KR101810915B1 - 에어-가스 믹서를 포함하는 혼소장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼소장치를 제공한다. 본 발명에 따른 혼소장치는 디젤-가스 혼소엔진(10)에 공급할 LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스) 또는 LPG(Liquefied Petroleum Gas, 액화석유가스)와 같은 기체연료를 공기와 혼합시키는 에어-가스 믹서(air-gas mixer, 32)를 포함한다. 에어-가스 믹서(32)는, 기체연료 및 공기가 도입되는 혼합공간(112)을 가진 믹서 본체(110)와; 혼합공간(112)에 배치되며 복수의 오리피스(orifice, 121)가 관통된 충돌부재(120)를 포함함으로써, 기체연료를 공기와 보다 균일하게 혼합할 수 있다.

Description

에어-가스 믹서를 포함하는 혼소장치 {DUAL FUEL APPARATUS HAVING AIR-GAS MIXER}
본 발명의 실시예는 2종류 이상의 연료를 동시에 사용할 수도 있고 단독으로 전환하여 사용할 수도 있는 혼소장치에 관한 것이다.
일반적으로, 경유나 중유를 연료로 하는 고속 4행정 사이클(high speed four stroke cycle) 방식의 디젤 엔진(diesel engine)은, 연료비가 많이 소요되고, 각종의 환경오염물질이 다량으로 배출되는 문제점이 있다. 이에 따라, 최근에는 연료비 절감, 환경오염물질 배출량 감소 등을 목적으로 경유나 중유와 같은 디젤연료와 함께 LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스) 또는 LPG(Liquefied Petroleum Gas, 액화석유가스)를 연료로 사용할 수 있는 디젤-가스 혼소엔진(diesel-gas dual fuel engine)에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
디젤-가스 혼소엔진을 포함하는 혼소장치를 살펴보면, 혼소엔진에 경유 또는 중유를 공급하는 제1공급장치와 LNG 또는 LPG를 공급하는 제2공급장치를 포함하고, 제1과 제2공급장치 중 어느 하나로부터 단독으로 연료를 공급받거나 제1과 제2공급장치 둘 모두로부터 동시에 연료를 공급받아서 작동하도록 구성된다.
여기에서, 제2공급장치는, 공급원으로부터의 LNG 또는 LPG를 이송하는 제1이송라인, 제1이송라인으로부터 LNG 또는 LPG를 공급받아 공기와 혼합하는 에어-가스 믹서(air-gas mixer), 그리고 에어-가스 믹서에서 서로 혼합된 공기와 가스(LNG 또는 LPG)의 혼합기체를 에어-가스 믹서로부터 혼소엔진으로 이송하는 제2이송라인을 포함한다.
혼소엔진에 공급되는 혼합기체에 있어서, 공기와 가스(LNG 또는 LPG)의 혼합상태는 혼소엔진의 연소효율을 결정짓는 중요 인자 중 하나이다. 그런데, 이전까지의 혼합장치는, 에어-가스 믹서가 LNG 또는 LPG를 단일 공간에서 공기와 단순히 또는 자연히 혼합시키는 구성을 가지기 때문에, 혼소엔진에 공기와 가스가 보다 균일하게 혼합된 혼합기체를 공급하기 쉽지 않고, 이에 따라 혼소엔진의 연소효율을 향상시키는 데 한계가 따르는 문제가 있다.
한편, 공기와 가스가 통과하는 통로를 길게 형성하여 공기와 가스의 균일 혼합을 도모한 타입의 에어-가스 믹서가 제안되어 있다. 그러나, 이 타입은, 단지 통로의 길이가 길 뿐이므로 사실상 공기와 가스를 한층 개선된 수준으로 균일하게 혼합시킬 수 없는 것이고, 통로의 길이가 길어진 점에 따라 전체적으로 부피가 큰 문제점 및 공기와 가스의 혼합에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0027810호(2009.03.18.) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0022269호(2014.02.24.) 대한민국 등록특허공보 제10-1381034호(2014.04.04.)
본 발명의 실시예는 공기와 가스(기체연료 : LNG, LPG 등)의 균일 혼합, 공기와 가스의 혼합시간 단축 및 에어-가스 믹서의 콤팩트화(compactification) 면에서 보다 유리한 혼소장치를 제공하는 데 목적이 있다.
해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액체연료(liquid fuel)와 기체연료(gaseous fuel) 중 어느 하나를 단독으로 또는 둘 모두를 동시에 연료로 사용 가능한 혼소엔진(10)과; 상기 혼소엔진(10)에 액체연료를 공급하는 액체연료 공급장치(20)와; 상기 혼소엔진(10)에 기체연료를 공급하는 기체연료 공급장치(30)를 포함하고, 상기 기체연료 공급장치(30)는, 기체연료를 이송하는 기체연료 이송라인(31), 상기 기체연료 이송라인(31)으로부터의 기체연료를 공기와 혼합하는 에어-가스 믹서(32), 그리고 상기 에어-가스 믹서(32)에서 혼합된 공기와 기체연료의 혼합기체를 상기 혼소엔진(10)으로 이송하는 혼합기체 이송라인(33)을 포함하며, 상기 에어-가스 믹서(32)는, 내부에 합류공간(111)과 혼합공간(112)이 서로 연통하도록 마련되고, 상기 합류공간(111)과 각각 연통된 기체연료 도입구(113)와 공기 도입구(114) 및 상기 혼합공간(112)과 연통된 혼합기체 토출구(115)를 가지며, 상기 기체연료 도입구(113)와 상기 혼합기체 토출구(115)에 각각 상기 기체연료 이송라인(31)과 상기 혼합기체 이송라인(33)이 연결된 믹서 본체(110)와; 상기 혼합공간(112)에 상기 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 충돌 가능하도록 구비된 적어도 하나 이상의 충돌부재(120)를 포함하는, 혼소장치가 제공될 수 있다.
상기 합류공간(111)은 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽으로 배치되고, 상기 혼합공간(112)은 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 다른 쪽으로 배치되도록 상기 합류공간(111)으로부터 연장될 수 있다. 그리고, 상기 기체연료 도입구(113)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 끝에 마련되고, 상기 공기 도입구(114)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 둘레에 마련되며, 상기 혼합기체 토출구(115)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 다른 쪽 끝에 마련될 수 있다.
상기 혼합공간(112)은 횡단면이 원형인 데다 일정하도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 충돌부재(120)는, 원형의 횡단면을 가진 상기 혼합공간(112)에 상기 혼합공간(112)의 길이방향으로 배치되고, 양쪽 옆이 상기 혼합공간(112)의 내주에 밀착되어 상기 혼합공간(112)을 구획함과 아울러 상기 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 충돌과 선회이동 가능하도록 상기 혼합공간(112)의 길이방향을 따라 나선형으로 비틀린 구조의 스파이럴 플레이트(spiral plate)로 구성될 수 있다.
상기 스파이럴 플레이트는 상기 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 통과 가능하도록 관통된 복수의 오리피스(orifice, 121)를 가질 수 있다. 상기 오리피스(121)들은 공기와 기체연료가 통과하면서 압축되도록 오리피스 입구 쪽에서 오리피스 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 스파이럴 플레이트는, 상기 오리피스(121)들의 오리피스 입구의 주변으로부터 돌출되고, 돌출되는 방향으로 갈수록 확대되는 형상으로 형성됨으로써, 상기 오리피스(121)들의 오리피스 입구로 공기와 기체연료의 유입을 유도함과 아울러 공기 및 기체연료와의 간섭을 유발하는 오리피스 가이드(122)를 가질 수 있다.
상기 에어-가스 믹서(32)는, 상기 기체연료 이송라인(31)으로부터 상기 합류공간(111)으로 도입된 기체연료를 상기 혼합공간(112) 쪽을 향하여 도입 당시 압력보다 증가된 압력으로 분출하는 이젝터(ejector, 130)를 더 포함할 수 있다.
상기 이젝터(130)는, 상기 합류공간(111)에 배치되고, 상기 기체연료 도입구(113)와 연통된 입구(131) 및 상기 입구(131)를 통하여 유입된 기체연료를 상기 혼합공간(112) 쪽을 향하여 유출하는 출구(132)를 가지며, 상기 입구(131)와 상기 출구(132)를 연결하는 내부의 유로(133)가 상기 입구(131) 쪽에서 상기 출구(132) 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성됨으로써, 기체연료를 증가된 압력으로 분출하고, 상기 합류공간(111)에 도입된 공기의 흐름을 분출된 기체연료의 흐름에 의하여 상기 혼합공간(112) 쪽으로 유도할 수 있다.
상기 에어-가스 믹서(32)는, 상기 이젝터(130)로부터 상기 혼합공간(112) 쪽으로 분출된 기체연료를 확산시키는 확산부재(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 확산부재(140)는, 상기 이젝터(130)의 상기 출구(132)와 대향하도록 배치되고, 상기 이젝터(130)로부터 상기 혼합공간(112) 쪽으로 분출된 기체연료를 확산시키는 분배구멍들이 관통될 수 있다.
상기 분배구멍들은 분배구멍 입구 쪽에서 분배구멍 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성되어, 상기 이젝터(130)로부터 분출된 기체연료는 상기 분배구멍들을 통과하면서 압축될 수 있다.
상기 기체연료 공급장치(30)는, 상기 에어-가스 믹서(32)의 상기 공기 도입구(114)로 도입되는 공기를 여과하기 위한 에어 필터(air filter, 34)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 경유 또는 중유의 액체연료 및 LNG 또는 LPG의 기체연료를 동시에 사용 가능한 혼소엔진(10)과; 상기 혼소엔진(10)에 액체연료를 공급하는 액체연료 공급장치(20)와; 기체연료를 이송하는 기체연료 이송라인(31), 상기 기체연료 이송라인(31)으로부터의 기체연료를 공기와 혼합하는 에어-가스 믹서(32), 그리고 상기 에어-가스 믹서(32)에서 혼합된 공기와 기체연료의 혼합기체를 상기 혼소엔진(10)으로 이송하는 혼합기체 이송라인(33)으로 구성된 기체연료 공급장치(30)를 포함하고, 상기 에어-가스 믹서(32)는 믹서 본체(110), 충돌부재(120), 이젝터(130) 및 확산부재(140)를 포함하며, 상기 믹서 본체(110)는, 내부에 합류공간(111)과 혼합공간(112)이 서로 연통하도록 마련되고, 상기 합류공간(111)과 각각 연통된 기체연료 도입구(113)와 공기 도입구(114) 및 상기 혼합공간(112)과 연통된 혼합기체 토출구(115)를 가지되, 상기 합류공간(111)과 상기 혼합공간(112)은 각각 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽과 길이방향 다른 쪽으로 배치되고, 상기 기체연료 도입구(113)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 끝에 마련되며, 상기 공기 도입구(114)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 둘레에 마련되고, 상기 혼합기체 토출구(115)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 다른 쪽 끝에 마련되며, 상기 기체연료 도입구(113)와 상기 혼합기체 토출구(115)에는 상기 기체연료 이송라인(31)과 상기 혼합기체 이송라인(33)이 각각 연결되고, 상기 충돌부재(120)는, 원형의 횡단면을 가진 상기 혼합공간(112)에 상기 혼합공간(112)의 길이방향으로 배치되며, 양쪽 옆이 상기 혼합공간(112)의 내주에 밀착되어 상기 혼합공간(112)을 구획함과 아울러 상기 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 충돌과 선회이동 가능하도록 상기 혼합공간(112)의 길이방향을 따라 나선형으로 비틀린 스파이럴 플레이트로 구성되고, 공기와 기체연료가 통과 가능하도록 관통된 오리피스(121)들을 가지며, 상기 오리피스(121)들은 공기와 기체연료가 통과하면서 압축되도록 오리피스 입구 쪽에서 오리피스 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성되고, 상기 이젝터(130)는, 상기 합류공간(111)에 배치되고, 상기 기체연료 도입구(113)와 연통된 입구(131) 및 상기 입구(131)를 통하여 유입된 기체연료를 상기 혼합공간(112) 쪽을 향하여 유출하는 출구(132)를 가지며, 상기 입구(131)와 상기 출구(132)를 연결하는 내부의 유로(133)가 상기 입구(131) 쪽에서 상기 출구(132) 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성됨으로써, 기체연료를 증가된 압력으로 분출하고, 상기 합류공간(111)에 도입된 공기의 흐름을 분출된 기체연료의 흐름에 의하여 상기 혼합공간(112) 쪽으로 유도하며, 상기 확산부재(140)는, 상기 이젝터(130)의 상기 출구(132)와 대향하도록 배치되고, 상기 이젝터(130)로부터 상기 혼합공간(112) 쪽으로 분출된 기체연료를 확산시키는 분배구멍들이 관통되며, 상기 분배구멍들이 분배구멍 입구 쪽에서 분배구멍 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성되어 기체연료가 상기 분배구멍들을 통과하면서 압축되는, 혼소장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 공기와 기체연료가 에어-가스 믹서(32)를 통과하는 과정에서 충돌부재(120)에 충돌하면서 혼합공간(112)에 불규칙한 흐름을 형성하기 때문에, 공기와 기체연료를 단시간 안에 균일하게 혼합시킬 수 있고, 이에 따라 에어-가스 믹서(32)의 콤팩트화, 혼소엔진(10)의 연소효율 향상 등의 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 충돌부재(120)가 스파이럴 플레이트로 구성되기 때문에, 공기와 기체연료를 스파이럴 플레이트의 비틀린 면을 따라 선회이동 시킬 수 있고, 이로 인하여 혼합공간(112)에 와류를 형성할 수 있으므로, 이러한 와류와 불규칙한 흐름의 복합작용에 의하여 공기와 기체연료를 단시간에 보다 균일하게 혼합할 수 있다.
또한, 혼합공간(112)을 구획하는 스파이럴 플레이트에 공기와 기체연료가 통과하는 오리피스(121)들이 관통되고, 오리피스(121)들이 오리피스 입구 쪽으로부터 오리피스 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성되기 때문에, 기체연료와 공기의 분출 및 압축과 팽창작용을 일으킬 수 있고, 이에 따라 기체연료와 공기의 균일 혼합을 보다 단시간에 더 확실하게 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 합류공간(111)으로부터 혼합공간(112)으로 도입되는 기체연료를 확산시키는 확산부재(140)를 포함하기 때문에, 혼합공간(112)에서 합류공간(111)과 인접한 진입구간의 특정 영역에 기체연료의 제공이 불확실하게 이루어짐에 따라 공기와 기체연료의 혼합이 이루어지지 않는 데드존(dead zone)이 형성되는 것을 적극적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혼소장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에어-가스 믹서를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 충돌부재를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.
본 발명의 실시예에 따른 혼소장치가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 혼소장치는, 액체연료와 기체연료 중 어느 하나를 단독으로 또는 액체연료와 기체연료를 동시에 사용 가능하도록 구성된 혼소엔진(10), 그리고 혼소엔진(10)에 각각 액체연료 및 기체연료를 공급하는 액체연료 공급장치(20) 및 기체연료 공급장치(30)를 포함한다.
액체연료는 경유 또는 중유이고, 기체연료는 LNG 또는 LPG일 수 있다. 물론, 이에 따라 혼소엔진(10)은 디젤-가스 혼소엔진(diesel-gas dual fuel engine)일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 혼소장치는, 액체연료만을 사용하여 운전 중 혼소모드로 전환하면, 혼소엔진(10)의 부하량 증가에 맞게 거버너(governor, 26-2)가 작동되어 액체연료 공급장치(20)로부터 혼소엔진(10)에 공급되는 액체연료의 양이 적정의 수준으로 감소됨과 아울러 기체연료 공급량 제어유닛(36-1)이 작동되어 기체연료 공급장치(30)로부터의 기체연료가 혼소엔진(10)에 적정한 양으로 공급될 수 있다. 이후, 온도센서(11) 및 압력센서(12)를 이용, 혼소엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 온도 및 혼소엔진(10)에서 발생되는 최고 폭발압력을 각각 측정하여 연소상태를 파악하고, 혼소엔진(10)의 운전상태가 양호한 것으로 판단되면, 거버너(26-2) 및 기체연료 공급량 제어유닛(36-1)이 각각 작동되어 혼소엔진(10)에 공급되는 액체연료의 양은 보다 감소되는 반면 기체연료의 양은 더욱 증대될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 혼소장치는, 이러한 과정을 통하여 혼소운전 중 기체연료를 80% 이상의 비율로 사용할 수 있다. 그리고, 오염물질 검출센서(13)에 의하여 검출된 배기가스 내 오염물질의 양에 따라 사용되는 기체연료의 양을 적절히 조절할 수 있다.
액체연료 공급장치(20)는, 액체연료 공급원인 액체연료 탱크(25), 그리고 액체연료 탱크(25)로부터 혼소엔진(10)으로 액체연료를 이송하기 위한 액체연료 이송라인(21)을 포함한다. 물론, 액체연료 이송라인(21) 상에는 액체연료 펌프(26-1)가 설치되어, 액체연료 펌프(26-1)가 작동되면, 액체연료 탱크(25)에 저장된 액체연료는 액체연료 이송라인(21)을 따라 이송되어 혼소엔진(10)에 공급된다. 액체연료 이송라인(21) 상에는 거버너(26-2)가 액체연료 펌프(26-1)에 의하여 이송되는 액체연료의 양을 조절하도록 설치될 수 있다.
기체연료 공급장치(30)는 기체연료 공급원인 기체연료 탱크(35)를 포함한다. 또, 기체연료 공급장치(30)는, 기체연료 탱크(35)로부터의 기체연료를 이송하는 기체연료 이송라인(31), 기체연료 이송라인(31)으로부터의 기체연료를 공기와 균일하게 혼합하는 에어-가스 믹서(32), 그리고 에어-가스 믹서(32)에서 균일하게 혼합된 공기와 기체연료의 혼합기체(mixed gas)를 에어-가스 믹서(32)로부터 혼소엔진(10)으로 이송하는 혼합기체 이송라인(33)을 더 포함한다. 도시된 바는 없으나, 기체연료 공급장치(30)는, 기체연료 탱크(35)에 저장된 액상의 기체연료를 기화시키기 위한 기화유닛을 더 포함할 수 있다.
도 2의 도면부호 34는 에어-가스 믹서(32)에 도입되는 공기를 여과하여 공기 중의 이물질 등을 제거하는 에어 필터(air filter)로, 기체연료 공급장치(30)는 에어 필터(34)를 더 포함할 수 있다. 기체연료 이송라인(31) 상에는 기체연료 공급량 제어유닛(36-1) 및 기체연료 공급압력 조절유닛(36-2)이 설치될 수 있다. 혼합기체 이송라인(33) 상에는 터보 차저(turbo charger)가 설치되어, 기체연료와 공기는 에어-가스 믹서(32)로 도입되고, 혼합기체는 에어-가스 믹서(32)로부터 혼소엔진(10)에 공급될 수 있다.
에어-가스 믹서(32)는 기다란 믹서 본체(110)를 포함한다. 믹서 본체(110)는 직선형 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 믹서 본체(110)는 합류공간(111), 혼합공간(112), 기체연료 도입구(113), 공기 도입구(114) 및 혼합기체 토출구(115)를 가진다.
합류공간(111)과 혼합공간(112)은 믹서 본체(110)의 내부에 서로 연통하도록 마련된다. 합류공간(111)은 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽으로(도 2에서 보아 우측으로) 배치된다. 그리고, 혼합공간(112)은 믹서 본체(110)의 길이방향 다른 쪽으로(도 2에서 보아 좌측으로) 배치되도록 합류공간(111)으로부터 길게 연장된다. 혼합공간(112)은 횡단면이 원형으로 형성된다. 혼합공간(112)은 횡단면이 일정하도록 형성될 수 있다.
기체연료 도입구(113) 및 공기 도입구(114)는 합류공간(111)과 연통된다. 기체연료 도입구(113)는 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 끝(도 2에서 보아 우측 끝)에 합류공간(111)과 연통하도록 마련된다. 물론, 기체연료 도입구(113)에는 기체연료 이송라인(31)이 연결된다. 공기 도입구(114)는 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 둘레(도 2에서 보아 우측 둘레)에 합류공간(111)과 연통하도록 마련된다. 구체적으로 도시되어 있지 않으나, 공기 도입구(114)에는 에어 필터(34)가 연결될 수 있다. 또는, 공기 도입구(114)에 공기 도입라인이 연결되고, 공기 도입라인 상에 에어 필터(34)가 설치될 수도 있다.
혼합기체 토출구(115)는 혼합공간(112)과 연통된다. 혼합기체 토출구(115)는 믹서 본체(110)의 길이방향 다른 쪽 끝(도 2에서 보아 좌측 끝)에 혼합공간(112)과 연통하도록 마련된다. 당연히, 혼합기체 토출구(115)에는 혼합기체 이송라인(33)이 연결된다.
이와 같은 믹서 본체(110)에 의하면, 기체연료는 기체연료 도입구(113)를 통하여, 공기는 공기 도입구(114)를 통하여 합류공간(111)으로 도입된다. 그리고, 합류공간(111)에서 합류된 공기와 기체연료는 혼합공간(112)으로 도입된 다음 혼합기체 토출구(115)를 통하여 믹서 본체(110)의 외부로 토출된다.
에어-가스 믹서(32)는 충돌부재(120), 이젝터(130) 및 확산부재(140)를 구성요소로서 더 포함한다.
충돌부재(120)는 원형의 횡단면을 가진 혼합공간(112)에 적어도 하나 이상이 구비된다. 충돌부재(120)는 혼합공간(112)에 혼합공간(112)의 길이방향으로 배치된다. 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 충돌부재(120)는, 양쪽 옆이 혼합공간(112)의 내주에 밀착되어 혼합공간(112)을 구획함과 아울러, 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 충돌과 선회이동 가능하도록 혼합공간(112)의 길이방향을 따라 나선형으로 비틀린 소정 길이의 스파이럴 플레이트로 구성된다.
스파이럴 플레이트로 구성된 충돌부재(120)에 의하면, 혼합공간(112)으로 도입된 공기와 기체연료는 스파이럴 플레이트에 의하여 구획된 혼합공간(112)을 통과하는 과정에서 스파이럴 플레이트의 비틀린 면에 충돌함에 따라 불규칙적인 흐름을 형성한다. 아울러, 공기와 기체연료는 스파이럴 플레이트의 비틀린 면을 따라 선회이동을 함에 따라 와류를 형성한다.
그러므로, 공기와 기체연료는 이와 같은 불규칙적인 흐름과 와류의 복합작용으로 인하여 단시간에 균일하게 서로 혼합된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 충돌부재(120)를 구성하는 스파이럴 플레이트에는 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 통과 가능한 복수 개의 오리피스(121)가 관통된다. 오리피스(121)들은 스파이럴 플레이트의 전반에 균일하게 분포하도록 배치될 수 있다.
합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료는 혼합공간(112)이 스파이럴 플레이트에 의하여 구획됨에 따라 혼합공간(112)의 어느 한 공간과 나머지 공간으로 나뉘어 도입된다. 오리피스(121)들에 의하면, 혼합공간(112)으로 도입된 공기와 기체연료는 오리피스(121)들을 통과하여 혼합공간(112)의 어느 한쪽 공간으로부터 다른 쪽 공간으로 이동하므로, 혼합공간(112)의 어느 한쪽과 다른 쪽 공간으로 나뉘어서 존재하는 공기와 기체연료는 오리피스(121)들을 통하여 분출되는 공기 및 기체연료와 혼합된다. 또한, 공기와 기체연료는 오리피스(121)들을 통과하면서 자연히 압축되므로 압축과 팽창을 반복하면서 분산된다.
그러므로, 공기와 기체연료는 이와 같은 분출작용, 압축과 팽창작용 및 앞서 언급한 불규칙적인 흐름과 와류의 복합작용으로 인하여 보다 단시간에 더욱 균일하게 서로 혼합된다.
도 3에서 확대하여 표현한 바와 같이, 오리피스(121)들은 공기와 기체연료가 통과하는 과정에서 보다 압축력으로 압축되도록 오리피스 입구 쪽에서 오리피스 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성된다.
오리피스 입구 쪽에서 오리피스 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상의 오리피스(121)들에 의하면, 공기와 기체연료는 보다 큰 차이로 압축과 팽창을 반복하므로 보다 확실하게 분산되면서 서로 혼합된다.
도 3에 2점쇄선으로 도시된 바와 같이, 스파이럴 플레이트는, 오리피스(121)들의 오리피스 입구의 주변으로부터 돌출되고, 돌출되는 방향으로 갈수록 확대되는 형상으로 형성된 안내면을 가진 고리형의 오리피스 가이드(122)를 구비한다.
오리피스 가이드(122)에 의하면, 오리피스(121)들의 오리피스 입구로 공기와 기체연료의 유입을 유도하여 공기와 기체연료의 압축과 팽창작용을 더 확실하고 활발하게 일으킬 수 있다. 그리고, 공기와 기체연료가 스파이럴 플레이트로부터 소정의 높이로 돌출된 오리피스 가이드(122)와 충돌을 비롯한 간섭을 일으킴에 따라 혼합공간(112)에 보다 불규칙적인 흐름을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 이젝터(130)는 합류공간(111)에 배치된다. 이젝터(130)는, 기체연료 도입구(113)와 연통된 입구(131) 및 입구(131)를 통하여 유입된 기체연료를 혼합공간(112) 쪽을 향하여 유출하는 출구(132)를 가지는 한편, 입구(131)와 출구(132)를 연결하는 유로(133)가 입구(131) 쪽에서 출구(132) 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성된다. 물론, 유로(133)는 이젝터(130)의 내부에 마련된다.
이와 같은 이젝터(130)에 의하면, 유로(133)가 입구(131) 쪽에서 출구(132) 쪽으로 갈수록 축소된 형상을 가지므로 기체연료를 혼합공간(112) 쪽으로 상대적으로 증가된 고압으로 분출함으로써, 혼합공간(112)에서 공기와 기체연료의 충돌, 선회이동, 분출, 압축과 팽창작용 등을 보다 확실하게 일으킬 수 있다. 또한, 합류공간(111)에 대한 기체연료의 도입방향과 교차하는 방향으로 도입되는 공기의 흐름을 고압으로 분출되는 기체연료의 흐름에 의하여 혼합공간(112) 쪽으로 정확하게 유도할 수 있다.
확산부재(140)는 이젝터(130)의 출구(132)와 마주 보도록 배치된다. 그리고, 확산부재(140)에는 이젝터(130)로부터 혼합공간(112) 쪽으로 분출된 기체연료를 확산시키는 분배구멍들이 관통된다.
확산부재(140)에 의하면, 이젝터(130)로부터의 기체연료는 분배구멍들을 통하여 분배되어 혼합공간(112)에 확산된 형태로 제공된다. 이에, 혼합공간(112)에서 합류공간(111)과 인접한 진입구간의 특정 영역에 기체연료의 제공이 불확실하게 이루어짐에 따라 공기와 기체연료의 혼합이 이루어지지 않는 데드존이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
분배구멍들은 분배구멍 입구 쪽에서 분배구멍 출구 쪽으로 갈수록 점차 축소되는 형상으로 형성된다. 이는 기체연료를 큰 압축력으로 압축하기 위한 구성으로, 기체연료는 이러한 분배구멍들을 통과함에 따른 압축과 팽창작용에 의하여 1차적으로 분산된 상태로 혼합공간(112)으로 도입된 후 오리피스(121)들에 의하여 재차 분산된다.
이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
10 : 혼소엔진
20 : 액체연료 공급장치
30 : 기체연료 공급장치
31 : 기체연료 이송라인
32 : 에어-가스 믹서
33 : 혼합기체 이송라인
34 : 에어 필터
110 : 믹서 본체
111 : 합류공간
112 : 혼합공간
113 : 기체연료 도입구
114 : 공기 도입구
115 : 혼합기체 토출구
120 : 충돌부재
121 : 오리피스
130 : 이젝터
140 : 확산부재

Claims (4)

  1. 경유 또는 중유의 액체연료 및 LNG 또는 LPG의 기체연료를 동시에 사용 가능한 혼소엔진(10)과;
    상기 혼소엔진(10)에 액체연료를 공급하는 액체연료 공급장치(20)와;
    기체연료를 이송하는 기체연료 이송라인(31), 상기 기체연료 이송라인(31)으로부터의 기체연료를 공기와 혼합하는 에어-가스 믹서(32), 그리고 상기 에어-가스 믹서(32)에서 혼합된 공기와 기체연료의 혼합기체를 상기 혼소엔진(10)으로 이송하는 혼합기체 이송라인(33)으로 구성된 기체연료 공급장치(30)를 포함하고,
    상기 에어-가스 믹서(32)는 믹서 본체(110), 충돌부재(120), 이젝터(130) 및 확산부재(140)를 포함하며,
    상기 믹서 본체(110)는, 내부에 합류공간(111)과 혼합공간(112)이 서로 연통하도록 마련되고, 상기 합류공간(111)과 각각 연통된 기체연료 도입구(113)와 공기 도입구(114) 및 상기 혼합공간(112)과 연통된 혼합기체 토출구(115)를 가지되,
    상기 합류공간(111)과 상기 혼합공간(112)은 각각 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽과 길이방향 다른 쪽으로 배치되고,
    상기 기체연료 도입구(113)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 끝에 마련되며, 상기 공기 도입구(114)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 한쪽 둘레에 마련되고, 상기 혼합기체 토출구(115)는 상기 믹서 본체(110)의 길이방향 다른 쪽 끝에 마련되며,
    상기 기체연료 도입구(113)와 상기 혼합기체 토출구(115)에는 상기 기체연료 이송라인(31)과 상기 혼합기체 이송라인(33)이 각각 연결되고,
    상기 충돌부재(120)는, 원형의 횡단면을 가진 상기 혼합공간(112)에 상기 혼합공간(112)의 길이방향으로 배치되며, 양쪽 옆이 상기 혼합공간(112)의 내주에 밀착되어 상기 혼합공간(112)을 구획함과 아울러 상기 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 충돌과 선회이동 가능하도록 상기 혼합공간(112)의 길이방향을 따라 나선형으로 비틀린 스파이럴 플레이트로 구성되고, 공기와 기체연료가 통과 가능하도록 관통된 오리피스(121)들을 가지며,
    상기 오리피스(121)들은 공기와 기체연료가 통과하면서 압축되도록 오리피스 입구 쪽에서 오리피스 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성되고,
    상기 이젝터(130)는, 상기 합류공간(111)에 배치되고, 상기 기체연료 도입구(113)와 연통된 입구(131) 및 상기 입구(131)를 통하여 유입된 기체연료를 상기 혼합공간(112) 쪽을 향하여 유출하는 출구(132)를 가지며, 상기 입구(131)와 상기 출구(132)를 연결하는 내부의 유로(133)가 상기 입구(131) 쪽에서 상기 출구(132) 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성됨으로써, 기체연료를 증가된 압력으로 분출하고, 상기 합류공간(111)에 도입된 공기의 흐름을 분출된 기체연료의 흐름에 의하여 상기 혼합공간(112) 쪽으로 유도하며,
    상기 확산부재(140)는, 상기 이젝터(130)의 상기 출구(132)와 대향하도록 배치되고, 상기 이젝터(130)로부터 상기 혼합공간(112) 쪽으로 분출된 기체연료를 확산시키는 분배구멍들이 관통되며, 상기 분배구멍들이 분배구멍 입구 쪽에서 분배구멍 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성되어 기체연료가 상기 분배구멍들을 통과하면서 압축되는,
    혼소장치.
  2. 삭제
  3. 액체연료와 기체연료를 동시에 사용 가능한 혼소엔진(10)과;
    상기 혼소엔진(10)에 액체연료를 공급하는 액체연료 공급장치(20)와;
    기체연료를 이송하는 기체연료 이송라인(31), 상기 기체연료 이송라인(31)으로부터의 기체연료를 공기와 혼합하는 에어-가스 믹서(32), 그리고 상기 에어-가스 믹서(32)에서 혼합된 공기와 기체연료의 혼합기체를 상기 혼소엔진(10)으로 이송하는 혼합기체 이송라인(33)으로 구성된 기체연료 공급장치(30)를 포함하고,
    상기 에어-가스 믹서(32)는 믹서 본체(110) 및 충돌부재(120)를 포함하며,
    상기 믹서 본체(110)는, 내부에 합류공간(111)과 혼합공간(112)이 서로 연통하도록 마련되고, 상기 합류공간(111)과 각각 연통된 기체연료 도입구(113)와 공기 도입구(114) 및 상기 혼합공간(112)과 연통된 혼합기체 토출구(115)를 가지되,
    상기 기체연료 도입구(113)와 상기 혼합기체 토출구(115)에는 상기 기체연료 이송라인(31)과 상기 혼합기체 이송라인(33)이 각각 연결되고,
    상기 충돌부재(120)는, 원형의 횡단면을 가진 상기 혼합공간(112)에 상기 혼합공간(112)의 길이방향으로 배치되며, 양쪽 옆이 상기 혼합공간(112)의 내주에 밀착되어 상기 혼합공간(112)을 구획함과 아울러 상기 합류공간(111)으로부터의 공기와 기체연료가 충돌과 선회이동 가능하도록 상기 혼합공간(112)의 길이방향을 따라 나선형으로 비틀린 스파이럴 플레이트로 구성되고, 공기와 기체연료가 통과 가능하도록 관통된 오리피스(121)들을 가지며,
    상기 오리피스(121)들은 공기와 기체연료가 통과하면서 압축되도록 오리피스 입구 쪽에서 오리피스 출구 쪽으로 갈수록 축소되는 형상으로 형성된,
    혼소장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 충돌부재(120)는, 상기 오리피스(121)들의 오리피스 입구의 주변으로부터 돌출되고, 돌출되는 방향으로 갈수록 확대되는 형상으로 형성됨으로써, 상기 오리피스(121)들의 오리피스 입구로 공기와 기체연료의 유입을 유도함과 아울러 공기 및 기체연료와의 간섭을 유발하는 오리피스 가이드(122)를 가진,
    혼소장치.
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