유의 혼합 비율을 조절할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 다수개의 탱크로부터 배출된 연료유의 압력을 높여 상기 순환부로 공급하는 공급펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 순환부는 가열기를 더 포함할 수 있고, 상기 가열기는, 상기 순환부를 순환하는 연료유의 점도가 상기 엔진이 요구하는 점도보다 높은 경우에 연료유를 가열할 수 있다.
상기 순환부는 냉각기를 더 포함할 수 있고, 상기 냉각기는, 상기 순환부를 순환하는 연료유의 점도가 상기 엔진이 요구하는 점도보다 낮은 경우에 연료유를 냉각시킬 수 있다.
상기 순환부는, 상기 연료유가 상기 엔진으로 공급되는 라인상에 설치되는 삼방밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 삼방밸브는 상기 냉각기와 연결될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 삼방밸브의 개도를 조절하여 연료유의 냉각 정도를 조절할 수 있다.
상기 제어부는 통합자동화시스템을 포함할 수 있고, 상기 순환부는, 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 및 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하는 점도센서;를 포함할 수 있고, 상기 제1 온도센서가 측정한 온도값 및 상기 점도센서가 측정한 점도값은 상기 통합자동화시스템으로 전송될 수 있다.
상기 통합자동화시스템은, 상기 점도센서로부터 전송받은 점도값이 상기 엔진이 요구하는 점도를 충족할 수 있도록, 연료유의 온도와 연료유의 혼합 비율을 조절할 수 있고, 조절한 연료유의 온도에 대한 피드백은 상기 제1 온도센서로부터 전송받은 연료유의 온도값으로부터 받을 수 있고, 조절한 연료유의 혼합 비율에 대한 피드백은 상기 점도센서로부터 전송받은 연료유의 점도값으로부터 받을 수 있다.
상기 제어부는 증기트레이싱밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 증기트레이싱밸브는, 장시간 상기 엔진을 운전하지 않아 HFO가 배관 내에서 온도가 낮아져 이송이 되지 않는 경우 HFO를 가열할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 어느 하나의 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 다른 종류의 연료유를 상기 엔진의 연료로 전환하는 선박용 연료유 전환 방법에 있어서, 1) 제2 연료유를 공급하는 제2 조절밸브를 100%로 열고, 제1 연료유를 공급하는 제1 조절밸브는 0%로 닫아, 상기 엔진에 상기 제2 연료유만을 공급하고, 2) 상기 제1 조절밸브를 통해 공급되는 상기 제1 연료유의 유량 또는 상기 제2 조절밸브를 통해 공급되는 상기 제2 연료유의 유량을 측정하고, 3) 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합된 유체의 유량을 측정하고, 4) 상기 3)단계에서 측정한 유량값에서 상기 2)단계에서 측정한 유량값을 감산하고, 5) 상기 2)단계에서 측정한 유량값과 상기 4)단계에서 계산한 유량값의 비율로 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유의 혼합 비율을 알아내고, 6) 사용자로부터 연료유 전환 신호를 전송받고, 7) 상기 제1 연료유가 시간당 설정된 유량만큼 증가되며 배출되도록 상기 제1 조절밸브를 서서히 열고, 8) 상기 제1 조절밸브가 100%로 열리면, 상기 제2 연료유가 시간당 설정된 유량만큼 감소되며 배출되도록 상기 제2 조절밸브를 서서히 0%까지 닫는, 선박용 연료유 전환 방법이 제공된다.
상기 선박용 연료유 전환 방법은, 9) 상기 8)단계에서 제2 조절밸브가 0%로 닫히고, 상기 5)단계에서 알아낸 상기 제1 연료유의 비율이 일정값 이상이 되면, 연료유 전환이 완료되었다고 판단할 수 있다.
상기 선박용 연료유 전환 방법은, 상기 6)단계에서 사용자로부터 연료유 전환 신호를 전송받으면 자동적으로 상기 엔진에 공급되는 연료유의 점도가 설정될 수 있고, 상기 9)단계에서 연료유 전환이 완료되었다고 판단되면 자동적으로 상기 엔진에 공급되는 연료유의 점도가 설정될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선박용 엔진에 공급되는 연료유를 제1 연료유에서 제2 연료유로 전환하는 방법에 있어서, 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유는 점도가 서로 다르고, 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합되어 상기 엔진으로 공급되는 시간이 설정값 이하가 되고, 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합되며 생기는 온도 변화가 설정값 이하가 되도록, 상기 제1 연료유의 유량과 상기 제2 연료유의 유량을 제어하며, 상기 제1 연료유의 유량 또는 상기 제2 연료유의 유량을 측정한 값과, 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합된 유체의 유량을 측정한 값을 이용하여, 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 혼합 비율을 알아내는, 선박용 연료유 전환 방법이 제공된다.
상기 선박용 연료유 전환 방법은, 상기 제1 연료유만을 상기 엔진에 공급하는 상태에서 상기 제2 연료유 공급량을 증가시킨 후, 상기 제2 연료유 공급량이 최대가 되면 상기 제1 연료유 공급량을 감소시켜, 상기 제2 연료유만을 상기 엔진에 공급할 수 있다.
상기 선박용 연료유 전환 방법은, 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합된 유체의 유량값에서 상기 제1 연료유의 유량값 또는 상기 제2 연료유의 유량값을 감산하여, 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 혼합 비율을 알아낼 수 있다.
본 발명에 의하면, 연료유 전환이 완료된 시점을 정확히 예측하여, 황산화물 배출제한지역에 진입할 수 있는 시점을 명확하게 알 수 있다. 또한, 연료유가 전환되었음을 확실하게 보장하여 배출제한지역에서 배출 규정을 만족시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 연료유 변경 시간을 최소화하여 비교적 가격이 높은 MGO 또는 MDO의 사용량을 최소화할 수 있으므로, 연료에 소모되는 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 각 장비에서 요구하는 연료유의 시간당 온도 변화 및 점도를 만족시킬 수 있어, 장비가 손상되는 경우를 최소화할 수 있다. 또한, 연료유 전환을 자동으로 수행함으로써 인건비를 절약하고 정확도를 높일 수 있다.
본 발명에 의하면, 연료유 전환시 각 장비를 보호하기 위한 안전 장치를 구비하여, 시스템 운용의 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템의 개략도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 연료유 전환 시스템 및 방법이 적용되는 선박은, 액화천연가스 운반선, 액화천연가스 연료선, 시추선, 해양구조물 등 다양한 용도일 수 있다. 또한, 본 발명의 선박용 연료유 전환 시스템 및 방법은 서로 다른 종류의 연료유를 사용할 수 있는 모든 엔진에 적용될 수 있다. 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 공급부(100), 순환부(200), 및 제어부(300)를 포함한다.
본 실시예의 공급부(100)는, 다수개의 탱크(T1, T2), 다수개의 조절밸브(V11, V12), 및 공급펌프(110)를 포함하며, 다수개의 탱크(T1, T2)에 저장된 연료유를 순환부(200)로 보낸다.
본 실시예의 다수개의 탱크(T1, T2)는 각각 서로 다른 종류의 연료유를 저장한다. 본 실시예의 다수개의 탱크(T1, T2)는 각각, HFO 공급 탱크(HFO Service Tank), HFO 침강 탱크(HFO Settling Tank), HFO 벙커 탱크(HFO Bunker Tank), MDO 공급 탱크(MDO Service Tank), MDO 저장 탱크(MDO Storage Tank), MGO 공급 탱크(MGO Service Tank), MGO 저장 탱크(MGO Storage Tank) 중 어느 하나일 수 있다.
다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유가 배출되는 배출라인(L1, L2) 상에는 각각 긴급차단밸브(V41, V42)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 긴급차단밸브(V41, V42)는, 공기 또는 유압으로 개폐가 조절되며, 기관실 내에 화재가 발생할 경우 연료유 공급을 차단하여 화재가 더 커지는 것을 방지하기 위하여 설치된다.
본 실시예에서는 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하고, 제1 탱크(T1)에는 MGO를 저장하고, 제2 탱크(T2)에는 HFO를 저장하는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유가 배출되는 다수개의 배출라인(L1, L2) 상에 각각 설치된다. 본 실시예가 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하는 경우, 제1 탱크(T1)로부터 연료유가 배출되는 제1 배출라인(L1) 상에는 제1 조절밸브(V11)가 설치되고, 제2 탱크(T2)로부터 연료유가 배출되는 제2 배출라인(L2) 상에는 제2 조절밸브(V12)가 설치된다.
본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 후술할 제어부(300)의 통합자동화시스템(IAS; Integrated Automation System, 320)에 의해 개도가 조절되어, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 공급펌프(110)로 공급되는 연료유의 유량을 조절한다. 또한, 본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 평상시에는 통합자동화시스템(320)에 의해 자동적으로 개도가 조절되나, 비상시 수동으로 조작이 가능하도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 공급펌프(110)는, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 배출된 연료유의 압력을 높여 순환부(200)로 공급하며, 다수개가 병렬로 연결될 수 있다. 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 각각 배출된 서로 다른 종류의 연료유는, 서로 섞인 후 공급펌프(110)로 공급된다.
본 실시예가 MGO를 저장한 제1 탱크(T1)와 HFO를 저장한 제2 탱크(T2)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하면, 제1 탱크(T1)로부터 배출된 MGO를 공급펌프(110)로 보내는 제1 배출라인(L1)과, 제2 탱크(T2)로부터 배출된 HFO를 공급펌프(110)로 보내는 제2 배출라인(L2)은, 공급펌프(110) 전단에서 합류되며, 제1 탱크(T1)로부터 배출된 MGO와 제2 탱크(T2)로부터 배출된 HFO는 공급펌프(110) 전단에서 혼합된 후 공급펌프(110)로 보내진다.
본 실시예의 공급부(100)는, 상기 공급펌프(110)의 후단으로부터 분기하여 상기 공급펌프(110)의 전단으로 합류되는 복귀라인(L3)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 복귀라인(L3)은, 공급펌프(110)가 압축시킨 연료유 중 엔진(E)에서 소모된 양을 초과하는 연료유를 분기시켜 공급펌프(110) 전단으로 보낸다. 복귀라인(L3) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브(V31)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 공급부(100)는, 공급펌프(110) 후단에 설치되는 제1 유량계(120)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 제1 유량계(120)는, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 각각 배출된 후 혼합되어, 공급펌프(110)에 의해 순환부(200)로 공급되는 연료유의 유량을 측정한다. 본 실시예의 제1 유량계(120)에 의해 측정된 유량값은 통합자동화시스템(320)으로 전송될 수 있다.
순환부(200)는 연료유를 순환시키며 엔진(E)에 공급하고, 공급부(100)는 엔진(E)에서 소모된 연료유의 유량만큼을 순환부(200)로 공급한다. 따라서, 제1 유량계(120)가 엔진(E)의 시간당 연료유 소모량과 같은 유량을 지시하도록 시스템을 운용하게 되고, 제1 유량계(120)가 엔진(E)의 시간당 연료유 소모량보다 적거나 많은 유량을 지시하면 시스템에 문제가 생겼음을 감지할 수 있다.
본 실시예의 공급부(100)는, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유를 배출시키는 다수개의 배출라인(L1, L2) 상에 각각 설치되는 다수개의 역류방지밸브(V21, V22)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예가 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하는 경우, 제1 탱크(T1)로부터 연료유가 배출되는 제1 배출라인(L1) 상에는 제1 역류방지밸브(V21)가 설치되고, 제2 탱크(T2)로부터 연료유가 배출되는 제2 배출라인(L2) 상에는 제2 역류방지밸브(V22)가 설치된다.
본 실시예의 연료유 전환 시스템에 의하면, 다수개의 조절밸브(V11, V12)가 모두 열려있는 상태가 존재하므로, 어느 한 탱크로부터 배출된 연료유가 다른 탱크로 유입될 수 있다. 본 실시예가 MGO를 저장한 제1 탱크(T1)와 HFO를 저장한 제2 탱크(T2)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하면, 연료유 전환시 제1 조절밸브(V11)와 제2 조절밸브(V12)와 모두 열려 있으므로, 제1 탱크(T1)로부터 배출된 MGO의 일부가 제1 조절밸브(V11) 및 제2 조절밸브(V12)를 지나 제2 탱크(T2)로 유입될 수도 있고, 제2 탱크(T2)로부터 배출된 HFO의 일부가 제2 조절밸브(V12) 및 제1 조절밸브(V11)를 지나 제1 탱크(T1)로 유입될 수도 있다.
본 실시예의 다수개의 역류방지밸브(V21, V22)는, 어느 한 탱크로부터 배출된 연료유가 다른 탱크로 유입되는 것을 방지하여, 각 탱크(T1, T2) 내에서 이종의 연료유가 혼합되는 것을 방지한다.
본 실시예의 순환부(200)는, 순환펌프(210), 제1 온도센서(241), 및 점도센서(230)를 포함하고, 공급부(100)로부터 공급받은 연료유를 순환시키며 엔진(E)에 공급한다.
본 실시예의 순환펌프(210)는, 공급부(100)로부터 순환부(200)로 공급된 연료유의 압력을 높여 연료유를 순환시키며, 다수개가 병렬로 연결될 수 있다. 본 실시예의 순환부(200)는 순환펌프(210)에 의해 가압되어 대략 8 내지 10 bar의 압력을 유지하는 것이 바람직하다.
점도가 낮은 HFO를 엔진(E)의 연료로 사용하는 경우, HFO를 엔진(E)이 요구하는 점도로 맞추기 위하여, HFO의 가열이 필요할 수 있다. HFO를 가열하면 HFO에 포함된 유기화합물, 물 등의 불순물들이 기화할 수 있는데, 기화된 불순물들은 펌프를 손상시키고 엔진(E)에서의 연료유 분사에도 방해가 될 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템에 의하면, HFO의 압력을 높인 후 가열하므로, 불순물들의 압력도 높아져 불순물들의 끓는점이 높아지며, 결국 HFO에 포함된 불순물들이 기화되는 것을 방지할 수 있다. 일례로 HFO를 대략 7bar로 가압하면, HFO에 포함된 물은 170℃ 정도가 되어야 기화되므로, HFO를 대략 130℃로 가열해도 물은 기화하지 않는다.
본 실시예의 순환부(200)를 순환하던 연료유는 엔진(E)으로 공급되어 연료로 사용되고, 엔진(E)에서 사용되지 않은 잉여 연료유는 엔진(E)으로부터 배출되어 다시 순환부(200)를 순환한다. 공급부(100)는 엔진(E)에서 소모된 연료유만큼을 새로 순환부(200)로 공급하여, 순환부(200)에는 평균적으로 일정한 유량이 순환하게 된다. 본 실시예의 순환부(200)에는 엔진(E)의 최대 연료 소모량의 대략 3배에 해당하는 유량이 순환하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 제1 온도센서(241)는, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하며, 제1 온도센서(241)에 의해 측정된 연료유의 온도값은 비율계산장치(310)로 전송된다.
본 실시예의 점도센서(230)는, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도를 측정하며, 점도센서(230)에 의해 측정된 연료유의 점도값은 비율계산장치(310)로 전송된다.
본 실시예의 순환부(200)는, 순환부(200)를 순환하는 연료유를 가열하는 가열기(220)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 가열기(220)는, 순환부(200)를 순환하는 연료유의 점도가 엔진(E)이 요구하는 점도보다 높은 경우, 연료유를 가열하여 점도를 낮춘다. 본 실시예의 가열기(220)는, 증기 또는 전기를 가열원으로 사용할 수 있고, 가열기(220)가 증기를 가열원으로 사용하는 경우, 가열기(220)에는 증기의 유량 및 개폐를 조절하는 증기제어밸브(V52)가 연결될 수 있다.
엔진(E)은 대략 10 내지 25 cSt의 점도를 요구할 수 있고, 일반적으로 HFO는 엔진(E)의 요구 점도를 충족시키기 위해 가열이 필요하나, MGO나 MDO는 별도의 가열 과정 없이도 엔진(E)의 요구 점도를 충족시키는 경우가 대부분이다. 따라서, 본 실시예의 가열기(220)는 특히, 엔진(E)에서 HFO만을 연료로 사용하거나, HFO와 다른 연료유가 혼합된 연료유를 연료로 사용하는 경우에 사용된다.
본 실시예의 순환부(200)는, 가열기(220)와 병렬로 연결되는 제2 밸브(V32)를 더 포함할 수 있다. 제2 밸브(V32)는, 연료유를 가열기(220)에 의해 가열할 필요가 없어, 연료유가 가열기(220)를 우회하는 경우에 열린다. 일례로, MGO 및 MDO는 점성이 낮으므로 가열기(220)에 의해 가열하지 않을 수 있다.
본 실시예의 순환부(200)는, 순환부(200)를 순환하는 연료유를 냉각시키는 냉각기(250)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 냉각기(250)는, 순환부(200)를 순환하는 연료유의 점도가, 엔진(E)이 요구하는 점도보다 낮은 경우, 연료유를 냉각시켜 점도를 높인다. 냉각기(250)는 냉각수 등을 냉매로 사용하여 연료유를 냉각시키며, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은 냉매의 온도를 낮추는 별도의 냉각 장치를 포함할 수도 있다. 엔진(E)은 대략 10 내지 25 cSt의 점도를 요구할 수 있고, 특히 MGO의 경우 냉각기(250)에 의한 냉각 과정을 거쳐 점도를 높인 후 엔진(E)에 공급할 필요가 있을 수 있다.
본 실시예의 공급부(100)로부터 순환부(200)로 공급된 연료유가 냉각기(250)로 보내지는 라인 상에는 삼방밸브(V60)가 설치될 수 있고, 삼방밸브(V60)는 연료유를 두 흐름으로 분기시켜, 일부는 냉각기(250)로 보내고, 나머지는 냉각기(250)를 우회시켜 바로 엔진(E)으로 보낼 수 있다.
본 실시예의 삼방밸브(V60)에 의해 분기된 연료유가 냉각기(250)로 보내지는 라인 상에는, 연료유의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브(V33)가 설치될 수 있다. 또한, 냉각기(250)에 의해 냉각된 연료유가 냉각기(250)로부터 배출되는 라인 상에는 연료유의 역류를 방지하는 제3 역류방지밸브(V23)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 냉각기(250)에 의해 냉각된 후 냉각기(250)로부터 배출된 연료유는, 삼방밸브(V60)에 의해 분기된 후 냉각기(250)를 우회한 연료유와 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있다.
본 실시예의 순환부(200)는, 엔진(E) 후단에 설치되어, 엔진(E)에서 사용하고 남은 연료유를 일시 저장하였다가 순환펌프(210)로 공급하는 연료유관(240)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제어부(300)는, 비율계산장치(310) 및 통합자동화시스템(320)을 포함하며, 공급부(100)와 순환부(200)를 제어한다.
본 실시예의 비율계산장치(310)는, 순환부(200)를 순환하는 연료유에 포함된 서로 다른 연료유의 혼합 비율을 계산한다. 비율계산장치(310)에 의한 비율 계산 과정은 다음과 같다.
일단, 혼합된 연료유에 포함된 각 성분의 온도에 따른 점도는 다음 식에 의해 구할 수 있으며, 단일 성분의 연료유의 경우에는 다음 식에 의해서 바로 점도를 구할 수 있다. v는 점도, T는 온도를 의미한다.
[수학식 1]
log(log(v + 0.7)) = X - { Y × log(T + 273.15) }
상기 식에서 X, Y는 어떤 종류의 연료유인지에 따라 달라지는 값으로, 하기 식에 의해 구해진다. V1은 연료유의 온도가 T1일 때의 점도, V2는 연료유의 온도가 T2일 때의 점도를 의미한다.
[수학식 2]
X = log(log(V2 + 0.7)) + B × log(T2)
Y = {log(log(V2 + 0.7)) - log(log(V1 + 0.7))} / {log(T1) - log(T2)}
또한, 혼합된 연료유의 점도(v_blend)는 다음과 같은 방법으로 구할 수 있다.
먼저, 다음 식에 따라, 혼합된 연료유에 포함된 각 성분별로 점도 혼합 지수(VBI; Viscosity Blending Index)를 구한다. v는 각 성분의 점도를 cSt로 나타낸 값을 의미한다.
[수학식 3]
VBI = 14.534 × ln(ln(v + 0.8)) + 10.975
다음으로, 다음 식에 따라, 혼합된 연료유의 점도 혼합 지수(VBI_blend)를 구한다. w_A는 혼합된 연료유에 대한 A성분의 무게 비율, VBI_A는 제1 단계에서 구한 A성분의 점도 혼합 지수를 의미한다. 각 성분의 무게 비율(w)은, 같은 온도에서 결정된 값을 사용한다.
[수학식 4]
VBI_blend = (w_A × VBI_A) + (w_B × VBI_B) + ……
두 가지 연료유를 사용하는 경우의 점도 혼합 지수는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
VBI_blend = (w_A × VBI_A) + (w_B × VBI_B)
VBI_blend = ((1 - w_B) × VBI_A) + (w_B × VBI_B) (∵ w_A + w_B = 1)
한편, 혼합된 연료유의 점도(v_blend)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
v_blend = exp[exp{(VBI_blend - 10.975) ÷ 14.534 }] - 0.8
v_blend + 0.8 = exp[exp{(VBI_blend - 10.975) ÷ 14.534 }]
ln(v_blend + 0.8) = exp{(VBI_blend - 10.975) ÷ 14.534 }
ln{ln(v_blend + 0.8)} = (VBI_blend - 10.975) ÷ 14.534
ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 = VBI_blend - 10.975
ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 + 10.975 = VBI_blend
일례로, HFO와 MGO가 1 : 1의 무게 비율로 혼합된 연료유의 온도가 47.6℃인 경우에 혼합된 연료유의 점도를 구해보면 다음과 같다. 47.6℃에서 MGO의 점도는 2.85 cSt이고, 47.6℃에서 HFO의 점도는 245.02 cSt이다. v_MGO는 MGO의 점도, v_HFO는 HFO의 점도를 의미한다.
VBI_MGO = 14.534 × ln(ln(v_MGO + 0.8)) + 10.975
= 14.534 × ln(ln(2.85 + 0.8)) + 10.975 = 14.7291
VBI_HFO = 14.534 × ln(ln(v_HFO + 0.8)) + 10.975
= 14.534 × ln(ln(245.02 + 0.8)) + 10.975 = 35.7659
VBI_blend = (0.5 × VBI_MGO) + (0.5 × VBI_HFO)
= (0.5 × 14.7291) + (0.5 × 35.7659) = 25.2475
∴ v_blend = { exp(exp(VBI_blend - 10.975) ÷ 14.534 } - 0.8
= { exp(exp(25.2475 - 10.975) ÷ 14.534 } - 0.8
= 13.6373 cSt
따라서, 다음과 같이 수학식 5와 수학식 6을 연립하면 w_B를 구할 수 있고, 연료유의 무게 비율을 구할 수 있다.
[수학식 7]
ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 + 10.975 = VBI_blend
ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 + 10.975 = ((1 - w_B) × VBI_A) + (w_B × VBI_B) (∵ VBI_blend = ((1 - w_B) × VBI_A) + (w_B × VBI_B))
ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 + 10.975 = VBI_A - (w_B × VBI_A) + (w_B × VBI_B)
ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 + 10.975 = VBI_A + w_B × (VBI_B - VBI_A)
ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 + 10.975 - VBI_A = w_B × (VBI_B - VBI_A)
∴ w_B = [ln{ln(v_blend + 0.8)} × 14.534 + 10.975 - VBI_A] / (VBI_B - VBI_A)
비율계산장치(310)에 의한 비율 계산 과정은 다음과 같은 단계로 이루어진다.
제1 단계로, 배관을 흐르는 혼합된 연료유의 온도를 온도 센서(241)에 의해 알아내고, 혼합된 연료유의 점도를 점도 센서(230)에 의해 알아낸다.
제2 단계로, 제1 단계에서 온도 센서(241)에 의해 알아낸 온도(T) 및 수학식 1을 이용하여, 온도 T에서 각 성분의 점도(v)를 구한다.
제3 단계로, 제2 단계에서 구한 점도(v) 및 수학식 3을 이용하여 각 성분별 점도 혼합 지수(VBI)를 구한다.
제4 단계로, 제3 단계에서 구한 각 성분별 점도 혼합 지수(VBI_A, VBI_B)와 수학식 5에 의해 혼합된 연료유의 점도 혼합 지수(VBI_blend)를 구한다.
제5 단계로, 제4 단계에서 구한 혼합된 연료유의 점도 혼합 지수(VBI_blend)와, 혼합된 연료유의 점도(v_blend)에 관한 식인 수학식 6을 이용하여, 각 성분별 무게 비율(w_A, w_B)을 구한다. 제1 단계에서 점도 센서(230)에 의해 알아낸 점도는, 혼합된 연료유의 점도(v_blend)를 나타낸다.
제5 단계에서 연료유의 각 성분별 무게 비율을 알면, 연료유의 각 성분별 비율을 알 수 있다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 비율계산장치(310)가 계산한 혼합 비율로부터, 다수개의 조절밸브(V11, V12)의 개도를 조절하여 연료유의 혼합 비율을 조절하는 것에 대한 피드백을 받을 수 있다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 비율계산장치(310)에서 계산한 연료유의 혼합 비율값, 제1 온도센서(241)로부터 비율계산장치(310)로 전송된 연료유의 온도값, 및 점도센서(230)로부터 비율계산장치(310)로 전송된 연료유의 점도값을, 비율계산장치(310)로부터 전송받는다. 또한, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 유량계(120)에서 측정한 유량값을 전송받을 수 있다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 비율계산장치(310)로부터 전송받은 연료유의 점도값이 엔진(E)이 요구하는 점도를 충족할 수 있도록, 연료유의 온도와 연료유의 혼합 비율을 조절하며, 조절한 연료유의 온도에 대한 피드백(Feedback)은 비율계산장치(310)로부터 전송된 제1 온도센서(241)가 측정한 온도값으로부터 받고, 조절한 연료유의 혼합 비율에 대한 피드백은 비율계산장치(310)로부터 전송된 점도센서(230)가 측정한 점도값으로부터 받는다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 다수개의 조절밸브(V11, V12)의 개도를 조절하여 연료유의 혼합 비율을 조절하고, 본 실시예의 순환부(200)가 증기제어밸브(V52)를 포함하는 경우, 증기제어밸브(V52)의 개도를 조절하여 연료유의 가열 정도를 조절하며, 본 실시예의 순환부(200)가 냉각기(250) 및 삼방밸브(V60)를 포함하는 경우, 삼방밸브(V60)의 개도를 조절하여 연료유의 냉각 정도를 조절한다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은 증기트레이싱밸브(Steam Tracing Valve, V51)를 더 포함할 수 있고, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 증기트레이싱밸브(V51)의 개도를 조절할 수 있다.
본 실시예의 증기트레이싱밸브(V51)는, 장시간 엔진을 운전하지 않아 HFO가 배관 내에서 온도가 낮아져 이송이 되지 않는 경우, HFO를 가열하는 용도로 사용되며, MGO 또는 MDO의 경우에는 사용하지 않는 것이 일반적이다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템이 MGO가 저장된 제1 탱크(T1), HFO가 저장된 제2 탱크(T2), 냉각기(250), 제3 밸브(V33), 및 삼방밸브(V60)를 포함하고, 엔진(E)이 요구하는 최대 요구 점도가 25cSt이며, 엔진(E)의 연료로 HFO만을 공급하다가 엔진(E)의 연료를 MGO로 전환하여야 하는 경우를 설명하면 다음과 같다.
엔진(E)의 연료로 HFO만을 공급할 때에는, 제1 조절밸브(V11)는 완전히 닫혀 있고(0%), 제2 조절밸브(V12)만 열려 있다(100%). 엔진(E)의 연료로 HFO만을 공급하는 경우, 본 실시예의 연료유 전환 시스템에 의해 자동적으로 설정된 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도는 15cSt일 수 있다.
선박이 황산화물 배출규제지역으로 진입할 예정인 경우 등, 엔진(E)의 연료를 HFO에서 MGO로 바꿔야할 필요가 있으면, 사용자는 엔진(E)의 연료를 HFO에서 MGO로 전환하라는 신호를 본 실시예의 연료유 전환 시스템에 전송한다.
사용자로부터 HFO에서 MGO로 전환하라는 신호를 전송받으면, 본 실시예의 연료유 전환 시스템에 의해 자동적으로, 엔진(E)이 요구하는 최대 요구 점도보다 약간 작은 값인 23cSt로 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도가 설정될 수 있다.
설정된 점도가 15cSt에서 23cSt로 더 높아졌으므로, 점도를 낮추는 역할을 하는 가열기(220)의 부하는 0%로 조절되며, 본 실시예의 순환부(200)가 증기제어밸브(V52)를 포함하는 경우, 통합자동화시스템(320)은 증기제어밸브(V52)를 완전히 닫는다. 단, 연료유의 온도가 낮아져 점도가 높아지는 경우가 발생할 수 있는데, 연료유의 온도가 낮아지는 경우에는 연료유의 점도가 설정치를 초과하지 않도록 가열기(220)가 구동될 수 있고, 통합자동화시스템(320)은 증기제어밸브(V52)를 열 수 있다.
사용자로부터 HFO에서 MGO로 전환하라는 신호를 전송받으면, 본 실시예의 연료유 전환 시스템은, 제2 조절밸브(V12)를 열린 상태(100%)로 두고, 완전히 닫힌 상태(0%)의 제1 조절밸브(V11)를 서서히 연다. 제1 조절밸브(V11)는 되먹임 제어(Feedback Control)에 의해 서서히 열릴 수 있다.
되먹임 제어란, 제어된 출력 신호의 일부를 입력측으로 되돌려 보내 목표값 또는 기준값과 비교하여 그 차이를 제어를 위한 조작 신호를 만들어내기 위한 제어 방법을 의미하며, 되먹임 제어에 의한 신호 전송로는 폐루프(Closed Loop)를 형성한다.
또한, 제1 조절밸브(V11)가 열리는 정도는, 제1 온도센서(241)에서 측정되는 연료유의 분당 온도 변화(dT/dt, T는 온도, t는 시간)를 변수로 하여 결정될 수 있으며, 제1 조절밸브(V11)는, 제1 온도센서(241)에서 측정되는 연료유의 분당 온도 변화가 2℃가 되는 속도로 서서히 열리도록, 통합자동화시스템(320)에 의해 조절될 수 있다.
제1 조절밸브(V11)가 완전히 열리면(100%), 본 실시예의 연료유 전환 시스템은, 완전히 열린 상태(100%)의 제2 조절밸브(V12)를 서서히 닫는다. 제2 조절밸브(V12)는 되먹임제어에 의해 서서히 닫힐 수 있다. 제2 조절밸브(V12)가 닫히는 정도는 제1 온도센서(241)에서 측정되는 연료유의 분당 온도 변화(dT/dt)를 변수로 하여 결정될 수 있으며, 제2 조절밸브(V12)는, 제1 온도센서(241)에서 측정되는 연료유의 분당 온도 변화가 2℃가 되는 속도로 서서히 닫히도록, 통합자동화시스템(320)에 의해 조절될 수 있다.
일례로 연료유의 종류를 HFO에서 MGO로 전환하는 경우, 130℃의 HFO를 40℃의 MGO로 전환하여야 한다. 즉, MGO의 비율을 점점 높여가다가 MGO가 100%가 되었을 때, 연료유의 온도도 40℃가 되어야 한다.
연료유의 분당 온도 변화가 2℃가 되도록 연료유의 온도를 90℃ 낮추면 45분이 소요되므로, MGO는 45분 동안 0%에서 100%로 증가하면 되고, HFO는 45분 동안 100%에서 0%로 감소하면 된다. 따라서, MGO의 증가량 = HFO의 감소량 = 100 ÷ 45 = 2.22%가 된다.
본 실시예에 의하면, 상술한 계산 과정을 거쳐 MGO의 증가량 및 HFO의 감소량을 결정하고, 제1 조절밸브(V11)와 제2 조절밸브(V12)의 개도를 조절할 수 있다.
만약, 제어 도중 온도 변화량이 분당 2℃를 초과하면, 되먹임제어를 중단하고 현재 상태를 유지하여 온도 변화량이 분당 2℃가 되도록 기다린다. 또한, 점도가 높아지는 경우에는 가열기(220)를 작동시켜 연료유가 최대 허용 점도치를 초과하지 않도록 한다.
제2 조절밸브(V12)가 완전히 닫히면(0%), 제1 조절밸브(V11)만이 완전히 열려있는 상태(100%)가 되며, 공급부(100)는 MGO만을 순환부(200)로 공급하게 된다.
본 실시예의 연료유 전환 시스템은, 비율계산장치(310)가 계산한 연료유 혼합 비율이 MGO가 96% 이상이 되면 연료유 전환이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 연료유 전환이 완료되어 엔진(E)으로 MGO가 공급된다고 판단되면, 본 실시예의 연료유 전환 시스템에 의해 자동적으로, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도가 6 cSt로 설정될 수 있다.
또한, 연료유 전환이 완료되어 엔진(E)으로 MGO가 공급된다고 판단되면, 본 실시예의 연료유 전환 시스템은, 순환부(200)를 순환하는 MGO의 점도를 엔진(E)이 요구하는 점도로 맞추기 위하여, 삼방밸브(V60)와 제3 밸브(V33)를 열어 MGO를 냉각기(250)로 보낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템의 개략도이다.
도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템에 비해, 비율계산장치(310)를 포함하지 않고, 제2 유량계(122)를 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 공급부(100), 순환부(200), 및 제어부(300)를 포함한다.
본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2), 다수개의 조절밸브(V11, V12), 및 공급펌프(110)를 포함하며, 다수개의 탱크(T1, T2)에 저장된 연료유를 순환부(200)로 보낸다.
본 실시예의 다수개의 탱크(T1, T2)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 각각 서로 다른 종류의 연료유를 저장하며, 각각, HFO 공급 탱크(HFO Service Tank), HFO 침강 탱크(HFO Settling Tank), HFO 벙커 탱크(HFO Bunker Tank), MDO 공급 탱크(MDO Service Tank), MDO 저장 탱크(MDO Storage Tank), MGO 공급 탱크(MGO Service Tank), MGO 저장 탱크(MGO Storage Tank) 중 어느 하나일 수 있다.
다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유가 배출되는 배출라인(L1, L2) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 각각 긴급차단밸브(V41, V42)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 긴급차단밸브(V41, V42)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 공기 또는 유압으로 개폐가 조절되며, 기관실 내에 화재가 발생할 경우 연료유 공급을 차단하여 화재가 더 커지는 것을 방지하기 위하여 설치된다.
본 실시예에서도, 제1 실시예와 마찬가지로, 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하고, 제1 탱크(T1)에는 MGO를 저장하고, 제2 탱크(T2)에는 HFO를 저장하는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유가 배출되는 다수개의 배출라인(L1, L2) 상에 각각 설치된다. 제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예가 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하는 경우, 제1 탱크(T1)로부터 연료유가 배출되는 제1 배출라인(L1) 상에는 제1 조절밸브(V11)가 설치되고, 제2 탱크(T2)로부터 연료유가 배출되는 제2 배출라인(L2) 상에는 제2 조절밸브(V12)가 설치된다.
본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 후술할 제어부(300)의 통합자동화시스템(IAS; Integrated Automation System, 320)에 의해 개도가 조절되어, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 공급펌프(110)로 공급되는 연료유의 유량을 조절한다. 또한, 본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 평상시에는 통합자동화시스템(320)에 의해 자동적으로 개도가 조절되나, 비상시 수동으로 조작이 가능하도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 공급펌프(110)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 배출된 연료유의 압력을 높여 순환부(200)로 공급하며, 다수개가 병렬로 연결될 수 있다. 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 각각 배출된 서로 다른 종류의 연료유는, 제1 실시예와 마찬가지로, 서로 섞인 후 공급펌프(110)로 공급된다.
본 실시예가 MGO를 저장한 제1 탱크(T1)와 HFO를 저장한 제2 탱크(T2)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 탱크(T1)로부터 배출된 MGO를 공급펌프(110)로 보내는 제1 배출라인(L1)과, 제2 탱크(T2)로부터 배출된 HFO를 공급펌프(110)로 보내는 제2 배출라인(L2)은, 공급펌프(110) 전단에서 합류되며, 제1 탱크(T1)로부터 배출된 MGO와 제2 탱크(T2)로부터 배출된 HFO는 공급펌프(110) 전단에서 혼합된 후 공급펌프(110)로 보내진다.
본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 상기 공급펌프(110)의 후단으로부터 분기하여 상기 공급펌프(110)의 전단으로 합류되는 복귀라인(L3)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 복귀라인(L3)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 공급펌프(110)가 압축시킨 연료유 중 엔진(E)에서 소모된 양을 초과하는 연료유를 분기시켜 공급펌프(110) 전단으로 보낸다. 복귀라인(L3) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브(V31)가 설치될 수 있다.
단, 본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와는 달리, 공급펌프(110) 후단에 설치되는 제1 유량계(120)뿐만 아니라, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유가 배출되는 다수개의 배출라인(L1, L2)의 일부 또는 전부에 각각 설치되는 제2 유량계(122)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제1 유량계(120)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 각각 배출된 후 혼합되어, 공급펌프(110)에 의해 순환부(200)로 공급되는 연료유의 유량을 측정한다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 유량계(120)가 엔진(E)의 시간당 연료유 소모량과 같은 유량을 지시하도록 운용되고, 제1 유량계(120)가 엔진(E)의 시간당 연료유 소모량보다 적거나 많은 유량을 지시하면 시스템에 문제가 생겼음을 감지할 수 있다.
본 실시예의 제2 유량계(122)는, 자신이 설치된 배출라인(L1 또는 L2) 전단의 탱크(T1 또는 T2)로부터 배출되는 연료유의 유량을 측정한다. 제1 유량계(120)는 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 배출된 후 혼합되어 순환부(200)로 공급되는 연료유의 유량을 측정하므로, 제1 유량계(120)가 측정한 유량값에서, 제2 유량계(122)가 측정한 어느 하나의 탱크(T1 또는 T2)로부터 배출된 연료유의 유량값을 감산하면, 다른 탱크로부터 배출된 연료유의 유량을 알 수 있다.
본 실시예가 MGO를 저장한 제1 탱크(T1)와 HFO를 저장한 제2 탱크(T2)를 포함하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 유량계(122)는 제1 배출라인(L1) 상에 설치될 수 있고, 제1 탱크(T1)으로부터 배출되는 MGO의 유량을 측정할 수 있다. 제1 유량계(120)가 측정한 유량값에서 제2 유량계(122)가 측정한 유량값을 감산하면, 제2 탱크(T2)로부터 배출되는 HFO의 유량을 알 수 있으므로, MGO와 HFO의 혼합 비율을 알 수 있다.
또한, 제1 유량계(120)에 의해 측정된 유량값과, 제2 유량계(122)에 의해 측정된 유량값과 다음 식을 이용하여 연료유 전환이 완료되는 시간(t)을 계산할 수 있다. Y는 전환하고자 하는 연료유의 양, V는 연료유가 순환하는 배관의 전체 부피와 각 장비의 내부 부피의 총 합, Y0는 연료유 전환 시작시에 혼합된 연료유에 포함되어 있는 전환하고자 하는 연료유의 초기량, FOC는 엔진에서 단위 시간 당 소모되는 연료유의 유량, t는 경과된 시간을 의미한다. FOC는 제1 유량계(120)에 의해 측정된 유량값의 변화량을 통해 알 수 있다.
[수학식 8]
Y = V + (Y0 - V)× exp(-FOC × t ÷ V)
일례로 HFO를 MGO로 전환하는 경우, Y는 전환하고자 하는 HFO의 양을 나타내며, Y0는 연료유 전환 시작시의 초기 HFO의 양으로 일반적으로 0일 수 있다. 또한, MGO가 96% 이상이 되면 연료유 전환이 완료된 것으로 판단할 수 있으며, MGO가 96% 이상이 되는 시점의 t가 연료유 전환이 완료되는 시간이다.
본 실시예의 제1 유량계(120)에 의해 측정된 유량값과 제2 유량계(122)에 의해 측정된 유량값은 통합자동화시스템(320)으로 전송된다.
본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유를 배출시키는 다수개의 배출라인(L1, L2) 상에 각각 설치되는 다수개의 역류방지밸브(V21, V22)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예가 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 탱크(T1)로부터 연료유가 배출되는 제1 배출라인(L1) 상에는 제1 역류방지밸브(V21)가 설치되고, 제2 탱크(T2)로부터 연료유가 배출되는 제2 배출라인(L2) 상에는 제2 역류방지밸브(V22)가 설치된다.
본 실시예의 다수개의 역류방지밸브(V21, V22)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 어느 한 탱크로부터 배출된 연료유가 다른 탱크로 유입되는 것을 방지하여, 각 탱크(T1, T2) 내에서 이종의 연료유가 혼합되는 것을 방지한다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환펌프(210), 제1 온도센서(241), 및 점도센서(230)를 포함하고, 공급부(100)로부터 공급받은 연료유를 순환시키며 엔진(E)에 공급한다.
본 실시예의 순환펌프(210)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 공급부(100)로부터 순환부(200)로 공급된 연료유의 압력을 높여 연료유를 순환시키며, 다수개가 병렬로 연결될 수 있다. 본 실시예의 순환부(200)는 순환펌프(210)에 의해 가압되어 대략 8 내지 10 bar의 압력을 유지하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, HFO의 압력을 높인 후 가열하므로, 불순물들의 압력도 높아져 불순물들의 끓는점이 높아지며, 결국 HFO에 포함된 불순물들이 기화되는 것을 방지할 수 있다.
제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 순환부(200)를 순환하던 연료유는 엔진(E)으로 공급되어 연료로 사용되고, 엔진(E)에서 사용되지 않은 잉여 연료유는 엔진(E)으로부터 배출되어 다시 순환부(200)를 순환한다. 공급부(100)는 엔진(E)에서 소모된 연료유만큼을 새로 순환부(200)로 공급하여, 순환부(200)에는 평균적으로 일정한 유량이 순환하게 된다. 본 실시예의 순환부(200)에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)의 최대 연료 소모량의 대략 3배에 해당하는 유량이 순환하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 제1 온도센서(241)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 온도를 측정한다. 단, 제1 온도센서(241)에 의해 측정된 연료유의 온도값은, 제1 실시예와는 달리, 통합자동화시스템(320)으로 전송된다.
본 실시예의 점도센서(230)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도를 측정한다. 단, 점도센서(230)에 의해 측정된 연료유의 점도값은, 제1 실시예와는 달리, 통합자동화시스템(320)으로 전송된다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유를 가열하는 가열기(220)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 가열기(220)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유의 점도가 엔진(E)이 요구하는 점도보다 높은 경우, 연료유를 가열하여 점도를 낮추며, 증기 또는 전기를 가열원으로 사용할 수 있다. 본 실시예의 가열기(220)가 증기를 가열원으로 사용하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 가열기(220)에는 증기의 유량 및 개폐를 조절하는 증기제어밸브(V52)가 연결될 수 있다.
본 실시예의 가열기(220)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 특히 엔진(E)에서 HFO만을 연료로 사용하거나, HFO와 다른 연료유가 혼합된 연료유를 연료로 사용하는 경우에 사용된다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 가열기(220)와 병렬로 연결되는 제2 밸브(V32)를 더 포함할 수 있다. 제2 밸브(V32)는, 연료유를 가열기(220)에 의해 가열할 필요가 없어, 연료유가 가열기(220)를 우회하는 경우에 열린다. 일례로, MGO 및 MDO는 점성이 낮으므로 가열기(220)에 의해 가열하지 않을 수 있다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유를 냉각시키는 냉각기(250)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 냉각기(250)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유의 점도가 엔진(E)이 요구하는 점도보다 낮은 경우, 연료유를 냉각시켜 점도를 높이며, 특히 MGO의 경우 냉각기(250)에 의한 냉각 과정을 거쳐 점도를 높인 후 엔진(E)에 공급할 필요가 있을 수 있다.
본 실시예의 냉각기(250)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각수 등을 냉매로 사용하여 연료유를 냉각시키며, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉매의 온도를 낮추는 별도의 냉각 장치를 포함할 수도 있다.
본 실시예의 공급부(100)로부터 순환부(200)로 공급된 연료유가 냉각기(250)로 보내지는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 삼방밸브(V60)가 설치될 수 있고, 삼방밸브(V60)는 연료유를 두 흐름으로 분기시켜, 일부는 냉각기(250)로 보내고, 나머지는 냉각기(250)를 우회시켜 바로 엔진(E)으로 보낼 수 있다.
본 실시예의 삼방밸브(V60)에 의해 분기된 연료유가 냉각기(250)로 보내지는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 연료유의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브(V33)가 설치될 수 있다. 또한, 냉각기(250)에 의해 냉각된 연료유가 냉각기(250)로부터 배출되는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 연료유의 역류를 방지하는 제3 역류방지밸브(V23)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 냉각기(250)에 의해 냉각된 후 냉각기(250)로부터 배출된 연료유는, 제1 실시예와 마찬가지로, 삼방밸브(V60)에 의해 분기된 후 냉각기(250)를 우회한 연료유와 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E) 후단에 설치되어, 엔진(E)에서 사용하고 남은 연료유를 일시 저장하였다가 순환펌프(210)로 공급하는 연료유관(240)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제어부(300)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 통합자동화시스템(320)을 포함하며, 공급부(100)와 순환부(200)를 제어한다.
단, 본 실시예의 제어부(300)는, 제1 실시예와는 달리, 비율계산장치(310)를 포함하지 않으며, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 유량계(120)와 제2 유량계(122)에서 측정된 유량값을 이용하여 연료유의 혼합 비율을 계산한다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 유량계(120)에서 측정한 유량값, 제2 유량계(122)에서 측정한 유량값, 제1 온도센서(241)에서 측정한 온도값, 및 점도센서(230)에서 측정한 점도값을 전송받는다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 유량계(120)에서 측정한 유량값과 제2 유량계(122)에서 측정한 유량값을 이용하여, 엔진(E)에 공급되는 연료유의 혼합 비율을 계산한다.
또한, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 점도센서(230)로부터 전송받은 연료유의 점도값이 엔진(E)이 요구하는 점도를 충족할 수 있도록, 연료유의 온도와 연료유의 혼합 비율을 조절하며, 조절한 연료유의 온도에 대한 피드백은 제1 온도센서(241)로부터 전송받은 연료유의 온도값으로부터 받고, 조절한 연료유의 혼합 비율에 대한 피드백은 점도센서(230)로부터 전송받은 연료유의 점도값으로부터 받는다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 조절밸브(V11, V12)의 개도를 조절하여 연료유의 혼합 비율을 조절하고, 본 실시예의 순환부(200)가 증기제어밸브(V52)를 포함하는 경우, 증기제어밸브(V52)의 개도를 조절하여 연료유의 가열 정도를 조절하며, 본 실시예의 순환부(200)가 냉각기(250) 및 삼방밸브(V60)를 포함하는 경우, 삼방밸브(V60)의 개도를 조절하여 연료유의 냉각 정도를 조절한다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 증기트레이싱밸브(Steam Tracing Valve, V51)를 더 포함할 수 있고, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 증기트레이싱밸브(V51)의 개도를 조절할 수 있다.
본 실시예의 증기트레이싱밸브(V51)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 장시간 엔진을 운전하지 않아 HFO가 배관 내에서 온도가 낮아져 이송이 되지 않는 경우, HFO를 가열하는 용도로 사용되며, MGO 또는 MDO의 경우에는 사용하지 않는 것이 일반적이다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템이 MGO가 저장된 제1 탱크(T1), HFO가 저장된 제2 탱크(T2), 냉각기(250), 제3 밸브(V33), 및 삼방밸브(V60)를 포함하고, 엔진(E)이 요구하는 최대 요구 점도가 25cSt인 경우, 엔진(E)의 연료로 HFO만을 공급하다가 엔진(E)의 연료를 MGO로 전환하는 방법은, 제1 실시예와 동일하다.
단, 본 실시예에서는 제2 조절밸브가 0%로 닫히고, 제1 유량계가 전송한 유량값과 제2 유량계가 전송한 유량값으로 알아낸 상기 제1 연료유의 비율이 일정값 이상이 되면, 연료유 전환이 완료되었다고 판단한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 연료유 전환 시스템의 개략도이다.
도 3에 도시된 제3 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템에 비해, 비율계산장치(310)를 포함하지 않고, 제2 온도센서(244) 및 제3 온도센서(245)를 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 공급부(100), 순환부(200), 및 제어부(300)를 포함한다.
본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2), 다수개의 조절밸브(V11, V12), 및 공급펌프(110)를 포함하며, 다수개의 탱크(T1, T2)에 저장된 연료유를 순환부(200)로 보낸다.
본 실시예의 다수개의 탱크(T1, T2)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 각각 서로 다른 종류의 연료유를 저장하며, 각각, HFO 공급 탱크(HFO Service Tank), HFO 침강 탱크(HFO Settling Tank), HFO 벙커 탱크(HFO Bunker Tank), MDO 공급 탱크(MDO Service Tank), MDO 저장 탱크(MDO Storage Tank), MGO 공급 탱크(MGO Service Tank), MGO 저장 탱크(MGO Storage Tank) 중 어느 하나일 수 있다.
다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유가 배출되는 배출라인(L1, L2) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 각각 긴급차단밸브(V41, V42)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 긴급차단밸브(V41, V42)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 공기 또는 유압으로 개폐가 조절되며, 기관실 내에 화재가 발생할 경우 연료유 공급을 차단하여 화재가 더 커지는 것을 방지하기 위하여 설치된다.
본 실시예에서도, 제1 실시예와 마찬가지로, 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하고, 제1 탱크(T1)에는 MGO를 저장하고, 제2 탱크(T2)에는 HFO를 저장하는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유가 배출되는 다수개의 배출라인(L1, L2) 상에 각각 설치된다. 제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예가 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하는 경우, 제1 탱크(T1)로부터 연료유가 배출되는 제1 배출라인(L1) 상에는 제1 조절밸브(V11)가 설치되고, 제2 탱크(T2)로부터 연료유가 배출되는 제2 배출라인(L2) 상에는 제2 조절밸브(V12)가 설치된다.
본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 후술할 제어부(300)의 통합자동화시스템(IAS; Integrated Automation System, 320)에 의해 개도가 조절되어, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 공급펌프(110)로 공급되는 연료유의 유량을 조절한다. 또한, 본 실시예의 다수개의 조절밸브(V11, V12)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 평상시에는 통합자동화시스템(320)에 의해 자동적으로 개도가 조절되나, 비상시 수동으로 조작이 가능하도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 공급펌프(110)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 배출된 연료유의 압력을 높여 순환부(200)로 공급하며, 다수개가 병렬로 연결될 수 있다. 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 각각 배출된 서로 다른 종류의 연료유는, 제1 실시예와 마찬가지로, 서로 섞인 후 공급펌프(110)로 공급된다.
본 실시예가 MGO를 저장한 제1 탱크(T1)와 HFO를 저장한 제2 탱크(T2)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 탱크(T1)로부터 배출된 MGO를 공급펌프(110)로 보내는 제1 배출라인(L1)과, 제2 탱크(T2)로부터 배출된 HFO를 공급펌프(110)로 보내는 제2 배출라인(L2)은, 공급펌프(110) 전단에서 합류되며, 제1 탱크(T1)로부터 배출된 MGO와 제2 탱크(T2)로부터 배출된 HFO는 공급펌프(110) 전단에서 혼합된 후 공급펌프(110)로 보내진다.
본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 상기 공급펌프(110)의 후단으로부터 분기하여 상기 공급펌프(110)의 전단으로 합류되는 복귀라인(L3)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 복귀라인(L3)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 공급펌프(110)가 압축시킨 연료유 중 엔진(E)에서 소모된 양을 초과하는 연료유를 분기시켜 공급펌프(110) 전단으로 보낸다. 복귀라인(L3) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브(V31)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 공급펌프(110) 후단에 설치되는 제1 유량계(120)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 제1 유량계(120)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 각각 배출된 후 혼합되어, 공급펌프(110)에 의해 순환부(200)로 공급되는 연료유의 유량을 측정한다. 본 실시예의 제1 유량계(120)에 의해 측정된 유량값은 통합자동화시스템(320)으로 전송될 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 유량계(120)가 엔진(E)의 시간당 연료유 소모량과 같은 유량을 지시하도록 운용되고, 제1 유량계(120)가 엔진(E)의 시간당 연료유 소모량보다 적거나 많은 유량을 지시하면 시스템에 문제가 생겼음을 감지할 수 있다.
단, 본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와는 달리, 공급펌프(110) 후단에 설치되는 제2 온도센서(244)를 더 포함한다. 본 실시예의 제2 온도센서(244)는, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 각각 배출된 후 혼합되어 순환부(200)로 공급되는 연료유의 온도를 측정하며, 제2 온도센서(244)에 의해 측정된 연료유의 온도값은, 통합자동화시스템(320)으로 전송된다.
본 실시예의 공급부(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 탱크(T1, T2)로부터 연료유를 배출시키는 다수개의 배출라인(L1, L2) 상에 각각 설치되는 다수개의 역류방지밸브(V21, V22)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예가 2개의 탱크(T1, T2)를 포함하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 탱크(T1)로부터 연료유가 배출되는 제1 배출라인(L1) 상에는 제1 역류방지밸브(V21)가 설치되고, 제2 탱크(T2)로부터 연료유가 배출되는 제2 배출라인(L2) 상에는 제2 역류방지밸브(V22)가 설치된다.
본 실시예의 다수개의 역류방지밸브(V21, V22)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 어느 한 탱크로부터 배출된 연료유가 다른 탱크로 유입되는 것을 방지하여, 각 탱크(T1, T2) 내에서 이종의 연료유가 혼합되는 것을 방지한다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환펌프(210), 제1 온도센서(241), 및 점도센서(230)를 포함하고, 공급부(100)로부터 공급받은 연료유를 순환시키며 엔진(E)에 공급한다.
본 실시예의 순환펌프(210)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 공급부(100)로부터 순환부(200)로 공급된 연료유의 압력을 높여 연료유를 순환시키며, 다수개가 병렬로 연결될 수 있다. 본 실시예의 순환부(200)는 순환펌프(210)에 의해 가압되어 대략 8 내지 10 bar의 압력을 유지하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, HFO의 압력을 높인 후 가열하므로, 불순물들의 압력도 높아져 불순물들의 끓는점이 높아지며, 결국 HFO에 포함된 불순물들이 기화되는 것을 방지할 수 있다.
제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 순환부(200)를 순환하던 연료유는 엔진(E)으로 공급되어 연료로 사용되고, 엔진(E)에서 사용되지 않은 잉여 연료유는 엔진(E)으로부터 배출되어 다시 순환부(200)를 순환한다. 공급부(100)는 엔진(E)에서 소모된 연료유만큼을 새로 순환부(200)로 공급하여, 순환부(200)에는 평균적으로 일정한 유량이 순환하게 된다. 본 실시예의 순환부(200)에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)의 최대 연료 소모량의 대략 3배에 해당하는 유량이 순환하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 제1 온도센서(241)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 온도를 측정한다. 단, 제1 온도센서(241)에 의해 측정된 연료유의 온도값은, 제1 실시예와는 달리, 통합자동화시스템(320)으로 전송된다.
본 실시예의 점도센서(230)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)으로 공급되는 연료유의 점도를 측정한다. 단, 점도센서(230)에 의해 측정된 연료유의 점도값은, 제1 실시예와는 달리, 통합자동화시스템(320)으로 전송된다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유를 가열하는 가열기(220)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 가열기(220)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유의 점도가 엔진(E)이 요구하는 점도보다 높은 경우, 연료유를 가열하여 점도를 낮추며, 증기 또는 전기를 가열원으로 사용할 수 있다. 본 실시예의 가열기(220)가 증기를 가열원으로 사용하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 가열기(220)에는 증기의 유량 및 개폐를 조절하는 증기제어밸브(V52)가 연결될 수 있다.
본 실시예의 가열기(220)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 특히 엔진(E)에서 HFO만을 연료로 사용하거나, HFO와 다른 연료유가 혼합된 연료유를 연료로 사용하는 경우에 사용된다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 가열기(220)와 병렬로 연결되는 제2 밸브(V32)를 더 포함할 수 있다. 제2 밸브(V32)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 연료유를 가열기(220)에 의해 가열할 필요가 없어, 연료유가 가열기(220)를 우회하는 경우에 열린다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유를 냉각시키는 냉각기(250)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 냉각기(250)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 순환부(200)를 순환하는 연료유의 점도가 엔진(E)이 요구하는 점도보다 낮은 경우, 연료유를 냉각시켜 점도를 높이며, 특히 MGO의 경우 냉각기(250)에 의한 냉각 과정을 거쳐 점도를 높인 후 엔진(E)에 공급할 필요가 있을 수 있다.
본 실시예의 냉각기(250)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각수 등을 냉매로 사용하여 연료유를 냉각시키며, 본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉매의 온도를 낮추는 별도의 냉각 장치를 포함할 수도 있다.
본 실시예의 공급부(100)로부터 순환부(200)로 공급된 연료유가 냉각기(250)로 보내지는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 삼방밸브(V60)가 설치될 수 있고, 삼방밸브(V60)는 연료유를 두 흐름으로 분기시켜, 일부는 냉각기(250)로 보내고, 나머지는 냉각기(250)를 우회시켜 바로 엔진(E)으로 보낼 수 있다.
본 실시예의 삼방밸브(V60)에 의해 분기된 연료유가 냉각기(250)로 보내지는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 연료유의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브(V33)가 설치될 수 있다. 또한, 냉각기(250)에 의해 냉각된 연료유가 냉각기(250)로부터 배출되는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 연료유의 역류를 방지하는 제3 역류방지밸브(V23)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 냉각기(250)에 의해 냉각된 후 냉각기(250)로부터 배출된 연료유는, 삼방밸브(V60)에 의해 분기된 후 냉각기(250)를 우회한 연료유와 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있다.
본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E) 후단에 설치되어, 엔진(E)에서 사용하고 남은 연료유를 일시 저장하였다가 순환펌프(210)로 공급하는 연료유관(240)을 더 포함할 수 있다.
단, 본 실시예의 순환부(200)는, 제1 실시예와는 달리, 엔진(E) 후단에서 설치되어, 엔진(E)에서 사용하고 남은 연료유의 온도를 측정하는 제3 온도센서(245)를 더 포함한다. 본 실시예의 제3 온도센서(245)에 의해 측정된 연료유의 온도값은, 통합자동화시스템(320)으로 전송된다.
본 실시예의 제어부(300)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 통합자동화시스템(320)을 포함하며, 공급부(100)와 순환부(200)를 제어한다. 단, 본 실시예의 제어부(300)는, 제1 실시예와는 달리, 비율계산장치(310)를 포함하지 않는다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 온도센서(241)에서 측정한 온도값, 제2 온도센서(244)에서 측정한 온도값, 제3 온도센서(245)에서 측정한 온도값, 및 점도센서(230)에서 측정한 점도값을 전송받는다. 또한, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 유량계(120)에서 측정한 유량값을 전송받을 수 있다.
또한, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 점도센서(230)로부터 전송받은 연료유의 점도값이 엔진(E)이 요구하는 점도를 충족할 수 있도록, 연료유의 온도와 연료유의 혼합 비율을 조절하며, 조절한 연료유의 온도에 대한 피드백은 제1 온도센서(241)로부터 전송받은 연료유의 온도값으로부터 받고, 조절한 연료유의 혼합 비율에 대한 피드백은 점도센서(230)로부터 전송받은 연료유의 점도값으로부터 받는다.
본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 조절밸브(V11, V12)의 개도를 조절하여 연료유의 혼합 비율을 조절하고, 본 실시예의 순환부(200)가 증기제어밸브(V52)를 포함하는 경우, 증기제어밸브(V52)의 개도를 조절하여 연료유의 가열 정도를 조절하며, 본 실시예의 순환부(200)가 냉각기(250) 및 삼방밸브(V60)를 포함하는 경우, 삼방밸브(V60)의 개도를 조절하여 연료유의 냉각 정도를 조절한다.
단, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 온도센서(241)에서 측정되는 연료유의 온도가 설정값이 되도록 조절할 수 있다. 제1 온도센서(241)의 설정값은 다음 식을 사용하여 계산할 수 있다. T1은 제1 온도센서(241)의 설정값, Q1은 제1 유량계(120)에서 측정한 연료유의 유량값, T2는 제2 온도센서(244)에서 측정되는 연료유의 온도, Q2는 엔진(E)에서 사용되고 남아 엔진(E)으로부터 배출된 연료유의 유량, T3은 제3 온도센서(245)에서 측정되는 연료유의 온도, Q3은 순환펌프(210)의 용량을 의미한다. 또한, 2는 요구되는 연료유의 온도 변화량이 분당 2℃임을 의미한다.
[수학식 9]
T1 × Q1 + T2 × Q2 = (T3 - 2) × Q3
T1 × Q1 = (T3 - 2) × Q3 - T2 × Q2
∴ T1 = { (T3 - 2) × Q3 - T2 × Q2 } ÷ Q1
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 증기트레이싱밸브(Steam Tracing Valve, V51)를 더 포함할 수 있고, 본 실시예의 통합자동화시스템(320)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 증기트레이싱밸브(V51)의 개도를 조절할 수 있다.
본 실시예의 증기트레이싱밸브(V51)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 장시간 엔진을 운전하지 않아 HFO가 배관 내에서 온도가 낮아져 이송이 되지 않는 경우, HFO를 가열하는 용도로 사용되며, MGO 또는 MDO의 경우에는 사용하지 않는 것이 일반적이다.
본 실시예의 선박용 연료유 전환 시스템이 MGO가 저장된 제1 탱크(T1), HFO가 저장된 제2 탱크(T2), 냉각기(250), 제3 밸브(V33), 및 삼방밸브(V60)를 포함하고, 엔진(E)이 요구하는 최대 요구 점도가 25cSt인 경우, 엔진(E)의 연료로 HFO만을 공급하다가 엔진(E)의 연료를 MGO로 전환하는 방법은, 제1 실시예와 동일하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 공급부 110 : 공급펌프
120, 122 : 유량계 200 : 순환부
210 : 순환펌프 220 : 가열기
230 : 점도센서 240 : 연료유관
250 : 냉각기 241, 244, 245 : 온도센서
300 : 제어부 310 : 비율계산장치
320 : 통합자동화시스템 T1, T2 : 탱크
V11, V12 : 조절밸브 V21, V22, V23 : 역류방지밸브
V31, V32, V33 : 밸브 V41, V42 : 긴급차단밸브
V51 : 증기트레이싱밸브 V52 : 증기제어밸브
V60 : 삼방밸브 E : 엔진
L1, L2 : 배출라인 L3 : 복귀라인

Claims (17)

  1. 어느 하나의 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 다른 종류의 연료유를 상기 엔진의 연료로 전환하는 선박용 연료유 전환 시스템에 있어서,
    연료유를 공급하는 공급부;
    상기 공급부로부터 연료유를 공급받아 순환시키는 순환부; 및
    상기 공급부와 상기 순환부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 공급부는,
    각각 서로 다른 종류의 연료유를 저장하는 다수개의 탱크;
    상기 다수개의 탱크로부터 각각 배출된 후 혼합되어 상기 순환부로 공급되는 연료유의 유량을 측정하는 제1 유량계; 및
    상기 다수개의 탱크 중 어느 하나의 탱크로부터 배출되는 연료유의 유량을 측정하는 제2 유량계;를 포함하고,
    상기 엔진은 상기 순환부로부터 연료유를 공급받고, 상기 엔진에서 사용되고 남은 연료유는 상기 순환부를 재순환하며,
    상기 제어부는 상기 다수개의 탱크로부터 배출되는 연료유의 유량을 각각 제어하여, 상기 엔진으로 보내지는 연료유의 혼합 비율을 조절하고,
    상기 제1 유량계 및 상기 제2 유량계는 측정한 유량값을 상기 제어부로 전송하고,
    상기 제어부는, 상기 제1 유량계가 측정한 유량값과 상기 제2 유량계가 측정한 유량값을 인자로 사용하여, 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 혼합 비율을 계산하고,
    연료유가 혼합되는 동안, 연료유의 온도 변화가 시간당 일정한 값 이하가 되도록 하면서도, 상기 엔진이 요구하는 점도를 만족하도록 연료유의 점도를 일정 범위 내로 유지시키는 것을 특징으로 하는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급부는, 상기 엔진에서 소모된 연료유만큼을 상기 순환부로 공급하고,
    상기 순환부에는 평균적으로 일정한 유량이 순환하는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급부는,
    상기 다수개의 탱크로부터 연료유가 배출되는 다수개의 배출라인; 및
    상기 다수개의 배출라인 상에 각각 설치되는 다수개의 조절밸브;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 다수개의 조절밸브의 개도를 각각 조절하여 연료유의 혼합 비율을 조절하는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급부는, 상기 다수개의 탱크로부터 배출된 연료유의 압력을 높여 상기 순환부로 공급하는 공급펌프를 더 포함하는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 순환부는 가열기를 더 포함하고,
    상기 가열기는, 상기 순환부를 순환하는 연료유의 점도가 상기 엔진이 요구하는 점도보다 높은 경우에 연료유를 가열하는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 순환부는 냉각기를 더 포함하고,
    상기 냉각기는, 상기 순환부를 순환하는 연료유의 점도가 상기 엔진이 요구하는 점도보다 낮은 경우에 연료유를 냉각시키는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 순환부는, 상기 연료유가 상기 엔진으로 공급되는 라인상에 설치되는 삼방밸브를 더 포함하고,
    상기 삼방밸브는 상기 냉각기와 연결되며,
    상기 제어부는 상기 삼방밸브의 개도를 조절하여 연료유의 냉각 정도를 조절하는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 통합자동화시스템을 포함하고,
    상기 순환부는,
    상기 엔진으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 및
    상기 엔진으로 공급되는 연료유의 온도를 측정하는 점도센서;를 포함하고,
    상기 제1 온도센서가 측정한 온도값 및 상기 점도센서가 측정한 점도값은 상기 통합자동화시스템으로 전송되는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 통합자동화시스템은,
    상기 점도센서로부터 전송받은 점도값이 상기 엔진이 요구하는 점도를 충족할 수 있도록, 연료유의 온도와 연료유의 혼합 비율을 조절하고,
    조절한 연료유의 온도에 대한 피드백은 상기 제1 온도센서로부터 전송받은 연료유의 온도값으로부터 받고,
    조절한 연료유의 혼합 비율에 대한 피드백은 상기 점도센서로부터 전송받은 연료유의 점도값으로부터 받는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 증기트레이싱밸브를 더 포함하고,
    상기 증기트레이싱밸브는, 장시간 상기 엔진을 운전하지 않아 HFO가 배관 내에서 온도가 낮아져 이송이 되지 않는 경우 HFO를 가열하는, 선박용 연료유 전환 시스템.
  12. 어느 하나의 연료유를 엔진의 연료로 사용하다가 다른 종류의 연료유를 상기 엔진의 연료로 전환하는 선박용 연료유 전환 방법에 있어서,
    1) 제2 연료유를 공급하는 제2 조절밸브를 100%로 열고, 제1 연료유를 공급하는 제1 조절밸브는 0%로 닫아, 상기 엔진에 상기 제2 연료유만을 공급하고,
    2) 상기 제1 조절밸브를 통해 공급되는 상기 제1 연료유의 유량 또는 상기 제2 조절밸브를 통해 공급되는 상기 제2 연료유의 유량을 측정하고,
    3) 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합된 유체의 유량을 측정하고,
    4) 상기 3)단계에서 측정한 유량값에서 상기 2)단계에서 측정한 유량값을 감산하고,
    5) 상기 2)단계에서 측정한 유량값과 상기 4)단계에서 계산한 유량값의 비율로 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유의 혼합 비율을 알아내고,
    6) 사용자로부터 연료유 전환 신호를 전송받고,
    7) 상기 제1 연료유가 시간당 설정된 유량만큼 증가되며 배출되도록 상기 제1 조절밸브를 서서히 열고,
    8) 상기 제1 조절밸브가 100%로 열리면, 상기 제2 연료유가 시간당 설정된 유량만큼 감소되며 배출되도록 상기 제2 조절밸브를 서서히 0%까지 닫으며,
    연료유가 혼합되는 동안, 연료유의 온도 변화가 시간당 일정한 값 이하가 되도록 하면서도, 상기 엔진이 요구하는 점도를 만족하도록 연료유의 점도를 일정 범위 내로 유지시키는 것을 특징으로 하는, 선박용 연료유 전환 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    9) 상기 8)단계에서 제2 조절밸브가 0%로 닫히고, 상기 5)단계에서 알아낸 상기 제1 연료유의 비율이 일정값 이상이 되면, 연료유 전환이 완료되었다고 판단하는, 선박용 연료유 전환 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 6)단계에서 사용자로부터 연료유 전환 신호를 전송받으면 자동적으로 상기 엔진에 공급되는 연료유의 점도가 설정되고,
    상기 9)단계에서 연료유 전환이 완료되었다고 판단되면 자동적으로 상기 엔진에 공급되는 연료유의 점도가 설정되는, 선박용 연료유 전환 방법.
  15. 선박용 엔진에 공급되는 연료유를 제1 연료유에서 제2 연료유로 전환하는 방법에 있어서,
    상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유는 점도가 서로 다르고,
    상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합되어 상기 엔진으로 공급되는 시간이 설정값 이하가 되고, 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합되며 생기는 온도 변화가 설정값 이하가 되도록, 상기 제1 연료유의 유량과 상기 제2 연료유의 유량을 제어하며,
    상기 제1 연료유의 유량 또는 상기 제2 연료유의 유량을 측정한 값과, 상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합된 유체의 유량을 측정한 값을 이용하여, 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 혼합 비율을 알아내고,
    연료유가 혼합되는 동안, 연료유의 온도 변화가 시간당 일정한 값 이하가 되도록 하면서도, 상기 엔진이 요구하는 점도를 만족하도록 연료유의 점도를 일정 범위 내로 유지시키는 것을 특징으로 하는, 선박용 연료유 전환 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 연료유만을 상기 엔진에 공급하는 상태에서 상기 제2 연료유 공급량을 증가시킨 후, 상기 제2 연료유 공급량이 최대가 되면 상기 제1 연료유 공급량을 감소시켜, 상기 제2 연료유만을 상기 엔진에 공급하는, 선박용 연료유 전환 방법.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 연료유와 상기 제2 연료유가 혼합된 유체의 유량값에서 상기 제1 연료유의 유량값 또는 상기 제2 연료유의 유량값을 감산하여, 상기 엔진으로 공급되는 연료유의 혼합 비율을 알아내는, 선박용 연료유 전환 방법.
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