KR20140124933A - 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치 - Google Patents

이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치 Download PDF

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김종석
류영석
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Abstract

본 발명은 이중연료엔진의 기통별로 분배 파이프(30)가 분기되어 있고 가스연료 공급원으로부터 유입한 가스연료를 상기 분배 파이프(30)를 통해 엔진의 실린더 헤드에 공급하는 메인 피드 파이프의 가스연료 누출을 검출하기 위한 장치이다. 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치는, 가스연료가 흐르는 내측관(22); 상기 내측관(22)의 외측에 동심으로 간격을 유지하여 공기가 흐르도록 하는 외측관(24); 외측관(24)을 외부에서 내부로 관통하여 내측관(24)과 외측관(24) 사이의 공기 흐름 공간 안으로 돌출되어 누출된 가스연료를 감지하여 해당 감지신호를 제어부로 인가하도록 상기 외측관(24)의 축방향 복수의 지점에 간격을 유지하여 설치되는 복수의 가스 감지 센서(100a ~ 100g); 상기 복수의 가스 감지 센서 중 임의의 가스 감지 센서로부터 가스 누출 신호가 입력되는 경우, 누출 감지신호가 있는 가스 감지 센서 중 최상류에 위치하는 가스 감지 센서와 누출 감지신호가 없는 이웃하는 상류측 가스 감지 센서 사이에서 가스연료가 누출되는 것으로 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치{FUEL GAS LEAK DETECTION SYSTEM OF MAIN FEED PIPE FOR DUAL FUEL ENGINE}
본 발명은 이중연료엔진에서 사용하는 가스연료 공급용 메인 피드 파이프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스연료의 누출 부위를 신속하고 정확하게 분석할 수 있도록 하는 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG) 등의 가스 운반선에서는, 저장 탱크 내에 저장되어 있는 가스연료를 쉽게 연료로 사용하는 한편 탱크 내에서 기화되는 가스를 재 액화시키지 않고 선박 추진용 엔진의 연료로 활용하기 위해 오일연료와 가스연료를 선택적으로 또는 동시에 사용하는 이중연료엔진을 탑재하는 경우가 있다.
또한, LNG나 LPG와 같은 가스를 사용하는 해상 부유물, 해상 구조물, 또는 플랜트의 발전설비에서 사용하는 대형 디젤 엔진의 경우에도 가스 연료를 함께 쓸 수 있는 이중연료엔진을 도입하고 있다.
이중 연료를 사용하는 대형 엔진(디젤 엔진)은, 가스연료를 사용하는 가스연료 운전 모드와 오일연료(예; Marine Diesel Oil, Heavy Fuel Oil 등)를 사용하는 오일연료 운전 모드, 그리고 가스연료와 오일연료를 동시에 사용하는 혼합 운전 모드를 가진다.
오일연료는 각각의 실린더 헤드에 구비된 오일연료 인젝터에 의해 연소실로 분사되고, 가스연료는 메인 피드 파이프로부터 각 실린더별 분배 파이프로 분배된 다음 가스 유입 밸브(GAV; Gas Admission Valve)에서 가스량이 조절되어 가스 인젝터를 통해 실린더 헤드의 흡기 포트에 분사된다.
이중연료 엔진은, 점화플러그에 의해 연료를 불꽃 점화하는 가솔린 엔진과는 달리 흡기를 고온고압으로 압축하여 자발화(self ignition, 자기착화)시키는 디젤 엔진을 기반으로 하기 때문에, 가스연료의 자발화를 유도하는 소형 오일연료 분사기로서 파일럿 인젝터(Micro Pilot Injector)를 더 구비한다.
천연가스와 같은 가스연료는 인화점은 낮지만 자발화 온도가 550℃ 부근으로 높기 때문에, 가스연료 운전 모드에서 주연료인 가스연료를 분사(main injection 과정)하기 직전에 파일럿 인젝터를 통해 파일럿 오일(예; Marine Diesel Oil, Marine Gas Oil 등)을 미량 분사하여(pilot injection 과정) 점화를 유도함으로써 가스연료의 안정적인 점화를 도모할 수 있다.
또한, 오일연료 운전 모드에서도, 주연료를 분사하기 직전에 파일럿 인젝터를 통해 파일럿 오일을 미량 분사하여 연소실의 연소환경을 개선함으로써 NOx 개선 및 연소 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 이중연료 엔진 및 가스연료 공급 파이프를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 엔진에 부속하여 설치되는 가스연료 공급계통은, 가스 저장탱크, 펌프, 가스관로 등으로 이루어지는 외부 공급계통으로부터 가스연료를 공급받는 부분으로서, 외부 공급계통의 가스 공급관로가 연결되는 연결 파이프(10)와, 연결 파이프(10)에 연결되고 실린더 헤드(2)에 인접하여 설치되는 메인 피드 파이프(20)와, 메인 피드 파이프(20)로부터 각 실린더 헤드(2)별로 연결되는 분배 파이프(30)와, 분배 파이프(30)의 단부에 연결되고 실린더 헤드(2)에 장착되어 공급 가스량을 조절하는 가스 유입 밸브(GAV)(40)를 포함한다. 가스 유입 밸브(40)에서는 가스 량을 조절하여 가스 인젝터를 통해 실린더 헤드(2)에 형성된 흡기 포트에 분사한다.
위와 같은 이중연료 엔진에서의 가스연료 공급계통은, 두 개의 관이 간격을 이루어 동심으로 배치되는 이중관(Double Wall Pipe) 형태로 이루어진다.
즉, 연결 파이프(10), 메인 피드 파이프(20), 분배 파이프(30), 가스 유입 밸브(40) 등은 모두 이중관의 형태로 이루어진다.
이중관의 내측관에는 가스연료가 흐르고 외측관과 내측관 사이의 공간으로는 공기가 흐르도록 되어 있어, 내측관에서 누출되는 가스연료가 외부로 직접 누출되는 것을 외측관이 일차적으로 막는 한편, 누출된 가스연료를 외측관 내에 흐르는 공기와 함께 회수하여 폭발의 위험을 방지하는 것이다.
천연가스 운반선의 엔진룸과 같이 일정한 공간 내에 이중연료엔진을 설치하는 경우, 가스연료가 외부로 누출되면 폭발 등의 큰 사고로 이어지기 때문에 가스연료 누출을 사전에 철저히 방지하여야 함은 물론, 사용중에 누출 여부를 신속하게 검출하고 정확하게 진단하여 대처하여야 한다.
예를 들어, 메인 피드 파이프 또는 분배 파이프 등의 연결부나 용접부의 크랙 등에 의해 가스가 누출되면 누출 여부를 실시간으로 검출하고 누출 지점을 신속하고 정확하게 찾아 복구하여야 한다.
공개특허공보 공개번호 제10-2012-0126756호(2012.11.21.공개) 공개특허공보 공개번호 제10-2008-0078504호(2008.08.27.공개) 등록특허공보 등록번호 제10-0748734호(2007.08.06.등록)
본 발명은 상기와 같은 사항을 해결하기 위한 것으로서, 메인 피드 파이프와 분배 파이프에서의 가스연료 누출 여부를 신속하게 검출하고 누출 지점을 정확하게 분석할 수 있도록 하는 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치는, 엔진의 기통별로 분배 파이프가 분기되어 있고 가스연료 공급원으로부터 유입한 가스연료를 상기 분배 파이프를 통해 엔진의 실린더 헤드에 공급하는 메인 피드 파이프의 가스 누출을 검출하기 위한 장치로서, 가스연료가 흐르는 내측관; 상기 내측관의 외측에 동심으로 간격을 유지하여 공기가 흐르도록 하는 외측관; 외측관을 외부에서 내부로 관통하여 내측관과 외측관 사이의 공기 흐름 공간 안으로 돌출되어 누출된 가스연료를 감지하여 해당 감지신호를 제어부로 인가하도록 상기 외측관의 축방향 복수의 지점에 간격을 유지하여 설치되는 복수의 가스 감지 센서; 상기 복수의 가스 감지 센서 중 임의의 가스 감지 센서로부터 가스 누출 신호가 입력되는 경우, 누출 감지신호가 있는 가스 감지 센서 중 최상류에 위치하는 가스 감지 센서와 누출 감지신호가 없는 이웃하는 상류측 가스 감지 센서 사이에서 가스연료가 누출되는 것으로 판단하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 감지 센서는 이웃하는 두 분배 파이프 사이마다 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치에 있어서, 가스 감지 센서는, 외측관의 일측에 관통공을 형성하고, 상기 관통공의 둘레 외측으로 보스를 돌출시켜, 해당 보스에 삽입하여 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치에 의하면, 메인 피드 파이프에 복수의 가스 감지 센서를 축방향으로 간격을 유지하여 설치하고, 가스연료의 흐름을 이용하여 해당 가스 감지 센서들로부터 입력되는 검출 신호에 따라 가스 누출 지점을 분석하도록 되어 있으므로, 가스 누출 예상 지점을 좁은 범위로 압축할 수 있고, 그에 따라 가스 누출 지점을 신속하고 정확하게 찾을 수 있다.
또한, 가스 감지 센서를 이웃하는 두 분배 파이프 사이마다 설치하는 것에 의해, 메인 피드 파이프의 내측관에서 누출되는 가스연료뿐만 아니라 분배 파이프의 내측관에서 누출되는 가스도 검출할 수 있는 한편, 각각의 분배 파이프를 구분하여 가스연료 누출 지점을 파악할 수 있다.
또한, 메인 피드 파이프에 보스를 형성하여 가스 감지 센서를 설치함으로써, 가스 감지 센서의 설치 구조가 간단해지고 설치도 용이하다.
도 1은 이중연료 엔진 및 가스연료 공급관로를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치의 횡단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치를 구체적으로 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치를 나타내는 것으로서, 도 2는 사시도이고, 도 3은 평면도이다.
도 2 및 도 3에서, 가스연료를 공급하는 메인 피드 파이프(20)는, 가스연료 공급원으로부터 연장되어 온 연결 파이프(10)에 연결되는 한편, 축방향(길이방향) 여러 지점에 엔진의 기통마다 분배 파이프(30)가 분기되어 있으며, 분배 파이프(30)의 단부에는 가스 유입 밸브(40)가 설치되고, 가스 유입 밸브(40)는 실린더 헤드에 장착된다.
메인 피드 파이프(20)는, 내측관과 외측관을 가지는 이중관의 형태로 이루어지나, 도 2 및 도 3에서는 외부에 구비되는 외측관만이 도시되어 있다.
이러한 메인 피드 파이프(20)에는 복수의 가스 감지 센서(100a ~ 100g)가 축방향으로 간격을 유지하여 설치된다.
상기 가스 감지 센서(100a ~ 100g)는 외측관의 내부에 누출된 가스연료를 감지하고, 그 감지신호를 제어부(별도로 도시하지 않음)로 인가한다.
제어부에서는 상기 복수의 가스 감지 센서(100a ~ 100g)로부터 입력되는 신호에 따라 가스 누출을 감지하고, 필요에 따라 경보를 발령한다.
메인 피드 파이프(20)에는 연결 파이프(10)로부터 유입되는 가스가 흐르므로, 가스 흐름을 기준으로 '상류측'은 연결 파이프(10)에 가까운 쪽이 되고, '하류측'은 연결 파이프(10)로부터 멀어지는 쪽이 된다.
제어부는, 복수의 가스 감지 센서(100a ~ 100g) 중 임의의 가스 감지 센서로부터 가스 누출 신호가 입력되는 경우, 누출 감지신호가 있는 가스 감지 센서 중 최상류에 위치하는 가스 감지 센서와 누출 감지신호가 없는 이웃하는 상류측 가스 감지 센서 사이에서 가스연료가 누출되는 것으로 판단한다.
일 실시예에 있어서, 가스 감지 센서는 이웃하는 두 분배 파이프(30) 사이마다 설치하는 것이 바람직하다. 이처럼 이웃하는 분배 파이프(30) 사이마다 설치하면, 메인 피드 파이프(20)의 내측관에서 누출되는 가스연료뿐만 아니라 분배 파이프의 내측관에서 누출되는 가스도 검출할 수 있는 한편, 각각의 분배 파이프(30)를 구분하여 가스연료의 누출 지점을 파악할 수 있다.
예를 들어, 상류측으로부터 하류측으로 4번째 지점에 있는 가스 감지 센서(100d)에서 가스 누출이 검출되거나 또는 상류측으로부터 4번째에 있는 가스 감지 센서(100d)를 포함하여 그것의 하류측에 하나 이상의 가스 감지 센서(100e ~ 100g)로부터 가스 누출이 검출되고, 상류측으로부터 하류측으로 3번째 지점에 있는 가스 감지 센서(100c) 및 그것의 상류측 가스 감지 센서(100a ~ 100b)에서는 가스 누출이 검출되지 않는다면, 가스 누출이 검출된 센서 중 최상류에 위치하는 가스 감지 센서(100d)와 그것에 이웃하면서 가스 누출이 검출되지 않은 가스 감지 센서(100c) 사이에서 가스가 누출되는 것으로 판별한다.
이렇게 하여, 이웃하는 2개의 가스 감지 센서(100d)(100c) 사이에서 가스가 누출되는 것으로 판단되면, 가스연료는 상기 2개의 가스 감지 센서(100d)(100c) 사이의 메인 피드 파이프(20)의 내측관이나 분배 파이프(30)의 내측관에서 누출이 되는 것이므로, 해당 부분을 검사하여 누출 지점을 찾고 조치를 취한다.
이처럼, 가스연료 흐름을 이용하여 메인 피드 파이프(20)의 축방향으로 간격을 띄워 복수의 가스 감지 센서(100a ~ 100g)를 함으로써, 가스 누출 예상 지점을 좁은 범위로 압축할 수 있고, 그에 따라 가스 누출 지점을 신속하고 정확하게 찾을 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치의 횡단면도이다. 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 가스 감지 센서의 참조부호를 '100'으로 부여하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 앞에서 설명한 바와 같이, 메인 피드 파이프(20)는 가스연료가 흐르는 내측관(22)과, 상기 내측관(22)의 외측에 동심으로 간격을 유지하여 공기가 흐르도록 하는 외측관(24)으로 이루어진다.
가스 감지 센서(100)는 외측관(24)을 외부에서 내부로 관통하여 내측관(24)과 외측관(24) 사이의 공기 흐름 공간으로 돌출되어 누출된 가스연료를 감지한다.
가스 감지 센서(100)의 설치 구조에 대한 하나의 실시예로서, 외측관(24)의 일측에 관통공(24c)을 형성하고, 해당 관통공(24c)의 둘레 외측에 보스(110)를 돌출시켜, 해당 보스(110)에 가스 감지 센서(100)를 삽입하여 설치하면 간단한 구조에 의해 설치가 가능하다.
또한, 가스 감지 센서(100)가 헤드부(102)와 나사부(104)를 갖도록 하여 상기 보스(110)에는 나사결합으로 설치하는 것도 좋다.
도 4에 있어서, 매인 피드 파이프(20)의 외측관(24)의 둘레에는 상기 보스(110)와 동일한 2개의 보스(26)가 등각을 유지하여 설치되어 있다.
상기 2개의 보스(26)는 상기 가스 감지 센서(100)가 설치된 보스(110) 및 관통공(24c)과 함께, 관로 설치 시 내측관(22)과 외측관(24)의 동심을 유지하도록 잡아주는 지그를 삽입하기 위한 관통공(24a)을 제공한다.
즉, 도 4에 도시된 실시예에서 가스 감지 센서(100)는, 상기의 지그를 삽입하기 위해 기존에 마련한 3개의 보스 중 하나의 보스(110)에 설치함으로써 구조를 간단하게 한 것이다.
이러한 실시예와는 달리, 상기 3개의 지그용 보스와는 별도로, 오직 가스 감지 센서(100)를 설치하기 위한 용도의 보스를 형성하여 설치할 수도 있다.
관로의 설치 완료 후, 지그 설치를 위해 사용되었던 3개의 보스(26, 26, 110) 중 2개의 보스(26)에는 플러그(28)를 꽂아 관통공(24a)을 막고, 나머지 하나의 보스(110)에는 가스 감지 센서(100)를 설치하면 된다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
2 : 실린더 헤드
20 : 메인 피드 파이프
22 : 내측관
24 : 외측관
24a, 24b, 24c : 관통공
100, 100a , 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g : 가스 감지 센서
102 : 헤드부
104 : 나사부
110 : 보스

Claims (3)

  1. 이중연료엔진의 기통별로 분배 파이프(30)가 분기되어 있고 가스연료 공급원으로부터 유입한 가스연료를 상기 분배 파이프(30)를 통해 엔진의 실린더 헤드에 공급하는 메인 피드 파이프의 가스연료 누출을 검출하기 위한 장치로서,
    가스연료가 흐르는 내측관(22);
    상기 내측관(22)의 외측에 동심으로 간격을 유지하여 공기가 흐르도록 하는 외측관(24);
    외측관(24)을 외부에서 내부로 관통하여 내측관(24)과 외측관(24) 사이의 공기 흐름 공간 안으로 돌출되어 누출된 가스연료를 감지하여 해당 감지신호를 제어부로 인가하도록 상기 외측관(24)의 축방향 복수의 지점에 간격을 유지하여 설치되는 복수의 가스 감지 센서;
    상기 복수의 가스 감지 센서 중 임의의 가스 감지 센서로부터 가스 누출 신호가 입력되는 경우, 누출 감지신호가 있는 가스 감지 센서 중 최상류에 위치하는 가스 감지 센서와 누출 감지신호가 없는 이웃하는 상류측 가스 감지 센서 사이에서 가스연료가 누출되는 것으로 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 감지 센서는, 이웃하는 두 분배 파이프(30) 사이마다 설치되는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 감지 센서는, 외측관(24)의 일측에 관통공(24c)을 형성하고, 상기 관통공(24c)의 둘레 외측으로 보스(110)를 돌출시켜, 해당 보스(110)에 삽입하여 설치하는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진용 메인 피드 파이프의 연료가스 누출 검출장치.
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