KR100724994B1 - Highly efficient charge air moisturizing device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도1 is an exemplary view showing a configuration according to the present invention
도 2 는 본 발명의 또다른 실시예를 보인 예시도Figure 2 is an exemplary view showing another embodiment of the present invention
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
(1) : 내연기관 (2) : 과급기(1): internal combustion engine (2): supercharger
(3) : 확관 유로 (4) : 연장 유로(3): expansion passage (4): extension passage
(5) : 제 1 미스트트랩(mist trap) (6) : 과급공기 냉각기(5): first mist trap (6): supercharged air cooler
(7) : 제 2 미스트트랩(mist trap) (8) : 배기 연도(7): second mist trap (8): exhaust flue
(9) : 이유체 분사노즐 (10) : 가습수 분사노즐(9): weaning jet nozzle (10): humidifying water jet nozzle
(11) : 패킹 층(packing layer) (12) : 제 1 배수구(11): packing layer (12): first drain
(13) : 제 2 배수구 (14) : 수조(13): 2nd drain port 14: water tank
(15) : 히터 (16) : 열교환기15: heater 16: heat exchanger
(17) : 가습수 펌프17: humidification water pump
(18) : 증기보일러 또는 증기유틸리티 (19,20,21) : 제어밸브(18): Steam boilers or steam utilities (19, 20, 21): Control valves
(22) : 제어기 (23) : 고온 냉각수 유로22: controller 23: high temperature coolant flow path
(24) : 저온 냉각수 유로 (25) : 노점계24: low temperature cooling water flow path 25: dew point meter
(26) : 온도계 (27) : 가습수 회수 유로26: thermometer 27: humidified water recovery flow path
(28) : 제 1 가습수 유로 (29) : 제 2 가습수 유로28: first humidification water flow path 29: second humidification water flow path
(30) : 제 3 가습수 유로 (31) : 제 4 가습수 유로30: third humidification water flow path 31: fourth humidification water flow path
(32) : 제 5 가습수 유로32: fifth humidifying water flow path
본 발명은 내연기관용 고효율 과급공기 가습 장치에 관한 것으로, 내연기관의 연소실로 유입되는 과급공기를 가습수와 증기로 가습하여 연소실 내에 공급함으로써 연소 최고 온도를 낮추어 질소산화물 발생량을 저감할 수 있는 내연기관용 고효율 과급공기 가습 장치에 관한 것이다The present invention relates to a high-efficiency supercharged air humidification device for an internal combustion engine. The internal combustion engine can reduce the amount of nitrogen oxide generated by lowering the maximum temperature of combustion by humidifying the boosted air flowing into the combustion chamber of the internal combustion engine with humidifying water and steam. High efficiency air humidification device
종래의 내연기관용 과급공기 가습 장치에서는 과급공기를 가습하기 위하여, 분사노즐을 이용하여 과급공기에 가습수만을 분사하였다. 그러나, 이러한 기술은 과급기에서 배출된 고온 고압의 과급공기와 고온의 가습수 열에너지만을 이용하기 때문에 분사된 가습수의 증발 효과가 낮은 문제점이 있었다. In the conventional turbocharged humidification device for an internal combustion engine, in order to humidify the turbocharged air, only humidifying water is injected into the turbocharged air using an injection nozzle. However, this technique has a problem in that the evaporation effect of the injected humidified water is low because only the high temperature and high pressure supercharged air discharged from the supercharger and the high temperature humidified water thermal energy are used.
또한, 가습수 액적의 증발 효과를 높이기 위해서는 많은 가습수의 공급이 필요하며, 가습수가 분사되고 증발되는 장치의 크기도 커질 수밖에 없다. 또한 내연기관 연소실에 과급공기가 유입되기 전 과급공기의 적절한 습도를 유지할 수 있도록 일정수준 이상의 과급 온도 유지를 위해서는 외부에서 추가적인 열에너지 공급 을 필요로 하는 등 여러 문제점이 있었다. In addition, in order to increase the evaporation effect of the humidified water droplets, it is necessary to supply a lot of humidified water, and the size of the device in which the humidified water is sprayed and evaporated is large. In addition, there were a number of problems, such as the need for additional heat energy from the outside to maintain the charging temperature above a certain level so that the proper humidity of the charging air can be maintained before the charging air enters the combustion chamber of the internal combustion engine.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 과급공기를 포화습도 상태 가까이 최대한 가습하면서, 최소한의 공간을 차지할 수 있는 내연기관용 고효율 과급공기 가습 장치를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a high-efficiency boost air humidification device for an internal combustion engine that can occupy a minimum space while humidifying the charge air as close to the saturated humidity.
도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명의 또다른 실시예를 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 내연기관(1)의 과급기(2) 후단에 설치되는 과급공기 유로를 연장하여 내부 공간을 확장한 확관 유로(3) 및 연장 유로(4)에 가습수를 분사하여 과급기(2)에 의해 확관 및 연장 유로(3,4)로 공급되는 과급공기를 가습하는 내연기관용 과급공기 가습 장치에 있어서; 상기 확관 유로(3)에는 가습수와 증기를 동시에 분사하는 이유체 분사노즐(9)이 설치되고, 상기 연장 유로(4)에는 가습수만을 분사하는 가습수 분사노즐(10)이 설치되며, 상기 확관 유로(3) 및 연장 유로(4)는 배기가스를 배출하는 배기 연도(8)를 따라 설치되도록 되어 있다. 1 is an exemplary view showing a configuration according to the present invention, Figure 2 is an exemplary view showing another embodiment of the present invention, the present invention is installed in the rear end of the supercharger (2) of the internal combustion engine (1) Humidification air is supplied to the expansion and
즉, 본 발명은 과급기(2)에 의한 과급공기가 확관 유로(3)로 공급되고, 확관 유로(3)에 연장되어 분사된 가습수의 증발에 필요한 공간과 시간을 확보하기 위한 연장 유로(4)가 내연기관의 배가가스를 배출하는 배기 연도(8)를 따라 설치된다. That is, according to the present invention, the supercharged air by the
상기 확관 유로(3)에는 히터(15), 열교환기(16) 및 가습수 펌프(17)에 의해 고온 고압으로 형성된 가습수를 증기보일러 또는 증기 유틸리티(18)에 의해 공급되는 증기와 혼합하여 분사하는 이유체 분사노즐(9)이 설치된다. 이때, 상기 증기보일러 또는 증기유틸리티(18)에서 이유체 분사노즐(9)로 증기를 공급하는 배관에는 제어밸브(21)가 설치되어 공급되는 증기의 양을 제어한다.The
상기 연장 유로(4)에는 히터(15), 열교환기(16) 및 가습수 펌프(17)에 의해 고온 고압으로 형성된 가습수만을 분사하는 가습수 분사노즐(10)이 설치되고, 분사된 가습수와 과급공기의 기액 접촉 면적을 높여 가습수의 증발을 촉진하는 패킹 층(11)이 더 설치된다.The humidifying
또한, 상기 연장 유로(4)의 후단에는 증발되지 않은 가습수 액적을 포집하여 제거하는 제 1 미스트트랩(5)과, 고온 냉각수의 공급에 의한 열교환을 통해 과급공기의 온도를 조절하기 위한 과급공기 냉각기(6) 및, 가습수 액적이 엔진 연소실로 직접 유입되는 것을 방지하기 위한 제 2 미스트트랩(7)이 설치되어 있다. In addition, the
또한, 제 1 미스트트랩(5) 하부에 위치하도록 연장 유로(4)에는 제 1 배수구(12)가 형성되고, 제 2 미스트트랩(7) 하부에 위치하도록 연장 유로(4)에 제 2 배수구(13)가 각각 형성되어 있으며, 상기 제 1,2 배수구(12,13)는 수조(14)와 가습수 회수 유로(27)에 의해 각각 연결된다. In addition, a
또한, 상기 제 2 미스트트랩(7) 후단에 위치하도록 연장 유로(4)에는 노점계(25) 및 온도계(26)가 더 설치되어 있으며, 상기 노점계(25) 및 온도계(26)는 제어기(22)와 연결되어 실시간으로 측정되는 값이 제어기(22)로 입력된다.In addition, a
상기 가습수는 히터(15), 열교환기(16) 및 가습수 펌프(17)에 의해 고온 고압으로 형성되고, 제 1,2,3 가습수 유로(28,29,30)를 통해 이유체 분사노즐(9) 및 가습수 분사노즐(10)로 공급된다. 즉, 상기 가습수는 수조(14)에 저장되고, 상기 수조에 설치된 히터(15)에 의해 수조 내 가습수가 예열된 후, 제 1 가습수 유로(28)를 통해 가습수 펌프(17)로 이송된다. The humidified water is formed at a high temperature and high pressure by the
이때, 상기 제 1 가습수 유로(28)에는 열교환기(16)가 더 설치되고, 열교환기(16) 내로 고온 냉각수 유로(23)가 설치되어 있어, 히터(15)에 의해 예열된 가습수는 열교환기(16)를 경유하면서 고온으로 재가열된 후, 가습수 펌프(17)에 의해 고압으로 압축되어 가습수 분사노즐(10) 및 이유체 분사노즐(9)로 공급된다. At this time, a
또한, 상기 가습수 펌프(17)에 의해 압축된 고온 고압의 가습수는 제 2 가습수 유로(29)를 통해 이유체 분사노즐(9)로 공급되고, 상기 제 2 가습수 유로(29)에서 분관된 제 3 가습수 유로(30)를 통해 가습수 분사노즐(10)로 공급된다. In addition, the high temperature and high pressure humidified water compressed by the
또한, 상기 제 2,3 가습수 유로(29,30)는 제 1 가습수 유로(28)와 제 4,5 가습수 유로(31,32))에 의해 연결되어 있으며, 상기 제 4,5 가습수 유로(31,32)에는 가습수 분사노즐과 이유체 분사노즐의 분사압력을 조절할 수 있는 제어밸브(19,20)가 각각 설치되어 있다. In addition, the second and third humidifying
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
내연기관(1) 과급기(2)의 후단에는 과급공기 확관 유로(3)와 분사된 가습수의 증발에 필요한 공간과 시간을 확보하기 위한 연장 유로(4)가 구성 설치되며, 이 때 연장 유로(4)의 형태는 배기가스를 배출하는 배기 연도(8)의 설치 방식에 따라 결정된다. 즉, 배기 연도(8)가 수직 상부로 향하여 설치되어 있으면 과급공기 연장 유로(4)도 수직으로 설치되고, 배기 연도(8)가 수평으로 향하도록 설치되면 연장 유로(4) 또한 수평으로 설치되며, 흔하지 않은 경우지만 배기 연도(8)가 경사를 이루며 설치되면 연장 유로(4)도 경사면을 따라 설치된다.At the rear end of the internal combustion engine (1) and the supercharger (2), an extension flow passage (4) for securing the space and time necessary for evaporation of the charged air expansion passage (3) and the injected humidified water is provided. The form of 4) is determined by the installation method of the
또한, 상기 확관 유로(3)에는 가습수와 증기를 동시에 분사하기 위한 이유체 분사노즐(9)이 설치되고, 연장 유로(4)에는 가습수만을 분사하기 위한 가습수 분사노즐(10) 및, 분사된 가습수와 과급공기의 기액 접촉 면적을 높여 가습수의 증발을 촉진하기 위한 패킹 층(11)이 설치된다. 이때, 상기 이유체 분사노즐(9)의 분사에 필요한 압력보다 가습수 분사노즐(10)에서 필요한 압력이 더 높기 때문에, 이유체 분사노즐(9)과 가습수 분사노즐(10)에서 분사되는 가습수의 압력을 조절하기 위한 제어밸브(19,20)가 각각 별도로 설치되어 있다. In addition, the expansion pipe (3) is provided with a weaning body injection nozzle (9) for simultaneously injecting humidifying water and steam, the humidifying water injection nozzle (10) for injecting only humidifying water in the extension passage (4), A
또한, 상기 연장 유로(4) 후단에는 증발되지 않은 가습수 액적을 걸러내는 제 1 미스트트랩(5)과 과급공기의 온도를 조절하기 하기 위한 과급공기 냉각기(6) 및 가습수 액적이 엔진 연소실로 직접 유입되는 것을 방지하기 위한 제 2 미스트트랩 (7)이 설치되어 있다. In addition, the rear end of the
또한, 수조(14)에서 전기 또는 기타 열원으로 작동되는 히터(15)에 의해 미리 예열된 가습수는 고온 냉각수(23)가 공급되는 열교환기(16)를 지나면서 고온으로 가열된 후 가습수 펌프(17)에 의해 고압으로 압축되어 고온 고압의 상태로 이유체 분사노즐(9) 및 가습수 분사노즐(10)에 공급된다. In addition, the humidified water preheated by the
한편 이유체 분사노즐(9)로 공급된 가습수는 증기보일러 또는 증기유틸리티(18)로부터 이유체 분사노즐(9)로 공급된 증기에 의해 미세한 액적 상태로 되면서 과급공기 중으로 분사된다.On the other hand, the humidified water supplied to the weaning
이와 같이 분사노즐(9,10)을 통하여 분사되는 가습수와 증기의 공급량은 제어기(22)에 의해 조절되는데, 제어에 필요한 과급공기의 포화도 및 온도는 제 2 미스트트랩(7) 후단에 설치되어 있는 노점계(25) 및 온도계(26)에 의해 실시간으로 측정되어 제어기(22)에 입력되고, 제어기(22)는 필요한 가습수와 증기의 양을 제어밸브(19,20,21)의 개폐량에 따라 조절한다.In this way, the supply amount of humidifying water and steam injected through the
또한, 상기 분사노즐(9,10)을 통해 분사된 가습수 중 증발되지 않은 다소 큰 액적은 제 1 미스트트랩(5) 하단에 설치된 제 1 배수구(12)로 흘러 들어가고, 다소 작은 액적 또는 미스트는 제 1 미스트트랩(5)에 걸러져 제 1 배수구(12)로 흘러내리게 되며, 제 1 배수구(12)에 고인 물은 가습수 회수 유로(27)를 따라 수조(14)로 회수된 후 재사용 된다. 또한, 제 1 미스트트랩(5)을 통과한 과급공기 중의 미세한 액적은 고온 냉각수(23)에 의해 가열된 과급공기 냉각기(6)에서 열에너지를 공급받아 수증기로 증발하게 되며, 과급공기 냉각기(6)를 지난 후에도 증발하지 않은 미스트는 제 2 미스트트랩(7)에 포집되어 제 2 배수구(13)에 집수된 후 가습수 회수 유로(27)를 통하여 수조로 되돌아가게 된다.In addition, rather large droplets which are not evaporated in the humidifying water sprayed through the
또한, 상기 과급공기 냉각기(6)는 과급공기를 가습하지 않는 통상의 엔진 운전에서는 저온 냉각수 유로(24)와 연결되어 과급공기를 냉각하는 역할을 하게 된다.In addition, the booster air cooler 6 is connected to the low temperature cooling
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
이와 같이 본 발명은 가습수와 증기를 혼합하여 분사하고, 연장 유로 내에 기액 접촉 면적을 확대할 수 있는 패킹 층을 더 설치하도록 되어 있어, 가습수의 증발 효과를 극대화시킬 수 있다. In this way, the present invention is to mix and spray the humidifying water and steam, and to further install a packing layer that can expand the gas-liquid contact area in the extension passage, it is possible to maximize the evaporation effect of the humidifying water.
또한, 내연기관의 배기가스를 외부로 배출하는 배기 연도는 설치 여건 및 규정에 따라 수직, 수평, 경사 또는 복합 형태로 설치되는데, 배기 연도가 고온이기 때문에 순수하게 배기 연도가 지나가는 경로 외에 일정한 공간을 더 할애하게 되므로, 본 발명은 이러한 배기 연도 주위 일정 공간에 과급공기가 지나가도록 확장 유로 및 연장 유로를 연장하도록 되어 있어, 과급공기의 가습을 위한 별도의 공간을 크게 필요로 하지 않는 작은 크기의 가습 장치를 구성할 수 있다.In addition, the exhaust flue exhausting the exhaust gas of the internal combustion engine to the outside is installed in a vertical, horizontal, inclined or complex form according to the installation conditions and regulations. As a result, the present invention is designed to extend the expansion passage and the extension passage so that the charge air passes through a predetermined space around the exhaust flue, so that the humidification of a small size does not require a large space for humidification of the charge air. You can configure the device.
또한, 배기 연도를 따라 설치되는 확관 유로 및 연장 유로에서 가습수 및 스팀 분사에 의한 1차 가습, 가습수 분사에 의한 2차 가습, 패킹 층에서의 3차 가습 및 과급공기 냉각기에서의 최종 가습 등의 과정을 통하여 가습 장치의 소형화 및 고효율 가습 성능 효과를 구비하게 된다. In addition, primary humidification by humidifying water and steam injection, secondary humidification by humidifying water injection, tertiary humidification by packing layer, and final humidification by a supercharged air cooler in the expansion and extension passages installed along the exhaust flue. Through the process of miniaturization and high efficiency humidification performance of the humidification device is provided.
또한, 상기와 같은 가습 과정을 거친 과급공기는 열용량이 증가된 상태로 내 연기관의 연소실로 유입되어, 연료의 연소 중에 발생되는 열로 인한 온도 상승을 억제하여 연소 최고온도를 낮춤으로써 연소 중에 생성되는 질소산화물의 발생량을 대폭 저감할 수 있는 효과를 나타내게 된다. In addition, the supercharged air after the humidification process is introduced into the combustion chamber of the inner smoke pipe with the heat capacity increased, thereby suppressing the temperature rise due to the heat generated during the combustion of the fuel and lowering the maximum temperature of combustion, which is generated during combustion. It is possible to significantly reduce the amount of nitrogen oxides generated.
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- 2005-12-28 KR KR1020050131094A patent/KR100724994B1/en active IP Right Grant
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