KR101206023B1 - Lean burn combustion system and method for ship engine - Google Patents

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Abstract

선박 엔진용 희박 연소시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템은, 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 작동하는 흡수식 냉동장치; 엔진의 흡기관으로 유입되는 흡입공기를 냉각시키도록, 엔진의 흡기관에 설치되고, 흡수식 냉동장치에서 냉각된 작동유체와 흡입공기와의 열교환을 수행하는 열교환기; 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 전력발생장치; 전력발생장치에 의해 생산된 전력을 이용하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 발생기; 및 상기 엔진의 가연한계를 높이도록 브라운 가스 발생기에서 생성된 브라운 가스를 엔진의 연소실로 분사하는 브라운 가스 분사노즐;을 포함한다.A lean combustion system for a marine engine is disclosed. According to an embodiment of the present invention, a lean combustion system for a ship engine includes an absorption type refrigeration apparatus operating using waste heat from an engine of a ship; A heat exchanger installed in the intake pipe of the engine to cool the intake air introduced into the intake pipe of the engine, and performing heat exchange between the working fluid cooled in the absorption refrigeration device and the intake air; A power generator for producing electric power using waste heat from the engine of the ship; Brown gas generator for producing Brown gas using the power produced by the power generator; And a brown gas injection nozzle for injecting the brown gas generated in the brown gas generator into the combustion chamber of the engine so as to increase the flammability limit of the engine.

Figure R1020110012460
Figure R1020110012460

Description

선박 엔진용 희박 연소시스템 및 희박 연소방법{LEAN BURN COMBUSTION SYSTEM AND METHOD FOR SHIP ENGINE}Lean combustion system and lean combustion method for ship engines {LEAN BURN COMBUSTION SYSTEM AND METHOD FOR SHIP ENGINE}

본 발명은 선박 엔진의 폐열을 이용한 선박 엔진용 희박 연소시스템 및 희박 연소방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lean combustion system and a lean combustion method for a marine engine using waste heat of a marine engine.

일반적으로 디젤엔진의 경우 가솔린 엔진에 비해 열효율과 내구성이 높기 때문에 선박의 동력원으로 이용되고 있다. 또한, 가솔린 엔진에 비하여 CO, CO2 및 탄화수소의 배출량이 적어 지구 온난화를 덜 유발하는 장점이 있다.In general, diesel engines are used as a power source for ships because they have higher thermal efficiency and durability than gasoline engines. In addition, there is an advantage of less global warming due to less emissions of CO, CO 2 and hydrocarbons than gasoline engines.

그러나 배출가스 중의 NOx는 광화학 스모그, 산성비 및 오존(O3) 발생의 원인이 되고, 매연(SOOT) 등의 입자상 물질은 도시에서 발생하는 다른 어떤 입자보다 많은 빛을 흡수하기 때문에 대기 및 시야를 탁하게 만든다. However, NOx in the exhaust gas causes photochemical smog, acid rain, and ozone (O 3 ) generation, and particulate matter such as soot absorbs more light than any other particles generated in the city, so that the atmosphere and the view are blurred. Make.

특히, 선박에 사용되는 디젤 엔진의 경우, 엔진의 구동을 위해 사용되는 연료는 비용 절감을 위해서 점도성이 높고, 휘발성이 낮으며 가연성이 낮은 저급 연료인 HFO(HeavyFuel Oil)가 사용되고 있는 실정이다. 이로 인해, 불완전 연소로 인한 입자상 물질(PM, Particulate Material)이 많이 발생한다. In particular, in the case of diesel engines used in ships, the fuel used to drive the engine is a high viscosity, low volatility, low combustible low fuel HFO (Heavy Fuel Oil) is used to reduce the cost. As a result, a lot of particulate matter (PM) occurs due to incomplete combustion.

또한, 질소화합물은 광화학 스모그의 원인이 되고 산성비를 내리게 하는 주요원인이며 입자상 물질은 그 입자가 미세하고 많은 화학물질을 포함하고 있어 환경의 주요한 관심사항으로 부각되고 있다.In addition, nitrogen compounds are a major cause of photochemical smog and lower acid rain. Particulate matter is a major concern of the environment because the particles are fine and contain many chemicals.

최근 들어, 엔진의 효율을 증가시키고 배기가스 중의 오염물질, 특히 고온의 연소과정에서 발생하는 오염물질인 NOx의 배출을 줄이기 위해서 희박연소에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, researches on lean combustion have been actively conducted to increase engine efficiency and reduce emission of pollutants in exhaust gas, especially NOx, which is a pollutant generated in a high temperature combustion process.

그러나, 이러한 희박 연소는 NOx의 발생량을 저감시킬 수 있으나, 화염안정성을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 즉, 불안정한 연소로 인해 미연소 HC 및 PM의 양이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 화염안정성의 저하는 불완전 연소와 소음진동의 증가로 이어지기 때문에, 희박연소에는 기술적인 어려움이 따르게 된다. 따라서, 희박연소를 가능하게 하면서도 화염을 안정적으로 유지시켜 연소의 효율을 증가시킬 수 있는 장치가 요구되고 있는 실정이다.However, such lean combustion can reduce the amount of NOx generated, but has a problem of deteriorating flame stability. That is, there is a problem that the amount of unburned HC and PM increases due to unstable combustion. In addition, deterioration of flame stability leads to an incomplete combustion and an increase in noise vibration, so that lean combustion involves technical difficulties. Therefore, there is a need for an apparatus capable of increasing combustion efficiency by maintaining lean flame while enabling lean burn.

한편, 선박을 운행하는 데 있어서, 에너지는 추진용 엔진에서 대부분의 에너지를 소비하고 있는데, 엔진의 작동을 위해 소요되는 연료의 25%는 폐기 가스로 대기 중에 버려지고 있는 현실이다. 이는 선박 전체의 에너지 효율 측면에서도 바람직하지 않다. 고유가 시대가 도래함에 따라, 선박에서는 점차적으로 선박추진의 효율을 높이고 전체적인 에너지를 절약하는 시스템들을 도입하려는 연구가 진행중이다.On the other hand, in the operation of ships, energy is consumed most of the energy in the propulsion engine, 25% of the fuel required for the operation of the engine is a waste gas is a waste in the atmosphere. This is also undesirable in terms of energy efficiency of the entire vessel. With the advent of high oil prices, research is being conducted on ships to introduce systems that gradually increase the efficiency of ship propulsion and save overall energy.

본 발명의 실시예는, 선박 엔진의 폐열 에너지를 이용하여 엔진의 희박연소를 가능하게 하는 구성을 포함하는 선박 엔진용 희박 연소시스템 및 희박 연소방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a lean combustion system and a lean combustion method for a marine engine, including a configuration that enables lean combustion of the engine using waste heat energy of the marine engine.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 폐열을 이용하는 선박 엔진용 희박 연소시스템으로서,According to an aspect of the present invention, a lean combustion system for a ship engine using waste heat of a ship,

상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 작동하는 흡수식 냉동장치; 상기 엔진의 흡기관으로 유입되는 흡입공기를 냉각시키도록, 상기 엔진의 흡기관에 설치되고, 상기 흡수식 냉동장치에서 냉각된 작동유체와 상기 흡입공기와의 열교환을 수행하는 열교환기; 상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 전력발생장치; 상기 전력발생장치에 의해 생산된 전력을 이용하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 발생기; 및 상기 엔진의 가연한계를 높이도록 상기 브라운 가스 발생기에서 생성된 브라운 가스를 분사하는 브라운 가스 분사노즐;을 포함하는 선박 엔진용 희박 연소시스템이 제공될 수 있다.Absorption refrigeration apparatus for operating using the waste heat from the engine of the vessel; A heat exchanger installed at an intake pipe of the engine to cool the intake air introduced into the intake pipe of the engine and performing heat exchange between the working fluid cooled in the absorption refrigeration apparatus and the intake air; A power generator for generating electric power using waste heat from the engine of the ship; Brown gas generator for producing a brown gas using the power produced by the power generator; And a brown gas injection nozzle for injecting brown gas generated in the brown gas generator to increase the flammability limit of the engine.

또한, 상기 흡수식 냉동장치는, 냉매의 증발 잠열을 이용하여 작동유체를 냉각시키는 증발기, 상기 증발기에서의 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 상기 흡수기의 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기, 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기를 가지고 선박에 설치되는 흡수식 냉동기; 상기 엔진의 냉각 재킷(jacket)으로부터의 냉각수의 열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하기 위해, 상기 냉각 재킷과 상기 흡수식 냉동기의 재생기 사이에서 냉각수가 순환하도록, 상기 엔진의 냉각 재킷(jacket)과 유체연통하는 냉각수 순환유로; 및 해수와의 열교환을 통하여 상기 흡수식 냉동기의 흡수기에서 발생하는 흡수열을 제거하도록, 상기 흡수기에 설치되고, 상기 선박의 해수함(sea-chest)으로부터 공급되는 해수가 지나가는 해수 파이프;를 포함할 수 있다.In addition, the absorption refrigeration apparatus, the evaporator for cooling the working fluid by using the latent heat of evaporation of the refrigerant, the absorber containing the absorbing liquid for absorbing the evaporated refrigerant in the evaporator, the absorbing liquid of the absorber diluted through the absorption of the refrigerant. An absorption chiller installed in the ship having a regenerator for heating and regenerating, and a condenser for condensing the refrigerant evaporated from the regenerator; The cooling jacket and fluid of the engine such that the cooling water circulates between the cooling jacket and the regenerator of the absorption chiller to supply heat of the cooling water from the engine's cooling jacket to the regenerator of the absorption chiller. Communicating coolant circulation passages; And a seawater pipe installed in the absorber to pass the seawater supplied from the sea-chest of the vessel so as to remove the heat of absorption generated in the absorber of the absorption chiller through heat exchange with seawater. have.

또한, 상기 흡수식 냉동기의 응축기에는, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키도록 상기 해수 파이프가 연장되어 설치될 수 있다.In addition, the seawater pipe may be extended to the condenser of the absorption chiller so as to condense the refrigerant evaporated from the regenerator of the absorption chiller.

또한, 상기 냉각수 순환유로에는, 상기 엔진의 냉각 재킷(jacket)과 상기 흡수식 냉동기의 재생기 사이에서 순환하는 냉각수의 유량을 조절하기 위한 냉각수 펌프가 마련될 수 있다.In addition, the cooling water circulation passage may be provided with a cooling water pump for controlling the flow rate of the cooling water circulated between the cooling jacket (jacket) of the engine and the regenerator of the absorption chiller.

또한, 상기 해수 파이프에는, 상기 해수함으로부터 공급되는 해수의 유량을 조절하기 위한 해수 펌프가 마련될 수 있다.In addition, the seawater pipe may be provided with a seawater pump for adjusting the flow rate of the seawater supplied from the seawater box.

또한, 상기 열교환기와 상기 흡수식 냉동기 사이에서 순환하는 작동유체가 흐르는 작동유체 순환유로에는, 작동유체의 유량을 조절하기 위한 작동유체 펌프가 마련될 수 있다.In addition, a working fluid pump for regulating the flow rate of the working fluid may be provided in the working fluid circulation path through which the working fluid circulating between the heat exchanger and the absorption chiller flows.

또한, 상기 엔진의 흡기관에는 흡입공기를 과급시키는 과급기가 마련되어 있으며, 상기 열교환기는 상기 과급기보다 상류에 설치될 수 있다.In addition, the intake pipe of the engine is provided with a supercharger for charging the intake air, the heat exchanger may be installed upstream than the supercharger.

또한, 상기 흡수식 냉동장치는, 냉매의 증발 잠열을 이용하여 작동유체를 냉각시키는 증발기, 상기 증발기에서의 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 상기 흡수기의 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기, 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기를 가지고 선박에 설치되는 흡수식 냉동기; 상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하여 상기 흡수액을 가열시키는 열 공급수단; 및 해수와의 열교환을 통하여 상기 흡수식 냉동기의 흡수기에서 발생하는 흡수열을 제거하도록, 상기 흡수기에 설치되고, 상기 선박의 해수함(sea-chest)으로부터 공급되는 해수가 지나가는 해수 파이프;를 포함할 수 있다.In addition, the absorption refrigeration apparatus, the evaporator for cooling the working fluid by using the latent heat of evaporation of the refrigerant, the absorber containing the absorbing liquid for absorbing the evaporated refrigerant in the evaporator, the absorbing liquid of the absorber diluted through the absorption of the refrigerant. An absorption chiller installed in the ship having a regenerator for heating and regenerating, and a condenser for condensing the refrigerant evaporated from the regenerator; Heat supply means for supplying waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine to a regenerator of the absorption chiller to heat the absorption liquid; And a seawater pipe installed in the absorber to pass the seawater supplied from the sea-chest of the vessel so as to remove the heat of absorption generated in the absorber of the absorption chiller through heat exchange with seawater. have.

또한, 상기 열 공급수단은, 상기 엔진의 배기관에 장착되어, 상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 고온의 배기가스와 저온의 열매(熱媒)와의 열교환을 수행하는 열교환부; 및 상기 열교환부에서의 열교환을 통하여 가열된 상기 열매의 열을 상기 재생기에 공급하도록, 상기 열교환부와 상기 재생기 사이에서 상기 열매가 순환하는 열매 순환유로;를 포함할 수 있다.The heat supply means may include: a heat exchanger mounted on an exhaust pipe of the engine and performing heat exchange between the high temperature exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine and the low temperature fruit; And a fruit circulation passage through which the fruit circulates between the heat exchanger and the regenerator so as to supply the heat of the fruit heated through heat exchange in the heat exchanger to the regenerator.

또한, 상기 열매 순환 유로에는, 상기 열매의 유량을 조절하기 위한 펌프가 마련될 수 있다.In addition, the fruit circulation passage may be provided with a pump for adjusting the flow rate of the fruit.

또한, 상기 열교환부는 상기 엔진의 배기관의 표면과 면 접촉하고, 내부에 상기 열매를 수용하는 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱은 상기 열매 순환유로와 유체 연통하는 열매 유입구 및 열매 유출구를 구비할 수 있다.The heat exchange part may include a casing which contacts the surface of the exhaust pipe of the engine and accommodates the fruit therein, and the casing may have a fruit inlet and a fruit outlet in fluid communication with the fruit circulation passage.

또한, 상기 케이싱은 상기 배기관의 외주면을 둘러싸면서 상기 배기관의 표면과 면 접촉을 하는, 단면이 환형인 원통형일 수 있다.In addition, the casing may be an annular cylindrical cross section, which is in surface contact with the surface of the exhaust pipe while surrounding the outer peripheral surface of the exhaust pipe.

또한, 상기 열매 유입구 및 상기 열매 유출구는 상기 케이싱 상에서 대향하는 위치에 마련될 수 있다.In addition, the fruit inlet and the fruit outlet may be provided at opposite positions on the casing.

또한, 상기 흡수식 냉동기의 응축기에는, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키도록 상기 해수 파이프가 연장되어 설치될 수 있다.In addition, the seawater pipe may be extended to the condenser of the absorption chiller so as to condense the refrigerant evaporated from the regenerator of the absorption chiller.

또한, 상기 해수 파이프에는, 상기 해수함으로부터 공급되는 해수의 유량을 조절하기 위한 펌프가 마련될 수 있다.In addition, the seawater pipe may be provided with a pump for adjusting the flow rate of the seawater supplied from the seawater box.

또한, 상기 브라운 가스 분사노즐은, 상기 연소실 내로 브라운 가스를 직접 분사하도록 상기 엔진의 실린더 헤드에 장착될 수 있다.In addition, the brown gas injection nozzle may be mounted to a cylinder head of the engine to directly inject Brown gas into the combustion chamber.

또한, 상기 브라운 가스 분사노즐은, 상기 엔진의 흡기관에 장착되어 상기 흡기관으로 유입되는 공기를 향하여 브라운 가스를 분사할 수 있다.In addition, the brown gas injection nozzle may be attached to the intake pipe of the engine to inject brown gas toward the air flowing into the intake pipe.

또한, 상기 브라운 가스 분사노즐에 의해 분사된 브라운 가스에 와류를 형성하도록, 상기 흡기관에는 스월 밸브가 마련될 수 있다.In addition, a swirl valve may be provided in the intake pipe to form a vortex in the brown gas injected by the brown gas injection nozzle.

또한, 상기 브라운 가스 분사노즐은, 상기 연소실 내로 브라운 가스를 직접분사하도록 상기 엔진의 실린더 헤드에 장착될 수 있다.In addition, the Brown gas injection nozzle may be mounted to the cylinder head of the engine to directly spray Brown gas into the combustion chamber.

또한, 상기 엔진의 부하조건에 따라 상기 브라운 가스 분사노즐의 분사량을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a controller configured to control an injection amount of the brown gas injection nozzle according to the load condition of the engine.

또한, 상기 전력발생장치는, 상기 엔진의 배기관에 장착되어, 상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 고온의 배기가스의 열을 이용하여 물을 수증기로 증발시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 증발된 수증기를 이용하여 터빈을 구동시켜 전력을 발생하는 발전기; 상기 터빈을 구동시킨 수증기를 응축시키는 응축기; 및 상기 응축기에서 응축된 물을 상기 열교환기로 공급하는 펌프;를 포함하며, 상기 열교환기, 상기 터빈, 상기 응축기, 및 상기 펌프는 랭킨(Rankine) 사이클을 구성하는 것일 수 있다.In addition, the power generating device, the heat exchanger is mounted to the exhaust pipe of the engine, the heat exchanger for evaporating the water to steam using the heat of the high-temperature exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine; A generator for generating electric power by driving a turbine using water vapor evaporated from the heat exchanger; A condenser to condense the water vapor driving the turbine; And a pump for supplying the water condensed in the condenser to the heat exchanger, wherein the heat exchanger, the turbine, the condenser, and the pump may constitute a Rankine cycle.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 폐열을 이용하는 선박 엔진의 희박 연소방법으로서,According to another aspect of the present invention, a lean combustion method of a marine engine using waste heat of a vessel,

상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 회수하여 흡수식 냉동기를 작동시키는 흡수식 냉동기 작동단계; 상기 엔진의 흡기관으로 유입되는 흡입공기를 냉각시키도록, 상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체와 상기 엔진의 흡입공기를 열교환 시키는 흡입공기 냉각단계; 상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 전력발생단계; 상기 전력발생단계에서 생산된 전력을 이용하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 생산단계; 및 상기 엔진의 연소실로 브라운 가스를 분사하여 브라운 가스를 공기와 혼합시키는 브라운 가스-공기 혼합단계;를 포함하는 선박 엔진의 희박 연소방법이 제공될 수 있다.An absorption chiller operating step of recovering waste heat from the engine of the vessel to operate the absorption chiller; An intake air cooling step of heat-exchanging the intake air of the engine with the working fluid cooled in the absorption chiller to cool the intake air introduced into the intake pipe of the engine; A power generation step of generating power using waste heat from the engine of the ship; Brown gas production step of producing a brown gas using the power produced in the power generation step; And a brown gas-air mixing step of injecting the brown gas into the combustion chamber of the engine to mix the brown gas with the air. The lean combustion method of the marine engine may be provided.

또한, 상기 흡수식 냉동기의 작동단계는, 상기 선박의 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하여 흡수액을 가열시키는 단계;를 포함할 수 있다.The operation of the absorption chiller may include supplying waste heat of exhaust gas discharged through an exhaust pipe of an engine of the vessel to a regenerator of the absorption chiller to heat the absorption liquid.

또한, 상기 흡수식 냉동기의 작동단계는, 상기 선박의 엔진에 마련된 냉각 재킷(jacekt)으로부터의 냉각수의 열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하도록, 상기 엔진의 냉각 재킷과 상기 흡수식 냉동기의 재생기 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the operation of the absorption chiller may be performed between the cooling jacket of the engine and the regenerator of the absorption chiller to supply the heat of the cooling water from the cooling jacket provided in the engine of the vessel to the regenerator of the absorption chiller. Circulating the cooling water.

또한, 상기 브라운 가스-공기 혼합단계에서는, 상기 브라운 가스에 와류를 형성시켜 상기 흡입공기와 혼합시킬 수 있다.In addition, in the brown gas-air mixing step, a vortex may be formed in the brown gas and mixed with the intake air.

본 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템 및 희박 연소방법에 따르면, 선박 엔진의 폐열을 이용하여 흡수식 냉동기를 작동시킬 수 있다.According to the lean combustion system and the lean combustion method for a ship engine according to the present embodiment, the absorption chiller can be operated using the waste heat of the ship engine.

또한, 흡수식 냉동기를 이용하여 엔진의 흡입공기를 냉각시킴으로써, 엔진의 출력을 높일 수 있다.In addition, by cooling the intake air of the engine using the absorption chiller, the output of the engine can be increased.

또한, 선박 엔진의 폐열을 이용하여 전력을 발생시켜 브라운 가스 발생기에 전력을 공급함으로써 브라운 가스를 생산하고, 생산된 브라운 가스를 선박엔진의 연소실에 공급함으로써, 엔진의 희박 연소 조건에서의 가연한계를 높일 수 있다.In addition, by using the waste heat of the ship engine to generate electric power to supply the brown gas generator to produce brown gas, and to supply the produced brown gas to the combustion chamber of the ship engine, the flammable limit in the lean combustion conditions of the engine It can increase.

또한, 선박 엔진의 폐열을 이용함으로써, 선박 전체의 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.In addition, by utilizing the waste heat of the ship engine, the energy efficiency of the whole ship can be improved.

도 1은 디젤엔진에서의 공연비에 따른 배기가스의 특성 및 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 선박 엔진용 희박 연소시스템에 있어서, 흡수식 냉동기를 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 선박 엔진용 희박 연소시스템에 있어서, 브라운 가스의 공급을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 있어서, 엔진의 흡기관에 스월 밸브가 마련된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 있어서, 브라운 가스 분사노즐이 실린더 헤드에 장착된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4에 있어서, 브라운 가스 분사노즐 대신 브라운 가스 공급관을 사용하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템의 개략도이다.
도 9는 도 8에 도시된 선박 엔진용 희박 연소시스템에 있어서, 흡수식 냉동기를 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8에 있어서, 흡수식 냉동기에서의 열 공급수단의 제1 형태를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 11은 도 8에 있어서, 흡수식 냉동기에서의 열 공급수단의 제2 형태를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 12는 도 11의 선XII-XII을 취해진 개략적 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 희박 연소방법의 개략적 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the relationship of the characteristic and output of exhaust gas with the air fuel ratio in a diesel engine.
2 is a schematic diagram of a lean combustion system for a ship engine according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining in detail the absorption chiller in the lean combustion system for a ship engine shown in FIG.
FIG. 4 is a view for explaining the supply of brown gas in the lean combustion system for ship engine shown in FIG. 2.
FIG. 5 is a diagram for explaining the case where a swirl valve is provided in the intake pipe of the engine in FIG. 4.
FIG. 6 is a view for explaining the case where the brown gas injection nozzle is mounted on the cylinder head in FIG. 4.
FIG. 7 is a diagram for explaining the case where a brown gas supply pipe is used instead of the brown gas injection nozzle in FIG. 4.
8 is a schematic diagram of a lean combustion system for a ship engine according to another embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining in detail the absorption chiller in the lean combustion system for ship engine shown in FIG.
FIG. 10 is a schematic view for explaining the first form of the heat supply means in the absorption chiller in FIG. 8.
FIG. 11 is a schematic view for explaining a second form of heat supply means in the absorption chiller in FIG. 8.
12 is a schematic cross-sectional view taken on line XII-XII in FIG. 11.
13 is a schematic flowchart of a lean combustion method of a marine engine according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present embodiments are not intended to be limiting.

도 1은 디젤엔진에서의 공연비에 따른 배기가스의 특성 및 출력의 관계를 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the relationship of the characteristic and output of exhaust gas with the air fuel ratio in a diesel engine.

도시된 바와 같이, 디젤 엔진의 경우 이론 공연비 1.0인 영역에서는 NOx의 배출량이 최대가 되며, 희박연소로 진행될수록 연소온도가 낮추어져 NOx의 배출량이 줄어들고 있다. 또한, 엔진의 효율 역시 희박연소로 진행될수록 증가되는 추세를 보이고 있다. 반대로, 농후한 영역에서는 엔진의 출력이 급감하고 엔진의 폭굉(detonation)이 발생하게 된다.As shown, in the case of a diesel engine, the emission of NOx is the maximum in the region having a theoretical air-fuel ratio of 1.0, and as the lean combustion proceeds, the combustion temperature is lowered, thereby reducing the emission of NOx. In addition, the efficiency of the engine also shows a tendency to increase as the lean burn proceeds. On the contrary, in the rich region, the output of the engine is drastically reduced and engine detonation occurs.

따라서, 엔진의 출력을 증대시키고 NOx의 배출량을 감소시키기 위해서는, 희박한 조건에서의 연소가 이뤄지도록 하여야 한다. 그러나, 도시된 바와 같이, 공연비가 1.8 초과의 초희박 영역에서는 연소가 원활하게 이뤄지지 않아 실화(misfire)가 발생하게 된다.Therefore, in order to increase the output of the engine and reduce the emission of NOx, combustion in lean conditions should be performed. However, as shown, in the ultra-lean region having an air-fuel ratio of more than 1.8, combustion does not occur smoothly, causing misfire.

본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 연소 안정화 장치는, 초희박 조건에서도 안정적인 연소가 이뤄질 수 있도록 하기 위하여, 즉 희박조건에서의 가연한계를 증대할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다.The combustion stabilization apparatus for an engine according to an embodiment of the present invention is provided to enable stable combustion even in ultra-lean conditions, that is, to increase the flammability limit in lean conditions.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템의 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 선박 엔진용 희박 연소시스템에 있어서, 흡수식 냉동기를 상세히 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 선박 엔진용 희박 연소시스템에 있어서, 브라운 가스의 공급을 설명하기 위한 도면이다.2 is a schematic diagram of a lean combustion system for a ship engine according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view for explaining in detail the absorption chiller in the lean combustion system for a ship engine shown in FIG. 4 is a figure for demonstrating supply of Brown gas in the lean combustion system for ship engines shown in FIG.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템은 선박의 폐열을 이용하는 것으로서, 흡수식 냉동장치, 열교환기(190), 전력발생장치, 브라운 가스 발생기(320) 및 브라운 가스 분사노즐(322)을 포함하여 구성된다.2 to 4, a lean combustion system for a ship engine according to an embodiment of the present invention uses waste heat of a ship, and an absorption type refrigeration unit, a heat exchanger 190, a power generator, and a brown gas generator 320 And the Brown gas injection nozzle 322.

상기 흡수식 냉동장치는, 선박의 엔진(10)으로부터의 폐열을 이용하여 작동하는 것이고, 상기 열교환기(190)는 상기 엔진(10)의 흡기관(16)으로 유입되는 흡입공기를 냉각시켜 상기 엔진(10)의 연소실(2)로 유입되는 공기의 체적효율을 증대시키기 위해 마련된 것이다. 상기 전력발생장치는 선박의 엔진(10)으로부터의 폐열을 이용하여 전력을 발생시키기 위해 마련된 것이고, 상기 브라운 가스 발생기(320)는 상기 전력발생장치에서 생산된 전력을 이용하여 브라운 가스를 생산한다. 상기 브라운 가스는 브라운 가스 분사노즐(322)을 통하여 상기 엔진(10)의 흡기관(16)으로 분사되거나 상기 엔진(10)의 연소실(2) 내로 직접 분사된다.The absorption refrigeration apparatus is operated by using waste heat from the engine 10 of the ship, and the heat exchanger 190 cools intake air introduced into the intake pipe 16 of the engine 10 to cool the engine. It is provided in order to increase the volumetric efficiency of the air which flows into the combustion chamber 2 of (10). The power generator is provided to generate power by using waste heat from the engine 10 of the ship, the brown gas generator 320 to produce the brown gas using the power produced in the power generator. The brown gas is injected into the intake pipe 16 of the engine 10 through the brown gas injection nozzle 322 or directly into the combustion chamber 2 of the engine 10.

이하에서는, 상기 각각의 구성요소를 순서대로 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In the following, each of the above components will be described in more detail.

먼저, 흡수식 냉동장치의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 도시된 흡수식 냉동장치는, 선박의 엔진(10)으로부터의 폐열을 이용하기 위한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 흡수식 냉동장치는, 상기 선박의 엔진(10) 내의 실린더블록(11)을 지나가도록 마련된 냉각 재킷(12)에서 순환하는 냉각수의 폐열을 이용한다. First, the configuration of the absorption refrigeration apparatus will be described in detail. 2 and 3, the absorption type refrigeration apparatus shown is for utilizing waste heat from the engine 10 of the ship. Specifically, the absorption type refrigeration apparatus for ships according to the embodiment of the present invention uses the waste heat of the cooling water circulated in the cooling jacket 12 provided to pass through the cylinder block 11 in the engine 10 of the vessel.

상기 냉각 재킷(12)은, 선박의 엔진(10) 내에서의 연료와 공기의 혼합물의 연소로부터 발생되는 연소열로 인해, 상기 선박의 엔진(10)이 과열되어 파손되는 것을 방지하기 위해 마련된 것이다.The cooling jacket 12 is provided to prevent the engine 10 of the vessel from being overheated and damaged by the combustion heat generated from the combustion of a mixture of fuel and air in the engine 10 of the vessel.

상기 흡수식 냉동장치는, 흡수식 냉동기(100), 냉각수 순환유로(132) 및 해수 파이프(152)를 포함하여 구성된다.The absorption refrigeration apparatus includes an absorption refrigerator 100, a cooling water circulation passage 132, and a sea water pipe 152.

상기 흡수식 냉동기(100)는 냉매를 이용하여 작동유체를 냉각시키기 위해 마련된 것으로, 증발기(110), 흡수기(120), 재생기(130) 및 응축기(140)를 포함한다.The absorption refrigerator 100 is provided to cool the working fluid using a refrigerant, and includes an evaporator 110, an absorber 120, a regenerator 130, and a condenser 140.

상기 증발기(110)는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 선박의 엔진(10)으로 흡입되는 공기를 냉각시킬 작동 유체를 냉각시키기 위해 마련된 것이다. 본 실시예에서는 냉매로 청수(fresh water)를 사용하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The evaporator 110 is provided to cool the working fluid to cool the air sucked into the engine 10 of the ship by using the latent heat of evaporation of the refrigerant. In the present embodiment, fresh water is used as the refrigerant, but is not limited thereto.

한편, 상기 증발기(110) 내에는 상기 작동유체 순환유로(192)가 마련되어 있다. 상기 작동유체 순환유로(192)를 통하여 상기 증발기(110) 내부를 통과하게 되는 작동유체는 상기 증발기(110) 내에서의 냉매의 증발 잠열에 의해 냉각된다.On the other hand, the working fluid circulation passage 192 is provided in the evaporator 110. The working fluid that passes through the evaporator 110 through the working fluid circulation passage 192 is cooled by latent heat of evaporation of the refrigerant in the evaporator 110.

또한, 상기 증발기(110)의 하부에는 냉매 펌프(116)가 마련되어 있어, 상기 증발기(110) 내의 하부에 저장된 냉매액(W)을 냉매 파이프(112)를 통하여 상기 증발기(110)의 상부로 공급하게 된다. 상기 증발기(110)의 상부로 공급된 냉매, 즉 청수는 상기 증발기(110) 내에서 노즐을 통하여 상기 작동유체 순환유로(192)의 상부로 분사되는 동시에 증발하게 된다. In addition, the lower portion of the evaporator 110 is provided with a refrigerant pump 116, the refrigerant liquid (W) stored in the lower portion of the evaporator 110 is supplied to the upper portion of the evaporator 110 through the refrigerant pipe 112. Done. The refrigerant supplied to the upper portion of the evaporator 110, that is, fresh water is sprayed to the upper portion of the working fluid circulation passage 192 through a nozzle in the evaporator 110 and simultaneously evaporated.

이러한 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 작동유체 순환유로(192) 내로 흐르는 작동유체가 냉각되게 된다. 이 경우, 증발된 냉매로서의 청수는 연결 파이프(118)를 통하여 상기 흡수기(120)로 흐르게 된다.The working fluid flowing into the working fluid circulation passage 192 is cooled by using latent heat of evaporation of the refrigerant. In this case, fresh water as evaporated refrigerant flows to the absorber 120 through the connection pipe 118.

상기 흡수기(120)는 상기 증발기(110)에서 증발된 냉매, 본 실시예에서는 청수를 흡수하기 위해 마련된 것이다. 상기 증발기(110)에서 증발이 계속되면 수증기 분압이 점점 높아지게 되므로 증발 온도도 상승하게 되어, 적절한 냉각효과를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 증발된 냉매를 흡수기(120) 내에 저장된 흡수액(A)에 흡수시키면 상기 증발기(110) 내에서의 냉매의 증발 압력 및 온도를 일정하게 유지될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 흡수기(120)의 흡수액(A)으로서, 리튬브로마이드(LiBr) 수용액을 사용하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The absorber 120 is provided to absorb the refrigerant evaporated from the evaporator 110, in this embodiment fresh water. If evaporation continues in the evaporator 110, the partial pressure of water vapor is gradually increased, so that the evaporation temperature is also increased, so that an adequate cooling effect cannot be obtained. Therefore, when the evaporated refrigerant is absorbed into the absorbent liquid A stored in the absorber 120, the evaporation pressure and temperature of the refrigerant in the evaporator 110 may be kept constant. In this embodiment, an aqueous solution of lithium bromide (LiBr) is used as the absorbent liquid A of the absorber 120, but is not limited thereto.

한편, 상기 흡수기(120) 내에서의 흡수액(A)이 증발된 냉매를 흡수할 때 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 상기 흡수기(120) 내에는 별도의 냉각수가 흐르는 열교환기로서 해수 파이프(152)가 마련된다.Meanwhile, in order to remove the heat of absorption generated when the absorbent liquid A in the absorber 120 absorbs the evaporated refrigerant, the seawater pipe 152 is a heat exchanger in which a separate cooling water flows in the absorber 120. Is prepared.

상기 해수 파이프(152)는, 상기 선박의 해수함(sea-chest; 150)으로부터 공급되는 해수가 지나가는 파이프로서, 상기 흡수기(120) 내를 지나가도록 설치되어 있다. 또한, 상기 해수 파이프(152) 상에는 해수 펌프(154)가 마련되어 있어, 상기 해수함(150)으로부터 상기 흡수기(120) 내로 공급되는 해수의 양을 조절할 수 있다. 상기 해수 파이프(152)로 흐르는 저온의 해수 덕분에, 상기 흡수액(A)의 흡수작용에 의한 흡수열은 제거될 수 있다.The seawater pipe 152 is a pipe through which the seawater supplied from the sea-chest 150 of the vessel passes, and is installed to pass through the absorber 120. In addition, a seawater pump 154 is provided on the seawater pipe 152 to adjust the amount of seawater supplied from the seawater reservoir 150 into the absorber 120. Thanks to the low temperature seawater flowing into the seawater pipe 152, the heat of absorption due to the absorption of the absorbent liquid A can be removed.

상기 흡수액(A)인 리튬브로마이드 수용액이 흡수작용을 계속하게 되면, 리튬브로마이드 수용액은 점점 묽게 되어 흡수작용을 계속할 수가 없게 된다. 따라서, 상기 흡수액(A)의 재생을 위하여 재생기(130)가 마련된다. 상기 흡수기(120)의 하부에는 흡수액 펌프(124)가 마련되어 있어, 상기 흡수기(120) 내의 하부에 저장된 리튬브로마이드 수용액을 흡수액 파이프(122)를 통하여 상기 재생기(130)의 상부로 공급하게 된다.When the aqueous solution of lithium bromide, which is the absorbent liquid (A), continues to absorb, the aqueous solution of lithium bromide gradually dilutes and cannot continue the absorption. Therefore, a regenerator 130 is provided for regeneration of the absorbent liquid A. FIG. An absorbent liquid pump 124 is provided below the absorber 120 to supply the lithium bromide aqueous solution stored in the lower part of the absorber 120 to the upper portion of the regenerator 130 through the absorbent liquid pipe 122.

상기 재생기(130)는 냉매 즉, 청수를 흡수함으로써 묽어진 상기 흡수기(120)의 리튬브로마이드 수용액을 가열시킴으로써 재생시키기 위해 마련된 것으로, 상기 흡수액 파이프(122)는 상기 재생기(130)의 상부와 유체연통 되어 있다. The regenerator 130 is provided to regenerate by heating a lithium bromide aqueous solution of the absorber 120 diluted by absorbing a refrigerant, that is, fresh water, the absorbent pipe 122 is in fluid communication with the upper portion of the regenerator 130. It is.

상기 재생기(130) 내의 흡수액(A)은 가열수단에 의해 가열되게 되는데, 본 실시예에서는 상기 가열수단으로서, 상기 엔진(10)의 냉각 재킷(12)과 유체연통하는 냉각수 순환유로(132)가 마련된다. The absorbent liquid A in the regenerator 130 is heated by a heating means. In this embodiment, as the heating means, a cooling water circulation passage 132 in fluid communication with the cooling jacket 12 of the engine 10 is provided. Prepared.

상기 냉각수 순환유로(132)는 상기 냉각 재킷(12)과 접속되어 있어, 상기 엔진(10)의 연소열을 흡수하여 온도가 높아진 냉각수는 상기 냉각수 순환유로(132)를 통하여 흐르게 된다. The cooling water circulation passage 132 is connected to the cooling jacket 12, so that the cooling water absorbing the heat of combustion of the engine 10 and having a high temperature flows through the cooling water circulation passage 132.

이 경우, 상기 냉각수 순환유로(132)의 일부는 상기 재생기(130) 내의 하부에 설치되어 있어, 상기 재생기(130) 내의 흡수액에 열을 공급하고 냉각된 후, 상기 냉각수 순환유로(132)를 통하여 엔진(10)의 냉각 재킷(12)으로 흐르게 되어 엔진(10)을 냉각한다. 한편, 상기 재생기(130) 내의 흡수액은 고온의 냉각수로부터 열에 의해 가열되어, 고온 고압을 유지하면서 냉매 증기, 즉 본 실시예에서는 수증기가 흡수액으로부터 분리된다. 분리된 수증기는 상기 재생기(130)와 상기 응축기(140)를 연결하는 연결 파이프(133)를 통하여 상기 응축기(140)로 흐르게 된다.In this case, a part of the cooling water circulation passage 132 is installed at the lower portion of the regenerator 130, and after supplying heat to the absorbing liquid in the regenerator 130 and cooling it, through the cooling water circulation passage 132. It flows into the cooling jacket 12 of the engine 10, and cools the engine 10. FIG. On the other hand, the absorbent liquid in the regenerator 130 is heated by heat from the high temperature cooling water, so that the refrigerant vapor, that is, water vapor in this embodiment is separated from the absorbent liquid while maintaining the high temperature and high pressure. The separated water vapor flows to the condenser 140 through a connecting pipe 133 connecting the regenerator 130 and the condenser 140.

한편, 상기 냉각수 순환유로(132)에는, 상기 엔진의 냉각 재킷(12)과 상기 재생기(130) 사이에서 순환하는 냉각수의 유량을 조절하기 위한 냉각수 펌프(134)가 마련된다.On the other hand, the cooling water circulation passage 132 is provided with a cooling water pump 134 for adjusting the flow rate of the cooling water circulated between the cooling jacket 12 and the regenerator 130 of the engine.

한편, 상기 재생기(130)에서 수증기가 분리되어 농축된 흡수액인 리튬브로마이드 수용액은 흡수액 파이프(138)를 통하여 상기 흡수기(120)로 다시 보내어 진다. Meanwhile, the aqueous solution of lithium bromide, which is an absorbent solution in which water vapor is separated from the regenerator 130 and is concentrated, is sent back to the absorber 120 through the absorbent pipe 138.

이 경우, 상기 재생기(130)와 상기 흡수기(120) 사이에는 흡수액 열교환기(160)가 설치되어 있어, 상기 재생기(130)로 보내지는 저온의 묽은 리튬브로마이드 수용액과 상기 흡수기(120)로 보내지는 고온의 농축된 리튬브로마이드 수용액의 열교환을 수행한다. 따라서, 상기 흡수액 열교환기(160)는 상기 재생기(130)에서의 가열량과 상기 흡수기(120)에서의 냉각열량을 대폭 절감함으로써 열효율을 개선하는 역할을 한다. In this case, an absorption liquid heat exchanger 160 is installed between the regenerator 130 and the absorber 120, and the low-temperature diluted lithium bromide aqueous solution and the absorber 120 are sent to the regenerator 130. Heat exchange of a high temperature concentrated lithium bromide aqueous solution is performed. Therefore, the absorbent liquid heat exchanger 160 serves to improve thermal efficiency by significantly reducing the amount of heating in the regenerator 130 and the amount of cooling heat in the absorber 120.

상기 흡수기(120)로 들어온 농축된 리튬브로마이드 수용액은 다시 냉매증기를 흡수하여 저농도가 된 후, 다시 상기 재생기(130)로 들어가서 가열 및 농축 과정을 연속적으로 반복한다.The concentrated aqueous solution of lithium bromide introduced into the absorber 120 becomes low concentration by absorbing the refrigerant vapor again, and then enters the regenerator 130 and repeats the heating and concentration process continuously.

상기 응축기(140)는 상기 재생기(130)에서 증발한 냉매 즉, 수증기를 응축시키기 위하여 마련된 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 응축기(140) 내에는 증발된 냉매 즉, 수증기를 응축시키기 위하여 열교환기로서 상기 흡수기(120) 내를 지나가는 해수 파이프(152)가 연장되어 설치되어 있다. 따라서, 상기 흡수기(120)를 통과한 해수는 응축기(140) 내부를 통하여 흐르게 된다. The condenser 140 is provided to condense the refrigerant evaporated from the regenerator 130, that is, water vapor. As shown, in the condenser 140, a seawater pipe 152 passing through the absorber 120 as a heat exchanger is extended to condense evaporated refrigerant, that is, water vapor. Therefore, the seawater passing through the absorber 120 flows through the condenser 140.

상기 응축기(140) 내의 증발된 냉매 즉, 본 실시예에서는, 수증기는 열교환기인 상기 해수 파이프(152)의 내부로 흐르는 해수에 의해 냉각되어 응축된다. 응축된 냉매액, 즉 청수는 이후에 냉매 파이프(142)를 통하여 상기 증발기(110)로 재공급된다. 이 경우 상기 냉매 파이프(142)에는 팽창밸브(144)가 마련되어 있어, 냉매액인 청수는 감압된 상태로 상기 증발기(110)로 재공급된다. 상기 증발기(110)로 돌아온 냉매액은 다시 증발하여 냉동작용을 계속하게 된다.The evaporated refrigerant in the condenser 140, that is, in this embodiment, the water vapor is cooled and condensed by the sea water flowing into the sea water pipe 152, which is a heat exchanger. The condensed refrigerant liquid, ie, fresh water, is then resupplied to the evaporator 110 through the refrigerant pipe 142. In this case, an expansion valve 144 is provided in the refrigerant pipe 142, and the fresh water, which is the refrigerant liquid, is supplied to the evaporator 110 under reduced pressure. The refrigerant liquid returned to the evaporator 110 is evaporated again to continue the freezing operation.

한편, 상기 응축기(140)의 해수 파이프(152)를 통과한 해수는 선체외판(1) 외부로 배출된다.Meanwhile, seawater passing through the seawater pipe 152 of the condenser 140 is discharged to the outside of the hull shell plate 1.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 흡수식 냉동장치에 있어서, 냉매의 흐름에 대하여 설명하기로 한다. 이 경우, 상기 선박용 흡수식 냉동장치의 세부적인 구성요소의 작동에 대해서는 상술하였는바, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, in the marine absorption type refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention, the flow of the refrigerant will be described. In this case, the operation of the detailed components of the marine absorption refrigeration apparatus for the bar has been described above, the description thereof will be omitted.

상기 흡수식 냉동기(100)의 증발기(110)에서 증발 잠열에 의해 상기 작동유체를 냉각시킨 냉매(W, 본 실시예에서는 청수)는 상기 흡수기(120) 내의 흡수액(A)인 리튬브로마이드 수용액에 의해 흡수되기 시작한다. 이후, 냉매(W)를 흡수하여 농도가 저하된 흡수액(A)은 재생기(130)로 보내어진다. The refrigerant (W, fresh water in this embodiment) cooled by the latent heat of evaporation in the evaporator 110 of the absorption chiller 100 is absorbed by the aqueous lithium bromide solution, which is the absorption liquid A in the absorber 120. It begins to be. Thereafter, the absorbent liquid A whose concentration is lowered by absorbing the refrigerant W is sent to the regenerator 130.

상기 재생기(130)에서는, 엔진(10)의 냉각 재킷(12)으로부터의 고온의 냉각수에 의해 상기 저농도의 흡수액(A)이 가열되어 냉매(W)와 흡수(A)액이 분리되게 된다. In the regenerator 130, the low concentration absorbent liquid A is heated by the high temperature cooling water from the cooling jacket 12 of the engine 10 to separate the refrigerant W and the absorbent liquid A.

냉매(W)를 분리하여 농축된 흡수액(A)은 다시 흡수기(120)로 들어가 흡수작용을 재수행하게 되고, 상기 재생기(130)에서 나온 냉매증기(W)는 응축기(140)로 들어가 해수에 의해 냉각 및 응축되어 상기 증발기(110)로 재공급되어, 한 사이클의 냉매 순환 과정을 마치게 된다. The absorbent liquid (A) concentrated by separating the refrigerant (W) enters the absorber (120) again to perform absorption, and the refrigerant vapor (W) from the regenerator (130) enters the condenser (140) by seawater. Cooling and condensation are supplied back to the evaporator 110 to complete a cycle of refrigerant circulation.

이러한 순환과정을 반복적으로 수행함으로써, 상기 증발기(110) 내에서 작동유체 순환유로(192)를 통하여 흐르는 상기 작동유체를 일정한 온도로 냉각시킬 수 있다.By repeatedly performing this circulation process, the working fluid flowing through the working fluid circulation passage 192 in the evaporator 110 may be cooled to a constant temperature.

상술한 실시예에 따르면, 선박의 엔진의 냉각수로부터의 폐열을 이용하여 흡수식 냉동기를 작동시킬 수 있다. 따라서, 흡수식 냉동기의 구동에 필요한 전력의 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 엔진의 냉각수 폐열 활용을 통하여 선박 전체의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.According to the embodiment described above, the absorption chiller can be operated using waste heat from the cooling water of the engine of the ship. Therefore, it is possible to reduce the power consumption required for driving the absorption chiller. In addition, it is possible to increase the energy efficiency of the entire ship through the use of waste heat of the cooling water of the engine.

이하, 상술한 흡수식 냉동장치에서의 냉각된 작동유체를 이용하여, 엔진(10)의 흡입공기를 냉각시키는 열교환기(190)에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the heat exchanger 190 for cooling the intake air of the engine 10 using the cooled working fluid in the above-described absorption refrigeration apparatus will be described in detail.

선박의 엔진(10)에는, 선박의 엔진(10)의 연소실(2)로 유입되는 공기를 안내하기 위한 흡기관(16)이 마련되어 있고, 흡기관(16)에는 흡입공기를 과급시킴으로써, 더 많은 질량유량의 공기가 엔진(10)의 연소실(2)로 유입되도록 과급기(17)가 마련되어 있다.The engine 10 of the ship is provided with an intake pipe 16 for guiding the air flowing into the combustion chamber 2 of the engine 10 of the ship, and the intake pipe 16 is supercharged by inhaling air. The supercharger 17 is provided so that a mass flow of air may flow into the combustion chamber 2 of the engine 10.

상기 열교환기(190)는, 흡수식 냉동기(100)에서 냉각된 작동유체, 예컨대 청수를 이용하여 상기 흡입공기를 냉각시키기 위해 마련된 것이다.The heat exchanger 190 is provided to cool the intake air using a working fluid, for example, fresh water, cooled in the absorption chiller 100.

전술한 바와 같이, 상기 흡수식 냉동기(100)의 증발기(110) 내에는 작동유체 순환유로(192)가 마련되어 있어, 상기 작동유체 순환유로(192)를 통하여 상기 증발기(110) 내부를 통과하게 되는 작동유체, 즉 청수는 상기 증발기(110) 내에서의 냉매의 증발 잠열에 의해 냉각된다. As described above, the working fluid circulation passage 192 is provided in the evaporator 110 of the absorption chiller 100, and the operation of passing through the evaporator 110 through the working fluid circulation passage 192 is performed. The fluid, ie fresh water, is cooled by the latent heat of evaporation of the refrigerant in the evaporator 110.

본 실시예에서, 상기 작동유체 순환유로(192)가 상기 열교환기(190) 내부까지 연장되어 설치되어 있으므로, 상기 증발기(110) 내에서 냉각된 저온의 청수가 상기 열교환기(190)에서 흡입공기를 냉각시킨다. 흡입공기로부터 열을 공급받아 가열된 청수는, 상기 작동유체 순환유로(192)를 통하여 상기 증발기(110) 내로 유입되어 재냉각되게 된다.In this embodiment, since the working fluid circulation passage 192 is extended to the inside of the heat exchanger 190, the low-temperature fresh water cooled in the evaporator 110 is sucked in the heat exchanger 190. Cool down. Fresh water heated by receiving heat from intake air is introduced into the evaporator 110 through the working fluid circulation passage 192 to be recooled.

한편, 상기 작동유체 순환유로(192)에는, 상기 열교환기(190)와 상기 흡수식 냉동기(100)의 증발기(110) 사이에서 순환되는 작동유체 즉, 청수의 유량을 조절하기 위한 펌프(194)가 마련되어 있다.On the other hand, in the working fluid circulation passage 192, a pump 194 for adjusting the flow rate of the working fluid, ie, fresh water, circulated between the heat exchanger 190 and the evaporator 110 of the absorption chiller 100 is provided. It is prepared.

이러한 펌프(194)의 유량조절에 의해 열교환되는 청수의 양을 조절함으로써, 흡입공기의 온도를 원하는 온도로 냉각시킬 수 있다.By adjusting the amount of fresh water heat exchanged by the flow rate control of the pump 194, the temperature of the intake air can be cooled to a desired temperature.

또한, 본 실시예에서는 과급기(17)로 유입되는 공기를 미리 냉각시켜, 과급기(17)의 과급효율을 증대시키기 위해, 상기 열교환기(190)가 상기 과급기(17)보다 상류에 설치된다.In addition, in this embodiment, the heat exchanger 190 is installed upstream of the supercharger 17 in order to cool the air flowing into the supercharger 17 in advance and increase the charging efficiency of the supercharger 17.

상술한 열교환기(190)에 따르면, 흡수식 냉동기(100)에서 냉각된 작동유체를 이용하여 선박의 엔진으로 유입되는 공기를 냉각시킴으로써, 흡입공기의 질량유량을 증대시킬 수 있다. 즉, 더 많은 질량의 공기가 엔진의 연소실로 유입되게 되므로 연소효율 및 출력을 증대시킬 수 있다.According to the heat exchanger 190 described above, by using the working fluid cooled in the absorption chiller 100 to cool the air flowing into the engine of the ship, it is possible to increase the mass flow rate of the intake air. That is, since more mass of air is introduced into the combustion chamber of the engine, combustion efficiency and output can be increased.

다음으로, 전력발생장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 상기 전력발생장치는 상기 선박의 엔진(10)으로부터의 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 장치로서, 열교환기(200), 터빈(204), 발전기(209), 응축기(206), 펌프(208) 및 작동유체 순환유로(202)를 포함한다. 상기 작동유체로는 예컨대, 안정성이 높고 안전한 물일 수 있으며, 상기 전력발생장치는 증기 동력 사이클로서 잘 알려진 바와 같은 랭킨(Rankine) 사이클을 구성하고 있다.Next, the power generator will be described in detail. The power generator is a device for producing electric power by using the waste heat from the engine 10 of the vessel, heat exchanger 200, turbine 204, generator 209, condenser 206, pump 208 And a working fluid circulation passage 202. The working fluid may be, for example, highly stable and safe water, and the power generator constitutes a Rankine cycle as is well known as a steam power cycle.

상기 열교환기(200)는 상기 엔진(10)의 배기관(18)에 장착되어, 상기 엔진(10)의 배기관(18)을 통하여 배출되는 고온의 배기가스의 열을 이용하여, 작동유체인 물을 수증기로 증발시키기 위해 마련된 것이다.The heat exchanger 200 is mounted on the exhaust pipe 18 of the engine 10 and uses water of a high temperature exhaust gas discharged through the exhaust pipe 18 of the engine 10 to steam water as a working fluid. It is prepared for evaporation.

상기 열교환기(200)에서 증발된 수증기는 상기 작동유체 순환유로(202)를 통하여 상기 터빈(204)으로 들어가, 터빈의 블레이드(미도시)를 회전시킨 후, 상기 작동유체 순환유로(202)를 통하여 저압상태에서 상기 응축기(206)로 들어간다. 이후, 응축기(206)에서 작동유체인 수증기는 물로 응축된 후, 상기 펌프(208)에 의해 상기 열교환기(200)로 공급되어 재가열되는 순환과정을 마치게 된다.The water vapor evaporated from the heat exchanger 200 enters the turbine 204 through the working fluid circulation passage 202, rotates a blade (not shown) of the turbine, and then rotates the working fluid circulation passage 202. Enters the condenser 206 at low pressure. Subsequently, water vapor, which is a working fluid in the condenser 206, is condensed with water, and is then supplied to the heat exchanger 200 by the pump 208 to finish the recirculation process.

한편, 상기 발전기(209)는 상기 터빈(204)에 동력적으로 연결되어 있다. 따라서, 상기 터빈(204)의 블레이드의 회전함에 따라 상기 발전기의 회전자(미도시)가 회전되어 전력을 발생시킨다.On the other hand, the generator 209 is dynamically connected to the turbine 204. Thus, as the blades of the turbine 204 rotate, the rotor (not shown) of the generator rotates to generate power.

또한, 상기 발전기(209)는 상기 브라운 가스 발생기(320)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 발전기(209)에서 생산된 전력은 상기 브라운 가스 발생기(320)에 공급되어, 상기 브라운 가스 발생기(320)가 물을 전기분해하여 브라운 가스를 제조하는 데 필요한 전력으로 사용된다.In addition, the generator 209 is electrically connected to the Brown gas generator 320. Power generated by the generator 209 is supplied to the brown gas generator 320, and the brown gas generator 320 is used as the power required to electrolyze water to produce brown gas.

상기 브라운 가스 발생기(320)는 물을 전기분해하여 브라운 가스를 제조하기 위해 마련된 것이다.The brown gas generator 320 is provided to produce brown gas by electrolyzing water.

다음으로, 브라운 가스 분사노즐(322)에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 4를 참조하면, 상기 엔진(10)의 상세도가 도시되어 있다. 상기 엔진(10)의 연소실(2)은 실린더 헤드(3)와 실린더 블록(11) 및 피스톤(4)에 의해 구획되는 공간의 형태로 마련된다. 또한, 상기 엔진의 연소실(2)로 공기의 유입을 안내하기 위하여, 상기 연소실(2)과 유체연통하는 흡기관(16)이 마련되어 있다. 상기 흡기관(16)으로 유입된 공기는 상기 연소실(2)에서 연료와 함께 연소된 후, 상기 연소실(2)과 유체연통하는 배기관(18)을 통하여 배출되게 된다.Next, the brown gas injection nozzle 322 will be described in detail. Referring to FIG. 4, a detailed view of the engine 10 is shown. The combustion chamber 2 of the engine 10 is provided in the form of a space partitioned by the cylinder head 3, the cylinder block 11, and the piston 4. In addition, in order to guide the inflow of air into the combustion chamber 2 of the engine, an intake pipe 16 in fluid communication with the combustion chamber 2 is provided. The air introduced into the intake pipe 16 is combusted together with fuel in the combustion chamber 2 and then discharged through the exhaust pipe 18 in fluid communication with the combustion chamber 2.

한편, 상기 흡기관(16)에는 상기 연소실(2)로의 공기의 유입로를 개폐하기 위한 흡기밸브(7)가 마련되어 있다. 또한, 상기 배기관(18)에는 상기 연소실(2)로부터의 연소된 배기가스의 배출로를 개폐하기 위한 배기밸브(8)가 마련되어 있다.On the other hand, the intake pipe 16 is provided with an intake valve 7 for opening and closing the inflow path of air to the combustion chamber 2. In addition, the exhaust pipe 18 is provided with an exhaust valve 8 for opening and closing the exhaust path of the exhaust gas combusted from the combustion chamber 2.

상기 실린더 헤드(3)에는 화석연료를 분사하는 연료분사노즐(310) 마련되어 있다. 상기 연료분사노즐(310)은, 상기 엔진(10)의 부하, 예컨대 엔진의 회전속도 흡입공기량에 따라 적적한 량의 연료가 분사되도록 제어부(330)에 연결되어 있다.The cylinder head 3 is provided with a fuel injection nozzle 310 for injecting fossil fuel. The fuel injection nozzle 310 is connected to the control unit 330 such that an appropriate amount of fuel is injected in accordance with the load of the engine 10, for example, the rotation speed suction air amount of the engine.

상기 브라운 가스 분사노즐(322)은, 상기 연소실(2)로 브라운 가스를 공급하기 위해 마련된 것이다. 상기 브라운 가스 분사노즐(322)은 상기 브라운 가스 발생기(320)에 연결되어 있다. 상기 브라운 가스 발생기(320)에서 발생된 브라운 가스는 공급관(미도시)을 통하여 상기 브라운 가스 분사노즐(322)에 공급된 후, 브라운 가스 분사노즐(322)을 통하여 필요한 양만큼이 분사된다. 도시된 실시예에서, 상기 브라운 가스 분사노즐(322)은 상기 흡기관(16)에 설치되어 있어, 상기 흡기관(16)으로 유입되는 흡입공기를 향하여 브라운 가스를 분사한다. 분사된 브라운 가스는 공기와 혼합된 후, 상기 연소실(2)로 유입된다.The brown gas injection nozzle 322 is provided to supply brown gas to the combustion chamber 2. The brown gas injection nozzle 322 is connected to the brown gas generator 320. The brown gas generated by the brown gas generator 320 is supplied to the brown gas injection nozzle 322 through a supply pipe (not shown), and then injected by the required amount through the brown gas injection nozzle 322. In the illustrated embodiment, the brown gas injection nozzle 322 is installed in the intake pipe 16 to inject the brown gas toward the intake air flowing into the intake pipe 16. The injected Brown gas is mixed with air and then introduced into the combustion chamber 2.

여기서, 브라운 가스란 잘 알려진 바와 같이, 물의 전기 분해에 의해 발생한 수소와 산소가 2 대 1의 혼합비율로 정량적으로 공존하는 가스로서, 완전연소에 필요한 알맞은 산소를 자체 함유하고 있어, 차세대 연료로서 각광받고 있다. 특히, 브라운 가스는 기존의 화석연료와 비교할 때, 연소시 온도가 빠르게 올라가는 승온 특성이 좋고, 단열화염온도가 높으며, 화염속도 또한 현저히 빠른 장점이 있다. 또한, 수소의 가연한계가 화석연료보다 훨씬 크므로, 화석연료와 혼소시 가연한계를 넓힐 수 있고, 브라운 가스는 완전연소 후에 수증기만이 발생하므로 근본적으로 환경오염이 없는 청정 에너지원이다. Here, Brown gas, as is well known, is a gas in which hydrogen and oxygen generated by electrolysis of water quantitatively coexist in a ratio of 2 to 1, and contain self-contained suitable oxygen for complete combustion, thereby becoming a next generation fuel. I am getting it. In particular, compared with conventional fossil fuels, Brown gas has a good temperature rising property in which the temperature rises rapidly during combustion, and has a high adiabatic flame temperature and a flame speed that is remarkably fast. In addition, since the flammable limit of hydrogen is much larger than fossil fuel, the flammable limit can be widened when mixed with fossil fuel, and brown gas is essentially a clean energy source because only water vapor is generated after complete combustion.

이러한 브라운 가스를 공기와 함께 상기 연소실(2)로 유입시키면, 희박조건에서의 가연한계를 높일 수 있다. 따라서, 브라운 가스를 이용하지 않을 때와 비교하여, 초희박 영역에서의 안정적인 연소가 수행될 수 있다.By introducing such brown gas into the combustion chamber 2 together with air, the flammable limit in lean conditions can be increased. Thus, as compared with when no brown gas is used, stable combustion in the ultra-lean region can be performed.

한편, 상기 브라운 가스 분사노즐(322)은 상기 제어부(330)에 연결되어 있다. 상기 제어부(330)는 상기 엔진(10)의 부하조건에 따라 상기 브라운 가스 분사노즐(322)이 적절량의 브라운 가스를 분사하도록 제어한다. 예컨대, 상기 제어부(330)는 엔진의 구동을 제어하는 ECU(Engine Control Unit; 미도시)와의 통신에 의해 현재 엔진의 부하를 입력받고, 엔진의 부하에 따라, 상기 브라운 가스 분사노즐(322)의 분사 타이밍과 분사량을 제어할 수 있다. On the other hand, the Brown gas injection nozzle 322 is connected to the control unit 330. The controller 330 controls the Brown gas injection nozzle 322 to inject an appropriate amount of Brown gas according to the load condition of the engine 10. For example, the controller 330 receives a load of the current engine by communication with an engine control unit (ECU) (not shown) controlling the driving of the engine, and according to the load of the engine, Injection timing and injection amount can be controlled.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 흡기관(16) 내에는 격벽(315)이 설치되어 흡기관(16)을 2개의 포트로 분기시키고, 그 중 어느 하나의 포트에는 스월 밸브(324)가 설치될 수 있다. 이 경우에는, 제어부(330)가 상기 스월 밸브(324)의 개폐를 제어함으로써, 도시된 바와 같이, 상기 흡기관(16) 내로 유입되는 공기에 와류를 형성시킨다. 이 덕분에, 상기 브라운 가스 분사노즐(322)을 통하여 분사되는 브라운 가스에도 와류가 형성됨으로써, 상기 브라운 가스와 상기 공기와의 혼합이 더욱 잘 이뤄질 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, a partition wall 315 is provided in the intake pipe 16 to branch the intake pipe 16 into two ports, and a swirl valve 324 is provided at any one of the ports. Can be installed. In this case, the controller 330 controls the opening and closing of the swirl valve 324 to form a vortex in the air flowing into the intake pipe 16 as shown. Due to this, the vortex is also formed in the brown gas injected through the brown gas injection nozzle 322, so that the mixing of the brown gas and the air can be made better.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템에 따르면, 브라운 가스에 의한 화염안정 효과에 의한 가연한계 증가로 인하여 공연비를 기존의 작동영역보다 높여서 초희박 연소를 가능하게 하는 동시에, 흡수식 냉동장치를 이용하여 연소실로 유입되는 흡입공기의 밀도를 높일 수 있으므로, 연료절감 효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 초희박 연소를 통하여 연소온도를 낮추므로 NOx, CO2, SOx 등의 오염물질을 줄일 수 있다.As described above, according to the lean combustion system for ship engines according to the present embodiment, due to the increase in the flammability limit due to the flame stabilization effect by Brown gas, the air-fuel ratio is made higher than the existing operating range to enable ultra-thin combustion, By using the absorption refrigeration unit can increase the density of the intake air flowing into the combustion chamber, there is an effect that can maximize the fuel savings. In addition, by reducing the combustion temperature through ultra-thin combustion it is possible to reduce the pollutants such as NOx, CO2, SOx.

상술한 실시예에 있어서, 상기 브라운 가스 분사노즐(322)이 흡기관(16)에 마련되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 브라운 가스 분사노즐(322)은 상기 실린더 헤드(3) 상에 장착될 수도 있다. 이 경우에는, 상기 브라운 가스 분사노즐(322)은, 연료분사노즐(310)과 마찬가지로, 연소실(2) 내로 직접 브라운 가스를 분사시킴으로써, 상기 연소실(2) 내로 유입된 공기와 혼합시킨다.In the above-described embodiment, for example, the brown gas injection nozzle 322 is provided in the intake pipe 16, but is not limited thereto. As shown in FIG. 6, the brown gas injection nozzle 322 may be mounted on the cylinder head 3. In this case, the brown gas injection nozzle 322 is mixed with the air introduced into the combustion chamber 2 by injecting Brown gas directly into the combustion chamber 2, similarly to the fuel injection nozzle 310.

또한, 상술한 실시예에 있어서, 브라운 가스를 연소실(2)로 공급하기 위하여, 브라운 가스 분사노즐(322)을 사용하는 것을 예를 들어 설명하였다. 그러나, 브라운 가스 분사노즐(322) 대신에, 도 7에 도시된 바와 같이, 브라운 가스 공급관(340) 및 밸브(342)를 사용할 수도 있다.In addition, in the above-mentioned embodiment, in order to supply Brown gas to the combustion chamber 2, it demonstrated using the Brown gas injection nozzle 322 as an example. However, instead of the brown gas injection nozzle 322, as shown in FIG. 7, the brown gas supply pipe 340 and the valve 342 may be used.

도 7을 참조하면, 상기 브라운 가스 공급관(340)은, 상기 브라운 가스 발생기(320)와 상기 흡기관(16) 사이에 유체연통가능하게 연결된다. 상기 엔진(10)의 피스톤(4)이 하강하여 연소실(2)이 팽창하고, 상기 흡기밸브(7)가 열리게 되면, 상기 흡기관(16) 내에는 부압이 형성되게 된다. 따라서, 상기 브라운 가스 발생기(320)에서 생성된 브라운 가스는, 상기 흡기관(16) 내의 부압에 의해 상기 브라운 가스 공급관(340)을 통하여 상기 흡기관(16) 내로 유입되게 된다.Referring to FIG. 7, the brown gas supply pipe 340 is connected in fluid communication between the brown gas generator 320 and the intake pipe 16. When the piston 4 of the engine 10 descends, the combustion chamber 2 expands, and the intake valve 7 opens, negative pressure is formed in the intake pipe 16. Therefore, the brown gas generated by the brown gas generator 320 is introduced into the intake pipe 16 through the brown gas supply pipe 340 by the negative pressure in the intake pipe 16.

상기 밸브(342)는, 상기 흡기관(16) 내로 유입되는 브라운 가스의 양을 조절하기 위해 마련된 것으로, 상기 브라운 가스 공급관(340)에 마련되어 있다. 상기 밸브(342)는 일례로, 전자식 솔레노이드 밸브(solenoid valve)일 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(330)는 상기 엔진의 부하 조건에 따라 상기 밸브(342)의 개폐시기 및 개폐량을 제어함으로써, 최적량의 브라운 가스가 상기 흡기관(16) 내로 유입되도록 한다. The valve 342 is provided to control the amount of Brown gas flowing into the intake pipe 16, and is provided in the Brown gas supply pipe 340. The valve 342 may be, for example, an electronic solenoid valve. In this case, the controller 330 controls the opening / closing time and the opening / closing amount of the valve 342 according to the load condition of the engine, so that the optimum amount of Brown gas is introduced into the intake pipe 16.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a lean combustion system for a ship engine according to another embodiment of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템의 개략도이고, 도 9는 도 8에 도시된 선박 엔진용 희박 연소시스템에 있어서, 흡수식 냉동기를 상세히 설명하기 위한 도면이다.8 is a schematic diagram of a lean combustion system for a ship engine according to another embodiment of the present invention, Figure 9 is a view for explaining in detail the absorption chiller in the lean combustion system for a ship engine shown in FIG.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템은 선박의 폐열을 이용하는 것으로서, 흡수식 냉동장치, 열교환기(190), 전력발생장치, 브라운 가스 발생기(320) 및 브라운 가스 분사노즐(322)을 포함하여 구성된다. 8 and 9, the lean combustion system for a ship engine according to the present embodiment uses the waste heat of the ship, the absorption refrigeration unit, heat exchanger 190, power generator, Brown gas generator 320 and Brown It is configured to include a gas injection nozzle (322).

이 경우, 열교환기(190), 전력발생장치, 브라운 가스 발생기(320) 및 브라운 가스 분사노즐(322)의 구성 및 작용은 전술한 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 실시예에 따른 선박 엔진용 희박 연소시스템의 흡수식 냉동장치는, 전술한 실시예와는 달리, 선박의 엔진(10)의 폐열로서 냉각수의 열을 이용하지 않는다. 그 대신에, 본 실시예에서의 흡수식 냉동장치는, 엔진(10)의 배기관(18)을 통하여 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 작동된다.In this case, since the configuration and operation of the heat exchanger 190, the power generator, the brown gas generator 320, and the brown gas injection nozzle 322 are the same as in the above-described embodiment, a detailed description thereof will be omitted. However, the absorption type refrigeration apparatus of the lean combustion system for ship engines according to the present embodiment, unlike the above embodiment, does not use the heat of the cooling water as waste heat of the engine 10 of the ship. Instead, the absorption refrigeration apparatus in this embodiment is operated using waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 18 of the engine 10.

이하, 본 실시예에 따른 흡수식 냉동장치의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the absorption type refrigeration apparatus according to the present embodiment will be described in detail.

상기 흡수식 냉동장치는, 흡수식 냉동기(100), 열 공급수단 및 해수 파이프(152)를 포함하여 구성된다.The absorption refrigeration apparatus is configured to include an absorption refrigerator (100), heat supply means and seawater pipe (152).

상기 흡수식 냉동기(100)는 냉매를 이용하여 작동유체를 냉각시키기 위해 마련된 것으로, 증발기(110), 흡수기(120), 재생기(130) 및 응축기(140)를 포함한다.The absorption refrigerator 100 is provided to cool the working fluid using a refrigerant, and includes an evaporator 110, an absorber 120, a regenerator 130, and a condenser 140.

상기 증발기(110), 상기 흡수기(120), 및 응축기(140)의 구성은 도 3에 도시된 전술한 실시예에서의 것들과 동일한 구성 및 작동을 가지므로 이하에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하고, 전술한 실시예와의 차이점인 상기 재생기(130)에 대해서만 설명하기로 한다.Since the configuration of the evaporator 110, the absorber 120, and the condenser 140 has the same configuration and operation as those in the above-described embodiment shown in Figure 3 will not be described in detail below, Only the player 130 which is different from the above-described embodiment will be described.

상기 재생기(130)는 냉매 즉, 청수를 흡수함으로써 묽어진 상기 흡수기(120)의 리튬브로마이드 수용액을 가열시킴으로써 재생시키기 위해 마련된 것으로, 상기 흡수액 파이프(122)는 상기 재생기(130)의 상부와 유체연통 되어 있다. The regenerator 130 is provided to regenerate by heating a lithium bromide aqueous solution of the absorber 120 diluted by absorbing a refrigerant, that is, fresh water, the absorbent pipe 122 is in fluid communication with the upper portion of the regenerator 130. It is.

상기 재생기(130) 내의 흡수액(A)은 가열수단에 의해 가열되게 되는데, 본 실시예에서는 상기 흡수액(A)을 가열하기 위하여 상기 열 공급수단이 마련된다. 상기 열 공급수단에 대한 자세한 구성은 후술하기로 한다.The absorbent liquid A in the regenerator 130 is heated by heating means. In this embodiment, the heat supply means is provided to heat the absorbent liquid A. A detailed configuration of the heat supply means will be described later.

상기 재생기(130) 내의 흡수액은 상기 열 공급수단에 의해 가열되어, 고온 고압을 유지하면서 냉매 증기, 즉 본 실시예에서는 수증기가 흡수액으로부터 분리된다. 분리된 수증기는 상기 재생기(130)와 상기 응축기(140)를 연결하는 연결 파이프(133)를 통하여 상기 응축기(140)로 흐르게 된다.The absorbent liquid in the regenerator 130 is heated by the heat supply means, so that the refrigerant vapor, that is, water vapor in this embodiment is separated from the absorbent liquid while maintaining high temperature and high pressure. The separated water vapor flows to the condenser 140 through a connecting pipe 133 connecting the regenerator 130 and the condenser 140.

한편, 상기 재생기(130)에서 수증기가 분리되어 농축된 흡수액인 리튬브로마이드 수용액은 흡수액 파이프(138)를 통하여 상기 흡수기(120)로 다시 보내어 진다. Meanwhile, the aqueous solution of lithium bromide, which is an absorbent solution in which water vapor is separated from the regenerator 130 and is concentrated, is sent back to the absorber 120 through the absorbent pipe 138.

이 경우, 상기 재생기(130)와 상기 흡수기(120) 사이에는 흡수액 열교환기(160)가 설치되어 있어, 상기 재생기(130)로 보내지는 저온의 묽은 리튬브로마이드 수용액과 상기 흡수기(120)로 보내지는 고온의 농축된 리튬브로마이드 수용액의 열교환을 수행한다. 따라서, 상기 흡수액 열교환기(160)는 상기 재생기(130)에서의 가열량과 상기 흡수기(120)에서의 냉각열량을 대폭 절감함으로써 열효율을 개선하는 역할을 한다. In this case, an absorption liquid heat exchanger 160 is installed between the regenerator 130 and the absorber 120, and the low-temperature diluted lithium bromide aqueous solution and the absorber 120 are sent to the regenerator 130. Heat exchange of a high temperature concentrated lithium bromide aqueous solution is performed. Therefore, the absorbent liquid heat exchanger 160 serves to improve thermal efficiency by significantly reducing the amount of heating in the regenerator 130 and the amount of cooling heat in the absorber 120.

상기 흡수기(120)로 들어온 농축된 리튬브로마이드 수용액은 다시 냉매증기를 흡수하여 저농도가 된 후, 다시 상기 재생기(130)로 들어가서 가열 및 농축 과정을 연속적으로 반복한다.The concentrated aqueous solution of lithium bromide introduced into the absorber 120 becomes low concentration by absorbing the refrigerant vapor again, and then enters the regenerator 130 and repeats the heating and concentration process continuously.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 흡수식 냉동장치에 있어서, 냉매의 흐름에 대하여 설명하기로 한다. 이 경우, 상기 선박용 흡수식 냉동장치의 세부적인 구성요소의 작동에 대해서는 상술하였는바, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, in the marine absorption type refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention, the flow of the refrigerant will be described. In this case, the operation of the detailed components of the marine absorption refrigeration apparatus for the bar has been described above, the description thereof will be omitted.

상기 흡수식 냉동기(100)의 증발기(110)에서 증발 잠열에 의해 상기 작동유체를 냉각시킨 냉매(W, 본 실시예에서는 청수)는 상기 흡수기(120) 내의 흡수액(A)인 리튬브로마이드 수용액에 의해 흡수되기 시작한다. 이후, 냉매(W)를 흡수하여 농도가 저하된 흡수액(A)은 재생기(130)로 보내어진다. The refrigerant (W, fresh water in this embodiment) cooled by the latent heat of evaporation in the evaporator 110 of the absorption chiller 100 is absorbed by the aqueous lithium bromide solution, which is the absorption liquid A in the absorber 120. It begins to be. Thereafter, the absorbent liquid A whose concentration is lowered by absorbing the refrigerant W is sent to the regenerator 130.

상기 재생기(130)에서는, 상기 열교환기(180)에서 배기가스로부터 열을 공급받은 고온의 열매에 의해, 상기 저농도의 흡수액(A)이 가열되어 냉매(W)와 흡수(A)액이 분리되게 된다. In the regenerator 130, the low concentration absorbent liquid A is heated by high temperature fruit supplied with heat from the exhaust gas in the heat exchanger 180 so that the refrigerant W and the absorbent liquid A are separated. do.

냉매(W)를 분리하여 농축된 흡수액(A)은 다시 흡수기(120)로 들어가 흡수작용을 재수행하게 되고, 상기 재생기(130)에서 나온 냉매증기(W)는 응축기(140)로 들어가 해수에 의해 냉각 및 응축되어 상기 증발기(110)로 재공급되어, 한 사이클의 냉매 순환 과정을 마치게 된다. The absorbent liquid (A) concentrated by separating the refrigerant (W) enters the absorber (120) again to perform absorption, and the refrigerant vapor (W) from the regenerator (130) enters the condenser (140) by seawater. Cooling and condensation are supplied back to the evaporator 110 to complete a cycle of refrigerant circulation.

이러한 순환과정을 반복적으로 수행함으로써, 상기 증발기(110) 내에서 작동유체 순환유로(192)를 통하여 흐르는 상기 작동유체를 일정한 온도로 냉각시킬 수 있다.By repeatedly performing this circulation process, the working fluid flowing through the working fluid circulation passage 192 in the evaporator 110 may be cooled to a constant temperature.

이하, 상기 열 공급수단의 구성에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the heat supply means will be described in detail.

상기 열 공급수단은, 상기 엔진(10)의 배기관(18)을 통하여 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 흡수식 냉동기(100)의 재생기(130)로 공급하여, 상기 흡수액(A)을 가열시키기 위해 마련된 것이다. 상기 열 공급수단은 열교환기(180) 및 열매 순환유로(182)를 포함한다. The heat supply means is provided to supply the waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 18 of the engine 10 to the regenerator 130 of the absorption chiller 100 to heat the absorption liquid A. will be. The heat supply means includes a heat exchanger 180 and the fruit circulation passage (182).

상기 열교환기(180)는 상기 엔진(10)의 배기관(18)에 장착되어, 상기 엔진(10)의 배기관(18)을 통하여 배출되는 고온의 배기가스와 저온의 열매(熱媒)와의 열교환을 수행하기 위해 마련된 것이다. 상기 열교환기(180)의 형태에 대해서는 후술하기로 한다.The heat exchanger 180 is mounted on the exhaust pipe 18 of the engine 10 to exchange heat between the high temperature exhaust gas discharged through the exhaust pipe 18 of the engine 10 and the low temperature fruit. It is intended to be done. The shape of the heat exchanger 180 will be described later.

또한, 상기 열매 순환유로(182)는 그 내부에 상기 열매가 유동하는 파이프로서, 상기 열교환기(180)에서의 고온의 배기가스와의 열교환을 통하여 가열된 상기 열매의 열을 상기 재생기(130)에 공급하기 위해 마련된 것이다. 본 실시예에서 상기 열매는 청수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the fruit circulation passage 182 is a pipe through which the fruit flows, and heats the heat of the fruit heated through heat exchange with the high-temperature exhaust gas in the heat exchanger 180. It is intended for supply. In the present embodiment, the fruit may be fresh water, but is not limited thereto.

한편, 상기 열매 순환유로(182)에는, 상기 배기관(18)에 장착된 상기 열교환기(180)와 상기 재생기(130) 사이에서 순환하는 냉각수의 유량을 조절하기 위한 열매순환 펌프(185)가 마련된다.On the other hand, the fruit circulation passage 182 is provided with a fruit circulation pump 185 for controlling the flow rate of the cooling water circulated between the heat exchanger 180 and the regenerator 130 mounted on the exhaust pipe 18. do.

상기 열매 순환유로(182)를 통하여 상기 열교환기(180)로 흐르는 열매는, 상기 열교환기(180)에서 고온의 배기가스로부터 열을 공급받아 온도가 높아지게 된다.The fruit flowing to the heat exchanger 180 through the fruit circulation passage 182 receives heat from the exhaust gas of a high temperature in the heat exchanger 180 to increase the temperature.

이 경우, 상기 열매 순환유로(182)의 일부는 상기 재생기(130) 내의 하부에 설치되어 있어, 상기 재생기(130) 내의 흡수액에 열을 공급하고 냉각된 후, 상기 열매 순환유로(182)를 통하여 다시 상기 열교환기(180)를 향하여 흐른다.In this case, a part of the fruit circulation passage 182 is installed in the lower portion of the regenerator 130, and after supplying heat to the absorbing liquid in the regenerator 130 and cooling, through the fruit circulation passage 182 Again flows toward the heat exchanger (180).

이하, 상기 열교환기(180)의 구체적인 형태에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, specific forms of the heat exchanger 180 will be described in detail.

도 10은 도 8에 있어서, 흡수식 냉동기에서의 열 공급수단의 제1 형태를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 10 is a schematic view for explaining the first form of the heat supply means in the absorption chiller in FIG. 8.

도 10을 참조하면, 도시된 열교환기(180)는 전체적으로 직육면체 형상을 취하는 사각형 케이싱(181a)이다. 상기 케이싱(181a)의 일면은, 일례로 원형의 배기관(18)의 표면과 면접촉을 하고 있다. 도시된 실시예에서는, 상기 케이싱(181a)의 일면과 상기 배기관(18)의 일면은 용접에 의해 접착되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 볼트고정될 수도 있음은 물론이다. Referring to FIG. 10, the illustrated heat exchanger 180 is a rectangular casing 181a generally taking a cuboid shape. One surface of the casing 181a is in surface contact with the surface of the circular exhaust pipe 18, for example. In the illustrated embodiment, one surface of the casing 181a and one surface of the exhaust pipe 18 are bonded by welding, but are not limited thereto and may be bolted.

상기 케이싱(181a)의 내부는 상기 열매가 수용될 수 있다. 또한, 상기 케이싱(181a)의 일면에는, 상기 열매 순환유로(182)와 각각 유체 연통하는 열매 유입구(183) 및 열매 유출구(184)가 마련되어 있다. 상기 재생기(130)에 열을 공급하고 냉각된 저온의 열매는 상기 열매 순환유로(182)를 흐른 뒤, 상기 열매 유입구(183)를 통하여 상기 케이싱(181a) 내부로 유입된다. 상기 케이싱(181a) 내부의 열매는 상기 배기관(18)으로부터 열을 공급받아 뜨거워진다. 뜨거워진 고온의 열매는 상기 열매 유출구(184)를 통하여 상기 열매 순환유로(182)를 통하여 상기 재생기(130)로 재공급되어, 재생기(130) 내의 흡수액(A)을 가열하게 된다.The fruit may be accommodated in the casing 181a. The casing 181a is provided with a fruit inlet 183 and a fruit outlet 184 in fluid communication with the fruit circulation passage 182, respectively. After supplying heat to the regenerator 130 and cooling the low-temperature fruit, the fruit circulation flow path 182 flows, and then flows into the casing 181a through the fruit inlet 183. The fruit inside the casing 181a is heated by receiving heat from the exhaust pipe 18. The heated hot fruit is resupplied to the regenerator 130 through the fruit circulation passage 182 through the fruit outlet 184 to heat the absorbent liquid A in the regenerator 130.

도 11은 도 8에 있어서, 흡수식 냉동기에서의 열 공급수단의 제2 형태를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 또한, 도 12는 도 11의 선XII-XII을 취해진 개략적 단면도이다.FIG. 11 is a schematic view for explaining a second form of heat supply means in the absorption chiller in FIG. 8. 12 is a schematic cross sectional view taken along the line XII-XII in FIG. 11.

도 11 및 도 12를 참조하면, 도시된 열교환기(180)는, 일례로 원형인 배기관(18)ㄱ의 외주면을 둘러싸면서 상기 배기관(18)의 표면과 면 접촉을 하는, 단면이 환형인 원통형의 케이싱(181b)이다. 11 and 12, the illustrated heat exchanger 180 has an annular cylindrical cross section, which is in surface contact with the surface of the exhaust pipe 18 while surrounding the outer circumferential surface of the exhaust pipe 18, which is circular, for example. Casing 181b.

구체적으로, 상기 케이싱(181b)은 상기 엔진의 배기관(18)과 동일한 중심축선을 가지며, 그 단면이 환형인 형상이다. 따라서, 상기 케이싱(181b)은 그 길이방향 전체에 걸쳐 형성된 삽입공(186)을 구비하고 있으며, 상기 배기관(18)은 상기 케이싱(181b)의 삽입공에 삽입된다. 상기 케이싱(181b)의 일면은 상기 배기관(18)의 표면과 면접촉을 하고 있다. 도시된 실시예에서는, 상기 케이싱(181b)의 일면과 상기 배기관(18)의 일면은 용접에 의해 접착되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 볼트고정될 수도 있음은 물론이다. Specifically, the casing 181b has the same central axis as the exhaust pipe 18 of the engine and has an annular cross section. Thus, the casing 181b has an insertion hole 186 formed over its entire length direction, and the exhaust pipe 18 is inserted into the insertion hole of the casing 181b. One surface of the casing 181b is in surface contact with the surface of the exhaust pipe 18. In the illustrated embodiment, one surface of the casing 181b and one surface of the exhaust pipe 18 are bonded by welding, but are not limited thereto and may be bolted.

상기 케이싱(181b)의 내부는 상기 열매가 수용될 수 있다. 또한, 상기 케이싱(181b)의 일면에는, 상기 열매 순환유로(182)와 각각 유체 연통하는 열매 유입구(183) 및 열매 유출구(184)가 마련되어 있다.The inside of the casing 181b may accommodate the fruit. Further, a fruit inlet 183 and a fruit outlet 184 in fluid communication with the fruit circulation passage 182 are provided on one surface of the casing 181b.

이 경우, 상기 열매 유입구(183)와 상기 열매 유출구(183)는 상기 케이싱(181b) 상에서 대향하는 위치에 마련된다. 상기 재생기(130)에 열을 공급하고 냉각된 저온의 열매는 상기 열매 순환유로(182)를 흐른 뒤, 상기 열매 유입구(183)를 통하여 상기 케이싱(181b) 내부로 유입된다. 상기 케이싱(181b) 내부로 유입된 열매는, 도 12에 도시된 바와 같이, 두 갈래로 분기되어 상기 배기관(18)의 외주면을 따라 형성된 상기 케이싱(181b) 내부를 흐르게 된다. 따라서, 상기 케이싱(181b) 내부를 흐르는 열매는 상기 배기관(18)으로부터 열을 공급받아 뜨거워진다. 뜨거워진 고온의 열매는 상기 열매 유출구(184)를 통하여 상기 열매 순환유로(182)를 통하여 상기 재생기(130)로 재공급되어, 재생기(130) 내의 흡수액(A)을 가열하게 된다.In this case, the fruit inlet 183 and the fruit outlet 183 are provided at opposite positions on the casing 181b. After supplying heat to the regenerator 130 and cooling the low-temperature fruit flows through the fruit circulation passage 182, it is introduced into the casing 181b through the fruit inlet 183. The fruit introduced into the casing 181b flows into the casing 181b formed along the outer circumferential surface of the exhaust pipe 18 branched into two branches, as shown in FIG. 12. Therefore, the fruit flowing inside the casing 181b is heated by receiving heat from the exhaust pipe 18. The heated hot fruit is resupplied to the regenerator 130 through the fruit circulation passage 182 through the fruit outlet 184 to heat the absorbent liquid A in the regenerator 130.

상기 열매 유입구(183)와 상기 열매 유출구(184)가 대향하는 위치에 마련되기 때문에, 상기 열매는 상기 배기관(18)으로부터의 열을 최적으로 흡수할 수 있게 된다.Since the fruit inlet 183 and the fruit outlet 184 are provided at opposite positions, the fruit can optimally absorb heat from the exhaust pipe 18.

전술한 바와 같이, 상기 흡수식 냉동기(100)의 증발기(110) 내에는 작동유체 순환유로(192)가 마련되어 있어, 상기 작동유체 순환유로(192)를 통하여 상기 증발기(110) 내부를 통과하게 되는 작동유체, 즉 청수는 상기 증발기(110) 내에서의 냉매의 증발 잠열에 의해 냉각된다. As described above, the working fluid circulation passage 192 is provided in the evaporator 110 of the absorption chiller 100, and the operation of passing through the evaporator 110 through the working fluid circulation passage 192 is performed. The fluid, ie fresh water, is cooled by the latent heat of evaporation of the refrigerant in the evaporator 110.

전술한 실시예에서와 마찬가지로 본 실시예에서도 역시, 상기 작동유체 순환유로(192)가 상기 열교환기(190) 내부까지 연장되어 설치되어 있으므로, 상기 증발기(110) 내에서 냉각된 저온의 청수가 상기 열교환기(190)에서 흡입공기를 냉각시킨다. 흡입공기로부터 열을 공급받아 가열된 청수는, 상기 작동유체 순환유로(192)를 통하여 상기 증발기(110) 내로 유입되어 재냉각되게 된다.In this embodiment as in the above-described embodiment also, since the working fluid circulation passage 192 is extended to the inside of the heat exchanger 190, the low-temperature fresh water cooled in the evaporator 110 is The heat exchanger 190 cools the intake air. Fresh water heated by receiving heat from intake air is introduced into the evaporator 110 through the working fluid circulation passage 192 to be recooled.

흡수식 냉동기(100)에서 냉각된 작동유체를 이용하여 선박의 엔진으로 유입되는 공기를 냉각시킴으로써, 흡입공기의 질량유량을 증대시킬 수 있다. 이로 인해, 엔진(10)의 희박연소가 가능하게 되어 연소효율 및 출력을 증대시킬 수 있다.By cooling the air flowing into the engine of the ship by using the working fluid cooled in the absorption chiller 100, the mass flow rate of the intake air can be increased. As a result, lean burning of the engine 10 can be performed, and combustion efficiency and output can be increased.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 희박 연소방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a lean combustion method of a ship engine according to an embodiment of the present invention will be described.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 희박 연소방법의 개략적 순서도이다.13 is a schematic flowchart of a lean combustion method of a marine engine according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 희박 연소방법은, 흡수식 냉동기 작동단계(S101). 흡입공기 냉각단계(S102), 전력발생단계(S103), 브라운 가스 생산단계(S104), 브라운 가스-공기 혼합단계(S105)를 포함한다.Referring to Figure 13, the lean combustion method of the ship engine according to an embodiment of the present invention, the absorption chiller operation step (S101). Intake air cooling step (S102), power generation step (S103), Brown gas production step (S104), Brown gas-air mixing step (S105).

상기 흡수식 냉동기 작동단계(S101)는, 선박의 엔진으로부터의 폐열을 회수하여 흡수식 냉동기를 작동시키는 단계이다. 본 단계에서는 상기 흡수식 냉동기의 흡수액을 가열시키기 위하여, 상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스의 폐열 또는 상기 엔진에 마련된 냉각 재킷으로부터의 냉각수의 열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급한다. 이 경우, 상기 엔진의 냉각 재킷과 상기 흡수식 냉동기 사이에서 상기 엔진의 냉각수를 순환시킴으로서, 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 열을 공급한다.The absorption chiller operating step (S101) is a step of operating the absorption chiller by recovering the waste heat from the engine of the ship. In this step, in order to heat the absorption liquid of the absorption chiller, the waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine or the heat of the cooling water from the cooling jacket provided in the engine is supplied to the regenerator of the absorption chiller. In this case, heat is supplied to the regenerator of the absorption chiller by circulating the cooling water of the engine between the cooling jacket of the engine and the absorption chiller.

또한, 상기 흡수식 냉동기 작동단계(S101)는, 해수와의 열교환을 통하여 상기 흡수기에서 발생하는 흡수열을 제거하도록, 상기 선박의 해수함(sea-chest)으로부터 상기 흡수기로 해수가 흐르도록 하는 단계를 포함한다. 상기 해수를 이용함으로써, 흡수기에서의 흡수액이 보다 효율적으로 냉매를 흡수할 수 있다.In addition, the absorbing refrigerator operation step (S101), the step of allowing the seawater from the sea-chest of the vessel to the absorber to remove the heat of absorption generated in the absorber through heat exchange with seawater. Include. By using the sea water, the absorbing liquid in the absorber can absorb the refrigerant more efficiently.

상기 흡입공기 냉각단계(S102)는, 상기 엔진의 흡기관으로 유입되는 흡입공기를 냉각시키도록, 상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체와 상기 엔진의 흡입공기를 열교환시킨다.In the intake air cooling step (S102), the intake air of the engine is exchanged with the working fluid cooled in the absorption chiller so as to cool the intake air introduced into the intake pipe of the engine.

상기 전력발생단계(S103)는, 상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여, 작동유체인 물을 증발시켜 수증기로 만들고, 수증기를 이용하여 터빈을 구동함으로써, 전력을 생산한다.The power generation step (S103), by using the waste heat from the engine of the ship, to evaporate the water which is the working fluid to steam, and to drive the turbine by using steam to produce power.

상기 브라운 가스 생산단계(S104)는, 상기 전력발생단계(S103)에서 생산된 전력을 이용하여 물을 전기 분해함으로써, 브라운 가스를 생산하는 단계이다.The brown gas production step (S104) is a step of producing brown gas by electrolyzing water using the power generated in the power generation step (S103).

상기 브라운 가스-공기 혼합단계(S105)는, 상기 엔진의 연소실로 브라운 가스를 분사하여 브라운 가스를 공기와 혼합시킨다. 이 경우, 상기 흡입공기 및 브라운 가스에 와류를 형성하셔 브라운 가스와 공기가 보다 용이하게 혼합되도록 한다.In the brown gas-air mixing step (S105), brown gas is injected into the combustion chamber of the engine to mix brown gas with air. In this case, vortices are formed in the intake air and the brown gas so that the brown gas and the air are more easily mixed.

본 실시예에 따른 선박 엔진의 희박 연소방법 역시, 전술한 실시예들과 동일한 효과를 얻을 수 있다.The lean combustion method of the ship engine according to the present embodiment can also obtain the same effects as the above-described embodiments.

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.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 선체외판 2: 연소실
3: 실린더 헤드 4: 피스톤
7: 흡기배브 8: 배기밸브
10: 엔진 11: 실린더 블럭
12: 냉각재킷(jacket) 16: 흡기관
18: 배기관
100: 흡수식 냉동기 110: 증발기
120: 흡수기 130: 재생기
132: 냉각수 순환유로 152: 해수 파이프
140: 응축기 150: 해수함(sea-chest)
160: 흡수액 열교환기 180, 190, 200: 열교환기
181a, 181b: 케이싱 182: 열매 순환유로
183: 열매 유입구 184: 열매 유출구
185: 열매순환 펌프 186: 삽입공
192: 작동유체 순환유로 202: 작동유체 순환유로
204: 터빈 206: 응축기
208: 펌프 209: 발전기
310: 연료분사노즐 320: 브라운 가스 발생기
322: 브라운 가스 분사노즐 315: 격벽
324: 스월 밸브 330: 제어부Description of the Related Art
1: hull shell 2: combustion chamber
3: cylinder head 4: piston
7: Intake valve 8: Exhaust valve
10: engine 11: cylinder block
12: cooling jacket 16: intake pipe
18: exhaust pipe
100: absorption chiller 110: evaporator
120: absorber 130: regenerator
132: cooling water circulation passage 152: seawater pipe
140: condenser 150: sea-chest
160: absorbent liquid heat exchanger 180, 190, 200: heat exchanger
181a, 181b: casing 182: fruit circulation flow path
183: fruit inlet 184: fruit outlet
185: fruit circulation pump 186: insertion hole
192: working fluid circulation flow path 202: working fluid circulation flow path
204: turbine 206: condenser
208: pump 209: generator
310: fuel injection nozzle 320: Brown gas generator
322: Brown gas jet nozzle 315: bulkhead
324: swirl valve 330: control unit

Claims (25)

선박의 폐열을 이용하는 선박 엔진용 희박 연소시스템으로서,
상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 작동하는 흡수식 냉동장치;
상기 엔진의 흡기관으로 유입되는 흡입공기를 냉각시키도록, 상기 엔진의 흡기관에 설치되고, 상기 흡수식 냉동장치에서 냉각된 작동유체와 상기 흡입공기와의 열교환을 수행하는 열교환기;
상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 전력발생장치;
상기 전력발생장치에 의해 생산된 전력을 이용하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 발생기; 및
상기 엔진의 가연한계를 높이도록 상기 브라운 가스 발생기에서 생성된 브라운 가스를 분사하는 브라운 가스 분사노즐;을 포함하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.As a lean combustion system for ship engines using waste heat from ships,
Absorption refrigeration apparatus for operating using the waste heat from the engine of the vessel;
A heat exchanger installed at an intake pipe of the engine to cool the intake air introduced into the intake pipe of the engine and performing heat exchange between the working fluid cooled in the absorption refrigeration apparatus and the intake air;
A power generator for generating electric power using waste heat from the engine of the ship;
Brown gas generator for producing a brown gas using the power produced by the power generator; And
And a brown gas injection nozzle for injecting brown gas generated in the brown gas generator to increase the flammability limit of the engine. 청구항 1에 있어서,
상기 흡수식 냉동장치는,
냉매의 증발 잠열을 이용하여 작동유체를 냉각시키는 증발기, 상기 증발기에서의 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 상기 흡수기의 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기, 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기를 가지고 선박에 설치되는 흡수식 냉동기;
상기 엔진의 냉각 재킷(jacket)으로부터의 냉각수의 열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하기 위해, 상기 냉각 재킷과 상기 흡수식 냉동기의 재생기 사이에서 냉각수가 순환하도록, 상기 엔진의 냉각 재킷(jacket)과 유체연통하는 냉각수 순환유로; 및
해수와의 열교환을 통하여 상기 흡수식 냉동기의 흡수기에서 발생하는 흡수열을 제거하도록, 상기 흡수기에 설치되고, 상기 선박의 해수함(sea-chest)으로부터 공급되는 해수가 지나가는 해수 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
The absorption refrigeration apparatus,
An evaporator that cools the working fluid using latent heat of evaporation of the refrigerant, an absorber containing an absorbent liquid for absorbing the evaporated refrigerant in the evaporator, a regenerator for heating and regenerating the absorbed liquid of the absorber diluted through absorption of the refrigerant, and An absorption chiller installed in the ship with a condenser condensing the refrigerant evaporated in the regenerator;
The cooling jacket and fluid of the engine such that the cooling water circulates between the cooling jacket and the regenerator of the absorption chiller to supply heat of the cooling water from the engine's cooling jacket to the regenerator of the absorption chiller. Communicating coolant circulation passages; And
And a seawater pipe installed in the absorber to pass the seawater supplied from the sea-chest of the vessel so as to remove the heat of absorption generated in the absorber of the absorption chiller through heat exchange with seawater. Lean combustion system for ship engines. 청구항 2에 있어서,
상기 흡수식 냉동기의 응축기에는, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키도록 상기 해수 파이프가 연장되어 설치되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 2,
The condenser of the absorption chiller, wherein the seawater pipe is extended so as to condense the refrigerant evaporated in the regenerator of the absorption chiller. 청구항 2에 있어서,
상기 냉각수 순환유로에는, 상기 엔진의 냉각 재킷(jacket)과 상기 흡수식 냉동기의 재생기 사이에서 순환하는 냉각수의 유량을 조절하기 위한 냉각수 펌프가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 2,
The coolant circulation passage is provided with a coolant pump for adjusting a flow rate of the coolant circulating between the cooling jacket of the engine and the regenerator of the absorption chiller. 청구항 2에 있어서,
상기 해수 파이프에는, 상기 해수함으로부터 공급되는 해수의 유량을 조절하기 위한 해수 펌프가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 2,
The seawater pipe, a lean combustion system for a marine engine, characterized in that the seawater pump for adjusting the flow rate of the seawater supplied from the seawater box. 청구항 1에 있어서,
상기 열교환기와 상기 흡수식 냉동기 사이에서 순환하는 작동유체가 흐르는 작동유체 순환유로에는, 작동유체의 유량을 조절하기 위한 작동유체 펌프가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
The working fluid circulation passage through which the working fluid circulating between the heat exchanger and the absorption chiller flows, a working fluid pump for adjusting the flow rate of the working fluid is provided. 청구항 1에 있어서,
상기 엔진의 흡기관에는 흡입공기를 과급시키는 과급기가 마련되어 있으며,
상기 열교환기는 상기 과급기보다 상류에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
The intake pipe of the engine is provided with a supercharger for charging the intake air,
The heat exchanger is a lean combustion system for a marine engine, characterized in that installed upstream than the supercharger. 청구항 1에 있어서,
상기 흡수식 냉동장치는,
냉매의 증발 잠열을 이용하여 작동유체를 냉각시키는 증발기, 상기 증발기에서의 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 상기 흡수기의 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기, 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기를 가지고 선박에 설치되는 흡수식 냉동기;
상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하여 상기 흡수액을 가열시키는 열 공급수단; 및
해수와의 열교환을 통하여 상기 흡수식 냉동기의 흡수기에서 발생하는 흡수열을 제거하도록, 상기 흡수기에 설치되고, 상기 선박의 해수함(sea-chest)으로부터 공급되는 해수가 지나가는 해수 파이프;를 포함하는 것인 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
The absorption refrigeration apparatus,
An evaporator that cools the working fluid using latent heat of evaporation of the refrigerant, an absorber containing an absorbent liquid for absorbing the evaporated refrigerant in the evaporator, a regenerator for heating and regenerating the absorbed liquid of the absorber diluted through absorption of the refrigerant, and An absorption chiller installed in the ship with a condenser condensing the refrigerant evaporated in the regenerator;
Heat supply means for supplying waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine to a regenerator of the absorption chiller to heat the absorption liquid; And
And a seawater pipe installed in the absorber to pass the seawater supplied from the sea-chest of the vessel so as to remove the heat of absorption generated in the absorber of the absorption chiller through heat exchange with seawater. Lean combustion system for marine engines. 청구항 8에 있어서,
상기 열 공급수단은,
상기 엔진의 배기관에 장착되어, 상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 고온의 배기가스와 저온의 열매(熱媒)와의 열교환을 수행하는 열교환부; 및
상기 열교환부에서의 열교환을 통하여 가열된 상기 열매의 열을 상기 재생기에 공급하도록, 상기 열교환부와 상기 재생기 사이에서 상기 열매가 순환하는 열매 순환유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 8,
The heat supply means,
A heat exchanger mounted on an exhaust pipe of the engine and performing heat exchange between the high temperature exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine and the low temperature fruit; And
Lean combustion for a ship engine, comprising: a fruit circulation passage through which the fruit circulates between the heat exchanger and the regenerator so as to supply heat of the fruit heated through heat exchange in the heat exchanger to the regenerator. system. 청구항 9에 있어서,
상기 열매 순환 유로에는, 상기 열매의 유량을 조절하기 위한 펌프가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 9,
Said fruit circulation flow path, a lean combustion system for ship engines, characterized in that a pump for adjusting the flow rate of said fruit is provided. 청구항 9에 있어서,
상기 열교환부는 상기 엔진의 배기관의 표면과 면 접촉하고, 내부에 상기 열매를 수용하는 케이싱을 포함하고,
상기 케이싱은 상기 열매 순환유로와 유체 연통하는 열매 유입구 및 열매 유출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 9,
The heat exchange part is in surface contact with the surface of the exhaust pipe of the engine, and includes a casing for receiving the fruit therein,
The casing is a lean combustion system for a marine engine, characterized in that it comprises a fruit inlet and a fruit outlet in fluid communication with the fruit circulation passage. 청구항 11에 있어서,
상기 케이싱은 상기 배기관의 외주면을 둘러싸면서 상기 배기관의 표면과 면 접촉을 하는, 단면이 환형인 원통형인 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method of claim 11,
The casing is a lean combustion system for a marine engine, characterized in that the cylindrical cross-section, the outer surface of the exhaust pipe surrounding the outer circumferential surface of the exhaust pipe. 청구항 12에 있어서,
상기 열매 유입구 및 상기 열매 유출구는 상기 케이싱 상에서 대향하는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method of claim 12,
And said fruit inlet and said fruit outlet are provided at opposite positions on said casing. 청구항 8에 있어서,
상기 흡수식 냉동기의 응축기에는, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키도록 상기 해수 파이프가 연장되어 설치되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 8,
The condenser of the absorption chiller, wherein the seawater pipe is extended so as to condense the refrigerant evaporated in the regenerator of the absorption chiller. 청구항 8에 있어서,
상기 해수 파이프에는, 상기 해수함으로부터 공급되는 해수의 유량을 조절하기 위한 펌프가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 8,
The seawater pipe, a lean combustion system for a marine engine, characterized in that a pump for adjusting the flow rate of the seawater supplied from the seawater box. 청구항 1에 있어서,
상기 브라운 가스 분사노즐은, 상기 연소실 내로 브라운 가스를 직접 분사하도록 상기 엔진의 실린더 헤드에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
And the brown gas injection nozzle is mounted to a cylinder head of the engine to directly inject brown gas into the combustion chamber. 청구항 1에 있어서,
상기 브라운 가스 분사노즐은, 상기 엔진의 흡기관에 장착되어 상기 흡기관으로 유입되는 공기를 향하여 브라운 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
The brown gas injection nozzle is mounted on an intake pipe of the engine and injects brown gas toward the air flowing into the intake pipe. 청구항 17에 있어서,
상기 브라운 가스 분사노즐에 의해 분사된 브라운 가스에 와류를 형성하도록, 상기 흡기관에는 스월 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.18. The method of claim 17,
And a swirl valve is provided in the intake pipe so as to form a vortex in the brown gas injected by the brown gas injection nozzle. 청구항 1에 있어서,
상기 브라운 가스 분사노즐은, 상기 연소실 내로 브라운 가스를 직접분사하도록 상기 엔진의 실린더 헤드에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
And the brown gas injection nozzle is mounted to a cylinder head of the engine to directly inject brown gas into the combustion chamber. 청구항 1에 있어서,
상기 엔진의 부하조건에 따라 상기 브라운 가스 분사노즐의 분사량을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
And a control unit for controlling the injection amount of the brown gas injection nozzle in accordance with the load condition of the engine. 청구항 1에 있어서,
상기 전력발생장치는,
상기 엔진의 배기관에 장착되어, 상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 고온의 배기가스의 열을 이용하여 물을 수증기로 증발시키는 열교환기;
상기 열교환기에서 증발된 수증기를 이용하여 터빈을 구동시켜 전력을 발생하는 발전기;
상기 터빈을 구동시킨 수증기를 응축시키는 응축기; 및
상기 응축기에서 응축된 물을 상기 열교환기로 공급하는 펌프;를 포함하며, 상기 열교환기, 상기 터빈, 상기 응축기, 및 상기 펌프는 랭킨(Rankine) 사이클을 구성하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 희박 연소시스템.The method according to claim 1,
The power generator,
A heat exchanger mounted on an exhaust pipe of the engine to evaporate water into steam using heat of a high temperature exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine;
A generator for generating electric power by driving a turbine using water vapor evaporated from the heat exchanger;
A condenser to condense the water vapor driving the turbine; And
And a pump for supplying the water condensed in the condenser to the heat exchanger, wherein the heat exchanger, the turbine, the condenser, and the pump constitute a Rankine cycle. . 선박의 폐열을 이용하는 선박 엔진의 희박 연소방법으로서,
상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 회수하여 흡수식 냉동기를 작동시키는 흡수식 냉동기 작동단계;
상기 엔진의 흡기관으로 유입되는 흡입공기를 냉각시키도록, 상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체와 상기 엔진의 흡입공기를 열교환 시키는 흡입공기 냉각단계;
상기 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 전력발생단계;
상기 전력발생단계에서 생산된 전력을 이용하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 생산단계; 및
상기 엔진의 연소실로 브라운 가스를 분사하여 브라운 가스를 공기와 혼합시키는 브라운 가스-공기 혼합단계;를 포함하는 선박 엔진의 희박 연소방법.As a lean combustion method of a ship engine using waste heat of a ship,
An absorption chiller operating step of recovering waste heat from the engine of the vessel to operate the absorption chiller;
An intake air cooling step of heat-exchanging the intake air of the engine with the working fluid cooled in the absorption chiller to cool the intake air introduced into the intake pipe of the engine;
A power generation step of generating power using waste heat from the engine of the ship;
Brown gas production step of producing a brown gas using the power produced in the power generation step; And
And a brown gas-air mixing step of injecting brown gas into the combustion chamber of the engine to mix brown gas with air. 청구항 22에 있어서,
상기 흡수식 냉동기의 작동단계는,
상기 선박의 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하여 흡수액을 가열시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 희박 연소방법.23. The method of claim 22,
The operation step of the absorption chiller,
And supplying the waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe of the engine of the vessel to a regenerator of the absorption chiller to heat the absorbing liquid. 청구항 22에 있어서,
상기 흡수식 냉동기의 작동단계는,
상기 선박의 엔진에 마련된 냉각 재킷(jacekt)으로부터의 냉각수의 열을 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급하도록, 상기 엔진의 냉각 재킷과 상기 흡수식 냉동기의 재생기 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 희박 연소방법.23. The method of claim 22,
The operation step of the absorption chiller,
Circulating the cooling water between the cooling jacket of the engine and the regenerator of the absorption chiller to supply heat of cooling water from a cooling jacket provided in the engine of the vessel to the regenerator of the absorption chiller. A lean combustion method of a ship engine, characterized in that. 청구항 22에 있어서,
상기 브라운 가스-공기 혼합단계에서는, 상기 브라운 가스에 와류를 형성시켜 상기 흡입공기와 혼합시키는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 희박 연소방법.23. The method of claim 22,
In the Brown gas-air mixing step, a lean combustion method of a marine engine, characterized in that the vortex is formed in the Brown gas and mixed with the intake air.
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