KR20110119055A

KR20110119055A - 브라운 가스를 이용하는 엔진 유닛

Info

Publication number: KR20110119055A
Application number: KR1020100038532A
Authority: KR
Inventors: 김용규; 박희준; 최재웅
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-11-02

Abstract

본 발명에 따른 엔진 유닛은, 엔진과, 흡입구로 흡입된 공기를 과급시켜 엔진의 연소실로 공급하는 과급장치를 구비하는 엔진 유닛에 있어서, 브라운 가스 공급기와; 과급장치로 흡입되는 공기에 상기 브라운 가스 공급기로부터의 브라운 가스가 혼합되도록, 상기 과급장치의 흡입구로부터 분기되어 상기 브라운 가스 공급기에 연결되는 브라운 가스 공급유로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 과급장치의 흡입구로부터 분기되어 상기 브라운 가스 공급기에 연결되는 브라운 가스 공급유로가 마련됨으로써, 엔진의 배출가스에 포함된 유해 성분을 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

브라운 가스를 이용하는 엔진 유닛{Engine unit using brown gas}

본 발명은 엔진 유닛에 관한 것으로서, 특히 선박의 엔진에서 배출되는 유해가스를 저감시킬 수 있는 엔진 유닛에 관한 것이다.

오늘날, 차량 및 선박등에 이용되는 엔진은 출력을 증가시키는 것과 동시에, 강화되는 배기가스 규제에 대응하기 위하여, 다양한 기술을 사용하고 있다.

이러한 종래의 일반적인 엔진 유닛(10)의 일례가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 엔진 유닛(10)은 엔진(1)의 연소실(7)로 유입되는 흡입 공기의 밀도를 증가시켜 엔진의 출력을 증대시키기 위하여, 과급장치(5)를 구비하고 있다. 이 과급장치(5)는 엔진의 배출가스로 터빈을 회전시켜 과급장치(5)의 흡입구(6)로 유입되는 공기를 압축시켜 과급시키는 구조이다. 과급장치(5)에서 압축된 공기는 온도가 증가하여, 엔진(1)의 체적효율을 감소시키게 되므로, 이를 방지하고자 과급장치(5)를 통해 압축된 공기는 냉각장치(4)에서 냉각된 후, 엔진(1)의 연소실(7)로 유입된다.

엔진 제어 장치(3)는 현재의 엔진의 부하를 계산하여, 과급장치(5)의 과급량을 제어하고, 연료분사장치(2)의 분사시기 및 분사량을 제어함으로써, 최적의 엔진 출력을 얻도록 한다.

이러한 종래의 엔진 유닛(10)에서는, 배기가스 규제를 만족시키기 위하여, 엔진(1)의 연소실(7)에서 배출되는 배출가스에 포함된 유해물질들 중 질소산화물(NOx)을 후처리하는 장치로서, 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 장치를 이용하고 있다. 그러나, SCR 장치는 크기가 매우 크며 가격이 높아, SCR을 채용하지 않으면서도 질소산화물을 저감시킬 수 있는 근본적인 대책이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 엔진에서 배출되는 유해 가스를 저감시킬 수 있도록 개선된 엔진 유닛을 제공하는 데 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 엔진 유닛은, 엔진과, 흡입구로 흡입된 공기를 과급시켜 엔진의 연소실로 공급하는 과급장치를 구비하는 엔진 유닛에 있어서, 브라운 가스 공급기와; 과급장치로 흡입되는 공기에 상기 브라운 가스 공급기로부터의 브라운 가스가 혼합되도록, 상기 과급장치의 흡입구로부터 분기되어 상기 브라운 가스 공급기에 연결되는 브라운 가스 공급유로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 브라운 가스가 상기 과급장치로 유입되는 공기와 균일하게 혼합되도록, 브라운 가스에 와류를 형성하게 하는 와류형성수단이 마련된다.

본 발명에 따르면, 과급장치의 흡입구로부터 분기되어 상기 브라운 가스 공급기에 연결되는 브라운 가스 공급유로가 마련됨으로써, 엔진의 배출가스에 포함된 유해 성분을 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 과급장치가 마련된 종래의 엔진 유닛의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 유닛을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 실시예는 제한적으로 의도된 것은 아니며, 동일한 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 유닛(100)의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 유닛(100)은 엔진(110)의 연소실(117)로 유입되는 흡입 공기의 밀도를 증가시켜 엔진의 출력을 증대시키기 위한 과급장치(150)를 구비한다. 이 과급장치(150)는, 잘 알려진 바와 같이, 엔진의 배출가스로 터빈을 회전시켜 과급장치(150)의 흡입구(160)로 유입되는 공기를 압축시키는 터보차져이다.

또한, 과급장치(150)에서 압축된 공기의 밀도를 증대시키기 위하여, 과급장치(150)에서 과급된 공기가 연소실(117)로 흡입되기 전에, 냉각장치(140)에서 냉각되도록 구성되어 있다.

한편, 엔진 유닛(100)은 브라운 가스 공급기(170)를 포함한다. 브라운 가스란 잘 알려진 바와 같이, 물의 전기 분해에 의해 발생한 수소와 산소가 정량적으로 공존하는 가스로서, 밀폐된 공간 내에서 연소시 기상에서 액상(물)로 변화하면서 자체 부피가 급격히 줄어드는 응폭(implosion) 현상을 나타내는 특징이 있다. 또한, 브라운 가스는 완전연소 후에 수증기만 발생하므로 근본적으로 환경오염이 없는 청정한 에너지원이다.

본 발명에서는, 과급장치(150)가 공기만이 아닌, 공기와 브라운 가스의 혼합기를 함께 압축시키도록, 과급장치(150)의 흡입구로부터 분기되어 브라운 가스 공급기(170)에 연결되는 브라운 가스 공급유로(165)가 마련되어 있다. 이러한 구조 덕분에, 공기와 브라운 가스가 미리 혼합되어 과급장치(150)로 공급되게 된다. 이후, 과급장치(150)에서 공기와 브라운 가스의 혼합기가 압축되고, 냉각장치(140)를 거쳐 엔진(110)의 연소실(117)로 유입된다.

연소실(117)로 유입되는 브라운 가스에 포함된 수소의 발열량만큼 엔진(110)의 연료분사장치(112)를 통해 분사되는 화석연료의 양을 감소시킬 수 있으므로, 감소된 화석 연료의 양만큼 NOx를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 브라운 가스에는 다량의 산소가 포함되어 있기 때문에, 연소실(117)로 유입되는 혼합기의 산소농도가 증대되어, 연소효율이 증대되는 장점이 있다. 수소의 빠른 연소속도와 상승된 산소농도 덕분에 엔진(110)의 연소효율이 증가되어, 일산화탄소(CO) 입자상 물질(SOOT)의 발생량도 감소하는 이점이 있다.

한편, 과급장치(150)로 유입되는 공기와 브라운 가스가 균일하게 혼합되도록, 과급장치(150)의 흡입구(160)와 브라운 가스 공급기(170) 사이의 브라운 가스 공급유로(165)에는 와류 형성수단으로서, 송풍기(180)가 설치되어 있다. 송풍기(180)는 잘 알려진 바와 같이 모터와, 모터의 회전에 의해 회전되는 팬을 포함한다. 모터가 팬을 회전시킴으로써, 브라운 가스 공급기(170)로부터 공급되는 브라운 가스에는 와류가 형성된다. 이러한 와류 덕분에, 브라운 가스는 과급장치(150)의 흡입구(160)로 흡입되는 공기와 더욱 균일하게 혼합될 수 있게 된다.

한편, 과급장치(150)와 냉각장치(140) 사이의 혼합기 공급유로(120)와 브라운 가스 공급기(170)와 송풍기(180) 사이의 브라운 가스 공급유로(165) 사이에는, 연소실(117)로부터의 수소 화염의 역화(Back flash)를 방지하기 위한 역화방지기(173, 174)가 설치되어 있다. 또한, 브라운 가스 공급유로(165)에는, 공급되는 브라운 가스의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 센서(175)와, 브라운 가스 중 수소의 농도를 측정하기 위한 수소 농도 측정 센서(176)와, 브라운 가스의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(177)가 마련되어 있다.

또한, 브라운 가스 제어장치(172)가 마련되어 있는데, 이 브라운 가스 제어장치(172)에는, 온도 측정 센서(175), 수소 농도 측정 센서(176) 및 압력 센서(177)가 연결되어 있어, 공급되는 브라운 가스의 상태를 연속적으로 모니터링 한다. 예컨대, 이들 센서(175, 176, 177)를 통하여 측정된 브라운 가스의 온도, 수소의 농도, 및 압력이 소정의 범위를 벗어난다면, 브라운 가스 제어 장치(172)는 브라운 가스 공급기(170)를 제어하여, 브라운 가스 공급량을 감소시키거나 차단시키도록 제어한다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 모니터링된 브라운 가스의 현재 상태가 소정의 안전범위를 벗어나 가연한계에 도달할 때에는, 브라운 가스의 공급을 차단시키고, 별도의 불활성 가스 공급원으로부터 불활성 가스를 공급시키도록 구성될 수도 있다.

한편, 브라운 가스 제어장치(172)는 엔진을 제어하는 엔진 제어장치(130)와 통신할 수 있도록 연결된다. 만약, 브라운 가스 공급을 충분히 할 수 없는 경우에는, 브라운 가스 제어장치(172)는 현재의 상황을 엔진 제어장치(130)에 보고하고, 이에 따라 엔진 제어장치(130)는 현재 요구되는 엔진(110)의 출력을 얻기 위하여, 감소된 브라운 가스의 발열량에 해당하는 연료를 연료분사장치(112)를 통하여 연소실(117)에 공급한다.

상기 실시예에 있어서, 과급장치(150)는 터보차져인 것으로 설명되었으나, 엔진의 배기가스에 의해 터빈을 구동시키는 것이 아닌, 엔진(110)의 회전력을 이용하는 슈퍼차져일 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 엔진 제어장치(130)와 브라운 가스 제어장치(172)가 각각 별개로 마련되어 있으나, 양자가 통합된 형태의 제어장치가 이용될 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.

100: 엔진 유닛 110: 엔진
117: 연소실 120: 연료분사장치
130: 엔진제어장치 140; 냉각장치
150: 과급장치 160: 흡입구
165: 브라운 가스 공급유로 170: 브라운 가스 공급기
172: 브라운 가스 제어장치 180: 와류 형성 수단

Claims

엔진과, 흡입구로 흡입된 공기를 과급시켜 엔진의 연소실로 공급하는 과급장치를 구비하는 엔진 유닛에 있어서,
브라운 가스 공급기와;
과급장치로 흡입되는 공기에 상기 브라운 가스 공급기로부터의 브라운 가스가 혼합되도록, 상기 과급장치의 흡입구로부터 분기되어 상기 브라운 가스 공급기에 연결되는 브라운 가스 공급유로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 브라운 가스가 상기 과급장치로 유입되는 공기와 균일하게 혼합되도록, 브라운 가스에 와류를 형성하게 하는 와류형성수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 엔진 유닛.
청구항 2에 있어서,
상기 와류형성수단은 상기 브라운 가스 공급유로에 설치되는 송풍기인 것을 특징으로 하는 엔진 유닛.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 과급장치로 공급되는 브라운 가스 내의 수소의 농도를 측정하기 위한 수소농도 측정 센서와;
상기 과급장치로 공급되는 브라운 가스의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 센서를 포함하고,
상기 수소농도 측정 센서와 상기 온도 측정 센서에 의해 측정된 브라운 가스의 수소농도 및 브라운 가스의 온도에 기초하여, 브라운 가스의 공급량을 제어하는 브라운 가스 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 유닛.
청구항 4에 있어서,
상기 엔진을 제어하는 엔진 제어장치와;
상기 엔진 제어장치에 의해 연료의 분사시기 및 분사량이 제어되는 연료분사장치;를 더 포함하고,
상기 엔진 제어장치는, 상기 브라운 가스 제어장치와 통신가능하게 연결되어 있고, 공급되는 브라운 가스량에 기초하여 상기 연료분사장치의 연료 분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 유닛.