KR101833111B1 - 탈질장치의 제어장치, 탈질장치, 및 탈질장치의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

탈질장치(10)는, 디젤기관(12)이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈(18)과, 배기터빈(18)이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 EGR 가스를 압축하여, 디젤기관(12)에 송출하는 압축기(20)와, 공기와 EGR 가스를 혼합하여 흡입구로 유도하는 복귀 가스용 케이싱(24)과, 복귀 가스용 케이싱(24)에 접속되어, 공기를 복귀 가스용 케이싱(24)으로 유도하는 사일런서(26)와, 배기가스의 일부를 EGR 가스로 하여 복귀 가스용 케이싱(24)으로 송출하는 EGR 블로어(16)를 구비한다. 그리고, 탈질장치 제어장치(40)는, 압축기(20)에 유도되는 기체의 압력을 측정하여, 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, EGR 블로어(16)의 회전수를 제어한다. 이로써, 디젤기관(12)에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것이 방지된다.

Description

탈질장치의 제어장치, 탈질장치, 및 탈질장치의 제어방법{CONTROL DEVICE FOR DENITRATION DEVICE, DENITRATION DEVICE, AND CONTROL METHOD FOR DENITRATION DEVICE}
본 발명은, 탈질장치의 제어장치, 탈질장치, 및 탈질장치의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤엔진 등의 내연기관의 배기가스에는, NOx, SOx, 및 매진(煤塵) 등의 유해 물질이나 환경에 부하를 주는 물질이 포함되어 있다. 이로 인하여, 이와 같은 유해 물질을 배출하지 않는 다양한 방식이 제안되고 있다.
유해 물질을 저감시키는 대표적인 방법으로서 NOx를 저감시킬 수 있는 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation: EGR) 방식이 있다. 이는, 연소에 의하여 발생한 배기가스의 일부를 연소용 공기에 혼입하여 연소시켜, 연소 온도를 저하시킴으로써 NOx의 감소를 도모하는 것이다.
특허문헌 1에는, 자동차의 디젤엔진의 배기가스를 재순환하여, 냉각하기 위한 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 장치는, 배기터빈에 의하여 구동되는 압축기를 가지고, 배기터빈의 하류측과 과급기의 상류측이 배기 재순환로에서 접속되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공표특허공보 2009-511797호
특허문헌 1에 기재된 엔진에서는, 압축기의 바로 앞에서 배기 재순환로가 공기의 흡입관과 접속되어, 배기가스와 공기가 흡입관 내에서 혼합된 후에 압축기에 공급된다. 여기에서, 예를 들면, 선박 등에 구비되는 대형 기관용 압축기에는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 공기의 흡입관이 없고, 배기가스와 공기를 혼합시켜 압축기에 유도하는 혼합수단이 압축기 직전에 마련되어 있다. 또, 대형 기관용 과급기에서는, 특허문헌 1에 기재된 엔진에는 구비되지 않은 블로어를 이용하여, 배기가스가 혼합수단에 공급된다.
이로 인하여, 대형 기관용 과급기에서는, 배기가스의 압력이 높으면, 혼합수단에 접속되어 있는 공기의 흡입구로부터 계외로 배기가스가 배출될 가능성이 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 내연기관에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것을 방지할 수 있는, 탈질장치의 제어장치, 탈질장치, 및 탈질장치의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 탈질장치의 제어장치, 탈질장치, 및 탈질장치의 제어방법은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 탈질장치의 제어장치는, 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈과, 상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스의 일부를 압축하여, 상기 내연기관에 송출하는 압축기와, 상기 공기와 상기 배기가스를 혼합하여 상기 흡입구로 유도하는 혼합수단과, 상기 혼합수단에 접속되어, 상기 공기를 상기 혼합수단으로 유도하는 공기 도입수단과, 상기 배기가스를 상기 혼합수단으로 송출하는 블로어를 구비하는 탈질장치의 제어장치로서, 상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을 측정하는 압력 측정수단과, 상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 회전수 제어수단을 구비한다.
본 구성에 따르면, 탈질장치는, 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈, 및 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 배기가스를 압축하여, 내연기관에 송출하는 압축기를 구비한다. 즉, 배기터빈 및 압축기에 의하여 과급기가 형성된다. 또, 압축기에는, 공기와 배기가스를 혼합하여 흡입구로 유도하는 혼합수단, 및 공기를 혼합수단으로 유도하는 공기 도입수단이 접속되어 있다. 또, 탈질장치는, 배기가스를 혼합수단으로 송출하는 블로어를 구비한다.
여기에서, 압축기로 송출되는 배기가스의 압력이 높으면, 공기 도입수단으로부터 배기가스가 계외로 누출될 가능성이 있다.
따라서, 탈질장치의 제어장치는, 압축기에 유도되는 기체의 압력을 압력 측정수단에 의하여 측정한다. 다만, 압력 측정수단에 의하여 측정되는 기체는, 배기가스, 공기, 또는 배기가스와 공기의 혼합기체이다.
그리고, 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 회전수 제어수단에 의하여 블로어의 회전수가 제어된다. 압력 측정수단에 의한 압력 측정치를 대기압 미만으로 함으로써, 압축기로 송출되는 배기가스의 압력이 대기압에 대하여 부압이 된다. 압축기로 송출되는 배기가스의 압력이, 대기압에 대하여 부압이 되면 공기 도입수단으로부터 배기가스가 계외로 누출되는 일은 없다.
이상과 같이, 본 구성은, 내연기관에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 양태에서는, 상기 회전수 제어수단이, 상기 압력 측정치를 소기(掃氣)압력, 상기 압축기의 회전수, 상기 내연기관의 부하, 및 상기 내연기관의 회전수 중 어느 하나에 따른 상한치 이하로 하도록, 상기 블로어의 회전수를 제어한다.
본 구성에 따르면, 내연기관에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것을 방지함과 함께, 그 배기가스를 내연기관의 동작에 따른 적정한 양으로 할 수 있다.
상기 제1 양태에서는, 상기 탈질장치가 선박에 구비되어, 상기 상한치가 상기 선박의 운항으로 상정되는 상기 내연기관의 부하 변동에 따른 허용 오차를 가진다.
본 구성에 따르면, 내연기관에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
상기 제1 양태에서는, 상기 회전수 제어수단이, 상기 내연기관으로 공급되는 산소 농도에 따라 산출된 상기 블로어의 회전수를, 상기 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록 보정한다.
본 구성에 따르면, 내연기관으로 공급되는 산소 농도를 기준으로 블로어의 회전수가 제어되므로, 내연기관의 성능의 저하를 억제하면서, 내연기관에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 탈질장치는, 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈과, 상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스의 일부를 압축하여, 상기 내연기관에 송출하는 압축기와, 상기 공기와 상기 배기가스를 혼합하여 상기 흡입구로 유도하는 혼합수단과, 상기 혼합수단에 접속되어, 상기 공기를 상기 혼합수단으로 유도하는 공기 도입수단과, 상기 배기가스를 상기 혼합수단으로 송출하는 블로어와, 상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을 측정하는 압력 측정수단, 및 상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 회전수 제어수단을 가지는 제어장치를 구비한다.
본 발명의 제3 양태에 관한 탈질장치의 제어방법은, 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈, 상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스를 압축하여, 상기 내연기관에 송출하는 압축기, 상기 공기와 상기 배기가스를 혼합하여 상기 흡입구로 유도하는 혼합수단, 상기 혼합수단에 접속되어, 상기 공기를 상기 혼합수단으로 유도하는 공기 도입수단, 및 상기 배기가스를 상기 혼합수단으로 송출하는 블로어를 구비하는 탈질장치의 제어방법으로서, 상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을 압력 측정수단에 의하여 측정하는 제1 공정과, 상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 제2 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 내연기관에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것을 방지할 수 있다는 뛰어난 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 탈질장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 과급기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 블로어 회전수 제어부의 기능 블록도이다.
이하에, 본 발명에 관한 탈질장치의 제어장치, 탈질장치, 및 탈질장치의 제어방법의 일 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 탈질장치(10)의 개략 구성도이다.
본 실시형태에 관한 탈질장치(10)는, 일례로서, 선박용 탈질장치이며, 내연기관(본 실시형태에서는 디젤기관(12))에 구비된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 탈질장치(10)는, 과급기(14) 및 EGR 블로어(16)를 구비한다.
과급기(14)는, 배기터빈(18) 및 압축기(20)를 구비한다.
배기터빈(18)은, 디젤기관(12)이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동된다.
압축기(20)는, 배기터빈(18)이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 배기가스의 일부(이하 "EGR 가스" 라고 함)를 압축하여, 디젤기관(12)으로 송출한다. 다만, 압축기(20)는, 일단에 배기터빈(18)이 마련된 회전축(22)의 타단에 마련된다. 또, 압축기(20)에는, 공기와 EGR 가스를 혼합하여 압축기(20)의 흡입구로 유도하는 혼합수단인 복귀 가스용 케이싱(24)(도 2도 참조), 및 공기를 복귀 가스용 케이싱(24)으로 유도하는 공기 도입수단인 사일런서(26)(도 2도 참조)가 접속되어 있다.
다만, 압축기(20)로부터 송출되는 공기와 EGR 가스의 혼합기체는, 공기 냉각기(28)에 의하여 냉각되어 디젤기관(12)에 공급된다.
배기터빈(18)을 유통한 배기가스는, 재순환로(30)를 통하여, 압축기(20)로 유통된다. 다만, 본 실시형태에서는 재순환로(30)를 유통하는 배기가스는, 배기터빈(18)을 유통한 배기가스의 일부이며, 이하 "EGR 가스" 라고 한다. 재순환로(30)를 유통하지 않는 배기가스는, 굴뚝으로부터 계외로 방출된다.
재순환로(30)는, EGR 밸브(32), EGR 스크러버(34), 및 EGR 블로어(16)를 상류측으로부터 차례로 구비한다.
EGR 밸브(32)는, 재순환로(30)로 유통시키는 EGR 가스의 유량을 조정한다.
EGR 스크러버(34)는, 수처리장치(35)를 구비하고 있으며, EGR 가스를 물로 세정함으로써 EGR 가스에 포함되는 매연 등을 제거한다.
EGR 블로어(16)는, EGR 가스를 압축기(20)로 송출한다.
또, 본 실시형태에 관한 탈질장치(10)에는, 압축기(20)에 유도되는 기체의 압력을 측정하는 압력센서(38)가 구비된다. 다만, 압력센서(38)에 의하여 측정되는 기체는, EGR 가스, 공기, 또는 배기가스와 공기의 혼합기체이다.
탈질장치(10)는, 탈질장치 제어장치(40)에 의하여 제어된다. 탈질장치 제어장치(40)는, 압력센서(38)에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, EGR 블로어(16)의 회전수를 제어하는 블로어 회전수 제어부(42)를 구비한다.
도 2는, 과급기(14)의 구성도이다.
배기터빈(18)은, 터빈 케이싱(50)과, 디젤기관(12)으로부터 공급된 배기가스에 의하여 회전하는 터빈 디스크(52)와, 터빈 디스크(52)의 둘레방향에 마련되어 있는 터빈날개(54)를 가지고 있다.
터빈 케이싱(50)은, 터빈 디스크(52)와 터빈날개(54)를 덮도록 마련되어 있다. 터빈 케이싱(50)은, 디젤기관(12)의 배기가스 집합관(도시하지 않음)으로부터 배기가스가 유도되는 터빈 케이싱 입구(50a)와, 디젤기관(12)의 배기가스를 터빈날개(54)로 유도하는 배기가스 통로(50b)와, 터빈날개(54)를 통과한 배기가스를 배기터빈(18) 밖으로 유도하는 터빈 케이싱 출구(50c)를 가지고 있다.
터빈 디스크(52)는, 원반형상을 이루고 있으며, 회전 중심으로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗어 있는 터빈날개(54)가 둘레방향을 따라 복수 마련되어 있다. 터빈날개(54)는, 터빈 케이싱(50)에 의하여 직경방향의 외측을 둘러싸도록 덮여 있다. 터빈날개(54)에는, 배기가스 통로(50b)로부터 배기가스가 유도된다. 터빈날개(54)에 유도된 배기가스에 의하여, 터빈 디스크(52) 및 회전축(22)이 회전 구동된다. 터빈 디스크(52) 및 회전축(22)을 회전 구동한 배기가스는, 터빈날개(54)로부터 터빈 케이싱 출구(50c)에 유출된다.
압축기(20)는, 압축기 케이싱(56)과, 회전 구동됨으로써 공기를 압축하는 임펠러(58)를 가지고 있다.
압축기 케이싱(56)은, 임펠러(58)를 덮도록 마련되어 있다. 압축기 케이싱(56)은, 사일런서(26) 및 복귀 가스용 케이싱(24)을 통하여 외부로부터의 공기 및 EGR 가스를 도입하는 흡입구인 압축기 케이싱 입구(56a)와, 임펠러(58)가 압축한 공기가 유도되는 와류실(56b)과, 임펠러(58)가 압축한 공기를 배출하는 압축기 케이싱 출구(56c)를 가지고 있다.
임펠러(58)는, 대략 원반형상을 이루고 있으며, 그 일면에는 중심으로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗어 있는 날개(도시하지 않음)가 복수 마련되어 있다. 임펠러(58)는, 와류실(56b)에 의하여 직경방향 외측을 둘러싸도록 덮여 있다. 임펠러(58)에는, 압축기 케이싱 입구(56a)로부터 흡입된 공기 및 EGR 가스가 유도된다. 임펠러(58)는, 회전축(22) 상에 마련되어 있는 배기터빈(18)이 회전 구동함으로써 회전 구동된다. 회전 구동된 임펠러(58)에 의하여, 압축기 케이싱 입구(56a)로부터 흡입된 공기 및 EGR 가스가 압축되고, 압축된 공기 및 EGR 가스는, 임펠러(58)의 직경방향 외측에 송출된다. 임펠러(58)에 의하여 압축된 공기 및 EGR 가스는, 와류실(56b)을 통과하여 압축기 케이싱 출구(56c)로부터 도출된다.
압축기 케이싱(56)은, 사일런서(26)와의 사이에 복귀 가스용 케이싱(24)을 사이에 두도록 마련되어 있다. 복귀 가스용 케이싱(24)은, 그 외벽의 일부에 디젤기관(12)의 배기가스의 일부인 EGR 가스를 유도하는 EGR 복귀 배관(도시하지 않음)이 접속되는 도입구(24a)가 개구하고 있다. 복귀 가스용 케이싱(24)은, 그 내부에 대략 원통형상의 혼합부재(62)가 마련되어 있다.
혼합부재(62)는, 대략 원통형상으로 되어 있으며, 그 직경이 압축기 케이싱 입구(56a)의 직경과 대략 동등하게 되어 있다. 혼합부재(62)는, 그 축방향의 일단부를 압축기 케이싱 입구(56a)에 접속하고, 타단부를 사일런서(26)에 접속함으로써, 혼합부재(62)의 내부를 사일런서(26)로부터 도입된 공기가 압축기 케이싱 입구(56a)로 통과할 수 있도록 되어 있다. 혼합부재(62)는, 그 측벽에 복수의 구멍(64)이 마련되어 있는 다공판을 원통형상으로 형성한 것이다. 혼합부재(62)에 마련되어 있는 복수의 구멍(64)은, 예를 들면, 각각이 대략 원형상으로 되어 있다.
베어링대(66)에는, 일단을 배기터빈(18)측으로 돌출시키고, 타단을 압축기(20)측으로 돌출시킨 회전축(22)이 관통하고 있다. 또, 베어링대(66)에는, 터빈 케이싱(50)과, 압축기 케이싱(56)이 접속되어 있다. 이들 터빈 케이싱(50)과, 베어링대(66)와, 압축기 케이싱(56)은, 복수의 볼트(도시하지 않음)에 의하여 일체로 체결되어 있다.
베어링대(66)에는, 저널 베어링(도시하지 않음)과, 스러스트 베어링(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 이들 저널 베어링은, 배기터빈(18)측의 근방과, 압축기(20)측의 근방에 마련되어 있다. 이들 저널 베어링에 의하여, 회전축(22)은, 축을 중심으로 한 회전이 가능하게 되고, 또한, 베어링대(66)에 의하여 지지되어 있다.
또한 회전축(22)의 반경방향 외주를 향하여 돌출되어 마련되어 있는 스러스트 컬러(도시하지 않음)의 양측에 배치되어 있는 스러스트 베어링에 의하여, 배기가스가 터빈날개(54)에 작용하여 회전축(22)이 축방향으로 이동하는 것을 규제함과 함께, 회전축(22)을 중심으로 하는 회전이 가능하게 되어 있다.
다음으로, 과급기(14)에 공급된 EGR 가스와 공기의 흐름에 대하여, 도 2를 이용하여 설명한다.
디젤기관(12)의 배기가스 집합관으로부터 터빈 케이싱(50)의 터빈 케이싱 입구(50a)로 배기가스가 유도된다. 터빈 케이싱 입구(50a)에 유도된 배기가스는, 배기가스 통로(50b)를 거쳐 터빈날개(54)로 유도된다. 터빈날개(54)에 유도된 배기가스에 의하여 터빈 디스크(52) 및 회전축(22)이 회전 구동된다. 터빈 디스크(52) 및 회전축(22)을 회전 구동한 배기가스는, 터빈날개(54)로부터 터빈 케이싱 출구(50c)에 유출된다.
회전축(22)에는, 터빈 디스크(52)가 마련되어 있는 단부와 반대단에 임펠러(58)가 마련되어 있으므로, 배기가스에 의하여 회전축(22)이 회전 구동함으로써, 임펠러(58)가 회전 구동한다. 임펠러(58)가 회전 구동함으로써, 사일런서(26)의 외주로부터 공기가 사일런서(26) 내에 흡인된다. 또, 사일런서(26)와 압축기 케이싱(56)의 사이에 마련되어 있는 복귀 가스용 케이싱(24)의 도입구(24a)로부터, 디젤기관(12)의 배기가스의 일부가 EGR 가스로서 복귀 가스용 케이싱(24) 내로 도입된다.
복귀 가스용 케이싱(24)의 내부에 마련되어 있는 대략 원통형상의 혼합부재(62)의 내부에는, 임펠러(58)가 회전 구동함으로써 사일런서(26)를 거쳐 흡인된 공기가 유도된다. 또, 복귀 가스용 케이싱(24)의 도입구(24a)로부터 복귀 가스용 케이싱(24) 내에 도입된 EGR 가스는, 혼합부재(62)에 마련되어 있는 복수의 구멍(64)으로부터 혼합부재(62)의 내부로 유도된다. 이로써, 혼합부재(62)의 내부를 통과하는 공기에 EGR 가스를 균일하게 혼합할 수 있다.
이와 같이, 혼합부재(62)의 내부에서 균일하게 혼합된 공기와 EGR 가스는, 혼합기체가 되어 압축기 케이싱 입구(56a)로부터 압축기 케이싱(56)의 내부에 흡인된다. 압축기 케이싱(56)의 내부에 흡인된 혼합기체는, 회전 구동하고 있는 임펠러(58)에 의하여 압축된다. 임펠러(58)에 의하여 압축된 혼합기체는, 와류실(56b)을 거쳐 압축기 케이싱 출구(56c)로부터 배출된다.
이와 같이 과급기(14)에서 압축된 혼합기체는, 디젤기관(12)에 공급된다. 이로써, 디젤기관(12)에는, 과급기(14)에 의하여 공기와 EGR 가스가 충분히 혼합된 혼합기체가 공급된다.
여기에서, 본 실시형태에 관한 압력센서(38)는, 일례로서, 사일런서(26)의 공기 입구의 단면 근방에 구비된다. 배기가스가 누출될 가능성이 있는 사일런서(26)의 단면 근방에 압력센서(38)가 구비됨으로써, 압력센서(38)가 다른 장소에 구비되는 경우에 비하여, 상세를 후술하는 블로어 회전수 제어부(42)에 의한 제어의 응답성이 좋다. 다만, 이에 한정하지 않고, 압력센서(38)는, 복귀 가스용 케이싱(24)의 EGR 가스 입구의 단면 근방(압력센서(38_A))이나 복귀 가스용 케이싱(24)의 외주부(압력센서(38_B))에 마련되어도 된다.
다음으로 블로어 회전수 제어부(42)에 의한 제어에 대하여 상세하게 설명한다.
블로어 회전수 제어부(42)는, 압력센서(38)에 의한 압력 측정치(이하 "컴프레서 흡입압력(Psuc)" 이라고 함)가 대기압 미만이 되도록, EGR 블로어(16)의 회전수를 제어한다. 블로어 회전수 제어부(42)는, 컴프레서 흡입압력(Psuc)을 대기압 미만으로 함으로써, 압축기(20)로 송출되는 배기가스의 압력이 대기압에 대하여 부압이 된다. 압축기(20)로 송출되는 배기가스의 압력이, 대기압에 대하여 부압이 되면 사일런서(26)로부터 배기가스가 계외로 누출되는 일은 없다.
블로어 회전수 제어부(42)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), 및 컴퓨터 독취 가능한 기록 매체 등으로 구성되어 있다. 그리고, 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리는, 일례로서, 프로그램의 형식으로 기록 매체 등에 기록되어 있으며, 이 프로그램을 CPU가 RAM 등에 독출하여, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 각종 기능이 실현된다.
도 3은, 블로어 회전수 제어부(42)의 기능 블록도이다. 다만, 본 실시형태에서는, EGR 밸브(32)의 개방도는 일정(예를 들면 완전 개방)하게 되어 있다.
본 실시형태에 관한 블로어 회전수 제어부(42)는, 디젤기관(12)으로 공급되는 산소 농도에 따라 산출된 EGR 블로어(16)의 회전수를, 컴프레서 흡입압력(Psuc)이 대기압 미만이 되도록 보정한다.
이로써, 블로어 회전수 제어부(42)는, 디젤기관(12)으로 공급되는 산소 농도를 기준으로 EGR 블로어(16)의 회전수가 제어되므로, 디젤기관(12)의 성능의 저하를 억제하면서, 디젤기관(12)에 송출되어야 할 EGR 가스가 계외로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 블로어 회전수 제어부(42)는, 컴프레서 흡입압력(Psuc)이, 소기압력(Ps) 또는 과급기 회전수(Nt)에 따른 상한치 이하가 되도록, EGR 블로어(16)의 회전수를 제어한다. 다만, 과급기 회전수(Nt)는, 즉 압축기(20)의 회전수이다.
이로써, 블로어 회전수 제어부(42)는, 디젤기관(12)에 송출되어야 할 EGR 가스가 계외로 누출되는 것을 방지함과 함께, EGR 가스를 디젤기관(12)의 동작에 따른 적정한 양으로 할 수 있다.
먼저, 목표 O2농도 산출부(70)가, 디젤기관(12)의 부하(이하 "엔진 부하" 라고 함)에 근거하여, 디젤기관(12)으로 공급하는 O2농도의 목표치(이하 "목표 O2농도"라고 함)를 산출하여, 목표 O2농도를 감산부(72A)로 출력한다. 다만, 목표 O2농도 산출부(70)는, 일례로서, 엔진 부하와 목표 O2농도의 관계를 나타낸 맵을 구비하고, 그 맵에 근거하여 목표 O2농도를 산출한다.
감산부(72A)는, 현재 O2농도와 목표 O2농도의 차분치(현재 O2농도-목표 O2농도)를 산출하여, 차분치를 주파수 보정량 산출부(74A)로 출력한다.
주파수 보정량 산출부(74A)는, (1) 식에 나타나는 바와 같이 상기 차분치에 환산 계수(α)를 곱함으로써, EGR 블로어(16)의 회전수를 나타내는 주파수의 보정량인 주파수 보정량(A)을 산출하여, 주파수 보정량(A)을 비교부(76)로 출력한다. 환산 계수(α)는 정의 값이다.
주파수 보정량(A)=α × 현재 O2농도 - 목표 O2농도)…(1)
상한치 산출부(78A)는, 소기압력(Ps)에 근거한 컴프레서 흡입압력(Psuc)의 상한치(이하 "흡입압력 상한치(PA)" 라고 함)를 산출하여, 흡입압력 상한치(PA)를 감산부(72B1)로 출력한다. 상한치 산출부(78A)는, 일례로서, 소기압력(Ps)과 컴프레서 흡입압력(Psuc)의 관계를 나타낸 맵을 구비하고, 그 맵에 근거하여 흡입압력 상한치(PA)를 산출한다.
상한치 산출부(78B)는, 과급기 회전수(Nt)에 근거한 컴프레서 흡입압력(Psuc)의 상한치(이하 "흡입압력 상한치(PB)" 라고 함)를 산출하여, 흡입압력 상한치(PB)를 감산부(72B2)로 출력한다. 상한치 산출부(78B)는, 일례로서, 과급기 회전수(Nt)와 컴프레서 흡입압력(Psuc)의 관계를 나타낸 맵을 구비하고, 그 맵에 근거하여 흡입압력 상한치(PB)를 산출한다.
흡입압력 상한치(PA) 및 흡입압력 상한치(PB)는, 컴프레서 흡입압력(Psuc)을 대기압 미만으로 하기 위한 상한치이다.
또, 흡입압력 상한치(PA) 및 흡입압력 상한치(PB)는, 선박의 운항으로 상정되는 디젤기관(12)의 부하 변동에 따른 허용 오차를 가지는 것으로 한다.
선박에 구비되는 디젤기관(12)의 부하는, 기상 조건 등에 따라 급격하게 변동하는 경우가 있다. 흡입압력 상한치(PA) 및 흡입압력 상한치(PB)에 허용 오차를 갖게 함으로써, 블로어 회전수 제어부(42)는, 디젤기관(12)의 부하가 급격하게 증가하여, 이에 따라 배기 압력이 상승한 경우에도, 디젤기관(12)에 송출되어야 할 배기가스가 계외로 누출되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
또, 압축기(20)의 흡입압력은 대기압에 대하여 부압이 되어야 하기 때문에, 컴프레서 흡입압력(Psuc), 흡입압력 상한치(PA), 및 흡입압력 상한치(PB)는, 부의 값이 된다.
감산부(72B1)는, 흡입압력 상한치(PA)와 컴프레서 흡입압력(Psuc)의 차분치(흡입압력 상한치(PA)-컴프레서 흡입압력(Psuc))를 산출하여, 차분치를 주파수 보정량 산출부(74B1)로 출력한다.
주파수 보정량 산출부(74B1)는, (2) 식에 나타나는 바와 같이 상기 차분치에 환산 계수(β1)를 곱함으로써, EGR 블로어(16)의 주파수 보정량(B1)을 산출하여, 주파수 보정량(B1)을 비교부(80)로 출력한다. 환산 계수(β1)는 정의 값이다.
주파수 보정량(B1)=β1 × 흡입압력 상한치(PA) － 컴프레서 흡입압력(Psuc)) …(2)
감산부(72B2)는, 흡입압력 상한치(PB)와 컴프레서 흡입압력(Psuc)의 차분치(흡입압력 상한치(PB)-컴프레서 흡입압력(Psuc))를 산출하여, 차분치를 주파수 보정량 산출부(74B2)로 출력한다.
주파수 보정량 산출부(74B2)는, (3) 식에 나타나는 바와 같이 상기 차분치에 환산 계수(β2)를 곱함으로써, EGR 블로어(16)의 주파수 보정량(B2)을 산출하여, 주파수 보정량(B2)을 비교부(80)로 출력한다. 환산 계수(β2)는 정의 값이다.
주파수 보정량(B2)=β2 × 흡입압력 상한치(PB)-컴프레서 흡입압력(Psuc)) …(3)
비교부(80)는, 주파수 보정량(B1)과 주파수 보정량(B2)을 비교함으로써, 그 중 낮은 쪽을 선택하여, 주파수 보정량(B)으로서 비교부(76)로 출력한다.
비교부(76)는, 주파수 보정량(B)이 0(영) 또는 부의 값인 경우(B=0), 주파수 보정량(B)을 가산부(82)로 출력하고, 주파수 보정량(B)이 정의 값인 경우(B＞0), 주파수 보정량(A)을 가산부(82)로 출력한다.
가산부(82)는, EGR 블로어(16)의 현재의 주파수에 주파수 보정량(A) 또는 주파수 보정량(B)을 가산하여, EGR 블로어(16)의 주파수 지령치로 하여 EGR 블로어(16)로 출력한다.
이와 같이, 도 3에 나타나는 블로어 회전수 제어부(42)의 제어에 의하면, 컴프레서 흡입압력(Psuc)이 흡입압력 상한치(PA) 또는 흡입압력 상한치(PB)보다 높은 경우, 환산 계수(β2, β1)는 정의 값이기 때문에, 산출되는 주파수 보정량(B1, B2)은 부의 값이 된다.
이로 인하여, 블로어 회전수 제어부(42)는, EGR 블로어(16)의 현재 주파수에 대하여, 부의 값인 주파수 보정량(B)을 가산한 주파수 지령치를 EGR 블로어(16)로 출력함으로써, EGR 블로어(16)의 주파수를 현재보다 낮춘다. 이로써, 복귀 가스용 케이싱(24)으로 유도되는 EGR 가스가 부압이 되어, EGR 가스가 계외로 누출되는 것이 방지된다.
다만, 주파수 보정량(B)이 0인 경우, 블로어 회전수 제어부(42)는, EGR 블로어(16)의 주파수를 보정할 필요가 없기 때문에, 0인 주파수 보정량(B)을 가산부(82)로 출력하여, 보정을 행하지 않고 주파수 지령치를 EGR 블로어(16)로 출력한다.
한편, 주파수 보정량(A)이 정의 값인 경우에는, 현재 O2농도가 목표 O2농도보다 높아, 배기가스 혼합량이 부족한 것을 나타내고 있다.
이로 인하여, 블로어 회전수 제어부(42)는, 주파수 보정량(A)과 함께 주파수 보정량(B)이 정의 값인 경우, EGR 블로어(16)의 현재 주파수에 대하여, 정의 값인 주파수 보정량(A)을 가산한 주파수 지령치를 EGR 블로어(16)에 출력함으로써, EGR 블로어(16)의 주파수를 현재보다 높인다. 이로써, 복귀 가스용 케이싱(24)으로 유도되는 EGR 가스의 양이 많아져, 배기가스 혼합량이 증가한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 탈질장치(10)는, 디젤기관(12)이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈(18), 배기터빈(18)이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 EGR 가스를 압축하여, 디젤기관(12)에 송출하는 압축기(20), 공기와 EGR 가스를 혼합하여 흡입구로 유도하는 복귀 가스용 케이싱(24), 복귀 가스용 케이싱(24)에 접속되어, 공기를 복귀 가스용 케이싱(24)으로 유도하는 사일런서(26), 배기가스의 일부를 EGR 가스로 하여 복귀 가스용 케이싱(24)으로 송출하는 EGR 블로어(16)를 구비한다. 그리고, 탈질장치 제어장치(40)는, 압축기(20)에 유도되는 기체의 압력을 측정하여, 컴프레서 흡입압력(Psuc)이 대기압 미만이 되도록, EGR 블로어(16)의 회전수를 제어한다.
따라서, 본 실시형태에 관한 탈질장치 제어장치(40)는, 디젤기관(12)에 송출되어야 할 EGR 가스가 계외로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을, 상기 실시형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 실시형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있으며, 그 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 블로어 회전수 제어부(42)가, 컴프레서 흡입압력(Psuc)을 소기압력(Ps) 및 과급기 회전수(Nt)에 따른 상한치 이하로 하도록 EGR 블로어(16)의 회전수를 제어하는 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니다. 블로어 회전수 제어부(42)는, 예를 들면, 엔진 부하나 엔진 회전수에 따른 상한치 이하가 되도록, EGR 블로어(16)의 회전수를 제어하는 형태로 해도 된다. 또, 블로어 회전수 제어부(42)는, 블로어 회전수 제어부(42)는, 컴프레서 흡입압력(Psuc)이 소기압력(Ps), 과급기 회전수(Nt), 엔진 부하, 및 엔진 회전수 중 적어도 하나에 따른 상한치 이하가 되도록 EGR 블로어(16)의 회전수를 제어하는 형태로 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 컴프레서 흡입압력(Psuc)이 대기압 미만이 되도록, EGR 블로어(16)의 회전수를 제어하는 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴프레서 흡입압력(Psuc)이 대기압 미만이 되도록 제어되면 되고, 예를 들면, 탈질장치 제어장치(40)가, 컴프레서 흡입압력(Psuc)을 대기압 미만으로 하도록, EGR 블로어(16) 대신에 EGR 밸브(32)의 개방도를 제어하는 형태나, EGR 블로어(16)와 함께 EGR 밸브(32)의 개방도를 제어하는 형태로 해도 된다.
10 탈질장치
12 디젤기관
16 EGR 블로어
18 배기터빈
20 압축기
24 복귀 가스용 케이싱
26 사일런서
38 압력센서
40 탈질장치 제어장치
42 블로어 회전수 제어부

Claims (9)

  1. 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈과,
    상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스의 일부를 압축하여, 상기 내연기관에 송출하는 압축기와,
    상기 공기와 상기 배기가스를 혼합하여 상기 흡입구로 유도하는 혼합수단과,
    상기 혼합수단에 접속되어, 상기 공기를 상기 혼합수단으로 유도하는 공기 도입수단과,
    상기 배기가스를 상기 혼합수단으로 송출하는 블로어
    를 구비하는 탈질장치의 제어장치로서,
    상기 공기 도입수단의 공기 입구의 단면 근방에 구비되고, 상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을 측정하는 압력 측정수단과,
    상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 회전수 제어수단을 구비하는 탈질장치의 제어장치.
  2. 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈과,
    상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스의 일부를 압축하여, 상기 내연기관에 송출하는 압축기와,
    상기 공기를 상기 압축기로 유도하는 공기 도입수단과,
    상기 배기가스를 상기 압축기로 송출하는 블로어
    를 구비하는 탈질장치의 제어장치로서,
    상기 공기 도입수단의 공기 입구의 단면 근방에 구비되고, 상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을 측정하는 압력 측정수단과,
    상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 회전수 제어수단을 구비하는 탈질장치의 제어장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전수 제어수단은, 상기 압력 측정치가 소기압력, 상기 압축기의 회전수, 상기 내연기관의 부하, 및 상기 내연기관의 회전수 중 어느 하나에 따른 상한치 이하가 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 탈질장치의 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탈질장치는, 선박에 구비되고,
    상기 상한치는, 상기 선박의 운항으로 상정되는 상기 내연기관의 부하 변동에 따른 허용 오차를 가지는 탈질장치의 제어장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전수 제어수단은, 상기 내연기관으로 공급되는 산소 농도에 따라 산출된 상기 블로어의 회전수를, 상기 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록 보정하는 탈질장치의 제어장치.
  6. 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈과,
    상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스의 일부를 압축하여, 상기 내연기관에 송출하는 압축기와,
    상기 공기와 상기 배기가스를 혼합하여 상기 흡입구로 유도하는 혼합수단과,
    상기 혼합수단에 접속되어, 상기 공기를 상기 혼합수단으로 유도하는 공기 도입수단과,
    상기 배기가스를 상기 혼합수단으로 송출하는 블로어와,
    상기 공기 도입수단의 공기 입구의 단면 근방에 구비되고, 상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을 측정하는 압력 측정수단, 및 상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 회전수 제어수단을 가지는 제어장치를 구비하는 탈질장치.
  7. 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈과,
    상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스의 일부를 압축하여, 상기 내연기관에 송출하는 압축기와,
    상기 공기를 상기 압축기로 유도하는 공기 도입수단과,
    상기 배기가스를 상기 압축기로 송출하는 블로어와,
    상기 공기 도입수단의 공기 입구의 단면 근방에 구비되고, 상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을 측정하는 압력 측정수단, 및 상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 회전수 제어수단을 가지는 제어장치를 구비하는 탈질장치.
  8. 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈, 상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스를 압축하여 상기 내연기관에 송출하는 압축기, 상기 공기와 상기 배기가스를 혼합하여 상기 흡입구로 유도하는 혼합수단, 상기 혼합수단에 접속되어 상기 공기를 상기 혼합수단으로 유도하는 공기 도입수단, 및 상기 배기가스를 상기 혼합수단으로 송출하는 블로어를 구비하는 탈질장치의 제어방법으로서,
    상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을, 상기 공기 도입수단의 공기 입구의 단면 근방에 구비된 압력 측정수단에 의하여 측정하는 제1 공정과,
    상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 제2 공정을 포함하는 탈질장치의 제어방법.
  9. 내연기관이 배출하는 배기가스에 의하여 회전 구동되는 배기터빈, 상기 배기터빈이 회전 구동함으로써 흡입구로부터 흡인한 공기 및 상기 배기가스를 압축하여 상기 내연기관에 송출하는 압축기, 상기 공기를 상기 압축기로 유도하는 공기 도입수단, 및 상기 배기가스를 상기 압축기로 송출하는 블로어를 구비하는 탈질장치의 제어방법으로서,
    상기 압축기에 유도되는 기체의 압력을, 상기 공기 도입수단의 공기 입구의 단면 근방에 구비된 압력 측정수단에 의하여 측정하는 제 1 공정과,
    상기 압력 측정수단에 의한 압력 측정치가 대기압 미만이 되도록, 상기 블로어의 회전수를 제어하는 제 2 공정을 포함하는 탈질장치의 제어방법.
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