KR20210150567A - 발열량 추정 - Google Patents

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Abstract

비제한적인 예시적인 실시형태에 따르면, 엔진 (106) 의 동작 동안 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법이 제공되며, 그 방법 (200) 은 상기 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 온도 및 상기 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 밀도의 각각의 표시를 획득하는 단계 (202); 상기 연료의 표시된 온도와 미리 정의된 기준 온도 사이의 관계에 의존하여 연료의 표시된 밀도에 기초하여 온도 조정된 연료 밀도를 유도하는 단계 (204); 및 적어도 온도 조정된 연료 밀도에 기초하여, 상기 연료의 미리 정의된 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 기술하는 발열량을 유도하는 단계 (206) 를 포함한다.

Description

발열량 추정
본 발명은 엔진에 공급되는 연료의 발열량 추정에 관한 것이다.
특정 연료에서 얻은 에너지의 양은 특정 연료의 특정 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 설명하는 발열량을 사용하여 설명할 수 있다. 즉, 발열량은 특정 연료의 에너지 함량의 표시로서의 역할을 한다. 결과적으로, 주어진 연소 엔진에 공급되는 연료에 적용될 때, 발열량은 주어진 연소 엔진의 작동에 의해 특정 연료로부터 얻을 수 있는 기계적 에너지를 기술한다. 그로부터 얻을 수 있는 기계적 에너지 측면에서 연료의 품질은 다양하기 때문에, 특정 연료의 발열량은 한편으로는 주어진 연소 엔진에 의한 연료 소비의 표시를 유도하는 것, 다른 한편으로는 주어진 연소 엔진의 실제 효율의 표시를 유도하는 것을 가능하게 하는 척도로서의 역할을 한다.
따라서, 엔진 조작자의 관점에서, 연소 엔진에 실제로 공급되는 연료의 발열량의 신뢰할 수 있는 추정은 엔진에서의 연소 동작을 통해 얻을 수 있는 기계적 에너지 측면에서 연료 품질에 대한 귀중한 정보를 제공하는 한편, 동시에 발열량은 또한 엔진 동작의 다양한 측면들, 예를 들어 연소 엔진의 효율, 연소 엔진의 연료 소비 및 연소 엔진에 의한 연료의 연소로 인한 배출의 모니터링 및/또는 추정을 가능하게 한다.
중간유(MFO) 또는 중유(HFO)와 같은 잔류 연료의 연소에 의존하는 연소 엔진의 맥락에서, 에너지 함량의 흥미로운 척도는 저위 발열량(lower heating value: LHV)이며, 이는 (예를 들어, 킬로그램당 메가줄로서의) 질량 단위당 에너지 함량으로서 표현될 수 있고, 예를 들어 ISO 8217:2012 Annex E 의 E.2 항목에 따라 순 비에너지로서 계산될 수 있다. 증류 연료의 경우, LHV 가 ISO 8217:2012 Annex E 의 E.3 항목에 따른 순 비에너지로서 계산될 수 있다. LHV 또는 연료 품질의 대응하는 측정이 잔류 연료의 품질에 대한 하나의 유용한 표시로서 작용하지만, 그러한 품질 측정을 도출하기 위한 현재 알려진 방법들은 실험실 환경에서 연료 샘플의 분석을 요구하며, 이는 연료 품질 및 엔진 효율의 온라인 모니터링을 불가능하게 할 뿐만 아니라 이러한 연료 관련 측면들의 모니터링을 고가이고 시간이 많이 소요되는 프로세스로 만든다.
전술한 사항을 고려하여, 본 발명의 목적은 연료 품질, 엔진 효율, 연료 소비 및/또는 연료의 연소로 인한 배출의 온라인 추정을 용이하게 하기 위해 잔류 연료의 발열량의 신속하고 신뢰가능한 계산 또는 추정을 가능하게 하는 기법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적(들)은 개별의 독립 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 장치에 의해, 방법에 의해, 및 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다.
예시적인 실시형태에 따르면, 엔진의 동작 동안 연소 엔진에 공급되는 연료의 분석을 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 엔진에 공급되는 연료의 온도 및 상기 엔진에 공급되는 연료의 밀도의 각각의 표시를 측정하기 위한 연료 흐름 측정 어셈블리; 및 적어도 상기 연료의 온도 및 상기 연료의 밀도에 기초하여 관찰된 연료 품질을 기술하는 하나 이상의 파라미터를 유도하기 위한 제어 엔티티를 포함하고, 제어 엔티티는 연료의 표시된 온도와 미리 정의된 기준 온도 사이의 관계에 의존하여 연료의 표시된 밀도에 기초하여 온도 조정된 연료 밀도를 유도하고, 적어도 온도 조정된 연료 밀도에 기초하여, 상기 연료의 미리 정의된 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 설명하는 발열량을 유도하도록 배열된다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 엔진의 작동 동안 연소 엔진에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 엔진에 공급되는 연료의 온도 및 상기 엔진에 공급되는 연료의 밀도의 각각의 표시를 획득하는 단계; 연료의 표시된 온도와 미리 정의된 기준 온도 사이의 관계에 의존하여 연료의 표시된 밀도에 기초하여 온도 조정된 연료 밀도를 유도하는 단계; 및 적어도 온도 조정된 연료 밀도에 기초하여, 상기 연료의 미리 정의된 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 기술하는 발열량을 유도하는 단계를 포함한다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 컴퓨터 프로그램이 제공되며, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하며, 그 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드는 상기 프로그램 코드가 하나 이상의 컴퓨팅 장치 상에서 실행될 때 적어도 전술한 예시적인 실시형태에 따른 방법을 수행하게 하도록 구성된다.
예시의 실시형태에 따른 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어, 프로그램 코드가 저장된 적어도 하나의 컴퓨터 판독가능 비-일시적 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 휘발성 또는 비휘발성 컴퓨터 판독가능 기록 매체 상에 수록될 수도 있고, 그 프로그램은, 하나 이상의 장치들에 의해 실행될 경우, 그 하나 이상의 장치들로 하여금 상기에서 설명된 예시적인 실시형태에 따른 방법을 적어도 수행하게 한다.
본 특허 출원에서 제시된 본 발명의 예시화한 실시형태들은 첨부된 청구항들의 적용가능성에 대한 제한들을 취하도록 해석되지 않는다. 동사 "포함하는 것" 및 그 파생어들은, 또한 기재되지 않은 특징들의 존재를 배제하지 않는 개방적 제한으로서 본 특허 출원에서 사용된다. 이하에서 설명되는 특징들은, 달리 명시적으로 서술되지 않으면, 상호 자유롭게 결합가능하다.
본 발명의 일부 특징들은 첨부된 청구항들에 기재된다. 하지만, 그 추가 목적들 및 이점들과 함께 그 구성 및 그 동작 방법 양자 모두에 관한 본 발명의 양태들은, 첨부 도면들과 관련하여 읽을 경우에 일부 예시적인 실시형태들의 다음의 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
본 발명의 실시형태들은 첨부 도면들의 도에 있어서 제한으로서가 아닌 예로서 예시된다.
도 1 은 일 예시에 따른 연료 품질의 온라인 분석을 위한 프레임워크를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 일 예시에 따른 방법을 도시한다.
도 3 은 일 예시에 따른 장치의 일부 엘리먼트들의 블록도를 도시한다.
내연 기관(ICE)과 같은 연소 엔진은 발전소, 해양 선박, 석유 굴착 장치 및 기타 해양 플랫폼 등과 같은 까다로운 산업 환경에 적용될 수 있으며, 여기서 복수의 (예를 들어, 두 개 이상의) 엔진들 중 단일의 엔진 또는 엔진 시스템은 해양 선박의 추진을 위한 기계적 에너지의 공급으로서 또는 전력 공급을 위한 발전기에 대한 입력으로서 적용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 사용 시나리오들에서, 엔진(들)은 장기간 동안 연속적으로 작동되며 연료 소비 및 배출을 가능한 한 낮게 유지한다는 점에서 고효율로 작동하는 것이 중요하다. 연소 엔진은 증류 연료, 잔류 연료 또는 이 둘 중 하나를 연소할 수 있다. 이 두 연료 유형의 차이점 중 하나는 그들의 점도이다: 증류 연료들은 더 낮은 점도를 갖고 이리하여 그것들은 상대적으로 낮은 온도에서 엔진에서의 연소를 위해 공급(예를 들어, 펌핑)될 수 있는 반면, 잔류 연료들은 더 높은 점도를 갖고 일반적으로 잔류 연료를 가열하는 것은 엔진에서의 연소를 위해 잔류 연료를 펌핑할 수 있도록 하는 점도를 제공하는 데 필요하다. 전술한 유형의 ICE 들 적용할 수 있는 잔류 연료 유형의 예들은 중간유(MFO) 또는 중유(HFO)를 포함한다. HFO와 같은 잔류 연료의 장점은 그것의 저렴한 비용인 반면, 잔류 연료들의 높은 점도로 인해 그것들은 잔류 연료를 엔진으로 펌핑하는 것을 가능하게 하는 점도 레벨을 보장하기 위해 사용 전에 약 섭씨 100도 범위의 온도로 가열될 필요가 있다. 잔류 연료들의 또 다른 단점은 그것들이 일반적으로 연료의 에너지 가치를 어느 정도 감소시킬 수 있는 물, 재 및/또는 황과 같은 일부 불순물을 또한 포함한다는 것이다.
본 개시는 하나 이상의 엔진에 공급되는 연료의 발열량의 평가를 위한 온라인 분석을 가능하게 하는 기술을 설명한다. 연료 품질의 이러한 모니터링은 예를 들어 엔진 동작 효율, 연료 소비 및/또는 결과적인 배출을 최적화하려는 시도에서 가능한 범위까지 관찰된 연료 품질을 설명하도록 엔진 동작의 조정을 가능하게 할 수 있는 귀중한 정보를 제공한다. 연료 품질 모니터링은 또한 연료 품질의 가능한 변동을 고려하지 않으면 잘못 추정될 수 있는, 엔진의 실제 효율을 추정하거나 계산하기 위한 추가 입력을 제공한다. 결과적으로 엔진 효율의 지속적인 모니터링은 장기간에 걸친 엔진 상태에 대한 귀중한 추가 정보를 제공하며, 이는 (불량한 연료 품질로 인한) 비효율적인 동작은 분명히 엔진으로부터 확실한 출력 파워를 얻기 위해 더 많은 양의 연료를 연소해야 하기 때문이며, 이는 차례로 더 높은 품질의 연료를 사용하는 엔진 동작에 비해 엔진의 마모가 증가한다. 더욱이, 이러한 연료 품질 모니터링은 실제 관찰된 연료 품질에 관해 연료 공급자에게 사실 기반 피드백을 제공할 수 있게 한다.
도 1 은 연료 탱크(104)에서 엔진(106)으로의 연료 공급 라인(102)을 포함하는, 한 예에 따른 연료 품질의 온라인 분석을 위한 프레임워크를 개략적으로 도시한다. 엔진(106)은 예를 들어 내연 기관과 같은 연소 엔진을 포함할 수 있다. 더욱이, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 연료 탱크(104)와 엔진(106) 사이의 연료 공급 라인에 배열된다. 연료 흐름 측정 어셈블리는 제어 엔티티(110)에 통신 가능하게 연결되고 연료 공급 라인(102)의 연료 흐름 특성을 설명하는 하나 이상의 측정 신호를 제어 엔티티(110)에 제공하도록 배열되며, 제어 엔티티(110)는 하나 이상의 측정 신호에서 표시된 연료 흐름 특성에 기초하여 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터를 도출하도록 배열된다. 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터는 예를 들어 LHV 와 같은, 상기 연료의 미리 정의된 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 설명하는 발열량을 포함할 수 있다.
도 1 의 예는 개념적인 것이며 엔진(106)에 연료 공급을 제공하기 위한 실제 솔루션에 필요한 많은 요소를 생략하며 본 개시에서 설명된 연료 품질 모니터링 기법의 범위를 일탈하지 않고 다수의 방법으로 변경 및 보완될 수 있다. 이와 관련하여 예로서, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 단일 연료 흐름 측정 엔티티, 단일 물리적 엔티티에 배열된 둘 이상의 연료 흐름 측정 엔티티 또는 그렇지 않으면 연료 공급 라인(102)의 동일한 위치에 배열된 둘 이상의 연료 흐름 측정 엔티티, 연료 공급 라인(102)의 동일한 위치 또는 상이한 위치들에서 각각의 별도의 물리적 엔티티에 배열된 둘 이상의 연료 흐름 측정 엔티티 등을 포함한다. 다른 예로서, 제어 엔티티(110)는 도 1 의 예에서 도시된 다른 엘리먼트들과 병치 (예를 들어, 엔진(104)의 제어 시스템의 일부로서 제공) 될 수 있거나 또는 원격으로 위치될 수 있다. 더욱이, 제어 엔티티(110)는 하나 이상의 개별 엔티티 또는 컴포넌트로 제공될 수 있는 논리적 엔티티로 해석되어야 하며, 그 중 일부는 도 1의 예에 도시된 다른 엘리먼트들과 병치될 수 있고 그 중 일부는 원격으로 위치될 수 있다. 그러나, 도 1의 프레임워크는 본 발명에 따른 온라인 연료 품질 모니터링 기법의 다양한 특성을 설명하기에 충분하다. 그럼에도 불구하고, 추가 엔티티를 포함할 수 있는 연료 공급 라인(102)을 통한 개시된 연료 품질 모니터링 기법의 사용의 일부 예는 연료 품질 모니터링 기법을 구현하는 각각의 유리한 예를 예시하기 위해 이 텍스트의 뒷부분에서 설명된다.
여기서, '온라인' 연료 품질 모니터링에 대한 참조는 엔진의 동작의 과정에서 엔진(106)에 실제로 공급되는 연료의 품질의 즉각적인 모니터링을 포함한다. 위에 요약된 라인을 따라 이러한 온라인 연료 품질 모니터링에서 발생하는 이점은 개선된 정확도 및/또는 신뢰성으로 엔진의 실제 효율을 설명하는 파라미터를 추정하거나 계산할 수 있는 가능성을 포함하며, 이것은 엔진 상태의 단기 및 장기 모니터링 양자 모두에 유용한 정보를 획득하는 것을 야기한다: 단기 모니터링의 경우, 관찰된 연료 품질의 표시는 예를 들어 연료 품질의 변화로 인한 엔진 효율의 변화와 일부 다른 인자 (예를 들어, 엔진의 오작동) 로 인한 변화를 구별하는 것을 가능하게 할 수 있는 반면, 장기 모니터링의 경우, 관찰된 연료 품질 표시의 이력은 동일한 기간에 걸친 엔진 효율의 변화가 관찰된 연료 품질을 따르는지 또는 엔진 효율의 장기적 경향에 기여하는 다른 인자들 (예를 들어, 엔진의 지속적인 최적 미만의 사용, 엔진의 타협된 또는 방치된 유지보수, …) 이 (또한) 존재하는 지를 평가하는 데 적용할 수 있다. 더욱이, '온라인' 연료 품질 모니터링은 또한 사전 정의된 표준을 충족하지 않는 관찰된 연료 품질을 설명하기 위해 엔진 (106) 동작의 (즉각적인) 정정 액션 및/또는 조정을 수행하는 것을 가능하게 하고 또한 관찰된 품질 측정(들)이 특정 시간에 엔진(106)에 실제로 공급되는 연료의 품질을 나타내는 역할을 하는 것을 보장할 수 있다.
본 개시물에 기술된 온라인 연료 품질 모니터링 기법은 전술한 MFO 또는 HFO와 같은 액체 잔류 연료를 연소시키도록 설계된 엔진에 특히 유용할 수 있다. 그러나, 개시된 연료 품질 모니터링 기법의 적용은 잔류 연료에 제한되지 않고 다른 액체 연료 유형에도 적용 가능하다.
연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 연료 공급 라인(102)에서 연료 흐름의 특성을 측정하고, 연료 공급 라인(102)에서 측정된 연료 흐름 특성을 설명하는 하나 이상의 측정 신호를 제어 엔티티(110)에 제공하도록 배열된다. 바람직하게는, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 가능한 한 가깝게 엔진(106)에 의해 수용되는 연료의 특성을 반영하기 위해 연료 공급 라인(102)으로부터 엔진(106)으로 공급되는 연료 흐름의 특성을 측정하도록 배열된다. 일 예에서, 측정된 연료 흐름 특성은 연료 온도와 연료 밀도를 직접 나타낸다. 다른 예에서, 측정된 특성은 연료 온도 및/또는 연료 밀도를 유도하는 것을 가능하게 하는 특성을 포함한다 (다른 하나는 직접 표시될 수도 있음). 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 또한 연료 흐름의 추가 특성을 측정하도록 배열될 수 있다.
여기서, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 기본적으로 이를 통해 흐르는 연료를 측정하고 흐름 측정 어셈블리(108)로부터 얻은 측정 신호에서 전달된 정보는 예를 들어 연료 공급 라인(102) 에서, 연료 공급 라인(102) 에 배열된 컴포넌트들에서 및/또는 엔진(108) 에서의 내부 연료 누출을 고려하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 엔진에서 실제로 연소되는 연료의 실제의 양에 영향을 미칠 수 있는 이러한 인자들은 시스템 및 엔진 특정적이고, 예를 들어 이에 따라 제어 엔티티(110)에서 유도된 하나 이상의 연료 품질 파라미터 (예를 들어, 발열량) 를 조정함으로써 또는 그렇지 않으면 이러한 인자들의 관점에서 제어 엔티티(110) 에서 유도된 하나 이상의 연료 품질 파라미터를 고려함으로써 고려될 수 있다.
일 예에서, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 (가능하게는 연료의 하나 이상의 추가의 특성과 함께) 연료 온도 및 연료 밀도를 측정하도록 배열되는 단일 엔티티를 포함한다. 이러한 측정 엔티티의 예는 연료 온도 및 연료 밀도를 측정하도록 배열된 하나 이상의 질량 유량계를 포함합니다. 그 목적에 적합한 다양한 유량계들이 본 기술에서 알려져 있지만, 이와 관련한 특정의 예는 코리올리형 질량 유량계를 포함한다. 다른 예에서, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 연료 온도 및 연료 밀도를 측정하기 위한 각각의 개별 엔티티를 포함할 수 있다. 이와 관련하여 예로서, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 연료 온도를 측정하도록 배열된 하나 이상의 온도 센서 및 연료의 밀도를 측정하도록 배열된 하나 이상의 유량계 어셈블리를 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 온도 센서는 각각의 질량 유량계 어셈블리 내 또는 그 부근에서 연료 온도를 측정하도록 배열될 수 있다. 또한 이러한 배열에서 각각의 질량 유량계 어셈블리는 각각의 코리올리 유형 질량 유량계를 포함할 수 있다. 이러한 배열에서, 유량계 어셈블리는 연료 밀도의 측정값을 직접 제공하도록 배열된 단일 엔티티를 포함할 수 있거나 조합하여 (예를 들어, 제어 엔티티(110)에서) 연료 밀도를 유도하는 것을 가능하게 하는 각각의 측정 값을 제공하도록 각각 배열되는 둘 이상의 하위 엔티티를 포함할 수 있다. 후자의 접근법의 예로서, 둘 이상의 서브-엔티티가 엔진(106)에 공급되는 연료의 질량 및 엔진(106)에 공급되는 연료의 부피를 각각 측정하도록 배열될 수 있다.
전술한 바와 같이, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 제어 엔티티(110)에 통신 가능하게 결합된다. 이와 관련하여, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 제어 엔티티(110)에 하나 이상의 측정 신호를 제공하도록 배열되고, 제어 엔티티 (110) 는 측정 신호들에서 수신된 정보에 기초하여 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터를 유도하도록 배열된다. 측정 신호들은 연료 흐름 측정 어셈블리(108)에서 측정된 연료 특성의 현재 값을 설명하는 정보를 전달하는 각각의 전기 신호를 포함한다. 측정 신호들은 각각의 아날로그 또는 디지털 신호를 포함할 수 있다. 이와 관련하여 일 예로서, 제어 엔티티(110)에 의해 연료 흐름의 각각의 특성(예를 들어, 온도 또는 밀도)으로 변환될 수 있는 전압 또는 전류를 각각 나타내는 각각의 아날로그 신호가 사용될 수 있다. 다른 예로서, 연료 흐름의 각각의 특성(예를 들어, 온도 또는 밀도)을 나타내는 역할을 하는 디지털 정보를 각각 전달하는 각각의 디지털 신호가 사용될 수 있다. 디지털 신호(들)가 측정 신호(들)로서 적용되는 시나리오에서, 단일 디지털 신호는 연료 흐름의 복수의 특성(예를 들어, 온도 및 밀도)에 관한 정보를 전달할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어 엔티티(108)는 하나 이상의 측정 신호에 표시된 연료 흐름 특성에 기초하여 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터를 유도하도록 배열된다. 이와 관련하여, 제어 엔티티(108)는 도 2의 흐름도에 의해 예시된 방법(200)의 단계들을 수행하도록 배열될 수 있다.
방법(200)은 블록(202)에 표시된 바와 같이 하나 이상의 측정 신호에서 표시된 관찰된 연료 온도 및 관찰된 연료 밀도의 각각의 표시를 획득하고 블록(204)에 표시된 바와 같이 관찰된 연료 온도와 미리 정의된 기준 온도 사이의 관계에 의존하여 표시된 연료 밀도에 기초하여 온도 조정된 연료 밀도를 유도함으로써 시작한다. 방법(200)은 블록(206)에 표시된 바와 같이, 온도 조정된 연료 밀도에 기초하여, 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터를 유도하는 단계를 더 포함한다. 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터는 예를 들어 엔진 (106) 에서의 상기 연료의 미리 정의된 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 설명하는 발열량을 포함할 수 있다. 방법(200)은 예를 들어 다음에 제공되는 비제한적인 예에서 설명된 바와 같이 다양한 방식으로 보완 및/또는 변경될 수 있다.
도 2의 블록(202)에 대해 설명된 동작을 다시 참조하면, 관찰된 연료 온도 및 관찰된 연료 밀도는 복수의 비제한적인 예들을 통해 상술된 연료 흐름 측정 어셈블리 (108) 로부터 수신된 하나 이상의 측정 신호들에서 획득될 수 있다. 위에서 설명된 라인을 따라, 예에서, 제어 엔티티(108)는 연료 온도 및 연료 밀도의 각각의 (직접적인) 표시를 수신할 수 있다. 다른 예에서, 제어 엔티티(108)는 예를 들어 (엔진(106)에 공급된 연료의 질량 및 엔진에 공급된 연료의 체적과 같은) 제어 엔티티(108)에서 연료 밀도의 유도를 가능하게 하는 하나 이상의 연료 흐름 특성의 각각의 표시와 함께 연료 온도의 직접적인 표시를 수신하고 이러한 연료 흐름 특성에 기초하여 (예를 들어, 연료의 체적에 의해 나눠진 연료의 질량으로서) 연료 밀도를 계산한다.
도 2의 블록(204)에 대해 설명된 동작을 다시 참조하면, 온도 조정된 연료 밀도의 유도는 관찰된 연료 온도에서의 관찰된 연료 밀도를 상기 미리 정의된 기준 온도에서 온도 조정된 연료 밀도로 변환하는 미리 정의된 변환 함수를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 변환 함수는, 예를 들어, 가능하게는 매핑 함수를 수반하는 제어 엔티티(110)에 의해 액세스 가능한 메모리에 저장된 매핑 테이블로서 제공될 수 있다. 룩업 테이블은 또한 룩업 매트릭스, 매핑 테이블 또는 매핑 매트릭스로도 지칭될 수 있다. 다음에서는 매핑 테이블이라는 용어가 주로 적용된다. 변환은 미리 정의된 기준 온도에서 ρmin 로부터 ρmax 까지의 미리 정의된 범위 내에서 관찰된 연료 온도에서 관찰된 연료 밀도를 대응하는 온도 조정된 연료 밀도에 매핑하는 것을 가능하게 하는 역할을 한다. 변환 함수는 증류 연료 또는 HFO 또는 MFO와 같은 미리 정의된 유형의 잔류 연료에 대해 설계될 수 있다. 변환 함수의 비제한적인 예는 다음에서 제공된다.
일 예에 따르면, 변환 함수는 맵핑 함수와 함께 맵핑 테이블을 수반한다. 매핑 테이블은 테이블 엔트리들의 목록을 포함할 수 있으며, 각 테이블 엔트리는 온도 조정된 연료 밀도 ρj 에 대한 후보 값 및 조정 인자 Fj 에 대한 대응하는 후보 값의 쌍을 포함하며, 이들은 관찰된 연료 밀도 ρobs 및 관찰된 연료 온도 Tobs 에 대응하는 기준 온도 Tref 에서의 온도 조정된 밀도 ρadj 를 식별하기 위해 다음 매핑 함수를 통해 적용가능하다:
Figure pct00001
특히, 위의 매핑 함수 및 전술한 매핑 테이블의 사용을 통한 온도 조정된 연료 밀도의 유도는, 맵핑 함수의 사용을 통해, 맵핑 테이블 엔트리 j 에서 온도 조정된 연료 밀도 ρj 에 대한 후보 값에 가장 가까운 온도 조정된 연료 밀도 ρadj 를 산출하는 온도 조정된 연료 밀도 ρj 에 대한 후보 값 및 조정 인자 Fj 에 대한 대응하는 후보 값을 포함하는 매핑 테이블 엔트리 j 를 식별하기 위해 매핑 테이블을 검색하는 것을 포함할 수 있다. 결과적으로, 식별된 매핑 테이블 엔트리에서의 온도 조정된 연료 밀도 ρj 에 대한 후보 값은 온도 조정된 연료 밀도 ρadj 로서 적용될 수 있다.
매핑 테이블과 매핑 기능을 수반하는 변환 함수에 관한 위의 예는 매핑 테이블에서 가장 가까운 이웃 검색을 가정했으며, 여기서 식별된 매핑 테이블 엔트리에서의 온도 조정된 연료 밀도 ρj 의 후보 값은 온도 조정된 연료 밀도 ρadj와 같이 적용된다. 다른 예에서, 식별된 매핑 테이블 엔트리에서의 온도 조정된 연료 밀도 ρj 의 후보 값이 매핑 함수의 사용을 통해 획득된 대응하는 온도 조정된 연료 밀도 ρadj 와 (완전히) 일치하지 않는다고 가정하는 경우, 온도 조정된 연료 밀도 ρadj 의 최종 값은 매핑 테이블 엔트리의 위에서 설명된 식별에서 매핑 기능의 적용을 통해 획득된 값에 가장 가까운 온도 조정된 연료 밀도 ρj 의 두 후보 값에 적절한 보간 기법을 적용하여 유도될 수 있다.
매핑 기능과 함께 매핑 테이블을 포함하는 변환 함수에 관한 위의 예에서, 매핑 테이블의 테이블 엔트리에서, 조정 인자 Fj 에 대한 후보 값의 값은 온도 조정된 연료 밀도 ρj 의 후보 값이 증가함에 따라 감소한다. 결과적으로, 온도 조정은 관찰된 연료 밀도 ρobs 를 높은 값의 온도 조정된 연료 밀도 ρadj 로 조정하도록 동작하는 반면, 적용된 온도 조정의 범위는 연료 밀도가 증가함에 따라 감소하고 관찰된 연료 온도 Tobs 와 기준 온도 Tref 사이의 차이가 증가함에 따라 증가한다.
다른 예에 따르면, 변환 함수는 2차원 테이블을 포함하는 매핑 테이블을 통해 제공될 수 있으며, 여기서 각 행은 각각의 최소 및 최대 연료 밀도에 의해 정의된 미리 정의된 범위 내에서 각각의 (관찰된) 연료 밀도를 나타내고 여기서 각 열은 각각의 최소 및 최대 온도에 의해 정의된 미리 정의된 범위 내의 각각의 (관찰된) 연료 온도를 나타낸다. 이 접근법의 변형에서, 각 열은 (관찰된) 연료 온도와 기준 온도 사이의 각각의 차이를 나타낼 수 있다. 따라서 2차원 표의 각 셀은 (관찰된) 연료 밀도와 (관찰된) 연료 온도(또는 기준 온도와의 차이)의 각각의 조합을 나타내고 관찰된 연료 밀도 및 관찰된 연료 온도(또는 온도 차이)의 각각의 조합에 대해 할당된 기준 온도에서의 각각의 연료 밀도를 포함한다.
결과적으로, 온도 조정된 연료 밀도는 관찰된 연료 밀도에 가장 가까운 (관찰된) 연료 밀도를 나타내는 2차원 테이블의 행을 식별하고 관찰된 연료 온도에 가장 가까운 (관찰된) 연료 온도를 나타내는 2차원 테이블의 열을 식별 (또는 관찰된 연료 온도와 기준 온도 간의 차이에 가장 가까운 온도 차이를 나타내는 2차원 테이블의 열을 식별) 하며, 온도 조정된 연료 밀도로서 그 식별된 행과 열에 의해 정의된 셀에서 발견된 기준 온도에서의 연료 밀도를 적용함으로써 찾을 수 있다.
위의 예의 변형에서, 2차원 테이블의 행과 열의 역할은 각 행이 각각의 (관찰된) 연료 온도(또는 관찰된 온도 차이)를 나타내고 각 열이 각각의 (관찰된) 연료 밀도를 나타내도록 역전될 수 있다. 상기 예의 추가 변형에서, 매핑 테이블은 미리 정의된 온도 범위 내의 복수의 (관찰된) 연료 온도 각각에 대한 (또는 관찰된 연료 온도와 기준 온도 사이의 복수의 차이 각각에 대한) 각각의 서브-테이블을 포함하며, 여기서 각 하위 테이블은 미리 정의된 밀도 범위 내에서 각각의 복수의 (관찰된) 연료 밀도를 커버하는 각각의 복수의 테이블 엔트리를 포함하며, 여기서 각 테이블 엔트리는 각각의 (관찰된) 연료 밀도 ρj 를 기준 온도에서의 대응하는 연료 밀도 ρadj 에 맵핑한다. 위의 예의 추가 변형에서, 하위 테이블들과 그들의 내용들의 역할은 각 하위 테이블이 미리 정의된 범위 내에서 각각의 (관찰된) 연료 밀도에 대해 제공되도록 역전될 수 있는 반면, 각 하위 테이블의 테이블 엔트리는 각각의 (관찰된) 연료 밀도에 대한 미리 정의된 온도 범위 내에서 복수의 (관찰된) 연료 온도들 (또는 관찰된 연료 온도와 기준 온도 사이의 차이들) 을 커버한다.
기준 온도는 임의의 원하는 온도일 수 있다. 예를 들어, 기준 온도는 섭씨 15도일 수 있으며, 이는 예를 들어 ISO 8217:2012 Annex E에 따라 LHV를 유도를 위한 온도이다.
변환 함수와 관련하여 위의 비제한적인 예는 암시적으로 단일 기준 온도의 가용성을 가정한다. 다른 예들에서, 각각의 변환 함수는 복수의 상이한 기준 온도들에 대해 제공될 수 있고, 여기서 각각의 변환 함수들은 예를 들어 전술한 예시적인 접근법들 중 하나를 사용하여 제공될 수 있다. 이러한 시나리오에서 온도 조정된 연료 밀도의 유도는 관심 있는 변환 함수를 선택하고 선택된 변환 함수를 적용하여 관찰된 연료 밀도와 관찰된 연료 온도를 고려하여 온도 조정된 연료 밀도를 찾는 것으로 시작된다.
변환 함수, 예를 들어 매핑 테이블 또는 변환 함수로서의 역할을 하는 연관된 매핑 함수와 함께하는 매핑 테이블은 시간이 지남에 따라 수집된 실험 데이터를 기반으로 유도될 수 있다. 예를 들어, 이러한 실험 데이터는 기준 온도에서 대응하는 측정된 연료 밀도 값과 함께 Tmin 에서 Tmax 까지의 미리 정의된 범위 내의 복수의 상이한 연료 온도에서의 ρmin 에서 ρmax 까지의 미리 정의된 범위 내의 복수의 상이한 연료 밀도를 커버하는 비교적 많은 수의 데이터 포인트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 실험 데이터의 데이터 포인트들은 (예를 들어, 발전소 또는 선박들에서의) 그들의 정상 사용 과정에서 하나 이상의 엔진을 사용하여 수행된 측정들로부터 획득될 수 있는 반면, 기준 온도에서의 대응하는 연료 밀도 값들은 각 데이터 포인트(들) 을 수집함에 있어서 적용된 연료의 실험실 분석을 통해 얻을 수 있다. 다른 예로서, 실험 데이터의 데이터 포인트와 기준 온도에서의 대응하는 연료 밀도 값 모두는 실험실 조건에서 얻어질 수 있다.
도 2의 블록(206)에 대해 설명된 동작을 다시 참조하면, 전술한 바와 같이, 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터의 유도는 온도 조정된 연료 밀도에 기초하여 발열량을 유도하는 것을 포함할 수 있다. 관찰된 연료 밀도를 유도의 근거로 직접 사용하는 대신 온도 조정된 연료 밀도를 기반으로 발열량을 유도하는 것은 발열량을 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 방식으로 유도할 수 있다는 점에서 유리하다: 예를 들어 MFO 및 HFO 과 같은 잔류 연료의 경우, 연료 밀도는 온도가 증가함에 따라 상당히 감소할 수 있지만, 반면에 이러한 유형의 연료는 일반적으로 연료 점도를 엔진에 공급하기에 적합한 수준으로 조정하기 위해 가열되어야 한다. 이것은 엔진(106)에 공급될 때 연료의 온도가 적절한 점도를 보장하기 위해 일반적으로 100도 이상이어야 하는 HFO의 경우에 특히 두드러진 반면, MFO의 경우에도 엔진(106)에 공급되는 연료의 온도는 약 섭씨 30 내지 40도 범위에 있을 수 있다. 동작 온도는 엔진(106) 및 엔진에 공급되는 연료의 특성에 의존하기 때문에 관찰된 연료 밀도는 일반적으로 기준 온도와 상이한 온도에서 얻어진다. 이러한 연료 밀도의 차이는 기준 온도와 실제 측정 온도 간의 차이가 클수록 커지는 반면, 연료 품질 분석의 신뢰도와 정확도는 연료 흐름이 엔진(106)에 공급되는 온도에서의 연료 흐름의 특성을 반영하는 연료 밀도 측정에 의존할 경우 향상될 것으로 기대할 수 있다. 결과적으로, 엔진(106)에 공급되는 연료의 온도가 기준 온도보다 상당히 높을 수 있기 때문에, 많은 경우에 발열량의 추정에서의 관찰된 연료 밀도를 직접적인 사용은 부정확하거나 심지어 매우 잘못된 결과를 야기한다.
적용 가능한 발열량의 특정 (그러나 비제한적인) 예는 상기에서 언급된 저위 발열량 (LHV) 이다. LHV 추정을 위한 잘 알려진 접근 방식은 ISO 8217:2012 Annex E의 E.2 항목에 정의된 순 비에너지이며, 여기서 기준 온도는 섭씨 15도로 정의된다. 다른 예들에서, LHV 및/또는 상이한 기준 온도들을 추정하기 위한 상이한 접근법들이 적용될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 예를 들어 MFO 또는 (특히) HFO와 같은 잔류 연료가 엔진(106)에 공급되는 전형적인 온도는 기준 온도보다 상당히 높을 수 있으며, 이는 LHV의 계산에서의 (엔진(106)에 공급되는 온도 또는 그 근처에서의) 관찰된 연료 밀도의 직접적인 사용을 실현 불가능하게 한다. 대신, 예를 들어 ISO 8217:2012 Annex E(또는 그 파생물)에 따른 순 비에너지를 포함하는 LHV는 결과의 LHV의 향상된 정확도와 신뢰성을 위해 온도 조정된 연료 밀도를 기반으로 계산될 수 있다.
연료의 발열량에 대한 주요 기여자는 관찰된(그러나 온도 조정된) 연료 밀도이고 이리하여 발열량의 합리적인 추정치는 다른 요인을 고려하지 않고 온도 조정된 연료 밀도에 직접 기초하여 얻을 수 있는 반면, 발열량 추정의 정확성 및 신뢰성의 추가의 향상은 일반적으로 연료에 존재하는 미리 정의된 불순물의 유해한 영향을 고려하여 제공될 수 있다. 이러한 불순물의 예는 연료에서 자연적으로 발생하거나 (우연히) 연료에 혼합될 수 있는 물, 재 및/또는 황을 포함한다. 대부분의 실제 사용 사례에서 엔진(106)에 공급되는 연료는 소위 데이 탱크(day tank)에서 공급되며, 여기에는 엔진 (106) 의 효율에 유해한 (대부분의) 물 및 기타 불순물을 제거하기 위해 이미 세정 과정을 거친 연료가 포함된다.
결과적으로, 제어 엔티티(110)는 연료 내의 수분 함량, 연료 내의 회분 함량 및 연료 내의 황 함량의 각각의 추정치를 획득할 수 있다. 이러한 추정치는 예를 들어 특정 연료 소스에서 얻은 연료의 실험실 분석을 통해 얻은 실험 데이터를 기반으로 얻을 수 있다. 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량의 각각의 추정치는 이용 가능한 실험 데이터에 기초하여 유도된 각각의 평균값으로 제공될 수 있다. 이러한 추정값은 연료 공급 라인(102)의 실제 연료 흐름의 각 특성을 완벽하게 반영하지 않을 수 있지만, 실제 연구들은 그것들이 그럼에도 불구하고 발열량 추정의 정확성 및 신뢰성을 향상시키는 역할을 하는 것으로 나타났다.
온도 조정된 연료 밀도에 의존하는 LHV 유도는 정확히 ISO 8217:2012 Annex E 또는 그 수정 버전에 정의된 순 비에너지일 수 있다. 일반적으로 LHV는 온도 조정된 연료 밀도의 2차 함수로 계산할 수 있으며, 그 값은 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량의 함수로서 유도된, 연료 내에 포함된 불순물의 기여를 도입하는 정정 항에 의해 더 조정된다. 이와 관련된 예로서, ISO 8217:2012 Annex E에 제공된 방정식의 일반화된 버전은 LHV를 순 비에너지 QRnp 로서 계산하기 위해 적용될 수 있다:
Figure pct00002
여기서, ρadj 는 (입방 미터당 킬로그램으로) 섭씨 15도의 기준 온도에서 온도 조정된 연료 밀도를 나타내고 , ww 는 (질량 백분율로서) 연료의 수분 함량을 나타내며, wa 는 (질량 백분율로서) 연료의 회분 함량을 나타내며, ws 는 (질량 백분율로서) 연료의 황 함량을 나타낸다. ISO 8217:2012 Annex E에 따르면, 상수 A, B, C, a, b 및 c는 HFO 또는 MFO에 대한 LHV를 계산하기 위해 다음 값으로 설정될 수 있다:
상수 ISO 8217:2012 Annex E 에 따른 값
A 8.802 * 10-6
B 3.167 * 10-3
C 46.704
a 0.01
b 0.0942
c 0.02449
(HFO 또는 MFO 또는 다른 유형의 연료에 관한) 다른 예에서, 위 공식의 적응된 버전이 적용될 수 있으며, 여기서 적응은 상수 A, B, C, a, b 및 c 중 하나 이상의 조정을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 그 공식의 적응은 연료에 포함된 불순물의 기여를 설명하는 정정 항의 생략 또는 다음 중 하나 이상의 상이한 함수로서 정정 항을 유도하는 것을 포함할 수 있다: 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량.
제어 엔티티(110)는 유도된 발열량을 직접 이용하도록 배열될 수 있고/있거나 그 발열량은 후속 사용을 위해 메모리에 저장될 수 있다. 후자의 접근 방식을 위해, 메모리는 제어 엔티티(110)에 의해 (직접) 액세스 가능한 메모리 또는 다른 장치 또는 엔티티의 메모리를 포함할 수 있다. 후자의 시나리오에서, 발열량을 메모리에 저장하는 액션은 제어 엔티티(110)가 저장을 위해 이용할 수 있는 통신 네트워크를 통해 유도된 발열량을 다른 장치 또는 엔티티에 송신하는 것을 더 포함한다.
예로서, 제어 엔티티(110)에서의 발열량의 직접 적용은 유도된 발열량, 예를 들어 LHV에 적어도 부분적으로 기초하여 비연료 소모율 (SFOC) 과 같은 연료 소비 표시를 유도하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, SFOC는 ISO-3046 표준에 정의된 바와 같이, 예를 들어 다음에서 설명되는 바와 같이 유도될 수 있다:
Figure pct00003
여기서,
Figure pct00004
여기서, K 는 표시 전력의 비율을 나타내고, ∝ 는 전력 조정 인자를 나타내며, Px 는 (hPA 단위의) 측정 중 기압을 나타내고, Pra 는 표준 기준 기압 (1000hPA) 을 나타내며, m 은 예를 들어 값 0.7로 설정될 수 있는 지수를 나타내고, Tra 는 기준 공기 온도 (K 단위, 예 Tra = 298K) 를 나타내고, Tx 는 측정 중 공기 온도 (K 단위) 를 나타내고, n 은 예를 들어 값 1.2로 설정될 수 있는 지수를 나타내고, Tcr 은 기준 차지 공기 냉각재 온도 (K 단위, 예 Tcr = 298 K) 를 나타내고, Tcx 는 측정 중 차지 공기 냉각재 온도 (K 단위) 를 나타내고, s 는 예를 들어 값 1로 설정될 수 있는 지수를 나타내고, ηmek 는 엔진(106)의 기계적 효율을 나타내고, M 은 측정된 연료량 (kg 단위) 을 나타내고, S 는 시간 (초 단위) 을 나타내고, MLS 는 연료 펌프에서 깨끗한 누출 연료의 흐름 (kg/h 단위) 을 나타내고, P 는 엔진 파워 (kW 단위) 를 나타내고, LHVtest 는 유도된 LHV (MJ/kg 단위) 를 나타내고, LHVISO 는 ISO에 따른 LHV (MJ/kg 단위) 를 나타내고, EDP 는 엔진 구동 펌프의 연료 소비량 (g/kWh 단위) 을 나타내고, Be 는 연료의 실제 에너지 함량을 기반으로 적용된 정정이 없는 테스트 베드 상의 연료 오일 소비량 (g/kWh 단위) 을 나타내고, BISO 는 ISO 에 따라 정정된 엔진 효율 (g/kWh 단위) 을 나타낸다.
제어 엔티티(110)에서의 유도된 발열량의 사용의 다른 예는 유도된 발열량에 적어도 부분적으로 기초한 연료 품질의 추정 및/또는 엔진(106)의 효율의 추정을 포함한다. 품질 추정은, 예를 들어 유도된 발열량이 미리 정의된 임계값과 비교되고, 유도된 발열량이 임계값을 초과하지 않는 것에 응답하여 경고 메시지 또는 다른 종류의 경고 표시가 발행되도록 품질 모니터링을 포함할 수 있다. 경고 표시는 예를 들어 제어 엔티티(110)에 연결된 사용자 인터페이스를 통해 청각적 및/또는 시각적 표시로 제공될 수 있다.
제어 엔티티(110)에서의 유도된 발열량의 사용의 다른 예는 유도된 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 엔진 (106) 의 동작을 조정하는 것 및/또는 엔진(106)의 연료 공급의 특성을 조정하는 것을 포함한다. 이러한 사용의 변형으로서, 제어 엔티티(110)는 엔진(106)을 담당하는 인간 오퍼레이터가 엔진(106)의 동작을 조정하고 및/또는 디스플레이된 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 엔진(106)으로의 연료 공급의 특성을 조정하는 것을 가능하게 하기 위해 제어 엔티티(110)에 연결된 사용자 인터페이스를 통해 유도된 발열량의 표시를 디스플레이하도록 배열될 수 있다. 유도된 발열량의 이러한 사용의 또 다른 변형은 엔진(106)의 동작 및/또는 그것에 대한 연료 공급을 조정하기 위한 기초로서 전술한 SFOC와 같은 발열량으로부터 유도된 다른 척도를 사용하는 것을 포함한다.
일반적으로, 제어 엔티티(110)는 방법(200)을 연속적으로 수행하도록 배열될 수 있다. 이와 관련하여, 방법(200)을 연속적으로 수행하는 것은, 예를 들어 발열량 자체의 변화, 발열량으로부터 유도된 값 (예를 들어, SFOC) 의 변화, 관찰된 연료 품질의 변화 등을 모니터링하는 것을 가능하게 하고 및/또는 유도된 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 엔진(106) 동작 또는 그것에 대한 연료 공급을 연속적으로 조정하는 것을 가능하게 하기 위해 미리 정의된 시간 간격으로 방법 (200) 을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 1의 예에 개략적으로 도시된 프레임워크는 연료 탱크(104)와 엔진(106) 사이의 연료 공급 라인(102)에 배열된 다수의 추가 엔티티를 포함할 수 있다. 이와 관련한 예로서, 예를 들어 연료를 가열 또는 냉각함으로써 엔진(106)에 공급하기에 적합하게 연료의 점도를 조정하고, 연료 탱크(104)로부터 엔진(106)으로 연료 공급 라인(102)을 통해 연료를 펌핑하며, 연료 공급 라인(102)에서의 (충분한) 연료 압력을 관리 및/또는 연료의 순환을 관리하기 위해 배열되는 하나 이상의 엔티티가 있을 수 있다.
도 1에 도시된 예는 연료 공급 라인(102)이 엔진(106)에만 공급하는 역할을 하는 예에 관한 것이지만, 다른 예에서 연료 공급 라인(102)은 대신에 둘 이상의 엔진의 배열에 공급하기 위해 적용될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 연료 흐름 측정 어셈블리 (108) 로부터 수신된 하나 이상의 측정 신호에서 표시된 연료 흐름 특성에 기초하여 제어 엔티티(110)에서 유도된 관찰된 연료 품질을 설명하는 하나 이상의 파라미터 (예를 들어, LHV 와 같은 발열량) 는 2 개 이상의 엔진에 공급되는 연료의 특성을 나타내는 역할을 한다. 추가 예에서, 2개 이상의 엔진을 서빙하는 연료 공급 시스템은 그 2개 이상의 엔진들 중의 엔진이 과량의 연료, 예를 들어 내부에서 실제로 연소될 양의 대략 3 내지 5배의 연료가 제공되도록 작동할 수 있고, 엔진에 의해 연소되지 않은 연료는 소위 탈기 탱크(또는 혼합 탱크)로 다시 순환되며, 여기서 엔진에서 다시 순환된 연료는 다시 엔진에 공급하기 전에 연료 탱크(102)에서 펌핑된 새 연료와 혼합된다. 이러한 배열에서, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 엔진에서 실제로 연소되는 연료의 연료 온도 및 연료 밀도를 측정하도록 배열된다. 일 예에서, 이러한 배열에서 개별 엔진에 대한 연료 흐름 특성을 관찰할 수 있도록 하기 위해, 연료 흐름 측정 어셈블리(108)는 엔진으로의 연료 흐름을 측정하기 위한 제1 하위 어셈블리 및 엔진으로부터 다시 순환된 연료 흐름을 측정하기 위한 제2 하위 어셈블리를 포함할 수 있다. 결과적으로, 제 1 하위 어셈블리와 제 2 어셈블리에 의해 측정된 연료 흐름 특성의 차이는 엔진에 의해 연소된 실제 연료량을 추론할 수 있게 하고, 따라서 예를 들어 전술한 방법(200)에 따른 발열량(들)의 추정을 통해 연료 소비의 신뢰가능한 추정을 유도할 수 있게 한다.
전술한 방법(200)은 하드웨어 수단에 의해, 소프트웨어 수단에 의해 또는 하드웨어 수단과 소프트웨어 수단의 조합에 의해 구현될 수 있다. 이와 관련하여 일 예로서, 도 4 는 제어 엔티티(110)를 구현하고 그것으로 하여금 전술한 방법(200)을 수행하게 하는 데 사용될 수 있는 장치(400)의 일부 컴포넌트를 개략적으로 도시한다. 장치 (400) 는 프로세서 (410) 및 메모리 (420) 를 포함한다. 메모리(420)는 데이터 및 컴퓨터 프로그램 코드(425)를 저장할 수 있다. 장치 (400) 는, 프로세서 (410) 및 컴퓨터 프로그램 코드 (425) 의 일부와 함께, 사용자로부터 입력을 수신하고/하거나 사용자에게 출력을 제공하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하도록 배열될 수 있는 다른 장치들 및/또는 사용자 I/O (입력/출력) 컴포넌트들 (440) 과의 유선 또는 무선 통신을 위한 통신 수단 (430) 을 더 포함할 수 있다. 특히, 사용자 I/O 컴포넌트는 하나 이상의 키 또는 버튼, 키보드, 터치스크린 또는 터치패드 등과 같은 사용자 입력 수단을 포함할 수 있다. 사용자 I/O 컴포넌트는 디스플레이 또는 터치스크린과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 장치(400)의 컴포넌트는 컴포넌트 간의 데이터 및 제어 정보의 전송을 가능하게 하는 버스(450)를 통해 서로 통신 가능하게 연결된다.
메모리 (420) 및 거기에 저장된 컴퓨터 프로그램 코드 (425) 의 일부는 추가로, 프로세서 (410) 로, 장치 (400) 가 상술된 방법 (200) 을 수행하게 하도록 배열될 수 있다. 프로세서 (410) 는 메모리 (420) 로부터 판독하고 그에 기록하도록 구성된다. 프로세서 (410) 는 각각의 단일 컴포넌트로서 도시되지만, 그것은 하나 이상의 개별 프로세싱 컴포넌트들로서 구현될 수도 있다. 유사하게, 메모리 (420) 가 각각의 단일 컴포넌트로서 도시되지만, 그것은 각각의 하나 이상의 개별 컴포넌트들로서 구현될 수도 있으며, 그 일부 또는 전부는 통합되고/제거 가능할 수 있고 및/또는 영구/반영구/동적/캐싱된 저장을 제공할 수도 있다.
컴퓨터 프로그램 코드(425)는 프로세서(410)에 로드될 때 전술한 방법(200)의 단계에 대응하는 기능을 구현하는 컴퓨터 실행가능 명령들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 컴퓨터 프로그램 코드 (425) 는 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스들로 이루어진 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 프로세서 (410) 는 컴퓨터 프로그램을 로드하고, 그 안에 포함된 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스들을 메모리 (420) 로부터 판독함으로써 실행할 수 있다. 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스는 프로세서(410)에 의해 실행될 때 장치(400)가 전술한 방법(200)을 수행하게 하도록 구성될 수 있다. 따라서, 장치(400)는 적어도 하나의 프로세서(410) 및 하나 이상의 프로그램에 대한 컴퓨터 프로그램 코드(425)를 포함하는 적어도 하나의 메모리(420)를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 메모리(420) 및 컴퓨터 프로그램 코드(425)는 프로세서(410)는, 적어도 하나의 프로세서 (410) 로, 장치(400)가 전술한 방법(200)을 수행하게 하도록 구성된다.
컴퓨터 프로그램 코드(425)는 예를 들어 컴퓨터 프로그램 코드(425)가 저장된 적어도 하나의 컴퓨터 판독 가능 비일시적 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로 제공될 수 있으며, 이 컴퓨터 프로그램 코드(425)는 프로세서(410)에 의해 실행될 때 장치(400)가 전술한 방법(200)을 수행하게 한다. 컴퓨터 판독가능 비-일시적 매체는, 컴퓨터 프로그램을 유형으로 수록하는 CD-ROM, DVD, 블루레이 디스크 또는 다른 제조 물품과 같은 기록 매체 또는 메모리 디바이스를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 프로그램을 신뢰성있게 이송하도록 구성된 신호로서 제공될 수도 있다.
여기서의 프로세서에 대한 참조(들)는 오직 프로그래밍가능 프로세서들만을 포괄하는 것으로 이해되지 않아야 하고, 또한, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이들 (FPGA), 주문형 집적 회로들 (ASIC), 신호 프로세서들 등과 같은 전용 회로들도 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 설명에서 설명된 특징들은 명시적으로 설명된 조합들 이외의 조합들에서 사용될 수도 있다.
상기 설명에서 설명된 특징들은 명시적으로 설명된 조합들 이외의 조합들에서 사용될 수도 있다. 기능들이 특정 특징들을 참조하여 설명되었지만, 그 기능들은 설명되든지 아니든지 다른 특징들에 의해 수행될 수도 있다. 특징들이 특정 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 그 특징들은 또한, 설명되든지 아니든지 다른 실시형태들에서 존재할 수도 있다.

Claims (27)

  1. 연소 엔진 (106) 의 동작 동안 상기 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치로서,
    상기 엔진 (106) 에 공급되는 상기 연료의 온도 및 상기 엔진 (106) 에 공급되는 상기 연료의 밀도의 각각의 표시들을 측정하기 위한 연료 흐름 측정 어셈블리 (108); 및
    상기 연료의 상기 온도 및 상기 연료의 상기 밀도에 적어도 기초하여 관찰된 연료 품질을 기술하는 하나 이상의 파라미터들을 유도하기 위한 제어 엔티티 (110) 를 포함하고,
    상기 제어 엔티티 (110) 는,
    상기 연료의 표시된 상기 온도와 미리 정의된 기준 온도 사이의 관계에 의존하여 연료의 표시된 상기 밀도에 기초하여 온도 조정된 연료 밀도를 유도하고;
    상기 온도 조정된 연료 밀도에 적어도 기초하여, 상기 연료의 미리 정의된 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 기술하는 발열량을 유도하도록 배열된, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열량은 저위 발열량 (LHV) 을 포함하고,
    상기 제어 엔티티 (110) 는,
    상기 엔진에 공급되는 상기 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량에 대한 각각의 추정치들을 획득하고;
    상기 온도 조정된 연료 밀도 및 상기 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량의 상기 추정치들에 적어도 기초하여 상기 발열량을 유도하도록
    구성되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발열량은 상기 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량으로서 유도된 정정 항에 의해 조정된, 상기 온도 조정된 연료 밀도의 2차 함수로서 계산된 순 비에너지를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 순 비에너지는 다음 공식을 사용하여 계산되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치:
    Figure pct00005

    여기서, ρadj 는 (입방 미터당 킬로그램으로) 섭씨 15도의 기준 온도에서 상기 온도 조정된 연료 밀도를 나타내고 , ww 는 (질량 백분율로서) 상기 연료의 수분 함량을 나타내며, wa 는 (질량 백분율로서) 상기 연료의 회분 함량을 나타내며, ws 는 (질량 백분율로서) 상기 연료의 황 함량을 나타내고, A, B, C, a, b 및 c 는 각각의 미리 정의된 상수 값들을 나타낸다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    A, B, C, a, b 및 c 는 다음의 미리 정의된 값들로 설정되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치:
    A = 8.802 * 10-6 ,
    B = 3.167 * 10-3 ,
    C = 46.704,
    a = 0.01,
    b = 0.0942, 및
    c = 0.02449.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티 (110) 는 연료의 표시된 온도에서의 연료의 표시된 연료 밀도를 상기 미리 정의된 기준 온도에서의 상기 온도 조정된 연료 밀도로 변환하는 미리 정의된 변환 함수의 사용을 통해 상기 온도 조정된 연료 밀도를 유도하도록 배열되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 변환 함수는 실험 데이터에 기초하여 유도된 맵핑 테이블을 포함하고, 상기 맵핑 테이블은 제 2 미리 정의된 범위 내의 복수의 연료 온도들에서의 제 1 미리 정의된 범위 내의 복수의 연료 밀도들로부터 상기 미리 정의된 기준 온도에서의 대응하는 온도 조정된 연료 밀도로의 맵핑을 제공하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정의된 기준 온도는 섭씨 15도인, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료는 중유 (HFO) 와 같은 잔류 연료를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티 (110) 는 다음 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치:
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 비연료 소모율 (SFOC) 값을 추정하고,
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 엔진 (106) 에 공급된 상기 연료의 품질을 추정하고,
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 엔진(106)의 동작을 조정하고 및/또는 상기 엔진(106) 으로의 연료 공급을 조정하고,
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 엔진 (106) 의 동작을 조정하는 것 및/또는 상기 엔진(106) 으로의 연료 공급을 조정하는 것을 가능하게 하기 위해 상기 제어 엔티티 (110) 에 연결된 사용자 인터페이스를 통해 상기 유도된 발열량의 표시를 디스플레이 하는 것.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연료 흐름 측정 어셈블리 (108) 는 코리올리 유형 질량 유량계를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료를 분석하기 위한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 연료 품질 모니터링 배열로서,
    상기 연료 흐름 측정 어셈블리 (108) 는 상기 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 온도 및 상기 엔진(106)에 공급되는 연료의 밀도를 측정하기 위해 연료 탱크 (104) 와 상기 엔진 (106) 사이의 연료 공급 라인 (102) 에 배열되는, 연료 품질 모니터링 배열.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 연료 흐름 측정 어셈블리는 상기 연료가 상기 엔진 (106) 에 공급되는 온도로 상기 연료가 가열되는 상기 연료 공급 라인 (102) 의 위치에 배열되는, 연료 품질 모니터링 배열.
  14. 연소 엔진 (106) 의 동작 동안 상기 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법으로서,
    상기 엔진 (106) 에 공급되는 상기 연료의 온도 및 상기 엔진 (106) 에 공급되는 상기 연료의 밀도의 각각의 표시들을 획득하는 단계 (202);
    상기 연료의 표시된 상기 온도와 미리 정의된 기준 온도 사이의 관계에 의존하여 연료의 표시된 상기 밀도에 기초하여 온도 조정된 연료 밀도를 유도하는 단계 (204); 및
    상기 온도 조정된 연료 밀도에 적어도 기초하여, 상기 연료의 미리 정의된 양의 연소 동안 방출되는 열의 양을 기술하는 발열량을 유도하는 단계 (206) 를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 발열량은 저위 발열량 (LHV) 을 포함하고, 상기 방법 (200) 은,
    상기 엔진에 공급되는 상기 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량에 대한 각각의 추정치들을 획득하는 단계; 및
    상기 온도 조정된 연료 밀도 및 상기 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량의 상기 추정치들에 적어도 기초하여 상기 발열량을 유도하는 단계 (206) 를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 발열량은 상기 연료의 수분 함량, 회분 함량 및 황 함량으로서 유도된 정정 항에 의해 조정된, 상기 온도 조정된 연료 밀도의 2차 함수로서 계산된 순 비에너지를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 순 비에너지는 다음 공식을 사용하여 계산되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법:
    Figure pct00006

    여기서, ρadj 는 (입방 미터당 킬로그램으로) 섭씨 15도의 기준 온도에서 상기 온도 조정된 연료 밀도를 나타내고 , ww 는 (질량 백분율로서) 상기 연료의 수분 함량을 나타내며, wa 는 (질량 백분율로서) 상기 연료의 회분 함량을 나타내며, ws 는 (질량 백분율로서) 상기 연료의 황 함량을 나타내고, A, B, C, a, b 및 c 는 각각의 미리 정의된 상수 값들을 나타낸다.
  18. 제 17 항에 있어서,
    A, B, C, a, b 및 c 는 다음의 미리 정의된 값들로 설정되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법:
    A = 8.802 * 10-6 ,
    B = 3.167 * 10-3 ,
    C = 46.704,
    a = 0.01,
    b = 0.0942, 및
    c = 0.02449.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 조정된 연료 밀도를 유도하는 단계는 연료의 표시된 온도에서의 연료의 표시된 연료 밀도를 상기 미리 정의된 기준 온도에서의 상기 온도 조정된 연료 밀도로 변환하기 위해 미리 정의된 변환 함수를 사용하는 단계를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 변환 함수는 실험 데이터에 기초하여 유도된 맵핑 테이블을 포함하고, 상기 맵핑 테이블은 제 2 미리 정의된 범위 내의 복수의 연료 온도들에서의 제 1 미리 정의된 범위 내의 복수의 연료 밀도들로부터 상기 미리 정의된 기준 온도에서의 대응하는 온도 조정된 연료 밀도로의 맵핑을 제공하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정의된 기준 온도는 섭씨 15도인, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  22. 제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료는 중유 (HFO) 와 같은 잔류 연료를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  23. 제 14 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 비연료 소모율 (SFOC) 값을 추정하는 단계,
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 엔진 (106) 에 공급된 상기 연료의 품질을 추정하는 단계,
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 엔진(106)의 동작을 조정하고 및/또는 상기 엔진(106) 으로의 연료 공급을 조정하는 단계,
    상기 발열량에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 엔진 (106) 의 동작을 조정하는 것 및/또는 상기 엔진(106) 으로의 연료 공급을 조정하는 것을 가능하게 하기 위해 상기 제어 엔티티 (110) 에 연결된 사용자 인터페이스를 통해 상기 유도된 발열량의 표시를 디스플레이 하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  24. 제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 온도 및 상기 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 밀도를 측정하기 위해 연료 탱크 (104) 와 상기 엔진 (106) 사이의 연료 공급 라인 (102) 에 배열된 연료 흐름 측정 어셈블리 (108) 를 사용하는 단계를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 연료 흐름 측정 어셈블리 (108) 는 코리올리 유형 질량 유량계를 포함하는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 연료 흐름 측정 어셈블리 (108) 는 상기 연료가 상기 엔진 (106) 에 공급되는 온도로 상기 연료가 가열되는 상기 연료 공급 라인 (102) 의 위치에 배열되는, 연소 엔진 (106) 에 공급되는 연료의 분석을 위한 방법.
  27. 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드가 하나 이상의 컴퓨팅 장치들 상에서 실행될 때 제 14 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하도록 구성된 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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