KR20120104581A

KR20120104581A - 에멀션 연료 가능화 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20120104581A
Application number: KR1020127016156A
Authority: KR
Inventors: 수이 추안 탄
Original assignee: 푸 유 터 케미컬 테크놀로지 (션전) 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-09-21
Also published as: JP2013511656A; JP5960602B2; KR101837539B1; EP2505817A1; EP2505817A4; WO2011060622A1; US20120240875A1; CN102686865A; RU2559091C2; US8925498B2; RU2012126157A; CN102686865B

Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 에멀션 연료 가능화 시스템의 일 태양은 프리믹스 워터(premix water, WDE를 형성하기 위해 디젤과 섞이기 위해 사전 배합된 물)를 담은 프리믹스 워터 탱크; 상기 프리믹스 워터 탱크와 디젤 연료 탱크에 연결되어, WDE를 생산하기 위해, 2 부분 디젤과 1 부분 프리믹스 워터의 비율로, 상기 프리믹스 워터와 디젤을 혼합하는 WDE 혼합 모듈; 디젤 연료 탱크, 상기 WDE 혼합 모듈, 엔진 반환 연료 라인 및 주 연료 공급 라인에 연결되는 듀얼 연료(dual-fuel) 반환 연료 가능화 모듈; 상기 주 연료 공급 라인 및 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 연결되고, WDE 연료를 사전 가열하기 위해 엔진의 냉각수로부터 열을 공급받는 열 교환 모듈; 상기 디젤 연료 탱크와 상기 주 연료 공급 라인의 주입구에 연결되는 제1 정화 라인; 상기 주 연료 공급 라인의 배출구 및 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 연결되는 제2 정화 라인; 및 전기 전송선 및 신호 전송선을 통해 상기 WDE 혼합 모듈, 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈 및 상기 열 교환 모듈에 연결되는 듀얼 연료 관리 모듈을 포함하되, 상기 엔진의 냉각 온도에 따라 상기 엔진에 공급할 연료 타입을 선택하고, 점화 스위치가 꺼질 때 정화 주기를 시작하며, 상기 제1 정화 라인은 상기 엔진의 내부 연료 시스템을 정화하기 위해 보조 연료 라인으로부터의 디젤 연료를 사용하고, 상기 제2 정화 라인은 상기 제1 정화 라인, 주 연료 라인, 상기 제2 정화 라인 및 듀얼 연료로부터 시작하여 상기 주 연료 라인에 맞게 설정된 부품들 및 상기 주 라인으로부터 WDE 연료를 정화할 수 있다.

Description

에멀션 연료 가능화 시스템 및 방법{EMULSION FUEL ENABLING SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 디젤 엔진 작동에 관한 것이다. 디젤 엔진이 디젤 또는 물-디젤-에멀션(WDE) 연료 중 어느 하나로 작동할 수 있도록 한다. 본 발명은 디젤-연료 보일러뿐만 아니라 디젤 엔진에도 적용된다.

WDE는 에너지 절약 및 배출 감축의 친환경 연료로서, 즉, 연료를 절약하고 이산화탄소 배출을 줄인다. 시장에 적용 가능한 상당히 많은 종류의 WDE가 존재한다. WDE는 다루어져야 할 필요가 있는 많은 문제점들이 있다.

1) WDE는 본질적으로 불안정하다.

에멀션은 다른 액체(연속상, continuous phase) 내에 분산된 하나의 액체(분산상, dispersed phase)로 정의된다. 예를 들어, WDE는 디젤(연속상) 내에 분산된 작은 물 방울들(분산상)로 이루어진다. 물은 디젤보다 농도가 더 높기 때문에, 중력은 분산된 물방울이 가라앉도록 할 것이다. 이는 연료 탱크에서 발생할 뿐만 아니라, 연료 탱크로부터 연료 주입기까지, 연료 공급 시스템을 통틀어 발생한다. 이러한 현상은 연료의 밀도와 엔진 성능에 부정적 영향을 미친다.

2) WDE로 작동시의 동력 손실.

모든 선두적인 위치의 WDE 공급자들은 수분 함량에 비례하는 엔진 동력의 손실을 언급한다.

3) 약 40 CST에서의 WDE의 점성도는 순수 디젤의 점성도보다 훨씬 높다. 이는 연료 운반율에 불리한 영향을 미친다. 다시 말해서, 디젤 사용을 위해 설계된 연료 시스템에 어떠한 개선이 이루어지지 않는다면 엔진으로의 연료 운반 현저하게 감소될 것이다.

4) WDE로 작동시의 낮은 속도의 엔진 불안전성.

5) WDE로 작동하는 운송수단이 디젤을 사용하여 재작동하기 전에 연료 시스템 전체가 WDE를 제거해야 한다. 예를 들어, 특허 번호 03227816.0의 디젤 에멀션 장비는 그 발명에 적합한 엔진만이 WDE로 작동할 수 있다고 언급하고 있다.

6) 연료 재공급 기능의 결여. 다른 공급자로부터의 WDE 연료들은 다른 것들과 서로 함께 배합할 수 없다. 현 WDE 공급자들은 다양한 유화(emulsifying) 기술들을 사용한다. 유화 공식은 컴퓨터 어플리케이션 소프트웨어와 같다. 각 소유주의 공식은 다른 것과 서로 양립 불가능하다.

7) 현 에멀션 연료 사용자들은 도시 버스, 보일러, 원양 항행용의 선박 및 발전소에 한정되어 있다.

8) 현 듀얼 연료 장비 (WDE와 디젤)의 공급자들은 불완전하고 실시 불가능한 방식이다. 예를 들어, 특허 번호 200820089521.9 "디젤 엔진 에멀션 연료 및 디젤 연료 듀얼 연료 공급 장치" 는 엔진의 반환 연료에 대해 다루지 않는다. 반환 연료는 기체 방울, 에멀션 연료, 및 이젤 또는 이 세 가지의 조합을 포함할 수 있다. 이는 반환되는 연료 탱크의 연료 품질에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 다루어져야 하는 문제이다. 상기 발명은 근본적으로 실시 불가능하다. 반환 연료를 위한 제3 탱크의 추가는 "연통관(communicating vessels)"의 원칙에 직면하는데, 예를 들어, 모든 연통관들의 액위(liquid levels)는 동일할 것이다.

9) 미리 조합된 WDE 연료를 공급하는 종래의 기술은 상품에 대한 높은 가격과 같은 문제에 직면한다. WDE 연료 공급자의 통제를 뛰어 넘어 요동치는 디젤 가격은 손실 방지를 곤란하게 할 것이다. WDE의 생산은 정부 규제기관의 승인을 필요로 한다.

WDE로 작동하는 엔진은 시동이 어렵다.

본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하고자 한다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 에멀션 연료 가능화 시스템의 일 태양은 프리믹스 워터(premix water, WDE를 형성하기 위해 디젤과 섞이기 위해 사전 배합된 물)를 담은 프리믹스 워터 탱크;

상기 프리믹스 워터 탱크와 디젤 연료 탱크에 연결되어, WDE를 생산하기 위해 (2 부분 디젤과 1 부분 프리믹스 워터의 비율로) 상기 프리믹스 워터와 디젤을 혼합하는 WDE 혼합 모듈;

디젤 연료 탱크, 상기 WDE 혼합 모듈, 엔진 반환 연료 라인 및 주 연료 공급 라인에 연결되는 듀얼 연료(dual-fuel) 반환 연료 가능화 모듈;

상기 주 연료 공급 라인 및 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 연결되고, WDE 연료를 사전 가열하기 위해 엔진의 냉각수로부터 열을 공급받는 열 교환 모듈;

상기 디젤 연료 탱크와 상기 주 연료 공급 라인의 주입구에 연결되는 제1 정화 라인;

상기 주 연료 공급 라인의 배출구 및 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 연결되는 제2 정화 라인; 및

전기 전송선 및 신호 전송선을 통해 상기 WDE 혼합 모듈, 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈 및 상기 열 교환 모듈에 연결되는 듀얼 연료 관리 모듈을 포함하되,

상기 엔진의 냉각 온도에 따라 상기 엔진에 공급할 연료 타입을 선택하고, 점화 스위치가 꺼질 때 정화 주기를 시작하며,

상기 제1 정화 라인은 상기 엔진의 내부 연료 시스템을 정화하기 위해 보조 연료 라인으로부터의 디젤 연료를 사용하고,

상기 제2 정화 라인은 상기 제1 정화 라인, 주 연료 라인, 상기 제2 정화 라인 및 듀얼 연료로부터 시작하여 상기 주 연료 라인에 맞게 설정된 부품들 및 상기 주 라인으로부터 WDE 연료를 정화할 수 있다.

더 나아가, 상기 프리믹스 워터 탱크와 상기 디젤 연료 탱크는 고정 혼합기를 통해 상기 WDE 혼합 모듈에 연결될 수 있다.

더 나아가, 상기 WDE 혼합 모듈은 혼합 탱크, 스프레이 분사 유닛 및 액위 센서를 포함하되, 상기 스프레이 분사 유닛의 노즐은 상기 혼합 탱크의 내부에 위치하고, 상기 액위 센서도 상기 혼합 탱크의 내부에 위치하며, 상기 스프레이 분사 유닛과 상기 액위 센서는 모두 상기 듀얼 연료 관리 모듈에 연결될 수 있다.

더 나아가, 상기 듀얼 연료 반환 연료 모듈은 듀얼 연료 반환 연료 가능화 탱크, 반환 연료 밸브 및 연료 공급 밸브를 포함하되, 상기 반환 연료 밸브는 상기 연료 공급 밸브의 상부에 위치할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 에멀션 연료 가능화 방법의 일 태양은 엔진의 점화 스위치가 켜질 때 디젤 연료가 보조 연료 라인을 통해 디젤 연료 탱크로부터 공급되고, 상기 엔진이 동작을 시작할 때 듀얼 연료 관리 모듈이 WDE 연료 혼합 탱크 내부에 남은 WDE 연료의 재순환을 시작하는 단계;

상기 엔진의 가동 이후의 현 시간 구간 이후에, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 보조 연료 라인의 벨브를 닫고, 주 연료 라인의 벨브를 개방하여, 연료가 상기 주 연료 라인을 통해 공급되는 단계;

상기 엔진의 냉각기의 온도가 연속적으로 상기 듀얼 연료 관리 모듈에 의해 감시되고, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 엔진의 냉각기의 온도에 따라 상기 엔진으로 공급할 연료의 타입을 선택하되, 만약 상기 냉각기의 온도가 사전 설정된 온도까지 가열되면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 WDE 연료를 공급하기 시작하고, 만약 상기 냉각기의 온도가 상기 사전 설정된 온도 아래로 떨어지면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 엔진에 디젤을 공급하도록 되돌리는 단계;

상기 엔진에 공급되기 전에 상기 엔진의 냉각기에 의해 사전 가열된 상기 WDE 연료가 열 교환 모듈을 통과하는 단계; 및

상기 엔진의 점화 스위치가 꺼질 때, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 엔진을 정지하기 전의 현 구간 동안에 상기 엔진을 계속하여 작동하는 단계를 포함하되, 상기 엔진을 계속하여 작동하는 단계는 상기 주 연료 라인의 벨브를 닫고, 상기 보조 연료 라인의 벨브를 개방하고, 디젤 연료가 상기 보조 연료 라인을 통해 상기 엔진으로 공급되며, 이는 상기 엔진의 WDE 연료를 정화하고 상기 주 연료 라인에 맞게 설정된 부품 및 상기 주 라인으로부터의 WDE를 정화할 수 있다.

더 나아가, 상기 프리믹스 워터와 디젤은 고정 혼합기를 통과하되, 상기 고정 혼합기는 두 액체가 WDE 혼합 모듈로 주입되기 전에 혼합되는 곳일 수 있다.

더 나아가, WDE 혼합 모듈은 WDE의 생산량이 상기 엔진의 연료 흡입 속도에 부합하도록 수요량을 근거로 WDE를 생산하는 에멀션 연료 가능화 방법.

더 나아가, 상기 수요량을 근거로 하는 WDE 연료의 생산은,

상기 듀얼 연료 관리 모듈이, 디젤 및 프리믹스 워터가 WDE 혼합 탱크로 분사되기 전에 혼합되는 장소인 상기 고정 혼합기 안으로 상기 디젤 및 상기 프리믹스 워터를 제어하는 단계;

스프레이 분사 유닛이 스프레이 분사 노즐을 통해 혼합 탱크의 내용물을 재순환하는 단계;

상기 WDE 혼합 탱크 내에 위치한 액위 센서 변환기가 탱크 내의 액위를 감지하고, 감지한 정보를 상기 듀얼 연료 관리 모듈로 전송하되, 만약 WDE의 액위가 사전 설정된 상위 레벨에 도달하면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 혼합 탱크에 디젤 및 프리믹스 워터 공급을 중단하고, 스프레이 분사 유닛은 상기 중단 이전의 사전 설정된 기간 동안 상기 혼합 탱크의 상기 내용물을 계속하여 재순환하고, 만약 WDE의 액위가 사전 설정된 하위 레벨에 도달하면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 혼합 탱크에 디젤 및 프리믹스 워터 공급을 시작하는 단계를 포함할 수 있다.

더 나아가, 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈은 반환 연료 벨브와 연료 공급 벨브를 포함하되, 상기 반환 연료 벨브는 상기 연료 공급 벨브보다 높은 지점에 위치하고, 상기 연료 공급 벨브는 연료 레벨이 낮을 때 자동적으로 개방하며, 상기 연료 공급 벨브는 연료 레벨이 높을 때 닫히며, 보충 연료는 상기 벨브가 개방된 때 상기 탱크로 주입되고, 상기 벨브가 닫힌 때 주입을 정지하며, 상기 보충 연료는 디젤 또는 WDE일 수 있다.

더 나아가, 상기 WDE 혼합 모듈이 고장난 경우,

(1)상기 엔진의 냉각기 온도가 사전 설정된 온도 아래로 내려가는 경우

(2)상기 프리믹스 워터 탱크의 레벨이 사전 설정된 하위 레벨 아래로 내려가는 경우

(3)디젤 연료 탱크의 레벨이 사전 설정된 하위 레벨 아래로 내려가는 경우

중, 적어도 어느 하나 이상의 조건과 같은 시스템 문제가 발생했음을 감지한 때, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 자동적으로 상기 엔진으로 디젤 연료를 공급할 수 있다.

본 발명인 에멀션 연료 가능화 시스템 및 방법은, 엔진에 대한 개선 필요 없이, 및 상기 언급된 많은 WDE 적용 문제점들 없이, 디젤 연료로부터 WDE로, 및 그 반대로 디젤 엔진을 부드럽게 전환할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 WDE 가능화 시스템 및 방법의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WDE 혼합 모듈에 대한 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 대한 계통도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 교환 모듈에 대한 계통도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정화 라인에 대한 계통도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 연료 관리 모듈에 대한 계통도이다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

WDE 혼합 모듈은 WDE를 생산하기 위해 프리믹스 워터와 디젤을 혼합한다. 프리믹스 워터는 계면활성제와 물이 각각 1: 40 내지 1: 90의 비율로 구성된다. 프리믹스 워터는 장비의 크기를 줄이도록 함으로써 혼합 시간을 단축한다. 기름 물 결합제(Oil water binding agent)는 미국산 Lubrizol과 이탈리아산 Gecam과 유사한 일종의 계면활성제이다. 도 2 및 6은 디젤 엔진 시동에 대해 언급한다. 엔진이 작동을 시작할 때 듀얼 연료 관리 모듈은 벨브(8)을 개방하고 펌프(24)를 열어 혼합 탱크 내의 WDE 내용물을 재순환한다. 이는 혼합 탱크 안의 분사 노즐(36)을 통해 분사 펌프(24)와 주입구(40)를 거쳐 혼합 탱크 안의 WDE 내용물을 재순환하게 한다. 혼합 탱크 내의 WDE 내용물은 또한 벨브(8)와 분사 펌프(24) 및 분사 노즐(36)을 통해 혼합 탱크로 재순환한다. 사전 설정된 기간 이후, 분사 펌프(24)가 멈추고 벨브(8)가 닫힌다. 재순환의 목적은 WDE 연료의 농도를 보장하는 것이다.

벨브(7)은 엔진 시동 및 사전 설정된 시간 동안에 닫혀 있다. 엔진의 냉각기 온도가 변환기 개방 벨브(1)에 따라 및 자동 압력 온/오프 펌프(25)에 따라 사전 설정된 온도에 도달한 때, 밸브(3)를 닫고, WDE 공급을 시작한다. WDE 연료는 벨브(1), 자동 압력 온/오프 펌프(25)를 거쳐 혼합 탱크(18)로부터 듀얼 연료 가능화 모듈로 공급된다. 레벨 변환기(34)가 혼합 탱크(18) 안의 WDE 레벨을 감시한다.

단계 1: 액위(liquid level)가 하한 레벨에 도달한 때, 듀얼 연료 관리 모듈은 WDE를 만들기 위해 디젤과 프리믹스 워터를 비율에 따라 혼합한다. 프리믹스 워터와 디젤의 혼합 비율은 1:1.5 내지 1:3 v/v이다. 프리믹스 워터는 프리믹스 워터 탱크(30)로부터 필터(11), 유량계(28), 수동 유량 제어 벨브, 솔레노이드 벨브(9), 측량 펌프(22), 및 체크 벨브(51)를 거쳐 공급된다. 프리믹스 워터와 디젤 모두 섞이는 장소인 고정 혼합기에 들어가고 노즐(35)를 거쳐 혼합 탱크로 들어간다.

단계 2: 분사 공정은 보다 작고 균일한 물 방울을 만든다. 분사 펌프(24)가 동작을 시작하고, WDE는 혼합 탱크(18)로 들어가기 전에 분사 펌프(24)를 거치고 분사 노즐(36)을 통하여 주입구(40)로 들어간다. 액위가 상한 레벨에 도달한 때, 연료 혼합을 중단한다. 제2 사전 설정된 시간 동안에, 분사 펌프(24)는 멈춘다. WDE 혼합 탱크 하한 액위는 탱크 바닥으로부터 탱크의 3분의 1 높이에 사전 설정된다. WDE 재순환 배출구는 액위 변환기의 하한 레벨 아래에 위치해야 한다.

WDE 혼합 모듈의 장점.

1. 프리믹스 워터 생산 공정이 단순하고, 품질 제어가 쉬워질 수 있으며, 확장하는 판매망과 함께 대량 판매 상품이 될 수 있다.

2. WDE 생산 주기를 단축한다. 3. 혼합 탱크가 WDE가 만들어지는 상부와 사용 준비된 WDE가 임시로 저장되는 하부로 분리된다. 이러한 방식은 장비 크기 축소를 가능하게 하여 사용 준비된 WDE를 담을 추가적인 탱크의 필요성을 제거한다.

도 3 및 6은 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 관한 것이다. 엔진 반환 연료는 듀얼 연료 반환 연료 가능화 탱크 안으로 보내어진다. 디젤 연료 탱크, 프리믹스 워터 탱크 및 듀얼 연료 반환 연료 가능화 탱크가 연결된 때, "연통관(communicating vessels)" 현상을 제거하기 위해 두 개의 플로우트 벨브(float valve)들 또는 솔레노이드 벨브들이 격리체(isolator)들로서의 역할을 수행한다. 이는 또한 반환 연료로부터의 공기 방울의 통기(venting)을 가능하게 한다.

도 3은 반환 연료 라인(46), 반환 연료 벨브(43), 듀얼 연료 반환 연료 가능화 탱크(19)에 관한 것이다. 반환 연료 내의 공기는 통기 벨브(42)를 거쳐 뿜어져 배출된다.

다음에, 통기된 무기체(air free) 연료는 주 연료 라인으로 되돌려 보내어진다. 연료 공급 벨브(44)는 보충 연료 공급을 제어한다. 반환 연료 벨브(43)는 엔진 반환 연료를 제어한다. 반환 연료 벨브는 연료 공급 벨브보다 더 높은 곳에 위치해야 한다. 반환 연료는 항상 첫번째로 사용된다. 듀얼 연료 반환 연료 탱크 안의 연료 레벨이 낮은 때, 연료 공급 벨브(44)가 개방되고, 자동 압력 온/오프 펌프가 보충 연료 공급을 시작한다. 액위가 높은 때 벨브(44)가 닫힌다. 벨브(44)가 닫히는 때, 듀얼 연료 반환 연료 가능화 탱크 내의 액위는 벨브(43)에 이를 수 없다. 따라서, "연통관(communicating vessels)" 현상이 발생하는 것을 방지한다.

이러한 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈을 사용하는 것은 다음과 같은 장점이 있다.

1. 반환 연료가 디젤 연료 탱크 또는 WDE 혼합 탱크로 들어가는 것을 방지한다.

2. "연통관(communicating vessels)" 현상을 제거한다.

3. 반환 연료 공기 방울들을 통기시킨다.

4. 자동 압력 온/오프 펌프가 중력을 이용한 공급 법(gravity feed)의 제약 없이 운송 수단상 시스템 설치를 용이하게 한다.

열 교환 모듈: 엔진의 냉각기에 의해 흡수되는 엔진 소모 열은 열 교환기를 거쳐 WDE로 전달된다. 엔진에 공급되기 전에 WDE 연료를 가열함으로써 엔진 작동의 역효과가 발생함이 없이 수분 함량을 증가시실 수 있다. 또한 WDE를 가열하는 것은 연료 분사 특성을 개선하기 위해 점성도 낮추게 되며, 이는 결국 연료 연소를 개선한다. 엔진 소비 열은 엔진의 냉각기에 의해 제거되어 라디에이터를 거쳐 대기로 방출된다. 엔진 작동 온도는 그 냉각 시스템에 의해 약 섭씨 80도 정도로 자동적으로 유지된다. WDE를 사전 가열하기 위해 엔진 냉각기를 사용하는 것은 안전하면서도 동시에 친환경적이다.

도 4는 엔진 시동에 관한 것이다. 벨브(7)가 닫치고 벨브(2)가 개방되는 때, 연료는 보조 연료 라인(45)을 통하여 공급된다. 사전 설정된 기간 이후에, 벨브(2)가 닫히고, 벨브(7)가 열린다. 그 다음에, 연료가 주 연료 라인(47)을 통해 공급된다. WDE는 냉각기 온도가 사전 설정된 온도에 도달하는 때 공급된다. WDE는 열 교환(21)을 거쳐 엔진의 냉각기에 의해 사전 가열되고, 그 다음에 주 연료 라인(47), 필터(13), 솔레노이드 벨브(7), 보조 연료 펌프(26), 엔진 공급 연료 펌프(27)를 통과하여 공급된다. 열 교환 모듈을 사용하는 것은 다음과 같은 장점을 갖는다.

1.WDE 점성도를 낮추고, 연료 분사 특성을 개선하며, 더 많은 완전 연소가 일어난다.

2.WDE의 수분 함량을 증가시킨다.

3.WDE 연료 공급율을 개선한다.

4.WDE로 동작되는 때 엔진 동력 출력을 개선한다.

5.WDE로 동작되는 때 저속 엔진의 안정성.

정화 경로(purge route): 엔진의 연료 공급 라인과 내부 연료 시스템은 정지되기 전에 WDE가 제거된다. 연료 주입기들은 WDE를 제거함으로써 뜨거운 노즐들로 인해 WDE의 수분 성분이 에멀션 연료에서 끌어 나오는 것을 방지한다. 연료 공급 라인을 정화시키는 것은 차가운 엔진이 순수한 디젤로 작동할 수 있도록 한다.

도 5는 정화 라인 1 및 2의 위치를 도시한다. 점화 스위치가 꺼지는 때, 듀얼 연료 관리 모듈은 연료 라인 정화를 가능하도록 하기 위해 사전 설정된 기간 동안 엔진의 정지를 연기한다. 제1 정화 경로: 개방된 벨브(2)와 닫힌 벨브(7)는 보조 연료 라인으로부터의 디젤 연료가 엔진으로 공급되도록 한다. 이는 앤진 내부 연료 시스템에서 WDE 연료를 제거하게 된다. 제2 정화 경로: 개방된 벨브(3, 4, 5)와 닫혀진 벨브(1 및 6)은 디젤이 벨브(3)로부터 펌프(25)로 공급되도록 하는데, 이후 펌프(25)는 벨브(4), 주 라인(47), 열 교환(21), 벨브(5), 정화 라인(2)을 거쳐, 및 탱크(19) 안으로 디젤을 퍼 올린다. 이는 주 라인 및 그와 관련된 부품들에서 WDE를 제거하게 된다. 체크 벨브(17)는 디젤이 곧바로 탱크(19)로 흘러 들어가는 것을 방지한다. 정화는 다음과 같은 장점이 있다.

1. 엔진에 가해질 수 있는 수해(water damage)를 방지한다.

2. 디젤을 활용한 엔진 시동이 수월해진다.

3. 디젤을 담는 주 연료 라인은 준비 기간 동안에 차가운 엔진이 디젤로 가동할 수 있게 한다.

듀얼 연료 관리 모듈은 엔진을 작동하는 에멀션 연료 가능화 시스템을 제어하는데 사용된다. 이는 엔진이 디젤과 WDE 작동 조건들을 충족시키면서 디젤과 WDE 간에 부드럽게 스위칭하는 것을 가능하게 한다.

도 1 및 도 6은 엔진의 시작부터 정상 동작 및 정지까지의 작동에 대한 것이다. 듀얼 연료 관리 모듈은 보조 연료 라인을 통해 디젤의 공급을 제어한다. 엔진이 정상적으로 동작하는 때, 에멀션 연료 가능화 시스템이 작동을 개시한다. 벨브(8)이 개방되고, 분사 펌프(24, misting pump)가 작동을 시작하며, 혼합 탱크(18) 내의 WDE 연료가 날림 펌프의 주입구(40) 안으로 흘러 들어가 날림 펌프(24)로 이송되고, 이어 분사 노즐(36, misting nozzle)로 이송되며, 혼합 탱크(18)로 되돌아 온다. WDE는 동시에 벨브(8)을 통해 WDE 연료 공급 라인을 통과하여 흘러 분사 펌프(24)로 이송되고, 분사 노즐(36)을 통해 혼합 탱크(18)로 이송된다. 분사 펌프(24)가 정지하고 벨브(8)가 사전 설정된 기간 이후에 닫히게 된다. 사전 설정된 기간 이후에, 주 연료 공급 라인이 개방되고 보조 연료 공급 라인이 닫히게 된다. 듀얼 연료 관리 모듈은 엔진의 냉각기 온도가 사전 설정된 온도에 이르렀을 때 WDE 연료의 공급을 시작한다. 듀얼 연료 관리 모듈은 엔진의 냉각기 온도가 사전 설정된 온도 아래로 떨어지는 때 디젤 공급을 시작한다. 듀얼 연료 관리 모듈은 WDE 혼합 모듈의 흐름 제어 벨브들, 흐름 측량기들, 측량 펌프들을 제어하여 디젤과 프리믹스 워터의 비율적인 혼합이 가능하도록 한다. 듀얼 연료 관리 모듈은 엔진의 점화 스위치가 꺼진 이후에 사전 설정된 기간 동안 엔진이 동작을 계속하도록 할 것이다. 이는 주 연료 공급 라인으로부터 WDE 연료를 정화한다. 듀얼 연료 관리 모듈은 다음과 같은 상황을 감지했을 때 자동적으로 디젤 연료를 엔진으로 공급한다.

1. 상기 WDE 혼합 모듈이 고장난 경우,

2. 상기 엔진의 냉각기 온도가 사전 설정된 온도 아래로 내려가는 경우

3. 상기 프리믹스 워터 탱크의 레벨이 사전 설정된 하위 레벨 아래로 내려가는 경우

4. 디젤 연료 탱크의 레벨이 사전 설정된 하위 레벨 아래로 내려가는 경우

듀얼 연료 관리 모듈은 다음과 같은 장점을 갖는다.

1. 에멀션 연료 가능화 시스템을 관리한다.

2. 디젤과 WDE 사이의 연료 전환을 관리한다. 엔진의 시동 기간 중에 디젤을 공급하고 엔진의 냉각기가 사전 설정된 온도까지 가열되는 때 WDE로 전환하며, 엔진이 중단하는 동안에 연료 공급 라인으로부터 WDE를 제거한다.

본 발명은 조선소에서 용접 작업을 위해 동력을 공급하는 6 실린더 400 hp 커민스(Cummins) 디젤 엔진 제너레이터에서 테스트되었다. 엔진이 시동 중에 보조 연료 공급 라인을 거쳐 디젤 연료가 공급된다. 벨브(2)가 개방되고, 벨브(7)는 닫히며, 디젤이 보조 연료 공급 라인, 필터, 및 엔진의 연료 공급 펌프를 통과하여 엔진으로 흐른다. 에멀션 연료 가능화 시스템은 엔진이 정상 동작할 때 작동을 시작한다. 듀얼 연료 관리 모듈은 벨브(8)을 개방하고, 분사 펌프(24)를 시작한다. 혼합 탱크 내의 WDE 연료는 혼합 펌프 주입구(40)로 들어가 분사 펌프(24)로 이송되며, 분사 노즐(36)을 통과하여 혼합 탱크(18)로 이송된다. WDE는 동시에 WDE 연료 공급 라인 및 벨브(8)를 통과하여 분사 펌프(24)로 흐르며, 분사 노즐(36)을 통과하여 혼합 탱크(18)로 흐른다. 시동 이후 2분 후에 분사 펌프가 정지하고 벨브(8)는 닫힌다. 보조 연료 공급 라인이 닫힌다. 주 연료 공급 라인은 엔진 시동 이후 1분 후에 개방된다. 벨브(3, 6, 7)이 개방되고, 벨브(1, 2, 4, 5)는 닫힌다. 디젤 연료는 필터, 자동 압력 온/오프 펌프, 주 연료 공급 라인, 듀얼 연료 가능화 탱크, 열 교환기, 보조 연료 펌프, 엔진의 연료 펌프를 통해 결국 엔진으로 흐른다. 듀얼 연료 관리 모듈은 엔진의 냉각기 온도가 섭씨 60도에 다다르는 때 WDE의 공급을 시작한다. 벨브(1)가 개방하고, 펌프(25)가 켜지고, 벨브(3)가 닫히며, WDE의 공급을 시작한다. WDE는 벨브(1), 자동 압력 온/오프 펌프(25), 플로우트 벨브(44, float valve)를 통하여 및 듀얼 연료 가능화 탱크(19) 안으로 흐른다.

듀얼 연료 관리 모듈은 액위 변환기(34)가 혼합 탱크(18) 내의 액위가 낮음을 감지하는 때 연료의 혼합을 시작한다. WDE 연료는 제1 부분의 프리믹스 워터와 제2 부분의 디젤의 비율로 혼합된다. 프리믹스 워터는 프리믹스 워터 탱크(30), 필터(11), 유량 조절 벨브(28, flow control valve), 수동 유량 조절 벨브(37), 솔레노이드 벨브(9), 측량 펌프(22, metering pump), 체크 벨브(50)으로부터 흐른다. 디젤은 디젤 연료 탱크(31), 필터(12), 수동 유량 조절 벨브, 유량 측량기(29), 전기 유량 조절 벨브(39), 솔레노이드 벨브(10), 계측 펌프(23), 및 체크 벨브(51)로부터 흐른다. 프리믹스 워터는 디젤과 함께 모두 노즐(35)을 거쳐 고정 혼합기(20)로 흘러 혼합 탱크(18)로 흐른다. 동시에 펌프(24)가 켜진다. WDE 연료는 분사 펌프(24)와 분사 노즐(36)을 거쳐 분사 펌프(24)의 주입구로 들어가서 혼합 탱크(18)로 이송된다. 연료 혼합은 액위 변환기(34)가 액위가 높은 레벨에 있음을 감지하는 때 중단한다. 2분 후에 벨브(8)가 닫히고, 분사 펌프(24)가 정지한다.

제너레이터의 반환 연료는 반환 연료 라인(46), 반환 연료 플로우트 벨브(43, float valve)로부터 흘러, 듀얼 연료 가능화 탱크(19)로 흐른다. 반환 연료 안에 함유된 기체는 분기(vent) 벨브(42)를 통해 뿜어진다. 기체가 제거된 반환 연료는 엔진의 주 연료 공급 라인으로 반환된다. 연료 공급 플로우트 벨브(44)는 연료의 공급을 제어한다. 플로우트 벨브는 액위가 낮아졌을 때 개방된다. 듀얼 연료 관리 모듈은 엔진의 점화 스위치가 꺼진 이후 1분 동안 엔진이 운전을 계속할 수 있도록 한다.

정화 경로 1: 벨브(2)가 열리고, 벨브(7)이 닫히며, 디젤이 디젤 탱크로부터 보조 연료 공급 라인(45), 필터(14), 엔진의 연료 공급 펌프(27) 및 엔진으로 흐른다. 이로써 엔진의 내부 연료 시스템으로부터 WDE를 제거하게 된다.

정화 경로 2: 벨브(3, 4, 및 5)가 개방하고, 벨브(1 및 6)이 닫힌다, 디젤은 디젤 탱크(31), 필터(15), 벨브(3), 자동 압력 온/오프 펌프(25), 정화 라인(48), 벨브(4), 열 교환기(21), 필터(13), 벨브(5)로부터 흘러 듀얼 연료 가능화 탱크 안으로 흐른다. 이로써 주 연료 공급 라인(47)로부터 WDE 연료를 제거한다. 엔진 및 에멀션 연료 가능화 시스템은 1분 후에 정지한다. 체크 벨브(17)는 디젤이 듀얼 연료 가능화 탱크(19) 안으로 흘러 들어가는 것을 방지한다. 엔진은 디젤을 사용하여 재시작한다. 상기 언급된 과정이 적용된다.

33 퍼센트의 수분을 함유하는 WDE는 연료 안정성 및 배출 가스의 감소 목적을 충족시켜 준다. 에멀션 연료 가능화 시스템은 이미 알려진 WDE 연료에 대한 문제점들을 해결한다. WDE의 다양한 적용으로의 길을 열게 된 것이다.

Claims

물과 계면활성제로 구성된 프리믹스 워터(premix water)를 담은 프리믹스 워터 탱크;
상기 프리믹스 워터 탱크와 디젤 연료 탱크에 연결되어, WDE를 생산하기 위해 상기 프리믹스 워터와 디젤을 혼합하는 WDE 혼합 모듈;
디젤 연료 탱크, 상기 WDE 혼합 모듈, 엔진 반환 연료 라인 및 주 연료 공급 라인에 연결되는 듀얼 연료(dual-fuel) 반환 연료 가능화 모듈;
상기 주 연료 공급 라인 및 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 연결되고, WDE 연료를 사전 가열하기 위해 엔진의 냉각수로부터 열을 공급받는 열 교환 모듈;
상기 디젤 연료 탱크와 상기 주 연료 공급 라인의 주입구에 연결되는 제1 정화 라인;
상기 주 연료 공급 라인의 배출구 및 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈에 연결되는 제2 정화 라인; 및
전기 전송선 및 신호 전송선을 통해 상기 WDE 혼합 모듈, 상기 듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈 및 상기 열 교환 모듈에 연결되는 듀얼 연료 관리 모듈을 포함하되,
상기 엔진의 냉각 온도에 따라 상기 엔진에 공급할 연료 타입을 선택하고, 점화 스위치가 꺼질 때 정화 주기를 시작하며,
상기 제1 정화 라인은 상기 엔진의 내부 연료 시스템을 정화하기 위해 보조 연료 라인으로부터의 디젤 연료를 사용하고,
상기 제2 정화 라인은 상기 제1 정화 라인, 주 연료 라인, 상기 제2 정화 라인 및 듀얼 연료로부터 시작하여 상기 주 연료 라인에 맞게 설정된 부품들 및 상기 주 라인으로부터 WDE 연료를 정화하는 에멀션 연료 가능화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프리믹스 워터 탱크와 상기 디젤 연료 탱크는 고정 혼합기를 통해 상기 WDE 혼합 모듈에 연결되는 에멀션 연료 가능화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 WDE 혼합 모듈은 혼합 탱크, 스프레이 분사 유닛 및 액위 센서를 포함하되,
상기 스프레이 분사 유닛의 노즐은 상기 혼합 탱크의 내부에 위치하고,
상기 액위 센서도 상기 혼합 탱크의 내부에 위치하며,
상기 스프레이 분사 유닛과 상기 액위 센서는 모두 상기 듀얼 연료 관리 모듈에 연결되는 에멀션 연료 가능화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 듀얼 연료 반환 연료 모듈은 듀얼 연료 반환 연료 가능화 탱크, 반환 연료 밸브 및 연료 공급 밸브를 포함하되,
상기 반환 연료 밸브는 상기 연료 공급 밸브의 상부에 위치하는 에멀션 연료 가능화 시스템.
엔진의 점화 스위치가 켜질 때 디젤 연료가 보조 연료 라인을 통해 디젤 연료 탱크로부터 공급되고, 상기 엔진이 동작을 시작할 때 듀얼 연료 관리 모듈이 WDE 연료 혼합 탱크 내부에 남은 WDE 연료의 재순환을 시작하는 단계;
상기 엔진의 가동 이후의 현 시간 구간 이후에, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 보조 연료 라인의 벨브를 닫고, 주 연료 라인의 벨브를 개방하여, 연료가 상기 주 연료 라인을 통해 공급되는 단계;
상기 엔진의 냉각기의 온도가 연속적으로 상기 듀얼 연료 관리 모듈에 의해 감시되고, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 엔진의 냉각기의 온도에 따라 상기 엔진으로 공급할 연료의 타입을 선택하되, 만약 상기 냉각기의 온도가 사전 설정된 온도까지 가열되면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 WDE 연료를 공급하기 시작하고, 만약 상기 냉각기의 온도가 상기 사전 설정된 온도 아래로 떨어지면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 엔진에 디젤을 공급하도록 되돌리는 단계;
상기 엔진에 공급되기 전에 상기 엔진의 냉각기에 의해 사전 가열된 상기 WDE 연료가 열 교환 모듈을 통과하는 단계; 및
상기 엔진의 점화 스위치가 꺼질 때, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 엔진을 정지하기 전의 현 구간 동안에 상기 엔진을 계속하여 작동하는 단계를 포함하되,
상기 엔진을 계속하여 작동하는 단계는 상기 주 연료 라인의 벨브를 닫고, 상기 보조 연료 라인의 벨브를 개방하고, 디젤 연료가 상기 보조 연료 라인을 통해 상기 엔진으로 공급되며, 이는 상기 엔진의 WDE 연료를 정화하고 상기 주 연료 라인에 맞게 설정된 부품 및 상기 주 라인으로부터의 WDE를 정화하는 에멀션 연료 가능화 방법.
제5항에 있어서,
상기 프리믹스 워터와 디젤은 고정 혼합기를 통과하되, 상기 고정 혼합기는 두 액체가 WDE 혼합 모듈로 주입되기 전에 혼합되는 곳인 에멀션 연료 가능화 방법.
제5항에 있어서,
WDE 혼합 모듈은 WDE의 생산량이 상기 엔진의 연료 흡입 속도에 부합하도록 수요량을 근거로 WDE를 생산하는 에멀션 연료 가능화 방법.
제7항에 있어서,
상기 수요량을 근거로 하는 WDE 연료의 생산은,
상기 듀얼 연료 관리 모듈이, 디젤 및 프리믹스 워터가 WDE 혼합 탱크로 분사되기 전에 혼합되는 장소인 상기 고정 혼합기 안으로 상기 디젤 및 상기 프리믹스 워터를 제어하는 단계;
스프레이 분사 유닛이 스프레이 분사 노즐을 통해 혼합 탱크의 내용물을 재순환하는 단계;
상기 WDE 혼합 탱크 내에 위치한 액위 센서 변환기가 탱크 내의 액위를 감지하고, 감지한 정보를 상기 듀얼 연료 관리 모듈로 전송하되, 만약 WDE의 액위가 사전 설정된 상위 레벨에 도달하면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 혼합 탱크에 디젤 및 프리믹스 워터 공급을 중단하고, 스프레이 분사 유닛은 상기 중단 이전의 사전 설정된 기간 동안 상기 혼합 탱크의 상기 내용물을 계속하여 재순환하고, 만약 WDE의 액위가 사전 설정된 하위 레벨에 도달하면 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 상기 혼합 탱크에 디젤 및 프리믹스 워터 공급을 시작하는 단계를 포함하는 에멀션 연료 가능화 방법.
제5항에 있어서,
듀얼 연료 반환 연료 가능화 모듈은 반환 연료 벨브와 연료 공급 벨브를 포함하되,
상기 반환 연료 벨브는 상기 연료 공급 벨브보다 높은 지점에 위치하고,
상기 연료 공급 벨브는 연료 레벨이 낮을 때 자동적으로 개방하며,
상기 연료 공급 벨브는 연료 레벨이 높을 때 닫히며, 보충 연료는 상기 벨브가 개방된 때 상기 탱크로 주입되고,
상기 벨브가 닫힌 때 주입을 정지하며, 상기 보충 연료는 디젤 또는 WDE인 에멀션 연료 가능화 방법.
제6항에 있어서,
(1) 상기 WDE 혼합 모듈이 고장난 경우,
(2) 상기 엔진의 냉각기 온도가 사전 설정된 온도 아래로 내려가는 경우,
(3) 상기 프리믹스 워터 탱크의 레벨이 사전 설정된 하위 레벨 아래로 내려가는 경우,
(4) 디젤 연료 탱크의 레벨이 사전 설정된 하위 레벨 아래로 내려가는 경우,
중, 적어도 어느 하나 이상의 조건과 같은 시스템 문제가 발생했음을 감지한 때, 상기 듀얼 연료 관리 모듈은 자동적으로 상기 엔진으로 디젤 연료를 공급하는 에멀션 연료 가능화 방법.