KR101939674B1 - Combustion engine system - Google Patents

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맨 에너지 솔루션즈 필리얼 아프 맨 에너지 솔루션즈 에스이 티스크랜드
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Abstract

The present invention relates to a combustion engine system that is capable of reducing soot in a chamber of an NO_x reduction unit. According to the present invention, the combustion engine system includes: an internal combustion engine for generating exhaust gas in which soot is contained; a turbocharger driven by the exhaust gas; and an NO_x reduction unit disposed above the turbocharger and connected to the internal combustion engine through a fluid to purify the exhaust gas generated from the internal combustion engine. The NO_x reduction unit on which soot is covered comprises: a chamber; a catalytic reactor housing including an inlet pipe and an outlet pipe; and one or more catalytic elements arranged between the inlet pipe and the outlet pipe in the catalytic reactor housing, wherein the combustion engine system further includes a soot removing unit. The soot removing unit includes: a valve fluid-connected to an opening of the catalytic reactor housing, in which the valve has an open position where at least a portion of the exhaust gas in the catalytic reactor housing is discharged to the soot removing unit; a receiver having a receiver sectional area, a receiver inlet, and a ventilating port; and a conduit for fluid-connecting the receiver inlet to the valve and having a smaller sectional area than the receiver sectional area. In addition, the present invention relates to a method that is capable of reducing soot in the chamber of the NO_x reduction unit of the combustion engine system.

Description

연소 엔진 시스템{COMBUSTION ENGINE SYSTEM}Combustion Engine System {COMBUSTION ENGINE SYSTEM}

본 발명은, 연소 엔진 시스템 및 본 발명에 따른 연소 엔진 시스템에서 NOx 저감 유닛(reduction unit)의 챔버 내의 그을음(soot)을 줄이기 위한 그을음 저감 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a combustion engine system and a soot reduction method for reducing soot in a chamber of a NO x reduction unit in a combustion engine system according to the present invention.

내연 엔진(internal combustion engine)으로부터 나오는 배기 가스는 촉매 반응기에서 NOx 방출(emission)을 줄이기 위해 정화된다. 정화 공정 동안, 그을음이 반응기 하우징 내에 침착되며 SCR 반응기 내의 촉매 요소들의 표면들 상에 침착된다. 표면들로부터 그을음을 쓸어내기 위해, 미리 결정된 간격들마다 고압 공기가 주입되어 그을음을 느슨하게 하며, 느슨해진 그을음을 가스가 반응기 하우징 밖으로 운반한다. 그러나, 고압 공기는 그을음을 느슨하게 하는데 그다지 효율적이지 않으며 많은 장비, 즉, 값 비싸며 수리 또는 교체가 어려울 수 있는 고압 파이프들 및 노즐들을 필요로 한다. WO2006/091136은 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 정화하기 위해 적용되는 가스 흐름 내의 미립자들을 제거하기 위한 장치를 개시하고 있다.The exhaust gas from the internal combustion engine is purified to reduce NO x emissions in the catalytic reactor. During the purging process, soot is deposited in the reactor housing and deposited on the surfaces of the catalytic elements in the SCR reactor. To sweep the soot off the surfaces, high pressure air is injected at predetermined intervals to loosen the soot and to transfer the loosened soot out of the reactor housing. However, high pressure air is not very efficient in loosening soot and requires many equipment, i.e., high pressure pipes and nozzles that are costly and difficult to repair or replace. WO 2006/091136 discloses an apparatus for removing particulates in a gas stream which is applied to purify the exhaust gas from an internal combustion engine.

그러므로 본 발명의 목적은 종래 기술의 위의 단점들 및 결점들을 전체적으로 또는 부분적으로 극복하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 그을음을 제거하는데 더 효율적이고 및/또는 더 적은 장비를 필요로 하는 개선된 연소 엔진 시스템을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to overcome the above disadvantages and drawbacks of the prior art in whole or in part. More specifically, it is an object of the present invention to provide an improved combustion engine system that is more efficient at removing soot and / or requires less equipment.

아래의 설명으로부터 명백해지는 다수의 다른 목적들, 장점들 및 특징들과 함께 위의 목적들은 연소 엔진 시스템에 의한 본 발명에 따른 해결책에 의해 달성되며, 연소 엔진 시스템은:These and other objects, advantages and features, which will be apparent from the following description, are attained by a solution according to the invention by a combustion engine system, wherein the combustion engine system comprises:

그을음을 포함하는 배기 가스를 발생하는 내연 엔진,An internal combustion engine for generating an exhaust gas containing soot,

배기 가스에 의해 구동되는 터보차저, 및A turbocharger driven by exhaust gas, and

터보차저의 상류에 배열되고 내연 엔진과 유체 연결되어 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 정화하기 위한 NOx 저감 유닛을 포함하고, And an NO x reduction unit arranged upstream of the turbo charger and in fluid communication with the internal combustion engine for purifying the exhaust gas from the internal combustion engine,

그을음이 침착되는 NOx 저감 유닛은:The soot deposited NO x reduction unit is:

챔버, 입구 파이프 및 출구 파이프를 갖는 촉매 반응기 하우징, 및A catalytic reactor housing having a chamber, an inlet pipe and an outlet pipe, and

촉매 반응기 하우징의 챔버에서 입구 파이프와 출구 파이프 사이에 배열된 하나 또는 그 초과의 촉매 요소(들)를 포함하고,(S) arranged in the chamber of the catalytic reactor housing between an inlet pipe and an outlet pipe,

상기 연소 엔진 시스템은 그을음 제거 유닛을 더 포함하고, 그을음 제거 유닛은:The combustion engine system further comprising a soot removal unit, wherein the soot removal unit comprises:

촉매 반응기 하우징의 개구부와 유체 연통하는 밸브 ― 밸브는 촉매 반응기 하우징 내의 배기 가스의 적어도 일부가 그을음 제거 유닛 쪽으로 빠져나갈 수 있게 하는 개방 위치를 가짐 ―,The valve-valve in fluid communication with the opening of the catalytic reactor housing has an open position to allow at least a portion of the exhaust gas in the catalytic reactor housing to escape towards the soot removal unit,

수용기 단면적 및 수용기 입구와 통기 포트를 갖는 수용기, 및A receiver having a receiver cross-sectional area and a receiver inlet and a vent port, and

수용기 입구를 밸브와 유체 연결하고 수용기 단면적보다 작은 도관 단면적을 갖는 도관을 포함한다.And a conduit fluidly connecting the receiver inlet to the valve and having a cross-sectional area of the conduit smaller than the cross-sectional area of the receiver.

도관으로 수용기 입구를 밸브와 유체 연결하고 도관 단면적을 수용기 단면적보다 작게 함으로써, 촉매 반응기 하우징 내에는 그을음의 적어도 일부를 느슨하게 하는 음향파가 제공된다.By fluidly connecting the receiver inlet to the conduit with the conduit and making the conduit cross-sectional area smaller than the receiver cross-sectional area, an acoustic wave is provided within the catalytic reactor housing that loosens at least a portion of the soot.

개구부는 하나 또는 그 초과의 촉매 요소(들) 상류의 챔버에 배열될 수 있다.The openings may be arranged in a chamber upstream of one or more of the catalytic element (s).

더욱이, 개구부는 챔버에서 챔버의 중간 부분보다 입구 파이프에 더 가깝게 배열될 수 있다. 개구부를 챔버의 중간 부분보다 입구 파이프에 더 가깝게 함으로써, 챔버 내에는 그을음을 느슨하게 하는 역류가 생성된다.Furthermore, the opening can be arranged closer to the inlet pipe than to the middle part of the chamber in the chamber. By making the opening closer to the inlet pipe than the middle part of the chamber, backflow is created in the chamber which loosens the soot.

또한, 개구부는 챔버에서 챔버의 중간 부분보다 출구 파이프에 더 가깝게 배열될 수 있다.Further, the opening may be arranged closer to the outlet pipe than the middle part of the chamber in the chamber.

또한, 개구부는 입구 파이프에 배열될 수 있다.Further, the openings can be arranged in the inlet pipe.

또한, 개구부는 챔버의 중간 부분에서 촉매 요소들 사이에 배열될 수 있다.The openings may also be arranged between the catalytic elements in the middle part of the chamber.

그 뿐만 아니라, 통기 포트는 터보차저의 하류에 유체 연결되는 통기 파이프와 유체 연결될 수 있다.In addition, the vent port may be in fluid communication with a vent pipe that is fluidly connected downstream of the turbocharger.

그을음 제거 유닛은 여러 개의 개구부들을 가질 수 있고, 각각의 개구부는 도관에 유체 연결된 밸브를 갖는다.The soot removal unit may have a plurality of openings, each opening having a valve fluidly connected to the conduit.

또한, 모든 도관들은 개구부들을 수용기와 유체 연결할 수 있다.Also, all conduits can fluidly connect the openings with the receiver.

더욱이, 그을음 제거 유닛은 여러 개의 수용기들을 가질 수 있고, 각각의 수용기는 도관들 중 하나에 연결된다.Furthermore, the soot removal unit may have several receptors, each receptacle being connected to one of the conduits.

또한, 도관 단면적은 수용기 단면적의 50 % 미만, 바람직하게는 30 % 미만일 수 있다.Also, the cross-sectional area of the conduit may be less than 50%, preferably less than 30% of the cross-sectional area of the receiver.

또한, 도관은 도관 단면적의 직경보다 큰 도관 길이를 가질 수 있다.Also, the conduit may have a conduit length greater than the diameter of the conduit cross-sectional area.

또한, 도관은 도관 단면적의 직경보다 10 % 큰, 바람직하게는 도관 단면적의 직경보다 25 % 큰, 더 바람직하게는 도관 단면적의 직경보다 50 % 큰 도관 길이를 가질 수 있다.Also, the conduit may have a conduit length that is 10% greater than the diameter of the conduit cross-sectional area, preferably 25% greater than the diameter of the conduit cross-sectional area, more preferably 50% greater than the diameter of the conduit cross-sectional area.

그뿐만 아니라, 챔버는 챔버 용적을 가질 수 있으며, 수용기는 챔버 용적의 20 % 미만, 바람직하게는 챔버 용적의 10 % 미만인 수용기 용적을 가질 수 있다.In addition, the chamber may have a chamber volume, and the receiver may have a receiver volume that is less than 20% of the chamber volume, preferably less than 10% of the chamber volume.

또한, 방음(sound insulating) 유닛이 그을음 제거 유닛 및/또는 NOx 저감 유닛을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.Also, a sound insulating unit may at least partially surround the soot removal unit and / or the NO x abatement unit.

그을음 제거 유닛은 밸브의 개구부를 제어하기 위한 밸브 제어기를 가질 수 있다.The soot removal unit may have a valve controller for controlling the opening of the valve.

또한, NOx 저감 유닛은 터보차저의 고압 측상에 배열될 수 있다.In addition, NO x reduction unit can be arranged on the high pressure side of the turbocharger.

더욱이, 밸브 제어기는 타이머를 포함할 수 있다.Moreover, the valve controller may include a timer.

또한, 그을음 제거 유닛은 그을음 센서를 가질 수 있다.Also, the soot removal unit may have a soot sensor.

상기 그을음 센서는 압력 센서일 수 있다.The soot sensor may be a pressure sensor.

본 발명에 따른 연소 엔진 시스템은 NOx 저감 유닛의 상류에 배치된 제2 터보차저를 더 포함할 수 있다.Combustion engine system according to the present invention may further include a second turbocharger arranged upstream of the NO x reduction unit.

그뿐만 아니라, 연소 엔진 시스템의 내연 엔진은 2 행정 또는 4 행정 내연 엔진일 수 있다.In addition, the internal combustion engine of the combustion engine system may be a two-stroke or four-stroke internal combustion engine.

연소 엔진 시스템은 배기 가스 수용기를 더 포함할 수 있다.The combustion engine system may further include an exhaust gas receiver.

또한, 연소 엔진 시스템은 소기 가스 수용기(scavenging gas receiver)를 더 포함할 수 있다.In addition, the combustion engine system may further include a scavenging gas receiver.

더욱이, 연소 엔진 시스템은 열교환기, 예를 들어 보일러를 더 포함할 수 있다Moreover, the combustion engine system may further comprise a heat exchanger, for example a boiler

체크 밸브가 통기 파이프에 배열될 수 있다.A check valve may be arranged in the vent pipe.

내연 엔진은 적어도 0.05 %의 황 함량을 갖는 연료에 의해 동력을 공급받을 수 있다.The internal combustion engine can be powered by fuel having a sulfur content of at least 0.05%.

상기 내연 엔진은 대형의 2 행정 내연 엔진일 수 있다.The internal combustion engine may be a large two-stroke internal combustion engine.

또한, 연소 엔진 시스템은 적어도 200 리터의 용적을 갖는 하나 또는 그 초과의 촉매 반응기 하우징(들)을 포함할 수 있다.The combustion engine system may also include one or more catalytic reactor housing (s) having a volume of at least 200 liters.

NOx 저감 유닛은 저감제 공급 유닛을 더 포함할 수 있고, 저감제 공급 유닛은 NOx 저감 유닛에 들어갈 때 또는 들어가기 전에 상당량의 저감제를 배기 가스에 투여하기 위한 투여 유닛을 포함할 수 있다.The NO x abatement unit may further comprise a abatement agent supply unit and the abatement agent supply unit may comprise a dosage unit for administering a significant amount of abatement agent to the exhaust gas when entering or entering the NO x abatement unit.

또한, NOx 저감 유닛은 NOx 저감 유닛에 공급되는 상당량의 저감제를 줄이도록 적응된 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.In addition, the NO x abatement unit may further include a control unit adapted to reduce a substantial amount of abatement agent supplied to the NO x abatement unit.

또한, 저감제는 암모니아를 포함할 수 있다.In addition, the reducing agent may include ammonia.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 연소 엔진 시스템에서 NOx 저감 유닛의 챔버 내의 그을음을 줄이기 위한 그을음 저감 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,The present invention also relates to a soot reduction method for reducing soot in a chamber of a NO x reduction unit in a combustion engine system according to the present invention,

배기 가스의 일부가 도관 쪽으로 빠져나갈 수 있게 하며 추가로 챔버 내로 전달되어 챔버 내의 그을음의 일부를 느슨하게 하는 음향파를 발생하는 수용기 쪽으로 빠져나갈 수 있게 하기 위한 밸브를 개방하는 단계,Opening a valve to allow a portion of the exhaust gas to escape to the conduit and further into the chamber to escape to the receiver producing an acoustic wave that loosens a portion of the soot in the chamber,

밸브를 폐쇄하는 단계, 및Closing the valve, and

수용기를 통기시키는 단계를 포함한다.And venting the receiver.

본 발명 및 본 발명의 많은 장점들은 예시의 목적으로 일부 비 제한적인 실시예를 도시하는 첨부의 개략적인 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은, 터보차저의 고압 측에서 NOx 저감 유닛을 갖는 연소 엔진 시스템의 다이어그램을 도시한다
도 2는, NOx 저감 유닛 및 그을음 제거 유닛을 도시한다.
도 3은, 그을음 제거 유닛을 사시도로 도시한다.
도 4는, 2 개의 개구부들을 갖는 다른 NOx 저감 유닛 및 개구부들에 연결된 2 개의 도관들을 갖는 다른 그을음 제거 유닛을 도시한다.
도 5는, 촉매 요소들 상류의 개구부 및 촉매 요소들 하류의 개구부를 갖고, 각각의 개구부가 그을음 제거 유닛에 연결되는, 다른 NOx 저감 유닛을 도시한다.
도 6은, 터보차저의 고압 측에서 NOx 저감 유닛을 갖는 다른 연소 엔진 시스템의 다이어그램을 도시한다.
도면들 모두가 매우 개략적이고 반드시 축척대로 도시되는 것은 아니며, 도면들은 본 발명을 더 자세히 설명하기 위해 필요한 부분들만을 도시하며, 다른 부분들은 생략되거나 단지 제안될 뿐이다.The present invention and many of its advantages will be described in more detail below with reference to the accompanying schematic drawings, which illustrate, by way of example, some non-limiting embodiments.
1 shows a diagram of a combustion engine system having an NO x reduction unit on the high pressure side of a turbocharger
Fig. 2 shows a NO x reduction unit and a soot removal unit.
3 is a perspective view of the soot removing unit.
Figure 4 shows another NO x abatement unit with two openings and another soot removal unit with two conduits connected to the openings.
Figure 5 shows another NO x abatement unit having an opening upstream of the catalytic elements and an opening downstream of the catalytic elements, with each opening connected to a soot removal unit.
6 shows a diagram of another combustion engine system having an NO x reduction unit on the high pressure side of the turbocharger.
All of the Figures are very schematic and not necessarily drawn to scale, and the Figures show only those parts that are necessary to explain the invention in more detail, the other parts being omitted or only suggested.

도 1은 배기 가스를 발생하는 내연 엔진(2)을 포함하는 연소 엔진 시스템(1)을 도시한다. 연소 엔진 시스템(1)은 터보차저(3)의 고압 측상의 배기 가스에 의해 구동되는 터보차저(3)를 포함한다. 연소 엔진 시스템(1)은 선택적 촉매 저감(selective catalytic reduction, SCR)에 의해 내연 엔진(2)으로부터 나오는 배기 가스를 정화하기 위해 내연 엔진(2)과 유체 연결되는, 터보차저의 상류에 배열된, 즉, 터보차저(3)의 고압 측 상에 배열된 NOx 저감 유닛(4)을 더 포함한다. NOx 저감 유닛(4)은 챔버(6), 입구 파이프(7), 출구 파이프(8) 및 촉매 반응기 하우징(5)의 챔버(6)에서 입구 파이프(7)와 출구 파이프(8) 사이에서 배열된 하나 또는 그 초과의 촉매 요소(들)(9)을 갖는 촉매 반응기 하우징(5)을 포함한다. NOx 저감 유닛(4)에서, 배기 가스 정화 동안 그을음이 촉매 요소(들)(9) 상에 침착되며 촉매 반응기 하우징(5) 내부의 모든 표면들 상에 침착된다. 그러므로 연소 엔진 시스템(1)은 특정 간격마다, 그을음을 제거하기 위한 그을음 제거 유닛(10)을 더 포함한다. 그을음 제거 유닛(10)은 촉매 반응기 하우징(5)의 개구부(12)에 있는 밸브(11)와 유체 연결되며, 밸브(11)는 개구부(12)가 차단되는 폐쇄 위치 및 촉매 반응기 하우징(5) 내의 배기 가스의 적어도 일부가 그을음 제거 유닛(10) 쪽으로 빠져나갈 수 있게 하는 개방 위치를 갖는다.Fig. 1 shows a combustion engine system 1 including an internal combustion engine 2 for generating exhaust gas. The combustion engine system 1 includes a turbocharger 3 which is driven by exhaust gas on the high-pressure side of the turbocharger 3. The combustion engine system 1 is arranged upstream of a turbocharger in fluid communication with an internal combustion engine 2 for purifying exhaust gas from an internal combustion engine 2 by selective catalytic reduction (SCR) That is, the NO x reduction unit 4 arranged on the high-pressure side of the turbocharger 3. The NO x abatement unit 4 is provided between the inlet pipe 7 and the outlet pipe 8 in the chamber 6, the inlet pipe 7, the outlet pipe 8 and the chamber 6 of the catalytic reactor housing 5 And a catalytic reactor housing (5) having one or more catalytic element (s) (9) arranged therein. In the NO x abatement unit 4, soot is deposited on the catalyst element (s) 9 during exhaust gas purification and deposited on all surfaces within the catalytic reactor housing 5. Therefore, the combustion engine system 1 further comprises a soot removal unit 10 for removing soot at specific intervals. The soot removal unit 10 is in fluid communication with the valve 11 in the opening 12 of the catalytic reactor housing 5 and the valve 11 is in the closed position in which the opening 12 is blocked and in the catalytic reactor housing 5, So that at least a portion of the exhaust gas in the exhaust gas can escape to the soot removal unit 10 side.

도 3에 도시된 바와 같이, 그을음 제거 유닛(10)은 수용기 단면적(AR) 및 수용기 입구(15)와 통기 포트(16)를 갖는 수용기(14)를 포함하며, 추가로 수용기 입구(15)를 밸브(11)와 유체 연결하는 도관(17)을 포함한다. 도관(17)은 수용기(14)에서 및 그래서, 파가 이동할 때는 또한, 촉매 반응기 하우징(5)에서 촉매 반응기 하우징(5) 내의 그을음 및 촉매 요소들(9) 상의 그을음의 적어도 일부를 느슨해지도록 음향파를 먼저 제공하기 위한 수용기 단면적(AR)보다 작은 도관 단면적(AC)을 갖는다. 그을음 제거 유닛(10) 쪽으로 빠져나가는 배기 가스는 NOx 저감 유닛(4) 쪽으로 이동하는 정재파를 생성하여 그 안에서 그을음을 느슨하게 한다. 밸브(11)가 개방됨에 따라, 매우 높은 압력을 갖는 배기 가스는 도관(17) 쪽으로 빠져나가고 추가로 실질적으로 더 낮은 압력을 갖는 수용기(14) 쪽으로 빠져나가며, 도관 단면적(AC)이 수용기 단면적(AR)보다 작기 때문에, 헬름홀츠 공진기(Helmboltz resonator)와 유사하게 음향파가 발생된다. 음향파는 국부적인 가스 흐름에서 급격한 순간적인 변화들을 일으켜서, 촉매 요소들(9)의 모든 벽들 상에 침착된 그을음 층들에 급격한 전단 응력의 변화를 부여하며, 그럼으로써 그을음을 벽들로부터 느슨하게 한다.3, the soot removal unit 10 includes a receiver 14 having a receiver cross-sectional area A R and a receiver inlet 15 and a vent port 16, and further includes a receiver inlet 15, And a conduit (17) in fluid communication with the valve (11). The conduit 17 is arranged in the catalytic reactor housing 5 so as to loosen at least some of the soot on the catalytic reactor housing 5 and the soot on the catalytic elements 9 in the receiver 14 and, Sectional area (A C ) smaller than the receiver cross-sectional area (A R ) for providing the wave first. The exhaust gas escaping to the soot removal unit 10 generates a standing wave that moves toward the NO x abatement unit 4, thereby loosening the soot therein. As the valve 11 opens, the exhaust gas with a very high pressure escapes towards the conduit 17 and further escapes to the receiver 14, which has a substantially lower pressure, and the conduit cross-sectional area A c is smaller than the cross- (A R ), an acoustic wave is generated similar to a Helmboltz resonator. The acoustic waves cause sudden, instantaneous changes in the local gas flow, thereby imparting a sudden change in shear stress to the soot layers deposited on all the walls of the catalytic elements 9, thereby loosening the soot from the walls.

도 2에 도시된 바와 같이, 수용기는 통기 포트(16)를 가지며, 수용기(14) 내의 고압의 배기 가스는 통기 포트(16)를 통해 통기되어, 그 안의 압력을 줄어들게 하며, 수용기(14)는 밸브(11)를 다시 개방할 때 새로운 부분의 배기 가스를 수용할 준비가 된다. 수용기(14) 내의 압력은 통기 파이프(18)를 통해 터보차저(3)의 하류에서 가스 스트림으로 통기된다. 개구부(12)는 챔버(6)에서 하나 또는 그 초과의 촉매 요소(들)(9) 상류에 배열되며, 밸브(11)가 개방되어 음향파(acoustic wave)를 발생할 때, 촉매 반응기 하우징(5)에는 역류 스트림이 동시에 생성된다. 역류 스트림은 그을음 제거를 더 증가시킨다.2, the receptacle has a vent port 16, and the high pressure exhaust gas in the receptacle 14 is vented through the vent port 16 to reduce the pressure therein, and the receptacle 14 When the valve 11 is opened again, it is ready to receive the exhaust gas of the new part. The pressure in the receiver 14 is vented to the gas stream downstream of the turbocharger 3 through the vent pipe 18. The openings 12 are arranged upstream of one or more of the catalytic element (s) 9 in the chamber 6 and are located upstream of the catalytic reactor housing 5 (5) when the valve 11 is opened to generate an acoustic wave. ) Are simultaneously generated in the counterflow stream. The countercurrent stream further increases the soot removal.

도 2에서, 개구부(12)는 챔버(6)에서 챔버(6)의 중간 부분(36)보다 입구 파이프(7)에 더 가깝게 배열된다. 개구부(12)를 챔버(6)의 중간 부분(36)보다 입구 파이프(7)에 더 가깝게 함으로써, 또는 개구부(12)를 입구 파이프(7)에 둠으로써, 챔버(6)에는 역류가 생성되어 그을음을 느슨하게 한다. 도 4에서, 그을음 제거 유닛(10)은 여러 개의 개구부들(12)을 갖고, 각각의 개구부(12)는 도관(17)에 유체 연결되는 밸브(11)를 가지며, 도관들(17)은 수용기(14)에 유체 연결된다. 개구부들(12)은 챔버(6)의 중간 부분(36)에서 촉매 요소들(9) 사이에 배열되어, 개구부(12)의 하류의 챔버(6)에서 적어도 부분적으로 역류를 생성하여 그을음을 느슨하게 한다. 그을음은 또한, 그을음 제거 유닛(10)에서 생성된 음향파에 의해서도 느슨해진다.In Figure 2 the opening 12 is arranged closer to the inlet pipe 7 than the middle portion 36 of the chamber 6 in the chamber 6. By causing the opening 12 to be closer to the inlet pipe 7 than to the middle portion 36 of the chamber 6 or by placing the opening 12 in the inlet pipe 7, backflow is created in the chamber 6 Loosen the soot. 4, the soot removal unit 10 has a plurality of openings 12, each opening 12 having a valve 11 fluidly connected to the conduit 17, (14). The openings 12 are arranged between the catalytic elements 9 in the middle portion 36 of the chamber 6 to create at least partial backflow in the chamber 6 downstream of the opening 12 to loosen the soot do. The soot is also loosened by the acoustic waves generated in the soot removal unit 10. [

도 5에서, 그을음 제거 유닛(10)은 여러 개의 수용기들(14)을 가질 수 있고, 각각의 수용기(14)는 도관들(17) 중 하나에 연결되며, 개구부들(12) 중 하나는 챔버(6)에서 챔버(6)의 중간 부분(36)보다 출구 파이프(8)에 더 가깝게 배열되며, 개구부들(12) 중 다른 것은 입구 파이프(7)에 배열된다.In Figure 5, the soot removal unit 10 may have several receptors 14, each receptacle 14 being connected to one of the conduits 17, one of the openings 12 being connected to one of the conduits 17, Is arranged closer to the outlet pipe (8) than the middle part (36) of the chamber (6) in the outlet opening (6) and the other of the openings (12) is arranged in the inlet pipe (7).

도 3에서, 도관(17)의 도관 단면적(AC)은 수용기 단면적(AR)의 50 % 미만, 바람직하게는 30 % 미만이다. 도관(17)의 도관 단면적(AC)이 수용기(14)의 수용기 단면적(AR)의 50 % 미만일 때, 단면적의 차이가 작은 경우에 비해 더 큰 음향파가 생성된다. 챔버(6)는 챔버 용적(VC)을 가지며, 수용기(14)는 수용기 용적(VR)을 가지며, 수용기 용적(VR)은 챔버 용적(VC)에 따라 그리고 배기 가스의 정화 동안 시간 경과에 따라 얼마나 많은 그을음이 침착하고 있는지에 따라 챔버 용적(VC)의 20 % 미만, 바람직하게는 챔버 용적(VC)의 10 % 미만이다. 도시된 바와 같이, 도관(17)은 도관 단면적(AC)의 직경보다 큰 도관 길이(L)를 가지며, 도관(17)은 헬름홀츠 공진기―설계된 그을음 제거 유닛(10)의 "목 부분"이다. 도관/목 부분이 길수록, 밸(11)브를 개방했을 때 발생되는 음향파의 주파수가 더 낮아지는 결과를 가져올 것이다. 일 실시예에서, 도관(17)은 도관 단면적(AC)의 직경보다 10 % 큰 도관 길이(L)를 갖는다. 다른 실시예에서, 도관(17)은 도관 단면적(AC)의 직경보다 25 % 큰 도관 길이(L)를 가지며, 또 다른 실시예에서, 도관(17)은 도관 단면적(AC)의 직경보다 50 % 큰 도관 길이(L)를 갖는다. 헬름홀츠 공진기로서 설계된 그을음 제거 유닛(10) 쪽으로 빠져나가는 고압의 배기 가스에 의해 생성되는 음향파는 매우 큰 소리를 초래하며, 음향파의 주파수는 도관 단면적(AC)에 종속하는데, 이 경우 더 큰 도관 단면적(AC)은 음향파의 더 높은 주파수를 초래한다. 주파수는 또한, 챔버 용적(VC)에 종속하는데, 이 경우 더 큰 챔버 용적(VC)은 주파수를 더 낮게 한다.In Figure 3, the conduit cross-sectional area A C of the conduit 17 is less than 50%, preferably less than 30% of the receiver cross-sectional area A R. When the conduit cross-sectional area A C of the conduit 17 is less than 50% of the receiver cross-sectional area A R of the receiver 14, a larger acoustic wave is generated compared to the case where the difference in cross- The chamber 6 has a chamber volume V C and the receiver 14 has a receiver volume V R and the receiver volume V R is determined according to the chamber volume V C and during the time of purification of the exhaust gas depending on how much soot deposition and that over a period of less than 20% of the chamber volume (V C), preferably less than 10% of the chamber volume (V C). As shown, the conduit 17 has a conduit length L that is greater than the diameter of the conduit cross-sectional area A C and the conduit 17 is the "neck" of the Helmholtz resonator-designed soot removal unit 10. The longer the conduit / neck, the lower the frequency of acoustic waves generated when the valve 11 is opened. In one embodiment, the conduit 17 has a conduit length L that is 10% greater than the diameter of the conduit cross-sectional area A c . In another embodiment, the conduit 17 is greater than the diameter of the conduit cross-sectional area (A C) has a 25% greater conduit length (L), In yet another embodiment, the conduit 17 is a conduit cross-sectional area (A C) than the diameter of the 50% larger conduit length (L). The acoustic wave generated by the high pressure exhaust gas exiting toward the soot removal unit 10 designed as a Helmholtz resonator results in a very loud sound and the frequency of the acoustic wave is dependent on the conduit cross-sectional area A C , The cross-sectional area (A C ) results in a higher frequency of acoustic waves. The frequency is also subject to the chamber volume V C , in which case the larger chamber volume V C makes the frequency lower.

그을음 제거 유닛(10) 쪽으로 빠져나가는 고압의 배기 가스에 의해 생성되는 음향파는 매우 큰 소리를 초래하며, 이에 따라 연소 엔진 시스템(1)은 도 4에 도시된 바와 같은 그을음 제거 유닛(10) 및/또는 NOx 저감 유닛(4)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 방음 유닛(sound insulating unit)(19)을 포함한다.The acoustic wave generated by the high pressure exhaust gas exiting toward the soot removal unit 10 results in a very loud sound and thus the combustion engine system 1 is operated by the soot removal unit 10 and / Or a sound insulating unit 19 which at least partly surrounds the NO x abatement unit 4.

도 6에서, 그을음 제거 유닛(10)은 밸브(11)의 개방을 제어하기 위한 밸브 제어기(37)를 가질 수 있다. 밸브 제어기(37)는 밸브(11)를 미리 결정된 시간 간격으로 작동시키기 위한 타이머(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 그을음 제거 유닛(10)은 그을음이 촉매 반응기 하우징(5)에 침착되어 있는지를 측정하기 위한 그을음 센서(38)를 가질 수 있다. 그을음 센서(38)는 NOx 저감 유닛(4) 내의 배압을 측정하기 위한 압력 센서일 수 있거나, 그을음 센서는 또한 촉매 반응기 하우징(5) 내의 그을음 층의 두께를 측정하기 위한 음향 센서일 수도 있다. 그래서 그을음 센서(38)는 밸브 제어 장치(37)와 통신할 수 있다. 연소 엔진 시스템(1)은 NOx 저감 유닛(4)의 상류 및 다른 터버차저(3)의 상류에 배열된 제2 터보차저(21)를 더 포함한다. NOx 저감 유닛(4)은 터보차저들 사이에 유체 연결되며 이에 따라 제2 터보차저(21)의 고압 측상에 유체 연결된다.In Fig. 6, the soot removal unit 10 may have a valve controller 37 for controlling the opening of the valve 11. The valve controller 37 may include a timer (not shown) for operating the valve 11 at predetermined time intervals. The soot removal unit 10 may have a soot sensor 38 for measuring whether the soot is deposited in the catalytic reactor housing 5. The soot sensor 38 may be a pressure sensor for measuring the back pressure in the NO x abatement unit 4 or the soot sensor may also be an acoustic sensor for measuring the thickness of the soot layer in the catalytic reactor housing 5. So that the soot sensor 38 is able to communicate with the valve control device 37. The combustion engine system 1 further includes a second turbocharger 21 arranged upstream of the NO x abatement unit 4 and upstream of the other turbocharger 3. The NO x abatement unit 4 is fluidly connected between the turbochargers and thus fluidly connected on the high pressure side of the second turbocharger 21.

연소 엔진 시스템(1)의 내연 엔진(2)은 2 행정 또는 4 행정 내연 엔진(2)일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연소 엔진 시스템(1)은 배기 가스 수용기(31), 소기 가스 수용기(32) 및 열교환기(도시하지 않음), 예를 들어, 보일러를 더 포함할 수 있다. 터보차저(3)는 배기 가스에 의해 구동되는 터빈(33)을 포함하며, 터빈(33)은 압축기(34)를 구동한다.The internal combustion engine 2 of the combustion engine system 1 may be a two-stroke or four-stroke internal combustion engine 2. 1, the combustion engine system 1 may further include an exhaust gas receiver 31, a purge gas receiver 32 and a heat exchanger (not shown), for example, a boiler. The turbocharger 3 includes a turbine 33 driven by exhaust gas, and the turbine 33 drives the compressor 34.

도 5에서, 그을음 제거 유닛(10)은 하나의 수용기(14)가 도관(17)을 통해 입구 파이프(7)의 개구부(12)에 유체 연결되고 다른 수용기(14)가 촉매 반응기 하우징(6)의 하단에서 촉매 요소들(9)보다 출구 파이프(8)에 더 가깝게 유체 연결된 2 개의 수신기들(14)을 갖는다. 배기 가스가 수용기(14)로부터 멀어지게 하되, 배기 가스가 다시 역류하는 것을 방지하기 위한 체크 밸브(35)가 통기 파이프(18)에서 배열된다.5, the soot removal unit 10 is configured such that one receiver 14 is fluidly connected to the opening 12 of the inlet pipe 7 via conduit 17 and the other receiver 14 is connected to the catalytic reactor housing 6, (14) fluidly connected to the outlet pipe (8) at the lower end of the catalytic elements (9). A check valve 35 is arranged in the vent pipe 18 to keep the exhaust gas away from the receiver 14 but prevent the exhaust gas from flowing back again.

내연 엔진(2)은 대형의 2 행정 내연 엔진일 수 있으며 적어도 0.05 %의 황 함량을 갖는 연료에 의해 동력을 공급받을 수 있다. 촉매 반응기 하우징(5)은 적어도 200 리터의 용적을 갖는다. 2 행정 내연 엔진들(2)은 대형 선박들의 추진 시스템들로서 또는 발전소들의 고정 엔진들로서 사용되는 대형의 2 행정 단일 흐름 터보차저형 압축 점화식 크로스헤드 내연 엔진(two-stroke uniflow turbocharged compression-ignited crosshead internal combustion engine)들(2)일 수 있다. 거대한 높이, 폭, 무게 및 동력 출력은 이들 엔진들을 일반 연소 엔진들과 상당히 다르게 하며 대형의 2 행정 단일흐름 터버차저형 압축 점화식 크로스 헤드 내연 엔진들(2)에게 독보적인 가치를 부여한다. 단일 엔진(2)의 총 출력은 100.000 BHP를 초과할 수 있다.The internal combustion engine 2 can be a large two-stroke internal combustion engine and can be powered by fuel having a sulfur content of at least 0.05%. The catalytic reactor housing 5 has a volume of at least 200 liters. The two-stroke internal combustion engines 2 are a two-stroke single-flow turbocharged compression ignition crosshead internal combustion engine used as propulsion systems for large ships or as stationary engines for power plants. engine (s) (2). The huge height, width, weight and power output make these engines considerably different from common combustion engines and give unique value to large two-stroke single-flow turbocharged compression ignition crosshead internal combustion engines (2). The total output of the single engine (2) may exceed 100.000 BHP.

NOx 저감 유닛(4)은 NOx 저감 유닛(4)에 들어올 때 또는 들어오기 전에 상당량의 저감제를 배기 가스에 투여하기 위한 투여 유닛(미도시)을 포함하는 저감제 공급 유닛(미도시)을 더 포함하며, 저감제는 암모니아를 포함한다.The NO x abatement unit 4 includes a reduction agent supply unit (not shown) including a dosing unit (not shown) for injecting a considerable amount of abatement agent into the exhaust gas when entering or entering the NO x abatement unit 4, , And the reducing agent comprises ammonia.

본 발명은 배기 가스의 일부가 도관(17) 쪽으로 빠져나갈 수 있게 하고 추가로 챔버(6) 내로 전달되어 챔버(6) 내에서 그을음의 일부를 느슨하게 해주는 음향파를 발생하는 수용기(14) 쪽으로 빠져나갈 수 있게 하기 위한 밸브(11)를 개방함으로써 연소 엔진 시스템(1)에서 NOx 저감 유닛(4)의 챔버(6) 내의 그을음을 줄이는 그을음 저감 방법을 제공한다. 그런 다음, 밸브(11)가 폐쇄된다. 동시에 수용기(14)는 통기된다.The present invention is directed to a receiver 14 that produces an acoustic wave that allows a portion of the exhaust gas to escape to the conduit 17 and further into the chamber 6 to loosen a portion of the soot in the chamber 6 (1) to reduce the soot in the chamber (6) of the NO x abatement unit (4) in the combustion engine system (1) by opening the valve (11) Then, the valve 11 is closed. At the same time, the receptacle 14 is vented.

본 발명은 본 발명의 바람직한 실시예들과 관련하여 위에서 설명되었지만, 당업자라면 다음의 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명으로부터 벗어나지 않는 여러 변형들을 생각할 수 있음이 명백할 것이다.While the present invention has been described above in connection with the preferred embodiments of the invention, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be devised which do not depart from the invention as defined by the following claims.

Claims (10)

연소 엔진 시스템(combustion engine system)(1)으로서,
그을음(soot)을 포함하는 배기 가스를 발생시키는 내연 엔진(internal combustion engine)(2),
상기 배기 가스에 의해 구동되는 터보차저(turbocharger)(3), 및
상기 터보차저의 상류에 배열되고 상기 내연 엔진(2)과 유체 연결되어 상기 내연 엔진(2)으로부터의 상기 배기 가스를 정화하기 위한 NOx 저감 유닛(reduction unit)(4)을 포함하고,
상기 그을음이 침착되는 상기 NOx 저감 유닛(4)은:
챔버(6), 입구 파이프(7) 및 출구 파이프(8)를 갖는 촉매 반응기 하우징(5)(catalytic reactor housing), 및
상기 입구 파이프(7)와 상기 출구 파이프(8) 사이에서 상기 촉매 반응기 하우징(5)의 상기 챔버(6)에 배열되는 하나 또는 그 초과의 촉매 요소(catalytic element)(들)(9)를 포함하고,
상기 연소 엔진 시스템(1)은 그을음 제거 유닛(soot removing unit)(10)을 더 포함하고,
상기 그을음 제거 유닛(10)은:
수용기 단면적(AR) 및 수용기 입구(15)와 통기 포트(16)를 갖는 수용기(receiver)(14), 및
상기 수용기 입구(15)를 밸브(11)와 유체 연결하고 상기 수용기 단면적(AR)보다 작은 도관 단면적(AC)을 갖는 도관(conduit)(17)을 포함하며,
상기 그을음 제거 유닛은, 상기 촉매 반응기 하우징(5)의 개구부(12)와 유체 연통하는 밸브(valve)(11)를 더 포함하고, 상기 밸브(11)는 상기 촉매 반응기 하우징(5) 내의 상기 배기 가스의 적어도 일부가 상기 그을음 제거 유닛(10) 내로 빠져나갈 수 있게 하는 개방 위치를 갖는 것을 특징으로 하는,
연소 엔진 시스템(1).A combustion engine system (1) comprising:
An internal combustion engine 2 for generating an exhaust gas containing soot,
A turbocharger 3 driven by the exhaust gas, and
An NO x reduction unit (4) arranged upstream of the turbocharger and in fluid communication with the internal combustion engine (2) for purifying the exhaust gas from the internal combustion engine (2)
The NO x abatement unit (4) in which the soot is deposited comprises:
A catalytic reactor housing 5 having a chamber 6, an inlet pipe 7 and an outlet pipe 8, and
Comprises one or more catalytic element (s) (9) arranged in the chamber (6) of the catalytic reactor housing (5) between the inlet pipe (7) and the outlet pipe and,
The combustion engine system 1 further comprises a soot removal unit 10,
The soot removal unit 10 comprises:
A receiver 14 having a receiver cross sectional area A R and a receiver inlet 15 and a vent port 16,
And a conduit (17) fluidly connecting the receiver inlet (15) with the valve (11) and having a smaller cross sectional area (A C ) than the receiver cross sectional area (A R )
The soot removal unit further comprises a valve (11) in fluid communication with an opening (12) of the catalytic reactor housing (5), the valve (11) Characterized in that it has an open position which allows at least part of the gas to escape into said soot removal unit (10)
Combustion engine systems (1). 제1 항에 있어서,
상기 개구부(12)는 상기 챔버(6)에서 상기 하나 또는 그 초과의 촉매 요소들(9)의 상류에 배열되는,
연소 엔진 시스템(1).The method according to claim 1,
The opening (12) is arranged upstream of the one or more catalytic elements (9) in the chamber (6)
Combustion engine systems (1). 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 통기 포트(16)는 상기 터보차저(3)의 하류에 유체 연결되는 통기 파이프(18)와 유체 연결되는,
연소 엔진 시스템(1).3. The method according to claim 1 or 2,
The vent port (16) is in fluid communication with a vent pipe (18) fluidly connected downstream of the turbocharger (3)
Combustion engine systems (1). 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 도관 단면적(AC)은 상기 수용기 단면적(AR)의 50 % 미만인,
연소 엔진 시스템(1).3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the conduit cross-sectional area (A C ) is less than 50% of the receiver cross-sectional area (A R )
Combustion engine systems (1). 제4 항에 있어서,
상기 도관(17)은 상기 도관 단면적(AC)의 직경보다 큰 도관 길이(L)를 갖는,
연소 엔진 시스템(1).5. The method of claim 4,
The conduit (17) has a conduit length (L) greater than the diameter of the conduit cross-sectional area (A C )
Combustion engine systems (1). 제4 항에 있어서,
상기 도관(17)은 상기 도관 단면적(AC)의 직경보다 10 % 큰 도관 길이(L)를 갖는,
연소 엔진 시스템(1).5. The method of claim 4,
The conduit (17) has a conduit length (L) which is 10% larger than the diameter of the conduit cross-sectional area (A C )
Combustion engine systems (1). 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 챔버(6)는 챔버 용적(VC)을 가지며, 상기 수용기(14)는 상기 챔버 용적(VC)의 20 % 미만인 수용기 용적(VR)을 갖는,
연소 엔진 시스템(1).3. The method according to claim 1 or 2,
The chamber 6 having a chamber volume V C and the receiver 14 having a receiver volume V R less than 20% of the chamber volume V C ,
Combustion engine systems (1). 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
방음(sound insulating) 유닛(19)이 상기 그을음 제거 유닛(10) 및 상기 NOx 저감 유닛(4) 중의 한 가지 이상을 적어도 부분적으로 둘러싸는,
연소 엔진 시스템(1).3. The method according to claim 1 or 2,
A sound insulating unit (19) at least partially surrounds one or more of the soot removal unit (10) and the NO x abatement unit (4)
Combustion engine systems (1). 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 NOx 저감 유닛(4)의 상류에 배열된 제2 터보차저(21)를 더 포함하는,
연소 엔진 시스템(1).3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising a second turbocharger (21) arranged upstream of the NO x reduction unit 4,
Combustion engine systems (1). 제1 항 또는 제2 항에 따른 연소 엔진 시스템(1)에서 NOx 저감 유닛(4)의 챔버(6) 내의 그을음을 줄이기 위한 그을음 저감 방법으로서,
상기 배기 가스의 일부가 도관(17) 내로 빠져나갈 수 있게 하며, 추가로 상기 챔버(6) 내로 전달되어 상기 챔버(6) 내의 상기 그을음의 일부를 느슨하게 하는 음향파를 발생시키는 상기 수용기(14) 내로 빠져나갈 수 있게 하기 위하여, 상기 밸브(11)를 개방하는 단계,
상기 밸브(11)를 폐쇄하는 단계, 및
상기 수용기(14)를 통기시키는 단계를 포함하는,
연소 엔진 시스템(1)에서 NOx 저감 유닛(4)의 챔버(6) 내의 그을음을 줄이기 위한 그을음 저감 방법.A soot reducing method for reducing soot in a chamber (6) of a NO x abatement unit (4) in a combustion engine system (1) according to claim 1 or 2,
(14) for generating an acoustic wave which causes part of the exhaust gas to escape into the conduit (17) and which further is transmitted into the chamber (6) to loosen a part of the soot in the chamber (6) To open the valve 11,
Closing the valve (11), and
And venting the receiver (14).
A soot reduction method for reducing soot in a chamber (6) of a NO x abatement unit (4) in a combustion engine system (1).
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