KR101293534B1

KR101293534B1 - 산업용 바이오가스 엔진연료공급장치

Info

Publication number: KR101293534B1
Application number: KR1020090127927A
Authority: KR
Inventors: 김영규
Original assignee: 주식회사 대영엔진
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2013-08-05
Also published as: KR20110071373A

Abstract

본 발명은, 내부에 내주면을 따라 돌출된 벤추리부(11a)와, 외면에 외향으로 돌출되고, 내부가 외향으로 개구된 연결관(11b)을 갖추고서, 흡기관(3)에 상호 연통가능하게 설치되어, 내부로 유입된 공기(A)와 가스(G)가 혼합되어서 흡기관(3)으로 배출되는 흡기연통관(11)과, 벤추리부(11a)를 관통하며 수직축을 중심으로 방사상으로 배치되는 분사노즐(12)과, 연결관(11b)에 연통되게 설치되어, 가스(G)가 유입되는 가스투입관(13)을 갖춘 가스믹서(10)와; 축부재(s)를 매개로 흡기연통관(11)의 내부에 회전가능하게 설치되는 스로틀변(21)를 갖추고서, 흡기연통관(11)의 외면에 설치되어, 흡기관(3)으로 배출되는 공기(A)와 가스(G)의 유량을 제어하는 가버너액츄에이터(20)와; 가버너액츄에이터(20)의 동작을 제어하는 제어부(30)와; 가버너액츄에이터(20)의 외면에 체결부재를 매개로 고정설치되어, 제어부(30)를 보호하는 보호커버(40)를 포함하여 된 것으로서, 가스믹서와 가버너액추에이터 및 제어부가 일체형을 이루므로, 엔진의 흡기장치의 배치구성을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 소형화가 가능하고, 기존의 산업용 엔진에 손쉽게 적용가능하다.

또한, 가버너액추에이터와 보호커버 사이에 단열재를 설치하여 줌으로서, 엔진 열 및 흡기연통관을 통해 전도되는 열을 차단하여 제어부가 열에 의해 변형되거나 기능을 상실하는 등의 손상을 최소화할 수 있다.

엔진. 흡기관. 가스믹서. 가버너액츄에이터. 스로틀변. 제어부. 보호커버.

Description

산업용 바이오가스 엔진연료공급장치{Engine Fuel Supply Apparatus Of BIO GAS For Industrial}

본 발명은 엔진연료공급장치의 구성을 간소화시켜 소형화로 제작가능한 산업용 바이오가스 엔진연료공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서는 저속형 정속운전(2500RPM)이 요구되는 발전용 산업용 엔진을 사용하게 되는데, 이러한 산업용 엔진은 가스 또는 디젤과 같은 동력원을 매개로 구동되어 전기를 생산하거나 동력발생장치로 이용되고 있다.

상기 디젤을 동력원을 이용하는 산업용 엔진의 경우 큰 동력을 전달할 수 있어 발전용으로는 우수하지만 배출가스에 유해성분이 다량함유되어 외부로 배출되고, 배출된 오염원에 의해 환경이 파괴된다는 점과, 이를 해소하기 위하여 고가의 유해물질방지장치를 별도로 구매하여 설치해야된다는 점에서 그 사용이 점점 떨어지고 있는 추세다.

따라서, 상기와 같이 문제를 해소하고자 근래에는 대기오염성분(CO, HC, NOx)의 생성을 억제하면서 운전조건이 알맞고, 공연비나 점화시기를 최적으로 제어 할 수 있는 산업용 가스엔진의 사용이 점점 늘고 있다.

도 1은 상기 산업용 가스엔진을 보인 개념도로서, 그 구성을 좀 더 상세히 설명하면, 내부에 피스톤로드(미도시)가 승강가능하게 설치된 실린더블록(2)과, 실린더블록(2)의 상면 일측에 연통가능하게 설치되어, 가스(G)와 공기(A)의 혼합기가 이동되는 흡기관(3)과, 흡기관(3)이 설치된 타측에 연통가능하게 설치되어, 배기가스가 이동되는 배기관(4)과, 실린더블록(2)의 상면에 설치되어 내부로 유입된 가스(G)와 공기(A)의 혼합기를 점화하는 점화플러그(5)로 구성된다.

또한, 상기 피스톤로드(미도시)와 이격되게 교류기풀리(6)가 설치되는데, 통상 교류기풀리(6)는 팬구동풀리(미도시) 및 팬풀리(미도시)와 함께 무단밸트를 매개로 연동가능하게 연결되며, 교류기풀리(6)에 인접하게 회전속도센서(7)가 설치되는데, 회전속도센서(7)는 교류기풀리(6)의 회전속도를 감지하여 제어부(30)로 전달하는 역할을 수행한다.

상기 흡기관(3)에는 가스(G)와 공기(A)가 각각 유입되어 내부에서 혼합되는 흡기연통관(11)을 갖춘 가스믹서(10)가 설치되고, 흡기연통관(11)의 내부에는 가스(G)와 공기(A)의 혼합기 유량을 단속하는 스로틀변(21)이 설치된다.

특히, 상기 스로틀변(21)은 연동수단을 매개로 가버너액추에이터(20)와 연결되어 동작되는 것으로서, 가버너액추에이터(20)는 공지의 스테핑모터이며, 가버너액추에이터(20)는 제어부(30)에 의해 작동제어된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 종래의 산업용 가스엔진은 앞서 언급한 바와 같이, 오염성분(CO, HC, NOx)의 생성을 억제하면서 운전조건이 알맞고, 공연비나 점화시기를 최적으로 제어할 수 있는 장점이 있지만, 각 구성이 별물로 제작되어 있어 연결부재 간의 배치 구성이 복잡하고 어지럽게 구성되어 있어 수리 및 보수 시 상당히 불편할 뿐만 아니라, 특히, 흡기관(3)에 설치되는 가스믹서(10)와 가버너액추에이터(20) 및 제어부(30)가 제각각으로 배치되어 있어 소형화가 어려운 문제가 있었다.

또한, 가버너액추에이터(20)의 작동을 제어하는 제어부(30)가 별물로 구성되기 때문에 가버너액추에이터(20)를 교체시 정속주행에 따른 세팅 값을 재입력해야하는 불편함이 있어 이를 해소하기 위한 연구가 활발히 진행 중이였다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 흡기관에 설치되는 연료공급장치의 구성을 간소화시켜 소형화로 제작가능함으로, 범용화가 가능하고, 소형화의 제작으로 인해 수리 및 보수가 편리한 산업용 바이오가스 엔진연료공급장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

내부에 내주면을 따라 돌출된 벤추리부와, 외면에 외향으로 돌출되고, 내부가 외향으로 개구된 연결관을 갖추고서, 흡기관에 상호 연통가능하게 설치되어, 내부로 유입된 공기와 가스가 혼합되어서 흡기관으로 배출되는 흡기연통관과, 벤추리부를 관통하며 수직축을 중심으로 방사상으로 배치되는 분사노즐과, 연결관에 연통되게 설치되어, 가스가 유입되는 가스투입관을 갖춘 가스믹서와;

축부재를 매개로 흡기연통관의 내부에 회전가능하게 설치되는 스로틀변를 갖추고서, 흡기연통관의 외면에 설치되어, 흡기관으로 배출되는 공기와 가스의 유량을 제어하는 가버너액츄에이터와;

가버너액츄에이터의 동작을 제어하는 제어부와;

가버너액츄에이터 외면에 체결부재를 매개로 고정설치되어, 제어부를 보호하는 보호커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은, 가스믹서와 가버너액추에이터 및 제어부가 일체형을 이루므로, 엔진의 흡기장치의 배치구성을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 소형화가 가능하고, 기존의 산업용 엔진에 손쉽게 적용가능하다.

또한, 상기 보호커버의 외면에 방열부재를 설치하여 줌으로서, 방열부재의 주위로 흐르는 외기에 의해 신속하게 열 교환이 이루어지도록 하여 제어부가 엔진으로부터 전도되는 열 또는 흡기연통관을 통해 전도되는 열에 의해 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 가스엔진의 부하변동에 따른 응답성을 빠르게 수행하고, 엔진의 회전속도를 일정하게 제어할 수 있으며, 부품을 일체화하여 외부로부터의 진동 및 충격을 감소하며, 소형화에 따른 설치작업의 편의성 및 부품의 유지보수에 따른 작업성을 크게 향상시켜 줄 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 산업용 바이오가스 엔진연료 공급장치를 보인 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 보인 산업용 바이오가스 엔진연료 공급장치를 부분단면도이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예를 보인 산업용 바이오가스 엔진연료 공급장치를 부분단면도이다.

본 발명에 따른 산업용 바이오가스 엔진연료 공급장치는, 흡기관(3)에 연통되게 설치되어, 내부로 유입된 공기(A)와 가스(G)의 혼합기를 흡기관(3)으로 배출하는 가스믹서(10)와; 가스믹서(10)의 외면에 설치되어, 흡기관(3)으로 배출되는 공기(A)와 가스(G)의 혼합기 유량을 제어하는 가버너액츄에이터(20)와; 가버너액츄에이터(20)의 동작을 제어하는 제어부(30)와; 가버너액츄에이터(20)의 외면에 체결부재를 매개로 고정설치되어, 제어부(30)를 보호하는 보호커버(40)로 구성되며, 이를 도 2와 같이 도시하였다.

상기 흡기관(3)에 연통되게 설치되어, 내부로 유입된 공기(A)와 가스(G)의 혼합기를 흡기관(3)으로 배출하는 가스믹서(10)는, 내부에 내주면을 따라 돌출된 벤추리부(11a)와, 외면에 외향으로 돌출되고, 내부가 외향으로 개구된 연결관(11b)을 갖추고서, 흡기관(3)에 상호 연통가능하게 설치되어, 내부로 유입된 공기(A)와 가스(G)가 혼합되어서 흡기관(3)으로 배출되는 흡기연통관(11)과; 벤추리부(11a)를 관통하며 수직축을 중심으로 방사상으로 배치되는 분사노즐(12)과; 연결관(11b)에 연통되게 설치되어, 가스(G)가 유입되는 가스투입관(13)으로 구성된다.

본 실시 예의 경우 상기 흡기연통관(11)은, 내부가 상하로 관통되되, 내주면에는 내향 돌출되어 상부 및 하부의 내경보다 상대적으로 좁게 형성되는 반원형의 벤추리부(11a)가 마련된다.

또한, 상기 벤추리부(11a)에는 수직축을 중심으로 방사상으로 배치되는 분사노즐(12)이 설치되고, 상기 분사노즐(12)은 벤추리부(11a)의 내부에 마련된 공간부(미도시)와 상호 연통되며, 이후에 설명될 연결관(11b)의 일단과 공간부(미도시)의 외면이 상호 연통된 구조를 이룬다.

상기 흡기연통관(11)의 외면에는 연결관(11b)이 마련되고, 연결관(11b)으로 가스투입관(13)이 삽입고정되어, 가스투입관(13)을 통해 가스(G)가 유입된다.

본 발명의 가스(G)는 통상의 LPG, LNG, 메탄가스를 사용하기 때문에 산업용엔진(1)의 경우 가스엔진을 적용되지만, 연료가 디젤인 경우에는 이에 맞게 공지의 듀얼퓨엘(Dual Fule)엔진으로 교체적용가능하다.

따라서, 상기 흡기연통관(11)의 일측을 통해 유입된 공기(A)는 벤추리부(11a)를 통과하는 과정에 상대적으로 좁아진 폭에 의해 속도가 순간적으로 증가하게 되는데, 이때 가스투입관(13)의 내부로 유입된 가스(G)는 순간적으로 증가된 공기(A)의 속도로 인하여 상대적으로 가스투입관(13)의 내부에 음압이 발생되고, 이로 인하여 가스(G)가 흡기연통관(11)의 내부로 유입되어 공기(A)와 혼합하게 된다.

상기 가스믹서(10)의 외면에 설치되어, 흡기관(3)으로 배출되는 공기(A)와 가스(G)의 혼합기에 유량을 제어하는 가버너액츄에이터(20)는, 축부재(s)를 매개로 흡기연통관(11)의 내부에 회전가능하게 설치되는 스로틀변(21)를 갖추고서, 흡기연통관(11)의 외면에 설치되어, 흡기관(3)으로 배출되는 공기(A)와 가스(G)의 유량을 제어한다.

본 실시 예의 경우 상기 스로틀변(21)은 흡기연통관(11)의 내경과 동일하거나 약간 작은 직경을 갖는 원판으로서, 흡기연통관(11)의 내부에 배치되어 흡기연통관(11)의 내부를 가로지르는 축부재(s)에 의해 고정된다.

또한, 상기 축부재(s)는 양단이 외향으로 돌출되는데, 일단은 흡기연통관(11)의 외면에 마련된 베어링에 삽입고정되고, 타단은 가버너액츄에이터(20)의 로터(22)에 고정되어, 로터(22)의 회전에 의해 강제회전된다.

본 실시 예의 경우 상기 가버너액츄에이터(20)는 공지의 스테핑모터(Stepping Motor)로서, 회전위치가 제어부(30)에 의해 제어되며, 도면부호 22는 스테이터(Stator)를 나타낸 것이고, 도면부호 23은 로터(Rotor)를 나타낸 것이다.

따라서, 상기 축부재(s)의 외면에 고정된 스로틀변(21)은 회전되는 축부재(s)에 의해 함께 회전되어 내부를 따라 흐르는 공기(A)와 가스(G)의 혼합기 유량을 단속하게 되는 것이다.

그리고, 상기 가버너액츄에이터(20)의 일측에는 가버너액츄에이터(20)의 동작을 제어하는 제어부(30)가 설치되는데, 제어부(30)는 가버너액츄에이터(20)의 외면에 체결부재를 매개로 고정되는 보호커버(40)에 의해 보호된다.

따라서, 상기와 같이 제어부(30)를 보호커버(40)를 통해 감싸 줌으로서, 산업용엔진(1) 열에 의한 제어부(30)가 손상되는 것을 최소화할 수 있다.

본 실시 예의 경우 상기 제어부(30)는 도 1에 도시된 회전속도센서(7)로부터 속도를 입력받아 연료의 공급량 즉, 흡기관(3)으로 배출되는 공기(A)와 가스(G)의 혼합량을 증가시키거나 감소되도록 가버너액츄에이터(20)의 동작을 제어하는 역할 을 수행하는 것이다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 것으로서, 상기에서 언급한 구성은 모두 동일하고, 대신 가버너액츄에이터(20)와 체결부재를 매개로 가버너액츄에이터(20)에 설치되는 보호커버(40) 사이에는 제어부(30)로 열원이 전도되는 것을 방지할 수 있도록 단열재(50)가 보강 구비된다.

본 실시 예의 경우 상기 단열재(50)는 내부에 냉각수가 충진된 판상의 금속재 또는 여러 장의 종이를 압착 성형한 종이가 사용될 수 있으며, 상기 단열재(50)와 동일한 기능을 수행할 수 있는 공지의 어떠한 수단도 적용하여 실시가능하다.

한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 것으로서, 상기에서 언급한 구성은 모두 동일하고, 대신 체결부재를 매개로 가버너액츄에이터(20)에 설치된 보호커버(40)의 외면으로 방열부재(60)가 더 보강 구비된다.

본 실시 예의 경우 상기 방열부재(60)는 다수개의 알루미늄 또는 구리재질의 플래이트가 보호커버(40)의 외면에 일체로 형성된 것으로서, 방열부재(60)의 주위로 흐르는 외기에 의해 신속하게 열 교환이 이루어지므로, 제어부(30)가 산업용엔진(1)으로부터 전도되는 열 또는 흡기연통관(11)을 통해 전도되는 열에 의해 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

위와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

산업용 바이오가스엔진(1)을 동작시켜 주기 위해서는, 우선 동력원이 공급이 필수적으로 수반되어야 하는데, 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 가스믹서(10)의 흡기연통관(11)에 일측으로 공기(A)를 불어 넣어주게 되면, 유입된 공기(A)가 내측을 따라 일정한 속도로 유동되다가 폭이 급격하게 좁아지는 벤추리부(11a)를 통과할 때에 유속이 급속도로 증가되고, 상대적으로 가스투입관(13)의 내부에는 음압이 발생하여 분사노즐(12)을 통해 가스(G)가 흡기연통관(11)의 내부로 신속하게 유입되게 되며, 유입된 공기(A)와 가스(G)는 서로 혼합되어 스로틀변(21)을 통해 흡기관(3)으로 전달된다.

따라서, 상기 흡기관(3)으로 전달된 공기(A)와 가스(G)의 혼합기는 흡기관(3)과 연결된 산업용엔진(1)의 실린더블록(2)으로 공기(A)와 가스(G)의 혼합기가 유입되고, 피스톤은 유입된 동력원을 압축하며, 어느 정도 압축된 상태에서 실린더블록(2)의 상부에 설치된 점화플러그(5)를 작동시켜 압축된 통해 공기(A)와 가스(G)의 혼합기를 폭발시키고, 폭발에 의해 연소된 배기가스는 배기관(4)을 통해 외부로 배출된다.

이때, 폭발에 의해 하강되는 피스톤은 축동력을 전달하는 교류기풀리(6)을 회전시키게 되며, 교류기풀리(6)의 회전을 회전속도센서(7)가 감지하여 이를 제어부(30)로 전달하게 된다.

따라서, 제어부(30)는 정속이 유지될 때까지 가버너액추에이터(20)를 제어하게 되고, 정속에 기준에 도달하게 되면 비로소 제어부(30)는 가버너액추에이터(20)를 제어를 멈추게 된다.

본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에 있어서 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 종래의 연료공급장치가 탑재된 엔진의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 산업용 바이오가스 엔진연료 공급장치를 보인 부분 단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 보인 산업용 바이오가스 엔진연료 공급장치를 부분단면도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예를 보인 산업용 바이오가스 엔진연료 공급장치를 부분단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 산업용엔진 2: 실린더블록 3: 흡기관

4: 배기관 5: 점화플러그 6: 교류기풀리

7: 회전속도센서 10: 가스믹서 11: 흡기연통관

12: 분사노즐 13: 가스투입관 20: 가버너액츄에이터

21: 스로틀변 30: 제어부 40: 보호커버

50: 단열재 60: 방열부재

Claims

내부에 내주면을 따라 돌출된 벤추리부(11a)와, 외면에 외향으로 돌출되고, 내부가 외향으로 개구된 연결관(11b)을 갖추고서, 흡기관(3)에 상호 연통가능하게 설치되어, 내부로 유입된 공기(A)와 가스(G)가 혼합되어서 흡기관(3)으로 배출되는 흡기연통관(11)과, 벤추리부(11a)를 관통하며 수직축을 중심으로 방사상으로 배치되는 분사노즐(12)과, 연결관(11b)에 연통되게 설치되어, 가스(G)가 유입되는 가스투입관(13)을 갖춘 가스믹서(10)와; 축부재(s)를 매개로 흡기연통관(11)의 내부에 회전가능하게 설치되는 스로틀변(21)를 갖추고서, 흡기연통관(11)의 외면에 설치되어, 흡기관(3)으로 배출되는 공기(A)와 가스(G)의 유량을 제어하는 가버너액츄에이터(20)와; 가버너액츄에이터(20)의 동작을 제어하는 제어부(30)와; 가버너액츄에이터(20)의 외면에 체결부재를 매개로 고정설치되어, 제어부(30)를 보호하는 보호커버(40)로 구성된 산업용 바이오가스 엔진연료공급장치에 있어서,

상기 가버너액츄에이터(20)와 보호커버(40) 사이에는,

흡기연통관(11) 및 가버너액츄에이터(20)를 통해 전도되는 열이 제어부(30)로 전달되는 것을 차단하는 단열재(50)가 보강 구비되고;

상기 보호커버(40)의 외면에는,

외기와의 접촉을 통해 열 교환이 이루어질 수 있도록 방열부재(60)가 일체로 형성된 것과;

상기 제어부(30)는 교류기풀리(6)의 회전을 감지하는 회전속도센서(7)로부터 감지신호를 전달받아 산업용엔진(1)의 회전속도가 정속을 유지하도록 가버너액추에이터(20)를 동작제어하는 것을 특징으로 하는 산업용 바이오가스 엔진연료공급장치.
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