KR101942350B1 - 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치 - Google Patents

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Abstract

이중연료엔진의 연료공급안정화장치를 제공한다.
본 발명은 가스연료와 액체연료의 이중연료를 사용하는 이중연료엔진의 연료공급을 안정화하는 장치에 있어서, 가스연료를 공급하는 가스연료공급관에 연결된 바이패스관을 포함하여 한 이중연료엔진에서의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 할 수 있다.

Description

이중연료엔진의 연료공급 안정화장치{FUEL SUPPLY STABILIZATING APPARATUS FOR DUAL FUEL ENGINE}
본 발명은 LNG 등의 가스연료와 디젤 등의 액체연료의 이중연료를 사용하는 이중연료엔진의 연료공급을 안정화하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한 이중연료엔진에서의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 하는 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치에 관한 것이다.
이중연료엔진은 동력발생을 위한 연소시 2가지 종류의 연료를 사용하는 엔진이다. 이러한 이중연료엔진은 LNG선 등의 선박에 사용된다. 그리고, 이중연료엔진은 LNG 등의 가스연료와 디젤 등의 액체연료를 사용한다.
도4와 도5는 종래에 이중연료엔진에 연료를 공급하는 것을 나타내는 개략도이다. 도시된 바와 같이 이중연료엔진(E1,E2)은 가스연료가 저장되는 가스연료탱크(Tg)와 액체연료가 저장되는 액체연료탱크(Tl)로부터 가스연료와 액체연료를 공급받아 구동된다.
이중연료엔진(E1,E2)은 도4와 도5에 도시된 바와 같이 엔진실(ER)에 하나 이상 설치된다. 그리고, 이중연료엔진(E1,E2)으로 액체연료를 공급하기 위해서 액체연료공급관(Pl)이 액체연료탱크(Tl)와 이중연료엔진(E1,E2)에 연결된다. 또한, 액체연료공급관(Pl)에는 하나 이상의 밸브(V)가 구비된다. 그리고, 액체연료공급관(P1)의 밸브(V)의 작동에 의해서 액체연료탱크(Tl)로부터 이중연료엔진(E1,E2)에 액체연료가 공급되거나 공급이 중지될 수 있다.
또한, 이중연료엔진(E1,E2)으로의 가스연료의 공급을 위해서 가스연료공급관(Pg)이 가스연료탱크(Tg)와 이중연료엔진(E1,E2)에 연결된다. 또한, 가스연료공급관(Pg)에는 하나 이상의 밸브(V)가 구비된다. 가스연료공급관(Pg)과 이에 구비되는 밸브(V)를 가스밸브유닛(GVU)라고 부르며, 엔진실(ER)과 연결관(Pc)에 의해서 연결된 밸브실(VR)에 설치된다. 가스연료공급관(Pg)은 연결관(Pc)을 통해 이중연료엔진(E1,E2)에 연결된다. 그리고, 가스밸브유닛(GVU)의 밸브(V)의 작동에 의해서 가스연료탱크(Tg)로부터 이중연료엔진(E1,E2)으로 가스연료가 공급되거나 공급이 중지된다.
일반적으로, 이중연료엔진(E1,E2)의 0% 내지 100% 정도까지의 부하에서는 도5의 (b)에 도시된 바와 같이 액체연료가 이중연료엔진(E1,E2)에 공급되고, 15% 이상의 부하에서 100%까지의 부하에서는 도5의 (a)에 도시된 바와 같이 가스연료가 이중연료엔진(E1,E2)에 공급되어 이중연료엔진(E1,E2)을 구동할 수 있다.
그리고, 이중연료엔진(E1,E2)의 15% 내지 80% 정도에서는 액체연료에서 가스연료로 또는 가스연료에서 액체연료로 공급연료의 전환이 이루어진다. 그리고, 이와 같이 공급연료의 전환이 이루어지는 경우에는, 도4에 도시된 바와 같이 소정 시간 동안, 이중연료엔진(E1,E2)에 가스연료와 액체연료가 모두 공급, 즉 연료가 오버랩되어 공급된다.
일반적으로, 액체연료에서 가스연료로의 공급연료의 전환은 상대적으로 긴 시간동안, 예컨대 500초 정도 동안 이루어진다. 그러나, 가스연료에서 액체연료로의 전환은 가스 트립시 상대적으로 짧은 시간 동안, 예컨대 1초 내지 2초 정도 동안 이루어진다. 따라서, 공급연료의 전환시 가스연료의 공급이 갑작스럽게 중단된다는 문제점이 있다.
그리고, 이와 같이 가스연료의 공급이 갑작스럽게 중단되면, 가스연료의 공급중에 과압이나 압력변동이 발생한다는 문제점이 있다. 일반적으로 가스연료의 공급은 5.1bar 정도에서 이루어지며, 압력변동이 ±0.2bar 이하이거나 압력변동의 피크 사이가 5초 이상인 경우에는 가스연료의 공급에 영향을 주지 않는다. 그러나, 압력변동이 ±0.2bar 이상이거나 압력변동의 피크 사이가 5초 이내인 경우에는 가스연료의 공급에 영향을 주게 된다. 공급연료의 전환시 가스연료의 공급이 갑작스럽게 중단되면 압력변동이 ±0.2bar 이상이거나 압력변동의 피크 사이가 5초 이내가 된다.
이에 의해서, 한 이중연료엔진(E1)에서 가스 트립이 일어나면서 가스연료에서 액체연료로의 강제 전환이 이루어져서 가스연료의 공급이 갑자기 중단되는 것에 의해서 과압이나 압력변동이 발생하여, 다른 이중연료엔진(E2)의 가스연료의 공급에 영향을 준다는 문제점이 있다. 그리고, 이에 따라 다른 이중연료엔진(E2)의 작동이 중지된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 목적의 일 측면은 가스연료에서 액체연료로의 공급연로의 전환시 과압이나 압력변동이 연료공급중에 발생하지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 다른 측면은 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진으로의 연료의 공급에 영향을 주지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 또 다른 측면은 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진의 작동이 중지되지 않도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 한 이중연료엔진에서의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 하는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치는 가스연료와 액체연료의 이중연료를 사용하는 이중연료엔진의 연료공급을 안정화하는 장치에 있어서, 가스연료를 공급하는 가스연료공급관에 연결된 바이패스관을 포함하여 한 이중연료엔진에서의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 가스연료공급관의 일부가 설치되는 밸브실 전의 상기 가스연료공급관에 연결될 수 있다.
또한, 상기 가스연료공급원과 상기 가스연료공급관에 연결되는 상기 바이패스관; 및 상기 바이패스관에 구비되며 상기 가스연료공급관을 유동하는 가스연료의 압력이 소정 압력 이상이 되면 열리는 바이패스밸브; 를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 가스연료공급관은 상기 가스연료공급관을 유동하는 가스연료에 발생한 과압이나 압력변동을 소정 범위로 댐핑할 수 있는 단면적을 가질 수 있다.
또한, 상기 가스연료공급관에 구비되어 상기 가스연료공급관을 유동하는 가스연료에 발생한 과압이나 압력변동을 소정 범위로 댐핑하는 댐핑용기; 를 더 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 가스연료에서 액체연료로의 공급연로의 전환시 과압이나 압력변동이 연료공급중에 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진으로의 연료의 공급에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진의 작동이 중지되지 않도록 할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치의 일실시예를 나타내는 개략도이다.
도2는 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치의 일실시예의 작동을 나타내는 개략도로, 공급연료의 전환시를 나타낸다.
도3은 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치의 일실시예의 작동을 나타내는 개략도로, (a)는 가스연료를 공급하는 경우를 나타내고, (b)는 액체연료를 공급하는 경우를 나타낸다.
도4는 종래에 이중연료엔진에 연료를 공급하는 것을 나타내는 개략도로, 공급연료의 전환시를 나타낸다.
도5는 종래에 이중연료엔진에 연료를 공급하는 것을 나타내는 개략도로, (a)는 가스연료를 공급하는 경우를 나타내고, (b)는 액체연료를 공급하는 경우를 나타낸다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 한 이중연료엔진에서의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 하는 것을 기초로 한다.
본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)가 적용되는 이중연료엔진(E1,E2)는 도1에 도시된 실시예와 같이 엔진실(ER)에 하나 이상 설치될 수 있다.
또한, 이중연료엔진(E1,E2)은 가스연료와 액체연료의 이중연료를 사용할 수 있다.
엔진실(ER)에 설치된 이중연료엔진(E1,E2)으로의 액체연료의 공급을 위해서, 액체연료공급관(Pl)이 액체연료공급원인 액체연료탱크(Tl)와 이중연료엔진(E1,E2)에 연결될 수 있다. 도1에 도시된 실시예와 같이 액체연료탱크(Tl)에 연결된 액체연료공급관(Pl)이 분지되어 각 이중연료엔진(E1,E2)에 연결될 수 있다.
또한, 액체연료공급관(Pl)에는 밸브(V)가 구비될 수 있다. 도1에 도시된 실시예와 같이 분지된 액체연료공급관(Pl)에 밸브(V)가 각각 구비될 수 있다. 따라서, 밸브(V)의 작동에 의해서 액체연료탱크(Tl)에 저장된 디젤 등의 액체연료가 도3의 (b)에 도시된 바와 같이 액체연료공급관(Pl)을 통해 이중연료엔진(E1,E2)에 각각 공급되거나, 도3의 (a)에 도시된 바와 같이 공급이 중지될 수 있다.
그리고, 이중연료엔진(E1,E2)으로의 가스연료의 공급을 위해서, 가스연료공급관(Pg)이 가스연료공급원인 가스연료탱크(Tg)와 이중연료엔진(E1,E2)에 연결될 수 있다. 도1에 도시된 실시예와 같이 가스연료탱크(Tg)에 연결된 가스연료공급관(Pg)이 분지되어 각 이중연료엔진(E1,E2)에 연결될 수 있다.
가스연료공급관(Pg)에는 밸브(V)가 구비될 수 있다. 가스연료공급관(Pg)의 일부와 가스연료공급관(Pg)에 구비된 밸브(V)는 가스밸브유닛(GVU)을 이룰 수 있다. 그리고, 도1에 도시된 실시예와 같이 연결관(Pc)에 의해서 엔진실(ER)에 연결된 밸브실(VR)에 설치될 수 있다. 또한, 가스연료공급관(Pg)은 연결관(Pc)을 통해서 엔진실(ER)의 이중연료엔진(E1,E2)에 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 가스밸브유닛(GVU)의 밸브(V)의 작동에 따라 가스연료탱크(Tg)에 저장된 LNG 등의 가스연료가 도3의 (a)에 도시된 바와 같이 가스연료공급관(Pg)을 통해 이중연료엔진(E1,E2)에 각각 공급되거나 도3의 (b)에 도시된 바와 같이 공급이 중지될 수 있다.
본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)는 도2에 도시된 바와 같이 한 이중연료엔진(E1)에서의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진(E2)에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이에 따라, 엔진실(ER)의 한 이중연료엔진(E1)에서 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환이 이루어지는 동안에, 다른 이중연료엔진(E2)으로의 가스연료의 공급 중에 과압이나 압력변동이 발생하지 않을 수 있다. 즉, 한 이중연료엔진(E1)의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진(E2)으로의 연료의 공급에 영향을 주지 않을 수 있다. 이에 의해서, 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진(E2)의 작동이 중지되지 않을 수 있다.
일반적으로, 액체연료에서 가스연료로의 공급연료의 전환은 상대적으로 긴 시간동안, 예컨대 500초 정도 동안 이루어진다. 그러나, 가스연료에서 액체연료로의 전환은 상대적으로 짧은 시간 동안, 예컨대 1초 내지 2초 정도 동안 이루어진다.
따라서, 공급연료의 전환시 액체연료보다는 가스연료의 공급이 갑작스럽게 중단되어 과압이나 압력변동이 발생할 확률이 더 높을 수 있기 때문에, 액체연료에서 가스연료로의 전환보다는 가스연료에서 액체연료로의 전환시 연료공급을 안정화해야 할 필요성이 더 크게 된다.
이를 위해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)는 가스연료공급관(Pg)에 연결될 수 있다. 이에 의해서, 한 이중연료엔진(E1)의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진(E2)에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않을 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)는 도1에 도시된 실시예와 같이 가스밸브유닛(GVU) 전의 가스연료공급관(Pg)에 연결될 수 있다. 이에 의해서, 가스연료공급관(Pg)이 분지되기 전에 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 할 수 있기 때문에, 다른 이중엔진연료(E2)에 가스연료를 보다 신뢰성 있게 공급할 수 있다.
또한, 도1에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)는 바이패스관(200)과 바이패스밸브(300)를 포함할 수 있다.
바이패스관(200)은 가스연료공급관(Pg)과 가스연료공급원, 도1에 도시된 실시예에서는 가스연료탱크(Tg)에 연결될 수 있다. 또한, 바이패스밸브(300)는 바이패스관(200)에 구비될 수 있다. 그리고, 가스연료공급관(Pg)을 유동하는 가스연료의 압력이 소정 압력 이상이 되면 열릴 수 있다.
이에 따라, 한 이중연료엔진(E1)에서 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 발생한 과압 또는 압력변동에 의해서 가스연료공급관(Pg)을 유동하는 가스연료의 압력이 소정 압력 이상이 되면, 바이패스밸브(300)가 열릴 수 있다. 그리고, 가스연료공급관(Pg)을 유동하는 가스연료가 바이패스관(200)에 유입되어 바이패스관(200)을 통해 가스연료공급원인 가스연료탱크(Tg)로 유동할 수 있다.
이에 의해서, 본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100) 이후에서의 가스연료에는 과압이나 압력변동이 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 다른 이중연료엔진(E2)으로의 가스연료의 공급이 과압이나 압력변동 없이 원활하게 이루어질 수 있다. 그리고, 이에 따라 다른 이중연료엔진(E2)의 작동이 중지되지 않을 수 있다.
한편, 가스연료공급관(Pg)은 가스연료공급관(Pg)을 유동하는 가스연료에 발생하는 과압이나 압력변동을 소정 범위로 댐핑할 수 있는 단면적을 가질 수 있다. 이에 의해서, 전술한 본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)에 의한 연료공급 안정화가 더 원활하게 이루어질 수 있다.
이외에, 본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)는 도1에 도시된 실시예와 같이 댐핑용기(400)를 더 포함할 수 있다. 이러한 댐핑용기(400)는 가스연료공급관(Pg)에 구비될 수 있다. 그리고, 가스연료공급관(Pg)을 유동하는 가스연료에 발생한 과압이나 압력변동을 소정 범위로 댐핑할 수 있다. 이에 의해서도, 본 발명에 따른 연료공급 안정화장치(100)에 의한 연료공급 안정화가 더 원활하게 이루어질 수 있다.
댐핑용기(400)는 도1에 도시된 실시예와 같이 바이패스관(200)이 연결된 부분 후의 가스연료공급관(Pg)에 구비될 수 있다. 그러나, 바이패스관(200)이 연결된 부분 전의 가스연료공급관(Pg)에도 구비될 수도 있으며, 전후 모두에 구비될 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치를 사용하면, 가스연료에서 액체연료로로의 공급연로의 전환시 과압이나 압력변동이 연료공급중에 발생하지 않도록 할 수 있으며, 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진으로의 연료의 공급에 영향을 주지 않도록 하여 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진의 작동이 중지되지 않도록 할 수 있다.
상기와 같이 설명된 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 연료공급 안정화장치 200 : 바이패스관
300 : 바이패스밸브 400 : 댐핌용기
ER : 엔진실 E1,E2 : 이중연료엔진
VR : 밸브실 Pg : 가스연료공급관
Pc : 연결관 V : 밸브
GVU : 가스밸브유닛 Pl : 액체연료공급관
Tg : 가스연료탱크 Tl : 액체연료탱크

Claims (5)

  1. 가스연료와 액체연료의 이중연료를 사용하는 이중연료엔진의 연료공급을 안정화하는 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치에 있어서,
    가스연료를 공급하는 가스연료공급관에 연결된 바이패스관을 포함하여, 한 이중연료엔진에서의 가스연료에서 액체연료로의 공급연료의 전환시 다른 이중연료엔진에 공급되는 가스연료에 과압이나 압력변동이 발생하지 않도록 하며,
    상기 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치는 상기 가스연료공급관의 일부가 설치되는 밸브실 전의 상기 가스연료공급관에 연결되고,
    가스연료공급원과 상기 가스연료공급관에 연결되는 상기 바이패스관과, 상기 바이패스관에 구비되며 상기 가스연료공급관을 유동하는 가스연료의 압력이 소정 압력 이상이 되면 열리는 바이패스밸브를 포함하며,
    상기 가스연료공급관은 상기 가스연료공급관을 유동하는 가스연료에 발생한 과압이나 압력변동을 소정 범위로 댐핑할 수 있는 단면적을 가지는 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스연료공급관에 구비되어 상기 가스연료공급관을 유동하는 가스연료에 발생한 과압이나 압력변동을 소정 범위로 댐핑하는 댐핑용기; 를 더 포함하는 이중연료엔진의 연료공급 안정화장치.
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