KR101764475B1 - 내연 기관 배열체 및 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기관실 (9) 에 위치되는 내연 기관 (1) 을 작동하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서, 흡기 공기의 배기 가스 성분의 농도가 모니터링된다. 또한, 본 발명은 내연 기관 배열체에 관한 것이다.

Description

내연 기관 배열체 및 작동 방법{INTERNAL COMBUSTION ENGINE ARRANGEMENT AND OPERATING METHOD}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에서 규정된 바와 같은 내연 기관을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 다른 독립 청구항의 전제부에 따른 내연 기관 배열체에 관한 것이다.
내연 기관의 배기 시스템으로부터의 배기 가스의 누출은 비교적 공통 현상이고, 이는 다양한 문제들을 야기한다. 예를 들어, 선택적 환원 촉매를 이용한 기관에 있어서, 배기 가스의 일부가 촉매 변환기를 통과하기 이전에 배기 시스템의 밖으로 누출되면, 배출 제한을 초과할 수도 있다. 배기 가스를 누출시킴으로써 야기되는 다른 문제는 기관의 공기 흡기 시스템에 진입하는 배기 가스의 불순물로 인한 부식 문제이다. 구체적으로는, 중 연료 오일과 같은 높은 황 함량을 갖는 연료가 사용되면, 공기 흡기 시스템의 배기 가스는 심각한 부식 문제를 야기할 수 있다. 배기 가스의 누출은, 높은 황 함량을 갖는 연료가 공기 흡기 덕트로의 물 주입과 함께 사용되는 기관에서의 특정한 문제이다. 배기 가스의 이산화황 (SO2) 이 물과 반응하면, 매우 부식성의 황산 (H2SO4) 또는 황산염 (SO4 2 -) 으로 추가로 변환되는 아황산 (H2SO3) 을 형성한다. 배기 가스 누출이 제때에 검출되지 않으면, 심각한 손상이 기관에 야기될 수 있다.
본 발명의 목적은 내연 기관의 개선된 작동 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 개선된 내연 기관 배열체를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 방법 및 배열체는 독립 청구항들의 특징부들에 의해 특징지어진다.
본 발명에 따라, 기관실에 위치되는 내연 기관의 작동 방법에 있어서, 흡기 공기의 배기 가스 성분의 농도는 모니터링된다. 흡기 공기의 배기 가스 성분의 농도가 모니터링되면, 내연 기관의 배기 시스템의 임의의 누출이 신속히 검출될 수 있다. 따라서, 누출을 수리하기 위한, 또는 그렇지 않으면 내연 기관 또는 그의 보조물에 야기되는 손상을 제한하기 위한 필요한 조치가 제때에 취해질 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라, 배기 가스 성분의 농도는 기관실의 공기로부터 측정된다. 기관실의 배기 가스 농도를 측정하도록 배치되는 가스 센서들은 기존의 시스템에서 재장착하는 것이 용이하고, 여러 가지 상이한 센서들은 상기 목적에 적합하다.
본 발명의 실시형태에 따라, 배기 가스 성분의 농도는 내연 기관의 흡기 시스템으로부터 측정된다. 흡기 시스템 단독으로부터 또는 흡기 시스템과 기관실 쌍방으로부터 배기 가스의 농도를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라, 배기 가스 성분의 농도는 미리 정해진 제한 값에 비교된다.
본 발명의 실시형태에 따라, 배기 가스 성분의 농도가 미리 정해진 제한 값을 초과하면, 알람이 작동된다. 알람은 내연 기관의 작동자가 내연 기관으로의 손상을 방지하기 위해 필요한 조치를 취할 수 있게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 배기 가스 성분의 농도가 미리 정해진 제한 값을 초과하면, 흡기 덕트로의 또는 기관의 실린더들로의 물 주입이 종료된다. 흡기 공기의 배기 가스는, 특히 흡기 덕트로의 또는 실린더들로의 물 주입을 포함하는 기관에서 문제이다. 배기 가스 누출이 검출되는 때에 물 주입이 중단되면, 기관으로의 최악의 손상이 방지될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라, 농도가 모니터링되는 배기 가스 성분은 SO2 이다. SO2 가 최악의 문제를 야기하는 배기 가스의 성분이므로, SO2 농도를 직접 측정하는 것이 유리하다.
본 발명에 따라, 내연 기관 배열체는 기관실에 위치되는 내연 기관 및 흡기 공기의 배기 가스 성분의 농도를 모니터링하는 수단을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 내연 기관 배열체는 기관실의 공기의 배기 가스 성분의 농도를 측정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 내연 기관 배열체는 내연 기관의 흡기 시스템의 배기 가스 성분의 농도를 측정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 내연 기관 배열체는 배기 가스 성분의 측정된 농도를 미리 정해진 제한 값에 비교하는 수단을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 내연 기관 배열체는, 배기 가스 성분의 농도에 대한 미리 정해진 제한 값이 초과되면 알람을 작동시키는 수단을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 내연 기관 배열체는, 배기 가스 성분의 농도에 대한 미리 정해진 제한 값이 초과되면, 흡기 덕트로의 또는 내연 기관의 실린더들로의 물 주입을 종료하는 수단을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 농도가 측정되는 배기 가스 성분은 SO2 이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 내연 기관 배열체를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 실시형태들은 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1 에서는 기관실 (9) 에 위치되는 내연 기관 (1) 이 도시되어 있다. 기관 (1) 은 선박의 메인 또는 보조 기관 또는 발전소에서 전력 및/또는 열을 생성하기 위해 사용되는 기관과 같은 대형 내연 기관이다. 기관 (1) 에는 터보차저 (2) 가 제공된다. 터보차저 (2) 는 기관 (1) 의 배기 가스에 의해 회전되는 터빈 (2b) 및 기관 (1) 의 흡기 공기를 압축시키는 압축기 (2a) 를 포함한다. 우회 밸브 (6) 가 제공되는 우회 덕트 (5) 는, 필요하다면, 기관 (1) 을 지나 과잉의 흡기 공기를 안내하기 위하여 기관 (1) 의 흡기 덕트 (13) 와 배기 덕트 (14) 사이에 배치된다. 기관 (1) 용의 흡기 공기는 기관실 (9) 로부터 취해지고 흡기 덕트 (13) 내에서 기관 (1) 의 실린더 (12) 로 안내된다. 배기 덕트 (14) 는 기관실 (9) 밖으로 배기 가스를 안내한다. 또한, 기관 (1) 에는, 필요하다면, 터보차저 (2) 의 터빈 (2b) 을 지나 배기 가스의 일부를 안내하기 위하여 웨이스트-게이트 (waste-gate; 7) 및 웨이스트-게이트 밸브 (8) 가 제공된다.
기관 (1) 의 NOx 방출을 줄이기 위하여, 기관 (1) 에는 기관 (1) 의 실린더들 (12) 로 물을 도입시키는 수단이 제공된다. 물이 실린더들 (12) 로 도입되면, 연소 동안의 실린더 온도는 낮춰질 수 있고, NOx 방출은 효과적으로 감소된다. 도 1 의 실시형태에서, 물을 기관 (1) 의 실린더들 (12) 로 도입시키는 수단은 가습기 (3) 및 물 탱크 (4) 를 포함한다. 가습기 (3) 는 터보차저 (2) 의 압축기 (2a) 로부터 하류에서 흡기 덕트 (13) 에 위치된다. 물 탱크 (4) 로부터, 물은 펌프 (15) 에 의해 가습기 (3) 로 주입되고, 여기서 압축된 공기의 높은 온도는 스팀으로서 실린더들 (12) 에 진입하는 물을 증발시킨다. 가습기 (3) 에는 액체 상태의 물이 실린더들 (12) 로 진입하는 것을 방지하는 물 미스트 캐처 (water mist catcher) 가 제공된다. 가습기의 사용 대신에, 물은 기관 (1) 의 실린더들 (12) 로 직접 주입될 수 있다.
기관실 (9) 에는, 기관실 (9) 내의 SO2 농도를 측정하도록 배치되는 가스 센서 (10) 가 제공된다. 제 2 가스 센서 (16) 는 터보차저 (2) 의 압축기 (2a) 로부터 상류에서 흡기 덕트 (13) 에서의 SO2 농도를 측정하도록 배치된다. 가스 센서들 (10, 16) 은 펌프 (15) 의 작동을 제어하는 제어 유닛 (11) 에 연결된다. SO2 의 측정된 농도는 SO2 의 농도에 대한 미리 정해진 제한 값에 비교된다. 기관실 (9) 의 또는 흡기 덕트 (13) 의 SO2 농도를 측정함으로써, 기관 (1) 의 배기 시스템의 누출이 신속하게 검출될 수 있다. SO2 농도가 미리 정해진 제한 값을 초과하면, 기관 (1) 의 실린더들 (12) 로의 물 주입은 누출이 수리되는 때까지 중단된다. 기관 (1) 은 배기 가스 누출에도 불구하고 계속해서 작동할 수 있다. 배기 시스템이 누출되는 동안 물 주입을 종료함으로써, 기관 (1) 으로의 심각한 손상을 기관 (1) 의 중단 없이 회피할 수 있다. 물 주입의 종료 대신에 또는 물 주입의 종료에 더하여, 배기 가스 누출이 검출되면 제어 유닛 (11) 이 알람을 작동시키도록 단지 배치되는 것이 가능하다.
두 개의 가스 센서들 (10, 16) 을 구비할 필요가 없고, 단일 센서는 기관실 (9) 에 또는 기관 (1) 의 배기 시스템에 위치될 수 있다. 흡기 공기의 SO2 농도의 측정 대신에, CO2 와 같은 배기 가스의 일부 다른 성분의 농도가 측정될 수 있다. 두 개의 가스 센서들 (10, 16) 이 사용되면, 가스 센서들 (10, 16) 중 하나의 가스 센서가 하나의 배기 가스 성분의 농도를 측정하기 위해, 그리고 다른 가스 센서가 다른 배기 가스 성분의 농도를 측정하기 위해 또한 배치될 수 있다. 수개의 기관들 (1) 은 동일한 기관실 (9) 내에 위치될 수 있고, 모든 기관들 (1) 로부터의 배기 누출은 단일 가스 센서 (10, 16) 로 모니터링될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시형태에 제한되지 않고, 첨부된 독립 청구항들의 범위 내에서 변할 수 있다는 것이 당업자에 의해 자명해질 것이다. 예를 들어, 가스 센서는 터보차저의 흡입 챔버로부터의 또는 공기 필터 소음기의 흡입 스로트 (throat) 로부터의 배기 가스 성분의 농도를 측정하도록 배치될 수 있다.

Claims (10)

  1. 기관실 (9) 에 위치되는 내연 기관 (1) 의 작동 방법으로서,
    흡기 공기 내의 배기 가스 성분의 농도는 상기 기관실 (9) 의 공기로부터 모니터링되고, 상기 배기 가스 성분의 농도가 미리 정해진 제한 값을 초과하면, 흡기 덕트 (13) 로의 또는 상기 내연 기관 (1) 의 실린더들 (12) 로의 물 주입이 종료되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 성분의 농도는 상기 내연 기관 (1) 의 흡기 시스템으로부터 측정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 가스 성분의 농도는 미리 정해진 제한 값에 비교되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 성분의 농도가 상기 미리 정해진 제한 값을 초과하면, 알람이 작동되는 (triggered) 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    농도가 모니터링되는 상기 배기 가스 성분은 SO2 인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 방법.
  6. 기관실 (9) 에 위치되는 내연 기관 (1) 을 포함하는 내연 기관 배열체 (arrangement) 로서,
    상기 내연 기관 배열체는, 상기 기관실 (9) 의 공기 내의 배기 가스 성분의 농도를 모니터링하는 수단 (10, 16), 및 상기 배기 가스 성분의 농도에 대한 미리 정해진 제한 값이 초과되면, 흡기 덕트 (13) 로의 또는 상기 내연 기관 (1) 의 실린더들 (12) 로의 물 주입을 종료하는 수단 (11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 배열체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내연 기관 배열체는 상기 내연 기관 (1) 의 흡기 시스템 내의 상기 배기 가스 성분의 농도를 측정하는 수단 (16) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 배열체.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 내연 기관 배열체는 상기 배기 가스 성분의 측정된 농도를 미리 정해진 제한 값에 비교하는 수단 (11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 배열체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내연 기관 배열체는, 상기 배기 가스 성분의 농도에 대한 상기 미리 정해진 제한 값이 초과되면 알람을 작동시키는 수단 (11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 배열체.
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    농도가 측정되는 상기 배기 가스 성분은 SO2 인 것을 특징으로 하는 내연 기관 배열체.
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