KR101701966B1 - 동력발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 동력발생장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치는, 연소기관의 흡기관에 배치되어 상기 연소기관으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시키는 분리막 유닛, 및 상기 분리막 유닛의 전단과 후단을 연결하여 상기 분리막 유닛을 통과한 공기를 다시 상기 전단으로 순환시키는 순환라인을 포함할 수 있다.

Description

동력발생장치{Power generating apparatus}

본 발명은 동력발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관의 배기가스에 포함된 유해가스인 질소산화물의 발생을 줄일 수 있는 동력발생장치에 관한 것이다.

환경에 대한 인식이 점차 증가하면서, 연소기관의 배기가스에 포함된 각종 유해가스에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 특히, 배기가스에 포함된 유해물질 중 질소산화물(NOx)이 대기 오염의 주범으로 인식됨에 따라 연소기관에서 배출하는 질소산화물의 양을 줄이기 위한 각종 규제가 강화되고 있는 실정이다.

연소기관에서 배출하는 질소산화물의 양을 줄이기 위해서는 연소온도를 낮추는 것이 가장 효과적이다. 따라서, 각종 연소기관은 배기가스 중 일부를 다시 흡기관으로 주입하여 연소온도를 낮추는 배기가스 재순환장치(EGR, Exhaust Gas Recirculation system)를 포함하고 있다. 배기가스 재순환장치는 이미 연소된 배기가스 중 일부를 흡입공기에 섞어 다시 연소실로 주입하여 연소실 내부의 산소농도를 줄여 연소온도가 급격하게 상승하는 것을 방지한다.

그러나, 배기가스 재순환장치는 배기가스에 포함된 황산화물(SOx)이나 각종 입자성물질을 제거하기 위한 별도의 장치가 필요하여 장치가 복잡해지고, 황산화물을 중화시키기 위한 약품이 소비되면서 비용이 증가하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0915346호 2009. 8. 27

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연소기관의 배기가스에 포함된 유해가스인 질소산화물의 발생을 줄일 수 있는 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 동력발생장치는, 연소기관의 흡기관에 배치되어 상기 연소기관으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시키는 분리막 유닛, 및 상기 분리막 유닛의 전단과 후단을 연결하여 상기 분리막 유닛을 통과한 공기를 다시 상기 전단으로 순환시키는 순환라인을 포함한다.

상기 분리막 유닛은 복수 개로 형성되며, 상기 흡기관을 통하여 유입되는 공기는 상기 복수 개의 분리막 유닛 중 적어도 하나를 통과하여 산소 농도가 조절될 수 있다.

상기 순환라인은, 상기 흡기관에 직렬로 연결되거나 병렬로 연결된 상기 복수 개의 분리막 유닛 전체가 폐루프를 이루도록 연결될 수 있다.

상기 순환라인은, 상기 흡기관에 직렬로 연결되거나 병렬로 연결된 상기 복수 개의 분리막 유닛 중 일부가 폐루프를 이루도록 연결될 수 있다.

상기 순환라인은 복수 개로 형성되며, 각각의 상기 순환라인은 독립적으로 공기를 순환시킬 수 있다.

상기 복수 개의 분리막 유닛은 각각 산소 농도를 감소시키는 용량이 다를 수 있다.

본 발명에 따르면, 특성이 서로 다른 복수 개의 분리막 유닛을 선택적으로 사용하므로, 흡기관으로 유입되는 공기에 포함된 산소의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물을 현저하게 감소시킬 수 있다.

또한, 분리막 유닛을 통과하여 산소의 농도가 감소된 공기 중 일부를 순환하여 분리막 유닛으로 재유입하므로, 산소의 농도가 감소 효과가 현저하다.

또한, 복수 개의 분리막 유닛을 구비하므로, 각각의 분리막 유닛의 유지 보수가 용이하다.

또한, 비교적 장치 구성이 간단하여 제어가 용이하고, 운전 및 유지를 위한 비용이 적게 들어가 비용 대비 질소산화물의 제거 효과가 현저하다.

또한, 운전 과정에서 유독한 화학물질을 사용하지 않으며, 슬러지와 같은 부산물이 발생하지 않는 장점이 있다.

또한, 다른 질소 산화물 제거장치에서와 같이 후처리 장치를 필요로 하지 않으며, 분리막 유닛의 막힘 현상도 발생하지 않는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 제어과정을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 동작 과정을 설명하기 위한 작동도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 제어과정을 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치(1)는 선박, 자동차, 항공기, 발전기 등 각종 장치에 동력을 제공하기 위한 장치로, 외부에서 유입된 공기와 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 연소기관(10)을 포함한다.

연소기관(10)은 연료를 연소하여 기계적 에너지를 발생시키는 장치로서, 가솔린엔진, 디젤엔진, 가스엔진 등의 내연기관뿐만 아니라, 가스터빈, 증기기관, 증기터빈 등의 외연기관 및 기타 열기관을 포함한다. 즉, 본 발명의 연소기관(10)은 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 원동기는 어떠한 구조도 적용이 가능할 것이다.

연소기관(10)은 흡기관(100)을 통하여 흡입한 공기를 연료와 혼합하여 연소시켜 동력을 얻으며, 연소과정에서 발생한 배기가스는 배기관(200)을 통해 외부로 배출한다. 연소기관(10)에서 배출하는 배기가스는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등 각종 유해가스를 포함하고 있다. 이러한 배기가스에 포함된 각종 유해가스를 줄이기 위하여 동력발생장치(1)에는 유해가스 저감장치(E)가 설치된다.

유해가스 저감장치(E)는 배기가스에 포함된 유해가스 중 질소산화물을 줄이기 위한 것으로, 복수 개의 분리막 유닛(20)을 포함한다. 분리막 유닛(20)은 연소기관(10)의 흡기관(100)에 배치되어 연소기관(10)으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시키며, 복수 개가 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 흡기관(100)을 통하여 유입되는 공기는 복수 개의 분리막 유닛(20) 중 적어도 하나를 통과하여 산소 농도가 조절된 상태로 연소기관(10)에 흡입된다. 그러나, 복수 개의 분리막 유닛(20)이 흡기관(100)에 병렬로 연결되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 복수 개의 분리막 유닛(20)은 흡기관(100)에 직렬로 연결될 수도 있다. 이하, 복수 개의 분리막 유닛(20)이 흡기관(100)에 병렬로 연결되는 구조를 보다 중점적으로 설명한다.

질소산화물은 연소온도가 높을 때 발생량이 현저하게 증가한다. 따라서, 연소기관(10)의 연소온도를 낮추기 위해 흡기관(100)으로 유입되는 공기 중에 포함된 산소의 농도를 줄일 필요가 있다.

각각의 분리막 유닛(20)은 분리막을 이용하여 연소기관(10)으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시키며, 폴리 메틸 펜텐, 폴리 실리콘과 같은 고분자 계열로 형성되거나 세륨 산화물과 페로브스카이트 혼합물과 같은 복합소재로 형성될 수 있다. 여기서, 분리막은 산소분자와 질소분자의 투과율이 서로 달라 산소분자와 질소분자를 선택적으로 투과시킬 수 있는 막을 의미한다. 본 발명에서 분리막은 산소분자와 질소분자를 완벽하게 분리할 수 있는 막에 한정할 것은 아니며, 산소분자와 질소분자의 투과율에 차이가 있어 공기 중에 포함된 산소의 농도를 조절할 수 있을 정도의 가스 분리막이라면 어떠한 것도 가능할 것이다. 또한, 분리막은 흡기관(100) 내부에 직접 설치될 수도 있고, 별도의 분리막 유닛(20)을 통하여 흡기관(100)에 설치될 수도 있을 것이다.

본 발명에 따른 동력발생장치(1)는 특성이 서로 다른 복수 개의 분리막 유닛(20)을 선택적으로 사용하므로, 흡기관(100)으로 유입되는 공기에 포함된 산소의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 분리막 유닛(20)을 통과하여 산소의 농도가 감소된 공기 중 일부를 순환하여 분리막 유닛(20)으로 재유입하므로, 산소의 농도 감소 효과가 현저하다. 또한, 복수 개의 분리막 유닛(20)을 구비하므로, 교대 사용이 가능하여 장치 수명이 증가하고, 각각의 분리막 유닛(20)의 유지 보수가 용이하다. 또한, 비교적 장치 구성이 간단하여 제어가 용이하고, 운전 및 유지를 위한 비용이 적게 들어가 비용 대비 질소산화물의 제거 효과가 현저하다. 또한, 운전 과정에서 유독한 화학물질을 사용하지 않으며, 슬러지와 같은 부산물이 발생하지 않는 장점이 있다. 또한, 다른 질소산화물 제거장치에서와 같이 후처리 장치를 필요로 하지 않으며, 분리막 유닛(20)의 막힘 현상도 발생하지 않는 효과가 있다.

동력발생장치(1)는 연소기관(10)과, 복수 개의 분리막 유닛(20)을 포함한다.

연소기관(10)은 전술한 바와 같이, 흡기관(100)을 통해 흡입된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키고, 연소과정에서 발생한 배기가스를 배기관(200)을 통해 외부로 배출한다. 이 때, 흡기관(100) 상에는 공기를 과급하는 과급유닛(110)이 설치될 수 있다.

과급유닛(110)은 흡기관(100)을 통해 공급되는 공기의 양을 증가시키는 장치로, 도 1에 도시된 바와 같이, 연소기관(10)의 배기가스의 압력으로 구동하는 터보차저(turbo charger)가 사용되거나, 연소기관(10)의 동력을 직접 사용하거나 별도의 동력원을 이용하는 수퍼차저(super charger) 등이 사용될 수도 있다. 과급유닛(110)은 공기를 압축하여 흡기관(100)으로 공급하므로, 압축공기에 의해 흡기관(100) 내부의 압력과 온도가 상승할 수 있다. 과급유닛(110)의 후방으로 연장되는 흡기관(100)은 복수로 분지(分枝)되며, 각각의 흡기관(100)에는 분리막 유닛(20)이 배치된다. 즉, 과급유닛(110)을 통과한 고온 및 고압의 공기는 복수로 분지된 흡기관(100)을 따라 이동하여 분리막 유닛(20)으로 유입된다. 고온 및 고압의 공기가 분리막 유닛(20)으로 유입됨으로써, 공기에 포함된 질소와 산소가 이온화되어 분리막을 더욱 용이하게 투과할 수 있다.

한편, 복수로 분지된 흡기관(100) 상에 각각 배치된 복수 개의 분리막 유닛(20)은 각각, 산소 농도를 감소시키는 용량이 다를 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 분리막 유닛(20)은 산소투과도, 산소확산도, 산소용해도 중 적어도 하나가 다르게 형성되어, 산소 농도를 감소시키는 용량이 서로 다를 수 있다. 여기서, 산소투과도라 함은, 분리막의 물리화학적 특성, 투과기체의 성질(크기, 모양, 극성), 분리막과 기체의 상호작용의 함수로, 후술할 산소확산도와 산소용해도의 곱으로 나타낼 수 있으며, 압력이 클수록 증가한다. 산소확산도라 함은, 기체가 얼마나 빨리 분리막을 통과하느냐의 척도로, 온도가 클수록 증가한다. 산소용해도라 함은, 입정 압력과 온도에서 분리막 표면에 대한 기체의 용해량의 척도로, 습도가 클수록 증가한다.

복수 개의 분리막 유닛(20)의 산소 농도를 감소시키는 용량이 서로 다르게 형성됨으로써, 연소기관(10)에서 요구되는 산소 농도에 따라 적절하게 조합하여 사용할 수 있으며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물을 감소시키면서 연소기관(10)의 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 장치를 효율적으로 운용할 수 있다. 즉, 감소되어야 하는 산소의 양이 많은 경우, 산소 농도를 감소시키는 용량이 큰 분리막 유닛(20)을 이용하여 산소 농도를 조절할 수 있으며, 반대로, 감소되어야 하는 산소의 양이 적은 경우, 산소 농도를 감소시키는 용량이 작은 분리막 유닛(20)을 이용하여 산소 농도를 조절할 수 있다. 분리막 유닛(20)의 구조에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.

각각의 분리막 유닛(20)의 전단에는 개폐밸브(120)와 유량조절기(130)가 배치될 수 있다. 개폐밸브(120)는 흡기관(100)을 통해 분리막 유닛(20)으로 유입되는 공기의 유동을 제어하며, 유량조절기(130)는 분리막 유닛(20)으로 유입되는 공기의 양을 제어한다. 예를 들어, 과급유닛(110)을 통과한 공기의 유동량이 많은 경우, 각각의 흡기관(100)에 배치된 개폐밸브(120)를 전부 개방하여 공기를 분산시킬 수 있으며, 공기의 유동량이 적은 경우, 개폐밸브(120) 중 일부는 개방하고 일부는 폐쇄할 수 있다. 이 때, 유량조절기(130)는 공기가 일정한 양으로 분리막 유닛(20)에 유입되도록 조절할 수 있다. 개폐밸브(120)와 유량조절기(130)는 흡기관(100)을 유동하는 공기의 양, 분리막 유닛(20)의 산소 제거 속도 등에 따라 능동적으로 조절될 수 있다.

또한, 각각의 분리막 유닛(20)에는 압력측정부(140)와 흡입펌프(150)가 구비될 수 있다. 압력측정부(140)는 분리막 유닛(20)의 내부 압력을 측정하며, 흡입펌프(150)는 분리막 유닛(20) 내부의 공기를 강제로 흡입하여 외부로 배출한다. 흡입펌프(150)가 분리막 유닛(20) 내부의 공기를 강제로 배출함으로써, 분리막을 기준으로 일 측 영역과 타 측 영역의 압력 차가 발생하여 공기가 원활하게 유동할 수 있으며, 이로 인해, 분리막을 통하여 산소분자를 효과적으로 제거할 수 있다. 흡입펌프(150)는 연소기관(10) 내부의 온도, 배기온도, 흡기관(100)의 산소 농도 등에 따라 능동적으로 조절될 수 있다.

또한, 각각의 분리막 유닛(20)의 후단에는 산소센서(160)가 구비될 수 있다. 산소센서(160)는 분리막 유닛(20)을 통과한 공기에 포함된 산소 농도를 측정하는 것으로, 실시간 또는 일정 시간 간격으로 측정된 산소 농도 값은 제어부(190)에 전달될 수 있다.

제어부(190)는 연소기관(10)으로 유입되는 공기의 산소 농도를 조절하는 것으로, 전술한 복수의 개폐밸브(120), 복수의 유량조절기(130), 복수의 압력측정부(140), 복수의 흡입펌프(150), 복수의 산소센서(160)는 각각 제어부(190)와 기계 또는 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제어부(190)는 복수 개의 분리막 유닛(20)을 통과하는 공기를 각각 선택적으로 단속하거나, 복수 개의 분리막 유닛(20)을 통과하는 공기의 유량, 공기의 압력, 공기의 습도, 및 공기의 온도 중 적어도 하나를 각각 조절하여 연소기관(10)으로 유입되는 공기의 산소 농도를 조절할 수 있다.

예를 들어, 과급유닛(110)을 통과하여 흡기관(100)을 유동하는 공기의 양이 많은 경우, 제어부(190)는 복수의 개폐밸브(120)를 전부 개방하여 공기를 분산시킬 수 있으며, 이와 동시에, 분리막 유닛(20)으로 일정량의 공기가 유입되도록 유량조절기(130)를 제어하여 분리막 유닛(20)의 산소 제거 속도를 유지시킬 수 있다. 또한, 제어부(190)는 압력측정부(140)에서 측정된 분리막 유닛(20) 내부의 압력에 따라 흡입펌프(150)를 구동하여 공기를 강제로 배출시킬 수 있으며, 산소센서(160)에서 측정된 공기의 산소 농도에 따라 유량조절기(130) 또는 흡입펌프(150)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 제어부(190)는 실시간 또는 일정한 간격으로 전달되는 압력측정부(140)와 산소센서(160)의 측정 값을 각각 초기 압력과 초기 산소 농도에 비교하여 분리막 유닛(20)의 교체 또는 유지 보수 시기를 도출할 수도 있다. 이 때, 분리막 유닛(20)에 다량의 불순물이 축적된 것으로 판단된 경우, 제어부(190)는 흡입펌프(150)를 가동하여 불순물을 제거할 수 있다.

또한, 흡기관(100) 상에는 순환라인(180)이 형성될 수 있다. 순환라인(180)은 복수 개의 분리막 유닛(20) 중 적어도 하나의 분리막 유닛(20)의 후단과 전단을 연결하여 복수 개의 분리막 유닛(20)을 통과한 공기를 다시 분리막 유닛(20)의 전단으로 순환시킨다. 이러한 순환라인(180)은 흡기관(100)에 직렬로 연결되거나 병렬로 연결된 복수 개의 분리막 유닛(20) 전체가 폐루프(closed loop)를 이루거나, 복수 개의 분리막 유닛(20) 중 일부가 폐루프를 이루도록 연결될 수 있다. 이하, 순환라인(180)이 복수 개의 분리막 유닛(20) 전체가 폐루프를 이루도록 연결된 구조를 보다 중점적으로 설명한다.

복수로 분지된 흡기관(100)은 각각의 산소센서(160)의 후단에서 통합되어 연장되며, 순환라인(180)은 일단부가 통합된 흡기관(100)에 연결되고 타단부가 과급유닛(110)의 후방으로 연장되는 흡기관(100)에 연결된다. 이 때, 과급유닛(110)의 후방으로 연장되는 흡기관(100)과 순환라인(180)의 연결 지점에는 공기의 유동을 제어하는 삼방밸브(three way valve, 100a)가 배치되며, 삼방밸브(100a)는 복수의 개폐밸브(120) 전단에 위치할 수 있다. 즉, 복수 개의 분리막 유닛(20)을 통과하여 산소 농도가 감소된 공기는 일부가 순환라인(180)을 통해 유동하여 과급유닛(110)을 통과한 공기의 유동에 합류된다. 산소 농도가 감소된 공기의 일부가 순환라인(180)을 통해 과급유닛(110)을 통과한 공기의 유동에 합류됨으로써, 공기에 포함된 산소 농도의 저감 효과가 향상될 수 있다.

또한, 통합된 흡기관(100), 특히, 산소센서(160)와 연소기관(10) 사이의 흡기관(100) 상에는 연소기관(10)으로 흡입되는 공기를 냉각시키는 인터쿨러(170)가 설치된다. 즉, 과급유닛(110)을 통해 분리막 유닛(20)에 필요한 온도와 압력으로 공기를 가온 및 가압하고, 인터쿨러(170)를 통해 연소기관(10)에 적합한 온도로 냉각시킨다.

도면 상에는 분리막 유닛(20)이 과급유닛(110)과 인터쿨러(170) 사이에 설치되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 분리막 유닛(20)은 과급유닛(110)의 전방, 또는 인터쿨러(170)와 연소기관(10)사이에 설치될 수도 있다.

이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 분리막 유닛(20)의 구조에 대해 보다 중점적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치(1)에 포함된 분리막 유닛(20a)의 분리막(21a)은 질소분자의 투과율이 산소분자의 투과율보다 높은 특성을 갖는다. 이러한 분리막(21a)은 흡기관(100)을 횡방향으로 분할하여 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)으로 구분할 수 있다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 분리막(21a)을 사이에 두고 각각 양측에 형성되며, 제1 영역(A1)은 연소기관(10)과 연결되는 영역이며, 제2 영역(A2)은 외기가 흡입되는 영역으로 구분할 수 있다.

이 때, 제1 영역(A1)에는 흡입펌프(150) 및 압력측정부(140)가 구비되어, 제2 영역(A2)보다 낮은 압력으로 설정될 수 있다. 즉, 흡기관(100)으로 유입된 공기는 제2 영역(A2)에서 분리막(21a)을 통하여 제1 영역(A1)으로 이동하게 된다. 분리막(21a)은 전술한 바와 같이, 질소분자의 투과율이 산소분자의 투과율보다 높은 특성을 보여, 흡기관(100)을 통하여 유입된 공기 중 산소분자의 일부분을 차단하는 효과를 갖는다. 다시 말해, 분리막(21a)을 통과하는 질소분자와 산소분자의 투과량의 차이로 인하여, 제1 영역(A1)에 존재하는 공기에 포함된 산소 농도가 제2 영역(A2)에 존재하는 공기에 포함된 산소 농도보다 낮게 유지될 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20b)에 관하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20b)의 분리막(21b)은 산소분자의 투과율이 질소분자의 투과율보다 높은 특성을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20b)의 분리막(21b)은 산소분자의 투과율이 질소분자의 투과율보다 높은 특성을 갖는 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

분리막 유닛(20b)은 내부의 공간이 흡기관(100)과 연통되는 하우징(22)과, 하우징(22) 내부에 설치되며 산소분자와 질소분자의 투과율이 서로 다른 분리막(21b)을 포함한다. 하우징(22)은 분리막(21b)을 사이에 두고 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)으로 분할될 수 있다. 그러나, 분리막 유닛(20b)이 하우징(22)을 포함하는 것으로 한정될 것은 아니며, 흡기관(100)에 설치된 별도의 하우징(22) 구조를 이루지 않는 경우, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 흡기관(100)의 일부 영역이 될 수도 있다.

하우징(22)은 흡기관(100)보다 직경이 큰 원통형을 이룰 수 있으며, 흡기관(100) 상에는 흡기필터(도시되지 않음)가 설치되어, 공기는 흡기필터를 통하여 분리막 유닛(20b), 특히, 하우징(22)으로 흡입될 수 있다.

분리막(21b)은 하우징(22) 내부에 삽입되어 하우징(22)의 영역을 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)으로 구분하며, 제1 영역(A1)은 흡기관(100)의 내부와 연통된 영역이고, 제2 영역(A2)은 제1 영역(A1)과 반대면이 된다. 이러한 분리막(21b)은 흡기관(100) 내부를 유동하는 공기와 접하도록 배치되며, 산소분자의 투과율이 질소분자의 투과율보다 높은 특성을 갖는다.

분리막(21b)은 흡기관(100)의 연장 방향과 나란히 배치될 수 있으며, 중앙에 공기의 이동경로가 형성되는 중공형 구조를 이룰 수 있다. 즉, 흡기관(100)을 통과하는 공기는 분리막(21b)의 중앙을 통과하면서 분리막(21b)과 접하여 공기 중에 포함된 산소 중 일부가 분리막(21b)을 통하여 배출된다. 분리막(21b)은 미세한 중공사가 관다발을 이루는 형태로 이루어져 하우징(22) 내부에 삽입될 수 있다. 이러한 분리막(21b)은 산소분자의 투과속도가 질소분자의 투과속도보다 빠른 구조를 갖는 다공성막일 수 있다. 기체는 분자의 부피가 작은 기체가 막을 더 쉽게 빠져나가는 것이 일반적이나, 막 구조에 따라서는 분자의 부피가 더 큰 기체가 빠른 속도로 빠져나갈 수 있다. 산소부화막(Oxygen enrichment membrane)은 산소분자의 투과속도가 질소분자의 투과속도보다 빠른 특성을 이용하여 산소 농도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 산소부화막을 이용하면 흡기관(100) 내부에서 산소분자를 더 많이 제거하여 연소기관(10)으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시킬 수 있다. 이러한 다공성 산소부화막은 실리콘 페놀계 수지공중합성체막, 플로오르를 포함한 실리콘계 고분자 등의 고분자막이 사용될 수 있다.

또한, 분리막(21b)은 산소분자가 막의 표면에서 용해하고 막의 내부를 확산하여 막의 반대면에서 탈리하여 이동하는 용해 확산막(solution-diffusion membrane)이 사용될 수도 있다. 이러한 용해 확산막은 비다공성 막이 사용될 수 있다.

또한, 분리막(21b)은 산소분자가 막의 표면에서 흡착되고 해리되어 산소이온 상태로 막의 내부를 이동하여 막의 반대면에서 다시 산소분자로 이탈되는 이온전도성분리막(ion transport membrane)dl 사용될 수도 있다. 이온전도성분리막은 산소분자가 이온화되어 막을 통과하는 특징을 갖는다. 이러한 이온전도성분리막은 고온(예를 들어, 550 ~ 700 ℃) 및 고압의 조건 또는 촉매와 전기화학적 전위 차로 산소를 분리할 수 있다. 전술한 바와 같이, 분리막 유닛(20b)에는 과급유닛(110)을 통과한 고온 및 고압의 공기가 유입되므로, 분리막(21b)을 통해 산소가 이온화되어 투과될 수 있는 조건이 성립될 수 있다.

이러한 분리막(21b)은 압력 차에 의하여 공기 중에 포함된 산소분자를 분리할 수 있다. 즉, 제2 영역(A2)에 흡입펌프(150) 및 압력측정부(140)를 구비하여, 제1 영역(A1)보다 낮은 압력으로 설정할 수 있다. 제2 영역(A2)의 압력이 제1 영역(A1)보다 낮게 유지됨으로써, 제1 영역(A1)의 공기 중에 포함된 산소분자가 제2 영역(A2)으로 이동할 수 있다.

한편, 제어부(190)는 압력측정부(140)에서 측정된 압력 값과 산소센서(160)로부터 측정된 산소 농도 값에 따라 흡입펌프(150)를 능동적으로 조절하여, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 압력을 적절하게 조절할 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20c)에 관하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20c)은 흡기관(100) 내부의 공기를 직접 가열할 수 있는 가열유닛(300)을 더 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20c)은 흡기관(100) 내부의 공기를 직접 가열할 수 있는 가열유닛(300)을 더 포함하는 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

가열유닛(300)은 분리막 유닛(20c)으로 공급되는 공기를 고온으로 가열하여 분리막(21c)을 통한 산소 이동이 용이하도록 하는 것으로, 전열선 형태로 이루어져 흡기관(100) 내부에 삽입되거나 분리막 유닛(20c)의 내부에 삽입될 수 있다. 그러나, 가열유닛(300)이 전열선 형태로 형성되거나 흡기관(100) 또는 분리막 유닛(20c)의 내부에 삽입되는 것으로 한정될 것은 아니며, 가열유닛(300)의 형태 및 배치 위치는 다양하게 변형될 수 있다. 즉, 가열유닛(300)은 분리막(21c)을 직접 가열할 수도 있으며, 분리막 유닛(20c)의 외부에서 분리막 유닛(20c) 전체를 가열할 수도 있다. 또한, 가열유닛(300)은 히팅 밴드 또는 히팅 카트리지 형태로 형성되어 분리막(21c) 내부 또는 외부에 설치될 수도 있다.

한편, 제어부(190)는 압력측정부(140)에서 측정된 압력 값과 산소센서(160)로부터 측정된 산소 농도 값에 따라 가열유닛(300)과 흡입펌프(150)를 능동적으로 조절하여, 제1 영역(A1)으로 유입되는 공기의 온도 및 제2 영역(A2)의 압력을 적절하게 조절할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20d)에 관하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20d)은 배기관(200)의 배기열을 흡기관(100)에 전달할 수 있는 열교환기(310)를 더 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20d)은 배기관(200)의 배기열을 흡기관(100)에 전달할 수 있는 열교환기(310)를 더 포함하는 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

열교환기(310)는 배기관(200)으로부터 배기가스를 공급받아 흡기관(100)에 열을 전달하여 흡기관(100) 내부의 공기의 온도를 높일 수 있으며, 과급유닛(110)과 분리막 유닛(20d)의 사이에 설치될 수 있다. 과급유닛(110)은 공기를 압축하는 과정에서 고압과 고온의 공기를 흡기관(100)에 제공할 수 있으나, 압축공기가 요구되는 온도에 도달하기 어렵거나 지나치게 공기의 압력이 높아질 경우 열교환기(310)를 통하여 온도를 상승시킬 수 있다. 열교환기(310)는 과급유닛(110)과 함께 또는 별도로 사용될 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20e, 20f, 20g)에 관하여 상세히 설명한다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20e, 20f, 20g)은 흡기관(100) 내부에 습도를 증가시키는 가습유닛(400, 400a, 400b)을 더 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 유닛(20e, 20f, 20g)은 가습유닛(400, 400a, 400b)을 더 포함하는 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

가습유닛(400, 400a, 400b)은 흡기관(100) 내부에 수분의 함량을 증가시켜 연소기관(10)의 연소온도 상승을 억제하는 역할을 한다. 가습유닛(400, 400a, 400b)은 분리막 유닛(20e, 20f, 20g)과 연소기관(10) 사이의 흡기관(100), 특히, 순환라인(180)의 후방에 설치될 수 있으며, 분리막 유닛(20e, 20f, 20g)을 통과한 공기에 가습을 하여 연소기관(10)으로 공급할 수 있다. 그러나, 가습유닛(400, 400a, 400b)이 분리막 유닛(20e, 20f, 20g)과 연소기관(10) 사이의 흡기관(100)에 설치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 가습유닛(400, 400a, 400b)은 유량조절기(130)와 분리막 유닛(20e, 20f, 20g) 사이의 흡기관(100)에 설치될 수도 있다.

가습유닛(400)은 도 7에 도시된 바와 같이, 물을 흡수할 수 있는 다공성막(410)을 이용할 수 있다. 다공성막(410)은 물을 흡수하고 있으며, 흡기관(100) 내부 공기의 습도에 따라 물을 쉽게 자연 기화시킬 수 있다. 가습유닛(400)은 흡기관(100)보다 확장된 구조로 이루어진 챔버(420)와, 챔버(420) 내부에 물(W)과 접하는 다공성막(410)을 포함할 수 있다. 챔버(420)는 공기와 물입자가 균일하게 혼합되도록 공간을 제공하고, 응축수가 연소기관(10) 내부로 유입되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 가습유닛(400)은 별도의 관(450)을 통하여 물탱크(440)로부터 물(W)을 공급받을 수 있으며, 이 때, 물(W)은 중력이나 모세관 현상 등을 이용하여 공급될 수 있으나 펌핑유닛(430)를 이용하여 공급될 수도 있다.

또한, 가습유닛(400a)은 도 8에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 노즐(460)을 이용하여 챔버(420) 내부로 직접 물을 분사할 수도 있다.

또한, 가습유닛(400b)은 도 9에 도시된 바와 같이, 별도의 수증기 발생유닛을 통하여 수증기를 발생시켜 흡기관(100)으로 주입할 수도 있다. 수증기 발생유닛은 용기(470)에서 초음파진동자(480)를 이용하여 물(W)을 무화(霧化)하거나, 용기(470)에서 물을 직접 끓여 수증기를 발생시킬 수도 있다. 본 명세서 상에서 수증기라 함은 물의 완전한 기체 상태만을 의미하는 것이 아니라 액체 상태의 물이 무화(霧化)되어 작은 입자를 이루는 상태를 포함한다. 따라서, 수증기 발생유닛을 통하여 발생되는 수증기는 물의 기체뿐만 아니라 입자가 매우 작은 액체 상태의 물을 포함할 수 있다. 수증기 발생유닛을 통해 발생된 수증기는 펌핑유닛(430)과 관(450)을 통하여 챔버(420) 내부로 고압 분사될 수 있다.

이하, 도 10을 참조하여, 동력발생장치(1)의 동작에 대해 구체적으로 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 동작 과정을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치(1)는 특성이 서로 다른 복수 개의 분리막 유닛(20)을 선택적으로 사용하므로, 흡기관(100)으로 유입되는 공기에 포함된 산소의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 분리막 유닛(20)을 통과하여 산소의 농도가 감소된 공기 중 일부를 순환하여 분리막 유닛(20)으로 재유입하므로, 산소의 농도 감소 효과가 현저하다. 또한, 복수 개의 분리막 유닛(20)을 구비하므로, 교대 사용이 가능하여 장치 수명이 증가하고, 각각의 분리막 유닛(20)의 유지 보수가 용이하다. 또한, 비교적 장치 구성이 간단하여 제어가 용이하고, 운전 및 유지를 위한 비용이 적게 들어가 비용 대비 질소산화물의 제거 효과가 현저하다. 또한, 운전 과정에서 유독한 화학물질을 사용하지 않으며, 슬러지와 같은 부산물이 발생하지 않는 장점이 있다. 또한, 다른 질소산화물 제거장치에서와 같이 후처리 장치를 필요로 하지 않으며, 분리막 유닛(20)의 막힘 현상도 발생하지 않는 효과가 있다.

연소기관(10)은 일 측에 흡기관(100)과 배기관(200)이 형성되며, 흡기관(100) 상에는 과급유닛(110)이 설치된다. 과급유닛(110)의 후방으로 연장되는 흡기관(100)은 복수로 분지되어 각각에 분리막 유닛(20)이 배치되며, 복수 개의 분리막 유닛(20)은 산소 농도를 감소시키는 용량이 서로 다르게 형성된다. 각각의 분리막 유닛(20)의 전단에 구비된 개폐밸브(120)와 유량조절기(130)는 선택적으로 구동된다. 또한, 각각의 분리막 유닛(20)에는 압력측정부(140)와 흡입펌프(150)가 구비되며, 후단에 산소센서(160)가 마련된다. 복수로 분지되었던 흡기관(100)은 각각의 산소센서(160)의 후단에서 통합되며, 통합된 흡기관(100) 상에는 순환라인(180)과 인터쿨러(170)가 차례로 배치된다.

도 10을 참조하여 구체적으로 설명하면, 흡기관(100)을 통해 유입된 공기는 배기가스의 압력으로 구동하는 과급유닛(110)을 통과하여 압력 및 온도가 상승하며, 복수로 분지된 흡기관(100)을 따라 이동하여 분리막 유닛(20)으로 유입된다. 이 때, 과급유닛(110)을 통과한 공기의 유동량이 많은 경우, 각각의 흡기관(100)에 배치된 개폐밸브(120)를 전부 개방하여 공기를 분산시킬 수 있다. 반대로, 공기의 유동량이 적은 경우, 도시된 바와 같이, 복수 개의 개폐밸브(120) 중 일부는 개방하고 일부는 폐쇄할 수 있다. 전술한 바와 같이, 복수 개의 분리막 유닛(20)은 산소 농도를 감소시키는 용량이 서로 다르게 형성되므로, 공기의 유동량 또는 감소되어야 하는 산소의 양에 따라 개폐밸브(20)를 선택적으로 개방할 수 있다.

한편, 개폐밸브(20)가 폐쇄된 흡기관(100)은 공기의 유동이 단절되어 분리막 유닛(20)으로 공기가 유입되지 않는다.

개폐밸브(20)가 개방되면 공기는 흡기관(100)을 따라 유동하여 유량조절기(130)를 통과하며, 유량조절기(130)는 분리막 유닛(20)으로 일정량의 공기가 유입될 수 있도록 조절한다. 분리막 유닛(20)으로 유입된 공기는 산소분자와 질소분자를 선택적으로 투과하는 분리막을 통과하며 산소의 농도가 감소된다. 이 때, 흡입펌프(150)가 분리막 유닛(20) 내부의 공기를 강제로 배출함으로써, 분리막을 기준으로 일 측 영역과 타 측 영역의 압력 차가 발생하여 공기가 원활하게 유동할 수 있으며, 이로 인해, 산소분자가 효과적으로 제거될 수 있다. 분리막 유닛(20)을 통과하여 산소 농도가 일부 감소한 공기는 산소센서(160)를 통과한 후, 통합된 흡기관(100)을 따라 인터쿨러(170)로 이동하여 연소기관(10)에 적합한 온도로 냉각되어 연소기관(10)으로 흡입된다.

한편, 산소센서(160)를 통과한 공기 중 일부는 순환라인(180)을 통해 과급유닛(110)을 통과한 공기의 유동에 합류된다. 산소농도가 감소된 공기의 일부가 순환함으로써, 공기에 포함된 산소 농도의 저감 효과가 향상될 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1a)에 관하여 상세히 설명한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1a)는 순환라인(180)이 복수 개의 분리막 유닛(20) 중 일부가 폐루프를 이루도록 연결된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1a)는 순환라인(180)이 복수 개의 분리막 유닛(20) 중 일부가 폐루프를 이루도록 연결된 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

과급유닛(110)의 후방으로 연장되는 흡기관(100)은 복수로 분지되며, 각각의 흡기관(100)에는 분리막 유닛(20)의 후단과 전단을 연결하는 순환라인(180)이 형성된다. 즉, 순환라인(180)은 복수 개로 형성되며, 각각의 순환라인(180)은 분리막 유닛(20)을 통과한 공기를 다시 분리막 유닛(20)의 전단으로 순환시킨다. 각각의 흡기관(100)에 순환라인(180)이 형성됨으로써, 각각의 분리막 유닛(20)마다 독립적으로 공기를 순환시킬 수 있어 보다 효율적으로 공기에 포함된 산소 농도를 감소시킬 수 있다. 이 때, 각각의 순환라인(180)은 공기의 순환 횟수, 공기의 순환 량 등이 서로 다를 수 있으며, 이로 인해, 요구되는 산소 농도에 보다 근접한 값의 산소 농도를 얻을 수 있다.

이하, 도 12를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1b)에 관하여 상세히 설명한다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1b)는 복수 개의 분리막 유닛(20)이 흡기관(100)에 직렬로 연결된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1b)는 복수 개의 분리막 유닛(20)이 흡기관(100)에 직렬로 연결되는 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

과급유닛(110)의 후방으로 연장되는 흡기관(100) 상에는 복수 개의 분리막 유닛(20)이 직렬로 연결되며, 각각의 분리막 유닛(20)의 전단에는 유량조절기(130)가 배치될 수 있다. 이 때, 복수 개의 분리막 유닛(20)은 흡기관(100)의 후방으로 갈수록 통과하는 공기의 유량이 점차 작아지도록 설계되거나, 통과하는 공기의 압력이 점차 커지게 설계될 수 있다. 따라서, 과급유닛(110)을 통과한 공기가 각각의 분리막 유닛(20)을 순차적으로 통과함에 따라 공기에 포함된 산소의 농도는 점차 감소하고 질소의 농도는 점차 증가할 수 있다. 따라서, 흡기관(100) 상에 별도의 순환라인(180)이 배치되지 않더라도 산소 농도의 저감 효과를 향상시킬 수 있다.

그러나, 각각의 분리막 유닛(20)에서 공기에 포함된 산소가 제거되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 복수 개의 분리막 유닛(20) 중 일부는 공기에 포함된 산소를 제거하지 않고 그냥 통과시킬 수도 있다. 또한, 각각의 분리막 유닛(20)의 전단에 유량조절기(130)가 배치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 유량조절기(130)는 최전방에 위치한 분리막 유닛(20)의 전단에만 배치될 수도 있다.

이하, 도 13을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1c)에 관하여 상세히 설명한다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1c)는 과급유닛(110)의 터빈(110a)에 복수 개의 압축기(110b)가 병렬로 연결된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1c)는 과급유닛(110)의 터빈(110a)에 복수 개의 압축기(110b)가 병렬로 연결되는 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

과급유닛(110)은 배기관(200) 상에 배치되어 배기가스의 유동에너지로 구동되는 터빈(110a)과, 흡기관(100) 상에 배치되되 터빈(110a)과 축(Shaft)으로 연결되어 공기를 압축하는 복수 개의 압축기(110b)를 포함한다. 이 때, 복수 개의 압축기(110b)는 터빈(110a)에 병렬로 연결될 수 있으며, 각각의 압축기(110b)는 서로 동일한 용량일 수 있다. 동일한 용량의 복수 개의 압축기(110b)가 터빈(110a)에 병렬로 연결됨으로써, 공기가 동일한 압력으로 압축된 후 분배되어 각각의 분리막 유닛(20)에 유입될 수 있다. 그러나, 복수 개의 압축기(110b)가 동일한 용량으로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라 복수 개의 압축기(110b)는 서로 다른 용량으로 형성될 수도 있다. 복수 개의 압축기(110b)가 서로 다른 용량으로 형성되는 경우, 공기는 각각의 압축기(110b)의 용량에 따라 서로 다른 압력으로 압축된 후 분배되어 분리막 유닛(20)에 유입될 수 있다. 이 때, 각각의 압축기(110b)의 용량은 분리막 유닛(20)의 산소 농도를 감소시키는 용량에 대응될 수 있다.

한편, 각각의 압축기(110b)로부터 연장되는 복수의 흡기관(100)은 순환라인(180)의 후방에서 서로 연통될 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 순환라인(180)이 복수 개의 분리막 유닛(20) 전체가 폐루프를 이루도록 연결된 경우, 순환라인(180)을 통해 순환하는 공기가 각각의 분리막 유닛(20)에 재유입될 수 있다. 그러나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 순환라인(180)이 복수 개의 분리막 유닛(20) 중 일부가 폐루프를 이루도록 연결된 경우, 각각의 압축기(110b)로부터 연장되는 복수의 흡기관(100)은 각각 독립적으로 형성될 수도 있다.

이하, 도 14를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1d)에 관하여 상세히 설명한다.

도 14를 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1d)는 과급유닛(110)의 터빈(110a)에 복수 개의 압축기(110b)가 직렬로 연결된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1c)는 과급유닛(110)의 터빈(110a)에 복수 개의 압축기(110b)가 직렬로 연결되는 것을 제외하면 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

과급유닛(110)은 배기관(200) 상에 배치되는 터빈(110a)과, 흡기관(100) 상에 배치되되 터빈(110a)과 축으로 연결되는 복수 개의 압축기(110b)를 포함한다. 이 때, 복수 개의 압축기(110b) 중 최전방에 위치한 압축기(110b)는 터빈(110a)으로부터 구동력을 공급받고, 나머지 압축기(110b)는 별도의 동력원(M)으로부터 구동력을 공급받을 수 있다. 복수 개의 압축기(110b)가 터빈(110a)에 직렬로 연결됨으로써, 공기의 압축률이 증대될 수 있다. 즉, 직렬로 연결된 복수 개의 압축기(110b)를 순차적으로 통과함에 따라 공기의 압축률이 점차 증가하여, 복수 개의 분리막 유닛(20)으로 고압의 공기가 분배될 수 있다.

한편, 순환라인(180)은 직렬로 연결된 복수 개의 압축기(110b) 중 최후방에 위치한 압축기(110b)의 후단에서 흡기관(100)에 연결될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1a, 1b, 1c, 1d: 동력발생장치
10: 연소기관
20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g: 분리막
21a, 21b, 21c: 분리막 22: 하우징
100: 흡기관 100a: 삼방밸브
110: 과급유닛 110a: 터빈
110b: 압축기 120: 개폐밸브
130: 유량조절기 140: 압력측정부
150: 흡입펌프 160: 산소센서
170: 인터쿨러 180: 순환라인
190: 제어부 200: 배기관
300: 가열유닛 310: 열교환기
400, 400a, 400b: 가습유닛 410: 다공성막
420: 챔버 430: 펌핑유닛
440: 물탱크 450: 관
460: 노즐 470: 용기
480: 초음파진동자
A1: 제1 영역 A2: 제2 영역
E: 유해가스 저감장치

Claims (6)

1. 연소기관의 흡기관에 배치되어 상기 연소기관으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시키는 분리막 유닛; 및
   상기 분리막 유닛의 전단과 후단을 연결하여 상기 분리막 유닛을 통과한 공기를 다시 상기 전단으로 순환시키는 순환라인을 포함하되,
   상기 분리막 유닛은 복수 개로 형성되며,
   상기 흡기관을 통하여 유입되는 공기는 상기 복수 개의 분리막 유닛 중 적어도 하나를 통과하여 산소 농도가 조절되고,
   상기 순환라인은, 상기 흡기관에 직렬로 연결되거나 병렬로 연결된 상기 복수 개의 분리막 유닛 전체 또는 일부가 폐루프를 이루도록 연결된 동력발생장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서, 상기 순환라인은 복수 개로 형성되며, 각각의 상기 순환라인은 독립적으로 공기를 순환시키는 동력발생장치.
6. 제1 항에 있어서, 상기 복수 개의 분리막 유닛은 각각 산소 농도를 감소시키는 용량이 다른 동력발생장치.

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