KR20180075590A - 내연 기관의 다중 연료 공급 시스템 및 그 시스템의 작동 방법 - Google Patents

내연 기관의 다중 연료 공급 시스템 및 그 시스템의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관 (1) 용 다중 연료 공급 시스템 (10), 상기 시스템의 작동 방법, 및 종래의 다중 연료 공급 시스템의 업그레이드 방법을 제공한다. 다중 연료 공급 시스템 (10) 은 기체 연료 공급 시스템, 액체 연료 공급 시스템 (20), 및 제어기를 포함한다. 액체 연료 공급 시스템 (20) 은 액체 연료 탱크 (30), 제 1 피더 펌프 (41) 를 포함하는 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40), 소비 및 순환을 위해 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하기 위한 제 2 피더 펌프 (51) 를 포함하는 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50), 및 연료 버퍼 탱크 (52) 를 포함한다. 제어기는 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 을, 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 순환을 위해 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 기체 연료 공급 시스템 및 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 을 사용하는 제 1 연료 모드, 및 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 소비를 위해 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 액체 연료 공급 시스템 (20) 을 사용하는 제 2 연료 모드로 작동시키도록 배치된다. 다중 연료 공급 시스템 (10) 이 제 1 연료 모드로 작동되는 때, 다중 연료 공급 시스템 (10) 이 제 2 연료 모드로 작동되는 경우에 비해, 내연 기관 (1) 은 동일한 작동점에서 작동되면서, 내연 기관 (1) 에 전달되는 액체 연료의 양은 감소되고, 액체 연료의 감소된 양으로 인한 액체 연료의 부족은 연료 버퍼 탱크 (52) 에 의해 보상되고 그로부터 전달된다.

Description

내연 기관의 다중 연료 공급 시스템 및 그 시스템의 작동 방법
본 발명은 예컨대 선박 또는 발전소의 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템을 작동시키는 방법, 및 내연 기관의 다중 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
선박과 발전소 모두에서 사용되는 내연 기관은 종종 작동을 위해 여러 연료를 사용한다. 이러한 연료는 액화 천연 가스 (LNG) 와 같은 기체 연료 (gas) 또는 MGO (Marine Gasoil) 및 HFO (Heavy Fuel Oil) 와 같은 기존의 액체 해양 연료 (diesels) 일 수 있다. 전형적으로, 다중 연료 기관은 기체 모드 또는 디젤 모드로, 즉 이중 연료 기관으로서 작동된다. 배출 감소, 효율 향상 (소비 감소), 시각적 연기 감소 및 환경 규제로 인해, 이중 연료 기관의 대부분의 사용자는 이러한 기관을 대부분 기체 모드로 운전한다. 이 모드에서, 기체는 연소될 일차 연료로서 기관에 공급되며, 이 기관은 오토 기관으로서 작동된다. 또한, 기체를 점화하기 위한 파일럿 연료가 기관에 공급된다. 파일럿 연료로서 MGO 가 사용될 수 있고, 사용된, 즉 연소된 파일럿 연료의 양은 매우 적다. MGO 가 디젤 모드용 디젤로서 사용되는 때, 즉 MGO 가 디젤 기관으로서 작동되는 기관에 의해 소비되는 일차 연료로서 사용되는 때, 파일럿 연료 공급은 디젤 공급 시스템으로부터 연료 파이프를 분기시킴으로써 보장될 수 있다. 이 경우, 파일럿 연료를 위해 별도의 연료 공급 시스템을 사용할 필요가 없다. 대안적으로, 시스템의 리던던시 (redundancy) 를 증가시키기 위해, 파일럿 연료 공급 시스템은 동일한 탱크를 사용할 수 있지만, 탱크와는 별도로, 디젤 공급 시스템으로부터 완전히 독립적일 수 있다. HFO 가 디젤 모드용 디젤로서 사용되는 때, HFO 가 파일럿 연료로서 사용되기에 적합하지 않기 때문에, 파일럿 연료, 예컨대 MGO 는 디젤 공급 시스템과는 별도인 완전히 독립적인 공급 시스템을 사용하여 공급된다. 이 경우, 기관은 HFO, MGO 및 기체를 사용하는 소위 삼중 연료 기관이다.
선박이나 발전소에 사용되는 임의의 타입의 기관에서, 고장이 기동성의 상실 또는 블랙아웃을 초래하므로 신뢰도가 주요한 설계 기준이다. 그러므로, 다중 연료 기관을 사용할 때, 하나의 연료 공급 시스템의 고장의 경우 또는 시스템에서 연료가 모두 소비된 때 (예정된 전환), 연료 모드들 사이의 신속하고 원활한 전환이 보장되어야 한다. 이러한 이유로, 종래의 다중 연료 기관의 디젤 공급 시스템은 연소를 위해 기관에 디젤을 공급하기에 충분한 디젤의 점도를 유지하기 위해 영구히 운전되어야 한다. 결과적으로, 기관이 대부분 기체 모드로 작동되더라도, 디젤 모드로 갑자기 변경되는 경우에 백업 디젤 공급 시스템은 끊임없이 운전된다. 따라서, 안전상의 이유로, 백업 시스템은 동력을 끊임없이 소비하고, 이는 재무적 그리고 환경적 관점에서 주된 단점이다. 더욱이, 이로써 디젤 공급 시스템의 구성요소들의 유지보수 및 검사 간격이 단축된다. 따라서, 추가 비용이 발생한다.
이상을 고려하여, 본 발명의 목적은 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 비용 및 연료 절감형 작동 방법, 연료 모드들 사이에서 신속하고 원활하게 전환하도록 되어 있는 내연 기관의 비용 및 연료 절감형 다중 연료 공급 시스템, 및 내연 기관용의 종래 다중 연료 공급 시스템을 업그레이드하는 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 또는 2 의 특징을 갖는 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 작동 방법에 의해, 청구항 6 또는 8 의 특징을 갖는 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템에 의해, 그리고 청구항 15 또는 16 의 특징을 갖는 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 업그레이드 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 다른 전개들은 종속항에 개시된다.
본 발명에 따르면, 내연 기관의 다중 연료 공급 시스템은 기체 공급 시스템 (기체 연료 공급 시스템) 및 디젤 공급 시스템 (액체 연료 공급 시스템) 으로 구성된다. 디젤 공급 시스템은 적어도 하나의 탱크 (액체 연료 탱크), 파일럿 연료 공급 서브시스템 (제 1 액체 연료 공급 서브시스템) 및 디젤 공급 서브시스템 (제 2 액체 연료 공급 서브시스템) 을 갖는다.
기체 모드 (제 1 연료 모드) 에서, 기체 공급 시스템은 소비를 위해, 즉 연소를 위해 기관에 기체를 전달하고, 디젤 공급 시스템의 파일럿 연료 공급 서브시스템은 기체를 점화하기 위해, 즉 소비 (연소) 를 위해 파일럿 연료, 예컨대 MGO 를 전달한다. 환언하면, 파일럿 연료 피더 펌프 (제 1 피더 펌프) 는 완전히 활성이고, 즉 기관의 원하는 작동점 (작동 속도) 에 요구되는 속도로 작동된다. 또한, 디젤 공급 시스템의 디젤 공급 서브시스템은 소비가 아닌 단지 순환을 위해 기관에 디젤을 또한 전달한다. 이러한 순환으로 인해, 디젤 공급 시스템의 디젤은 연료 모드의 디젤 모드 (제 2 연료 모드) 로의 요구되는 변화의 경우에 소비 준비 상태로 유지되며, 이 디젤 모드에서는 소비를 위해 기관에 연료를 전달하기 위해 오로지 디젤 공급 시스템이 사용된다. 디젤 순환을 유지하기 위해, 디젤 피더 펌프 (제 2 피더 펌프) 는 디젤이 소비 준비 상태에 있는 것을 확실히 하기 위해 완전히 활성일 필요는 없고, 즉 공칭 속도로 작동할 필요는 없다. 실제로, 이 펌프는 예컨대 주파수 변환기를 사용함으로써 소위 에코 모드 (경제적 모드) 로 작동된다. 환언하면, 이중 연료 공급 시스템이 기체 모드로 작동되는 때, 기관에 전달되는 디젤의 양은 감소되고, 기관은 여전히 이중 연료 공급 시스템이 디젤 모드로 작동되었을 때와 동일한 작동점에서 작동된다. 그러나, 이중 연료 기관의 경우, 즉 파일럿 연료 공급 서브시스템이 디젤 공급 서브시스템의 구성요소에 적어도 부분적으로 의존하는 때, 기관으로의 파일럿 연료의 요구되는 유동을 유지하기 위해 기체 모드에서의 작동 중에 디젤 공급 시스템의 충분한 압력이 보장된다. 삼중 연료 기관의 경우, 즉 파일럿 연료 공급 서브시스템이 디젤 공급 서브시스템으로부터 완전히 독립적인 때, 단지 파일럿 연료 피더 펌프가 작동 속도로 작동되고, 디젤 공급 서브시스템의 압력이 훨씬 더 감소될 수 있다.
기관의 연료 모드를 기체 모드로부터 디젤 모드로 변경하기 위해, 기관의 제어 유닛 (제어기) 은 예컨대 공칭 작동을 하도록 디젤 피더 펌프의 주파수 변환기에 신호를 출력한다. 디젤 공급 서브시스템의 리드 타임 (lead time), 즉 희망 연료 압력을 제공할 때까지의 시간은 기관 속도에 영향을 미치지 않으면서 기관을 계속 운전하기에 충분히 짧다. 환언하면, 기관의 관성 때문에, 디젤 피더 펌프가 에코 모드로부터 공칭 작동으로 런업 (run up) (가속) 하고 시스템에 희망 압력을 제공하는데 필요한 기간, 즉 펌프의 리드 타임은 기관 속도가 감소하기 시작할 때까지의 기간보다 짧다. 리드 타임의 크기 정도는 에코 모드 및 펌프 종류에 따라 2 내지 8 초일 수 있지만 10 초를 넘지 않는다. 연료 압력이 0 bar 로 떨어지더라도 기관 속도가 일정하게 유지되는 기간의 크기 정도는 기관에 따라 적어도 40 초이다. 따라서, 펌프의 리드 타임이 훨씬 더 짧다. 결과적으로, 기관 성능 (출력) 에 영향을 주지 않으면서 연료 모드의 신속하고 원활한 변경이 가능하다.
대안적으로, 상기 목적은 연료 버퍼 탱크인 오버헤드 탱크 (정적 연료 압력 탱크) 가 제공된 디젤 공급 시스템을 갖는 내연 기관의 다중 연료 공급 시스템에 의해 달성된다. 더 엄밀히 말하면, 오버헤드 탱크는 예컨대 선박 또는 발전소에서 기관 위에 배치되고, 탱크가 열려 있거나 환기되면 기관에 따라 약 0.5 내지 1 bar 의 정수두 (hydrostatic head) 를 보장하도록 디젤 공급 서브시스템에 연결된다. 폐쇄 탱크의 경우, 추가적인 압력이 디젤 공급 서브시스템에 가해질 수 있다. 오버헤드 탱크는 예를 들어 펌프 (예컨대, 추가 펌프) 및 2 개의 레벨 스위치 (하나의 하이 레벨 스위치 및 하나의 로우 레벨 스위치) 을 사용함으로써 자동으로 충전될 수 있다. 오버헤드 탱크, 블래더 (bladder) 탱크, 스프링 부하 (spring loaded) 탱크 또는 멤브레인/다이어프램형 팽창 탱크가 사용될 수 있다.
기체 모드에서 디젤 모드로의 전환 중에, 오버헤드 탱크는 공칭 속도로 작동하지 않는 디젤 피더 펌프로 인해 발생하는 디젤의 부족을 보상하기 위해 디젤 공급 서브시스템의 일부를 통해, 즉 연료 파이프를 통해 기관에 디젤을 전달한다. 환언하면, 오버헤드 탱크는 정압 (static pressure) 을 사용함으로써 추가적인 디젤을 기관에 제공하고, 즉 디젤 피더 펌프가 공칭 속도에 도달하고 요구되는 압력을 제공할 때까지, 소비를 위해 기관에 전달되는 감소된 양의 디젤을 보충한다. 선택적으로, 디젤 공급 서브시스템에 축적된 압력이 오버헤드 탱크의 정압보다 높게 되는 때, 예컨대 체크 밸브가 디젤의 오버헤드 탱크로의 역류를 방지한다. 결과적으로, 희망 연료 압력을 축적하기 위한 디젤 공급 시스템의 리드 타임이 보상될 수 있다. 따라서, 한편으로는 연료 모드들 사이의 더 신속하고 더 원활한 전환이 가능하다. 다른 한편으로는, 오버헤드 탱크의 사용은, 기관이 기체 모드로 작동디는 때 에코 모드에서의 작동 중에 디젤 피더 펌프의 속도를 더욱 감소시키고 희망 압력이 획득될 때까지 동일한 리드 타임을 갖도록 활용될 수 있다. 실제로, 디젤 피더 펌프는 기체 모드와 디젤 모드 사이의 신속하고 원활한 전환 능력을 포기함이 없이 소위 대기 모드, 즉 비작동 상태로 전환될 수 있다. 대기 모드에서, 펌프는 스위치 오프되고, 디젤이 관류할 수 있게 한다. 결과적으로, 연료 소비 및 추가적인 비용이 더욱 감소될 수 있다.
그러나, 디젤 공급 서브시스템의 낮은 압력 때문에, 이러한 대안은 디젤 공급 서브시스템을 분기하지 않는 (거의 완전히) 독립적인 파일럿 연료 공급 서브시스템을 갖는 이중 연료 기관에만 유효하다. 이는 파일럿 연료 공급 서브시스템을 위해 특정 압력이 유지되어야 하기 때문이다. 그러나, 일반적인 연료 탱크를 사용하는 것이 가능하다. 비슷하게, 이러한 대안은, HFO 를 사용하는 때에 과도하게 냉각되는 것을 방지하기 위해 항상 사용되는 열 교환기를 통해 특정 압력 레벨로 루프 내에서 HFO 가 펌핑되어야 하기 때문에, 디젤 모드용 디젤로서 HFO 를 사용하는 삼중 연료 기관에 적합하지 않다.
상기 디젤 공급 시스템들 중 임의의 시스템이 디젤 공급 서브시스템에서 디젤 피더 펌프를 지지하는 부스터 펌프를 추가로 갖는다면, 이 부스터 펌프는 기관이 기체 모드에 있는 때에 전술한 대기 모드로 전환될 수 있다. 이는 비용과 연료의 최대 절감을 보장한다. 대안적으로, 부스터 펌프는 예컨대 주파수 변환기를 사용함으로써 또한 에코 모드로 작동될 수 있다. 이는 시스템의 신뢰도 (리던던시) 를 더 향상시키고 비용과 연료를 절감한다. 기체 모드 동안 부스터 펌프의 의도된 작동 모드 및 부스터 펌프의 유형에 따라, 오버헤드 탱크는 부스터 펌프의 상류 또는 하류의 디젤 공급 서브시스템과 연결될 수 있다.
다중 연료 공급 시스템의 전술한 작동 방법은 신규 제어기를 사용하거나 기존 제어기를 재프로그래밍함으로써 신규 및 기존 시스템 모두에서 용이하게 사용될 수 있다. 필요에 따라, 시스템에 필요한 구조적 변경, 즉 오버헤드 탱크 및 궁극적으로 신규 제어기 및 주파수 변환기의 설치도 또한 기존 시스템 내에서 용이하게 가능하다.
이하에서, 본 발명의 실시형태들 중의 일부를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1 은 기체 모드 및 디젤 모드로 작동되는 MGO 및 기체용의 종래 이중 연료 공급 시스템을 도시한다.
도 2 는 기체 모드 및 디젤 모드로 작동되는 HFO, MGO 및 기체용의 종래 삼중 연료 공급 시스템을 도시한다.
도 3 은 기체 모드로 작동되는 본 발명에 따른 MGO 및 기체용의 이중 연료 공급 시스템을 도시한다.
도 4 는 기체 모드로 작동되는 본 발명에 따른 MGO 및 기체용의 이중 연료 공급 시스템을 도시하며, 디젤 공급 서브시스템은 도 3 에 도시된 모드와 비교하여 대안적인 모드로 작동된다.
도 5 는 기체 모드로 작동되고 본 발명에 따른 오버헤드 탱크를 사용하는 MGO 및 기체용의 이중 연료 공급 시스템을 도시한다.
도 6 은 디젤 모드로 작동되고 본 발명에 따른 오버헤드 탱크를 사용하는 MGO 및 기체용의 이중 연료 공급 시스템을 도시한다.
도 7 은 기체 모드로 작동되는 본 발명에 따른 HFO, MGO 및 기체용의 삼중 연료 공급 시스템을 도시한다.
도 8 은 기체 모드로 작동되는 본 발명에 따른 HFO, MGO 및 기체용의 삼중 연료 공급 시스템을 도시하며, 디젤 공급 서브시스템은 도 7 에 도시된 모드와 비교하여 대안적인 모드로 작동된다.
도 9 는 펌프, 예컨대 디젤 피더 펌프 또는 부스터 펌프의 특징을 도시한다.
도면에서, 실선은 완전 활성인 시스템/서브시스템 및 구성요소를 나타낸다. 파선은 에코 모드를 나타내고, 점선은 대기 모드 (비작동) 를 나타낸다.
또한, 당업계에서 공지되어 있는 기체 공급 시스템은 도면에 도시하지 않았다. 즉, 도 1 ~ 8 은 기관의 디젤 공급 시스템만을 도시한다.
도 1 은 MGO 및 기체용의 종래 이중 연료 공급 시스템 (10) 을 갖는 내연 기관 (1) 을 도시한다. 또한, 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 및 디젤 공급 서브시스템 (50) 을 갖는 디젤 공급 시스템 (20) 이 도시되어 있으며, 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 은 디젤 공급 서브시스템 (50) 을 분기한다. 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 및 디젤 공급 서브시스템 (50) 쌍방은 동일한 MGO 탱크 (30) 에 연결된다. 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 은 파일럿 연료 피더 펌프 (41) 를 갖고, 디젤 공급 서브시스템 (50) 은 디젤 피더 펌프 (51) 및 부스터 펌프 (53) 를 갖는다. 도 1 은 디젤의 희망 점도 (온도) 를 유지하기 위해 내연 기관 (1) 의 연료 모드에 관계없이 활성인 종래의 이중 연료 공급 시스템 (10) 을 도시한다. 또한, 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 에 디젤을 공급하기 위해, 디젤 피더 펌프 (51) 및 부스터 펌프 (53) 가 항상 활성이다.
도 2 는 HFO, MGO 및 기체용의 종래 삼중 연료 공급 시스템 (11) 을 갖는 내연 기관 (1) 을 도시한다. 기본적으로, 구조는 도 1 의 시스템의 구조와 동일하다. 그렇지만, 도 1 에 도시된 시스템과는 대조적으로, 종래의 3 연료 공급 시스템 (11) 은 디젤 공급 서브시스템 (50) 으로부터 완전히 독립된 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 을 가지며, 개별 파일럿 연료 탱크 (31) 를 포함한다. 종래의 삼중 연료 공급 시스템 (11) 은 전술한 종래의 이중 연료 공급 시스템과 실질적으로 동일한 방식으로 작동되고, 즉 디젤 공급 서브시스템 (50) 은 영구히 완전 활성이다.
도 3 은 도 1 의 시스템과 동일한 구조를 갖는 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템 (10) 을 포함하는 내연 기관 (1) 을 도시한다. 그렇지만, 이 종래의 시스템과 대조적으로, 본 발명에 따른 시스템에서, 기관 (1) 이 기체 모드로 작동되는 때, 단지 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 이 완전 활성이다. 디젤 공급 서브시스템 (50) 은 에코 모드로 전환되는 한편, 어쨌든 선택적인 부스터 펌프 (53) 는 활성이 아니며, 즉 대기 모드에 있다. 디젤 공급 시스템 (20) 의 이러한 작동 방법은 기관 (1) 의 신뢰도에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 비용 및 연료의 높은 절감을 초래한다. 환언하면, 도 3 에 도시된 기체 모드에서 디젤 모드로의 전환이 기관 (1) 의 출력을 감소시키지 않으면서 언제든 가능하다.
도 4 는 도 3 에 도시된 것과 동일한 이중 연료 공급 시스템 (10) 을 갖는 내연 기관 (1) 을 도시한다. 전술한 시스템과 비교하여 유일한 차이점은 선택적인 부스터 펌프 (53) 가 에코 모드로 작동된다는 것이다. 결과적으로, 디젤 공급 시스템 (20) 의 이러한 작동 방법은 상기 방법보다 낮은 비용 및 연료 절감을 초래한다. 그러나, 이는 디젤 공급 서브시스템 (50) 의 높은 리던던시를 보장하고, 연료 모드의 갑작스러운 변화의 경우에 압력 축적을 위한 리드 타임을 단축시킨다.
도 3 및 도 4 에 도시된 상기 이중 연료 공급 시스템 (10) 의 구조가 도 1 에 도시된 종래의 구조와 기본적으로 동일하므로, 이미 사용 중인 기관의 업그레이드는 비교적 간단하며, 많은 절감 측면에서 수익성이 있다. 특히, 단지 제어기의 하드웨어 및/또는 소프트웨어가 희망 효과를 달성하기 위해 업그레이드 (조정) 되어야 한다.
도 5 는 전술한 구조와 상이한 구조를 갖는 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템 (10) 을 포함하는 내연 기관 (1) 을 도시한다. 도 5 에 도시된 실시형태에서, 디젤 공급 시스템 (20) 은 디젤 공급 서브시스템 (50) 으로부터 독립적인 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 을 갖는다. 전술한 실시형태의 서브시스템의 구성요소에 더하여, 디젤 공급 서브시스템 (50) 은 부스터 펌프 (53) 의 하류에서 디젤 공급 서브시스템 (50) 의 연료 파이프에 연결되는 오버헤드 탱크 (52) 를 포함한다. 오버헤드 탱크 (52) 는 또한 부스터 펌프 (53) 의 상류에 제공될 수 있음에 주의해야 한다. 오버헤드 탱크 (52) 를 압력 과부하로부터 보호하기 위해, 디젤 공급 서브 시스템 (50) 의 연료 파이프와 오버헤드 탱크 (52) 사이에 체크 밸브 (54) 가 설치될 수 있다.
기관 (1) 이 기체 모드로 작동되는 때, 도 5 에 도시된 바와 같이, 디젤 피더 펌프 (51) 및 부스터 펌프 (53) 는 대기 모드로 전환된다. 체크 밸브 (54) 는, 디젤 모드로의 급격한 전환의 경우 기관 (1) 에 순간적으로 희망 압력을 제공하기 위해, 도 5 에 도시된 바와 같이, 기체 모드가 작동되자마자 개방될 수 있다. 한편, 체크 밸브 (54) 는 예정된 전환 작동의 경우에 오버헤드 탱크 (52) 로부터의 연료 손실을 방지하기 위해 디젤 모드로 전환될 때까지 폐쇄된 채로 유지될 수 있다. 부가적으로, 기관 (1) 의 디젤 모드 동안 디젤 피더 펌프 (51) 및 부스터 펌프 (53) 에 의해 제공된 압력을 이용함으로써 오버헤드 탱크 (52) 를 리필하기 위해 디젤 공급 서브시스템 (50) 에 구조부가 설치될 수 있다.
전술한 다중 연료 공급 시스템은, 도 5 에 도시된 것처럼, 디젤 피더 펌프 (51) 및 부스터 펌프 (53) 쌍방이 대기 모드로 전환될 수 있기 때문에 기본적으로 종래 시스템의 가장 효율적인 작동 방법보다 훨씬 더 효율적이다. 그러므로, 기관 (1) 의 신뢰도에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 비용 및 연료 절감이 극대화된다.
오버헤드 탱크를 사용하는 해법의 간단한 구조로 인해, 단지 적은 노력으로 이미 사용 중인 기관을 업그레이드할 수 있다. 특히, 단지 오버헤드 탱크 (52) 및 필요한 파이프가 설치되어야 한다. 또한, 제어기는 전술한 것처럼 업그레이드되어야 한다. 체크 밸브 (54) 와 같은 다른 구조적 요소가 경우에 따라 설치될 수 있다.
도 6 은 기관 (1) 이 디젤 모드에서 작동되는 도 5 에 도시된 실시형태에 따른 이중 연료 공급 시스템 (10) 을 도시한다. 기체 모드와 대조적으로, 디젤 피더 펌프 (51) 및 부스터 펌프 (53) 쌍방은 완전 활성이고, 체크 밸브 (54) 는 폐쇄되어 있다.
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시한다. 본 실시형태는 디젤 탱크 (30) 로부터 공급되는 HFO, 파일럿 연료 탱크 (31) 로부터 공급되는 MGO 및 도 2 의 시스템과 동일한 구조를 갖는 기체를 위한 삼중 연료 시스템 (11) 을 포함하는 내연 기관 (1) 을 도시한다. 그러나, 이 종래의 시스템과 대조적으로, 기관 (1) 이 기체 모드로 운전되는 때, 디젤 공급 서브시스템 (50) 은 에코 모드에 있고 부스터 펌프는 대기 모드에 있다. 디젤 공급 서브시스템 (50) 의 이러한 작동 상태는 심지어 HFO 를 소비 준비 상태로 유지하기에 충분하여서, 기체 모드에서 디젤 모드로의 전환이 기관 (1) 의 출력을 감소시키지 않으면서 언제든지 가능하다. 디젤 공급 서브시스템 (50) 으로부터 완전히 독립적인 파일럿 연료 공급 서브시스템 (40) 은 완전히 활성이다.
디젤 공급 시스템 (20) 의 이러한 작동 방법은 도 3 의 실시형태와 유사하게, 기관 (1) 의 신뢰도에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 비용 및 연료의 높은 절감을 초래한다.
도 8 은 도 7 에 도시된 것과 동일한 삼중 연료 공급 시스템 (11) 을 갖는 내연 기관 (1) 을 도시한다. 전술한 시스템과 비교하여 유일한 차이점은 선택적인 부스터 펌프 (53) 가 에코 모드로 작동된다는 것이다. 결과적으로, 디젤 공급 시스템 (20) 의 이러한 작동 방법은 상기 방법보다 더 낮은 비용 및 연료 절감을 초래한다. 그러나, 이는 디젤 공급 서브시스템 (50) 의 더 높은 리던던시를 보장하고, 연료 모드의 변경의 경우에 압력 축적을 위한 리드 타임을 단축시킨다.
상기 삼중 연료 연료 공급 시스템 (11) 의 구조가 기본적으로 종래의 구조와 동일하기 때문에, 이미 사용 중인 기관의 업그레이드는 비교적 간단하고, 큰 절감의 관점에서 수익성이 있다. 특히, 단지 제어기의 하드웨어 및/또는 소프트웨어가 희망 효과를 달성하기 위해 업그레이드 (조정) 되어야 한다.
도 9 는 주파수 변환기로 작동되는 디젤 피더 펌프 (51) 또는 부스터 펌프 (53) 의 전형적인 특징을 나타낸다. 각 펌프의 아주 작은 속도 감소가 동력 소비에 비교적 큰 영향을 초래한다는 것이 분명하다. 예를 들어, 속도를 총 20 % 내지 80 % 감소시키는 때, 동력 소비는 공칭 속도로 작동되는 종래의 시스템에서 펌프의 동력 소비의 약 50 % 이다. 이 경우는 도 9 에 에코 모드 "라이트" 로서 표시되어 있다. 속도를 총 20 % 내지 60 % 더 감소시키면, 종래 시스템에 비해 약 80 % 의 동력 절감이 초래된다. 이 경우는 도 9 에서 에코 모드 "파워 세이버" 로서 표시되어 있다. 기존의 종래 구조화된 시스템들에서, 전술한 바와 같은 사소한 수정 외에 시스템의 구성요소들에 대한 어떠한 추가 수정 없이 최대 50 % 의 속도 감소가 가능하고, 즉 약 90 % 의 동력 소비 감소가 가능하다.
본 발명은 현재 가장 바람직한 실시형태들인 것으로 생각되는 것과 관련하여 예를 통해 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시형태들로 한정되지 않고, 그 특징들의 조합 또는 수정, 그리고 첨부된 청구항에서 규정되는 것처럼 본 발명의 범위에 포함되는 여러 다른 적용을 포함한다고 이해되어야 한다. 상기한 임의의 실시형태와 관련하여 언급된 세부 사항은 그러한 조합이 기술적으로 실현 가능한 경우 다른 실시형태와 관련하여 사용될 수 있다.
1 내연 기관
10 이중 연료 공급 시스템
11 삼중 연료 공급 시스템
20 디젤 공급 시스템 (액체 연료 공급 시스템)
30 디젤 탱크 (액체 연료 탱크)
31 파일럿 연료 탱크 (액체 연료 탱크)
40 파일럿 연료 공급 서브시스템 (제 1 액체 연료 공급 서브시스템)
41 파일럿 연료 피더 펌프 (제 1 피더 펌프)
50 디젤 공급 서브시스템 (제 2 액체 연료 공급 서브시스템)
51 디젤 피더 펌프 (제 2 피더 펌프)
52 오버헤드 탱크 (연료 버퍼 탱크)
53 부스터 펌프
54 체크 밸브
실선: 완전 활성
파선: 에코 모드
점선: 대기 모드 (비작동)

Claims (16)

  1. 내연 기관 (1) 용 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 의 작동 방법으로서,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 은
    기체 연료 공급 시스템, 및
    적어도 하나의 액체 연료 탱크 (30),
    제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40), 및
    소비 및 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하기 위한 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 을 포함하는
    액체 연료 공급 시스템 (20) 을 포함하고,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 은
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하는 한편, 상기 기체 연료 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 을 사용하는 제 1 연료 모드, 및
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 소비를 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하는 한편, 상기 액체 연료 공급 시스템 (20) 을 사용하는 제 2 연료 모드
    로 작동 가능하고,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 이 상기 제 1 연료 모드로 작동되는 때, 상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 이 상기 제 2 연료 모드로 작동되는 경우에 비해, 상기 내연 기관 (1) 은 동일한 작동점에서 작동되면서, 상기 내연 기관 (1) 에 전달되는 상기 액체 연료의 양은 감소되는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 작동 방법.
  2. 내연 기관 (1) 용 다중 연료 공급 시스템 (10) 의 작동 방법으로서,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 은
    기체 연료 공급 시스템, 및
    액체 연료 탱크 (30),
    제 1 피더 펌프 (41) 를 포함하는 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40),
    소비 및 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체를 전달하기 위한 제 2 피더 펌프 (51), 및
    연료 버퍼 탱크 (52) 를 포함하는
    제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 을 포함하는
    액체 연료 공급 시스템 (20) 을 포함하고,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 은
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하는 한편, 상기 기체 연료 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 을 사용하는 제 1 연료 모드, 및
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 소비를 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하는 한편, 상기 액체 연료 공급 시스템 (20) 을 사용하는 제 2 연료 모드
    로 작동 가능하고,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 이 상기 제 1 연료 모드로 작동되는 때, 상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 이 상기 제 2 연료 모드로 작동되는 경우에 비해, 상기 내연 기관 (1) 은 동일한 작동점에서 작동되면서, 상기 내연 기관 (1) 에 전달되는 상기 액체 연료의 양은 감소되고, 상기 액체 연료의 감소된 양으로 인한 액체 연료의 부족은 상기 연료 버퍼 탱크 (52) 에 의해 보상되고 그로부터 전달되는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 은 부스터 펌프 (53) 를 더 포함하고, 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 이 상기 제 1 연료 모드로 작동되는 때, 상기 부스터 펌프 (53) 는 상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 이 상기 내연 기관 (1) 의 동일한 작동점에서 상기 제 2 연료 모드로 작동되는 때보다 더 낮은 속도로 작동되거나 정지되는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 작동 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 액체 연료 공급 시스템 (20) 은 다른 액체 연료 탱크 (31) 를 포함하고, 상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 및 상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 은 상이한 액체 연료 탱크들 (31, 30) 로부터 연료를 공급받는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 작동 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 및 상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 쌍방은 동일한 액체 연료 탱크 (30) 로부터 연료를 공급받는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템의 작동 방법.
  6. 내연 기관 (1) 용 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 으로서,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 은
    기체 연료 공급 시스템,
    적어도 하나의 액체 연료 탱크 (30, 31),
    제 1 피더 펌프 (41) 를 포함하는 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40), 및
    소비 및 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하기 위한 제 2 피더 펌프 (51) 를 포함하는 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 을 포함하는
    액체 연료 공급 시스템 (20), 및
    제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법을 사용함으로써,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 을
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 기체 연료 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 을 사용하는 제 1 연료 모드, 및
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 소비를 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 액체 연료 공급 시스템 (20) 을 사용하는 제 2 연료 모드로 작동시키도록 배치된
    제어기를 포함하는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 은 상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 을 분기하는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  8. 내연 기관 (1) 용 다중 연료 공급 시스템 (10) 으로서,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 은
    기체 연료 공급 시스템,
    액체 연료 탱크 (30),
    제 1 피더 펌프 (41) 를 포함하는 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40), 및
    소비 및 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하기 위한 제 2 피더 펌프 (51), 및
    연료 버퍼 탱크 (52) 를 포함하는
    제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 을 포함하는
    액체 연료 공급 시스템 (20), 및
    제 2 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항의 방법을 사용함으로써,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 을
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 기체 연료 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 을 사용하는 제 1 연료 모드, 및
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 소비를 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 액체 연료 공급 시스템 (20) 을 사용하는 제 2 연료 모드로 작동시키도록 배치된
    제어기를 포함하는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 은 부스터 펌프 (53) 를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 이 상기 제 1 연료 모드로 작동되는 때, 상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 이 상기 내연 기관 (1) 의 동일한 작동점에서 상기 제 2 연료 모드로 작동되는 때보다 더 낮은 속도로 상기 부스터 펌프 (53) 를 작동하거나 상기 부스터 펌프 (53) 를 정지시키도록 배치되는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    연료 버퍼 탱크 (52) 는 적어도 0.5 bar 의 정수두 (hydrostatic head) 를 제공하는 정적 (static) 연료 압력 탱크인, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정적 연료 압력 탱크 (52) 는 상기 내연 기관 (1) 에 비해 올려지는 (elevated), 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 연료 버퍼 탱크 (52) 는 블래더 (bladder) 탱크 또는 스프링 부하 (spring loaded) 탱크인, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 버퍼 탱크 (52) 는 상기 제 2 피더 펌프 (51) 의 하류에 배치되는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연료 버퍼 탱크 (52) 는 상기 부스터 펌프 (53) 의 하류에 배치되는, 내연 기관용 다중 연료 공급 시스템.
  15. 내연 기관 (1) 용 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 의 업그레이드 방법으로서,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 은
    기체 연료 공급 시스템,
    적어도 하나의 액체 연료 탱크 (30, 31),
    제 1 피더 펌프 (41) 를 포함하는 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40), 및
    소비 및 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하기 위한 제 2 피더 펌프 (51) 를 포함하는 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 을 포함하는
    액체 연료 공급 시스템 (20), 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는, 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법을 사용함으로써, 상기 다중 연료 공급 시스템 (10, 11) 을
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 기체 연료 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 을 사용하는 제 1 연료 모드, 및
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 소비를 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 액체 연료 공급 시스템 (20) 을 사용하는 제 2 연료 모드
    로 작동하게 조정되도록 업그레이드되는, 다중 연료 공급 시스템의 업그레이드 방법.
  16. 내연 기관 (1) 용 다중 연료 공급 시스템 (10) 의 업그레이드 방법으로서,
    상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 은
    기체 연료 공급 시스템,
    액체 연료 탱크 (30),
    제 1 피더 펌프 (41) 를 포함하는 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40), 및
    소비 및 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하기 위한 제 2 피더 펌프 (51) 를 포함하는 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 을 포함하는
    액체 연료 공급 시스템 (20), 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 의 일부가 되도록 연료 버퍼 탱크 (52) 가 설치되고,
    상기 제어기는, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항의 방법을 사용함으로써, 상기 다중 연료 공급 시스템 (10) 을
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 순환을 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 기체 연료 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 연료 공급 서브시스템 (40) 을 사용하는 제 1 연료 모드, 및
    상기 제 2 액체 연료 공급 서브시스템 (50) 이 소비를 위해 상기 내연 기관 (1) 에 액체 연료를 전달하도록 작동되는 한편, 상기 액체 연료 공급 시스템 (20) 을 사용하는 제 2 연료 모드
    로 작동하게 조정되도록 업그레이드되는, 다중 연료 공급 시스템의 업그레이드 방법.
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