KR102056061B1

KR102056061B1 - 대형 2 행정 압축 점화 고압 가스 분사 내연기관용 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR102056061B1
Application number: KR1020170062031A
Authority: KR
Inventors: 커티스 벤 크리스티안; 홀스트 잔; 보그야그 닐슨 라스무스
Original assignee: 만 에너지 솔루션즈, 필리알 아프 만 에너지 솔루션즈 에스이, 티스크란드
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2020-01-22
Also published as: DK201670360A1; JP2018162790A; KR20170134213A; JP2023030027A; CN107435600A; CN107435600B; DK179056B1; JP2017210961A; JP6482596B2; JP2024138057A

Abstract

대형 2 행정 압축 점화 내연기관에 고압 가스를 공급하기 위한 개선된 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 상기 엔진은 공급된 고압 가스를 엔진의 연소실 내로 분사하기 위한 연료 분사 시스템을 구비한다. 이 연료 공급 시스템은 액화 가스를 액화 가스 저장 탱크(8)로부터 고압 펌프(40)로 운반하기 위해 액화 가스 저장 탱크(8)의 출구를 고압 펌프(40)의 입구로 연결하는 피드 도관(9), 고압 액화 가스를 고압 펌프(40)로부터 고압 기화기(14)로 운반하기 위해 고압 펌프(40)의 출구를 고압 기화기(14)의 입구로 연결하는 이송 도관(50) 및 고압 기화기(14)의 출구를 엔진의 연료 분사 시스템의 입구에 연결하여 고압 기화 가스를 엔진의 연료 분사 시스템으로 운반하기 위한 공급 도관(18)을 포함한다. 고압 펌프(40)는 두 개 이상의 펌프부(41,42,43)을 포함한다. 각 펌프부(41,42,43)는 펌프 실린더(61) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 펌프 피스톤(62)과 구동 실린더(45) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 유압 동력 구동 피스톤(46)을 포함하되, 펌프 피스톤(62)의 구동을 위해 구동 피스톤(46)이 펌프 피스톤(62)에 결합된다.

Description

대형 2 행정 압축 점화 고압 가스 분사 내연기관용 연료 공급 시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR A LARGE TWO-STROKE COMPRESSION-IGNITED HIGH-PRESSURE GAS INJECTION INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 개시는 대형의 저속 2 행정 단류(uniflow) 압축 점화 내연기관용 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 특히, 고압에서 엔진의 연소실 내로 가스를 분사하기 위한 고압 가스가 공급되는 대형 저속 2 행정 압축 점화 내연기관에 관한 것이다.

대형 2 행정 단류 터보 차징 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진은 통상적으로 대형 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기로 사용되고 있다. 엄청난 크기, 무게 및 동력 출력으로 이 엔진은 일반 연소 엔진과 매우 다르며, 대형 2 행정 터보 차칭 압축 내연기관은 그 자체가 하나의 클래스로 분류된다.

대형 2 행정 압축 점화 내연기관은 전통적으로 연료유나 중유 등과 같은 액체 연료로 작동되고 있다. 그러나 환경 측면에 대한 관심이 증가함에 따라 가스, 메탄올, 석탄 슬러리, 석유 코크스 등과 같은 대체 연료를 사용하는 방향으로 발전하고 있다. 수요가 증가하고 있는 연료의 한 그룹은 액화 가스, 특히 액화 천연가스(LNG)이다. 천연가스는 액화 플랜트의 극저온에서 액체 형태로 변환된다. LNG는 특별하게 설계된 극저온 해양 선박(LNG 운반선)을 통해 장거리의 목적지로 운송된다. LNG 운반선에는 하나 이상의 LNG 저장 탱크가 제공된다. LNG 저장 탱크는 -162℃(-260℉)의 매우 낮은 온도에서 LNG를 저장할 수 있다. LNG 저장 탱크는 일반적으로 내부에 LNG가 들어가고 외부에는 단열재가 들어가는 이중 컨테이너를 사용한다. 가장 일반적인 탱크 유형은 완전방호식 저장탱크이다. 탱크는 용도에 따라 크기가 크게 다르다. 상당한 단열에도 열은 외부로부터 LNG 저장 탱크 내 LNG로 지속적으로 전달되어 LNG 저장 탱크 내에서 LNG가 기화된다. 이러한 LNG 증기가 LNG 저장 탱크로부터 배출되지 않으면 LNG 저장 탱크 내의 압력과 온도가 계속 상승하는데, 이는 허용할 수 없으며 위험하다. LNG는 극저온으로서 매우 낮은 온도에서 액체 상태로 유지된다. 기화(boil off) 가스가 저장 탱크로부터 빠져나가도록 압력을 일정하게 유지하면 탱크 내의 온도는 일정하게 유지된다. 이 과정을 자동 냉각이라고 한다. 따라서, LNG 운반선으로 LNG를 운반하는 동안 LNG 저장 탱크에서 LNG가 지속적으로 기화되어 기화 가스가 생성된다.

LNG 저장 탱크에서 생성된 기화 가스는 선박 추진 엔진의 연료로 사용되거나 가스 연소기에서 연소된다.

고압 가스 분사 엔진, 예컨대 대형 2 행정 압축 점화 내연기관이 LNG 운반선의 선박 추진 엔진으로 사용되는 경우, 고압 액화 천연가스를 LNG 저장 탱크로부터 고압 기화기로 펌핑하는 데 고압의 극저온 펌프가 사용된다. 극저온 펌프에는 전형적으로 그 내부에 슬라이딩 가능하게 배치되는 펌프 피스톤이 구비된 두 개 이상의 펌프 실린더가 있다. 공지된 극저온 펌프는 크랭크샤프트를 사용하여 펌프 피스톤을 구동한다. 크랭크샤프트는 벨트 드라이브를 통해 전기 구동 모터에 의해 구동된다.

고압 극저온 펌프에 의해 기화기로 전달되는 LNG의 압력은 전기 구동 모터의 작동과 제어 밸브를 사용하여 조절된다. 그러나 공지된 이 제어 시스템은 상대적으로 느리고 제어하기가 어렵다. 특히, 과도 작동 시에 대형 2 행정 디젤 엔진에서 연료에 대한 요구를 상대적으로 빠르게 변화시키면서 제어하기가 어렵다.

LNG는 표준 온도와 압력에서 기체 연료이며, 본 출원의 맥락에서 표준 온도와 압력은 섭씨 20도(℃) 및 1 기압(atm)이다. 일반적으로 LNG는 약 -160℃의 비등점 또는 그 근처에서 진공 단열 저장 용기에 저장된다. 극저온은 일반적으로 -150℃ 미만의 온도이다.

유럽 특허 제2832972호는 회전식 유압 모터로 구동되는 왕복 피스톤 극저온 펌프를 포함하는 연료 가스 공급 장치를 개시하고 있다. 크랭크샤프트 및 피스톤과 같은 왕복 피스톤 극저온 펌프 구성 요소의 관성이 회전식 유압 모터의 관성과 결합하면 극저온 펌프 조립체가 상당한 결합 관성을 갖게 된다. 그 결과, 회전식 유압 모터에 대한 공급 압력의 변화는 왕복 피스톤 극저온 펌프의 출구에서 순간적으로 압력 변화로 변환되지 않는다. 왜냐하면, 이동하는 질량에 축적된 에너지가 펌프의 출구에서 에너지로 전환될 시간이 필요하기 때문이다. 따라서, 왕복 피스톤 극저온 펌프에 의해 전달되는 압력의 동적 제어는 이러한 지연으로 방해를 받을 것이고, 그에 따라 전달된 압력이 동적으로 적응될 필요가 있는 상황에서는 부정확할 것이다.

따라서, 대형 2 행정 압축 점화 내연기관에 고압 가스를 공급하기 위해서는 개선된 연료 공급 시스템을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 이러한 배경을 고려하여 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.

전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항과 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다.

제1 양태에 따르면 대형 2 행정 압축 점화 내연기관에 고압 가스를 공급하기 위해 개선된 연료 공급 시스템이 제공되고, 상기 엔진에는 엔진의 연소실 내로 공급되는 고압 가스를 분사하기 위한 연료 분사 시스템이 제공되며, 상기 연료 공급 시스템은, 액화 가스를 액화 가스 저장 탱크로부터 고압 펌프로 운반하기 위해 액화 가스 저장 탱크의 출구를 고압 펌프의 입구로 연결하는 피드 도관; 고압 액화 가스를 고압 펌프로부터 고압 기화기로 운반하기 위해 고압 펌프의 출구를 고압 기화기의 입구로 연결하는 이송 도관; 및 고압 기화 가스를 엔진의 연료 분사 시스템으로 운반하기 위해 고압 기화기의 출구를 엔진의 연료 분사 시스템의 입구로 연결하는 공급 도관을 포함하며, 상기 고압 펌프는 별도로 작동하는 두 개 이상의 펌프부를 포함하되, 각 펌프부는 펌프 피스톤을 구동하기 위해 구동 피스톤이 펌프 피스톤에 연결되고 펌프 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 펌프 피스톤과 구동 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 유압 동력의 구동 피스톤을 포함한다.

연료 공급 시스템에 각 펌프 피스톤이 선형 유압 액추에이터에 의해 작동되는 고압 펌프를 제공함으로써, 기화기에 전달되는 고압 액화 가스의 압력은 선형 액추에이터에 대한 유압유 공급의 압력을 제어함으로써 정확하게 제어될 수 있다. 이러한 정확한 제어는 유압 선형 액추에이터를 기반으로 한 구동 시스템이 다른 유형의 구동과 비교할 때 사실상 관성을 갖지 않으며 유압 선형 액추에이터를 기반으로 하는 구동 시스템이 유압 선형 액추에이터에 전달되는 유압유의 압력 변화에 즉시 응답하기 때문에 가능하다. 따라서, 선형 액추에이터에 전달되는 유압유의 압력 변화는 기화기에 공급되는 액화 가스의 압력에 즉시 반영된다. 유압 공급 압력을 제어하는 것은 상대적으로 쉽고 간단하다. 따라서, 가스 압력은 상당히 빠른 응답 시간과 적은 오버슈트로 제어될 수 있다.

제1 양태의 제1 가능한 구현예에 따르면, 상기 연료 공급 시스템은 하나 이상의 펌프부의 구동 실린더로/로부터의 유압유의 유동을 제어하기 위해 고압 유압유 공급원과 탱크에 연결되는 적어도 하나의 유압 제어 밸브를 더 포함하되, 상기 고압 유압유 공급원은 압력 레벨이, 바람직하게는 가변적이며 제어 가능한 공급원이다.

제1 양태의 가능한 제2 구현예에 따르면, 상기 구동 실린더는 구동 챔버와 리턴 챔버를 포함한다.

제1 양태의 가능한 제3 구현예에 따르면, 상기 구동 챔버는 유압 제어 밸브에 연결되고 상기 리턴 챔버는, 바람직하게는 영구적으로, 고압 유압유 공급원의 압력보다 낮은 압력을 갖는 유압유 공급원에 연결된다.

제1 양태의 가능한 제4 구현예에 따르면, 상기 구동 실린더에는 관련된 상기 구동 실린더 내 구동 피스톤의 위치를 감지하기 위한 위치 센서가 제공된다.

제1 양태의 가능한 제5 구현예에 따르면, 상기 연료 공급 시스템은 상기 위치 센서로부터 신호를 수신하는 전자 제어 장치를 더 포함하고, 적어도 하나의 상기 유압 제어 밸브는 상기 전자 제어 장치에 결합된 전자 제어 밸브이다.

제1 양태의 가능한 제6 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 펌프부의 구동 챔버를 고압 유압유 공급원 또는 탱크에 선택적으로 연결하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제7 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 구동 피스톤의 펌프 행정이 그 종료에 가까워질 때 다른 구동 피스톤의 펌프 행정을 시작하도록 구성되어, 종료 펌프 행정과 시작 펌프 행정 사이에 작은 중첩이 있게 된다. 따라서, 상당한 압력 변동 없이 기화기로 실질적으로 안정적인 LNG의 유동을 달성할 수 있다.

제1 양태의 가능한 제8 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 고압 펌프로부터 고압 기화기로 고압 액화 가스에 대해 실질적으로 일정한 유동을 얻기 위해 종료 펌프 행정의 동역학과 시작 펌프 행정의 동역학을 고려하도록 구성된다.

제1 양태의 제9 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 구동 실린더/유닛 중 하나의 펌프 행정이 언제 시작되어야 하는지를 결정하고 임의의 구동 실린더의 펌프 행정이 언제 종료되어야 하는지를 결정하도록 구성된다. 따라서, 상기 펌프 행정이 시작되는 지점과 특히 펌프 행정이 끝나는 지점을 정확하게 제어할 수 있다.

제1 양태의 가능한 제10 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 각각의 구동 실린더를 사실상 연속적으로, 바람직하게는 적게 중첩되게 작동하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제11 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 펌프부 중 하나가 고장난 경우에 나머지가 기능하는 펌프부의 구동 피스톤을 작동하도록 구성된다. 이에 따라 중복성이 이루어져서 펌프부 중 하나가 고장 나도 펌프 작동이 계속될 수 있다.

제1 양태의 가능한 제12 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 나머지 기능 펌프부의 구동 실린더가 사실상 연속적으로, 바람직하게는 작은 중첩으로 작동되도록 나머지 기능 펌프부의 구동 피스톤을 작동시키도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제13 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 고압 펌프로부터 고압 기화기로 액화 가스 유동의 크기와 관련하여 구동 챔버가 고압 유압유 공급원으로부터 분리되는 구동 피스톤의 위치를 조정하도록 구성된다. 따라서, 상기 펌프 행정이 역전되는 위치는 속도 및 펌프 피스톤과 구동 피스톤의 결과적인 관성에 관계없이 동일하게 유지될 수 있다.

제1 양태의 가능한 제14 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 고압 펌프로부터 고압 기화기로 액화 가스 유동이 증가할 때 구동 행정 방향과 반대 방향으로 고압 유압유 공급원으로부터 관련된 구동 피스톤의 구동 챔버가 분리되는 구동 피스톤의 위치를 조정하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제15 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 고압 펌프로부터 고압 기화기로 액화 가스 유동이 감소할 때 구동 행정 방향의 방향으로 고압 유압유 공급원으로부터 관련 구동 피스톤의 구동 챔버가 분리되는 구동 피스톤의 위치를 조정하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제16 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 펌프 실린더의 마모를 줄이기 위해 펌프 피스톤이 펌프 피스톤의 행정 영역에서 역전되는 위치를 분배하기 위해 알고리즘이나 계획에 따라, 또는 임의로, 관련 구동 피스톤 구동 챔버가 고압유의 공급원으로부터 분리되는 구동 피스톤의 위치를 조정하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제17 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 구동 챔버에 공급되는 유압유의 압력을 제어함으로써 이송 도관 내 액화 가스의 압력을 제어하도록 구성된다. 따라서, 이송 도관 내 액화 가스 압력에 대해 효과적이고 즉시 반응하는 제어가 달성된다.

제1 양태의 가능한 제18 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 구동 챔버에 공급되는 유압유의 압력을 제어하기 위해 피드-포워드 기능으로 이송 도관 내 액화 가스에 대해 원하는 압력을 사용하도록 구성된다. 상기 유압을 통해 액화 가스 압력의 피드-포워드 제어를 사용함으로써, 액화 가스의 압력을 더 빠르고 안정적으로 제어할 수 있다.

제1 양태의 가능한 제19 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 구동 챔버에 공급되는 유압유의 압력을 제어하기 위해 피드-백 기능으로 이송 도관 내 액화 가스에 대해 측정된 압력을 사용하도록 구성된다. 따라서, 비선형성과 과도현상은 제어 시스템에 의해 수용될 수 있다.

제1 양태의 가능한 제20 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 구동 챔버에 공급되는 유압유의 압력을 제어하는 것과 독립적으로 각각의 구동 피스톤의 작동과 정지를 제어하도록 구성된다. 따라서, 상기 구동 피스톤의 작동을 위한 제어 전략은 압력 제어와 독립적으로 상기 전자 제어 장치에 의해 최적화될 수 있다.

제1 양태의 가능한 제21 구현예에서, 상기 제어 장치는 구동 피스톤의 작동 및 정지를 제어하기 위해 구동 피스톤의 위치를 나타내는 신호를 사용하도록 구성된다.

제2 양태에 따르면, 상기 제1 양태에 따른 고압 가스 분사 시스템 및 연료 공급 시스템과 가능한 그 임의의 구현예를 갖는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화 내연기관이 제공된다.

제3 양태에 따르면, 제2 양태에 따른 내연기관을 포함하는 액화 가스 저장 탱크를 갖춘 LNG 운반선 또는 화물선이 제공된다.

제4 양태에 따르면, 고압 가스를 상기 엔진 내로 분사하기 위해 내연기관에 고압으로 기화된 가스를 공급하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 액화 가스 저장 탱크에 액화 가스를 저장하는 단계; 고압 펌프로 상기 액화 가스를 고압 기화기로 펌핑하는 단계; 상기 고압 기화기에서 상기 고압의 액화 가스를 기화하는 단계; 및 기화된 상기 고압 가스를 엔진에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 고압 펌프는 별도로 작동하는 두 개 이상의 펌프부를 포함하되, 각 펌프부는 펌프 피스톤을 구동하기 위해 구동 피스톤이 펌프 피스톤에 연결되고 펌프 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 펌프 피스톤과 유압 동력의 구동 피스톤을 포함하며, 상기 방법은, 별도로 상기 구동 피스톤을 구동하기 위해 고압의 유압유를 구동 실린더에 개별적으로 공급하는 단계; 및 상기 구동 실린더에 공급되는 유압유의 압력을 개별적으로 제어함으로써 상기 고압 펌프를 떠나는 액화 가스의 압력을 제어하는 단계를 더 포함한다.

제4 양태의 가능한 제1 구현예에 따르면, 상기 방법은 구동 행정 동안 구동 피스톤 중 하나를 작동시킨 후, 리턴 행정 동안 상기 구동 피스톤을 정지시키는 단계를 더 포함한다.

제4 양태의 가능한 제2 구현예에 따르면, 상기 펌프 피스톤과 구동 피스톤은 서로 연결되어 일제히 움직인다.

제4 양태의 가능한 제3 구현예에 따르면, 상기 방법은 구동 피스톤의 펌프 행정이 그 종료에 가까워질 때 종료 펌프 행정과 시작 펌프 행정 사이에 작은 중첩이 있게 되도록 다른 구동 피스톤의 펌프 행정을 시작하는 단계를 더 포함한다.

제4 양태의 가능한 제4 구현예에 따르면, 상기 방법은 고압 펌프로부터 고압 기화기로 고압 액화 가스의 실질적으로 일정한 유동을 얻기 위해 종료 펌프 행정의 동역학과 시작 펌프 행정의 동역학을 고려하는 단계를 더 포함한다.

제4 양태의 가능한 제5 구현예에 따르면, 상기 방법은 각각의 구동 실린더를 사실상 연속적으로, 바람직하게는 적게 중첩되게 작동하도록 하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 이들 양태와 다른 양태는 이하에서 설명되는 실시예로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 연료 공급 시스템을 제공하는 효과가 있다.

이하 본 발명의 상세한 설명 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 2 행정 디젤 엔진의 상승상태 정면도이다.
도 2는 도 1에 따라 LNG 저장 탱크로부터 대형 2 행정 디젤 엔진으로 고압 천연가스를 공급하는 연료 공급 시스템의 도식적인 표현이다.
도 3은 도 2 연료 공급 시스템의 고압 펌프에 대한 상승상태 도이다.
도 4는 도 3 고압 펌프에 대한 도식적인 표현이다.
도 5는 도 3 고압 펌프의 펌프부에 대한 상세 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 도 3 고압 펌프의 작동을 도시한 그래프이다.
도 9는 도 3 고압 펌프를 제어하는 제어 시스템에 대한 도식적인 표현이다.
도 10 및 도 11은 도 3 고압 펌프의 피스톤 운동을 도시한 그래프이다.

이하의 상세한 설명에서, 크로스헤드를 포함하는 대형 2 행정 저속 터보 차징 압축 점화 내연기관용 연료 공급 시스템은 예시의 실시예들을 참조하여 설명될 것이지만, 상기 내연기관은 2 행정 오토(Otto), 4 행정 오토 또는 디젤 등의 다른 유형일 수 있으며, 터보차징과 배기가스 재순환이 있을 수도 있고 없을 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 터닝 휠과 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보 차징 2 행정 디젤 엔진을 도시한다. 이 일례의 실시예에서, 상기 엔진은 여섯 개의 실린더를 열을 지어 구비한다. 대형 저속 터보 차징 2 행정 디젤 엔진은 통상적으로 엔진 프레임(6)에 의해 지지되는 실린더 프레임에 의해 지지가 되며, 열을 지어 4개 내지 14개의 실린더를 갖는다. 상기 엔진은 예컨대 선박의 주 엔진이나 발전소의 발전기를 작동시키는 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들면, 1,000 내지 110,000 kW의 범위일 수 있다.

상기 엔진은, 이 일례의 실시예에서, 실린더(1) 라이너 하부 영역에 소기 포트 및 실린더(1) 라이너 상부 중앙에 배기밸브(4)가 구비된 2 행정 단류식 압축 점화 엔진이다. 상기 소기는 소기 수용부(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트로 통과한다. 상기 실린더(1) 라이너 내의 피스톤은 소기를 압축하고, 실린더 커버의 연료 분사 밸브를 통해 고압 가스 연료가 분사되어, 연소가 진행되고 배기가스가 생성된다.

배기밸브(4)가 개방되면 상기 배기가스는 실린더(1)와 결합된 배기덕트를 통해 배기가스 수용부(3)로 유동하고, 계속해서 터보차저(5)의 터빈으로 유동한 후, 상기 배기가스는 배기 도관을 통해 대기 중으로 배출된다. 상기 터보차저(5)의 터빈(6)은 흡기구를 경유하여 신선한 공기가 공급되는 압축기를 구동한다. 상기 압축기는 소기 수용부에 이르는 소기 도관에 가압된 소기를 전달한다. 상기 소기 도관 내 소기는 소기의 냉각을 위해 인터쿨러(7)를 통과한다.

도 2는 엔진용 연료 공급 시스템의 개략도이다. 상기 연료 공급 시스템은 액화 가스 탱크를 갖춘 LNG 운반선이나 화물선 또는 액화 가스 저장 탱크를 갖춘 컨테이너선 등과 같은 해양 선박에 설치할 수 있다.

상기 연료 공급 시스템은 천연가스가 극저온 조건으로 저장되는 LNG 저장 탱크(8)를 포함한다. LNG 저장 탱크(8) 내의 압력은 기화 가스가 해양 선박의 보조 기관과 같은 보일러 또는 저압 가스 분사 엔진 등에 사용되는 탱크로부터 빠져나가는 것을 허용함으로써 상대적으로 낮고 일정하게 유지된다. 기화 프로세스 또한 저장 탱크의 LNG를 차갑게 유지한다. 저장 탱크(8) 내의 액화 가스는 천연가스 외에 에탄이나 메탄 등의 다른 유형일 수 있다.

피드 도관(9)은 LNG 저장 탱크(8)의 출구를 고압 펌프(40)의 입구에 연결한다. 저압 공급 펌프(10)는 LNG 저장 탱크(8)로부터 고압 펌프(40)의 입구로 액화 가스의 운반을 지원한다. 또는, LNG 저장 탱크(8)는 저압 공급 펌프(10)가 생략될 수 있도록 가압될 수 있다. 이송 도관(50)은 상기 고압 펌프(40)의 출구를 상기 고압 기화기(14)로 고압 액화 가스를 운반하기 위해 고압 펌프(40)의 출구를 고압 기화기(14)의 입구에 연결한다. 상기 고압 펌프(40)는 상기 이송 도관(50)을 경유하여 고압 기화기(14)로 액화 가스를 펌핑한다. 상기 고압 기화기(14)는 고압의 액화 가스를 수용하고 고압 기화기(14) 내의 열교환기를 사용하여 액화 가스를 기화시킨다. 고압 기화기(14)는 순환 회로(15)를 통해 순환하는 글리콜 등과 같은 열교환 매체와 액화 가스 사이의 열을 교환한다. 상기 순환 회로(15)는 순환 펌프(16)와 히터(17)를 포함한다. 고압 기화 가스는 공급 도관(18)에 연결된 고압 기화기(14)의 출구를 경유하여 고압 기화기(14)를 떠난다.

공급 도관(18)은 고압 기화기(14)의 출구를 엔진 연료 분사 시스템의 입구에 연결하고 고압 기화 가스가 엔진 연료 분사 시스템으로 운반되는 것을 허용한다. 밸브 장치(19)는 연료 공급 시스템과 대형 2 행정 디젤 엔진 사이의 연결을 제어한다.

상기 고압 펌프(40)에는 두 개 이상의 펌프부(41,42,43)가 제공된다(본 실시예에서는 세 개의 펌프부가 도시됨). 각 펌프부(41,42,43)는 펌프 피스톤(62)을 구동하기 위해 구동 피스톤(46)이 펌프 피스톤(62)에 결합되고 펌프 실린더(61) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 펌프 피스톤(62)과 구동 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 유압 동력 구동 피스톤(46)을 포함한다.

펌프 피스톤(62)과 펌프 실린더(61)는 극저온 용적형 펌프를 형성한다. 펌프 피스톤(62)과 펌프 실린더(61)는 펌프 챔버(63)와 함께 펌프부(41,42,43)의 소위 저온 단부를 형성한다. 상기 저온 단부는 액화 가스 순환 공급 도관(11)과 액화 가스 순환 리턴 도관(12)을 포함하는 순환 회로에 의해 냉각 상태가 유지된다. 순환된 액화 가스는 펌프부(41,42,43)의 저온 단부를 냉각시키는 역할을 한다.

펌프 실린더(61)는 피스톤 로드(49)를 통해 펌프부(41,42,43)의 구동 피스톤에 연결된다. 구동 피스톤(46)은 구동 실린더(45)의 내부를 구동 챔버(48)와 리턴 챔버(47)로 분할한다.

구동 실린더(45)는 고압 유압 액체 공급 도관(23)을 경유하여, 예컨대 펌프 또는 펌프 스테이션 등의 고압 유압 액체의 공급원(20)에 연결된다. 도시된 상기 실시예에서, 고압 유압유 공급원(20)은 고압 펌프(22)를 구동하는 전기 구동 모터(21)를 포함한다. 고압 펌프(22)는 예컨대, 용적형 펌프, 바람직하게는 가변 용적형 펌프일 수 있다. 중복성 목적을 위해 고압 유압유의 공급원은 일 실시예에서 각각 자체 전기 구동 모터(21)에 의해 구동되는 두 개의 고압 유압 펌프(22)를 포함한다.

도 3은 펌프 실린더(61), 구동 실린더(45) 및 제어 밸브(24)를 구비한 펌프부(41,42,43)가 세 개인 고압 펌프(40)의 상승된 도이다. 상기 펌프부(41,42,43)는 고압 펌프(40)의 상부 압력을 균등하게 하고 리턴 챔버의 하부 압력을 균등하게 하기 위한 어큐뮬레이터(53)와 함께 프레임(35)에 의해 지지 된다. 펌프부(41,42,43)는 프레임(35) 위에 빽빽한(compact) 방식으로 배치되고, 프레임(35) 위에는 스파크를 발생하지 않고 ATEX가 승인한 전기 구성 요소만 있으므로 ATEX 환경에서 문제없이 장치를 설치할 수 있다.

도 4는 펌프부(41,42,43)가 구비된 고압 펌프(40)의 도식적인 표현이다. 각 펌프부(41, 42, 43)는 유압 액체 리턴 라인(26)을 경유하여 탱크에 연결되고 유압 액체 공급 도관(23)을 경유하여 각 펌프부(41,42,43)에 연결되는 가변 용적형 펌프(22)를 포함하는 고압 유압 액체의 공급원에 연결된다. 각 펌프부(41,42,43)는 이송 도관(50)에 연결된다.

각 펌프부(41,42,43)는 각각의 구동 챔버(48)를 고압 유압 액체의 공급원 또는 제어 도관(25)을 경유하는 탱크에 선택적으로 연결하도록 구성된 유압 제어 밸브(24)를 포함한다.

각 펌프부(41,42,43)는 구동 피스톤(46)이 슬라이딩 가능하게 배치된 구동 실린더(45)에 의해 형성되는 선형 유압 액추에이터 형태의 구동 유닛(44)을 포함한다. 따라서, 상기 펌프부(41,42,43)는 기계적으로 서로 독립적이다. 리턴 챔버(47)는 리턴 챔버(47)에 가압된 유압 액체의 안정적인 공급을 보장하기 위해, 리턴 챔버 공급 라인(31)을 경유하여, 바람직하게는 유동 제한(33)을 포함하고 어큐뮬레이터(32)에 결합된 유압 펌프(30), 예컨대 가변 용적형 펌프를 포함하는 유압 공급원에 영구히 연결된다. 또는, 상기 저압 공급원은 감압 밸브를 통해 고압 유압 시스템으로부터 얻어진다. 일 실시예에서, 리턴 챔버(47)에 대한 유압 액체의 공급 압력은 구동 챔버(48)에 공급된 유압 액체의 압력보다 상당히 낮다. 또는, 리턴 챔버(47)와 마주하는 구동 피스톤(46)의 측면의 유효 압력 표면은 구동 챔버(48)와 마주하는 구동 피스톤(46)의 유효 압력 표면보다 상당히 작게 배치될 수 있다. 후자의 경우, 리턴 챔버(47) 내 유압유의 압력은 구동 챔버(48)에 대한 유압유의 공급 압력과 실질적으로 동일할 수 있다.

각 펌프부(41,42,43)는 펌프 실린더(61)에 의해 형성된 선형 용적형 펌프의 형태인 펌프(60)를 포함하고, 펌프 실린더 내에 펌프 챔버(63)를 형성하도록 펌프 피스톤(62)을 수용한다. 펌프 챔버(63)는 압력 챔버(63)로의 유동만을 허용하는 제1 일방향 밸브(51)를 통해 공급 도관(9)에 연결된다. 펌프 챔버(63)는 압력 챔버(63)로의 유동만을 허용하는 제2 일방향 밸브(52)를 통해 이송 도관(50)에 연결된다.

도 5는 고압 펌프(40)의 펌프부(41,42,43)에 대한 상세 단면도이다. 펌프부(41,42,43)는 구동 피스톤(46)이 그 내부에 배치된 실린더(45)를 포함하는 유압 선형 액추에이터(44)를 포함한다. 구동 피스톤(46)은 피스톤 샤프트(47)에 연결되며, 바람직하게는 피스톤 샤프트(47)와 함께 하나의 장치로 형성된다. 피스톤 로드(49)와 구동 피스톤(46)에는 위치 센서(56)의 로드(57)를 수용하는 보어(58)가 제공된다. 위치 센서(56)의 신호는 전자 제어 장치(70)에 전달된다. 구동 피스톤(46)은 구동 실린더(45)의 내부를 구동 챔버(48)와 리턴 챔버(47)로 분할한다. 도 5에서, 구동 피스톤(46)이 구동 행정의 종료에 도달했기 때문에 리턴 챔버는 인식할 수 없다. 구동 챔버(48)는 보어(25)를 통해 유압 제어 밸브(24)에 연결된다. 리턴 챔버(47)는 보어(31)를 통해 유압 공급원에 영구적으로 연결된다.

선형 유압 액추에이터(44)의 피스톤 로드(47)는 극저온 펌프(60)의 피스톤 로드(62)에 연결된다. 피스톤 로드(49)와 펌프 피스톤(62)의 연결은 피스톤 로드(49)와 펌프 피스톤(62)이 일제히 움직이도록 하는 방식으로 커넥터 피스(54)에 의해 설정된다. 구동 실린더(45)는 볼트 연결부(55)에 의해 펌프 실린더 (61)에 연결된다. 극저온 펌프(60)에는 펌프 챔버(63)를 이송 도관(50)에 연결하는 출구가 제공된다.

도 9는 고압 펌프(40)의 작동을 제어하기 위한 전자 제어 장치(70) 형태의 제어 시스템에 대한 도식적인 표현이다.

상기 전자 제어 장치(70)는 가스 압력 설정점(71)을 수용한다. 가스 압력 설정점(71)은 합산점(72)으로 전달된다. 제1 합산점(72)에서, 측정된 가스 압력은 감산되고, 설정 점과 측정된 가스 압력의 차이는 피드백 제어 루프의 일부인 PI 제어기(74)에 전송된다.

가스 압력 설정점(71)은 피드-포워드 피스톤 비율 이득 장치(78)로 전달된다. 피드-포워드 피스톤 비율 이득 장치(78)로부터의 신호는 제2 합산점(76)에서 PI 제어기(74)로부터의 신호와 비교된다.

제1 합산점(72)에 공급되는 측정 가스 압력은 엔진의 파이프 체적(85), 즉 밸브 장치(19) 하류 내 가스 압력의 측정에 기초한다. 밸브 장치(19)는 공급 도관(18)으로부터 기화된 가스의 유동을 수용하는 이중 블록 및 블리드 밸브 장치이다. 측정된 가스 압력은 필터(86)에서 여과된다.

제2 합산점(76)에서의 비교 결과는 고압 유압유 공급원(20)으로 전달된다. 상기 신호에 기초하여, 고압 유압유 공급원(20)은 고압 펌핑부(40)에 압력이 정확한 유압 액체를 전달한다.

전자 제어 장치(70)는 구동 피스톤의 위치를 나타내는 신호를 수신하고 피스톤 감시 장치(92)에서 이 위치 신호를 처리한다. 피스톤 감시 장치(92)는 피스톤 작동 전략 장치(90)에 연결되어 있다. 피스톤 감시 장치(92)와 피스톤 작동 전략 장치(90)의 작동에 대한 세부 사항은 아래에서 더 상세하게 설명된다. 피스톤 작동 전략 장치(90)의 신호는 구동 피스톤(46)을 작동시키기 위해 고압 펌프(40)의 제어 밸브(24)로 전달된다.

구동 피스톤(46)의 작동은 액화 고압 가스가 고압 기화기(14)를 통해 공급 도관(18)으로 펌핑되도록 한다.

전자 제어 장치(70)의 주된 압력 제어는 피드-포워드이다. PI(비례 적분) 제어기는 비선형성을 보정하고 과도 현상을 지원한다.

가스 압력은 펌프부(41,42,43)에 대해 유압 공급 압력을 설정함으로써 스스로 제어된다. 압력 제어는 유압 측에 있으며 가스 측에 작용할 필요가 없다. 이 시스템은 유압이 적절하게 제어될 때 너무 높은 가스 압력에 도달하는 것을 불가능하게 한다.

구동 피스톤(46)은 압력 제어의 작용 부분이 아닌 제어 전략을 통해 제어된다.

각 펌프부(41,42,43)는 개별적으로 제어가 가능하다. 따라서 다양한 피스톤 전략과 다양한 작동 조건을 실행할 수 있다. 또한, 두 행정 사이에 세 개에서 두 개로 펌프부(41,42,43)를 변경하는 것이 가능하기 때문에, 펌프부(41,42,43)를 개별적으로 실행할 수 있는 가능성은 중복성을 제공한다.

상기 리턴 속도가 정방향 (펌프) 속도보다 클 수 있으므로 두 개의 펌프부로만 작동할 때 중첩이 가능하다. 펌프부(41,42,43) 사이의 중첩은 압력 스파이크를 감소시키기 위해 필요에 따라 조정될 수 있다.

펌프 행정의 종료 위치는 시간이 지남에 따라 가변되어 마모를 펌프 실린더(61)의 영역에 분산시킬 수 있으며, 이는 실린더의 고정된 위치에서 마모가 많은 것과는 대조적이다.

매우 낮은 관성과 동적 응답에 부정적인 영향을 주는 다른 요소들이 있기 때문에 갑작스런 셧다운(피스톤 정지)에도 거의 또는 전혀 압력 오버슈트를 허용하지 않는다.

제어 밸브(24)는 유압 제어 밸브 또는 전자 제어 밸브일 수 있다. 상기 실시예에서, 제어 밸브(24)는 유압 제어 밸브이고, 제어 밸브(24)에 대해 유압 제어 신호를 제어하는 전자 제어 솔레노이드 밸브(미도시)가 제공된다. 상기 전자 제어 솔레노이드 밸브는 전자 제어 장치(70)로부터 전자 제어 신호를 수신한다.

전자 제어 장치(70)는 펌프부(41,42,43)의 구동 챔버(48)를 고압 유압유 공급원(20) 또는 탱크에 선택적으로 연결하도록 구성된다.

전자 제어 장치(70)는, 특히 피스톤 작동 전략 장치(90)는, 다른 구동 피스톤(47)의 펌프 행정이 그 종료에 가까워질 때 구동 피스톤의 펌프 행정을 시작하도록 구성되어 종료 펌프 행정과 시작 펌프 행정 사이에 작은 중첩이 있게 된다. 일 실시예에서, 상기 전자 제어 장치(70)는 각각의 구동 실린더를 사실상 연속적으로, 바람직하게는 적게 중첩되어 작동하도록 구성된다.

따라서, 상당한 압력 변동 없이, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 압력 기화기로 상당히 안정적인 LNG의 유동을 달성할 수 있다.

도 6, 도 7 및 도 8은 고압 펌프(40)의 전형적인 작동을 도시한다. 가는 연속선은 펌프부(41)을 나타내고, 굵은 연속선은 펌프부(42)를 나타내며, 점선은 펌프부(43)를 나타낸다. 도 6은 구동 피스톤(46)/펌프 피스톤(62)의 이동을 도시한 그래프이다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 다음 펌프부의 펌프 행정 시작은 현재 작동 중인 펌프부의 펌프 행정 바로 앞에서 시작된다. 도 7은 세 개의 펌프부(41,42,43) 이송 도관(50)으로부터의 압력 출력으로 구성된 결과적인 압력을 도시한다. 결과적인 압력은 상당히 일정하고 변동이 없다.

도 8은 리턴 행정의 속도가 펌프 행정의 속도보다 상당히 빠르다는 것을 명확하게 볼 수 있는 펌프부의 속도 프로파일을 도시하며, 따라서 세 개 이상의 펌프부 중 두 개만 사용 중이어도 펌프부 사이의 중첩을 허용한다.

일 실시예에서, 전자 제어 장치(70), 특히 피스톤 작동 전략 장치(90)는, 고압 펌프로부터 고압 기화기(14)로 고압의 액화 가스의 상당히 일정한 유동을 얻기 위해 종료 펌프 행정의 동역학과 시작 펌프 행정의 동역학을 고려하도록 구성된다.

일 실시예에서, 전자 제어 장치(70)는, 특히 피스톤 작동 전략 장치(90)는, 펌프부(41,42,43) 중 하나의 펌프 행정이 언제 시작되어야 하는지를 결정하고 임의의 구동 장치(41,42,43)의 펌프 행정이 언제 종료되어야 하는지를 결정하도록 구성된다. 따라서, 상기 펌프 행정이 시작되는 지점과 특히 펌프 행정이 끝나는 지점을 피스톤 전략 장치(90)로, 바람직하게는 피스톤 감시 장치(92)와 함께, 정확하게 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 전자 제어 장치(70)는 펌프부(41,42,43) 중 하나가 고장난 경우에 기능하는 다른 펌프부의 구동 피스톤을 작동하도록 구성된다. 이에 따라 중복성이 이루어져서 펌프부(41,42,43) 중 하나가 고장 나도 펌프 작동이 계속될 수 있다.

일 실시예에서, 전자 제어 장치(70)는 고압 펌프(40)로부터 고압 기화기로 액화 가스 유동의 크기와 관련하여 구동 챔버(48)가 고압 유압유의 공급원(20)으로부터 분리되는 구동 피스톤(46)의 위치를 조정하도록 구성된다. 따라서, 상기 펌프 행정이 역전되는 위치는 속도 및 구동 피스톤(46)과 펌프 피스톤(62)의 결과적인 관성에 관계없이 제어될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전자 제어 장치(70)는 고압 펌프로부터 고압 기화기로 액화 가스 유동이 증가할 때 구동 행정 방향과 반대 방향으로 고압유(20)의 공급원으로부터 관련 구동 피스톤(46)의 구동 챔버(48)가 분리되는 구동 피스톤의 위치를 조정하도록 구성되고, 전자 제어 장치(70)는 고압 펌프로부터 고압 기화기로 액화 가스 유동이 감소할 때 구동 행정 방향의 방향으로 고압유의 공급원으로부터 관련 구동 피스톤(46)의 구동 챔버(48)가 분리되는 구동 피스톤(46)의 위치를 조정하도록 구성된다. 이것은 도 10과 도 11에 도시되어 있다.

도 10은 구동/펌프 행정의 종료 위치에 대한 구동 피스톤(46)과 펌프 피스톤(62)의 속도 증가 효과를 도시한다. 가는 연속선은 펌프부(41)을 나타내고, 굵은 연속선은 펌프부(42)를 나타내고, 점선은 펌프부(43)를 나타낸다. 전자 제어 장치(70)는 고압 펌프(40)에 의해 전달되는 액화 가스 유동의 부하/크기에 관계없이 구동 피스톤(46)이 80mm 행정에 도달할 때 구동 챔버(48)를 탱크에 연결하도록 유압 제어 밸브(24)에 신호를 보낸다. 관성과 고속 때문에 구동 피스톤(46)의 정지/후진 위치는 25% 부하의 85mm로부터 50% 부하의 89mm, 100% 부하의 98mm로 변화한다.

도 11은 부하가 높을 때 짧은 행정에서 및 부하가 낮을 때 긴 행정에서 구동 챔버(48)를 탱크에 연결함으로써 구동 피스톤(46)/펌프 피스톤(62)의 속도 증가를 보정하는 전자 제어 장치(70)의 효과를 도시하는 그래프이다. 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 전자 제어 장치(70)는 이러한 방식으로 구동/펌프 행정의 종료 위치를 정확하게 제어할 수 있다.

상기 그래프의 예에서, 다음 구동 실린더의 25% 부하(즉, 고압 펌프(40) 최대 용량의 25%)에 대해 구동 챔버(48)를 탱크에 연결하기 위한 신호는 앞의 실린더가 구동 챔버 내로 75mm일 때 나온다. "앞의" 구동 실린더의 구동 챔버는 구동 챔버 내로 93mm 일 때 탱크에 연결된다. 다음 구동 실린더 "신호 켜짐"의 고압 공급원 연결과 "앞의" 실린더 "신호 꺼짐"의 탱크 연결은 아래 표 1에 나와 있다.

	25% 부하	45% 부하	70% 부하	100% 부하
신호 켜짐	75 mm	75 mm	75 mm	75 mm
신호 꺼짐	93 mm	86 mm	83 mm	80 mm
정지 위치	97 mm	97 mm	97 mm	97 mm

물론, 펌프 실린더(61)의 마모를 줄이기 위해 전자 제어 장치(72)가 의도적으로 시작 위치를 변경하도록 프로그래밍하는 것 또한 여전히 가능하다.

일 실시예에서, 전자 제어 장치(70)는 펌프 실린더(61)의 마모를 줄이기 위해 펌프 피스톤(62)이 펌프 피스톤(62)의 행정 영역에서 역전되는 위치를 분배하기 위해 알고리즘이나 계획에 따라, 또는 임의로, 관련 구동 피스톤(46)의 구동 챔버(48)가 고압 유압유 공급원(20)으로부터 분리되는 구동 피스톤(46)의 위치를 조정하도록 구성된다. 펌프 실린더(61)의 마모는 펌프 행정이 종료되는 위치에서 가장 높다고 알려져 있다. 펌프 행정의 종료 위치를 변경하면 펌프 실린더(61)의 마모가 더 큰 영역으로 분산되어 펌프 실린더(61)의 수명이 상당히 증가할 수 있다.

일 실시예에서, 전자 제어 장치(70)는 구동 챔버(48)에 공급되는 유압유의 압력을 제어하는 것과 독립적으로 각각의 구동 피스톤(46)의 작동과 정지를 제어하도록 구성된다. 따라서, 상기 구동 피스톤의 작동을 위한 제어 전략은 압력 제어와 독립적으로 상기 전자 제어 장치(70)에 의해 최적화 될 수 있다.

본 발명을 본 명세서의 다양한 실시예와 함께 설명했다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형들은 도면, 개시된 내용 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 본 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해 및 실시될 수 있다. 본 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, "하나의" 또는 "한 개"는 복수를 배제하지 않는다. 상기 전자 제어 장치는 별도의 전자 제어 장치의 결합에 의해 형성될 수 있다. 특정 방안들이 서로 다른 종속항에서 인용된다는 단순한 사실만으로 방안으로 사용된 이들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다. 청구범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

8 액화 가스 저장 탱크 14 고압 기화기
24 제어 밸브 40 고압 펌프
45 구동 실린더 46 구동 피스톤
47 리턴 챔버 48 구동 챔버
60 전자 제어 장치 62 펌프 피스톤

Claims

대형 2 행정 압축 점화 내연기관에 고압 가스를 공급하기 위한 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 내연기관은 엔진의 연소실 내로 분사하기 위한 연료 분사 시스템을 구비하고,
상기 연료 공급 시스템은,
액화 가스 저장 탱크(8)의 출구를 고압 펌프(40)의 입구에 연결하여 상기 액화 가스 저장 탱크(8)로부터 상기 고압 펌프(40)로 액화 가스를 운반하는 피드 도관(9);
상기 고압 펌프(40)의 출구를 고압 기화기(14)의 입구에 연결하여 상기 고압 펌프(40)로부터 상기 고압 기화기(14)로 고압 액화 가스를 운반하는 이송 도관(50); 및
상기 고압 기화기(14)의 출구를 상기 엔진의 연료 분사 시스템의 입구에 연결하여 고압 기화 가스를 상기 엔진의 연료 분사 시스템으로 운반하는 공급 도관(18)을 포함하고,
상기 고압 펌프(40)는 개별적으로 작동되는 두 개 이상의 극저온 펌프부(41,42,43)들을 포함하고,
각각의 상기 극저온 펌프부(41,42,43)는 펌프 피스톤(62)의 구동을 위해 구동 피스톤(46)이 상기 펌프 피스톤(62)에 결합되고, 펌프 실린더(61) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 상기 펌프 피스톤(62)과 구동 실린더(45) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 유압 동력의 상기 구동 피스톤(46)을 포함하며,
각각의 상기 극저온 펌프부(41,42,43)는 관련된 상기 극저온 펌프부(41,42,43)의 상기 구동 실린더(45)로의 유압유의 유동 및 상기 구동 실린더(45)로부터의 유압유의 유동을 제어하기 위해 고압 유압유 공급원(20)과 탱크에 연결되는 제어 밸브(24)를 포함하고, 상기 제어 밸브(24)는 전자 제어 밸브이고, 상기 구동 실린더(45)에는 관련된 상기 구동 실린더(45) 내 상기 구동 피스톤(46)의 위치를 감지하기 위한 위치 센서(56)가 제공되고,
상기 고압 펌프(40)를 제어하도록 구성된 전자 제어 장치(70)를 더 포함하고, 상기 전자 제어 장치(70)는 상기 극저온 펌프부(41, 42, 43)의 상기 위치 센서(56) 각각으로부터 신호를 수신하고, 상기 전자 제어 장치(70)는 상기 극저온 펌프부(41, 42, 43)의 상기 위치 센서(56)로부터의 신호를 사용하여 상기 고압 펌프(40)의 작동을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 고압 유압유 공급원(20)은 가변적이고 제어될 수 있는 압력 수준의 공급원인 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 구동 실린더(45)는 구동 챔버(48)와 리턴 챔버(47)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 구동 챔버(48)는 상기 제어 밸브(24)에 연결되고 상기 리턴 챔버(47)는, 상기 고압 유압유 공급원(20)의 압력보다 낮은 압력을 갖는 유압유 공급원(30)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 극저온 펌프부(41,42,43)의 상기 구동 챔버(48)를 상기 고압 유압유 공급원(20) 또는 탱크에 선택적으로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 구동 피스톤(46)의 펌프 행정이 그 종료에 가까워질 때 다른 구동 피스톤(46)의 펌프 행정을 시작하도록 구성되어, 종료 펌프 행정과 시작 펌프 행정 사이에 중첩이 있게 되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 고압 펌프(40)로부터 상기 고압 기화기(14)로 고압 액화 가스에 대해 일정한 유동을 얻기 위해 종료 펌프 행정의 동역학과 시작 펌프 행정의 동역학을 고려하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 고압 펌프(40)로부터 상기 고압 기화기(14)로 액화 가스 유동의 크기와 관련하여 상기 구동 챔버(48)가 상기 고압 유압유 공급원(20)으로부터 분리되는 구동 피스톤(46)의 위치를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 고압 펌프(40)로부터 상기 고압 기화기(14)로 액화 가스 유동이 증가할 때 관련된 상기 구동 피스톤(46)의 상기 구동 챔버(48)가 상기 고압 유압유 공급원(20)의 상기 공급원으로부터 구동 행정 방향과 반대 방향으로 분리되는 상기 구동 피스톤(46)의 위치를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 고압 펌프(40)로부터 상기 고압 기화기(14)로 액화 가스 유동이 감소할 때 관련된 상기 구동 피스톤(46)의 상기 구동 챔버(48)가 상기 고압 유압유 공급원(20)으로부터 구동 행정 방향의 방향으로 분리되는 상기 구동 피스톤(46)의 위치를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 3에 있어서,
하나 이상의 상기 극저온 펌프부(41,42,43)의 상기 구동 실린더(45)로의 유압유의 유동 및 상기 구동 실린더(45)로부터의 유압유의 유동을 제어하기 위해 상기 고압 유압유 공급원(20)과 탱크에 연결되는 적어도 하나의 상기 제어 밸브(24)를 더 포함하며,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 펌프 실린더(61)의 마모를 줄이기 위해 상기 펌프 피스톤(62)이 상기 펌프 피스톤(62)의 행정 영역에서 역전되는 위치를 분배하기 위해 알고리즘이나 계획에 따라 또는 임의로, 관련된 상기 구동 피스톤(46)의 상기 구동 챔버(48)가 상기 고압 유압유 공급원(20)으로부터 분리되는 위치를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 구동 챔버(48)에 공급되는 유압유의 압력을 제어함으로써 상기 이송 도관(50) 내 액화 가스의 압력을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 구동 챔버(48)에 공급되는 유압유의 압력을 제어함으로써 피드-포워드 기능으로 상기 이송 도관(50) 내 액화 가스의 압력을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 구동 챔버(48)에 공급되는 유압유의 압력을 제어함으로써 피드-백 기능으로 액화 가스 또는 기화 가스의 압력을 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 전자 제어 장치(70)는 상기 구동 챔버(48)에 공급되는 유압유의 압력을 제어하는 것과 독립적으로 각각의 상기 구동 피스톤(46)의 작동과 정지를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
청구항 1에 따른 고압 가스 분사 시스템과 연료 공급 시스템을 갖추는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화 내연기관.
청구항 16에 따른 내연기관으로 구성되고 액화 가스 저장 탱크를 갖춘 것을 특징으로 하는 선박.
고압 가스를 엔진 내로 분사하기 위해 내연기관에 고압으로 기화된 가스를 공급하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
액화 가스 저장 탱크(8)에 액화 가스를 저장하는 단계;
고압 펌프(40)를 사용하여 상기 액화 가스를 고압 기화기(14)로 펌핑하는 단계;
상기 고압 기화기(14)에서 상기 액화 가스를 기화하는 단계; 및
기화된 상기 고압 가스를 상기 엔진에 공급하는 단계를 포함하고,
상기 고압 펌프(40)는 개별적으로 작동되는 두 개 이상의 극저온 펌프부(41,42,43)를 포함하고.
각각의 상기 극저온 펌프부(41,42,43)는 펌프 피스톤(62)을 구동하기 위해 구동 피스톤(46)이 상기 펌프 피스톤(62)에 결합되고, 펌프 실린더(61) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 상기 펌프 피스톤(62)과 구동 실린더(45) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 유압 동력의 상기 구동 피스톤(46)을 포함하되,
각각의 상기 극저온 펌프부(41,42,43)는 관련된 상기 극저온 펌프부(41,42,43)의 상기 구동 실린더(45)로의 유압유의 유동 및 상기 구동 실린더(45)로부터의 유압유의 유동을 제어하기 위해 고압 유압유 공급원(20)과 탱크에 연결되는 제어 밸브(24)를 포함하고, 상기 제어 밸브(24)는 전자 제어 밸브이고,
상기 방법은,
각각의 상기 극저온 펌프부(41,42,43)의 상기 구동 실린더(45) 내의 상기 구동 피스톤(46)의 위치를 센싱하는 단계;
별도로 상기 극저온 펌프부(41,42,43)의 상기 구동 피스톤(46)을 구동하기 위해 고압의 유압유를 상기 구동 실린더(45)에 개별적으로 공급하는 단계; 및
상기 극저온 펌프부(41,42,43)의 상기 구동 실린더(45)에 공급되는 유압유의 압력을 개별적으로 제어함으로써 상기 고압 펌프(40)를 떠나는 액화 가스의 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 구동 피스톤(46)의 펌프 행정이 그 종료에 가까워질 때 다른 구동 피스톤(46)의 펌프 행정을 시작하도록 구성되어, 종료 펌프 행정과 시작 펌프 행정 사이에 중첩이 있게 되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 19에 있어서,
각각의 상기 구동 실린더(45)를 연속적으로 작동하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 19에 있어서,
각각의 상기 구동 실린더(45)를 연속적으로, 일부 중첩되게 작동하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 고압 펌프(40)로부터 상기 고압 기화기(14)로 고압 액화 가스에 대해 일정한 유동을 얻기 위해 종료 펌프 행정의 동역학과 시작 펌프 행정의 동역학을 고려하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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