KR101784883B1

KR101784883B1 - 세정 냉각 장치, egr 유닛 및 엔진 시스템

Info

Publication number: KR101784883B1
Application number: KR1020157027516A
Authority: KR
Inventors: 타카미치 호소노; 카츠히로 요시자와; 히데카즈 이와사키; 모토히코 니시무라; 마사노리 히가시다; 테츠오 노가미
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2017-11-06
Also published as: WO2014148048A1; EP2998563A1; KR20150121238A; JPWO2014148048A1; JP5940727B2; CN104981603A; EP2998563A4; CN104981603B

Abstract

세정 냉각 장치(31)는 EGR 유닛(30)의 일부를 구성하는 장치이며, 세정액을 이용하여 배기 가스를 세정하는 세정부(33)와, 세정부(33)에 인접하며, 세정부(33)에서 세정된 배기 가스를 냉각하는 냉각부(34)를 구비하고 있다. 세정부(33)는 세정에 사용하는 세정액이 모여 있는 액체 영역(37)를 갖고, 냉각부(34)는 배기 가스의 냉각으로 인해 발생한 응축수를 받는 액체 영역(41)를 갖고, 세정부(33)의 액체 영역(37)와 냉각부(34)의 액체 영역(41)가 직접 연결되어 있다.

Description

세정 냉각 장치, EGR 유닛 및 엔진 시스템{CLEANING/COOLING DEVICE, EGR UNIT AND ENGINE SYSTEM}

본 발명은 배기 가스를 세정하고 냉각하는 세정 냉각 장치에 관한 것이다.

엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 양을 감소시키는 방법으로, 배기 가스의 일부를 엔진으로 되돌리는 배기재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation)이 알려져 있다. 배기 가스의 일부를 엔진으로 되돌림으로써 산소 농도가 낮은 상태에서 연소가 이루어지고, 그 결과, 연소 온도가 낮아져서 NOx의 생성이 억제된다. 다만, 사용하는 연료에 따라서는 배기 가스에 입자형 물질(PM: Particulate Matter)과 황산화물(SOx)이 대량으로 포함되는 경우가 있고, 이 경우에는 재순환시키는 배기 가스에서 PM과 SOx를 제거할 필요가 있다. 배기 가스에서 PM과 SOx를 제거하려면, 세정액으로 이것들을 제거하는 습식 가스 세정 장치(스크러버)가 효과적이다(특허문헌 1의 도 2의 부재번호 15 참조).

또한, EGR 유닛 안에 있어서 상기 스크러버를 설치했을 경우에는 스크러버의 하류에 가스 냉각기를 설치하는 경우가 있다. 스크러버에 의해 세정된 배기 가스는 포화 상태에 있으며, 대량의 수분을 포함하고 있다. 따라서 세정된 배기 가스를 가스 냉각기에서 냉각하면, 배기 가스 중 대량의 수분이 응축수가 되어 배출되어 배기 가스에 포함된 수분을 제거할 수 있다. 따라서 이와 같이 가스 냉각기를 설치함으로써 가스 냉각기보다 하류에 위치하는 기기에 배기 가스의 수분이 부착하는 것을 방지하여 그 기기가 부식 등 되는 것을 억제할 수 있다.

상술한 스크러버에서 사용한 세정액 및 가스 냉각기에서 발생한 응축수는 일반적으로, 별도로 설치된 서지 탱크로 배출되어 일시적으로 모인다. 사용 후의 세정액이나 응축수를 이 서지 탱크에 모으는 것은 이것들을 세정액으로 스크러버에서 재이용하기 위함이다. 다만, 세정액으로 재이용하려면, 중화제를 서지 탱크 또는 배관 안에 투입할 필요가 있다. 왜냐하면, 세정액이나 응축수는 SOx를 흡수함으로써 pH 값이 떨어져서 산성이 되지만, 이와 같은 pH 값이 낮은 액체를 세정액으로 사용하면, 탈황반응이 진행되지 않아 SOx 제거를 효과적으로 수행할 수 없어지기 때문이다. 한편, 서지 탱크에 모인 액체의 pH 값을 너무 높이면 소금이 고착되거나, 또한 CO₂까지도 용해해버려 중화제를 더 투입할 필요가 생긴다. 또한, 배기 가스 중 SOx 농도는 엔진 부하와 EGR율(EGR 라인에 대한 바이패스율)에 따라 변화하고, 이에 따라 서지 탱크에 모인 액체의 pH 값도 변동한다. 따라서 배기 가스의 세정을 효율적으로 수행하려면, 서지 탱크에 모인 액체의 pH 값을 항상 관찰하고 그 pH 값에 따라 적절한 양의 중화제를 투입해야 한다.

일본특허출원공개 2011-157959호

상술한 바와 같이, 서지 탱크 안의 액체의 pH 값은 중화제를 투입함으로써 조절되지만, 실제로는 EGR 유닛 안을 순환하는 세정액의 양은 매우 많기 때문에, pH 값의 응답 반응은 느려서 pH 값을 이상적인 범위로 안정시키는 것은 쉽지 않다.

또한, 서지 탱크를 슬라이더와 가스 냉각기에서 떨어져서 설치하는 경우에는 서지 탱크 안을 EGR 라인의 내압과 동일한 정도의 높은 압력으로 유지하는 것은 실질적으로 불가능하여 서지 탱크 내의 액체는 대기압 하에서 저장되게 된다. 이 경우, 서지 탱크 안의 액체를 세정액으로서 스크러버에 공급하려면, 대기압까지 낮아진 세정액의 압력을 스크러버의 내압 정도까지 승압해야 한다. 따라서 사용하는 펌프가 대형화하는 동시에 펌프의 소비 전력도 증가한다.

또한, 서지 탱크로 유입되는 세정액이나 응축수는 산성이기 때문에, 이것들이 흐르는 배관류는 내식성의 것을 사용해야 하고, EGR 시스템의 제조 비용의 증가로도 이어진다.

또한, 안정적으로 세정액을 스크러버에 공급하려면, 서지 탱크의 용량을 늘릴 필요가 있고, EGR 유닛이 서지 탱크를 구비하면, 당연히 EGR 유닛은 서지 탱크에 장착되는 배관류도 구비해야 한다. 요컨대, EGR 유닛의 소형화가 요망되는 바, 애초에 서지 탱크의 설치는 EGR 유닛의 소형화에 있어서 걸림돌이 되고 있다.

본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 서지 탱크가 없는 EGR 유닛을 구성하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 일례에 따른 세정 냉각 장치는 EGR 유닛의 일부를 구성하는 장치이며, 세정액을 이용하여 배기 가스를 세정하는 세정부와, 상기 세정부에 인접하며, 상기 세정부에서 세정된 배기 가스를 냉각하는 냉각부를 구비하고, 상기 세정부는 세정에 사용하는 세정액이 모여 있는 액체 영역을 갖고, 상기 냉각부는 배기 가스의 냉각으로 인해 발생한 응축수를 받는 액체 영역을 갖고, 상기 세정부의 액체 영역과 상기 냉각부의 액체 영역이 직접 연결되어 있다.

여기서, "직접 연결되어 있다"란, 탱크를 거치지 않고 연결되어 있다는 의미이며, 탱크를 통해 "간접적으로 연결되어 있다"와 같은 경우는 배제된다. 예를 들어, 세정부의 액체 영역과 냉각부의 영역이 공통의 저수부로서 일체로 형성되어 있는 경우, 세정부의 액체 영역과 냉각부의 액체 영역이 서로 배관으로 연결되어 있는 경우, 및 세정부의 액체 영역과 냉각부의 영역이 각각 수용하는 액체를 펌프 등으로 직접 주고받을 수 있도록 구성되어 있는 경우에는 세정부의 액체 영역과 냉각부의 액체 영역은 "직접 연결되어 있다"라고 할 수 있다. 상기 구성에 따르면, 세정부의 액체 영역과 냉각부의 액체 영역이 직접 연결되어 있기 때문에, 냉각부에서 발생한 응집수가 다른 기기에 반송되지도 않고 그대로 세정액으로 사용된다. 따라서 상기 세정 냉각 장치를 구비한 EGR 유닛은 세정액을 저장하는 서지 탱크가 필요하지 않게 된다.

또한, 상기 세정 냉각 장치에 있어서, 상기 세정부는 세정된 배기 가스가 흐르는 기체 영역을 갖고, 상기 냉각부는 냉각되는 배기 가스가 흐르는 기체 영역을 갖고, 상기 세정부의 기체 영역과 상기 냉각부의 기체 영역이 직접 연결되어 있어도 좋다. 이 구성에 따르면, 세정부와 냉각부가 직접 연결되어 있기 때문에 EGR 유닛을 더욱 소형화할 수 있다.

또한, 상기 세정 냉각 장치에 있어서, 상기 세정부 및 상기 냉각부는 외부 프레임 케이스의 내벽과, 그 외부 프레임 케이스의 내부 공간을 나누는 칸막이 부재에 의해 구획되어 있어도 좋다. 이 구성에 따르면, 세정 냉각 장치를 매우 단순한 구조로 만들 수 있다.

또한, 상기 세정 냉각 장치에 있어서, 상기 세정부의 기체 영역과 상기 냉각부의 기체 영역이 상기 칸막이 부재의 상단 부근에 있어서 직접 연결되어 있으며, 상기 세정부의 액체 영역과 상기 냉각부의 액체 영역이 상기 칸막이 부재의 하단 부근에 있어서 직접 연결되어 있어도 좋다. 이 구성에 따르면, 외부 프레임 케이스 안의 공간을 효과적으로 사용할 수 있다.

또한, 상기 세정 냉각 장치에 있어서, 상기 칸막이 부재는 판형으로 형성되어 있어도 좋다. 이 구성에 따르면, 세정 냉각 장치를 더욱 단순한 구조로 만들 수 있다.

또한, 상기 세정 냉각 장치에 있어서, 상기 세정부는 액체 영역의 세정액을 퍼올려 배기 가스에 분사하도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 상기 세정 냉각 장치에 있어서, 상기 세정부는 액체 영역의 세정액 안에 배기 가스를 방출하도록 구성되어 있어도 좋다. 이 구성에 따르면, 세정부의 액체 영역을 효과적으로 이용하여 유수(溜水) 방식의 세정을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 일례에 따른 EGR 유닛은 상기 세정 냉각 장치를 구비하며, 상기 세정 냉각 장치에 의해 세정 및 냉각된 배기 가스를 엔진에 재순환시킨다.

또한, 본 발명의 일례에 따른 엔진 시스템은 상기 EGR 유닛을 구비하고 있다.

이상과 같이, EGR 유닛이 상술한 세정 냉각 장치를 구비함으로써 서지 탱크가 없는 EGR 유닛을 구성할 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 엔진 시스템의 블록도이다.
도 2는 상기 엔진 시스템의 세정 냉각 장치의 개략도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 엔진 시스템의 세정 냉각 장치의 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 부재번호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.

(제1 실시예)

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 제1 실시예에 대해 설명한다.

<엔진 시스템>

우선, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)에 대해 설명한다. 도 1은 엔진 시스템(100)의 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진 시스템(100)은 엔진(10), 과급기(20), 및 EGR 유닛(30)을 구비하고 있다.

본 실시예에 있어서의 엔진(10)은 선박 추진용 주기(主機)이며, 2 스트로크 디젤 엔진이다. 엔진(10)에는 과급기(20)로부터 소기 통로(11)를 통해 소기 가스(4 스트로크 엔진의 경우에는 "급기 가스")가 공급된다. 또한, 엔진(10)에서 배출된 배기 가스는 배기 통로(12)를 통해 과급기(20)에 공급된다. 또한, 엔진(10)은 4 스트로크 엔진이어도 좋고, 가스 엔진이나 가솔린 엔진이어도 좋다. 또한, 엔진(10)은 선박에 사용되는 것에 한정되지 않으며, 발전 설비에 사용되는 것이어도 좋다.

과급기(20)는 공기를 승압하여 엔진(10)에 공급하는 장치이다. 과급기(20)는 터빈부(21)와 컴프레서부(22)를 갖고 있다. 터빈부(21)에는 엔진(10)에서 배출된 배기 가스가 공급되고, 배기 가스의 에너지에 의해 터빈부(21)가 회전한다. 터빈부(21)와 컴프레서부(22)는 연결 샤프트(23)에 의해 연결되어 있으며, 터빈부(21)의 회전에 따라 컴프레서부(22)도 회전한다. 컴프레서부(22)가 회전하면, 외부에서 받아들인 공기(대기)가 압축되고, 압축된 공기는 소기 가스로서 엔진(10)에 공급된다.

EGR 유닛(30)은 엔진(10)에서 배출된 배기 가스를 엔진(10)으로 되돌리는(재순환시키는) 유닛이다. EGR 유닛(30)은 배기 통로(12)에서 배기 가스를 추출하고, 추출된 배기 가스를 세정 냉각 장치(31)(나중에 상세히 기술한다)에서 세정하는 동시에 냉각하여 소기 통로(11)로 보낸다. 세정 냉각 장치(31)의 하류 측에는 EGR 블로워(32)가 설치되어 있고, 이 EGR 블로워(32)의 동력에 의해 EGR 유닛(30) 안의 배기 가스를 소기 통로(11)에 공급한다. 이와 같이, 배기 가스(기연(旣燃) 가스)를 소기 통로(11)에 공급함으로써 엔진(10)에 공급되는 소기 가스의 산소 농도가 낮아져서 NOx의 배출량을 줄일 수 있다.

<세정 냉각 시스템>

이어, EGR 유닛(30)의 일부를 구성하는 세정 냉각 장치(31)에 대해 설명한다. 도 2는 본 실시예에 따른 세정 냉각 장치(31)의 개략도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 세정 냉각 장치(31)는 세정부(33), 냉각부(34), 및 순환 장치(35)를 구비하고 있다.

세정부(33)는 배기 가스를 세정하는 부분이다. 세정부(33)는 배기 가스로 채워진 기체 영역(36)와, 세정액으로 채워진 액체 영역(37)를 가지고 있다. 기체 영역(36) 및 액체 영역(37)의 범위는 세정액의 수면 위치에 따라 결정된다. 기체 영역(36)에는 유입구(38)가 형성되어 있으며, 이 유입구(38)를 통해서 세정부(33)의 내부에 배기 가스가 유입된다. 기체 영역(36)에는 세정액을 분사하는 분사 노즐(39)이 설치되어 있고, 분사 노즐(39)에서 분사된 세정액에 의해 배기 가스는 세정된다. 배기 가스 중 PM 및 SOx를 흡수한 세정액은 자중에 의해 낙하하여 액체 영역(37)에 모인다. 또한, 세정액의 일부는 증발하여 배기 가스에 흡수되어 배기 가스는 포화 상태가 된다.

냉각부(34)는 세정부(33)에서 세정된 배기 가스를 냉각하는 부분이다. 배기 가스를 냉각함으로써 응축수를 발생시켜 배기 가스에서 수분을 제거할 수 있다. 냉각부(34)도, 배기 가스로 채워진 기체 영역(40)와, 액체(응집수 및 세정액)로 채워진 액체 영역(41)을 가지고 있다. 냉각부(34)의 기체 영역(40)와 세정부(33)의 기체 영역(36)는 기체 연결구(42)를 통해 직접 연결되어 있고, 세정부(33)에서 세정된 배기 가스는 세정부(33)의 기체 영역(36)에서 기체 연결구(42)를 통해서 냉각부(34)의 기체 영역(40)에 유입된다. 냉각부(34)의 기체 영역(40)에는 열교환기(43) 및 미스트 캐처(44)가 설치되어 있는 동시에 배출구(45)가 형성되어 있다.

냉각부(34)의 열교환기(43)는 내부에 냉각 매체(예를 들면, 해수)가 흐르고 있으며, 이 냉각 매체와 배기 가스에 의해 열 교환이 이루어진다. 냉각부(34)에 유입된 배기 가스는 이 열교환기(43)를 통과함으로써 냉각된다. 열교환기(43)를 통과한 배기 가스는 또한 미스터 캐처(44)에 의해 연무형화된 세정액이 포획되고, 최종적으로 배출구(45)를 통해서 세정 냉각 장치(31)로부터 배출된다. 배기 가스를 냉각함으로써 발생한 응축수 및 미스트 캐처(44)에 의해 포획된 세정액은 자중에 의해 낙하하고, 낙하된 응집수와 세정액은 액체 영역(41)에서 받게 된다.

또한, 냉각부(34)의 액체 영역(41)와 세정부(33)의 액체 영역(37)는 액체 연결구(46)를 통해 직접 연결되어 있다. 따라서 냉각부(34)의 액체 영역(41)와 세정부(33)의 액체 영역(37)에 의해 수면 아래에서 연결되어 일체로 된 저수부(47)를 형성하고 있다. 이 저수부(47)의 수위는 세정 냉각 장치(31)에 설치된 레벨계(48)에 의해 측정되고 있다. 또한, 저수부(47)의 세정액의 일부는 폐수 처리 유닛(60)으로 배출되어 원심분리기 등에 의해 이물질이 제거되는 등의 처리가 이루어진다. 그리고 폐수 처리 유닛(60)에서 처리된 세정액의 일부는 저수부(47)에 되돌려지고, 나머지는 외부(예를 들면 바다)로 배출된다. 또한, 저수부(47)에는 중화제 투입 장치(49)로부터 중화제가 투입되고, 청수(淸水) 공급 장치(50)로부터 청수가 공급된다.

상술한 세정부(33)와 냉각부(34)는 외부 프레임 케이스(51)의 내벽(52)과, 외부 프레임 케이스(51)의 내부 공간을 나누는 칸막이 부재(53)에 의해 구획되어 있다. 외부 프레임 케이스(51) 및 칸막이 부재(53)의 형상은 모두 한정되는 것이 아니지만, 예를 들어, 외부 프레임 케이스(51)는 직육면체에 가까운 형상으로 형성되어 있으며, 칸막이 부재(53)는 판형으로 형성되어 있다. 도 2의 지면 좌우 방향을 "제1 방향"으로 하고, 지면에 수직인 방향을 "제2 방향"으로 하면, 본 실시예의 칸막이 부재(53)는 외부 프레임 케이스(51)의 제1 방향 거의 중앙에 위치하고, 또한, 제2 방향으로 연장되어 있다. 그리고 칸막이 부재(53)의 제2 방향 양단 부분은 외부 프레임 케이스(51)의 내벽(52)에 접하고 있다. 한편, 칸막이 부재(53)의 상단과 외부 프레임 케이스(51)의 내벽(52) 사이에는 틈새가 형성되어 있으며, 이 틈새가 상술한 기체 연결구(42)를 구성하고 있다. 마찬가지로, 칸막이 부재(53)의 하단과 외부 프레임 케이스(51)의 내벽(52) 사이에는 틈새가 형성되어 있으며, 이 틈새가 상술한 액체 연결구(46)를 구성하고 있다.

순환 장치(35)는 저수부(47)의 세정액을 퍼올려 세정부(33)의 분사 노즐(39)에 공급하는 장치이다. 순환 장치(35)는 저수부(47)와 분사 노즐(39)을 연결하는 순환 배관(54)과, 순환 배관(54)에 설치된 순환 펌프(55)에 의해 주로 구성되어 있다. 또한, 순환 배관(54)에는 pH계(56)와 SO₄ 이온계(57)가 설치되어 있다. 그리고 세정 냉각 장치(31)는 pH계(56), SO₄ 이온계(57) 및 전술한 레벨계(48)의 측정 값에 따라 저수부(47)의 수위가 액체 영역(37)와 액체 영역(41)의 액체 연결구(46)의 상단부보다 항상 위쪽에 위치하도록(요컨대, 세정액의 수면이 액체 연결구(46)의 상단부보다 낮아져 세정부(33)의 기체 영역(36)의 배기 가스의 일부가, 액체 연결구(46)를 통해(열교환기(43)및 미스트 캐처(44)를 바이패스하여) 냉각부(34)의 기체 영역(40)에 유입하지 않도록), pH 값이 소정의 범위가 되도록, 및 SO₄ 이온 농도가 일정 이하가 되도록, 중화제 투입 장치(49)로부터의 중화제 투입량, 청수 공급 장치(50)로부터의 청수 공급량, 및 폐수 처리 유닛(60)으로 출입하는 세정액의 양을 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 구체적인 제어 방법에 대한 설명은 생략한다.

이상과 같이, 본 실시예에서는 외부 프레임 케이스(51) 안에 있어서, 세정부(33)의 액체 영역(37)와 냉각부(34)의 액체 영역(41)가 직접 연결되어 있으며, 두 액체 영역(37,41)에 의해 일체로 구성되는 저수부(47)의 세정액을 퍼올려 분사 노즐(39)에서 분사하고 있다. 따라서 분사 노즐(39)에서 분사하는 세정액을 서지 탱크 등에서 퍼올릴 필요가 없기 때문에, EGR 유닛(30)에 서지 탱크 등이 불필요하게 되어 EGR 유닛(30)을 컴팩트하게 구성할 수 있다. 이로써 엔진(10)에 따라서는 본 실시예에 따른 EGR 유닛(30)을 탑재하는 것도 가능해진다.

또한, 본 실시예의 EGR 유닛(30)은 서지 탱크를 갖고 있지 않으며, 외부 프레임 케이스(51) 안에 있어서, 세정액은 세정부(33) 및 냉각부(34)의 아래쪽에 위치하는 저수부(47)에 일체로 모여 있기 때문에, EGR 유닛(30) 안을 순환하는 세정액의 양을 줄일 수 있다. 따라서 중화제 투입 등에 의한 pH 값의 응답 반응은 빨라 세정액의 pH 값을 적절한 범위로 유지할 수 있다. 또한, 냉각부(34)에서 발생한 응축수에는 중화제가 존재하지 않기 때문에 세정 후에 조금 남은 유황 성분이 용해해버린 결과, 일반적으로는 응축수의 pH 값은 세정부(33)에 있어서 배기 가스와 반응한 후의 세정액의 pH 값보다 낮아진다. 이처럼 냉각부(34)의 응축수와 세정부(33)의 세정액의 pH 값이 달라도, 본 실시예에서는 저수부(47)가 일체로 되어 있기 때문에, 두 액체가 즉시 혼합되어 일괄적으로 pH 값 제어를 수행할 수 있다. 그 결과, 엔진(10)으로 재순환시키는 배기 가스 중 SOx의 제거를 효율적으로 할 수 있다. 또한, 순환 장치(35)의 순환 배관(54)을 통과하는 세정액의 pH 값은 너무 낮아지지 않기 때문에, 순환 배관(54)에 과도한 부식 방지 대책을 실시할 필요도 없다. 또한, 예를 들어 사용된 세정액을 폐수 처리 유닛(60)에서 바다로 배출하는 경우, EGR 유닛(30)에서 폐수 처리 유닛(60)으로 반송되는 세정액은 바다로 배출할 때의 pH 값 기준(폐수 기준)을 문제없이 클리어할 수 있다고 생각된다. 따라서 폐수 처리 유닛(60)에서 중화 처리를 할 필요가 없다.

또한, 세정부(33)의 분사 노즐(39)로부터 분사되는 세정액은 세정부(33)에 모인 세정액을 이용하기 때문에, 순환 배관(54)의 입구 측 부분과 출구 측 부분에서 큰 압력 차이는 발생하지 않는다. 따라서 순환 장치(35)의 순환 펌프(55)를 대형화할 필요도 없고, 소비 전력도 줄일 수 있다.

(제2 실시예)

다음으로, 도 3을 참조하여 제2 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에 따른 엔진 시스템(200)은 세정부(33)에 의한 세정 방식이 스프레이식과 유수식(溜水式)을 조합한 것임을 제외하고는 제1 실시예의 엔진 시스템(100)과 기본적으로 동일하다. 이하에서는 본 실시예에 따른 세정 냉각 장치(31)를 중심으로 설명한다.

도 3은 본 실시예에 따른 세정 냉각 장치(31)의 개략도이다. 본 실시예에 따른 세정 냉각 장치(31)의 세정부(33)는 액체 영역 도입 통로(58)를 가지고 있다. 액체 영역 도입 통로(58)는 세정부(33)에 형성된 유입구(38)에서 액체 영역(41)의 세정액 안까지 연장되어 있으며, 세정부(33)에 유입된 모든 배기 가스를 액체 영역(41)에 인도할 수 있다. 액체 영역 도입 통로(58)의 유입구(38) 부근에는 분사 노즐(39)이 설치되어 있고, 분사 노즐(39)은 세정부(33)(액체 영역 도입 통로(58))에 유입된 배기 가스에 세정액을 분사한다. 또한, 분사 노즐(39)에서 분사되는 세정액은 저수부(47)에서 퍼올려진 것이다. 그리고 세정액이 분사된 배기 가스는 액체 영역 도입 통로(58)의 내부를 통과하여 액체 영역(37)의 세정액 안으로 방출된다. 이로써 배기 가스는 또한 액체 영역(37)에 모인 세정액에 의해 세정되게 된다.

이와 같이, 세정부(33)는 액체 영역(37)에 어느 정도의 양의 세정액을 모으고 있기 때문에, 이 모인 세정액을 이용하여 스프레이방식뿐만 아니라 유수식(溜水式)에 의한 세정을 동시에 수행할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 엔진 시스템(200)에서는 더욱 효율적으로 배기 가스를 세정하는 것이 가능해진다.

이상으로, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명했지만, 구체적인 구성은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다. 예를 들어, 세정부(33)에 있어서의 세정 방식이, 스프레이방식이나 유수(溜水)방식 이외의 방식이어도 본 발명에 포함된다.

또한, 상술한 실시예에서는 세정부(33)의 액체 영역(37)와 냉각부(34)의 액체 영역(41)가, 외부 프레임 케이스(51)와 칸막이 부재(53)의 틈새를 통해 직접 연결되어 있었지만, 다른 형태에 의해 직접 연결되어 있어도 좋다. 예를 들어, 외부 프레임 케이스(51)와 칸막이 부재(53)의 사이에는 틈새는 없는 한편, 칸막이 부재(53)에는 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍을 통해 두 액체 영역(37,41)가 직접 연결되어 있어도 본 발명에 포함된다. 또한, 마찬가지로 외부 프레임 케이스(51)와 칸막이 부재(53) 사이에는 틈새는 없는 한편, 두 액체 영역(37,41)가 짧은 파이프로 연결되어 있으며, 이 파이프를 통해 두 액체 영역(37,41)가 직접 연결된 있어도 본 발명에 포함된다.

또한, 외부 프레임 케이스(51)의 내부에서는 세정부(33)와 냉각부(34)가 연통하지 않도록 칸막이 부재(53)를 설치하는 동시에 두 기체 영역(36,40)를 연통시키는 배관이나 덕트 등과, 두 액체 영역(37,42)를 연통시키는 배관이나 덕트 등을 외부 프레임 케이스(51)의 외측에 설치해도 좋다. 또한, 칸막이 판(53)의 하단에 의해 완전하게 세정부(33)의 액체 영역(37)와 냉각부(34)의 액체 영역(41) 사이를 봉쇄한 후에, 분사 노즐(39)에 연결되는 배관과, 액체 영역(37)와, 액체 영역(41)에 연결되는 Y자 배관을 설치해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 두 액체 영역(37,41)의 액체를 Y자 배관 안에서 합류시키고, 합류된 액체를 분사 노즐(39)에 공급할 수 있다. 어느 경우이라도, 저수부(47)는 세정부(33)의 액체 영역(37)와 냉각부(34)의 액체 영역(41)에 의해 형성되어 있다고 할 수 있다.

본 발명에 따른 세정 냉각 장치를 EGR 유닛이 구비함으로써 서지 탱크가 없는 EGR 유닛을 구성할 수 있다. 따라서 EGR 유닛의 기술 분야에서 유익하다.

10: 엔진 30: EGR 유닛
31: 세정 냉각 장치 33: 세정부
34: 냉각부 36: 기체 영역
37: 액체 영역 39: 분사 노즐
40: 기체 영역 41: 액체 영역
51: 외부 프레임 케이스 52: 내벽
53: 칸막이 부재 100, 200: 엔진 시스템

Claims

EGR유닛의 일부를 구성하는 장치로서,
세정액을 이용하여 배기 가스를 세정하는 세정부와,
상기 세정부와 별도로 설치되면서 상기 세정부에 인접하고, 상기 세정부에서 세정된 배기 가스를 열교환기로 냉각하고, 배기 가스에 포함된 수분을 응축하여 응축수를 발생시키는 냉각부를 구비하고,
상기 세정부는 세정된 배기 가스가 흐르는 기체 영역과, 세정에 사용하는 세정액이 모여 있는 액체 영역을 갖고,
상기 냉각부는 냉각되는 배기 가스가 흐르는 기체 영역과, 배기 가스의 냉각으로 인해 발생한 응축수를 받는 액체 영역을 갖고,
상기 세정부 및 상기 냉각부는 외부 프레임 케이스의 내벽과, 상기 외부 프레임 케이스의 내부 공간을 나누는 칸막이 부재에 의해 구획되어 있으며,
상기 세정부의 액체 영역과 상기 냉각부의 액체 영역이 상기 칸막이 부재의 하단 부근에서 직접 연결되어 있고,
상기 세정부의 기체 영역과 상기 냉각부의 기체 영역이 상기 칸막이 부재의 상단 부근에서 직접 연결되어 있으며,
상기 열교환기는 상기 냉각부의 기체 영역에 설치되어 있고, 배기 가스가 상기 열교환기를 통과할 때, 배기 가스가 상기 열교환기의 연직 방향 상측으로부터 연직 방향 하측을 향해 흐르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 세정 냉각 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 칸막이 부재는 판형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세정 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 세정부는 액체 영역의 세정액을 퍼올려 배기 가스에 분사하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 세정 냉각 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 세정부는 액체 영역의 세정액 안에 배기 가스를 방출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 세정 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 기재된 세정 냉각 장치를 구비하며, 상기 세정 냉각 장치에 의해 세정 및 냉각된 배기 가스를 엔진에 재순환시키는 것을 특징으로 하는 EGR 유닛.
제 8 항에 기재된 EGR 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.