KR102460405B1 - 연료 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 다단으로 압축하여 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 다단 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 순환라인에 설치된 밸브의 개도량을 제어할 수 있도록 한 연료 공급 시스템 및 그의 증발가스 압력 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카고 탱크에서 발생한 증발가스(BOG)를 엔진에 공급하는 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기; 상기 압축기내 다단 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 재순환라인에 설치되는 밸브들; 및 상기 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 상기 밸브들의 개도량을 제어하는 제어기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템이 제공된다.

Description

연료 공급 시스템 {FUEL SYPPLY SYSTEM}
본 발명은 연료 공급 시스템 및 그의 증발가스 압력 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 다단으로 압축하여 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 다단 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 순환라인에 설치된 밸브의 개도량을 제어할 수 있도록 한 연료 공급 시스템 및 그의 증발가스 압력 제어 방법에 관한 것이다.
근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '카고탱크'이라 함)를 포함한다.
천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
발생된 증발가스는 고압 압축기 시스템을 통해 압축되어 메기 엔진의 연료로 공급된다.
증발가스를 엔진에 공급하는 종래의 연료 공급 시스템은 고압 압축기 시스템내 다단 압축부별로 입력단의 증발가스 압력값, 출력단의 증발가스 압력값, 압축부별 설치된 모터의 전류값, 밸브 대도 한계값, 피드포워드값에 대하여 개별적인 제어기를 구성한다.
그러나, 종래의 연료 공급 시스템은 안정적인 증발가스의 압력을 메기 엔진에 공급하기 위하여 개별적인 제어기마다 다단 압축부에 적합한 제어방식 적용이 필요하다.
따라서 개별적인 제어기마다 다른 제어방식이 아닌, 정형화된 제어방식으로 다단 압축부를 제어하여 메기 엔진에서 안정적인 증발가스의 압력을 공급할 수 있는 개선된 연료 공급 시스템이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제2014-0052814호(2014.05.07) "선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법"
본 발명의 목적은, 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 다단으로 압축하여 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 다단 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 순환라인에 설치된 밸브의 개도량을 제어할 수 있도록 한 연료 공급 시스템 및 그의 증발가스 압력 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 카고 탱크에서 발생한 증발가스(BOG)를 엔진에 공급하는 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기; 상기 압축기내 다단 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 재순환라인에 설치되는 밸브들; 및 상기 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 상기 밸브들의 개도량을 제어하는 제어기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템이 제공된다.
상기 제어기들은 상기 카고 탱크에서 발생된 증발가스를 공급받는 제 1 압축부에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어하는 제 1 메인 제어기와, 상기 제 1 메인 제어기에서 제어되는 증발가스를 공급받아 압축하는 제 2 압축부에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어하는 제 2 메인 제어기와, 상기 제 2 메인 제어기에서 제어되는 증발가스를 공급받아 압축하는 제 3 압축부에 의해 압축되는 증발가스의 최종압력을 제어하는 제 3 메인 제어기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 메인 제어기는 상기 제 3 압축부에 의해 압축된 증발가스를 상기 엔진에 공급하는 공급라인에 설치된 제 4 압력센서를 통해 측정된 증발가스의 최종압력값과 미리 설정된 최종기준압력값과의 차이를 통해 최종단 증발가스 제어값을 결정하는 제 1 서브 제어기, 상기 제 1 압축부의 입력단에 설치된 제 1 압력센서를 통해 측정된 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 2 서브 제어기, 및 상기 제 1 압축부의 출력단에 설치된 제 2 압력 센서로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 3 서브 제어기와 연결되어 있을 수 있다.
상기 제 1 메인 제어기는 상기 제 1 서브 제어기로부터 수신된 최종단 제어값, 상기 제 2 서브 제어기로부터 수신된 입력단 증발가스 제어값, 상기 제 3 서브 제어기로부터 수신된 출력단 증발가스 제어값, 상기 압축기 내 모터의 전류값과 기준 전류값과의 차이를 통해 결정된 전류 제어값, 미리 설정되어 있는 밸브 한계값 및 피드포워드값을 이용하여 산출된 제 1 최종 밸브 개도량으로 상기 제 1 압축부의 입력단과 출력단 사이에 설치된 제 1 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제 1 최종 밸브 개도량은 상기 최종단 제어값, 상기 입력단 증발가스 제어값, 상기 출력단 증발가스 제어값 및 상기 전류 제어값을 더한 값과 상기 밸브 한계값을 곱한 서브토탈값을 미리 설정된 최대개도량에서 차감한 후 상기 피드포워드값을 더한 값일 수 있다.
상기 제 2 메인 제어기는 상기 제 2 압력센서로부터 측정된 제 2 압축부의 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 4 서브 제어기, 및 상기 제 2 압축부의 출력단에 설치된 제 3 압력센서로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 5 서브 제어기와 연결되어 있을 수 있다.
상기 제 2 메인 제어기는 상기 제 4 서브 제어기로부터 수신된 입력단 증발가스 제어값, 상기 제 5 서브 제어기로부터 수신된 출력단 증발가스 제어값, 상기 압축기 내 모터의 전류값과 기준 전류값과의 차이를 통해 결정된 전류 제어값, 미리 설정되어 있는 밸브 한계값 및 피드포워드값을 이용하여 산출된 제 2 최종 밸브 개도량으로 상기 제 2 압축부의 입력단과 출력단 사이에 설치된 제 2 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제 3 메인 제어기는 상기 제 3 압력센서로부터 측정된 제 3 압축부의 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 5 서브 제어기, 및 상기 제 4 압력센서로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 7 서브 제어기와 연결되어 있을 수 있다.
상기 제 3 메인 제어기는 상기 제 6 서브 제어기로부터 수신된 입력단 증발가스 제어값, 상기 제 7 서브 제어기로부터 수신된 출력단 증발가스 제어값, 상기 압축기 내 모터의 전류값과 기준 전류값과의 차이를 통해 결정된 전류 제어값, 미리 설정되어 있는 밸브 한계값 및 피드포워드값을 이용하여 산출된 제 3 최종 밸브 개도량으로 상기 제 3 압축부의 입력단과 출력단 사이에 설치된 제 3 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 메인 제어기에 연결된 서브 제어기들은 미리 설정된 전류구간별로 이득값이 설정되어 있으며, 상기 제 1 내지 제 3 압축부별 측정된 모터의 전류값이 속하는 구간을 판단하고, 판단된 구간에 설정되어 있는 이득값으로 PID 제어를 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 카고 탱크에서 발생한 증발가스의 압력을 엔진에 공급하는 연료 공급 시스템의 증발가스 압력 제어 방법으로서, 상기 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기내 다단 압축부의 입력단과 출력단 사이에 설치된 밸브들을 제어하는 제어기들 각각이, 상기 다단 압축부의 입력단과 출력단에서 각각 수신된 입력단 증발가스 압력값과 출력단 증발가스 압력값을 미리 설정된 입력단 기준압력값과 출력단 기준압력값과 각각 비교하여 차이에 해당하는 입력단 및 출력단 증발가스 제어값을 각각 수신하고, 상기 수신된 입력단 및 출력단 증발가스 제어값을 반영하여 상기 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 상기 밸브들의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템의 증발가스 압력 제어 방법이 제공된다.
상기 제어기들 각각이, 미리 설정된 전류구간별로 설정된 이득값을 저장하고 있는 저장부를 이용하여 상기 다단 압축부별 측정된 모터의 전류값이 속하는 구간을 판단하고, 판단된 구간에 설정되어 있는 이득값을 통해 PID 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 다단으로 압축하여 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 다단 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 순환라인에 설치된 밸브의 개도량을 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 제 1 메인 제어기를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 제 2 메인 제어기를 설명하기 위한 도면, 및
도 4는 도 1에 도시된 제 3 메인 제어기를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 제 1 메인 제어기를 설명하기 위한 도면을 도시하고 있고, 도 3은 도 1에 도시된 제 2 메인 제어기를 설명하기 위한 도면을 도시하고 있으며, 도 4는 도 1에 도시된 제 3 메인 제어기를 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 카고 탱크(50)에서 발생된 증발가스를 다단계로 압축시키는 압축기(100), 압축기(100)내 다단 압축부(110, 120, 130)의 입력단과 출력단을 연결하는 재순환라인(L1)에 설치되는 밸브들(B1, B2, B3), 및 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 밸브들(B1, B2, B3)의 개도량을 제어하는 제어기들을 포함하여 구성된다.
카고 탱크(50)는 액화천연가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화천연가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
제어기들은 카고 탱크(50)에서 발생된 증발가스를 공급받는 제 1 압축부(110)에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어하는 제 1 메인 제어기(111)와, 제 1 메인 제어기(111)에서 제어되는 증발가스를 공급받아 압축하는 제 2 압축부(120)에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어하는 제 2 메인 제어기(121)와, 제 2 메인 제어기(121)에서 제어되는 증발가스를 공급받아 압축하는 제 3 압축부(130)에 의해 압축되는 증발가스의 최종압력을 제어하는 제 3 메인 제어기(131)를 포함한다. 제 3 메인 제어기(131)에 의해 제어되는 최종압력을 갖는 증발가스는 메기 엔진에 연료로서 공급된다.
제 1 내지 제 3 메인 제어기(111, 121, 131)는 제 1 내지 제 3 압축부(110, 120, 130)의 입력단과 출력단을 연결하는 재순환라인(L1)에 설치된 제 1 내지 제 3 밸브(B1, B2, B3)의 개도량을 산출하고 산출된 밸브의 개도량으로 해당 밸브를 제어하여 제 1 내지 제 3 압축부(110, 120, 130)에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어할 수 있다.
제 1 메인 제어기(111)는 제 1 압축부(110)의 입력단 증발가스 제어값, 출력단 증발가스 제어값, 최종단 증발가스 제어값, 모터의 전류제어값, 밸드 개도 한계값 및 메기 엔진의 가동량에 따라 예측된 피드포워드값을 수신하고, 수신된 입력단 증발가스 제어값(A), 출력단 증발가스 제어값(B), 최종단 증발가스 제어값(C), 모터의 전류제어값(D) 및 밸드 개도 한계값(E)을 아래의 수학식 1에 대입시켜 서브토탈값(Cal-A)을 산출하고, 산출된 서브토탈값(Cal-A)과 피드포워드값(F)을 아래의 수학식 2에 적용시켜 산출된 제 1 밸브(B1)의 개도량(Cal-B)으로 제 1 밸브(B1)를 제어한다. 이때 제 1 메인 제어기는(111)는 제 1 밸브(B1)의 위치를 수신하여 산출된 개도량에 맞춰지도록 밸브 제어를 수행한다.
Figure 112015106284012-pat00001
Figure 112015106284012-pat00002
제 1 메인 제어기(111)는 제 3 압축부(130)에 의해 압축된 증발가스를 메기 엔진에 공급하는 공급라인(L2)에 설치된 제 4 압력센서(PT04)를 통해 측정된 증발가스의 최종압력값과 미리 설정된 최종기준압력값과의 차이를 통해 최종단 증발가스 제어값을 결정하는 제 1 서브 제어기(111a), 제 1 압축부(110)의 입력단에 설치된 제 1 압력센서(PT01)를 통해 측정된 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 제어값을 결정하는 제 2 서브 제어기(111b), 및 제 1 압축부(111)의 출력단에 설치된 제 2 압력 센서(PT02)로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 3 서브 제어기(111c)와 연결되어 있다.
도 2를 참조하면 제 1 메인 제어기(111)는 압축기(100)에 설치된 전류 센서(미도시)로부터 측정된 모터의 전류값과 기준 전류값과의 차이를 통해 전류 제어값을 결정하는 전류 제어기(100a), 미리 설정되어 있는 밸브 한계값을 초과하지 않도록 제어하는 밸브 한계 제어기(100b) 및 메기 엔진의 가동량에 근거하여 피드포워드(Feedforward)값을 예측하는 피드포워드 제어기(100c)와 연결되어 있다.
이러한 제 1 메인 제어기(111)는 제 1 내지 제 3 서브 제어기(111a, 111b, 111c), 전류 제어기(111d), 밸브 한계 제어기(111e) 및 피드포워드 제어기(111f)로부터 수신된 입력단 증발가스 제어값(A), 출력단 증발가스 제어값(B), 최종단 증발가스 제어값(C), 모터의 전류제어값(D), 밸드 개도 한계값(E) 및 피드포워드값(F)을 수신하여 상술된 수학식 1 및 수학식 2를 통해 제 1 밸브(B1)를 제어하기 위한 개도량을 산출할 수 있다.
이에 따라 카고 탱크(50)에서 발생된 증발가스를 공급받아 압축하는 제 1 압축부(110)의 증발가스 압력을 제어할 수 있다. 제 1 압축부(110)는 병렬로 두개의 압축부가 연결되어 있다.
이하에서는 제 2 및 제 3 메인 제어기(121, 131)에 대하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면 제 2 메인 제어기(121)는 제 2 압력센서(PT02)로부터 측정된 제 2 압축부(120)의 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 4 제어기(121a), 및 제 2 압축부(120)의 출력단에 설치된 제 3 압력센서(PT03)로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제처값을 결정하는 제 5 서브 제어기(121b), 상술된 전류 제어기(100a), 상술된 밸브 한계 제어기(100b) 및 상술된 피드포워드 제어기(100c)와 연결되어 있다.
이러한 제 2 메인 제어기(121)는 제 4 및 제 5 제어기(121a, 121b)로부터 수신된 제 2 압축부(120)의 입력단 증발가스 제어값(A), 제 2 압축부(120)의 출력단 증발가스 제어값(B)과, 상술된 전류 제어기(100a), 상술된 밸브 한계 제어기(100b) 및 상술된 피드포워드 제어기(100c)로부터 수신된 전류 제어값(D), 밸브 한계값(E) 및 피드포워드값(F)과 수학식 3을 이용하여 서브토탈값(Cal-A)을 산출한다.
Figure 112015106284012-pat00003
또한 제 2 메인 제어기(121)는 산출된 서브 토탈값과 피드포워드값(F)을 상술된 수학식 2에 적용시켜 제 2 최종 밸브 개도량(Cal-B)을 산출하여 산출된 제 2 최종 밸브 개도량으로 제 2 압축부(120)의 입력단과 출력단 사이에 설치된 제 2 밸브(B2)를 제어한다.
이에 따라 제 1 압축부(110)를 거쳐 압축된 증발가스를 공급받아 압축하는 제 2 압축부(120)의 증발가스 압력을 제어할 수 있다. 제 2 압축부(120)는 두개의 압축부가 직렬로 연결된, 2단 압축부 및 3단 압축부로 이루어질 수 있다.
도 4를 참조하면 제 3 메인 제어기(131)는 상술된 제 3 압력센서(PT03)로부터 측정된 제 3 압축부(130)의 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 6 서브 제어기(131a), 상술된 제 4 압력센서(PT04)로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 7 서브 제어기(131b), 상술된 전류 제어기(100a), 상술된 밸브 한계 제어기(100b) 및 상술된 피드포워드 제어기(100c)와 연결되어 있다.
제 3 메인 제어기(131)는 제 6 및 제 7 제어기(131a, 131b)로부터 수신된 제 3 압축부(130)의 입력단 증발가스 제어값, 제 3 압축부(130)의 출력단 증발가스 제어값과, 상술된 전류 제어기(100a), 상술된 밸브 한계 제어기(100b) 및 상술된 피드포워드 제어기(100c)로부터 수신된 전류 제어값, 밸브 한계값 및 피드포워드값과 상술된 수학식 3을 이용하여 서브토탈값(Cal-A)을 산출하고, 산출된 서브토탈값(Cal-A)와 피드포워드값(F)를 상술된 수학식 2에 대입시켜 산출된 제 3 최종 밸브 개도량(Cal-B)으로 제 3 압축부(130)의 입력단과 출력단 사이에 설치된 제 3 밸브(B3)를 제어한다.
이에 따라 제 2 압축부(120)를 거쳐 압축된 증발가스를 공급받아 압축하는 제 3 압축부(130)의 증발가스 압력을 제어하여 메기 엔진에 제어된 증발가스의 압력을 공급할 수 있다. 제 3 압축부(130)는 두개의 압축부가 직렬로 연결된, 4단 압축부 및 5단 압축부로 이루어질 수 있다.
이와 같이 제 1 메인 제어기(111)는 제 1 압축부(110)의 입력단과 출력단의 증발가스 제어값, 최종단 증발가스 제어값, 전류 제어값, 밸브 한계값 및 피드포워드값을 고려하여 산출된 제 1 최종 밸브 개도량으로 제 1 압축부(110)에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어하고, 제 2 및 제 3 메인 제어기(121, 131)는 제 2 및 제 3 압축부(121, 131)의 입력단과 출력단의 증발가스 제어값, 전류 제어값, 밸브 한계값 및 피드포워드값을 고려하여 산출된 제 2 및 제 3 최종 밸브 개도량으로 제2 및 제 3 압축부(121, 131)에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 각각 제어할 수 있다.
한편, 상술된 제 1 내지 제 3 메인 제어기(111, 121, 131)에 연결된 서브 제어기들은 미리 설정된 전류구간별로 이득값이 아래의 표 1과 같이 설정될 수 있으며, 제 1 내지 제 3 압축부(110, 120, 130)별로 전류 제어기(100a)로부터 수신된 모터의 전류값이 속하는 구간을 판단하고, 판단된 구간에 설정되어 있는 이득값으로 PID 제어를 수행할 수 있다. 미리 설정된 전류구간별 설정된 이득값을 서브 제어기들 내에 마련된 저장부(미도시)에 저장될 수 있다.
모터의 전류값 P Gain I Gain
0~50 X1 Y1
51~75 X2 Y2
76~100 X3 Y3
이와 같은 구성을 갖는 연료 공급 시스템의 증발가스 압력 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
카고 탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기내 다단 압축부의 입력단과 출력단 사이에 설치된 밸브들을 제어하는 제어기들 각각이, 다단 압축부(110, 120, 130)의 입력단과 출력단에서 각각 수신된 입력단 증발가스 압력값과 출력단 증발가스 압력값을 미리 설정된 입력단 기준압력값과 출력단 기준압력값과 각각 비교하여 차이에 해당하는 입력단 및 출력단 증발가스 제어값을 각각 수신하고, 수신된 입력단 및 출력단 증발가스 제어값을 반영하여 엔진, 특히 추진용 엔진인 메기 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력에 맞춰지도록 밸브들의 개도량을 제어할 수 있다.
더 상세히 설명하면, 제어기들 중 제 1 메인 제어기(111)는 상술된 제 1 서브 제어기(111a)로부터 최종단 증발가스 제어값을 수신하고, 상술된 제 2 및 제 3 서브 제어기(111b, 111c)로부터 제 1 압축부(110)의 입력단 증발가스 제어값 및 출력단 증발가스 제어값을 수신하고, 상술된 전류 제어기(100a), 밸브 한계 제어기(100b) 및 피드포워드 제어기(100c)로부터 전류 제어값, 밸브 한계값 및 피드포워드값을 수신한다. 이때 제 1 메인 제어기(111)는 최종단 증발가스 제어값, 입력단 증발가스 제어값, 출력단 증발가스 제어값, 전류 제어값, 밸브 한계값 및 피드포워드값을 수신하는 순서는 본 발명을 제한하지는 않는다.
제 1 메인 제어기(111)는 수신된 최종단 증발가스 제어값, 제 1 압축부(110)의 입력단 증발가스 제어값, 출력단 증발가스 제어값, 전류 제어값 및 밸브 한계값를 상술된 수학식 1에 대입시켜 서브토탈값을 산출하고, 산출된 서브토탈값과 피드포워드값을 수학식 2에 대입시켜 제 1 밸브(B1)의 개도량을 산출한다.
제 1 메인 제어기(111)는 산출된 제 1 밸브(B1)의 개도량에 따라 해당 밸브의 위치를 제어한다. 이때 제 1 메인 제어기(111)는 해당 밸브의 위치를 감지하여 산출된 제 1 밸브(B1)의 개도량으로 개도 정도를 정확하게 제어할 수 있다.
제 2 메인 제어기(121)는 제 4 및 제 5 서브 제어기(121a, 121b)로부터 제 2 압축부(120)의 입력단 증발가스 제어값 및 제 2 압축부(120)의 출력단 증발가스 제어값을 수신하고, 상술된 전류 제어기(100a), 밸브 한계 제어기(100b) 및 피드포워드 제어기(100c)로부터 전류 제어값, 밸브 한계값 및 피드포워드값을 수신한다.
이후 제 2 메인 제어기(121)는 수신된 제 2 압축부(120)의 입력단 증발가스 제어값과 출력단 증발가스 제어값과, 전류 제어값 및 밸브 한계값을 상술된 수학식 3에 대입시켜 서브토탈값을 산출하고, 산출된 서브토탈값과 피드포워드값을 수학식 2에 대입시켜 제 2 밸브(B2)의 개도량을 산출한다. 이와 같이 산출된 제 2 밸브(B2)의 개도량에 따라 해당 밸브의 위치를 제어하여 제 2 압축부(120)에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어할 수 있다.
마지막으로, 제 3 메인 제어기(131)는 제 6 및 제 7 서브 제어기(131a, 131b)로부터 제 3 압축부(130)의 입력단 증발가스 제어값 및 제 3 압축부(130)의 출력단 증발가스 제어값을 수신하고, 상술된 전류 제어기(100a), 밸브 한계 제어기(100b) 및 피드포워드 제어기(100c)로부터 전류 제어값, 밸브 한계값 및 피드포워드값을 수신한다.
이후 제 3 메인 제어기(131)는 수신된 제 3 압축부(130)의 입력단 증발가스 제어값과 출력단 증발가스 제어값, 전류 제어값 및 밸브 한계값를 상술된 수학식 3에 대입시켜 서브토탈값을 산출하고, 산출된 서브토탈값과 피드포워드값을 수학식 2에 대입시켜 제 3 밸브(B3)의 개도량을 산출한다. 이와 같이 산출된 제 3 밸브(B3)의 개도량에 따라 해당 밸브의 위치를 제어하여 제 3 압축부(130)에 의해 압축되는 증발가스의 압력을 제어할 수 있다.
또한 제 1 내지 제 3 메인 제어기(111, 121, 131)에 연결된 서브 제어기들 각각은 미리 설정된 전류구간별로 이득값이 설정되어 있으며, 제 1 내지 제 3 압축부(110, 120, 130)별 측정된 모터의 전류값이 속하는 구간을 판단하고, 판단된 구간에 설정되어 있는 이득값으로 PID 제어를 수행할 수 있다. 상술된 바와 같은 구간별로 PID 게인값을 다르게 하여 연료 공급 시스템의 안정성을 유지할 수 있다.
이렇게 함으로써, 메기 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 제 1 내지 제 3 메인 제어기(111, 121, 131)에 의해 정형화된 수학식 1 및 수학식 2 또는 수학식 2 및 수학식 3을 통해 최종 밸브 개도량을 산출하여 해당 밸브를 제어할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
100 : 압축기 100a : 전류 제어기
100b : 밸브 한계 제어기 100c : 피드포워드 제어기
110, 120, 130n : 제 1 내지 제 3 압축부
111, 121, 131 : 제 1 내지 제 3 메인 제어기
111a, 111b, 111c : 제 1 내지 제 3 서브 제어기
121a, 121b : 제 4 및 제 5 서브 제어기
131a, 131b : 제 6 및 제 7 서브 제어기

Claims (12)

  1. 카고 탱크에서 발생한 증발가스(BOG)를 엔진에 공급하는 연료 공급 시스템에 있어서,
    상기 카고 탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기;
    상기 압축기를 구성하는 각각의 다단 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 재순환라인에 설치되는 밸브들; 및
    상기 엔진에서 요구하는 증발가스의 압력값에 맞춰지도록 상기 밸브들의 개도량을 제어하는 제어기들을 포함하고,
    상기 제어기들은,
    상기 카고 탱크에서 발생된 증발가스를 공급받는 제 1 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 제 1 재순환라인 상에 설치되는 제 1 밸브의 개도량을 제어하는 제 1 메인 제어기;
    상기 제 1 압축부로부터 증발가스를 공급받아 압축하는 제 2 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 제 2 재순환 라인 상에 설치되는 제 2 밸브의 개도량을 제어하는 제 2 메인 제어기; 및
    상기 제 2 압축부로부터 증발가스를 공급받아 압축하는 제 3 압축부의 입력단과 출력단을 연결하는 제 1 재순환라인 상에 설치되는 제 3 밸브의 개도량을 제어하는 제 3 메인 제어기를 포함하며,
    상기 제 1 메인 제어기는,
    상기 제 3 압축부에 의해 압축된 증발가스를 상기 엔진에 공급하는 공급라인에 설치된 제 4 압력센서를 통해 측정된 증발가스의 최종 압력값과 미리 설정된 최종 기준압력값과의 차이를 통해 최종단 증발가스 제어값을 결정하는 제 1 서브 제어기;
    상기 제 1 압축부의 입력단에 설치된 제 1 압력센서를 통해 측정된 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 2 서브 제어기; 및
    상기 제 1 압축부의 출력단에 설치된 제 2 압력 센서로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 3 서브 제어기와 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 메인 제어기는 상기 제 1 서브 제어기로부터 수신된 최종단 제어값, 상기 제 2 서브 제어기로부터 수신된 입력단 증발가스 제어값, 상기 제 3 서브 제어기로부터 수신된 출력단 증발가스 제어값, 상기 압축기 내 모터의 전류값과 기준 전류값과의 차이를 통해 결정된 전류 제어값, 미리 설정되어 있는 밸브 한계값 및 피드포워드값을 이용하여 산출된 제 1 최종 밸브 개도량으로 상기 제 1 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 최종 밸브 개도량은 상기 최종단 제어값, 상기 입력단 증발가스 제어값, 상기 출력단 증발가스 제어값 및 상기 전류 제어값을 더한 값과 상기 밸브 한계값을 곱한 서브토탈값을 미리 설정된 최대개도량에서 차감한 후 상기 피드포워드값을 더한 값인 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 메인 제어기는,
    상기 제 2 압력센서로부터 측정된 제 2 압축부의 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 4 서브 제어기; 및
    상기 제 2 압축부의 출력단에 설치된 제 3 압력센서로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 5 서브 제어기와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 2 메인 제어기는 상기 제 4 서브 제어기로부터 수신된 입력단 증발가스 제어값, 상기 제 5 서브 제어기로부터 수신된 출력단 증발가스 제어값, 상기 압축기 내 모터의 전류값과 기준 전류값과의 차이를 통해 결정된 전류 제어값, 미리 설정되어 있는 밸브 한계값 및 피드포워드값을 이용하여 산출된 제 2 최종 밸브 개도량으로 상기 제 2 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 3 메인 제어기는,
    상기 제 3 압력센서로부터 측정된 제 3 압축부의 입력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 입력단 기준압력값과의 차이를 통해 입력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 6 서브 제어기; 및
    상기 제 4 압력센서로부터 측정된 출력단 증발가스 압력값과 미리 설정된 출력단 기준압력값과의 차이를 통해 출력단 증발가스 제어값을 결정하는 제 7 서브 제어기와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 3 메인 제어기는 상기 제 6 서브 제어기로부터 수신된 입력단 증발가스 제어값, 상기 제 7 서브 제어기로부터 수신된 출력단 증발가스 제어값, 상기 압축기 내 모터의 전류값과 기준 전류값과의 차이를 통해 결정된 전류 제어값, 미리 설정되어 있는 밸브 한계값 및 피드포워드값을 이용하여 산출된 제 3 최종 밸브 개도량으로 상기 제 3 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  10. 청구항 1, 청구항 6 및 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 메인 제어기 중 어느 하나와 연결되는 서브 제어기들은 미리 설정된 전류구간별로 이득값이 설정되어 있으며, 상기 제 1 내지 제 3 압축부별 측정된 모터의 전류값이 속하는 구간을 판단하고, 판단된 구간에 설정되어 있는 이득값으로 PID 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  11. 삭제
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